發(fā)布時間：2020-04-20 16:21

【摘要】：光刻機是大規(guī)模集成電路制造的核心裝備,投影光刻物鏡作為其關(guān)鍵部件,其成像性能(波像差、畸變、場曲、遠心度等)直接決定了集成電路的線寬水平。高性能投影光刻物鏡作為現(xiàn)代最精密、最復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)之一,具有大視場、高NA、高像質(zhì)的特點,對設(shè)計、制造、集成等各環(huán)節(jié)都有嚴(yán)苛的指標(biāo)約束,通過在各環(huán)節(jié)采用最優(yōu)的像質(zhì)補償策略,可以降低公差,提升物鏡的可制造性和性價比。國外193nm投影光刻物鏡已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化,而我國起步較晚,并且受到嚴(yán)格的工藝封鎖和專利保護,因此自主開展高性能投影光刻物鏡的研制對提高我國集成電路制造水平具有重要的戰(zhàn)略意義。本文針對90nm節(jié)點的193nm、NA0.75投影光刻物鏡,開展了像質(zhì)補償策略與補償技術(shù)方面的研究,主要研究工作如下:1、投影光刻物鏡的成像理論與像質(zhì)分析。研究了投影光刻物鏡的成像理論和像質(zhì)評價方法,在此基礎(chǔ)上開展了NA0.75投影光刻物鏡的設(shè)計,其中波像差(RMS)小于1.2nm,畸變小于3.1nm,像方焦面偏移小于16nm,像方遠心度小于±1mrad,倍率誤差小于0.3ppm,像質(zhì)接近完美,為后期的加工、集成等環(huán)節(jié)留有寬松的指標(biāo)余量。2、投影光刻物鏡的補償策略研究。研究了光學(xué)復(fù)算階段、計算機輔助裝調(diào)階段和環(huán)形照明工況下各種公差對系統(tǒng)像質(zhì)的影響和相應(yīng)的像質(zhì)補償技術(shù)。其中光學(xué)復(fù)算的公差主要有材料公差和光學(xué)元件加工公差,補償器為各光學(xué)元件的空氣間隔,補償后的波像差小于1.51nm,畸變小于5.6nm。計算機輔助裝調(diào)階段的公差主要有裝調(diào)公差、測量公差等,補償器為元件偏心移動、元件軸向移動、物面和像面運動,補償后的波像差小于3.76nm,畸變小于8.6nm。研究了環(huán)形照明、360nm線條掩膜工況下的熱像差,補償器為Z5像散變形鏡、元件軸向移動、物像面運動和波長變化,補償后的波像差小于5.55 nm,畸變小于9.9nm。采用的像質(zhì)補償策略具有顯著的像質(zhì)補償效果。3、光學(xué)元件X-Y柔順微動機構(gòu)像質(zhì)補償技術(shù)研究。針對NA0.75投影光刻物鏡對元件偏心補償器的要求,研究了基于1RR-2RRR構(gòu)型的光學(xué)元件X-Y柔順微動機構(gòu),對其雅可比矩陣、柔度矩陣、耦合誤差等進行了分析,實驗結(jié)果表明X、Y間相互耦合誤差小于1%,閉環(huán)控制后可以實現(xiàn)?7 nm的穩(wěn)態(tài)誤差,tip/tilt剛體位移誤差均小于0.22sec,Z向剛體位移誤差小于50nm,具有精度高、耦合誤差小等特點,能夠滿足投影光刻物鏡對元件偏心補償器的指標(biāo)要求。4、主動變形鏡像質(zhì)補償技術(shù)研究。針對熱像差補償對主動變形透鏡的需求,提出了一種基于軸向力驅(qū)動的Z5像散變形透鏡技術(shù),對其變形原理進行了分析,并進行了仿真和實驗驗證,實驗結(jié)果表明Z5系數(shù)變形行程大于600nm,Z5系數(shù)變形精度小于±1nm,耦合剛體位移誤差z/x/y/tip/tilt分別為48.6nm/342.9nm/223.5nm/317.5msec/287.5msec,具有行程大、精度高、耦合誤差小等優(yōu)點,滿足投影光刻物鏡對常數(shù)項像散補償?shù)男枨�。研究了通過在透鏡邊緣施加軸向力、徑向力矩和切向力矩,實現(xiàn)透鏡面形Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z10、Z11、Z12、Z13、Z17、Z18、Z19、Z20、Z26、Z27、Z28、Z29等多種像差變形的方法,能夠為復(fù)雜工況下的物鏡熱像差補償提供技術(shù)支撐。
【圖文】：

景與意義業(yè)是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。集成電路裝備作為集成電路產(chǎn)高效發(fā)展的硬件基礎(chǔ)[1]。光刻機是集成電路的核的關(guān)鍵部件，因此開展自主高端投影光刻物鏡的摩爾定律國貝爾實驗室制造出第一個晶體管[2,3]，相對于靠性高等優(yōu)點。在晶體管問世的基礎(chǔ)上，1958~1的 Jack Kilby[4]和Fairchild公司的Robert Noyce[（integrated circuit）和硅集成電路，，圖 1.1 所示型。

大規(guī)模集成電路 LSI（Large Scale Integrated）500~2大規(guī)模集成電路 VLSI（Very Large Scale Integrated）2000~10大規(guī)模集成電路 ULSI（Ultra Large Scale Integrated）＞100電路的發(fā)展遵循著名的摩爾定律，該定律是 Gorden Moore 在核心內(nèi)容為“當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù) 個月便會增加一倍，性能也提升一倍”[7]。圖 1.2 所示為 19PU 上所包含的晶體管數(shù)目變化情況[8]，與摩爾定律有很好的個 CPU 上的晶體管數(shù)量從 103增加到 1010，增加了 7 個數(shù)量，相當(dāng)于性價比提升了 7 個數(shù)量級。其中 1971 年，Intel 公司CPU）4004 是世界上第一款商用計算機微處理器（CPU），如集成了 2250 個晶體管，光刻工藝為 10μm，運行的頻率為 1，Intel 公司最先進的商業(yè)計算機微處理器（CPU）為 i9-999所示，光刻工藝為 14nm，運行的頻率為 4.0GHz，可加速至
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN405

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 楊旺;黃瑋;許偉才;尚紅波;;光學(xué)表面中頻誤差對光刻物鏡短程雜散光影響分析[J];光學(xué)學(xué)報;2013年09期

2 林嫵媚,王效才;0.35μm分步重復(fù)投影光刻物鏡設(shè)計[J];光學(xué)學(xué)報;2000年08期

本文編號：2634716