一种光刻照明系统技术方案

本发明专利技术提供的光刻照明系统，涉及用于半导体光刻机的照明系统。所述的光刻照明系统依次包括：光源，扩束器，衍射光学模块，变焦透镜，旋转三棱镜，微透镜阵列模块和聚光镜，其中，所述光源产生的照明光束用于照亮一个照明场，所述微透镜阵列模块至少包括一个微透镜阵列和两对刀口阵列，或者两个微透镜阵列和两对刀口阵列。本发明专利技术的光刻照明系统结构简单、透过率高，能够产生大小可调节并满足远心要求的一维梯形光强分布照明场。本发明专利技术的光刻照明系统可用于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 种含有像散微透镜元件的光刻照明系统。
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造，如二极管、三极管和集成电路。在半导体器件制造工艺中，为了达到光刻机剂量控制的要求，通常需要扫 描光刻机的照明系统形成一维梯形光强分布的照明场，还需要改变照明场的大 小以适应不同的工艺条件和半导体晶片尺寸。图1显示了典型的一维梯形光强分布照明场10,其在一维(x)方向上具有均匀光强分布11，在与之正交的另 一维(y)方向上具有梯形光强分布12。图2显示了目前普遍^f吏用的产生一维梯形光强分布照明场的方法。首先， 产生一个均勻照明场20,然后将均匀照明场20离焦，使得照明场由中央向边缘 光强逐渐减弱，并在离焦面上;^文置刀口 21、 22。在xz平面上，刀口 21在离焦 面档光，由于边缘的光线被阻挡，使得照明场在x方向上具有均匀光强分布； 在yz平面上，刀口22没有挡光，因此由离焦造成了照明场在y方向上具有梯 形光强分布，从而获得所需的梯形光强分布照明场。这种方法的一大缺点是刀 口21、 22挡光会造成光能损失，同时也会降低系统的透过率。除了上述离焦方法外，SVG公司在美国专利US 5631721中揭露了一种产生 一维梯形光强分布照明场的光刻照明系统。如图3(a)所示，该照明系统包括光源31,光束调节器32,多焦点阵列元件33，聚光镜34，阵列光学元件35， 两个刀口 36、 37，像散中继透镜38，以及掩模版39。光源31发出的光经过光 束调节器32后被扩束，再经过多焦点阵列元件33形成多个二次光源。利用聚 光镜34和位于聚光镜34后的阵列光学元件35可将二次光源均匀地投射到36 平面上。这里的阵列光学元件35可以是衍射光学元件，也可以是微透镜阵列， 它的作用是用来改变出射光的光束角分布，即改变照明系统的照明模式。图3(b)是图3(a)照明系统后半部分的详细结构，在该照明系统中，像散中 继透镜38包含两个柱面透镜(图中未示出)，因此，具有36和37两个与照明 场39共轭的平面。其中36平面在x方向与照明场39共辄，37平面在y方向与 照明场39共轭。由于从阵列光学元件35出射的光束均勻照明36平面，因此36 平面具有均匀光强分布，37平面具有梯形光强分布(由于37平面相对36平面 空间分离)。这样，在像散中继透镜38的像面39上获得了一维梯形光强分布。上述照明系统的一大缺点是必须使用中继透镜38才能获得大小连续可调的 一维梯形光强分布照明场39,中继透镜38的使用降低了照明系统的透过率，增 加了系统结构的复杂性。此外，在半导体器件的光刻制作中，还要求照明系统具有可变的照明模式， 以满足不同的光刻需求；具有连续可变的部分相干性，使照明系统光瞳的外径 和内径大小连续可调；以及具有满足远心要求的照明场。为此，迫切需要一种 结构简单、透过率高，且能符合上迷各种性能要求的光刻照明系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光刻照明系统，它光学结构简单、系统透过率 高，不仅能产生大小可调节并满足远心要求的一维梯形光强分布照明场，而且 能提供多种照明;漠式，同时，具有连续可变的部分相干性。本专利技术的目的是这样实现的 一种光刻照明系统，其实质性特点在于，所 述的光刻照明系统依次包括光源，扩束器，衍射光学模块，变焦透镜，旋转 三棱镜，微透镜阵列模块和聚光镜，其中，所述光源产生的照明光束用于照亮 一个照明场。