光學光刻的案例
反射式光刻物鏡設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第79課
一．概述
隨著光刻分辨率的不斷提高，光學光刻機中采用的投影物鏡結構型式經歷了演變和篩選過程。在早期的低分辨率光刻機中，全反射型、全折射型、折反射型多種結構型式并存：在目前的高分辨率光刻機中，全折射式結構型式是主流。
與全折射式結構型式相比，折反射式結構的投影物鏡具有許多優越的光學性能，但其在光刻機中的真正使用尚需克服許多技術問題。在現代高分辨率光學光刻機中，投影物鏡的結構型式大致分為兩類：全折射型和折反射型。
全折射型投影物鏡是指只含有透鏡的投影物鏡，而折反射型投影物鏡則是同時含有透鏡和反射鏡的投影物鏡。
二．SYNOPSYS自由曲面設計功能
受限于EUV（極紫外光）使用的波長為13.5nm，由于該波段的光幾乎沒有光學材料可以透過，因此為了使用更短的波長，此類光刻物鏡只能采用完全反射式進行設計。
SYNOPSYS的自由曲面設計功能可以非常方便快捷地設計自由曲面反射式光學系統。
只需要輸入每個反射鏡的初始位置、形狀，以及系統的物方參數和像方要求，此功能會自動生成對應的優化文件和初始結構。
宏文件和鏡頭文件
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三.反射式光刻物鏡優化結果
得到優化的宏文件
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調整優化宏，進一步優化反射鏡的形狀以達到更好的成像質量。額外的質量要求都可以在優化文件內按需要增加或調整。
對應鏡頭文件
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軟件自動優化功能，會自動將反射鏡的位置優化匹配到不會影響光線軌跡的情況。
展開 從頭了解光刻機！
光學曝光技術的潛力, 無論從理論還是實踐上看都令人驚嘆, 不能不刮目相看。其中利用控制光學曝光過程中的光位相參數, 產生光的干涉效應,部分抵消了限制光學系統分辨率的衍射效應的波前面工程為代表的分辨率增強技術起到重要作用, 包括: 移相掩模技術、光學鄰近效應校正技術、離軸照明技術、光瞳空間濾波技術、駐波效應校正技術、離焦迭加增強曝光技術、表面成像技術及多級膠結構工藝技術。在實用化方面取得最引人注目進展的要數移相掩模技術、光學鄰近效應校正技術和離軸照明技術, 尤其浸沒透鏡曝光技術上的突破和兩次曝光技術的應用, 為分辨率增強技術的應用更創造了有利條件。
電子束光刻
電子束光刻技術是微型技術加工發展的關鍵技術,他在納米制造領域中起著不可替代的作用。電子束光刻主要是刻畫微小的電路圖，電路通常是以納米微單位的。電子束光刻技術不需要掩膜，直接將會聚的電子束斑打在表面涂有光刻膠的襯底上。
電子束光刻技術要應用于納米尺度微小結構的加工和集成電路的光刻，必須解決幾個關鍵的技術問題：電子束高精度掃描成像曝光效率低;電子在抗蝕劑和基片中的散射和背散射現象造成的鄰近效應；在實現納米尺度加工中電子抗蝕劑和電子束曝光及顯影、刻蝕等工藝技術問題。
實踐證明,電子束鄰近效應校正技術、電子束曝光與光學曝光系統的匹配和混合光刻技術及抗蝕劑曝光工藝優化技術的應用，是一種提高電子束光刻系統實際光刻分辨能力非常有效的辦法。電子束光刻最主要的就是金屬化剝離，第一步是在光刻膠表面掃描到自己需要的圖形。第二部是將曝光的圖形進行顯影，去除未曝光的部分，第三部在形成的圖形上沉淀金屬，第四部將光刻膠去除，在金屬剝離的過程中，關鍵在于光刻工藝的膠型控制。最好使用厚膠，這樣有利于膠劑的滲透，形成清晰的形貌。
展開 [NEWSLETTER] 高NA (數值孔徑)物鏡的分析
