摘要：在超大規模集成電路中，為了實現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。復眼透鏡是使光束在系統掩膜面上形成矩形均勻照明區域的關鍵元件。采用CODEV軟件設計了復眼透鏡對引起照明不均勻性的因素進行分析，結合復眼透鏡組的設計方案和實際加工能力，給出X和Y向復眼曲率公差為±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高均勻性、高能量利用率的要求。

1 引 言

隨著世界光刻技術邁入45nm節點及以下，浸沒式光學投影曝光光刻技術已成為集成電路制造的主流技術。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。故設計了NA達到1.35，波長為紫外193nm的浸沒式光刻系統中的復眼透鏡并對其誤差源進行詳細分析最終確定公差范圍，可實現在掩模面上達到高均勻照明，對改善最終的曝光質量具有重要的意義。

2 復眼透鏡的設計

2.1 復眼透鏡設計原理

復眼鏡組分為前組和后組，復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，透過狹縫的光會發生衍射現象，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 復眼透鏡的設計

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

本文設計的復眼透鏡組由 ３片柱面復眼構成，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向柱面復眼，實現 Ｙ方向上的均勻照明。S3、S4、S5為X向柱面復眼，完成X方向上的均勻照明。S6為Y向柱面復眼負責將光束沿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. 復眼透鏡結構示意圖

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5 結論

根據復眼透鏡的設計要求，采用3片柱面鏡設計的復眼透鏡組，分別實現了 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，給出了復眼透鏡的公差分析的光路圖。前組復眼透鏡經復眼光組、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％。

因此復眼透鏡組的誤差源分析時，主要分析復眼光組透鏡單元之間的發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。

結合復眼透鏡組的設計方案和實際加工能力，給出復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的均勻性進行仿真，仿真結果表明在傳統照明和離軸照明模式下，Y方向能量分布均優于99.5%，驗證了制定公差合理、可行。




審核編輯：劉清