極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，包括前端反射鏡組和后端反射鏡組兩部分，前端反射鏡組和后端反射鏡組之間通過支撐結構安裝固定。前端反射鏡組中每層反射面由不同的拋物線段繞光軸旋轉而成，極紫外光源中心位于拋物線的焦平面并處在光軸上。光源發(fā)出的光線經(jīng)各拋物線反射后，以平行光路射出；后端反鏡組各環(huán)帶狀圓錐面將前端反射面射出的平行光路分割成多個細窄平行光路，并全部反射到最終的照明點處。本發(fā)明使極紫外光刻機光源收集系統(tǒng)在進行光線收集的同時，也能夠實現(xiàn)照明系統(tǒng)的功能，完成光束的整形和光譜過濾工作，為掩膜板的曝光提供良好的照明條件，將收集系統(tǒng)與照明系統(tǒng)整合到一起，能夠縮減整體工作空間并使光學系統(tǒng)結構更加緊湊。
【專利說明】極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于極紫外先進光刻【技術領域】，涉及一種極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，用于等離子極紫外光源的光線收集和會聚光斑的整形及光譜過濾，以實現(xiàn)對掩膜板良好的照明作用。
【背景技術】
[0002]極紫外/軟X射線光刻被認為是下一代最具發(fā)展前景的光刻技術之一，光源收集系統(tǒng)和照明系統(tǒng)是極紫外光刻機的重要組成部分。
[0003]從用途來看，收集系統(tǒng)并不是純粹的成像系統(tǒng)，它的目的不是要將等離子光源成像到中間焦點處，而是簡單地把其所發(fā)出的極紫外光線會聚到中間焦點處，并且在滿足像方孔徑角要求的前提下，盡可能的使物方孔徑角有效最大化進而達到較高的收集效率。受光源特性和鏡體變形及機械支撐結構的影響，在中間焦點處所形成的亮斑通常形狀不規(guī)貝U，亮度分布不均，除了有效曝光波長(13.5nm為中心波長，2%波帶寬度)外，其他工作波段外的譜線也引入進來，特別是系統(tǒng)吸熱升溫所帶來的不容忽視的紅外輻射，所以此亮斑并不能直接用來照明掩膜板，需要在二者之間加入一個照明系統(tǒng)，使光斑能量均勻化和光譜凈化，進而形成掩膜板所需的照明條件和曝光要求。
[0004]無論是透射式照明系統(tǒng)還是反射式照明系統(tǒng)，通常都會采用一種典型的復眼型結構，廣義的復眼照明設計思想為:將實際光源所發(fā)出的光束分割成眾多的子光束，由于這些子光束的截面較窄，所以能量接近均勻分布，之后，這些子光束在空間順序性和對稱性的作用下，在照明處進行互補性的強度疊加，均勻性得到進一步的改善，通過鍍在鏡面表面的膜層的過濾作用，工作波長能夠高效通過，其它譜段波長得到明顯濾除。
[0005]極紫外光源的產(chǎn)生主要采用兩種方式:激光等離子光源(LPP)和放電等離子光源(DPP)，目前與DPP光源搭配的收集系統(tǒng)采用Wolter-1型掠入射反射鏡，由于其結構性能和使用壽命目前來看要優(yōu)于與LPP搭配的正入射收集反射鏡，所以Wolter-1型收集系統(tǒng)也有望與LPP光源進行搭配使用。
[0006]然而，Wolter型收集系統(tǒng)由于其特殊的結構形式，導致其與光源的軸向距離很近，這給光源消雜系統(tǒng)的設計帶來一定困難，并且，鏡體前段的雙曲反射面加工難度大，在制造與成本方面這是必需要考慮的問題。初期所提出的極紫外復眼式照明系統(tǒng)，由于其各個微小鏡元的加工和裝配難度大，并沒有得到廣泛的實用性認可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術出現(xiàn)的問題，本發(fā)明在Wolter收集反射鏡及復眼式照明系統(tǒng)的設計思想下，提出了一種新型的用于極紫外光線收集并同時完成照明優(yōu)化的殼體嵌套式系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設計上能夠滿足光刻要求，且利用現(xiàn)有加工技術較易實現(xiàn)，并能降低制造成本。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:[0009]一種極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，包括前端反射鏡組和后端反射鏡組兩部分，前端反射鏡組和后端反射鏡組之間通過星型支撐結構安裝固定，其中:
