專利名稱：一種使用汞燈光源的光刻照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是一種使用汞燈光源的光刻照明裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有光刻方法中采用高壓汞燈照明的光學(xué)系統(tǒng)，主要對(duì)g (436nm) h (405nm) i (365nm)三線進(jìn)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。根據(jù)不同的曝光要求，硅片面上有時(shí)需要不同的曝光視場(chǎng)，數(shù)值孔徑或相干因子。 并且，需要能夠在照明系統(tǒng)的照明面上產(chǎn)生最均勻的強(qiáng)度分布，能夠設(shè)定照明系統(tǒng)的各種不同照明模式，這有助于提高曝光的質(zhì)量以及得到更好的線寬。通常使用的是具有各種不同相干因子的傳統(tǒng)照明模式以及環(huán)形照明模式。美國(guó)專利US5379090中公開了一種使用汞燈的可以改變相干因子及照明模式的照明裝置，如圖1所示，使用遮擋的方法得到了不同的環(huán)形照明模式。根據(jù)該專利的分析， 環(huán)形比設(shè)置為0. 5，用這種方法有25%的能量損失，如果用遮擋的辦法改變傳統(tǒng)照明模式下的相干因子，從0. 7變到0. 3，能量損失將達(dá)到80%。美國(guó)專利US5245384公開了另一種使用汞燈的無(wú)能量損失的照明系統(tǒng)，利用變焦鏡頭來(lái)改變次級(jí)光源尺寸從而改變相干因子，如圖2所示。這種結(jié)構(gòu)能夠很好的避免能量損耗，獲得相干因子的變化，但這個(gè)結(jié)構(gòu)無(wú)法改變照明模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種可以產(chǎn)生均勻照明場(chǎng)的光刻照明裝置，可以使用更少元件簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換照明模式和照明相干因子，并且不需要更換元件。本發(fā)明公開一種使用汞燈光源的光刻照明裝置，包括一汞燈光源；一反光碗，用來(lái)會(huì)聚汞燈的光能；一光瞳整形裝置，用來(lái)產(chǎn)生連續(xù)可變的光瞳和轉(zhuǎn)換照明模式；一勻光器件，以獲得更好的照明均勻性；一聚光系統(tǒng)；一汞燈位置調(diào)節(jié)裝置，通過移動(dòng)汞燈的位置，改變汞燈光源發(fā)出的光線的相干因子，獲得所需要的照明場(chǎng)。其中，光瞳整形裝置包括固定鏡組，軸椎鏡，可動(dòng)鏡組；可動(dòng)鏡組包括至少三組可動(dòng)鏡片。其中，光瞳整形裝置包括可動(dòng)鏡組，可動(dòng)軸椎鏡組和固定鏡組；可動(dòng)鏡組包括至少兩組可動(dòng)鏡片。其中，軸椎鏡組為一個(gè)凹軸椎鏡和一個(gè)凸軸椎鏡；凸軸椎鏡元件包含兩個(gè)光學(xué)表面一個(gè)圓錐面，而另一個(gè)光學(xué)表面有一定的曲率；在照明相干因子的設(shè)計(jì)改變時(shí)，移動(dòng)每組可動(dòng)鏡組與凸軸椎鏡。其中，汞燈位置調(diào)節(jié)裝置使汞燈在X、Y、Z三個(gè)方向自動(dòng)調(diào)節(jié)；汞燈位置調(diào)節(jié)裝置與光瞳整形裝置配合得到合適的光瞳，改變相干因子。其中，照明模式包括傳統(tǒng)常規(guī)的圓形照明和非傳統(tǒng)的環(huán)形照明兩種模式。
其中，圓形照明模式的圓場(chǎng)半徑根據(jù)需要連續(xù)變化，環(huán)形照明模式的內(nèi)外環(huán)半徑按照需要連續(xù)變化。其中，聚光系統(tǒng)采用了最少一片反射式光學(xué)元件，以達(dá)到光路的轉(zhuǎn)折；聚光系統(tǒng)的最后一片與照明場(chǎng)之間的距離大于100mm，以便其他功能性部件的空間安排。其中，勻光器件為微透鏡陣列與石英棒組合的結(jié)構(gòu)，按照光線傳播方向，至少一片微透鏡陣列置于石英棒之前。其中，石英棒橫截面為矩形或正方形，并且長(zhǎng)度大于250mm。本發(fā)明提供的照明裝置，可以使用更少元件簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換照明模式和照明相干因子，并且不需要更換元件。


