CN1466001A - 自适应全反射极紫外投影光刻物镜 - Google Patents
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Abstract
自适应全反射极紫外EUV(Extreme Ultraviolet)投影光刻物镜，可用于EUV投影光刻机中，它包括2－4片球面或非球面反射镜和一片变形反射镜构成的投影光学系统及成像探测器和控制器，极紫外光照射掩模后，依次通过2－4片球面或非球面反射镜以及变形反射镜构成的投影光学系统到达工件，由成像探测器在工件表面进行探测，其探测的信号通过控制器控制变形反射镜的反射镜面，对投影光刻物镜自身像差进行校正。其主要光学参数为：缩小倍率4～6倍，数值孔径0.1～0.4，成像视场20～30mm×1～2mm，本发明不仅可以简化投影光刻物镜结构，降低非球面反射镜的面形精度要求，而且能够消除环境变化等动态因素对投影光刻物镜像差的影响。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造关键设备光刻机中的投影光刻物镜，特别是指极紫外线EUV(Extreme Ultraviolet)投影光刻机中的一种自适应全反射EUV投影光刻物镜。
背景技术
EUV投影光刻机利用波长为13nm的极紫外光作为光源，并采用投影式工作原理，是下一代光刻机的有力竞争者。投影光刻物镜是投影式光刻机中最为关键的核心部件，EUV投影光刻物镜的主要光学参数为：缩小倍率4～6倍，数值孔径0.1～0.4，成像视场20～30mm×1～2mm，同时在像差控制方面有非常严格的要求。由于任何光学材料对13nm极紫外光的折射率均接近于1，而且对极紫外光的吸收很大，因此EUV投影光刻物镜只能采用全反射工作方式。为满足EUV投影光刻物镜的光学参数和像差控制要求，目前光学设计都是采用如图1所示的2～4片非球面反射镜的全反射结构形式。
图1中的全反射EUV投影光刻物镜优点是结构简单，不存在透射式投影光刻物镜所必须面临的消色差压力。但是，全反射EUV投影光刻物镜的缺点也是非常明显的，即光学加工和装校等方面的压力太大，不仅要求非球面反射镜的面形精度控制在rms(Root-Mean-Square)＜0.8nm，表面粗糙度控制在rms＜0.1nm，而且对工作环境也提出了非常苛刻的要求，因此研制全反射EUV投影光刻物镜不仅在技术上将遇到非常巨大的挑战，而且制造成本也是难以承受的。
发明内容
本发明的技术解决问题是：对全反射EUV投影光刻物镜进行改进，提供一种自适应全反射EUV投影光刻物镜，在全面满足EUV投影光刻物镜光学参数和像差要求的条件下，降低技术难度和制造成本。
本发明的技术解决方案是：用一片变形反射镜取代全反射EUV投影光刻物镜中的任一非球面反射镜，并引入成像探测器和控制器，这样变形反射镜与成像探测器和控制器构成闭环控制系统，使得在满足光学参数要求的同时，具有能动地校正自身像差的能力。为此本发明包括投影光学系统、成像探测器和控制器，投影光学系统由2-4片球面或非球面反射镜、一片变形反射镜构成，极紫外光照射掩模后，依次通过2-4片球面或非球面反射镜以及变形反射镜构成的投影光学系统到达工件，由成像探测器在工件表面进行探测，其探测的信号通过控制器控制变形反射镜的反射镜面，对投影光刻物镜自身像差进行校正。
本发明实现的自适应全反射EUV投影光刻物镜，与目前通用的全反射EUV投影光刻物镜相比具有以下优点：
1.采用变形反射镜后，可以能动地对EUV投影光刻物镜像差进行校正，可以方便地达到更高的像差控制精度；
2.采用变形反射镜后，可以将3个非球面反射镜全部或部分改为球面反射镜，降低EUV投影光刻物镜的制造成本；
3.采用变形反射镜后，可以减小对3个非球面反射镜面形精度的要求，降低EUV投影光刻物镜的技术难度和制造成本；
4.采用变形反射镜后，可以实时校正环境变化等动态因素对EUV投影光刻物镜像差的影响，降低对工作环境的要求，并能够延长EUV投影光刻物镜的使用寿命。
附图说明
图1是目前通用的全反射EUV投影光刻物镜结构示意图；
图2是本发明结构示意图；
图3为图2中变形反射镜结构示意图；
图4是本发明应用的具体实施例示意图。
图中标号说明：1-极紫外光 2-掩模3-球面或非球面反射镜 4-球面或非球面反射镜5-球面或非球面反射镜 6-变形反射镜7-工件 8-成像探测器9-控制器 10-投影光学系统11-非球面反射镜 12-变形反射镜的反射镜面13-变形反射镜的PZT位移驱动器 14-变形反射镜的基座15-激光器 16-物镜17-等离子靶面 18-非球面反射镜19-非球面反射镜 20-掩模台21-工件台 22-光源23-照明系统 24-闭环控制系统
具体实施方式
如图1所示，目前通用全反射EUV投影光刻物镜主要由非球面反射镜3、4、5、11构成。
如图2所示，本发明包括由球面或非球面反射镜3、4、5、一片变形反射镜6构成的投影光学系统10、成像探测器8和控制器9，13nm的极紫外光照射EUV光1照明掩模2后，顺次通过球面或非球面反射镜3、4、5以及变形反射镜6后，到达工件7，同时由成像探测器8进行探测，成像探测信号通过控制器9控制变形反射镜6，对投影光刻物镜自身像差进行校正。球面或非球面反射镜3、4、5以及变形反射镜6构成的投影光学系统10，能够全面满足EUV投影光刻物镜光学参数的要求；变形反射镜6、成像探测器8和控制器9构成的闭环控制系统赋予投影光刻物镜自适应地校正自身像差的能力，可以提高EUV投影光刻物镜像差控制精度，并降低技术难度和制造成本。
