專利名稱：一種極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，屬于光刻照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的大規(guī)模集成電路普遍采用光刻系統(tǒng)進(jìn)行制造。光刻系統(tǒng)主要分為照明系統(tǒng)、掩膜、投影系統(tǒng)及晶片等四部分。光源發(fā)出的光線經(jīng)過聚光鏡聚焦后入射至掩膜；經(jīng)過掩膜后，光線經(jīng)由投影系統(tǒng)入射至涂有光刻膠的晶片上，這樣就將掩膜圖形復(fù)制在晶片上。極紫外光刻EUVL是以波長為11 14nm的極紫外EUV射線為曝光光源的微電子光刻技術(shù)，適用于特征尺寸為32nm及更細(xì)線寬的集成電路的大批量生產(chǎn)。投影式光刻機(jī)的核心部件是投影曝光光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)最重要的組成部分是照明系統(tǒng)和投影物鏡系統(tǒng)。照明系統(tǒng)主要功能是為掩膜面提供均勻照明、控制曝光劑量和實(shí)現(xiàn)離軸照明模式。作為光刻機(jī)重要組成部分的照明系統(tǒng)對(duì)提高整個(gè)光刻機(jī)性能至關(guān)重要，因此設(shè)計(jì)好照明系統(tǒng)是完成整個(gè)投影曝光系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。目前極紫外光刻照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想主要有雙排復(fù)眼照明，波紋板照明以及自由曲面的照明設(shè)計(jì)等，其中雙排復(fù)眼照明以其勻光效果好，加工技術(shù)較成熟，便于控制，且易于實(shí)現(xiàn)離軸照明等優(yōu)點(diǎn)成為極紫外光刻照明系統(tǒng)的主流設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。目前國外公開了部分極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，按照光束傳播的方向依次包括光源、聚光鏡、勻光系統(tǒng)(包括光闌復(fù)眼平板和視場(chǎng)復(fù)眼平板)、中繼鏡組(包括第一中繼鏡和第二中繼鏡)及掠入射鏡；其中勻光系統(tǒng)為雙排復(fù)眼，而聚光鏡，中繼鏡組以及掠入射鏡等均為二次曲面，中繼鏡組為橢球面，掠入鏡為雙曲面。每一套復(fù)眼照明系統(tǒng)的參數(shù)都是依據(jù)與之相匹配的光刻投影物鏡的照明要求而確定的，一旦投影物鏡的照明要求發(fā)生改變，照明系統(tǒng)中每個(gè)光學(xué)元件的參數(shù)都可能發(fā)生改變。因此，有必要研究出一種方法，能夠更快、更精確的依據(jù)已有初始結(jié)構(gòu)得到滿足特定投影物鏡照明要求的復(fù)眼照明系統(tǒng)，目前尚未見到完整的相關(guān)設(shè)計(jì)方法的報(bào)道。相關(guān)文獻(xiàn)(US7456408)針對(duì)極紫外光刻提出了一套復(fù)眼照明的設(shè)計(jì)結(jié)果，其中在設(shè)計(jì)方法部分僅提到將掩膜面當(dāng)作系統(tǒng)的孔徑光闌來展開設(shè)計(jì)，并沒有給出詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程。