專利名稱：一種光刻照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微光刻領(lǐng)域，涉及用于半導(dǎo)體光刻機(jī)的照明系統(tǒng)，特別涉及一 種含有像散微透鏡元件的光刻照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻法(亦稱微光刻法)用于制造半導(dǎo)體器件。光刻法使用各種波長的光，
如紫外(uv)、深uv 、可見光等，在半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)中產(chǎn)生精細(xì)的圖案。許多
種半導(dǎo)體器件都能夠用光刻技術(shù)制造，如二極管、三極管和集成電路。
在半導(dǎo)體器件制造工藝中，為了達(dá)到光刻機(jī)劑量控制的要求，通常需要掃 描光刻機(jī)的照明系統(tǒng)形成一維梯形光強(qiáng)分布的照明場，還需要改變照明場的大 小以適應(yīng)不同的工藝條件和半導(dǎo)體晶片尺寸。圖1顯示了典型的一維梯形光強(qiáng)
分布照明場10,其在一維(x)方向上具有均勻光強(qiáng)分布11，在與之正交的另 一維(y)方向上具有梯形光強(qiáng)分布12。
圖2顯示了目前普遍使用的產(chǎn)生一維梯形光強(qiáng)分布照明場的方法。首先， 產(chǎn)生一個均勻照明場20,然后將均勻照明場20離焦，使得照明場由中央向邊緣 光強(qiáng)逐漸減弱，并在離焦面上放置刀口 21、 22。在xz平面上，刀口21在離焦 面擋光，由于邊緣的光線被阻擋，使得照明場在x方向上具有均勻光強(qiáng)分布； 在yz平面上，刀口22沒有擋光，因此由離焦造成了照明場在y方向上具有梯 形光強(qiáng)分布，從而獲得所需的梯形光強(qiáng)分布照明場。這種方法的一大缺點(diǎn)是刀 口 21、 22擋光會造成光能損失，同時也會降低系統(tǒng)的透過率。
除了上述離焦方法外，SVG公司在美國專利US 5631721中揭露了一種產(chǎn)生 一維梯形光強(qiáng)分布照明場的光刻照明系統(tǒng)。如圖3(a)所示，該照明系統(tǒng)包括 光源31,光束調(diào)節(jié)器32,多焦點(diǎn)陣列元件33，聚光鏡34,陣列光學(xué)元件35， 兩個刀口36、 37，像散中繼透鏡38，以及掩模版39。光源31發(fā)出的光經(jīng)過光 束調(diào)節(jié)器32后^皮擴(kuò)束，再經(jīng)過多焦點(diǎn)陣列元件33形成多個二次光源。利用聚
光鏡34和位于聚光4竟34后的陣列光學(xué)元件35可將二次光源均勻地^:射到36 平面上。這里的陣列光學(xué)元件35可以是衍射光學(xué)元件，也可以是微透鏡陣列， 它的作用是用來改變出射光的光束角分布，即改變照明系統(tǒng)的照明模式。
圖3(b)是圖3(a)照明系統(tǒng)后半部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，在該照明系統(tǒng)中，像散中 繼透鏡38包含兩個柱面透鏡(圖中未示出)，因此，具有36和37兩個與照明 場39共4厄的平面。其中36平面在x方向與照明場39共4厄，37平面在y方向與 照明場39共軛。由于從陣列光學(xué)元件35出射的光束均勻照明36平面，因此36 平面具有均勻光強(qiáng)分布，37平面具有梯形光強(qiáng)分布(由于37平面相對36平面 空間分離)。這樣，在像散中繼透鏡38的像面39上獲得了一維梯形光強(qiáng)分布。
上述照明系統(tǒng)的一大缺點(diǎn)是必須使用中繼透鏡38才能獲得大小連續(xù)可調(diào)的 一維梯形光強(qiáng)分布照明場39，中繼透鏡38的使用降低了照明系統(tǒng)的透過率，增 加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
此外，在半導(dǎo)體器件的光刻制作中，還要求照明系統(tǒng)具有可變的照明模式， 以滿足不同的光刻需求；具有連續(xù)可變的部分相干性，使照明系統(tǒng)光瞳的外徑 和內(nèi)徑大小連續(xù)可調(diào)；以及具有滿足遠(yuǎn)心要求的照明場。為此，迫切需要一種 結(jié)構(gòu)簡單、透過率高，且能符合上述各種性能要求的光刻照明系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光刻照明系統(tǒng)，它光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)透過率 高，不僅能產(chǎn)生大小可調(diào)節(jié)并滿足遠(yuǎn)心要求的一維梯形光強(qiáng)分布照明場，而且 能提供多種照明模式，同時，具有連續(xù)可變的部分相干性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種光刻照明系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)在于，所 述的光刻照明系統(tǒng)依次包括光源，用于產(chǎn)生照明光束；光瞳整形模塊，接收 所述光源產(chǎn)生的照明光束，并形成具有特定截面形狀的照明光束；微透鏡陣列 模塊，接收來自所述光瞳整形模塊的照明光束，并形成具有一維梯形光強(qiáng)分布 的照明光束；以及聚光鏡，接收來自所述微透鏡陣列模塊的照明光束，并將會 聚后的照明光束投射到一照明場上；其中，所述的微透鏡陣列模塊包括至少兩 個微透鏡陣列和兩對刀口陣列。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述光源產(chǎn)生的照明光束的波長選自248nm、
