一種可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系統(tǒng)，沿著光路傳播方向，所述系統(tǒng)包括三組反射鏡，第一組反射鏡由視場(chǎng)復(fù)眼陣列組成，第二組反射鏡由光闌復(fù)眼陣列組成，第三組反射鏡為中繼鏡組；其中，所述視場(chǎng)復(fù)眼陣列由N個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼構(gòu)成，每一視場(chǎng)復(fù)眼為一個(gè)自由曲面反射鏡，每一反射鏡的反射面為矩形，且所有矩形的尺寸均不相同；所述光闌復(fù)眼陣列由N個(gè)光闌復(fù)眼構(gòu)成，每一光闌復(fù)眼為一個(gè)球面反射鏡或自由曲面反射鏡，每一反射鏡的反射面均為矩形，且所有矩形的尺寸相同；視場(chǎng)復(fù)眼陣列上的N個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼與光闌復(fù)眼陣列上的N個(gè)光闌復(fù)眼一一對(duì)應(yīng)，所述N為照明系統(tǒng)出瞳面上光強(qiáng)值不為零的像素的總數(shù)；本發(fā)明系統(tǒng)可在出瞳面上實(shí)現(xiàn)像素化光強(qiáng)分布。
【專利說(shuō)明】
一種可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系統(tǒng)，屬于光刻照 明技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 極紫外（EUV)光刻作為最有前景的下一代光刻技術(shù)，被寄希望于實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)制造 22nm以及更高技術(shù)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)化要求。投影式光刻機(jī)的核心部件包括光源模塊、照明系統(tǒng) 以及投影物鏡系統(tǒng)。照明系統(tǒng)主要功能是為掩模面提供均勻照明、控制曝光劑量和實(shí)現(xiàn)離 軸照明模式。目前極紫外光刻照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想主要有兩種:基于科勒照明的雙排復(fù)眼 照明和基于科勒-臨界照明的波紋板照明，其中雙排復(fù)眼照明以其勻光效果好，加工技術(shù)較 成熟，便于控制，且易于實(shí)現(xiàn)離軸照明等優(yōu)點(diǎn)成為極紫外光刻照明系統(tǒng)的主流設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
[0003] 近年來(lái)，光源掩模優(yōu)化(SM0)技術(shù)作為分辨率增強(qiáng)的有效手段之一，被引入到EUV 光刻中以實(shí)現(xiàn)7nm及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的曝光尺寸。為了保證較好的曝光性能，SM0技術(shù)通常要 求照明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)具有復(fù)雜光強(qiáng)分布的光瞳。通常情況下，該光瞳的光強(qiáng)呈像素化分布， 每一個(gè)像素內(nèi)的光強(qiáng)可以為任意值。如何實(shí)現(xiàn)上述具有復(fù)雜光強(qiáng)分布的光瞳，這對(duì)于照明 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題，然而目前相關(guān)技術(shù)還未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系 統(tǒng)，該系統(tǒng)可在出瞳面上實(shí)現(xiàn)像素化光強(qiáng)分布，為光源掩模優(yōu)化技術(shù)的實(shí)施提供了技術(shù)支 撐，從而進(jìn)一步提高了光刻系統(tǒng)的分辨率。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系統(tǒng)，沿著光路傳播方向，所 述系統(tǒng)包括三組反射鏡，第一組反射鏡由視場(chǎng)復(fù)眼陣列組成，第二組反射鏡由光闌復(fù)眼陣 列組成，第三組反射鏡為中繼鏡組;其中，所述視場(chǎng)復(fù)眼陣列由N個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼構(gòu)成，每一視場(chǎng) 復(fù)眼為一個(gè)自由曲面反射鏡，每一反射鏡的反射面為矩形，且所有矩形的尺寸均不相同；所 述光闌復(fù)眼陣列由N個(gè)光闌復(fù)眼構(gòu)成，每一光闌復(fù)眼為一個(gè)球面反射鏡或自由曲面反射鏡， 每一反射鏡的反射面均為矩形，且所有矩形的尺寸相同;視場(chǎng)復(fù)眼陣列上的N個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼與 光闌復(fù)眼陣列上的N個(gè)光闌復(fù)眼一一對(duì)應(yīng)，所述N為照明系統(tǒng)出瞳面上光強(qiáng)值不為零的像素 的總數(shù)；
