专利名称：一种极紫外光刻复眼照明系统的设计方法
技术领域：
本发明提供了一种极紫外光刻复眼照明系统的设计方法，属于光刻照明技术领域。
背景技术：
当前的大规模集成电路普遍采用光刻系统进行制造。光刻系统主要分为照明系统、掩膜、投影系统及晶片等四部分。光源发出的光线经过聚光镜聚焦后入射至掩膜；经过掩膜后，光线经由投影系统入射至涂有光刻胶的晶片上，这样就将掩膜图形复制在晶片上。极紫外光刻EUVL是以波长为11 14nm的极紫外EUV射线为曝光光源的微电子光刻技术，适用于特征尺寸为32nm及更细线宽的集成电路的大批量生产。投影式光刻机的核心部件是投影曝光光学系统，该系统最重要的组成部分是照明系统和投影物镜系统。照明系统主要功能是为掩膜面提供均匀照明、控制曝光剂量和实现离轴照明模式。作为光刻机重要组成部分的照明系统对提高整个光刻机性能至关重要，因此设计好照明系统是完成整个投影曝光系统的重要环节。目前极紫外光刻照明系统的设计思想主要有双排复眼照明，波纹板照明以及自由曲面的照明设计等，其中双排复眼照明以其匀光效果好，加工技术较成熟，便于控制，且易于实现离轴照明等优点成为极紫外光刻照明系统的主流设计结构。目前国外公开了部分极紫外光刻复眼照明系统的结构，按照光束传播的方向依次包括光源、聚光镜、匀光系统(包括光阑复眼平板和视场复眼平板)、中继镜组(包括第一中继镜和第二中继镜)及掠入射镜；其中匀光系统为双排复眼，而聚光镜，中继镜组以及掠入射镜等均为二次曲面，中继镜组为椭球面，掠入镜为双曲面。每一套复眼照明系统的参数都是依据与之相匹配的光刻投影物镜的照明要求而确定的，一旦投影物镜的照明要求发生改变，照明系统中每个光学元件的参数都可能发生改变。因此，有必要研究出一种方法，能够更快、更精确的依据已有初始结构得到满足特定投影物镜照明要求的复眼照明系统，目前尚未见到完整的相关设计方法的报道。相关文献(US7456408)针对极紫外光刻提出了一套复眼照明的设计结果，其中在设计方法部分仅提到将掩膜面当作系统的孔径光阑来展开设计，并没有给出详细的设计过程。相关文献(US20070295919)针对极紫外光刻提出了一套复眼照明的设计结果，该设计仅针对照明区域为IOOmmXSmm的弧形区域有效，并没有提出一套如何在该设计基础上设计出适合任意极紫外光刻投影物镜的复眼照明系统的方法。
发明内容
本发明提供了一种极紫外光刻复眼照明系统的设计方法，该方法基于现有复眼照明系统的结构，能快速的获得符合指定极紫外光刻投影物镜照明要求的各器件的设计参数。
实现本发明的技术方案如下一种极紫外光刻复眼照明系统的设计方法，该照明系统包括光源、聚光镜、由光阑复眼平板和视场复眼平板组成的匀光系统、由第一中继镜和第二中继镜组成的中继镜组及掠入射镜，具体步骤为步骤101、跟据指定的投影物镜的参数确定照明系统出瞳距离L ；步骤102、确定掠入射镜的对称轴为照明系统的主光轴，选定掠入射镜的顶点作为原点，以主光轴为Z轴，依照右手坐标系原则建立坐标系(X，y, Z)，获取第一中继镜的顶点坐标(ze21，Ye21)、第二中继镜的顶点坐标(Ze22，Ye22)、掩膜面的中心坐标(ZMSK，Ymask)；步骤103、根据所述出瞳距离L和掩膜面中心坐标(ZmaskJmask)，确定出瞳中心的坐标(ZEP, Yep)；步骤104、令出瞳中心与掠入射镜非邻近焦点FMlleetOTl重合，根据(ZEP，YEP)计算出掠入射镜的曲率半径Rei ；步骤105、令第一中继镜的非邻近焦点Frelayll与掠入射镜的邻近焦点FralleetOT2重合，根据(Ze2nYe21)计算出第一中继镜的曲率半径Re21 ；步骤106、令第二中继镜的邻近焦点FMlay21与第一中继镜的邻近焦点Frelayl2重合，根据(Ze22，Ye22)计算出第二中继镜的曲率半径Re22 ;步骤107、令聚光镜的非邻近焦点为匀光系统出射光线的会聚点，根据所述会聚点确定匀光系统中光阑复眼平板和视场复眼平板上复眼元的排布。进一步地，本发明确定照明系统入射到掩膜面上的弧形视场的尺寸，在掩膜面处设置孔径光阑，该孔径光阑的尺寸所述形视场的尺寸相同，在照明系统出瞳面上设置一光源，根据出瞳面上光源发出光的主光线，调节第一中继镜和第二中继镜的角度。有益效果本发明通过确定各部件焦点之间的相对位置关系，因此在为一个指定的投影物镜提供符合要求的照明系统时，只需要依据确定的相对位置关系，计算出各部件的参数，因此使得本发明设计方法可以适用于不同的投影物镜。其次，本发明提出了一种逆向光线追迹的设计思想，将实际的物(即光源)当作系统的像，将实际的像(照明系统的出瞳)当作物，将掩膜面上的弧形视场设置成系统的孔径光阑，这种设计思路使得原系统像空间的技术要求转变成为物空间的技术要求，而后者较前者在设计上更容易实现。
