專利名稱：一種產(chǎn)生連續(xù)可變光瞳的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻照明技術(shù)，特別涉及一種產(chǎn)生連續(xù)可變光瞳的光刻照明裝置。
背景技術(shù)：
光刻法用于制造半導(dǎo)體器件。光刻法使用電磁輻射，如紫外(uv)、深uv 或可見光，在半導(dǎo)體器件設(shè)計中產(chǎn)生精細的圖形。許多種半導(dǎo)體器件，如二極 管、三極管和集成電路，能夠用光刻技術(shù)制作。
光刻曝光系統(tǒng)通常包括照明系統(tǒng)、含有電路圖的掩模版、投影系統(tǒng)和用于 涂覆了光刻膠的硅片和硅片對準(zhǔn)臺。照明系統(tǒng)照射掩模版電路圖，投影系統(tǒng)把 掩模版電路圖照明區(qū)域的像投射到晶片上。
在光刻中，對圖像質(zhì)量起關(guān)鍵作用的兩個因素是分辨率和焦深。所以既要 獲得更好的分辨率來形成關(guān)^t尺寸的圖形，又要保持合適的焦深。離軸照明技 術(shù)可以提高焦深并且提高了分辨率。當(dāng)今先進的光刻工藝要求使用離軸照明技 術(shù)，包括環(huán)形照明、雙極照明、四極照明等。通過合理的選擇與曝光圖案相匹 配的光瞳形狀可以最大限度的提高工藝窗口，這就要求照明系統(tǒng)具有可調(diào)節(jié)的 光瞳形貌。
如圖1所示為離軸照明的成傳木理，在離軸照明中，由于掩模具有光柵周
期結(jié)構(gòu)，入射光入射到掩模上由于衍射作用分成三束光，分別為0級、+1級和 -1級。投影物鏡由于其有限的NA只捕獲0級和+1級光，并改變光束方向使光 束會聚到硅片面上，這兩束平面波場在硅片面上疊加，疊加的光波方程和照明 入射光入射角《有關(guān)。理論上，當(dāng)照明的入射光滿足方程(1)時，可以獲得無
限大的焦深。
^l-(A/p-sin6>,)2-cos《=0 (1)
因此最優(yōu)化的照明入射角為《=arcsin(;i/2;7)，式中； 為掩模在該方向上的空間周期Pitch。而入射角《對應(yīng)于照明相干因子tr。由此可見，照明相千因子cr 的選擇應(yīng)該與掩模的空間周期Pitch相聯(lián)系。對于只分布在x方向上的一維密集 線條來說， 一種優(yōu)化的照明方式可以為二極照明，其二孔徑的中心坐標(biāo)可以由 公式(1)得到。
J(/,g)二丄[^(/--^~+ + ~^~，g)] (2)
J(/，g)為照明的光源函數(shù)，/，g為光瞳平面坐標(biāo)，/7,為掩^f莫的光柵周期Pitch，
W為投影物鏡的數(shù)值孔徑，A為曝光波長。
而掩模通常具有二維的幾何分布，假設(shè)掩模圖形為圖2a所示的接觸孔結(jié)構(gòu)， 其在x和y方向具有不同的空間周期/7,和；^，其中& = 200/w , /7y=250"/ ，此
時宜采用四極或環(huán)形的照明方式。
依據(jù)公式(1)可才艮據(jù)x和y方向的pitch決定四極照明4個孔徑中心的位
置
J(/， g)=丄[《/——^~ ， g)++~^~ ， g)+g+~^~) + "/， g——^~~)] "，s; 、 / 扁乂，s'、 / 扁乂，""，s "，s
若投影物鏡數(shù)值孔徑為AC4 = 0.75 ,義=193柳，則四極照明的四孔中心位置為
/(/， g) = ^ ± 0.64, g) + g ± 0.51)] 4
圖2b為針對掩模圖形2a計算出的最優(yōu)化的四極照明形貌。
另外，中國專利CN02130481.5中根據(jù)不同的掩模得到的優(yōu)化的照明光瞳， 該掩才莫結(jié)構(gòu)具有在x和y方向不同的空間周期及占空比，分別如圖3a和圖3c 所示，對于這種掩模，其優(yōu)化的照明光瞳形貌為圖3b和圖3d。
由此可見，照明光瞳形貌的選擇與掩模的幾何形狀密切相關(guān)。當(dāng)掩模具有x 和y方向上不同的空間周期(或不同的占空比)時，其優(yōu)化的離軸照明形貌也 應(yīng)該在x和y方向具有不同的坐標(biāo)位置。
鑒于以上描述，光刻機照明系統(tǒng)應(yīng)該具有產(chǎn)生四極照明的能力，其在x和y 方向或其它方向上的坐標(biāo)可以^:置為實質(zhì)不相同。
現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CN1407408描述的一種典型的光瞳產(chǎn)生裝置如圖4 所示，它在照明光瞳面插入光瞳遮擋轉(zhuǎn)盤，來遮擋出不同形狀的光瞳(如圖5 所示)，從而產(chǎn)生所需的照明模式。這種方法的缺點是照明模式不能連續(xù)可變， 需要根據(jù)不同的掩模圖案設(shè)計不同的擋板。光瞳遮擋轉(zhuǎn)盤笨重、且遮擋造成較大光能損失，降低了光學(xué)系統(tǒng)的效率。
一種改進的方式如圖6所示，是采用衍射片101 (D0E1 )、變焦透鏡組102、 一對凹凸互補的旋轉(zhuǎn)三棱鏡104來產(chǎn)生連續(xù)可變的照明光瞳(中國專利 CN1474235)。這種方法在改變照明光瞳形狀時可以不損失光能，效率高。衍射 片101可以采用二元光學(xué)的方法來制作，以《吏衍射的光線在光瞳面上產(chǎn)生諸如 二極、四極照明模式等。專利CN1474235所設(shè)計的四極照明通常在x方向和y 方向上具有相同的坐標(biāo)，對于如上文所示的具有x和y方向不同空間周期的掩 模，若要給出合適的四極照明，需要另外設(shè)計一種衍射片。這種方法雖然不損 失光能，但需要根據(jù)不同的掩模圖案設(shè)計不同的衍射片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)生連續(xù)可變光瞳的照明裝置，以實現(xiàn)光瞳形 貌的連續(xù)可調(diào)。
為了達到上述的目的，本發(fā)明提供一種產(chǎn)生連續(xù)可變光瞳的照明裝置，其 包括沿光路依次排列的衍射光學(xué)元件、變焦透鏡組、旋轉(zhuǎn)三棱鏡、光瞳整形裝 置以及聚光系統(tǒng)，所述光瞳整形裝置在垂直于光路平面內(nèi)的正交方向，即x和y 方向上具有不同的光焦度。
所述光瞳整形裝置包括一個沿x方向或y方向放置的柱面透鏡組，所述柱 面透鏡組在其放置方向上能夠提供不同的擴束能力，而在與其放置方向正交的 另一方向上光焦度為0。進一步的，所迷柱面透鏡組由至少三片柱面透鏡組成， 其中至少兩片柱面透鏡的位置可調(diào)，通過透鏡位置的變化在x方向或y方向上 提供不同的擴束能力。此外，所述柱面透鏡組可以繞光軸旋轉(zhuǎn)。
所述光瞳整形裝置也可以由一 x方向變焦柱面透鏡組和一 y方向變焦柱面 透鏡組組成。所述x方向/y方向變焦柱面透鏡組由至少三片柱面透鏡組成，其 中至少兩片柱面透鏡的位置.可調(diào)，通過透鏡位置的變化在x方向/y方向上提供 不同的擴束能力。
所述光瞳整形裝置還可以是棱鏡系統(tǒng)或螺旋面透鏡組，該棱鏡系統(tǒng)通過調(diào) 節(jié)棱鏡的旋轉(zhuǎn)角度以控制x和y方向的擴束比。
本發(fā)明采用了一種新的裝置來產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)節(jié)的照明光瞳，其在x和y方向上的照明光瞳坐標(biāo)可以設(shè)置為不相同。其特點是利用一在x和y方向具有不 同光焦度的光學(xué)元件，如一種柱面透鏡結(jié)構(gòu)或一種螺旋面透鏡組，對照明光瞳 重新進行整形，以使出射光瞳在x和y方向具有不同的擴束能力。并且該光學(xué) 元件具有在x方向(或y方向)的連續(xù)可調(diào)擴束比，以使照明模式連續(xù)可變。 本發(fā)明的裝置無需設(shè)置不同的擋光裝置，提高了系統(tǒng)的光能利用率。另外無需 增加設(shè)計衍射光學(xué)元件，能很方便的產(chǎn)生所需的光瞳形狀。提高了照明系統(tǒng)的 性能。


圖1是離軸照明方式原理圖2a和圖2b分別是具有x和y方向上不同空間周期的接觸孔掩模示意圖 及優(yōu)化的四極照明示意圖3a和圖3c是具有x和y方向不同空間周期和占空比的掩4莫示意圖，圖 3b和圖3d分別是對應(yīng)其的優(yōu)化的照明光瞳示意圖4是現(xiàn)有技術(shù)通過采用光瞳遮擋轉(zhuǎn)盤的照明系統(tǒng)示意圖5是現(xiàn)有技術(shù)的光瞳遮擋轉(zhuǎn)盤示意圖6是現(xiàn)有技術(shù)采用衍射片、變焦透鏡組、 一對凹凸互補的旋轉(zhuǎn)三棱鏡作 為光瞳整形模塊的示意圖7是本發(fā)明采用變焦柱面透鏡組的照明裝置示意圖8是本發(fā)明采用變焦柱面透鏡組的照明裝置局部結(jié)構(gòu)圖9是本發(fā)明采用正交變焦柱面透鏡組的照明裝置示意圖IO是本發(fā)明采用正交變焦柱面透鏡組的照明裝置局部示意圖11是本發(fā)明采用棱鏡系統(tǒng)的照明裝置局部示意圖12是由本發(fā)明產(chǎn)生的照明光瞳形狀示意圖。
附圖中
1、衍射片；2、變焦透4免組；202、可動4免片；203、可動鏡片；204、可動 鏡片；3、旋轉(zhuǎn)三棱鏡組；301、凹旋轉(zhuǎn)三棱鏡；302、.凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡；4、變焦 柱面透鏡組；402、可動鏡片；403、可動鏡片；5、聚光系統(tǒng)；6、掩模；7、 x 方向變焦柱面透鏡組；702、可動鏡片；703、可動鏡片；8、 y方向變焦柱面透鏡組；802、可動鏡片；803、可動鏡片；9、棱鏡系統(tǒng)；902、可動棱鏡；903、 可動棱鏡。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例進一步說明本發(fā)明。
圖7是本發(fā)明的實施例1的照明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，包括衍射片1;變焦透 鏡組2;旋轉(zhuǎn)三棱鏡組3;柱面透鏡組4 (或其它具有x和y方向不同光焦度的 光學(xué)器件)；聚光系統(tǒng)5;掩模6。
由光源發(fā)出的激光經(jīng)過擴束系統(tǒng)入射在衍射片1上，衍射片l根據(jù)設(shè)計要 求可在遠場形成特定的照明光瞳分布(可以產(chǎn)生諸如傳統(tǒng)、二極、四極等照明 模式)；變焦透鏡組2是可變焦的傅立葉變換透鏡，用于在焦平面形成照明光瞳 分布，變焦透鏡組2包括三片可動鏡片一202、 203和204用以實現(xiàn)變焦；旋轉(zhuǎn) 三棱鏡組3是由兩個凹凸互補的旋轉(zhuǎn)三棱鏡組成，其中301為凹旋轉(zhuǎn)三棱鏡， 302為凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡，302可以沿光軸移動，產(chǎn)生環(huán)形照明。通過總共這四片鏡 片(202、 203、 204、 302)的移動，就可以產(chǎn)生特定的照明光瞳形狀衍射光 學(xué)元件1用于產(chǎn)生特定的照明模式(圓形、雙極、四極等)，連續(xù)變焦透鏡組2 用于改變照明系統(tǒng)光瞳截面的大小，凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡302用于調(diào)節(jié)環(huán)形照明光瞳 截面上內(nèi)環(huán)的大小。柱面透鏡組4具有在x和y方向不同的光焦度，可將x和y 方向坐標(biāo)相同的照明光瞳進一步整形為不相同，以滿足不同光刻線條的需要。 聚光系統(tǒng)5包括一勻光器件蠅眼微透鏡陣列，蠅眼透鏡將入射光瞳形成二次光 源，入射在聚光透鏡上，聚光透鏡將光瞳上的光均勻的照射在掩模6上，實現(xiàn) 均勻照明。
圖8為本實施例的局部結(jié)構(gòu)圖，其中變焦透鏡組2中有三片可動鏡片一202、 203和204用以實現(xiàn)變焦，另外一個凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡302可以沿光軸移動，通過總 共這四片鏡片的移動，就可以產(chǎn)生特定的照明光瞳形狀衍射光學(xué)元件1用于 產(chǎn)生特定的照明模式(圓形、雙極、四極等)，連續(xù)變焦透鏡組2用于改變照明 系統(tǒng)光瞳截面的大小，凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡302用于調(diào)節(jié)光瞳截面上內(nèi)環(huán)的大小。
