[发明专利]光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光瞳偏振态测量，特别涉及一种光刻机偏振照明系统的光瞳偏振态测量装置以及测试方法。

背景技术

光刻机是一种将所需图形转移到涂覆有光敏材料的衬底目标位置上的设备。光刻机可以应用于集成电路（IC）制造、印刷电路板（PCB）制造、液晶面板（LCD）制造等。一般情况下，所需图形是在掩模或掩模版（reticle、mask）上，可以将所需图形转移到衬底（例如，硅片）上的目标位置（例如，包括一个或多个芯片的曝光场）上，所述衬底上涂覆有光敏材料（例如，光致抗蚀剂）。公知的光刻机包括：接触式光刻机，掩模版与衬底直接接触，光源发出光通过掩模版在衬底上曝光完成图形转移；接近式光刻机，掩模版与衬底之间有微米量级的间隙，光源发出光通过掩模版在衬底上曝光完成图形转移；投影式光刻机，掩模版与衬底之间有成像用投影物镜，光源发出光经过照明系统、掩模版、投影物镜在衬底上曝光完成图形转移。投影式光刻机的投影物镜是将掩模版上的图形成像在衬底上，其倍率一般为缩小10倍、5倍、4倍、1倍等。公知的投影式光刻机包括：步进机，通过将所需图形一次曝光到衬底一个目标位置上，并通过步进运动，将所需图形一次曝光到衬底下一个目标位置上；以及扫描机，照明光束沿给定方向（扫描方向）扫描所需图形，同时沿该方向平行或反向平行的方式扫描衬底目标位置完成图形转移，形成一个扫描曝光场，并通过步进运动，在下一个扫描曝光场完成下一次图形转移。公知的下一代光刻技术包括：压印技术，通过将所需图形压印（imprinting）到衬底上，而将所需图形从掩模版转移到衬底目标位置上；无掩模光刻技术（Maskless Lithography,ML2），通过虚拟掩模将所需图形转移到衬底目标位置上。

公知的投影式光刻机包括照明系统和投影物镜，在操作中，掩模版位于照明系统和投影物镜之间，典型的，在掩模版的下表面有由金属铬形成的所需曝光的电路图形。在曝光过程中对硅片进行精确定位，以使得掩模版上电路图形通过投影物镜成像在硅片表面。

半导体光刻技术不断进步，关键尺寸（Critical Dimension）不断向更高节点技术推进，导致投影物镜的数值孔径（NA）不断增加。在光刻机中光线相对于光轴的角度随着NA的增加而增加，对于光刻成像来说，光波的矢量特性十分重要，只有振动方向相同的偏振分量才能进行干涉成像，从而对图形转移有贡献。因此，光刻图形的对比度不仅仅是由投影物镜的波前质量决定，而且照明光波的偏振态对于光刻图形的对比度具有非常大的影响。

在半导体光刻技术领域，采用氟化氩（ArF）准分子激光和浸液光刻技术、偏振照明技术，并配合双图形曝光技术，目前已经实现32nm节点技术的量产，实现该技术的典型设备是荷兰ASML公司型号为TWINSCAN NXT:1950i的光刻机。对于目前的22nm节点光刻技术的量产，ASML公司推出TWINSCAN NXT:1960Bi和1970Ci光刻机，依然是2Xnm节点量产强有力的竞争者之一。这三款设备均采用业界最大数值孔径（NA=1.35）的投影物镜，其中偏振照明系统是这三款设备的必备装置。ASML公司早在PAS系列光刻机的NA=0.75时代就开始研究浸液技术、偏振照明技术等等若干关键技术以延续ArF光刻技术的生命。例如，PAS5500/1150C光刻机实现90nm节点光刻技术是采用传统技术，对于TWINSCAN XT:1450H光刻机（NA=0.93）采用传统技术可以实现65nm节点技术，而采用偏振照明技术就可以将分辨率提高到57nm。这些偏振照明光刻技术都需要测量偏振照明系统投射在掩模版上照明光的偏振态。照明光束的偏振光振动方向、偏振度等参数对实现各种不同图形的精确曝光至关重要，没有照明光束的偏振测量与控制，就没有合格的曝光图形。

已有的在光刻机中建立的光传感器，例如针孔相机，通常对偏振是不敏感的。如果要测量照明光瞳的偏振态，需要引入偏振敏感元件，例如，相位延迟器、检偏器等。因此，光刻机偏振照明系统光瞳偏振态测量装置需要包括：针孔板、成像物镜、相位延迟器（如：波片）、检偏器、中继物镜、像传感器等。针孔板位于光刻机掩模面位置，该位置就是投影物镜的物面位置，利用针孔对不同照明视场位置进行采样就可以测量不同视场位置的光瞳偏振态。成像物镜的功能是将通过针孔照明光束的角度分布转换为空间分布，即在该成像物镜的像面获得照明光束的光瞳。相位延迟器和检偏器的功能是对照明光束的偏振态进行调制，一种调制方式是通过旋转波片实现的。中继物镜的功能是将调制光束继续成像到像传感器上。像传感器位于中继物镜的像面位置，典型的，一般采用CMOS相机或CCD相机作为像传感器。

发明内容