[发明专利]超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超大规模集成电路生产设备步进扫描投影光刻机光刻成像技术领域，尤其涉及一种高数值孔径光刻成像偏振补偿装置。

背景技术

随着投影光刻技术的发展，光刻机的投影光学系统性能逐步提高，目前光刻机已成功应用于亚微米和深亚微米分辨率的集成电路制造领域。用光刻机制造集成电路芯片时要求投影物镜具有较高的分辨率，以实现高集成度芯片的制备。为了满足对投影光物镜较高分辨率的要求，需要提高投影物镜的像方数值孔径（NA）。 然而，采用大数值孔径的投影物镜导致偏振光对光刻结果的影响变得明显，对不同方向的线条使用不同的偏振态光进行曝光，可以极大的提高光刻效果。为了描述实际偏振态与理想期望偏振态的差别，引进期望偏振光强IPS（Intensity in Preferred State）的概念。 期望偏振光强（IPS）是期望偏振态的光强占总光强的比例。

在超高数值孔径（NA) 光刻机尤其是NA>1的浸没光刻机中，偏振的控制尤为重要，即为控制IPS。早期的高NA光刻机中，一直被关注的是光源的偏振影响，而掩模及PO的光瞳偏振不被关注。随着浸没投影物镜NA的不断提高，照明偏振的控制所达到的IPS一般小于95%，而超高NA的偏振需求IPS要求大于97%，不能满足光刻成像需求。

专利US2008/0074632A1和专利US2009/0128796A1都提出了照明光路中偏振控制技术。US2008/0074632 A1中FIG1~FIG11描述了利用偏振态开关装置实现常用的四种照明模式传统照明，环形照明，四极照明和二级照明的偏振控制；专利US2009/0128796A1在照明光路中放置线性起偏器和旋光装置实现偏振控制。这些偏振控制技术都是保证在掩模面上照明的偏振方向最有利于光刻成像，而实际PO光路上由于Fresnel效应、材料双折射和镀膜的影响也会改变偏振态，偏振像差的残差积累值不容忽视，需要补偿和控制。尤其是，投影物镜光学元件的表面全部进行了镀膜，而目前大多数的镀膜都采用多层膜的膜系结构。光波在每一层膜的交界面的发生折反射时其偏振状态都会发生一定程度的改变，因此，在设计阶段不知道每个膜层的折射率信息的情况下是不可能精确计算出光的偏振态是如何随着光束的传播在光路中变化的，只能在设计过程中进行估算。这些不可预计的影响需要在物镜实际加工制造出来之后用偏振补偿来控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高数值孔径光刻成偏振补偿控制装置，在物面或像面或物像面同时放置偏振光瞳补偿器件对成像光束进行偏振调制，目的在于补偿超高NA光刻成像系统中PO光路上的偏振像差影响，精确控制偏振态，提高光刻效果。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置，包括：一光源，用于提供一照明光束；一照明单元，用于将该照明光束调整为曝光光束并照射一掩模板；一投影物镜，用于将透射过该掩模板的成像光束成像至一硅片上；一偏振补偿装置，用于偏振调制该曝光光束或/和该成像光束，该偏振补偿装置位于该照明单元及该掩模板之间或者位于该投影物镜以及该硅片之间。

更进一步地，该偏振补偿装置由石英基板制成的若干方形区域构成。该每个方形区域上形成了对该曝光光束或/和该成像光束进行X向偏振调制的电光晶体，该每个方形区域形成一偏振方向可变的X向线偏振器。该每个方形区域上形成了对该曝光光束或/和该成像光束进行Y向偏振调制的电光晶体，该每个方形区域形成一偏振方向可变的Y向线偏振器。该每个方形区域上形成了对该曝光光束或/和该成像光束进行S向偏振调制的电光晶体，该每个方形区域形成一偏振方向可变的S向线偏振器。该方形区域由微阵列电极装置控，利用不同的电压光轴偏转角度不同来实现不同的偏振态改变。

本发明同时公开一种超高数值孔径光刻成像偏振补偿方法，包括：步骤一、检测各曝光视场的实际偏振态                                               ；步骤二、根据实际偏振态和期望偏振态判断是否开始曝光或补偿偏振调整量；步骤三、根据各个偏振子单元需要调整量计算各个子单元需要调整的物理量；步骤四、根据该各个子单元需要调整的物理量补偿实际偏振态。

更进一步地，该方法还包括步骤五、重复步骤一至四直至使该实际偏振态满足需求。