光刻图形化工艺对芯片制造乃至于现代信息技术的发展起着至关重要的作用。随着微电子器件关键尺寸的持续微缩，芯片制造工艺日益演进，迫切需要立足国内产业现状，开发用于先进工艺节点的下一代光刻工艺。导向自组装（DSA）光刻技术是一种基于热力学微相分离的图形化工艺，具有高通量、高分辨、低成本的特点。本文提出结合深紫外（DUV）光刻技术在引导图形的基础上开发应用于高端芯片制造，与产线兼容的亚十纳米DSA光刻技术，致力解决制约我国集成电路产业发展的“卡脖子”工艺难题。基于此，从DSA机理、材料种类、图形设计、工艺兼容性（涂胶、退火、刻蚀）、成本、缺陷率、应用等方面系统讨论了该技术的发展潜力，并介绍了DSA光刻在300 mm先导线上实施所取得的最新研究进展，充分论证了DSA与DUV相结合的混合光刻技术应用于先进工艺节点的可操作性。最后，对该技术当前存在的挑战和机遇进行了总结与展望。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922027
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
光刻机是极大规模集成电路制造的核心装备，深紫外光刻机是用于先进技术节点芯片制造的主流光刻设备。光刻机的成像质量直接影响光刻机性能指标，是光刻机正常工作的前提。作为提高光刻成像质量的重要手段，计算光刻技术在光刻机软硬件不变的条件下，采用数学模型和软件算法对照明光源、掩模图形和工艺参数等进行优化，使目标图形高保真度地成像到硅片上。光刻成像模型是计算光刻技术的基础，成像模型仿真精度和速度的不断提高支撑了计算光刻技术的发展。结合本团队的研究工作，介绍了光刻成像模型的发展，总结了光学邻近效应修正技术、光源掩模优化技术和逆向光刻技术这三种主要计算光刻技术的研究进展。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922007
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
为满足45 nm及其以下节点光刻技术对照明系统的需求,将深紫外光刻照明系统的光束整形单元所采用的微反射镜阵列(MMA)作为关键器件,以实现满足光源-掩模联合优化(SMO)技术需求的任意照明光源。根据MMA结构参数和加工制造调整特性,分析MMA角度误差类型。在此基础上,利用蒙特卡罗公差分析法模拟实际加工制造调整的过程,通过分析微反射镜角度误差对曝光结果的影响,制定了满足曝光要求的角度公差。结果显示,当MMA在正交方向上的角度调整公差和加工角度公差分别在(±0.04°,±0.06°)、(±0.04°,±0.04°)范围内时,系统曝光得到的特征尺寸误差(CDE)在98.1%的置信概率下小于0.33 nm。
光学设计 公差分析 微反射镜阵列 深紫外光刻
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
计算光刻是提高光刻成像性能的有效方法。但是, 大多数计算光刻技术建立在理想光刻系统下而忽略了系统误差的影响。系统误差中的工件台振动会导致光刻图形误差增大和工艺窗口下降。因此, 必须要降低工件台振动对光刻性能的影响。建立了一种对工件台振动低敏感的光刻系统协同优化方法。首先利用Zernike多项式表征光源来降低算法计算量并提高光源优化自由度。然后创建一项涵盖工件台振动影响的综合评价函数。最后采用基于梯度的统计优化算法建立优化流程。14 nm节点一维掩模图形仿真表明极端工件台振动下, 该方法的特征尺寸误差降低28.7%, 工艺窗口增大67.3%。结果证明该方法可以有效降低工件台振动敏感度并提高光刻工艺稳定性。
深紫外光刻 分辨率增强技术 协同优化 计算光刻 deep ultraviolet lithography resolution enhancement techniques holistic optimization computational lithography 红外与激光工程
2019, 48(12): 1215001
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电信息学院, 吉林 长春 130022
