[发明专利]超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明系统

说明书

本发明提供一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明系统，通过同时考虑不同视场复眼元和光阑复眼元对照明通道形成的照明光斑相对于期望光斑的光斑倾斜量与中心偏移的组合优化算法高效完成不同照明模式下双排复眼的对位匹配，通过该对位匹配关系下各相邻视场复眼相对旋转角度确定各视场复眼元不碰撞的最佳视场复眼排布。本发明利用上述设计方法，实现了可与组合变倍率物镜系统光瞳匹配的组合变倍率照明系统，并可以高效构建不同照明模式下双排复眼的对位匹配关系，且保障各视场复眼元之间无碰撞，同时可在不同照明模式下在掩模面上实现高照明均匀性，满足极紫外光刻照明系统设计需求，可用于超高数值孔径(NA0.40)组合变倍率极紫外光刻物镜系统中。

技术领域

本发明属于光学设计领域，尤其涉及一种超高数值孔径组合变倍率极紫外光刻照明系统。

背景技术

极紫外光刻技术(EUVL)是以波长为11～14nm的极紫外(EUV)射线为曝光光源的光刻技术，适用于特征尺寸为22nm及更细线宽集成电路的大批量生产。投影式光刻机的核心部件是投影曝光光学系统，该系统的核心组成部分包括照明系统以及投影物镜系统。

投影物镜系统的主要功能是将掩模面上的图样缩小成像至硅片上。随着光刻技术节点的不断下移，极紫外光刻物镜从早期的NA0.10、NA0.25实验系统发展到现长期在产业化光刻机中使用的NA0.33光刻物镜系统。NA0.33极紫外投影光刻物镜采用六片自由曲面反射镜，微缩倍率为1/4，可满足22nm、16nm、13nm技术节点的需求。但当进入到7nm及其以下技术节点，NA0.33的极紫外投影光刻物镜已经无法满足产业需求，必须要将NA提高至0.50以上。若直接采用传统的1/4倍微缩倍率投影物镜系统实现超高数值孔径(0.40)，此时，中心视场主光线入射角会大于6°从而带来掩模面的3D阴影效应，同时掩模面处的入射光束会与出射光束发生重叠导致物镜系统无法正常成像，因此传统的1/4倍微缩倍率光刻物镜系统无法合理实现超高数值孔径；采用1/8倍微缩倍率的投影光刻物镜可以实现0.5～0.7的超高数值孔径，且可避免出现上述现象，但微缩倍率由1/4提高至1/8会使得扫描曝光视场面积变为原来的1/4，在掩模面和硅片尺寸不可变的情况下，对一个6英寸(133mm×102mm)掩模成像，则需要进行4次曝光视场的拼接，这会导致生产效率严重降低。

为此，近年提出了一种组合变倍率物镜技术用于实现超高NA的极紫外投影光刻物镜。组合变倍率投影光刻物镜系统在扫描方向与垂直扫描方向实现不同的微缩倍率，比如扫描方向微缩倍率为1/8，垂直扫描方向微缩倍率为1/4，该方法可以很好的平衡超高数值孔径与微缩倍率(产率)之间的问题。区别于传统非组合变倍率系统(即在扫描方向与垂直扫描方向微缩倍率相同)的圆形光瞳，组合变倍率物镜的光瞳由圆形变为椭圆形；且非组合变倍率物镜的入瞳位置位于物镜系统内，而组合变倍率物镜系统的入瞳位置位于物镜系统外，照明系统内。

照明系统的主要功能是为掩模面提供均匀照明、与投影物镜实现光瞳匹配和实现离轴照明模式。由于掩模面照度不均会导致投影成像时各视场分辨率不一致，给曝光线宽控制带来困难，严重影响光刻性能，因此设计出符合要求的照明系统是保证光刻性能、完成整个投影曝光系统的关键环节。

目前，极紫外光刻照明系统的主流设计结构是基于科勒照明的双排复眼照明系统，该系统具有匀光效果好，加工技术较成熟，便于控制，以及易于实现离轴照明等优点。双排复眼光刻照明系统的核心部分由光源模块、双排复眼和中继镜组构成，其中，光源模块由LPP激光等离子体光源和椭球收集镜构成，用于产生13.5nm的光源波长；双排复眼由视场复眼和光阑复眼构成，用于实现匀光和多种离轴照明模式；中继镜组由两片二次曲面反射镜构成，用于实现科勒照明要求的“视场复眼-掩模面”“光阑复眼-照明出瞳面”的两组共轭关系，同时保证照明系统与投影物镜系统的光瞳匹配。面向组合变倍率极紫外光刻物镜系统，与之匹配的照明系统同样需要满足以上要求，即在掩模面实现高照明均匀性、与组合变倍率物镜的椭圆形入瞳匹配以及可以实现多种离轴照明模式。