[發明專利]一種極紫外光刻投影物鏡的優化設計方法

有效

• 申請號: 201210243219.5
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102768473A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 李艷秋;劉菲
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G02B17/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;楊志兵

技術領域

本發明涉及一種極紫外光刻投影物鏡的優化設計方法，屬于光學設計技術領域。

背景技術

在超大規模集成電路的制造工藝中，需要使用高精度投影物鏡將掩模上的圖形精確倍縮到覆蓋有光刻膠的硅片上。當前深紫外光刻技術使用波長為193nm的激光光源，輔助以離軸照明、相移掩模、光學邊緣效應校正等分辨率增強技術，可實現45nm技術節點的產業化要求，但是對于32nm或更高技術節點的產業化需求，半導體行業普遍寄希望于極紫外光刻技術。極紫外光源波長約為11~15nm，與深紫外光刻技術相同，極紫外光刻也采用步進-掃描模式。

極紫外光刻系統由等離子光源，反射式照明系統，反射式掩模，反射式極紫外光刻EUVL投影物鏡，涂覆有極紫外光刻膠的硅片以及同步工件臺等部分組成。光束由光源出射后，經照明系統整形和勻光，照射到反射式掩模上。經掩模反射后，光線入射至投影物鏡系統，最終在涂覆有極紫外光刻膠的硅片上曝光成像。

典型的EUVL投影物鏡為共軸光學系統，物面、像面及所有反射鏡均關于光軸旋轉對稱，這一設計有利于裝調并且盡量避免了可能的像差。由于反射過程中存在光路折疊和遮擋，投影物鏡應采用環形離軸視場設計。例如現有的六反射鏡式EUVL投影物鏡，其包括六枚反射鏡，從掩模MASK開始，沿光路方向依次為第一反射鏡M1，第二反射鏡M2，第三反射鏡M3，第四反射鏡M4，第五反射鏡M5，第六反射鏡M6，硅片WAFER。本發明的優化方法基于給定的全球面EUVL投影物鏡初始結構。這種初始結構可以由現有技術計算搜索得到，計算初始結構的方法有現有技術（M.F.Bal,Next-Generation?Extreme?Ultraviolet?Lithographic?Projection?Systems[D],Delft:Technique?University?Delft,2003），以及本申請人申請的專利（申請號：201110404929.7）中使用的計算方法等。由于非球面系數對光程的影響在微米至毫米量級，所以全球面的初始結構與優化后的非球面結構光路相似，圖1所示為一種全球面的EUVL投影物鏡初始結構，其成像質量遠遠不能滿足極紫外光刻的要求。

現有技術（O.E.Marinescu,Novel?Design?Methods?for?High-Quality?Lithographic?Objectives[D],Delft:Technique?University?Delft,2006）是一類優化設計方法，需要在一定的初始結構基礎上進行設計，其核心思想是：在已有的初始結構上插入一對光學面，從而引入一對新的變量，構造系統評價函數下降的“鞍點”，通過優化，使得像質繼續得到優化。并在優化過程中，將準不變量的變化量作為約束條件，使得系統能夠越過優化的不穩定區域，實現誤差函數的平穩下降。對與EUVL投影物鏡來說，其反射鏡數量是需要嚴格控制的，鞍點構造法一次優化需要引入兩枚反射鏡，且不能保證得到良好的光學性能，對于EUVL投影物鏡的設計來說比較盲目。

同時，除給定的設計指標外，EUVL投影物鏡設計還需要滿足下列要求：1、足夠大的物方、像方工作距，保證掩模和硅片的軸向安裝空間；2、無遮攔設計，每個反射面的反射區域和通光區域之間都要留有一定的邊緣余量；3、高分辨率，即保證在硅片膠上所成的像具有較高的分辨率；4、像方遠心。

發明內容

本發明提供一種極紫外光刻投影物鏡的優化方法，該方法可在全球面的EUVL光刻投影物鏡初始結構的基礎上，逐步加載非球面系數，并加入優化條件控制，從而最終達到符合用戶需求的優良成像質量。

實現本發明的技術方案如下：

一種極紫外光刻投影物鏡的優化設計方法，該極紫外光刻投影物鏡包括六枚反射鏡，從掩模開始，沿光路方向依次為第一反射鏡M1，第二反射鏡M2，第三反射鏡M3，第四反射鏡M4，第五反射鏡M5，第六反射鏡M6，硅片；極紫外光刻投影物鏡的具體優化過程為：

步驟101、設定投影物鏡像方數值孔徑為NA1；判斷第五反射鏡M5和第六反射鏡M6的光路遮攔情況，判斷投影物鏡的后工作距情況；當判定第五枚反射鏡上部和第六枚反射鏡下部的遮攔比皆等于0且(WDI-WDIP)/WDI≤5%時，則進入步驟102，否則結束本優化方法，其中NA1為投影物鏡理想像方數值孔徑，WDI為事先給定的優化后的目標工作距，WDIP為第五枚反射鏡的頂點至近軸像點的距離；