超高数值孔径Schwarzschild投影光刻物镜的光学设计

针对45nm及以下节点光刻相关技术的研究需求,确定了实验型投影光刻物镜的结构型式及设计指标。依据像差理论在非同心小遮拦的Schwarzschild反射系统中添加折射补偿镜组来进一步减小系统的中心遮拦,扩大像方数值孔径。设计了一套小中心遮拦,数值孔径为1.20的Schwarzschild折反式投影光刻物镜。设计结果表明,该投影光刻物镜工作带宽为100pm,像方视场为50μm,线中心遮拦比为13%,光学分辨力为80nm时(6240lp/mm)的系统调制传递函数大于0.45,全视场最大畸变为6.5nm,满足了45nm深紫外(DUV)浸没光刻实验平台对投影光刻物镜的需求。     

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     

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。     

极紫外光刻物镜分组可视化界面设计优化

高数值孔径(NA)、大视场极紫外光刻物镜光学系统是实现22 nm及以下技术节点产业化光刻系统的关键部件。通过对光刻物镜系统结构的分析,利用可视化对其初始结构进行分组构造。并在此基础上采用一种渐近式NA方法获得了弦长为26 mm,宽2 mm的弧形视场内复合波像差优于均方根(RMS)为λ/50的物镜系统。借助Q型多项式,使物镜光学元件非球面度低于45μm,最大口径小于400 mm,全视场波像差优于0.027λRMS,畸变优于1.5 nm。     

极紫外投影光刻原理装置的集成研究

论述了光刻技术发展的历程，趋势和极紫外投影光刻技术的特性，并介绍了极紫外投影光刻原理装置的研制工作，该装置由激光等离子体光源,掠入射椭球聚光镜，透射掩模，施瓦茨微缩投影物镜及相应的真空系统组成，其工作波长为13nm，在直径为0．1mm的像方视场内设计分辨率优于0．1um。     

投影光刻物镜的计算机辅助装调

针对投影光刻物镜苛刻的像质要求,将计算机辅助装调(CAA)技术引入投影光刻物镜的装调过程中,建立了相应的数学模型。选取33个视场Fringe Zernike多项式的4~37项,以及畸变作为校正对象,并选取19个结构参量作为补偿器。通过将CODE V的宏功能和Matlab结合,采集灵敏度矩阵和像质数据。提出用奇异值分解求加权最小二乘解的方法计算补偿量,通过权重因子实现对不同视场上不同Zernike项系数或畸变的改进。将补偿后光刻物镜的性能和理想光刻物镜对比,发现相比于设计镜头,装调后镜头的平均波前均方根(RMS)大约差0.004λ,平均畸变大约差1nm,该方法可以将系统波像差和畸变恢复到接近设计水平。     

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。     

投影光刻物镜波像差的公差分析方法

为保证投影光刻物镜的成像性能并降低制造成本,提出了一种更全面可靠的公差分析方法。该方法在以波像差均方根(RMS)值作为评价标准的传统分析方法基础上,添加波像差峰谷(P-V)值作为评价指标,并据此选择合理的补偿器组合。在系统波像差的RMS值和P-V值均满足要求的情况下,采用了较少的补偿器,从而有效地降低了系统的制造难度和成本。结合实验室设计的一套90nm投影光刻物镜进行了公差分析和补偿器优选。结果表明,利用该方法选择的7个补偿器,使得系统在97.7%置信区间内,全视场波像差的RMS值≤0.0412λ,P-V值≤0.2469λ,满足了90nm投影光刻物镜的像质要求。     

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.     

