專利名稱：光刻照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種光刻照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著微電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，極大規(guī)模集成電路的加工設(shè)備一高端掃描光刻機(jī)的研制成為迫切的需求。照明系統(tǒng)可以為光刻機(jī)提供高均勻性照明、控制曝光劑量和實(shí)現(xiàn)離軸照明，從而提高光刻分辨率和增大焦深，是光刻機(jī)的重要組成部分。因此照明系統(tǒng)的性能直接影響著光刻機(jī)的性能。先技術(shù)[1](參見(jiàn)Mark Oskotsky, Lev Ryzhikov 等 Advanced illuminationsystem for use in microlithography, US Patent 7187430 B2, 2007)和先技術(shù)[2](參見(jiàn)Jorg Zimmermann, Paul Graupner 等 Generation of arbitrary freeform source shapesusingadvanced illumination systems in high-NA immersion scanners, Proc.0f SPIEVol.7640, 764005, 2010)都對(duì)一般光刻照明系統(tǒng)進(jìn)行了描述。如圖1所示，一般的光刻照明系統(tǒng)包括激光光源1、準(zhǔn)直擴(kuò)束單元2、光瞳整形單元3、第一微透鏡陣列4、第二微透鏡陣列5、聚光鏡組6、掃描狹縫7、照明鏡組8和掩膜9幾個(gè)主要部分。其中，第一微透鏡陣列4和第二微透鏡陣列5構(gòu)成了光刻照明系統(tǒng)的勻光單元。激光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束單元2、光瞳整形單元3后形成需求的照明模式，然后激光束再由勻光單元均勻化和聚光鏡組6聚焦后在聚光鏡組6的后焦面上形成均勻的光場(chǎng)，均勻光場(chǎng)經(jīng)過(guò)掃描狹縫7后由照明鏡組8成像到掩膜9上，掃描狹縫7在聚光鏡組6后焦平面處對(duì)均勻光場(chǎng)進(jìn)行了掃描，則掩膜上的光場(chǎng)也被相應(yīng)地掃描。掃描狹縫的掃描速度非常快，可達(dá)到160mm/s，會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)影響掩膜，進(jìn)而影響光刻系統(tǒng)的性能，故需要引入照明鏡組將掩膜和掃描狹縫分隔開(kāi)。照明鏡組的口徑一般較大(一般200mm左右)、且鏡片數(shù)目一般較多(一般10片左右),這樣就會(huì)減小系統(tǒng)的光束透過(guò)率，降低能量利用率，且使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種光刻照明系統(tǒng)，該光刻照明系統(tǒng)減小了掃描狹縫的掃描行程和速度，降低了掃描狹縫振動(dòng)帶來(lái)的影響，提高了系統(tǒng)透過(guò)率，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種光刻照明系統(tǒng)，包括激光光源、準(zhǔn)直擴(kuò)束單元、光瞳整形單元、第一微透鏡陣列、第二微透鏡陣列、聚光鏡組、掩膜、其特點(diǎn)在于還有微掃描狹縫陣列、運(yùn)動(dòng)控制單元和微積分棒陣列，上述元部件的位置關(guān)系是:激光光源出射的激光束依次經(jīng)過(guò)所述的準(zhǔn)直擴(kuò)束單元、光瞳整形單元、第一微透鏡陣列、微積分棒陣列、微掃描狹縫陣列、第二微透鏡陣列、聚光鏡組后照射到掩膜上；所述的運(yùn)動(dòng)控制單元與所述的微掃描狹縫陣列相連，控制所述的微掃描狹縫陣列的移動(dòng)速度與行程，掃描相應(yīng)的光場(chǎng)；所述的第一微透鏡陣列處于所述的光瞳整形單元的出瞳面；所述的微積分棒陣列的入射端面位于第一微透鏡陣列的后焦面；微積分棒陣列的出射端面處于第二微透鏡陣列的前焦面；第二微透鏡陣列的后焦面與掩膜的位置相對(duì)于所述的聚光鏡組共軛，所述的第一微透鏡陣列由多個(gè)完全相同的第一微透鏡組成，所述的第二微透鏡陣列由多個(gè)完全相同的第二微透鏡組成，所述的微積分棒陣列由多個(gè)完全相同的微積分棒組成，所述的第一微透鏡、所述的微積分棒和所述的第二微
