极紫外光刻材料研究进展

极紫外光刻是微电子领域有望用于下一代线宽为22nm及以下节点的商用投影光刻技术,光刻材料的性能与工艺是其关键技术之一。为我国开展极紫外光刻材料研究提供参考,综述了最近几年来文献报道的研究成果,介绍了极紫外光刻技术发展历程、现状、光刻特点及对光刻材料的基本要求,总结了极紫外光刻材料的研究领域和具体分类,着重阐述了主要光刻材料的组成、光刻原理,光刻性能所达到的水平和存在的主要问题,最后探讨了极紫外光刻材料未来的主要研究方向。

极紫外光源及高荷态离子诱导下甲烷的脱氢通道碎裂机制

CH_(4)广泛存在于行星大气之中,研究CH_(4)的解离动力学对了解宇宙中气体演化的过程具有重要的价值.目前,CH_(4)^(2+)→CH_(3)^(+)+H^(+)碎裂通道已被大量研究,但针对该通道的解离机制的解释尚存在一定争议.本实验利用高分辨反应显微成像谱仪,开展了25—44 eV的极紫外(extreme ultraviolet,XUV)光电离实验及1 MeV Ne^(8+)与CH_(4)的碰撞实验.通过符合测量得到了CH_(3)^(+)和H^(+)两种离子的动能,重构了两体解离的动能释放(kinetic energy release,KER),并研究了CH_(4)^(2+)解离产生CH_(3)^(+)+H^(+)解离路径下的碎裂动力学过程.在光电离实验中,观测到KER谱上存在4.75 eV和6.09 eV两个峰,结合前人的工作及XUV的能量范围,对每个峰的机制归属进行讨论.特别是4.75 eV峰,分析认为可能来自于CH_(4)^(2+)直接解离机制的贡献.另外,在1 MeV Ne^(8+)离子碰撞实验中,可观测到3个KER峰,将每个峰的分支比与以往的实验结果进行对比,未发现速度效应对KER谱的显著影响.

40~90 nm波段极紫外多层膜研究进展

极紫外多层膜反射镜在许多科学与技术领域,如极紫外光刻、天体物理学、等离子体诊断、阿秒物理和自由电子激光等方面有重要应用。多层膜使极紫外波段反射镜在正入射条件下具有高反射率和窄带宽成为可能。多层膜反射镜是极紫外成像和光谱应用的重要器件,多层膜构成的极紫外成像系统已成功完成多个太阳单一谱线的成像观测。本文综述了40~90 nm波段最有前景的多层膜的研究进展。首先简要介绍了多层膜的基本原理,叙述了40~90 nm波段材料光学常数的测量,总结了Mg基、Sc基和镧系材料以及其他材料组成多层膜的进展,给出了目前达到的最佳反射率和带宽,阐明了多层膜的时间稳定性,从而为40~90 nm波段多层膜制备提供了技术指导。

基于FPGA的极紫外光谱图像处理系统

东方超环(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)全超导托卡马克装置上极紫外(Extreme Ultraviolet,EUV)光谱诊断系统采用电荷耦合器件(Charge Coupling Device,CCD)探测器集光谱图像数据,硬X射线对CCD产生的干扰造成光谱数据中存在大量的单像素噪声,这为准确分析聚变等离子体杂质辐射带来极大的困难。针对这一问题,设计了一套基于可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的EUV光谱图像处理系统,来快速去除硬X射线产生的噪声干扰。该系统基于限幅滤波算法,并引入标准差和离均差替代固定限幅阈值和样本偏差;通过融合限幅滤波算法和数据判别法,外加设置算法工作区间来分阶段对光谱图像数据进行相应处理。同时设计了仿真测试模块,使用EUV光谱图像转化的视频数据模仿采集流程进行系统的功能测试。最后,为了检验该系统对有效光谱数据的保护能力,将图像数据转换成更加直观的谱线图进行对比分析。实验测试结果表明:该系统能够有效去除光谱图像中的噪声点,并较好地保持了光谱数据的完整性,从而提升了光谱数据的可观测性。