在超大规模集成电路中, 为满足数值孔径为1.35、波长为193 nm的光刻曝光系统45 nm的成像分辨率要求, 设计了一种新型光可变衰减器, 用于控制系统的光能透射率, 调整曝光能量。该衰减器在光入射角为20°~40°时, 衰减面的平均透射率呈线性变化并从95%降低至8%, 同时保证其余三个表面的光能损失均低于1%。设计和制作了光可变衰减器的光学薄膜, 其基底材料选择熔融石英, 膜层材料采用LaF3和AlF3。实验测试了光可变衰减器系统性能, 测试结果显示该系统的光能透射率在8%~90%范围内连续可调, 实验结果满足设计要求。与传统光可变衰减器相比, 该系统可调制衰减范围更大, 衰减量更稳定, 具有一定的应用价值。
薄膜 深紫外光刻 光可变衰减器 截止滤光膜 光学镀膜
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
深紫外波段是目前常规光学技术的短波极限, 随着波长的缩短, 深紫外光学薄膜开发面临一系列特殊的问题; 而对于深紫外光刻系统这样的典型超精密光学系统来说, 对薄膜光学元件提出的要求则更加苛刻。本文主要介绍了适用于深紫外光刻系统的薄膜材料及膜系设计; 对薄膜沉积工艺、元件面形保障、大口径曲面均匀性等超精密光学元件的指标保障关键问题进行了讨论; 对环境污染与激光辐照特性等光刻系统中薄膜元件环境适应性的重要因素进行了深入分析。以上分析为突破高性能深紫外光刻光学薄膜开发瓶颈, 更好地满足深紫外光刻等极高精度光学系统的应用需求指明了方向。
深紫外光刻 超精密光学 膜系设计 光学性能保障 环境适应性 DUV lithography ultra precision optics coating system design optical property guarantee environmental adaptability
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
针对深紫外光刻投影物镜的像质补偿要求，对偏心调节时的透镜进行受力分析，基于柔度矩阵法设计了一种柔性多弹片透镜支撑结构，研究了透镜面形随调节力的变化规律，采用有限元法分析了调节力与透镜面形峰谷(PV)值、均方根(RMS)值和Fringe Zernike多项式系数之间的关系。计算结果表明：调节时通过降低调节力的大小，可以控制面形劣化程度。采用具有吸收调节力功能的柔性支撑结构后，在50 N的驱动力偏心调节时，透镜上表面面形PV值和RMS值分别为2.704 nm和0.528 nm，透镜下表面面形PV值和RMS值分别为2.984 nm和0.571 nm。透镜面形的PV值、RMS值及Fringe Zernike多项式系数随调节力线性变化，但是调节力不会改变各种像差的性质，它引入的透镜像差主要为像散。
光学器件 深紫外光刻 投影物镜 像差补偿 偏心调节机构 调节力 面形
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为了使曝光波长为193 nm的深紫外光刻系统能够制备曝光线宽为90 nm及以下节点的集成电路芯片，设计了采用环形照明模式且部分相干因子σ连续可调，能满足不同曝光线宽要求的光刻照明系统光束整形单元。首先，用几何光学定律和三角函数推导了轴锥镜移动距离与光束放大倍率之间的函数关系；根据对变倍凸轮的合理性和装调公差灵敏度的分析，确定了轴锥镜组参数的变化范围，完成了变倍镜组与轴锥镜组合的光束整形单元的设计。最后，在组合系统后面加入了可连续变倍的缩束系统，实现了σ的连续可调。设计结果显示，在环形照明模式下，归一化的环宽Δσ和外环直径σouter分别在［0.25,1］和［0.4,1］内连续可调,满足设计要求。
深紫外光刻 环形照明 轴锥镜 部分相干因子 无焦变倍镜组 deep ultraviolet lithography annular illumination axicon partial coherent factor afocal zoom system
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
设计了一种新的紫外或深紫外光刻物镜.该物镜与国内外现有的紫外或深紫外光刻物镜相比,既能满足大数值孔径的需要,又能充分利用物镜的视场.采用环形照明,能缓解因增大数值孔径而使焦深缩短的矛盾.
紫外或深紫外光刻 像差平衡 调制传递函数 拦光系数