193nm、 157nm和126腿組成的集合。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，
在上述的光刻照明系統(tǒng)中 和光闌。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中 和四極形組成的集合。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，
在上述的光刻照明系統(tǒng)中 面結(jié)構(gòu)。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中 微透鏡陣列和一個遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列，所述像散微透鏡陣列在xz平面和yz 平面的孔徑光闌位置不重合，所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列使出射光束遠(yuǎn)心。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述的兩對刀口陣列分別位于所述像散微透鏡 陣列xz平面和yz平面的孔徑光闌面上。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列的前焦面與所述像散 微透鏡陣列xz平面或yz平面的孔徑光闌重合，即與兩對刀口陣列之一重合。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，每對刀口陣列由兩塊刀口陣列板組成，且每塊 刀口陣列板具有數(shù)個大小相同的通光圖案。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述的兩對刀口陣列的通光圖案是相互正交的， 通過改變每對刀口陣列中兩塊刀口陣列板的相對位置，可以分別控制x方向和y 方向照明場的大小。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述聚光鏡的前焦面與所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣 列的后焦面重合。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述聚光鏡的前焦面與所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣 列的位置重合或在其附近。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述的照明場是具有一維梯形光強(qiáng)分布的矩形 場，其在一維方向上具有均勻光強(qiáng)分布，在與之正交的另一維方向上具有梯形 光強(qiáng)分布。
所述的光瞳整形模塊是一個孔徑光闌。 所述的光瞳整形模塊還包括混光元件。 ，所述的光瞳整形模塊包括擴(kuò)束器、混光元件
,所述的特定截面形狀選自圓形、環(huán)形、雙極形
所述的微透鏡陣列模塊具有矩形的數(shù)值孔徑。 ,所述的至少兩個微透鏡陣列，都具有二維微柱
，所述的至少兩個微透鏡陣列中，包含一個像散
本發(fā)明的另一方案是提供一種光刻照明系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)在于，所述的
光刻照明系統(tǒng)依次包括光源，用于產(chǎn)生照明光束；光瞳整形模塊，接收所述 光源產(chǎn)生的照明光束，并形成具有特定截面形狀的照明光束；像^U數(shù)透鏡單元， 接收來自所述光瞳整形模塊的照明光束，并使照明光束產(chǎn)生特定的像散；兩對 刀口陣列；遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列，使出射光束遠(yuǎn)心；以及聚光鏡，接收來自所 述微透鏡陣列的光束并投射到一照明場上。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述的像散微透鏡單元包含一個厚透鏡陣列， 其前后兩個表面都具有二維微柱面結(jié)構(gòu)。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述厚透鏡陣列的前表面將入射光束分割成多 個二次光源，并使入射光束在所述厚透鏡陣列內(nèi)部會聚，且所述厚透鏡陣列的 前表面的后焦面是后表面的物面。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述厚透鏡陣列的后表面具有像散功能，其在 xz平面和yz平面的孔徑光闌位置不重合。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述的像散微透鏡單元包含兩個微透鏡陣列， 其都具有二維微柱面結(jié)構(gòu)。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，按照光線依次經(jīng)過的順序，第一微透鏡陣列的 后焦面與第二微透鏡陣列的物面重合，第二微透鏡陣列具有像散功能，其在xz 平面和yz平面的孔徑光闌位置不重合。