圖1和圖2為現(xiàn)有技術(shù)中光刻照明裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明光刻照明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(a)和(b)為本發(fā)明光刻照明裝置結(jié)構(gòu)圖；圖5和圖6為本發(fā)明光瞳整形裝置的較佳實(shí)施例；圖7為本發(fā)明聚光系統(tǒng)的較佳實(shí)施例。圖8為本發(fā)明光刻照明裝置所實(shí)現(xiàn)的兩種照明方式的示意圖；其中，圖8(a)為傳統(tǒng)圓形照明模式，圖8(b)為環(huán)形照明模式；圖9為本發(fā)明汞燈調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖10為本發(fā)明勻光器件的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。如圖3所示，本發(fā)明公開一種使用汞燈光源的光刻照明裝置，包括一個(gè)汞燈光源 110 ；一個(gè)汞燈位置調(diào)節(jié)裝置170，通過移動(dòng)汞燈的位置，改變汞燈光源110發(fā)出的光線的相干因子；一個(gè)反光碗120，用來(lái)匯聚汞燈的光能；一個(gè)光瞳整形裝置130，實(shí)現(xiàn)照明模式的轉(zhuǎn)換及照明相干因子的變化；一個(gè)勻光器件140，以獲得更好的照明均勻性；一個(gè)聚光系統(tǒng) 150 ；以及照明場(chǎng)160。反光碗120收集汞燈110的光能，使其進(jìn)入光瞳整形裝置130。光瞳整形裝置130用來(lái)產(chǎn)生連續(xù)可變的光瞳和轉(zhuǎn)換照明模式，包括傳統(tǒng)常規(guī)的圓形照明和非傳統(tǒng)的環(huán)形照明模式兩種，其中圓形照明模式的圓場(chǎng)半徑可根據(jù)需要連續(xù)變化，環(huán)形照明模式的內(nèi)外環(huán)半徑也可按照需要連續(xù)變化。再經(jīng)過勻光器件140獲得更好的照明均勻性。最后經(jīng)聚光系統(tǒng)150進(jìn)入照明場(chǎng)160。圖4為本發(fā)明照明裝置的具體實(shí)施方式
。其中圖4(a)與圖4(b)采用了不同的光路轉(zhuǎn)折方式，可以適用于不同的光刻設(shè)備的外形尺寸要求。照明裝置包括一個(gè)汞燈光源 110，一個(gè)汞燈自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置170，一個(gè)反光碗120，光瞳整形裝置130，勻光器件140，一個(gè)聚光系統(tǒng)150，將從石英棒出來(lái)的均勻光束會(huì)聚在照明場(chǎng)160上。其中，圖4(a)的實(shí)施例中， 光瞳整形裝置130使用軸椎鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)照明模式的轉(zhuǎn)換。圖4(a)與(b)的勻光器件140均由一個(gè)微透鏡陣列與石英棒組合而成。圖中180為快門，可以遮擋部分會(huì)對(duì)后續(xù)光路產(chǎn)生不良影響的雜散光。
圖5、圖6為光瞳整形裝置140的具體實(shí)施方式
