phpid技巧_DUV光刻光学系统3蔡司若何完成巧夺天工的浸没式光学设计

干式DUV光刻机发展到了193纳米光源系统之后，半导体界为了进一步提升光刻机的分辨率，面临两条技能路线：157纳米光学，及浸没式193纳米光学。

我们看一下蔡司又是如何巧夺天工，来设计浸没式光刻光学系统的。

在设计浸没式DUV光刻镜头时，蔡司工程师一反常规研发思路，并没有直接从干式DUV镜头开始优化，而是进行了全新的设计整合：

将1904年的DUV分光镜和1986年代的熔融二氧化硅UV镜集成。

该设计给出的数值孔径1.1NA的ArF镜头波前像差达到惊人的0.8纳米，系统分辨率达到50纳米。

大家还记得吗？上篇我们提到，蔡司工程师设计干式DUV光刻镜头的思路，是将蔡司1930年代的DUV分光镜和1970年代的UV光中继器整合完成的。

蔡司在浸没式光刻光学设计时采取了新的整合方案，不仅在193纳米ArF光学系统设计得到极佳的结果，而且在157纳米F2浸没式光学系统的设计中，也达到了非常高的水平。
其设计的数值孔径1.1NA的157纳米F2浸没式光学系统，全视场的波前像差靠近0.6纳米，光学系统分辨率达到40纳米。

早期的浸没式光刻光学设计采取全折射构造设计了NA1.1的ArF镜头；但是全折射构造无法连续提升数值孔径。
因此蔡司工程师又转向了折返式镜头。

蔡司在不同专利中涉及到多种折返镜头构造，数值孔径从1.2增加到1.25，以及最高的1.35。

此后，基于蔡司的浸没式光学系统，ASML构建了全新的浸没式DUV光刻机。
从此，半导体家当界拉开了长达20年的浸没式光学统治期间。
早期的浸没式光刻光学系统数值孔径只有1.2NA，但是很短的韶光便升级到目前的ArF光刻机的标准数值孔径1.35NA，它的分辨率低于45纳米。

蔡司工程师在2007年《Nature Photonics》刊登文章《将DUV光刻推向极限》，回顾了2004-2006年浸没式光刻机推向市场的激动民气的一段历史。

彼时，搭载蔡司DUV浸没式光学镜头Starlith 1900的ASML光刻机，达到了惊人的36.5纳米分辨率。

回顾了蔡司触目惊心的DUV光刻光学发展历史，我们再转头看一下我国02专项的开拓成果。
根据国科精密光学官网资料，我国2018年02专项验收的系统，是一套ArF光源数值孔径0.75NA的镜头，型号Epolith A075。

除了大家普遍提及的分辨率90纳米的参数外，我们可以再比较两个指标：

1，曝光视场 26mmx10.5mm；

2，波前像差小于5.1纳米。

Epolith A075 ArF曝光系统光学参数

可以看到，这套系统和蔡司有着比较大的差距：

蔡司的全部DUV光学系统，在26mmx33mm的曝光视场下，波前像差均低于1纳米。

02专项0.75NA光学系统光刻结果：利用SEM丈量的90nm致密线的顶视图，L/S（线间距比）为1：1，间距为180nm

当然，我们提到，蔡司的干式DUV光学和浸没式DUV光学设计思路来自于蔡司120年景长历史中的不同技能路线的组合、迭代，它是随着最顶级的工业需求同步出身和提升的。

我国通过02专项实现了从无到有的打破，但是很显然，在工业根本、设计能力、制造精度等方面，未来可期，但仍有一定的差距。

那么，中国的DUV光学团队，能顺利实现从0.75NA的干式DUV光学系统到浸没式DUV光学系统的升级、迭代吗？他们能够实现DUV光刻光学系统的家当化代价吗？

我们下篇连续聊！

02专项0.75NA光学系统光刻结果：利用SEM丈量的 NA0.75曝光的85nm水平/垂直密线的顶视图

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将深紫外光刻技能推向极限 |自然光子学 (nature.com)：https://www.nature.com/articles/nphoton.2007.218