光刻機照明光瞳偏振態測量用光學系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于光瞳偏振態測量的光學系統，特別涉及一種用于光刻機照明 光瞳偏振態測量的光學系統。
【背景技術】
[0002] 光刻機是一種將所需圖形轉移到涂覆有光敏材料的襯底目標位置上的設備。光刻 機可以應用于集成電路（IC)制造、印刷電路板（PCB)制造、液晶面板（LCD)制造等。一般 情況下，所需圖形是在掩模或掩模版（reticle、mask)上，可以將所需圖形轉移到襯底（例 如，硅片）上的目標位置（例如，包括一個或多個芯片的曝光場）上，所述襯底上涂覆有光 敏材料（例如，光致抗蝕劑，也稱為光刻膠）。公知的光刻機包括：
[0003] 接觸式光刻機，掩模版與襯底直接接觸，光源發出光通過掩模版在襯底上曝光完 成圖形轉移；
[0004] 接近式光刻機，掩模版與襯底之間有微米級的間隙，光源發出光通過掩模版在襯 底上曝光完成圖形轉移；
[0005] 投影式光刻機，掩模版與襯底之間有成像用投影物鏡，光源發出光經過照明系統、 掩模版、投影物鏡在襯底上曝光完成圖形轉移。投影式光刻機的投影物鏡是將掩模版上的 圖形成像在襯底上，其倍率一般為縮小10倍、5倍、4倍、1倍等。公知的投影式光刻機包括： 步進機，通過將所需圖形一次曝光到襯底一個目標位置上，并通過步進運動，將所需圖形一 次曝光到襯底下一個目標位置上；以及掃描機，照明光束沿給定方向（掃描方向）掃描所需 圖形，同時沿該方向平行或反向平行的方式掃描襯底目標位置完成圖形轉移，形成一個掃 描曝光場，并通過步進運動，在下一個掃描曝光場完成下一次圖形轉移。公知的下一代光刻 技術包括：壓印技術，通過將所需圖形壓印到襯底上，而將所需圖形從掩模版轉移到襯底目 標位置上；無掩模光刻技術（Maskless Lithography, ML2)，通過虛擬掩模將所需圖形轉移 到襯底目標位置上。
[0006] 公知的投影式光刻機包括照明系統和投影物鏡，在操作中，掩模版位于照明系統 和投影物鏡之間，典型的，在掩模版的下表面有由金屬鉻形成的所需曝光的電路圖形。在曝 光過程中對硅片進行精確定位，以使掩模版上電路圖形通過投影物鏡成像在硅片上的光刻 膠表面。
[0007] 半導體光刻技術不斷進步，關鍵尺寸不斷向更高節點技術推進，導致投影物鏡的 數值孔徑（NA)不斷增加。當光刻機中光線相對于光軸的角度隨著NA的增加而增加時，對 于光刻成像來說光波的矢量特性逐漸變得更加重要，因為只有振動方向相同的光波偏振分 量才能進行干涉成像，從而對圖形轉移有貢獻，而振動方向正交的光波偏振分量不能參與 干涉成像，從而對圖形轉移沒有貢獻。因此，光刻圖形的對比度，不但是由投影物鏡的波前 質量決定，而且當數值孔徑NA增加到一定程度時，照明光瞳的偏振態對于光刻圖形的對比 度也具有非常大的影響。
[0008] 目前的半導體前道光刻機，米用氟化氬準分子激光和浸液光刻技術（ArFi)、偏振 照明技術，并配合多重曝光技術等多種分辨率增強技術，已經實現2X nm~IX nm技術節 點的量產。其中，支持2X nm技術節點的典型設備是荷蘭ASML公司的光刻機TWINSCAN NXT: 1960Bi和日本Nikon公司的光刻機NSR-S622D ;支持IX nm技術節點的典型設備 是ASML公司的光刻機TWINSCAN NXT: 1970Ci和Nikon公司的光刻機NSR-S630D，其中， NSR-S630D是支持IOnm節點量產的光刻機。