相關(guān)文獻(xiàn)(US20070295919)針對(duì)極紫外光刻提出了一套復(fù)眼照明的設(shè)計(jì)結(jié)果，該設(shè)計(jì)僅針對(duì)照明區(qū)域?yàn)镮OOmmXSmm的弧形區(qū)域有效，并沒有提出一套如何在該設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出適合任意極紫外光刻投影物鏡的復(fù)眼照明系統(tǒng)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該方法基于現(xiàn)有復(fù)眼照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能快速的獲得符合指定極紫外光刻投影物鏡照明要求的各器件的設(shè)計(jì)參數(shù)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該照明系統(tǒng)包括光源、聚光鏡、由光闌復(fù)眼平板和視場(chǎng)復(fù)眼平板組成的勻光系統(tǒng)、由第一中繼鏡和第二中繼鏡組成的中繼鏡組及掠入射鏡，具體步驟為步驟101、跟據(jù)指定的投影物鏡的參數(shù)確定照明系統(tǒng)出瞳距離L ；步驟102、確定掠入射鏡的對(duì)稱軸為照明系統(tǒng)的主光軸，選定掠入射鏡的頂點(diǎn)作為原點(diǎn)，以主光軸為Z軸，依照右手坐標(biāo)系原則建立坐標(biāo)系(X，y, Z)，獲取第一中繼鏡的頂點(diǎn)坐標(biāo)(ze21，Ye21)、第二中繼鏡的頂點(diǎn)坐標(biāo)(Ze22，Ye22)、掩膜面的中心坐標(biāo)(ZMSK，Ymask)；步驟103、根據(jù)所述出瞳距離L和掩膜面中心坐標(biāo)(ZmaskJmask)，確定出瞳中心的坐標(biāo)(ZEP, Yep)；步驟104、令出瞳中心與掠入射鏡非鄰近焦點(diǎn)FMlleetOTl重合，根據(jù)(ZEP，YEP)計(jì)算出掠入射鏡的曲率半徑Rei ；步驟105、令第一中繼鏡的非鄰近焦點(diǎn)Frelayll與掠入射鏡的鄰近焦點(diǎn)FralleetOT2重合，根據(jù)(Ze2nYe21)計(jì)算出第一中繼鏡的曲率半徑Re21 ；步驟106、令第二中繼鏡的鄰近焦點(diǎn)FMlay21與第一中繼鏡的鄰近焦點(diǎn)Frelayl2重合，根據(jù)(Ze22，Ye22)計(jì)算出第二中繼鏡的曲率半徑Re22 ;步驟107、令聚光鏡的非鄰近焦點(diǎn)為勻光系統(tǒng)出射光線的會(huì)聚點(diǎn)，根據(jù)所述會(huì)聚點(diǎn)確定勻光系統(tǒng)中光闌復(fù)眼平板和視場(chǎng)復(fù)眼平板上復(fù)眼元的排布。進(jìn)一步地，本發(fā)明確定照明系統(tǒng)入射到掩膜面上的弧形視場(chǎng)的尺寸，在掩膜面處設(shè)置孔徑光闌，該孔徑光闌的尺寸所述形視場(chǎng)的尺寸相同，在照明系統(tǒng)出瞳面上設(shè)置一光源，根據(jù)出瞳面上光源發(fā)出光的主光線，調(diào)節(jié)第一中繼鏡和第二中繼鏡的角度。有益效果本發(fā)明通過確定各部件焦點(diǎn)之間的相對(duì)位置關(guān)系，因此在為一個(gè)指定的投影物鏡提供符合要求的照明系統(tǒng)時(shí)，只需要依據(jù)確定的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算出各部件的參數(shù)，因此使得本發(fā)明設(shè)計(jì)方法可以適用于不同的投影物鏡。其次，本發(fā)明提出了一種逆向光線追跡的設(shè)計(jì)思想，將實(shí)際的物(即光源)當(dāng)作系統(tǒng)的像，將實(shí)際的像(照明系統(tǒng)的出瞳)當(dāng)作物，將掩膜面上的弧形視場(chǎng)設(shè)置成系統(tǒng)的孔徑光闌，這種設(shè)計(jì)思路使得原系統(tǒng)像空間的技術(shù)要求轉(zhuǎn)變成為物空間的技術(shù)要求，而后者較前者在設(shè)計(jì)上更容易實(shí)現(xiàn)。


圖I為本發(fā)明所依據(jù)的現(xiàn)有極紫外光刻系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為掠入射鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為中繼鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為聚光鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為典型的極紫外光刻弧形視場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為照明系統(tǒng)出瞳面位置示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施中掠入射鏡的光線追跡示意圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施中掠入射鏡和中繼鏡I的光線追跡示意圖。、
