中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
未来极紫外光刻技术的发展亟需更高功率的光刻光源，能量回收型自由电子激光光源可以实现千瓦量级以上的功率输出，是一种极具潜力的高功率极紫外光刻光源。主要介绍了高功率能量回收型自由电子激光光源的工作原理、发展现状以及所面临的关键技术挑战。
激光光学 极紫外光刻 能量回收型直线加速器 自由电子激光 光阴极注入器 超导加速器
1 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
2 超强激光科学与技术重点实验室（中国科学院），上海 201800
极紫外（EUV）光刻是7 nm及以下技术节点芯片大规模量产的关键技术。随着技术节点的减小、工艺复杂性的增加，芯片的良率面临着巨大挑战。边缘放置误差（EPE）是量化多重曝光技术过程中制造图案保真度的最重要指标。EPE控制已成为多重曝光和EUV融合光刻时代最大的挑战之一。EPE是关键尺寸（CD）误差和套刻误差的结合。在EUV光刻中，光学邻近效应和随机效应是引起光刻误差的重要因素。光学邻近效应校正（OPC）可以使EPE最小化。对于最先进的技术节点，EPE通常由随机效应主导，因此需要对EPE进行建模，尤其是需要对随机效应进行严格的建模，以分析影响EPE的关键参数。选择不同的测量手段对关键参数进行测量并优化EPE是提高芯片良率的重要途径。本文首先综述了EPE在EUV光刻中的重要作用，然后讨论了OPC和随机效应、EPE模型及涉及的关键参数，并介绍了关键参数的测量方法，最后总结和展望了与EPE相关的技术。
测量 极紫外光刻光源 套刻 光学邻近效应校正 对准
1 1.中国科学院大学, 北京100049
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
极紫外(Extreme ultra-violet, EUV)光刻机光源主要采用激光产生等离子体技术, 用高功率激光轰击锡液滴靶产生13.5 nm波长的EUV光。其中, 基于逆压电效应的压电式高温锡液滴喷射元件是获取高重频高温锡液滴靶的关键部件。本项工作突破了耐250 ℃高温微细压电陶瓷管的组成设计和精细制备, 以及高温锡液滴喷射元件的结构设计和封装等关键技术, 成功研制了压电式高温液滴喷射元件。并通过自主搭建高温锡液滴靶光学检测平台, 基于此高温液滴喷射元件实现了重复频率20 kHz, 直径~100 μm的高温锡液滴靶的稳定输出。
极紫外光刻 微细压电陶瓷管 高温液滴发生器 高温压电陶瓷 EUV lithography micro piezoelectric ceramic tube piezoelectric high-temperature nozzle high- temperature piezoelectric ceramic
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
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
提出了一种基于空间像的极紫外光刻掩模相位型缺陷检测方法，用于检测多层膜相位型缺陷的类型、位置和表面形貌。缺陷的类型、位置和表面形貌均会影响含缺陷掩模的空间像的分布。因此，采用深度学习模型构建含缺陷掩模的空间像与待测缺陷信息之间的映射，利用训练后的模型可从含缺陷掩模的空间像中获取待测缺陷信息。采用卷积神经网络（CNN）模型构建含缺陷空白掩模的空间像和缺陷类型与位置之间的关系，建立用于缺陷类型和位置检测的CNN模型。在获取缺陷的类型与位置后，基于测得的缺陷位置对空间像进行截取，利用截取后的空间像的频谱信息和多层感知机模型获取缺陷表面形貌参数。仿真结果表明，所提方法可对多层膜相位型缺陷的类型、位置和表面形貌参数进行准确检测。
测量 光刻 极紫外光刻 掩模缺陷检测 空间像 深度学习
