一種實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，具體步驟為：步驟一、在光刻照明系統(tǒng)的柱面擴束鏡與微透鏡陣列之間設(shè)置m個光學(xué)相位延時元件；步驟二、根據(jù)所需的光刻照明系統(tǒng)偏振態(tài)的要求，不斷優(yōu)化光學(xué)相位延時元件之間的相對位置，直至光刻照明系統(tǒng)的光瞳偏振態(tài)滿足要求為止。本發(fā)明通過優(yōu)化光學(xué)相位延時元件的相對位置，可以精確實現(xiàn)所需要的任意光瞳偏振態(tài)分布，并減少光瞳能量損失，降低光源誤差。
【專利說明】一種實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，屬于高分辨光刻【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻技術(shù)是一種制造半導(dǎo)體器件技術(shù)，利用光學(xué)的方法將掩模板上的電路圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。光刻技術(shù)采用紫外(UV)、深紫外(DUV)光源等。多種半導(dǎo)體器件可以采用光刻技術(shù)制造，如二極管、晶體管和超大規(guī)模集成電路。一個典型的光刻曝光系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、掩模、投影物鏡和硅片。
[0003]在高NA浸沒曝光光刻系統(tǒng)中，不同方向的偏振光將產(chǎn)生不同的圖像對比度，即偏振方向與掩模線條平行時成像對比度高，反之成像對比度嚴重下降，同時掩模、光刻膠也存在偏振效應(yīng)。所以，高NA浸沒曝光光學(xué)系統(tǒng)必須采用偏振光照明技術(shù)，偏振光照明技術(shù)成為高NA浸沒曝光光學(xué)系統(tǒng)中的一個重要特征。
[0004]光刻照明系統(tǒng)的主要作用是均勻照明掩模面，并實現(xiàn)各種與光刻物鏡光瞳匹配的各種照明光源和偏振照明。隨著光源-掩模聯(lián)合優(yōu)化技術(shù)(Source MaskOptimization, SM0)的發(fā)展，照明光瞳任意光強分布照明技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用。微反射鏡陣列被使用來實現(xiàn)包括任意光強分布的各種照明光源。每個微反射鏡可以繞著兩個垂直方向的軸傾斜。聚光鏡置于微反射鏡陣列和光瞳平面之間，它將由微反射鏡產(chǎn)生的反射角轉(zhuǎn)換為在光瞳平面內(nèi)光斑的投射位置，進而實現(xiàn)任意光強的照明光瞳而不需要切換其他光學(xué)器件。
[0005]與此同時，為了進一步提高掩模圖形的保真度，將光束在光瞳平面內(nèi)的偏振態(tài)分布也作為優(yōu)化自由度，如圖2所示，以環(huán)形照明為例，常見的偏振照明包括X、Y、TE和TM照明，如圖3所示為TE偏振照明。這樣在光瞳平面范圍內(nèi)不僅光強分布是任意的，偏振態(tài)的分布也是任意的，這對于照明系統(tǒng)的設(shè)計是一個全新的挑戰(zhàn)。
[0006]當(dāng)前，主要通過設(shè)計波片組合來控制入射微反射鏡陣列偏振態(tài)(即將波片依次沿一個方向平行進出光路來實現(xiàn))。采用這種方法的直接結(jié)果是當(dāng)所需某種偏振態(tài)的光斑的數(shù)量不是微反射鏡陣列排數(shù)的整數(shù)倍時，定會有一些微反射鏡接收到錯誤偏振態(tài)的入射光束。需要將這些光束投射到光闌以外的位置，一方面造成了能量損失，另一方面由于參加投射光斑的減少，會增大設(shè)計光源的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提出一種實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法通過在現(xiàn)有照明系統(tǒng)中設(shè)置光學(xué)相位延時元件，通過調(diào)整光學(xué)相位延時元件的位置，使得光刻照明系統(tǒng)的光瞳偏振態(tài)滿足所需分布的要求。
