專利名稱：用于紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻機，特別是一種用于紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,光刻成像的分辨率要求越來越高,相應(yīng)地,對光刻照明系統(tǒng)的要求也越來越高。在先進(jìn)光刻機的照明系統(tǒng)中，通過選擇和光刻掩模圖形的結(jié)構(gòu)和尺寸相對應(yīng)的光瞳面照明光強分布，特別是通過改變光瞳面上環(huán)形照明的環(huán)帶的內(nèi)徑大小和環(huán)帶寬度，來提高光刻機的分辨率，改善光刻圖形的對比度，從而實現(xiàn)超精細(xì)光刻圖形的精確復(fù)制。目前的紫外光刻照明系統(tǒng)中，光瞳面照明光強分布的形成主要靠衍射光學(xué)元件、連續(xù)變焦透鏡組和錐形鏡組來實現(xiàn)；衍射光學(xué)元件用于產(chǎn)生光刻照明所需的光瞳面光強分 布花樣(如傳統(tǒng)、環(huán)形、二極和四極等照明模式)，光刻機中衍射光學(xué)元件設(shè)計可參見JerryLeonard, JamesCarriere, Jared Stack, Rich Jones, Marc Himel, John Childers, KevinWelch, Proc. SPIE. 6924, Optical Microlithography XXI 692420, March 14，2008 ;所述的錐形鏡組一般由凹、凸兩個錐形鏡構(gòu)成，通過改變兩個錐形鏡之間的距離實現(xiàn)光瞳面上環(huán)帶內(nèi)徑的調(diào)節(jié)。連續(xù)變焦透鏡組用于調(diào)節(jié)光瞳面上環(huán)帶寬度的調(diào)節(jié)。采用該方法的主要缺點有錐形鏡組的引入將使光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生難于校正的軸外像差，使光瞳面光強分布劣化，改變了光瞳面切向極張角的大小，并且徑向光強分布也會受到影響；錐形鏡組的引入降低了整個光學(xué)系統(tǒng)的透過率，無法有效利用激光紫外激光器的能量；工作在深紫外波段的錐形鏡的加工難度大，導(dǎo)致光刻機的制造成本高。在現(xiàn)有技術(shù)中，“一種微光刻照明光瞳的整形結(jié)構(gòu)”(參見專利CN101320216A)中，公開了一種光刻照明用的光瞳整形結(jié)構(gòu)，和傳統(tǒng)的光刻照明系統(tǒng)相比，該發(fā)明仍然利用衍射元件和連續(xù)變焦鏡組產(chǎn)生不同的環(huán)帶寬度，所不同的是利用兩個凸錐形鏡調(diào)節(jié)環(huán)帶內(nèi)外徑的大小。但是，該發(fā)明沒有改變傳統(tǒng)整形裝置的整體布局。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種用于紫外光刻機的照明系統(tǒng)。本發(fā)明的照明系統(tǒng)不含錐形鏡組，而是采用一維連續(xù)變倍擴束鏡組與衍射光學(xué)元件相結(jié)合的方式，產(chǎn)生各種照明模式，并調(diào)節(jié)部分相干因子，具有結(jié)構(gòu)簡單、光學(xué)透過率高、不存在錐形鏡組引入的光瞳劣化問題、能有效降低光刻機的生產(chǎn)成本等特點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種用于紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)，特點在于其構(gòu)成包括紫外激光器、一維連續(xù)變倍擴束鏡組、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)、傅里葉變換透鏡、勻光系統(tǒng)和控制器，上述元部件的位置關(guān)系如下所述的紫外激光器產(chǎn)生的截面為方形的平行光束，沿該光束傳輸方向依次是所述的一維連續(xù)變倍擴束鏡組、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)、傅里葉變換透鏡和勻光系統(tǒng)；
