极紫外光刻照明系统是极紫外光刻机投影曝光系统的重要组成部分,它必须为掩模面提供均匀照明并实现多种离轴照明模式。目前主流的极紫外光刻照明系统通过使用双排复眼实现匀光,通过复眼对的倾斜实现多种照明模式变换。随着技术节点进一步下移,11nm以下技术节点极紫外光刻要求照明系统实现更多种类的离轴照明模式甚至是光源-掩模优化(Source Mask Optimization,SMO)技术确定的自由形态照明模式。照明模式的增多和复杂化给极紫外光刻照明系统提出了更高的要求,也由此使照明系统双排复眼匹配对位问题变得突出,因此需要研究一种快速准确获得双排复眼匹配关系的方法。近年来,业界提出数值孔径(Numerical Aperture,NA)大于0.5的极紫外光刻投影物镜应采用X和Y方向成像倍率不同的组合倍率形式,而与此类投影物镜匹配的极紫外光刻照明系统设计仍有待研究。同时,目前已有的极紫外光刻照明系统中继镜组设计方法需要反复调整中间参数才能达到设计要求,并且在某些情况下无法得到合适的中继镜组,存在低效和适用范围有限的问题。因此,需要研究一种适用于多种投影物镜结构并可以高效获得中继镜组结构的设计方法。针对上述问题,本文在照明系统中继镜组设计方法、双排复眼匹配对位方法和匹配组合倍率投影物镜的照明系统设计等方面开展了相关研究。本文建立了一种极紫外光刻照明系统中继镜组设计方法。该方法以近轴光学中的ABCD矩阵分析方法为基础在逆向光路(从掩模面和照明系统出瞳面出发的光路)中对中继镜组进行设计。通过对两反式中继镜组物像变换矩阵的分析,只需给出少量对中继镜组成像特性的关键约束条件即可直接求解出两反式中继镜组的结构参数,由此避免了为获得合适的中继镜组对中间参数的反复调整,以及对某些物镜结构无法获得合适的中继镜组的情况。通过分别对匹配NA0.33投影物镜的照明系统和匹配NA0.5组合倍率投影物镜的照明系统中继镜设计验证了该方法的正确性。本文提出了一种双排复眼匹配对位关系自动优化方法。该方法根据复眼元倾斜引起照明光斑倾斜的特点,以掩模面照明光斑的总体倾斜为评价函数将双排复眼匹配对位问题抽象为组合优化中的“指派问题”,然后利用组合优化算法求解该问题即可得到双排复眼的匹配对位关系。该方法根据照明光斑的总体倾斜情况建立评价函数,可以使双排复眼倾斜对掩模面照明均匀性的影响降至最低。利用该方法可以方便地获得一定照明模式下的最优双排复眼匹配关系和此时的复眼元倾斜角。利用本文提出的中继镜组设计方法,本文完成了匹配NA0.33投影物镜的照明系统和匹配NA0.5组合倍率投影物镜的照明系统设计,并采用本文提出的双排复眼匹配对位方法求解系统在不同照明模式下的复眼元匹配对位关系。对上述系统的性能分析结果表明,匹配NA0.33投影物镜的极紫外光刻照明系统可以在多种离轴照明模式下为掩模面提供高均匀照明。匹配NA0.5组合倍率投影物镜的照明系统掩模面照明均匀性欠佳,但仍可以用本文提出的双排复眼匹配方法实现多种离轴照明模式。