本發(fā)明的又一方案是提供一種光刻照明系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)在于，所述的 光刻照明系統(tǒng)依次包括光源，擴(kuò)束器，衍射光學(xué)模塊，變焦透鏡，旋轉(zhuǎn)三棱 鏡，微透鏡陣列模塊和聚光鏡，其中，所述光源產(chǎn)生的照明光束用于照亮一個 照明場。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述的衍射光學(xué)模塊具有多個可替換的衍射光 學(xué)元件，所述的衍射光學(xué)元件可以產(chǎn)生特定照明模式。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述的特定照明模式選自圓形、環(huán)形、雙極和 四極照明模式組成的集合。
在上述的光刻照明系統(tǒng)中，所述變焦透鏡的前焦面與所述衍射光學(xué)模塊的 位置重合。
本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)
點(diǎn)和積^l效果
1. 本發(fā)明的光刻照明系統(tǒng)采用了具有像散微透鏡元件的微透鏡陣列模塊， 無需通過刀口擋光即可獲得一維梯形光強(qiáng)分布的照明場，避免了刀口擋光造成 的能量損失，大大提高了照明系統(tǒng)的透過率。
2. 本發(fā)明通過將刀口陣列置于微透鏡陣列模塊內(nèi)部，使得本發(fā)明不再需要 采用中繼透鏡，從而簡化了照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了制造成本。
3. 本發(fā)明釆用了特殊的刀口陣列設(shè)計(jì)，通過每對刀口陣列中兩塊刀口陣列 板的相對運(yùn)動來調(diào)節(jié)通光孔徑，從而改變照明場的大小。由于刀口陣列板只需 相對移動很小的距離就可以明顯改變照明場的大小，因此，可以降低刀口的運(yùn) 動速度，從而提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，也降低了刀口運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。
4. 本發(fā)明通過在微透鏡陣列模塊中設(shè)置遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡，使出射光束的主 光線平行于光軸，保證了入射到照明場光線的遠(yuǎn)心性。
5. 本發(fā)明的光瞳整形裝置采用了衍射光學(xué)模塊和旋轉(zhuǎn)三棱鏡等元件，使得 光刻照明系統(tǒng)能變換出多種照明模式，并具有連續(xù)可調(diào)的照明相干性，從而滿 足不同的光刻需求。


本發(fā)明的光刻照明系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)由以下的實(shí)施例及附圖給出。 圖1為一維梯形光強(qiáng)分布照明場的光強(qiáng)示意圖2為現(xiàn)有技術(shù)中通過離焦、擋光的方法獲得一維梯形光強(qiáng)分布照明場的 示意圖3為SVG公司用于獲得一維梯形光強(qiáng)分布照明場的光刻照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 及光強(qiáng)分布示意圖4為本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的微透鏡陣列模塊的結(jié)構(gòu)和光路示意圖； 圖6(a)-(d)給出了微透鏡陣列模塊的幾種典型的實(shí)現(xiàn)方式； 圖7為本發(fā)明的微透鏡陣列可采用的二維微柱面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為刀口陣列的結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明另一實(shí)施例的光刻照明系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將對本發(fā)明的光刻照明系統(tǒng)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，下文中所稱的"軸 向"均表示沿光軸的方向。
如圖4所示，本發(fā)明的光刻照明系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括光源100, 用于產(chǎn)生特定波長的照明光束，如248nm、 193鵬、157nm、 126咖等；光瞳整 形模塊200,接收來自光源100的照明光束，形成具有特定截面形狀的照明光束； 微透鏡陣列模塊300，接收來自光瞳整形模塊200的照明光束，并形成具有一維 梯形光強(qiáng)分布的照明光束；以及聚光鏡400，接收來自微透鏡陣列模塊300的照 明光束，并將會聚后的照明光束投射到照明場500上。其中，微透鏡陣列模塊 300包括至少兩個微透鏡陣列和兩對刀口陣列(圖中未示出)。
