[发明专利]光刻投影物镜热效应评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及深紫外光刻投影物镜像质评估技术领域，具体涉及一种光刻投影物镜热效应评估方法。

背景技术

为了适应大规模集成电路的发展需求，需要不断提高光刻投影物镜的分辨力和生产效率。对于目前商业化生产中应用较为广泛且曝光波长为193nm的光刻机，主要是通过离轴照明技术和增加曝光能量等方式提高光刻投影物镜分辨率和生产效率。但是上述两种方式会导致光刻投影物镜的热效应更加明显，极大的影响光刻机的曝光质量，然而这与光刻机高分辨率所需的高成像质量相互矛盾。因此如何解决光刻投影物镜曝光过程中的热效应成为目前光刻投影物镜发展的重要问题。

光刻投影物镜像热效应产生的主要原因是透镜材料对曝光能量的吸收，导致光刻投影物镜产生不均匀的温度分布和温升。光刻投影物镜中透镜温度升高主要引起两方面的变化：一方面是温度的改变引起物镜热变形及热应力；另一方面是透镜材料的折射率随着温度的变化而变化。上述两个方面的变化在不同程度上都会引入像质的劣化。研究表明，温度引入的透镜材料折射率变化是物镜像质劣化最重要的因素。

光刻投影物镜热效应评估主要分为两个阶段：第一阶段为以光刻投影物镜的具体曝光工况为输入条件，对光刻投影物镜进行热分析，获取准确的温度分布；第二阶段为以光刻投影物镜温度变化为输入条件，获得光刻投影物镜的像质变化，如波像差、畸变等。可见，光刻投影物镜热效应分析的准确性主要取决于两个方面，一方面为是否能够依照光刻投影物镜的具体曝光工况获取准确的物镜温度分布，另一方面为是否能够根据光刻投影物镜的具体曝光工况温度的变化准确的获得光刻投影物镜像质的变化。

现有的光刻投影物镜热效应评估方法中，一般通过光机转换软件，将由单片透镜温度改变引入的透镜折射率变化转换为光学分析软件的接口数据，再通过光学分析软件进行光刻投影物镜光学系统像质变化的评估。对于普通的光机转换软件和光机分析软件，为了考虑通用性，在计算由温度引起透镜折射率改变而导致的光程差过程中，采用近似手段，并非实际的光线传播路径，所以存在一定的误差，光刻投影物镜像质评价不精确；同时，上述光刻投影物镜热效应分析过程中涉及到光机转换软件和光学分析软件，因此整个分析过程较为麻烦。

发明内容

为了解决现有光刻投影物镜热效应评估方法存在的物镜热效应评价不精确、分析过程繁琐的问题，本发明提供一种光刻投影物镜热效应评估方法，主要解决在已知物镜温度分布的情况下，如何将由透镜温度改变引入的透镜折射率变化转换为光刻投影物镜像质评价的主要指标波像差。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的光刻投影物镜热效应评估方法，包括以下步骤：

步骤一、光刻投影物镜温度分布的计算

根据光刻投影物镜的曝光工况、热仿真边界条件以及光刻投影物镜材料属性，采用有限元方法或有限体积法进行热仿真，输出光刻投影物镜中每片透镜上的各个网格节点的空间坐标以及各个网格节点的温度值；

步骤二、光刻投影物镜光学系统的光线追迹

根据光刻投影物镜光学系统的参数，对各个视场点进行光线追迹；获取每条追迹光线在每片透镜入射表面和出射表面的空间坐标以及在出射光瞳上的空间坐标，同时计算出每条追迹光线与理想波面之间的光程差，得到原始光学系统每条追迹光线的光程差；

步骤三、透镜折射率变化引入光程差的计算

根据步骤二获得的每条追迹光线的实际传播路径，结合步骤一获得的光刻投影物镜中每片透镜的温度分布，采用数值积分方法计算得到每条追迹光线由透镜折射率变化引入的光程差；

步骤四、光刻投影物镜热效应像质评估

将步骤三获得的每条追迹光线由透镜折射率变化引入的光程差叠加到步骤二获得的原始光学系统相对应的追迹光线的光程差中，计算光刻投影物镜光学系统的波像差和畸变，获得光刻投影物镜热效应下的像质变化。

进一步的，步骤一中，采用热分析软件对光刻投影物镜的温度分布进行计算，所述热分析软件为NX/ThermalFlow、Ansys或Nastran。

进一步的，步骤二中，每个视场点的追迹光线都能均匀充满入射光瞳，追迹光线的条数满足在出射光瞳对波像差进行Zernike拟合时的采样点需求。

进一步的，步骤三中，每条追迹光线由透镜折射率变化引入的光程差通过式(1)和式(2)计算得到：