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瑞利判据(光学分辨率)

1900
  • John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh
说明光学中瑞利准则的投影光刻系统。.

(图片仅供参考)

投影式光刻系统可打印的最小特征尺寸受衍射限制,并可用瑞利判据近似确定。临界尺寸 (CD) 由公式 [latex]CD = k_1 cdot frac{lambda}{NA}[/latex] 给出,其中 [latex]lambda[/latex] 为光波长,NA 为透镜数值孔径,[latex]k_1[/latex] 为工艺相关系数。更小的特征尺寸需要更短的波长或更高的数值孔径。

瑞利判据是光学中的一个基本原理,它定义了任何成像系统(包括光刻中使用的投影系统)的分辨率极限。它指出,当一个点光源的衍射图样中心正好位于另一个点光源衍射图样的第一个极小值上方时,这两个点光源才能被分辨。在光刻领域,这可以转化为能够可靠印刷的最小线或间距。公式 [latex]CD = k_1 cdot frac{lambda}{NA}[/latex] 概括了提高分辨率的三个主要方法。首先,降低光源波长(λ)是推动技术进步的主要因素,从g线(436 nm)和i线(365 nm)汞灯发展到深紫外(DUV)准分子激光器,例如KrF(248 nm)和ArF(193 nm),最终发展到13.5 nm的极紫外(EUV)。其次,提高投影透镜的数值孔径(NA)可以捕获更多衍射光级次,从而获得更清晰的图像。NA定义为NA = n sin θ,其中n是透镜和晶圆之间介质的折射率。第三,工艺因子k₁代表了工艺的“巧妙程度”,涵盖了分辨率增强技术(RET)、光刻胶化学和工艺控制等方面的改进。理论上,k_1 的最小值约为 0.25,但通过大量的工程努力,实际制造中的 k_1 值已从约 0.8 降至约 0.3。几十年来,这一公式一直是半导体行业发展路线图的指导原则,推动着摩尔定律所预测的持续微缩。

UNESCO Nomenclature: 2209
- 电磁学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 惠更斯-菲涅耳波传播原理
  • 夫琅禾费衍射理论
  • 开发高质量光学镜头

应用程序

  • 高分辨率显微镜的设计
  • 半导体光刻工艺开发
  • 天文望远镜设计
  • 光盘(CD、DVD、蓝光光盘)的数据存储密度限制

专利:

NA

潜在创新理念

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相关术语:瑞利判据、分辨率、数值孔径、波长、k1因子、衍射极限、光刻技术、深紫外、极紫外、光学。

历史背景

瑞利判据(光学分辨率)

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1900-12-14
1902
1904
1907

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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