專(zhuān)利名稱(chēng)：一種極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，屬于光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在超大規(guī)模集成電路的制造工藝中，需要使用高精度投影物鏡將掩模上的圖形精確倍縮到覆蓋有光刻膠的硅片上。當(dāng)前深紫外光刻技術(shù)使用波長(zhǎng)為193nm的激光光源，輔助以離軸照明、相移掩模、光學(xué)邊緣效應(yīng)校正等分辨率增強(qiáng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)化要求，但是對(duì)于32nm或更高技術(shù)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)化需求，半導(dǎo)體行業(yè)普遍寄希望于極紫外光刻技術(shù)。極紫外光源波長(zhǎng)約為If 15nm， 與深紫外光刻技術(shù)相同，極紫外光刻也采用步進(jìn)-掃描模式。極紫外光刻系統(tǒng)由等離子光源，反射式照明系統(tǒng)，反射式掩模，反射式極紫外光刻EUVL投影物鏡，涂覆有極紫外光刻膠的硅片以及同步工件臺(tái)等部分組成。光束由光源出射后，經(jīng)照明系統(tǒng)整形和勻光，照射到反射式掩模上。經(jīng)掩模反射后，光線入射至投影物鏡系統(tǒng)，最終在涂覆有極紫外光刻膠的硅片上曝光成像。典型的EUVL投影物鏡為共軸光學(xué)系統(tǒng)，物面、像面及所有反射鏡均關(guān)于光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，這一設(shè)計(jì)有利于裝調(diào)并且盡量避免了可能的像差。由于反射過(guò)程中存在光路折疊和遮擋，投影物鏡應(yīng)采用環(huán)形離軸視場(chǎng)設(shè)計(jì)。例如現(xiàn)有的六反射鏡式EUVL投影物鏡，其包括六枚反射鏡，從掩模MASK開(kāi)始，沿光路方向依次為第一反射鏡Ml,第二反射鏡M2,第三反射鏡M3，第四反射鏡M4，第五反射鏡M5，第六反射鏡M6，硅片WAFER。本發(fā)明的優(yōu)化方法基于給定的全球面EUVL投影物鏡初始結(jié)構(gòu)。這種初始結(jié)構(gòu)可以由現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算搜索得至丨J，計(jì)算初始結(jié)構(gòu)的方法有現(xiàn)有技術(shù)(M. F. Bal, Next-Generation Extreme UltravioletLithographic Projection Systems [D], Delft:Technique University Delft, 2003),以及本申請(qǐng)人申請(qǐng)的專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?01110404929. 7)中使用的計(jì)算方法等。由于非球面系數(shù)對(duì)光程的影響在微米至毫米量級(jí)，所以全球面的初始結(jié)構(gòu)與優(yōu)化后的非球面結(jié)構(gòu)光路相似，圖I所示為一種全球面的EUVL投影物鏡初始結(jié)構(gòu)，其成像質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足極紫外光刻的要求?，F(xiàn)有技術(shù)(0.E. Marinescu, Novel Design Methods for High-QualityLithographic Objectives [D], Delft:Technique University Delft, 2006)是一類(lèi)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，需要在一定的初始結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，其核心思想是在已有的初始結(jié)構(gòu)上插入一對(duì)光學(xué)面，從而引入一對(duì)新的變量，構(gòu)造系統(tǒng)評(píng)價(jià)函數(shù)下降的“鞍點(diǎn)”，通過(guò)優(yōu)化，使得像質(zhì)繼續(xù)得到優(yōu)化。并在優(yōu)化過(guò)程中，將準(zhǔn)不變量的變化量作為約束條件，使得系統(tǒng)能夠越過(guò)優(yōu)化的不穩(wěn)定區(qū)域，實(shí)現(xiàn)誤差函數(shù)的平穩(wěn)下降。對(duì)與EUVL投影物鏡來(lái)說(shuō)，其反射鏡數(shù)量是需要嚴(yán)格控制的，鞍點(diǎn)構(gòu)造法一次優(yōu)化需要引入兩枚反射鏡，且不能保證得到良好的光學(xué)性能，對(duì)于EUVL投影物鏡的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)比較盲目。