《光刻机照明系统偏振测量用光学系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光刻机照明系统偏振测量用光学系统.pdf（18页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103364927 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103364927 A *CN103364927A* (21)申请号 201310301241.5 (22)申请日 2013.07.15 G02B 13/00(2006.01) G03F 7/20(2006.01) G01J 4/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院上海光学精密机械研究 所 地址 201800 上海市嘉定区 800 211 邮政 信箱 (72)发明人 蔡燕民 王向朝 (74)专利代理机构 上海新天专利代理有限公司 31213 代理人 张泽纯 (54) 发明名称 光刻机。
2、照明系统偏振测量用光学系统 (57) 摘要 一种光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 沿其光轴方向依次包括 ： 孔径光阑、 成像物镜、 波 片、 检偏器、 中继物镜、 像传感器， 本发明能满足像 传感器尺寸和大视场角、 后工作距较长、 波片和检 偏器的位置与尺寸的要求， 结构紧凑， 并且球差、 象散、 场曲、 畸变、 波像差都得到很好的校正。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书9页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103364927 A CN 103364927 A *C。
3、N103364927A* 1/1 页 2 1. 一种光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 沿其光轴方向依次包括 ： 孔径光阑、 成 像物镜、 波片、 检偏器、 中继物镜、 像传感器， 其特征在于， 孔径光阑平面位于所述的成像物 镜的前焦面， 所述的波片位于成像物镜的后焦面， 所述的像传感器的光敏面位于所述的中 继物镜的像面位置， 所述的成像物镜包括第一透镜、 第二透镜、 第三透镜、 第四透镜和第五 透镜， 所述的第一透镜、 第二透镜和第四透镜是凹面朝向孔径光阑面的弯月透镜， 第三透镜 是凹面朝向像平面的弯月透镜， 第五透镜为双凸透镜， 所述的中继物镜包括第六透镜、 第 七透镜、 第八透镜、 第九。
4、透镜、 第十透镜和第十一透镜， 所述的第七透镜、 第八透镜、 第九透 镜和第十透镜为弯月透镜， 第六透镜和第十一透镜为双凸透镜， 所述的第八透镜和第十透 镜的凹面朝向孔径光阑面， 第七透镜和第九透镜的凹面朝向像平面， 所述的第六透镜和第 十一透镜具有正光焦度， 第七透镜、 第八透镜、 第九透镜和第十透镜具有负光焦度， 且所述 每一透镜的光学表面均为球面。 2. 根据权利要求 1 所述的光学系统， 其特征在于， 所有透镜及波片采用高透过率的熔 石英材料制成， 所述的检偏器采用氟化镁晶体材料制成。 权 利 要 求 书 CN 103364927 A 2 1/9 页 3 光刻机照明系统偏振测量用光学系。
5、统 技术领域 0001 本发明涉及光刻机， 特别是一种光刻机照明系统偏振测量用光学系统。 背景技术 0002 光刻机是一种将所需图形转移到涂覆有光敏材料的衬底目标位置上的设备。 光刻 机可以应用于集成电路 （IC） 制造、 印刷电路板 （PCB） 制造、 液晶面板 （LCD） 制造等。一般情 况下， 所需图形是在掩模或掩模版 （reticle、 mask） 上， 可以将所需图形转移到衬底 （例如， 硅片） 上的目标位置 （例如， 包括一个或多个芯片的曝光场） 上， 所述衬底上涂覆有光敏材料 （例如， 光致抗蚀剂） 。公知的光刻机包括 ： 0003 接触式光刻机， 掩模版与衬底直接接触， 光源发。
6、出光通过掩模版在衬底上曝光完 成图形转移 ； 0004 接近式光刻机， 掩模版与衬底之间有微米级的间隙， 光源发出光通过掩模版在衬 底上曝光完成图形转移 ； 0005 投影式光刻机， 掩模版与衬底之间有成像用投影物镜， 光源发出光经过照明系统、 掩模版、 投影物镜在衬底上曝光完成图形转移。投影式光刻机的投影物镜是将掩模版上的 图形成像在衬底上， 其倍率一般为缩小10倍、 5倍、 4倍、 1倍等。 公知的投影式光刻机包括 ： 步进机， 通过将所需图形一次曝光到衬底一个目标位置上， 并通过步进运动， 将所需图形一 次曝光到衬底下一个目标位置上 ； 以及扫描机， 照明光束沿给定方向 （扫描方向） 扫。
