CN112162468B - 超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，通过同时考虑不同视场复眼元和光阑复眼元对照明通道形成的照明光斑相对于期望光斑的光斑倾斜量与中心偏移的组合优化算法高效完成不同照明模式下双排复眼的对位匹配，通过该对位匹配关系下各相邻视场复眼相对旋转角度确定各视场复眼元不碰撞的最佳视场复眼排布。本发明利用上述设计方法，实现了可与组合变倍率物镜***光瞳匹配的组合变倍率照明***，并可以高效构建不同照明模式下双排复眼的对位匹配关系，且保障各视场复眼元之间无碰撞，同时可在不同照明模式下在掩模面上实现高照明均匀性，满足极紫外光刻照明***设计需求，可用于超高数值孔径(NA>0.40)组合变倍率极紫外光刻物镜***中。

Description

超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***
技术领域
本发明属于光学设计领域，尤其涉及一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***。
背景技术
极紫外光刻技术(EUVL)是以波长为11～14nm的极紫外(EUV)射线为曝光光源的光刻技术，适用于特征尺寸为22nm及更细线宽集成电路的大批量生产。投影式光刻机的核心部件是投影曝光光学***，该***的核心组成部分包括照明***以及投影物镜***。
投影物镜***的主要功能是将掩模面上的图样缩小成像至硅片上。随着光刻技术节点的不断下移，极紫外光刻物镜从早期的NA0.10、NA0.25实验***发展到现长期在产业化光刻机中使用的NA0.33光刻物镜***。NA0.33极紫外投影光刻物镜采用六片自由曲面反射镜，微缩倍率为1/4，可满足22nm、16nm、13nm技术节点的需求。但当进入到7nm及其以下技术节点，NA0.33的极紫外投影光刻物镜已经无法满足产业需求，必须要将NA提高至0.50以上。若直接采用传统的1/4倍微缩倍率投影物镜***实现超高数值孔径(>0.40)，此时，中心视场主光线入射角会大于6°从而带来掩模面的3D阴影效应，同时掩模面处的入射光束会与出射光束发生重叠导致物镜***无法正常成像，因此传统的1/4倍微缩倍率光刻物镜***无法合理实现超高数值孔径；采用1/8倍微缩倍率的投影光刻物镜可以实现0.5～0.7的超高数值孔径，且可避免出现上述现象，但微缩倍率由1/4提高至1/8会使得扫描曝光视场面积变为原来的1/4，在掩模面和硅片尺寸不可变的情况下，对一个6英寸(133mm×102mm)掩模成像，则需要进行4次曝光视场的拼接，这会导致生产效率严重降低。
为此，近年提出了一种组合变倍率物镜技术用于实现超高NA的极紫外投影光刻物镜。组合变倍率投影光刻物镜***在扫描方向与垂直扫描方向实现不同的微缩倍率，比如扫描方向微缩倍率为1/8，垂直扫描方向微缩倍率为1/4，该方法可以很好的平衡超高数值孔径与微缩倍率(产率)之间的问题。区别于传统非组合变倍率***(即在扫描方向与垂直扫描方向微缩倍率相同)的圆形光瞳，组合变倍率物镜的光瞳由圆形变为椭圆形；且非组合变倍率物镜的入瞳位置位于物镜***内，而组合变倍率物镜***的入瞳位置位于物镜***外，照明***内。
照明***的主要功能是为掩模面提供均匀照明、与投影物镜实现光瞳匹配和实现离轴照明模式。由于掩模面照度不均会导致投影成像时各视场分辨率不一致，给曝光线宽控制带来困难，严重影响光刻性能，因此设计出符合要求的照明***是保证光刻性能、完成整个投影曝光***的关键环节。
目前，极紫外光刻照明***的主流设计结构是基于科勒照明的双排复眼照明***，该***具有匀光效果好，加工技术较成熟，便于控制，以及易于实现离轴照明等优点。双排复眼光刻照明***的核心部分由光源模块、双排复眼和中继镜组构成，其中，光源模块由LPP激光等离子体光源和椭球收集镜构成，用于产生13.5nm的光源波长；双排复眼由视场复眼和光阑复眼构成，用于实现匀光和多种离轴照明模式；中继镜组由两片二次曲面反射镜构成，用于实现科勒照明要求的“视场复眼-掩模面”“光阑复眼-照明出瞳面”的两组共轭关系，同时保证照明***与投影物镜***的光瞳匹配。面向组合变倍率极紫外光刻物镜***，与之匹配的照明***同样需要满足以上要求，即在掩模面实现高照明均匀性、与组合变倍率物镜的椭圆形入瞳匹配以及可以实现多种离轴照明模式。
专利WO 2016078818A1给出了使用双排复眼和掠入射中继镜组的照明***以及后续NA0.55组合变倍率物镜的设计结果。该专利给出的照明***仍使用双排复眼进行匀光，且光阑复眼排布轮廓为椭圆形，双排复眼后使用两片掠入射式中继镜进行光路折转；后续的组合变倍率物镜有六反、八反等多种结构。该专利仅公布了照明***的两片掠入射中继镜以及后续投影物镜的设计参数，未公布双排复眼的设计参数以及各照明模式的照明***均匀性结果。
