【摘要】：光刻機(jī)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(chǎng)曲、遠(yuǎn)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(chǎng)、高NA、高像質(zhì)的特點(diǎn),對(duì)設(shè)計(jì)、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(bǔ)償策略,可以降低公差,提升物鏡的可制造性和性價(jià)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(hù),因此自主開展高性能投影光刻物鏡的研制對(duì)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(duì)90nm節(jié)點(diǎn)的193nm、NA0.75投影光刻物鏡,開展了像質(zhì)補(bǔ)償策略與補(bǔ)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(píng)價(jià)方法,在此基礎(chǔ)上開展了NA0.75投影光刻物鏡的設(shè)計(jì),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(yuǎn)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(bǔ)償策略研究。研究了光學(xué)復(fù)算階段、計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)階段和環(huán)形照明工況下各種公差對(duì)系統(tǒng)像質(zhì)的影響和相應(yīng)的像質(zhì)補(bǔ)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(bǔ)償器為各光學(xué)元件的空氣間隔,補(bǔ)償后的波像差小于1.51nm,畸變小于5.6nm。計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)階段的公差主要有裝調(diào)公差、測(cè)量公差等,補(bǔ)償器為元件偏心移動(dòng)、元件軸向移動(dòng)、物面和像面運(yùn)動(dòng),補(bǔ)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(bǔ)償器為Z5像散變形鏡、元件軸向移動(dòng)、物像面運(yùn)動(dòng)和波長(zhǎng)變化,補(bǔ)償后的波像差小于5.55 nm,畸變小于9.9nm。采用的像質(zhì)補(bǔ)償策略具有顯著的像質(zhì)補(bǔ)償效果。3、光學(xué)元件X-Y柔順微動(dòng)機(jī)構(gòu)像質(zhì)補(bǔ)償技術(shù)研究。針對(duì)NA0.75投影光刻物鏡對(duì)元件偏心補(bǔ)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(dòng)機(jī)構(gòu),對(duì)其雅可比矩陣、柔度矩陣、耦合誤差等進(jìn)行了分析,實(shí)驗(yàn)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(shí)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(diǎn),能夠滿足投影光刻物鏡對(duì)元件偏心補(bǔ)償器的指標(biāo)要求。4、主動(dòng)變形鏡像質(zhì)補(bǔ)償技術(shù)研究。針對(duì)熱像差補(bǔ)償對(duì)主動(dòng)變形透鏡的需求,提出了一種基于軸向力驅(qū)動(dòng)的Z5像散變形透鏡技術(shù),對(duì)其變形原理進(jìn)行了分析,并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)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(diǎn),滿足投影光刻物鏡對(duì)常數(shù)項(xiàng)像散補(bǔ)償?shù)男枨蟆Ｑ芯苛送ㄟ^在透鏡邊緣施加軸向力、徑向力矩和切向力矩,實(shí)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?yàn)閺?fù)雜工況下的物鏡熱像差補(bǔ)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(jì)社會(huì)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(jī)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(shí)驗(yàn)室制造出第一個(gè)晶體管[2,3]，相對(duì)于靠性高等優(yōu)點(diǎn)。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(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù) 個(gè)月便會(huì)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(gè) CPU 上的晶體管數(shù)量從 103增加到 1010，增加了 7 個(gè)數(shù)量，相當(dāng)于性價(jià)比提升了 7 個(gè)數(shù)量級(jí)。其中 1971 年，Intel 公司CPU）4004 是世界上第一款商用計(jì)算機(jī)微處理器（CPU），如集成了 2250 個(gè)晶體管，光刻工藝為 10μm，運(yùn)行的頻率為 1，Intel 公司最先進(jìn)的商業(yè)計(jì)算機(jī)微處理器（CPU）為 i9-999所示，光刻工藝為 14nm，運(yùn)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(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN405

【參考文獻(xiàn)】

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(duì)光刻物鏡短程雜散光影響分析[J];光學(xué)學(xué)報(bào);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(jì)[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2000年08期

本文編號(hào)：2634716