提高极紫外光谱纯度的多层膜设计及制备

极紫外光刻是实现22nm技术节点的候选技术。极紫外光刻使用的是波长为13.5nm的极紫外光,但在160～240nm波段,极紫外光刻中的激光等离子体光源光谱强度、光刻胶敏感度以及多层膜的反射率均比较高,光刻胶在此波段的曝光会降低光刻系统的光刻质量。从理论和实验两方面验证了在传统Mo/Si多层膜上镀制SiC单层膜可对极紫外光刻中的带外波段进行有效抑制。通过使用X射线衍射仪、椭偏仪以及真空紫外(VUV)分光光度计来确定薄膜厚度、薄膜的光学常数以及多层膜的反射率,设计并制备了[Mo/Si]40SiC多层膜。结果表明,在极紫外波段的反射率减少5%的前提下,带外波段的反射率减少到原来的1/5。     

极紫外投影光刻光学系统

极紫外光刻（EUVL）是半导体工业实现32～16nm技术节点的候选技术,而极紫外曝光光学系统是EUVL的核心部件,它主要由照明系统和微缩投影物镜组成。本文介绍了国内外现有的EUVL实验样机及其系统参数特性;总结了EUVL光学系统设计原则,分别综述了EUVL投影光学系统和照明光学系统的设计要求;描述了EUVL投影曝光系统及照明系统的设计方法;重点讨论了适用于22nm节点的EUVL非球面六镜投影光学系统,指出了改善EUVL照明均匀性的方法。     

基于双线空间像线宽不对称度的彗差测量技术

在高数值孔径、低工艺因子的光刻技术中,投影物镜彗差对光刻质量的影响变得越来越突出,因而需要一种快速、高精度的彗差原位测量技术。为此提出了一种新的基于双线空间像线宽不对称度的彗差测量技术,利用国际上公认的半导体行业光刻仿真软件PROLITH对该方法的测量精度进行了仿真分析。结果表明,与基于硅片曝光的彗差测量方法相比,基于空间像的彗差测量技术速度上的优势十分明显。其测量精度优于1.4 nm,较国际前沿的多照明设置空间像测量技术(TAMIS)提高30%以上,测量速度提高1/3左右。在ASML公司的PAS5500型步进扫描投影光刻机上,多次测量了投影物镜彗差,结果表明,该技术测量重复精度优于1.2 nm,能实现高精度的彗差原位测量。     

亚10 μm线宽的投影光刻物镜设计及其成像性能的实验测定

 采用Zemax软件设计出6镜片、数值孔径为0.06、2倍缩小、以405 nm半导体激光器为光源、分辨精度达5 μm、视场12 mm×12 mm 内波像差小于1/4波长、畸变小于0.005%的双远心投影光刻物镜的设计方法。将设计的物镜实物化,并对其光学传递函数(MTF)作精确的实验测定,利用所提出的MTF标准实验测量法,得到该投影物镜的成像性能达亚10 μm线宽。     

自重变形对超高精度Fizeau干涉仪的光学性能影响

为实现λ/100峰谷值(PV)的光刻投影物镜面形检测精度要求,深入分析了自重变形对大口径超高精度Fizeau干涉仪的光学性能产生的影响.设计的球面标准具结构,其系统波像差达到λ/1000(PV)、像方数值孔径(NA)值为0.36,用于口径超过300 mm的球面镜面形检测.使用Patran/Nastran软件通过有限元方...     

同轴两反式高NA投影光刻物镜热像差补偿方法研究

热像差是导致光刻物镜工作状态下像质劣化的主要原因之一。针对同轴两反式高数值孔径(NA)投影光刻物镜的结构特点,提出了将元件位移法和元件分区加热法相结合,共同补偿热像差的方案。元件位移法通过改变元件的间隔、偏心或倾斜量来调节像质;元件分区加热法利用光学材料折射率随温度变化的特点,通过控制元件的温度分布产生可控波前。采用上述补偿方案对偶极照明模式下的热像差进行补偿,波像差从129.78 nm减小至1.69 nm,畸变从12.24 nm减小至1.31 nm,将物镜像质补偿至接近设计水平。     

