淺析光刻照明系統(tǒng)中復(fù)眼透鏡的設(shè)計(jì)及公差原理

摘要：在超大規(guī)模集成電路中，為了實(shí)現(xiàn)NA=135，波長(zhǎng)193nm處分辨率達(dá)到 45nm的目標(biāo)，需要對(duì)影響光刻照明均勻性的誤差源進(jìn)行詳細(xì)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(jì)了復(fù)眼透鏡對(duì)引起照明不均勻性的因素進(jìn)行分析，結(jié)合復(fù)眼透鏡組的設(shè)計(jì)方案和實(shí)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(diǎn)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(huì)造成各個(gè)視場(chǎng)分辨率存在差異，曝光線條的粗細(xì)不一致，嚴(yán)重影響***的性能。故設(shè)計(jì)了NA達(dá)到1.35，波長(zhǎng)為紫外193nm的浸沒式光刻系統(tǒng)中的復(fù)眼透鏡并對(duì)其誤差源進(jìn)行詳細(xì)分析最終確定公差范圍，可實(shí)現(xiàn)在掩模面上達(dá)到高均勻照明，對(duì)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(jì)

2.1 復(fù)眼透鏡設(shè)計(jì)原理

復(fù)眼鏡組分為前組和后組，復(fù)眼鏡組的前組對(duì)不均勻的光強(qiáng)進(jìn)行分割，由 Huggens-Fresnel原理，當(dāng)平行光垂直入射到狹縫上時(shí)，透過狹縫的光會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，將狹縫上各點(diǎn)的光看作是一個(gè)個(gè)次級(jí)光源，在不同方向上的光強(qiáng)分布不同。若在狹縫后置一透鏡，則在焦平面上得到強(qiáng)弱相間的衍射條紋。如圖1所示，Ｐ點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為： dE=Ae-jkr（1）

式中，Ａ代表振幅；r為B點(diǎn)到P點(diǎn)的距離。

圖1.單縫衍射原理圖

2.2 復(fù)眼透鏡的設(shè)計(jì)

復(fù)眼透鏡的設(shè)計(jì)要求工作波長(zhǎng)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(jì)的復(fù)眼透鏡組由 ３片柱面復(fù)眼構(gòu)成，六個(gè)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(shí)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(fù)責(zé)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(jì)要求，采用3片柱面鏡設(shè)計(jì)的復(fù)眼透鏡組，分別實(shí)現(xiàn)了 X、Y方向上的均勻照明。對(duì)影響光刻照明均勻性的誤差源進(jìn)行詳細(xì)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(dāng)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(shí)，主要分析復(fù)眼光組透鏡單元之間的發(fā)生相對(duì)位置誤差和面形誤差，對(duì)各個(gè)視場(chǎng)畸變的變化，計(jì)算出照明均勻性的變化量。

結(jié)合復(fù)眼透鏡組的設(shè)計(jì)方案和實(shí)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(duì)浸沒式光刻照明系統(tǒng)的均勻性進(jìn)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(yàn)證了制定公差合理、可行。




審核編輯：劉清