。光瞳整形裝置140包括固定鏡組， 軸椎鏡，可動(dòng)鏡組；可動(dòng)鏡組包括至少三組可動(dòng)鏡片。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例中，光瞳整形裝置140包括可動(dòng)鏡組，可動(dòng)軸椎鏡組和固定鏡組；可動(dòng)鏡組包括至少兩組可動(dòng)鏡片。 其中，軸椎鏡組為一個(gè)凹軸椎鏡和一個(gè)凸軸椎鏡。凸軸椎鏡元件包含兩個(gè)光學(xué)表面一個(gè)圓錐面，而另一個(gè)光學(xué)表面有一定的曲率。在照明相干因子的設(shè)計(jì)改變時(shí)，移動(dòng)每組可動(dòng)鏡組與凸軸椎鏡。圖5為光瞳整形裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例，其中310與320為可動(dòng)鏡片組，按照要求移動(dòng)可以控制照明相干因子的變化，軸椎鏡330的移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)照明模式的轉(zhuǎn)換。從圖示可以看出，圖5(a)與圖5(c)均為傳統(tǒng)照明模式，但可動(dòng)鏡片組310與320的位置不同， 產(chǎn)生的光線角度分布也不同，說明310與320的位置變化可以獲得照明相干因子的變化。圖 5(b)為環(huán)形照明模式，與圖5(a)對(duì)比，310與320的位置都相同，軸椎鏡330的移動(dòng)產(chǎn)生了照明模式的轉(zhuǎn)換。圖6為光瞳整形裝置的另一較佳實(shí)施例，其中420與430為可動(dòng)鏡片組， 按照要求移動(dòng)可以控制照明相干因子的變化，410的移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)照明模式的轉(zhuǎn)換。 圖7為聚光系統(tǒng)150的一個(gè)較佳實(shí)施例。聚光系統(tǒng)采用了最少一片反射式光學(xué)元件，以達(dá)到光路的轉(zhuǎn)折。聚光系統(tǒng)的最后一片與照明場(chǎng)之間的距離大于100mm，以便其他功能性部件的空間安排。在本實(shí)施例中，使用9片光學(xué)鏡片組成，中間加一個(gè)反射鏡以轉(zhuǎn)折光路，這種組成結(jié)構(gòu)可以使得從勻光系統(tǒng)出來(lái)的光線擁有良好的遠(yuǎn)心性和邊緣銳度，通過該系統(tǒng)可以得到光刻設(shè)備所需要的合適尺寸大小的均勻照明場(chǎng)。聚光系統(tǒng)150可以有很多種不同的實(shí)現(xiàn)方法，在此僅舉一例加以說明。圖8為本發(fā)明所樹共的照明系 蕭實(shí)現(xiàn)的兩種照明方式的示意圖。其中，圖8(a)為傳統(tǒng)圓形照明模式，圖8(b)為環(huán)形照明模式，可以看到，在照明場(chǎng)160上，兩種照明模式擁有不同的光線分布。圖9為汞燈調(diào)節(jié)裝置的示意圖。如圖所示，汞燈可以在X、Y、Z三個(gè)方向自動(dòng)調(diào)節(jié)，其中Z軸的自動(dòng)調(diào)節(jié)與光瞳整形裝置配合，通過Z軸的調(diào)節(jié)，改變經(jīng)反光碗反射的光束聚焦的Z軸坐標(biāo)，同時(shí)配合光瞳整形裝置中的可動(dòng)鏡組的移動(dòng)，可以改變相干因子，獲得更大的相干因子變化范圍，同時(shí)降低光瞳整形裝置的設(shè)計(jì)難度和減少可動(dòng)鏡組的數(shù)量，提高性能并降低成本。光束整形裝置的實(shí)現(xiàn)方式與汞燈調(diào)節(jié)裝置170配合，在需要改變照明裝置的相干因子時(shí)，通過汞燈的自動(dòng)Z軸移動(dòng)，改變汞燈光源經(jīng)反光碗聚焦的光束聚焦的Z軸坐標(biāo)，相當(dāng)于光束整形裝置130的入口 180的位置改變，等同于增加了光束整形裝置130的可動(dòng)鏡片組，配合其他可動(dòng)鏡片組的移動(dòng)，達(dá)到變化相干因子的目的。使用汞燈調(diào)節(jié)裝置170，可以在不降低性能的同時(shí)減少130的可動(dòng)鏡片組數(shù)量，從而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。在汞燈無(wú)法移動(dòng)的情況下，分別使用3組、4組、5組、6組可動(dòng)鏡片的結(jié)構(gòu)相干因子變化范圍如下表所示
