CN103092000A - 极紫外光刻复眼匀光离轴照明系统及实现离轴照明的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种EUVL复眼匀光离轴照明系统，包括等离子体光源、二次曲面反光碗、双排复眼以及中继镜组；其中所述双排复眼由视场复眼和光阑复眼组成，所述中继镜组由凸二次曲面反光镜和凹二次曲面反光镜组成；视场复眼由N个弧形复眼元密排组成，每一弧形复眼元反射面均为凹球面，且每一弧形复眼元对应的倾斜角可调；所述N个弧形复眼元排成n列，各列上弧形复眼元的个数由中间向两边递减，且所有弧形复眼元的朝向一致；光阑复眼由M个光阑复眼元密排组成，每一光阑复眼元均为一个方形平面反射镜，且每一光阑复眼元对应的倾斜角可调；所述M个光阑复眼元排布于一个近似圆形的区域内。本发明能够实现二极照明、四极照明和环形照明等多种离轴照明模式。

Description

极紫外光刻复眼匀光离轴照明系统及实现离轴照明的方法

技术领域

本发明提供了一种极紫外光刻复眼匀光离轴照明系统及实现离轴照明的方法，属于光刻照明技术领域。

背景技术

极紫外光刻（EUVL）是以波长为11~14nm的极紫外（EUV）射线为曝光光源的光刻技术，适用于特征尺寸为32nm及更细线宽的集成电路的大批量生产。投影式光刻机的核心部件是投影曝光光学系统，该系统最重要的组成部分是照明系统和投影物镜系统。照明系统主要功能是为掩模面提供均匀照明、控制曝光剂量和实现离轴照明模式。作为光刻机重要组成部分的照明系统对提高整个光刻机性能至关重要，因此设计好照明系统是完成整个投影曝光系统的重要环节。

离轴照明技术的发展，使得光刻投影系统能够在增大数值孔径（NA）的同时保证较大的焦深。离轴照明技术被认为是最有希望拓展光学光刻分辨力的技术之一，其照明方式包括四极照明、环形照明、二极照明等。

目前在极紫外波段光刻照明系统中实现离轴照明的方法之一是在照明系统的孔径光阑处设置光瞳滤波器，这种方式导致能量损失严重；第二种方法是在光路中放置衍射光学元件（Diffraction Optical Element，DOE）；第三种方法是利用自由曲面实现离轴照明；第四种方法则是利用电机控制双排复眼的位置以及各个小复眼元的相对位置和倾斜角，从而获得所要求的照明方式。前两种方法由于额外引入了元件，会增大光能损失，而自由曲面的加工成本太大，因此目前主要是利用双排复眼来实现离轴照明。

相关文献US6658084针对EUV光刻离轴照明提出了一种设计思想，该设计思想指出可以通过控制第一排复眼的倾斜角度和位置，有选择性的使用部分第二排复眼，由此在出瞳面上获得指定的光场分布，实现各种离轴照明。但是该专利并没有详细的阐述双排复眼的对位关系以及对位原则，与此同时，该设计也并未给出不同照明模式下，第二排复眼的排布方式。

相关文献DE19903807指出，在双排复眼照明系统中，照明模式主要由第二排复眼的排布来决定。但是该专利并没有详细的给出如何通过改变第二排复眼的排布来得到不同的离轴照明模式。

发明内容

本发明提出了一种照明均匀度极高的EUVL复眼匀光离轴照明系统，该系统给出了双排复眼（视场复眼和光阑复眼）的排布方案，使得该系统能够利用双排复眼实现多种离轴照明模式，从而保证了较高的光能量利用率。

实现本发明的技术方案如下：

一种EUVL复眼匀光离轴照明系统，该系统包括等离子体光源、二次曲面反光碗、双排复眼以及中继镜组；其中所述双排复眼由视场复眼和光阑复眼组成，所述中继镜组由凸二次曲面反光镜和凹二次曲面反光镜组成；

