超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置及方法
【專利摘要】本發明公開一種超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置及方法，其中所述裝置包括：偏振補償單元，放置于光刻裝置投影物鏡的光瞳面并對所述投影物鏡的出射光束進行偏振調制；偏振檢測裝置，位于所述投影物鏡的像面，以檢測所述投影物鏡的視場點的偏振態；偏振控制單元，用于控制所述偏振子單元。與現有及技術相比，本發明可以有效提高期望偏振光強達到97%以上，滿足超高數值孔徑NA的偏振需求，實現分辨率及關鍵尺寸均勻性CDU需求。
【專利說明】超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于超大規模集成電路生產設備步進掃描投影光刻機光刻成像【技術領域】，尤其涉及一種超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著投影光刻技術的發展，光刻機的投影光學系統性能逐步提高，目前光刻機已成功應用于亞微米和深亞微米分辨率的集成電路制造領域。用光刻機制造集成電路芯片時要求投影物鏡具有較高的分辨率，以實現高集成度芯片的制備。為了滿足對投影光物鏡較高分辨率的要求，需要提高投影物鏡的像方數值孔徑(NA)。然而，采用大數值孔徑的投影物鏡導致偏振光對光刻結果的影響變得明顯，對不同方向的線條使用不同的偏振態光進行曝光，可以極大的提高光刻效果。為了描述實際偏振態與理想期望偏振態的差別，引進期望偏振光強IPS (Intensity in Preferred State)的概念。期望偏振光強(IPS)是期望偏振態的光強占總光強的比例。
[0003]在超高數值孔徑(NA)光刻機尤其是NA>1的浸沒光刻機中，偏振的控制尤為重要，即為控制IPS。早期的高NA光刻機中，一直被關注的是光源的偏振影響，而掩模及投影物鏡PO的光瞳偏振不被關注。隨著浸沒投影物鏡NA的不斷提高，照明偏振的控制所達到的IPS —般小于95%，而超高NA的偏振需求IPS要求大于97%，不能滿足光刻成像需求。
[0004]專利US2008/0074632A1和專利US2009/0128796A1都提出了照明光路中偏振控制技術。US2008/0074632 Al中FIGfFIGll描述了利用偏振態開關裝置實現常用的四種照明模式傳統照明，環形照明，四極照明和二級照明的偏振控制；專利US2009/0128796A1在照明光路中放置線性起偏器和旋光裝置實現偏振控制。這些偏振控制技術都是保證在掩模面上照明的偏振方向最有利于光刻成像，而實際PO光路上由于Fresnel效應、材料雙折射和鍍膜的影響也會改變偏振態，偏振像差的殘差積累值不容忽視，需要補償和控制。尤其是，投影物鏡光學元件的表面全部進行了鍍膜，而目前大多數的鍍膜都采用多層膜的膜系結構。光波在每一層膜的交界面的發生折反射時其偏振狀態都會發生一定程度的改變，因此，在設計階段不知道每個膜層的折射率信息的情況下是不可能精確計算出光的偏振態是如何隨著光束的傳播在光路中變化的，只能在設計過程中進行估算。這些不可預計的影響需要在物鏡實際加工制造出來之后用偏振補償來控制。
[0005]本專利期望提供一種光刻偏振補償裝置及實施方法，可以有效提高期望偏振光強的到97%以上，滿足超高NA的偏振需求，實現分辨率及關鍵尺寸均勻性CDU需求。
【發明內容】
[0006]為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種光刻偏振補償裝置及實施方法，可以有效提高期望偏振光強達到97%以上，滿足超高NA的偏振需求，實現分辨率及⑶U需求。
為了實現上述發明目的，本發明公開一種超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，包括:偏振補償單元，放置于光刻裝置投影物鏡的光瞳面并對所述投影物鏡的出射光束進行偏振調制。