圖9為本發(fā)明實(shí)施中掠入射鏡和系統(tǒng)Gl的光線追跡示意圖。圖10為典型的視場(chǎng)復(fù)眼排布示意圖。圖11為典型的光闌復(fù)眼排布示意圖。圖12為不包含聚光鏡和光源的復(fù)眼照明系統(tǒng)示意圖。圖13為單成像通道位置確定的示意圖。圖14為視場(chǎng)復(fù)眼分組示意圖。圖15為光闌復(fù)眼分組示意圖。圖16為照明系統(tǒng)出瞳光強(qiáng)分布不意圖。圖17為照明系統(tǒng)在掩膜面上的光強(qiáng)分布示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖I是極紫外光刻系統(tǒng)的一個(gè)典型結(jié)構(gòu)示意圖。極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)為全反射離軸光學(xué)系統(tǒng)，聚光鏡的結(jié)構(gòu)需要依據(jù)光源的特性來確定，因此本發(fā)明極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，只針對(duì)勻光系統(tǒng)、中繼鏡組及掠入射鏡的參數(shù)進(jìn)行求解，為了說明方便，以下對(duì)上述部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行事先定義將掠入射鏡的標(biāo)號(hào)設(shè)為G1，將中繼鏡組的標(biāo)號(hào)設(shè)為G2，將勻光系統(tǒng)的標(biāo)號(hào)設(shè)為G3。如圖2所示，坐標(biāo)系右側(cè)的實(shí)線表示掠入射鏡，坐標(biāo)系左側(cè)虛線表示與掠入射鏡對(duì)稱的雙曲面，定義右側(cè)的焦點(diǎn)FMllK;tOT2為掠入射鏡的鄰近焦點(diǎn)，左側(cè)的焦點(diǎn)FMllec;tOTl為掠入射鏡的非鄰近焦點(diǎn)。如圖3所示，坐標(biāo)系右側(cè)的實(shí)線表示中繼鏡，定義右側(cè)的焦點(diǎn)為中繼鏡的鄰近焦點(diǎn)，左側(cè)的焦點(diǎn)為中繼鏡的非鄰近焦點(diǎn)。如圖4所示，坐標(biāo)系右側(cè)的實(shí)線表示聚光鏡，定義右側(cè)的焦點(diǎn)為聚光鏡的鄰近焦點(diǎn)，左側(cè)的焦點(diǎn)為聚光鏡的非鄰近焦點(diǎn)。本發(fā)明的具體過程如下步驟101、跟據(jù)指定的投影物鏡的參數(shù)確定照明系統(tǒng)的出瞳直徑D、出瞳距離L以及照明系統(tǒng)入射到掩膜面上的弧形視場(chǎng)的尺寸，其中弧形視場(chǎng)的尺寸包括弧形視場(chǎng)的外徑R、內(nèi)徑r及弦長d，如圖5所示。其中照明系統(tǒng)的出瞳直徑D等于投影物鏡的入瞳直徑，照明系統(tǒng)的出瞳距離L(即為掩膜面和出瞳面之間的距離)等于投影物鏡的入瞳距離。步驟102、本發(fā)明由于選定的復(fù)眼照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是確定的，因此各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系確定，同時(shí)各部件上的非球面二次系數(shù)也確定。本步驟確定掠入射鏡的對(duì)稱軸為照明系統(tǒng)的主光軸，選定掠入射鏡的頂點(diǎn)作為原點(diǎn)，以主光軸為z軸，依照右手坐標(biāo)系原則建立坐標(biāo)系(X, Y，z);由于本系統(tǒng)中各光學(xué)兀件的頂點(diǎn)均處在Y-Z平面內(nèi)，根據(jù)各部件相對(duì)確定的位置關(guān)系，獲取第一中繼鏡的頂點(diǎn)坐標(biāo)(Ze2PYtj21)和非球面二次系數(shù)Kffil，第 二中繼鏡的頂點(diǎn)坐標(biāo)(Ztj2MYt22)和非球面二次系數(shù)Kffi2，掩膜面的中心坐標(biāo)(ZMSK，Ymask)以及掠入射鏡的非球面二次系數(shù)為Kmij步驟103、根據(jù)所述出瞳距離L和掩膜面中心坐標(biāo)(ZmsK，Ymask)，確定出瞳中心的坐豐不(ZEp j Yep)。