[0007] 所述光闌復(fù)眼用于將入射光束反射至與其對(duì)應(yīng)的光闌復(fù)眼上，并且在光闌復(fù)眼上 形成一個(gè)弧形光斑;所述光闌復(fù)眼用于對(duì)入射的弧形光斑進(jìn)行整形，使其反射一設(shè)定尺寸 且均勻的弧形光斑至中繼鏡組;所述中繼鏡組用于將入射的的弧形光斑成像于掩模面上， 且掩模面上所有弧形光斑的尺寸相同。
[0008] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述中繼鏡組由兩個(gè)二次曲面反射鏡構(gòu)成，還用于將光闌復(fù)眼 成像于所述照明系統(tǒng)所處的投影式光刻機(jī)的投影物鏡的入瞳面上。
[0009] 進(jìn)一步地，本發(fā)明作為視場(chǎng)復(fù)眼的自由曲面反射鏡的反射面尺寸確定原則為:反 射面所反射的每一個(gè)子光束所包含的光強(qiáng)與給定出瞳面上對(duì)應(yīng)像素的光強(qiáng)值相同。
[0010] 系統(tǒng)的工作原理為：中間焦點(diǎn)出射的光束進(jìn)入照明系統(tǒng)中，每一個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼將光 束反射到與之相對(duì)應(yīng)的光闌復(fù)眼上，所有視場(chǎng)復(fù)眼的尺寸均不相同，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光束 的不均等切割，通過(guò)光束切割使得每一個(gè)子光束所包含的光強(qiáng)與給定出瞳面上對(duì)應(yīng)像素中 的光強(qiáng)值相同，同時(shí)，視場(chǎng)復(fù)眼的數(shù)目與出瞳面上的像素?cái)?shù)目相同，由此保證系統(tǒng)可在出瞳 面上實(shí)現(xiàn)給定的像素化光強(qiáng)分布;每一個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼都是自由曲面，用于反射一個(gè)弧形的光 斑至光闌復(fù)眼上;每一個(gè)光闌復(fù)眼是一個(gè)球面或者自由曲面反射鏡，使得所有出射光束在 掩模面上都能獲得一個(gè)尺寸相同的弧形光斑。后續(xù)的中繼鏡組將該光斑成像于掩模面處， 從而實(shí)現(xiàn)均勻照明，同時(shí)還將光闌復(fù)眼成像于投影物鏡的入瞳面上，實(shí)現(xiàn)光瞳填充。
[0011] 有益效果
[0012] 首先，本發(fā)明提出的照明系統(tǒng)可在出瞳面上實(shí)現(xiàn)像素化光強(qiáng)分布，且每一個(gè)像素 內(nèi)的光強(qiáng)可以為任意值，該系統(tǒng)為光源掩模優(yōu)化技術(shù)的實(shí)施提供了技術(shù)支撐，從而進(jìn)一步 提高了光刻系統(tǒng)的分辨率。
[0013] 其次，本發(fā)明提出的照明系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多種離軸照明模式，從而進(jìn)一步提高曝光系 統(tǒng)的分辨力。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明提出的可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻照明系統(tǒng)的示意圖。
[0015] 圖2為照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例需要實(shí)現(xiàn)的像素化光瞳示意圖。
[0016] 圖3為視場(chǎng)復(fù)眼的排布圖。
[0017]圖4為光闌復(fù)眼的排布圖。
[0018]圖5為光學(xué)仿真軟件中得到的本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖6為仿真得到的掩模面上光斑散射圖。
[0020] 圖7為本發(fā)明設(shè)計(jì)實(shí)例在出瞳面上獲得的光強(qiáng)分布。
[0021] 其中，1-中間焦點(diǎn)，2-視場(chǎng)復(fù)眼陣列，3-光闌復(fù)眼陣列，4-二次曲面反射鏡1，5_二 次曲面反射鏡2，6-掩模面，7-照明系統(tǒng)出瞳。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023] 光源模塊出射的光束會(huì)聚于中間焦點(diǎn)，然后進(jìn)入到照明系統(tǒng)中，為方便說(shuō)明，本發(fā) 明認(rèn)為所有光束均從中間焦點(diǎn)出射而不考慮實(shí)際光源模塊。
