大视场投影光刻物镜的畸变特性检测

　　0　引言

　　光刻物镜是光刻设备的核心,其性能直接决定了光刻机的图形传递能力.通常光刻物镜要求具有衍射极限的成像质量,大视场与极小的畸变.投影光刻技术因其精度高,非接触,重复性好等优点成为广泛应用的光刻方式.目前投影光刻物镜领域的研究主要有两种发展方向:一是向深亚微米方向发展的小视场高分辨率物镜,主要用于超大规模集成电路的生产制造,一次光刻面积在25 mm×33 mm左右,分辨率为100 nm,曝光波长从h线(405 nm)i线(365 nm)KrF(248nm)ArF(193 nm)F2(157 nm),即从中紫外向深紫外,端紫外方向发展[1,2];二是大视场较高分辨率物镜,是针对液晶板等新的应用而出现的在3~5μm量级上的光刻,一次光刻面积在6英寸或8英寸左右,主要用于大面积高集成度微电子器件如液晶板和关键芯片周边超细的胶片板的制作.

　　本文通过研发大视场投影光刻物镜系统,开发一套对于投影光刻物镜研制至关重要的特性检测系统———畸变检测系统,通过对系统性能的检测和分析来控制和优化投影光刻物镜的开发.畸变测量对分析和研究投影光刻物镜性能具有重要意义,国外有关投影光刻物镜畸变测量的报道很少,特别是大视场投影光刻物镜的畸变测量,本文介绍了一种针对大视场投影光刻物镜的畸变测试技术和方法.

　　1　大视场投影光刻物镜及畸变特性检测

　　1.1　大视场投影光刻物镜光学系统

　　图1是采用ZEMAX软件优化设计得到的大视场投影光刻物镜光学系统光路图.设计参量如表1所示.根据瑞利公式计算

　　式中δ为实用分辨率,λ为曝光波长,NA为像方数值孔径,k1是与系统照明方式,光源相干度和数值孔径等有关的工艺系数,对于典型的i线光刻,通常k1=0.25~0.35[3,4],由式(1)得δ=2.17~3.04μm,满足投影光刻物镜全视场分辨率在2~5μm左右的技术指标要求.

　　依照光学设计要求和主要技术指标,确定一个适当的大视场投影光刻物镜光学系统初始结构[5],在满足光学参量要求下控制各像差项(球差,像散,慧差和畸变等)进行优化,各种像差对设计指标的影响必然表现在光学传递函数MTF上,系统要求理论分辨率与实际分辨率之差在空间分辨率为100 lp/mm范围内必须小于5%.在克服掩模硅片位置偏离和倾斜引起倍率误差与对准误差的同时,满足掩模硅片视场同轴对准要求,光学系统要设计成左右全对称的双方远心光路结构,校正畸变等对称像差,在大孔径,宽焦深的情况下,整个视场范围内成像质量达到衍射极限,光刻线条均匀.

　　设计时要考虑在严格物像面共轭面上的畸变为零,物面沿轴上下位移导致畸变出现正负变化,通过对物像面的调整,可以方便的得到最小畸变物像面共轭位置.