一種實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法
【專利摘要】本發明提供一種實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，具體步驟為：步驟一、在光刻照明系統的柱面擴束鏡與微透鏡陣列之間設置m個光學相位延時元件；步驟二、根據所需的光刻照明系統偏振態的要求，不斷優化光學相位延時元件之間的相對位置，直至光刻照明系統的光瞳偏振態滿足要求為止。本發明通過優化光學相位延時元件的相對位置，可以精確實現所需要的任意光瞳偏振態分布，并減少光瞳能量損失，降低光源誤差。
【專利說明】一種實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，屬于高分辨光刻【技術領域】。
【背景技術】
[0002]光刻技術是一種制造半導體器件技術，利用光學的方法將掩模板上的電路圖形轉移到硅片上。光刻技術采用紫外(UV)、深紫外(DUV)光源等。多種半導體器件可以采用光刻技術制造，如二極管、晶體管和超大規模集成電路。一個典型的光刻曝光系統包括照明系統、掩模、投影物鏡和硅片。
[0003]在高NA浸沒曝光光刻系統中，不同方向的偏振光將產生不同的圖像對比度，即偏振方向與掩模線條平行時成像對比度高，反之成像對比度嚴重下降，同時掩模、光刻膠也存在偏振效應。所以，高NA浸沒曝光光學系統必須采用偏振光照明技術，偏振光照明技術成為高NA浸沒曝光光學系統中的一個重要特征。
[0004]光刻照明系統的主要作用是均勻照明掩模面，并實現各種與光刻物鏡光瞳匹配的各種照明光源和偏振照明。隨著光源-掩模聯合優化技術(Source MaskOptimization, SM0)的發展，照明光瞳任意光強分布照明技術已經被廣泛采用。微反射鏡陣列被使用來實現包括任意光強分布的各種照明光源。每個微反射鏡可以繞著兩個垂直方向的軸傾斜。聚光鏡置于微反射鏡陣列和光瞳平面之間，它將由微反射鏡產生的反射角轉換為在光瞳平面內光斑的投射位置，進而實現任意光強的照明光瞳而不需要切換其他光學器件。
[0005]與此同時，為了進一步提高掩模圖形的保真度，將光束在光瞳平面內的偏振態分布也作為優化自由度，如圖2所示，以環形照明為例，常見的偏振照明包括X、Y、TE和TM照明，如圖3所示為TE偏振照明。這樣在光瞳平面范圍內不僅光強分布是任意的，偏振態的分布也是任意的，這對于照明系統的設計是一個全新的挑戰。
[0006]當前，主要通過設計波片組合來控制入射微反射鏡陣列偏振態(即將波片依次沿一個方向平行進出光路來實現)。采用這種方法的直接結果是當所需某種偏振態的光斑的數量不是微反射鏡陣列排數的整數倍時，定會有一些微反射鏡接收到錯誤偏振態的入射光束。需要將這些光束投射到光闌以外的位置，一方面造成了能量損失，另一方面由于參加投射光斑的減少，會增大設計光源的誤差。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提出一種實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，該方法通過在現有照明系統中設置光學相位延時元件，通過調整光學相位延時元件的位置，使得光刻照明系統的光瞳偏振態滿足所需分布的要求。
[0008]實現本發明的技術方案如下:
[0009]一種實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，具體步驟為:[0010]步驟一、在光刻照明系統的柱面擴束鏡與微透鏡陣列之間設置m個光學相位延時元件；
[0011]步驟二、根據所需的光刻照明系統偏振態的要求，不斷優化光學相位延時元件之間的相對位置，直至光刻照明系統的光瞳偏振態滿足要求為止。
[0012]進一步地，本發明所述步驟二中基于模擬退火算法對光學相位延時元件之間相對位置進行優化。
[0013]進一步地，本發明基于模擬退火算法進行優化的具體過程為:
[0014]步驟101,獲取m個光學相位延時元件中心點的初始坐標(X1J1), (x2，y2)，……，(xm，ym);所需的光刻照明系統的偏振態為η種，且η種偏振態的光斑數量分別為A1,A2,……，An ;設定模擬退火算法的初始溫度T = 1°C，設定初始內循環次數和外循環次數為O ；
