Репродукционный зеркальный объектив для нанолитографии

Полезная модель относится к оптическим проекционным системам для использования в микролитографии (нанолитографии), в частности, в производстве полупроводниковых микросхем, использования в проекционных оптических системах, имеющих высокое разрешение на длине волны излучения 13 нм. Задачей полезной модели является существенное повышение разрешения и повышения светосилы репродукционной установки при снижении ее габаритов для ее использования в нанолитографии. Поставленная задача решается репродукционным зеркальным объективом для нанолитографии, состоящем из четырех зеркал, последовательно расположенных вдоль оптической оси, держателя объекта и держателя приемника изображения с плоской чувствительной площадкой, отличающемся тем, что первое зеркало по ходу лучей от объекта выполнено как выпуклое зеркало в виде асферической поверхности высшего порядка, построенное на основе сплюснутого эллипсоида, с центральным отверстием, второе зеркало выполнено как вогнутое в виде асферики высшего порядка, созданное на базе сплюснутого эллипсоида, третье зеркало выполнено как выпуклое в виде сферической поверхности, созданное на базе гиперболоида, фокус которого расположен вблизи мнимого изображения, построенного первыми двумя зеркалами, четвертое зеркало выполненное как вогнутое в виде асферики высшего порядка, созданное на базе вытянутого эллипсоида и расположенное между поверхностью и фокусом третьего зеркала так, чтобы апертура после третьего зеркала стала максимальной, при том, что каждое из зеркал является целым телом вращения, снабженным центральным отверстием, а оптическая ось является общей для всех зеркал и снабжена центральным экранированием.

Полезная модель относится к оптическим проекционным системам для использования в микролитографии (нанолитографии), в частности, в производстве полупроводниковых микросхем, использования в проекционных оптических системах, имеющих высокое разрешение на длине волны излучения 13 нм.

Известен зеркальный репродукционный объектив для формирования структур полупроводников (1), содержащий последовательно установленные вдоль оптической оси две отражающие поверхности: первое, выпуклое зеркало, выполнено в виде асферики высшего порядка и второе, вогнутое зеркало, выполненное в виде асферики высшего порядка. Однако, описанный объектив имеет следующие недостатки:

- недостаточная величина числовой апертуры, NA=0.11;

- недостаточное разрешение (0.05-0.25) мкм;

- избыточная дисторсия (0.005-0.025) мкм.

Недостатки данного технического решения не позволяют уменьшить габариты репродукционной установки при существенном повышении ее разрешения и светосилы.

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности является принятый за прототип зеркальная оптическая изображающая система (2) со сбалансированной дисторсией, содержащая четыре оптические поверхности, установленные последовательно вдоль оптической оси. Первое зеркало, выпуклое, выполнено в виде асферики высшего порядка, имеющей в основе гиперболоид, второе зеркало, вогнутое, выполнено в виде асферики высшего порядка, имеющего в основе вытянутый эллипсоид, третье - выпуклое сферическое зеркало, четвертое - вогнутое зеркало, выполнено в виде асферики высшего порядка, имеющей в основе сплюснутый эллипсоид. Однако, у прототипа недостаточная величина числовой апертуры, NA=0.1, избыточная дисторсия - 8 нм, а также высокая стоимость технической реализации внеосевых зеркал, что также не позволяет уменьшить габариты репродукционной установки при существенном повышении ее разрешения и светосилы

Задачей полезной модели является существенное повышение разрешения и повышения светосилы репродукционной установки при снижении ее габаритов для ее использования в нанолитографии.

Поставленная задача решается репродукционным зеркальным объективом для нанолитографии, состоящем из четырех зеркал, последовательно расположенных вдоль оптической оси, держателя объекта и держателя приемника изображения с плоской чувствительной площадкой, отличающемся тем, что первое зеркало по ходу лучей от объекта выполнено как выпуклое зеркало в виде асферической поверхности высшего порядка, второе зеркало выполнено как вогнутое в виде асферики высшего порядка, третье зеркало выполнено как выпуклое в виде сферической поверхности, а четвертое зеркало выполненное как вогнутое в виде асферики высшего порядка.

На рисунке 1 представлена схема объектива, который содержит:

1 - держатель объекта (маска);

2 - первое, выпуклое зеркало, с формой асферики высшего порядка, построенное на основе сплюснутого эллипсоида, с центральным отверстием,

3 - второе, выпуклое зеркало, с формой асферики высшего порядка, созданное на базе сплюснутого эллипсоида,

4 - третье, вогнутое зеркало, с формой асферики высшего порядка, на базе гиперболоида,

5 - четвертое, вогнутое зеркало, с формой асферики высшего порядка, созданное на базе вытянутого эллипсоида,

6 - приемник изображения с плоской чувствительной площадкой.