此外，由于视场复眼由多片微反射镜构成，且各视场复眼元紧密排列在视场复眼平板上，因而当视场复眼调整角度与光阑复眼进行匹配以实现不同照明模式时，易发生相邻复眼元之间的碰撞，导致这一碰撞出现的原因即各视场复眼元之间的间距选取不合理所致。然而尚未见有关极紫外光刻照明***视场复眼间距的公开研究报道。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，能够在多种离轴照明模式下实现高照明均匀性，满足匹配组合变倍率物镜的照明***设计要求。
一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，其出射光在掩模上形成照明光斑，且出射光经由掩模入射到投影光刻物镜***，再由投影光刻物镜***将掩模的图案成像到硅片上，同时，所述照明***包括沿光路依次设置的光源模块、视场复眼、光阑复眼、第一中继镜以及第二中继镜，所述视场复眼上各视场复眼元与光阑复眼上各光阑复眼元的对位匹配方法为：
S1：在设定的照明模式下，获取参与照明的光阑复眼元的数量以及各参与照明的光阑复眼元的所在位置，其中，参与照明的光阑复眼元的数量与视场复眼中包含的视场复眼元的数量相同；
S2：分别将各视场复眼元作为当前视场复眼元执行费用获取操作，得到各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的配对成本，其中，所述费用获取操作为：
S21：将当前视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元分别组成不同的复眼对；
S22：分别获取每个复眼对的配对成本Cost：
Cost＝Angleori+ω×Lengthden
其中，Angleori与Lengthden分别为光源模块发出的主光线经过所述复眼对、第一中继镜以及第二中继镜后在掩模上形成的照明光斑与期望光斑之间的光斑倾斜量与中心偏移，ω为设定权重；
S3：根据各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的配对成本构建成本矩阵，根据成本矩阵获取各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间所有可能的配对方案对应的配对总成本，其中，在每一个可能的配对方案中，各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元一一对应；
S4：将配对总成本最小值对应的配对方案中各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的一一配对关系作为最终的对位匹配关系。
进一步地，所述视场复眼上各视场复眼元形成多行多列的复眼元阵列，且各行视场复眼元相互平行，同时，所述视场复眼上各行视场复眼元之间的间距设定方法为：
S5：基于各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间对位匹配关系，采用光学反射定律获取各视场复眼元的旋转角度；
S6：依次将各行视场复眼元作为当前行执行间距获取操作，得到当前行的视场复眼元与下一行的视场复眼元之间的期望最小间距，其中，所述间距获取操作为：
S61：在当前间距下，分别将当前行中的各视场复眼元作为当前复眼元依次执行角度旋转操作，得到当前复眼元与其相邻复眼元之间的最小间距，其中，所述相邻复眼元为下一行的视场复眼元中与当前复眼元相邻的复眼元，第一次执行角度旋转操作时，当前间距为设定的初始值，同时，所述角度旋转操作为：
以当前复眼元与其相邻复眼元相互平行作为起始状态，将当前复眼元与其相邻复眼元均旋转待转角度α，再将当前复眼元与其相邻复眼元中旋转角度较大的复眼元旋转相对旋转角度Δα，其中，待转角度α为当前复眼元与其相邻复眼元对应的旋转角度中的较小值，相对旋转角度Δα为当前复眼元与其相邻复眼元对应的旋转角度中的较大值与待转角度α之间的差值；
令旋转后的当前复眼元与其相邻复眼元处于相切状态，则两者处于相切状态时的间距为当前复眼元与其相邻复眼元之间的最小间距；
S62：将当前行中的各视场复眼元与各自对应的相邻复眼元之间的最小间距的最大值作为当前行的视场复眼元与下一行的视场复眼元之间的期望最小间距；
S7：按照各行视场复眼元之间的期望最小间距重新排布各视场复眼元，判断重新排布的视场复眼是否同时满足设定要求，若同时满足，则此时视场复眼上各行视场复眼元之间的间距为最优间距；若不同时满足，则进入步骤S8；其中，所述设定要求包括：视场复眼基板上的各视场复眼元与相邻视场复眼元不发生碰撞、视场复眼基板上的视场复眼元的数量和位置与上一次排布的数量和位置均相同；
S8：将重新排布后的视场复眼替代上一次排布的视场复眼重新执行步骤S1～S7，直到视场复眼同时满足设定要求。
