[发明专利]一种全折射浸液式投影光学系统、装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种投影光学系统，特别涉及一种用于半导体领域的浸液式光刻装置的全折射投影光学系统、装置及其应用。

背景技术

光刻投影物镜用于制造半导体器件以及其它精密结构元件，已经有数十年的历史。它主要用于半导体前道光刻工艺，通过投影光学系统把掩模上的图案投影成像在涂有光敏物质的衬底上。随着半导体器件集成度的提高，对投影光学系统分辨率的要求不断提高。一般主要有三种途径提高投影光学系统分辨率，第一是提高投影光学系统的像方数值孔径(NA)；第二是采用波长更短的紫外光源；最后还可以采用其它手段提高光刻分辨率，比如：相移掩模(PSM)技术、光学临近效应校正(OPC)、光瞳滤波技术、部分相干照明和离轴照明等。

可是，投影物镜数值孔径增大是相当困难的，这是因为随着数值孔径的增加，物镜最大直径急剧增加，将使投影物镜设计、加工十分复杂，费用十分昂贵，必然导致使用更多的镜片数量或引入非球面镜来校正投影物镜的像差。按照ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors，国际半导体技术发展路线图)的建议，65nm结点可以由NA为0.93的干式投影物镜实现，而到45nm结点、32nm结点，则需要采用NA＞1的浸液投影物镜实现。

在投影光学系统最后一个光学表面和像面之间充满一种高折射率的液体介质，就能够赋予光刻投影物镜以更高的数值孔径，高数值孔径光学系统可以提升光刻分辨率。理论表明，当空气作为投影成像的像方工作介质时，理论上数值孔径NA最高可以达到1.0，然而当使用折射率n大于1的液体作为像方工作介质时，数值孔径NA就能够大于1.0，理论上NA最高可以达到液体折射率n的数值。这种技术就称为浸液光刻技术，应用于此领域的投影光学系统就称为浸液投影光学系统。

采用浸液光刻技术是在不改变已有的光源技术、光学材料、镀膜技术等条件下，通过缩短有效工作波长来提高分辨率的。由于引入液体介质，有效工作波长为： λ eff = λ 0 n , ]]>其中λ₀为光源的真空波长，n为液体介质的折射率。由此，浸液光学系统分辨率CD和焦深DOF分别为： CD = k 1 λ eff NA 0 , ]]> DOF = ± k 2 nλ eff NA 0 2 , ]]>其中NA₀为像方数值孔径，k₁、k₂为依赖工艺条件的2个常数。更为重要的是，已经有很好的液体介质，比如在波长193nm有很高透射率的超纯水，其折射率为1.436627。