7、描所需 图形， 同时沿该方向平行或反向平行的方式扫描衬底目标位置完成图形转移， 形成一个扫 描曝光场， 并通过步进运动， 在下一个扫描曝光场完成下一次图形转移。 公知的下一代光刻 技术包括 ： 压印技术， 通过将所需图形压印到衬底上， 而将所需图形从掩模版转移到衬底目 标位置上 ； 无掩模光刻技术 （Maskless Lithography,ML2） ， 通过虚拟掩模将所需图形转移 到衬底目标位置上。 0006 公知的投影式光刻机包括照明系统和投影物镜， 在操作中， 掩模版位于照明系统 和投影物镜之间， 典型的， 在掩模版的下表面有由金属铬形成的所需曝光的电路图形。 在曝 光过程中对硅片进行精。
8、确定位， 以使掩模版上电路图形通过投影物镜成像在硅片表面。 0007 半导体光刻技术不断进步， 关键尺寸不断向更高节点技术推进， 导致投影物镜的 数值孔径 （NA） 不断增加。在光刻机中光线相对于光轴的角度随着 NA 的增加而增加， 对于 光刻成像来说， 光波的矢量特性十分重要， 只有振动方向相同的偏振分量才能进行干涉， 而 对图形转移有贡献。 因此， 光刻图形的对比度不仅仅是由投影物镜波前质量决定， 而且偏振 对于图形的对比度具有非常大的影响。 0008 目前， 采用氟化氩 （ArF） 准分子激光和浸液光刻技术， 并配合双图形曝光技术， 已 经实现 32nm 节点技术。实现该技术的典型设备是。
9、荷兰 ASML 公司型号为 1950i 的光刻机， 其投影物镜的数值孔径 NA 为 1.35， 放大倍率为 -0.25， 其中偏振照明系统是实现该节点技 术的必备装置。而在 ASML 公司早期的投影物镜数值孔径 NA 为 1.20 型号为 1750i 的光刻 机中， 偏振照明系统是该光刻机的可选装置。这两代光刻机都需要测量偏振照明系统投射 说 明 书 CN 103364927 A 3 2/9 页 4 在掩模版上照明光的偏振态。照明光束的偏振光振动方向、 偏振度等参数对实现各种不同 图形的精确曝光至关重要， 没有照明光束的偏振测量与控制， 就没有合格的曝光图形。 0009 已有的在光刻机中建立的。
10、光传感器， 例如针孔相机， 通常对偏振是不敏感的。 测量 照明光束的偏振， 需要引入偏振敏感元件， 例如， 波片、 检偏器等。因此， 光刻机照明系统偏 振测量用光学系统包括 ： 针孔掩模版、 成像物镜、 波片、 检偏器、 中继物镜、 像传感器， 如图 1 所示。 针孔掩模版位于光刻机掩模面位置， 该位置就是投影物镜的物面位置， 利用针孔对不 同照明视场位置进行采样。 成像物镜的功能是将通过针孔照明光束的角度分布转换为空间 分布， 即在该成像物镜的像面获得照明光束的光瞳。波片和检偏器的功能是对照明光束的 偏振态进行调制， 调制是通过旋转波片实现的。中继物镜的功能是将调制光束继续成像到 像传感器上。
11、。像传感器位于中继物镜的像面位置， 典型的， 一般采用 CMOS 相机或 CCD 相机 作为像传感器。 发明内容 0010 本发明的目的在于提供一种光刻机照明系统偏振测量的光学系统， 将针孔掩模版 图形面内的针孔变换到像传感器光敏面内， 它不仅能有效地校正各种像差， 而且满足针孔 掩模版尺寸、 波片和检偏器尺寸、 像传感器尺寸的要求， 以达到实际半导体光刻设备应用的 要求。 0011 本发明的目的是这样实现的 ： 0012 一种光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 用于将针孔掩模版图形面内的针孔变 换到像传感器光敏面内， 沿其光轴方向依次包括 ： 成像物镜的前焦面、 成像物镜、 波片、 检偏 器。
12、、 中继物镜、 像平面， 其特征在于， 孔径光阑平面位于成像物镜的前焦面， 波片位于成像物 镜的后焦面， 像传感器光敏面位于中继物镜的像面位置， 所述的成像物镜包括第一至第五 透镜 L1 L5， 所述的第一透镜、 第二透镜和第四透镜是凹面朝向孔径光阑面的弯月透镜， 第三透镜是凹面朝向像平面的弯月透镜， 第五透镜为双凸透镜， 所述的中继物镜包括第六 至第十一透镜 L6 L11， 所述的第七透镜、 第八透镜、 第九透镜和第十透镜为弯月透镜， 第 六透镜和第十一透镜为双凸透镜， 所述的第八透镜和第十透镜的凹面朝向孔径光阑面， 第 七透镜和第九透镜的凹面朝向像平面， 所述的第六透镜和第十一透镜具有正光。
13、焦度， 第七 透镜、 第八透镜、 第九透镜和第十透镜具有负光焦度， 且所述每一透镜的光学表面均为球 面。 0013 所有透镜及波片全部采用高透过率的熔石英材料制成， 检偏器采用氟化镁 （MgF2） 晶体材料制成。 0014 所有透镜及波片全部采用高透过率的熔石英材料， 可选康宁公司 7980 牌号的熔 石英材料， 也可以选肖特公司的 LithosilTMQ0/1-E193 熔石英材料。 0015 本发明与现有技术相比， 具有以下的优点和积极效果 ： 0016 1、 本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 可以有效的满足像传感器尺寸 和大视场角， 后工作距较长， 波片和检偏器的位置与尺寸要求。
