极紫外投影光刻掩模的多层膜与照明误差

讨论了极紫外投影光刻掩模的反射光谱随多层膜参量的变化,通过曲线拟合得到了峰值反射率、带宽和中心波长与多层膜粗糙度、材料比值以及周期厚度的9个函数关系.模拟了6镜极紫外投影光刻系统的反射光谱,并计算了晶圆片处的相对照明强度.分析了由掩模在晶圆片处引入的照明误差,给出了照明误差的合成公式.     

极紫外投影光刻物镜设计

极紫外投影光刻用14 nm波长的电磁辐射,可以在实现高分辨率的同时保持相对较大的焦深,有希望成为制造超大规模集成电路的下一代光刻技术.极紫外投影光刻工作于步进扫描方式,采用全反射、无遮拦、缩小的环形视场投影系统.无遮拦投影系统的初始结构设计困难且重要.介绍了一种近轴搜索方法,该方法引入了像方远心、物方准远心、固定放大率、Petzval条件和物像共轭关系等约束,通过计算确定第一面反射镜、最后一面反射镜、光阑所在反射镜的曲率,以及物距和像距.编写了近轴搜索程序,搜索出仞始结构.从初始结构出发,优化得到两套物镜,一套由四反射镜组成的系统,数值孔径0.1,像方视场26 mm× 1 mm,畸变10 nm,分辨率优于6000 cycle/mm.一套系统由六反射镜组成,数值孔径0.25,像方视场26 mm×1 mm,畸变3 nm,分辨率优于18000 cycle/mm.     

极紫外投影光刻掩模衍射简化模型的研究

建立一个计算极紫外投影光刻掩模衍射场的简化模型,在该简化模型中通过对入射光场进行追迹推导衍射场分布的解析表达式.简化模型中的掩模包括多层膜结构和吸收层结构两部分.多层膜结构的衍射近似为镜面反射.吸收层结构的衍射利用薄掩模修正模型进行分析,即将吸收层等效为位于某等效面上的薄掩模,引入边界点脉冲描述边界衍射效应,通过确定等...     

极紫外多层膜技术研究进展

在极紫外波段,任何材料都表现出极强的吸收特性,因此,采用多层膜实现高反射率是构建正入射式光学系统的唯一途径。本文总结了极紫外多层膜的发展进程,叙述了制备极紫外多层膜的关键技术(磁控溅射、电子束蒸发、离子束溅射)以及它们涉及的相关设备。由于多层膜反射式光学元件主要应用于极紫外光刻与极紫外天文观测,文中重点讨论了极紫外光刻系统对多层膜性能的要求,镀膜过程中的面形精度和热稳定性等问题;同时介绍了极紫外天文观测中使用的多层膜的特点,特别讨论了多层膜光栅的制备技术和亟待解决的问题。     

22nm极紫外光刻物镜热和结构变形及其对成像性能影响

极紫外光刻技术(EUVL)是半导体制造实现22nm及其以下节点的下一代光刻技术。在曝光过程中,EUVL物镜的每一面反射镜吸收35%～40%的入射极紫外(EUV)能量,使反射镜发生热和结构变形,影响投影物镜系统的成像性能。基于数值孔径为0.3,满足22nm技术节点的产业化EUV投影物镜,采用有限元分析(FEA)的方法研究反射镜变形分布,再将变形导入光学设计软件CODE V中,研究反射镜变形其对成像特性的影响。研究结果表明:当达到硅片的EUV能量为321mW,产量为每小时100片时,反射镜最高升温9.77℃,通光孔径内的最大变形为5.89nm;若采用相干因子0.5的部分相干光照明,变形对22nm线宽产生6.956nm的畸变和3.414%的线宽误差。     

极紫外光辐照下表面碳沉积污染的计算模型

极紫外光刻(EUVL)是最有可能实现22nm技术节点的下一代光刻技术。极紫外(EUV)光刻系统使用波长为13.5nm,在此波段下曝光设备只能采用全反射式系统。然而,在极紫外光辐照下的光学元件,薄膜表层的碳化和氧化是导致EUV反射膜反射率下降的两种主要机制。结合EUV光学器件的表面分子动力学理论,研究碳沉积层的作用机理,以便找到抑制污染沉积的有效方法。通过针对碳污染层模型的计算研究,验证了模型和假设的有效性,从侧面证明了Boller等的"二次电子诱导分解是主要沉积过程"理论。通过迭代法模拟了控制污染的几个关键参数对沉积层的影响,得到50~80nm的非工作波段产生的碳沉积最为严重的计算结果。     