光源100產(chǎn)生的光束經(jīng)過光瞳整形模塊200后，光束的橫截面(光瞳)形 狀被整形成照明系統(tǒng)所需的形狀，如圓形、環(huán)形、雙極形、四極形等。光瞳 整形模塊200的作用是改變照明光束橫截面的形狀，并使光強(qiáng)分布滿足一定的 均勻性。
最簡單的光瞳整形模塊200可以是一個孔徑光闌，其通光口徑的形狀決定 了光束橫截面的形狀。復(fù)雜一點(diǎn)的光瞳整形模塊200還包括混光元件，它將光 束混合均勻后再遮擋出所需的截面形狀。典型的光瞳整形模塊200通常包含擴(kuò) 束器、混光元件和光闌，經(jīng)過擴(kuò)束的光束被混光元件混合均勻后，其截面具有 均勻光強(qiáng)分布，再經(jīng)過光闌遮擋出具有特定形狀的光瞳。
光瞳整形模塊200的出射光束繼續(xù)經(jīng)過微透鏡陣列模塊300、聚光鏡400后， 最終在照明場500上形成一維梯形光強(qiáng)分布。
圖5是本發(fā)明微透鏡陣列模塊300的一種結(jié)構(gòu)及其光路示意圖。該微透鏡 陣列模塊300由三個微透鏡陣列310、 330、 360和兩對刀口陣列340、 350組成。 其中，第一微透鏡陣列310的后焦面與第二微透鏡陣列330的物面重合，第二 微透鏡陣列330 (像散微透鏡陣列)具有像散功能，其在xz平面和yz平面的孔 徑光闌位置不重合。兩對刀口陣列340、 350分別置于第二微透鏡陣列330 xz 平面和yz平面的孔徑光闌面上，第三微透鏡陣列360的前焦面與第二微透鏡陣 列330 xz平面或yz平面的^L徑光闌面重合，即與兩對刀口陣列340、 350之一重合。 圖5(a)和圖5(b)分別示出了第二微透鏡陣列330在xz和yz平面的光路。 軸上和軸外的平行光入射到第一微透鏡陣列310上，在第一微透鏡陣列310的 后焦面320上形成數(shù)個二次光源，這些二次光源也同時位于第二微透鏡陣列330 的物面上。由于第二微透鏡陣列330的像散作用，使得二次光源的光瞳面在x 方向和y方向分離。兩對刀口陣列340和350分別位于二次光源在x方向和y 方向的光瞳面上，它們的作用分別是改變照明場500在x方向和y方向上的大 小。由于存在像散，使得從350面看上去，340面離焦了，這樣光線就在350面 上形成了一維梯形光強(qiáng)分布。由于第三微透鏡陣列360 (遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列) 的前焦面與350面重合，保證了軸上和軸外主光線出射時平行于光軸，因此， 第三微透鏡陣列360保證了出射光束的遠(yuǎn)心性。
圖5只是本發(fā)明微透鏡陣列模塊300的一個簡單實(shí)施例，實(shí)際上，本發(fā)明 的微透鏡陣列模塊300可以有多種實(shí)現(xiàn)方式。 一些典型的實(shí)現(xiàn)方式請參閱圖 6(a)-(d)。
圖6(a)所示的情況與圖5相對應(yīng)第一和第二微透鏡陣列310、 330組成了 像散微透鏡單元，由于第二微透鏡陣列310具有像散功能，其在x方向和y方 向的孔徑光闌(對應(yīng)340和350的位置)不重合，從而在350面上形成了一維 梯形光強(qiáng)分布。兩對刀口陣列340和350分別置于第二微透鏡陣列310 x方向 和y方向的孔徑光闌處，遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)孩t透鏡陣列360的前焦面與刀口陣列350的 放置位置重合(或與刀口陣列340的放置位置重合)，它保證了出射光束的遠(yuǎn)心 性。
圖6(b)顯示了微透鏡陣列模塊300的另一種結(jié)構(gòu)，其中，三個微透鏡陣列 310、 330、 360及兩對刀口陣列340、 350的放置關(guān)系如下具有像散功能的第 二微透鏡陣列330的物面與第一微透鏡陣列310的后焦面(二次光源面)320重 合，由于像散作用，第二微透鏡陣列330在x方向和y方向的孔徑光闌面不重 合。第二微透鏡陣列x方向和y方向的孔徑光闌處分別放置一對刀口陣列340 或350。第二微透鏡陣列330將二次光源面320成像到第三微透鏡陣列360所處 的位置。此時，第三微透鏡陣列360相當(dāng)于場鏡，位于二次光源面320的像方 共軛面上。通過合理設(shè)計(jì)焦距使其前焦面與刀口陣列350重合(或與刀口陣列 340重合)，則第三微透鏡陣列360可以保證出射光束的遠(yuǎn)心。
由于場4免不《叉可以位于〗象面上，也可以位于^象面附近，因此，圖6(b)中第
三微透鏡陣列360的位置也可以位于二次光源面320的像方共輒面附近。
圖6(c)所示的情況與圖6(a)相似，只是將微透鏡陣列310和330合二為一， 僅采用一塊厚透鏡陣列380來構(gòu)成像散微透鏡單元。厚透鏡陣列380是一塊較 厚的微透鏡陣列板，其前后兩個表面381、 382都具有二維微柱面結(jié)構(gòu)。厚透鏡 陣列的前表面381與前述第一微透鏡陣列310的功能相同，該前表面381 不產(chǎn)生像散，因此入射到厚透鏡陣列380的光線在其內(nèi)部390處會聚。厚透鏡 陣列380前表面381的后焦面390是后表面382的物面，從后表面382出射的 光束在xz方向和yz方向的通光口徑分別被刀口陣列340和350限制，厚透鏡 陣列380的后表面382與前述第二微透鏡陣列330的功能相同，能夠產(chǎn)生像散。 由于厚透鏡陣列380后表面382的像散作用，刀口陣列340和350的放置位置 相互分離。通過刀口陣列340、 350的光束經(jīng)過遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列360后，光 束遠(yuǎn)心出射，再經(jīng)過聚光鏡400會聚后，在照明場500上形成了所需的一維梯 形光強(qiáng)分布。