上述各元件沿光路方向的位置关系依次为：等离子体光源、二次曲面反光碗、视场复眼、光阑复眼、凸二次曲面反光镜、凹二次曲面反光镜；

所述视场复眼由N个弧形复眼元密排组成，每一弧形复眼元反射面均为凹球面，且每一弧形复眼元对应的倾斜角可调；所述N个弧形复眼元排成n列，各列上弧形复眼元的个数由中间向两边递减，且所有弧形复眼元的朝向一致；

所述光阑复眼由M个光阑复眼元密排组成，每一光阑复眼元均为一个方形平面反射镜，且每一光阑复眼元对应的倾斜角可调；所述M个光阑复眼元排布于一个近似圆形的区域内；其中所述M>N。

较佳地，本发明令所述N=320，所述M=492，所述n=5。

同时本发明进一步给出依照上述给出的照明系统，实现离轴照明的方法，该方法的具体步骤为：

步骤一，设置所述极紫外光刻复眼匀光离轴照明系统；

步骤二、从所述M个光阑复眼元中选定N个，令每一弧形复眼元和所选定的光阑复眼元一一对应；

步骤三、采用光线可逆的原理，调整光阑复眼元的倾斜角度，使得经其反射的光线入射至与该光阑复眼元对应的视场复眼元上；调整视场复眼元的倾斜角，使经其反射的光线的反向延长线聚焦于二次曲面反光碗的非邻近焦点。

进一步地，本发明采用就近原则令视场复眼和光阑复眼上的复眼元一一对应，所述就近原则为：令处于视场复眼上半部分的弧形复眼元对应处于光阑复眼上半部分的光阑复眼元，使处于视场复眼中部的弧形复眼元对应处于光阑复眼中部的光阑复眼元，使处于视场复眼下半部分的弧形复眼元对应处于光阑复眼下半部分的光阑复眼元。

有益效果

第一、本发明提出了一双排复眼的排布方法，通过改变双排复眼之间的位置关系，使得本照明系统能够实现二极照明、四极照明和环形照明等多种离轴照明模式；本系统处于二极照明、四极照明以及环形照明模式下，该系统在像面上的照明非均匀度位于1.7%~2.2%以内。

第二、本发明明确提出了“就近对位”的方法，依据该方法将系统中每一个视场复眼与光阑复眼进行一一对应，从而保证了较高的光能利用率和照明均匀性并利用光线可逆原理，确定弧形复眼元和光阑复眼元的倾斜角，从而基于本发明系统实现离轴照明。

附图说明

图1为本发明所依据的现有极紫外光刻复眼照明系统的典型结构示意图。

图2为本发明二次曲面聚光镜的示意图。

图3为本发明中视场复眼排布图。

图4为本发明中光阑复眼排布图。

图5为本发明中三种照明模式下光阑复眼排布图。

图6为本发明中二极照明模式下视场复眼的分区示意图。

图7为本发明中二极照明模式下光阑复眼的分区示意图。

图8为本发明中二极照明模式下视场复眼的分区的局部放大图。

图9为本发明中二级照明模式下光阑复眼的分区得局部放大图。

图10为本发明三种照明模式下整个系统的出瞳光强分布。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明EUVL复眼匀光离轴照明系统，该系统利用双排复眼实现了多种离轴照明模式，该系统具体包括等离子体光源、二次曲面反光碗、双排复眼以及中继镜组；其中所述双排复眼由视场复眼和光阑复眼组成，所述中继镜组由凸二次曲面反光镜和凹二次曲面反光镜组成；上述各元件沿光路方向的位置关系依次为：等离子体光源、二次曲面反光碗、视场复眼、光阑复眼、凸二次曲面反光镜、凹二次曲面反光镜。

等离子体光源用于形成光线，其波长小于等于193nm。二次曲面反光碗用于对等离子体光源发出的光线进行收集并输出会聚光束，如图2所示，坐标系右侧的实线表示聚光镜，定义右侧的焦点为聚光镜的邻近焦点，左侧的焦点为聚光镜的非邻近焦点。

