50 nm分辨力极端紫外光刻物镜光学性能研究

极端紫外光刻 (EUVL)作为实现 10 0～ 32nm特征尺寸微细加工的优选技术 ,其光刻物镜的光学性能是实现高分辨图形制作的关键。利用光学设计软件CODEV对 6枚非球面反射镜构成的光刻物镜设计和光学性能分析 ,其分辨力可以实现 5 0nm ,曝光面积为 2 6mm× 1mm。结果表明 ,光学性能对曝光场点的依赖关系。在全曝光场中进行了光学性能分析 ,其最大畸变为 3.77nm ,最大波面差为 0 .0 31λ(均方根值 ) ,该缩小投影物镜完全可以满足下一代极端紫外光刻机的性能要求     

极紫外光刻机曝光系统光学设计研究与进展

极紫外光刻曝光光学系统是极紫外光刻机的核心部件,其设计直接影响极紫外光刻机的性能。极紫外光刻机曝光系统的设计难度大、研究周期长,国外极紫外光刻机产品已经用于高端芯片的制造,但国外对中国禁运相关产品。国内极紫外光刻机曝光系统的设计和研发始于2002年。国内相关领域的研究主要聚焦在极紫外光刻机曝光光学系统的光学设计、像差检测、公差分析、热变形分析等。结合国内外极紫外光刻机曝光光学系统设计研究的历史和现状,较为系统地综述了极紫外光刻投影物镜和照明系统的设计研究与进展,包括：极紫外光刻机投影物镜系统及其设计方法、极紫外光刻照明系统及其设计方法、极紫外光刻曝光光学系统的公差分析、热变形及其对成像性能的影响研究,这为我国从事极紫外光刻机研制、曝光系统光学设计与加工的学者、工程师等提供了极紫外光刻机曝光系统设计研究的历史、现状和未来趋势的相关信息,助力我国极紫外光刻机的设计和研制。     

浸没式光刻投影物镜光学薄膜

深紫外光刻是目前集成电路制造的主流方法,为实现更小的元件特征尺寸,必须采用浸没式投影物镜以提高光学系统的分辨率,由此向其中的薄膜光学元件提出了众多苛刻的要求。本文介绍了适用于浸没式光刻系统的薄膜材料及膜系设计,以及高NA光学系统所需的大角度保偏膜系;对物镜中最关键的浸液薄膜的液体环境适应性、疏水及防污染等关键问题进行了讨论;对衡量浸没式光刻系统性能的重要因素镀膜元件激光辐照寿命,尤其是浸液环境下的元件辐照寿命进行了分析。     

极紫外光刻系统物镜光学元件的支撑与分析

介绍了极紫外光刻系统物镜光学元件的支撑原理和支撑要求,分析了符合运动学支撑要求的物镜支撑结构和面形检测用支撑结构;针对支撑结构性能和支撑方案中关键问题进行了深入研究,并提出了相应的解决方案。最后建立了支撑结构的有限元模型,并在此基础上进行了重力场中的镜体变形分析和温度场作用下系统的热变形分析。分析结果表明,检测用支撑与实际用支撑两种结构在重力环境下支撑出的元件面形基本相同,面形相差0.0026nm(RMS);温控范围为0.05℃时,由机械结构热变形引起的镜体面形变化在0.001nm(RMS)量级。研究结果表明,运动学物镜元件支撑结构能够满足极紫外光刻系统对于物镜机械支撑结构的要求。     

光学薄膜膜厚自动控制系统的研究

介绍了一种利用光电极值法同时控制规整膜系和非规整膜系的方法,利用VC++编写程序实现对光学监控信号的采集、处理及停镀点的自动判断,实现了规整膜系和非规整膜系膜层厚度的自动控制.并利用该膜厚自动控制系统实验制备了规整膜系和非规整膜系多层膜,实验结果表明：利用该系统镀制的薄膜重复性良好,且光谱曲线和理论光谱曲线吻合较好.该系统解决了非规整膜系的监控问题,由计算机控制膜层的停镀点,排除了人的主观因素对薄膜的性能及其制备的重复性产生的影响,提高了薄膜镀制的重复性和成品率.     

