專利名稱：自適應(yīng)全反射極紫外投影光刻物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造關(guān)鍵設(shè)備光刻機中的投影光刻物鏡，特別是指極紫外線EUV(Extreme Ultraviolet)投影光刻機中的一種自適應(yīng)全反射EUV投影光刻物鏡。


圖1中的全反射EUV投影光刻物鏡優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，不存在透射式投影光刻物鏡所必須面臨的消色差壓力。但是，全反射EUV投影光刻物鏡的缺點也是非常明顯的，即光學(xué)加工和裝校等方面的壓力太大，不僅要求非球面反射鏡的面形精度控制在rms(Root-Mean-Square)＜0.8nm，表面粗糙度控制在rms＜0.1nm，而且對工作環(huán)境也提出了非?？量痰囊?，因此研制全反射EUV投影光刻物鏡不僅在技術(shù)上將遇到非常巨大的挑戰(zhàn)，而且制造成本也是難以承受的。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是用一片變形反射鏡取代全反射EUV投影光刻物鏡中的任一非球面反射鏡，并引入成像探測器和控制器，這樣變形反射鏡與成像探測器和控制器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得在滿足光學(xué)參數(shù)要求的同時，具有能動地校正自身像差的能力。為此本發(fā)明包括投影光學(xué)系統(tǒng)、成像探測器和控制器，投影光學(xué)系統(tǒng)由2-4片球面或非球面反射鏡、一片變形反射鏡構(gòu)成，極紫外光照射掩模后，依次通過2-4片球面或非球面反射鏡以及變形反射鏡構(gòu)成的投影光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)工件，由成像探測器在工件表面進行探測，其探測的信號通過控制器控制變形反射鏡的反射鏡面，對投影光刻物鏡自身像差進行校正。
本發(fā)明實現(xiàn)的自適應(yīng)全反射EUV投影光刻物鏡，與目前通用的全反射EUV投影光刻物鏡相比具有以下優(yōu)點1.采用變形反射鏡后，可以能動地對EUV投影光刻物鏡像差進行校正，可以方便地達(dá)到更高的像差控制精度；2.采用變形反射鏡后，可以將3個非球面反射鏡全部或部分改為球面反射鏡，降低EUV投影光刻物鏡的制造成本；3.采用變形反射鏡后，可以減小對3個非球面反射鏡面形精度的要求，降低EUV投影光刻物鏡的技術(shù)難度和制造成本；4.采用變形反射鏡后，可以實時校正環(huán)境變化等動態(tài)因素對EUV投影光刻物鏡像差的影響，降低對工作環(huán)境的要求，并能夠延長EUV投影光刻物鏡的使用壽命。
圖中標(biāo)號說明1-極紫外光 2-掩模3-球面或非球面反射鏡 4-球面或非球面反射鏡5-球面或非球面反射鏡 6-變形反射鏡7-工件 8-成像探測器9-控制器 10-投影光學(xué)系統(tǒng)11-非球面反射鏡12-變形反射鏡的反射鏡面13-變形反射鏡的PZT位移驅(qū)動器 14-變形反射鏡的基座15-激光器 16-物鏡17-等離子靶面 18-非球面反射鏡19-非球面反射鏡20-掩模臺21-工件臺 22-光源23-照明系統(tǒng)24-閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示，本發(fā)明包括由球面或非球面反射鏡3、4、5、一片變形反射鏡6構(gòu)成的投影光學(xué)系統(tǒng)10、成像探測器8和控制器9，13nm的極紫外光照射EUV光1照明掩模2后，順次通過球面或非球面反射鏡3、4、5以及變形反射鏡6后，到達(dá)工件7，同時由成像探測器8進行探測，成像探測信號通過控制器9控制變形反射鏡6，對投影光刻物鏡自身像差進行校正。球面或非球面反射鏡3、4、5以及變形反射鏡6構(gòu)成的投影光學(xué)系統(tǒng)10，能夠全面滿足EUV投影光刻物鏡光學(xué)參數(shù)的要求；變形反射鏡6、成像探測器8和控制器9構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)賦予投影光刻物鏡自適應(yīng)地校正自身像差的能力，可以提高EUV投影光刻物鏡像差控制精度，并降低技術(shù)難度和制造成本。