双排复眼模块包括第一排复眼（即视场复眼）和第二排复眼（即光阑复眼），所述视场复眼和光阑复眼上的每一个复眼元都是一个小反射镜，其用来实现匀光和各种离轴照明。所述视场复眼由N个弧形复眼元密排组成，所有视场复眼均排布于一个近似圆形的区域内，如图3所示，每一弧形复眼元反射面均为凹球面，且每一弧形复眼元对应的倾斜角可调；所述N个弧形复眼元排成n列，各列上弧形复眼元的个数由中间向两边递减，且所有弧形复眼元的朝向一致；所述光阑复眼由M个光阑复眼元密排组成，每一光阑复眼元均为一个方形平面反射镜，且每一光阑复眼元对应的倾斜角可调；所述M个光阑复眼元排布于一个近似圆形的区域内，如图4所示。本实施例中，较佳地令所述N=320，所述M=492，所述n=5。

本发明根据光源的不同，通过改变视场复眼和光阑复眼之间的对位关系，可以获得二极照明、四极照明以及环形照明等模式。考虑到镀膜后镜片的反射率，以及光能利用率等问题，本发明中复眼对位采取“就近对位”的原则，即中心视场复眼大致对应中心光阑复眼，边缘视场复眼大致对应边缘光阑复眼。通过控制视场复眼元的倾斜角度，使每个子光束分别入射到指定的光阑复眼元上。

中继镜组包括两个反射式二次曲面，其用于将视场复眼的叠加像成像到像面上，同时将光阑复眼成像到照明系统的出瞳面上。通过将掩模设置在该系统像面的位置（即像面为实际光刻系统中的掩模面，照明系统出瞳位置与投影物镜入瞳位置重合），使得该系统能够为掩模提供均匀的离轴照明。

本发明的EUV光刻离轴照明系统的工作过程为：光源发出的光线经过二次曲面反光碗反射后获得小角度会聚光束，该光束入射至第一排复眼（视场复眼）上。小角度会聚光束入射至该面后将被分割成子光束，经过视场复眼反射后，入射到光阑复眼上。通过控制视场复眼元（弧形复眼元）的倾斜角度，使每个子光束分别入射到指定的光阑复眼元上，每一对视场复眼-光阑复眼便构成一个光通道。与此同时，所有视场复眼元都会被对应的光阑复眼元成像，准确的控制光阑复眼元的倾斜角度，使得所有视场复眼元的像在指定位置叠加。叠加光斑和光阑复眼经过中继镜组成像，形成两组共轭关系，其中，叠加光斑成像在掩模上，光阑复眼成像在出瞳面上。

表1是该系统中每一个元件的位置坐标及倾斜角

表2为该系统中每一个元件的面型参数数据

以上各元件的具体参数在实际操作中，可做微调以满足不同的系统参数要求。在二极照明、四极照明以及环形照明模式下，该系统在像面上的照明非均匀度位于1.7%~2.2%以内，均匀性非常好。

本发明实现离轴照明的思想在于：等离子体光源发出的光束经过光线收集模块后入射到视场复眼上，在每一种照明模式下，视场复眼元与相应的光阑复眼元存在一一对应的关系。通过控制视场复眼元的倾斜角度，可以使每一个视场复眼元的出射光线准确的入射到预定的与之对应的光阑复眼元上。由于本发明中，光阑复眼和出瞳面互为共轭，因此为了得到不同的照明模式，只需要按照照明模式的要求改变视场复眼和光阑复眼的对位关系，使得入射到光阑复眼平板上的光线按照要求分布即可。通常在此种情况下，整个系统所包含的光阑复眼元的个数会远远大于视场复眼元的个数。

本发明提出的一套光阑复眼的排布如图5（a）、5（b）、5（c）所示，在每一种照明模式下，仅有与视场复眼数相同的光阑复眼参与照明，图中灰色部分表示的是在该中照明模式下参与照明的光阑复眼元。

