光刻机照明光瞳偏振态测量用光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于光瞳偏振态测量的光学系统，特别涉及一种用于光刻机照明 光瞳偏振态测量的光学系统。
【背景技术】
[0002] 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，也称为光刻胶）。公知的光刻机包括：
[0003] 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；
[0004] 接近式光刻机，掩模版与衬底之间有微米级的间隙，光源发出光通过掩模版在衬 底上曝光完成图形转移；
[0005] 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。
[0006] 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，以使掩模版上电路图形通过投影物镜成像在硅片上的光刻 胶表面。
[0007] 半导体光刻技术不断进步，关键尺寸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。当光刻机中光线相对于光轴的角度随着NA的增加而增加时，对 于光刻成像来说光波的矢量特性逐渐变得更加重要，因为只有振动方向相同的光波偏振分 量才能进行干涉成像，从而对图形转移有贡献，而振动方向正交的光波偏振分量不能参与 干涉成像，从而对图形转移没有贡献。因此，光刻图形的对比度，不但是由投影物镜的波前 质量决定，而且当数值孔径NA增加到一定程度时，照明光瞳的偏振态对于光刻图形的对比 度也具有非常大的影响。
[0008] 目前的半导体前道光刻机，米用氟化氩准分子激光和浸液光刻技术（ArFi)、偏振 照明技术，并配合多重曝光技术等多种分辨率增强技术，已经实现2X nm~IX nm技术节 点的量产。其中，支持2X nm技术节点的典型设备是荷兰ASML公司的光刻机TWINSCAN NXT: 1960Bi和日本Nikon公司的光刻机NSR-S622D ;支持IX nm技术节点的典型设备 是ASML公司的光刻机TWINSCAN NXT: 1970Ci和Nikon公司的光刻机NSR-S630D，其中， NSR-S630D是支持IOnm节点量产的光刻机。这四种型号的光刻机都是采用数值孔径NA为 1.35、放大倍率为-1/4倍的浸液投影物镜，其中偏振照明系统是实现这些节点技术的必备 装置。而在ASML公司早期的投影物镜数值孔径NA为1. 20型号为1750i的光刻机中，偏振 照明系统是该光刻机的可选装置。这两代光刻机都需要测量偏振照明系统投射在掩模版上 照明光瞳的偏振态。照明光瞳的偏振光振动方向、偏振度、偏振纯度等参数对实现各种不同 图形的精确曝光至关重要，没有照明光瞳偏振态的测量与控制，就没有合格的曝光图形。
[0009] 已有的在光刻机中建立的光传感器，例如用于照明光瞳测量的针孔相机，通常不 能测量偏振态。如果需要测量照明光瞳的偏振态，需要引入对光波偏振态的调制和转换元 件，例如，波片、检偏器等。因此，用于光刻机照明光瞳偏振态测量的光学系统，一般需要包 括：针孔掩模版、傅里叶变换物镜、波片、检偏器、中继物镜、像传感器等，如图1所示，针孔 掩模版位于光刻机的掩模面位置，该位置也是投影物镜的物面位置，利用针孔对不同照明 视场位置进行光瞳采样测量。傅里叶变换物镜的功能是将通过针孔照明光束的光瞳角度分 布转换为在傅里叶变换物镜后焦面上的空间位置分布，即在该傅里叶变换物镜的后焦面位 置获得照明光束的光瞳。波片和检偏器的功能是对照明光束的光瞳偏振态进行调制和转 换，其中调制是通过旋转波片来实现的。中继物镜是起关键作用的部件，其功能是选择照明 光瞳偏振态测量所需的调制光束，并将其继续成像到像传感器的靶面上。像传感器的靶面 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】
[0010] 本发明的目的在于公开一种光刻机照明光瞳偏振态测量用光学系统，该光学系统 的作用是将针孔掩模版图形面内的针孔变换到像传感器的靶面（即光敏面）内，该光学系 统不但能有效地校正各种所需校正的像差，而且满足针孔掩模版尺寸、波片和检偏器尺寸、 像传感器尺寸的结构要求，并满足光刻机照明光瞳偏振态测量的实际应用要求。
[0011] 本发明的目的是这样实现的：
[0012] 一种光刻机照明光瞳偏振态测量用光学系统，该光学系统用于将针孔掩模版图形 面内的针孔变换到像传感器的靶面（即光敏面）内，沿该光学系统的光轴方向依次包括：孔 径光阑平面、傅里叶变换物镜、四分之一波片、检偏器、中继物镜、像传感器，其特征在于，孔 径光阑平面位于傅里叶变换物镜的前焦面，四分之一波片位于傅里叶变换物镜的后焦面， 像传感器光敏面位于中继物镜的像面位置，所述的傅里叶变换物镜包括第一透镜、第二透 镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述的第一透镜、第四透镜和第五透镜是凹面朝向孔 径光阑面的弯月透镜，第三透镜是凹面朝向像平面的弯月透镜，第二透镜为双凸透镜，所述 的中继物镜包括第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜，所述的 第六透镜和第十一透镜为凹面朝向孔径光阑面的弯月透镜，第九透镜和第十透镜为凹面朝 向像平面的弯月透镜，第七透镜为双凹透镜，第八透镜为双凸透镜。
[0013] 所述的傅里叶变换物镜的焦距为10. 771mm，其中的第一透镜、第二透镜和第五透 镜具有正光焦度，第三透镜和第四透镜具有负光焦度。
[0014] 所述的中继物镜中的第六透镜、第八透镜和第九透镜具有正光焦度，第七透镜