极紫外投影光刻掩模阴影效应分析

极紫外（EUV）投影光刻掩模在斜入射光照明条件下,掩模成像图形位置和成像图形特征尺寸（CD）都将随入射光方向变化,即存在掩模阴影效应。基于一个EUV掩模衍射简化模型实现了掩模阴影效应的理论分析和补偿,得到了掩模（物方）最佳焦面位置和掩模图形尺寸校正量的计算公式。掩模（物方）焦面位置位于多层膜等效面上减小了图形位置偏移;基于理论公式对掩模图形尺寸进行校正,以目标CD为22 nm的线条图形为例,入射光方向变化时成像图形尺寸偏差小于0.3 nm,但当目标CD继续减小时理论公式误差增大,需进一步考虑掩模斜入射时整个成像光瞳内的能量损失和补偿。     

两非球面反射镜非扫描式软X射线投影光刻系统

提出了一个软Ｘ射线投影光刻，缩比为６：１，由两非球面镜构成的光学系统。该系统在波长为１３ｎｍ时，可获得Φ３０ｍｍ的平像场和优于０．１μｍ的光刻线条分辨率，其最大畸变为０．４％。     

0.35 μm分步重复投影光刻物镜设计

介绍０．３５μｍ分步重复投影光刻物镜的设计要点，包括数值孔径、结构形式的确定、材料的选择。介绍了光刻物镜设计的难点、创新点及设计结果。     

极紫外投影光刻接触孔掩模的快速仿真计算

采用一个极紫外投影光刻掩模衍射简化模型实现了三维接触孔掩模衍射场的快速仿真计算。基于该模型,得到了接触孔掩模衍射场分布的解析表达式,并对光刻成像时的图形位置偏移现象进行了解释和分析。简化模型中,掩模包括吸收层和多层膜两部分结构,吸收层的透射利用薄掩模修正模型进行计算,多层膜的反射近似为镜面反射。以周期44 nm、特征尺寸分别为16 nm和22 nm的方形接触孔为例,入射光方向发生变化时,该简化模型与严格仿真相比,图形特征尺寸误差小于0.4 nm,计算速度提高了近100倍。此外,考虑到多层膜镜面位置对图形位置偏移量的影响,得到了图形位置偏移量的计算公式,其计算结果也与严格仿真相一致。     

Extreme‐ultraviolet compact spectrometer for the characterization of the harmonics content in the free‐electron‐laser radiation at FLASH

The design and the commissioning results of a portable and compact spectrometer for the high harmonics content characterization of the extreme‐ultraviolet radiation of FLASH (free‐electron laser in DESY, Hamburg, Germany) are presented. The instrument is a grazing‐incidence flat‐field spectrometer equipped with two variable‐line‐spaced gratings; it covers the 2–40 nm wavelength region with a spectral resolution in the 0.1–0.2% range. Both spectral and intensity fluctuations of the fundamental emission and the harmonics are monitored.     

Gd靶激光等离子体6.7nm光源的实验研究

本文对Gd靶激光等离子体极紫外光源进行了实验研究, 在 6.7 nm附近获得了较强的辐射, 并研究了6.7 nm 附近光辐射随打靶激光功率密度变化的规律以及收集角度对极紫外辐射的影响. 同时, 对平面Gd靶激光等离子光源的离子碎屑角分布进行了测量, 发现从靶面的法线到沿着靶面平行方向上Gd离子数量依次减少. 进一步研究结果表明采用0.9 T外加磁场的条件下可取得较好的Gd 离子碎屑阻挡效果.     

基于强激光辐照固体锡靶产生极紫外光源的实验研究

建立了一套利用高功率YAG激光器辐照固体锡靶产生高转换效率极紫外光 (extreme ultraviolet) 源的实验装置.利用建立的实验装置开展了极紫外光源的强度和转换效率与抽运激光强度关系的实验研究,发现极紫外光源的转换效率随抽运激光强度的变化具有饱和效应.实验发现：当抽运激光能量达到250mJ时,极紫外光源的转换效率最高,波长为13.5nm处0.27nm带宽范围内的极紫外光源的能量转换效率为1.6%,此时对应的激光强度为1.8×10¹¹W/cm². 关键词： 极紫外光 转换效率     

CO2激光锡等离子体极端紫外及可见光光谱

利用CO2激光烧蚀锡靶产生等离子体,当入射到靶面的单个脉冲能量为400mJ,半峰全宽(FWHM)为75ns时,使用光谱仪和增强型电荷耦合器件(ICCD)采集了等离子体的时间分辨光谱。在局域热平衡假设下,利用谱线的斯塔克展宽和五条Sn II谱线的相对强度计算并得到了等离子体电子密度、电子温度和辐射谱线强度随时间的变化规律;利用掠入射极端紫外平场光栅光谱仪,结合X射线CCD同时探测了光源在6.5～16.8nm波段的时间积分极端紫外辐射光谱。实验结果表明:激光点燃等离子体早期的100ns内有很强的连续谱,此后才能分辨出明显的原子和离子线状谱。在延时0.1～2.0μs的时间区间内,等离子体中的电子温度和密度分别在2.3～0.5eV和7.6×1017～1.2×1016 cm-3范围内,均随时间经历了快速下降,然后再较缓慢下降的过程。激光锡等离子体极端紫外不可分辨辐射跃迁光谱峰值中心位于13.5nm,FWHM为1.1nm。     