图I为本发明所依据的现有极紫外光刻系统的典型结构示意图。图2为掠入射镜结构示意图。图3为中继镜结构示意图。图4为聚光镜结构示意图。图5为典型的极紫外光刻弧形视场结构示意图。图6为照明系统出瞳面位置示意图。图7为本发明实施中掠入射镜的光线追迹示意图。图8为本发明实施中掠入射镜和中继镜I的光线追迹示意图。、
图9为本发明实施中掠入射镜和系统Gl的光线追迹示意图。图10为典型的视场复眼排布示意图。图11为典型的光阑复眼排布示意图。图12为不包含聚光镜和光源的复眼照明系统示意图。图13为单成像通道位置确定的示意图。图14为视场复眼分组示意图。图15为光阑复眼分组示意图。图16为照明系统出瞳光强分布不意图。图17为照明系统在掩膜面上的光强分布示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。图I是极紫外光刻系统的一个典型结构示意图。极紫外光刻复眼照明系统为全反射离轴光学系统，聚光镜的结构需要依据光源的特性来确定，因此本发明极紫外光刻复眼照明系统的设计方法，只针对匀光系统、中继镜组及掠入射镜的参数进行求解，为了说明方便，以下对上述部件的结构进行事先定义将掠入射镜的标号设为G1，将中继镜组的标号设为G2，将匀光系统的标号设为G3。如图2所示，坐标系右侧的实线表示掠入射镜，坐标系左侧虚线表示与掠入射镜对称的双曲面，定义右侧的焦点FMllK;tOT2为掠入射镜的邻近焦点，左侧的焦点FMllec;tOTl为掠入射镜的非邻近焦点。如图3所示，坐标系右侧的实线表示中继镜，定义右侧的焦点为中继镜的邻近焦点，左侧的焦点为中继镜的非邻近焦点。如图4所示，坐标系右侧的实线表示聚光镜，定义右侧的焦点为聚光镜的邻近焦点，左侧的焦点为聚光镜的非邻近焦点。本发明的具体过程如下步骤101、跟据指定的投影物镜的参数确定照明系统的出瞳直径D、出瞳距离L以及照明系统入射到掩膜面上的弧形视场的尺寸，其中弧形视场的尺寸包括弧形视场的外径R、内径r及弦长d，如图5所示。其中照明系统的出瞳直径D等于投影物镜的入瞳直径，照明系统的出瞳距离L(即为掩膜面和出瞳面之间的距离)等于投影物镜的入瞳距离。步骤102、本发明由于选定的复眼照明系统的结构是确定的，因此各部件之间的相对位置关系确定，同时各部件上的非球面二次系数也确定。本步骤确定掠入射镜的对称轴为照明系统的主光轴，选定掠入射镜的顶点作为原点，以主光轴为z轴，依照右手坐标系原则建立坐标系(X, Y，z);由于本系统中各光学兀件的顶点均处在Y-Z平面内，根据各部件相对确定的位置关系，获取第一中继镜的顶点坐标(Ze2PYtj21)和非球面二次系数Kffil，第 二中继镜的顶点坐标(Ztj2MYt22)和非球面二次系数Kffi2，掩膜面的中心坐标(ZMSK，Ymask)以及掠入射镜的非球面二次系数为Kmij步骤103、根据所述出瞳距离L和掩膜面中心坐标(ZmsK，Ymask)，确定出瞳中心的坐丰不(ZEp j Yep)。
根据光刻机工作原理可知，照明系统出瞳面的中心、掩膜面上弧形视场的圆心均位于投影物镜的主光轴上，并且掩膜面垂直于该主光轴，如图6所示。根据所述出瞳距离L和掩膜面中心坐标(ZMSK，Ymask),可确定出瞳中心的坐标(ZEP，Yep)。步骤104、令出瞳中心与掠入射镜非邻近焦点FMll%tOTl重合，计算出掠入射镜的曲率半径；具体的计算过程为出瞳中心与掠入射镜顶点的距离I为
权利要求