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了实现极紫外光刻光源驱动激光光斑位置的高精度、宽范围、快响应检测，设计了一种高重复频率窄脉冲信号多通道同步采集处理电路，并提出了基于高斯光斑模型的二级扩展误差补偿算法，可以为极紫外光刻光源驱动激光指向控制提供高精度反馈调节量。首先，介绍了光斑位置检测系统的结构组成与四象限探测器的基本检测原理；然后在考虑探测器半径、光斑半径以及沟道宽度等因素影响的前提下对误差补偿函数进行改进，并对改进的二阶扩展误差补偿算法进行了仿真分析；接着介绍了用于高重复频率窄脉宽信号的多通道同步高速采集电路；最后搭建了实验平台，对改进的算法进行验证。实验结果显示，二阶扩展误差补偿算法的均方根误差为0.0042，最大绝对误差为0.0092 mm，绝对误差的平均值为0.0034 mm；与二阶误差补偿算法相比，二阶扩展误差补偿算法的均方根误差、最大绝对误差和绝对误差的平均值分别降低了83.06%、85.28%和83.50%。表明二阶扩展误差补偿算法与二阶误差补偿算法相比，具有明显的优越性及实用性，在扩展了光斑位置检测范围的同时，光斑位置的检测精度也得到了明显的提升，解决了传统算法无法兼顾计算速度与检测精度的问题。
测量 光斑位置检测 极紫外光刻光源 高重复频率窄脉冲 CO2激光 四象限探测器
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
提出了一种严格的非线性成像测量大数值孔径（NA=0.55）变倍率极紫外光刻（EUVL）投影物镜偏振像差的方法。首先在变倍率极紫外（EUV）严格矢量成像模型基础上，通过建立偏振像差与空间像频谱的非线性关系，得到非线性超定方程组，并提出一种同步旋转测量的方法，通过构建和训练深度神经网络算法求解严格非线性超定方程组，实现了EUV投影物镜偏振像差琼斯光瞳的高精度快速测量。仿真结果表明，测量精度达到了10-4λ（λ为波长）量级，该技术将支撑3~7 nm技术节点EUVL质量的在线监控。
测量 极紫外光刻 光刻成像理论 像差测量 成像测量技术 偏振像差 光学学报
2022, 42(23): 2312001
通过建立激光与液滴相互作用的物理模型，采用数值仿真研究了激光冲击液滴形成的速度场对液滴变形和流动的影响规律。使用流体体积法，结合层流模型，确定了变形的主要特征和流动的精确细节。结果表明，液滴变形过程和破裂时间与已报道的实验结果有很好的一致性。同时，利用Rayleigh－Taylor不稳定性分析，确定了液滴形变、破裂时间与韦伯数的依赖关系。当韦伯数低于110.7时，液滴向前推进，不会发生整体破碎；韦伯数越高，液滴形变越剧烈，且液滴破裂的碎片越小。另外，液滴破碎后，由于涡量的作用，细小液滴出现自旋、融合、破裂等有趣的现象。
激光技术 脉冲激光 液滴破碎 表面不稳定性 流体体积 极紫外光刻 中国激光
2022, 49(22): 2202008
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
提出了一种快速的极紫外光刻像素化掩模优化方法。优化过程中采用改进的像素化快速厚掩模模型，根据掩模像素尺寸设置边界像素上点脉冲的大小。以双重边界演化方法为基础，在每轮优化时，根据当前光刻胶轮廓与目标图形轮廓的差异自适应地对优化变量进行初始化，利用先验信息生成初始个体和种群，从而提高优化效率。以一维线空图形和二维复杂图形为例进行了仿真验证，结果表明该方法有效提高了掩模成像仿真精度，两种二维掩模图形的优化效率得到明显提高。
光学学报
2022, 42(13): 1305002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
极紫外（EUV）光刻机是推动集成电路向先进技术节点发展的核心装备，已应用于7 nm及以下技术节点芯片的量产。高成像质量是EUV光刻机应用于芯片量产的基础。作为成像系统的重要组成部分，掩模是影响EUV光刻成像质量的重要因素。EUV掩模的制造过程中会产生以多层膜缺陷为代表的掩模缺陷，显著降低光刻成像质量。对EUV掩模缺陷的位置、尺寸和形貌等进行准确检测，并根据检测结果进行缺陷补偿是确保光刻成像质量的重要手段。为了有效补偿掩模缺陷对光刻成像质量的影响，需要建立快速准确的含缺陷掩模模型。本文结合本团队在掩模缺陷检测和补偿技术领域的研究工作，介绍了典型的含缺陷掩模仿真方法，总结了现有掩模缺陷检测技术，介绍了掩模缺陷补偿技术的研究进展。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922022
