光刻物镜波像差绝对检测技术综述

光刻物镜是光刻机核心部件，其波像差大小决定着光刻机的分辨率和套刻精度。随着光刻机性能的逐步提升，光刻物镜波像差要求已经降低到0.5 nm (RMS)以下，这对波像差的检测是一个极大的挑战。现行的光刻物镜波像差检测方法 (如哈特曼法，剪切干涉法和点衍射法等)的检测精度往往受限于其系统误差，而绝对检测技术是一种能够将系统误差分离出来的技术，最终突破精度极限。本文回顾了光刻物镜系统波像差检测方法和波前绝对检测技术，详细梳理了绝对检测技术在不同波像差检测方法中的应用和研究进展，重点总结了绝对检测技术在不同波像差检测方法中的技术难点，同时结合这些难点，展望了光刻物镜波像差绝对检测技术的未来发展趋势。     

超大数值孔径浸没式物镜的研发设计

该文提出一种超大数值孔径光刻投影物镜。该光刻投影物镜作为光刻机曝光系统的核心模块,将掩模版上的图案以4倍缩小倍率成像于硅片面,该物镜以193 nm的准分子激光器为曝光光源,视场范围为26mm×5.5mm,光学结构不同于传统的全透射系统,引入反射镜及镜片反射面,采用折反射式光学系统结构,有利于平衡像差。浸没情况下最大数值孔径可达到1.35,可应用于前道制造45 nm关键层和非关键层的光刻工艺需求。     

193nm移相点衍射干涉仪的测量误差分析

为了提高移相点衍射干涉仪对193 nm投影光刻系统的检测精度,本文对其主要测量误差进行了探讨.在简要介绍了193 nm移相点衍射干涉仪的基本结构和测量原理之后,总结了可能对测量结果产生影响的各种误差及其产生的原因.通过理论分析和数值模拟的方法分别对参考波前误差,相移误差、探测器非线性误差以及光源波动,环境变化引起的随机误差等进行了具体分析,从而得到各种测量误差的大小、存在形式以及与干涉仪结构参数的依赖关系,并提出了相应的避免或减小误差的方法.     

光刻物镜高精度挠性结构镜框设计及分析

光刻投影物镜的透镜支撑形式决定透镜的面形精度,进而影响光学系统的成像质量。本设计为实现透镜面形精度优于5 nm的RMS值,提出一种三点挠性主支撑和六点弹片辅助支撑的支撑形式。综合考虑透镜自重、夹持力和热载荷对透镜面形影响,对支撑结构进行优化设计,并进行了仿真分析。仿真后的面形结果为：上表面面形PV 21.7 nm,RMS 4.49 nm;下表面面形PV 81.3 nm,RMS 3.63 nm。仿真结果显示：该种透镜的支撑结构可以满足光刻投影物镜的高精度面形指标要求。     

球面投影光刻物镜的设计

针对人工晶体或隐形眼镜的面形上连续浮雕结构加工的特点,本文介绍了基于空间光调制器(DMD)曲面投影光刻物镜系统的设计方法.根据其成像面为曲面的特点,根据光学设计理论多次利用弯向物方的弯月形负透镜结构进行场曲校正,同时运用光的衍射原理优化设计物镜系统的数值孔径以消除DMD投影过程中的栅格效应. 运用ZEMAX工程光学设计软件对系统进行了模拟、优化,并对优化后的结果进行了分析.对于设计实例利用上述设计原则给出了设计结果,工作波长为g线(峰值波长λ=436nm),像面曲率r=22.5mm,视场φ6mm,数值孔径NA=0.1,分辨力为7.8 μm(64Ip/mm)时的光学调制传函值>0.8,畸变<±0.05%.     