进一步地，步骤S61中令旋转后的当前复眼元与其相邻复眼元处于相切状态具体为：
若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为碰撞状态，则增大当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距；若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为分离状态，则减小当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距；若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为相切状态，则当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距保持不变。
进一步地，所述照明***的性能评估与优化方法包括以下步骤：
S9：获取掩模上形成照明光斑的均匀性U：
Figure BDA0002724567470000061
其中，Imax为掩模的扫描方向上光强积分值的最大值，Imin为垂直于掩模的扫描方向上光强积分值的最小值；
S10：判断所述均匀性U是否大于设定阈值，若大于，则当前照明***为与投影光刻物镜***最匹配的最优照明***；若不大于，则进入步骤S11；
S11：根据所述投影光刻物镜***的入瞳参数，在当前照明***逆向光路中采用矩阵光学方法调节第一中继镜与第二中继镜的曲率半径以及两者之间的间距，其中，所述入瞳参数包括入瞳的大小、位置以及形状；
S12：采用二次曲面拟合方法将调节后的第一中继镜与第二中继镜分别拟合为离轴二次曲面，在离轴二次曲面形成的照明***的逆向光路中，根据照明***要求的掩模-视场复眼、照明出瞳-光阑复眼的共轭关系，更新视场复眼与光阑复眼的曲率半径以及两者之间的间距；
S13：将更新后的第一中继镜、第二中继镜、视场复眼以及光阑复眼形成的照明***作为重构照明***，按照所述对位匹配方法和所述间距设定方法重新确定重构照明***中各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的对位匹配关系、视场复眼上各行视场复眼元之间的间距，得到重构视场复眼；
S14：将重构视场复眼对应的掩模上形成的照明光斑重新执行步骤S9～S10，直到所述均匀性U大于设定阈值，得到最优照明***。
进一步地，步骤S12中采用二次曲面拟合方法将调节后的第一中继镜与第二中继镜分别拟合为离轴二次曲面具体为：
S101：通过光源模块发出的真实光线追迹，将主光线和光瞳平面的交点作为第二中继镜对应的离轴二次曲面的第一焦点F11，主光线与第二中继镜的交点作为第二中继镜对应的离轴二次曲面上的一点A1，将光瞳平面通过第二中继镜的像面作为第二中继镜对应的离轴二次曲面的第二焦点F12，根据A1和焦点F11、F12的位置将第二中继镜拟合成离轴二次曲面；
S102：通过光源模块发出的真实光线追迹，将掩模面经过第二中继镜的像面与主光线的交点作为第一中继镜对应的离轴二次曲面的第一焦点F21，主光线与第一中继镜的交点作为第一中继镜对应的离轴二次曲面上的一点A2，将掩模面经过两个中继镜的像面作为第二焦点F22，根据A2和焦点F21、F22的位置将第一中继镜拟合成离轴二次曲面。
进一步地，所述设定的照明模式为传统照明模式、环形照明模式、二极照明模式、四极照明模式、leaf照明模式以及Freeform照明模式。
有益效果：
1、本发明提供一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，构建视场复眼和光阑复眼对位匹配关系时，同时考虑不同复眼对的照明通道形成的照明光斑相对于期望光斑的光斑倾斜量与中心偏移，能够更加高效的完成双排复眼元的对位匹配问题；由此可见，本发明采用同时考虑不同复眼对照明通道照明光斑旋转和偏移的组合优化算法，可以高效的完成视场复眼和光阑复眼对位匹配关系构建，进而能够与组合变倍率投影光刻物镜实现光瞳匹配，且通过调整双排复眼的对位匹配关系能够快速实现多种离轴照明模式；同时，在不同离轴照明模式下掩模面上能够实现高照明均匀性，满足极紫外光刻照明***设计需求，可用于超高数值孔径(NA>0.40)组合变倍率极紫外光刻物镜***中。
2、本发明提供一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，为了实现不同复眼元之间期望间距的计算，提出了一种视场复眼旋转期望间距计算模型，该模型可以快速的计算出相邻视场复眼元之间的期望最小间距。
3、本发明提供一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，为解决极紫外光刻物镜的照明***相邻视场复眼存在的碰撞问题，提出了一种照明***视场复眼自动排布算法，该方法根据照明光斑的均匀性是否符合要求来不断迭代更新视场复眼的排布，最终可计算出不同照明模式下视场复眼元的最佳排布，使得在角度调整的过程中，可有效避免视场复眼元之间由于旋转带来的与相邻复眼元发生碰撞的问题，并能够提高照明均匀性，为实际加工提供指导意义。