高NA(數值孔徑)物鏡常用于光學顯微及光刻，并已廣泛在其他應用中得以使用。眾所周知，在高數值孔徑物鏡的使用中，電磁場矢量特性的影響是不可忽略的。一個眾所周知的例子就是由高NA(數值孔徑)物鏡聚焦線性偏振圓光束時，焦斑的不對稱性:焦斑不再是圓的，而是拉長的。我們通過具體的物鏡實例來說明了這些效應，并演示了如何在VirtualLab Fusion中使用不同的探測器分析焦斑。
高數值孔徑物鏡的聚焦分析
高數值孔徑(NA)物鏡廣泛用于光學光刻、顯微系統等。在對焦斑的模擬中考慮光的矢量性質是非常重要的。
高數值孔徑(NA)物鏡系統的先進點擴散函數計算
當線性偏振高斯光束經高數值孔徑(NA)非球面透鏡聚焦時，由于矢量效應，焦平面上的PSF呈現非對稱性。
有關更多信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 基于VirtualLab Fusion的原子光刻基片定位方案的光學系統仿真
張寶武1，霍劍鋒1，饒鵬輝2，張明月1，劉媛媛1，余桂英1，王道檔1
（1.中國計量大學計量測試工程學院，浙江 杭州310018； 2.訊技光電科技（上海）有限公司，上海200092）
摘要：為了探究原子光刻中基片與會聚激光場間距對沉積納米光柵質量的影響，我們基于VirtualLab Fusion平臺實現了基片定位控制方案中光學系統的建模和仿真。結果顯示：基片在切割會聚激光時將產生直邊衍射圖像，其輪廓形狀和最大值都會隨著基片切割激光截面區域大小的變化而變化：虛擬光電探測器上所得到的反射光強度值將隨著基片－會聚激光間距的變化給出了倒置的高斯線型，其最低點出現在基片中心和會聚激光場軸線重合時的位置上。當會聚激光場截面恰好被基片阻擋一半時，探測處的強度值降至45.5%。這種光強隨基片位置的變化情況為精確地定位基片位置提供了理論支撐。
關鍵詞：原子光刻；鉻原子；會聚激光；VirtualLab Fusion平臺
納米科技的快速發展，迫切需要相關檢測儀器具有量值溯源的特性，以保證加工對象的精度和成品率．現在開發出來的計量型納米測量儀器有如下原因而不能滿足現場或者一般實驗室快速 溯源檢測的要求。１）設計復雜，價格昂貴，工作環境要求苛刻；2）只能建立在國家級計量院所
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紫外光刻鏡頭設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第77課
一.光刻技術簡介
光刻是在集成電路制造過程中非常重要的步驟，是制造芯片的核心設備。
芯片的復雜細微三維結構就是通過光刻機把掩膜的圖形轉印到光刻膠上，再通過刻蝕工藝轉移到硅片上。
二.光刻鏡頭的概述
整個集成電路制造過程中，光刻的步驟需要重復幾十次。
光刻技術水平限制了集成電路性能提升和關鍵尺寸的進一步減小。
光刻工藝的核心是對準和曝光，都是通過光刻鏡頭實現的。
光刻鏡頭的功能原理和投影物鏡是相似的，但是設計難度和成像質量要求比普通投影物鏡高得多。紫外光刻鏡頭的作用是將投射光源產生的光場聚焦到光刻膠層上，并保持所需的分辨率和圖形質量。這些鏡頭通常使用紫外光源（波長通常在250至450納米之間），因為紫外光的短波長使得能夠獲得更高的分辨率。
紫外光刻鏡頭的主要特點包括：
1.高分辨率：紫外光的短波長使得光刻圖案可以獲得更高的分辨率，從而實現更小尺寸的芯片結構。
2.平面波前：紫外光刻鏡頭需要保持圖案的平面波前，以確保圖案的投影在整個芯片表面上都是均勻的。
3.大視場：紫外光刻鏡頭通常需要具有較大的視場，以便在單次曝光中覆蓋整個芯片區域。
4.低畸變：鏡頭設計需要盡可能減小像差和畸變，以確保投影的圖案保持形狀和精確度。
三．透射式光刻物鏡：
SYNOPSYS 的 DSEARCH 功能可以直接從零開始搜索初始結構。
由于光刻物鏡的鏡片數非常多，可以通過搜索前后兩部分的結構，再通過拼接優化的方式進行設計。
這是光刻鏡頭的前半部分以及搜索的 DSEARCH 文件，輸入的參數包括物方系統定義、元件數、F數、總長、后焦、材料、邊界條件等。搜索這樣一個11片全新的鏡頭所需要的時間不到5分鐘。
