一種折反式深紫外光刻物鏡設計方法與流程

本發明涉及一種折反式深紫外光刻物鏡設計方法，屬于光學設計技術領域。

背景技術：
深紫外光刻是當前產業化的光刻技術。深紫外光刻物鏡作為深紫外光刻機的核心部件是實現高分辨率光刻的關鍵。在深紫外波段可用的光學材料僅剩下熔石英和氟化鈣，上述兩種材料的折射率較低，因此深紫外光刻物鏡系統的光焦度需要分配到較多的元件上才能實現像差校正。最初深紫外光刻采用全折式物鏡設計，整個物鏡系統僅有折射元件不含反射鏡。全折式深紫外光刻物鏡為了校正場曲，必須采用光焦度較大的負透鏡來平衡正透鏡的匹茲萬和。這就導致負透鏡組附近的正透鏡的口徑隨物鏡數值孔徑和成像視場的增大而迅速增加。當數值孔徑大于1時，全折式物鏡設計的元件口徑非常大，其不利于物鏡系統的加工、制造和集成。凹面反射鏡具有正光焦度，同時它對匹茲萬場曲的貢獻與正透鏡恰好相反。將其引入到全折光刻物鏡系統中，可以分擔負透鏡組的場曲校正壓力、減小負透鏡組所承擔的光焦度，從而有效控制物鏡系統元件口徑。作為光刻機重要組成部分的光刻物鏡系統對提高整個光刻機性能至關重要，因此設計好折反式深紫外光刻物鏡系統是完成整個投影曝光系統的重要環節。國內外有關折反式深紫外光刻物鏡設計方法的報道非常少，為了獲得折反式深紫外光刻物鏡初始結構，提出一種有效的設計方法是非常有必要的。相關文獻(Proc.ofSPIE2006.6342:63420L.)針對深紫外光刻物鏡的優化，提出了鞍點構造法。該方法的操作流程類似光學設計者憑借經驗在光學系統中加入新元件以進一步提高成像質量的做法。鞍點構造法本質上是基于初始結構的優化方法，不能有效地獲得物鏡初始結構。相關文獻(US20070013882)提出了多套深紫外光刻物鏡的制造方法。該方法將物鏡系統分為若干鏡組，不同的物鏡系統共用同一個鏡組，而其它鏡組進行相應變化從而實現不同光學性能的要求。該方法沒有說明各鏡組結構以及整個物鏡結構是如何設計的。

技術實現要素：
有鑒于此，本發明提供一種深紫外光刻物鏡設計方法，該方法可根據不同參數要求設計出折反式深紫外光刻物鏡，其降低了物鏡系統設計難度、設計效率高、實現速度快。實現本發明的技術方案如下：一種深紫外光刻物鏡設計方法，具體過程為：步驟一、確定置于掩模和硅片之間的深紫外光刻物鏡三個鏡組的初始結構，三個鏡組的位置關系為：從掩模到硅片分別為物方鏡組G1、中間鏡組G2以及像方鏡組G3，且中間鏡組G2的放大倍率為M2＝1；步驟二、優化物方鏡組G1的初始結構，使其滿足設計要求：(1)物方遠心，(2)像方主光線入射角和物方鏡組的放大倍率M1不會引起光路遮攔；步驟三、優化像方鏡組G3的初始結構，使其滿足設計要求：(1)像方遠心，(2)物方主光線入射角不會引起光路遮攔，(3)放大倍率M3＝M/(M2×M1)，M光刻物鏡的放大倍率；步驟四、中間鏡組G2為兩片凹面反射鏡的結構，計算物方鏡組和像方鏡組的匹茲萬和，并根據匹茲萬和計算中間鏡組中兩片凹面反射鏡的半徑，同時使G2的入瞳與G1的出瞳匹配(將G2的孔徑光闌放置在G1的出瞳面上)；步驟五、優化像方鏡組G3的結構參數，使G3的入瞳與G2的出瞳匹配；至此，連接物方鏡組、中間鏡組、像方鏡組獲得整個物鏡系統的結構。進一步地，本發明所述步驟二和步驟三的優化過程為：首先，針對待優化鏡組中的每一表面，計算其對應的歸一化光焦度和/或對稱性因子；其次，選擇最大歸一化光焦度和/或對稱性因子的表面F處，插入薄彎月透鏡，所述薄彎月透鏡的曲率半徑與其對應的表面F的曲率半徑相同；再次，以形態參數S和W分別小于設定閾值和滿足所述設計要求為優化的約束條件，對鏡組進行優化，在優化過程中，逐步增加薄彎月透鏡的厚度及其與對應表面F的距離；其中，N為系統中光學表面的數目，wj為表面j的歸一化光焦度，sj為表面j的對稱性因子。進一步地，本發明所述根據匹茲萬和計算中間鏡組中兩片凹面反射鏡的半徑r1和r2；設r1和-r2的值相等，其中，petG1和petG3分別為G1和G3對匹茲萬場曲。進一步地，本發明所述優化為采用阻尼最小二乘法實現。有益效果本發明針對折反式深紫外光刻物鏡...