根據(jù)光刻機(jī)工作原理可知，照明系統(tǒng)出瞳面的中心、掩膜面上弧形視場(chǎng)的圓心均位于投影物鏡的主光軸上，并且掩膜面垂直于該主光軸，如圖6所示。根據(jù)所述出瞳距離L和掩膜面中心坐標(biāo)(ZMSK，Ymask),可確定出瞳中心的坐標(biāo)(ZEP，Yep)。步驟104、令出瞳中心與掠入射鏡非鄰近焦點(diǎn)FMll%tOTl重合，計(jì)算出掠入射鏡的曲率半徑；具體的計(jì)算過程為出瞳中心與掠入射鏡頂點(diǎn)的距離I為
權(quán)利要求
1.ー種極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，該照明系統(tǒng)包括光源、聚光鏡、由光闌復(fù)眼平板和視場(chǎng)復(fù)眼平板組成的勻光系統(tǒng)、由第一中繼鏡和第二中繼鏡組成的中繼鏡組及掠入射鏡，其特征在于，具體步驟為 步驟101、跟據(jù)指定的投影物鏡的參數(shù)確定照明系統(tǒng)出瞳距離L ； 步驟102、確定掠入射鏡的對(duì)稱軸為照明系統(tǒng)的主光軸，選定掠入射鏡的頂點(diǎn)作為原點(diǎn)，以主光軸為z軸，依照右手坐標(biāo)系原則建立坐標(biāo)系(X，y，z)，獲取第一中繼鏡的頂點(diǎn)坐標(biāo)(Ze21，Ye21)、第二中繼鏡的頂點(diǎn)坐標(biāo)(Ze22，Ye22)、掩膜面的中心坐標(biāo)(Zmasi^Ymask)； 步驟103、根據(jù)所述出瞳距離L和掩膜面中心坐標(biāo)(ZMSK，Ymask)，確定照明系統(tǒng)出瞳中心的坐標(biāo)(ZEP, Yep)； 步驟104、令出瞳中心與掠入射鏡非鄰近焦點(diǎn)FMll%tOTl重合，根據(jù)(Zep，Yep)計(jì)算出掠入射鏡的曲率半徑Rei ; 步驟105、令第一中繼鏡的非鄰近焦點(diǎn)Frelayll與掠入射鏡的鄰近焦點(diǎn)FralleetOT2重合，根據(jù)(Ze2PYffil)計(jì)算出第一中繼鏡的曲率半徑Rffil ； 步驟106、令第二中繼鏡的鄰近焦點(diǎn)FMlay21與第一中繼鏡的鄰近焦點(diǎn)Frelayl2重合，根據(jù)(ZG22, Yg22)計(jì)算出第二中繼鏡的曲率半徑Re22 ； 步驟107、令聚光鏡的非鄰近焦點(diǎn)為勻光系統(tǒng)出射光線的會(huì)聚點(diǎn)，根據(jù)所述會(huì)聚點(diǎn)確定勻光系統(tǒng)中光闌復(fù)眼平板和視場(chǎng)復(fù)眼平板上復(fù)眼元的排布。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，確定所述照明系統(tǒng)入射到掩膜面上的弧形視場(chǎng)的尺寸，在掩膜面處設(shè)置孔徑光闌，該孔徑光闌的尺寸所述形視場(chǎng)的尺寸相同，在照明系統(tǒng)出瞳面上設(shè)置一光源，根據(jù)出瞳面上光源發(fā)出光的主光線，調(diào)節(jié)第一中繼鏡和第二中繼鏡的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述極紫外光刻撫養(yǎng)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟107的具體過程為 步驟201、設(shè)出瞳面的中心點(diǎn)為物點(diǎn)，在物點(diǎn)經(jīng)過掠入射鏡和中繼鏡組后得到的像點(diǎn)附近放置光闌復(fù)眼平板，所有的光闌復(fù)眼元的中心均位于該平板上；旋轉(zhuǎn)光闌復(fù)眼平板，保證從物點(diǎn)出射的光線入射到光闌復(fù)眼平板上的主光線入射角度位于6° 