极紫外投影光刻两镜微缩投影系统的光学设计

极紫外投影光刻（EUVL）两镜微缩投影物镜通常采用Schwarzschild结构和平场结构。本文分析了这两种结构在EUVL不同发展阶段的设计特点，并依据有限距反射系统像差理论，从解析解出发，设计了两套平场两镜系统，分别用于对分辨力为70nm、无遮拦、环形视场扫描曝光系统及目前研制的EUVL 32nm技术节点小视场曝光系统的研究。系统设计指标满足极紫外投影光刻要求。     

高精度光刻物镜的变形研究

高精度光刻物镜是微电子光刻专用设备中的关键部件之一,不仅要求光刻物镜的精度高,还要尽可能地减小装调误差。根据 193nm 光刻物镜的光学零件结构尺寸,利用大型有限元分析软件 Algor 和材料力学的应力变形理论,求得了结构形式与重力变形关系,支撑方式与变形的关系,材料不同时的变形趋势图,为整个光刻物镜的装配和调校提供了依据。研究表明,非均匀支撑是引起重力变形的主要原因,在物镜口径φ300mm 时采用 9 点以上支撑方式其最大变形量基本恒定,并可预留加工“误差”补偿重力变形。     

动态干涉条纹的图象检测

本文介绍了利用CCD 固体摄象传感器和386微机动态测量 F—P 多光束干涉条纹的方法,介绍了实现动态检测的原理和软件设计思想,利用此原理,提出了一种微小位移的高精度动态测量方法,采用无畸变摄象物镜和精密伺服系统,相应微小位移的测试精度可达3nm—6nm(约λ/100的数量级)。     

高精度6inch F/5.4球面标准具结构研究与设计

193 nm光刻投影物镜光学元件面形精度为纳米级,因此要求检测精度为纳米到亚纳米级.在高精度的光学元件面形检测中,为了保证检测的精度,干涉仪标准球面镜的精度要优于λ/40.根据检测要求,设计了一种新的标准镜装卡结构.采用有限元方法分析了参考面在重力作用下的面形变化情况,其最大面变形变化峰谷(PV)值仅为4.88 nm,...     

林尼克结构干涉测量系统误差分析

在应用林尼克结构干涉测量系统进行测量时,发现系统存在一个近似为二次曲面的测量误差.根据光学干涉系统的测量原理,分别对林尼克结构干涉测量系统的相移器误差、摄像机误差和光学系统误差进行了分析,确定光学系统误差是干涉测量系统的主要误差源,其中显微物镜焦点轴向误差是产生系统测量误差曲面的主要原因.以平面为实验测量样件,应用测量系统对参考光臂显微物镜的不同轴向位置进行了测量,通过分析测量结果验证了焦点轴向误差对系统测量误差的影响,并与理论结果进行了比较.     

数字图像相关测量中镜头成像畸变的估计和校正

提出一种用于高精度数字图像相关测量的镜头成像畸变估计和校正方法.通过对由刚体平移实验得到的畸变位移场进行分析获得镜头的畸变系数,并根据畸变系数对畸变位移场进行校正.对一25mm固定焦距镜头的成像畸变进行估计,并进一步讨论了该镜头成像畸变对位移测量误差的影响.结果显示,可有效消除由镜头成像畸变引起的位移测量误差,达到高精度测量的目的.     

紫光高均匀照明实验装置及结构设计

介绍了一种可对分步重复投影光刻机照明系统性能进行研究的紫光高均匀照明实验装置及总体结构设计，说明了在该装置的结构设计上所遇到的主要问题及解决方法，使用此装置可以对照系统在多种不同照明条件下的照明均匀性等性能进行实验研究，并且可光刻物镜，工件台组合成一套曝光系统，开展微细加工光刻技术的曝光实验研究。     

利用平面止推轴系研制高精度定心仪

为了减小中心偏对光学仪器质量的影响,研制了一种利用平面止推轴系为基础的高精度定心仪。该定心仪测量精度:角晃动≤2″,转台主轴径向晃动≤1μm。利用该仪器对多组准直物镜进行了装调和中心偏测量,取得了较为满意的结果。在WYKO数字干涉仪上对装调好的准直物镜的光学性能进行了检测,测得波面误差的峰谷值(PV)为0.143λ,均方根误差为(1/50)λ,斯特列尔比(Strehl)已达到98%。检测结果表明,利用该仪器装调的准直物镜可以达到很高的精度。     

