一种实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法
【专利摘要】本发明提供一种实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，具体步骤为：步骤一、在光刻照明系统的柱面扩束镜与微透镜阵列之间设置m个光学相位延时元件；步骤二、根据所需的光刻照明系统偏振态的要求，不断优化光学相位延时元件之间的相对位置，直至光刻照明系统的光瞳偏振态满足要求为止。本发明通过优化光学相位延时元件的相对位置，可以精确实现所需要的任意光瞳偏振态分布，并减少光瞳能量损失，降低光源误差。
【专利说明】一种实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，属于高分辨光刻【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光刻技术是一种制造半导体器件技术，利用光学的方法将掩模板上的电路图形转移到硅片上。光刻技术采用紫外(UV)、深紫外(DUV)光源等。多种半导体器件可以采用光刻技术制造，如二极管、晶体管和超大规模集成电路。一个典型的光刻曝光系统包括照明系统、掩模、投影物镜和硅片。
[0003]在高NA浸没曝光光刻系统中，不同方向的偏振光将产生不同的图像对比度，即偏振方向与掩模线条平行时成像对比度高，反之成像对比度严重下降，同时掩模、光刻胶也存在偏振效应。所以，高NA浸没曝光光学系统必须采用偏振光照明技术，偏振光照明技术成为高NA浸没曝光光学系统中的一个重要特征。
[0004]光刻照明系统的主要作用是均匀照明掩模面，并实现各种与光刻物镜光瞳匹配的各种照明光源和偏振照明。随着光源-掩模联合优化技术(Source MaskOptimization, SM0)的发展，照明光瞳任意光强分布照明技术已经被广泛采用。微反射镜阵列被使用来实现包括任意光强分布的各种照明光源。每个微反射镜可以绕着两个垂直方向的轴倾斜。聚光镜置于微反射镜阵列和光瞳平面之间，它将由微反射镜产生的反射角转换为在光瞳平面内光斑的投射位置，进而实现任意光强的照明光瞳而不需要切换其他光学器件。
[0005]与此同时，为了进一步提高掩模图形的保真度，将光束在光瞳平面内的偏振态分布也作为优化自由度，如图2所示，以环形照明为例，常见的偏振照明包括X、Y、TE和TM照明，如图3所示为TE偏振照明。这样在光瞳平面范围内不仅光强分布是任意的，偏振态的分布也是任意的，这对于照明系统的设计是一个全新的挑战。
[0006]当前，主要通过设计波片组合来控制入射微反射镜阵列偏振态(即将波片依次沿一个方向平行进出光路来实现)。采用这种方法的直接结果是当所需某种偏振态的光斑的数量不是微反射镜阵列排数的整数倍时，定会有一些微反射镜接收到错误偏振态的入射光束。需要将这些光束投射到光阑以外的位置，一方面造成了能量损失，另一方面由于参加投射光斑的减少，会增大设计光源的误差。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提出一种实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，该方法通过在现有照明系统中设置光学相位延时元件，通过调整光学相位延时元件的位置，使得光刻照明系统的光瞳偏振态满足所需分布的要求。
[0008]实现本发明的技术方案如下:
[0009]一种实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，具体步骤为:[0010]步骤一、在光刻照明系统的柱面扩束镜与微透镜阵列之间设置m个光学相位延时元件；
[0011]步骤二、根据所需的光刻照明系统偏振态的要求，不断优化光学相位延时元件之间的相对位置，直至光刻照明系统的光瞳偏振态满足要求为止。
[0012]进一步地，本发明所述步骤二中基于模拟退火算法对光学相位延时元件之间相对位置进行优化。
[0013]进一步地，本发明基于模拟退火算法进行优化的具体过程为:
[0014]步骤101,获取m个光学相位延时元件中心点的初始坐标(X1J1), (x2，y2)，……，(xm，ym);所需的光刻照明系统的偏振态为η种，且η种偏振态的光斑数量分别为A1,A2,……，An ;设定模拟退火算法的初始温度T = 1°C，设定初始内循环次数和外循环次数为O ；