4、本发明提供一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，根据照明物镜衔接光瞳，采用二次曲面拟合算法在逆向光路中根据中继镜组的成像特性将中继镜组拟合为离轴二次曲面，可以有效的减小中继镜组的像差，进而解决中继镜组像差过大的问题。
附图说明
图1为本发明的组合变倍率极紫外光刻曝光***结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中的视场复眼旋转期望最小间距计算示意图；
图3为本发明具体实施方式中的组合变倍率照明系二次曲面拟合示意图；
图4为本发明具体实施方式中的组合变倍率照明***光路图；
图5为本发明具体实施方式中的组合变倍率物镜***的入瞳图；
图6为本发明具体实施方式中不同照明模式下组合变倍率照明***视场复眼结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例涉及的超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***由光源模块、双排复眼(视场复眼、光阑复眼)，两片反射式中继镜(R1、R2)构成，组合变倍率投影光刻物镜***由多片反射镜构成。其结构示意图如附图1所示。
本实施例涉及的极紫外投影光刻曝光***的工作过程为：LPP光源发出的光线经椭球收集镜收集后，在中间焦点IF点汇聚后入射至双排复眼，经双排复眼整形匀光后，通过中继镜组在掩模面上形成一个与后续投影物镜***物方视场形状大小一致且具有高均匀性的照明光斑，反射式掩模经照明***照射后由后续投影光刻物镜***成像至硅片上。
针对本实施例的超高NA组合变倍率极紫外投影光刻物镜，进行了与该组合变倍率物镜***相匹配的极紫外双排复眼照明***设计。极紫外双排复眼照明***为离轴全反射式光学***，光源模块出射的光沿正向光路依次经过视场复眼、光阑复眼、中继镜组，最终达到照明***的像面即掩模面。
光刻照明***必须与物镜***通过光瞳匹配进行衔接，以保证照明光束可以完全进入后续物镜***，所以照明***出瞳与物镜***入瞳的形状、大小和位置必须保持一致，鉴于此特点，照明***的设计采用逆向设计的思想，即以照明***出瞳为起点进行设计，本发明照明***具体的设计流程为：确定需匹配的组合变倍率投影光刻物镜***的入瞳参数，由于照明出瞳与物镜入瞳匹配，则照明***的出瞳参数已知；根据已获得的光瞳参数，在逆向光路中首先完成两反中继镜组的设计，然后根据照明***“掩模面-视场复眼”“照明出瞳-光阑复眼”的共轭关系，完成光阑复眼PF和视场复眼FF的设计，完成照明***逆向光路的设计，并根据光路可逆原理，将设计完成的照明***逆向光路转换为正向光路，完成照明***正向光路的设计；之后，根据需求的照明模式，通过组合优化算法求解出该照明模式下双排复眼的对位匹配关系，并根据双排复眼倾斜角度使用自动排布算法，求解出合理的视场复眼元排布模式；最后，根据已有的正向光路、双排复眼对位匹配关系和求解出的视场复眼排布，在照明仿真软件中构建照明***仿真模型，评价照明***在掩模面的照明均匀性。
也就是说，本发明提供的一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，其出射光在掩模上形成照明光斑，且出射光经由掩模入射到投影光刻物镜***，再由投影光刻物镜***将掩模的图案成像到硅片上，同时，所述照明***包括沿光路依次设置的光源模块、视场复眼、光阑复眼、第一中继镜以及第二中继镜。具体的，所述视场复眼上各视场复眼元与光阑复眼上各光阑复眼元的对位匹配方法为：
S1：在设定的照明模式下，获取参与照明的光阑复眼元的数量以及各参与照明的光阑复眼元的所在位置，其中，参与照明的光阑复眼元的数量与视场复眼中包含的视场复眼元的数量相同。
可选的，设定的照明模式为传统照明模式、环形照明模式、二极照明模式、四极照明模式、leaf照明模式以及Freeform照明模式等。
S2：分别将各视场复眼元作为当前视场复眼元执行费用获取操作，得到各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的配对成本，其中，所述费用获取操作为：
S21：将当前视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元分别组成不同的复眼对；
S22：分别获取每个复眼对的配对成本Cost：
Cost＝Angleori+ω×Lengthden
