CN112286010B - 超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法 - Google Patents

超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112286010B
CN112286010B CN202011149970.XA CN202011149970A CN112286010B CN 112286010 B CN112286010 B CN 112286010B CN 202011149970 A CN202011149970 A CN 202011149970A CN 112286010 B CN112286010 B CN 112286010B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reflector
objective lens
mirror
curvature
free
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011149970.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112286010A (zh
Inventor
李艳秋
刘陌
闫旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202011149970.XA priority Critical patent/CN112286010B/zh
Publication of CN112286010A publication Critical patent/CN112286010A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112286010B publication Critical patent/CN112286010B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70233—Optical aspects of catoptric systems, i.e. comprising only reflective elements, e.g. extreme ultraviolet [EUV] projection systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70491—Information management, e.g. software; Active and passive control, e.g. details of controlling exposure processes or exposure tool monitoring processes

Abstract

本发明公开了一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法，使用变倍率的物镜系统设计方案，能够在增大垂直于扫描方向的像方视场尺寸的同时，减少曝光视场的拼接数，提高光刻质量和效率；物镜系统像方数值孔径为0.55和0.6，像方扫描视场宽度为1.5mm和1mm；较大的数值孔径能够使光刻物镜的分辨力提高，较大的像方扫描视场宽度提高了硅片的生产效率；本发明中的物镜系统反射镜上光线入射角较小，便于反射膜层的设计；改进了codev的xy自由曲面面型，增加了自由曲面系数的项数，增加了物镜的优化自由度；建立了变倍率光刻物镜系统膜层设计的渐进优化膜层设计方法，并对NA0.6和NA0.55的物镜系统设计实例给出了膜层设计方案，膜层平均反射率达到65％以上。

Description

超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法
技术领域
本发明属于光学设计、半导体制造装备及芯片制造技术领域，具体涉及超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法。
背景技术
当前，随着半导体制造产业的发展，光刻投影的分辨力也逐渐朝着更高的水平发展，这就要求光刻物镜系统应逐渐增大数值孔径，以应对光刻行业的新挑战。组合变倍率极紫外光刻物镜不仅能合理地实现0.4～0.7的数值孔径，还可增大垂直于扫描方向的像方视场尺寸，减少曝光视场的拼接数，提高光刻质量和效率。因此，该类物镜在未来7～1nm技术节点EUV光刻系统中的应用得到了业界的普遍认可。
目前未见公开报道的NA55～0.6组合变倍率极紫外光刻物镜及梯度膜系统的论文和专利，已经公布的数值孔径最高的变倍率极紫外光刻物镜设计为蔡司专利WO2016078818A1，是数值孔径NA0.55，Mx4/My8的物镜，但物镜系统的结构不合理，多个镜面掠入射，入射角度大，难以获得与之匹配的均匀、高反射率膜层，且没有报道其膜层的设计方法、结构及物镜的反射特性。
