专利名称：一种极紫外光刻投影物镜设计方法
技术领域：
本发明涉及一种极紫外光刻投影物镜设计方法，属于光学设计技术领域。
背景技术：
在超大规模集成电路的制造工艺中，需要使用高精度投影物镜将掩模上的图形精确倍缩到覆盖有光刻胶的硅片上。当前深紫外光刻技术使用波长为193nm的激光光源，辅助以离轴照明、相移掩模、光学边缘效应校正等分辨率增强技术，可实现45nm技术节点的产业化要求，但是对于32nm或更高技术节点的产业化需求，半导体行业普遍寄希望于极紫外光刻技术。极紫外光源波长约为11 15nm，与深紫外光刻技术相同，极紫外光刻也采用步进-扫描模式。极紫外光刻系统由等离子光源，反射式照明系统，反射式掩模，反射式投影物镜， 涂覆有极紫外光刻胶的硅片以及同步工件台等部分组成。光束由光源出射后，经照明系统整形和勻光，照射到反射式掩模上。经掩模反射后，光线入射至投影物镜系统，最终在涂覆有极紫外光刻胶的硅片上曝光成像。典型的EUV投影物镜为共轴光学系统，物面、像面及所有反射镜均关于光轴旋转对称，这一设计有利于装调并且尽量避免了可能的像差。由于反射系统中存在光路折叠和遮挡，投影物镜应采用环形离轴视场设计。一般来说，除给定的设计指标外，EUV投影物镜设计还需要满足下列要求1.可实现的光阑面设置，一般位于第2 5个反射面的某一面上； 2.足够大的物方、像方工作距，保证掩模和硅片的轴向安装空间；3.无遮拦设计，每个反射面的反射区域和通光区域之间都要留有一定的边缘余量；4.能够配合反射式掩模使用，光线以小角度入射到掩模上；5.高分辨率；6.极小的畸变；7.像方远心。现有技术(M. F. Bal, Next-Generation Extreme Ultraviolet Lithographic Projection Systems [D], Delft =Technique University Delft, 2003)公开了极紫外光刻投影物镜设计方法，该方法通过对包括六反射镜的EUVL投影物镜的近轴结构参数(反射镜半径、各光学面间距等)进行穷举式搜索，将系统的放大倍率、光阑共轭关系等条件作为约束，并编制程序对其光线光路进行光路遮挡判定，将无遮挡的光路进行分析拣选，从而选出合适的初始结构，作为进一步优化和计算的基础。这一方法的缺点在于计算量过大，以现有的计算机计算速度，平均一星期才能找到一个可用设计。
发明内容
本发明提供一种极紫外光刻投影物镜设计方法，该方法可根据不同的参数要求设计出极紫外光刻投影物镜，其计算量小，实现速度快。实现本发明的技术方案如下一种极紫外光刻投影物镜设计方法，具体步骤为步骤101、确定投影物镜的光学系统参数物方数值孔径ΝΑ0，系统放大倍率M，像方数值孔径NAI，物方视场高度Υ0Β，像方视场高度YIM ；并根据物方数值孔径NAO确定物方主光线入射角度CA ；步骤102、确定置于掩模和硅片之间的极紫外光刻投影物镜包含六枚反射镜和光阑，其中六枚反射镜和光阑之间的位置关系为从掩模开始沿光路方向依次为第一反射镜 Ml、光阑、第二反射镜M2、第三反射镜M3、第四反射镜M4、第五反射镜M5以及第六反射镜 M6，且光阑放置于第二反射镜M2上；步骤103、确定物方视场高度与掩模到第一反射镜Ml距离的比例参数radi0l，第二反射镜M2到第一反射镜Ml距离与掩模到第一反射镜Ml距离的比例参数radio2，第一反射镜Ml与第二反射镜M2出射的光线不发生遮挡的空间CLEAPE1，硅片到第六反射镜M6 的距离WDI，硅片到第六反射镜M6距离WDI与第五反射镜M5到第六反射镜M6间距的比 radio3,第六反射镜M6与第五反射镜M5的入射光线不发生遮挡的空间CLEAPE6，第六反射镜M6出射的光线与第五反射镜M5不发生遮拦的空间CLEAPE5 ；步骤104、设定掩模到第一反射镜Ml的距离为_11;则卜I1I = Y0B/radiOl ；设定第一反射镜Ml到第二反射镜M2的距离-Cl1，则I -Cl11 = Y0B/radiOl · radio2 ；步骤105、设定第一反射镜Ml的半径为T1，则
权利要求