圖6(d)所示情況與圖6(b)相似，只是采用厚透鏡陣列380來代替微透鏡陣 列310和330。厚透鏡陣列380的前表面381與310功能相同，后表面382與 330功能相同，因此，圖6(d)整個微透鏡陣列模塊300的光路與圖6(b)基本相 同。圖中，微透鏡陣列360作為場鏡使用，它的作用仍然是保證光路出射遠(yuǎn)心。
綜合圖6所示的四種實(shí)現(xiàn)方式可知，本發(fā)明的光刻照明系統(tǒng)的微透鏡陣列 模塊300具有兩種基本型 一種是采用三個微透鏡陣列構(gòu)成，如圖6(a)、 (b)所 示；另一種是采用兩個微透鏡陣列構(gòu)成，如圖6(c)、 (d)所示。然而，圖6僅僅 是幾種典型的光路實(shí)現(xiàn)示意，并不能涵蓋本發(fā)明微透鏡陣列模塊300的全部實(shí) 現(xiàn)方式。凡是基于上述原理的微透鏡陣列模塊300都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
圖7顯示了本發(fā)明的微透鏡陣列可采用的二維微柱面結(jié)構(gòu)，其中，圖7 (a) - (c) 所示的結(jié)構(gòu)適用于前述的微透鏡陣列310、 330和360,每個微透鏡陣列均可采 用該三種結(jié)構(gòu)之一。圖7(a)是將二維微柱面結(jié)構(gòu)做到材料的同一個表面上；圖 7 (b)是在材料的前后表面各做一維微柱面結(jié)構(gòu)；圖7 (c)是用兩塊一維微柱面陣 列構(gòu)成二維微柱面陣列。圖7(d)所示的結(jié)構(gòu)適用于前述厚透鏡陣列380，相當(dāng)
于兩個圖7(a)所示的結(jié)構(gòu)相疊加而成。因此，實(shí)際上厚透4竟陣列380在功能上 代替了微透鏡陣列310和330的組合。
這里需要注意的是，如果某一個微透鏡陣列采用了圖7(c)所示的結(jié)構(gòu)，那 么該微透鏡陣列應(yīng)當(dāng)至少包含兩個一維微透鏡元件。
本發(fā)明的微透鏡陣列模塊300中所使用的兩對刀口陣列340、 350具有特殊 的結(jié)構(gòu)，如圖8所示。圖8(a)示出了刀口陣列340的結(jié)構(gòu)，它實(shí)際上是由兩塊 同樣大小的刀口陣列板3"和3"組成。每塊刀口陣列板341、 342具有數(shù)個大 小相同的通光圖案，于本發(fā)明的實(shí)施例中，這些通光圖案是矩形孔。矩形孔的 數(shù)目與微透鏡陣列模塊300中微透鏡的行數(shù)相同，且每個矩形孔與每行微透鏡 ——對應(yīng)。當(dāng)兩塊刀口陣列板341、 342沿y方向相對運(yùn)動時，能夠改變光束在 y方向的通光孔徑，從而控制照明場y方向的大小，使照明場大小在y方向連續(xù) 可調(diào)。
圖8(b)示出了刀口陣列350的結(jié)構(gòu)，它也是由兩塊同樣大小的刀口陣列板 351和352組成。每塊刀口陣列板351、 352上開設(shè)有數(shù)個大小相同的矩形孔， 其開孔方向與刀口陣列340的開孔方向正交。矩形孔的數(shù)目與微透鏡陣列模塊 300中微透鏡的列數(shù)相同，且每個孔與每列微透鏡——對應(yīng)。當(dāng)兩塊板沿x方向 相對運(yùn)動時，能夠改變光束在x方向的通光孔徑，從而控制照明場x方向的大 小，使照明場大小在x方向連續(xù)可調(diào)。
圖9是本發(fā)明另一實(shí)施例的光刻照明系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。于本實(shí)施例 中，激光光源100發(fā)出的光束經(jīng)過擴(kuò)束器210后被擴(kuò)束，再經(jīng)過衍射光學(xué)模塊 220后，在遠(yuǎn)場形成特定形狀的光強(qiáng)分布(對應(yīng)不同的照明模式)。變焦透鏡230 的前焦面與衍射光學(xué)模塊220重合，變焦透鏡230可以連續(xù)地調(diào)節(jié)照明光瞳外 徑的大小。位于變焦透鏡230后面的旋轉(zhuǎn)三棱鏡240用于連續(xù)地改變照明光瞳 的內(nèi)徑和外徑的大小比例。這樣就實(shí)現(xiàn)了照明系統(tǒng)在不同照明模式下的相干性 可調(diào)。
旋轉(zhuǎn)三棱鏡240之后的部分與圖5中的結(jié)構(gòu)相同。微透鏡陣列模塊300中 的第一微透鏡陣列310位于變焦透鏡230和旋轉(zhuǎn)三棱鏡240的出瞳面上，軸上 和軸外的平行光入射到第一微透鏡陣列310，在其后焦面320上形成多個二次光 源，這些二次光源也同時位于第二微透鏡陣列330的物面上。由于第二微透鏡
陣列330的^象散作用，4吏得二次光源的光瞳面在x方向和y方向分離。兩對刀 口陣列340和350分別位于二次光源在x方向和y方向的光瞳面上，它們的作 用是分別改變照明場500在x方向和y方向的大小。由于存在像散，使得從350 面上看去，340面離焦了，這樣光線就在350面上形成了一維梯形光強(qiáng)分布。第 三微透鏡陣列360的前焦面與350面重合，這樣，就保證了軸上和軸外主光線 出射時平行于光軸，即第三微透鏡陣列360保證了出射光束的遠(yuǎn)心性。
從微透鏡陣列模塊300出射的光線被聚光鏡400會聚到掩模版(照明場) 500上，就形成了所需的一維梯形分布的照明場500。
需要指出的是，在圖9中，模塊300、 400、 500可以用圖6(a)-(d)中的任 何一種實(shí)現(xiàn)方式替換。
本發(fā)明釆用圖4所示的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一維梯形照明場，相對目前已有的照明系 統(tǒng)作了以下改進(jìn)將光瞳整形模塊200置于照明系統(tǒng)的前端，光源100通過光 瞳整形模塊200后直接產(chǎn)生所需的光瞳形狀(對應(yīng)不同的照明模式)；采用了圖 5和圖6所示的由至少兩個微透鏡陣列和兩對刀口陣列構(gòu)成的微透鏡陣列模塊 300;微透鏡陣列模塊300中含有像散微透鏡元件；將微透鏡陣列模塊300整體 置于聚光鏡400的前端；用于改變照明場大小的刀口陣列340、 350放置于微透 鏡陣列模塊300中；在微透鏡陣列模塊300中加入了保證出射光束遠(yuǎn)心性的遠(yuǎn) 心調(diào)節(jié)微透鏡陣列360;采用了具有特殊結(jié)構(gòu)的刀口陣列340、 350來分別控制 x方向和y方向的照明場500大小。
通過上述改進(jìn)，本發(fā)明省去了現(xiàn)有技術(shù)(圖2)中普遍采用的中繼透鏡38， 降低了照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高了照明系統(tǒng)的透過率。
本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)既可以用于光刻光學(xué)照明，也可以用于其他光學(xué)照 明領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1、一種光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的光刻照明系統(tǒng)依次包括光源，用于產(chǎn)生照明光束；光瞳整形模塊，接收所述光源產(chǎn)生的照明光束，并形成具有特定截面形狀的照明光束；微透鏡陣列模塊，接收來自所述光瞳整形模塊的照明光束，并形成具有一維梯形光強(qiáng)分布的照明光束；以及聚光鏡，接收來自所述微透鏡陣列模塊的照明光束，并將會聚后的照明光束投射到一照明場上；其中，所述的微透鏡陣列模塊包括至少兩個微透鏡陣列和兩對刀口陣列。
2、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述光源產(chǎn)生的照明 光束的波長選自248nm、 193nm、 157腿和126腿組成的集合。
3、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的光瞳整形模塊 是一個孔徑光闌。
4、 如權(quán)利要求3所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的光瞳整形模塊 還包括混光元件。
5、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的光瞳整形模塊 包括擴(kuò)束器、混光元件和光闌。
6、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的特定截面形狀 選自圓形、環(huán)形、雙極形和四極形組成的集合。
7、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的微透鏡陣列模 塊具有矩形的數(shù)值孔徑。
8、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的至少兩個微透 鏡陣列，都具有二維微柱面結(jié)構(gòu)。
9、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的至少兩個微透 鏡陣列中，包含一個像散微透鏡陣列和一個遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列，所述像散微 透鏡陣列在xz平面和yz平面的孔徑光闌位置不重合，所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣 列使出射光束遠(yuǎn)心。
10、 如權(quán)利要求9所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的兩對刀口陣列分別位于所述像散微透鏡陣列xz平面和yz平面的孔徑光闌上。
11、 如權(quán)利要求9所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列的前焦面與所述像散微透鏡陣列xz平面或yz平面的孔徑光闌重合。
12、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于每對刀口陣列由兩塊刀口陣列板組成，且每塊刀口陣列板具有數(shù)個大小相同的通光圖案。
13、 如權(quán)利要求12所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的兩對刀口陣列的通光圖案是相互正交的，通過改變每對刀口陣列中兩塊刀口陣列板的相對位置，可以分別控制x方向和y方向照明場的大小。
