微光刻投射曝光设备的照明系统技术方案

一种微光刻投射曝光设备(10)的照明系统，包含：光瞳形成单元(36)，其引导光至空间光调制器(52)上，该空间光调制器以空间解析方式透射或反射照射光。物镜(58)，将该空间光调制器(52)的光离开表面(57)成像于光学积分器(60)的光进入分面(75)上，如此该光离开表面(57)上物体区域(110)的像(110')与所述光进入分面中的一个光进入分面完全重合。该光瞳形成单元(36)以及该空间光调制器(52)受到控制，使得该物体区域(110)由该光瞳形成单元(36)完全照明，并且至少部分且可变地防止与所述物体区域(110)中的点关联的投射光照射至所述光进入分面(75)中的所述一个光进入分面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及微光刻曝光设备中照明掩模的照明系统，尤其是包含光学积分器的这种系统，所述光学积分器配置成在光瞳平面中产生多个第二光源。本专利技术还涉及一种操作这种照明系统的方法。
技术介绍
微光刻(也称为光刻技术或简称为光刻)为一种用于集成电路、液晶显示器以及其它微结构装置的制造的技术。微光刻工艺结合蚀刻工艺用于图案化特征于已形成在例如硅晶片的基板上的薄膜堆叠中。在制造每一层时，首先在晶片上涂布光刻胶，就是对例如深紫外(deepultraviolet，DUV)光的辐射敏感的材料。接下来，顶端具有光刻胶的晶片在投射曝光设备内暴露于投射光下。该设备将包含图案的掩模投射至光刻胶上，如此后者仅在掩模图案所决定的特定位置处曝光。曝光之后，显影光刻胶以产生对应于掩模图案的像。然后，蚀刻工艺将图案转印至晶片上的薄膜堆叠上。最后，去除光刻胶。使用不同的掩模重复此工艺，导致多层微结构部件。投射曝光设备一般包含：光源；用该光源产生的投射光照明掩模的照明系统；用于对准掩模的掩模台；投射物镜以及用于对准涂覆光刻胶的晶片的晶片对准台。该照明系统照明掩模上例如具有矩形或弯曲狭缝形状的场。在目前的投射曝光设备中，两种不同类型的设备有所差异。在一种类型中，通过将整个掩模图案一下子曝光于目标部分上来照射晶片上每一目标部分。这种设备通常称为晶片步进机。在另一种类型的设备(通常称为步进扫描设备或扫描仪)中，通过沿着扫描方向在投射光束下逐步扫描掩模图案，同时在与此方向平行或反平行方向上同步移动基板，照射每一目标部分。晶片速度与掩模速度的比例等于投射物镜的放大率，通常小于1，例如为1：4。应了解的是，术语“掩模”(或掩模母版)广义上解释为图案化装置。常用的掩模包含不透明或反射图案，并且可为例如二元、交替相移、衰减相位移或多种混合掩模类型。然而，还可为主动掩模，例如实现为可编程反射镜阵列的掩模。另外，可使用可编程LCD阵列作为主动掩模。随着制造微结构装置的技术进步，对于照明系统的要求也不断提高。理想来说，照明系统用具有良好限定的空间与角辐照度分布的投射光照明掩模上照明场的每一点。术语角辐照度分布描述朝向掩模平面中特定点会聚的光集束的总光能如何在构成光集束的多个光线方向中分布。照射在掩模上的投射光的角辐照度分布通常适配于投射于光刻胶上的图案种类。通常，角辐照度分布取决于图案包含的特征的尺寸、取向与节距。投射光最常用的角辐照度分布称为常规、环形、双极、四极照明设定。这些术语涉及照明系统的光瞳平面中的辐照度分布。例如，在环形照明设定的情况下，仅照明光瞳平面中的环形区域。如此，在投射光的角辐照度分布中仅存在小角度范围，并且所有光射线都以类似角度倾斜照射掩模。本领域已知不同手段来修改掩模平面中投射光的角辐照度分布，如此达成期望的照明设定。在最简单的情况中，光阑(光圈)包含定位于照明系统光瞳平面中的一个或多个孔径。因为光瞳平面中的位置转译成傅立叶相关场平面(如掩模平面)中的角度，光瞳平面中所述一个或多个孔径的大小、形状与位置决定掩模平面中的角辐照度分布。然而，照明设定的任何改变都需要替换光阑。这使得难以微调照明设定，因为这需要非常大量且具有稍微不同大小、形状或位置的孔径的光阑。