[0015]步驟102，計算當前投射到微反射鏡陣列的η種偏振態光斑的數量A/，A2’，……，An’ ；定義誤差函數e為:
[0016]e = !Aj1-A1Haj2-A2I+,......+|A，n-An|
[0017]步驟103，計算本次迭代和上次迭代誤差函數的變化量Ae,若Ae< 0，則進入步驟105 ;若Λ e > 0，則進入步驟104 ；
—Δβ
[0018]步驟104，計算P = exp(]_)，若P大于(0，1)之間的一個隨機數，則進入步
驟105，否則將光學相位延時元件中心點的坐標替換為上次迭代的中心點坐標并進入步驟105 ；
[0019]步驟105，令內循環次數加一，判斷內循環的次數是否達到上限Nin，若是則進入步驟106，否則更新m個光學相位延時元件中心點坐標后返回步驟102 ；
[0020]步驟106，令外循環次數加一，判斷外循環的次數是否達到上限Ν_，若否則令退火溫度T下降為TXa后返回步驟102，其中α是一個線性因子，其取值范圍是(0，1)，若是則將當前光學相位延時元件的位置記為最優位置，結束該方法。
[0021]進一步地，本發明所述η為4，4種偏振態分別為X方向、Y方向、+45°方向，_45°方向。
[0022]進一步地，本發明所述η為8，8種偏振態分別為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]進一步地，本發明所述光學相位延時元件為二分之一波片或旋光晶體。
[0024]進一步地，本發明在執行所述步驟二之前，還包括優化被微反射鏡陣列投射到光瞳面上所有光斑的位置，使光瞳上實現任意光強分布。
[0025]有益效果
[0026]首先，本發明通過優化光學相位延時元件的相對位置，可以精確實現所需要的任意光瞳偏振態分布，并減少光瞳能量損失，降低光源誤差。
[0027]其次，本發明可以根據需要的偏振態的種類，設置不同數量的光學相位延時元件，并通過對其位置優化實現，因此本發明設計方法具有更廣的實用性。
[0028]再次，本發明在優化光學相位延時元件之前，可以對被微反射鏡陣列投射到光瞳面上所有光斑的位置進行優化，使得本發明設計方法可以實現光刻照明系統光瞳偏振態和光強的任意分布。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1光刻照明系統結構簡圖；
[0030]圖2環形照明下的X，Y, TE和TM偏振照明；
[0031 ] 圖3Freeform照明下的TE偏振照明；
[0032]圖4Freeform照明下的任意偏振照明；
[0033]圖5光束偏振態改變原理；
[0034]圖6 二分之一波片位置優化結果舉例；
[0035]圖7為本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖對本發明的設計方法作進一步的詳細介紹。
[0037]坐標系的預定義:以激光光束前進的方向為Z軸，并依據左手坐標原則建立坐標系(X，Y, Z)。
[0038]原理說明:當光學相位延時元件位于光路中后，會改變入射光束的偏振態。因此本發明根據目標光源偏振態分布要求，通過調整光學相位延時元件之間的相對位置，使得入射至微反射鏡陣列光束的偏振態滿足用戶需求，同時利用微反射鏡陣列將具有不同偏振態的光束投射到光瞳的相應位置。
[0039]如圖7所示，本發明具體的實現過程為:
[0040]步驟一、在光刻照明系統的柱面擴束鏡與微透鏡陣列之間設置m個光學相位延時元件；
[0041]光學相位延時元件個數m是根據需要偏振態種類的總數確定，例如需要獲得四種偏振態時，此時需要的光學相位延時元件的個數為3 ;通常情況下，需要的偏振態種類越多，所需設置的光學相位延時元件的個數也越多。
[0042]步驟二、根據所需的光刻照明系統偏振態的要求，不斷優化光學相位延時元件之間的相對位置，直至光刻照明系統的光瞳偏振態滿足要求為止。
[0043]本發明僅通過不斷調整光學相位延時元件的相對位置即可達到偏振態任意分布的要求，其實現簡單，且能減少光瞳能量損失，降低光源誤差。
[0044]本發明較佳地基于模擬退火算法對光學相位延時元件之間相對位置進行優化，具體過程為:
[0045]步驟101,獲取m個光學相位延時元件中心點的初始坐標分別為(X1, Y1)、(x2,12) >……、(Xm，ym)，所需的光刻照明系統的偏振態為η種，且η種偏振態光斑需要的數量分別為A1, A2,……，An，設定模擬退火算法的初始溫度T = I °C，設定初始內循環次數和外循環次數為O ;
[0046]步驟102，計算此時投射到微反射鏡陣列的η種偏振態光斑的數量A/，A2’，……，An’ ；定義誤差函數e為:
[0047]e = IAj1-A1HAj2-AJ+......+|A，n_An|
[0048]本發明將誤差函數定義為當前光學相位延時元件出射光的偏振態數與所需偏振態數之差，在迭代優化的過程中，當誤差函數變化量越來越小時，則說明優化后的出射光的偏振態越接近于所需的偏振狀態。
[0049]步驟103，計算本次循環迭代和上次循環迭代誤差函數的變化量Ae，若Ae <0，則說明m個光學相位延時元件的新位置是可以接受的，此時進入步驟105 ;若Ae>0，則需要作進一步的判斷，此時進入步驟104 ；
[0050]步驟104,計算
【權利要求】
1.一種實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，其特征在于，具體步驟為: 步驟一、在光刻照明系統的柱面擴束鏡與微透鏡陣列之間設置m個光學相位延時元件； 步驟二、根據所需的光刻照明系統偏振態的要求，不斷優化光學相位延時元件之間的相對位置，直至光刻照明系統的光瞳偏振態滿足要求為止。
2.根據權利要求1所述實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，其特征在于，所述步驟二基于模擬退火算法對光學相位延時元件之間相對位置進行優化。
3.根據權利要求2所述實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，其特征在于，所述基于模擬退火算法對光學相位延時元件之間相對位置進行優化的具體過程為: 步驟101,獲取m個光學相位延時元件中心點的初始坐標(X1, Y1)，(x2, y2)，......，(xm，ym);所需的光刻照明系統的偏振態為η種，且η種偏振態的光斑數量分別為A1,A2,……，An ;設定模擬退火算法的初始溫度T = 1°C，設定初始內循環次數和外循環次數為O ； 步驟102，計算當前投射到微反射鏡陣列的η種偏振態光斑的數量A/，A2’，……，An’；定義誤差函數e為:
e = |a’ !-A1 ! + Iaj 2-A21 +......+|a，n-An| 步驟103，計算本次迭代和上次迭代誤差函數的變化量Ae，若Ae < 0，則進入步驟105 ;若Ae > 0，則進入步驟104 ；
-Ap 步驟104，計算P - exp(r)，若P大于(0，1)之間的一個隨機數，則進入步驟105，否則將光學相位延時元件中心點的坐標替換為上次迭代的中心點坐標并進入步驟105 ；步驟105，令內循環次數加一，判斷內循環的次數是否達到上限Nin，若是則進入步驟106,否則更新m個光學相位延時元件中心點坐標后返回步驟102 ； 步驟106，令外循環次數加一，判斷外循環的次數是否達到上限Nrat，若否則令退火溫度T下降為TX α后返回步驟102，其中α是一個線性因子，其取值范圍是(0，1)，若是則將當前光學相位延時元件的位置記為最優位置，結束該方法。
4.根據權利要求3所述實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，其特征在于，所述η為4,4種偏振態分別為X方向、Y方向、+45°方向，_45°方向。
5.根據權利要求3所述實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，其特征在于，所述η為8,8種偏振態分別為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.根據權利要求1或3所述實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，其特征在于，所述光學相位延時兀件為二分之一波片或旋光晶體。
7.根據權利要求1或3所述實現光瞳偏振態任意分布的光刻照明系統設計方法，在執行所述步驟二之前，還包 括優化被微反射鏡陣列投射到光瞳面上所有光斑的位置，使光瞳上實現任意光強分布。
【文檔編號】G03F7/20GK103926806SQ201410187396
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】李艷秋, 魏立冬 申請人:北京理工大學