[0015]步骤102，计算当前投射到微反射镜阵列的η种偏振态光斑的数量A/，A2’，……，An’ ；定义误差函数e为:
[0016]e = !Aj1-A1Haj2-A2I+,......+|A，n-An|
[0017]步骤103，计算本次迭代和上次迭代误差函数的变化量Ae,若Ae< 0，则进入步骤105 ;若Λ e > 0，则进入步骤104 ；
—Δβ
[0018]步骤104，计算P = exp(]_)，若P大于(0，1)之间的一个随机数，则进入步
骤105，否则将光学相位延时元件中心点的坐标替换为上次迭代的中心点坐标并进入步骤105 ；
[0019]步骤105，令内循环次数加一，判断内循环的次数是否达到上限Nin，若是则进入步骤106，否则更新m个光学相位延时元件中心点坐标后返回步骤102 ；
[0020]步骤106，令外循环次数加一，判断外循环的次数是否达到上限Ν_，若否则令退火温度T下降为TXa后返回步骤102，其中α是一个线性因子，其取值范围是(0，1)，若是则将当前光学相位延时元件的位置记为最优位置，结束该方法。
[0021]进一步地，本发明所述η为4，4种偏振态分别为X方向、Y方向、+45°方向，_45°方向。
[0022]进一步地，本发明所述η为8，8种偏振态分别为Y方向，+22.5°方向，+45°方向，+67.5° 方向，X 方向，-67.5°，-45° 方向，-22.5° 方向。
[0023]进一步地，本发明所述光学相位延时元件为二分之一波片或旋光晶体。
[0024]进一步地，本发明在执行所述步骤二之前，还包括优化被微反射镜阵列投射到光瞳面上所有光斑的位置，使光瞳上实现任意光强分布。
[0025]有益效果
[0026]首先，本发明通过优化光学相位延时元件的相对位置，可以精确实现所需要的任意光瞳偏振态分布，并减少光瞳能量损失，降低光源误差。
[0027]其次，本发明可以根据需要的偏振态的种类，设置不同数量的光学相位延时元件，并通过对其位置优化实现，因此本发明设计方法具有更广的实用性。
[0028]再次，本发明在优化光学相位延时元件之前，可以对被微反射镜阵列投射到光瞳面上所有光斑的位置进行优化，使得本发明设计方法可以实现光刻照明系统光瞳偏振态和光强的任意分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1光刻照明系统结构简图；
[0030]图2环形照明下的X，Y, TE和TM偏振照明；
[0031 ] 图3Freeform照明下的TE偏振照明；
[0032]图4Freeform照明下的任意偏振照明；
[0033]图5光束偏振态改变原理；
[0034]图6 二分之一波片位置优化结果举例；
[0035]图7为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图对本发明的设计方法作进一步的详细介绍。
[0037]坐标系的预定义:以激光光束前进的方向为Z轴，并依据左手坐标原则建立坐标系(X，Y, Z)。
[0038]原理说明:当光学相位延时元件位于光路中后，会改变入射光束的偏振态。因此本发明根据目标光源偏振态分布要求，通过调整光学相位延时元件之间的相对位置，使得入射至微反射镜阵列光束的偏振态满足用户需求，同时利用微反射镜阵列将具有不同偏振态的光束投射到光瞳的相应位置。
[0039]如图7所示，本发明具体的实现过程为:
[0040]步骤一、在光刻照明系统的柱面扩束镜与微透镜阵列之间设置m个光学相位延时元件；
[0041]光学相位延时元件个数m是根据需要偏振态种类的总数确定，例如需要获得四种偏振态时，此时需要的光学相位延时元件的个数为3 ;通常情况下，需要的偏振态种类越多，所需设置的光学相位延时元件的个数也越多。
[0042]步骤二、根据所需的光刻照明系统偏振态的要求，不断优化光学相位延时元件之间的相对位置，直至光刻照明系统的光瞳偏振态满足要求为止。
[0043]本发明仅通过不断调整光学相位延时元件的相对位置即可达到偏振态任意分布的要求，其实现简单，且能减少光瞳能量损失，降低光源误差。
[0044]本发明较佳地基于模拟退火算法对光学相位延时元件之间相对位置进行优化，具体过程为:
[0045]步骤101,获取m个光学相位延时元件中心点的初始坐标分别为(X1, Y1)、(x2,12) >……、(Xm，ym)，所需的光刻照明系统的偏振态为η种，且η种偏振态光斑需要的数量分别为A1, A2,……，An，设定模拟退火算法的初始温度T = I °C，设定初始内循环次数和外循环次数为O ;