[0010]所述前端反射鏡組和后端反射鏡組都包括相同數(shù)量的、以嵌套形式從內(nèi)層到外層進行安裝排布的殼體反射鏡，其中前端反射鏡組的某層殼體反射鏡與后端反射鏡組相應層數(shù)的殼體反射鏡在光路上存在一一對應的關系，并靠支撐結構銜接在一起；
[0011]所述前端反射鏡組中的每層殼體反射鏡的反射面都是某個拋物線繞光軸旋轉而成，光源位于拋物線的焦平面并處在光軸上，每層拋物線具有6° -8°光線收集角，且最小收集角為20°，最大收集角為60°。極紫外光源發(fā)出的光線經(jīng)前端反射鏡組各拋物線反射后，以平行光路射出，且從最外層拋物線到最內(nèi)層拋物線，它們所射出的平行光線的斜率由大到小依次降低；
[0012]所述后端反射鏡組中的每層殼體反射鏡為環(huán)帶狀圓錐面，各環(huán)帶狀圓錐面共軸設置，其中各環(huán)帶狀圓錐面沿軸截面為多段連續(xù)線段，各圓錐面母線斜率依次變化，形成多棱多段圓錐曲面，從而把前端反射面沿軸截面射出的平行光分割成多個細窄平行光路，最后每個殼體反射鏡把投射其上的細窄平行光路反射到最終的照明點處，由于各個殼體反射鏡的斜率依次變化，保證了多個細窄平行光路在照明點處相疊加。
[0013]本發(fā)明中，整個系統(tǒng)的前端反射鏡組和后端反射鏡組由5-6層殼體反射鏡組成，物方孔徑角為60°，像方孔徑角根據(jù)照明需求而定(一般為10° -15° )，系統(tǒng)軸向長度400m,徑向長度700mm，光源與照明點距離在1000-1500mm之間，光源與系統(tǒng)前端反射鏡組距離為150mm。
[0014]本發(fā)明中，對于設計方法采用以下原則:其一，采用由外向內(nèi)設計的方法，即:先確定最外層的結構參數(shù)，再依次確定內(nèi)層的結構參數(shù)，各層拋物線在物方的收集角要準確銜接，且每層殼體反射鏡對周邊各層殼體反射鏡的光路不能產(chǎn)生遮擋。其二，采用先前再后的設計方法，即:設計完前端反射鏡組每層的拋物線后，隨之根據(jù)其結構，確定其后的后端反射鏡組多棱多段圓錐反射面。
[0015]本發(fā)明中，所述極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)系統(tǒng)在滿足各個殼體反射鏡邊緣光線銜接合理的條件下，總體結構設計上具有很高自由度，每個殼體反射鏡可單獨進行設計及優(yōu)化。各個拋物線具有四個設計自由度，分別為:光源在拋物線焦平面上相對于焦點的位置是可調的，光源距離前組反射鏡的軸向距離是可調的，系統(tǒng)對光源的最大收集角是可調的，各層殼體反射鏡的收集角范圍是可調的。多棱多段圓錐面也具有四個設計自由度，分別為:第一個鏡元的位置是可調的，每個鏡元的尺寸是可調的，每個鏡元的斜率是可調的(具有兩個自由度)。
[0016]本發(fā)明中，所述拋物線通過修改方程參數(shù)可以改變從其所射出的平行光線沿光軸的斜率大小，光線斜率大小決定其在前組反射鏡上的入射角，而入射角的大小又決定著反射面的反射率，因此調整每個拋物線所打出的平行光線斜率對優(yōu)化總體反射率是必要的。
[0017]本發(fā)明中，所述多棱多段圓錐面通過改變每個鏡元的尺寸和母線斜率，可控制照明光斑的大小和數(shù)值孔徑角，使總體集光度滿足要求，其中鏡元的大小決定照明光斑的大小，二者在幾何上成一定的比例關系，鏡元的斜率決定照明光斑在光軸的位置，即決定像方孔徑角。設計時，以中間鏡元為基準，使它反射的平行光路在光軸處的截面正好與所需照明光斑重合，之后，調整其他鏡元的大小及斜率，使它們反射的平行光路也在所需照明光斑處重疊。
[0018]本發(fā)明中，所述極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)的內(nèi)層殼體反射鏡的光線收集角小于外層殼體反射鏡的光線收集角，從而使內(nèi)層反射鏡軸向長度縮短且與外層保持一致，保證了各殼體安裝固定方面的要求。