透鏡--對(duì)應(yīng)。所述的第一微透鏡陣列是由多個(gè)完全相同的第一微透鏡組成的，所述的第一微透鏡之間需緊密相連，所述的第一微透鏡為柱面鏡或球面鏡。所述的第二微透鏡陣列是由多個(gè)完全相同的第二微透鏡組成的，所述的第二微透鏡為柱面鏡或球面鏡，所述的第二微透鏡的視場(chǎng)與所述的第一微透鏡的視場(chǎng)不同。所述的微積分棒陣列是由多個(gè)完全相同的微積分棒組成的，所述的微積分棒為長(zhǎng)方體，所有所述的微積分棒的兩端分別利用第一支撐架和第二支撐架固定呈等間隔的二維矩陣排列，所述的間隔的尺寸要大于等于所述的微積分棒的端面尺寸。所述的微掃描狹縫陣列是由多個(gè)微掃描狹縫組成的，所述的微掃描狹縫位于所述的微積分棒的出射端面處，且穿插在所述的微積分棒兩兩之間的空間間隔里。所述的運(yùn)動(dòng)控制單元是控制所述的微積分棒陣列進(jìn)行一維或二維掃描移動(dòng)的。與先技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果如下:該光刻照明系統(tǒng)利用微積分棒陣列作為勻光單元，巧妙地將勻光單元和掃描狹縫結(jié)合了起來(lái)，即可利用聚光鏡組將掃描狹縫和掩膜分割開(kāi)來(lái)，這樣就省去了口徑較大(一般200mm左右)、鏡片數(shù)目較多(一般10片左右)照明鏡組的使用，減小了系統(tǒng)的吸收損耗，增大了透過(guò)率，提高了能量利用率，且簡(jiǎn) 化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該光刻照明系統(tǒng)用微掃描狹縫陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)的掃描狹縫，使得微掃描狹縫的掃描行程和運(yùn)動(dòng)速度都大大降低，這樣就減小了掃描狹縫陣列的振動(dòng)與其振動(dòng)帶來(lái)的影響，提聞了系統(tǒng)的性能。


圖1為現(xiàn)有光刻照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明一種微積分棒陣列的實(shí)現(xiàn)方式圖4為一種微掃描狹縫陣列的實(shí)現(xiàn)方式圖5為另一種微掃描狹縫陣列的實(shí)現(xiàn)方式圖6為積分棒勻光的原理7為光刻照明系統(tǒng)勻光與掃描成像的原理簡(jiǎn)圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖2可知，本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)包括激光光源1、準(zhǔn)直擴(kuò)束單元2、光瞳整形單元3、第一微透鏡陣列4、第二微透鏡陣列5、聚光鏡組6、微掃描狹縫陣列7、掩膜9、運(yùn)動(dòng)控制單元10和微積分棒陣列11 ;其位置關(guān)系是:激光光源I出射的激光束依次經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束單元2、光瞳整形單元3、第一微透鏡陣列4、微積分棒陣列11、微掃描狹縫陣列7、第二微透鏡陣列5、聚光鏡組6后照射到掩膜9上；運(yùn)動(dòng)控制單元10與微掃描狹縫陣列7相連，控制微掃描狹縫陣列7的移動(dòng)速度與行程，掃描相應(yīng)的光場(chǎng)；第一微透鏡陣列4處于光瞳整形單兀3的出瞳面；微積分棒陣列11的入射端面位于第一微透鏡陣列4的后焦面；微積分棒陣列11的出射端面處于第二微透鏡陣列5的前焦面；第二微透鏡陣列5的后焦面與掩膜9所處的位置是聚光鏡組6的一對(duì)共軛位置。第一微透鏡陣列4是由多個(gè)完全相同的第一微透鏡41組成的，每個(gè)第一微透鏡41之間需緊密相連，第一微透鏡41為柱面鏡或球面鏡。