降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法技術

本發明專利技術公開一種降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法，包括：步驟一、根據環境溫度變化，計算該投影物鏡的熱折變焦面漂移與熱變形焦面漂移以及總焦面漂移靈敏度三者值的大小和符號關系；步驟二、計算該投影物鏡的單個鏡片在環境溫度變化下的熱折變焦面靈敏度；步驟三、選擇該單個鏡片中熱折變焦面靈敏度高且與該總焦面漂移靈敏度相反的鏡片；步驟四、將該步驟三中的鏡片替換為折射率溫度系數相反的鏡片。

Method for reducing influence of environmental effect of lithographic projection lens

The invention discloses a method to reduce the impact of the lithographic environment thermal effect: step one, according to the change of environmental temperature, heat related photorefractive focal plane drift and thermal calculation of the projection lens deformation magnitude and sign of focal plane drift and total focal shift sensitivity three values; step two, calculation of single lens the projection lens changes in environmental temperature under the thermal focal plane of photorefractive sensitivity; step three, select the single focal lens in thermal refractive surface sensitive and lens and the total focal plane shift sensitivity instead; step four, the third step lens replaced the temperature coefficient of refractive index of the lens on the contrary.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種集成電路裝備制造領域，尤其涉及一種降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法。
技術介紹
投影光刻技術已經成功用于集成電路制造和半導體封裝的金凸塊/錫凸塊、硅片級芯片尺度封裝(WLCSP)技術等領域，這些類型的掃描光刻機或者步進光刻機上投影光刻物鏡特點是中低端分辨率(如一微米到幾微米，數值孔徑(NA)0.2以下)、寬光譜、高產率。在投影光刻機中光刻物鏡的作用是將母版，即掩膜上的圖形轉移涂敷在硅片表面的光刻膠上。經過顯影、定影、刻蝕，最終將模板上的圖形轉移到硅片上。投影光刻物鏡是光刻機中的核心部件，它決定了投影光刻機的主要性能，先進的投影光刻物鏡的設計，材料的制備、加工、裝配、檢測等各個環節，均采用了當代最高水平的技術。目前部分加工，檢測技術幾乎到達了物理極限。在投影光刻機中，投影光刻物鏡是影響光刻分辨力和線寬的關鍵，而溫度變化不但導致物鏡焦面位置改變，還會影響物鏡的成像質量，因此恒溫是保證光刻機性能穩定工作的一項重要措施。近年來，雖然環境控制采用了內部空氣冷卻循環，隔熱套水冷循環，高精度溫度傳感器的反饋控制等手段，但是整個物鏡內部的溫度控制還是非常困難的。雖然投影光刻物鏡一般都選用幾大著名廠家，如OHARA、Corning、Schott等公司高質量的紫外光學材料，但是材料固有的熱變形，和熱折變，即使在極度苛刻的環境控溫條件下，還是會導致光刻物鏡的性能變差。光刻物鏡中常說的熱效應分為兩類：一類是曝光過程中鏡片吸熱引起的熱效應，這種熱效應引起的焦面漂移是可以補償的；第二類是物鏡環境溫度的整體變化引起的熱效應，即環境熱效應，環境熱效應主要引起焦深損失。比如后道光刻機兩次調整最佳焦面時間內一般要求物鏡內部環境控溫在±0.1℃，而溫度在這個范圍內快速變化時，焦面改變是不能補償的。因為調焦調平傳感器(FLS)只能檢測基片面到鏡頭距離(即名義的像距)，而最佳成像焦面的位置是通過多次做特殊曝光找到的，實際生產中同一批基片一般只找一次最佳成像焦面，兩次調整焦面的間隔根據實際生產情況短則數天，所以在這段時間范圍內如果由于環境熱效應導致最佳成像焦面位置發生變化而產生的離焦量是不能補償的。所以物鏡環境熱效應引起的焦面靈敏度這個指標就非常重要了。投影光學系統的一個特征參數為焦深(depthoffocus簡稱DOF)，其定義如下：DOF=k2λ(NA)2···(1)]]>上面公式中DOF為焦深；K2為工藝因子通常大規模生產取0.7，實驗室取0.5；λ為參考波長；NA為系統數值孔徑。我們用上面的公式也可以計算設計參考波長為405nm，數值孔徑為NA＝0.2，k2因子取0.5，最大理論焦深為5μm。中國專利CN101206300A提出由16片構成的對稱結構，其像方數值孔徑為0.1，工作波長為g、h、i線，為了校正色差，對稱的半結構中用了兩組分離式透鏡結構上正透鏡采用異常色散的光學材料CAF2(氟化鈣)，但是由于CAF2(氟化鈣)的溫度折射率系數非常差，而且CAF2(氟化鈣)材料受環境溫度影響，熱折變引起的焦面變化非常敏感，所以使得整個鏡頭的環境熱效應較差，分析結果為環境熱效應焦面靈敏度為46μm/℃，如果按照物鏡內部環境控溫在±0.1℃計算，焦深損失為4.6μm。中國專利CN101216592提出了一種投影光學系統，其像方數值孔徑(NA)0.2，工作波長為g、h、i線，光學系統共包括18個透鏡，同樣對稱的半結構上靠近光闌的位置的鏡片用了溫度折射率系數較高的CAF2(氟化鈣),使得整個鏡頭的環境熱效應較差，分析結果為環境熱效應焦面靈敏度為23μm/℃，如果按照物鏡內部環境控溫在±0.1℃計算，焦深損失為2.3μm，根據公式(1)計算的結果理論焦深為5μm，已經損失了一半焦深了。中國專利CN200780016315.3中，提出了兩種典型實施例，設計像方數值孔徑為0.2工作波長為g、h、i線。其中半結構是由帶Caf2(氟化鈣)的三組分離式透鏡結構構成，總共24個鏡片構成全球面折射結構，同樣是CAF2(氟化鈣)材料的鏡片位置熱折變對焦面非常敏感，所以使得整個鏡頭的環境熱效應很差，分析結果為環境熱效應焦面靈敏度為83μm/℃，如果按照物鏡內部環境控溫在±0.1℃計算，焦深損失為8.3μm，根據公式(1)計算的結果理論焦深為5μm，所以如果物鏡內部環境控溫在±0.1℃，物鏡已經沒有可用的焦深了；另外一種結構由20個鏡片構成，不用CAF2(氟化鈣)材料，半結構增加了6個面的非球面，而只用了兩種光學材料LLF1(Schott公司紫外光學材料)和silica(熔融石英)，分析結果為環境熱效應焦面靈敏度為24μm/℃，如果按照物鏡內部環境控溫在±0.1℃計算，焦深損失為2.4μm，已經損失了一半焦深了。在投影光刻機中，投影光刻物鏡工作環境的溫度變化主要影響物鏡的最佳成像位置的變化，引起的畸變，倍率和離焦直接影響套刻精度和焦深。目前解決辦法一般采用可動元件補償和提高溫度控制需求來實現良好的像質，但是這些手段會影響光刻機產率和增加溫控、補償成本。怎樣從根本上降低環境溫度變化對物鏡的影響(主要影響是環境溫度變化引起焦面漂移，從而引起焦深損失)，是投影光刻物鏡設計中急需要解決的難題。
技術實現思路
為了克服現有技術中存在的缺陷，本專利技術提供一種合理選擇材料利用熱折變抵消物鏡總的環境熱效應(主要是環境熱變形)的方法。為了實現上述專利技術目的，本專利技術公開一種降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法，包括：步驟一、根據環境溫度變化，計算該投影物鏡的熱折變焦面漂移與熱變形焦面漂移以及總焦面漂移靈敏度三者值的大小和符號關系；步驟二、計算該投影物鏡的單個鏡片在環境溫度變化下的熱折變焦面靈敏度；步驟三、選擇該單個鏡片中熱折變焦面靈敏度高且與該總焦面漂移靈敏度相反的鏡片；步驟四、將該步驟三中的鏡片替換為折射率溫度系數相反的鏡片。更進一步地，該總焦面漂移靈敏度的計算公式為：其中，Sk為各個鏡片的熱折變引起的對焦面變化量貢獻量和，ΔT為環境溫度變化值，為各個鏡片的折射率溫度系數，Γk為折射率對焦面靈敏系數，k為鏡片序號。更進一步地，該步驟四中的替換鏡片滿足以下條件：該替換鏡片非校正色差的分離式或膠合透鏡光學。更進一步地，該步驟四中的替換鏡片滿足以下條件：該替換鏡片的折射率和阿貝數接近。更進一步地，該步驟四中的被替換鏡片滿足以下條件：該被替換鏡片位于該投影物鏡的光闌附近。更進一步地，該步驟四中的替換鏡片滿足以下條件：該替換鏡片為薄透鏡。更進一步地，該步驟四中的替換鏡片滿足以下條件：該替換鏡片與該投影物鏡其他鏡片正負透鏡數量級光焦度數量和值平衡。為了降低環境溫度變化對投影光刻物鏡性能的影響，即降低環境熱效應?，F有技術一般采用的方法為投影光刻物鏡光學方案優化設計時所有材料全部選用低熱膨脹系數和低溫度折射率系數的紫外光學材料。由于紫外光學材料本身存在固有熱屬性，材料種類較少，這種方法本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法，其特征在于，包括：步驟一、根據環境溫度變化，計算所述投影物鏡的熱折變焦面漂移與熱變形焦面漂移以及總焦面漂移靈敏度三者值的大小和符號關系；步驟二、計算所述投影物鏡的單個鏡片在環境溫度變化下的熱折變焦面靈敏度；步驟三、選擇所述單個鏡片中熱折變焦面靈敏度高且與所述總焦面漂移靈敏度相反的鏡片；步驟四、將所述步驟三中的所述鏡片替換為折射率溫度系數相反的鏡片。