權(quán)利要求
1.一種使用汞燈光源的光刻照明裝置，其特征在于包括一汞燈光源；一反光碗，用來(lái)會(huì)聚汞燈的光能；一光瞳整形裝置，用來(lái)產(chǎn)生連續(xù)可變的光瞳和轉(zhuǎn)換照明模式；一勻光器件，以獲得更好的照明均勻性；一聚光系統(tǒng)；一汞燈位置調(diào)節(jié)裝置，通過移動(dòng)汞燈的位置， 改變汞燈光源發(fā)出的光線的相干因子，獲得所需要的照明場(chǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其中，光瞳整形裝置包括固定鏡組，軸椎鏡，可動(dòng)鏡組；可動(dòng)鏡組包括至少三組可動(dòng)鏡片。
3.如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其中，光瞳整形裝置包括可動(dòng)鏡組，可動(dòng)軸椎鏡組和固定鏡組；可動(dòng)鏡組包括至少兩組可動(dòng)鏡片。
4.如權(quán)利要求2或3所述的光刻照明裝置，其中，軸椎鏡組為一個(gè)凹軸椎鏡和一個(gè)凸軸椎鏡；凸軸椎鏡元件包含兩個(gè)光學(xué)表面一個(gè)圓錐面，而另一個(gè)光學(xué)表面有一定的曲率；在照明相干因子的設(shè)計(jì)改變時(shí)，移動(dòng)每組可動(dòng)鏡組與凸軸椎鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其中，汞燈位置調(diào)節(jié)裝置使汞燈在X、Y、Z三個(gè)方向自動(dòng)調(diào)節(jié)；汞燈位置調(diào)節(jié)裝置與光瞳整形裝置配合得到合適的光瞳，改變相干因子。
6.如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其中，照明模式包括傳統(tǒng)常規(guī)的圓形照明和非傳統(tǒng)的環(huán)形照明兩種模式。
7.如權(quán)利要求6所述的光刻照明裝置，其中，圓形照明模式的圓場(chǎng)半徑根據(jù)需要連續(xù)變化，環(huán)形照明模式的內(nèi)外環(huán)半徑按照需要連續(xù)變化。
8.如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其中，聚光系統(tǒng)采用了最少一片反射式光學(xué)元件，以達(dá)到光路的轉(zhuǎn)折；聚光系統(tǒng)的最后一片與照明場(chǎng)之間的距離大于100mm，以便其他功能性部件的空間安排。
9.如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其中，勻光器件為微透鏡陣列與石英棒組合的結(jié)構(gòu)，按照光線傳播方向，至少一片微透鏡陣列置于石英棒之前。
10.如權(quán)利要求9所述的光刻照明裝置，其中，石英棒橫截面為矩形或正方形，并且長(zhǎng)度大于250mm。
全文摘要
一種使用汞燈光源的光刻照明裝置，包括一汞燈光源；一反光碗，用來(lái)會(huì)聚汞燈的光能；一光瞳整形裝置，用來(lái)產(chǎn)生連續(xù)可變的光瞳和轉(zhuǎn)換照明模式；一勻光器件，以獲得更好的照明均勻性；一聚光系統(tǒng)；一汞燈位置調(diào)節(jié)裝置，通過移動(dòng)汞燈的位置，改變汞燈光源發(fā)出的光線的相干因子；獲得所需要的照明場(chǎng)。本發(fā)明提供的照明裝置，可以使用更少元件簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換照明模式和照明相干因子，并且不需要更換元件。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102221785SQ20101014664
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者韓雨青 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司