第二微透鏡陣列5是由多個(gè)完全相同的第二微透鏡51組成的，每個(gè)第二微透鏡51之間緊密相連，第二微透鏡51為柱面鏡或球面鏡，第二微透鏡51的視場(chǎng)與第一微透鏡41的視場(chǎng)不同。微積分棒陣列11是由多個(gè)完全相同的微積分棒111組成的，微積分棒111為長(zhǎng)方體，微積分棒111與第一微透鏡41和第二微透鏡51都是一一對(duì)應(yīng)的。請(qǐng)參閱圖3,圖3為一種微積分棒陣列的實(shí)現(xiàn)方式，圖3 (a)和圖3 (b)分別表不微積分棒陣列11的正視圖和側(cè)視圖。由圖3知，所有的微積分棒111的兩端分別利用第一支撐架112和第二支撐架113固定呈等間隔的二維矩陣排列，所述的間隔的尺寸要大于等于微積分棒111的端面尺寸。微掃描狹縫陣列7是由多個(gè)微掃描狹縫71組成的,微掃描狹縫71位于微積分棒111的出射端面處，且穿插在兩兩微積分棒111之間的空間間隔里。請(qǐng)參閱圖4和圖5 (黑色部分表示不透光部分，白色部分表示透光部分，即微掃描狹縫71)，圖4和圖5分別表示微掃描狹縫陣列的兩種實(shí)現(xiàn)方式。圖4所示的實(shí)現(xiàn)方式是將兩塊透光方向不同的微掃描狹縫陣列疊加使用，第一塊微掃描狹縫陣列的透光方向沿著y方向，當(dāng)其被運(yùn)動(dòng)控制單元10控制沿著X方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)X方向的光場(chǎng)進(jìn)行一維掃描，而第二塊微掃描狹縫陣列的透光方向沿著X方向，當(dāng)其被運(yùn)動(dòng)控制單元10控制沿著y方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)y方向的光場(chǎng)進(jìn)行一維掃描，當(dāng)兩塊微掃描狹縫陣列分別同時(shí)沿著X方向和y方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行二維掃描。圖5所示的實(shí)現(xiàn)方式是將圖4所示的兩塊微掃描狹縫陣列整合成一塊為掃描狹縫陣列，當(dāng)其被運(yùn)動(dòng)控制單元10控制沿著X方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)X方向的光場(chǎng)進(jìn)行一維掃描,沿著y方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)y方向的光場(chǎng)進(jìn)行一維掃描，而沿著X和y的角平分線移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行二維掃描。運(yùn)動(dòng)控制單元10是控制微掃描狹縫陣列7進(jìn)行一維或二維掃描移動(dòng)的。下面對(duì)本發(fā)明的主要部分——?jiǎng)蚬馀c掃描成像的原理進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。我們先對(duì)光刻照明系統(tǒng)采用的積分棒勻光的原理作簡(jiǎn)要的說(shuō)明。在文章(郭立萍，黃惠杰，王向朝.積分棒在步進(jìn)掃描投影光刻系統(tǒng)中的應(yīng)用，光子學(xué)報(bào)，Vol.35(7)，981-984，2005)中指出，一束平行光經(jīng)過(guò)透鏡I聚焦耦合進(jìn)積分棒里，光束在積分棒里多次反射轉(zhuǎn)折，形成了位于積分棒入射端面的若干虛點(diǎn)光源(如圖6中的S1等)，每一個(gè)虛點(diǎn)光源均代表入射光束的一個(gè)小孔徑的細(xì)光束，而每個(gè)虛點(diǎn)光源在透鏡2的像方對(duì)應(yīng)位置有一個(gè)相應(yīng)的像點(diǎn)(如圖6中的Pc^P1等)，則相應(yīng)的細(xì)光束投射到了透鏡2的像面上的相同區(qū)域， 這些細(xì)光束的迭加導(dǎo)致像面上的照明光強(qiáng)基本上處處相等。
