摘要：在超大規(guī)模集成電路中，為了實現(xiàn)NA=135，波長193nm處分辨率達到 45nm的目標，需要對影響光刻照明均勻性的誤差源進行詳細分析最終確定公差范圍。復(fù)眼透鏡是使光束在系統(tǒng)掩膜面上形成矩形均勻照明區(qū)域的關(guān)鍵元件。采用CODEV軟件設(shè)計了復(fù)眼透鏡對引起照明不均勻性的因素進行分析，結(jié)合復(fù)眼透鏡組的設(shè)計方案和實際加工能力，給出X和Y向復(fù)眼曲率公差為±10%，后組曲率公差為±5%，前后組間隔公差為±50μｍ，位置精度偏心公差為±1μｍ，裝配精度公差為±3μｍ。制定公差合理、可行，滿足了浸沒式光刻照明系統(tǒng)高均勻性、高能量利用率的要求。

1 引 言

隨著世界光刻技術(shù)邁入45nm節(jié)點及以下，浸沒式光學(xué)投影曝光光刻技術(shù)已成為集成電路制造的主流技術(shù)。良好的照明均勻性能夠獲得高分辨率，反之，如果照明均勻性較差，那么會造成各個視場分辨率存在差異，曝光線條的粗細不一致，嚴重影響***的性能。故設(shè)計了NA達到1.35，波長為紫外193nm的浸沒式光刻系統(tǒng)中的復(fù)眼透鏡并對其誤差源進行詳細分析最終確定公差范圍，可實現(xiàn)在掩模面上達到高均勻照明，對改善最終的曝光質(zhì)量具有重要的意義。

2 復(fù)眼透鏡的設(shè)計

2.1 復(fù)眼透鏡設(shè)計原理

復(fù)眼鏡組分為前組和后組，復(fù)眼鏡組的前組對不均勻的光強進行分割，由 Huggens-Fresnel原理，當平行光垂直入射到狹縫上時，透過狹縫的光會發(fā)生衍射現(xiàn)象，將狹縫上各點的光看作是一個個次級光源，在不同方向上的光強分布不同。若在狹縫后置一透鏡，則在焦平面上得到強弱相間的衍射條紋。如圖1所示，Ｐ點產(chǎn)生的場強為： dE=Ae-jkr（1）

式中，Ａ代表振幅；r為B點到P點的距離。

圖1.單縫衍射原理圖

2.2 復(fù)眼透鏡的設(shè)計

復(fù)眼透鏡的設(shè)計要求工作波長為193.368nm，通光口徑為120mm，X向透鏡 F#為1.67，Y向透鏡F#為13.67，物方數(shù)值孔徑0.035，等效單元面積小于0.265ｍm2。

本文設(shè)計的復(fù)眼透鏡組由 ３片柱面復(fù)眼構(gòu)成，六個表面S1、S2、S3、S4、S5、S6均為工作表面，如圖２所示，S1、S2為Y向柱面復(fù)眼，實現(xiàn) Ｙ方向上的均勻照明。S3、S4、S5為X向柱面復(fù)眼，完成X方向上的均勻照明。S6為Y向柱面復(fù)眼負責將光束沿Y方向彌散，與S1、S2一起形成Y向的平頂高斯能量分布。

圖2. 復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)示意圖

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5 結(jié)論

根據(jù)復(fù)眼透鏡的設(shè)計要求，采用3片柱面鏡設(shè)計的復(fù)眼透鏡組，分別實現(xiàn)了 X、Y方向上的均勻照明。對影響光刻照明均勻性的誤差源進行詳細分析，給出了復(fù)眼透鏡的公差分析的光路圖。前組復(fù)眼透鏡經(jīng)復(fù)眼光組、聚光鏡和耦合成像后，在掩模上形成均勻照明，當畸變每變化0.1％，照明均勻性約變化0.4％。

因此復(fù)眼透鏡組的誤差源分析時，主要分析復(fù)眼光組透鏡單元之間的發(fā)生相對位置誤差和面形誤差，對各個視場畸變的變化，計算出照明均勻性的變化量。

結(jié)合復(fù)眼透鏡組的設(shè)計方案和實際加工能力，給出復(fù)眼透鏡組具體的公差要求。采用CODEV軟件對浸沒式光刻照明系統(tǒng)的均勻性進行仿真，仿真結(jié)果表明在傳統(tǒng)照明和離軸照明模式下，Y方向能量分布均優(yōu)于99.5%，驗證了制定公差合理、可行。




審核編輯：劉清