封面 | 傅里叶合成技术，实现极紫外波段离轴照明

封面解读：封面展示了傅里叶合成照明的过程，即空间频谱的产生、空间频谱中不同频率分量经过收集镜后在检测表面上发生重叠的傅里叶变换过程，不同颜色代表与传输角度相关的不同频率分量。此外，主光路侧边的弧形柱状结构是对频率域的补充描述，呈现出空间频谱分量获得有效展宽的过程。在空间几何光线传输方面，扇形光束包含了不同传输角度信息，其光线扫描轨迹将产生所需的任何离轴照明模式（图中以环形照明为例），照明发散特性得到改善，数值孔径得到提高，从而成像分辨率得到提高。

原文链接：李慧，吴晓斌，韩晓泉，马赫，沙鹏飞. 基于傅里叶合成技术的光刻照明系统研究[J]. 中国激光，2023，50(6): 0605003

一、研究背景

同步辐射光源和自由电子激光等极紫外（EUV）光源，由于具有高功率、高稳定性、清洁无污染等优点，被广泛应用在多种科学研究中。但是光源自身具有的高准直、高空间相干性等特性，又使得同步辐射光源和自由电子激光等EUV光源无法直接应用于光刻工艺研究中，比如光刻掩模版上缺陷的高分辨检测。因为EUV光源发散角太小的激光无法获得大数值孔径值，而高空间相干性会导致散斑效应，从而降低空间对比度。

因此，需要采用一种照明技术来解决光源自身的高准直、高空间相干性的问题，实现对光源自身固有发散角进行展宽，并且降低光源的高相干性影响，这也就是照明系统的任务。同时，照明系统还需要实现不同离轴照明模式来满足光刻工艺的应用，比如环形照明、二极照明、四极照明等。基于这些需求，中科院微电子所吴晓斌研究员课题组开展了一种傅里叶合成照明技术的研究，实现了上述应用要求。

二、创新研究

经调研和对比分析国内外EUV光刻照明的技术和结构特征，研究团队确定了一种傅里叶合成方法的照明技术，用二维高频扫描功能的MEMS反射镜与离轴椭球反射镜来作为主体结构，实验装置如图1所示。

图1 傅里叶合成照明的可见光实验装置

MEMS反射镜是一种微机电系统，可以快速在一维或者两维方向上转动。研究团队在傅里叶合成照明结构中采用的是高频二维转动的微反射镜，两维方向上的转动频率可达到800 Hz以上，能够快速填充出所需要的照明形状。MEMS反射镜表面和椭球反射镜表面镀工作波长的薄膜。因此，在设计和不断优化的程序扫描版图支持下，通过设置MEMS反射镜x向和y向两维光线扫描轨迹，就能够实现包含圆盘形、环形照明、二极照明、四极照明等在内的各种离轴照明模式。由于入射点状光斑扩展成了放大的各种离轴照明结构，因此照明发散度较初始入射光源的发散度（基本为准直光）而言获得了较大提高。MEMS版图设计还可以对合成光源的照明尺寸进行调节，就相当于对照明部分相干因子σ进行了调节。照明相干因子是光刻工艺中的重要参数，可以改善光刻分辨率。

除MEMS反射镜外，团队采用离轴椭球反射镜作为收集镜。椭球镜的优点是具有两个焦点，点对点成像不产生球差。因此，椭球镜将MEMS镜产生的一系列不同角度扫描光线进行收集，并成像到椭球镜的焦点上。此时将掩模放在会聚光所在的焦点面上，就能够为掩模面提供离轴照明模式和照明发散度的均匀照明。

为了验证MEMS镜与椭球反射镜的功能，团队建立了实验装置来验证傅里叶合成照明。如图2所示，从取得的实验结果可以看出已经获得了比较良好的离轴照明实验图像，照明发散度也得到有效展宽。实验中对合成光源尺寸和间距也可以进行调整。总结而言，国内开展傅里叶合成技术的EUV照明方法研究比较少，至少在公开文献资料中没有看到。因此，团队在EUV光刻照明方面的进展在国内较为领先，能够填补国内在该项技术领域的空白，促进国内EUV光刻照明领域的进步。

图2 光束质量分析仪采集的椭球镜成像后的照明模式测试图

三、总结和展望

目前，傅里叶合成照明技术已经取得了初步成果，实现多种离轴照明模式选择，获得发散特性改善和数值孔径提高的方法。后续将进一步深入开展关键技术研究，如均匀照明技术、相干控制技术等技术的实现。

课题组介绍

研究团队立足于EUV光刻领域，长期从事EUV光刻和集成电路装备研究。在EUV光刻照明、CDI成像、高分辨率检测算法、EUV真空环控等方面进行了长期的研究，积累了丰富的研发经验和实验基础。团队目前包含光学、机械、软件控制、算法等各方向的科研人员，具备团队基础。研究团队具备专业洁净实验室、EUV光源、多种探测仪器、专用光学元件等，具备实验基础。研究团队先后承担科技部国家科技重大专项02专项5项、中科院先导专项1项和国家自然科学基金1项等多项重大项目。

通信作者简介

吴晓斌博士，中科院微电子所研究员，博士生导师。先后承担多项国家科技重大专项02专项、国家自然基金、中科院重点项目等。吴晓斌研究员长期从事极紫外光刻、极紫外光学测量等技术研究，在中国激光、Applied Optics、Applied Material Science、Computers and Fluids、Measurement等期刊发表论文30余篇，授权国际发明专利1项，授权国家发明专利30余项。