展開 基于VirtualLab Fusion的原子光刻基片定位方案的光學系統仿真
摘要：為了探究原子光刻中基片與會聚激光場間距對沉積納米光柵質量的影響，我們基于VirtualLab Fusion平臺實現了基片定位控制方案中光學系統的建模和仿真。結果顯示：基片在切割會聚激光時將產生直邊衍射圖像，其輪廓形狀和最大值都會隨著基片切割激光截面區域大小的變化而變化：虛擬光電探測器上所得到的反射光強度值將隨著基片－會聚激光間距的變化給出了倒置的高斯線型，其最低點出現在基片中心和會聚激光場軸線重合時的位置上。當會聚激光場截面恰好被基片阻擋一半時，探測處的強度值降至45.5%。這種光強隨基片位置的變化情況為精確地定位基片位置提供了理論支撐。
關鍵詞：原子光刻；鉻原子；會聚激光；VirtualLab Fusion平臺
納米科技的快速發展，迫切需要相關檢測儀器具有量值溯源的特性，以保證加工對象的精度和成品率．現在開發出來的計量型納米測量儀器有如下原因而不能滿足現場或者一般實驗室快速 溯源檢測的要求。１）設計復雜，價格昂貴，工作環境要求苛刻；2）只能建立在國家級計量院所
展開 高NA (數值孔徑)物鏡的分析
高NA(數值孔徑)物鏡常用于光學顯微及光刻，并已廣泛在其他應用中得以使用。眾所周知，在高數值孔徑物鏡的使用中，電磁場矢量特性的影響是不可忽略的。一個眾所周知的例子就是由高NA(數值孔徑)物鏡聚焦線性偏振圓光束時，焦斑的不對稱性:焦斑不再是圓的，而是拉長的。我們通過具體的物鏡實例來說明了這些效應，并演示了如何在VirtualLab Fusion中使用不同的探測器分析焦斑。
高數值孔徑物鏡的聚焦分析
高數值孔徑(NA)物鏡廣泛用于光學光刻、顯微系統等。在對焦斑的模擬中考慮光的矢量性質是非常重要的。
數值孔徑(NA)物鏡系統的先進點擴散函數計算
當線性偏振高斯光束經高數值孔徑(NA)非球面透鏡聚焦時，由于矢量效應，焦平面上的PSF呈現非對稱性。
有關更多信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
網址: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 納米壓印，終于走向臺前？
光刻工藝的最終分辨率由所用光源的波長決定。
而如今業界依賴的光學光刻存在諸多局限性：
SDAP、SAQP工藝是二維圖案化解決方案，嚴重限制了設計布局；
由于精度有限，想要將更精密的芯片線路曝光出來，還需要采用多重曝光技術；
提高光學光刻分辨率主要通過縮短光刻光源波長來實現，盡管光源已從紫外的436nm、365nm縮短到深紫外（DUV）的193nm和極紫外（EUV）的13.5 nm，但在光學衍射極限限制下，分辨率極限約為半個波長；
光刻光源波長縮短使得光刻設備研制難度和成本成倍增長，其成本與規模化能力已無法與過去25年建立的趨勢相匹配。
展開 [NEWSLETTER] 傅立葉顯微鏡對單分子成像
具體來說，我們演示了幾種物理光學效應的影響，包括每個光學界面的菲涅爾損耗和透鏡孔徑的衍射。
傅立葉顯微鏡對單分子成像
建模用于單分子成像的完整高NA傅立葉顯微鏡系統，特別展示了例如：菲涅爾損耗、由于孔徑引起的衍射，并將仿真結果與參考值進行比較。
分析高NA物鏡的聚焦
高NA物鏡廣泛用于光學光刻，顯微技術等。在聚焦模擬中考慮光的矢量性質非常重要。
更多相關信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
傅立葉顯微鏡對單分子成像
具體來說，我們演示了幾種物理光學效應的影響，包括每個光學界面的菲涅爾損耗和透鏡孔徑的衍射。
傅立葉顯微鏡對單分子成像
建模用于單分子成像的完整高NA傅立葉顯微鏡系統，特別展示了例如：菲涅爾損耗、由于孔徑引起的衍射，并將仿真結果與參考值進行比較。
分析高NA物鏡的聚焦