[0019]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0020]1、本發(fā)明使極紫外光刻機光源收集系統(tǒng)在進行光線收集的同時，也能夠實現(xiàn)照明系統(tǒng)的功能，完成光束的整形和光譜過濾工作，為掩膜板的曝光提供良好的照明條件，將收集系統(tǒng)與照明系統(tǒng)整合到一起，能夠縮減整體工作空間并使光學系統(tǒng)結構更加緊湊。
[0021]2、相比于Wolter型收集系統(tǒng)的雙曲面鏡和橢球面鏡，及現(xiàn)有的復雜的反射式復眼照明系統(tǒng)，本發(fā)明采用拋物線旋轉面和圓錐面鏡元，更易加工和裝配，縮減了的制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明所提供的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)的二維光路結構簡圖；
[0023]圖2為本發(fā)明所設計的多棱多段圓錐面反射鏡及其照明優(yōu)化原理；
[0024]圖3為本發(fā)明所設計的位于系統(tǒng)前端的五層拋物線旋轉面；
[0025]圖4為本發(fā)明所設計的位于系統(tǒng)后端的五層多棱多段圓錐面反射鏡；
[0026]圖中，1-光源，2-前端反射鏡組，3-后端反射鏡組，4-照明光斑處，5-圓錐面反射鏡元，6-經(jīng)拋物線反射出的平行光束，7-細窄平行光束。
【具體實施方式】
[0027]結合圖1與圖2，給出本發(fā)明的一個實施例，主要作為本發(fā)明的進一步詳細說明，而非用來限定本發(fā)明的范圍。
[0028]如圖1所示，本實施方式提供的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)包括光源1、前端反射鏡組2、后端反射鏡組3及照明光斑處4。掩膜板的照明孔徑角要與投影系統(tǒng)的物方孔徑角進行匹配，可根據(jù)這一條件，初步確定本實施方式中光源收集及照明系統(tǒng)的像方數(shù)值孔徑為0.3(近似為系統(tǒng)后端面對照明光斑4的半張角弧度值)。若光源采用激光等離子光源(LPP)，由于其等離子的尺寸很小(500um)，可近似看做點光源，則本實施方式中的物方孔徑角應該越大越好，然而，受到整體尺寸的限制，光源與照明點之間的軸向距離應該有個上限最大值，一旦最大值確定，則隨著物方孔徑角的增大，本實施方式中的收集及照明系統(tǒng)就會越靠近光源，這會給極紫外光刻機中光源與收集系統(tǒng)間的消雜系統(tǒng)(DMT)的設計及安裝帶來困難，即本實施方式中系統(tǒng)的物方孔徑角要有一個上限值，根據(jù)設計經(jīng)驗，初步定為60° (近似為系統(tǒng)前端面對光源I的半張角弧度值)。為避免產(chǎn)生較大的自重變形，整個系統(tǒng)的軸向長度及截面直徑建議不超過0.5m。
[0029]根據(jù)極紫外光刻Woter型收集系統(tǒng)嵌套式反射鏡的設計思想，我們依舊采用多層嵌套式殼體反射鏡對60°的物方孔徑角進行優(yōu)化分配，每一個殼體反射鏡都對一部分入射角進行單獨的光線反射及會聚，與Wolter型收集系統(tǒng)不同的是，每一個前端反射鏡組2的反射面不是雙曲面，而是拋物線沿光軸旋轉而成的反射面，光源I位于拋物線焦平面某一位置，則光線經(jīng)每個拋物線反射后，變成一束束平行光路。[0030]每個平行光與光軸的夾角(光線斜率)從最外層拋物線到最內(nèi)層拋物線依次降低，且每個平行光束的斜率選取要適當。這是因為:光線從光源I出發(fā)，經(jīng)拋物線旋轉面反射鏡和圓錐面反射鏡兩次反射后到達照明點，對于每一層反射鏡而言，像方與物方孔徑角是固定的，則兩次反射偏轉的總體角度也是一定的，那么兩個反射偏折角需要進行合理的分配，以使總體反射率最大。
[0031 ] 由于每層反射鏡殼體關于光軸旋轉對稱，則旋轉拋物面方程可簡化為系統(tǒng)縱向截面的二維方程式。
[0032]以光源I所在位置為原點的旋轉拋物面母線方程為:
[0033](y+h) Λ 2 = 2ρ*(χ+ρ/2) (I)；
[0034]p、h分別為光源I對拋物線頂點的橫向偏移量和縱向偏移量。
[0035]母線上每一點的斜率為:
[0036]Y' = p/ (y+h) (2)。
[0037]拋物線方程可由下列程序指令繪制完成:
[0038]k = 20 ；%最外層出射的平行光束與光軸夾角
[0039]1 = 150;%光源與最外層殼體前端面軸向距離
