1 上海大学微电子学院，上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
集成电路的生产主要依靠光刻技术为主的工艺体系，采用波长为13.5 nm光源的极紫外光刻是当前最先进的商用规模量产光刻技术，为集成电路的发展带来前所未有的进步。根据瑞利判据，为进一步提高分辨率，以波长6.X nm为光源的下一代“超越极紫外”光刻成为研究热点。多层膜反射镜是极紫外光刻机光学系统中的关键器件，其反射率和寿命决定光刻机的曝光效率与成像质量。综述了6.X nm多层膜的研究进展，对近年来6.X nm波段的极紫外光源以及多层膜的设计、制备和表征等方面进行了介绍和分析。重点阐述了6.X nm多层膜的界面优化方法，并讨论了多层膜在工程应用中的老化和性能衰减等问题，对面向未来商业应用的方向做出了展望。旨在为我国从事先进光刻等相关研究工作的学者、工程师等提供重要参考。
先进光刻 超越极紫外 多层膜 反射率 界面工程
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室，上海 201800
以沉积在Si［100］基底的Mo/Si多层膜为例，通过透射电镜（TEM）测量了多层膜在不同倾转角度下的界面结构，并提取了多层膜的周期厚度以及单周期中Mo层和Si层的厚度。结果表明：样品沿α方向倾转时，Mo层和Si层的测量厚度几乎没有变化，但界面粗糙度增大，这是由于旋转时薄膜的厚度方向始终与电子束垂直，而电子束穿过的TEM样品厚度Z增大；样品沿β方向倾转时，由于倾转时样品截面与电子束不垂直，造成伪影严重，无法区分Mo层和Si层，多层膜的测量总厚度随倾转角的增大先增大后减小。此外，提出了样品沿β方向倾转后测量薄膜厚度的计算公式。对于较薄的薄膜，随着倾转角β的增大，测量厚度增大；对于较厚的薄膜，随着倾转角β的增大，测量厚度先增大后减小。薄膜厚度t0越小，沿β方向倾转后测量厚度的相对误差越大。当TEM样品厚度Z为10 nm时，沿β方向倾转后测量厚度的相对误差较小。
透射电镜 倾转角度 薄膜界面 膜层厚度
1 上海大学微电子学院，上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室，上海 201800
自支撑薄膜滤片是极紫外波段重要的透射式光学元件。为获得13.5 nm极紫外高透射率滤片，本文选用硅（Si）作为膜层材料，通过脉冲直流磁控溅射在可溶性衬底沉积厚度为50 nm的Si单层膜，并成功制备了自支撑Si薄膜滤片样品。利用X射线反射、扫描电镜、同步辐射装置等测试手段分别对样品膜厚、形貌以及光学性能进行了表征，结果表明，50 nm厚的Si滤片在13.5 nm处透射率达到86.02%。进一步通过检测样品组分，结合IMD软件计算并分析了滤片氧化程度，解释了其在12.5~20 nm波段理论透射率与测量值之间存在差异的原因。该研究成果将极大地拓宽此类高透射率Si滤片在极紫外光学工程领域的应用前景。
极紫外波段 高透射率 自支撑滤片 硅 薄膜 氧化 光学学报
2023, 43(19): 1936001
1 上海大学微电子学院，上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学工程部（筹），上海 201800
随着芯片特征尺寸的不断减小，借助193 nm准分子光源的浸没式深紫外光刻技术已进入瓶颈，使用多次曝光技术的工艺路线也已到达目前的商用极限。极紫外光刻（EUVL）采用13.5 nm的极紫外光源，被认为是下一代光刻商用化路线必需的技术。综述了激光等离子体13.5 nm EUVL光源的原理和最新进展，分别从驱动光源、靶材、收集镜等关键子系统展开介绍。讨论了激光等离子体光源进一步发展过程中需要解决的问题，如提升激发光功率、提高转换效率及延长光源寿命，特别分析了日本Gigaphoton公司和荷兰ASML公司的EUVL光源装置。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922002
1 同济大学物理科学与工程学院, 上海 200092
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
4 国科大杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
薄膜沉积是滤片制备过程中的核心环节,优化薄膜沉积工艺对于提高薄膜滤片的稳定性具有重要意义。本课题组采用脉冲直流磁控溅射工艺在不同氩气工作压强(0.05~1.0 Pa)下制备Zr薄膜,利用Zygo干涉仪测试薄膜的面形,计算得出薄膜应力,并通过X射线衍射仪和原子力显微镜表征了薄膜的微结构变化。研究发现:在大于0.1 Pa工作压强下制备的Zr薄膜表现为压应力,随着工作压强减小,压应力缓慢减小,并在0.05 Pa时表现为张应力;通过对物相结构和表面粗糙度的变化规律进行详细分析,进一步解释了张应力的产生机制。结果表明,金属材料塑性流动导致的微结构变化是张应力的主要成因。本研究为制备低应力自支撑Zr滤片提供了镀膜工艺优化的途径,在极紫外光刻、同步辐射、空间探测等领域有重要的应用价值。
薄膜 极紫外 磁控溅射 应力 光学学报
2021, 41(18): 1831001
张宇晖 1,2,3王胭脂 1,3,4陈瑞溢 1,2,3王志皓 1,2,3[ ... ]邵建达 1,3,4
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
4 中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
5 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