所述的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)含有多個衍射光學(xué)元件，所述的控制器通過圓編碼器精確控制轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的轉(zhuǎn)動，選擇所需的衍射光學(xué)元件，實現(xiàn)所需的照明模式；每個衍射光學(xué)元件由多個子區(qū)域排列而成，所述的控制器控制所述的衍射光學(xué)元件沿其子區(qū)域排列方向移動，實現(xiàn)照明光瞳面上內(nèi)環(huán)大小的調(diào)節(jié)；所述的傅里葉變換透鏡將所述的衍射光學(xué)元件發(fā)散的環(huán)形光束在其后焦面照明光瞳面上變換成環(huán)形光斑，得到所需的照明模式，該照明光瞳面的光強分布經(jīng)所述的勻光系統(tǒng)進(jìn)行均勻化處理，并投射到掩模面上。所述的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)沿圓周均勻地設(shè)有五個衍射光學(xué)元件，分別依次為環(huán)形照明衍射光學(xué)元件、X方向二極照明衍射光學(xué)元件、Y方向二極照明衍射光學(xué)元件、四極照明衍射光學(xué)元件和傳統(tǒng)照明衍射光學(xué)元件，相應(yīng)的在所述的光瞳面上形成環(huán)形照明、X方向二極照明、Y方向二極照明、四極照明和傳統(tǒng)照明。所述的衍射光學(xué)元件由一系列一維分區(qū)式的子區(qū)域構(gòu)成，該子區(qū)域的排列方向和所述的衍射光學(xué)元件的移動方向相同，每個子區(qū)域分別對應(yīng)于產(chǎn)生不同直徑而環(huán)帶寬度相 同的照明環(huán)帶，所述的衍射光學(xué)元件的子區(qū)域和所述的光瞳面上的環(huán)帶相對應(yīng)，每個子區(qū)域和相鄰子區(qū)域產(chǎn)生的照明環(huán)帶是正好相接的，工作時，通過照射幾個連續(xù)的子區(qū)域，得到一個總的照明環(huán)帶，該總的照明環(huán)帶的寬度等于被照射子區(qū)域的個數(shù)乘以一個照明環(huán)帶的覽度。所述的一維連續(xù)變倍擴束鏡組，由依次的第一球面鏡、第二球面鏡、第一柱面鏡、第二柱面鏡和第三柱面鏡構(gòu)成，所述的第一球面鏡、第二球面鏡固定不動，所述的第一柱面鏡、第二柱面鏡和第三柱面鏡位于一導(dǎo)軌上，維連續(xù)變倍擴束鏡組的控制器通過編碼器精確控制絲桿驅(qū)動所述的第一柱面鏡、第二柱面鏡和第三柱面鏡沿導(dǎo)軌移動，改變?nèi)骁R之間沿光束傳播方向的位置關(guān)系，將紫外激光器輸出的平行光束擴束成在y方向上尺寸固定，X方向上尺寸可調(diào)節(jié)的平行光束。所述的衍射光學(xué)元件轉(zhuǎn)盤機構(gòu)通過圓編碼器精確控制轉(zhuǎn)盤機構(gòu)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)多個衍射光學(xué)元件之間的精確位置切換。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤機構(gòu)，將所需的衍射光學(xué)元件轉(zhuǎn)到光路中，光路中的衍射光學(xué)元件位于傅里葉變換透鏡前焦面，并在傅里葉變換透鏡的后焦面形成特定的照明光瞳分布；且每個衍射光學(xué)元件垂直于光軸放置，并且通過導(dǎo)軌、絲桿和位移編碼器的精確控制，每個衍射光學(xué)元件能沿其子區(qū)域排列方向精確移動。所述的衍射光學(xué)元件的主要作用是在照明光瞳面上產(chǎn)生所需照明花樣，通過沿子區(qū)域排列方向移動衍射光學(xué)元件可以改變照明光瞳面上環(huán)帶內(nèi)徑的大??；而改變一維連續(xù)變倍擴束鏡組的擴束倍率，則可以調(diào)節(jié)照明光瞳截面上環(huán)寬的大小。即通過移動衍射光學(xué)元件和改變一維連續(xù)變倍擴束鏡組的擴束倍率，能夠?qū)崿F(xiàn)照明光瞳面上環(huán)帶寬度和環(huán)帶內(nèi)環(huán)大小的調(diào)節(jié)。改變了傳統(tǒng)方式中的連續(xù)變焦透鏡組和錐形鏡的模型。