面对可用焦深日益缩短的趋势，高精度的焦面控制技术显得尤为重要。针对双工件台光刻机中采用的焦面控制技术，介绍了基于偏振调制的光栅检焦技术及其测量原理，研究了双工件台光刻机中的调平调焦技术。基于平面拟合、最小二乘法及坐标变换公式推导了曝光狭缝内离焦量计算公式；研究了一种离焦量解耦算法，该算法将曝光狭缝内离焦量解耦为调平调焦机构三个压电陶瓷的独立控制量，并使狭缝曝光场中心在调平调焦运动过程中不发生平移。经仿真分析表明，该算法可用于调平调焦精度优于10 nm 的高精度调焦调平系统, 能满足线宽小于100 nm 投影步进扫描光刻机的需要。

### 步进扫描投影光刻机工件台和掩模台的进展 #### 概述 随着微电子技术，特别是集成电路技术的飞速发展，光刻技术成为了衡量一个国家科技实力的重要标志之一。其中，步进扫描投影光刻机由于其独特的优势，在微电子制造领域占据了主导地位。本文将详细介绍步进扫描投影光刻机中的两个核心组成部分——工件台和掩模台的技术进展，并对其套刻精度和整机精度进行深入分析。 #### 光刻技术的重要性 集成电路制造的核心是光刻技术，它通过将电路设计图案转移到硅片上来实现微小电路的制作。随着半导体行业的快速发展，对更高集成度和更精细线条的要求日益增长，这就需要更高精度的光刻技术来支持。 #### 步进扫描投影光刻机的特点 - **大扫描视场**：能够处理更大面积的硅片，提高生产效率。 - **图像质量优化**：通过扫描方式可以对图像中的残余像差进行平均处理，提高图像质量和套刻精度。 - **最佳调焦能力**：可以根据硅片表面的不同形貌进行精确调焦，确保高质量的成像效果。 #### 工件台和掩模台的关键作用 在步进扫描投影光刻机中，工件台（Wafer Stage）和掩模台（Reticle Stage）是实现高精度光刻的关键部件。它们的作用是在光刻过程中精确地控制硅片和掩模的位置，确保图案能够准确无误地被转移到硅片上。 #### 关键技术介绍 1. **直线电机直接控制**： - **优点**：结构简单，易于实现。 - **挑战**：需要超精密的直线电机，且容易引起振动问题。 2. **六自由度磁悬浮工件台结构**： - **研发情况**：由美国麻省理工学院和Sandia实验室联合开发。 - **特点**：具有较高的前瞻性和先进性，但目前技术尚不成熟。 3. **粗精控制结合**： - **应用案例**：ASML光刻机采用此方案。 - **实现方式**：利用洛仑兹电机进行精密微调并实现磁隔离减振。 - **性能表现**：硅片台速度可达250mm/s，掩模台速度可达1000mm/s，加速度达到10g。 #### 分系统构成 工件台和掩模台分系统主要由以下几个部分组成： - **机械结构系统**：负责提供稳定的支撑结构。 - **测量系统**：用于实时监测工件台和掩模台的位置和运动状态。 - **控制系统**：根据测量数据进行动态调整，确保整个系统的精度。 #### 工作流程 - **上下料**：工件台和掩模台与传输系统配合，完成硅片和掩模的装载和卸载。 - **对准过程**：工件台缓慢移动，通过对准系统实现最佳相对位置的对准。 - **调平调焦**：通过调平调焦系统将硅片调整到最佳焦平面。 - **同步运动**：工件台与掩模台进行超精密同步运动，实现步进扫描曝光。 #### 国际领先企业 目前全球范围内，日本的NIKON、CANON和荷兰的ASML等公司是步进扫描投影光刻机领域的领头羊。这些公司推出的设备具有不同的规格和技术特点，满足了市场对不同尺寸硅片加工的需求。 #### 双工件台技术 最近，ASML公司推出了一种双工件台步进扫描系统，用于满足0300mm硅片加工的特殊需求。这一创新采用了两个可独立操作的工件台系统结构，其中一个用于曝光操作，另一个则用于测量和其他辅助任务。这种设计大大提高了生产效率和灵活性。 随着微电子技术的不断进步，步进扫描投影光刻机的工件台和掩模台技术也在不断发展和完善。未来，随着新材料和新技术的应用，这些关键部件将进一步提升光刻机的整体性能和精度，推动半导体行业向着更高的技术水平迈进。

匀胶工艺流程 匀胶设备立体图 匀胶单元的结构 匀胶单元运行设置 热板及冷板单元的结构 冷热板运行设置 AD单元的结构 AD单元运行设置 显影单元的结构 匀胶膜厚的控制 影响光刻胶厚度和均匀性的主要参数 显影单元的结构 显影喷头的类型 显影程序的设置 影响显影尺寸及均匀性的主要参数 排风气流对显影均匀性的影响 显影液流量对显影尺寸的影响 显影前烘烤温度对显影尺寸的影响 显影后烘烤温度对显影尺寸的影响 数据库系统

