率nj与近轴主光线在表面j上入射角ij的乘积，u和 u'分别为表面j前后的近轴边缘光线孔径角，]^_为￥在孔径光阑面上的数值。较小W和S 值的光学系统，通常具有较好的像差平衡性质和提供良好成像质量的潜力。因此，当物方镜 组的需要增加新光学元件时，该光学元件的引入应当使系统当前的形态数得到最有效的减 小。
[0051] 根据Wj定义，其满足：
[0052]
(5)
[0053]理想情况下，当所有光学面的相等时W取得最小值，即系统光焦度在各个表面均 匀分布。而实际情况是为了满足光学特性和成像质量的要求，各光学面的^数值有大有小， 也有正有负。^绝对值越大则该面对总光焦度的贡献越大，通常情况下其引入的高阶像差 也越大。因此，为了降低W值、改善系统中各光学表面光焦度分布均匀性，应当在值最大的 表面F处插入新元件，以期分担该表面对总光焦度的贡献。与之相似，当影响系统成像质量 的主要因素是与视场相关的像差时，为了减小S值、改善系统中各光学表面的"对称性"，应 当在~最大的表面F处插入新元件。以上新增元件"最佳位置"的确定依据。
[0054] 其次，当新增元件的"最佳位置"确定后，在指定的表面位置处或~值最大的表 面)插入薄弯月透镜。薄弯月透镜的曲率半径与对应表面F的曲率半径相同。
[0055] 最后，利用阻尼最小二乘法对增加元件后的G1镜组进行优化。在优化过程中，逐步 增加薄弯月的厚度及其与对应表面F的距离，同时将物方镜组的设计要求以及形态参数S 和/或W分别小于设定的阈值和满足设计要求作为优化的约束条件，以保证优化后的G1系统 在满足设计要求的同时兼备良好的像差校正潜力。
[0056]结合实施例，选择ΝΑ0 0.25有限共辄距的双高斯物镜作为G1的初始结构，如图3 (a)所示。为了实现物方远心，在物面附近插入一片正透镜，如图3(b)所示。由于在深紫外波 段不允许存在胶合件，将两片双胶合透镜进行分裂，如图3 (c)所示。为了进一步满足放大倍 率、像方光线入射角以及数值孔径的要求，依次在表面7和表面9处最大的两个表面)插 入"薄弯月"，并对G1进行优化。最终设计得到的G1结构如图3(d)所示，其ΝΑ0达到了要求的 0.3。在设计过程中将形态参数作为约束条件进行控制，使得G1的结构更具像差校正潜力。 [0057]步骤三、像方镜组G3是有限共辄距系统，用于实现大的像方数值孔径，G3采用逆向 设计，初始的像点为逆向系统的物点，因此优化像方镜组G3的初始结构，使其满足设计要 求：（1)G3应当物方远心即物方主光线入射角为0°，（2)其像方主光线入射角不会引起光路 遮拦，（即应保证G2的光路不发生遮拦），（3)G3的放大倍率MsiMAMi XM2)，其值还应保证G2 能够实现无遮拦的光路。
[0058] G3的调整和优化方法与物方镜组G1相同，这里不在赘述。
[0059]结合实施例，选择专利US20080043345中的全折式深紫外光刻物镜，将其从"束腰" 处分开的后半部分作为G3的初始结构，如图4(a)所示。首先，调整G31的结构参数，增大其光 焦度并减小厚透镜的中心厚度。经过调整后G31'镜组的元件口径和材料用量得到有效降 低。由于G31'光焦度的增加，使得到达G32光束的会聚度相应增加。所以在不改变G32结构参 数的情况下，其光束口径也和元件尺寸也会相应减小。然后，用光焦度较小的G33 '镜组替换 G33(G2镜组的引入减轻了 G33的场曲校正压力，因此其光焦度可相应减小）。进一步，为了形 成中间像并满足放大倍率的要求，加入正光焦度镜组G34'。对上述复杂化后G3进行优化，其 最终结构如图4(b)所示。
[0060] 步骤四、优化中间镜组G2为两片凹面反射镜的结构形式。计算物方镜组和像方镜 组的匹兹万和。根据匹兹万和条件，确定中间镜组凹面反射镜的半径。根据物方镜组的出 瞳，确定中间镜组孔径光阑的位置。
[0061] 结合实施例，G2采用两反射镜-1倍系统，如图5所示。其中，两片凹面反射镜需要平 衡G1和G3对匹兹万场曲的贡献量petci和petG3。根据匹兹万和条件：
[0062]
(6)
[0063] 由于rdP-r2的值相等，两个凹面反射镜组成了放大倍率为-1倍的对称结构。当G1 和G3的结构参数确定后，的数值可以利用式(6)计算。为了实现光路的连接，G2的入瞳 参数必须与G1的出瞳参数匹配，因此要将G2的孔径光阑设置在G1的出瞳面上；同时，根据物 方镜组的出瞳，确定中间镜组的孔径光阑位置。
[0064] 步骤五、利用阻尼最小二乘法对像方镜组G3的结构参数进行精细优化，使其入瞳 与中间镜组G2的出瞳匹配。连接物方镜组G1、中间镜组G2、像方镜组G3获得整个物镜系统的 初始结构，如图2所示。
[0065]本发明的实施实例：
[0066]设计得到了物方镜组G1，其结构参数如表1所示。
[0067]表 1
[0ΠΑ??