14、， 并且结构紧凑 ； 0017 2、 本发明采用正负光焦度平衡匹配， 球差、 象散、 场曲、 畸变、 波像差都得到很好的 校正 ； 0018 3、 本发明仅采用表面类型为球面的透镜， 没有引入非球面透镜， 从而降低了透镜 说 明 书 CN 103364927 A 4 3/9 页 5 的加工、 检测和装校的难度。 附图说明 0019 图 1 为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统的应用示意图 ； 0020 图 2 为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例一的结构及光路图 ； 0021 图 3 为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例一的调制传递函数 MTF 图 ； 0022 。
15、图4为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例一的RMS波像差分布 图 ； 0023 图 5 为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例一的球差、 象散、 场 曲、 畸变分布图 ； 0024 图 6 为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例二的结构及光路图 ； 0025 图 7 为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例二的调制传递函数 MTF 图 ； 0026 图8为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例二的RMS波像差分布 图 ； 0027 图 9 为本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例二的球差、 象散、 场 曲、 畸变分布图。 具体实施方式 0。
16、028 以下将对本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统做进一步的详细描述。 0029 本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 测量对象是投影物镜数值孔径 NA 为 1.35， 放大倍率为 -0.25 的光刻机照明系统。由于采用氟化氩 （ArF） 准分子激光， 波长为 193.368nm， 因此所有透镜和波片全部采用高透过率的熔石英材料， 可选康宁公司 7980 牌 号的熔石英材料， 也可以选肖特公司的LithosilTMQ0/1-E193熔石英材料。 检偏器采用氟化 镁 （MgF2） 晶体材料。 0030 在波长为193.368nm时， 熔石英材料的折射率为1.560259， 氟化镁晶体。
17、材料O光折 射率为 1.427670。 0031 本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 物方视场半角要求为 （预留 10% 余量） ： 0032 U arcsin(1.35/4*1.1) 21.8 0033 本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统像面尺寸要求为 ： 0034 像传感器的像素尺寸为 16m16m， 像素数量为 512512， 像传感器的像面尺 寸为 8.192mm8.192mm， 像面半高度为 4.096mm。 0035 本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统焦距要求为 ： 0036 0037 所述的针孔掩模版上针孔直径为 0.3mm， 从针孔面到像面的距离小于 150。
18、mm， 像方 工作距大于 17.53mm。 说 明 书 CN 103364927 A 5 4/9 页 6 0038 光刻机照明系统偏振测量用光学系统需要完善成像， 一般要求波像差的 RMS 值小 于 1/14 波长， 即小于 13.8nm。畸变要求小于 0.1%， 即最大畸变需要小于 4m， 为 CCD 像素 的 1/4。 0039 本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统的约束参数如表 1 所示。 0040 表 1 光刻机照明系统偏振测量用光学系统参数 0041 约束项目参数 工作波长193.368nm 物方视场半角21.8 针孔直径0.3mm 像面半高度4.096mm 像素尺寸16m16m。
