[发明专利]变倍率极紫外光刻投影曝光光学系统

说明书

本发明提供一种变倍率极紫外光刻投影曝光光学系统，采用变倍率中继镜组在X方向上和Y方向上对外包络为圆形的二次光源进行不同倍率的放大，得到下一代光刻机的变倍率成像模块所需要的椭圆形光源；也就是说，为了获取下一代光刻机所需要的椭圆形光源，本发明采用变倍率中继镜组进行光源的转换，进而可以继续使用现有的非变倍率的照明组件，也即使用现有的外包络为圆形的二次光源，大大节约了研发成本。

技术领域

本发明属于光学设计技术领域，尤其涉及一种变倍率极紫外光刻投影曝光光学系统。

背景技术

光刻技术是将集成电路的结构图形从掩模转移到硅片或其他半导体基片表面上的工艺过程，是极大规模集成电路制造中的关键技术。

光刻系统的理论分辨率公式R＝k₁·λ/NA(其中λ为曝光波长，k1为光刻的工艺因子，NA为投影物镜的像方数值孔径)，提高光刻系统的分辨率有三种途径：一是缩短曝光波长λ，二是降低工艺因子k1，三是提高投影物镜的像方数值孔径NA。目前极紫外光刻机采用波长为13.5nm的曝光光源进行曝光，由于曝光波长大幅缩短，使得极紫外光刻不需要很大的数值孔径就能实现高分辨。在极紫外波段，几乎所有的光学材料都具有极强的吸收性，所以极紫外光刻光学系统必须采用镀有多层膜的反射式系统和反射式掩模，同时光学系统应采用尽可能少的反射镜从而保证系统具有较高的透过率。现有的最先进的产业化光刻设备为ASML公司生产的TWINSCAN NXE:3600D，该光刻机采用像方数值孔径0.33、倍缩比4倍的六反物镜系统，单次曝光可以实现13nm技术节点的分辨率，结合分辨率增强技术和多图形多曝光等技术可以满足7nm-3nm技术节点的生产需求。

为了实现单曝光8nm的分辨率和更高的技术节点，在k1工艺因子保持不变的情况下，要求物镜系统的像方数值孔径必须大于0.50，在满足现有的掩模面主光线入射角(＜6°)的限制下，直接增大数值孔径会导致掩模面入射光束和出射光束重叠；若为避免光束重叠直接增大主光线入射角又会加重掩模面阴影效应，极大的降低实际曝光图形的分辨率。因此，为了提高数值孔径，同时避免掩模阴影效应，并考虑到制造加工工艺和成本等多种因素，下一代光刻机将采取变倍率投影曝光光学系统，即在扫描方向和垂直扫描方向具有不同微缩倍率的曝光光学系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种变倍率极紫外光刻投影曝光光学系统，采用变倍率中继镜组在两个不同方向上对外包络为圆形的二次光源进行不同倍率的放大，得到下一代光刻机所需要的椭圆形光源，可以继续使用现有的已经产品化的极紫外光刻照明组件，节约成本。

一种变倍率极紫外光刻投影曝光光学系统，包括变倍率照明模块和变倍率成像模块，其中，变倍率照明模块包括照明组件和变倍率中继镜组；

所述照明组件用于提供外包络为圆形的二次光源；

所述变倍率中继镜组的入瞳面和出瞳面为一对共轭面，且变倍率中继镜组用于将其入瞳面上的外包络为圆形的二次光源在X方向上和Y方向上分别以倍率Mx_ill和My_ill成像到其出瞳面上，并将出瞳面上得到的外包络为椭圆形的二次光源入射至掩模；其中，Mx_ill与My_ill满足：Mx_ill≠My_ill且Mx_ill/My_ill＝Mx/My，其中，Mx为变倍率成像模块在X方向的放大率，My为变倍率成像模块在Y方向的放大率；

所述变倍率成像模块用于将掩模的被照明区域成像于硅片面上。

进一步地，按照光路传播顺序，所述照明组件依次由光源、椭球收集镜、视场复眼以及光阑复眼构成，其中，所述视场复眼由多片视场复眼元按逐行或逐列的方式排布，且排布区域外包络线为圆形；所述光阑复眼由多片光阑复眼元按逐行或逐列的方式排布，且排布区域外包络线为圆形。

进一步地，所述光阑复眼位于变倍率中继镜组的入瞳处，且与变倍率中继镜组出瞳面共轭，光阑复眼提供的外包络为圆形的二次光源在变倍率中继镜组出瞳面处形成外包络为椭圆形的二次光源像，且所述椭圆形的二次光源像的大小位置与变倍率成像模块的入瞳面的大小位置相匹配。