变形反射镜6还可以位于非球面反射镜3、4、5中的任一位置处，重要的是变形反射镜6应尽量靠近投影光刻物镜的光瞳位置，使变形反射镜6具有更强的像差控制能力。
如图3所示，变形放射镜6由反射镜面12、PZT((Plumbum lead ZirconateTitanate锆钛酸铅)位移驱动器13和基座14三个部分组成，变形反射镜6的工作原理是通过PZT位移驱动器13来改变反射镜面12的面形，从而具有能动地校正光学像差的能力。
成像探测器8能够探测掩模2在工件7表面的成像质量，并利用像清晰度函数将成像质量进行量化。像清晰度函数定义为投影光刻物镜在使用过程中所关心的各项成像质量指标的加权和，是一个可以量化的投影光刻物镜成像质量评判标准，并且在不同的使用条件下可以有不同的定义。
利用像清晰度函数作为EUV投影光刻物镜成像质量评判标准，通过控制器9的“串行爬山法”实现对变形反射镜6的反射镜面12的控制，可以达到校正EUV投影光刻物镜像差的目的。所谓“串行爬山法”，是指控制器9首先驱动变形反射镜6的某一个驱动器向任一方向移动，如果像清晰度函数值得到改善，则继续向该方向移动，否则向相反方向移动，直到得到该驱动器的最佳位置；控制器9依次控制变形反射镜6的所有驱动器移动，最后可以得到所有驱动器位置最优化的像清晰度函数值，即EUV投影光刻物镜的成像质量为最佳。
图4给出了本发明的一个具体实施例：本实施例为一极紫外EUV投影光刻机，它主要包括光源22、照明系统23、投影光学系统10和闭环控制系统24四大功能模块，以及掩模台20和工件台21两个部件，光源22是利用激光激发生成等离子体LLP(Laser Produced Plasma)原理输出13nm极紫外光，它包括激光器15、物镜16和等离子靶面17三个部件；激光器15为KrF准分子激光器，输出激光光束口径为Φ50mm、波长为248nm、单脉冲能量为20mJ、脉冲宽度为350fs、峰值功率为57GW、脉冲重复频率为10Hz；物镜16用于将激光器15输出的激光光束汇聚到等离子靶面17上形成激光光斑，激光光斑尺寸为3μm，光斑功率密度为8×1017W/cm2，等离子靶面17在激光照射下可以激发产生13nm的极紫外光。照明系统23包括两块非球面反射镜18和19，其作用是有效地收集光源22输出的13nm极紫外光，并均匀地照明固定在掩模台20上的反射式掩模2，掩模2面上照明均匀性＜±5％。投影光学系统10包括球面或非球面反射镜3、4、5以及变形反射镜6，其作用是将固定在掩模台20上的掩模2投影成像到固定在工件台21上的工件7表面，投影光学系统10的成像倍率为缩小5倍，数值孔径为0.1，成像视场为20mm×1mm，掩模2表面与工件7表面之间的距离为700mm。闭环控制系统24用于控制投影光学系统10自身以及环境变化产生的像差，它包括成像探测器8、控制器9和变形反射镜6三个部件：成像探测器8采用美国Roper公司生产的CoolSNAPHQ Monochrome型CCD，该CCD为1392×1040像素的科学级冷却式CCD，并配有专用的图像采集卡；变形反射镜6含有21个压电陶瓷PZT位移驱动器，通过这些位移驱动器的位移使变形反射镜6的反射表面产生变形，以校正投影光学系统10自身以及环境变化产生的像差；控制器9采用高速数字处理器实现“串行爬山法”控制原理，利用成像探测器8的测量结果控制变形反射镜6的各个位移驱动器移动，以达到最佳的成像效果，即将投影光学系统10的像差控制到最小。此外，掩模台20和工件台21还具有快速步进、精密定位和同步扫描等功能，可以高速、准确地完成工件的全视场曝光，并通过专门的光学对准系统控制完成掩模2与工件7之间的精密对准套刻。
Claims (6)
1.自适应全反射极紫外投影光刻物镜，其特征在于：包括投影光学系统、成像探测器和控制器，投影光学系统由2-4片球面或非球面反射镜、一片变形反射镜构成，极紫外光照射掩模后，依次通过2-4片球面或非球面反射镜以及变形反射镜构成的投影光学系统到达工件，由成像探测器在工件表面进行探测，其探测的信号通过控制器控制变形反射镜的反射镜面，对投影光刻物镜自身像差进行校正。
2、根据权利要求1所述的自适应全反射极紫外投影光刻物镜，其特征在于：所述的变形反射镜位于所述的2-4片球面或非球面反射镜中的任一位置处。
3、根据权利要求1或2所述自适应全反射极紫外投影光刻物镜，其特征在于：所述的变形反射镜具有表面变形能力，其反射镜面之下设有压电陶瓷PZT位移驱动器，用以控制变形反射镜的反射镜面变形。
4、根据权利要求3所述的自适应全反射极紫外投影光刻物镜，其特征在于：所述的压电陶瓷PZT位移驱动器的数目为2～100，最大位移量为0.01～6μm。
5、根据权利要求1或2所述的自适应全反射极紫外投影光刻物镜，其特征在于：所述的球面或非球面反射镜为3片。
6、根据权利要求5所述的自适应全反射极紫外投影光刻物镜，其特征在于：所述3个球面或非球面反射镜以及变形反射镜构成的投影光学系统中的缩小倍率4～6倍，数值孔径0.1～0.4，成像视场20～30mm×1～2mm。
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