一種離軸無遮攔極紫外投影光刻物鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離軸無遮攔極紫外投影光刻物鏡，通過對第五反射鏡和第六反射鏡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和傾斜，使得第五反射鏡和第六反射鏡可以無遮攔的將中間像成像于本極紫外投影光刻物鏡的像面上，因此可以克服因增大系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA后，第五反射鏡的上邊緣和第六反射鏡的下邊緣存在光路遮攔所導(dǎo)致的邊緣視場光學(xué)調(diào)制函數(shù)(MTF)和分辨力降低的問題；通過對六個(gè)鏡片設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使得本極紫外投影光刻物鏡的像方數(shù)值孔徑達(dá)到0.4，因此相應(yīng)的提高了光刻分辨力；像方掃描方向視場寬度達(dá)到1.5mm，保證了硅片的產(chǎn)率；通過對六個(gè)鏡片上的非旋轉(zhuǎn)對稱自由曲面的各參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使得獲取的投影光刻物鏡具有優(yōu)良的成像質(zhì)量，所有視場波像差均方根(RMS)值小于0.0442λ，全視場變畸變小于1.85nm。
【專利說明】一種離軸無遮攔極紫外投影光刻物鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離軸無遮攔極紫外投影光刻物鏡，其可用于掃描-步進(jìn)式極紫外光刻系統(tǒng)中，屬于光學(xué)設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]極紫外光刻作為最有前景的下一代光刻技術(shù),可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)制造16nm以及更高技術(shù)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)化要求。極紫外光刻使用波長為11?15nm的光源照明，由于幾乎所有光學(xué)材料在這一波段具有很強(qiáng)的吸收性，所以極紫外光刻系統(tǒng)均采用鍍有反射薄膜的反射式光學(xué)元件。極紫外投影光刻物鏡作為極紫外光刻系統(tǒng)的核心部件，有著高分辨力，高像質(zhì)，大視場的設(shè)計(jì)要求。
[0003]光刻系統(tǒng)的理論分辨力可以用公式R = kl λ/NA計(jì)算，其中kl為工藝因子，其與光刻系統(tǒng)工藝有關(guān)，λ為曝光波長，NA為投影物鏡的像方數(shù)值孔徑，由式中可以看出NA越大光刻系統(tǒng)分辨力就越高。當(dāng)采用13.5nm的曝光波長，像方數(shù)值孔徑NA為0.3的投影物鏡可達(dá)到約22nm的理論分辨力。日本的Nikon公司，Cannon公司，荷蘭ASML公司，德國CarlZeiss公司等光刻機(jī)制造及相關(guān)加工企業(yè)非常重視極紫外光刻物鏡的設(shè)計(jì)和制造。已公開的極紫外投影物光刻物鏡設(shè)計(jì)可按反射鏡片數(shù)目劃分。對于4反射鏡設(shè)計(jì)，當(dāng)NA > 0.2時(shí)沒有足夠的自由度校正像差。對于5反射鏡設(shè)計(jì)，當(dāng)NA > 0.2時(shí)有足夠的自由度校正像差，但奇數(shù)次的光路反射使得物面(掩模)和像面(硅片)在物鏡的同側(cè)，物像同側(cè)的掃描曝光為光刻系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)帶來困難。6反射鏡設(shè)計(jì)的NA可達(dá)到0.2以上，掃描方向視場可達(dá)到I?2mm，像差可以得到很好的校正，可以滿足32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)對產(chǎn)業(yè)化極紫外光刻物鏡的要求。當(dāng)NA大于0.33時(shí)，對于6反射鏡共軸無遮攔系統(tǒng)則會(huì)面臨遮攔難以消除和像差難于校正的雙重的困難，為了解決這一困難則需要增加更多自由度，所以在不增加鏡片數(shù)量的前提下，對每個(gè)反射鏡鏡進(jìn)行偏心和傾斜來消除遮攔，并且采用非旋轉(zhuǎn)對稱曲面進(jìn)行像差校正，這樣則可以達(dá)到既能消除遮攔又可以很好的校正像差的目的。
[0004]現(xiàn)有離軸無遮攔6反射鏡設(shè)計(jì)美國專利US2009/0052073A1中的第五種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)像方數(shù)值孔徑為0.4，可以實(shí)現(xiàn)高分辨力的設(shè)計(jì)要求。但該系統(tǒng)波像差達(dá)到了 0.083 λ，沒有滿足高成像性能要求。