變形反射鏡6還可以位于非球面反射鏡3、4、5中的任一位置處，重要的是變形反射鏡6應(yīng)盡量靠近投影光刻物鏡的光瞳位置，使變形反射鏡6具有更強的像差控制能力。
如圖3所示，變形放射鏡6由反射鏡面12、PZT((Plumbum lead ZirconateTitanate鋯鈦酸鉛)位移驅(qū)動器13和基座14三個部分組成，變形反射鏡6的工作原理是通過PZT位移驅(qū)動器13來改變反射鏡面12的面形，從而具有能動地校正光學(xué)像差的能力。
成像探測器8能夠探測掩模2在工件7表面的成像質(zhì)量，并利用像清晰度函數(shù)將成像質(zhì)量進行量化。像清晰度函數(shù)定義為投影光刻物鏡在使用過程中所關(guān)心的各項成像質(zhì)量指標(biāo)的加權(quán)和，是一個可以量化的投影光刻物鏡成像質(zhì)量評判標(biāo)準(zhǔn)，并且在不同的使用條件下可以有不同的定義。
利用像清晰度函數(shù)作為EUV投影光刻物鏡成像質(zhì)量評判標(biāo)準(zhǔn)，通過控制器9的“串行爬山法”實現(xiàn)對變形反射鏡6的反射鏡面12的控制，可以達(dá)到校正EUV投影光刻物鏡像差的目的。所謂“串行爬山法”，是指控制器9首先驅(qū)動變形反射鏡6的某一個驅(qū)動器向任一方向移動，如果像清晰度函數(shù)值得到改善，則繼續(xù)向該方向移動，否則向相反方向移動，直到得到該驅(qū)動器的最佳位置；控制器9依次控制變形反射鏡6的所有驅(qū)動器移動，最后可以得到所有驅(qū)動器位置最優(yōu)化的像清晰度函數(shù)值，即EUV投影光刻物鏡的成像質(zhì)量為最佳。
圖4給出了本發(fā)明的一個具體實施例本實施例為一極紫外EUV投影光刻機，它主要包括光源22、照明系統(tǒng)23、投影光學(xué)系統(tǒng)10和閉環(huán)控制系統(tǒng)24四大功能模塊，以及掩模臺20和工件臺21兩個部件，光源22是利用激光激發(fā)生成等離子體LLP(Laser Produced Plasma)原理輸出13nm極紫外光，它包括激光器15、物鏡16和等離子靶面17三個部件；激光器15為KrF準(zhǔn)分子激光器，輸出激光光束口徑為Φ50mm、波長為248nm、單脈沖能量為20mJ、脈沖寬度為350fs、峰值功率為57GW、脈沖重復(fù)頻率為10Hz；物鏡16用于將激光器15輸出的激光光束匯聚到等離子靶面17上形成激光光斑，激光光斑尺寸為3μm，光斑功率密度為8×1017W/cm2，等離子靶面17在激光照射下可以激發(fā)產(chǎn)生13nm的極紫外光。照明系統(tǒng)23包括兩塊非球面反射鏡18和19，其作用是有效地收集光源22輸出的13nm極紫外光，并均勻地照明固定在掩模臺20上的反射式掩模2，掩模2面上照明均勻性＜±5％。投影光學(xué)系統(tǒng)10包括球面或非球面反射鏡3、4、5以及變形反射鏡6，其作用是將固定在掩模臺20上的掩模2投影成像到固定在工件臺21上的工件7表面，投影光學(xué)系統(tǒng)10的成像倍率為縮小5倍，數(shù)值孔徑為0.1，成像視場為20mm×1mm，掩模2表面與工件7表面之間的距離為700mm。閉環(huán)控制系統(tǒng)24用于控制投影光學(xué)系統(tǒng)10自身以及環(huán)境變化產(chǎn)生的像差，它包括成像探測器8、控制器9和變形反射鏡6三個部件成像探測器8采用美國Roper公司生產(chǎn)的CoolSNAPHQ Monochrome型CCD，該CCD為1392×1040像素的科學(xué)級冷卻式CCD，并配有專用的圖像采集卡；變形反射鏡6含有21個壓電陶瓷PZT位移驅(qū)動器，通過這些位移驅(qū)動器的位移使變形反射鏡6的反射表面產(chǎn)生變形，以校正投影光學(xué)系統(tǒng)10自身以及環(huán)境變化產(chǎn)生的像差；控制器9采用高速數(shù)字處理器實現(xiàn)“串行爬山法”控制原理，利用成像探測器8的測量結(jié)果控制變形反射鏡6的各個位移驅(qū)動器移動，以達(dá)到最佳的成像效果，即將投影光學(xué)系統(tǒng)10的像差控制到最小。此外，掩模臺20和工件臺21還具有快速步進、精密定位和同步掃描等功能，可以高速、準(zhǔn)確地完成工件的全視場曝光，并通過專門的光學(xué)對準(zhǔn)系統(tǒng)控制完成掩模2與工件7之間的精密對準(zhǔn)套刻。
權(quán)利要求
1.自適應(yīng)全反射極紫外投影光刻物鏡，其特征在于包括投影光學(xué)系統(tǒng)、成像探測器和控制器，投影光學(xué)系統(tǒng)由2-4片球面或非球面反射鏡、一片變形反射鏡構(gòu)成，極紫外光照射掩模后，依次通過2-4片球面或非球面反射鏡以及變形反射鏡構(gòu)成的投影光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)工件，由成像探測器在工件表面進行探測，其探測的信號通過控制器控制變形反射鏡的反射鏡面，對投影光刻物鏡自身像差進行校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)全反射極紫外投影光刻物鏡，其特征在于所述的變形反射鏡位于所述的2-4片球面或非球面反射鏡中的任一位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述自適應(yīng)全反射極紫外投影光刻物鏡，其特征在于所述的變形反射鏡具有表面變形能力，其反射鏡面之下設(shè)有壓電陶瓷PZT位移驅(qū)動器，用以控制變形反射鏡的反射鏡面變形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)全反射極紫外投影光刻物鏡，其特征在于所述的壓電陶瓷PZT位移驅(qū)動器的數(shù)目為2～100，最大位移量為0.01～6μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自適應(yīng)全反射極紫外投影光刻物鏡，其特征在于所述的球面或非球面反射鏡為3片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)全反射極紫外投影光刻物鏡，其特征在于所述3個球面或非球面反射鏡以及變形反射鏡構(gòu)成的投影光學(xué)系統(tǒng)中的縮小倍率4～6倍，數(shù)值孔徑0.1～0.4，成像視場20～30mm×1～2mm。
全文摘要
自適應(yīng)全反射極紫外EUV(Extreme Ultraviolet)投影光刻物鏡，可用于EUV投影光刻機中，它包括2－4片球面或非球面反射鏡和一片變形反射鏡構(gòu)成的投影光學(xué)系統(tǒng)及成像探測器和控制器，極紫外光照射掩模后，依次通過2－4片球面或非球面反射鏡以及變形反射鏡構(gòu)成的投影光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)工件，由成像探測器在工件表面進行探測，其探測的信號通過控制器控制變形反射鏡的反射鏡面，對投影光刻物鏡自身像差進行校正。其主要光學(xué)參數(shù)為縮小倍率4～6倍，數(shù)值孔徑0.1～0.4，成像視場20～30mm×1～2mm，本發(fā)明不僅可以簡化投影光刻物鏡結(jié)構(gòu)，降低非球面反射鏡的面形精度要求，而且能夠消除環(huán)境變化等動態(tài)因素對投影光刻物鏡像差的影響。
文檔編號G02B27/18GK1466001SQ0212375
公開日2004年1月7日 申請日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月24日
發(fā)明者張強, 姚漢民, 劉業(yè)異, 胡松, 強 張 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所