基于積分棒勻光的原理，我們先參閱圖7，圖7是光刻照明系統(tǒng)的勻光與掃描成像的原理簡(jiǎn)圖。由圖7可知，經(jīng)過(guò)光瞳整形單元3出射的激光束被第一微透鏡陣列4分割且聚焦耦合進(jìn)微積分棒陣列11中，每一個(gè)被分割的子光束在對(duì)應(yīng)的微積分棒111中多次反射轉(zhuǎn)折，然后在微積分棒111的出射端面形成均勻光場(chǎng)。此時(shí)微積分棒111的端面相當(dāng)于若干個(gè)相同的子光源，這些子光源位于第二微透鏡51的前焦面上，故從第二微透鏡51出射的光束為平行光，這些平行光經(jīng)過(guò)聚光鏡組6聚焦后成像在掩膜9上。每個(gè)微積分棒111的相同位置的點(diǎn)光源發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)第二微透鏡51和聚光鏡組6后會(huì)聚到掩膜9上的同一點(diǎn)，即掩膜9上的每一點(diǎn)都是由不同微積分棒111的相同位置的點(diǎn)光源發(fā)出的不同數(shù)值孔徑的細(xì)光束迭加而成的，換句話說(shuō)，掩膜9上的光場(chǎng)是每個(gè)微積分棒111出射端面處的均勻光場(chǎng)的再次迭加，這樣掩膜9上就形成了均勻的光場(chǎng)。那么，如果微掃描狹縫71對(duì)微積分棒111的出射端面處的均勻光場(chǎng)進(jìn)行了掃描，則掩膜9上的光場(chǎng)也會(huì)相應(yīng)地被掃描。這樣我們就巧妙地將勻光單元和掃描狹縫結(jié)合了起來(lái)，省去了照明鏡組的使用。值得注意的是，在微積分棒111端面一定的情況下，微積分棒111越長(zhǎng)，其勻光效果也會(huì)越好，但同時(shí)光的吸收損耗也會(huì)越大，因而在追求高均勻性光場(chǎng)的同時(shí)也要兼顧系統(tǒng)透過(guò)率的需求。本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)利用微積分棒陣列和微掃描狹縫陣列實(shí)現(xiàn)了勻光和掃描，使得掃描狹縫的掃描行程和速度可大大降低，減小了其振動(dòng)帶來(lái)的影響，并省去了照明鏡組的使用，使系統(tǒng)的透過(guò)率大大增強(qiáng)，且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種光刻照明系統(tǒng)，包括激光光源(I)、準(zhǔn)直擴(kuò)束單兀(2)、光瞳整形單兀(3)、第一微透鏡陣列(4)、第二微透鏡陣列(5)、聚光鏡組(6)、、掩膜(9)、其特征在于還有微掃描狹縫陣列(7)、運(yùn)動(dòng)控制單元(10)和微積分棒陣列(11)，上述元部件的位置關(guān)系是:激光光源(I)出射的激光束依次經(jīng)過(guò)所述的準(zhǔn)直擴(kuò)束單元(2)、光瞳整形單元(3)、第一微透鏡陣列(4)、微積分棒陣列(11)、微掃描狹縫陣列(7)、第二微透鏡陣列(5)、聚光鏡組(6)后照射到掩膜9上；所述的運(yùn)動(dòng)控制單元(10)與所述的微掃描狹縫陣列(7)相連，控制所述的微掃描狹縫陣列(7)的移動(dòng)速度與行程，掃描相應(yīng)的光場(chǎng)；所述的第一微透鏡陣列(4)處于所述的光瞳整形單元(3)的出瞳面；所述的微積分棒陣列(11)的入射端面位于第一微透鏡陣列(4)的后焦面；微積分棒陣列(11)的出射端面處于第二微透鏡陣列(5)的前焦面；第二微透鏡陣列(5)的后焦面與掩膜(9)的位置相對(duì)于所述的聚光鏡組(6)共軛，所述的第一微透鏡陣列(4)由多個(gè)完全相同的第一微透鏡(41)組成，所述的第二微透鏡陣列(5)由多個(gè)完全相同的第二微透鏡(51)組成，所述的微積分棒陣列(11)由多個(gè)完全相同的微積分棒(111)組成，所述的第一微透鏡(41)、所述的微積分棒(111)和所述的第二微透鏡(51)—一對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的第一微透鏡陣列(4)的第一微透鏡(41)之間緊密相連，所述的第一微透鏡為柱面鏡或球面鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的第二微透鏡(51)之間需緊密相連，第二微透鏡(51)為柱面鏡或球面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻照明系統(tǒng)，其特征在于所述的第二微透鏡(51)的視場(chǎng)與第一微透鏡(41)的視場(chǎng)不同。