高NA物鏡廣泛用于光學光刻，顯微技術等。在聚焦模擬中考慮光的矢量性質非常重要。更多相關信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com網址: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 分析高數值孔徑物鏡的聚焦
高數值孔徑物鏡廣泛用于光學光刻、顯微鏡等。因此，在聚焦模擬中考慮光的矢量性質是非常重要的。 VirtualLab非常容易支持這種鏡頭的光線和光場追跡分析。 通過光場追跡，可以清楚地展示不對稱焦斑，這源于矢量效應。 照相機探測器和電磁場探測器為聚焦區域的研究提供了充分的靈活性，并且可以深入了解矢量效應。
摘要
?接下來，我們將演示如何按照VirtualLab中推薦的工作流程對樣本系統進行模擬。
?樣品系統預設為包含高數值孔徑物鏡。
概覽
如何計算包含矢量效應的焦點的強度分布？
如何進行整個系統的光線追跡分析？
沿x方向線偏振
光斑直徑： 3mm
波長 2.08 nm
入射平面波
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VirtualLab Fusion高NA物鏡聚焦的分析
摘要
高NA物鏡廣泛用于光學光刻，顯微鏡等。因此，在聚焦仿真中最基本的就是考慮光的矢量性質。 使用VirtualLab對這種鏡頭進行光線追跡和場追跡分析非常方便。通過場追跡，可以清楚地展示不對稱焦斑，這源于矢量效應。相機探測器和電磁場探測器為聚焦區域的研究提供了充分的靈活性，可以讓用戶深入了解矢量效應。
建模任務
概觀
光線追跡仿真
?首先選擇“光線追跡系統分析器”（Ray Tracing System Analyzer）作為仿真引擎。
?點擊Go！
?獲得3D光線追跡結果。
光線追跡仿真
?然后，選擇“光線追跡”（Ray Tracing）作為仿真引擎。
?單擊Go！
?結果，獲得點列圖（2D光線追跡結果）。
場追跡仿真
?切換到場追跡并選擇“第二代場追跡”（Field Tracing 2nd Generation）作為仿真引擎。
?單擊Go！
場追跡結果（攝像機探測器）
?上圖只顯示整合了Ex和Ey場分量的強度。
?下圖顯示整合了Ex，Ey和Ez分量的強度。
Ez分量：由于在高NA情況下相對較大的Ez分量，可以看到明顯的不對稱性。
場追跡結果（電磁場探測器）
?所有電磁場分量均使用電磁場探測器獲得。
文件信息
展開 [VirtualLab] 分析高數值孔徑物鏡的聚焦
文件信息
進一步閱讀
? 微結構晶圓檢測光學系統
? 利用矢量光束照射對亞波長光柵進行成像
分析高數值孔徑物鏡的聚焦
文件信息
進一步閱讀
微結構晶圓檢測光學系統
利用矢量光束照射對亞波長光柵進行成像
國產超分辨光刻裝備通過驗收，可加工22納米芯片
它采用類似照片沖印的技術，把一張巨大的電路設計圖縮印到小小的芯片上，光刻精度越高，芯片體積可以越小，性能也可以越高。但由于光波的衍射效應，光刻精度終將面臨極限。
▲中科院光電所科研人員展示利用超分辨光刻設備加工的超導納米線單光子探測器。
為突破極限、取得更高的精度，國際上目前采用縮短光波、增加成像系統數值孔徑等技術路徑來改進光刻機，但也遇到裝備成本高、效率低等阻礙。
項目副總師胡松介紹，中科院光電所此次通過驗收的表面等離子體超分辨光刻裝備，打破了傳統路線格局，形成了一條全新的納米光學光刻技術路線，具有完全自主知識產權，為超材料/超表面、第三代光學器件、廣義芯片等變革性領域的跨越式發展提供了制造工具。
▲項目副總設計師胡松研究員介紹超分辨光刻裝備研制項目攻關情況。
▲中科院光電所科研人員操作超分辨光刻設備。
據了解，該光刻機制造的相關器件已在中國航天科技集團公司第八研究院、電子科技大學太赫茲科學技術研究中心、四川大學華西醫院、中科院微系統所信息功能材料國家重點實驗室等多家科研院所和高校的重大研究任務中取得應用。
▲中科院光電所科研人員操作超分辨光刻設備。
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