19、 焦距10.2407mm 像方工作距17.53mm 从针孔面到像面的距离0.4） 。 0054 图4是实施例一的RMS波像差的分布， 最大值为0.036nm。 这反映了本发明的光刻 说 明 书 CN 103364927 A 8 7/9 页 9 机照明系统偏振测量用光学系统的成像质量接近完善成像。 0055 图 5 是实施例一的球差、 象散、 场曲、 畸变图， 其中球差最大值为 -0.14m， 场曲最 大值为1.98m， 象散最大值为1.28m， 都是在像差容限之内。 而畸变最大值为4.0m， 为 CCD 像素的 1/4。 0056 从表 2 中数据可得， 从针孔面到像面距离为 131.25mm。
20、， 满足 17.53mm 的要求。 0057 本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统另一个实施例， 如图 6 所示， 本发 明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 用于将针孔掩模版图形面内的针孔变换到像传 感器光敏面内， 所述的光刻机照明系统偏振测量用光学系统沿其光轴方向包括 ： 孔径光阑 平面 （即针孔面） 、 成像物镜、 波片、 检偏器、 中继物镜、 像平面， 所述的光刻机照明系统偏振 测量用光学系统， 针孔面位于成像物镜前焦面位置， 波片位于成像物镜后焦面位置， 像传感 器光敏面位于中继物镜像面位置， 所述的成像物镜包括第一至第五透镜 L1 L5， 所述的第 一透镜、 第二透镜和第四透。
21、镜是凹面朝向孔径光阑面的弯月透镜， 第三透镜是凹面朝向像 平面的弯月透镜， 第五透镜为双凸透镜， 所述的第一透镜、 第二透镜和第五透镜具有正光焦 度， 第三透镜和第四透镜具有负光焦度， 且所述每一透镜的光学表面均为球面， 所述的中继 物镜包括第六至第十一透镜 L6 L11， 所述的第七透镜、 第八透镜、 第九透镜和第十透镜为 弯月透镜， 第六透镜和第十一透镜为双凸透镜， 所述的第八透镜和第十透镜的凹面朝向孔 径光阑面， 第七透镜和第九透镜的凹面朝向像平面， 所述的第六透镜和第十一透镜具有正 光焦度， 第七透镜、 第八透镜、 第九透镜和第十透镜具有负光焦度， 且所述每一透镜的光学 表面均为球面。。
22、 0058 所述的光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 所有透镜及波片全部采用高 透过率的熔石英材料， 可选康宁公司 7980 牌号的熔石英材料， 也可以选肖特公司的 LithosilTMQ0/1-E193 熔石英材料， 检偏器采用氟化镁 （MgF2） 晶体材料。 0059 根据前面表 1 中光刻机照明系统偏振测量用光学系统参数， 本发明提供的光刻机 照明系统偏振测量用光学系统的实施例二的设计数据如表 3 所示。 0060 表 3 本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统实施例二的设计参数 0061 说 明 书 CN 103364927 A 9 8/9 页 10 0062 当在表 1 中工作波长。
23、、 视场等参数条件下， 根据专业光学设计软件 CODE_V 的分析 计算可知， 其像差校正程度如下。 0063 图 7 显示了本发明实施例二的调制传递函数 MTF， 在 32 线对 / 毫米时 MTF 大于 0.67。 0064 图8是本发明实施例二的RMS波像差的分布， 最大值为0.021nm。 这反映了本发明 的光刻机照明系统偏振测量用光学系统的成像质量接近完善成像。 0065 图 9 是本发明实施例二的球差、 象散、 场曲、 畸变图， 其中球差最大值为 -0.10m， 场曲最大值为 1.25m， 象散最大值为 0.71m， 都是在像差容限之内。而畸变最大值为 4.0m， 为 CCD 像素。
24、的 1/4。 说 明 书 CN 103364927 A 10 9/9 页 11 0066 从表 3 中数据可得， 从针孔面到像面距离为 149.30mm， 满足 17.53mm 的要求。 0067 采用本发明的光刻机照明系统偏振测量用光学系统， 完全满足用于测量照明光瞳 偏振分布的技术要求， 成像质量优良， 并且达到实际照明光瞳偏振测量的应用要求。 说 明 书 CN 103364927 A 11 1/7 页 12 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103364927 A 12 2/7 页 13 图 3 说 明 书 附 图 CN 103364927 A 13 3/7 页 14 图 4 说 明 书 附 图 CN 103364927 A 14 4/7 页 15 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103364927 A 15 5/7 页 16 图 7 说 明 书 附 图 CN 103364927 A 16 6/7 页 17 图 8 说 明 书 附 图 CN 103364927 A 17 7/7 页 18 图 9 说 明 书 附 图 CN 103364927 A 18 。