8°之間； 步驟202、在光闌復(fù)眼反射光束的光路上放置視場(chǎng)復(fù)眼平板，同時(shí)保證視場(chǎng)復(fù)眼平板不對(duì)第二中繼鏡反射的光線遮擋，所有視場(chǎng)復(fù)眼元的中心均位于該平板上；旋轉(zhuǎn)視場(chǎng)復(fù)眼平板，保證從物點(diǎn)出射的光線入射至視場(chǎng)復(fù)眼平板上的主光線入射角度位于9° 12°之間； 步驟203、依據(jù)照明系統(tǒng)的放大倍率r以及弧形視場(chǎng)的尺寸，確定視場(chǎng)復(fù)眼上矩形復(fù)眼元的長和寬，設(shè)復(fù)眼元的長為Ia，寬為Ib ;則d R-r 'a == ~~ 其中，d為弧形視場(chǎng)的弦長，R為弧形視場(chǎng)的外徑，r為弧形視場(chǎng)的內(nèi)徑； 步驟204、讓光源充滿整個(gè)照明系統(tǒng)的出瞳，獲取經(jīng)掠入射鏡、中繼鏡組及光闌復(fù)眼平板后入射至視場(chǎng)復(fù)眼平板上光斑的大小，并將上述光斑大小確定為視場(chǎng)復(fù)眼平板的大小，并結(jié)合步驟203計(jì)算的視場(chǎng)復(fù)眼元的尺寸，確定視場(chǎng)復(fù)眼元的排布； 步驟205、確定光闌復(fù)眼元的尺寸和排布；即光闌復(fù)眼應(yīng)采取預(yù)校正畸變的排布，其每個(gè)復(fù)眼元的反射面呈圓形，直徑的取值范圍為8 Ilmm ; 步驟206、確定視場(chǎng)復(fù)眼元和光闌復(fù)眼元的對(duì)位關(guān)系，即每ー視場(chǎng)復(fù)眼元對(duì)應(yīng)一光闌復(fù)眼元； 步驟207、令聚光鏡的非鄰近焦點(diǎn)為勻光系統(tǒng)出射光線的會(huì)聚點(diǎn)，按照步驟206中確定的視場(chǎng)復(fù)眼元和光闌復(fù)眼元得對(duì)位關(guān)系，通過光線追跡確定所選擇的物點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光闌復(fù)眼元的坐標(biāo)和傾斜角、以及光闌復(fù)眼元所對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)復(fù)眼元的坐標(biāo)和傾斜角，使得出射的光線匯聚到聚光鏡的非鄰近焦點(diǎn)上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種極紫外光刻復(fù)眼照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，具體步驟為跟據(jù)指定的投影物鏡的參數(shù)確定照明系統(tǒng)出瞳距離；確定坐標(biāo)系，獲取各器件的坐標(biāo)；根據(jù)所述出瞳距離和掩膜面中心坐標(biāo)，確定出瞳中心的坐標(biāo)；令出瞳中心與掠入射鏡非鄰近焦點(diǎn)重合，計(jì)算出掠入射鏡的曲率半徑；令第一中繼鏡的非鄰近焦點(diǎn)與掠入射鏡的鄰近焦點(diǎn)重合，計(jì)算出第一中繼鏡的曲率半徑；令第二中繼鏡的鄰近焦點(diǎn)與第一中繼鏡的鄰近焦點(diǎn)重合，計(jì)算出第二中繼鏡的曲率半徑；令聚光鏡的非鄰近焦點(diǎn)為勻光系統(tǒng)出射光線的會(huì)聚點(diǎn)，根據(jù)所述會(huì)聚點(diǎn)確定勻光系統(tǒng)中光闌復(fù)眼平板和視場(chǎng)復(fù)眼平板上復(fù)眼元的排布。本發(fā)明設(shè)計(jì)方法可以適用于不同的投影物鏡。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102629082SQ20121013216
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉菲, 李艷秋, 梅秋麗 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)