同時(shí)，除給定的設(shè)計(jì)指標(biāo)外，EUVL投影物鏡設(shè)計(jì)還需要滿(mǎn)足下列要求1、足夠大的物方、像方工作距，保證掩模和硅片的軸向安裝空間；2、無(wú)遮攔設(shè)計(jì)，每個(gè)反射面的反射區(qū)域和通光區(qū)域之間都要留有一定的邊緣余量；3、高分辨率，即保證在硅片膠上所成的像具有較高的分辨率；4、像方遠(yuǎn)心。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化方法，該方法可在全球面的EUVL光刻投影物鏡初始結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，逐步加載非球面系數(shù)，并加入優(yōu)化條件控制，從而最終達(dá)到符合用戶(hù)需求的優(yōu)良成像質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該極紫外光刻投影物鏡包括六枚反射鏡，從掩模開(kāi)始，沿光路方向依次為第一反射鏡Ml,第二反射鏡M2,第三反射鏡M3,第四反射鏡M4，第五反射鏡M5，第六反射鏡M6，硅片；極紫外光刻投影物鏡的具體優(yōu)化過(guò)程為步驟101、設(shè)定投影物鏡像方數(shù)值孔徑為NAl ;判斷第五反射鏡M5和第六反射鏡M6的光路遮攔情況，判斷投影物鏡的后工作距情況；當(dāng)判定第五枚反射鏡上部和第六枚反射鏡下部的遮攔比皆等于0且(WDI-WDIP)/WDI ( 5%時(shí)，則進(jìn)入步驟102，否則結(jié)束本優(yōu)化方法，其中NAl為投影物鏡理想像方數(shù)值孔徑，WDI為事先給定的優(yōu)化后的目標(biāo)工作距，WDIP為第五枚反射鏡的頂點(diǎn)至近軸像點(diǎn)的距離；步驟102、計(jì)算當(dāng)前投影物鏡上的6個(gè)遮攔空間CLEAPEnaiI 6，給當(dāng)前投影物鏡的像方數(shù)值孔徑為NA3賦一初始值，并進(jìn)入步驟103 ；步驟103、計(jì)算當(dāng)前投影物鏡上的6個(gè)遮攔空間CLEAPENA316，并根據(jù)步驟102中計(jì)算的遮攔空間CLEAPEnaiI 6，設(shè)定無(wú)遮擋空間的限制條件為CLEAPE_1_6
權(quán)利要求
1.一種極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該極紫外光刻投影物鏡包括六枚反射鏡，從掩模開(kāi)始，沿光路方向依次為第一反射鏡Ml,第二反射鏡M2,第三反射鏡M3,第四反射鏡M4,第五反射鏡M5,第六反射鏡M6,娃片；其特征在于,所述極紫外光刻投影物鏡的具體優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程為 步驟101、設(shè)定投影物鏡像方數(shù)值孔徑為NAl ;判斷第五反射鏡M5和第六反射鏡M6的光路遮攔情況，判斷投影物鏡的后工作距情況；當(dāng)判定第五枚反射鏡上部和第六枚反射鏡下部的遮攔比皆等于O且(WDI-WDIP)/WDI ( 5%時(shí)，則進(jìn)入步驟102，否則結(jié)束本優(yōu)化方法，其中NAl為投影物鏡理想像方數(shù)值孔徑，WDI為事先給定的優(yōu)化后的目標(biāo)工作距，WDIP為第五枚反射鏡的頂點(diǎn)至近軸像點(diǎn)的距離； 步驟102、計(jì)算當(dāng)前投影物鏡上的6個(gè)遮攔空間CLEAPENA116，給當(dāng)前投影物鏡的像方數(shù)值孔徑NA3賦一初始值，并進(jìn)入步驟103 ； 步驟103、計(jì)算當(dāng)前投影物鏡上的6個(gè)遮攔空間CLEAPENA316，并根據(jù)步驟102中計(jì)算的遮攔空間CLEAPEnaiI 6，設(shè)定無(wú)遮擋空間的限制條件為CLEAPE_1_6
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟105的具體過(guò)程為 步驟201、設(shè)定投影物鏡可優(yōu)化變量為非球面四次系數(shù)A1 A6、六次系數(shù)B1 B6、八次系數(shù)C1 C6、十次系數(shù)D1 D6及十二次系數(shù)E1 E6 ;運(yùn)用阻尼最小二乘法，在邊界條件內(nèi)對(duì)投影物鏡的可優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化，獲取投影物鏡出射像；判斷所述出射像的像質(zhì)是否滿(mǎn)足要求，若出射像子午面上四個(gè)視場(chǎng)的平均均方根波像差值小于O. 04 λ，則進(jìn)入步驟206，否則進(jìn)入步驟202 ； 步驟202、更新投影物鏡可優(yōu)化變量為非球面頂點(diǎn)半徑r，運(yùn)用阻尼最小二乘法，在邊界條件內(nèi)對(duì)投影物鏡的可優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化，獲取投影物鏡出射像；判斷所述出射像的像質(zhì)是否滿(mǎn)足要求，若出射像子午面上四個(gè)視場(chǎng)的平均均方根波像差值小于O. 