所述的衍射光學(xué)元件采用一維分區(qū)式結(jié)構(gòu)，子區(qū)域可根據(jù)照明花樣的要求設(shè)計，每個子區(qū)域產(chǎn)生一個內(nèi)外數(shù)值孔徑不同而內(nèi)外數(shù)值孔徑之差固定的發(fā)散環(huán)形光束，相鄰子區(qū)域產(chǎn)生的發(fā)散環(huán)形光束正好相接，衍射光學(xué)元件的移動方向和子區(qū)域排列方向相同，經(jīng)過傅里葉變換透鏡，每個子區(qū)域分別對應(yīng)于在照明光瞳面上產(chǎn)生不同直徑而環(huán)帶寬度相同的照明環(huán)帶，而且每個子區(qū)域和相鄰子區(qū)域產(chǎn)生的照明環(huán)帶是正好相接的。工作時，一維連續(xù)變倍擴束鏡組將紫外激光器發(fā)出的平行光束擴束，在垂直于衍射光學(xué)元件的子區(qū)域排列方向上，擴束尺寸固定，且與衍射光學(xué)元件在該方向的尺寸相同；在平行于衍射光學(xué)元件的子區(qū)域排列方向上，光束尺寸隨擴束倍率變化而改變，從而改變照射衍射光學(xué)元件連續(xù)子區(qū)域的個數(shù)。通過照射到衍射光學(xué)元件幾個連續(xù)的子區(qū)域，在傅里葉變換透鏡后焦面上可產(chǎn)生幾個連續(xù)相接的照明環(huán)帶，當(dāng)改變照射連續(xù)子區(qū)域的個數(shù)時，總的環(huán)帶的寬度也隨之變化，其總的環(huán)帶寬度等于照射子區(qū)域的個數(shù)乘以每個照明環(huán)帶的寬度。當(dāng)一維連續(xù)變倍擴束鏡組變倍比固定時，衍射光學(xué)元件通過移動改變?nèi)肷涔馐丈涞窖苌涔鈱W(xué)元件子區(qū)域的位置，光束照射的位置決定了發(fā)散環(huán)形光束的內(nèi)外數(shù)值孔徑的具體數(shù)值，再經(jīng)過傅里葉變換透鏡變換后，在其后焦面上實現(xiàn)照明光強內(nèi)環(huán)大小的調(diào)節(jié)，但不改變環(huán)帶寬度。綜上所述，通過調(diào)整一維連續(xù)變倍擴束鏡組的擴束倍率，以改變照明光瞳面上總的環(huán)帶寬度；通過沿子區(qū)域排列方向移動衍射光學(xué)元件，以改變環(huán)帶的內(nèi)環(huán)大小。從而實現(xiàn)照明光瞳面上照明環(huán)帶的內(nèi)徑大小和環(huán)帶寬度的調(diào)整，提高了光刻機的分辨率。
所述的衍射光學(xué)元件在垂直于子區(qū)域排列方向的總尺寸是Dy，平行于子區(qū)域排列方向的總尺寸是Dx。衍射光學(xué)元件中每個子區(qū)域的尺寸I的選取范圍是O. 5mm到1_。其總尺寸Dx的計算公式為久二 I · - dtJ/M，其中d.是照明光瞳截面外環(huán)的最大直徑，是照明光瞳截面內(nèi)環(huán)的最小直徑，△(!是照明光瞳截面內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)分辨率，也等于一個照明環(huán)帶的寬度。所述的衍射光學(xué)元件采用一維分區(qū)式結(jié)構(gòu)，每個子區(qū)域含有M*N個方形位相單元，這些方形位相單元組合成一個位相分布矩陣，產(chǎn)生所需的照明光瞳分布；方形位相單元的尺寸t為不大于其中C是照明光瞳截面外環(huán)的最大直徑，λ是入射激光的波長，f是傅里葉透鏡在波長λ下的焦距。所述的衍射光學(xué)元件的每個子區(qū)域，根據(jù)所需的照明光瞳分布，每個子區(qū)域排的位相分布矩陣通過蓋師貝格-撒克斯通(G-S)迭代算法得到。蓋師貝格-撒克斯通(G-S)迭代算法的具體步驟可以參見 R.W. Gershberg, W. O. Saxton，Optik，35，237-246，1972。依次求出每個子區(qū)域的位相分布矩陣后，得到該衍射光學(xué)元件整體的位相分布矩陣。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)優(yōu)點(I)本發(fā)明的光刻照明系統(tǒng)采用分區(qū)式衍射光學(xué)元件，實現(xiàn)傳統(tǒng)光瞳整形模塊中的錐形鏡組調(diào)節(jié)光瞳面上環(huán)帶內(nèi)徑的功能，從而無需錐形鏡組，系統(tǒng)的整體透過率得到提聞。(2)本發(fā)明無需錐形鏡組，降低了光學(xué)設(shè)計的難度，并且不存在錐形鏡組引起的光瞳劣化問題；無需設(shè)計變焦的傅里葉透鏡組，簡化設(shè)計步驟和時間。(3)本發(fā)明省去了錐形鏡組的加工費用，降低了系統(tǒng)制造成本。