[0007]更近一步地，所述偏振補償單元包括:若干個偏振子單元，用于實現不同偏振態。所述超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置還包括:偏振檢測裝置，位于所述投影物鏡的像面，以檢測所述投影物鏡的視場點的偏振態；以及偏振控制單元，用于控制所述偏振子單兀。所述偏振子單兀包括X向偏振子單兀、Y向偏振子單兀和/或S向偏振子單兀。所述X/Y偏振子單元由在石英基板上制作的若干個方形區域構成，每個方形區域包括對成像光束進行X/Y向偏振調制的電光晶體；每個方形區域形成偏振方向可改變的線偏振器。所述方形區域利用微陣列電極裝置控制，通過控制不同的電壓光軸偏轉角度來實現不同X/Y向的偏振態改變。所述S偏振子單元由在石英基板上制作的若干個扇形區域構成，每個扇形區域包括對成像光束進行S向偏振調制的電光晶體；每個扇形區域形成偏振方向可改變的線偏振器。所述扇形區域利用微陣列電極裝置控制，通過控制不同的電壓光軸偏轉角度來實現不同S向的偏振態改變。
[0008]本發明還公開一種超高數值孔徑光刻成像偏振補償方法，其特征在于，包括:步驟一、偏振檢測裝置檢測各視場的實際偏振態
;步驟二、偏振控制單元對比期望偏振態〃^和實際偏振態的大小，如果< ，則投影物鏡直接曝光；如果>齡，，偏振控制單元確定需要調整的偏振子單元N和各個偏振子單元需要調整量MfA ;步驟三、根據所述各個偏振子單元需要調整量Δ/Ρ& ,偏振控制單元計算各個子單元需要調整的物理量Δ￡β ;步驟四、偏振控制單元根據
調整偏振子單兀N的偏振態。
[0009]本發明還公開了一種應用超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置的光刻機，其特征在于，包括:光源，用于產生激光光束；照明單元，用于將所述激光光束調整為照明光束并照射至一掩模板；投影物鏡，用于將攜帶所述掩模板信息的所述照明光束投影至一基底表面；超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，用于對所述投影物鏡的出射光束進行偏振調制；其中，所述超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，包括:偏振補償單元，放置于所述投影物鏡的光瞳面并對所述投影物鏡的出射光束進行偏振調制；偏振檢測裝置，位于所述投影物鏡的像面，以檢測所述投影物鏡的視場點的偏振態；偏振控制單元，用于控制所述偏振子單
J Li ο
[0010]本發明技術方案與現有技術相比具有以下優點:
第一、本發明在投影光刻機的成像光刻物鏡光瞳面上直接加入偏振光瞳器件(即偏振補償單元)，改變了投影成像光學系統的光瞳函數，對成像系統進行偏振調制，改善了系統傳輸特性，達到了提高投影成像光刻分辨率的目的。
[0011]第二、本發明在投影光刻機的成像光刻物鏡光瞳面上直接加入偏振光瞳器件(即偏振補償單元)，通過調整偏振補償單元的單個偏振子單元的偏振狀態，使期望偏振光強大于97%，提高投影成像光刻⑶U。
[0012]第三、本發明在投應光刻成像系統中加入偏振光瞳器件(即偏振補償單元)，不影響原投影光刻機成像系統的技術參數，因此可以在設計制造光刻成像物鏡時就考慮加入，使光刻成像系統的設計簡單方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[0014]圖1是本發明具體實施例一種應用超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置的光刻機的結構示意圖；
圖2為本發明具體實施例不同偏振態方向示意圖；
圖3為本發明具體實施例所示出偏振測量補償和調整流程圖；
圖4為本發明具體實施例實現X方向偏振補償裝置示意圖；
圖5為本發明具體實施例實現X方向偏振補償效果示意圖；
圖6為本發明具體實施例實現Y方向偏振補償裝置示意圖；
圖7為本發明具體實施例實現Y方向偏振補償效果示意圖；
圖8為本發明具體實施例實現S偏振補償裝置示意圖；
