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紫外(UV)光学系统概述

作者: 发布时间:2022-07-20 10:01:47点击:672

       紫外光(UV)在紫外光谱、大气科学、安全、紫外成像检测技术、国防等方面有着重要的应用。特别在半导体工业中紫外光刻是一项重要的应用技术,主要应用之一是用于光刻技术中投影光学系统。即光刻投影光学系统把掩模图样的缩小像投影到涂有抗蚀剂(也称为光致抗蚀剂或光刻胶,是一种对光敏感的具有抗化学腐蚀能力的高分子化合物)的半导体材料上,经化学处理后在半导体材料上能得到的最细线条的尺寸,称为“最小特征尺寸(smallest feature size,sfs)dsfs”。根据类似于式σ=λ/ NA)的概念给出

dsfs=k1λ/NA

式中,k1为常数,与抗蚀剂的厚度和折射率等因素有关(约为0.6)。为了减小最小特征尺寸dsfs,需要减小k1值和波长λ值,增大投影光学系统数值孔径NA。但是这些参数值是在一定限度内可以变化的。

       当前光刻技术的标志性波长、最小特征尺寸和光源选择如下:

     (1)g-线光刻标志性波长436nm,最小特征尺寸0.5μm,汞弧灯。

     (2)h-线光刻标志性波长405nm,汞弧灯。

     (3)i-线光刻标志性波长365nm,最小特征尺寸0.25~0.14μm,汞弧灯。

     (4)深紫外(DUV)光刻标志性波长248nm,最小特征尺寸0.25~-0.14μm,汞弧灯或受激ArF激光器。

     (5)深紫外(DUV)光刻标志性波长193nm,最小特征尺寸0.18~0.13μm,受激ArF激光器。

     (6)真空紫外(VUV)光刻标志性波长157nm,最小特征尺寸0.18~0.13μm,受激F2激光器。

     (7)极短紫外(EUV)光刻标志性波长13.5nm,最小特征尺寸0.05μm,同步辐射加速器、激光等离子体光源(LPP)和放电等离子体光源(DPP)。

紫外光的波长短,制备折射光学系统的光学材料收到很大限制。波长越短,折射材料的色散越大,反射镜没有色差,因此在紫外波段,反射镜系统具有独特的优势。但是在反射光学系统设计中,波长可以减小,而数值孔径NA受到了限制。紫外光反射光学元件的反射率也限制了光学系统的设计。由于多层介质膜反射镜的发展,目前极紫外多层介质膜材料是Mo/Si和Mo/Be。Mo/Si在13.0~13.5nm范围内,范围垂直入射反射率达65.5%,而在11.1~11.5nm范围,Mo/Be多层结构在垂直入射时的反射率达68%。有了这种多层介质膜结构才能使比深紫外(Deep Ultra-Violet,DUV)波长(约为193和248nm)短一个数量级的极紫外(Extreme Ultra-Violet,EUV)波长(约为13nm和32nm)有足够的反射率,制作极紫外光刻(Extreme Ultra-Violet Lithography,EUVL)设备成为可能。

        紫外系统常存在散射问题。总的积分散射(TIS)表示为

TIS=[4πδ(cosθ)/λ

式中,δ是表面粗糙程度均方根;λ是波长;θ是入射角。这意味着表面缺陷和表面光洁度,还有材料的散射,可能引起杂散光。

  

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