專利名稱：一種極紫外光刻投影物鏡設計方法
技術領域：
本發明涉及一種極紫外光刻投影物鏡設計方法，屬于光學設計技術領域。
背景技術：
在超大規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。當前深紫外光刻技術使用波長為193nm的激光光源，輔助以離軸照明、相移掩模、光學邊緣效應校正等分辨率增強技術，可實現45nm技術節點的產業化要求，但是對于32nm或更高技術節點的產業化需求，半導體行業普遍寄希望于極紫外光刻技術。極紫外光源波長約為11 15nm，與深紫外光刻技術相同，極紫外光刻也采用步進-掃描模式。極紫外光刻系統由等離子光源，反射式照明系統，反射式掩模，反射式投影物鏡， 涂覆有極紫外光刻膠的硅片以及同步工件臺等部分組成。光束由光源出射后，經照明系統整形和勻光，照射到反射式掩模上。經掩模反射后，光線入射至投影物鏡系統，最終在涂覆有極紫外光刻膠的硅片上曝光成像。典型的EUV投影物鏡為共軸光學系統，物面、像面及所有反射鏡均關于光軸旋轉對稱，這一設計有利于裝調并且盡量避免了可能的像差。由于反射系統中存在光路折疊和遮擋，投影物鏡應采用環形離軸視場設計。一般來說，除給定的設計指標外，EUV投影物鏡設計還需要滿足下列要求1.可實現的光闌面設置，一般位于第2 5個反射面的某一面上； 2.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；3.無遮攔設計，每個反射面的反射區域和通光區域之間都要留有一定的邊緣余量；4.能夠配合反射式掩模使用，光線以小角度入射到掩模上；5.高分辨率；6.極小的畸變；7.像方遠心。現有技術(M. F. Bal, Next-Generation Extreme Ultraviolet Lithographic Projection Systems [D], Delft =Technique University Delft, 2003)公開了極紫外光刻投影物鏡設計方法，該方法通過對包括六反射鏡的EUVL投影物鏡的近軸結構參數(反射鏡半徑、各光學面間距等)進行窮舉式搜索，將系統的放大倍率、光闌共軛關系等條件作為約束，并編制程序對其光線光路進行光路遮擋判定，將無遮擋的光路進行分析揀選，從而選出合適的初始結構，作為進一步優化和計算的基礎。這一方法的缺點在于計算量過大，以現有的計算機計算速度，平均一星期才能找到一個可用設計。
發明內容
本發明提供一種極紫外光刻投影物鏡設計方法，該方法可根據不同的參數要求設計出極紫外光刻投影物鏡，其計算量小，實現速度快。實現本發明的技術方案如下一種極紫外光刻投影物鏡設計方法，具體步驟為步驟101、確定投影物鏡的光學系統參數物方數值孔徑ΝΑ0，系統放大倍率M，像方數值孔徑NAI，物方視場高度Υ0Β，像方視場高度YIM ；并根據物方數值孔徑NAO確定物方主光線入射角度CA ；步驟102、確定置于掩模和硅片之間的極紫外光刻投影物鏡包含六枚反射鏡和光闌，其中六枚反射鏡和光闌之間的位置關系為從掩模開始沿光路方向依次為第一反射鏡 Ml、光闌、第二反射鏡M2、第三反射鏡M3、第四反射鏡M4、第五反射鏡M5以及第六反射鏡 M6，且光闌放置于第二反射鏡M2上；步驟103、確定物方視場高度與掩模到第一反射鏡Ml距離的比例參數radi0l，第二反射鏡M2到第一反射鏡Ml距離與掩模到第一反射鏡Ml距離的比例參數radio2，第一反射鏡Ml與第二反射鏡M2出射的光線不發生遮擋的空間CLEAPE1，硅片到第六反射鏡M6 的距離WDI，硅片到第六反射鏡M6距離WDI與第五反射鏡M5到第六反射鏡M6間距的比 radio3,第六反射鏡M6與第五反射鏡M5的入射光線不發生遮擋的空間CLEAPE6，第六反射鏡M6出射的光線與第五反射鏡M5不發生遮攔的空間CLEAPE5 ；步驟104、設定掩模到第一反射鏡Ml的距離為_11;則卜I1I = Y0B/radiOl ；設定第一反射鏡Ml到第二反射鏡M2的距離-Cl1，則I -Cl11 = Y0B/radiOl · radio2 ；步驟105、設定第一反射鏡Ml的半徑為T1，則
權利要求