圖9為本發明具體實施例實現S偏振補償效果示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。
[0016]針對現有技術中存在的技術缺陷，本發明需要解決的技術問題是:提供一種超高數值孔徑光刻成偏振補償控制裝置，在投影物鏡光瞳面放置偏振補償器件對成像光束進行偏振調制，目的在于補償超高NA光刻成像系統中PO光路上的偏振像差影響，精確控制偏振態，提聞光刻效果。
[0017]圖1是一種應用超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置的光刻機的結構示意圖。光刻設備100包括用于光源1、提供曝光光束的照明系統以及掩模M，投影物鏡PL和硅片W。對于超高NA光刻成像系統，光源I 一般為193nmArF激光器或248nmKrF激光器或其它紫外激光器。從激光器I而來的光沿Z軸方向傳播，在XY面上的截面為長扇形光斑，傳播至擴束器單元2，2a和2b是不同曲率半徑的透鏡，使光源在2b之后的光路XY截面上輸出預定的目標扇形的光斑。3為轉折反射鏡,光線經過3后轉為沿Y向傳播。10為旋光裝置,20為消偏裝置。4為衍射元件，5和7均為變焦光學單元，6為衍射光學元件，60為實現四極照明衍射光學元件，61為實現環形照明衍射光學元件，62為實現X向二極照明衍射光學元件，63為實現Y向二極照明衍射光學元件。5、6和7 —起實現不同照明模式和不同相關因子的照明分布。8為微透鏡陣列，實現均勻照明。9為聚光光學系統，將均勻照明成像置掩模面M處。
[0018]投影光學系統PL位于圖1所示的掩模M下方，其光軸AX平行于Z軸方向。由于采用雙遠心結構并具有預定的縮小比例如1/5或1/4的折射式或折反射式光學系統作為投影光學系統，所以當照明系統發射的曝光光束照射掩模M上的掩模圖案時，電路掩模圖案經過投影光學系統PL在涂覆有光刻膠的硅片W上成縮小的圖像。
[0019]其中，上述超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，包括:偏振補償單元11，放置于所述投影物鏡的光瞳面并對所述投影物鏡的出射光束進行偏振調制；偏振檢測裝置21，位于所述投影物鏡的像面，以檢測所述投影物鏡的各個視場點的偏振態；偏振控制單元31，用于控制所述偏振子單元。其中，偏振控制單元31 —般包括探測傳感系統、板卡驅動系統和電機執行系統。偏振檢測單元21和偏振控制單元31—起實現偏振補償調整。其中，偏振補償單元11包括:若干個偏振子單元，用于實現不同偏振態。上述偏振子單元包括X向偏振子單兀、Y向偏振子單兀和/或S向偏振子單兀。X/Y偏振子單兀由在石英基板上制作的若干個方形區域構成，每個方形區域包括對成像光束進行X/Y向偏振調制的電光晶體；每個方形區域形成偏振方向可改變的線偏振器。所述方形區域利用微陣列電極裝置控制，通過控制不同的電壓光軸偏轉角度來實現不同X/Y向的偏振態改變，以滿足投影物鏡的偏振像差補償需求。S偏振子單元由在石英基板上制作的若干個扇形區域構成，每個扇形區域包括對成像光束進行S向偏振調制的電光晶體；每個扇形區域形成偏振方向可改變的線偏振器。所述扇形區域利用微陣列電極裝置控制，通過控制不同的電壓光軸偏轉角度來實現不同S向的偏振態改變，以滿足投影物鏡的偏振像差補償需求。
[0020]當光刻機實際工作時，從光源I發出的激光經過照明系統各個元件，在掩模面上形成一定視場的均勻照明。對于不同的掩模圖形曝光時，光刻系統會設置不同的期望偏振態。當光刻機曝光垂直線條圖形時，需要設置X向偏振態，如圖2中的a圖所示。如光刻機曝光水平線條圖形時，需要設置Y向偏振態，如圖2中的b圖所不。曝光同時由兩個方向的線條時，需要S偏振，如圖2中的c圖所示的偏振態。在45nm節點都要求IPS大于97%。不同的偏振態都需要偏振同補償調整。以下將介紹實現X向偏振的補償方案和補償步驟。