[0069]
[0070] 设计得到了像方镜组G3,其结构参数如表2所示。
[0071] 表2
[0072]
[0073]
[0074] 根据匹兹万和条件，确定了中间镜组G2,其结构参数如表3所示。
[0075] 表 3
[0076]
Luu//j 琢丄尸/r迎，以丄仪乃卒仅叨tw权1主头她w ra g ,升.用丁限疋卒仅叨禾氾围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种深紫外光刻物镜设计方法，其特征在于，具体过程为： 步骤一、确定置于掩模和娃片之间的深紫外光刻物镜=个镜组的初始结构，=个镜组 的位置关系为:从掩模到娃片分别为物方镜组Gl、中间镜组G2 W及像方镜组G3，且中间镜组 G2的放大倍率为M2=1; 步骤二、优化物方镜组Gl的初始结构，使其满足设计要求：（1)物方远屯、，（2)像方主光 线入射角和物方镜组的放大倍率化不会引起光路遮拦； 步骤S、优化像方镜组G3的初始结构，使其满足设计要求：（1)像方远屯、，（2)物方主光 线入射角不会引起光路遮拦，（3)放大倍率M3=M/ (M2 X化），M光刻物镜的放大倍率； 步骤四、中间镜组G2为两片凹面反射镜的结构，计算物方镜组和像方镜组的匹兹万和， 并根据匹兹万和计算中间镜组中两片凹面反射镜的半径，同时使G2的入瞳与Gl的出瞳匹 配； 步骤五、优化像方镜组G3的结构参数，使G3的入瞳与G2的出瞳匹配； 至此，完成了深紫外光刻物镜的设计。2. 根据权利要求1所述深紫外光刻物镜设计方法，其特征在于，所述步骤二和步骤=的 优化过程为： 首先，针对待优化镜组中的每一表面，计算其对应的归一化光焦度和/或对称性因子； 其次，选择最大归一化光焦度和/或对称性因子的表面F处，插入薄弯月透镜，所述薄弯 月透镜的曲率半径与其对应的表面F的曲率半径相同； 再次，W形态参数S和W分别小于设定阔值和满足所述设计要求为优化的约束条件，对 镜组进行优化，在优化过程中，逐步增加薄弯月透镜的厚度及其与对应表面F的距离；其中，N为系统中光学表面的数目，Wj为表面j的归一化光焦度，Sj为表面j的对称性因 子。3. 根据权利要求1所述深紫外光刻物镜设计方法，其特征在于，所述根据匹兹万和计算 中间镜组中两片凹面反射镜的半径ri和K; 设ri和-n的值相等，其中，petGi和petG3分别为Gl和G3对匹兹万场曲。4. 根据权利要求1或2所述深紫外光刻物镜设计方法，其特征在于，所述优化为采用阻 尼最小二乘法实现。
【专利摘要】本发明提供一种深紫外光刻物镜设计方法，具体过程为：步骤一、确定置于掩模和硅片之间的深紫外光刻物镜三个镜组的初始结构；步骤二、优化物方镜组G1的初始结构，使其满足设计要求：(1)物方远心，(2)像方主光线入射角和放大倍率M1不会引起光路遮拦；步骤三、优化像方镜组G3的初始结构，使其满足设计要求：(1)像方远心，(2)物方主光线入射角不会引起光路遮拦，(3)放大倍率M3＝M/M1；步骤四、中间镜组G2为两片凹面反射镜的结构。计算物方镜组和像方镜组的匹兹万和，并根据匹兹万和计算中间镜组中两片凹面反射镜的半径；步骤五、优化像方镜组G3的结构参数，使G3的入瞳与G2的出瞳匹配。该方法设计效率高，实现速度快。
【IPC分类】G03F7/20, G02B27/00, G02B13/22
【公开号】CN105652606
【申请号】
【发明人】李艳秋, 曹振
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年4月5日