[0008]實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，具體步驟為:[0010]步驟一、在光刻照明系統(tǒng)的柱面擴束鏡與微透鏡陣列之間設(shè)置m個光學(xué)相位延時元件；
[0011]步驟二、根據(jù)所需的光刻照明系統(tǒng)偏振態(tài)的要求，不斷優(yōu)化光學(xué)相位延時元件之間的相對位置，直至光刻照明系統(tǒng)的光瞳偏振態(tài)滿足要求為止。
[0012]進一步地，本發(fā)明所述步驟二中基于模擬退火算法對光學(xué)相位延時元件之間相對位置進行優(yōu)化。
[0013]進一步地，本發(fā)明基于模擬退火算法進行優(yōu)化的具體過程為:
[0014]步驟101,獲取m個光學(xué)相位延時元件中心點的初始坐標(biāo)(X1J1), (x2，y2)，……，(xm，ym);所需的光刻照明系統(tǒng)的偏振態(tài)為η種，且η種偏振態(tài)的光斑數(shù)量分別為A1,A2,……，An ;設(shè)定模擬退火算法的初始溫度T = 1°C，設(shè)定初始內(nèi)循環(huán)次數(shù)和外循環(huán)次數(shù)為O ；
[0015]步驟102，計算當(dāng)前投射到微反射鏡陣列的η種偏振態(tài)光斑的數(shù)量A/，A2’，……，An’ ；定義誤差函數(shù)e為:
[0016]e = !Aj1-A1Haj2-A2I+,......+|A，n-An|
[0017]步驟103，計算本次迭代和上次迭代誤差函數(shù)的變化量Ae,若Ae< 0，則進入步驟105 ;若Λ e > 0，則進入步驟104 ；

—Δβ
[0018]步驟104，計算P = exp(]_)，若P大于(0，1)之間的一個隨機數(shù)，則進入步
驟105，否則將光學(xué)相位延時元件中心點的坐標(biāo)替換為上次迭代的中心點坐標(biāo)并進入步驟105 ；
[0019]步驟105，令內(nèi)循環(huán)次數(shù)加一，判斷內(nèi)循環(huán)的次數(shù)是否達到上限Nin，若是則進入步驟106，否則更新m個光學(xué)相位延時元件中心點坐標(biāo)后返回步驟102 ；
[0020]步驟106，令外循環(huán)次數(shù)加一，判斷外循環(huán)的次數(shù)是否達到上限Ν_，若否則令退火溫度T下降為TXa后返回步驟102，其中α是一個線性因子，其取值范圍是(0，1)，若是則將當(dāng)前光學(xué)相位延時元件的位置記為最優(yōu)位置，結(jié)束該方法。
[0021]進一步地，本發(fā)明所述η為4，4種偏振態(tài)分別為X方向、Y方向、+45°方向，_45°方向。
[0022]進一步地，本發(fā)明所述η為8，8種偏振態(tài)分別為Y方向，+22.5°方向，+45°方向，+67.5° 方向，X 方向，-67.5°，-45° 方向，-22.5° 方向。
[0023]進一步地，本發(fā)明所述光學(xué)相位延時元件為二分之一波片或旋光晶體。
[0024]進一步地，本發(fā)明在執(zhí)行所述步驟二之前，還包括優(yōu)化被微反射鏡陣列投射到光瞳面上所有光斑的位置，使光瞳上實現(xiàn)任意光強分布。
[0025]有益效果
[0026]首先，本發(fā)明通過優(yōu)化光學(xué)相位延時元件的相對位置，可以精確實現(xiàn)所需要的任意光瞳偏振態(tài)分布，并減少光瞳能量損失，降低光源誤差。
[0027]其次，本發(fā)明可以根據(jù)需要的偏振態(tài)的種類，設(shè)置不同數(shù)量的光學(xué)相位延時元件，并通過對其位置優(yōu)化實現(xiàn)，因此本發(fā)明設(shè)計方法具有更廣的實用性。