尚没有完整公开的NA0.55～NA0.6极紫外光刻物镜膜层设计方法和实例。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法，能够在增大垂直于扫描方向的像方视场尺寸的同时，减少曝光视场的拼接数，提高光刻质量和效率。
极紫外光刻物镜系统，包括六个反射镜，照明系统发出的光线经掩模反射后入射到第一反射镜M1上，依次经过第二反射镜M2，第,三反射镜M3，第四反射镜M4后，经过光阑后到达第五反射镜M5，经过M5反射后再次经过光阑到达第六反射镜M6，最后由M6反射后垂直于像面出射，所述物镜系统的像方数值孔径为0.6，像方扫描视场宽度为1mm，其中的自由曲面的矢高表示为：
Figure BDA0002740870360000021
Figure BDA0002740870360000022
其中z为矢高，c为顶点曲率，ci为自由曲面的曲面系数，k，m，n为常数，m＝0,2,4...10,n＝0,1,2,...,10，(x,y)表示镜面上各点的坐标，r2＝x2+y2。
极紫外光刻物镜系统，包括六个反射镜，照明系统发出的光线经掩模反射后入射到第一反射镜M1上，依次经过第二反射镜M2，第,三反射镜M3，第四反射镜M4后，经过光阑后到达第五反射镜M5，经过M5反射后再次经过光阑到达第六反射镜M6，最后由M6反射后垂直于像面出射，物镜系统的像方数值孔径为0.55，像方扫描视场宽度为1.5mm；自由曲面的矢高可表示为：
Figure BDA0002740870360000023
其中m＝0,2,4...,n＝0,1,2,...，j>66；z为矢高，c为顶点曲率，ci为自由
曲面的曲面系数，j为自由曲面项数的系数，k，m，n为常数。
用于物镜系统的优化方法，包括如下步骤：
步骤一，增大数值孔径和像方视场宽度；
步骤二，逐步添加约束条件，设置优化变量，具体优化流程为：由低次到高次将曲面系数设置为优化变量，使误差函数在较小水平上持续收敛；同时，对系统的遮拦、像方远心、物方主光线入射角和物高等进行限制，直至当前数值孔径和视场下的物镜系统符合像质要求；
步骤三，优化后像质无法达到要求时，提高自由曲面系数阶数，继续进行优化；
步骤四，物镜系统达到像质要求后，继续提高数值孔径和像方视场宽度进行优化。
进一步的，优化方法还包括膜层优化设计方法，包括：
先对所有镜面设计规整膜；
然后针对单个含膜镜面反射率低于70％的镜面设计横向梯度膜；具体为：
对物镜镜面各点(x,y)的膜层厚度改变量Λ(x,y)＝D·(C0+C2x2+C2(y-Y0)2)进行优化，即对其中参数C0、C2、Y0进行微调，然后判断各视场最小反射率是否相等：如果相等，输出横向梯度膜的参数值；如果不相等，继续对参数进行微调，直到相等；其中D表示膜层的周期厚度。
本发明具有如下有益效果：
1.使用变倍率的物镜系统设计方案，能够在增大垂直于扫描方向的像方视场尺寸的同时，减少曝光视场的拼接数，提高光刻质量和效率。
2.物镜一系统像方数值孔径为0.55，像方扫描视场宽度为1.5mm，物镜二系统像方数值孔径为0.6，像方扫描视场宽度为1mm。较大的数值孔径能够使光刻物镜的分辨力提高，较大的像方扫描视场宽度提高了硅片的生产效率。
3.与WO2016078818A1专利中的NA0.55物镜相比，本发明中的物镜系统反射镜上光线入射角较小，便于反射膜层的设计；
4.成像质量优良，所有视场波像差均方根(RMS)值小于0.054nm，部分相干因子为0.5～0.8的部分相干光照明条件下，光刻物镜的静态畸变小于2.7nm。
5.本发明改进了codev自带的xy自由曲面面型，增加了自由曲面系数的项数，从而增加了物镜的优化自由度，使优化潜力增大；
6.本发明建立了变倍率光刻物镜系统膜层设计的渐进优化膜层设计方法，并对NA0.6和NA0.55的物镜系统设计实例给出了膜层设计方案，膜层平均反射率达到65％以上。
附图说明
图1为光刻曝光系统(含物镜系统和照明系统)的yoz平面示意图；
图2为NA0.6极紫外光刻物镜子午面结构示意图；
图3为NA0.6极紫外光刻物镜弧矢面结构示意图；
图4为NA0.6极紫外光刻物镜具体实施方式中物镜物方视场图；
图5为NA0.6极紫外光刻物镜具体实施方式中实施例涉及的无光路遮拦的物镜在全视场内光学调制传递函(MTF)图；
图6为NA0.6极紫外光刻物镜具体实施方式中物镜子午面视场点的均方根波像差。
图7为NA0.6极紫外光刻物镜具体实施方式中物镜子午面视场点的斯特列尔比。
图8为NA0.55极紫外光刻物镜子午面结构示意图；
图9为NA0.55极紫外光刻物镜弧矢面结构示意图；
图10为NA0.55极紫外光刻物镜具体实施方式中物镜物方视场图；