其中，Angleori与Lengthden分别为光源模块发出的主光线经过所述复眼对、第一中继镜以及第二中继镜后在掩模上形成的照明光斑与期望光斑之间的光斑倾斜量与中心偏移，ω为设定权重。
S3：根据各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的配对成本构建成本矩阵，根据成本矩阵获取各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间所有可能的配对方案对应的配对总成本，其中，在每一个可能的配对方案中，各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元一一对应。
S4：将配对总成本最小值对应的配对方案中各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的一一配对关系作为最终的对位匹配关系。
由此可见，本发明可以根据不同的照明模式使用视场复眼和光阑复眼对位匹配关系的组合优化算法，高效的选取不同复眼元的对位。
进一步地，图2给出了视场复眼旋转期望间距的计算模型，能够快速准确的计算出相邻视场复眼元之间的期望间距；需要说明的是，图2给出了在YOZ面内上下复眼元相邻间距计算模型，对于XOZ面和XOY面内相邻复眼元间距计算模型与之类似，本实施例不作赘述。
具体的，所述视场复眼上各视场复眼元形成多行多列的复眼元阵列，且各行视场复眼元相互平行，同时，所述视场复眼上各行视场复眼元之间的间距设定方法为：
S5：基于各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间对位匹配关系，采用光学反射定律获取各视场复眼元的旋转角度。
S6：依次将各行视场复眼元作为当前行执行间距获取操作，得到当前行的视场复眼元与下一行的视场复眼元之间的期望最小间距，其中，所述间距获取操作为：
S61：在当前间距下，分别将当前行中的各视场复眼元作为当前复眼元依次执行角度旋转操作，得到当前复眼元与其相邻复眼元之间的最小间距，其中，所述相邻复眼元为下一行的视场复眼元中与当前复眼元相邻的复眼元，第一次执行角度旋转操作时，当前间距为设定的初始值，同时，所述角度旋转操作为：
以当前复眼元与其相邻复眼元相互平行作为起始状态，将当前复眼元与其相邻复眼元均旋转待转角度α，再将当前复眼元与其相邻复眼元中旋转角度较大的复眼元旋转相对旋转角度Δα，其中，待转角度α为当前复眼元与其相邻复眼元对应的旋转角度中的较小值，相对旋转角度Δα为当前复眼元与其相邻复眼元对应的旋转角度中的较大值与待转角度α之间的差值。
令旋转后的当前复眼元与其相邻复眼元处于相切状态，则两者处于相切状态时的间距为当前复眼元与其相邻复眼元之间的最小间距。
需要说明的是，令旋转后的当前复眼元与其相邻复眼元处于相切状态具体为：若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为碰撞状态，则增大当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距；若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为分离状态，则减小当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距；若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为相切状态，则当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距保持不变。
S62：将当前行中的各视场复眼元与各自对应的相邻复眼元之间的最小间距的最大值作为当前行的视场复眼元与下一行的视场复眼元之间的期望最小间距。
S7：按照各行视场复眼元之间的期望最小间距重新排布各视场复眼元，判断重新排布的视场复眼是否同时满足设定要求，若同时满足，则此时视场复眼上各行视场复眼元之间的间距为最优间距；若不同时满足，则进入步骤S8；其中，所述设定要求包括：视场复眼基板上的各视场复眼元与相邻视场复眼元不发生碰撞、视场复眼基板上的视场复眼元的数量和位置与上一次排布的数量和位置均相同。
S8：将重新排布后的视场复眼替代上一次排布的视场复眼重新执行步骤S1～S7，直到视场复眼同时满足设定要求。
进一步地，所述照明***的性能评估与优化方法包括以下步骤：
S9：获取掩模上形成照明光斑的均匀性U：
Figure BDA0002724567470000141
其中，Imax为掩模的扫描方向上光强积分值的最大值，Imin为垂直于掩模的扫描方向上光强积分值的最小值。
S10：判断所述均匀性U是否大于设定阈值，若大于，则当前照明***为与投影光刻物镜***最匹配的最优照明***；若不大于，则进入步骤S11。
