专利名称：一种极紫外光刻投影物镜的优化设计方法
技术领域：
本发明涉及一种极紫外光刻投影物镜的优化设计方法，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If 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，反射式极紫外光刻EUVL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，经照明系统整形和匀光，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EUVL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。由于反射过程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。例如现有的六反射镜式EUVL投影物镜，其包括六枚反射镜，从掩模MASK开始，沿光路方向依次为第一反射镜Ml,第二反射镜M2,第三反射镜M3，第四反射镜M4，第五反射镜M5，第六反射镜M6，硅片WAFER。本发明的优化方法基于给定的全球面EUVL投影物镜初始结构。这种初始结构可以由现有技术计算搜索得至丨J，计算初始结构的方法有现有技术(M. F. Bal, Next-Generation Extreme UltravioletLithographic Projection Systems [D], Delft:Technique University Delft, 2003),以及本申请人申请的专利(申请号201110404929. 7)中使用的计算方法等。由于非球面系数对光程的影响在微米至毫米量级，所以全球面的初始结构与优化后的非球面结构光路相似，图I所示为一种全球面的EUVL投影物镜初始结构，其成像质量远远不能满足极紫外光刻的要求。现有技术(0.E. Marinescu, Novel Design Methods for High-QualityLithographic Objectives [D], Delft:Technique University Delft, 2006)是一类优化设计方法，需要在一定的初始结构基础上进行设计，其核心思想是在已有的初始结构上插入一对光学面，从而引入一对新的变量，构造系统评价函数下降的“鞍点”，通过优化，使得像质继续得到优化。并在优化过程中，将准不变量的变化量作为约束条件，使得系统能够越过优化的不稳定区域，实现误差函数的平稳下降。对与EUVL投影物镜来说，其反射镜数量是需要严格控制的，鞍点构造法一次优化需要引入两枚反射镜，且不能保证得到良好的光学性能，对于EUVL投影物镜的设计来说比较盲目。同时，除给定的设计指标外，EUVL投影物镜设计还需要满足下列要求1、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；2、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；3、高分辨率，即保证在硅片胶上所成的像具有较高的分辨率；4、像方远心。
发明内容
本发明提供一种极紫外光刻投影物镜的优化方法，该方法可在全球面的EUVL光刻投影物镜初始结构的基础上，逐步加载非球面系数，并加入优化条件控制，从而最终达到符合用户需求的优良成像质量。实现本发明的技术方案如下一种极紫外光刻投影物镜的优化设计方法，该极紫外光刻投影物镜包括六枚反射镜，从掩模开始，沿光路方向依次为第一反射镜Ml,第二反射镜M2,第三反射镜M3,第四反射镜M4，第五反射镜M5，第六反射镜M6，硅片；极紫外光刻投影物镜的具体优化过程为步骤101、设定投影物镜像方数值孔径为NAl ;判断第五反射镜M5和第六反射镜M6的光路遮拦情况，判断投影物镜的后工作距情况；当判定第五枚反射镜上部和第六枚反射镜下部的遮拦比皆等于0且(WDI-WDIP)/WDI ( 5%时，则进入步骤102，否则结束本优化方法，其中NAl为投影物镜理想像方数值孔径，WDI为事先给定的优化后的目标工作距，WDIP为第五枚反射镜的顶点至近轴像点的距离；步骤102、计算当前投影物镜上的6个遮拦空间CLEAPEnaiI 6，给当前投影物镜的像方数值孔径为NA3赋一初始值，并进入步骤103 ；步骤103、计算当前投影物镜上的6个遮拦空间CLEAPENA316，并根据步骤102中计算的遮拦空间CLEAPEnaiI 6，设定无遮挡空间的限制条件为CLEAPE_1_6
权利要求