[0005]現(xiàn)有離軸無遮攔6反射鏡設(shè)計(jì)美國專利US2009/0052073A1中的第七種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)構(gòu)像方數(shù)值孔徑為0.4，可以實(shí)現(xiàn)高分辨力的設(shè)計(jì)要求。但該系統(tǒng)物方中心視場主光線入射角角為7°超出了最佳角6°，會(huì)導(dǎo)致掩模產(chǎn)生陰影效應(yīng)。
[0006]現(xiàn)有離軸無遮攔6反射鏡設(shè)計(jì)美國專利US2009/0052073A1中的第八種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)像方數(shù)值孔徑為0.4，可以實(shí)現(xiàn)高分辨力的設(shè)計(jì)要求。但該系統(tǒng)的成像畸變達(dá)到了 12nm，無法達(dá)到成像精度。
[0007]現(xiàn)有離軸無遮攔6反射鏡設(shè)計(jì)美國專利US2012/0069314A1中的第三種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有很優(yōu)良的成像性能，但系統(tǒng)總長達(dá)到了 1849mm，不利于加工制造，而且數(shù)值孔徑為0.38，對提高光刻系統(tǒng)分辨力效果欠佳。[0008]現(xiàn)有無遮攔6反射鏡設(shè)計(jì)中國專利CN102608737中結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有較好成像性能，但數(shù)值孔徑僅有0.25，無法滿足極紫外高分辨力成像要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提出一種縮放比為4倍的離軸極紫外投影光刻物鏡，該物鏡結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)視場無光路遮攔，在掩模中心視場光線入射角等于6°的情況下實(shí)現(xiàn)了大小為0.4的像方數(shù)值孔徑，既保證了光刻系統(tǒng)工作時(shí)掩模具有良好狀態(tài)，又能滿足目前16nm及以下節(jié)點(diǎn)的高分辨率成像要求。
[0010]本發(fā)明的一種離軸無遮攔極紫外投影光刻物鏡，包括在沿光路方向上順次排列的第一反射鏡Ml、第二反射鏡M2、第三反射鏡M3、第四反射鏡M4、第五反射鏡M5以及第六反射鏡M6 ；由所述第一反射鏡Ml、第二反射鏡M2、第三反射鏡M3和第四反射鏡M4組成的第一鏡組用于將物面成中間像于第五反射鏡M5和第六反射鏡M6之間，且所述中間像位于第六反射鏡M6的下邊緣下方，由第五反射鏡M5和第六反射鏡M6組成的第二鏡組用于將所述中間像成像于像面上；所述第五反射鏡M5和第六反射鏡M6均在同一平面內(nèi)偏心與傾斜，使得第六反射鏡M6的下邊緣對從第四反射鏡M4反射的光束不產(chǎn)生遮攔，同時(shí)，第五反射鏡M5上邊緣對從第六反射鏡M6反射的光束不產(chǎn)生遮攔。
[0011]進(jìn)一步的，各反射鏡的光學(xué)參數(shù)如下:第一反射鏡Ml為凹面鏡，其曲率半徑為-2736.3151mm, 口徑為129.2593mm，與第二反射鏡M2之間間隔為-363.3955mm，與物面距離為-639.9361mm ;第一反射鏡Ml沿Y軸方向的偏心量為8.5955mm,繞X軸傾斜角為3.8272。；
[0012]第二反射鏡M2為凹面鏡，其曲率半徑為943.2602mm, 口徑為182.1112mm，與第三反射鏡M3之間的間隔為483.9877mm，第二反射鏡M2沿Y軸方向的偏心量為0.0018mm，繞X軸傾斜角為-3.2814° ；
[0013]第三反射鏡M3為凸面鏡，其曲率半徑為308.5236mm, 口徑為53.4959mm,與第四反射鏡M4之間的間隔為-197.0520mm，第三反射鏡M3沿Y軸方向的偏心量為-0.3168mm，繞X軸傾斜角為-0.4209° ；
[0014]第四反射鏡M4為凹面鏡，其曲率半徑為443.3831mm, 口徑為58.9348mm，與第五反射鏡M5之間的間隔為664.8039mm，第四反射鏡M4沿Y軸方向的偏心量為-0.0022mm，繞X軸傾斜角為-0.0663° ；
[0015]第五反射鏡M5為凸面鏡，其曲率半徑為350.9966mm，口徑為76.0702mm，與第六反射鏡M6之間的間隔為-345.3178mm，第五反射鏡M5沿Y軸方向的偏心量為0.1011mm，繞X軸傾斜角為-2.1341° ；
[0016]第六反射鏡M6為凹面鏡，其曲率半徑為418.1257mm, 口徑為301.2769mm，與像面之間的間隔為380.5230mm，第六反射鏡M6沿Y軸方向的偏心量為0.8458mm，繞X軸傾斜角為 2.0754° ;