圖I是本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2和圖3是本發(fā)明一維變倍擴束鏡組的實施例。圖4和圖5是本發(fā)明一個實現(xiàn)環(huán)形照明光瞳調(diào)節(jié)的實施例。圖6是本發(fā)明的衍射光學(xué)元件及子區(qū)域的結(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明的一種更換衍射光學(xué)元件的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請參閱圖1，圖I是本發(fā)明一種光刻照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由圖可見，本發(fā)明用于紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)的構(gòu)成包括紫外激光器11、一維連續(xù)變倍擴束鏡組12、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13、傅里葉變換透鏡14、勻光系統(tǒng)16和控制器18，上述元部件的位置關(guān)系如下所述的紫外激光器11產(chǎn)生的截面為方形的平行光束，沿該光束傳輸方向依次是所述的一維連續(xù)變倍擴束鏡組12、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13、傅里葉變換透鏡14和勻光系統(tǒng)16 ；所述的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13含有多個衍射光學(xué)元件，所述的控制器18通過圓編碼器精確控制轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13的轉(zhuǎn)動，選擇所需的衍射光學(xué)元件，實現(xiàn)所需的照明模式；每個衍射光學(xué)元件由多個子區(qū)域排列而成，所述的控制器18控制所述的衍射光學(xué)元件沿其子區(qū)域排列 方向移動，實現(xiàn)照明光瞳面15上內(nèi)環(huán)大小的調(diào)節(jié)；所述的傅里葉變換透鏡14將所述的衍射光學(xué)元件發(fā)散的環(huán)形光束在其后焦面照明光瞳面上變換成環(huán)形光斑，得到所需的照明模式，該照明光瞳面15的光強分布經(jīng)所述的勻光系統(tǒng)16進(jìn)行均勻化處理，并投射到掩模面17上。所述的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13沿圓周均勻地設(shè)有五個衍射光學(xué)元件，分別依次為環(huán)形照明衍射光學(xué)元件401、X方向二極照明衍射光學(xué)元件402、Y方向二極照明衍射光學(xué)元件403、四極照明衍射光學(xué)元件404和傳統(tǒng)照明衍射光學(xué)元件405，相應(yīng)的在所述的光瞳面15上形成環(huán)形照明、X方向二極照明、Y方向二極照明、四極照明和傳統(tǒng)照明。從物側(cè)到像側(cè)依次包括紫外激光器11，一維連續(xù)變倍擴束鏡組12，衍射光學(xué)元件轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13，傅里葉變換透鏡14，勻光系統(tǒng)16，控制器18。所述的紫外激光器11，內(nèi)置準(zhǔn)直系統(tǒng)，用于產(chǎn)生截面為方形的平行紫外光。請參閱圖2和圖3，所述的一維連續(xù)變倍擴束鏡組12，由依次的第一球面鏡121、第二球面鏡122、第一柱面鏡123、第二柱面鏡124和第三柱面鏡125構(gòu)成,所述的第一球面鏡121和第二球面鏡122固定不動，所述的第一柱面鏡123、第二柱面鏡124和第三柱面鏡125位于一導(dǎo)軌126上，維連續(xù)變倍擴束鏡組的控制器128通過編碼器精確控制絲桿127驅(qū)動所述的第一柱面鏡123、第二柱面鏡124和第三柱面鏡125沿導(dǎo)軌126移動，改變?nèi)骁R之間沿光束傳播方向的位置關(guān)系，將紫外激光器11輸出的平行光束擴束成在I方向上尺寸固定，X方向上尺寸可調(diào)節(jié)的平行光束。轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13含有五個衍射光學(xué)元件40f405，請參見圖7，圖7是本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)13的示意圖。所述的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13沿圓周均勻地設(shè)有五個衍射光學(xué)元件，分別依次為環(huán)形照明衍射光學(xué)元件401、X方向二極照明衍射光學(xué)元件402、Y方向二極照明衍射光學(xué)元件403、四極照明衍射光學(xué)元件404和傳統(tǒng)照明衍射光學(xué)元件405，相應(yīng)的在所述的光瞳面15上形成環(huán)形照明、X方向二極照明、Y方向二極照明、四極照明和傳統(tǒng)照明。每個衍射光學(xué)元件是由一系列子區(qū)域排列構(gòu)成，通過沿其子區(qū)域排列方向移動來改變照明光瞳面上內(nèi)環(huán)直徑的大小。請參見圖1，以環(huán)形照明衍射光學(xué)元件401為例，環(huán)形照明衍射光學(xué)元件401通過控制器18控制絲桿4012驅(qū)動環(huán)形照明衍射光學(xué)元件201沿導(dǎo)軌4011精確移動，同理，其它衍射光學(xué)元件也可按此方式沿其子區(qū)域排列方向精確移動，當(dāng)所述的衍射光學(xué)元件40f405沿其子區(qū)域排列方向的移動時，可以用于實現(xiàn)照明光瞳面上內(nèi)環(huán)大小的調(diào)節(jié)。同時，控制器18還可以通過圓編碼器精確控制轉(zhuǎn)盤機構(gòu)13的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)五個衍射光學(xué)元件之間的切換，以此來實現(xiàn)多種照明模式的切換(如傳統(tǒng)、環(huán)形、二極和四極等照明模式)。如圖I所示，以衍射光學(xué)元件401為例，一維連續(xù)變倍擴束鏡組12擴束的光束用于照射在衍射光學(xué)元件401上；衍射光學(xué)元件401垂直于光軸放置，且位于傅里葉變換透鏡14的前焦面，其功能是在照明光瞳面15形成特定的照明光瞳分布(如傳統(tǒng)、環(huán)形、二極和四極等照明模式)；照明光瞳面15上不同的空間光強分布進(jìn)入勻光系統(tǒng)16進(jìn)行均勻化處理，并投射到掩膜面17上。工作時，通過調(diào)整一維連續(xù)變倍擴束鏡組12的擴束倍率，可改變光瞳面上總的環(huán)帶寬度；通過沿子區(qū)域排列方向移動衍射光學(xué)元件401，可改變照明光瞳面15總的環(huán)帶的內(nèi)外環(huán)大小。照明光瞳面上的分布進(jìn)入勻光系統(tǒng)16進(jìn)行均勻化處理，并投射到掩模面17上。
下面結(jié)合圖4和圖5進(jìn)行說明環(huán)形照明衍射光學(xué)元件是如何改變照明光瞳面上的內(nèi)環(huán)直徑的。如圖4所示，衍射光學(xué)元件401的子區(qū)域和環(huán)帶中的對應(yīng)關(guān)系用相同的數(shù)字表示，例如子區(qū)域6用于產(chǎn)生環(huán)帶6。每個子區(qū)域和相鄰子區(qū)域產(chǎn)生的照明環(huán)帶是正好相接的，其寬度等于被照射子區(qū)域的個數(shù)乘以一個照明環(huán)帶的寬度。如圖4所示，調(diào)整一維連續(xù)變倍擴束鏡組12的擴束倍率，使光束照射到了衍射光學(xué)元件401的五個子區(qū)域，照射到的子區(qū)域Γ8經(jīng)過傅里葉變換透鏡14在照明光瞳面15上產(chǎn)生了 5* Λ d的環(huán)寬，對應(yīng)數(shù)字也為4 8，且子區(qū)域8產(chǎn)生的花樣對應(yīng)著照明光瞳面15上的環(huán)帶8，子區(qū)域4產(chǎn)生的花樣對應(yīng)著照明光瞳面15上的環(huán)帶4，子區(qū)域6產(chǎn)生的花樣對應(yīng)著照明光瞳面15上中間環(huán)帶6，8所對應(yīng)的環(huán)寬直徑為環(huán)帶的內(nèi)環(huán)大小；如圖5中所示，調(diào)整一維連續(xù)變倍擴束鏡組12的變倍比，使光束照射到衍射光學(xué)元件401的面積從5個子區(qū)域大小變?yōu)?