数字光刻缩微投影系统物镜的设计

针对高精度数字光刻的缩微光学投影系统,提出并设计了一种适用于0.7XGA型数字微反射镜(DMD)的6片式数字光刻缩微投影物镜。通过优化和拼接三片式物镜结构,得到数值孔径NA=0.1,放大倍率为-0.2558,分辨力达3.5μm,不受DMD栅格效应影响且达到衍射极限的缩微物镜。经过Zemax软件模拟得到其全视场光程差小于λ/5,145cycles/mm处的调制传递函数(MTF)大于0.58,充分说明该缩微物镜已经达到光刻物镜设计要求。利用Monte Carlo分析方法,模拟加工装配了100组镜头,设定空间频率为145cycles/mm时,90%的镜头FMTF>0.55,验证了加工装配实际可行。     

用灰度曝光技术改善数字光刻图形轮廓

基于空间光调制器(SLM)数字光刻技术可用于IC掩模制作或直接作为微结构的加工工具,但用数字投影光刻系统加工某些结构的二元图形时,往往难以获得预期的图形轮廓,即图形边缘处有一定畸变,特别是较低缩小倍率时。本文提出优化设计图形边缘灰度的方法来校正光刻图形的畸变。文中分析了数字光刻制作这些二元光刻图形时空间像畸变产生的物理机制,详细讨论了设计图形边缘灰度优化的规则,并以加工圆孔滤波器为例,模拟了它的数字光刻成像过程。结果表明,设计图形的边缘采用灰度曝光可使其空间像畸变减小约8个百分点,光场分布更为均匀。数字灰度曝光技术简单易行,可为改善光刻图形质量提供了新途径。     

投影光刻物镜的弹性装校

本文介绍了投影光刻物镜的弹性装校工艺及方法,在数字干涉仪上实测的结果及分析。     

投影仪物镜互换的研究

针对小型投影仪存在的投影物镜不能互换的问题,为降低厂家的服务成本和用户的购置成本,根据国家标准<投影仪>对投影物镜的要求,从光学系统、结构设计、零件公差分析及装配过程控制等方面对投影仪物镜实现互换的可行性进行了分析,并设计制造了"互换装校具"进行验证.实验结果表明,按该方法装校好的投影物镜在任意一台同类型投影仪上均满足国家标准的要求,实现了物镜互换.     

基于二元衍射的光谱共焦显微位移测量

为实现高精度、高轴向分辨率的光谱共焦显微位移测量,提出一种将二元衍射透镜引入测量系统的方法。该方法中二元衍射透镜相比于传统折射透镜色散线性度更好,且在消色差的同时减小单色像差特别是对测量影响较大的轴上球差的影响。在数据处理上采用中值滤波减小随机噪声对谱峰定位造成的影响,质心法和多项式拟合的方法分别减小峰值波长提取和标定曲线拟合的误差。实验选用白光光源,采用50×物镜和100×物镜分别和二元衍射透镜组合搭建系统,通过PI纳米位移台对系统进行标定和测量。实验结果表明,100×物镜系统测量精度更高,测得该系统在432～807 nm的波长范围内,测量范围为40μm,系统的平均测量精度可达0.046 2μm,轴向分辨率优于0.2μm,符合微小间距测量的要求。     

轴承滚道圆度误差检测和信号处理

本文提出并建立了一种轴承滚道圆度误差检测和信号处理系统。系统利用圆度仪进行轴承滚道圆度误差的联机检测,然后由计算机对检测结果进行数据处理,分析误差产生原因,并可根据需要以数值或图形的形式输出结果。该系统具有圆度误差检测、评定、频谱分析、误差源诊断等功能。     

基于视觉模型的C形臂投影图像快速校正方法

针对普通C形臂投影图像失真影响计算机辅助手术的精度和传统校正方法费时的问题,提出了一种基于摄像机视觉模型的方法来快速校正C形臂X射线投影失真图像。该方法通过分析C形臂X射线投影图像失真的来源和类型,把C形臂系统标定和投影失真图像校正融为一体,再利用视觉模型的Tsai法对其进行标定获取畸变参数,然后利用畸变参数对失真图像进行几何校正。实验结果表明,在放射源到探测器的距离为120cm时,最大误差为8.8个像素,放射源到探测器的距离为121cm时,最大误差为9.1个像素。放射源到探测器的距离变化18mm时,标定获得放射源到探测器的距离变化值为18.11mm,相差0.11mm,并且在不同姿态时C形臂投影失真图像校正结果具有稳定性。该方法的优点是减小了建立理想图像带来的误差,而且步骤简单,容易在线使用。