光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置及其測(cè)試方法
【專利摘要】一種光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置及其測(cè)試方法，測(cè)量裝置包括反射鏡、針孔板、成像物鏡、中繼物鏡、相位補(bǔ)償板、1/4波片、1/2波片、沃拉斯頓棱鏡、聚焦鏡、像傳感器。本發(fā)明可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)照明光瞳偏振態(tài)的動(dòng)態(tài)變化，直接測(cè)量得到每一個(gè)歸一化的斯托克斯參量，或者每一個(gè)斯托克斯參量，1/4波片和1/2波片分別僅有2個(gè)定位位置，不需要連續(xù)旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)控制簡(jiǎn)單可靠。
【專利說明】光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置及其測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光瞳偏振態(tài)測(cè)量，特別涉及一種光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)的光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置以及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻機(jī)是一種將所需圖形轉(zhuǎn)移到涂覆有光敏材料的襯底目標(biāo)位置上的設(shè)備。光刻機(jī)可以應(yīng)用于集成電路(IC)制造、印刷電路板(PCB)制造、液晶面板(IXD)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(zhuǎn)移到襯底(例如，硅片)上的目標(biāo)位置(例如，包括一個(gè)或多個(gè)芯片的曝光場(chǎng))上，所述襯底上涂覆有光敏材料(例如，光致抗蝕劑)。公知的光刻機(jī)包括:接觸式光刻機(jī)，掩模版與襯底直接接觸，光源發(fā)出光通過掩模版在襯底上曝光完成圖形轉(zhuǎn)移；接近式光刻機(jī)，掩模版與襯底之間有微米量級(jí)的間隙，光源發(fā)出光通過掩模版在襯底上曝光完成圖形轉(zhuǎn)移；投影式光刻機(jī)，掩模版與襯底之間有成像用投影物鏡，光源發(fā)出光經(jīng)過照明系統(tǒng)、掩模版、投影物鏡在襯底上曝光完成圖形轉(zhuǎn)移。投影式光刻機(jī)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、I倍等。公知的投影式光刻機(jī)包括:步進(jìn)機(jī)，通過將所需圖形一次曝光到襯底一個(gè)目標(biāo)位置上，并通過步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，將所需圖形一次曝光到襯底下一個(gè)目標(biāo)位置上；以及掃描機(jī)，照明光束沿給定方向(掃描方向)掃描所需圖形，同時(shí)沿該方向平行或反向平行的方式掃描襯底目標(biāo)位置完成圖形轉(zhuǎn)移，形成一個(gè)掃描曝光場(chǎng)，并通過步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，在下一個(gè)掃描曝光場(chǎng)完成下一次圖形轉(zhuǎn)移。公知的下一代光刻技術(shù)包括:壓印技術(shù)，通過將所需圖形壓印(imprinting)到襯底上，而將所需圖形從掩模版轉(zhuǎn)移到襯底目標(biāo)位置上；無掩模光刻技術(shù)(Maskless Lithography, ML2),通過虛擬掩模將所需圖形轉(zhuǎn)移到襯底目標(biāo)位置上。
[0003]公知的投影式光刻機(jī)包括照明系統(tǒng)和投影物鏡，在操作中，掩模版位于照明系統(tǒng)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(duì)硅片進(jìn)行精確定位，以使得掩模版上電路圖形通過投影物鏡成像在硅片表面。
[0004]半導(dǎo)體光刻技術(shù)不斷進(jìn)步，關(guān)鍵尺寸(Critical Dimension)不斷向更高節(jié)點(diǎn)技術(shù)推進(jìn)，導(dǎo)致投影物鏡的數(shù)值孔徑(NA)不斷增加。在光刻機(jī)中光線相對(duì)于光軸的角度隨著NA的增加而增加，對(duì)于光刻成像來說，光波的矢量特性十分重要，只有振動(dòng)方向相同的偏振分量才能進(jìn)行干涉成像，從而對(duì)圖形轉(zhuǎn)移有貢獻(xiàn)。因此，光刻圖形的對(duì)比度不僅僅是由投影物鏡的波前質(zhì)量決定，而且照明光波的偏振態(tài)對(duì)于光刻圖形的對(duì)比度具有非常大的影響。
