使用分子动力学方法计算了Mo、Si原子发生反射和再溅射的概率,以及原子的反射、再溅射角度和能量分布。考虑了四种碰撞:Mo原子与Mo基底碰撞、Mo原子与Si基底碰撞、Si原子与Si基底碰撞、Si原子与Mo基底碰撞。模拟发现,当沉积原子传递给基底的能量降低时,发生反射的概率增加,但是发生再溅射的概率降低。此外,入射角度对反射概率、再溅射概率的影响与沉积原子和基底原子的种类有关;然而,入射能量越高越容易发生反射、再溅射。最后,进行了磁控溅射实验,在具有不同倾斜角度的基底上制备了Mo/Si多层膜样片,实验结论验证了仿真结果。研究结果可以用于模拟磁控溅射镀膜过程,优化镀膜工艺。

Mo/Si多层膜镀膜工艺是极紫外光刻的关键技术之一,为了优化并提升Mo/Si多层膜的镀膜工艺,研究了气压、靶-基底间距这两个工艺参数对Mo/Si多层膜表面粗糙度的影响。根据磁控溅射物理过程,建立了一个原子沉积的物理模型,分析了原子沉积到基底时的入射角度和入射能量分布对气压、靶-基底间距的影响。此外,利用直流磁控溅射镀膜机,制备了Mo/Si多层膜样片,并测量了膜表面粗糙度和功率谱密度,研究了膜表面粗糙度和功率谱密度随气压和靶-基底间距的演化规律。理论和实验的结论一致,所提模型从理论上解释了实验测量结果。

针对极紫外光刻照明系统中一块小尺寸反射镜大入射角带宽的需求，采用Si层有效厚度与公转速度关系式和多层膜周期厚度与公转速度关系式，完成了宽带Mo/Si多层膜设计膜系的制备工作。在磁控溅射镀膜机上制备了一系列不同周期厚度和G 值(Mo层厚度与多层膜周期厚度的比值)的Mo/Si多层膜规整膜系，并利用掠入射X 射线反射谱表征，分别得到多层膜周期厚度、Mo层有效厚度和Si层有效厚度与公转速度的关系式以及多层膜界面粗糙度。采用Levenberg-Marquardt 算法完成了宽带膜系设计，设计结果为在16.8°~24.8°范围内R=42%±1%。根据Mo/Si 多层膜周期厚度和Si 层有效厚度与公转速度的对应关系制备所设计的膜系，并对其极紫外波段反射率进行测量，实验结果为在16.8°~24.8°范围内R=41.2%~43.0%，实验结果与设计结果吻合得很好，进一步的制备误差反演分析表明实验结果与设计结果之间的细微偏差主要来自Mo/Si多层膜G 值及界面粗糙度标定过程中的系统误差。

为了实现光学系统波像差的高精度检测，引入了改进的光纤相移点衍射干涉仪，介绍了其工作原理，并对干涉仪的关键部件包括激光光源及光纤的参数进行了选择和分析。经测试，激光光源功率稳定性约为1%(10 min)，光斑尺寸在实现最佳耦合效率允许范围内，光束位置稳定度约为6 μm，相干长度为1 cm左右，都在测试精度允许范围内；选择了纤芯直径为3.5μm的单模不保偏光纤，对光纤端面镀半反半透金属膜，实现了较高的条纹对比度和光能利用率，并设计了波前参考源，方便了光纤端面的抛光、镀膜及装卡。最后，利用选择的部件搭建了光纤相移点衍射干涉仪实验装置，为最终能够实现光学系统波像差的高精度检测提供了前期的准备。

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45 μm，最大口径小于400 mm，全视场波像差优于0.027 λ RMS，畸变优于1.5 nm。

极紫外（EUV）反射镜在使用过程中的氧化及表面碳污染沉积，严重影响了极紫外光刻（EUVL）技术的工业应用。为了延长EUV 反射镜的稳定性与使用寿命，一般采取在Mo/Si多层膜表面添加保护层。采用直流反应磁控溅射技术，建立氧气流量与溅射电压之间的“迟滞回线”关系，进而准确掌握不同氧化物保护层所需氧气量，以此减少过多的活性氧对下层Mo/Si多层膜的影响，提高镜面的反射率。选用RuO2与TiO2两种保护层材料进行比较，根据充氧量的不同，分析不同反应阶段的薄膜特性。针对催化性和物理稳定性更好的TiO2 薄膜，在晶相、表面粗糙度、截面均匀性和化学组分等方面给予评价。研制出膜质致密均匀的非晶态TiO2薄膜，其表面粗糙度优于100 pm；TiO2纯度(质量分数)达97.2%；保护层厚度为2 nm 的Mo/Si多层膜的反射率损失小于5%，满足EUV 外多层膜的基本要求。

极紫外光刻光学检测通常使用光纤点衍射干涉仪，光纤衍射的圆偏振态光束可以提高干涉条纹的对比度、减小衍射球面波的像散，对于提高检测精度有十分重大意义。用穆勒矩阵分析了相位控制型偏振控制器的工作原理，得到只需两个控制通道就可以调控到圆偏振态的结论。设计了光纤点衍射干涉仪球面参考源的偏振控制系统，并用琼斯矩阵分析了光束经过偏振控制系统后的光强变化，得到光强最小时两个控制通道的控制电压。在理论分析基础上搭建了球面参考源的偏振控制系统，获得了圆偏振态所需的控制电压，并将其输入偏振控制器调控得到圆偏振光，实验结果表明此方法可以在不引入额外误差的同时，快速地实现圆偏振态的调节，并且理论计算与实际的误差不超过7.5%，证明了该方法的可行性。

极紫外光刻投影系统中高反膜厚度一般约300 nm，远大于13.5 nm的工作波长，光能并不能完全穿透膜层入射到基底，从而引入数倍于波长的额外光程差，降低系统成像质量。从能量调制的角度提出了一种基于能量守恒定律的多层膜等效工作界面模型，将光学薄膜中复杂的物理光学过程等效地转换为简单直观的几何光学过程，获取可被常用光学设计软件识别的数据，进而实现对有膜光学系统的分析。利用该模型对不同系统进行了分析优化，获得了一套可实现衍射受限成像的有膜系统方案，证明了基于能量守恒的等效工作界面的有效性，指导后续系统的装调，为多次反射系统的分析提供了一种方法。

为了研究特定模式下氟化物高反射薄膜的损伤机理, 采用相衬微分干涉显微镜、原子力显微镜和台阶仪对不同工艺条件下制备薄膜的损伤区域逐步进行对比分析, 在薄膜沉积温度增加后, 随着薄膜体内聚集密度的增加, 薄膜激光损伤阈值有所提升; 对于规整膜系, 体内驻波电场强度分布对薄膜损伤也有较大影响。结果表明, 根据薄膜损伤形貌和损伤深度综合推断, 制备的高反射薄膜损伤是由薄膜体内的聚集密度和电场强度分布所共同引起。该实验结果为下一步继续研究高性能激光反射薄膜打下了基础。

极紫外光刻(EUVL)是最有可能实现22 nm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13.5 nm，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50~80 nm的非工作波段产生的碳沉积最为严重的计算结果。