這四種型號的光刻機都是采用數值孔徑NA為 1.35、放大倍率為-1/4倍的浸液投影物鏡，其中偏振照明系統是實現這些節點技術的必備 裝置。而在ASML公司早期的投影物鏡數值孔徑NA為1. 20型號為1750i的光刻機中，偏振 照明系統是該光刻機的可選裝置。這兩代光刻機都需要測量偏振照明系統投射在掩模版上 照明光瞳的偏振態。照明光瞳的偏振光振動方向、偏振度、偏振純度等參數對實現各種不同 圖形的精確曝光至關重要，沒有照明光瞳偏振態的測量與控制，就沒有合格的曝光圖形。
[0009] 已有的在光刻機中建立的光傳感器，例如用于照明光瞳測量的針孔相機，通常不 能測量偏振態。如果需要測量照明光瞳的偏振態，需要引入對光波偏振態的調制和轉換元 件，例如，波片、檢偏器等。因此，用于光刻機照明光瞳偏振態測量的光學系統，一般需要包 括：針孔掩模版、傅里葉變換物鏡、波片、檢偏器、中繼物鏡、像傳感器等，如圖1所示，針孔 掩模版位于光刻機的掩模面位置，該位置也是投影物鏡的物面位置，利用針孔對不同照明 視場位置進行光瞳采樣測量。傅里葉變換物鏡的功能是將通過針孔照明光束的光瞳角度分 布轉換為在傅里葉變換物鏡后焦面上的空間位置分布，即在該傅里葉變換物鏡的后焦面位 置獲得照明光束的光瞳。波片和檢偏器的功能是對照明光束的光瞳偏振態進行調制和轉 換，其中調制是通過旋轉波片來實現的。中繼物鏡是起關鍵作用的部件，其功能是選擇照明 光瞳偏振態測量所需的調制光束，并將其繼續成像到像傳感器的靶面上。像傳感器的靶面 位于中繼物鏡的像面位置，典型的，一般采用CMOS相機或CCD相機作為像傳感器。
【發明內容】
[0010] 本發明的目的在于公開一種光刻機照明光瞳偏振態測量用光學系統，該光學系統 的作用是將針孔掩模版圖形面內的針孔變換到像傳感器的靶面（即光敏面）內，該光學系 統不但能有效地校正各種所需校正的像差，而且滿足針孔掩模版尺寸、波片和檢偏器尺寸、 像傳感器尺寸的結構要求，并滿足光刻機照明光瞳偏振態測量的實際應用要求。
[0011] 本發明的目的是這樣實現的：
[0012] 一種光刻機照明光瞳偏振態測量用光學系統，該光學系統用于將針孔掩模版圖形 面內的針孔變換到像傳感器的靶面（即光敏面）內，沿該光學系統的光軸方向依次包括：孔 徑光闌平面、傅里葉變換物鏡、四分之一波片、檢偏器、中繼物鏡、像傳感器，其特征在于，孔 徑光闌平面位于傅里葉變換物鏡的前焦面，四分之一波片位于傅里葉變換物鏡的后焦面， 像傳感器光敏面位于中繼物鏡的像面位置，所述的傅里葉變換物鏡包括第一透鏡、第二透 鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡，所述的第一透鏡、第四透鏡和第五透鏡是凹面朝向孔 徑光闌面的彎月透鏡，第三透鏡是凹面朝向像平面的彎月透鏡，第二透鏡為雙凸透鏡，所述 的中繼物鏡包括第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡和第十一透鏡，所述的 第六透鏡和第十一透鏡為凹面朝向孔徑光闌面的彎月透鏡，第九透鏡和第十透鏡為凹面朝 向像平面的彎月透鏡，第七透鏡為雙凹透鏡，第八透鏡為雙凸透鏡。
[0013] 所述的傅里葉變換物鏡的焦距為10. 771mm，其中的第一透鏡、第二透鏡和第五透 鏡具有正光焦度，第三透鏡和第四透鏡具有負光焦度。
[0014] 所述的中繼物鏡中的第六透鏡、第八透鏡和第九透鏡具有正光焦度，第七透鏡