[0005]在半導(dǎo)體光刻【技術(shù)領(lǐng)域】，采用氟化氬(ArF)準(zhǔn)分子激光和浸液光刻技術(shù)、偏振照明技術(shù)，并配合雙圖形曝光技術(shù)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)32nm節(jié)點(diǎn)技術(shù)的量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的典型設(shè)備是荷蘭ASML公司型號(hào)為TWINSCAN NXT:1950i的光刻機(jī)。對(duì)于目前的22nm節(jié)點(diǎn)光刻技術(shù)的量產(chǎn)，ASML公司推出TWINSCAN NXT:1960Bi和1970Ci光刻機(jī)，依然是2Xnm節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者之一。這三款設(shè)備均采用業(yè)界最大數(shù)值孔徑(NA=L 35)的投影物鏡，其中偏振照明系統(tǒng)是這三款設(shè)備的必備裝置。ASML公司早在PAS系列光刻機(jī)的NA=0.75時(shí)代就開始研究浸液技術(shù)、偏振照明技術(shù)等等若干關(guān)鍵技術(shù)以延續(xù)ArF光刻技術(shù)的生命。例如，PAS5500/1150C光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)90nm節(jié)點(diǎn)光刻技術(shù)是采用傳統(tǒng)技術(shù)，對(duì)于TWINSCAN XT: 1450H光刻機(jī)(NA=0.93)采用傳統(tǒng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)65nm節(jié)點(diǎn)技術(shù)，而采用偏振照明技術(shù)就可以將分辨率提高到57nm。這些偏振照明光刻技術(shù)都需要測(cè)量偏振照明系統(tǒng)投射在掩模版上照明光的偏振態(tài)。照明光束的偏振光振動(dòng)方向、偏振度等參數(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)各種不同圖形的精確曝光至關(guān)重要，沒有照明光束的偏振測(cè)量與控制，就沒有合格的曝光圖形。
[0006]已有的在光刻機(jī)中建立的光傳感器，例如針孔相機(jī)，通常對(duì)偏振是不敏感的。如果要測(cè)量照明光瞳的偏振態(tài)，需要引入偏振敏感元件，例如，相位延遲器、檢偏器等。因此，光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置需要包括:針孔板、成像物鏡、相位延遲器(如--波片)、檢偏器、中繼物鏡、像傳感器等。針孔板位于光刻機(jī)掩模面位置，該位置就是投影物鏡的物面位置，利用針孔對(duì)不同照明視場(chǎng)位置進(jìn)行采樣就可以測(cè)量不同視場(chǎng)位置的光瞳偏振態(tài)。成像物鏡的功能是將通過針孔照明光束的角度分布轉(zhuǎn)換為空間分布，即在該成像物鏡的像面獲得照明光束的光瞳。相位延遲器和檢偏器的功能是對(duì)照明光束的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，一種調(diào)制方式是通過旋轉(zhuǎn)波片實(shí)現(xiàn)的。中繼物鏡的功能是將調(diào)制光束繼續(xù)成像到像傳感器上。像傳感器位于中繼物鏡的像面位置，典型的，一般采用CMOS相機(jī)或CCD相機(jī)作為像傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種能用于光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)的光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，可以將針孔板圖形面內(nèi)針孔選擇的照明光束變換到像傳感器光敏面內(nèi)，就能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)照明光瞳偏振態(tài)的動(dòng)態(tài)變化，也可以直接測(cè)量照明光瞳的斯托克斯參量，以期達(dá)到實(shí)際半導(dǎo)體光刻設(shè)備應(yīng)用的要求。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置包括反射鏡、針孔板、成像物鏡、中繼物鏡、相位補(bǔ)償板、1/4波片、1/2波片、沃拉斯頓棱鏡、聚焦鏡、像傳感器等。
[0010]光刻機(jī)照明系統(tǒng)的偏振光束入射到所述反射鏡上，被反射到與照明系統(tǒng)光軸垂直的方向，投射到所述針孔板上，通過針孔的光束再經(jīng)過所述成像物鏡和所述中繼物鏡準(zhǔn)直成平行光束，通過所述相位補(bǔ)償板、所述1/4波片、所述1/2波片，投射到所述沃拉斯頓棱鏡上，被所述沃拉斯頓棱鏡分成2束光，經(jīng)過所述聚焦鏡投射到所述像傳感器上，所述像傳感器采用CXD相機(jī)。
[0011]所述反射鏡的作用是將偏振照明系統(tǒng)的匯聚到某一視場(chǎng)點(diǎn)的光束轉(zhuǎn)折到所述針孔板的針孔位置，將所述光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置整體置于一個(gè)XY移動(dòng)平臺(tái)上，通過所述XY移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)就可以測(cè)量所有視場(chǎng)點(diǎn)的光瞳偏振態(tài)。
[0012]所述針孔板的位置與掩模版圖形面位置呈現(xiàn)鏡像位置關(guān)系，通過所述針孔板上的針孔選定照明視場(chǎng)某個(gè)位置的照明光束進(jìn)行偏振態(tài)測(cè)量。針孔板可以選擇低熱膨脹系數(shù)的熔石英材料，針孔圖案可以由一層金屬鉻形成。針孔的直徑一般為0.1mm~1_。
[0013]所述成像物鏡和所述中繼物鏡的作用是將通過針孔的照明光束準(zhǔn)直成平行光束，所述中繼物鏡的作用是將照明系統(tǒng)的光瞳成像在所述相位補(bǔ)償板平面上。