为了实现高成像要求，投影光刻物镜在设计时需要考虑膜层偏振效应的影响，并进行相应的分析和评价。首先介绍了基于琼斯矩阵的偏振像差理论，然后以一个数值孔径（NA）为0.75的投影光刻物镜为例，设计了相应膜系，系统分析了膜层引入的偏振像差，并在设计时对膜层引入的离焦项和球差项进行了间隔优化补偿，补偿前后标量波像差和质心畸变分别从68.92 nm 和3.76 nm 改善为1.08 nm 和0.38 nm，偶极照明模式下90 nm 密集线条对比度从0.082 提高为0.876，在此基础上，提出在设计时根据不同表面的入射角分布情况，采用组合膜系，同时控制P光和S光的振幅和相位分离，减小膜系引入的延迟和二次衰减等偏振像差，使得线条对比度提高了1.1%。

ArF光刻机偏振照明系统中需要采用偏振器件（沃拉斯顿棱镜），根据传统技术选用在193 nm波长透明材料设计沃拉斯顿棱镜，其分束角较小，或者分束角大时棱镜较长。为了解决这些实际问题，利用折射定律分析推导了由正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角公式，还分析推导了由两种正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角公式。经过分析比较，由两种正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角比由单一正晶体构成沃拉斯顿棱镜有较大的提高。设计了一种用于193 nm波长的分束角达到约10°的偏振分光沃拉斯顿棱镜，另外还设计了一种用于193 nm波长的仅仅输出一束线偏振光的沃拉斯顿棱镜。这两种棱镜采用两种正晶体制作，棱镜长度适中，有利于偏振照明系统装置整体的紧凑化。

为了测量光学元件多层膜膜厚均匀性指标，基于面形检测对多层膜均匀性测量方法进行了研究。分析了均匀性的测量过程以及影响因素，评估了元件面形检测复现性对测量结果的影响，建立了多层膜结构的有限元模型，计算分析膜层内应力对基底面形带来的影响。基于高复现性面形检测装置进行了测量方法的实验验证工作，实验结果表明：元件面形测量口径范围内膜厚分布均匀性优于0.1 nm[均方根(RMS)值]；将测试结果转化为沿径向的轮廓分布结果，与基于反射率计的膜厚检测数据进行了对比，表明两种方法测试数据基本吻合，验证了基于面形检测方法评估光学元件多层膜均匀性的可行性。

研究一种步进扫描投影光刻机工作台扫描运动超精密轨迹规划算法及误差控制策略。在分析三阶扫描运动与步进运动 轨迹规划异同点的基础上，提出三阶扫描运动轨迹规划算法。针对扫描运动精确性与严格同步性要求，分析扫描运动轨迹规 划误差补偿的几个关键问题。根据扫描运动轨迹算法离散实现存在的误差，结合内部整数积分策略，提出扫描运动轨迹规划 加减速段与扫描速度稳定段运动距离的离散积分策略误差控制方法。此外，为克服切换时间圆整引起的扫描曝光匀速段位置 误差，提出一种基于常速扫描运动段位置修正因子的误差补偿方法。以上方法共同实现光刻机工作台扫描运动轨迹规划精度 控制。实例证明提出算法是有效和精确的。该算法成功应用于100 r蚰步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动控制系统中。

分析了偶数点阵达曼光栅的设计原理与特性。利用数值优化方法，获得了一组64×64点阵达曼光栅解。光栅模版用电子束制版法制成，其最细线宽为2.5μm。用光刻法实现了这一位相光栅，并比较了不同位相光栅制作法的优缺点。原子力显微镜测得的光栅深度曲线与64×64点阵实验结果表明，此光栅结果接近理论值。

To understand this text there are some prerequisites. A basic foundation in lithography science is assumed. The SPIE Handbook on Microlithography, Micromachining and Microfabrication. Volume 1: Microlithography l provides a suitable introduction. It is also assumed that the reader has had some introduction to basic statistical concepts and statistical process control. It is my intention that this text be a self-contained tutorial on lithography process control for readers familiar with the prerequisite lithography science and basic statistical process control, although some subjects may involve a higher level of mathematical sophistication than others. The text covers the subject of lithography process control at several levels. Discussions of some very basic elements of statistical process control and lithography science are included, because, when trying to control a lithography process, a number of subtle problems arise that are related to fundamental issues. To most readers, the information presented on the foundations of statistical process control should be familiar. Nevertheless, it is useful to review the foundations of statistical process control, in order to clearly identify those circumstances in which the method may be applied, and where it needs to be applied with particular care. This inclusion of basic topics also allows the text to serve as an introduction to process control for the novice lithography engineer and as a reference for experienced engineers. More advanced topics are also included to varying

自问世以来的半个多世纪， 微电子和集成电路技术可谓发展神速， 其中光刻 技术的发展起到了重要推动作用。 而作为光刻技术发展的重要指标， 不断缩小的 关键尺寸则对如何改善产品线宽均匀度(Critical Dimension Uniformity， CDU) 等关 键参数提出了更高的要求。 光刻机焦平面偏差(Total Focus Deviation， TFD) 精度就 与产品线宽均匀度 CDU 的好坏有着紧密联系， 甚至会影响到产品的最小线宽。 因 此通过提高光刻机镜头的 TFD 精度， 可以达到改善产品线宽均匀度 CDU， 提高良 率的目的。