[0024] 如圖1所示為該照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，沿著光路傳播方向，所述系統(tǒng)包括三組反 射鏡，第一組反射鏡由視場(chǎng)復(fù)眼陣列組成，第二組反射鏡由光闌復(fù)眼陣列組成，第三組反射 鏡為中繼鏡組;系統(tǒng)第一組反射鏡由N個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼構(gòu)成，系統(tǒng)第二組反射鏡由N個(gè)光闌復(fù)眼 構(gòu)成，且視場(chǎng)復(fù)眼陣列上的N個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼與光闌復(fù)眼陣列上的N個(gè)光闌復(fù)眼一一對(duì)應(yīng)。
[0025] 所述N為照明系統(tǒng)出瞳面上光強(qiáng)值不為零的像素的總數(shù)。通常出瞳為一個(gè)歸一化 的圓形，該圓形可切割成M個(gè)像素，而這M個(gè)像素中，僅有N個(gè)像素對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)值不為零(每一 個(gè)像素的光強(qiáng)值是由SM0技術(shù)決定的）。這N個(gè)像素與光闌復(fù)眼存在物像共輒關(guān)系，因而是一 一對(duì)應(yīng)的，同時(shí)由于視場(chǎng)復(fù)眼與光闌復(fù)眼之間也存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因而視場(chǎng)復(fù)眼的個(gè) 數(shù)與出瞳面上光強(qiáng)值不為零的像素的總數(shù)目相同。
[0026] 每一個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼都是一個(gè)自由曲面反射鏡，用于在光闌復(fù)眼上初步實(shí)現(xiàn)一個(gè)弧形 光斑;每一個(gè)自由曲面反射鏡的反射面都是一個(gè)矩形，所有矩形的尺寸均不相同，由此實(shí)現(xiàn) 對(duì)入射光束的不均等切割，通過(guò)光束切割使得每一個(gè)子光束所包含的光強(qiáng)與給定出瞳面上 對(duì)應(yīng)像素中的光強(qiáng)值相同，同時(shí)，視場(chǎng)復(fù)眼的數(shù)目與出瞳面上的像素?cái)?shù)目相同，由此保證系 統(tǒng)可在出瞳面上實(shí)現(xiàn)給定的像素化光強(qiáng)分布;所有視場(chǎng)復(fù)眼均緊密排列在視場(chǎng)復(fù)眼平板 上。
[0027] 每一個(gè)光闌復(fù)眼都是一個(gè)球面或者自由曲面反射鏡，每一個(gè)反射鏡的反射面都是 一個(gè)矩形，所有矩形的尺寸相同。光闌復(fù)眼對(duì)入射的光束進(jìn)行二次整形，獲得尺寸滿足設(shè)計(jì) 要求的均勻弧形光斑。所有光闌復(fù)眼均排列在光闌復(fù)眼平板上。
[0028] 系統(tǒng)第三組反射鏡為兩片二次曲面反射鏡，其作用為將在入射的均勻弧形光斑成 像于掩模面上，同時(shí)將光闌復(fù)眼成像于投影物鏡的入瞳面上。
[0029] 本系統(tǒng)的工作過(guò)程為：中間焦點(diǎn)出入的光束入射至視場(chǎng)復(fù)眼中，每一個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼 都是一個(gè)自由曲面反射鏡，入射光束經(jīng)過(guò)在每一個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼反射后出射至與該視場(chǎng)復(fù)眼相 對(duì)應(yīng)的光闌復(fù)眼上，并且獲得一個(gè)弧形光斑。每一個(gè)光闌復(fù)眼都是一個(gè)球面或者自由曲面 反射鏡，用以對(duì)上述獲得的弧形光斑進(jìn)一步整形，從而獲得一個(gè)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求的均勻 的弧形光斑。該弧形光斑經(jīng)過(guò)兩個(gè)二次曲面中繼鏡后，成像于掩模面上，同時(shí)該反射鏡組也 將光闌復(fù)眼成像于給定的投影物鏡的入瞳面上，實(shí)現(xiàn)光瞳填充。
[0030] 本照明系統(tǒng)的工作原理與現(xiàn)有的雙排復(fù)眼照明系統(tǒng)的工作原理類似，因此，系統(tǒng) 中所有元件的坐標(biāo)和傾斜角度都可以用現(xiàn)有的方法設(shè)計(jì)得到（如專利ZL201210132163.6)。 系統(tǒng)的中繼鏡的面型參數(shù)也可以用現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法獲得(如專利ZL201210132163)。系統(tǒng)中自 由曲面視場(chǎng)復(fù)眼以及自由曲面光闌復(fù)眼的面型設(shè)計(jì)也可以用現(xiàn)有的方法獲得（如R.Wu， Z.Zheng,H.L I and X?Liu,"Optimization design of irradiance array for LED uniform rectangular illumination,，!Appl.Opt.13,2257-2263(2012).)
