极紫外光刻物镜系统光学设计研究

发布时间：2017-05-06 05:10

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【摘要】：极紫外光刻技术(Extreme Ultraviolet Lithography,EUVL)被公认为是最具潜力的下一代光刻技术之一而受到广泛研究。作为光刻整机的核心部件,极紫外光刻物镜系统几乎涵盖了应用光学、加工检测、光学薄膜等核心高端技术,在设计、评估等方面面临诸多实际问题。就此,本文围绕极紫外光刻物镜系统优化设计中若干实际问题开展了以下研究:1.针对极紫外光刻光学系统中的Mo/Si多层膜提出了基于能量守恒定律的等效界面模型。模型从严格的电磁场基本理论出发,从光学薄膜对能量的调制角度,将多层膜中复杂的相干物理光学过程转换为简洁的几何光学过程,并构造等效光学系统,以对其进行像质评价,评估光学薄膜与物镜系统的兼容性。2.极紫外光刻物镜系统中的杂散光将严重降低物镜系统成像性能。本文从杂散光基本定义和测量原理出发,借助光刻仿真,提出了用于分析极紫外光刻物镜系统中杂散光的模型,完成了物镜系统杂散光分析评估方法的建立,实现了光学元件扩展中频的准确提取,为物镜系统杂散光分析提供了一种普适、自恰的方法。3.通过分析极紫外光刻物镜结构,利用分组、解析法缩减变量数目,实现了极紫外光刻NA 0.3、弧形视场、无遮拦六镜系统初始结构的分组可视化构造,具有直观、速度快、命中率高等优点。在此基础上,对系统进行优化、仿真,分析了不同Fringe Zernike像差对曝光线条质量的影响,为以后系统优化设计提供了参考。4.实现了基于阿贝成像原理的光刻成像仿真,针对NA 0.32系统,16 nm HP密集线条完成了离轴照明参数优化;提出并实现了基于遗传算法,协同考虑系统实际照明条件的衰减型相移掩模结构和材料的优化设计方法。5.从理论上提出了一种适于高NA极紫外光刻物镜系统的新型掩模结构,通过刻蚀光学薄膜并填充吸收层的方法,使得掩模图案位于二维平面内,从而克服掩模阴影效应;同时吸收层材料的注入减小了薄膜刻蚀深度,增强了掩模机械强度,延长了使用寿命。上述研究为极紫外光刻物镜系统优化设计过程中所面临的若干实际问题提供了理论依据和技术支撑,为后续更高NA、无遮拦、产业化物镜系统的协同设计、光刻整机性能优化、开展计算光刻等工作奠定了技术基础。
【关键词】：极紫外光刻 多层膜 等效界面 中频粗糙度 杂散光 光学设计 Fringe Zernike 离轴照明 相移掩模 阴影效应
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN305.7
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-13
• 图目录13-17
• 表目录17-18
• 第1章 绪论18-38
• 1.1 研究背景及意义18-29
• 1.1.1 集成电路与我们的世界18-20
• 1.1.2 集成电路与摩尔定律20
• 1.1.3 集成电路与ITRS20-24
• 1.1.4 集成电路与投影光刻24-28
• 1.1.5 极紫外光刻28-29
• 1.2 国内外发展现状29-33
• 1.2.1 EUVL起源及早期发展29-30
• 1.2.2 国际EUVL主要进展30-32
• 1.2.3 国内EUVL研究进展32-33
• 1.3 本文研究内容及结构安排33-38
• 1.3.1 研究对象33
• 1.3.2 论文工作的主要内容33-34
• 1.3.3 论文的结构安排34-38
• 第2章 极紫外光刻物镜系统中的光学 薄膜分析38-62
• 2.1 引言38-39
• 2.2 光学薄膜基本理论39-42
• 2.3 极紫外外多层膜 2542-44
• 2.4 等效工作界面模型44-51
• 2.4.1 基本原理46-47
• 2.4.2 等效工作界面模型建立47-48
• 2.4.3 模型修正48-50
• 2.4.4 等效光学系统50-51
• 2.5 等效工作界面应用51-60
• 2.5.1 成像兼容性评估51-59
• 2.5.2 可见光装调模拟试验59-60
• 2.6 小结60-62
• 第3章 光学加工误差的频段分析62-72
• 3.1 引言62-63
• 3.2 系统杂散光测试原理63-66
• 3.2.1 杂散光的间接预测63-65
• 3.2.2 基于Kirk法的杂散光测量65
• 3.2.3 现有理论局限性65-66
• 3.3 扩展中频粗粗糙度66-68
• 3.3.1 最优暗岛尺寸66-67
• 3.3.2 扩展中频粗糙度频域67-68
• 3.4 系统杂散光预测68-70
• 3.4.1 系统元件扩展中频求解68-70
• 3.4.2 系统杂散光评估70
• 3.5 小结70-72
• 第4章 高NA极紫外光刻物镜光学设设计72-106
• 4.1 引言72-73
• 4.2 系统设设计指标73
• 4.3 系统初始结构可视化设设计73-84
• 4.3.1 Group 174-77
• 4.3.2 Group 377-78
• 4.3.3 Group 278-81
• 4.3.4 物镜系统初始结构可视化构造81-84
• 4.4 系统优化设设计84-92
• 4.4.1 物镜初始结构优化潜力判断84-87
• 4.4.2 物镜光学系统综合评估优化87-90
• 4.4.3 极紫外光刻物镜优化设计结果90-92
• 4.5 系统仿真评估92-105
• 4.5.1 光刻曝光仿真输入93-100
• 4.5.2 仿真结果分析100-105
• 4.6 小结105-106
• 第5章 光刻成像质量优化设设计106-126
• 5.1 引言106-107
• 5.2 阿贝成像原理模型107
• 5.3 照明优化设设计107-114
• 5.3.1 离轴照明基本原理107-108
• 5.3.2 离轴照明108-109
• 5.3.3 部分相干照明成像109-110
• 5.3.4 掩模阴影效应110
• 5.3.5 像质评估110-112
• 5.3.6 二极照明优化112-114
• 5.4 相移掩模优化设设计114-123
• 5.4.1 相移掩模基本原理115-119
• 5.4.2 基于遗传算法的衰减型相移掩模优化设计119-123
• 5.5 小结123-126
• 第6章 高NA极紫外光刻物镜研究126-138
• 6.1 引言126
• 6.2 高NA光刻物镜面临的问题126-129
• 6.2.1 光学设计128
• 6.2.2 系统产能128
• 6.2.3 成像性能128
• 6.2.4 掩模阴影效应128-129
• 6.3 高NA光刻物镜解决方法129-136
• 6.3.1 放大倍率129-131
• 6.3.2 吸收层注入式掩模131-136
• 6.4 小结136-138
• 第7章 结论138-142
• 7.1 工作总结138-139
• 7.2 主要研究成果及创新点139-140
• 7.3 工作展望140-141
• 7.4 结束语141-142
• 参考文献142-150
• 在学期间学术成果情况150-151
• 指导老师及作者简介151-152
• 致谢15

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本文编号：347799