光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及深紫外光刻投影物鏡像質(zhì)評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光刻投影物鏡 熱效應(yīng)評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了適應(yīng)大規(guī)模集成電路的發(fā)展需求，需要不斷提高光刻投影物鏡的分辨力和生 產(chǎn)效率。對(duì)于目前商業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛且曝光波長(zhǎng)為193nm的光刻機(jī)，主要是通過 離軸照明技術(shù)和增加曝光能量等方式提高光刻投影物鏡分辨率和生產(chǎn)效率。但是上述兩種 方式會(huì)導(dǎo)致光刻投影物鏡的熱效應(yīng)更加明顯，極大的影響光刻機(jī)的曝光質(zhì)量，然而這與光 刻機(jī)高分辨率所需的高成像質(zhì)量相互矛盾。因此如何解決光刻投影物鏡曝光過程中的熱效 應(yīng)成為目前光刻投影物鏡發(fā)展的重要問題。
[0003] 光刻投影物鏡像熱效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因是透鏡材料對(duì)曝光能量的吸收，導(dǎo)致光刻 投影物鏡產(chǎn)生不均勻的溫度分布和溫升。光刻投影物鏡中透鏡溫度升高主要引起兩方面的 變化：一方面是溫度的改變引起物鏡熱變形及熱應(yīng)力；另一方面是透鏡材料的折射率隨著 溫度的變化而變化。上述兩個(gè)方面的變化在不同程度上都會(huì)引入像質(zhì)的劣化。研究表明， 溫度引入的透鏡材料折射率變化是物鏡像質(zhì)劣化最重要的因素。
[0004] 光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估主要分為兩個(gè)階段：第一階段為以光刻投影物鏡的具體 曝光工況為輸入條件，對(duì)光刻投影物鏡進(jìn)行熱分析，獲取準(zhǔn)確的溫度分布；第二階段為以光 刻投影物鏡溫度變化為輸入條件，獲得光刻投影物鏡的像質(zhì)變化，如波像差、畸變等?？梢?， 光刻投影物鏡熱效應(yīng)分析的準(zhǔn)確性主要取決于兩個(gè)方面，一方面為是否能夠依照光刻投影 物鏡的具體曝光工況獲取準(zhǔn)確的物鏡溫度分布，另一方面為是否能夠根據(jù)光刻投影物鏡的 具體曝光工況溫度的變化準(zhǔn)確的獲得光刻投影物鏡像質(zhì)的變化。
[0005] 現(xiàn)有的光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估方法中，一般通過光機(jī)轉(zhuǎn)換軟件，將由單片透鏡 溫度改變引入的透鏡折射率變化轉(zhuǎn)換為光學(xué)分析軟件的接口數(shù)據(jù)，再通過光學(xué)分析軟件進(jìn) 行光刻投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)變化的評(píng)估。對(duì)于普通的光機(jī)轉(zhuǎn)換軟件和光機(jī)分析軟件，為 了考慮通用性，在計(jì)算由溫度引起透鏡折射率改變而導(dǎo)致的光程差過程中，采用近似手段， 并非實(shí)際的光線傳播路徑，所以存在一定的誤差，光刻投影物鏡像質(zhì)評(píng)價(jià)不精確；同時(shí)，上 述光刻投影物鏡熱效應(yīng)分析過程中涉及到光機(jī)轉(zhuǎn)換軟件和光學(xué)分析軟件，因此整個(gè)分析過 程較為麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估方法存在的物鏡熱效應(yīng)評(píng)價(jià)不精確、分析 過程繁瑣的問題，本發(fā)明提供一種光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估方法，主要解決在已知物鏡溫 度分布的情況下，如何將由透鏡溫度改變引入的透鏡折射率變化轉(zhuǎn)換為光刻投影物鏡像質(zhì) 評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)波像差。
[0007] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 本發(fā)明的光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟一、光刻投影物鏡溫度分布的計(jì)算
[0010] 根據(jù)光刻投影物鏡的曝光工況、熱仿真邊界條件以及光刻投影物鏡材料屬性，采 用有限元方法或有限體積法進(jìn)行熱仿真，輸出光刻投影物鏡中每片透鏡上的各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn) 的空間坐標(biāo)以及各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的溫度值；
[0011] 步驟二、光刻投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光線追跡
[0012] 根據(jù)光刻投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)，對(duì)各個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)進(jìn)行光線追跡；獲取每條追跡 光線在每片透鏡入射表面和出射表面的空間坐標(biāo)以及在出射光瞳上的空間坐標(biāo)，同時(shí)計(jì)算 出每條追跡光線與理想波面之間的光程差，得到原始光學(xué)系統(tǒng)每條追跡光線的光程差；
[0013] 步驟三、透鏡折射率變化引入光程差的計(jì)算
[0014] 根據(jù)步驟二獲得的每條追跡光線的實(shí)際傳播路徑，結(jié)合步驟一獲得的光刻投影物 鏡中每片透鏡的溫度分布，采用數(shù)值積分方法計(jì)算得到每條追跡光線由透鏡折射率變化引 入的光程差；
