投影光刻物镜设计中的偏振像差分析与优化

"投影光刻技术是半导体制造中的关键步骤，其物镜的设计直接影响到芯片的制造精度和性能。本文深入探讨了膜系引入的偏振像差对投影光刻物镜设计的影响，并提出了解决方案。" 在光学制造领域，尤其是投影光刻技术中，高分辨率和高成像质量是至关重要的。投影光刻物镜作为核心组件，其设计需要考虑多种因素，其中包括膜系的偏振效应。膜系在物镜表面的应用可以改善光的反射和透射特性，但同时也可能引入偏振像差，降低图像质量。 偏振像差理论基于琼斯矩阵，这是一种描述线性偏振光在光学系统中传播的数学工具。当光线通过含有不同膜层的物镜时，由于各膜层对P光（垂直偏振）和S光（水平偏振）的响应差异，会导致像差的出现。这种像差包括离焦项和球差项，它们会影响光束的聚焦和成像清晰度。 文中以一个数值孔径为0.75的投影光刻物镜为例，设计了相应的膜系，并对其引入的偏振像差进行了详尽分析。在初始设计中，标量波像差和质心畸变分别为68.92纳米和3.76纳米，而偶极照明模式下90纳米密集线条的对比度仅为0.082。为改善这种情况，作者们进行了间隔优化补偿，针对膜层引入的离焦和球差项进行调整。经过优化，标量波像差和质心畸变显著降低至1.08纳米和0.38纳米，线条对比度提高到0.876，表明优化措施显著提升了成像质量。 进一步，作者提出了一种创新的设计策略，即根据物镜不同表面的入射角分布，采用组合膜系。通过控制P光和S光的振幅和相位分离，可以有效地减少延迟和二次衰减等偏振像差，从而提高线条对比度。这一改进使得线条对比度额外提高了1.1%，达到0.887，显示出更优的成像性能。 理解和控制膜系引入的偏振像差对于投影光刻物镜的设计至关重要。通过精确的膜层设计和优化，可以显著提高物镜的成像质量和效率，这对于推动半导体制造技术的发展具有深远意义。文章的研究成果为未来高精度光刻系统的优化提供了理论依据和技术参考。