用于光刻照明系統光瞳測量的傅里葉變換物鏡的制作方法
【專利摘要】一種用于光刻照明系統光瞳測量的傅里葉變換物鏡，沿其光軸方向依次包括孔徑光闌、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、后焦面，孔徑光闌中心位于所述的傅里葉變換物鏡的前焦點位置而形成像方遠心光路，像傳感器光敏面位于所述的傅里葉變換物鏡的后焦面，即傅里葉變換頻譜面，所述的第一透鏡、第二透鏡具有正光焦度，第三透鏡具有負光焦度，所述的第一透鏡為凸面朝向孔徑光闌面的彎月透鏡，第二透鏡為雙凸透鏡，第三透鏡為凸面朝向后焦面的彎月透鏡。本發明既能滿足像傳感器尺寸和大視場角的要求，又滿足后工作距較長的要求，結構緊湊，滿足正弦條件要求，并且球差、象散、場曲、波像差都得到很好的校正，能夠用于半導體光刻設備照明系統的光瞳測量。
【專利說明】用于光刻照明系統光瞳測量的傅里葉變換物鏡
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種傅里葉變換物鏡，特別涉及一種用于光刻照明系統光瞳測量的傅里葉變換物鏡。
【背景技術】
[0002]在半導體光刻【技術領域】，采用氟化氬(ArF)準分子激光和浸液光刻技術、偏振照明技術，并配合雙圖形曝光技術，目前已經實現32nm節點技術的量產，實現該技術的典型設備是荷蘭ASML公司基于第5代浸液光刻技術的型號為TWINSCANNXT: 1950i的光刻機。ASML公司早在PAS系列光刻機的NA=0.75時代就開始研究浸液技術、偏振照明技術等等若干關鍵技術以延續ArF光刻技術的生命。例如，PAS5500/1150C光刻機實現90nm節點光刻技術是采用傳統技術，對于TWINSCANXT:1450H光刻機(NA=0.93)采用傳統技術可以實現65nm節點技術，而采用偏振照明技術就可以將分辨率提高到57nm。在ASML公司投影物鏡數值孔徑NA為1.20型號為1750i光刻 機，以及更早期的，比如1150C等光刻機中，都需要采用一個針孔相機來測量照明系統中照明光瞳的分布。照明光瞳的形狀、位置、能量分布等參數對實現各種不同圖形的精確曝光至關重要，沒有照明光瞳的測量與控制，就沒有合格的曝光圖形。
[0003]一般的，針孔相機主要由針孔掩模版、傅里葉變換物鏡、像傳感器等組成，如圖1所示。針孔掩模版位于光刻機掩模面位置，該位置就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采樣。傅里葉變換物鏡的功能是將通過針孔照明光束的角度分布轉換為空間分布，即在傅里葉變換物鏡的像面獲得照明光束的光瞳，可以用下面公式〈1>表示:
[0004]h=f*sin Θ<1>
[0005]其中，h表示在像面上的高度，f表示物鏡的焦距，Θ表示光束的視場角度(這是物位于無窮遠時的正弦條件)。像傳感器一般位于傅里葉變換物鏡的像面位置，典型的，一般采用CMOS相機或CXD相機作為像傳感器。
[0006]在現有技術中，根據經典參考文獻(應用光學，張以謨，機械工業出版社，第497~500頁)，傅里葉變換物鏡結構形式很多，典型結構有2種。一種是單組形式，由正負2片透鏡組成，它能使球差和正弦差得到很好的校正，但是軸外像差不能校正，因此能負擔的視場和孔徑都很小。另一種是由2組遠距透鏡組成，構成雙遠距對稱結構(8片透鏡)，可以校正場曲，其它像差也可以得到很好的校正。但是這種物鏡利用透鏡間隔來校正場曲，因此結構不緊湊，軸向長度較大。
[0007]申請日為2008年12月10日的3篇中國專利( 申請人:為上海微電子裝備有限公司)，申請號分別為:200810204353.8,200810204354.2,200810204356.1，公開了 3 種傅里葉透鏡系統。
[0008]作為傅里葉變換物鏡，最重要的是實現公式〈1>表示的關系，即滿足正弦條件，專利申請(200810204353.8)表2中視場1、2、7、8的“與正弦條件的誤差”計算明顯錯誤，而且視場6、7、8的“與正弦條件的絕對偏離”分別為80 μ m、147 μ m、208.6 μ m,偏差較大。
[0009]申請號為200810204354.2專利，表2中視場1、4的“與正弦條件的誤差”計算明顯錯誤，而且視場6、7、8的“與正弦條件的絕對偏離”分別為50.02 μ m、74.12 μ m、90.45 μ m，偏差較大。
[0010]申請號為200810204356.1專利，表2中視場1、5、8的“與正弦條件的誤差”計算明顯錯誤，而且視場6、7、8的“與正弦條件的絕對偏離”分別為144.04μπι、245.2μπι、346.96 μ m，偏差較大。
[0011]根據上面的分析，這3篇涉及傅里葉變換物鏡的專利，對于滿足傅里葉變換的最基本約束條件(即正弦條件)存在較大偏離，另外聲稱的數值孔徑0.31也與較佳實施例中數據完全不符。