[0015] 步驟四、光刻投影物鏡熱效應(yīng)像質(zhì)評(píng)估
[0016] 將步驟三獲得的每條追跡光線由透鏡折射率變化引入的光程差疊加到步驟二獲 得的原始光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的追跡光線的光程差中，計(jì)算光刻投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)的波像差和 畸變，獲得光刻投影物鏡熱效應(yīng)下的像質(zhì)變化。
[0017] 進(jìn)一步的，步驟一中，采用熱分析軟件對(duì)光刻投影物鏡的溫度分布進(jìn)行計(jì)算，所述 熱分析軟件為 NX/Thermal Flow、Ansys 或 Nastran0
[0018] 進(jìn)一步的，步驟二中，每個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)的追跡光線都能均勻充滿入射光瞳，追跡光線的 條數(shù)滿足在出射光瞳對(duì)波像差進(jìn)行Zernike擬合時(shí)的采樣點(diǎn)需求。
[0019] 進(jìn)一步的，步驟三中，每條追跡光線由透鏡折射率變化引入的光程差通過式（1) 和式（2)計(jì)算得到：
[0022] 式中：△ &為積分路徑離散化后第i個(gè)離散點(diǎn)折射率的變化量，N-I為積分路徑上 離散點(diǎn)的數(shù)量，A I1為第i個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的積分路徑長(zhǎng)度，A T1為數(shù)值積分點(diǎn)的溫度與光 刻投影物鏡工作溫度的溫差，dn/dT為透鏡材料折射率隨溫度變化的系數(shù)。
[0023] 進(jìn)一步的，步驟三中，所述數(shù)值積分點(diǎn)的溫度通過其周圍網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的溫度插值計(jì) 算得到，所述數(shù)值積分點(diǎn)分布于透鏡內(nèi)部。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 1、本發(fā)明基于真實(shí)光線追跡對(duì)由透鏡折射率改變引入的光程差進(jìn)行計(jì)算，以真實(shí) 光線路徑進(jìn)行透鏡折射率變化引入的光程差計(jì)算，進(jìn)一步提高了光刻投影物鏡熱效應(yīng)像質(zhì) 評(píng)估的精度，尤其對(duì)于光刻投影物鏡此類極小像差系統(tǒng)，顯得尤為重要。
[0026] 2、本發(fā)明不必借助于光機(jī)轉(zhuǎn)換軟件和光機(jī)分析軟件，極大的簡(jiǎn)化了光刻投影物鏡 熱效應(yīng)評(píng)估的過程，省去了較為繁瑣的操作，分析過程簡(jiǎn)單、方便、精確。
[0027] 3、本發(fā)明能夠更加準(zhǔn)確的進(jìn)行光刻投影物鏡熱效應(yīng)的評(píng)估，以便能夠在光刻投影 物鏡的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行物鏡熱效應(yīng)的預(yù)估，或者在光刻機(jī)的工作階段準(zhǔn)確的提供所需要的前 饋參數(shù)。本發(fā)明在提高光刻投影物鏡熱效應(yīng)的評(píng)估精度的同時(shí)，還能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化物鏡熱 效應(yīng)評(píng)估的流程。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明的一種光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估方法的流程示意圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明中通過數(shù)值積分方法計(jì)算由透鏡折射率變化引入光程差的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031] 如圖1所示，本發(fā)明的一種光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估方法，該方法主要通過以下 步驟實(shí)現(xiàn)：
[0032] 步驟一、光刻投影物鏡的熱分析即光刻投影物鏡中每片透鏡的溫度分布計(jì)算
[0033] 由于光刻投影物鏡結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，光刻投影物鏡溫度場(chǎng)的計(jì)算可以在熱分析軟件 中進(jìn)行，如NX/Thermal Flow、Ansys、Nastran等，一般采用有限元方法或者采用有限體積 法。
[0034] 光刻投影物鏡溫度場(chǎng)計(jì)算的準(zhǔn)確度主要取決于以下幾個(gè)方面：光刻投影物鏡熱載 荷、光刻投影物鏡材料屬性、光刻投影物鏡熱仿真邊界條件的設(shè)置，其中光刻投影物鏡熱載 荷又與光刻投影物鏡曝光工況有關(guān)，具體取決于曝光劑量和照明模式掩模圖案，同時(shí)光刻 投影物鏡材料屬性的不準(zhǔn)確也會(huì)導(dǎo)致光刻投影物鏡熱載荷不準(zhǔn)確，例如光刻投影物鏡中各 透鏡材料的吸收率、膜層材料的消光系數(shù)等。
[0035] 為了滿足光刻投影物鏡熱效應(yīng)評(píng)估的需求，根據(jù)光刻投影物鏡的曝光工況、熱仿 真邊界條件以及光刻投影物鏡材料屬性，采用有限元方法或者有限體積法進(jìn)行光刻投影物 鏡的熱分析。首先將光刻投影物鏡劃分為有限數(shù)量的網(wǎng)格，如圖2所示，通過熱分析軟件輸 出每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)及相應(yīng)的每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的溫度值。這