使用分子动力学方法计算了Mo、Si原子发生反射和再溅射的概率,以及原子的反射、再溅射角度和能量分布。考虑了四种碰撞:Mo原子与Mo基底碰撞、Mo原子与Si基底碰撞、Si原子与Si基底碰撞、Si原子与Mo基底碰撞。模拟发现,当沉积原子传递给基底的能量降低时,发生反射的概率增加,但是发生再溅射的概率降低。此外,入射角度对反射概率、再溅射概率的影响与沉积原子和基底原子的种类有关;然而,入射能量越高越容易发生反射、再溅射。最后,进行了磁控溅射实验,在具有不同倾斜角度的基底上制备了Mo/Si多层膜样片,实验结论验证了仿真结果。研究结果可以用于模拟磁控溅射镀膜过程,优化镀膜工艺。

Mo/Si多层膜镀膜工艺是极紫外光刻的关键技术之一,为了优化并提升Mo/Si多层膜的镀膜工艺,研究了气压、靶-基底间距这两个工艺参数对Mo/Si多层膜表面粗糙度的影响。根据磁控溅射物理过程,建立了一个原子沉积的物理模型,分析了原子沉积到基底时的入射角度和入射能量分布对气压、靶-基底间距的影响。此外,利用直流磁控溅射镀膜机,制备了Mo/Si多层膜样片,并测量了膜表面粗糙度和功率谱密度,研究了膜表面粗糙度和功率谱密度随气压和靶-基底间距的演化规律。理论和实验的结论一致,所提模型从理论上解释了实验测量结果。

近边X射线吸收精细结构（NEXAFS)谱包含了吸收原子的局域结构信息, 由于其适用范围广, 灵敏度高, 已经成为研究物质结构的重要手段之一。为了研究有机物的碳1s NEXAFS谱, 本文基于气体激光等离子体X射线光源, 采用具有平场特性的凹面变线距光栅作为分光元件, 面阵CCD作为光谱探测器, 设计了一台小型掠入射式近边X射线吸收谱仪。通过优化光栅和CCD的装配方案, 得到了入射角886°的装配参数。利用光线追迹法分析了谱仪的分辨率, 该谱仪工作波段2~5 nm, 在44 nm处分辨率可达666。通过分析各结构参量误差对谱线半高宽的影响发现, 半高宽对入射角的误差最为敏感, 优化的装配方案可以实现入射角的高精度调节。利用氮气等离子体光谱测试了光谱仪的性能, 结果显示分辨率达到设计指标。

针对极紫外光刻照明系统中一块小尺寸反射镜大入射角带宽的需求，采用Si层有效厚度与公转速度关系式和多层膜周期厚度与公转速度关系式，完成了宽带Mo/Si多层膜设计膜系的制备工作。在磁控溅射镀膜机上制备了一系列不同周期厚度和G 值(Mo层厚度与多层膜周期厚度的比值)的Mo/Si多层膜规整膜系，并利用掠入射X 射线反射谱表征，分别得到多层膜周期厚度、Mo层有效厚度和Si层有效厚度与公转速度的关系式以及多层膜界面粗糙度。采用Levenberg-Marquardt 算法完成了宽带膜系设计，设计结果为在16.8°~24.8°范围内R=42%±1%。根据Mo/Si 多层膜周期厚度和Si 层有效厚度与公转速度的对应关系制备所设计的膜系，并对其极紫外波段反射率进行测量，实验结果为在16.8°~24.8°范围内R=41.2%~43.0%，实验结果与设计结果吻合得很好，进一步的制备误差反演分析表明实验结果与设计结果之间的细微偏差主要来自Mo/Si多层膜G 值及界面粗糙度标定过程中的系统误差。

为了实现光学系统波像差的高精度检测，引入了改进的光纤相移点衍射干涉仪，介绍了其工作原理，并对干涉仪的关键部件包括激光光源及光纤的参数进行了选择和分析。经测试，激光光源功率稳定性约为1%(10 min)，光斑尺寸在实现最佳耦合效率允许范围内，光束位置稳定度约为6 μm，相干长度为1 cm左右，都在测试精度允许范围内；选择了纤芯直径为3.5μm的单模不保偏光纤，对光纤端面镀半反半透金属膜，实现了较高的条纹对比度和光能利用率，并设计了波前参考源，方便了光纤端面的抛光、镀膜及装卡。最后，利用选择的部件搭建了光纤相移点衍射干涉仪实验装置，为最终能够实现光学系统波像差的高精度检测提供了前期的准备。

高数值孔径(NA)、大视场极紫外光刻物镜光学系统是实现22 nm及以下技术节点产业化光刻系统的关键部件。通过对光刻物镜系统结构的分析，利用可视化对其初始结构进行分组构造。并在此基础上采用一种渐近式NA 方法获得了弦长为26 mm，宽2 mm的弧形视场内复合波像差优于均方根(RMS)为λ/50的物镜系统。借助Q型多项式，使物镜光学元件非球面度低于45 μm，最大口径小于400 mm，全视场波像差优于0.027 λ RMS，畸变优于1.5 nm。

极紫外（EUV）反射镜在使用过程中的氧化及表面碳污染沉积，严重影响了极紫外光刻（EUVL）技术的工业应用。为了延长EUV 反射镜的稳定性与使用寿命，一般采取在Mo/Si多层膜表面添加保护层。采用直流反应磁控溅射技术，建立氧气流量与溅射电压之间的“迟滞回线”关系，进而准确掌握不同氧化物保护层所需氧气量，以此减少过多的活性氧对下层Mo/Si多层膜的影响，提高镜面的反射率。选用RuO2与TiO2两种保护层材料进行比较，根据充氧量的不同，分析不同反应阶段的薄膜特性。针对催化性和物理稳定性更好的TiO2 薄膜，在晶相、表面粗糙度、截面均匀性和化学组分等方面给予评价。研制出膜质致密均匀的非晶态TiO2薄膜，其表面粗糙度优于100 pm；TiO2纯度(质量分数)达97.2%；保护层厚度为2 nm 的Mo/Si多层膜的反射率损失小于5%，满足EUV 外多层膜的基本要求。

为了保留光纤点衍射干涉仪容易对准以及衍射光束易于控制的优点，同时又能实现大数值孔径(NA)光学系统的检测，设计了一种新型的波面参考源(WRS)，它保留了光纤点衍射和微孔点衍射的优点，可满足大NA极紫外光刻物镜系统波像差检测的要求。本文在分析各种误差的基础上，搭建了WRS原理光路并对WRS的系统误差标定算法进行详细的研究，得到WRS标定时旋转平台的角度公差为0.5°，跳径时偏离系数为0.5%。这一新型WRS误差分析及标定对于实现高精度的检测具有十分重要的意义，最终为实现WRS系统误差标定提供理论基础。