整整120年前的1902年,德国蔡司科学家Moritz von Rohr开拓了280纳米和275纳米波长的DUV分光镜。此后蔡司在1930年代和1950年代对DUV分光镜进行了2次大规模的迭代升级。下图便是这3个跨度超过50年韶光里,范例的3代DUV分光镜的设计图。
1960年代蔡司科学家发展了新的UV光中继器系统,在二十余年的韶光里,做了一系列的迭代,从436纳米系统升级到405纳米、365纳米系统。
正是基于1930年代和1970年代的DUV和UV光学设计根本,蔡司工程师在1990年代发展出DUV光刻光学系统的基本设计理念。

那我们看下,目前的DUV光刻光学系统是基于蔡司2000年前后优化的紧凑型设计。蔡司在1998年发布数值孔径0.7的248纳米KrF光学系统。
下图是蔡司的数值孔径0.9的248纳米KrF光学系统设计,分辨率达到100纳米。
之后,蔡司将KrF光刻光学系统的优化结果运用到下一代193纳米高数值孔径ArF光刻光学系统的设计,分辨率提升到75纳米。
在连续梳理蔡司如何基于一百年的DUV光学开拓历史来发展DUV光刻光学系统之前,我们来看看我国的DUV光刻机镜头开拓历史--由于众所周知,我国02专项便是从193纳米ArF光刻光学系统开始的:
2009年7月,我国02专项“高NA浸没光学系统关键技能研究”正式启动,由中国科学院长春光学精密机器与物理研究所、中国科学院上海光学精密机器研究所、中国科学院光电研究院等三家海内技能上风单位联合承担。该项目的核心目标是开展高NA浸没式曝光光学系统关键技能研究,并研制一套面向90nm节点的NA0.75 ArF光刻曝光光学系统工程样机。
2017年12月23日,长春光机所举行了“高NA浸没光学系统关键技能研究”项目的专项内部任务验收会。我们在彼时的验收新闻里,看到了NA0.75 ArF投影物镜物镜系统及照明系统的照片,以及当时的验收指标--“经整机曝光工艺验证测试得到了优于85nm光刻分辨率的精良结果”。
通过以上的大略比拟,我们可以看到中外开拓DUV光刻镜头的巨大差异:
1,欧美是通过具有丰富家当履历的企业完成,我国是研究所完成;
2,蔡司因此工业化迭代来逐步推进DUV光刻光学系统,我国是组织团队对“指定指标”进行技能攻关;
3,蔡司基于成熟的工业体系的设计、制造能力;我国须要依赖各种外部工具完成设计、制造;
4,蔡司的技能有明确的技能源头,我国是从无到有;
5,蔡司完成的是创新性的工业化项目,我国完成的是“取代”课题。
这便是我国开拓DUV光刻镜头之以是困难重重的缘故原由:一个由研究所科研职员、博士生、硕士生组成的攻关军队,和欧美成熟的工业体系的顶尖工业运用研究团队的PK--它本身就是非对称竞争。
而我们目前要思考的不仅仅是短期内办理一些工业瓶颈,更主要的是思考如何打造根本研究及工业化研究的平台培植能力,否则未来我们会创造越来越多的“卡脖子”。由于办理“卡脖子”依赖的科研体系,和培植领先的工业体系所依赖的科研体系,完备不一样。
下篇我们连续聊蔡司如何从干式DUV光刻镜头发展浸没式DUV光刻镜头技能。
参考资料
新闻中央 - 国科精密 (cnepo.com.cn):http://en.cnepo.com.cn/index.php?id=1892
产品与做事 - 国科精密 - 长春国科精密光学技能有限公司 (cnepo.com.cn):http://en.cnepo.com.cn/index.php?id=1852