【發明內容】

[0012]本發明的目的在于公開一種用于光刻照明系統的光瞳測量的傅里葉變換物鏡，該傅里葉變換物鏡能，它不僅能有效地滿足正弦條件的要求、嚴格校正像差，而且滿足針孔掩模版尺寸、像傳感器尺寸的要求，以期達到實際半導體光刻設備應用的要求。
[0013]本發明的目的是這樣實現的:
[0014]一種用于光刻照明系統的光瞳測量的傅里葉變換物鏡，所述的傅里葉變換物鏡沿其光軸方向依次包括:孔徑光闌、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、后焦面，其特點在于，孔徑光闌中心位于所述的傅里葉變換物鏡的前焦點位置而形成像方遠心光路，像傳感器光敏面位于所述的傅里葉變換物鏡的后焦面，即傅里葉變換頻譜面，所述的第一透鏡、第二透鏡具有正光焦度，第三透鏡具有負光焦度，所述的第一透鏡為凸面朝向孔徑光闌面的彎月透鏡，第二透鏡為雙凸透鏡，第三透鏡為凸面朝向后焦面的彎月透鏡。
[0015]所有三塊透鏡均采用高透過率的熔石英材料制成。
[0016]所有三塊透鏡全部采用高透過率的熔石英材料，可選康寧公司7980牌號的熔石英材料，也可以選肖特公司的Lithosil? Q0/1-E193熔石英材料。
[0017]本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:
[0018]1、本發明的傅里葉變換物鏡，可以有效地既滿足像傳感器尺寸和大視場角的要求，又滿足后工作距較長的要求，并且結構緊湊；
[0019]2、本發明的傅里葉變換物鏡，采用正負光焦度平衡匹配，正光焦度較大，可以有效地滿足正弦條件要求，并且球差、象散、場曲、波像差都得到很好的校正；
[0020]3、本發明的傅里葉變換物鏡，僅采用表面類型為球面的透鏡，沒有引入非球面透鏡，從而降低了透鏡的加工、檢測和裝校的難度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的傅里葉變換物鏡所應用的針孔相機示意圖；
[0022]圖2為本發明的傅里葉變換物鏡的結構及光路圖；
[0023]圖3為本發明的傅里葉變換物鏡實際成像高度與正弦條件的偏離圖；
[0024]圖4為本發明的傅里葉變換物鏡的調制傳遞函數MTF圖；
[0025]圖5為本發明的傅里葉變換物鏡的RMS波像差分布圖；
[0026]圖6為本發明的傅里葉變換物鏡的球差、象散、場曲、畸變分布圖。
【具體實施方式】[0027]以下將對本發明的傅里葉變換物鏡做進一步的詳細描述。
[0028]由本發明的傅里葉變換物鏡構成的針孔相機，測量對象是投影物鏡數值孔徑NA為0.75，放大倍率為-0.25的光刻機照明系統，相干因子為0.89，采用氟化氬(ArF)準分子激光，波長為193.368nm,因此所有透鏡全部采用高透過率的熔石英材料，可選康寧公司7980牌號的熔石英材料，也可以選肖特公司的Lithosil? Q0/1-E193熔石英材料。
[0029]本發明的傅里葉變換物鏡物方視場半角度要求為(預留10%余量):
[0030]U=arcsin (0.75/4*0.89*1.1) =10.6。
[0031]本發明的傅里葉變換物鏡像面尺寸要求為:
[0032]像傳感器的像素尺寸為16 μ mX 16 μ m，像素數量為512 X 512，邊緣各留12個像素的余量，像面尺寸為8mmX8mm,像面半高度為4mm。
[0033]本發明的傅里葉變換物鏡焦距要求為:
【權利要求】
1.一種用于光刻照明系統光瞳測量的傅里葉變換物鏡，沿其光軸方向依次包括孔徑光闌、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、后焦面，其特征在于，孔徑光闌中心位于所述的傅里葉變換物鏡的前焦點位置而形成像方遠心光路，像傳感器光敏面位于所述的傅里葉變換物鏡的后焦面，即傅里葉變換頻譜面，所述的第一透鏡、第二透鏡具有正光焦度，第三透鏡具有負光焦度，所述的第一透鏡為凸面朝向孔徑光闌面的彎月透鏡，第二透鏡為雙凸透鏡，第三透鏡為凸面朝向后焦面的彎月透鏡。
2.根據權利要求1所述的傅里葉變換物鏡，其特征在于，所述的每一透鏡的光學表面均為球面。
3.根據權利要求1所述的傅里葉變換物鏡，其特征在于，所有三塊透鏡均采用高透過率的熔石英材料制成。
【文檔編號】G02B1/00GK103926677SQ201410129663
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】蔡燕民, 王向朝, 唐鋒 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所