更进一步，使用光阑不可避免地导致光损失，因此降低设备的产量。因此，许多常见的照明系统包含可调元件，使得可在至少特定程度连续改变光瞳平面的照明。许多照明系统使用可交换的衍射光学元件，以在光瞳平面中产生期望的空间辐照度分布。若在衍射光学元件与光瞳平面之间提供变焦光学系统以及一对轴锥镜元件，则可调整此空间辐照度分布。最近已提议使用反射镜阵列照明光瞳平面。在EP1262836A1中，将反射镜阵列实现为微机电系统(micro-electromechanicalsystem，MEMS)，其包含超过1000个显微反射镜。每一反射镜都可往两个彼此垂直的不同平面倾斜。因此入射到这种反射镜装置的辐射可反射至(基本上)任何期望的半球方向。布置在反射镜阵列与光瞳平面之间的聚光透镜将反射镜所产生的反射角度转至光瞳平面中的位置。这种已知的照明系统使得可使用多个斑点照明光瞳平面，其中每一斑点与一个特定显微反射镜关联，并且可通过倾斜此反射镜而在光瞳平面上自由移动。已知类似的照明系统来自US2006/0087634A1、US7,061,582B2、WO2005/026843A2以及WO2010/006687A1。US2010/0157269A1公开一种照明系统，其中微反射镜的阵列直接成像在掩模上。如上面进一步提及，通常期望至少在扫描积分之后，使用相同辐照度与角辐照度分布来照明掩模上所有点。若用不同辐照度照明掩模上的点，这通常导致晶片级临界尺寸(criticaldimension，CD)的非期望变化。例如：在辐照度变化存在时，掩模上的均匀线在光敏层上的像也可具有沿着其长度的辐照度变化。因为光刻胶的固定曝光阈值，这种辐照度变化直接转成应该由线的像所限定的结构的宽度变化。若角辐照度分布在掩模上的照明场上是变化的，这对于光敏表面上所产生的像质量也会有负面影响。例如，若角辐照度分布并未完美平衡(即从一侧照射在掩模点上的光线比相对侧更多)，则若光敏表面并未完美布置在投射物镜的焦点平面中，该光敏表面上的共轭像点将横向位移。针对修改照明场中的空间辐照度分布，US6,404,499A和US2006/0244941A1提出机械装置，其包含并排布置并与扫描方向平行对准的不透明指状光阑元件的两个相对阵列。每一对相对的光阑元件都可沿着扫描方向位移，使得光阑元件的相对末端之间的距离改变。若此装置布置在照明系统由物镜成像在掩模上的场平面中，则可产生狭缝形照明场，其沿着扫描方向的宽度可沿着交叉扫描方向变化。因为在扫描工艺期间已经积分辐照度，因此可针对照明场中多个交叉扫描位置微调积分的辐照度(有时也称为照明剂量)。不幸的是，这些装置的机械上非常复杂与昂贵。这还由于以下事实：这些装置必须布置在场平面中或非常靠近场平面，该场平面中通常布置可移动场光阑的叶片。以场相关方式调整角辐照度分布更加困难。这主要是因为空间辐照度分布仅是空间坐标x、y的函数，而角辐照度分布还取决于角度α、β。WO2012/100791A1公开一种照明系统，其中第一反射镜阵列用来在照明系统的光瞳平面中产生期望的辐照度分布。在靠近光瞳平面之处，布置具有多个光进入分面的光学积分器。因此，所述光进入分面的像重叠在掩模上。反射镜阵列产生的光斑点具有的面积比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微光刻投射曝光设备(10)的照明系统，包含：a)光瞳平面(76)；b)掩模平面(88)，其中能够布置要由投射光照明的掩模(16)；c)光学积分器(60)，配置成产生定位于所述光瞳平面(76)中的多个第二光源(106)，其中所述光学积分器(60)包含多个光进入分面(75)，所述多个光进入分面中的每一个与所述第二光源(106)之一关联，并且其中所述光进入分面的像至少基本上在所述掩模平面内重叠；d)空间光调制器(52)，具有光离开表面(57)并且配置成以空间解析方式透射或反射照射的投射光；e)光瞳形成单元(36)，配置成引导投射光至所述空间光调制器上；f)物镜(58)，将所述空间光调制器(52)的光离开表面(57)成像于所述光学积分器(60)的光进入分面(75)上，使得所述光离开表面(57)上物体区域(110)的像(110')与所述光进入分面(75)中的一个光进入分面完全重合；g)控制单元(90)，配置成控制所述光瞳形成单元(36)以及所述空间光调制器(52)，使得所述物体区域(110)由所述光瞳形成单元(36)完全照明，并且至少部分且可变地防止与所述物体区域(110)中的点关联的投射光照射至所述光进入分面(75)中的所述一个光进入分面上。