[0046]步骤102，计算此时投射到微反射镜阵列的η种偏振态光斑的数量A/，A2’，……，An’ ；定义误差函数e为:
[0047]e = IAj1-A1HAj2-AJ+......+|A，n_An|
[0048]本发明将误差函数定义为当前光学相位延时元件出射光的偏振态数与所需偏振态数之差，在迭代优化的过程中，当误差函数变化量越来越小时，则说明优化后的出射光的偏振态越接近于所需的偏振状态。
[0049]步骤103，计算本次循环迭代和上次循环迭代误差函数的变化量Ae，若Ae <0，则说明m个光学相位延时元件的新位置是可以接受的，此时进入步骤105 ;若Ae>0，则需要作进一步的判断，此时进入步骤104 ；
[0050]步骤104,计算
【权利要求】
1.一种实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，其特征在于，具体步骤为: 步骤一、在光刻照明系统的柱面扩束镜与微透镜阵列之间设置m个光学相位延时元件； 步骤二、根据所需的光刻照明系统偏振态的要求，不断优化光学相位延时元件之间的相对位置，直至光刻照明系统的光瞳偏振态满足要求为止。
2.根据权利要求1所述实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，其特征在于，所述步骤二基于模拟退火算法对光学相位延时元件之间相对位置进行优化。
3.根据权利要求2所述实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，其特征在于，所述基于模拟退火算法对光学相位延时元件之间相对位置进行优化的具体过程为: 步骤101,获取m个光学相位延时元件中心点的初始坐标(X1, Y1)，(x2, y2)，......，(xm，ym);所需的光刻照明系统的偏振态为η种，且η种偏振态的光斑数量分别为A1,A2,……，An ;设定模拟退火算法的初始温度T = 1°C，设定初始内循环次数和外循环次数为O ； 步骤102，计算当前投射到微反射镜阵列的η种偏振态光斑的数量A/，A2’，……，An’；定义误差函数e为:
e = |a’ !-A1 ! + Iaj 2-A21 +......+|a，n-An| 步骤103，计算本次迭代和上次迭代误差函数的变化量Ae，若Ae < 0，则进入步骤105 ;若Ae > 0，则进入步骤104 ；
-Ap 步骤104，计算P - exp(r)，若P大于(0，1)之间的一个随机数，则进入步骤105，否则将光学相位延时元件中心点的坐标替换为上次迭代的中心点坐标并进入步骤105 ；步骤105，令内循环次数加一，判断内循环的次数是否达到上限Nin，若是则进入步骤106,否则更新m个光学相位延时元件中心点坐标后返回步骤102 ； 步骤106，令外循环次数加一，判断外循环的次数是否达到上限Nrat，若否则令退火温度T下降为TX α后返回步骤102，其中α是一个线性因子，其取值范围是(0，1)，若是则将当前光学相位延时元件的位置记为最优位置，结束该方法。
4.根据权利要求3所述实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，其特征在于，所述η为4,4种偏振态分别为X方向、Y方向、+45°方向，_45°方向。
5.根据权利要求3所述实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，其特征在于，所述η为8,8种偏振态分别为Y方向，+22.5°方向，+45°方向，+67.5°方向，X方向，-67.5。，-45° 方向，-22.5。方向。
6.根据权利要求1或3所述实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，其特征在于，所述光学相位延时兀件为二分之一波片或旋光晶体。
7.根据权利要求1或3所述实现光瞳偏振态任意分布的光刻照明系统设计方法，在执行所述步骤二之前，还包 括优化被微反射镜阵列投射到光瞳面上所有光斑的位置，使光瞳上实现任意光强分布。
【文档编号】G03F7/20GK103926806SQ201410187396
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】李艳秋, 魏立冬 申请人:北京理工大学