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，用于产生照明光束；光瞳整形模块，接收光源产生的照明光束，并形成有特定截面形状的照明光束；微透镜阵列模块，接收来自光瞳整形模块的照明光束，并形成具有一维梯形光强分布的照明光束；以及聚光镜，接收来自微透镜阵列模块的照明光束，并将会聚后的照明光束投射到一照明场上；其中，微透镜阵列模块包括至少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显示了目前普遍使用的产生一维梯形光强分布照明场的方法。首先， 产生一个均匀照明场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，并在离焦面上放置刀口 21、 22。在xz平面上，刀口21在离焦 面挡光，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^皮扩束，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4竟34后的阵列光学元件35可将二次光源均匀地^: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4厄的平面。其中36平面在x方向与照明场39共4厄，37平面在y方向与 照明场39共轭。由于从阵列光学元件35出射的光束均匀照明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，且能符合上述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 能提供多种照明模式，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，用于产生照明光束；光瞳整形模块，接收 所述光源产生的照明光束，并形成具有特定截面形状的照明光束；微透镜阵列 模块，接收来自所述光瞳整形模块的照明光束，并形成具有一维梯形光强分布 的照明光束；以及聚光镜，接收来自所述微透镜阵列模块的照明光束，并将会 聚后的照明光束投射到一照明场上；其中，所述的微透镜阵列模块包括至少两 个微透镜阵列和两对刀口阵列。在上述的光刻照明系统中，所述光源产生的照明光束的波长选自248nm、193nm、 157nm和126腿组成的集合。在上述的光刻照明系统中，在上述的光刻照明系统中，在上述的光刻照明系统中 和光阑。在上述的光刻照明系统中 和四极形组成的集合。在上述的光刻照明系统中，在上述的光刻照明系统中 面结构。在上述的光刻照明系统中 微透镜阵列和一个远心调节微透镜阵列，所述像散微透镜阵列在xz平面和yz 平面的孔径光阑位置不重合，所述远心调节微透镜阵列使出射光束远心。在上述的光刻照明系统中，所述的两对刀口阵列分别位于所述像散微透镜 阵列xz平面和yz平面的孔径光阑面上。在上述的光刻照明系统中，所述远心调节微透镜阵列的前焦面与所述像散 微透镜阵列xz平面或yz平面的孔径光阑重合，即与两对刀口阵列之一重合。在上述的光刻照明系统中，每对刀口阵列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。在上述的光刻照明系统中，所述的两对刀口阵列的通光图案是相互正交的， 通过改变每对刀口阵列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。在上述的光刻照明系统中，所述聚光镜的前焦面与所述远心调节微透镜阵 列的后焦面重合。在上述的光刻照明系统中，所述聚光镜的前焦面与所述远心调节微透镜阵 列的位置重合或在其附近。在上述的光刻照明系统中，所述的照明场是具有一维梯形光强分布的矩形 场，其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。所述的光瞳整形模块是一个孔径光阑。 所述的光瞳整形模块还包括混光元件。 ，所述的光瞳整形模块包括扩束器、混光元件,所述的特定截面形状选自圆形、环形、双极形所述的微透镜阵列模块具有矩形的数值孔径。 ,所述的至少两个微透镜阵列，都具有二维微柱，所述的至少两个微透镜阵列中，包含一个像散本专利技术的另一方案是提供一种光刻照明系统，其实质性特点在于，所述的光刻照明系统依次包括光源，用于产生照明光束；光瞳整形模块，接收所述 光源产生的照明光束，并形成具有特定截面形状的照明光束；像^U数透镜单元， 接收来自所述光瞳整形模块的照明光束，并使照明光束产生特定的像散；两对 刀口阵列；远心调节微透镜阵列，使出射光束远心；以及聚光镜，接收来自所 述微透镜阵列的光束并投射到一照明场上。在上述的光刻照明系统中，所述的像散微透镜单元包含一个厚透镜阵列， 其前后两个表面都具有二维微柱面结构。在上述的光刻照明系统中，所述厚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厚透镜阵列内部会聚，且所述厚透镜阵列的 前表面的后焦面是后表面的物面。在上述的光刻照明系统中，所述厚透镜阵列的后表面具有像散功能，其在 xz平面和yz平面的孔径光阑位置不重合。在上述的光刻照明系统中，所述的像散微透镜单元包含两个微透镜阵列， 其都具有二维微柱面结构。在上述的光刻照明系统中，按照光线依次经过的顺序，第一微透镜阵列的 后焦面与第二微透镜阵列的物面重合，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。本专利技术的又一方案是提供一种光刻照明系统，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，用于产生照明光束；光瞳整形模块，接收所述光源产生的照明光束，并形成具有特定截面形状的照明光束；微透镜阵列模块，接收来自所述光瞳整形模块的照明光束，并形成 具有一维梯形光强分布的照明光束；以及聚光镜，接收来自所述微透镜阵列模块的照明光束，并将会聚后的照明光束投射到一照明场上；其中，所述的微透镜阵列模块包括至少两个微透镜阵列和两对刀口阵列。

