一种用于微光刻的照明光学系统技术方案

本发明专利技术是一种用于微光刻的照明光学系统，涉及用于半导体光刻机的照明系统。所述的照明光学系统基于来自光源的光束照明一个照明场，它从物侧开始依次包括：扩束器、第一微透镜阵列模块、衍射光学模块、变焦透镜、第二微透镜阵列模块和聚光镜，且所述的第二微透镜阵列模块内还设置有第一和第二刀口阵列对。采用本发明专利技术的照明光学系统可以获得光强均匀的照明光瞳和一维梯形光强分布的照明场，并且具有多种照明模式。此外，该照明光学系统在改变照明光瞳的过程中不损失光能，并且具有较高的光学透过率。本发明专利技术的照明光学系统可用于２４８ｎｍ、１９３ｎｍ或者其他波长的光刻机上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微光刻领域，涉及用于半导体光刻机的照明系统，特别涉及一 种用于微光刻的照明光学系统。
技术介绍
光刻法(亦称微光刻法)用于制造半导体器件。光刻法使用各种波长的光，如紫外(uv)、深uv 、可见光等，在半导体器件设计中产生精细的图案。许多种半导体器件都能够用光刻技术制作，如二极管、三极管和集成电路。根据半导体器件光刻制作的要求，扫描光刻机所需的照明系统需要形成一 维梯形光强分布的照明场。并且在半导体制作中，由于含有电路图的掩模版大 小不同，还需要改变照明场的大小，使该照明场的大小能够适应不同的工艺条 件和半导体晶片尺寸。在微光刻领域中，有时要刻一些特殊的图形，这就要求光刻机的照明系统 具有可变的照明模式。常用的照明模式主要有圓形照明、环形照明、双极照明 和四极照明等，这就要求照明系统的照明光瞳能变化出上述模式。另外，根据 光刻曝光的要求，需要光刻机具有连续可变的部分相干性，也就是说，要使照 明系统光瞳的外径和内径连续可调。此外，在半导体器件的光刻制作中，还要求照明系统具有光强均匀的光瞳 面和高的透过率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于微光刻的照明光学系统，它不仅可以提供 光强均匀的照明光瞳和一维梯形光强分布的照明场，而且能够提供多种照明模 式(圓形、环形、双极、四极)，此外，该照明光学系统在改变照明光瞳的过程 中不损失光能，并且具有较高的光学透过率。本专利技术的目的是这样实现的 一种用于樣史光刻的照明光学系统，基于来自 光源的光束照明 一个照明场，其实质性特点在于，所述的照明光学系统从物侧开始依次包括扩束器、第一微透镜阵列模块、衍射光学模块、变焦透镜、第 二微透镜阵列模块和聚光镜，且所述的第二微透镜阵列模块内还设置有第一和 第二刀口阵列对。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的第一微透镜阵列模块包括 至少两块微透镜阵列板，所述的微透镜阵列板使入射光会聚并产生多个焦点。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的至少两块微透镜阵列板中， 至少有一块是可移动的。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的两块微透镜阵列板是凸凹 组合或者凸凸组合；所述的两块以上的微透镜阵列板是能够会聚光线的任意组 合。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的微透镜阵列板的填充形状 从圓形、方形和六边形所组成的集合中选出，且所述第一微透镜阵列模块的出 射光线的孔径角与所述微透镜阵列板的填充形状有关。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的衍射光学模块可根据照明 模式替换。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的衍射光学模块是一个转轮， 可以在不同的照明模式下，将相应远场分布的衍射光学元件转入系统中。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的衍射光学元件是能够产生 特定照明模式的衍射光学片。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的衍射光学元件可以从菲涅 耳透镜、微透镜阵列和衍射光栅所组成的集合中选出。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的衍射光学模块在圓形照明 模式下也可以是一个通孔。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的衍射光学模块位于所述的 第 一微透镜阵列才莫块的后焦面上或者后焦面附近。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的衍射光学模块采用紫外波 段透过率高、耐热性好的晶体材料制造。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的衍射光学模块采用熔融石 英制造。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述变焦透镜的前焦面与所述衍射光学模块的位置重合。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的变焦透镜具有连续变化的 焦距。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的第二微透镜阵列模块具有 矩形的数值孔径。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的第二微透镜阵列模块将所 述变焦透镜的照明光瞳分割成数个二次光源。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的第二微透镜阵列模块包括 三块二维微柱面阵列板。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，按照光线依次经过的顺序，第一块二维微柱面阵列板位于所述变焦透镜的后焦面上；第二块二维微柱面阵列板 的前焦面与第 一块二维微柱面阵列板的后焦面重合。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，第二块二维微柱面阵列板x方向 和y方向的后焦面位置不重合，且所述的第一和第二刀口阵列对分别设置于第 二块二维;欽柱面阵列纟反x方向和y方向的后焦面上。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，按照光线依次经过的顺序，第三 块二维微柱面阵列板的前焦面与第二块二维微柱面阵列板x方向或y方向的后 焦面重合，且第三块二维;徵柱面阵列板的后焦面与所述聚光^;的前焦面重合。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的第二微透镜阵列模块中， 只有第二块二维微柱面阵列板具有差生像散的功能。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的第 一和第二刀口阵列对分 别由两块刀口阵列板组成，且每块刀口阵列板具有数个大小相同的通光图案。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的通光图案是长条形开口 。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述第 一刀口阵列对的两块刀口 阵列板上，通光图案的个数与所述第二微透镜阵列模块的第二块二维微柱面阵 列板的微透镜行数相同，通光图案的位置和每行微透镜相对应。 在上述的用于樣i光刻的照明光学系统中，所述第二刀口阵列^于的两块刀口 阵列板上，通光图案的个数与所述第二微透镜阵列模块的第二块二维微柱面阵 列板的微透镜列数相同，通光图案的位置和每列微透镜相对应。