[0028]再次，本發(fā)明在優(yōu)化光學(xué)相位延時元件之前，可以對被微反射鏡陣列投射到光瞳面上所有光斑的位置進行優(yōu)化，使得本發(fā)明設(shè)計方法可以實現(xiàn)光刻照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)和光強的任意分布。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1光刻照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖；
[0030]圖2環(huán)形照明下的X，Y, TE和TM偏振照明；
[0031 ] 圖3Freeform照明下的TE偏振照明；
[0032]圖4Freeform照明下的任意偏振照明；
[0033]圖5光束偏振態(tài)改變原理；
[0034]圖6 二分之一波片位置優(yōu)化結(jié)果舉例；
[0035]圖7為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的設(shè)計方法作進一步的詳細介紹。
[0037]坐標(biāo)系的預(yù)定義:以激光光束前進的方向為Z軸，并依據(jù)左手坐標(biāo)原則建立坐標(biāo)系(X，Y, Z)。
[0038]原理說明:當(dāng)光學(xué)相位延時元件位于光路中后，會改變?nèi)肷涔馐钠駪B(tài)。因此本發(fā)明根據(jù)目標(biāo)光源偏振態(tài)分布要求，通過調(diào)整光學(xué)相位延時元件之間的相對位置，使得入射至微反射鏡陣列光束的偏振態(tài)滿足用戶需求，同時利用微反射鏡陣列將具有不同偏振態(tài)的光束投射到光瞳的相應(yīng)位置。
[0039]如圖7所示，本發(fā)明具體的實現(xiàn)過程為:
[0040]步驟一、在光刻照明系統(tǒng)的柱面擴束鏡與微透鏡陣列之間設(shè)置m個光學(xué)相位延時元件；
[0041]光學(xué)相位延時元件個數(shù)m是根據(jù)需要偏振態(tài)種類的總數(shù)確定，例如需要獲得四種偏振態(tài)時，此時需要的光學(xué)相位延時元件的個數(shù)為3 ;通常情況下，需要的偏振態(tài)種類越多，所需設(shè)置的光學(xué)相位延時元件的個數(shù)也越多。
[0042]步驟二、根據(jù)所需的光刻照明系統(tǒng)偏振態(tài)的要求，不斷優(yōu)化光學(xué)相位延時元件之間的相對位置，直至光刻照明系統(tǒng)的光瞳偏振態(tài)滿足要求為止。
[0043]本發(fā)明僅通過不斷調(diào)整光學(xué)相位延時元件的相對位置即可達到偏振態(tài)任意分布的要求，其實現(xiàn)簡單，且能減少光瞳能量損失，降低光源誤差。
[0044]本發(fā)明較佳地基于模擬退火算法對光學(xué)相位延時元件之間相對位置進行優(yōu)化，具體過程為:
[0045]步驟101,獲取m個光學(xué)相位延時元件中心點的初始坐標(biāo)分別為(X1, Y1)、(x2,12) >……、(Xm，ym)，所需的光刻照明系統(tǒng)的偏振態(tài)為η種，且η種偏振態(tài)光斑需要的數(shù)量分別為A1, A2,……，An，設(shè)定模擬退火算法的初始溫度T = I °C，設(shè)定初始內(nèi)循環(huán)次數(shù)和外循環(huán)次數(shù)為O ;
[0046]步驟102，計算此時投射到微反射鏡陣列的η種偏振態(tài)光斑的數(shù)量A/，A2’，……，An’ ；定義誤差函數(shù)e為:
[0047]e = IAj1-A1HAj2-AJ+......+|A，n_An|
[0048]本發(fā)明將誤差函數(shù)定義為當(dāng)前光學(xué)相位延時元件出射光的偏振態(tài)數(shù)與所需偏振態(tài)數(shù)之差，在迭代優(yōu)化的過程中，當(dāng)誤差函數(shù)變化量越來越小時，則說明優(yōu)化后的出射光的偏振態(tài)越接近于所需的偏振狀態(tài)。
[0049]步驟103，計算本次循環(huán)迭代和上次循環(huán)迭代誤差函數(shù)的變化量Ae，若Ae <0，則說明m個光學(xué)相位延時元件的新位置是可以接受的，此時進入步驟105 ;若Ae>0，則需要作進一步的判斷，此時進入步驟104 ；
