简介

波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线(X射线波长略大于0.5nm的被称作软X射线)。

发展背景

软X射线投影光刻技术是现有可见-近紫外投影光刻技术向软X射线波段(1～30nm)的延伸。但是，由于此波段任何材料的折射率均接近于1，而且吸收较大，微缩投影光学系统必须采用反射系统，而单层膜反射镜对正入射软X 射线的反射率几乎为零，无法利用其组成正入射系统。70年代后，随着超光滑表面加工技术和超薄膜制备技术的不断提高，目前人们制备的13nm Mo/Si多层膜反射率已接近70%，这使人们利用多层膜反射镜集成软X射线投影光刻系统成为可能。

软X射线投影光刻系统

由图所示，未来软X射线投影光刻设备由激光等离子体光源、照明光学系统、微缩投影光学系统、掩模及硅片精密工作台、减震系统及相应的真空室组成。微缩投影光学系统是由二块或三块非球面镜组成的反射式光学系统。此时，像差最小区域是以光轴为中心的圆环，为获得足够的光刻范围，必须使反射式掩模和硅片作同步扫描。在结构上，微缩投影光学系统为像方远心光路，以免焦深范围内的倍率变化。为提高系统光能量效率，各多层膜系的带宽须严格匹配。

微缩光学系统理论分辨率d由Fraunhofer公式、系统焦深fd由Rayleigh公式给出：

欲提高系统分辨率或减小最小刻划线宽，可减小系统工作波长和增大数值孔径。但从系统焦深表达式fd可知，减小工作波长和增大数值孔径也会使焦深变小，不利于光刻系统的调整。为此，必须在系统分辨率与焦深间折衷，使焦深≥1μm，以便硅片对准和调整。1

软X射线投影光刻关键技术研究现状

软X射线投影光刻技术由于工作波长短，目前尚有许多关键技术问题需要解决。

光源技术

在软X射线投影光刻的光源中，激光等离子体光源比同步辐射源体积小、价格便宜、易于在现有集成电路生产线上安装。但常规激光等离子体光源在激光直接照射在固体靶上时，除辐射出所需软X射线外，还产生大量的碎屑，会污染并缩短光学元件的寿命。为此，实用化的光刻系统必须使用无污染的激光等离子体光源。

在低碎屑激光等离子体软X 射光源研究初期，主要是设法减少金属靶光源所产生的碎屑对软X射线光学元件的影响。一是减少碎屑产生，二是设法阻止碎屑到达软X射线光学元件表面而减少对元件的影响。经常采用机械斩片法、质量限制法和充气阻截法。近年来，人们尝试用气体冷冻靶消除碎屑。但这种光源的光斑空间位置稳定性差，很难与高质量的聚光系统相匹配；同时未经气化的飞溅粒子仍可能损伤多层膜。

美国Sandia国家实验室发展了气体喷射靶等离子体光源技术，以适应软X射线投影光刻系统要求。这种光源以喷嘴向真空中喷出的脉冲状高密度气体为靶体，虽然其转换效率较低，但因完全消除了对光学元件污染，可使聚光系统长期工作，而且可保证高精度光斑空间位置，有望发展为实用光源。

软X射线微缩投影光学系统

目前，软X射线多层膜反射率在11～14nm波段为最高，但只接近70%，因此光学设计时应尽量减少反射镜数目。迄今，软X射线微缩投影光学系统多采用二块非球面结构。近年来，随着多层膜反射率及光源强度提高，开始设计三块非球面镜的光学系统，以提高微缩投影光学系统的视场。