[發明專利]變倍率極紫外光刻投影曝光光學系統

有效

• 申請號: 202210015194.7
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114253089B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 李艷秋;閆旭;劉麗輝;劉克
• 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

本發明提供一種變倍率極紫外光刻投影曝光光學系統，采用變倍率中繼鏡組在X方向上和Y方向上對外包絡為圓形的二次光源進行不同倍率的放大，得到下一代光刻機的變倍率成像模塊所需要的橢圓形光源；也就是說，為了獲取下一代光刻機所需要的橢圓形光源，本發明采用變倍率中繼鏡組進行光源的轉換，進而可以繼續使用現有的非變倍率的照明組件，也即使用現有的外包絡為圓形的二次光源，大大節約了研發成本。

技術領域

本發明屬于光學設計技術領域，尤其涉及一種變倍率極紫外光刻投影曝光光學系統。

背景技術

光刻技術是將集成電路的結構圖形從掩模轉移到硅片或其他半導體基片表面上的工藝過程，是極大規模集成電路制造中的關鍵技術。

光刻系統的理論分辨率公式R＝k₁·λ/NA(其中λ為曝光波長，k1為光刻的工藝因子，NA為投影物鏡的像方數值孔徑)，提高光刻系統的分辨率有三種途徑：一是縮短曝光波長λ，二是降低工藝因子k1，三是提高投影物鏡的像方數值孔徑NA。目前極紫外光刻機采用波長為13.5nm的曝光光源進行曝光，由于曝光波長大幅縮短，使得極紫外光刻不需要很大的數值孔徑就能實現高分辨。在極紫外波段，幾乎所有的光學材料都具有極強的吸收性，所以極紫外光刻光學系統必須采用鍍有多層膜的反射式系統和反射式掩模，同時光學系統應采用盡可能少的反射鏡從而保證系統具有較高的透過率。現有的最先進的產業化光刻設備為ASML公司生產的TWINSCAN NXE:3600D，該光刻機采用像方數值孔徑0.33、倍縮比4倍的六反物鏡系統，單次曝光可以實現13nm技術節點的分辨率，結合分辨率增強技術和多圖形多曝光等技術可以滿足7nm-3nm技術節點的生產需求。

為了實現單曝光8nm的分辨率和更高的技術節點，在k1工藝因子保持不變的情況下，要求物鏡系統的像方數值孔徑必須大于0.50，在滿足現有的掩模面主光線入射角(＜6°)的限制下，直接增大數值孔徑會導致掩模面入射光束和出射光束重疊；若為避免光束重疊直接增大主光線入射角又會加重掩模面陰影效應，極大的降低實際曝光圖形的分辨率。因此，為了提高數值孔徑，同時避免掩模陰影效應，并考慮到制造加工工藝和成本等多種因素，下一代光刻機將采取變倍率投影曝光光學系統，即在掃描方向和垂直掃描方向具有不同微縮倍率的曝光光學系統。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種變倍率極紫外光刻投影曝光光學系統，采用變倍率中繼鏡組在兩個不同方向上對外包絡為圓形的二次光源進行不同倍率的放大，得到下一代光刻機所需要的橢圓形光源，可以繼續使用現有的已經產品化的極紫外光刻照明組件，節約成本。

一種變倍率極紫外光刻投影曝光光學系統，包括變倍率照明模塊和變倍率成像模塊，其中，變倍率照明模塊包括照明組件和變倍率中繼鏡組；

所述照明組件用于提供外包絡為圓形的二次光源；

所述變倍率中繼鏡組的入瞳面和出瞳面為一對共軛面，且變倍率中繼鏡組用于將其入瞳面上的外包絡為圓形的二次光源在X方向上和Y方向上分別以倍率Mx_ill和My_ill成像到其出瞳面上，并將出瞳面上得到的外包絡為橢圓形的二次光源入射至掩模；其中，Mx_ill與My_ill滿足：Mx_ill≠My_ill且Mx_ill/My_ill＝Mx/My，其中，Mx為變倍率成像模塊在X方向的放大率，My為變倍率成像模塊在Y方向的放大率；

所述變倍率成像模塊用于將掩模的被照明區域成像于硅片面上。

進一步地，按照光路傳播順序，所述照明組件依次由光源、橢球收集鏡、視場復眼以及光闌復眼構成，其中，所述視場復眼由多片視場復眼元按逐行或逐列的方式排布，且排布區域外包絡線為圓形；所述光闌復眼由多片光闌復眼元按逐行或逐列的方式排布，且排布區域外包絡線為圓形。

進一步地，所述光闌復眼位于變倍率中繼鏡組的入瞳處，且與變倍率中繼鏡組出瞳面共軛，光闌復眼提供的外包絡為圓形的二次光源在變倍率中繼鏡組出瞳面處形成外包絡為橢圓形的二次光源像，且所述橢圓形的二次光源像的大小位置與變倍率成像模塊的入瞳面的大小位置相匹配。