14、 如權(quán)利要求9所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述聚光鏡的前焦面與所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列的后焦面重合。
15、 如權(quán)利要求9所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述聚光鏡的前焦面與所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列的位置重合或在其附近。
16、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的照明場是具有一維梯形光強(qiáng)分布的矩形場，其在一維方向上具有均勻光強(qiáng)分布，在與之正交的另一維方向上具有梯形光強(qiáng)分布。
17、 一種光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的光刻照明系統(tǒng)依次包括 光源，用于產(chǎn)生照明光束；光瞳整形模塊，接收所述光源產(chǎn)生的照明光束，并形成具有特定截面形狀的照明光束；像散微透鏡單元，接收來自所述光瞳整形模塊的照明光束，并使照明光束產(chǎn)生特定的像散；兩對刀口陣列；遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列，使出射光束遠(yuǎn)心；以及聚光鏡，接收來自所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列的光束并投射到一照明場上。
18、 如權(quán)利要求17所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的像散微透鏡單元包含一個厚透鏡陣列，其前后兩個表面都具有二維微柱面結(jié)構(gòu)。
19、 如權(quán)利要求18所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述厚透鏡陣列的前表面將入射光束分割成多個二次光源，并使入射光束在所述厚透鏡陣列內(nèi)部會聚。
20、 如權(quán)利要求18所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述厚透鏡陣列的 前表面的后焦面是后表面的物面。
21、 如權(quán)利要求18所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述厚透鏡陣列的 后表面具有像散功能，其在xz平面和yz平面的孔徑光闌位置不重合。
22、 如權(quán)利要求21所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的兩對刀口陣 列分別位于所述厚透鏡陣列的后表面在xz平面和yz平面的孔徑光闌面上，分 別用于控制x方向和y方向的通光口徑。
23、 如權(quán)利要求21所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透 鏡陣列的前焦面與所述厚透鏡陣列的后表面在xz平面或yz平面的孔徑光闌重 合。
24、 如權(quán)利要求17所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的像散微透鏡 單元包含兩個微透鏡陣列，其都具有二維微柱面結(jié)構(gòu)。
25、 如權(quán)利要求24所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于按照光線依次經(jīng)過 的順序，第一微透鏡陣列的后焦面與第二微透鏡陣列的物面重合。
26、 如權(quán)利要求24所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于按照光線依次經(jīng)過 的順序，第二微透鏡陣列具有像散功能，其在xz平面和yz平面的孔徑光闌面 位置不重合。
27、 如權(quán)利要求26所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的兩對刀口陣 列分別位于所述第二孩t透鏡陣列xz平面和yz平面的孔徑光闌面上。
28、 如權(quán)利要求26所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透 鏡陣列的前焦面與所述第二微透鏡陣列xz平面或yz平面的孔徑光闌重合。
29、 一種光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的光刻照明系統(tǒng)依次包括光 源，擴(kuò)束器，衍射光學(xué)模塊，變焦透鏡，旋轉(zhuǎn)三棱鏡，微透鏡陣列模塊和聚光 鏡，其中，所述光源產(chǎn)生的照明光束用于照亮一個照明場。
30、 如權(quán)利要求29所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述光源產(chǎn)生的照 明光束的波長選自248nm、 193nm、 157nm和126nm組成的集合。