[0040]u = 60 ；%最外層反射鏡收集角最大值
[0041]V = (u+k) / 2 ；
[0042]P = 2*1/((1/tan (v/180*pi)) Λ 2-1)；
[0043]h = p/tan(v/180*pi)_l*tan(u/180*pi)；
[0044]X = 150:300 ；%拋物線軸向長度
[0045]y = sqrt(2*p*(x+p/2))_h ; %最外層殼體拋物線方程
[0046]如圖1中后端反射鏡組3所示，從每一層拋物線射出的平行光束都打到該層后端的多棱多段圓錐面上。多棱多段圓錐面由多個環(huán)帶狀的圓錐面反射鏡元5組成，這些鏡元把每個經(jīng)拋物線反射出的平行光束6又分成諸多細窄平行光束7，每個鏡元對每個細窄光束單獨進行一次反射，反射后依舊為截面相同的平行細窄光束，通過改變每個鏡元的傾斜斜率，可使這些諸多的細窄光 束會聚到相同的所需照明光斑4內(nèi)，由于每個鏡元的母線斜率(關于光軸)各不相同，應以中間的鏡元作為設計參考標準，而中間鏡元的尺寸及斜率大小由照明的光斑大小和光斑與該鏡元的空間位置關系所確定，該參考鏡元一旦確定，其它鏡元的大小及斜率也就確定了。
【權利要求】
1.極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括前端反射鏡組和后端反射鏡組兩部分，前端反射鏡組和后端反射鏡組之間通過支撐結構安裝固定，其中: 所述前端反射鏡組和后端反射鏡組都包括相同數(shù)量的、以嵌套形式從內(nèi)層到外層進行安裝排布的殼體反射鏡，其中前端反射鏡組的某層殼體反射鏡與后端反射鏡組相應層數(shù)的殼體反射鏡在光路上存在一一對應的關系，并靠支撐結構銜接在一起； 所述前端反射鏡組中的每層殼體反射鏡的反射面都由拋物線繞光軸旋轉而成； 所述后端反射鏡組中的每層殼體反射鏡為環(huán)帶狀圓錐面，各環(huán)帶狀圓錐面共軸設置，其中各環(huán)帶狀圓錐面沿軸截面為多段連續(xù)線段； 極紫外光源發(fā)出的光線經(jīng)前端反射鏡組各拋物線反射后，以平行光路射出，后端反射鏡組各環(huán)帶狀圓錐面把前端反射面沿軸截面射出的平行光分割成多個細窄平行光路，并全部反射到最終的照明點處。
2.根據(jù)權利要求1所述的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述光源位于拋物線的焦平面并處在光軸上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述拋物線具有6° -8°的光線收集角。
4.根據(jù)權利要求3所述的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述拋物線的最小收集角為20°，最大收集角為60°。
5.根據(jù)權利要求1所述的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述從最外層拋物線到最內(nèi)層拋物線，它們所射出的平行光線的斜率由大到小依次降低。
6.根據(jù)權利要求1所述的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述前端反射鏡組和后端反射鏡組由5-6層殼體反射鏡組成。
7.根據(jù)權利要求1所述的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)的物方孔徑角為60°，像方孔徑角為10° -15°。
8.根據(jù)權利要求1所述的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)軸向長度400m,徑向長度700mm。
9.根據(jù)權利要求1所述的極紫外光刻光源收集及照明系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)光源與照明點距離在1000-1500mm之間，光源與前端反射鏡組距離為150mm。
【文檔編號】G02B17/06GK103869633SQ201410145987
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】張樹青, 朱亮, 張明祎 申請人:哈爾濱工業(yè)大學