S11：根据所述投影光刻物镜***的入瞳参数，在当前照明***逆向光路中采用矩阵光学方法调节第一中继镜与第二中继镜的曲率半径以及两者之间的间距，其中，所述入瞳参数包括入瞳的大小、位置以及形状。可选的，本实施例的组合变倍率光刻物镜***入瞳，其形状为椭圆形，长轴与短轴之比约为2：1。
S12：采用二次曲面拟合方法将调节后的第一中继镜与第二中继镜分别拟合为离轴二次曲面，在离轴二次曲面形成的照明***的逆向光路中，根据照明***要求的掩模-视场复眼、照明出瞳-光阑复眼的共轭关系，更新视场复眼与光阑复眼的曲率半径以及两者之间的间距。
S13：将更新后的第一中继镜、第二中继镜、视场复眼以及光阑复眼形成的照明***作为重构照明***，按照所述对位匹配方法和所述间距设定方法重新确定重构照明***中各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的对位匹配关系、视场复眼上各行视场复眼元之间的间距，得到重构视场复眼。
也就是说，根据光路可逆原理，本发明将设计完成的照明***逆向光路转换为正向光路，完成照明***正向光路的设计。
S14：将重构视场复眼对应的掩模上形成的照明光斑重新执行步骤S9～S10，直到所述均匀性U大于设定阈值，得到最优照明***。
由此可见，本发明根据已有的计算出的各个视场复眼元的期望最小间距，使用极紫外光刻照明***视场复眼的自动排布方法完成排布迭代；判定每一次排布是否同时符合设定要求，如若不符合，则按照现有的排布重新计算双排复眼元的对位模式和理想排布方式直至视场复眼排布符合要求；最后，在照明仿真软件中构建照明***仿真模型，评价照明***在掩模面的照明均匀性，如果不满足设计要求则重构中继镜组合双排复眼，否则保留当前***作为设计结果。
需要说明的是，在照明***逆向光路中，本发明根据物镜***入瞳参数进行中继镜组的设计。首先，根据获得的投影光刻物镜***入瞳参数，在照明***逆向光路中，通过矩阵光学，计算出两片共轴球面中继镜的结构参数，构建两***轴球面中继镜组初始结构；然后，消除光路遮拦得到两反离轴球面中继镜组；最后，为了进一步降低球面中继镜组像差，将离轴球面中继镜组拟合为二次曲面中继镜组，如附图3所示，步骤S12中采用二次曲面拟合方法将调节后的第一中继镜与第二中继镜分别拟合为离轴二次曲面具体为：
S101：通过光源模块发出的真实光线追迹，将主光线和光瞳平面的交点作为第二中继镜对应的离轴二次曲面的第一焦点F11，主光线与第二中继镜的交点作为第二中继镜对应的离轴二次曲面上的一点A1，将光瞳平面通过第二中继镜的像面作为第二中继镜对应的离轴二次曲面的第二焦点F12，根据A1和焦点F11、F12的位置将第二中继镜拟合成离轴二次曲面。
S102：通过光源模块发出的真实光线追迹，将掩模面经过第二中继镜的像面与主光线的交点作为第一中继镜对应的离轴二次曲面的第一焦点F21，主光线与第一中继镜的交点作为第一中继镜对应的离轴二次曲面上的一点A2，将掩模面经过两个中继镜的像面作为第二焦点F22，根据A2和焦点F21、F22的位置将第一中继镜拟合成离轴二次曲面。
由此可见，本发明为解决极紫外光刻物镜的照明***相邻视场复眼存在的碰撞问题，提出了一种极紫外光刻照明***视场复眼的自动排布方法，该方法可计算出不同照明模式下视场复眼元的最佳排布，避免各视场复眼元在角度调整的过程中与相邻复眼元发生碰撞，实现高照明均匀性，该方法包含如下步骤：
步骤一，根据给定的初始排布，使用组合优化算法计算给定照明模式中视场复眼和光阑复眼对位匹配关系；
步骤二，根据建立的视场复眼期望间距计算模型，计算各相邻视场复眼元之间期望的最小间距；
步骤三，根据各复眼元期望的最小间距，确定每一个照明模式下具有不同行间距的视场复眼元排布；
步骤四，判定视场复眼元排布是否合格，如若不合格重复步骤一～步骤三，直至视场复眼元排布符合要求，即各视场复眼元旋转之后与相邻复眼元无碰撞。
基于上述设计方案，本实施例设计完成了一套匹配NA0.60组合变倍率极紫外光刻物镜的照明***，结构如附图4所示。
对一套NA0.60组合变倍率极紫外光刻物镜***，设计了与之匹配的照明***。光刻照明***与物镜***必须通过光瞳匹配进行衔接，以保证照明光束可以完全进入后续物镜***，所以组合变倍率物镜***不同视场的入瞳必须保持一致。该组合变倍率投影光刻物镜***的入瞳图如附图5所示。
本实施实例的匹配NA0.60组合变倍率极紫外投影光刻物镜的双排复眼匀光离轴照明***为全反射式光学***，由光源、椭球收集镜、双排复眼(视场复眼、光阑复眼)以及两片反射式中继镜(R1、R2)构成，如附图4所示。具体工作过程为：LPP光源发出的光线经椭球收集镜收集，在IF点汇聚后入射至双排复眼，从光源来的宽光束入射到双排复眼后被双排复眼分割为众多细光束，每一个细光束在相应的光通道内传播。细光束在任一光通道内被视场复眼成像到相应的光阑复眼附近形成光源的中间像，即“二次光源”，此中间像被中继镜组成像于照明***出瞳面上，与此同时，视场复眼本身会被对应的光阑复眼和中继镜组成像于被照明面上，在掩模面上形成一个高均匀性的照明光斑。
