紫外（UV）光学系统概述

       紫外光（UV）在紫外光谱、大气科学、安全、紫外成像检测技术、国防等方面有着重要的应用。特别在半导体工业中紫外光刻是一项重要的应用技术，主要应用之一是用于光刻技术中投影光学系统。即光刻投影光学系统把掩模图样的缩小像投影到涂有抗蚀剂（也称为光致抗蚀剂或光刻胶，是一种对光敏感的具有抗化学腐蚀能力的高分子化合物）的半导体材料上，经化学处理后在半导体材料上能得到的最细线条的尺寸，称为“最小特征尺寸（smallest feature size,sfs）dsfs”。根据类似于式（σ=λ/ NA）的概念给出

dsfs=k1* λ/NA

式中，k1为常数，与抗蚀剂的厚度和折射率等因素有关（约为0.6）。为了减小最小特征尺寸dsfs，需要减小k1值和波长λ值，增大投影光学系统数值孔径NA。但是这些参数值是在一定限度内可以变化的。

       当前光刻技术的标志性波长、最小特征尺寸和光源选择如下：

     （1）g-线光刻标志性波长436nm，最小特征尺寸0.5μm，汞弧灯。

     （2）h-线光刻标志性波长405nm，汞弧灯。

     （3）i-线光刻标志性波长365nm，最小特征尺寸0.25~0.14μm，汞弧灯。

     （4）深紫外（DUV）光刻标志性波长248nm，最小特征尺寸0.25~-0.14μm，汞弧灯或受激ArF激光器。

     （5）深紫外（DUV）光刻标志性波长193nm，最小特征尺寸0.18~0.13μm，受激ArF激光器。

     （6）真空紫外（VUV）光刻标志性波长157nm，最小特征尺寸0.18~0.13μm，受激F2激光器。

     （7）极短紫外（EUV）光刻标志性波长13.5nm，最小特征尺寸0.05μm，同步辐射加速器、激光等离子体光源（LPP）和放电等离子体光源（DPP）。

紫外光的波长短，制备折射光学系统的光学材料收到很大限制。波长越短，折射材料的色散越大，反射镜没有色差，因此在紫外波段，反射镜系统具有独特的优势。但是在反射光学系统设计中，波长可以减小，而数值孔径NA受到了限制。紫外光反射光学元件的反射率也限制了光学系统的设计。由于多层介质膜反射镜的发展，目前极紫外多层介质膜材料是Mo/Si和Mo/Be。Mo/Si在13.0~13.5nm范围内，范围垂直入射反射率达65.5%，而在11.1~11.5nm范围，Mo/Be多层结构在垂直入射时的反射率达68%。有了这种多层介质膜结构才能使比深紫外（Deep Ultra-Violet，DUV）波长（约为193和248nm）短一个数量级的极紫外（Extreme Ultra-Violet，EUV）波长（约为13nm和32nm）有足够的反射率，制作极紫外光刻（Extreme Ultra-Violet Lithography，EUVL）设备成为可能。

        紫外系统常存在散射问题。总的积分散射（TIS）表示为

TIS=[4πδ（cosθ）/λ]²

式中，δ是表面粗糙程度均方根；λ是波长；θ是入射角。这意味着表面缺陷和表面光洁度，还有材料的散射，可能引起杂散光。