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述第一和第二刀口阵列对上的 通光图案是互相正交的。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，通过改变每一刀口阵列对中两块刀口阵列板的相对位置，可以分别控制x方向和y方向照明场的大小。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的第 一刀口阵列对与照明场共辄，所述的第二刀口阵列对相对照明场的共扼面离焦。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，第一和第二刀口阵列对的距离决定照明场的梯形光强分布特征。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述聚光镜的后焦面与照明场重合。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述照明光学系统的照明场的大 小受第一和第二刀口阵列对通光孔径的控制连续可变，并且所述的两个刀口阵 列对分别独立控制照明场在x方向和y方向的大小。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述照明光学系统的照明模式， 是离散地可变的。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，在特定的照明模式下，照明光瞳 的外径和内径是分别连续可变的。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述的照明光学系统具有光强分 布均勻的照明光瞳。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述照明光学系统的照明场，是 一个矩形场。在上述的用于微光刻的照明光学系统中，所述照明光学系统的照明场，在 一维方向上具有均匀光强分布，在与之正交的另一维方向上具有梯形光强分布。 本专利技术由于采用了上述的技术方案，使之具有以下的优点和积极效果 1.由于本专利技术照明光学系统的衍射光学模块采用了可替换的光学组件，因 此该系统可以在光瞳上变化出多种不同的照明模式(如圆形、环形、双极、四 极等)，以满足不同的光刻需求。同时，由于衍射光学模块对入射光束未作任何 阻挡，使得照明光学系统在改变照明光瞳的过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微光刻的照明光学系统，基于来自光源的光束照明一个照明场，其特征在于，所述的照明光学系统从物侧开始依次包括：扩束器、第一微透镜阵列模块、衍射光学模块、变焦透镜、第二微透镜阵列模块和聚光镜，且所述的第二微透镜阵列模块内还设置有第一和第二刀口阵列对。

【技术特征摘要】
1、一种用于微光刻的照明光学系统，基于来自光源的光束照明一个照明场，其特征在于，所述的照明光学系统从物侧开始依次包括扩束器、第一微透镜阵列模块、衍射光学模块、变焦透镜、第二微透镜阵列模块和聚光镜，且所述的第二微透镜阵列模块内还设置有第一和第二刀口阵列对。2、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述的 第 一微透镜阵列模块包括至少两块微透镜阵列板，所述的微透镜阵列板使入射 光会聚并产生多个焦点。3、 如权利要求2所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述的 至少两块微透镜阵列板中，至少有一块是可移动的。4、 如权利要求2所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所迷的 两块微透镜阵列板是凸凹组合或者凸凸组合；所述的两块以上的微透镜阵列板 是能够会聚光线的任意组合。5、 如权利要求2所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述的 微透镜阵列板的填充形状从圆形、方形和六边形所组成的集合中选出。6、 如权利要求5所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述第 一微透镜阵列模块的出射光线的孔径角与所述微透镜阵列板的填充形状有关。7、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所迷的 衍射光学模块可根据照明模式替换。8、 如权利要求7所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述的 衍射光学模块是一个转轮，可以在不同的照明模式下，将相应远场分布的衍射 光学元件转入系统中。9、 如权利要求8所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述的 衍射光学元件是能够产生特定照明模式的衍射光学片。10、 如权利要求8所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 的衍射光学元件可以从菲涅耳透镜、微透镜阵列和衍射光栅所组成的集合中选 出。11、 如权利要求7所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述的衍射光学模块在圓形照明模式下可以是一个通孔。12、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 的衍射光学模块位于所述的第一微透镜阵列模块的后焦面上或者后焦面附近。13、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 的衍射光学模块采用紫外波段透过率高、耐热性好的晶体材料制造。14、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 的衍射光学模块采用熔融石英制造。15、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 变焦透镜的前焦面与所述衍射光学模块的位置重合。16、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 的变焦透镜具有连续变化的焦距。17、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 的第二微透镜阵列模块具有矩形的数值孔径。18、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 的第二微透镜阵列模块将所述变焦透镜的照明光瞳分割成数个二次光源。19、 如权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 的第二微透镜阵列模块包括三块二维微柱面阵列板。20、 如权利要求19所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于按照 光线依次经过的顺序，第一块二维微柱面阵列板位于所述变焦透镜的后焦面上。21、 如权利要求19所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于按照 光线依次经过的顺序，第二块二维微柱面阵列板的前焦面与第一块二维微柱面 阵列板的后焦面重合。22、 如权利要求19所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李仲禹，李铁军，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]