组合倍率极紫外光刻物镜梯度膜设计EI北大核心CSCD

10nm以下光刻技术牵引极紫外(EUV)光刻物镜向超高数值孔径(NA)、组合倍率设计形式发展,物镜系统的入射角和入射角范围因此急剧增大,传统规整膜和横向梯度膜难以满足该类物镜系统反射率及像质要求。为此,提出了横纵梯度膜组合法,用横向梯度膜提高反射率,用纵向梯度膜提高反射率均匀性,并补偿横向梯度膜引入的像差。应用该方法对一套NA为0.50的组合倍率EUV光刻物镜进行膜层设计,设计结果表明,在保证系统成像性能不变的情况下,平均每面反射镜的反射率大于60%,各反射镜的反射峰谷值均小于3.5%,满足光刻要求,验证了横纵梯度膜组合法的可行性。     

紫外光刻-湿法刻蚀硅中阶梯光栅的研制

湿法刻蚀技术作为中阶梯光栅的主要制备方法之一,具有制造成本低、周期短、杂光少、所制作光栅的闪耀角误差小等优点。为解决某高分辨率光谱仪在近红外波段（800～1100 nm）的分光需求,尝试选择70.52°槽顶角的湿法刻蚀硅中阶梯光栅来代替90°槽顶角的传统中阶梯光栅。依据（100）硅光栅的结构特点以及光学设计给出的光栅工作条件,利用有限元数值计算法求解电磁场分布,理论分析了硅中阶梯光栅在工作波段内多个级次的衍射特性。在此基础上,利用紫外光刻-湿法刻蚀技术,在单晶硅基底上制作了槽密度为42 lp/mm、闪耀角为54.74°、有效面积超过46 mm×28 mm的对称V形槽光栅,并根据制备实验结果分析讨论了工艺过程中硅光栅质量的重要影响因素。测试结果表明,该光栅在各工作级次对应闪耀波长下的衍射效率均在45%～55%范围内,满足指标要求。     

KrF深紫外光刻投影物镜光机热集成分析与优化

提出了一种融合新型支撑方式与灵敏度分析的光机热集成分析与优化方法,用于设计超高精度深紫外光刻投影物镜系统。首先,采用轴向多点与周向三点胶接支撑相结合的新型支撑方式,实现了212.51 mm口径光学元件的超高精度定位要求。其次,通过对光学元件进行热力耦合分析,验证了光机系统的合理性。然后,在光机热集成分析条件下,分析了单个光学元件的灵敏度,以及全部光学元件表面变形对整体光学系统波像差均方根值和校准F-tan θ(F为焦距,θ为物方视场角)畸变的影响。最后,通过调整部分光学元件的灵敏度进行局部优化,并对整体光学系统的像质进行优化。结果表明：在热力耦合条件（参考温度为22.5℃、极限工作温度为±2.5℃、重力）下,光学元件的最大表面面型均方根（RMS）值为9.86 nm,能够满足超高精度定位要求。在光机热集成分析条件下（参考温度为22.5℃、极限工作温度为±2℃、重力）,优化后光学系统的波像差RMS值小于10.50 nm,校准F-tan θ畸变小于6.00 nm,相较于优化前,波像差RMS提升了46.98%,校准F-tan θ畸变提升了77.69%,达到了设计要求。     