图11为NA0.55极紫外光刻物镜具体实施方式中实施例涉及的无光路遮拦的物镜在全视场内光学调制传递函(MTF)图；
图12为NA0.55极紫外光刻物镜具体实施方式中物镜子午面视场点的均方根波像差。
图13为NA0.55极紫外光刻物镜具体实施方式中物镜子午面视场点的斯特列尔比。
图14为渐进优化膜层设计方法的流程图。
图15为本发明的优化方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
根据本发明，我们认识到可以通过变倍率成像光学系统，增大垂直于扫描方向的像方视场尺寸，减少像方视场的拼接次数，最大限度地提高光刻效率。
本发明的光刻物镜系统具有圆形出射光瞳，因此像方数值孔径与方向无关。本发明的光刻物镜系统具有椭圆形入射光瞳，半轴间具有相同或相反的关系，与不同的物方数值孔径或成像尺寸有关。
本发明的变倍率物镜系统包含至少六个镜面。大量的反射镜可以更好地校正像差，而且可以有更高的数值孔径。
提出高优化自由度的优化设计方法，引入编写的自由曲面面型系数项数大于66个的xy自由曲面，与光学设计软件中自带的66项系数的xy自由曲面相比有更高的优化自由度。
提出渐进优化膜层设计方法用于变倍率物镜系统膜层设计，尽可能最大程度上使变倍率物镜系统获得高反射率。
提出横纵梯度膜设计方法用于变倍率物镜系统膜层设计，在保证物镜系统获得高反射率的同时尽可能增加镜面的反射率均匀性。
本实例中的两套极紫外光刻物镜系统为离轴光学系统，物面即掩模所在平面，像面即硅片所在平面，由六片反射镜组成。
本发明的两套极紫外光刻物镜的工作过程：照明系统发出的光线经掩模反射后入射到第一反射镜M1上，依次经过第二反射镜M2，第,三反射镜M3，第四反射镜M4后，经过光阑后到达第五反射镜M5，经过M5反射后再次经过光阑到达第六反射镜M6，最后由M6反射后垂直于像面出射。
本发明以专利CN105652439A中的NA0.5变倍率物镜系统为初始结构，进行优化。由于当前产业化要求的扫描视场尺寸为26mm×1.5mm-2mm，而NA0.5变倍率物镜系统的视场为26mm×0.25mm，因此为了进一步增大视场像方宽度，提高光刻效率，本发明逐步增大像方视场宽度，添加约束条件，对物镜系统进行优化设计，设计出视场为26mm×1mm的NA0.6变倍率物镜系统和视场为26mm×1.5mm的NA0.55变倍率物镜系统。
光刻物镜系统优化的目的是得到使系统的光学性能和像质最佳的结构参数。极紫外光刻物镜系统的设计指标，面型及结构参数，约束条件很多，所以难以用简单的函数去描述像质与物镜系统参数间的关系。因此，需利用单值评价函数获知实际系统与理想系统之间成像性能的差异，并逐步添加约束条件，设置优化变量，并且约束条件和优化变量的设置数量相互平衡，最终找到使光刻物镜系统光学性能最佳的物镜结构，这就是物镜系统优化的基本方法。
(1)优化变量
优化变量的种类有很多，有反射镜的曲率半径，反射镜的面型系数，偏心和倾斜量，反射镜之间的间隔等等。优化变量越多，物镜优化的自由度越大，像差校正的能力越大，越利于物镜的优化。
(2)约束条件
约束条件按可限制参数的不同可分为：遮拦的限制，像方远心限制，物方主光线入射角限制，物高限制等等。
遮拦限制：发生遮拦是光束在物镜系统中传输过程中的常见现象，当光路出现遮拦时，会使光学系统的图像信息缺失，分辨率下降，从而使光学性能受到很大影响，因此应添加约束条件，限制光束的高度，减小直至避免遮拦的发生。
像方远心限制：极紫外光刻系统中，像方主光线必须平行于光轴出射，也就是保证绝对的像方远心。但在实际光学系统中，绝对的像方远心很难达到，因此一般设置约束条件，将像方主光线与光轴之间的夹角控制在毫弧度量级。
物方主光线入射角限制：掩模面上的物方主光线应以一定的角度入射来避免掩模上的阴影效应，通常满足：arcsin(NA/M)<CA<6°，其中NA为像方数值孔径，M为系统放大倍率，CA为物方主光线入射角。
物高限制：光学设计软件codev中设置x,y高度(即x，y表面坐标)的限制主要目的是为了控制系统的畸变。光束中的主光线和理想像平面的交点位置处的高度为实际像高，实际像高和理想像高的差值为畸变。畸变可以用来衡量物镜系统所成的像的变形情况。设置约束条件控制畸变可以减小成像的变形，使物镜系统的成像性能更好。
约束条件按对光刻物镜系统约束的精确程度不同可分为两类，不等约束和等值约束。
不等约束通常让所约束的光学性能参数小于某个值。如限制物方主光线入射角需小于6°。
等值约束对光学性能参数的值的约束程度更高，也就是说，添加了等值约束后，与不等约束相比，会使物镜系统优化的难度更大。
(3)误差函数
在对物镜系统优化过程中获得的最有用的信息之一就是误差函数。误差函数的值表示的是物镜系统的成像质量。当误差函数的值为0时，则表示所研究的光刻物镜系统无像差(但一般很难达到)。误差函数的值是参数的加权平方和，参数即能够表示系统成像性能的像差，波像差，随物镜系统结构的变化而变化的参数，如镜面上的光线入射角，倍缩比，焦距，视场等等。
