搜索中间镜组G2,最终 选择一合理G2镜组与G1和G3镜组进行衔接获得整个物镜结构。然后仅将各反射镜曲率设为 变量，将原1/8倍系统改进为1/4倍共轴旋转对称系统。再将两系统中对应反射镜曲率进行 组合，进而获得组合放大倍率、变形非球面物镜系统的初始结构。为保证系统分辨率，系统 出瞳必须保证圆形，而由于系统具有组合放大倍率，入瞳不再是圆形，而是长短轴比为2:1 的椭圆形，如图4所示。因此与物镜系统匹配的照明系统也要做相应的改进来匹配物镜椭圆 形入瞳。
[0037] 在该共轴6镜系统之上设计了非对称放大倍率的极紫外光刻投影物镜系统，如图5 所示，包括，物面，像面，Ml~M6反射镜和一个圆形带中心遮拦的光阑。以物方视场中心为原 点建立全局坐标系。
[0038] 物镜系统在掩模和硅片上的曝光视场如图6所示。掩模和硅片(物面和像面)均为 平面，且相互平行。掩模尺寸为l〇2X132mm 2,被照明的物方视场为102X2mm2,沿固定方向对 掩模进行扫描成像。娃片尺寸为26 X 33mm2，扫描曝视场为娃片面积的一半，为26 X 16.5mm2， 因此仅需要拼接一次曝光视场。
[0039] 6片反射镜均采用自由曲面。如图7所示，为一个典型自由曲面在局部轴YZ平面截 面图。每个自由曲面都有一个基准的旋转对称二次曲面，在此基础上加入了若干多项式来 控制自由曲面对二次曲面的偏离量。基准二次曲面的顶点即为局部坐标的原点，其旋转对 称轴即为光轴，也就是局部坐标系的z轴。
[0040] 物镜系统中各自由曲面均采用xy多项式表示，以各反射镜的局部光轴为Z轴，则自 由曲面方程可表示为：
[0041]
[0042]
[0043] 其中，r2 = X2+Y2，c为自由曲面顶点曲率，k为非球面系数，C j为多项式XmYn的系数。 为了降低面形复杂度、提高优化效率，本发明中各自由曲面表达式只取X偶次项，这样系统 仍关于子午面对称。表1给出了 6面自由曲面反射镜的面形参数。
[0044] 表1各自由曲面反射镜的面形参数
[0045]
[1
[0047]为了降低系统的复杂度和装调难度，各反射镜仅在子午面内存在偏心和旋转，表2 给出了各反射镜以及物、像面的位置和偏心量和旋转角度。符合定义如下：间隔：从左到右 则间隔值为正，反之为负；偏心：沿全局Y轴向上偏移为正，反之为负；旋转角：绕局部X轴逆 时针旋转为正，顺时针旋转为负 [0048]表2各元件相对位置及旋转角
[0049]
[
[0051]为了减小M5反射镜上的入射角，采用中心遮拦设计方式。如图8所示，需要在反射 镜M5和M6中心处挖适当大小的孔洞来保证光线顺利通过成像于像面。而由于挖洞，部分光 线没能经M5和M6反射成像，因此必须遮挡这部分光线以避免其干扰正常成像。如图9所示为 带有遮光板的系统光阑，以此来实现遮光的目的。
[0052]本发明极紫外投影光刻物镜的工作过程：
[0053]照明系统发出的光线经掩模反射后入射到第一反射镜Ml上，经过第一反射镜Ml反 射后入射至第二反射镜M2，再经过第三反射镜M3和第四反射镜M4成中间像于第六反射镜M6 中心附近。各视场主光线垂直于像面出射(像方远心），最终成像于像面即硅片面上。依据具 体实施方式实施后，极紫外光刻物镜各性能参数如表3所示：
[0054]表3极紫外光刻物镜各项基本性能参数
[0055]
[0056]
[0057] 系统总长(物面到像面的距离)为1476.46mm，属于光刻物镜系统的合理长度。像方 远心度小于lmrad，保证了像面有微小轴向移动的情况下物镜的放大倍率不变。在物方中心 视场主光线角度为5.68°的情况下，数值孔径达到了 0.5，结合分辨率增强技术可实现8-10nm技术节点。如图2所示，非对称缩小比可实现对半个硅片面积进行扫描曝光，提高了生 产效率。
[0058] 对本实施例的离组合放大倍率极紫外光刻物镜采用以下两方面评价指标进行评 价：
[0059] 1均方根波像差
[0060] 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10为均方根波像差在 全视场内的二维分布图。全视场波像差RMS小于lnm，全视场平均波像差RMS值为0 · 67nm〇
[0061] 2、畸变
[0062] 畸变是影响系统光刻性能的重要因素，而对于非旋转对称系统，需要在全视场内 均匀取点来控制畸变。如附图11所示畸变在全视场内的二维分布图，物面上的所有视场点 的畸变均小于2 · 8nm。
[0063] 本发明中的极紫外投影光刻物镜像质优良，具有继续增大数值孔径的潜力。
[0064] 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。
【主权项】
1. 一种组合放大倍率的成像物镜系统设计方法，其特征在于，具体过程为： 步骤一，设计共轴、放大倍率为Μ的全球面成像物镜系统A; 步骤二，以系统A中各反射镜曲率为优化变量，将所述系统A优化为放大倍率为N的系统 B； 步骤三，将系统A中各反射镜转化为变形非球面面形，且各变形非球面的纵向曲率保持 不变，横向曲率为系统B中相应反射镜的曲率，从而获得纵向放大倍率为Μ、横向放大倍率为 Ν的组合倍率成像系统C。2. 根据权利要求1所述组合放大倍率的成像物镜系统设计方法，其特征在于，还包括步 骤四，针对成像系统C中的各反射镜，加入低阶非球面项进行优化，直至满足成像性能要求 为止。3. 根据权利要求1所述组合放大倍率的成像物镜系统设计方法，其特征在于，还包括步 骤四，针对成像系统C中的各反射镜，加入低阶非球面项进行优化，当加入低阶非球面项进 行优化无法满足成像要求时，则增加非球面优化阶数进行进一步优化，直至满足成像性能 要求为止。4. 根据权利要求1所述组合放大倍率的成像物镜系统设计方法，其特征在于，还包括步 骤四，针对成像系统C中的各反射镜，加入低阶非球面项进行优化，当加入低阶非球面项进 行优化无法满足成像要求时，则增加非球面优化阶数进行进一步优化，若仍无法满足成像 要求，则将高阶变形非球面拟合成自由曲面进行优化，直至成像性能满足要求为止。
【专利摘要】本发明提供一种组合放大倍率的成像物镜系统设计方法，具体过程为：步骤一，设计共轴、放大倍率为M的全球面成像物镜系统A；步骤二，以系统A中各反射镜曲率为优化变量，将所述系统A优化为放大倍率为N的系统B；步骤三，将系统A中各反射镜转化为变形非球面面形，且各变形非球面的纵向曲率保持不变，横向曲率为系统B中相应反射镜的曲率，从而获得纵向放大倍率为M、横向放大倍率为N的组合倍率成像系统C。利用该方法设计的成像物镜系统可在不同方向上实现不同的放大倍率。
【IPC分类】G02B27/00, G02B21/04, G02B17/06, G03F7/20
【公开号】CN105652439
【申请号】
【发明人】李艳秋, 刘岩, 曹振
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月25日