宽带高损伤阈值低色散镜是拍瓦激光系统中不可或缺的光学元件。系统性地研究了金属-介质镜、介质镜和组合介质镜的光学性能、色散特性、抗损伤特性以及损伤机理。介质膜能够提高金属膜的损伤阈值,银-介质低色散镜的传输效率和损伤阈值比Au、Al更高;在飞秒激光作用下,金属-介质镜在近损伤阈值处为典型的鼓包形貌,这是由于金属层吸收了大量能量而产生了热应力破坏。在组合介质镜中,保护层HfO2的存在降低了Ta2O5中的电场,初始损伤层被转移至HfO2中,且在不牺牲反射带宽和色散性能的前提下介质膜的损伤阈值得到了提升。
薄膜 低色散镜 反射膜 损伤阈值 拍瓦激光系统 中国激光
2020, 47(11): 1103001
1 同济大学物理科学与工程学院, 上海 200092
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800
3 中国科学院强激光材料重点实验室, 上海 201800
为研制真空紫外与极紫外波段Al基薄膜光学元件,详细研究了Al基薄膜的应力特性及其优化方法。利用应力实时测量装置对共溅射技术制备的5种不同Si掺杂质量分数(0、8.97%、16.49%、28.46%、45.73%)的Al-Si复合薄膜进行应力测试,并采用X射线衍射法表征薄膜的结晶状态。结果表明:Al薄膜中的应力表现为压应力,随着Si在Al中掺杂量的增加,Al中的压应力减小,并且Al的结晶度降低,Al(111)晶向的晶粒尺寸也减小,Al的结晶被抑制;当Si的掺杂质量分数从18.63%增大到31.57%时,Al中的压应力转变为张应力,且张应力随Si掺杂量的增加而进一步增大。本研究为制备Al基滤片、单层膜和多层膜元件提供了技术支撑,在极紫外光刻、同步辐射和天文观测领域具有重要的应用价值。
薄膜 真空紫外 应力 结晶 共溅射 光学学报
2020, 40(14): 1431002
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Complementary analysis techniques are applied in this work to study the interface structure of Mo/Si multilayers. The samples are characterized by grazing incident x-ray reflectivity, x-ray photoelectron spectroscopy, high-resolution transmission electron microscopy, and extreme ultraviolet reflectivity. The results indicate that the layer thickness is controlled well with small diffusion on the interface by forming MoSi2. Considering MoSi2 as the interface composition, simulating the result of our four-layer model fits well with the measured reflectivity curve at 13.5 nm.
340.7480 X-rays, soft x-rays, extreme ultraviolet (EUV) 230.4170 Multilayers Chinese Optics Letters
2016, 14(8): 083401
中国科学院 上海光学精密机械研究所 强激光材料重点实验室, 上海 201800
综述了国内外科研人员在高性能偏振膜的研制方面开展的工作, 主要涉及偏振膜光谱性能、抗激光损伤阈值和膜层应力控制等方面的研究。针对我国神光系列装置对偏振膜的性能要求, 简述了中国科学院上海光学精密机械研究所采用电子束沉积技术在光谱性能、损伤阈值和面形精度三个方面开展的研究工作。给出了在薄膜设计、制备和后处理等方面进行的研究和取得的进展。结合上述研究成果, 得到了低缺陷密度、低应力的高性能偏振膜。 由本科研团队研制的布儒斯特角薄膜偏振器在在2012年和2013年SPIE激光损伤国际会议(SPIE Laser Damage)组织的全球性偏振膜激光损伤阈值水平竞赛中连续取得了p分量损伤阈值和平均损伤阈值最佳的结果。另外, 通过解决应力诱导膜层龟裂的重大技术问题, 在国内首先推出了大口径偏振片, 该大口径偏振片满足透射率TP>98%,反射率RS>99%的光谱性能要求和17 J/cm2(9 ns)的通量运行要求, 有力支撑了我国SGII-UP大型激光装置的稳定运行。
高功率激光 薄膜偏振片 激光损伤阈值 应力控制 综述 high-power laser thin-film polarizer laser damage threshold stress control review 光学 精密工程
2016, 24(12): 2908
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光重点材料实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
用脉冲直流磁控溅射方法在硅片衬底上制备了厚度相同的单层钼薄膜，结合台阶仪、X射线衍射仪、场发射扫描电镜、原子力学显微镜和紫外-可见分光光度计分别研究了不同沉积速率对钼薄膜微结构、表面形貌和光学性能的影响。掠入射X射线反射谱拟合的钼薄膜厚度与设计厚度一致，说明当前钼薄膜制备工艺成熟稳定。沉积速率通过改变薄膜生长模式与薄膜形核率影响钼薄膜表面形貌演化。随着沉积速率的增大，薄膜越来越致密，钼(110)面的衍射峰强度逐渐增大，平均晶粒尺寸增大, 表面粗糙度先降低后增加。
薄膜 光学性能 材料制备与表征 其他性能