Figure BDA0002740870360000061
f(x)即误差函数，kj为权数，Λ(x)为参数。权数是优化过程中的关键参数之一。
在对物镜系统初始结构进行初步优化时，用垂轴光线像差作为默认误差函数。默认误差函数值为X，Y方向的垂轴光线像差的平方和。当物镜系统的误差函数降低到较小值时，用波像差作为误差函数赖评价系统的成像性能。
本发明建立了高自由度物镜优化设计方法，如图15所示，逐步提高数值孔径和像方视场宽度，在必要时引入高于66阶的自由曲面提高优化自由度进行优化，最终得到符合像质要求的大视场高NA组合变倍率物镜系统。
步骤一，增大数值孔径和像方视场宽度；
步骤二，逐步添加约束条件，设置优化变量。具体优化流程为：由低次到高次将曲面系数设置为优化变量，使误差函数在较小水平上持续收敛，保证系统结构在较小的范围内变动。同时，对系统的遮拦，像方远心，物方主光线入射角，物高等进行限制，直至当前数值孔径和视场下的物镜系统符合像质要求；
步骤三，优化后像质无法达到要求时，说明当前的66阶xy自由曲面面型的自由度无法满足要求，应提高自由曲面系数阶数，进行优化。因此引入编写的高阶xy自由曲面(自由曲面系数高于66阶)，提高物镜系统的优化自由度。
步骤四，物镜系统达到像质要求后，继续提高数值孔径和像方视场宽度，进行优化。此方法的步骤如图15所示。
NA0.6物镜系统中涉及的自由曲面的矢高可表示为：
Figure BDA0002740870360000062
其中z为矢高，c为顶点曲率，ci为自由曲面的曲面系数，k，m，n为常数，m＝0,2,4...10,n＝0,1,2,...,10,r2＝x2+y2 。
引入了具有自由曲面系数多于66项的新型xy自由曲面面型，增加了优化自由度，对物镜系统增加约束条件进行进一步优化，设计出NA0.55变倍率物镜系统，视场为26mm×1.5mm。
NA0.55中M1镜面涉及的新型xy自由曲面的矢高可表示为：
Figure BDA0002740870360000071
m＝0,2,4...,n＝0,1,2,...，j>66。z为矢高，c为顶点曲率，ci为自由曲面的曲面系数，j为自由曲面项数的系数，k，m，n为常数。
本发明关于物镜系统提出了两种变倍率极紫外投影光刻物镜设计，照明波长13.5nm，采用六枚xy自由曲面反射镜。其中物镜系统一的像方数值孔径为0.6，像方扫描视场宽度为1mm，物镜系统二的像方数值孔径为0.55，像方扫描视场宽度为1.5mm。两个物镜设计均结构紧凑，分辨力高，像方远心度高，反射镜上的光线入射角比较小。
本发明涉及的极紫外投影光刻物镜系统包括物面(掩膜)、六枚非球面反射镜(M1、M2、M3、M4、M5、M6)、像面(硅片)。
第一个实施例中物镜系统的第一反射镜M1为凹面反射镜，其曲率半径为-491.7822mm，竖直方向上的口径为535.3711mm，与第二反射镜M2之间的间隔为-163.8495mm；
第二反射镜M2为凸面反射镜，其曲率半径为-362.1982mm，竖直方向上的口径为262.8571mm，与第三反射镜M3之间的间隔为246.1600mm；
第三反射镜M3为凸面反射镜，其曲率半径为429.3226mm，竖直方向上的口径为91.6353mm，与第四反射镜M4之间的间隔为-317.1388mm；
第四反射镜M4为凹面反射镜，其曲率半径为400.7863mm，竖直方向上的口径为253.4429mm，与第五反射镜M5之间的间隔为1033.1887mm；
第五反射镜M5为凸面反射镜，其曲率半径为2622.6562mm，竖直方向上的口径为305.1141mm，与第六反射镜M6之间的间隔为-619.0806mm；
第六反射镜M6为凹面反射镜，其曲率半径为813.4859mm，竖直方向上的口径为707.8341mm，与像面之间的间隔为652.6570mm。
第二个实施例中物镜系统的第一反射镜M1为凹面反射镜，其曲率半径为-491.8755mm，竖直方向上的口径为528.8489mm，与第二反射镜M2之间的间隔为-163.7301mm；
第二反射镜M2为凸面反射镜，其曲率半径为-361.9067mm，竖直方向上的口径为256.5909mm，与第三反射镜M3之间的间隔为246.1600mm；
第三反射镜M3为凸面反射镜，其曲率半径为429.3226mm，竖直方向上的口径为85.4264mm，与第四反射镜M4之间的间隔为-317.1388mm；
第四反射镜M4为凹面反射镜，其曲率半径为400.7863mm，竖直方向上的口径为240.9014mm，与第五反射镜M5之间的间隔为1033.1887mm；
第五反射镜M5为凸面反射镜，其曲率半径为2622.6563mm，竖直方向上的口径为280.3380mm，与第六反射镜M6之间的间隔为-619.0806mm；
第六反射镜M6为凹面反射镜，其曲率半径为813.4860mm，竖直方向上的口径为648.0551mm，与像面之间的间隔为652.6571mm。
