[發明專利]超高數值孔徑組合變倍率極紫外光刻照明系統

有效

• 申請號: 202011098581.9
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112162468B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 李艷秋;郝倩;閆旭
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉西云;李微微

本發明提供一種超高數值孔徑組合變倍率極紫外光刻照明系統，通過同時考慮不同視場復眼元和光闌復眼元對照明通道形成的照明光斑相對于期望光斑的光斑傾斜量與中心偏移的組合優化算法高效完成不同照明模式下雙排復眼的對位匹配，通過該對位匹配關系下各相鄰視場復眼相對旋轉角度確定各視場復眼元不碰撞的最佳視場復眼排布。本發明利用上述設計方法，實現了可與組合變倍率物鏡系統光瞳匹配的組合變倍率照明系統，并可以高效構建不同照明模式下雙排復眼的對位匹配關系，且保障各視場復眼元之間無碰撞，同時可在不同照明模式下在掩模面上實現高照明均勻性，滿足極紫外光刻照明系統設計需求，可用于超高數值孔徑(NA0.40)組合變倍率極紫外光刻物鏡系統中。

技術領域

本發明屬于光學設計領域，尤其涉及一種超高數值孔徑組合變倍率極紫外光刻照明系統。

背景技術

極紫外光刻技術(EUVL)是以波長為11～14nm的極紫外(EUV)射線為曝光光源的光刻技術，適用于特征尺寸為22nm及更細線寬集成電路的大批量生產。投影式光刻機的核心部件是投影曝光光學系統，該系統的核心組成部分包括照明系統以及投影物鏡系統。

投影物鏡系統的主要功能是將掩模面上的圖樣縮小成像至硅片上。隨著光刻技術節點的不斷下移，極紫外光刻物鏡從早期的NA0.10、NA0.25實驗系統發展到現長期在產業化光刻機中使用的NA0.33光刻物鏡系統。NA0.33極紫外投影光刻物鏡采用六片自由曲面反射鏡，微縮倍率為1/4，可滿足22nm、16nm、13nm技術節點的需求。但當進入到7nm及其以下技術節點，NA0.33的極紫外投影光刻物鏡已經無法滿足產業需求，必須要將NA提高至0.50以上。若直接采用傳統的1/4倍微縮倍率投影物鏡系統實現超高數值孔徑(0.40)，此時，中心視場主光線入射角會大于6°從而帶來掩模面的3D陰影效應，同時掩模面處的入射光束會與出射光束發生重疊導致物鏡系統無法正常成像，因此傳統的1/4倍微縮倍率光刻物鏡系統無法合理實現超高數值孔徑；采用1/8倍微縮倍率的投影光刻物鏡可以實現0.5～0.7的超高數值孔徑，且可避免出現上述現象，但微縮倍率由1/4提高至1/8會使得掃描曝光視場面積變為原來的1/4，在掩模面和硅片尺寸不可變的情況下，對一個6英寸(133mm×102mm)掩模成像，則需要進行4次曝光視場的拼接，這會導致生產效率嚴重降低。

為此，近年提出了一種組合變倍率物鏡技術用于實現超高NA的極紫外投影光刻物鏡。組合變倍率投影光刻物鏡系統在掃描方向與垂直掃描方向實現不同的微縮倍率，比如掃描方向微縮倍率為1/8，垂直掃描方向微縮倍率為1/4，該方法可以很好的平衡超高數值孔徑與微縮倍率(產率)之間的問題。區別于傳統非組合變倍率系統(即在掃描方向與垂直掃描方向微縮倍率相同)的圓形光瞳，組合變倍率物鏡的光瞳由圓形變為橢圓形；且非組合變倍率物鏡的入瞳位置位于物鏡系統內，而組合變倍率物鏡系統的入瞳位置位于物鏡系統外，照明系統內。

照明系統的主要功能是為掩模面提供均勻照明、與投影物鏡實現光瞳匹配和實現離軸照明模式。由于掩模面照度不均會導致投影成像時各視場分辨率不一致，給曝光線寬控制帶來困難，嚴重影響光刻性能，因此設計出符合要求的照明系統是保證光刻性能、完成整個投影曝光系統的關鍵環節。

目前，極紫外光刻照明系統的主流設計結構是基于科勒照明的雙排復眼照明系統，該系統具有勻光效果好，加工技術較成熟，便于控制，以及易于實現離軸照明等優點。雙排復眼光刻照明系統的核心部分由光源模塊、雙排復眼和中繼鏡組構成，其中，光源模塊由LPP激光等離子體光源和橢球收集鏡構成，用于產生13.5nm的光源波長；雙排復眼由視場復眼和光闌復眼構成，用于實現勻光和多種離軸照明模式；中繼鏡組由兩片二次曲面反射鏡構成，用于實現科勒照明要求的“視場復眼-掩模面”“光闌復眼-照明出瞳面”的兩組共軛關系，同時保證照明系統與投影物鏡系統的光瞳匹配。面向組合變倍率極紫外光刻物鏡系統，與之匹配的照明系統同樣需要滿足以上要求，即在掩模面實現高照明均勻性、與組合變倍率物鏡的橢圓形入瞳匹配以及可以實現多種離軸照明模式。