[发明专利]一种折反式深紫外光刻物镜设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种折反式深紫外光刻物镜设计方法，属于光学设计技术领域。

背景技术

深紫外光刻是当前产业化的光刻技术。深紫外光刻物镜作为深紫外光刻机的核心部件是实现高分辨率光刻的关键。在深紫外波段可用的光学材料仅剩下熔石英和氟化钙，上述两种材料的折射率较低，因此深紫外光刻物镜系统的光焦度需要分配到较多的元件上才能实现像差校正。最初深紫外光刻采用全折式物镜设计，整个物镜系统仅有折射元件不含反射镜。全折式深紫外光刻物镜为了校正场曲，必须采用光焦度较大的负透镜来平衡正透镜的匹兹万和。这就导致负透镜组附近的正透镜的口径随物镜数值孔径和成像视场的增大而迅速增加。当数值孔径大于1时，全折式物镜设计的元件口径非常大，其不利于物镜系统的加工、制造和集成。凹面反射镜具有正光焦度，同时它对匹兹万场曲的贡献与正透镜恰好相反。将其引入到全折光刻物镜系统中，可以分担负透镜组的场曲校正压力、减小负透镜组所承担的光焦度，从而有效控制物镜系统元件口径。作为光刻机重要组成部分的光刻物镜系统对提高整个光刻机性能至关重要，因此设计好折反式深紫外光刻物镜系统是完成整个投影曝光系统的重要环节。国内外有关折反式深紫外光刻物镜设计方法的报道非常少，为了获得折反式深紫外光刻物镜初始结构，提出一种有效的设计方法是非常有必要的。

相关文献(Proc.of SPIE 2006.6342:63420L.)针对深紫外光刻物镜的优化，提出了鞍点构造法。该方法的操作流程类似光学设计者凭借经验在光学系统中加入新元件以进一步提高成像质量的做法。鞍点构造法本质上是基于初始结构的优化方法，不能有效地获得物镜初始结构。相关文献(US20070013882)提出了多套深紫外光刻物镜的制造方法。该方法将物镜系统分为若干镜组，不同的物镜系统共用同一个镜组，而其它镜组进行相应变化从而实现不同光学性能的要求。该方法没有说明各镜组结构以及整个物镜结构是如何设计的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种深紫外光刻物镜设计方法，该方法可根据不同参数要求设计出折反式深紫外光刻物镜，其降低了物镜系统设计难度、设计效率高、实现速度快。

实现本发明的技术方案如下：

一种深紫外光刻物镜设计方法，具体过程为：

步骤一、确定置于掩模和硅片之间的深紫外光刻物镜三个镜组的初始结构，三个镜组的位置关系为：从掩模到硅片分别为物方镜组G1、中间镜组G2以及像方镜组G3，且中间镜组G2的放大倍率为M₂＝1；

步骤二、优化物方镜组G1的初始结构，使其满足设计要求：(1)物方远心，(2)像方主光线入射角和物方镜组的放大倍率M₁不会引起光路遮拦；

步骤三、优化像方镜组G3的初始结构，使其满足设计要求：(1)像方远心，(2)物方主光线入射角不会引起光路遮拦，(3)放大倍率M₃＝M/(M₂×M₁)，M光刻物镜的放大倍率；

步骤四、中间镜组G2为两片凹面反射镜的结构，计算物方镜组和像方镜组的匹兹万和，并根据匹兹万和计算中间镜组中两片凹面反射镜的半径，同时使G2的入瞳与G1的出瞳匹配(将G2的孔径光阑放置在G1的出瞳面上)；

步骤五、优化像方镜组G3的结构参数，使G3的入瞳与G2的出瞳匹配；至此，连接物方镜组、中间镜组、像方镜组获得整个物镜系统的结构。

进一步地，本发明所述步骤二和步骤三的优化过程为：

首先，针对待优化镜组中的每一表面，计算其对应的归一化光焦度和/或对称性因子；

其次，选择最大归一化光焦度和/或对称性因子的表面F处，插入薄弯月透镜，所述薄弯月透镜的曲率半径与其对应的表面F的曲率半径相同；

再次，以形态参数S和W分别小于设定阈值和满足所述设计要求为优化的约束条件，对镜组进行优化，在优化过程中，逐步增加薄弯月透镜的厚度及其与对应表面F的距离；

其中，N为系统中光学表面的数目，w_j为表面j的归一化光焦度，s_j为表面j的对称性因子。

进一步地，本发明所述根据匹兹万和计算中间镜组中两片凹面反射镜的半径r₁和r₂；

设r₁和-r₂的值相等，