[0021]圖4為實現X向偏振補償裝置方案示意圖，X向偏振子單元Ila為一系列在石英基板Ilb上制作的若干個方形區域12構成，如圖4所示，每個方形區域上還可以制作了對成像光束進行偏振調制的電光晶體；偏振光瞳器件上的每一個方形區域都形成線偏振器，其偏振方向可利用微陣列電極裝置使方形區域12加電壓，如圖4所示根據不同的電壓光軸偏轉角度不同來實現不同的偏振態改變，以滿足投影物鏡的偏振像差補償需求。
[0022]具體偏振補償調整方法如圖3所示，步驟為:
301:首先由偏振檢測裝置21檢測當前各視場的實際偏振態,
302:曝光不同的圖形時，系統都有與之對應的期望偏振態1^^，偏振控制單元31在控制程序中比較實際偏振態ira:與期望偏振態;
303:如果，則直接曝光。如果〉^rm ,偏振控制單兀31需要確定偏振子單元N和需要偏振調整量；
304:根據各個偏振子單元需要調整量,偏振控制單元31計算各個子單元需要調整的物理量；
305:根據子單元調整量Δ忌，由偏振控制單元31的電機單元驅動實現；
306:調整完成后，重新檢測偏振狀態，如果不滿足重復上述301至305，使偏振態滿足需求。
[0023]當投影物鏡中存在雙折射或鍍膜的影響時，測試出來實際的偏振態為圖5中12a所示的偏振態，可以看出，12a偏振態與12b的偏振態存在差異，IPS為94%，不滿足偏振需求。通過這兩個偏振態差異，可以通過31偏振控制單元將12方形區域進行調整，調整量為
3%.經過調整后，使偏振態滿足需求。
[0024]以下將介紹實現Y向偏振的補償方案和補償步驟。
[0025]圖6為實現Y向偏振補償裝置方案示意圖，Y向偏振子單元13a為一系列在石英基板13b上制作的若干個方形區域14構成，如圖6所示，每個方形區域上還可以制作了對成像光束進行偏振調制的電光晶體；Y向偏振子單元上的每一個方形區域都形成線偏振器，其偏振方向可利用微陣列電極裝置使方形區域14加電壓，如圖6所示根據不同的電壓光軸偏轉角度不同來實現不同的偏振態改變，以滿足投影物鏡的偏振像差補償需求。Y向偏振補償補償方法如圖3中所示。
[0026]當投影物鏡中存在雙折射或鍍膜的影響時，測試出來實際的偏振態為圖7中14a所不的偏振態，可以看出，14a偏振態與14b的偏振態存在差異，IPS為94%,不滿足偏振需求。通過這兩個偏振態差異，可以通過31偏振控制單元將14方形區域進行調整，調整量為3%ο經過調整后，使偏振態滿足需求。
[0027]以下將介紹實現S偏振的補償方案和補償步驟。
[0028]圖8為偏振補償裝置方案示意圖，S偏振子單元15a為一系列在石英基板15b上制作的若干個扇形區域16構成，如圖8所示，每個扇形區域上還可以制作了對成像光束進行偏振調制的電光晶體；S偏振子單元上的每一個扇形區域都形成線偏振器，其偏振方向可利用微陣列電極裝置使扇形區域16加電壓，如圖8所示根據不同的電壓光軸偏轉角度不同來實現不同的偏振態改變，以滿足投影物鏡的偏振像差補償需求。S向偏振補償補償方法如圖3中所示。
[0029]當投影物鏡中存在雙折射或鍍膜的影響時，測試出來實際的偏振態為圖9中16a所示的偏振態，可以看出，16a偏振態與16b的偏振態存在差異，IPS為94%，不滿足偏振需求。通過這兩個偏振態差異，可以通過偏振控制單元31將16扇形區域進行調整，調整量為3%ο經過調整后，使偏振態滿足需求。
[0030]本發明具體實施例技術方案與現有技術相比具有以下優點:
第一、本發明在投影光刻機的成像光刻物鏡光瞳面上直接加入偏振光瞳器件，改變了投影成像光學系統的光瞳函數，對成像系統進行偏振調制，改善了系統傳輸特性，達到了提高投影成像光刻分辨率的目的。
[0031]第二、本發明在投影光刻機的成像光刻物鏡光瞳面上直接加入偏振光瞳器件，通過調整偏振補償裝置單個補償元器件的偏振狀態，使期望偏振光強大于97%，提高投影成像光刻CDU。
[0032]第三、本發明在投應光刻成像系統中加入偏振光瞳器件，不影響原投影光刻機成像系統的技術參數，因此可以在設計制造光刻成像物鏡時就考慮加入，使光刻成像系統的設計簡單方便。
[0033]本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的范圍之內。
【權利要求】