匹配NA0.60组合变倍率极紫外投影光刻物镜的照明***的中继镜R1为椭球面反射镜，中继镜R2为双曲面反射镜，视场复眼元和光阑复眼元均为球面反射镜，每一个元件具体的位置坐标及倾斜角如表1所示，每一个元件的面型参数数据如表2所示。
表1 NA0.60照明***中各光学元件的位置及倾角
Figure BDA0002724567470000171
Figure BDA0002724567470000181
表2 NA0.60照明***中各光学元件面型参数
Figure BDA0002724567470000182
使用视场复眼自动排布设计方法对四种照明模式(环形照明、二极照明、四极照明、leaf照明)求解了合理的视场复眼元排布，排布如附图6所示。将计算出的各种离轴照明模式下视场复眼排布和照明***基础结构在光学设计软件中进行建模，使用蒙特卡洛光线追击进行均匀性仿真，根据仿真结果，依据均匀性计算公式评价照明***照明均匀性即可。
综上所述，本实施实例的超高NA组合变倍率极紫外光刻照明***，能够通过双排复眼实现匀光并通过调整双排复眼对位匹配关系实现多种离轴照明模式，通过中继镜组与后续投影物镜***光瞳匹配，并在掩模面形成一个与后续物镜***视场形状大小一致且具有高照明均匀性的照明光斑均匀照明掩模面，符合光刻技术需求，可应用于更高光刻技术节点。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，其出射光在掩模上形成照明光斑，且出射光经由掩模入射到投影光刻物镜***，再由投影光刻物镜***将掩模的图案成像到硅片上，同时，所述照明***包括沿光路依次设置的光源模块、视场复眼、光阑复眼、第一中继镜以及第二中继镜，其特征在于，所述视场复眼上各视场复眼元与光阑复眼上各光阑复眼元的对位匹配方法为：
S1：在设定的照明模式下，获取参与照明的光阑复眼元的数量以及各参与照明的光阑复眼元的所在位置，其中，参与照明的光阑复眼元的数量与视场复眼中包含的视场复眼元的数量相同；
S2：分别将各视场复眼元作为当前视场复眼元执行费用获取操作，得到各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的配对成本，其中，所述费用获取操作为：
S21：将当前视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元分别组成不同的复眼对；
S22：分别获取每个复眼对的配对成本Cost：
Cost＝Angleori+ω×Lengthden
其中，Angleori与Lengthden分别为光源模块发出的主光线经过所述复眼对、第一中继镜以及第二中继镜后在掩模上形成的照明光斑与期望光斑之间的光斑倾斜量与中心偏移，ω为设定权重；
S3：根据各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的配对成本构建成本矩阵，根据成本矩阵获取各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间所有可能的配对方案对应的配对总成本，其中，在每一个可能的配对方案中，各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元一一对应；
S4：将配对总成本最小值对应的配对方案中各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的一一配对关系作为最终的对位匹配关系；
所述视场复眼上各视场复眼元形成多行多列的复眼元阵列，且各行视场复眼元相互平行，同时，所述视场复眼上各行视场复眼元之间的间距设定方法为：
S5：基于各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间对位匹配关系，采用光学反射定律获取各视场复眼元的旋转角度；
S6：依次将各行视场复眼元作为当前行执行间距获取操作，得到当前行的视场复眼元与下一行的视场复眼元之间的期望最小间距，其中，所述间距获取操作为：
S61：在当前间距下，分别将当前行中的各视场复眼元作为当前复眼元依次执行角度旋转操作，得到当前复眼元与其相邻复眼元之间的最小间距，其中，所述相邻复眼元为下一行的视场复眼元中与当前复眼元相邻的复眼元，第一次执行角度旋转操作时，当前间距为设定的初始值，同时，所述角度旋转操作为：
以当前复眼元与其相邻复眼元相互平行作为起始状态，将当前复眼元与其相邻复眼元均旋转待转角度α，再将当前复眼元与其相邻复眼元中旋转角度较大的复眼元旋转相对旋转角度Δα，其中，待转角度α为当前复眼元与其相邻复眼元对应的旋转角度中的较小值，相对旋转角度Δα为当前复眼元与其相邻复眼元对应的旋转角度中的较大值与待转角度α之间的差值；