国家目标下的创新生态系统构建:以极紫外光刻机为例

产业权力是一国在战略性产业国际体系中影响其他国家行为和利益以维护本国利益或相对优势的能力。新型举国体制面向国家重大战略需求突破关键核心技术的最终指向也在于谋求产业权力。产业权力的形成是国家与市场互相嵌入的过程,也是一个系统性的过程。本文分析了创新生态系统中的权力结构及其形成过程,并以极紫外光刻机为例说明美国如何利用开放的市场机制完成其产业权力构建。研究发现,美国通过设计愿景、投放资源、定义规则等方式,成功在极紫外光刻机创新生态系统中嵌入了产业权力,实现其对极紫外光刻机产业的控制。创新生态系统能够调和国家战略控制与市场追求行业利润的目标差异,这为新型举国体制在国家战略目标下动员和整合各类要素资源、发挥政府机制与市场机制的作用提供了参考。

激光诱导放电等离子体极紫外辐射的模拟

极紫外光刻是目前新一代超高集成度半导体芯片制造流程中重要的一环,激光诱导放电等离子体是极紫外光源产生的重要技术手段之一.本文基于全局状态方程、原子结构计算程序、碰撞辐射模型建立了一个辐射磁流体力学模型,对激光诱导放电等离子体的动力学特性及极紫外的辐射特性进行模拟,模拟复现了放电过程中的箍缩现象,得到的极紫外光的转化效率与实验符合.研究发现放电电流的上升速率对极紫外光的产生有极大的影响,该结果对后续极紫外光输出功率、转化效率以及光谱纯度的提升有重要的指导意义.

基于高频率公转速度变化策略的极紫外多层膜均匀性研究

应用自研高真空磁控溅射镀膜系统,在高反射率和高均匀性极紫外Mo/Si多层膜方面开展实验研究。采用高速匀速自转和调节公转转速相结合的行星运行式镀膜方法,在高频率公转速度变化策略下,实现了多层膜周期厚度的较高均匀性。实验结果表明,通过公转速度高频变化,连续调整基底掠过靶材表面的速度,提高了多层膜周期厚度的均匀性,在150 mm直径范围内,曲面基底上6.92 nm周期厚度的Mo/Si多层膜周期厚度的相对偏差优于±0.3%。同步辐射测试结果表明,在入射角5°时,Mo/Si多层膜在中心波长13.5 nm处反射率达62.2%。

基于匀光管的极紫外消相干和光强均匀化仿真研究

自由电子激光光源(free electron laser,FEL)可发出波长为13.5 nm的极紫外(extreme ultra-violet,EUV)辐射,在EUV光刻领域能够发挥重要作用.但FEL自身的高相干特性以及类高斯光强轮廓分布特征,会对成像带来不利影响,无法满足EUV光刻领域成像应用需求.本文通过计算模拟的方法,设计了一种匹配FEL应用的、用于EUV波段去相干和光强均匀化的新型匀光管结构.模拟结果显示,针对波长为13.5 nm、直径200μm、发散度20 mrad的FEL-EUV高斯光束,采用新型匀光管结构,与常规匀光管结构相比,在同等长度和内径时,具有更显著的去相干能力和光场均匀化作用.当新型匀光管内径为1 mm、总长度不低于0.6 m、倾斜角度为10 mrad时,高相干光场完全被扰乱,实现低相干光输出.并可获得均匀照明光场,光强分布不均匀性数值从常规圆柱型匀光管的28.38降低至0.97.同时,相应能量传输效率为37.6%,最大传输效率达到44.58%.结果表明,新型匀光管结构能够满足EUV辐射去相干应用需求,同时可提高照明视场光强分布均匀性,在EUV光刻领域及其他成像应用具有很大应用前景.