表1、NA0.6物镜系统各自由曲面反射镜的面形参数
Figure BDA0002740870360000081
Figure BDA0002740870360000091
表2、NA0.6物镜系统元件相对位置及旋转角
Figure BDA0002740870360000092
Figure BDA0002740870360000101
表3、NA0.6物镜系统基本性能参数
数值孔径 0.6
工作波长/nm 13.5
像方视场/mm 26×1
倍缩比 Mx4/My8
工作总长/mm 1615.83760
掩模上主光线入射角 <6°
综合波像差/λ 0.05670
表4、NA0.55物镜系统各自由曲面反射镜的面形参数
Figure BDA0002740870360000102
Figure BDA0002740870360000111
表5、NA0.55物镜系统元件相对位置及旋转角
Figure BDA0002740870360000112
Figure BDA0002740870360000121
表6NA0.55物镜系统基本性能参数
数值孔径 0.55
工作波长/nm 13.5
像方视场/mm 26×1.5
倍缩比 Mx4/My8
工作总长/mm 1615.7407
掩模上主光线入射角 <6°
综合波像差/λ 0.06312
本发明公开了渐进优化膜层设计方法，并应用此方法对NA0.6和NA0.55的物镜系统设计实例给出了膜层设计方案。
规整膜是多种多层膜中最为常见的类型。目前广泛应用于极紫外光刻物镜中的规整膜，每一层厚度是λ/4(λ是13.5nm)，膜层的周期厚度D固定不变，在7nm左右(正入射条件下)。其中，周期厚度参数值，即Mo层厚度/多层膜周期厚度＝Γ＝0.4(Mo层厚度2.8nm，Si层厚度4.2nm)。周期数通常是40～60，多层膜总厚度会超过280nm。但在膜层周期数大于40后，随着膜层厚度增加，反射率的增加开始减慢且多层膜制备难度上升，因此，本发明设计和研究的规整膜周期数选定为40。在正入射的条件下，膜系反射率随波长的变化趋势先增后减，在波长为13.5nm时，反射率达到理论最大值，约为74％。帽层材料为Ru，折射率为0.8898，消光系数为0.0165，吸收层为Mo，折射率为0.9227，消光系数为0.0062，间隔层为Si，折射率为0.9999，消光系数为0.0018，基底为SiO2，折射率为0.9787，消光系数为0.0106，这四种材料的选择和参数来自Lawrence Berkeley实验室。
横向梯度膜的特点是多层膜在不一样的径向位置，周期厚度也不一样。该种类的膜层设计是通过变化反射镜上膜层不同位置处的周期厚度，不断优化，使镜面上各点的反射率趋于一致，并尽力提高反射率，使整体光学性能更佳。
如式(4)所示，镜面上任意一点与光轴的间距r决定了周期厚度的梯度变化因子p,C为梯度膜变化参数。
p(r)＝C0+C2r2+C4r4+...+C20r20 (4)
为了能够更好地进行制备，本发明使用二次多项式对周期厚度的梯度变化因子p进行拟合。本发明中，所研究的NA0.6变倍率物镜系统反射镜关于子午面对称，因此多层膜的对称轴与反射镜的光轴间仅存在y方向上的平移Y0，所以如式(5)所示：
p(x,y)＝C0+C2x2+C2(y-Y0)2 (5)
所以，物镜镜面膜层厚度的改变量为：
Λ(x,y)＝D·(C0+C2x2+C2(y-Y0)2) (6)
首先对所有镜面设计规整膜，然后针对单个含膜镜面反射率低于70％的镜面设计横向梯度膜，最后用膜层的渐进优化设计方法对膜层进行优化设计，渐进优化设计的流程图在图14中给出。
其中，对物镜镜面各点(x,y)的膜层厚度改变量Λ(x,y)＝D·(C0+C2x2+C2(y-Y0)2)进行优化，即对其中参数C0、C2、Y0进行微调，然后判断各视场最小反射率是否相等：如果相等，输出横向梯度膜的参数值；如果不相等，继续对参数进行微调，直到相等。
NA0.55～0.6的膜层设计方案为M4，M6镀制规整膜，M1，M2，M3，M5镀制渐进优化的横向梯度膜。
镀制渐进优化的横向梯度膜的膜层梯度变化参数为：
表11、NA0.6物镜镀制渐进优化的横向梯度膜的膜层梯度变化参数
镜片 C0 C2 Y0
M1 1.010 5.964e-07 -32.15
M2 1.068 8.549e-06 -10.20
M3 1.201 -1.299e-06 -355.30
M5 0.987 2.148e-06 -16.98
表12、NA0.55物镜镀制渐进优化的横向梯度膜的膜层梯度变化参数
镜片 C0 C2 Y0
M1 1.092 7.852e-07 -51.33
M2 1.060 1.601e-05 -23.59
M3 1.158 -1.573e-06 -242.18
M5 0.991 1.942e-06 -13.01
性能指标评价
1、光学调制传递函数MTF