個子區(qū)域大小，然后沿X軸方向精確移動衍射光學(xué)元件401，使照射的子區(qū)域變?yōu)閚-2、n-l和η三個子區(qū)域，照射到的子區(qū)域η-2、η-1和η經(jīng)過傅里葉變換透鏡14在照明光瞳面15上產(chǎn)生了 3* Λ d的環(huán)寬。由于子區(qū)域I對應(yīng)著照明光瞳面上的環(huán)寬，子區(qū)域η對應(yīng)著照明光瞳面上勺環(huán)寬，所以產(chǎn)生了內(nèi)環(huán)直徑為O的傳統(tǒng)照明圖形花樣。綜上所述，通過調(diào)整一維連續(xù)變倍擴束鏡組12的變倍比，改變?nèi)肷涔馐鴮挾?，可以改變照明光瞳面上的環(huán)寬，通過沿X軸方向(子區(qū)域排列方向)移動衍射光學(xué)元件，可以改變照明光瞳面上的內(nèi)環(huán)大小。兩者配合，實現(xiàn)了光刻照明系統(tǒng)中照明光瞳面上的環(huán)寬和內(nèi)環(huán)大小的調(diào)節(jié)。圖6中所不的衍射光學(xué)兀件在垂直于子區(qū)域排列方向的總尺寸和方形入射光束的尺寸Dy相同，平行于子區(qū)域排列方向的總尺寸是Dx。衍射光學(xué)元件中每個子區(qū)域的尺寸I的選取范圍是O. 5mm到1mm。其總尺寸Dx的計算公式為從=I · (C - O / ，其中C是照明光瞳截面外環(huán)的最大直徑，是照明光瞳截面內(nèi)環(huán)的最小直徑，Δ d是照明光瞳截面內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)分辨率，等于一個照明環(huán)帶的寬度。如圖6所示，衍射光學(xué)元件采用一維分區(qū)式結(jié)構(gòu)，每個子區(qū)域含有M*N個正方形位相單元311，這些正方形位相單元組合成一個位相分布矩陣，產(chǎn)生所需的照明光瞳分布；正方形位相單元311的尺寸t不大于l//d，其中C=是照明光瞳截面外環(huán)的最大直徑，入是入射激光的波長，f是傅里葉變換透鏡對應(yīng)于λ時的焦距。圖7是轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)13的示意圖，具有五個可更換的衍射光學(xué)元件，并通過更換機構(gòu)換入所需的衍射光學(xué)元件，實現(xiàn)特定的照明模式。例如，衍射光學(xué)元件401-405依次產(chǎn)生環(huán)形、X方向二極、Y方向二極、四極、傳統(tǒng)照明。具體應(yīng)用中需要根據(jù)光刻圖形的具體要求，選擇合適的照明模式和對應(yīng)的衍射光學(xué)元件。通過精確控制轉(zhuǎn)盤，將所需要的衍射光學(xué)元件旋轉(zhuǎn)到激光光束照射的位置。并且每個衍射光學(xué)元件可以沿自己子區(qū)域排列方向移動來改變照明光瞳面上內(nèi)環(huán)的大小。工作時，通過旋轉(zhuǎn)具有精確定位的轉(zhuǎn)盤，如圖4或圖5所示，將環(huán)形照明衍射光學(xué)元件401旋轉(zhuǎn)到激光光束照射的位置。激光光束照射在環(huán)形可動照明衍射光學(xué)元件401的幾個連續(xù)子區(qū)域上，且激光光束光軸方向沿Z軸方向，沿著光軸的方向在401的后面放置傅里葉變換透鏡，則在照明光瞳面產(chǎn)生一定環(huán)寬的環(huán)形照明。當(dāng)環(huán)形照明衍射光學(xué)元件401沿著子區(qū)域排列方向移動時，照明光瞳面的內(nèi)環(huán)直徑隨之變化。下面通過一個具體實施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)的工作原理。