5.根據(jù)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積分棒(111)為長(zhǎng)方體，所有的微積分棒(111)的兩端分別利用第一支撐架(112)和第二支撐架(113)固定呈等間隔的二維矩陣排列，所述的間隔的尺寸要大于等于微積分棒(111)的端面尺寸。
6.根據(jù)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掃描狹縫陣列(7)由多個(gè)微掃描狹縫(71)組成，每個(gè)微掃描狹縫(71)位于所述的微積分棒(111)的出射端面處并穿插在兩兩微積分棒(111)之間的空間間隔里。
7.根據(jù)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掃描狹縫陣列(7)是由透光方向沿y方向排列的第一塊微掃描狹縫陣列和透光方向沿X方向排列的第二塊微掃描狹縫陣列的疊加構(gòu)成，當(dāng)所述的運(yùn)動(dòng)控制單元(10)控制所述的第一塊微掃描狹縫陣列沿著X方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)X方向的光場(chǎng)進(jìn)行一維掃描，當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制單元(10)控制第二塊微掃描狹縫陣列的透光方向沿著I方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)I方向的光場(chǎng)進(jìn)行一維掃描，當(dāng)兩塊微掃描狹縫陣列分別同時(shí)沿著X方向和y方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行二維掃描。
8.根據(jù)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掃描狹縫陣列(7)是一塊由多個(gè)小方塊掃描狹縫呈二維陣列分布的微掃描狹縫陣列，當(dāng)其被運(yùn)動(dòng)控制單元(10)控制沿著X方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)X方向的光場(chǎng)進(jìn)行一維掃描,沿著y方向移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)y方向的光場(chǎng)進(jìn)行一維掃描，而沿著X和y的角平分線移動(dòng)時(shí)就可以對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行二維掃描。
全文摘要
一種光刻照明系統(tǒng)，包括激光光源，沿激光光源的激光前進(jìn)方向依次是準(zhǔn)直擴(kuò)束單元、光瞳整形單元、第一微透鏡陣列、微積分棒陣列、微掃描狹縫陣列、第二微透鏡陣列、聚光鏡組和掩膜，運(yùn)動(dòng)控制單元控制所述的微掃描狹縫陣列的運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)減小了掃描狹縫的掃描行程和速度，降低了掃描狹縫振動(dòng)帶來(lái)的影響，提高了系統(tǒng)透過(guò)率，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03F7/20GK103092006SQ20131003057
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者曾愛(ài)軍, 朱玲琳, 方瑞芳, 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所