极紫外光电效应电荷驱动仿真与试验验证

惯性传感器中的检验质量是精密引力测量系统中的核心,其表面会因为宇宙高能粒子持续注入而积累电荷,在惯性传感器内部电磁场作用下产生杂散噪声,影响精密引力测量结果.根据光电效应原理,用UV LED产生极紫外光照射惯性传感器的电极与检验质量表面,并在电极间施加适当电场,就可以在不引入外力作用且无接触条件下改变检验质量的电荷量.本文基于平行板电容器的简化电极模型,对极紫外电荷驱动过程进行了理论建模仿真.在此基础上设计和构建了一套电荷驱动验证试验系统,针对光功率、偏置电压对充放电速率的影响和交流电荷驱动进行试验.试验证明电荷充放电速率与极紫外光功率成正比,其量子产率随极板间电场强度变化.最终可实现稳定控制检验质量电荷放电速率在0.31~0.76 pC⋅s^(–1),检验质量电荷充电速率在–0.05~–0.17 pC⋅s^(–1).分析提出的检验质量电荷充放电速率理论模型与地面试验结果一致,可以有力支撑电荷管理控制系统的研制.

极紫外波段的少电子原子精密光谱测量

基于少电子原子体系的精密光谱测量为“质子半径之谜”、量子电动力学高精度检验等重大科学问题的解决带来曙光,因此备受关注.然而,少电子体系许多重要的跃迁谱线位于真空/极紫外波段,缺少合适的窄线宽光源是阻碍其测量精度进一步提升的主要原因之一.近年来,基于稀有气体高次谐波过程产生的极紫外窄线宽相干光源为精密测量这些跃迁谱线带来了新的机遇.最新研究表明,极紫外光梳的最短波长可至12 nm,最高功率可至mW量级,线宽可至0.3 MHz;而极紫外波段的拉姆齐光梳亦可以实现kHz量级的光谱精度,且其工作波长有潜力覆盖整个极紫外波段.本文重点介绍少电子原子极紫外波段精密光谱测量相关技术方法与研究进展.首先简要介绍基于少电子原子体系精密光谱测量的科学意义;随后介绍极紫外波段少电子原子体系精密光谱测量方法,即基于极紫外光梳的直接频率梳光谱方法和极紫外波段的拉姆齐频率梳光谱方法;然后介绍利用这些方法开展少电子原子体系精密光谱实验测量以及相关精密谱理论计算方面的研究进展,以及这些方法在其他相关研究中面临的重要机遇;最后给出未来工作展望.

激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展

半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。

激光等离子体极紫外光刻光源

研究并讨论了下一代光刻的核心技术之一—激光等离子体极紫外光刻光源。简要介绍了欧美和日本等国极紫外光刻技术的发展概况,分析了新兴的下一代13.5 nm极紫外光刻光源的现状,特别讨论了国内外激光等离子体极紫外光刻光源的现状,指出目前其存在的主要问题是如何提高光源的转化效率和减少光源的碎屑。文中同时概述了6.x nm(6.5～6.7 nm)极紫外光刻光源的最新研究工作。最后,介绍了作者所在研究小组近年来在极紫外光源和极紫外光刻掩模缺陷检测方面开展的研究工作。

应用于极紫外光刻系统多层膜的研究进展

极紫外光刻是采用波长为13.5 nm的极紫外光作为光源,实现半导体集成电路工艺22 nm以及更窄线宽节点的主要候选光刻技术。性能优越稳定的多层膜技术是构建整个极紫外光刻系统的重要技术之一、从高反射率、波长匹配、控制面形以及稳定性和寿命方面总结了极紫外光刻系统中多层膜的性能要求和最新的研究进展,叙述了制备高性能多层膜的方法和沉积设备,讨论了多层膜制备技术存在的问题和发展的方向。

极紫外光刻量产良率的保障:掩模版保护膜

当前信息技术的快速发展,需要不断扩大高端芯片的产能和良率,以满足当下及未来对电子产品持续增长的需求。在高端芯片制造环节中的极紫外光刻过程中,任何落在掩模版上的纳米尺度的颗粒污染,都会使曝光成像的图案产生缺陷而降低光刻制程的良率,最终导致芯片制造成本的激增。因此,通过在掩模版上安装“保护膜”这一物理屏障,可有效阻挡任何尺度的污染颗粒进入成像的焦平面内,避免其对极紫外曝光成像质量的不利影响,从而极大地提高芯片制造的良品率。本综述从极紫外光刻掩模版保护膜的材料选择、结构设计、保护膜的制备工艺,以及表征手段等方面进行了详细的介绍。本综述将为我国从事先进光刻以及自支撑薄膜器件研究的学者、工程师等提供有益的参考。