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 EP 13194135.31.一种微光刻投射曝光设备(10)的照明系统，包含：
a)光瞳平面(76)；
b)掩模平面(88)，其中能够布置要由投射光照明的掩模(16)；
c)光学积分器(60)，配置成产生定位于所述光瞳平面(76)中的多个第二光源(106)，其
中所述光学积分器(60)包含多个光进入分面(75)，所述多个光进入分面中的每一个与所述
第二光源(106)之一关联，并且其中所述光进入分面的像至少基本上在所述掩模平面内重
叠；
d)空间光调制器(52)，具有光离开表面(57)并且配置成以空间解析方式透射或反射照
射的投射光；
e)光瞳形成单元(36)，配置成引导投射光至所述空间光调制器上；
f)物镜(58)，将所述空间光调制器(52)的光离开表面(57)成像于所述光学积分器(60)
的光进入分面(75)上，使得所述光离开表面(57)上物体区域(110)的像(110')与所述光进
入分面(75)中的一个光进入分面完全重合；
g)控制单元(90)，配置成控制所述光瞳形成单元(36)以及所述空间光调制器(52)，使
得所述物体区域(110)由所述光瞳形成单元(36)完全照明，并且至少部分且可变地防止与
所述物体区域(110)中的点关联的投射光照射至所述光进入分面(75)中的所述一个光进入
分面上。
2.如权利要求1的照明系统，其中，所述光瞳形成单元(36)包含第一反射或透明光束偏
转元件(40)的第一光束偏转阵列(38)，其中每一个光束偏转元件(40)配置成照明所述空间
光调制器(52)上的斑点(94)，所述斑点位于通过改变所述光束偏转元件(40)所产生的偏转
角而可变的位置。
3.如权利要求1或2的照明系统，其中，所述空间光调制器(52)包含第二反射或透明光
束偏转元件(56)的第二光束偏转阵列(54)，其中每一个第二光束偏转元件(56)能够处于
“开启”状态和“关闭”状态，所述每一个第二光束偏转元件在该“开启”状态引导照射光朝向
所述光学积分器(60)，并且在该“关闭”状态引导照射光至别处。
4.如权利要求3的照明系统，其中，所述第二光束偏转阵列(54)为数字反射镜装置。
5.如权利要求3或4的照明系统，其中，至少10个第二光束偏转元件(56)布置在所述物
体区域(110)中。
6.如权利要求3至5中任一项的照明系统，其中，布置在所述物体区域(110)中的相邻第
二光束偏转元件(56)的中央沿着直线对齐，并且其中所述直线的像(116)与所述光进入分
面(75)中的所述一个光进入分面的边界线形成角α，其中α与m·45°不同，而m＝0、1、2、
3、……。
7.如权利要求6的照明系统，其中，所述第二光束偏转元件(56)的边界布置在第一矩形
栅格内、所述光进入分面(75)的边界布置在第二矩形栅格内，并且其中所述第一矩形栅格
在所述光进入分面(75)上形成的像(114)与所述第二矩形栅格形成所述角α。
8.如权利要求3至7中任一项的照明系统，其中，所述物体区域(110)沿着第一方向(X)
的长度大于所述物体区域沿着第二方向(Y)的长度，所述第二方向与所述第一方向垂直，并
且其中所述物镜(58)为变形物镜，其具有放大率M，|M|沿着所述第一方向(X)时小于沿着所
述第二方向(Y)时。
9.如权利要求8的照明系统，其中，所述第二方向对应至扫描方向(Y)，所述掩模(16)在
