專利名稱：一種用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微光刻法，更具體的說，涉及微光刻法設(shè)備中的一套照明光學(xué) 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有光刻法中采用高壓汞燈照明的光學(xué)系統(tǒng)，主要對g (436nm) h ( 405nm) i (365nm)三線進行曝光，在涂有光刻膠的硅片上得到一定的光刻膠圖形，再 通過刻蝕等步驟使硅片上得到同樣的光刻膠圖形。但汞燈由于能量不集中，損耗大，經(jīng)過多組中繼透鏡和勻光器后，得到的 鐠線能量往往不能滿足曝光的要求。US20050083685采用了兩組汞燈的結(jié)構(gòu)， 將三根石英棒拼接后進行勻光，雖然增多了光源數(shù)，但是從汞燈出來的光直接 進入石英棒，仍然有很多能量損耗，而且第l、 2根石英棒和第3根石英棒的耦 合還有耦合效率的問題。另外，和汞燈配合使用的勻光器是石英棒和微透鏡，石英棒不僅起到勻光 的作用，還可以限制光束口徑，產(chǎn)生方形視場；微透鏡在勻光的同時也可防止 光線聚焦能量過強損壞下一元件的端面，現(xiàn)有技術(shù)一般單獨使用一種勻光器， 在單汞燈的情況下能夠得到較好的勻光效果，如美國專利US5, 906, 429和 US6,249，382B1。為了得到更大的曝光譜線能量，同時也能得到優(yōu)良的勻光效果，這就需要 多個汞燈，并綜合多種勻光器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，用于465nm、 405nm、 365nm甚至更短波長的光刻機上，產(chǎn)生大能量、均勻的照明-f見場。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，包括兩個或兩個以上帶橢球反射鏡的高壓汞燈光源，與該高壓汞燈光源數(shù)目相同的石 英棒勻光系統(tǒng)，二次勻光系統(tǒng)，聚光鏡模塊，中繼透鏡模塊和掩模板。該高壓 汞燈光源位于該橢球反射鏡的一個焦點上，該高壓汞燈光源發(fā)出的光進入該石 英棒勻光系統(tǒng)，該石英棒勻光系統(tǒng)射出的光同時進入該二次勻光系統(tǒng)，該二次 勻光系統(tǒng)出射的光進入該聚光鏡模塊，經(jīng)過聚光鏡模塊后，次級光源成像在該 中繼透鏡模塊的物方焦面，該中繼透鏡模塊在掩模板位置形成遠(yuǎn)心照明視場。該石英棒勻光系統(tǒng)包括入射光導(dǎo)入45。棱鏡，出射光導(dǎo)出45。棱鏡和石英棒。 該入射光導(dǎo)入45。棱鏡的入射端位于與該石英棒勻光系統(tǒng)對應(yīng)的該高壓汞燈光 源的橢球反射鏡的另 一個焦點上；該入射光導(dǎo)入45°棱鏡的出射端緊貼該石英棒 的一端；該石英棒的另一端緊貼該出射光導(dǎo)出45。棱鏡的入射端；所有出射光導(dǎo) 出45。棱鏡的出射端相互緊靠，并位于同一平面內(nèi)。該二次勻光系統(tǒng)可以是兩組微透鏡陣列，其中一個微透鏡陣列緊貼該石英 棒勻光系統(tǒng)的出射端，該兩組微透鏡陣列的彎曲面相對放置，相距為該微透鏡 陣列的焦距。該二次勻光系統(tǒng)也可以是鍍膜的補償板，該補償板緊貼該石英棒 勻光系統(tǒng)的出射端。該聚光鏡模塊包括準(zhǔn)直鏡和場鏡，該場鏡位于該準(zhǔn)直鏡焦點附近。該中繼透鏡才莫塊為4F雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不僅可以用于光刻機中的曝光系統(tǒng)中的照明光學(xué)系統(tǒng)，還可以用作 對準(zhǔn)系統(tǒng)的照明光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)特別適合多個汞燈光源同時使用的情 況，可以均勻兩組以上的光源。使用多個能量較小的汞燈組合成能量較大的汞 燈光源，可得到大能量的照明視場。每個汞燈的能量小，溫度低，則所需要的 單獨的冷卻系統(tǒng)筒單。本發(fā)明的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)可以有效的減小單個石英棒的截面尺 寸和長度，不僅提高了石英棒的成品率，降低成本，還有效的改善勻光效果， 擴大勻光面積。眾所周知，石英棒勻光效果取決于光線在石英棒內(nèi)的反射次數(shù)。 當(dāng)石英棒截面尺寸確定后，石英棒越長，勻光效果越好。而過長的尺寸往往是 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)無法接受的。本發(fā)明采用多根石英棒，每根石英棒具有小的截面 尺寸，這就使得單位長度的石英棒內(nèi)部光線反射次數(shù)大大增加。而總的照明場大小由于多根石英棒的截面拼接實現(xiàn)。既保證了照明場大小，又減小了石英棒 的尺寸。而且石英棒不用做的很長，提高石英棒成品率，降低成本。本發(fā)明的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)用微透鏡陣列進行二次勻光，和石英 棒勻光很好的整合在一起。拼接石英棒后，同一石英棒出射截面均勻性較好， 但不同石英棒間的截面均勻性可能存在差異，于是用微透鏡勻光，可以在準(zhǔn)直 鏡的焦面上將石英棒形成的多個次級光源》丈大，通過二次勻光改善了均勻性。本發(fā)明的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)有很好的拓展性。微透鏡陣列可以用 具有相同功能的模塊取代，比如考慮到不同石英棒間的截面均勻性可能存在差 異可以分別在截面上鍍膜或增加補償板改善均勻性。


圖1為本發(fā)明采用兩個高壓汞燈光源的實施例系統(tǒng)光路圖； 圖2為本發(fā)明采用兩個石英棒勻光系統(tǒng)的 一 種實現(xiàn)形式結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明采用兩個石英棒勻光系統(tǒng)的另 一種實現(xiàn)形式結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明采用四個石英棒聚光系統(tǒng)的 一種實現(xiàn)形式結(jié)構(gòu)圖； 圖5為本發(fā)明采用補償板的實施例系統(tǒng)光路圖。附圖中1、高壓汞燈光源；2、橢球反射鏡；3、平面反射鏡；4、入射光 導(dǎo)入45。棱鏡；5、石英棒；6、出射光導(dǎo)出45°棱鏡；7、微透鏡陣列；8、微透 鏡陣列；9、準(zhǔn)直鏡；10、場鏡；11、前組中繼透鏡；12、后組中繼透鏡；13、 掩模板；14、補償板。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明。 本發(fā)明示意圖技術(shù)解決方案中已經(jīng)給出，下面描述此光學(xué)系統(tǒng)的光線傳播 途徑及具體的實施情況圖1 (圖1為本發(fā)明采用兩個高壓汞燈光源的實施例系統(tǒng)光路圖)中高壓汞 燈光源1燈絲位置在橢球反射鏡2內(nèi)部的焦點F1處，這樣才能保證光源的像在 焦點F2的正確位置。2個汞燈布置的位置可根據(jù)實際需要放置，但是通過反射 鏡3的反射后，應(yīng)保證橢球反射鏡的焦點在石英棒5的入口處。光線經(jīng)過石英棒入射端，由導(dǎo)入45。棱鏡4導(dǎo)入石英棒，經(jīng)過石英棒一次勻光的光線又從石英 棒出射端出射，由導(dǎo)出45。棱鏡6導(dǎo)出，緊接著就進入微透鏡陣列7、 8。在本發(fā) 明的一個實施例中，微透鏡陣列由2組4 x 2個小透鏡組成，每個透鏡的半徑為 6mm,厚度為2mm，兩透鏡陣列的彎曲面相對放置，兩透鏡陣列相距13mm， 13mm為每個透鏡陣列的焦距。準(zhǔn)直鏡9和場鏡10將微透鏡陣列出來的光先混 合再會聚，在場鏡附近形成均勻光面，場鏡位于準(zhǔn)直鏡焦點附近，不改變光焦 度，但使光線發(fā)散角變小。前組中繼透鏡11和后組中繼透鏡12的作用是把場 鏡附近的勻光面放大，本實例中中繼透鏡組是放大率為3的4F雙遠(yuǎn)心光路。場 鏡將次級光源成像在前組中繼透鏡的物方焦面。最后在后組中繼透鏡的像方焦 面形成有一定視場大小和強度要求的照明視場?？