[0014]所述相位補(bǔ)償板是一種組合相位補(bǔ)償板，針對(duì)不同的照明設(shè)置有不同的組合配置，可以將不同的照明光瞳偏振態(tài)分布轉(zhuǎn)化為X向線偏振或Y向線偏振。[0015]所述1/4波片和所述1/2波片的作用是對(duì)輸入被測(cè)光束按照預(yù)定方式進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，根據(jù)波片不同的快軸位置，可以測(cè)量不同的斯托克斯參量。
[0016]所述沃拉斯頓棱鏡是作為檢偏器來使用，可以通過X向和Y向2束線偏振光。
[0017]所述聚焦鏡的作用是將所述沃拉斯頓棱鏡輸出的2束光匯聚到所述像傳感器指定位置上。
[0018]所述像傳感器采用CXD相機(jī)，將其像素分成上下兩部分，當(dāng)作兩儀探測(cè)器(或稱為兩單元探測(cè)器)來使用，分別接收所述聚焦鏡輸出的2束光。
[0019]本發(fā)明公開一種光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置的測(cè)試方法，如下:
[0020]在所述像傳感器(C⑶相機(jī))的上下兩部分像素區(qū)域，可以探測(cè)到兩束光的光強(qiáng)，其中，Ih表不測(cè)量到的偏振光水平偏振成分的光強(qiáng)，Iv表不測(cè)量到的偏振光垂直偏振成分的光強(qiáng)?？梢愿鶕?jù)下式計(jì)算參數(shù)β:
【權(quán)利要求】
1.一種光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，包括反射鏡、針孔板、成像物鏡、中繼物鏡、相位補(bǔ)償板、1/4波片、1/2波片、沃拉斯頓棱鏡、聚焦鏡、像傳感器，其特征在于光刻機(jī)照明系統(tǒng)的偏振光束入射到所述反射鏡上，被反射到與照明系統(tǒng)光軸垂直的方向，投射到所述針孔板上，通過針孔的光束再經(jīng)過所述成像物鏡和所述中繼物鏡準(zhǔn)直成平行光束，通過所述相位補(bǔ)償板、所述1/4波片、所述1/2波片，投射到所述沃拉斯頓棱鏡上，被所述沃拉斯頓棱鏡分成2束光，經(jīng)過所述聚焦鏡投射到所述像傳感器上，所述像傳感器采用CCD相機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述反射鏡將偏振照明系統(tǒng)的匯聚到某一視場(chǎng)點(diǎn)的光束轉(zhuǎn)折到所述針孔板的針孔位置，將所述光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置整體置于一個(gè)XY移動(dòng)平臺(tái)上，通過所述XY移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)測(cè)量所有視場(chǎng)點(diǎn)的光瞳偏振態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述針孔板的位置與掩模版圖形面位置呈現(xiàn)鏡像位置關(guān)系，通過所述針孔板上的針孔選定照明視場(chǎng)某個(gè)位置的照明光束進(jìn)行偏振態(tài)測(cè)量，針孔板選擇低熱膨脹系數(shù)的熔石英材料，針孔圖案由一層金屬鉻形成，針孔的直徑一般為0.1mm~1_。
4.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述成像物鏡和所述中繼物鏡將通過針孔的照明光束準(zhǔn)直成平行光束，所述中繼物鏡將照明系統(tǒng)的光瞳成像在所述相位補(bǔ)償板平面上。
5.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述相位補(bǔ)償板是一種組合相位補(bǔ)償板，針對(duì)不同的照明設(shè)置有不同的組合配置，將不同的照明光瞳偏振態(tài)分布轉(zhuǎn)化為X向線偏振或Y向線偏振。
6.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述1/4波片和所述1/2波片對(duì)輸入被測(cè)光束按照預(yù)定方式進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，根據(jù)波片不同的快軸位置，可以測(cè)量不同的斯托克斯參量。
7.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述沃拉斯頓棱鏡作為檢偏器來使用，可以通過X向和Y向2束線偏振光。
8.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述聚焦鏡將所述沃拉斯頓棱鏡輸出的2束光匯聚到所述像傳感器指定位置上。
9.如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述像傳感器采用CCD相機(jī)，將其像素分成上下兩部分，分別接收所述聚焦鏡輸出的2束光。
10.一種光刻機(jī)偏振照明系統(tǒng)光瞳偏振態(tài)測(cè)量裝置的測(cè)試方法，如下: 在所述像傳感器的上下兩部分像素區(qū)域，探測(cè)兩束光的光強(qiáng)，其中，Ih表示測(cè)量到的偏振光水平偏振成分的光強(qiáng)，Iv表示測(cè)量到的偏振光垂直偏振成分的光強(qiáng)，可以根據(jù)下式計(jì)算參數(shù)β:
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK103792798SQ201410040999
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】蔡燕民, 李中梁, 步揚(yáng), 王向朝, 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所