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。

In this review, we describe our research on the development of the 13.5 nm coherent microscope using high-order harmonics for the mask inspection of extreme ultraviolet (EUV) lithography. EUV lithography is a game-changing piece of technology for high-volume manufacturing of commercial semiconductors. Many top manufacturers apply EUV technology for fabricating the most critical layers of 7 nm chips. Fabrication and inspection of defect-free masks, however, still remain critical issues in EUV technology. Thus, in our pursuit for a resolution, we have developed the coherent EUV scatterometry microscope (CSM) system with a synchrotron radiation (SR) source to establish the actinic metrology, along with inspection algorithms. The intensity and phase images of patterned EUV masks were reconstructed from diffraction patterns using ptychography algorithms. To expedite the practical application of the CSM, we have also developed a standalone CSM, based on high-order harmonic generation, as an alternative to the SR-CSM. Since the application of a coherent 13.5 nm harmonic enabled the production of a high contrast diffraction pattern, diffraction patterns of sub-100 ns size defects in a 2D periodic pattern mask could be observed. Reconstruction of intensity and phase images from diffraction patterns were also performed for a periodic line-and-space structure, an aperiodic angle edge structure, as well as a cross pattern in an EUV mask.

搭建了极紫外光源实验装置，获得了中心波长为13.5 nm的Xe等离子体极紫外的辐射光谱。测量了极紫外辐射的时间特性，用多次箍缩理论解释了光脉冲的多峰结构。获得了主脉冲电流幅值、Xe气流量、陶瓷管内径、等离子体长度、辅助气体等实验参数对极紫外辐射强度的影响规律。搭建了重复频率为1 kHz的13.5 nm极紫外光源样机，介绍了样机的电源系统、放电系统、去碎屑系统和光收集系统的基本情况，并给出了光源样机的调试结果。

建立了一个基于等效膜层法的极紫外光刻含缺陷掩模多层膜仿真模型。通过等效膜层法求解含缺陷多层膜无缺陷区域和含缺陷区域不同位置的反射系数，准确快速地仿真含缺陷多层膜的衍射谱。与波导法严格仿真相比，200 nm 尺寸时仿真速度提高9倍左右。与改进单平面近似模型和基于单平面近似的简化模型相比，该模型对衍射谱和空间像的仿真精度有了较大提高，并且仿真精度随缺陷尺寸和入射角的变化很小。以+1 级衍射光为例，6°入射时，与改进单平面近似模型和简化模型相比，该模型对衍射谱振幅的仿真误差分别减小了77%和63%。

在极紫外波段，任何材料都表现出极强的吸收特性，因此，采用多层膜实现高反射率是构建正入射式光学系统的唯一途径。本文总结了极紫外多层膜的发展进程，叙述了制备极紫外多层膜的关键技术(磁控溅射、电子束蒸发、离子束溅射)以及它们涉及的相关设备。由于多层膜反射式光学元件主要应用于极紫外光刻与极紫外天文观测，文中重点讨论了极紫外光刻系统对多层膜性能的要求，镀膜过程中的面形精度和热稳定性等问题；同时介绍了极紫外天文观测中使用的多层膜的特点，特别讨论了多层膜光栅的制备技术和亟待解决的问题。