由所述照明系统(12)照明时沿所述扫描方向移动。
10.如权利要求3至9中任一项的照明系统，其中，所述第二光束偏转元件(56)布置在所
述物镜(58)的与其中布置所述光进入分面(75)的平面平行的物平面中，并且其中所述第二
光束偏转元件(56)在所述“开启”状态产生照射光非零的偏转角。
11.如权利要求3至10中任一项的照明系统，其中，所述第二光束偏转元件(56)布置在
所述物镜的与其中布置所述光进入分面的平面平行的物平面中，并且其中所述物镜(图25
中的58)在物侧非远心，在像侧远心。
12.如权利要求3至11中任一项的照明系统，包含散射板(122)，其布置在所述光学光调
制器(52)与所述掩模平面(88)之间的光路中。
13.如前述权利要求中任一项的照明系统，其中，所述光瞳形成单元(36)完全照明所述
空间光调制器(52)的光离开表面(57)上全部物体区域(110)的至少一半。
14.如权利要求2的照明系统，其中，由所述第一光束偏转元件(40)在所述物体区域
(110)上所产生的光斑点(94)大于所述物体区域。
15.如前述权利要求中任一项的照明系统，其中，所述光学光调制器(52)的光离开表面
(57)上的物体区域(110)为主动物体区域，使得能够防止与所述主动物体区域(110)中的点
关联的投射光照射在所述光进入分面(75)中的所述一个光进入分面上，并且其中所述空间
光调制器(52)包含另一个物体区域(140)，其为被动物体区域，使得不能防止与所述被动物
体区域中的点关联的投射光照射在所述光进入分面(75)中的所述一个光进入分面上。
16.如权利要求15的照明系统，其中，由所述光瞳形成单元(36)在所述空间光调制器
(52)上产生的辐照度在所述主动物体区域(110)上高于在所述被动物体区域上。
17.如权利要求15或16的照明系统，其中，所述被动物体区域与所述主动物体区域布置
为关于所述照明系统(12)的光轴(OA)彼此点对称。
18.如权利要求17的照明系统，其中，所述光学光调制器(52)包含多个主动物体区域
(110)以及多个被动物体区域，其中每一个被动物体区域都布置为与所述主动物体区域之
一点对称。
19.如权利要求1至14中任一项的照明系统，其中，所述光学光调制器(52)的光离开表
面(57)包含由未成像于所述光进入分面(75)上的区域(130)所分隔的物体区域(110)的组
(54-1、54-2)，并且其中，所述物镜(58)配置成组合所述物体区域(110)的像(110')，使得所
述物体区域的像(110')在所述光学积分器(60)上相接。
20.如权利要求18的照明系统，其中，所述物镜(58)包含：
a)第一光学元件(134)的第一阵列，其中每一个第一光学元件都在中间像平面(132)中
形成所述组(54-1、54-2)之一的放大像；及
b)成像光学系统(138)，将所述中间像平面(132)成像在所述光进入分面(75)上。
21.一种操作微光刻投射曝光设备的照明系统的方法，包含以下步骤：
a)在空间光调制器(52)上产生投射光的辐照度分布，所述空间光调制器具有光离开表
面(57)并且配置成以空间解析方式透射或反射照射的投射光，其中所述光离开表面包含由
投射光完全照明的物体区域(110)；
b)将所述光离开表面(57)上的物体区域(110)成像于光学积分器(60)的光进入分面
(75)上，使得所述物体区域(110)的像(110')与所述光进入分面(75)完全重合；及
c)控制所述空间光调制器(52)，使得至少部分防止与所述物体区域(110)中的点关联
的投射光照射在所述光进入分面(75)上。
22.一种操作微光刻投射曝光设备的照明系统的方法，包含以下步骤：
a)完全照明空间光调制器(52)上...

【专利技术属性】
技术研发人员：M德冈瑟，V戴维登科，T科布，F施莱塞纳，S希尔特，W霍格勒，
申请(专利权)人：卡尔蔡司SMT有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE