专利名称：光刻物镜非球面位置选择方法
技术领域：
本发明涉及一种基于系统Zernike波像差分析与光刻过程对于Zernike系数敏感性的光刻物镜非球面位置选择方法，属于非球面光学设计技术领域。
背景技术：
将非球面应用于成像光学系统，旨在提供更灵活的解空间以及更多的设计自由度，能够大幅提高系统光学性能，有效减小系统体积和重量。非球面在光刻物镜设计、头盔显示、手机相机镜头等像质要求高、结构要求紧密的系统中有着广泛应用。自变量的增加， 系统校正像差的能力得到加强，因此有可能获得更好的成像质量并简化系统。非球面在系统中的位置对于校正不同种类像差至关重要，一般来说，非球面位置接近系统的孔径光阑有利于校正依赖于光阑的像差，远离孔径位置能够校正依赖于视场的像差。光刻技术是目前最成熟、经济、精密的半导体大规模制造方法，其中光刻物镜是其重要组成部分随着时间发展。光刻曝光波长从436nm(g线)，365nm(i线)，48nm(KrF)减小到目前常见的193nm(ArF)，甚至到157nm的极紫外光，与13. 5nm波长的极端紫外光。20世纪60年代以来，光刻机内的物镜绝大部分都是由透镜组成。由于光刻的要求越来越高，光刻物镜的结构变得越来越复杂，并且普遍应用多个非球面以实现极高的像质要求。随着光刻机的曝光波长越来越短，对折射式系统的设计提出了更大的挑战。在光刻系统中使用非球面设计有可能获得更好的成像质量或在保持成像质量不变的情况下简化系统。本发明通过边缘Zernike多项式评价波像差，确定主导像差项，并结合光刻过程对于边缘Zernike波像差各系数的敏感性，确定了光刻物镜非球面位置的选择方法。
发明内容
本发明为进一步提高成像质量，并解决现有技术的球面光刻物镜像差校正困难、 系统体积大等技术问题，提出了一种高分辨率光刻物镜非球面位置选择方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下步骤一、确定初始系统结构中各元件位置与视场和孔径的关系，分析各类像差对于孔径与视场的依赖关系，得到各元件位置对于不同像差的校正敏感度。定义非球面系统的五种基本像差为球差S1，慧差S11,像散Sm，场曲Siv，与畸变 Sv，球面系统对应的基本像差为S' I； Si n, Si m, Si IV, Si v。它们之间的关系如下S1 = S' !+AS1
_9] S11=S^AS1A)
η
_0] S111 =Sm+AS1^)2
ηΔ Siv = O_2] Sr=S^ASrAf
η其中hp为中心光线在各镜片表面高度，h为边缘光线高度，ASiv为初级场曲变化量，Δ Sv为初级畸变变化量。决定非球面初级像差的两个关键变量为初级球差变化AS1以及中心光线高度与边缘光线高度的比值hp/h (命名为非球面挑选因子)。从以上像差公式中，可以得到五种初级像差与非球面位置的关系为球差与慧差能够更好的被具有较小非球面挑选因子的表面校正，像散与畸变能够在具有较大非球面挑选因子的表面上得到有效消除。高阶像差与视场与孔径光阑的依赖关系如表一所示。表一高阶像差与视场与孔径光阑依赖关系表
权利要求
1.光刻物镜非球面位置选择方法，其特征在于包括如下步骤步骤一、确定初始系统结构中各元件位置与视场和孔径的关系，分析各类像差对于孔径与视场的依赖关系，得到各元件位置对于不同像差的校正敏感度；非球面系统的五种基本像差为球差S1,慧差S11,像散S111,场曲Siv与畸变Sv,球面系统对应的基本像差为S' I； Si n, Si m, Si IV, Si ν;它们之间的关系为
2.根据权利要求I所述的光刻物镜非球面位置选择方法，其特征在于初级球差变化 Δ S1和非球面挑选因子hp/h决定非球面初级像差；球差与慧差等较依赖于孔径的像差被具有较小非球面挑选因子的表面较好地校正，像散与畸变等较依赖于视场的像差在具有较大非球面挑选因子的表面上得到有效消除。
3.根据权利要求I所述的光刻物镜非球面位置选择方法，其特征在于步骤四所述的试探性优化的具体方法为根据步骤一、步骤二和步骤三，得到初始系统各元件位置对于视场和孔径的依赖关系，确定主导像差后，结合各Zernike系数的光刻性能敏感度，辅助挑选多个初始非球面位置；首先确定几个主导像差项，挑选其中光刻性能敏感度较高的像差项作为主要校正对象；根据主导校正像差对于视场和孔径光阑的依赖关系确定新增非球面所在位置范围，结合设计与加工经验选取数个位置进行试探性优化。
4.根据权利要求I所述的光刻物镜非球面位置选择方法，其特征在于根据所述方法得到的非球面投影光刻物镜的数值孔径为O. 75，工作波长为193纳米，波像差小于O. 5纳米。
全文摘要
本发明涉及一种基于系统Zernike波像差分析与光刻过程对于Zernike系数敏感性的光刻物镜非球面位置选择方法，属于非球面光学设计技术领域。本方法首先确定初始系统结构中各元件位置与视场和孔径的关系，分析各类像差对于孔径与视场的依赖关系，得到各元件位置对于不同像差的校正敏感度；然后根据波像差分析结果确定主导像差；再根据光刻仿真结果确定Zernike波像差各分项像差敏感度；得到添加非球面位置范围，并进行试探性优化；最后选取使像质改善较大的非球面位置作为最终位置并进行深度优化，得到像质优良的最终非球面位置。根据所述方法得到的非球面投影光刻物镜的数值孔径为0.75，工作波长为193纳米，波像差小于0.5纳米。
文档编号G03F7/20GK102590989SQ20121009957
公开日2012年7月18日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者刘丽辉, 常军, 李林, 李艳秋, 韩星, 马斌, 黄一帆 申请人:北京理工大学