首先確定設(shè)計要求及參數(shù)，設(shè)計要求為實現(xiàn)環(huán)形照明光瞳分布，參數(shù)為入射激光波長λ為248nm，照明光瞳截面外環(huán)的最大直徑C為25mm，照明光瞳截面內(nèi)環(huán)的最小直徑d:為0mm。通過計算公式凡=I · id:r - / Δ /得到Dx為62. 5mm,可動光學(xué)衍射元件子區(qū)域的個數(shù)《=(d — OA/=/25，其中子區(qū)域尺寸I取為O. 5mm，照明光瞳截面內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)分辨率Λ d為O. 2mm, Dx和Dy是衍射光學(xué)元件的二維最大尺寸。現(xiàn)在要在照明光瞳面上得到外環(huán)直徑15mm，內(nèi)環(huán)直徑IOmm的光瞳照明模式，傅里葉變換透鏡焦距為500mm。通過公式計算，則一維連續(xù)變倍擴束鏡組的x方向擴束尺寸應(yīng)為Sx=IX (15mm-10mm) / Δ d=12. 5mm,外環(huán)直徑對應(yīng)的子區(qū)域數(shù) nQUt= (25mm-15mm) / Ad = 50,內(nèi)環(huán)直徑對應(yīng)的子區(qū)域數(shù)nin=(25mm-10mm)/Ad = 75。則工作過程如下,通過調(diào)節(jié)一維連續(xù)變倍擴束鏡組，使入射光束尺寸為IOmm(y) X 12. 5mm(x)，y方向光束擴束尺寸不變?yōu)?0mm，X方向光束擴束尺寸為12. 5_。然后沿X方向移動衍射光學(xué)元件，使光束落在區(qū)域數(shù)5(Γ75的子區(qū)域內(nèi)，得到外環(huán)直徑15mm,內(nèi)環(huán)直徑IOmm的光瞳照明分布。衍射光學(xué)元件采用一維分區(qū)式結(jié)構(gòu)，每個子區(qū)域含有M*N個方形位相單元，這些方形位相單元組合成一個位相分布矩陣，產(chǎn)生所需的環(huán)形照明光瞳分布；方形位相單元的尺寸t為不大于Af/d=, = 4.96jLm，計算后方形位相單元尺寸t為2 μ m。衍射光學(xué)元件采用一維分區(qū)式結(jié)構(gòu)，根據(jù)所需的照明光瞳分布，每個子區(qū)域上的位相分布矩陣可通過蓋師貝格-撒克斯通(G-S)迭代算法得到。蓋師貝格-撒克斯通(G-S)迭代算法的具體步驟可以參見Optik，35，237-246，1972。例如設(shè)計從上往下數(shù)第四個子區(qū)域，該子區(qū)域產(chǎn)生的環(huán)形照明光場的尺寸為外徑24. 4mm,內(nèi)徑24. 2mm,則第五個子區(qū)域?qū)?yīng)產(chǎn)生的環(huán)形照明光場的尺寸為外徑24. 2mm,內(nèi)徑24_。按照這些條件可以通過蓋師貝格-撒克斯通(G-S)迭代算法得到該子區(qū)域的位相分布矩陣。依次求出每個子區(qū)域的位相分布矩陣后，得到該衍射光學(xué)元件整體的位相分布矩陣，即完成設(shè)計。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)優(yōu)點(I)本發(fā)明采用光瞳整形模塊采用分區(qū)式衍射光學(xué)元件，實現(xiàn)傳統(tǒng)光瞳整形模塊中的錐形鏡組調(diào)節(jié)光瞳面上環(huán)帶內(nèi)徑的功能，從而無需錐形鏡組，系統(tǒng)的整體透過率得到提聞。(2)本發(fā)明無需錐形鏡組，降低了光學(xué)設(shè)計的難度，并且不存在錐形鏡組引起的光瞳劣化問題；無需設(shè)計變焦的傅里葉透鏡組，簡化設(shè)計步驟和時間。(3)本發(fā)明省去了錐形鏡組的加工費用，降低了系 統(tǒng)制造成本。
權(quán)利要求
1.一種用于紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括紫外激光器(11)、一維連續(xù)變倍擴束鏡組(12)、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)(13)、傅里葉變換透鏡(14)、勻光系統(tǒng)(16)和控制器(18)，上述元部件的位置關(guān)系如下所述的紫外激光器(11)產(chǎn)生的截面為方形的平行光束，沿該光束傳輸方向依次是所述的一維連續(xù)變倍擴束鏡組(12)、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)(13)、傅里葉變換透鏡(14)和勻光系統(tǒng)(16)；所述的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)(13)含有多個衍射光學(xué)元件，所述的控制器(18)通過圓編碼器精確控制轉(zhuǎn)盤機構(gòu)(13)的轉(zhuǎn)動