由上述系統(tǒng)所得到的四極照明光瞳具有x和y方向上相同的坐標(biāo)，其對于 具有在x和y方向不同空間周期和占空比的掩模圖案，并不能給出最優(yōu)化的照明模式。為了實現(xiàn)在x和y方向上的坐標(biāo)連續(xù)可變，而且不用增加衍射光學(xué)元 件，本發(fā)明增加可變焦的柱面鏡組4。柱面鏡組4由三片或多片柱面透鏡組成， 可以通過調(diào)節(jié)鏡片402、 403的位置改變y方向上的擴束能力，而x方向上的擴 束能力為0，對光瞳不起擴束或壓縮作用。這樣，柱面透鏡組4具有x和y方向 上的可調(diào)擴束比。因此可以使照明光瞳形貌具有在x和y方向上的可調(diào)坐標(biāo)， 以適應(yīng)不同的掩才莫圖形的需要。
圖9是本發(fā)明的實施例2的照明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，包括衍射片1;傅立葉 變換透鏡2;旋轉(zhuǎn)三棱鏡組3; x方向變焦柱面透鏡組7; y方向變焦柱面透鏡組 8;聚光系統(tǒng)5;掩模6。
圖10是本發(fā)明的實施例2的局部結(jié)構(gòu)圖。其中l(wèi)為衍射光學(xué)元件，用來衍 射光線；2為傅立葉變換透鏡，用來在遠場(在其出瞳)產(chǎn)生雙極、四極和傳統(tǒng) 照明模式；3為旋轉(zhuǎn)三棱鏡組，包括凹旋轉(zhuǎn)三棱鏡301和凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡302,可 以調(diào)節(jié)環(huán)形、四極和雙極的照明相干因子a的大??；7為x方向上的柱面透鏡組， 其柱面的軸向方向為x方向，702和703為可動鏡片，可以通過位置變化獲得x 方向不同的擴束比。柱面透鏡組7在y方向上相當(dāng)于平行平板，對光不起擴束 作用。8為y方向上的柱面透4竟組，其柱面的軸向方向為y方向。802和803為 可動鏡片，可以通過位置變化獲得y方向不同的擴束比。柱面透鏡組8在x方 向上相當(dāng)于平行平板，對光不起擴束作用。因此通過柱面透鏡組7和8的不同 設(shè)置，可以提供x和y方向不同的擴束能力，可將光瞳形貌進一步整形為在x 和y方向上具有不同的坐標(biāo)。這樣，通過裝置l、 3、 7、 8的配合^L置，就可以 獲得照明所需的傳統(tǒng)、環(huán)形、四極和雙極模式，且通過柱面變焦透鏡組7和8 以及旋轉(zhuǎn)三棱鏡組3可以調(diào)節(jié)照明因子"的大小，并可以設(shè)置四極光瞳或環(huán)形光 瞳在x和y方向上具有連續(xù)可調(diào)的比例，滿足特定光刻線條的應(yīng)用。光瞳x和y 坐標(biāo)的縱橫比依靠可變焦柱面透鏡組7和8在x和y方向上的擴束比例來調(diào)節(jié)， 如圖12 (g)所示。
圖11是本專利的實施例3局部結(jié)構(gòu)圖，其中變焦透鏡組2中有三片可動鏡 片一202、 203和204用以實現(xiàn)變焦，另外一個凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡302可以沿光軸移 動，通過總共這四片鏡片的移動，就可以產(chǎn)生特定的照明光瞳形狀衍射光學(xué) 元件1用于產(chǎn)生特定的照明模式(傳統(tǒng)、二極、四極等)，連續(xù)變焦透鏡組2用于改變照明系統(tǒng)光瞳截面的大小，凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡302用于調(diào)節(jié)光瞳截面上內(nèi)環(huán) 的大小。本實施例的照明光瞳整形裝置，采用棱鏡系統(tǒng)9來代替實施例1中的 柱面鏡系統(tǒng)，棱鏡系統(tǒng)9可將x和y方向坐標(biāo)對稱的光瞳整形為不相同。并且 可以通過調(diào)節(jié)902及903的旋轉(zhuǎn)角度來控制x和y方向的擴束比。另外，棱鏡 系統(tǒng)9也可以采用螺旋面透鏡組來替代。