[0017]曲率半徑的正、負(fù)號定義原則為:鏡片的曲率中心到其頂點(diǎn)的方向與光路方向同向時(shí)定義為負(fù)，反之為正；
[0018]間隔的正、負(fù)號定義原則為:若當(dāng)前表面與參考軸的交點(diǎn)到后一表面與參考軸的交點(diǎn)的方向與光路方向同向?yàn)檎?，反之為?fù)；[0019]偏心量的正、負(fù)號定義原則為:沿Y軸向上偏移為正，反之為負(fù)；
[0020]傾斜角的正、負(fù)號定義原則為:繞X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)；
[0021]XYZ坐標(biāo)系的定義為:Z軸與所述參考軸平行且與光路方向同向，Y軸垂直于Z軸向上，X軸垂直Y軸與Z軸組成的平面；所述六片反射鏡在YZ平面內(nèi)偏心與傾斜。
[0022]進(jìn)一步的，所述六片反射鏡均采用非旋轉(zhuǎn)對稱的自由曲面，每一片反射鏡的自由曲面方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種離軸無遮攔極紫外投影光刻物鏡， 包括在沿光路方向上順次排列的第一反射鏡Ml、第二反射鏡M2、第三反射鏡M3、第四反射鏡M4、第五反射鏡M5以及第六反射鏡M6 ;由所述第一反射鏡Ml、第二反射鏡M2、第三反射鏡M3和第四反射鏡M4組成的第一鏡組用于將物面成中間像于第五反射鏡M5和第六反射鏡M6之間，且所述中間像位于第六反射鏡M6的下邊緣下方，由第五反射鏡M5和第六反射鏡M6組成的第二鏡組用于將所述中間像成像于像面上，其特征在于:所述第五反射鏡M5和第六反射鏡M6均在同一平面內(nèi)偏心與傾斜，使得第六反射鏡M6的下邊緣對從第四反射鏡M4反射的光束不產(chǎn)生遮攔，同時(shí)，第五反射鏡M5上邊緣對從第六反射鏡M6反射的光束不產(chǎn)生遮攔。
2.如權(quán)利要求1所述的一種離軸無遮攔極紫外投影光刻物鏡，其特征在于，第一反射鏡Ml為凹面鏡，其曲率半徑為-2736.3151mm，口徑為129.2593mm，與第二反射鏡M2之間間隔為-363.3955mm,與物面距離為-639.9361mm ;第一反射鏡Ml沿Y軸方向的偏心量為8.5955mm，繞X軸傾斜角為3.8272° ; 第二反射鏡M2為凹面鏡，其曲率半徑為943.2602mm, 口徑為182.1112mm，與第三反射鏡M3之間的間隔為483.9877mm,第二反射鏡M2沿Y軸方向的偏心量為0.0018mm,繞X軸傾斜角為-3.2814° ； 第三反射鏡M3為凸面鏡，其曲率半徑為308.5236mm, 口徑為53.4959mm,與第四反射鏡M4之間的間隔為-197.0520mm,第三反射鏡M3沿Y軸方向的偏心量為-0.3168mm,繞X軸傾斜角為-0.4209° ； 第四反射鏡M4為凹面鏡，其曲率半徑為443.3831mm, 口徑為58.9348mm,與第五反射鏡M5之間的間隔為664.8039mm，第四反射鏡M4沿Y軸方向的偏心量為-0.0022mm，繞X軸傾斜角為-0.0663° ； 第五反射鏡M5為凸面鏡，其曲率半徑為350.9966mm, 口徑為76.0702mm,與第六反射鏡M6之間的間隔為-345.3178mm，第五反射鏡M5沿Y軸方向的偏心量為0.1011mm，繞X軸傾斜角為-2.1341° ； 第六反射鏡M6為凹面鏡，其曲率半徑為418.1257mm, 口徑為301.2769mm，與像面之間的間隔為380.5230mm,第六反射鏡M6沿Y軸方向的偏心量為0.8458mm,繞X軸傾斜角為2.0754° ； 曲率半徑的正、負(fù)號定義原則為:鏡片的曲率中心到其頂點(diǎn)的方向與光路方向同向時(shí)定義為負(fù)，反之為正； 間隔的正、負(fù)號定義原則為:若當(dāng)前表面與參考軸的交點(diǎn)到后一表面與參考軸的交點(diǎn)的方向與光路方向同向?yàn)檎?，反之為?fù)； 偏心量的正、負(fù)號定義原則為:沿Y軸向上偏移為正，反之為負(fù)； 傾斜角的正、負(fù)號定義原則為:繞X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)； XYZ坐標(biāo)系的定義為:Z軸與所述參考軸平行且與光路方向同向，Y軸垂直于Z軸向上，X軸垂直Y軸與Z軸組成的平面；所述六片反射鏡在YZ平面內(nèi)偏心與傾斜。
3.如權(quán)利要求2所述的一種離軸無遮攔極紫外投影光刻物鏡，其特征在于，所述六片反射鏡均采用非旋轉(zhuǎn)對稱的自由曲面，每一片反射鏡的自由曲面方程為:
【文檔編號】G02B13/14GK103901593SQ201410136589
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】李艷秋, 劉巖, 劉菲, 曹振 申請人:北京理工大學(xué)