超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置，包括：一光源，用于提供一照明光束；一照明单元，用于将该照明光束调整为曝光光束并照射一掩模板；一投影物镜，用于将透射过该掩模板的成像光束成像至一硅片上；一偏振补偿装置，用于偏振调制该曝光光束或/和该成像光束，该偏振补偿装置位于该照明单元及该掩模板之间或者位于该投影物镜以及该硅片之间。

Ultra high numerical aperture lithography polarization compensation device and method

The invention discloses an ultra high numerical aperture lithography imaging polarization compensation device, including: a light source for providing an illuminating beam; a lighting unit for the illumination beam adjusted for exposure light and irradiating a mask; a projection lens for imaging imaging beam transmitted through the mask plate to a silicon wafer; a polarization compensation device for polarization modulation of the exposure beam or / and the imaging beam, the polarization compensation device is arranged between the illumination unit and the mask or on the projection lens and the wafer.

【技术实现步骤摘要】
超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置及方法
本专利技术涉及一种超大规模集成电路生产设备步进扫描投影光刻机光刻成像
，尤其涉及一种高数值孔径光刻成像偏振补偿装置。
技术介绍
随着投影光刻技术的发展，光刻机的投影光学系统性能逐步提高，目前光刻机已成功应用于亚微米和深亚微米分辨率的集成电路制造领域。用光刻机制造集成电路芯片时要求投影物镜具有较高的分辨率，以实现高集成度芯片的制备。为了满足对投影光物镜较高分辨率的要求，需要提高投影物镜的像方数值孔径（NA）。然而，采用大数值孔径的投影物镜导致偏振光对光刻结果的影响变得明显，对不同方向的线条使用不同的偏振态光进行曝光，可以极大的提高光刻效果。为了描述实际偏振态与理想期望偏振态的差别，引进期望偏振光强IPS（IntensityinPreferredState）的概念。期望偏振光强（IPS）是期望偏振态的光强占总光强的比例。在超高数值孔径（NA)光刻机尤其是NA>1的浸没光刻机中，偏振的控制尤为重要，即为控制IPS。早期的高NA光刻机中，一直被关注的是光源的偏振影响，而掩模及PO的光瞳偏振不被关注。随着浸没投影物镜NA的不断提高，照明偏振的控制所达到的IPS一般小于95%，而超高NA的偏振需求IPS要求大于97%，不能满足光刻成像需求。专利US2008/0074632A1和专利US2009/0128796A1都提出了照明光路中偏振控制技术。US2008/0074632A1中FIG1~FIG11描述了利用偏振态开关装置实现常用的四种照明模式传统照明，环形照明，四极照明和二级照明的偏振控制；专利US2009/0128796A1在照明光路中放置线性起偏器和旋光装置实现偏振控制。这些偏振控制技术都是保证在掩模面上照明的偏振方向最有利于光刻成像，而实际PO光路上由于Fresnel效应、材料双折射和镀膜的影响也会改变偏振态，偏振像差的残差积累值不容忽视，需要补偿和控制。尤其是，投影物镜光学元件的表面全部进行了镀膜，而目前大多数的镀膜都采用多层膜的膜系结构。光波在每一层膜的交界面的发生折反射时其偏振状态都会发生一定程度的改变，因此，在设计阶段不知道每个膜层的折射率信息的情况下是不可能精确计算出光的偏振态是如何随着光束的传播在光路中变化的，只能在设计过程中进行估算。这些不可预计的影响需要在物镜实际加工制造出来之后用偏振补偿来控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超高数值孔径光刻成偏振补偿控制装置，在物面或像面或物像面同时放置偏振光瞳补偿器件对成像光束进行偏振调制，目的在于补偿超高NA光刻成像系统中PO光路上的偏振像差影响，精确控制偏振态，提高光刻效果。为了实现上述专利技术目的，本专利技术公开一种超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置，包括：一光源，用于提供一照明光束；一照明单元，用于将该照明光束调整为曝光光束并照射一掩模板；一投影物镜，用于将透射过该掩模板的成像光束成像至一硅片上；一偏振补偿装置，用于偏振调制该曝光光束或/和该成像光束，该偏振补偿装置位于该照明单元及该掩模板之间或者位于该投影物镜以及该硅片之间。更进一步地，该偏振补偿装置由石英基板制成的若干方形区域构成。该每个方形区域上形成了对该曝光光束或/和该成像光束进行X向偏振调制的电光晶体，该每个方形区域形成一偏振方向可变的X向线偏振器。该每个方形区域上形成了对该曝光光束或/和该成像光束进行Y向偏振调制的电光晶体，该每个方形区域形成一偏振方向可变的Y向线偏振器。