极紫外光刻新技术问世

据报道,日本冲绳科学技术大学院大学(OIST:Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University)设计了一种极紫外(EUV:Extreme Ultra-Violet)光刻技术,超越了半导体制造业的标准界限。基于此设计的光刻设备可采用更小的EUV光源,其功耗还不到传统EUV光刻机的1/10,从而降低成本并大幅提高机器的可靠性和使用寿命。

极紫外光刻光源

分析了极紫外光刻技术作为下一代光刻技术的首选技术目前飞速发展阶段的状况,表明欧、美、日、俄等国家和地区在该领域集中了大量的人力、物力的目标是将光刻精度提高到50nm。指出了极紫外光源是极紫外光刻的核心设备,目前的主要研究方向是提高能量转换效率和输出功率,提高系统各部分的寿命,降低成本等。

等离子体密度对放电等离子体极紫外光源影响研究

等离子体状态是决定极紫外光源功率和转换效率的最重要因素之一,理论和实验研究上Xe气流量对放电等离子体极紫外光源辐射谱和等离子体状态的影响,对于优化光源工作条件具有重要的意义。理论上,采用碰撞-辐射模型,模拟了非局部热力学平衡条件下,不同电离度的离子丰度分布随电子温度和离子密度的变化。推导了Xe8+~Xe11+离子4d-5p跃迁谱线强度随电子温度的变化趋势。实验上,采用毛细管放电机制,利用罗兰圆谱仪测量和分析了不同等离子体密度条件下,放电等离子体极紫外光谱的变化,分析了Xe气流量对等离子体状态的影响。理论和实验结果表明:相同的电流条件下,等离子体箍缩时的平均电子温度随着Xe气流量的增加而降低。对于4d-5p跃迁,低电离度离子与高电离度离子谱线强度的比值随着温度的增加而减少。电流28kA、Xe气流量0.4sccm(cm3·min-1)时,等离子体Z箍缩平均电子温度位于29eV附近。Xe气流量增加时,受离子密度和最佳电子温度的影响,实现Xe10+离子4d-5p跃迁13.5nm(2%带宽)辐射谱线强度最优化的Xe气流量位于0.3~0.4sccm之间。

极紫外多层膜技术研究进展

在极紫外波段,任何材料都表现出极强的吸收特性,因此,采用多层膜实现高反射率是构建正入射式光学系统的唯一途径。本文总结了极紫外多层膜的发展进程,叙述了制备极紫外多层膜的关键技术(磁控溅射、电子束蒸发、离子束溅射)以及它们涉及的相关设备。由于多层膜反射式光学元件主要应用于极紫外光刻与极紫外天文观测,文中重点讨论了极紫外光刻系统对多层膜性能的要求,镀膜过程中的面形精度和热稳定性等问题;同时介绍了极紫外天文观测中使用的多层膜的特点,特别讨论了多层膜光栅的制备技术和亟待解决的问题。

高分辨率极紫外光刻胶的研究进展

自集成电路芯片诞生半个多世纪以来,芯片尺寸在不断减少,以极紫外光刻为代表的光刻技术也有了显著的发展。同时,实现更高精度的光刻图案需要更加先进的光刻胶材料。传统的聚合物光刻胶材料因其相对分子质量大、高精度条纹易坍塌等缺陷使其使用受到限制。以分子玻璃和无机金属配合物光刻胶为代表的相对分子质量小、结构均一的新型光刻胶材料在国内外得到了广泛发展。本文对现阶段新型极紫外光刻胶材料的发展现状和趋势做了评述。

空间软X射线/极紫外波段正入射望远镜研究

介绍国际上空间软X射线/极紫外波段正入射望远镜研究进展情况。着重介绍了长春光机所设计的四波段同时成像空间极紫外太阳望远镜。该望远镜由四个不同波长的多层膜正入射望远镜组成,工作波长分别为12.9nm、17.1nm、19.5nm和30.4nm,视场角为8.5′×8.5′,设计角分辨率为0.5″。为了验证设计方案可行性及关键技术水平,集成出一套17.1nm极紫外望远镜演示样机。