光刻照明系统中复眼透镜的设计及公差分析

摘要：在超大规模集成电路中，为了实现NA=135，波长193nm处分辨率达到 45nm的目标，需要对影响光刻照明均匀性的误差源进行详细分析最终确定公差范围。复眼透镜是使光束在系统掩膜面上形成矩形均匀照明区域的关键元件。采用CODEV软件设计了复眼透镜对引起照明不均匀性的因素进行分析，结合复眼透镜组的设计方案和实际加工能力，给出X和Y向复眼曲率公差为±10%，后组曲率公差为±5%，前后组间隔公差为±50μｍ，位置精度偏心公差为±1μｍ，装配精度公差为±3μｍ。制定公差合理、可行，满足了浸没式光刻照明系统高均匀性、高能量利用率的要求。

关键词：浸没式光刻；高均匀性照明；分辨率；光学设计；公差分析

1 引 言

随着世界光刻技术迈入45nm节点及以下，浸没式光学投影曝光光刻技术已成为集成电路制造的主流技术。良好的照明均匀性能够获得高分辨率，反之，如果照明均匀性较差，那么会造成各个视场分辨率存在差异，曝光线条的粗细不一致，严重影响光刻机的性能。故设计了NA达到1.35，波长为紫外193nm的浸没式光刻系统中的复眼透镜并对其误差源进行详细分析最终确定公差范围，可实现在掩模面上达到高均匀照明，对改善最终的曝光质量具有重要的意义。

2 复眼透镜的设计

2.1 复眼透镜设计原理

复眼镜组分为前组和后组，复眼镜组的前组对不均匀的光强进行分割，由 Huggens-Fresnel原理，当平行光垂直入射到狭缝上时，透过狭缝的光会发生衍射现象，将狭缝上各点的光看作是一个个次级光源，在不同方向上的光强分布不同。若在狭缝后置一透镜，则在焦平面上得到强弱相间的衍射条纹。如图1所示，Ｐ点产生的场强为：

dE=Ae^-jkr （1）

式中，Ａ代表振幅；r为B点到P点的距离。

图1. 单缝衍射原理图

2.2 复眼透镜的设计

复眼透镜的设计要求工作波长为193.368nm，通光口径为120mm，X向透镜 F#为1.67，Y向透镜F#为13.67，物方数值孔径0.035，等效单元面积小于0.265ｍm²。