04 λ，則進(jìn)入步驟206，否則進(jìn)入步驟203 ； 步驟203、更新投影物鏡可優(yōu)化變量為反射鏡間距，運(yùn)用阻尼最小二乘法，在邊界條件內(nèi)對(duì)投影物鏡的可優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化，獲取投影物鏡出射像；判斷所述出射像的像質(zhì)是否滿(mǎn)足要求，若出射像子午面上四個(gè)視場(chǎng)的平均均方根波像差值小于O. 04 λ，則進(jìn)入步驟·206，否則進(jìn)入步驟20 4 ； 步驟204、對(duì)投影物鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)加入擾動(dòng)r = Rbestsphere,即令非球面最佳球面半徑Rbestsphere代替非球面半徑r ;運(yùn)用阻尼最小二乘法，在邊界條件內(nèi)對(duì)投影物鏡的可優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化，獲取投影物鏡出射像；判斷所述出射像的像質(zhì)是否滿(mǎn)足要求，若出射像子午面上四個(gè)視場(chǎng)的平均均方根波像差值小于O. 04 λ，則進(jìn)入步驟206，否則進(jìn)入步驟205 ； 步驟205、判斷步驟204的執(zhí)行次數(shù)是否超過(guò)十次，若是，則認(rèn)為該投影物鏡不具有優(yōu)化至NAl的潛力，結(jié)束本優(yōu)化方法，否則返回步驟204 ； 步驟206、判斷此時(shí)像方數(shù)值孔徑ΝΑ3=ΝΑ1是否成立，若成立，則將此時(shí)獲得的投影物鏡參數(shù)作為最優(yōu)參數(shù)，結(jié)束對(duì)光刻投影物鏡的優(yōu)化，否則令ΝΑ3增加O. 01，返回步驟103。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，對(duì)步驟101做進(jìn)一步判斷，當(dāng)判定第五枚反射鏡上部和第六枚反射鏡下部的遮攔比皆屬于(0，0. 3]之間且(WDI-WDIP)/WDI彡5%時(shí)，則進(jìn)入步驟301 ； 當(dāng)判定第五枚反射鏡上部和第六枚反射鏡下部的遮攔比皆等于O且(WDI-WDIP)/WDI ( 5%和當(dāng)判定第五枚反射鏡上部和第六枚反射鏡下部的遮攔比皆屬于(0，O. 3]之間且(WDI-WDIP) /WDI ( 5%皆不成立時(shí)，則結(jié)束優(yōu)化； 步驟301、確定六枚反射鏡的非球面四次系數(shù)A1 A6和非球面六次系數(shù)B1 B6、非球面頂點(diǎn)處的半徑^ r6及各反射鏡之間的間距為可優(yōu)化變量； 步驟302、設(shè)定投影物鏡的像方數(shù)值孔徑為NA1，計(jì)算投影物鏡的6個(gè)遮攔空間CLEAPEnaiI 6，根據(jù)所計(jì)算出的遮攔空間，判斷是否存在遮攔的情況，若存在則進(jìn)入步驟·303，否則進(jìn)入步驟305 ； 步驟303、更新投影物鏡的像方數(shù)值孔徑為NA3，計(jì)算當(dāng)前計(jì)算投影物鏡的6個(gè)遮攔空間CLEAPENA316，并根據(jù)步驟302中計(jì)算的遮攔空間，設(shè)定無(wú)遮擋空間的限制條件為CLEAPEconl-6
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述初始值為O. 05。
全文摘要
本發(fā)明提供一種極紫外光刻投影物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，具體優(yōu)化過(guò)程為對(duì)投影物鏡是否具有可優(yōu)化的潛力進(jìn)行判斷，當(dāng)判定其具有可優(yōu)化潛力時(shí)，則設(shè)定優(yōu)化的邊界條件，該邊界條件包括遠(yuǎn)心限制、非球面度限制、間距限制和各鏡片無(wú)遮攔空間的限制；設(shè)定投影物鏡可優(yōu)化變量；運(yùn)用阻尼最小二乘法，在邊界條件內(nèi)對(duì)投影物鏡的可優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化，直至在設(shè)定的邊界條件內(nèi)，投影物鏡可達(dá)到的理想像方數(shù)值孔且出攝像滿(mǎn)足要求為止。本發(fā)明通過(guò)設(shè)定包括不遮攔空間等優(yōu)化邊界條件，對(duì)投影物鏡的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以使得優(yōu)化后的投影物鏡滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，且不對(duì)光線產(chǎn)生遮攔。
文檔編號(hào)G02B17/08GK102768473SQ201210243219
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者劉菲, 李艷秋 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)