浸没式光刻的原理是:在物镜的最后一个透镜与抗蚀剂和硅片之间充满高折射率液体,使数值孔径能够大于1,从而实现了提高分辨率、增大焦深的目的。目前,国际上普遍认为:ArF浸没式光刻技术将是在65nm节点实现大规模IC生产的主流光刻技术。本文通过研究ArF浸没式光学系统、掩模、工件台系统对光刻性能的影响,在国内首次系统地研究了ArF浸没式光刻技术。同时,成功地开发出了国际商品软件不具有的、国内第一款光刻仿真软件(MicroCruiser),并且已经获得国家版权局的计算机软件著作权保护。 首先,针对不同的曝光图形、在不同的照明方式及掩模类型下,研究了投影物镜的数值孔径和照明相干因子对抗蚀剂成像、线宽变化、焦深的影响。在研究过程中,综合运用瑞利公式、Prolith、自主开发软件MicroCruiser2.0以及三束成像理论,对大数值孔径条件下的焦深极值现象,给出了详尽的解释。同时,在整个曝光场内,研究了由像差(设计、制造、装调像差的总和)引起的像空间偏移。结果表明:如果仅仅控制波象差均方根,并不能得到较好的光刻性能。Zernike系数如何组合,才是控制像差对光刻性能影响的关键所在。 其次,针对不同的掩模结构,分别研究了传统掩模的掩模偏差(Mask bias)、相移掩模的透过率偏差(Transmitrance Error)、相移掩模的相位偏差(Phase Error)以及工件台同步精度对线宽均匀性的影响。结果表明,如果掩模台、承片台的运动标准偏差小于6nm,并且掩模偏差小于1nm,相位偏差小于1°,透过率偏差小于1%,线宽变化量可以控制在10%以内。 最后,综合研究了ArF浸没式光学系统、模板、工件台系统对像空间偏移、线宽变化等光刻性能的影响。结果表明,在获取相同的光刻性能时,各分系统公差分配的协同设计组合有多种可选择的方案。 我们开发的国内第一款光刻仿真软件MicroCruiser在上述中发挥了重要的作用,包括下列主要模块:(1) 数据的自动输入输出(DOF Matrix)。(2) 照明系统生成器。(3) 像差数据生成器。本论文将对其功能、特点极其开发过程、软件的详细设计文档、包括软件中涉及到的核心算法以及该软件的初步测试方案等进行了详细论述。该软件不仅适用于目前KrF、ArF常规光学光刻系统,而且可