极紫外光源收集系统设计与加工方法研究

摘要

极紫外(13.5nm)光刻技术是目前光学光刻领域中的顶级光刻技术,是业界公认最有希望实现最小线宽22nm及更小尺寸的下一代光刻技术,受到国内外高度重视。在极紫外光刻机中,极紫外光源收集系统起到提高光刻照明系统光能利用率,以满足曝光能量需求的作用,是光刻机中不可缺少的组成部分,近年来一直是极紫外光刻行业的研究重点之一,也是我国发展自主高端光刻机的必要研究内容之一。由于收集系统工作波段极短,导致其结构十分特殊,其设计、加工等都是光学领域中的难题,也是收集系统研究中的关键技术问题。
　　WolterI型收集系统是针对DPP极紫外光源的收集系统形式,具有高收集效率、良好的远场均匀性等优点,也非常适合用在LPP极紫外光源上。本文就以WolterI型收集系统为研究对象,对该形式收集系统的设计、仿真、加工、检测以及集成装配进行了较为全面的研究。
　　首先,分析了该收集系统有别于常规光学系统的掠入射工作方式,以及多层反射镜内嵌结构的特点及工作原理;推导了国外没有明确给出的有关收集系统设计及性能评价的两项重要指标——收集效率和集光度的公式,为收集系统的设计提供了理论基础。
　　其次,对课题中收集系统需匹配的毛细管Xe气放电极紫外光源的辐射特性进行了计算,并结合光刻机总体要求,进行了收集系统设计指标的论证;由于Zemax、CodeV等设计软件不支持掠入射结构的设计,论文提出了根据各层收集镜的几何对应关系,进行“逐层迭代求解+多次优化”的设计方法,快速地完成了收集系统的设计;并针对收集系统结构编写了三维仿真程序,较Tracepro等第三方仿真软件相比,该程序大幅降低了设计及仿真工作量,并且仿真结果与Tracepro的仿真结果吻合得很好。仿真结果表明,设计的收集系统完全符合设计要求。
　　然后,介绍了国外收集镜加工采用的心轴复制加工方法,并提出了一套适合于国内收集镜试制阶段的精车加工方法;在面形检测方面,提出了以收集镜成像原理检测为主的快速检测方案,对加工出的一层收集镜进行了检测,检测结果符合设计要求,证明了收集系统设计及加工正确。
　　最后,就收集系统集成时的集成公差进行了研究,给出了已加工的一层收集镜的集成公差范围,并初步设计了一集成平台。

目录

极紫外光源收集系统设计与加工方法研究

RESEARCH ON DESIGN AND FABRICATION OF EUV SOURCE COLLECTOR

摘要

ABSTRACT

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 极紫外光刻机组成简介

1.3 毛细管XE气放电极紫外光源简介

1.4 极紫外光源收集系统简介

1.5 课题研究的主要内容

第2章 极紫外光源收集系统基础理论研究

2.1 收集系统特性分析

2.2 收集系统光学参数分析

2.3 收集系统的收集效率研究

2.4 收集系统集光度研究

2.5 本章小结

第3章 极紫外光源收集系统设计与三维仿真

3.1 毛细管XE气放电极紫外光源辐射特性计算

3.2收集系统光学设计

3.3 收集系统三维仿真

3.4 收集镜壳体厚度的确定

3.5 本章小结

第4章 极紫外光源收集镜加工与检测方法探索

4.1 收集镜加工方法研究

4.2 收集镜面形检验方法研究

4.3 本章小结

第5章 极紫外光源收集系统集成研究

5.1 收集系统集成公差分析

5.2 收集系统集成方案及集成平台设计

5.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