圖12是由本發(fā)明產(chǎn)生的照明光瞳形狀，圖(a)、 (b)為傳統(tǒng)照明，圖(c)、 (d)為環(huán)形照明，圖(e)、 (f)、 (g)為四極照明。由本發(fā)明所產(chǎn)生的照明光瞳 形貌，可以產(chǎn)生傳統(tǒng)，環(huán)形，二極和四極照明，并且可以通過變焦透鏡組2和 旋轉(zhuǎn)三棱鏡3連續(xù)調(diào)節(jié)照明相干因子的大小，且對于四極照明來說，也可以調(diào) 節(jié)x和y方向具有不同的坐標(biāo)，其光瞳x和y坐標(biāo)的縱4黃比通過可變焦柱面透 鏡組在x和y方向上的擴束比來調(diào)節(jié)，如圖12 (g)所示。
權(quán)利要求
1、一種產(chǎn)生連續(xù)可變光瞳的照明裝置，該照明裝置包括沿光路依次排列的衍射光學(xué)元件、變焦透鏡組、旋轉(zhuǎn)三棱鏡、光瞳整形裝置以及聚光系統(tǒng)，其特征在于所述光瞳整形裝置在垂直于光路平面內(nèi)的正交方向，即x和y方向上具有不同的光焦度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于所述光瞳整形裝置包括 一沿x方向或y方向放置的光學(xué)元件，用以提供x方向或y方向的不同擴束能 力。
3、 根據(jù)^L利要求1或2所述的照明裝置，其特征在于所述光瞳整形裝置 由一個沿x方向或y方向放置的柱面透鏡組構(gòu)成，所述柱面透鏡組在其放置方 向上能夠提供不同的擴束能力，而在與其放置方向正交的另一方向上光焦度為 0。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，其特征在于所述柱面透鏡組由至少 三片柱面透鏡組成，其中至少兩片柱面透鏡的位置可調(diào)，通過透鏡位置的變化 在x方向或y方向上提供不同的擴束能力。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，其特征在于所述柱面透鏡組繞光軸 旋轉(zhuǎn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的照明裝置，其特征在于所述光瞳整形裝置 由一 x方向變焦柱面透鏡組和一 y方向變焦柱面透鏡組組成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明裝置，其特征在于所述x方向/y方向變焦 柱面透鏡組由至少三片柱面透鏡組成，其中至少兩片柱面透鏡的位置可調(diào)，通 過透鏡位置的變化在x方向/y方向上提供不同的擴束能力。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的照明裝置，其特征在于所述光瞳整形裝置 是棱鏡系統(tǒng)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明裝置，其特征在于，所述棱鏡系統(tǒng)通過調(diào)節(jié) 棱鏡的旋轉(zhuǎn)角度以控制x和y方向的擴束比。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的照明裝置，其特征在于所述光瞳整形裝 置是螺旋面透鏡組。
全文摘要
本發(fā)明的產(chǎn)生連續(xù)可變光瞳的照明裝置在照明系統(tǒng)的光瞳面附近放置一光學(xué)系統(tǒng)，具有x和y方向不同的光焦度，經(jīng)過該系統(tǒng)后，在x和y方向坐標(biāo)相同的照明光瞳形貌可以整形成x方向和y方向不相同。該光學(xué)系統(tǒng)可以設(shè)計成在x方向(或y方向)的連續(xù)變焦擴束系統(tǒng)，以實現(xiàn)照明光瞳形貌連續(xù)可調(diào)。本發(fā)明無需增加光瞳擋板，光能利用率高。不用另外設(shè)計定做衍射元件產(chǎn)生所需照明模式。結(jié)構(gòu)簡單，只需在傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的光瞳面后插入該光學(xué)系統(tǒng)，以實現(xiàn)對照明光瞳的整形?？梢葬槍Σ煌难谀D案產(chǎn)生更為靈活的照明模式，增加了四極照明的可調(diào)自由度。
文檔編號G03F7/20GK101408285SQ20081004170
公開日2009年4月15日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者李仲禹, 勇 郭 申請人:上海微電子裝備有限公司