1.ー种极紫外光刻复眼照明系统的设计方法，该照明系统包括光源、聚光镜、由光阑复眼平板和视场复眼平板组成的匀光系统、由第一中继镜和第二中继镜组成的中继镜组及掠入射镜，其特征在于，具体步骤为 步骤101、跟据指定的投影物镜的參数确定照明系统出瞳距离L ； 步骤102、确定掠入射镜的对称轴为照明系统的主光轴，选定掠入射镜的顶点作为原点，以主光轴为z轴，依照右手坐标系原则建立坐标系(X，y，z)，获取第一中继镜的顶点坐标(Ze21，Ye21)、第二中继镜的顶点坐标(Ze22，Ye22)、掩膜面的中心坐标(Zmasi^Ymask)； 步骤103、根据所述出瞳距离L和掩膜面中心坐标(ZMSK，Ymask)，确定照明系统出瞳中心的坐标(ZEP, Yep)； 步骤104、令出瞳中心与掠入射镜非邻近焦点FMll%tOTl重合，根据(Zep，Yep)计算出掠入射镜的曲率半径Rei ; 步骤105、令第一中继镜的非邻近焦点Frelayll与掠入射镜的邻近焦点FralleetOT2重合，根据(Ze2PYffil)计算出第一中继镜的曲率半径Rffil ； 步骤106、令第二中继镜的邻近焦点FMlay21与第一中继镜的邻近焦点Frelayl2重合，根据(ZG22, Yg22)计算出第二中继镜的曲率半径Re22 ； 步骤107、令聚光镜的非邻近焦点为匀光系统出射光线的会聚点，根据所述会聚点确定匀光系统中光阑复眼平板和视场复眼平板上复眼元的排布。
2.根据权利要求I所述极紫外光刻复眼照明系统的设计方法，其特征在于，确定所述照明系统入射到掩膜面上的弧形视场的尺寸，在掩膜面处设置孔径光阑，该孔径光阑的尺寸所述形视场的尺寸相同，在照明系统出瞳面上设置一光源，根据出瞳面上光源发出光的主光线，调节第一中继镜和第二中继镜的角度。
3.根据权利要求I所述极紫外光刻抚养照明系统的设计方法，其特征在于，所述步骤107的具体过程为 步骤201、设出瞳面的中心点为物点，在物点经过掠入射镜和中继镜组后得到的像点附近放置光阑复眼平板，所有的光阑复眼元的中心均位于该平板上；旋转光阑复眼平板，保证从物点出射的光线入射到光阑复眼平板上的主光线入射角度位于6° 8°之间； 步骤202、在光阑复眼反射光束的光路上放置视场复眼平板，同时保证视场复眼平板不对第二中继镜反射的光线遮挡，所有视场复眼元的中心均位于该平板上；旋转视场复眼平板，保证从物点出射的光线入射至视场复眼平板上的主光线入射角度位于9° 12°之间； 步骤203、依据照明系统的放大倍率r以及弧形视场的尺寸，确定视场复眼上矩形复眼元的长和宽，设复眼元的长为Ia，宽为Ib ;则d R-r 'a == ~~ 其中，d为弧形视场的弦长，R为弧形视场的外径，r为弧形视场的内径； 步骤204、让光源充满整个照明系统的出瞳，获取经掠入射镜、中继镜组及光阑复眼平板后入射至视场复眼平板上光斑的大小，并将上述光斑大小确定为视场复眼平板的大小，并结合步骤203计算的视场复眼元的尺寸，确定视场复眼元的排布； 步骤205、确定光阑复眼元的尺寸和排布；即光阑复眼应采取预校正畸变的排布，其每个复眼元的反射面呈圆形，直径的取值范围为8 Ilmm ; 步骤206、确定视场复眼元和光阑复眼元的对位关系，即每ー视场复眼元对应一光阑复眼元； 步骤207、令聚光镜的非邻近焦点为匀光系统出射光线的会聚点，按照步骤206中确定的视场复眼元和光阑复眼元得对位关系，通过光线追迹确定所选择的物点对应的光阑复眼元的坐标和倾斜角、以及光阑复眼元所对应的视场复眼元的坐标和倾斜角，使得出射的光线汇聚到聚光镜的非邻近焦点上。
全文摘要
本发明提供一种极紫外光刻复眼照明系统的设计方法，具体步骤为跟据指定的投影物镜的参数确定照明系统出瞳距离；确定坐标系，获取各器件的坐标；根据所述出瞳距离和掩膜面中心坐标，确定出瞳中心的坐标；令出瞳中心与掠入射镜非邻近焦点重合，计算出掠入射镜的曲率半径；令第一中继镜的非邻近焦点与掠入射镜的邻近焦点重合，计算出第一中继镜的曲率半径；令第二中继镜的邻近焦点与第一中继镜的邻近焦点重合，计算出第二中继镜的曲率半径；令聚光镜的非邻近焦点为匀光系统出射光线的会聚点，根据所述会聚点确定匀光系统中光阑复眼平板和视场复眼平板上复眼元的排布。本发明设计方法可以适用于不同的投影物镜。
文档编号G03F7/20GK102629082SQ20121013216
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者刘菲, 李艳秋, 梅秋丽 申请人:北京理工大学