【技术特征摘要】
1、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，用于产生照明光束；光瞳整形模块，接收所述光源产生的照明光束，并形成具有特定截面形状的照明光束；微透镜阵列模块，接收来自所述光瞳整形模块的照明光束，并形成具有一维梯形光强分布的照明光束；以及聚光镜，接收来自所述微透镜阵列模块的照明光束，并将会聚后的照明光束投射到一照明场上；其中，所述的微透镜阵列模块包括至少两个微透镜阵列和两对刀口阵列。2、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述光源产生的照明 光束的波长选自248nm、 193nm、 157腿和126腿组成的集合。3、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述的光瞳整形模块 是一个孔径光阑。4、 如权利要求3所述的光刻照明系统，其特征在于所述的光瞳整形模块 还包括混光元件。5、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于，所述的光瞳整形模块 包括扩束器、混光元件和光阑。6、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述的特定截面形状 选自圆形、环形、双极形和四极形组成的集合。7、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述的微透镜阵列模 块具有矩形的数值孔径。8、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述的至少两个微透 镜阵列，都具有二维微柱面结构。9、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述的至少两个微透 镜阵列中，包含一个像散微透镜阵列和一个远心调节微透镜阵列，所述像散微 透镜阵列在xz平面和yz平面的孔径光阑位置不重合，所述远心调节微透镜阵 列使出射光束远心。10、 如权利要求9所述的光刻照明系统，其特征在于所述的两对刀口阵列分别位于所述像散微透镜阵列xz平面和yz平面的孔径光阑上。11、 如权利要求9所述的光刻照明系统，其特征在于所述远心调节微透镜阵列的前焦面与所述像散微透镜阵列xz平面或yz平面的孔径光阑重合。12、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于每对刀口阵列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。13、 如权利要求12所述的光刻照明系统，其特征在于所述的两对刀口阵列的通光图案是相互正交的，通过改变每对刀口阵列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。14、 如权利要求9所述的光刻照明系统，其特征在于所述聚光镜的前焦面与所述远心调节微透镜阵列的后焦面重合。15、 如权利要求9所述的光刻照明系统，其特征在于所述聚光镜的前焦面与所述远心调节微透镜阵列的位置重合或在其附近。16、 如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述的照明场是具有一维梯形光强分布的矩形场，其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。17、 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，用于产生照明光束；光瞳整形模块，接收所述光源产生的照明光束，并形成具有特定截面形状的照明光束；像散微透镜单元，接收来自所述光瞳整形模块的照明光束，并使照明光束产生特定的像散；两对刀口阵列；远心调节微透镜阵列，使出射光束远心；以及聚光镜，接收来自所述远心调节微透镜阵列的光束并投射到一照明场上。18、 如权利要求17所述的光刻照明系统，其特征在于所述的像散微透镜单元包含一个厚透镜阵列，其前后两个表面都具有二维微柱面结构。19、 如权利要求18所述的光刻照明系统，其特征在于所述厚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厚透镜阵列内部会聚。20、 如权利要求18所述的光刻照明系统，其特征在于所述厚透镜阵列的 前表面的后焦面是后表面的物面。21、 如权利要求18所述的光刻照明系统，其特征在于所述厚透镜阵列的 后表面具有像散功能，其在xz平面和yz平面的孔径光阑位置不重合。22、 如权利要求21所述的光刻照明系统，其特征在于所述的两对刀口阵 列分别位于所述厚透镜阵列的...

【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]