分辨率是光刻物镜系统最为关键的技术指标之一，调制传递函数MTF曲线是空间频率的函数，可以反映光学系统的分辨率水平。按照前文所述，光刻投影分辨率可表示为：Res＝k1λ/NA，在k1＝0.25，λ为13.5nm的情况下，NA0.6变倍率系统的分辨率Res＝5.6nm,NA0.55变倍率系统的分辨率Res＝6.1nm,均满足8～5nm技术节点要求。由图5，图11可知，经优化后各视场点处MTF均十分接近衍射极限。本发明所研究的光刻物镜系统MTF曲线达到45％MTF，因此可以获得很好的成像效果。
2、均方根波像差
均方根波像差是表征一个光学系统成像性能的重要指标。图6，图12为本实施例所述光刻物镜子午面视场点的均方根波像差。如附图6，图12所示，NA0.6物镜系统全视场的平均波像差RMS值为0.0567λ，NA0.55物镜系统全视场的平均波像差RMS值为0.06312λ。本实施例的极紫外投影光刻物镜像质优良，具有继续增大数值孔径且不产生光路遮挡的潜力。
虽然结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做若干变形、替换和改进，这些也视为属于本发明的保护范围。
3.NA0.55～0.6含膜物镜的反射率
镀制了渐进优化膜层的含膜物镜系统各个镜面反射率如表14，15所示。
表14、NA0.6含膜物镜系统反射率(单个镜面镀制膜层，其他镜面均为理想反射时)
镜面 单面物镜反射率/％
M1 70.50
M2 47.18
M3 71.89
M4 72.31
M5 71.89
M6 71.48
表15、NA0.55含膜物镜系统反射率(单个镜面镀制膜层，其他镜面均为理想反射时)
Figure BDA0002740870360000141
Figure BDA0002740870360000151
由此可知，NA0.55～0.6含膜物镜系统平均反射率高于65％，有良好的反射效果。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.极紫外光刻物镜系统，包括六个反射镜，照明系统发出的光线经掩模反射后入射到第一反射镜M1上，依次经过第二反射镜M2，第三反射镜M3，第四反射镜M4后，经过光阑后到达第五反射镜M5，经过第五反射镜M5反射后再次经过光阑到达第六反射镜M6，最后由第六反射镜M6反射后垂直于像面出射，其特征在于，所述物镜系统的像方数值孔径为0.6，像方扫描视场宽度为1mm，其中所述六个反射镜为自由曲面，矢高表示为：
Figure FDA0003094228390000011
Figure FDA0003094228390000012
其中z为矢高，c为顶点曲率，ci为自由曲面的曲面系数，k，m，n为常数，m＝0,2,4...10,n＝0,1,2,...,10，(x,y)表示自由曲面上各点的坐标，r2＝x2+y2；
第一反射镜M1为凹面反射镜，其曲率半径为-491.7822mm，竖直方向上的口径为535.3711mm，与第二反射镜M2之间的间隔为-163.8495mm；
第二反射镜M2为凸面反射镜，其曲率半径为-362.1982mm，竖直方向上的口径为262.8571mm，与第三反射镜M3之间的间隔为246.1600mm；
第三反射镜M3为凸面反射镜，其曲率半径为429.3226mm，竖直方向上的口径为91.6353mm，与第四反射镜M4之间的间隔为-317.1388mm；
第四反射镜M4为凹面反射镜，其曲率半径为400.7863mm，竖直方向上的口径为253.4429mm，与第五反射镜M5之间的间隔为1033.1887mm；
第五反射镜M5为凸面反射镜，其曲率半径为2622.6562mm，竖直方向上的口径为305.1141mm，与第六反射镜M6之间的间隔为-619.0806mm；
第六反射镜M6为凹面反射镜，其曲率半径为813.4859mm，竖直方向上的口径为707.8341mm，与像面之间的间隔为652.6570mm。
2.如权利要求1所述的极紫外光刻物镜系统，其特征在于，物镜系统的自由曲面的面形参数如下：
Figure FDA0003094228390000013
Figure FDA0003094228390000021
Figure FDA0003094228390000031
3.如权利要求1或2所述的极紫外光刻物镜系统，其特征在于，物镜系统元件相对位置及旋转角如下表：
Figure FDA0003094228390000032
4.极紫外光刻物镜系统，包括六个反射镜，照明系统发出的光线经掩模反射后入射到第一反射镜M1上，依次经过第二反射镜M2，第三反射镜M3，第四反射镜M4后，经过光阑后到达第五反射镜M5，经过第五反射镜M5反射后再次经过光阑到达第六反射镜M6，最后由第六反射镜M6反射后垂直于像面出射，其特征在于，物镜系统的像方数值孔径为0.55，像方扫描视场宽度为1.5mm；其中所述六个反射镜为自由曲面，矢高可表示为：