1. 一种极紫外光刻投影物镜设计方法，其特征在于，具体步骤为 步骤101、确定投影物镜的光学系统参数物方数值孔径ΝΑ0，系统放大倍率M，像方数值孔径NAI，物方视场高度Υ0Β，像方视场高度YIM ；并根据物方数值孔径NAO确定物方主光线入射角度CA ；步骤102、确定置于掩模和硅片之间的极紫外光刻投影物镜包含六枚反射镜和光阑，其中六枚反射镜和光阑之间的位置关系为从掩模开始沿光路方向依次为第一反射镜Ml、光阑、第二反射镜M2、第三反射镜M3、第四反射镜M4、第五反射镜M5以及第六反射镜M6，且光阑放置于第二反射镜M2上；步骤103、确定物方视场高度与掩模到第一反射镜Ml距离的比例参数radicv第二反射镜M2到第一反射镜Ml距离与掩模到第一反射镜Ml距离的比例参数radio2，第一反射镜 Ml与第二反射镜M2出射的光线不发生遮挡的空间CLEAPE1，硅片到第六反射镜M6的距离 WDI，硅片到第六反射镜M6距离WDI与第五反射镜M5到第六反射镜M6间距的比radio3，第六反射镜M6与第五反射镜M5的入射光线不发生遮挡的空间CLEAPE6，第六反射镜M6出射的光线与第五反射镜M5不发生遮拦的空间CLEAPE5 ；步骤104、设定掩模到第一反射镜Ml的距离为_11;则卜I1I = Y0B/radiOl ；设定第一反射镜 Ml 到第二反射镜 M2 的距离-Cl1，则 I -Cl11 = Y0B/radiOl · radio2 ； 步骤105、设定第一反射镜Ml的半径为Γι，则d/tan(arctan ⑷ z^+U-f)其中，hzl为主光线RAYl与第一反射镜Ml交点的高度，Zzl为第一反射镜Ml上主光线 RAYl入射点与第一反射镜Ml顶点的轴向距离； 步骤106、设定第二反射镜M2的半径为r2，则其中，Ua2为入射至第一反射镜Ml上的上光线RAY2与光轴的夹角，ha2为上光线RAY2 与第二反射镜M2交点的高度，hbl为下光线RAY3与第一反射镜Ml交点的高度；步骤107、设定第五反射镜M5到第六反射镜M6之间的间距为d5，则I d51 = WDI · radio3；
2.根据权利要求1所述极紫外光刻投影物镜设计方法，其特征在于，将六枚反射投影物镜分为三个镜组，第一反射镜组Gl包括第一反射镜Ml和第二反射镜M2 ；第二反射镜组 G2包括第三反射镜M3和第四反射镜M4 ；第三反射镜组G3包括第五反射镜M5和第六反射镜 M6，所述选取第三反射镜M3的半径r3的过程为将第二镜组G2作为独立的光学系统，将G2 系统的近轴放大倍率β = Μ、第二镜组G2的近轴入瞳距enp2等于Gl的出瞳距离ENPl即 enp2 = ENPl、第二镜组G2的出瞳距exi)2等于G3的入瞳距离EXP3即exp2 = EXP3、1500mm > (_l3_enp2) > 0以及0 > d3 > 1500mm作为约束条件，根据物象共轭关系、放大倍率关系、 匹兹万和条件以及光瞳共轭关系，确定r3的范围，从获取的范围中选取一值作为第三反射镜M3的半径。
3.根据权利要求2所述极紫外光刻投影物镜设计方法，其特征在于，所述步骤108的具体过程为步骤201、选取第三反射镜M3的半径r3，设定误差因子,并令β (1) =Μ，令 exp2(l) = EXPl，设定循环次数k = 1 ；步骤202、利用β (k)、exp2(k)以及所选取的r3，根据物象共轭关系、放大倍率关系、匹兹万和条件以及光瞳共轭关系，求出62系统的结构参数(1300、1300、14' (k)以及r4(k)；步骤203、r3、d3(k)、l3(k)、l4' (k)以及r4(k)输入到光学设计软件CODEV中，获取第二反射镜组G2的实际放大倍率M(k)以及实际出瞳距离EXP2(k)；步骤謝、判断⑷-和‘2且IMGO-Ml ( ξ β是否成立，若是则结束优化， 将此时的1~3、(13(10、13(10、14' (k)以及r4(k)作为第二反射镜组G2的结构参数，若否，则进入步骤205 ；步骤 205、令 β (k+1) = β (k) · [M/M(k)]°, exp2 (k+1) = exp2 (k) · [EXP1/EXP2 (k)] °，其中σ < 1，令k加1，返回步骤202。
4.根据权利要求3TO极紫外光刻投影物镜设计方法，其特征在于，TO σ为1/4或1/2或1。
全文摘要
本发明提供一种极紫外光刻投影物镜设计方法，具体过程为确定光刻投影物镜的光学设计参数，并设定该投影物镜包含六个镜片和一孔径光阑，按照光束传播的方向将六个镜片分成三组；确定第一组镜片的的半径和间距，确定第三组镜片的半径和间距；根据前面两组镜片的参数，确定第三组镜片的半径和间距。本发明根据不同的参数要求进行设计和搜索，避免了传统光学设计方法在现有结构上进行修改和试错的盲目性。有针对性的计算出一系列符合参数条件的镜头结构，便于根据光学加工检测的特殊要求对光线进行选择，避免了大量的检索和判断。
文档编号G03F7/20GK102402135SQ201110404929
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者刘菲, 李艳秋 申请人:北京理工大学