1. 一種極紫外光刻投影物鏡設計方法，其特征在于，具體步驟為 步驟101、確定投影物鏡的光學系統參數物方數值孔徑ΝΑ0，系統放大倍率M，像方數值孔徑NAI，物方視場高度Υ0Β，像方視場高度YIM ；并根據物方數值孔徑NAO確定物方主光線入射角度CA ；步驟102、確定置于掩模和硅片之間的極紫外光刻投影物鏡包含六枚反射鏡和光闌，其中六枚反射鏡和光闌之間的位置關系為從掩模開始沿光路方向依次為第一反射鏡Ml、光闌、第二反射鏡M2、第三反射鏡M3、第四反射鏡M4、第五反射鏡M5以及第六反射鏡M6，且光闌放置于第二反射鏡M2上；步驟103、確定物方視場高度與掩模到第一反射鏡Ml距離的比例參數radicv第二反射鏡M2到第一反射鏡Ml距離與掩模到第一反射鏡Ml距離的比例參數radio2，第一反射鏡 Ml與第二反射鏡M2出射的光線不發生遮擋的空間CLEAPE1，硅片到第六反射鏡M6的距離 WDI，硅片到第六反射鏡M6距離WDI與第五反射鏡M5到第六反射鏡M6間距的比radio3，第六反射鏡M6與第五反射鏡M5的入射光線不發生遮擋的空間CLEAPE6，第六反射鏡M6出射的光線與第五反射鏡M5不發生遮攔的空間CLEAPE5 ；步驟104、設定掩模到第一反射鏡Ml的距離為_11;則卜I1I = Y0B/radiOl ；設定第一反射鏡 Ml 到第二反射鏡 M2 的距離-Cl1，則 I -Cl11 = Y0B/radiOl · radio2 ； 步驟105、設定第一反射鏡Ml的半徑為Γι，則d/tan(arctan ⑷ z^+U-f)其中，hzl為主光線RAYl與第一反射鏡Ml交點的高度，Zzl為第一反射鏡Ml上主光線 RAYl入射點與第一反射鏡Ml頂點的軸向距離； 步驟106、設定第二反射鏡M2的半徑為r2，則其中，Ua2為入射至第一反射鏡Ml上的上光線RAY2與光軸的夾角，ha2為上光線RAY2 與第二反射鏡M2交點的高度，hbl為下光線RAY3與第一反射鏡Ml交點的高度；步驟107、設定第五反射鏡M5到第六反射鏡M6之間的間距為d5，則I d51 = WDI · radio3；
2.根據權利要求1所述極紫外光刻投影物鏡設計方法，其特征在于，將六枚反射投影物鏡分為三個鏡組，第一反射鏡組Gl包括第一反射鏡Ml和第二反射鏡M2 ；第二反射鏡組 G2包括第三反射鏡M3和第四反射鏡M4 ；第三反射鏡組G3包括第五反射鏡M5和第六反射鏡 M6，所述選取第三反射鏡M3的半徑r3的過程為將第二鏡組G2作為獨立的光學系統，將G2 系統的近軸放大倍率β = Μ、第二鏡組G2的近軸入瞳距enp2等于Gl的出瞳距離ENPl即 enp2 = ENPl、第二鏡組G2的出瞳距exi)2等于G3的入瞳距離EXP3即exp2 = EXP3、1500mm > (_l3_enp2) > 0以及0 > d3 > 1500mm作為約束條件，根據物象共軛關系、放大倍率關系、 匹茲萬和條件以及光瞳共軛關系，確定r3的范圍，從獲取的范圍中選取一值作為第三反射鏡M3的半徑。
3.根據權利要求2所述極紫外光刻投影物鏡設計方法，其特征在于，所述步驟108的具體過程為步驟201、選取第三反射鏡M3的半徑r3，設定誤差因子,并令β (1) =Μ，令 exp2(l) = EXPl，設定循環次數k = 1 ；步驟202、利用β (k)、exp2(k)以及所選取的r3，根據物象共軛關系、放大倍率關系、匹茲萬和條件以及光瞳共軛關系，求出62系統的結構參數(1300、1300、14' (k)以及r4(k)；步驟203、r3、d3(k)、l3(k)、l4' (k)以及r4(k)輸入到光學設計軟件CODEV中，獲取第二反射鏡組G2的實際放大倍率M(k)以及實際出瞳距離EXP2(k)；步驟謝、判斷⑷-和‘2且IMGO-Ml ( ξ β是否成立，若是則結束優化， 將此時的1~3、(13(10、13(10、14' (k)以及r4(k)作為第二反射鏡組G2的結構參數，若否，則進入步驟205 ；步驟 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，返回步驟202。
4.根據權利要求3TO極紫外光刻投影物鏡設計方法，其特征在于，TO σ為1/4或1/2或1。
全文摘要
本發明提供一種極紫外光刻投影物鏡設計方法，具體過程為確定光刻投影物鏡的光學設計參數，并設定該投影物鏡包含六個鏡片和一孔徑光闌，按照光束傳播的方向將六個鏡片分成三組；確定第一組鏡片的的半徑和間距，確定第三組鏡片的半徑和間距；根據前面兩組鏡片的參數，確定第三組鏡片的半徑和間距。本發明根據不同的參數要求進行設計和搜索，避免了傳統光學設計方法在現有結構上進行修改和試錯的盲目性。有針對性的計算出一系列符合參數條件的鏡頭結構，便于根據光學加工檢測的特殊要求對光線進行選擇，避免了大量的檢索和判斷。
文檔編號G03F7/20GK102402135SQ201110404929
公開日2012年4月4日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者劉菲, 李艷秋 申請人:北京理工大學