[0031]本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例：
[0032] 如表1所示，首先針對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的極紫外光刻投影物鏡的參數(shù)確定照明系統(tǒng)的 出瞳直徑、出瞳距離以及掩膜面上弧形視場(chǎng)的尺寸，照明系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的像素化光瞳如圖2 所示
[0033] 表 1
[0034] 出曈直徑:D 198.25mm
[0035]
[0036] 以中間焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，利用現(xiàn)有技術(shù)分別計(jì)算雙排復(fù)眼平板的 坐標(biāo)，傾斜角度，以及中繼鏡組的坐標(biāo)，傾斜角度以及面型參數(shù)，如表2所示，所有元件的X坐 標(biāo)均為〇,所有元件的Gama傾斜角度均為0。
[0037] 表 2
[0039]~在該實(shí)例中，視場(chǎng)復(fù)眼平板被照明的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)橢圓，所有視場(chǎng)復(fù)眼均位于該橢 圓內(nèi)。每個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼的反射面均為一個(gè)矩形，其尺寸為：長(zhǎng)16mm，寬1.5mm~16mm。視場(chǎng)復(fù)眼 總共246個(gè)，其排布如圖3所示。
[0040] 在該實(shí)例中，光闌復(fù)眼元的總共424個(gè)，每一個(gè)光闌復(fù)眼元的反射面均為一個(gè)矩 形，其尺寸為:長(zhǎng)4.2mm，寬4.2mm。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種像素化光瞳，在所給定的像素化光瞳 要求下，圖4給出了光闌復(fù)眼的排布方式。
[0041] 對(duì)上述照明系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡仿真，得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，掩模面上的光斑如 圖6所示，其照明非均勻度可控制在4.8%以內(nèi)，滿足EUV光刻照明對(duì)均勻度的要求。系統(tǒng)出 瞳面的光強(qiáng)分布如圖7所不，光瞳光強(qiáng)誤差約為1.2%。
[0042] 綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系統(tǒng)，其特征在于，沿著光路傳 播方向，所述系統(tǒng)包括三組反射鏡，第一組反射鏡由視場(chǎng)復(fù)眼陣列組成，第二組反射鏡由光 闌復(fù)眼陣列組成，第三組反射鏡為中繼鏡組;其中，所述視場(chǎng)復(fù)眼陣列由N個(gè)視場(chǎng)復(fù)眼構(gòu)成， 每一視場(chǎng)復(fù)眼為一個(gè)自由曲面反射鏡，每一反射鏡的反射面為矩形，且所有矩形的尺寸均 不相同；所述光闌復(fù)眼陣列由N個(gè)光闌復(fù)眼構(gòu)成，每一光闌復(fù)眼為一個(gè)球面反射鏡或自由曲 面反射鏡，每一反射鏡的反射面均為矩形，且所有矩形的尺寸相同；視場(chǎng)復(fù)眼陣列上的N個(gè) 視場(chǎng)復(fù)眼與光闌復(fù)眼陣列上的N個(gè)光闌復(fù)眼一一對(duì)應(yīng)，所述N為照明系統(tǒng)出瞳面上光強(qiáng)值不 為零的像素的總數(shù)； 所述光闌復(fù)眼用于將入射光束反射至與其對(duì)應(yīng)的光闌復(fù)眼上，并且在光闌復(fù)眼上形成 一個(gè)弧形光斑;所述光闌復(fù)眼用于對(duì)入射的弧形光斑進(jìn)行整形，使其反射一設(shè)定尺寸且均 勻的弧形光斑至中繼鏡組;所述中繼鏡組用于將入射的的弧形光斑成像于掩模面上，且掩 模面上所有弧形光斑的尺寸相同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系統(tǒng)，其特征在 于，所述中繼鏡組由兩個(gè)二次曲面反射鏡構(gòu)成，還用于將光闌復(fù)眼成像于所述照明系統(tǒng)所 處的投影式光刻機(jī)的投影物鏡的入瞳面上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)像素化光瞳的極紫外光刻自由曲面照明系統(tǒng)，其特征在 于，作為視場(chǎng)復(fù)眼的自由曲面反射鏡的反射面尺寸確定原則為:反射面所反射的每一個(gè)子 光束所包含的光強(qiáng)與給定出瞳面上對(duì)應(yīng)像素的光強(qiáng)值相同。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK105892234SQ201610053543
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年1月26日
【發(fā)明人】李艷秋, 梅秋麗
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)