[发明专利]光刻机照明系统偏振测量用光学系统

说明书

技术领域

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

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：

接触式光刻机，掩模版与衬底直接接触，光源发出光通过掩模版在衬底上曝光完成图形转移；

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；

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。

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。

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。

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。

已有的在光刻机中建立的光传感器，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。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

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。

本发明的目的是这样实现的：