该每个方形区域上形成了对该曝光光束或/和该成像光束进行S向偏振调制的电光晶体，该每个方形区域形成一偏振方向可变的S向线偏振器。该方形区域由微阵列电极装置控，利用不同的电压光轴偏转角度不同来实现不同的偏振态改变。本专利技术同时公开一种超高数值孔径光刻成像偏振补偿方法，包括：步骤一、检测各曝光视场的实际偏振态；步骤二、根据实际偏振态和期望偏振态判断是否开始曝光或补偿偏振调整量；步骤三、根据各个偏振子单元需要调整量计算各个子单元需要调整的物理量；步骤四、根据该各个子单元需要调整的物理量补偿实际偏振态。更进一步地，该方法还包括步骤五、重复步骤一至四直至使该实际偏振态满足需求。与现有技术相比较，本专利技术所公开的超高数值孔径光刻成偏振补偿控制装置，在物面或像面或物像面同时放置偏振光瞳补偿器件对成像光束进行偏振调制，能有效补偿超高NA光刻成像系统中PO光路上的偏振像差影响，精确控制偏振态，提高光刻效果，可以将期望偏振光强提高到97%以上，满足超高NA的偏振需求，实现分辨率及CDU需求。附图说明关于本专利技术的优点与精神可以通过以下的专利技术详述及所附图式得到进一步的了解。图1是应用本专利技术偏振补偿装置的光刻装置的结构示意图；图2是不同偏振态方向示意图；图3是光刻装置的偏振测量补偿和调整流程图；图4是为实现X方向偏振补偿装置示意图；图5是为实现X方向偏振补偿效果示意图；图6是为实现Y方向偏振补偿装置示意图；图7是为实现Y方向偏振补偿效果示意图；图8是为实现S偏振补偿装置示意图；图9是为实现S偏振补偿效果示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的一种具体实施例的用于光刻装置的超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置及方法。然而，应当将本专利技术理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本专利技术的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。在以下描述中，为了清楚展示本专利技术的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，“X方向”应理解为与水平面平行的方向，“Y方向”应理解为与水平面平行并与X方向垂直的方向，“Z方向”应理解为与水平面垂直并与X方向、Y方向垂直的方向。图1是本专利技术应用的偏振补偿装置的光刻设备结构示意图。如图1中所示，光刻设备100包括用于光源1，提供曝光光束的照明系统2~9以及掩模M，投影物镜PL和硅片W。对于超高NA光刻成像系统，光源1一般为193nmArF激光器或248nmKrF激光器或其它紫外激光器。从激光器1而来的光沿Z轴方向传播，在XY面上的截面为长扇形光斑，传播至扩束器单元2，2a和2b是不同曲率半径的透镜，使光源在2b之后的光路XY截面上输出预定的目标扇形的光斑。3为转折反射镜，光线经过3后转为沿Y向传播。10为旋光装置，20为消偏装置。4为衍射元件，5和7均为变焦光学单元，6为衍射光学元件，60为实现四极照明衍射光学元件，61为实现环形照明衍射光学元件，62为实现X向二极照明衍射光学元件，63为实现Y向二极照明衍射光学元件。5、6和7一起实现不同照明模式和不同相关因子的照明分布。8为微透镜阵列，实现均匀照明。9为聚光光学系统，将均匀照明成像置掩模面M处。投影光学系统PL位于图1所示的掩模M下方，其光轴AX平行于Z轴方向。由于采用双远心结构并具有预定的缩小比例如1/5或1/4的折射式或折反射式光学系统作为投影光学系统，所以当照明系统发射的曝光光束照射掩模M上的掩模图案时，电路掩模图案经过投影光学系统PL在涂覆有光刻胶的晶片W上成缩小的图像。如图1中所示，11为照明部件与掩模之间的偏振补偿装置，13为物镜与硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置，其特征在于，包括：一光源，用于提供一照明光束；一照明单元，用于将所述照明光束调整为曝光光束并照射一掩模板；一投影物镜，用于将透射过所述掩模板的成像光束成像至一硅片上；一偏振补偿装置，用于偏振调制所述曝光光束或所述成像光束，所述偏振补偿装置位于所述照明单元及所述掩模板之间或者位于所述投影物镜以及所述硅片之间；所述偏振补偿装置由石英基板制成的若干方形区域构成；所述每个方形区域上形成了对所述曝光光束或所述成像光束进行X向或Y向或S向偏振调制的电光晶体，所述每个方形区域形成一偏振方向可变的X向线偏振器或Y向线偏振器或S向线偏振器。

【技术特征摘要】
1.一种超高数值孔径光刻成像偏振补偿装置，其特征在于，包括：一光源，用于提供一照明光束；一照明单元，用于将所述照明光束调整为曝光光束并照射一掩模板；一投影物镜，用于将透射过所述掩模板的成像光束成像至一硅片上；一偏振补偿装置，用于偏振调制所述曝光光束或所述成像光束，所述偏振补偿装置位于所述照明单元及所述掩模板之间或者位于所述投影物镜以及所述硅片之间；所述偏振补偿装置由石英基板制成的若干方形区域构成；所述每个方形区域上形成了对所述曝光光束或所述成像光束进行X向或Y向或S向偏振调制的电光晶体，所述每个方形区域形成一偏振方向可变的X向线偏振器或Y向线偏振器或S向线偏振器。2.如权利要求1所述的偏振补偿装置，其特征在于，所述方形区域由微阵列电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文凤，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31