Figure FDA0003094228390000033
其中m＝0,2,4...,n＝0,1,2,...，j>66；z为矢高，c为顶点曲率，ci为自由曲面的曲面系数，j为自由曲面项数的系数，k，m，n为常数；(x,y)表示自由曲面上各点的坐标，r2＝x2+y2；
物镜系统的第一反射镜M1为凹面反射镜，其曲率半径为-491.8755mm，竖直方向上的口径为528.8489mm，与第二反射镜M2之间的间隔为-163.7301mm；
第二反射镜M2为凸面反射镜，其曲率半径为-361.9067mm，竖直方向上的口径为256.5909mm，与第三反射镜M3之间的间隔为246.1600mm；
第三反射镜M3为凸面反射镜，其曲率半径为429.3226mm，竖直方向上的口径为85.4264mm，与第四反射镜M4之间的间隔为-317.1388mm；
第四反射镜M4为凹面反射镜，其曲率半径为400.7863mm，竖直方向上的口径为240.9014mm，与第五反射镜M5之间的间隔为1033.1887mm；
第五反射镜M5为凸面反射镜，其曲率半径为2622.6563mm，竖直方向上的口径为280.3380mm，与第六反射镜M6之间的间隔为-619.0806mm；
第六反射镜M6为凹面反射镜，其曲率半径为813.4860mm，竖直方向上的口径为648.0551mm，与像面之间的间隔为652.6571mm。
5.如权利要求4所述的极紫外光刻物镜系统，其特征在于，物镜系统各自由曲面的面形参数如下表：
Figure FDA0003094228390000041
Figure FDA0003094228390000051
6.如权利要求4所述的极紫外光刻物镜系统，其特征在于，物镜系统元件相对位置及旋转角如下表：
Figure FDA0003094228390000061
CN202011149970.XA 2020-10-23 2020-10-23 超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法 Active CN112286010B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011149970.XA CN112286010B (zh) 2020-10-23 2020-10-23 超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011149970.XA CN112286010B (zh) 2020-10-23 2020-10-23 超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112286010A CN112286010A (zh) 2021-01-29
CN112286010B true CN112286010B (zh) 2021-07-27

Family

ID=74423290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011149970.XA Active CN112286010B (zh) 2020-10-23 2020-10-23 超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112286010B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101226272A (zh) * 2007-01-17 2008-07-23 卡尔蔡司Smt股份有限公司 成像光学系统
CN102317867A (zh) * 2009-02-12 2012-01-11 卡尔蔡司Smt有限责任公司 成像光学系统和具有此类型的成像光学系统的用于微光刻的投射曝光设备
CN102402135A (zh) * 2011-12-07 2012-04-04 北京理工大学 一种极紫外光刻投影物镜设计方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140218704A1 (en) * 2013-02-04 2014-08-07 Nikon Corporation High na (numerical aperture) rectangular field euv catoptric projection optics using tilted and decentered zernike polynomial mirror surfaces

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101226272A (zh) * 2007-01-17 2008-07-23 卡尔蔡司Smt股份有限公司 成像光学系统