31、 如權(quán)利要求29所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的衍射光學(xué)模 塊具有多個可替換的衍射光學(xué)元件，所述的衍射光學(xué)元件可以產(chǎn)生特定照明模式。
32、 如權(quán)利要求31所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的特定照明模 式選自圓形、環(huán)形、雙極和四極照明模式組成的集合。
33、 如權(quán)利要求29所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述變焦透鏡的前 焦面與所述衍射光學(xué)模塊的位置重合。
34、 如權(quán)利要求29所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的微透鏡陣列 模塊包括 一個厚透鏡陣列，其前后兩個表面都具有二維微柱面結(jié)構(gòu)；兩對刀 口陣列；以及一個遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列。
35、 如權(quán)利要求34所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述厚透鏡陣列的 前表面將入射光束分割成多個二次光源，并使入射光束在所述厚透鏡陣列內(nèi)部 會聚。
36、 如權(quán)利要求34所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述厚透鏡陣列的 前表面位于所述變焦透鏡和旋轉(zhuǎn)三棱鏡的出瞳面上，且所述厚透鏡陣列的前表 面的后焦面與后表面的物面重合。
37、 如權(quán)利要求34所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述厚透鏡陣列的 后表面具有像散功能，其在xz平面和yz平面的孔徑光闌位置不重合。
38、 如權(quán)利要求37所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的兩對刀口陣 列分別位于所述厚透鏡陣列的后表面在xz平面和yz平面的孔徑光闌面上，所 述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列的前焦面與所述厚透鏡陣列的后表面在xz平面或yz平 面的孔徑光闌面重合。
39、 如權(quán)利要求29所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的微透鏡陣列 模塊包括第一微透鏡陣列，第二微透鏡陣列，兩對刀口陣列，以及一個遠(yuǎn)心 調(diào)節(jié)微透鏡陣列。
40、 如權(quán)利要求39所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述第一、第二微 透鏡陣列和遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列，都具有二維微柱面結(jié)構(gòu)。
41、 如權(quán)利要求39所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述第一微透鏡陣 列位于所述變焦透鏡和旋轉(zhuǎn)三棱鏡的出瞳面上，且所述第一微透鏡陣列的后焦 面與所述第二微透鏡陣列的物面重合。
42、 如權(quán)利要求39所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述第二微透鏡陣列具有像散功能，其在xz平面和yz平面的孔徑光闌位置不重合。
43、如權(quán)利要求42所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的兩對刀口陣列分別位于所述第二微透鏡陣列xz平面和yz平面的孔徑光闌面上，所述遠(yuǎn)心調(diào)節(jié)微透鏡陣列的前焦面與所述第二微透鏡陣列xz平面或yz平面的孔徑光闌重合。
全文摘要
本發(fā)明提供的光刻照明系統(tǒng)，涉及用于半導(dǎo)體光刻機(jī)的照明系統(tǒng)。所述的光刻照明系統(tǒng)依次包括光源，用于產(chǎn)生照明光束；光瞳整形模塊，接收光源產(chǎn)生的照明光束，并形成有特定截面形狀的照明光束；微透鏡陣列模塊，接收來自光瞳整形模塊的照明光束，并形成具有一維梯形光強(qiáng)分布的照明光束；以及聚光鏡，接收來自微透鏡陣列模塊的照明光束，并將會聚后的照明光束投射到一照明場上；其中，微透鏡陣列模塊包括至少兩個微透鏡陣列和兩對刀口陣列。本發(fā)明的光刻照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、透過率高，能夠產(chǎn)生大小可調(diào)節(jié)并滿足遠(yuǎn)心要求的一維梯形光強(qiáng)分布照明場。本發(fā)明的光刻照明系統(tǒng)可用于248nm、193nm或者其他波長的光刻機(jī)上。
文檔編號G03F7/20GK101174093SQ200610117989
公開日2008年5月7日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者李仲禹, 李鐵軍 申請人:上海微電子裝備有限公司