，選擇所需的衍射光學(xué)元件，實現(xiàn)所需的照明模式；每個衍射光學(xué)元件由多個子區(qū)域排列而成，所述的控制器(18)控制所述的衍射光學(xué)元件沿其子區(qū)域排列方向移動，實現(xiàn)照明光瞳面(15)上內(nèi)環(huán)大小的調(diào)節(jié)；所述的傅里葉變換透鏡(14)將所述的衍射光學(xué)元件發(fā)散的環(huán)形光束在其后焦面照明光瞳面上變換成環(huán)形光斑，得到所需的照明模式，該照明光瞳面(15)的光強分布經(jīng)所述的勻光系統(tǒng)(16)進(jìn)行均勻化處理，并投射到掩模面(17)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)盤機構(gòu)(13)沿圓周均勻地設(shè)有五個衍射光學(xué)元件，分別依次為環(huán)形照明衍射光學(xué)元件(401)、X方向二極照明衍射光學(xué)元件(402)、Y方向二極照明衍射光學(xué)元件(403)、四極照明衍射光學(xué)元件(404)和傳統(tǒng)照明衍射光學(xué)元件(405 )，相應(yīng)的在所述的光瞳面(15 )上形成環(huán)形照明、X方向二極照明、Y方向二極照明、四極照明和傳統(tǒng)照明。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的衍射光學(xué)元件由一系列一維分區(qū)式的子區(qū)域構(gòu)成，該子區(qū)域的排列方向和所述的衍射光學(xué)元件的移動方向相同，每個子區(qū)域分別對應(yīng)于產(chǎn)生不同直徑而環(huán)帶寬度相同的照明環(huán)帶，所述的衍射光學(xué)元件的子區(qū)域和所述的光瞳面上的環(huán)帶相對應(yīng)，每個子區(qū)域和相鄰子區(qū)域產(chǎn)生的照明環(huán)帶是正好相接的，工作時，通過照射幾個連續(xù)的子區(qū)域，得到一個總的照明環(huán)帶，該總的照明環(huán)帶的寬度等于被照射子區(qū)域的個數(shù)乘以一個照明環(huán)帶的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的一維連續(xù)變倍擴束鏡組(12)，由依次的第一球面鏡(121)、第二球面鏡(122)、第一柱面鏡(123)、第二柱面鏡(124)和第三柱面鏡(125)構(gòu)成，所述的第一球面鏡(121 )、第二球面鏡(122)固定不動，所述的第一柱面鏡(123)、第二柱面鏡(124)和第三柱面鏡(125)位于一導(dǎo)軌(126)上,維連續(xù)變倍擴束鏡組的控制器(128)通過編碼器精確控制絲桿(127)驅(qū)動所述的第一柱面鏡(123)、第二柱面鏡(124)和第三柱面鏡(125)沿導(dǎo)軌(126)移動，改變?nèi)骁R之間沿光束傳播方向的位置關(guān)系，將紫外激光器(11)輸出的平行光束擴束成在I方向上尺寸固定，X方向上尺寸可調(diào)節(jié)的平行光束。
全文摘要
一種用于紫外光刻機的光刻照明系統(tǒng)，包括紫外激光器、一維連續(xù)變倍擴束鏡組、衍射光學(xué)元件轉(zhuǎn)盤機構(gòu)、傅里葉變換透鏡、勻光系統(tǒng)和控制器，所述的衍射光學(xué)元件轉(zhuǎn)盤機構(gòu)沿圓周均勻地設(shè)有多個衍射光學(xué)元件。所述的紫外激光器產(chǎn)生平行光束，沿光束傳輸方向依次是所述的一維連續(xù)變倍擴束鏡組、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)的衍射光學(xué)元件、傅里葉變換透鏡和勻光系統(tǒng)。本發(fā)明具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、光學(xué)透過率高、不存在錐形鏡組引入的光瞳劣化問題、能有效降低光刻機的生產(chǎn)成本等特點。
文檔編號G03F7/20GK102929106SQ20121049955
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者陳明, 朱菁, 楊寶喜, 曾愛軍, 黃惠杰, 胡中華, 李璟 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所