1.一種超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，包括: 偏振補償單元，放置于光刻裝置投影物鏡的光瞳面并對所述投影物鏡的出射光束進行偏振調制。
2.如權利要求1所述的超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，所述偏振補償單元包括:若干個偏振子單元，用于實現不同偏振態。
3.如權利要求2所述的超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，所述超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置還包括: 偏振檢測裝置，位于所述投影物鏡的像面，以檢測所述投影物鏡的視場點的偏振態；以及 偏振控制單元，用于控制所述偏振子單元。
4.如權利要求2所述的超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，所述偏振子單兀包括X向偏振子單兀、Y向偏振子單兀和/或S向偏振子單兀。
5.如權利要求4所述的超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，所述X/Y偏振子單元由在石英基板上制作的若干個方形區域構成，每個方形區域包括對成像光束進行X/Y向偏振調制的電光晶體；每個方形區域形成偏振方向可改變的線偏振器。
6.如權利要求5所述的超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，所述方形區域利用微陣列電極裝置控制，通過控制不同的電壓光軸偏轉角度來實現不同X/Y向的偏振態改變。
7.如權利要求4所述的超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，所述S偏振子單元由在石英基板上制作的若干個扇形區域構成，每個扇形區域包括對成像光束進行S向偏振調制的電光晶體；每個扇形區域形成偏振方向可改變的線偏振器。
8.如權利要求7所述的超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，其特征在于，所述扇形區域利用微陣列電極裝置控制，通過控制不同的電壓光軸偏轉角度來實現不同S向的偏振態改變。
9.一種超高數值孔徑光刻成像偏振補償方法，其特征在于，包括: 步驟一、偏振檢測裝置檢測各視場的實際偏振態;
步驟二、偏振控制單元對比期望偏振態1和實際偏振態的大小，如果<孤，，則投影物鏡直接曝光；如果〃足 > 孤，，偏振控制單元確定需要調整的偏振子單元N和各個偏振子單元需要調整量Δ/Λ.?κ ； 步驟三、根據所述各個偏振子單元需要調整量,偏振控制單元計算各個子單元需要調整的物理量Δ4 ； 步驟四、偏振控制單元根據Δ4調整偏振子單元N的偏振態。
10.一種應用超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置的光刻機，其特征在于，包括: 光源，用于產生激光光束； 照明單元，用于將所述激光光束調整為照明光束并照射至一掩模板； 投影物鏡，用于將攜帶所述掩模板信息的所述照明光束投影至一基底表面；
超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，用于對所述投影物鏡的出射光束進行偏振調制； 其中，所述超高數值孔徑光刻成像偏振補償裝置，包括: 偏振補償單元，放置于所述投影物鏡的光瞳面并對所述投影物鏡的出射光束進行偏振調制； 偏振檢測裝置，位于所述投影物鏡的像面，以檢測所述投影物鏡的視場點的偏振態； 偏振控制單元，用于 控制所述偏振子單元。
【文檔編號】G02F1/03GK104049466SQ201310076400
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月11日 優先權日:2013年3月11日
【發明者】孫文鳳 申請人:上海微電子裝備有限公司