1.一种极紫外光刻投影物镜的优化设计方法，该极紫外光刻投影物镜包括六枚反射镜，从掩模开始，沿光路方向依次为第一反射镜Ml,第二反射镜M2,第三反射镜M3,第四反射镜M4,第五反射镜M5,第六反射镜M6,娃片；其特征在于,所述极紫外光刻投影物镜的具体优化设计过程为 步骤101、设定投影物镜像方数值孔径为NAl ;判断第五反射镜M5和第六反射镜M6的光路遮拦情况，判断投影物镜的后工作距情况；当判定第五枚反射镜上部和第六枚反射镜下部的遮拦比皆等于O且(WDI-WDIP)/WDI ( 5%时，则进入步骤102，否则结束本优化方法，其中NAl为投影物镜理想像方数值孔径，WDI为事先给定的优化后的目标工作距，WDIP为第五枚反射镜的顶点至近轴像点的距离； 步骤102、计算当前投影物镜上的6个遮拦空间CLEAPENA116，给当前投影物镜的像方数值孔径NA3赋一初始值，并进入步骤103 ； 步骤103、计算当前投影物镜上的6个遮拦空间CLEAPENA316，并根据步骤102中计算的遮拦空间CLEAPEnaiI 6，设定无遮挡空间的限制条件为CLEAPE_1_6
2.根据权利要求I所述极紫外光刻投影物镜的优化设计方法，其特征在于，所述步骤105的具体过程为 步骤201、设定投影物镜可优化变量为非球面四次系数A1 A6、六次系数B1 B6、八次系数C1 C6、十次系数D1 D6及十二次系数E1 E6 ;运用阻尼最小二乘法，在边界条件内对投影物镜的可优化变量进行优化，获取投影物镜出射像；判断所述出射像的像质是否满足要求，若出射像子午面上四个视场的平均均方根波像差值小于O. 04 λ，则进入步骤206，否则进入步骤202 ； 步骤202、更新投影物镜可优化变量为非球面顶点半径r，运用阻尼最小二乘法，在边界条件内对投影物镜的可优化变量进行优化，获取投影物镜出射像；判断所述出射像的像质是否满足要求，若出射像子午面上四个视场的平均均方根波像差值小于O. 04 λ，则进入步骤206，否则进入步骤203 ； 步骤203、更新投影物镜可优化变量为反射镜间距，运用阻尼最小二乘法，在边界条件内对投影物镜的可优化变量进行优化，获取投影物镜出射像；判断所述出射像的像质是否满足要求，若出射像子午面上四个视场的平均均方根波像差值小于O. 04 λ，则进入步骤·206，否则进入步骤20 4 ； 步骤204、对投影物镜结构参数加入扰动r = Rbestsphere,即令非球面最佳球面半径Rbestsphere代替非球面半径r ;运用阻尼最小二乘法，在边界条件内对投影物镜的可优化变量进行优化，获取投影物镜出射像；判断所述出射像的像质是否满足要求，若出射像子午面上四个视场的平均均方根波像差值小于O. 04 λ，则进入步骤206，否则进入步骤205 ； 步骤205、判断步骤204的执行次数是否超过十次，若是，则认为该投影物镜不具有优化至NAl的潜力，结束本优化方法，否则返回步骤204 ； 步骤206、判断此时像方数值孔径ΝΑ3=ΝΑ1是否成立，若成立，则将此时获得的投影物镜参数作为最优参数，结束对光刻投影物镜的优化，否则令ΝΑ3增加O. 01，返回步骤103。
3.根据权利要求I所述极紫外光刻投影物镜的优化设计方法，其特征在于，对步骤101做进一步判断，当判定第五枚反射镜上部和第六枚反射镜下部的遮拦比皆属于(0，0. 3]之间且(WDI-WDIP)/WDI彡5%时，则进入步骤301 ； 当判定第五枚反射镜上部和第六枚反射镜下部的遮拦比皆等于O且(WDI-WDIP)/WDI ( 5%和当判定第五枚反射镜上部和第六枚反射镜下部的遮拦比皆属于(0，O. 3]之间且(WDI-WDIP) /WDI ( 5%皆不成立时，则结束优化； 步骤301、确定六枚反射镜的非球面四次系数A1 A6和非球面六次系数B1 B6、非球面顶点处的半径^ r6及各反射镜之间的间距为可优化变量； 步骤302、设定投影物镜的像方数值孔径为NA1，计算投影物镜的6个遮拦空间CLEAPEnaiI 6，根据所计算出的遮拦空间，判断是否存在遮拦的情况，若存在则进入步骤·303，否则进入步骤305 ； 步骤303、更新投影物镜的像方数值孔径为NA3，计算当前计算投影物镜的6个遮拦空间CLEAPENA316，并根据步骤302中计算的遮拦空间，设定无遮挡空间的限制条件为CLEAPEconl-6
4.根据权利要求I所述极紫外光刻投影物镜的优化设计方法，其特征在于，所述初始值为O. 05。
全文摘要
本发明提供一种极紫外光刻投影物镜的优化设计方法，具体优化过程为对投影物镜是否具有可优化的潜力进行判断，当判定其具有可优化潜力时，则设定优化的边界条件，该边界条件包括远心限制、非球面度限制、间距限制和各镜片无遮拦空间的限制；设定投影物镜可优化变量；运用阻尼最小二乘法，在边界条件内对投影物镜的可优化变量进行优化，直至在设定的边界条件内，投影物镜可达到的理想像方数值孔且出摄像满足要求为止。本发明通过设定包括不遮拦空间等优化边界条件，对投影物镜的参数进行优化，这样可以使得优化后的投影物镜满足用户的需求，且不对光线产生遮拦。
文档编号G02B17/08GK102768473SQ201210243219
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者刘菲, 李艳秋 申请人:北京理工大学