【技術特征摘要】
1.一種降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法，其特征在于，包括：
步驟一、根據環境溫度變化，計算所述投影物鏡的熱折變焦面漂移與熱變形焦面漂移以及總焦面漂移靈敏度三者值的大小和符號關系；
步驟二、計算所述投影物鏡的單個鏡片在環境溫度變化下的熱折變焦面靈敏度；
步驟三、選擇所述單個鏡片中熱折變焦面靈敏度高且與所述總焦面漂移靈敏度相反的鏡片；
步驟四、將所述步驟三中的所述鏡片替換為折射率溫度系數相反的鏡片。
2.如權利要求1所述的降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法，其特征在于，所述步驟一為折射率對焦面靈敏系數，k為鏡片序號。
3.如權利要求1所述的降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法，其特征在于，所述步驟四中的替換鏡片滿足以下條件：所述替換鏡片非校正色差的分離式或膠合透鏡光學。
4.如權利要求1所述的降低光刻投影物鏡環境熱效應影響的方法，其特征在于，所述步驟四中的替換鏡片滿足以下條件：所述替換鏡片的折射率和阿貝數接近。
5.如權利要求1所述的降低光刻投影物鏡環境熱效應影響...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭銀章，劉國淦，朱立榮，
申請(專利權)人：上海微電子裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31