膜系引入偏振像差对投影光刻物镜设计的影响与改进

为了实现高成像要求,投影光刻物镜在设计时需要考虑膜层偏振效应的影响,并进行相应的分析和评价。首先介绍了基于琼斯矩阵的偏振像差理论,然后以一个数值孔径(NA)为0.75的投影光刻物镜为例,设计了相应膜系,系统分析了膜层引入的偏振像差,并在设计时对膜层引入的离焦项和球差项进行了间隔优化补偿,补偿前后标量波像差和质心畸变分别从68.92 nm和3.76 nm改善为1.08 nm和0.38 nm,偶极照明模式下90 nm密集线条对比度从0.082提高为0.876,在此基础上,提出在设计时根据不同表面的入射角分布情况,采用组合膜系,同时控制P光和S光的振幅和相位分离,减小膜系引入的延迟和二次衰减等偏振像差,使得线条对比度提高了1.1%。     

用于数字光刻的非对称式投影物镜设计

针对DMD数字光刻,利用ZEMAX光学设计软件,设计出了一套适用于型号 0.7XGA DMD的10片式光刻投影物镜。该物镜采用非对称性结构,前组为改进的三分离物镜,后组为匹兹伐物镜加平像场镜,分辨率为2 m,近轴放大倍率为-0.15,像方数值孔径NA为0.158,全视场波像差小于/20 ,畸变小于0.014%,焦深为20 m,通过各项评价可知系统已经达到了衍射极限。在对该镜头进行公差分析后,利用Monte Carlo方法,模拟组装加工了100组镜头,得到90%的镜头MTF＞0.46,50%的镜头MTF＞0.51,证明了这种非对称性结构加工和校装的可能性。     

16nm极紫外光刻物镜热变形对成像性能影响的研究

16 nm极紫外光刻(EUVL)物镜热变形是影响其高分辨成像的主要因素之一。为了给EUVL系统热管理提供可靠的技术依据,对数值孔径为0.33且满足16 nm技术节点的典型EUVL物镜进行热变形仿真研究。采用有限元软件ANSYS仿真曝光过程中反射镜的瞬态温度和变形分布。以Zernike多项式为接口拟合变形面,分析热变形对成像性能的影响。结果表明:物镜的最高温升和最大变形分别为3.9℃和10.2 nm,高温态物镜的热变形引起的最大波像差均方根和畸变分别为0.1λ和56 nm,超出了合理范围。M3和M4反射镜热变形累加引起的波像差和畸变的占比分别为88%和99%,对成像性能的影响起主导作用,需要对其进行严格控温。     

激光等离子体极紫外光刻光源

研究并讨论了下一代光刻的核心技术之一—激光等离子体极紫外光刻光源。简要介绍了欧美和日本等国极紫外光刻技术的发展概况,分析了新兴的下一代13.5 nm极紫外光刻光源的现状,特别讨论了国内外激光等离子体极紫外光刻光源的现状,指出目前其存在的主要问题是如何提高光源的转化效率和减少光源的碎屑。文中同时概述了6.x nm（6.5～6.7 nm）极紫外光刻光源的最新研究工作。最后,介绍了作者所在研究小组近年来在极紫外光源和极紫外光刻掩模缺陷检测方面开展的研究工作。     

极紫外光刻离轴照明技术研究

离轴照明技术(OAI)是极紫外光刻技术中提高光刻分辨率的关键技术之一。为了实现考虑掩模阴影效应情况下离轴照明的优化选择,构造了一种新型实现OAI曝光的成像模型。将照射到掩模上的非相干光等效为一系列具有连续入射方向的等强度平行光,基于阿贝成像原理分别对掩模进行成像,最终在像面进行强度叠加实现OAI方式下空间成像的计算;并通过向投影系统函数添加离焦像差项实现不同离焦面上空间成像计算。该模型极大地简化了OAI条件下对掩模阴影效应的计算,提高了成像质量计算效率。结合光刻胶特性及投影曝光系统焦深设计要求,以显影后光刻胶轮廓的侧壁倾角为判据,获得了采用数值孔径为0.32的投影系统实现16 nm线宽黑白线条曝光的最优OAI参数。