Calibration of a compact XUV soft X‐ray monochromator with a digital autocollimator in situ

A digital autocollimator of resolution 0.1 µrad (0.02 arcsec) serves as a handy correction tool for calibrating the angular uncertainty during angular and lateral movements of gratings inside a monochromator chamber under ultra‐high vacuum. The photon energy dispersed from the extreme ultraviolet (XUV) to the soft X‐ray region of the synchrotron beamline at the Taiwan Light Source was monitored using molecular ionization spectra at high resolution as energy references that correlate with the fine angular steps during grating rotation. The angular resolution of the scanning mechanism was <0.3 µrad, which results in an energy shift of 80 meV at 867 eV. The angular uncertainties caused by the lateral movement during a grating exchange were decreased from 2.2 µrad to 0.1 µrad after correction. The proposed method provides a simple solution for on‐site beamline diagnostics of highly precise multi‐axis optical manipulating instruments at synchrotron facilities and in‐house laboratories.     

磁控溅射制备极紫外高反射率多层膜应力研究

为制备硼边附近6.7 nm波长的极紫外高反射率多层膜反射镜,研究了Mo_2C/B_4C,Mo/B_4C周期多层膜,重点解决薄膜应力难题。采用直流磁控溅射技术制备了膜层厚度为30 nm的Mo,Mo_2C,B_4C,单层膜,周期厚度为3.5 nm,30对的Mo_2C/B_4C,Mo/B_4C周期多层膜。利用台阶仪测试了镀膜前后基底面形,计算并比较了不同薄膜样品的应力值。结果表明Mo_2C/B_4C多层膜压应力要远小于Mo/B_4C多层膜,且成膜质量与Mo/B_4C相当。因此Mo_2C/B_4C是应用于6.7 nm反射镜较好的多层膜材料组合。     

帽层对极紫外多层膜反射特性影响分析

介绍了在极紫外波段，利用帽层材料来减少多层膜反射镜因外部环境干扰而造成的反射率降低，使多层膜光学元件能够长时间稳定工作.计算了在139nm波长处Mo/Si极紫外多层膜反射镜在表面镀制不同帽层材料时的理论最大反射率，利用单纯形调优法，对帽层和多层膜的周期厚度进行优化，同时把分层理论用于多层膜帽层优化,可使多层膜的反射率得到进一步提高.分析了在加入帽层前后多层膜外层电场强度的分布变化情况. 关键词： 多层膜 反射率 帽层 极紫外     

基于评价函数的极紫外多层膜反射式起偏器和检偏器设计

 基于三种不同评价函数,利用全局优化算法设计了极紫外波段高性能反射式多层膜偏振元件。通过比对不同评价函数的设计结果,分析了评价函数、工作角度及膜层数对反射式多层膜偏振片性能的影响,确定了极紫外多层膜反射式偏振片设计的角度选择、膜层数选择及评价函数选择标准。为解决传统的单一性能优化造成的偏振度损失的问题,构造了偏振比对数结合反射率的评价函数,该方法设计的偏振元件性能优于传统优化方法设计的结果。     

A Model for Extreme Ultraviolet Radiation Conversion Efficiency From Laser Produced Mass-Limited Tin-Based Droplet Target Plasmas

Simple arguments are used to construct a model to explain the extreme ultraviolet radiation conversion efficiency(EUV-CE) of a tin-based droplet target laser produced plasmas by calculating the laser absorption efficiency,radiation efficiency,and spectral efficiency.The dependence of drive laser pulse duration and laser intensity on EUV-CE is investigated.The results show that at some appropriate laser intensity,where the sum energy of the thermal conduction,out-off band radiation and plasma plume kinetic losses is at a minimum,the EUV-CE should reach a maximum.The EUV-CE predicted by the present simple model is also compared with the available experimental and simulation data and a fair agreement between them is found.     

极端远紫外光刻的等离子体光源及其光学性质研究进展

现代技术的飞速发展需要集成电路不断小型化，因而开发下一代光刻光源以满足小型化的要求成为当前的一项紧迫任务。目前工业界确定的下一代光刻光源是波长为13．5nm的极端远紫外（EUV）光源，它能够把光刻技术扩展到32nm以下的特征尺寸，氙和锑材料的等离子体光源被认为是这种光源的最佳候选者。文章在介绍EUV光刻原理和EUV光源基本概念的基础上，讨论了目前研究得最多、技术最成熟的激光产生的和气体放电产生的等离子体EUV光源，对EUV光源的初步应用进行了简单介绍，并着重对氙和锑材料产生的等离子体发射性质和吸收性质的实验与理论研究进展进行了详细介绍与讨论。目前的理论研究进展表明，统计物理模型还不能很好地预测氙和锑等离子体的发射与吸收光谱，因此迫切需要发展细致能级物理模型，以得到更为精确的等离子体光学性质参数，并用于指导实验设计。提高EUV转换效率。