梢愿鶕?jù)需要增加石英棒的數(shù)量，也可以改變光進入石英棒的方向，如圖2 (圖2為本發(fā)明采用兩個石英棒勻光系統(tǒng)的一種實現(xiàn)形式結(jié)構(gòu)圖)、圖3 (圖3 為本發(fā)明采用兩個石英棒勻光系統(tǒng)的另一種實現(xiàn)形式結(jié)構(gòu)圖)中是采用兩個石 英棒時，兩種方向?qū)⒐饩€導(dǎo)入石英棒的例子，圖4 (圖4為本發(fā)明采用四個石 英棒勻光系統(tǒng)的一種實現(xiàn)形式結(jié)構(gòu)圖)是采用四個石英棒勻光的例子，可以得 到更大的能量，改善勻光效果。圖2、圖3和圖4中的石英棒的兩端是用來將光線導(dǎo)入和導(dǎo)出石英棒的45° 棱鏡，反射面應(yīng)涂增反膜。實際微透鏡陣列7緊貼石英棒5出射端的出射光導(dǎo) 出45。棱鏡6，圖中為表示清楚將其分開描繪。圖5 (本發(fā)明采用補償板的實施例系統(tǒng)光路圖)是將微透鏡換成補償板14 的實例。補償板14緊貼石英棒出射端的導(dǎo)光棱鏡，聚光鏡模塊離補償板一定距 離，將石英棒出射的不同視場的平行光會聚成在前組中繼透鏡物方焦面的許多 次級光源，最后經(jīng)過4F結(jié)構(gòu)的中繼透鏡組，形成具有一定大小和強度的照明一見 場。
權(quán)利要求
1、一種用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括兩個或兩個以上帶橢球反射鏡的高壓汞燈光源；與所述高壓汞燈光源數(shù)目相同的石英棒勻光系統(tǒng)；二次勻光系統(tǒng)；聚光鏡模塊；中繼透鏡模塊；和掩模板；所述高壓汞燈光源位于所述橢球反射鏡的一個焦點上；所述高壓汞燈光源發(fā)出的光進入所述石英棒勻光系統(tǒng)；所述石英棒勻光系統(tǒng)射出的光同時進入所述二次勻光系統(tǒng)；所述二次勻光系統(tǒng)出射的光進入所述聚光鏡模塊；經(jīng)過聚光鏡模塊后，次級光源成像在所述中繼透鏡模塊的物方焦面；所述中繼透鏡模塊在掩模板位置形成遠(yuǎn)心照明視場。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述 石英棒勻光系統(tǒng)包括入射光導(dǎo)入45。棱4竟； 出射光導(dǎo)出45。棱鏡；和 石英棒；所述入射光導(dǎo)入45。棱鏡的入射端位于與所述石英棒勻光系統(tǒng)對應(yīng)的所述 高壓汞燈光源的橢球反射鏡的另一個焦點上；所述入射光導(dǎo)入45。棱鏡的出射端 緊貼所述石英棒的一端；所述石英棒的另一端緊貼所述出射光導(dǎo)出45。棱鏡的入 射端；所有出射光導(dǎo)出45。棱鏡的出射端相互緊靠，并位于同一平面內(nèi)。
3、 根椐權(quán)利要求1所述的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述 二次勻光系統(tǒng)可以是兩組微透鏡陣列，其中一個微透鏡陣列緊貼所述石英棒勻 光系統(tǒng)的出射端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述 兩組微透鏡陣列的彎曲面相對放置，相距為所述微透鏡陣列的焦距。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述二次勻光系統(tǒng)可以是鍍膜的補償板，所述補償板緊貼所述石英棒勻光系統(tǒng)的出 射端。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述 聚光鏡模塊包括準(zhǔn)直鏡和場鏡，所述場鏡位于所述準(zhǔn)直鏡焦點附近。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述 中繼透鏡模塊為4F雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于微光刻的照明光學(xué)系統(tǒng)，使用多個汞燈作為光源，大大提高了總的光源能量，而不會使單個光源能量過大，使用多個石英棒，2組微透鏡陣列作為勻光器件，有效地提高了照明均勻性和照明場光強。本發(fā)明可以作為365-465nm光刻設(shè)備的照明系統(tǒng)，或其他照明系統(tǒng)。
文檔編號G03F7/20GK101216676SQ200710173570
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者張祥翔 申請人:上海微電子裝備有限公司