在上述的光刻照明系统中，所述的衍射光学^t块具有多个可替换的衍射光学元件，所述的衍射光学元件可以产生特定照明模式，所述的特定照明模式是 圆形、环形、双极或四极照明才莫式。在上述的光刻照明系统中，所述变焦透镜的前焦面与所迷衍射光学模块的 位置重合。在上述的光刻照明系统中，所述的微透镜阵列模块包括 一个微透镜阵列， 其前后两个表面都具有二维微柱面结构；两对刀口阵列；以及一个远心调节微 透镜阵列。其中，所述微透镜阵列的前表面将入射光束分割成多个二次光源， 并使入射光束在所述微透镜阵列内部会聚；所述微透镜阵列的前表面位于所述 变焦透镜和旋转三棱镜的出瞳面上，且所述孩t透镜阵列的前表面的后焦面与后 表面的物面重合；所述微透镜阵列的后表面具有^f象散功能，其在xz平面和yz 平面的孔径光阑位置不重合；所述的两对刀口阵列分别位于所述微透镜阵列的 后表面在xz平面和yz平面的孔径光阑面上，所述远心调节微透镜阵列的前焦 面与所述微透镜阵列的后表面在xz平面或yz平面的孔径光阑面重合。在上述的光刻照明系统中，所述的微透镜阵列模块包括第一微透镜阵列， 第二微透镜阵列，两对刀口阵列，以及一个远心调节微透镜阵列。其中，所述 第一、第二微透镜阵列和远心调节微透镜阵列，都具有二维微柱面结构；所述 第一微透镜阵列位于所述变焦透镜和旋转三棱镜的出瞳面上，且所述第一微透 镜阵列的后焦面与所述第二微透镜阵列的物面重合；所述第二微透镜阵列具有 像散功能，其在xz平面和yz平面的孔径光阑位置不重合；所述的两对刀口阵 列分別位于所述第二微透镜阵列xz平面和yz平面的孔径光阑面上，所述远心 调节微透镜阵列的前焦面与所述第二微透镜阵列xz平面或yz平面的孔径光阑 重合。本专利技术由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优 点和积极效果1. 本专利技术的光刻照明系统采用了具有像散微透镜元件的微透镜阵列模块， 无需通过刀口挡光即可获得一维梯形光强分布的照明场，避免了刀口挡光造成 的能量损失，大大提高了照明系统的透过率。2. 本专利技术通过将刀口阵列置于微透镜阵列模块内部，使得本专利技术不再需要 采用中继透镜，从而筒化了照明系统的结构，降低了制造成本。3. 本专利技术采用了特殊的刀口阵列设计，通过每对刀口阵列中两块刀口阵列 板的相对运动来调节通光孔径，从而改变照明场的大小。由于刀口阵列板只需 相对移动很小的距离就可以明显改变照明场的大小，因此，可以降低刀口的运 动速度，从而提高系统工作的稳定性，也降低了刀口运动机构设计的难度。4. 本专利技术通过在微透镜阵列模块中设置远心调节微透镜，使出射光束的主 光线平行于光轴，保证了入射到照明场光线的远心性。5. 本专利技术的光瞳整形装置采用了衍射光学模块和旋转三棱镜等元件，使得 光刻照明系统能变换出多种照明模式，并具有连续可调的照明相干性，从而满 足不同的光刻需求。附图说明本专利技术的光刻照明系统的具体结构由以下的实施例及附图给出。 图1为一维梯形光强分布照明场的光强示意图2为现有技术中通过离焦、挡光的方法获得一维梯形光强分布照明场的 示意图3为SVG公司用于获得一维梯形光强分布照明场的光刻照明系统的结构 及光强分布示意图4为本专利技术光刻照明系统的结构框图5为本专利技术一实施例的微透镜阵列模块的结构和光路示意图； 图6(a)-(d)给出了微透镜阵列模块的几种典型的实现方式； . 图7为本专利技术的微透镜阵列可采用的二维微柱面结构示意图； 图8为刀口阵列的结构示意图9为本专利技术另一实施例的光刻照明系统的具体结构示意图。 具体实施例方式以下将对本专利技术的光刻照明系统作进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻照明系统，其特征在于，所述的光刻照明系统依次包括：光源，扩束器，衍射光学模块，变焦透镜，旋转三棱镜，微透镜阵列模块和聚光镜，其中，所述光源产生的照明光束用于照亮一个照明场。

【技术特征摘要】

【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]