北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
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。
极紫外光刻 光刻机曝光系统 物镜系统 照明系统 光学设计 光学学报
2023, 43(15): 1522002
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System of Ministry of Education of China, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Polarization aberration of hyper-numerical-aperture projection optics should be measured accurately in order to control it exactly and ensure favorable imaging performance. A hybrid calibration method combining the Fourier analysis method and the eigenvalue calibration method is proposed. A wide-view-angle Mueller polarimeter (WMP) is exemplified to demonstrate the capability of the proposed calibration method, which can calibrate the polarimeter and determine the error budget of polarizing elements in the polarimeter. In addition, an experimental setup and a WMP are developed in-house to implement the hybrid calibration method.
polarimetric imaging measurement calibration Chinese Optics Letters
2020, 18(8): 081202
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
为满足45 nm及其以下节点光刻技术对照明系统的需求,将深紫外光刻照明系统的光束整形单元所采用的微反射镜阵列(MMA)作为关键器件,以实现满足光源-掩模联合优化(SMO)技术需求的任意照明光源。根据MMA结构参数和加工制造调整特性,分析MMA角度误差类型。在此基础上,利用蒙特卡罗公差分析法模拟实际加工制造调整的过程,通过分析微反射镜角度误差对曝光结果的影响,制定了满足曝光要求的角度公差。结果显示,当MMA在正交方向上的角度调整公差和加工角度公差分别在(±0.04°,±0.06°)、(±0.04°,±0.04°)范围内时,系统曝光得到的特征尺寸误差(CDE)在98.1%的置信概率下小于0.33 nm。
光学设计 公差分析 微反射镜阵列 深紫外光刻
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
计算光刻是提高光刻成像性能的有效方法。但是, 大多数计算光刻技术建立在理想光刻系统下而忽略了系统误差的影响。系统误差中的工件台振动会导致光刻图形误差增大和工艺窗口下降。因此, 必须要降低工件台振动对光刻性能的影响。建立了一种对工件台振动低敏感的光刻系统协同优化方法。首先利用Zernike多项式表征光源来降低算法计算量并提高光源优化自由度。然后创建一项涵盖工件台振动影响的综合评价函数。最后采用基于梯度的统计优化算法建立优化流程。14 nm节点一维掩模图形仿真表明极端工件台振动下, 该方法的特征尺寸误差降低28.7%, 工艺窗口增大67.3%。结果证明该方法可以有效降低工件台振动敏感度并提高光刻工艺稳定性。
深紫外光刻 分辨率增强技术 协同优化 计算光刻 deep ultraviolet lithography resolution enhancement techniques holistic optimization computational lithography 红外与激光工程
2019, 48(12): 1215001
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
高分辨率需求牵引极紫外光刻(EUVL)投影物镜向高数值孔径(NA)、自由曲面设计形式发展。传统的非球面EUVL物镜设计难以在高数值孔径下兼顾校正像差的需求, 往往造成遮拦, 破坏成像对比度。提出了一种高NA无遮拦自由曲面EUVL物镜设计方法。依据物镜形态参数判别引入自由曲面的最佳位置, 能够有效校正系统像差, 在不影响成像性能的情况下增大系统NA。应用该方法设计了一套高NA自由曲面EUVL投影物镜(PO)。与初始非球面物镜相比, 通过增加四面自由曲面, 将物镜数值孔径从0.3增大至0.35, 波像差均方根(RMS)值从1 nm减小至0.4 nm, 整个系统光路无遮拦。设计结果表明: 该方法有效提高了自由曲面EUVL物镜设计效率, 在不产生遮拦的情况下, 不但增大了系统NA且减小了系统波像差, 提高了物镜整体性能。
物镜系统设计 几何光学设计 自由曲面 极紫外 lens system design geometric optical design freeform surface extreme ultraviolet 红外与激光工程
2019, 48(8): 0814002
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
2 北京航天计量测试技术研究所, 北京 100076
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。
光学设计 热变形 极紫外光刻 有限元分析 反射系统 成像性能
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京100081
10 nm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。
光学设计 多层膜 反射系统 极紫外光刻
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and Systems, Ministry of Education of China, School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
A grating is an important element of a phase-shifting point diffraction interferometer, and the grating constant and duty cycle have a great impact on the interferometer, so the design of a grating becomes significant. In order to measure the projection objective with a numerical aperture of 0.2, we present a joint optimization method of a pinhole and grating based on scalar diffraction and the finite difference time domain method. The grating constant and the film thickness are selected, and the duty cycle of the grating is optimized. The results show that in the grating processing the material chromium is adopted, the thickness is 200 nm, and the grating constant is 15 μm. When the duty cycle is 55%, the interference fringe contrast is the greatest. The feasibility of the design result is further verified by experiment.
120.3180 Interferometry 120.4640 Optical instruments 260.1960 Diffraction theory Chinese Optics Letters
2017, 15(10): 101203
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
为满足飞秒激光微纳加工系统对高加工精度和大加工范围的需求, 首先确定了该系统的重要组成部分-无限共轭距显微物镜所需具备的特性及设计指标。依据薄透镜组的初级像差理论, 针对飞秒激光波长推导出光学系统为校正匹兹凡场曲和二级光谱所需满足的条件。该镜头由11片球面透镜构成, 所选用材料皆为国产玻璃, 同时避免三胶合结构的使用。设计了一套工作波长为785~815 nm, 数值孔径为0.9, 像方视场为22.5 mm, 放大倍率为40×的近红外平场复消色差显微物镜。设计结果表明: 该镜头的MTF良好, 全视场波像差均小于0.08λ, 各种几何像差均远小于公差且满足平场和复消色差条件, 能量集中度高。使用补偿器放松材料公差、加工公差和装调公差, 公差分配后全视场RMS波像差小于0.09λ, 满足实际应用要求。
光学设计 显微物镜 平场 飞秒激光 微纳加工 optical design microscope objective flat field femtosecond laser micro-nanofabrication 红外与激光工程
2017, 46(7): 0718006
北京理工大学 光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
本文基于数值孔径为0.75, 满足90 nm 技术节点的DUV 光刻物镜系统, 采用在透镜边缘施加支撑力的方式进行重力变形控制。采用有限元法研究透镜表面非球面变形与补偿力的关系, 分析补偿后透镜重力变形对系统波像差的影响并与补偿前系统进行对比。结果表明: 加边缘补偿力后, 透镜非球面变形均方根最大值由50.877 nm减小至26.675 nm, 但补偿后系统波像差均方根最大值由0.041λ 增大到0.055λ。由此可以得出结论: 该补偿方式能够有效补偿透镜表面非球面变形, 但补偿后系统波像差反而增大, 所以要降低系统的波像差, 不仅需要减小透镜变形, 同时还需考虑各透镜变形之间的相互补偿作用。
深紫外 投影物镜 波像差 重力变形 有限元法 deep ultraviolet projection optics wavefront aberration gravity deformation finite element analysis