激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展

半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。     

深紫外光刻照明系统扩束单元设计

在曝光线宽为90nm的投影光刻机中,准分子激光光源发出的矩形截面光束,需要进行一维扩束,以获得光束整形单元所需的正方形截面分布。现有的这类扩束单元分别存在严重的相干散斑效应和严格的装调公差等不足。基于此,提出了多组元平行反射扩束镜组。通过求解各组元透射率值的线性方程组,得到若干种扩束单元结构,其中的四组元扩束单元每个组元只有一种透射率,有效降低了镀膜的工艺成本。分别从公差分析、系统透射率和出射光束均匀性等方面对各类扩束单元结构进行综合比较,并通过建模仿真,验证了设计的四组元扩束单元的散斑效应和装调公差灵敏度都明显降低,而且出射光束较均匀,有利于提高照明均匀性。     

Birefringence Induced by the Spatial Dispersion in Deep UV Lithography: Theory and Advanced Compensation Strategy

Birefringence induced by spatial dispersion (BISD), also called intrinsic birefringence, can cause a serious deterioration of the optical imaging quality of deep UV lithographic objectives at wavelengths below 193 nm. Recently the mathematical formalism for analyzing those aspects of the BISD effect that are relevant for optical design has been published. In this paper we give an equivalent but simplified derivation of these results. This mathematical formalism is then applied to optical system design and a compensation strategy is discussed. An example of an optical system is given where the phase retardation caused by the BISD effect has been corrected.     

The Analytical Evaluation of Projection Optical Lithography

We earlier proposed an analytical and prospective method for evaluating projection optical lithography. In this paper, we apply it to more complicated cases, such as optimizing transparency of a half tone phase-shifting mask and considering the resolution enhancement technique which uses both multiple exposure and non-linear resist. We also apply it to the evaluation of isolated line patterns using 1:2 line-and-space patterns.Presented at the International Commission for Optics Topical Meeting, Kyoto, 1994.     

深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法研究

提出了一种面向步进扫描投影光刻机的深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法。通过建立扫描曝光过程的抽象模型并分析准分子激光器单脉冲能量波动特性,提出采用闭环反馈控制进行实时调节,着重研究了抑制单脉冲能量超调和随机波动的有效算法。在一台波长为193 nm、重复频率为4 kHz、单脉冲能量为5 mJ的ArF准分子激光器上进行了实验研究。结果表明,当脉冲个数仅为20时算法控制下的剂量精度即可达0.89%,不但满足亚微米光刻越来越严的剂量要求,而且有助于提高光刻机生产效率和激光器使用效率。     

高数值孔径光学光刻成像中的体效应

为有效控制成像线宽,研究了高数值孔径光学光刻中的体效应并提出一种光刻胶膜层优化方法,利用成像中的摇摆效应平衡体效应对成像线宽的影响.首先根据系统数值孔径和照明相干因子确定成像光入射角分布,相对所有入射光求出光刻胶底面单位体积吸收的能量平均值.然后用最小二乘法拟合得到能量平均值随光刻胶厚度变化的解析式并求能量平均值的导数.最后通过优化光刻胶膜层,使能量平均值的导数绝对值最小.按优化结果设计光刻胶膜层,利用商业光刻软件Prolith9.0得到成像线宽随光刻胶厚度的变化.结果表明,该方法能在30～40nm的光刻胶厚度范围,有效地减小由体效应引起的成像线宽的变化.     

一种紫外或深紫外光刻的1：1折反射式光学系统

设计了一种新的紫外或深紫外光刻物镜。该物镜与国内外现有的紫外或深紫外光刻物镜相比，既能满足大数值孔径的需要，又能充分利用物镜的视场。采用环形照明，能缓解因增大数值孔径而使焦深缩短的矛盾。     

铜激光倍频光亚微米投影光刻系统的设计和实验研究

为了研究波长在２５５．３ｎｍ的铜蒸气激光倍频在亚微米光刻中的可行性，设计了带宽为１ｎｍ的１：１折反射式投影光刻物镜和一个带散射板的光管式均匀照相系统，获得了０．６μｍ的光刻分辨率。此结果表明，铜激光倍频光可作为亚微米光刻的照明光源。     

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％。