Объектив включает в себя две зеркальные пары. Первая зеркальная пара состоит из двух отрицательных зеркал 2 и 3, формирующих мнимое изображение маски с уменьшением, равным увеличению объектива или близким к нему. Вторая зеркальная пара состоит из положительного и отрицательного зеркал 4 и 5, работающая как зеркальный элемент поля с увеличением - (1.4-1.6)^x или близким к нему и преобразует мнимое изображение в действительное. Четыре зеркала проекционной системы с высокой числовой апертурой достигают переноса изображения с маски 1 на фоточувствительный элемент 6 типа полупроводникового вафера. Все четыре зеркала - асферики высшего порядка и обеспечивают возможные наименьшие остаточные аберрации.

Увеличение числовой апертуры, уменьшение габаритов системы, увеличение разрешения системы и достижение дисторсии, значение которой не должно превышать 0.1 от минимально разрешаемого элемента структуры полупроводника, достигается тем, что второе и первое выпуклые зеркала образуют зеркальную пару, формирующею мнимое, прямое, уменьшенное изображение маски, при том, что увеличение зеркальной пары равно (0.14-0.16) ^x и фактически определяется расстоянием от плоскости маски до первого зеркала, что, в свою очередь, определяет коэффициент центрального экранирования всего объектива, который для данного объектива, при данных габаритах минимален. Третье и четвертое вогнутые зеркала при своем сочетании образуют зеркальную пару, формирующею действительное, перевернутое и уменьшенное изображение маски (увеличение зеркальной пары равно - (1.4-1.6)^x фактически определяется расстоянием от третьего элемента до изображения сформированного первой зеркальной парой). Таким образом, расположение четвертого зеркала выбрано так, что в сочетании с третьим элементом числовая апертура объектива максимальна.

Ход лучей объектива заменен с внеосевого на осевой, с существенным повышением апертуры сходящегося пучка, сфокусированного на плоскость приемника изображения, а асферические поверхности зеркал рассчитаны так, чтобы отступление от ближайшей поверхности второго порядка не превышало 12.

Основные технические данные объектива

Выходная числовая апертура - 0.485

Экранирование - 0.407

Расстояние от маски до первого зеркала - 550 мм

Расстояние от маски до вафера - 828.1442 мм

Расстояние от последнего зеркала до плоскости вафера - 38.7142 мм

Увеличение - 12 крат

Среднеквадратичная волновая аберрация (RMS) по полю - 0.0573-0.1181

Предельное разрешение - 68000 мм^-1 с контрастом 0.02

Разрешение LS - 10 нм с контрастом 0.26

Разрешение LS - 20 нм с контрастом 0.35.

Применение описанноного технического решения позволяет использовать разработанный объектив в проекционных оптических системах, имеющих высокое разрешение на длине волны излучения 13 нм.

Использованная литература:

1. Патент США 5.212.588, 1991.

2. Патент США 6.226.346, 1998.

3. Патент США 6.142.641, 1998.

Репродукционный зеркальный объектив для нанолитографии, состоящий из четырех зеркал, последовательно расположенных вдоль оптической оси, держателя объекта и держателя приемника изображения с плоской чувствительной площадкой, отличающийся тем, что первое зеркало по ходу лучей от объекта выполнено с выпуклой отражающей поверхностью в виде асферики высшего порядка, построенной на основе уравнения сплюснутого эллипсоида, второе зеркало выполнено с выпуклой отражающей поверхностью в виде асферики высшего порядка, построенной на основе уравнения сплюснутого эллипсоида, третье зеркало выполнено с вогнутой отражающей поверхностью в виде асферики высшего порядка, созданной на базе уравнения гиперболоида, фокус которого расположен вблизи мнимого изображения, построенного первыми двумя зеркалами, четвертое зеркало выполнено с вогнутой отражающей поверхностью в виде асферики высшего порядка, созданной на базе уравнения вытянутого эллипсоида, и расположено между поверхностью и фокусом третьего зеркала так, чтобы апертура после третьего зеркала стала максимальной, при том, что каждое из зеркал выполнено с центральным отверстием, а оптическая ось является общей для всех зеркал.