同时本发明进一步给出依照上述给出的照明系统，实现离轴照明的方法，该方法的具体步骤为：

步骤一，设置所述极紫外光刻复眼匀光离轴照明系统。

步骤二、从所述M个光阑复眼元中选定N个，令每一弧形复眼元和所选定的光阑复眼元一一对应。

步骤二的实现过程为：将视场复眼分成N份，将对应模式下参与照明的光阑复眼也分成N份，视场复眼中第i个区域所包含的复眼元数目应等于光阑复眼中第i个区域所包含的复眼元数目。依据就近原则，使处于视场复眼上半部分的复眼区域对应处于光阑复眼上半部分的复眼区域；使处于视场复眼中部的复眼区域对应处于光阑复眼中部的复眼区域，使处于视场复眼下半部分的复眼区域对应处于光阑复眼下半部分的复眼区域。然后对其每一个区域内部的复眼进行编号，在每一个区域内部同样依照就近原则，保证视场复眼第i个区域内的第j个复眼元对应光阑复眼中第i个区域内的第j个复眼元。以二极照明为例说明，图6所示为本实例中视场复眼分区示意图，图7为该模式下本实例中光阑复眼分区示意图，其中灰色区域表示的是参与照明的光阑复眼，拥有相同标号的视场复眼元和光阑复眼元组成对应的成像通道。

步骤三、采用光线可逆的原理，调整光阑复眼元的倾斜角度，使得经其反射的光线入射至与该光阑复眼元对应的视场复眼元上；调整视场复眼元的倾斜角，使经其反射的光线的反向延长线聚焦于二次曲面反光碗的非邻近焦点。

本步骤可利用光学设计软件CODE V实现，如图8和图9所示，其为在单一区域内双排复眼的对应关系，最后可计算出每一对视场复眼元和光阑复眼元的倾斜角度，从而确定了整个系统的参数。

整个系统的出瞳光强分布如图10（a）、10（b）、10（c）所示。

本发明提出的光阑复眼排布方式、复眼对位原则以及复眼对位方法并不仅仅限于视场复眼为320个的照明系统。当视场复眼数目增多或者减少时，仅需要适当的改变视场复眼和光阑复眼的对位关系即可。另外本系统也可以实现传统照明。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种EUVL复眼匀光离轴照明系统，该系统包括等离子体光源、二次曲面反光碗、双排复眼以及中继镜组；其中所述双排复眼由视场复眼和光阑复眼组成，所述中继镜组由凸二次曲面反光镜和凹二次曲面反光镜组成；上述各元件沿光路方向的位置关系依次为：等离子体光源、二次曲面反光碗、视场复眼、光阑复眼、凸二次曲面反光镜、凹二次曲面反光镜；其特征在于，

所述视场复眼由N个弧形复眼元密排组成，每一弧形复眼元反射面均为凹球面，且每一弧形复眼元对应的倾斜角可调；所述N个弧形复眼元排成n列，各列上弧形复眼元的个数由中间向两边递减，且所有弧形复眼元的朝向一致；

所述光阑复眼由M个光阑复眼元密排组成，每一光阑复眼元均为一个方形平面反射镜，且每一光阑复眼元对应的倾斜角可调；所述M个光阑复眼元排布于一个圆形的区域内；其中所述M>N。

2.根据权利要求1所述EUVL复眼匀光离轴照明系统，其特征在于，令所述N=320，所述M=492，所述n=5。

3.利用权利要求1所述EUVL复眼匀光离轴照明系统实现离轴照明的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

步骤一，设置所述极紫外光刻复眼匀光离轴照明系统；

步骤二、从所述M个光阑复眼元中选定N个，令每一弧形复眼元和所选定的光阑复眼元一一对应；

步骤三、采用光线可逆的原理，调整光阑复眼元的倾斜角度，使得经其反射的光线入射至与该光阑复眼元对应的视场复眼元上；调整视场复眼元的倾斜角，使经其反射的光线的反向延长线聚焦于二次曲面反光碗的非邻近焦点。

4.根据权利要求3所述实现离轴照明的方法，其特征在于，采用就近原则令视场复眼和光阑复眼上的复眼元一一对应，所述就近原则为：令处于视场复眼上半部分的弧形复眼元对应处于光阑复眼上半部分的光阑复眼元，使处于视场复眼中部的弧形复眼元对应处于光阑复眼中部的光阑复眼元，使处于视场复眼下半部分的弧形复眼元对应处于光阑复眼下半部分的光阑复眼元。

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