[0050]步驟104,計算
【權(quán)利要求】
1.一種實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，其特征在于，具體步驟為: 步驟一、在光刻照明系統(tǒng)的柱面擴束鏡與微透鏡陣列之間設(shè)置m個光學(xué)相位延時元件； 步驟二、根據(jù)所需的光刻照明系統(tǒng)偏振態(tài)的要求，不斷優(yōu)化光學(xué)相位延時元件之間的相對位置，直至光刻照明系統(tǒng)的光瞳偏振態(tài)滿足要求為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟二基于模擬退火算法對光學(xué)相位延時元件之間相對位置進行優(yōu)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，其特征在于，所述基于模擬退火算法對光學(xué)相位延時元件之間相對位置進行優(yōu)化的具體過程為: 步驟101,獲取m個光學(xué)相位延時元件中心點的初始坐標(biāo)(X1, Y1)，(x2, y2)，......，(xm，ym);所需的光刻照明系統(tǒng)的偏振態(tài)為η種，且η種偏振態(tài)的光斑數(shù)量分別為A1,A2,……，An ;設(shè)定模擬退火算法的初始溫度T = 1°C，設(shè)定初始內(nèi)循環(huán)次數(shù)和外循環(huán)次數(shù)為O ； 步驟102，計算當(dāng)前投射到微反射鏡陣列的η種偏振態(tài)光斑的數(shù)量A/，A2’，……，An’；定義誤差函數(shù)e為:
e = |a’ !-A1 ! + Iaj 2-A21 +......+|a，n-An| 步驟103，計算本次迭代和上次迭代誤差函數(shù)的變化量Ae，若Ae < 0，則進入步驟105 ;若Ae > 0，則進入步驟104 ；

-Ap 步驟104，計算P - exp(r)，若P大于(0，1)之間的一個隨機數(shù)，則進入步驟105，否則將光學(xué)相位延時元件中心點的坐標(biāo)替換為上次迭代的中心點坐標(biāo)并進入步驟105 ；步驟105，令內(nèi)循環(huán)次數(shù)加一，判斷內(nèi)循環(huán)的次數(shù)是否達到上限Nin，若是則進入步驟106,否則更新m個光學(xué)相位延時元件中心點坐標(biāo)后返回步驟102 ； 步驟106，令外循環(huán)次數(shù)加一，判斷外循環(huán)的次數(shù)是否達到上限Nrat，若否則令退火溫度T下降為TX α后返回步驟102，其中α是一個線性因子，其取值范圍是(0，1)，若是則將當(dāng)前光學(xué)相位延時元件的位置記為最優(yōu)位置，結(jié)束該方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，其特征在于，所述η為4,4種偏振態(tài)分別為X方向、Y方向、+45°方向，_45°方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，其特征在于，所述η為8,8種偏振態(tài)分別為Y方向，+22.5°方向，+45°方向，+67.5°方向，X方向，-67.5。，-45° 方向，-22.5。方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，其特征在于，所述光學(xué)相位延時兀件為二分之一波片或旋光晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述實現(xiàn)光瞳偏振態(tài)任意分布的光刻照明系統(tǒng)設(shè)計方法，在執(zhí)行所述步驟二之前，還包 括優(yōu)化被微反射鏡陣列投射到光瞳面上所有光斑的位置，使光瞳上實現(xiàn)任意光強分布。
【文檔編號】G03F7/20GK103926806SQ201410187396
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】李艷秋, 魏立冬 申請人:北京理工大學(xué)