令旋转后的当前复眼元与其相邻复眼元处于相切状态，则两者处于相切状态时的间距为当前复眼元与其相邻复眼元之间的最小间距；
S62：将当前行中的各视场复眼元与各自对应的相邻复眼元之间的最小间距的最大值作为当前行的视场复眼元与下一行的视场复眼元之间的期望最小间距；
S7：按照各行视场复眼元之间的期望最小间距重新排布各视场复眼元，判断重新排布的视场复眼是否同时满足设定要求，若同时满足，则此时视场复眼上各行视场复眼元之间的间距为最优间距；若不同时满足，则进入步骤S8；其中，所述设定要求包括：视场复眼基板上的各视场复眼元与相邻视场复眼元不发生碰撞、视场复眼基板上的视场复眼元的数量和位置与上一次排布的数量和位置均相同；
S8：将重新排布后的视场复眼替代上一次排布的视场复眼重新执行步骤S1～S7，直到视场复眼同时满足设定要求。
2.如权利要求1所述的一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，其特征在于，步骤S61中令旋转后的当前复眼元与其相邻复眼元处于相切状态具体为：
若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为碰撞状态，则增大当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距；若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为分离状态，则减小当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距；若当前复眼元与其相邻复眼元之间的位置关系为相切状态，则当前复眼元与其相邻复眼元之间的间距保持不变。
3.如权利要求1所述的一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，其特征在于，所述照明***的性能评估与优化方法包括以下步骤：
S9：获取掩模上形成照明光斑的均匀性U：
Figure FDA0003078774520000031
其中，Imax为掩模的扫描方向上光强积分值的最大值，Imin为垂直于掩模的扫描方向上光强积分值的最小值；
S10：判断所述均匀性U是否大于设定阈值，若大于，则当前照明***为与投影光刻物镜***最匹配的最优照明***；若不大于，则进入步骤S11；
S11：根据所述投影光刻物镜***的入瞳参数，在当前照明***逆向光路中采用矩阵光学方法调节第一中继镜与第二中继镜的曲率半径以及两者之间的间距，其中，所述入瞳参数包括入瞳的大小、位置以及形状；
S12：采用二次曲面拟合方法将调节后的第一中继镜与第二中继镜分别拟合为离轴二次曲面，在离轴二次曲面形成的照明***的逆向光路中，根据照明***要求的掩模-视场复眼、照明出瞳-光阑复眼的共轭关系，更新视场复眼与光阑复眼的曲率半径以及两者之间的间距；
S13：将更新后的第一中继镜、第二中继镜、视场复眼以及光阑复眼形成的照明***作为重构照明***，按照所述对位匹配方法和所述间距设定方法重新确定重构照明***中各视场复眼元与各参与照明的光阑复眼元之间的对位匹配关系、视场复眼上各行视场复眼元之间的间距，得到重构视场复眼；
S14：将重构视场复眼对应的掩模上形成的照明光斑重新执行步骤S9～S10，直到所述均匀性U大于设定阈值，得到最优照明***。
4.如权利要求3所述的一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，其特征在于，步骤S12中采用二次曲面拟合方法将调节后的第一中继镜与第二中继镜分别拟合为离轴二次曲面具体为：
S101：通过光源模块发出的真实光线追迹，将主光线和光瞳平面的交点作为第二中继镜对应的离轴二次曲面的第一焦点F11，主光线与第二中继镜的交点作为第二中继镜对应的离轴二次曲面上的一点A1，将光瞳平面通过第二中继镜的像面作为第二中继镜对应的离轴二次曲面的第二焦点F12，根据A1和焦点F11、F12的位置将第二中继镜拟合成离轴二次曲面；
S102：通过光源模块发出的真实光线追迹，将掩模面经过第二中继镜的像面与主光线的交点作为第一中继镜对应的离轴二次曲面的第一焦点F21，主光线与第一中继镜的交点作为第一中继镜对应的离轴二次曲面上的一点A2，将掩模面经过两个中继镜的像面作为第二焦点F22，根据A2和焦点F21、F22的位置将第一中继镜拟合成离轴二次曲面。
5.如权利要求1所述的一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明***，其特征在于，所述设定的照明模式为传统照明模式、环形照明模式、二极照明模式、四极照明模式、leaf照明模式以及Freeform照明模式。
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