CN102317867A (zh) * 2009-02-12 2012-01-11 卡尔蔡司Smt有限责任公司 成像光学系统和具有此类型的成像光学系统的用于微光刻的投射曝光设备
CN102402135A (zh) * 2011-12-07 2012-04-04 北京理工大学 一种极紫外光刻投影物镜设计方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
毛姗姗 等.高数值孔径自由曲面极紫外光刻物镜光学设计.《红外与激光工程》.2019,第48卷(第8期),第0814002-1-0814002-7页. *
组合倍率极紫外光刻物镜系统梯度膜设计方法;刘陌 等;《光学学报》;20200331;第40卷(第5期);第0522001-1-0522001-8页 *
高数值孔径自由曲面极紫外光刻物镜光学设计;毛姗姗 等;《红外与激光工程》;20190831;第48卷(第8期);第0814002-1-0814002-7页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112286010A (zh) 2021-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107810446B (zh) 将物场成像至像场中的成像光学单元，以及包括这种成像光学单元的投射曝光设备
US9013678B2 (en) Projection objective having mirror elements with reflective coatings
JP2022176242A (ja) 物体視野を像視野内に結像するための投影光学ユニット及びそのような投影光学ユニットを含む投影露光装置
CN106030415B (zh) 用于投射光刻的照明光学单元
US10481500B2 (en) Imaging optical system and projection exposure installation for microlithography with an imaging optical system of this type
JP4178862B2 (ja) Ｅｕｖフォトリソグラフィ用の反射投影レンズ
TWI451207B (zh) 成像光學系統
EP2177934B1 (en) High transmission, high aperture catadioptric projection objective and projection exposure apparatus
JP6249449B2 (ja) マイクロリソグラフィのための投影対物系
WO2003042728A2 (en) Achromatic fresnel optics for ultraviolet and x-ray radiation
US6331710B1 (en) Reflective optical systems for EUV lithography
JP2012519951A (ja) マイクロリソグラフィ用の照明光学系及び光学系
KR20040089688A (ko) 굴절투사렌즈
US9541841B2 (en) Imaging optical system and projection exposure installation for microlithography including same
JP4569157B2 (ja) 反射型投影光学系および該反射型投影光学系を備えた露光装置
CN112286010B (zh) 超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻物镜及优化方法
WO2023247170A1 (en) Imaging euv optical unit for imaging an object field into an image field
WO2023247238A1 (en) Imaging euv optical unit for imaging an object field into an image field
JP2002107630A (ja) ６枚の反射鏡を用いたマイクロリソグラフィ用の投影光学系
TWI805619B (zh) 用於將物場成像至像場的成像光學單元
JP5746259B2 (ja) 反射コーティングを備えたミラー要素を有する投影対物系
CN102621825B (zh) 包括具有反射涂层的镜元件的投射物镜
TW202414108A (zh) 用於將物場成像到像場的成像ｅｕｖ光學單元
CN117192769A (zh) 一种宽谱极紫外聚焦光路系统设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant