專利名稱：一種深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及深紫外光刻照明系統(tǒng)中一套調(diào)整相干因子的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學(xué)投影光刻是利用光學(xué)投影成像的原理，將掩模版上的集成電路(IC)圖形以分步重復(fù)或步進掃描曝光的方式將高分辨率圖形轉(zhuǎn)移到涂膠硅片上的光學(xué)曝光過程。根據(jù)光刻機實際工作時不同的曝光要求，硅片上需要不同的數(shù)值孔徑或者相干因
子。 現(xiàn)有的技術(shù)主要是利用楔形勻光棒來獲得不同的曝光視場、數(shù)值孔徑或相干因子。也可以利用楔形勻光棒配合變焦透鏡組來獲得不同的曝光視場、數(shù)值孔徑或相干因子。如中國專利CN101477317A采用了楔形勻光棒的方法來改變照明系統(tǒng)的相干因子。請參考圖1，該系統(tǒng)主要包括汞燈光源，橢圓反射鏡100，勻光棒200，準(zhǔn)直透鏡300 (含透鏡310和透鏡320)，照明場400。汞燈光源發(fā)出的光經(jīng)橢圓反射鏡100會聚后，由勻光棒201的入射端入射并經(jīng)由出射端出射，再經(jīng)過準(zhǔn)直鏡300變成平行光，在照明場400上形成照明視場。對于出射口徑是入射口徑的k倍的勻光棒，其出射數(shù)值孔徑是入射數(shù)值孔徑的I/k。在上述系統(tǒng)中，光依次經(jīng)過勻光棒和放大率固定的中繼透鏡后，在照明場上形成與勻光棒201出射端面成比例的照明視場。系統(tǒng)中利用步進電機控制勻光棒，互換出射端口和入射端口實現(xiàn)數(shù)值孔徑和曝光視場的變換。請參考圖2(a)和圖2(b)。圖2(a)和2 (b)所示系統(tǒng)的照明視場與勻光棒出射端的面積比值都為中繼系統(tǒng)的放大率。保持系統(tǒng)的其它條件不變，由圖2(a)所示系統(tǒng)變成圖2(b)所示系統(tǒng)時，系統(tǒng)的數(shù)值孔徑減小，照明視場變大，相干因子也相應(yīng)的變大。在上述系統(tǒng)中還可以采用變焦的中繼透鏡來改變系統(tǒng)的相干因子。再請參考圖3，當(dāng)圖3中的中繼透鏡前組向Z軸負(fù)方向移動時，出射的數(shù)值孔徑減小，視場將增大，相干因子減小。利用此方法可以獲得較大范圍的數(shù)值孔徑和相干因子變化，并且系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較簡單。然而對于較長的勻光棒，調(diào)換勻光棒的端面需要較大的空間，使得照明系統(tǒng)的體積增大，成本增加。勻光棒長度越長，變化勻光棒的位置所需要的步進電機的精度就越高，變化位置的過程需要的時間也越長，容易影響光刻機的曝光效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，能用簡單的方法改變照明系統(tǒng)的相干因子，提高光刻機的效率，降低成本。本發(fā)明技術(shù)解決方案一種深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，包括聚光鏡組，位于深紫外光刻照明系統(tǒng)的照明光路上，將得到的平行光會聚到勻光棒入射端口附近；勻光棒，位于所述聚光鏡組的光路上，聚光鏡組出射的光經(jīng)由勻光棒的入射端入射，并由其出射端出射；所述勻光棒有多根，所有勻光棒的出射端口徑相同，入射端口徑不同；
控制裝置，被固定在深紫外光刻照明系統(tǒng)的機械外殼上，用來固定所述多根勻光棒，控制裝置有平行于照明系統(tǒng)光軸的旋轉(zhuǎn)軸，控制裝置繞此軸旋轉(zhuǎn)即可調(diào)整每根勻光棒的位置，使指定的勻光棒置于照明系統(tǒng)光路中參與調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的相干因子；中繼透鏡，位于所述控制裝置的出光光路上；照明場，位于所述中繼透鏡后的系統(tǒng)光路上。所述勻光棒入射端口口徑與出射端口口徑的比值在1/3到I. 333的范圍內(nèi)變化，勻光棒的端面形狀為正方形或長方形。所述勻光棒的材料是熔石英或者氟化鈣。所述控制裝置由分辨率> 0.0001°，單向重復(fù)性> 0.0005°，絕對控制精度達到0.01°的高精度旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動，可以達到很高控制精度。所述聚光鏡組還為變焦鏡組。所述照明場為掩模面。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于本發(fā)明利用控制裝置控制出射端口徑相同但是入射端口徑不同的一系列勻光棒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相干因子，控制裝置只需繞著平行于照明系統(tǒng)光軸的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)多檔數(shù)值孔徑，也就是相干因子的變化。這種方法比通過調(diào)換勻光棒的兩端面位置來改變數(shù)值孔徑的方法需要的空間小，可有效減小照明系統(tǒng)的體積；控制裝置利用高精度旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動，可以達到很高控制精度；通過簡單的方法實現(xiàn)多檔相干因子變換，增加曝光效率。
圖I為中國專利CN101477317中使用楔形勻光棒來調(diào)節(jié)系統(tǒng)相干因子的照明系統(tǒng)；圖2(a)和圖2(b)為中國專利CN101477317中使用楔形勻光棒調(diào)節(jié)系統(tǒng)相干因子的實施示意圖；圖3(a)和圖3(b)為中國專利CN101477317中使用楔形勻光棒配合變焦的中繼透鏡調(diào)節(jié)系統(tǒng)相干因子的實施示意圖；圖4為控制裝置的示意圖。其中圖4(a)為控制裝置固定4根勻光棒時的示意圖；圖4(b)為控制裝置固定3根勻光棒時的示意圖；圖4(c)為控制裝置固定5根勻光棒時的示意圖。其中，左圖為控制裝置在YZ平面內(nèi)的投影圖，右圖為控制裝置在XY平面內(nèi)的投影圖。圖5所示為本發(fā)明第一較佳實施例的照明系統(tǒng)方案圖；其中圖5(a)為勻光棒502a置于照明系統(tǒng)光路中的系統(tǒng)示意圖；圖5(b)為在XY平面內(nèi)將圖502a所示系統(tǒng)順時針旋轉(zhuǎn)90°后勻光棒502b置于照明系統(tǒng)光路中的系統(tǒng)示意圖；圖5(()為在XY平面內(nèi)將圖502a所不系統(tǒng)順時針旋轉(zhuǎn)180°后勻光棒502c置于照明系統(tǒng)光路中的系統(tǒng)不意圖；圖5(d)為在XY平面內(nèi)將圖502a所示系統(tǒng)逆時針旋轉(zhuǎn)90°后勻光棒502d置于照明系統(tǒng)光路中的系統(tǒng)不意圖。圖6(a)所示為本發(fā)明第二較佳實施例的照明系統(tǒng)方案圖；圖6(13)為將圖6(a)第2組聚光鏡組102的位置向-Z方向移動Ad后的照明系統(tǒng)方案圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細地描述。本發(fā)明能用簡單的方法實現(xiàn)多檔相干因子變換，減小照明系統(tǒng)空間，增加曝光效率。本發(fā)明利用控制裝置控制出射端口徑相同但是入射端口徑不同的一系列勻光棒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相干因子，控制裝置只需繞著平行于照明系統(tǒng)光軸的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)多檔數(shù)值孔徑，也就是相干因子的變化。此方法比通過調(diào)換單根勻光棒的端面位置改變數(shù)值孔徑的方法需要的空間小?？刂蒲b置利用高精度旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動，可以達到很高的控制精度。衡量一個光學(xué)系統(tǒng)收集光線的能力是拉格朗日不變量I = hnu_h，n，U，式中h、n和u分別表示物高、物空間折射率以及邊緣光線在物空間的角度；h’、n’、u’分別表示像高、像空間折射率以及邊緣光線在像空間的角度。盡管該關(guān)系式只在近軸近 似范圍內(nèi)嚴(yán)格有效，但按下列方式使用時精度也足夠精確hnsinu = h，n，sinu’利用勻光棒端口的直徑D代替式中的h，在本系統(tǒng)的說明中更為方便。勻光棒兩端的拉格朗日不變量相等，即D1Hsinu1=D2Hsinu2式中D1, U1，為勻光棒入射端的口徑和入射角。D2，U2為出射端的直徑和出射角。勻光棒的出射端面是入射端面直徑的k倍，由上述公式可得knsinufnsinuy即出射端的數(shù)值孔徑是入射端數(shù)值孔徑的1/k。如圖5 (a)、圖5 (b)、圖5 (C)、圖5 (d)所不，本發(fā)明包括聚光鏡組501 ;勻光棒502a、勻光棒502b、勻光棒502c和勻光棒502d，圖5 (a)中，勻光棒502a位于所述聚光鏡組501的出光光路上，所述聚光鏡組501出射的光經(jīng)由勻光棒502a的入射端入射并由其出射端出射；控制裝置503用來固定所述的多根勻光棒，并對勻光棒的位置進行調(diào)整；中繼透鏡
504,位于所述控制裝置503后的系統(tǒng)光路上；照明場505,位于所述中繼透鏡504的出光光路上。在本實施例中，照明場505為掩模面。本實施例中勻光棒502采用熔石英材料，其兩端面形狀都為正方形，光由聚光鏡組501進入勻光棒502，再經(jīng)過中繼透鏡504，照明掩模面
505。本實施例中勻光棒502入射端口徑是10mm，出射端口徑是30mm，勻光棒502沿Z軸方向的長度為100mm。聚光鏡的數(shù)值孔徑為0. 21，F(xiàn)數(shù)為2. 38，入射光束為帶一定發(fā)散角的近似平行光，柯克三片式透鏡即可實現(xiàn)聚光功能。由拉格朗日不變定理=D1Iisinu1=D2Iisinu2,其中D2=SD1,則Ssinu2=Sinu1,可得勻光棒出射端的數(shù)值孔徑為0. 07。定義相干因子O為照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑與投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑之比，表示為o =NAin/NApo如果中繼透鏡504的放大率為2倍，則在掩模面505上可得到60mm*60mm的曝光視場，可得到掩模面上的數(shù)值孔徑為0. 035，即照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0. 035。本實施例設(shè)定投影物鏡的物方數(shù)值孔徑為0. 15，即投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0. 15，則系統(tǒng)的相干因子為0. 233。在投影光刻物鏡的數(shù)值孔徑固定的光刻系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相干因子。旋轉(zhuǎn)控制裝置503可以調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。除了勻光棒502a外，控制裝置503中還固定了 3根勻光棒，分別為502b，502c和502d。本實施例中四根勻光棒的出射端口徑均為30mm，勻光棒502b，502c和502d的入射端口徑分別為20mm、 25mm、30mm。所有勻光棒的軸向中心到旋轉(zhuǎn)軸中心的距離相同,相鄰兩根勻光棒的中心與控制裝置503的中心的連線所成夾角同為90°，其它實施例中若分別固定3根和5根勻光棒時，其所形成的夾角分別為120°和72°，當(dāng)然數(shù)量更多的時候，其所形成的夾角也對應(yīng)的發(fā)生變化。將如圖5(a)所示系統(tǒng)中的控制裝置503繞旋轉(zhuǎn)軸順時針旋轉(zhuǎn)90°，勻光棒502b被放置在系統(tǒng)的光路上，系統(tǒng)如圖5(b)所示。勻光棒的入射端口徑變成20mm，出射端的口徑不變。入射端的數(shù)值孔徑仍為0. 21，出射端的數(shù)值孔徑變?yōu)?. 14，經(jīng)過中繼透鏡504后，在掩模面505上獲得的曝光視場仍為60mm*60mm，照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0. 07，相干因子為0. 47。將如圖5(a)所示系統(tǒng)中的控制裝置繞其旋轉(zhuǎn)軸順時針旋轉(zhuǎn)180°，勻光棒502c被放置在系統(tǒng)的光路中，如圖5(c)。勻光棒502c的入射端口徑變成25mm，出射端的口徑不變。入射端的數(shù)值孔徑仍為0. 21，出射端的數(shù)值孔徑變?yōu)?. 175，經(jīng)過中繼透鏡504后，在掩模面505上獲得的曝光視場仍為60mm*60mm，照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0. 0875，相干因子為0. 58。將如圖5 (a)所示系統(tǒng)中的控制裝置繞其旋轉(zhuǎn)軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°，勻光棒502d被放置在系統(tǒng)的光路中，如圖5(d)。勻光棒的入射端口徑變成30_，出射端的口徑不變。入射端的數(shù)值孔徑仍為0. 21，出射端的數(shù)值孔徑變?yōu)?. 21，經(jīng)過中繼透鏡504后，在掩模面505上獲得的曝光視場仍為60mm*60mm，照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0. 105，相干因子為0. 7?？刂蒲b置503經(jīng)過3次旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的相干因子由0. 233分別變成了 0. 47,0. 58和0. 7?？刂蒲b置由高精度旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動，可以獲得較高的精度。高精度旋轉(zhuǎn)臺可繞旋轉(zhuǎn)軸360 °雙向旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)中選擇合適轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)臺，以不影響曝光效率為前提。對于上述的控制裝置，相鄰兩根石英棒軸向中心與控制裝置中心的連線所形成的夾角為90°。選用設(shè)計最大轉(zhuǎn)速為40° /s的旋轉(zhuǎn)臺，將圖5(a)的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)2s，再將旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為4° /s，再旋轉(zhuǎn)2. 5s。最后微量調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺的位置，使勻光棒置于系統(tǒng)光路中。鑒于上述調(diào)整過程，系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的單向控制重復(fù)性、反轉(zhuǎn)角度值、絕對控制精度以及旋轉(zhuǎn)的抖動都有很高的要求。當(dāng)上述系統(tǒng)中勻光棒的入射端口徑與出射端口徑的比值為I. 333，即勻光棒的入射端口徑約為40mm時，勻光棒出射端的數(shù)值孔徑為0. 28，經(jīng)過中繼透鏡504后，在掩模面505上獲得的數(shù)值孔徑為0. 14，系統(tǒng)的相干因子為0. 93。只需將上述系統(tǒng)中勻光棒的入射端口徑控制在IOmm到40mm的范圍內(nèi)，就能獲得在0. 23到0. 93范圍內(nèi)變化的相干因子。為了獲得更多的相干因子檔位，控制裝置上可以固定更多數(shù)目的勻光棒。另外，照明系統(tǒng)中的聚光鏡組601和中繼透鏡604也可以采用變焦鏡組，如此結(jié)構(gòu)的照明系統(tǒng)能實現(xiàn)多相干因子的變化。參考圖6(a)和圖6(b)，圖6(a)和圖6(b)所示為本發(fā)明第二較佳實施例的方案圖。圖6(a)和圖6(b)為采用變焦的聚光鏡組的方案圖，采用變焦的聚光鏡組配合旋轉(zhuǎn)勻光棒的方式實現(xiàn)對曝光視場、相干因子的調(diào)節(jié)。圖6(b)將圖6(a)聚光鏡組中601b的位置向-Z軸方向移動A d的距離，601a和601c的位置不變，移動位置后，勻光棒入射端口的數(shù)值孔徑變大，在照明場上獲得的數(shù)值孔徑和系統(tǒng)的相干因子也相應(yīng)增大。將控制裝置和變焦鏡聯(lián)合起來控制系統(tǒng)的相干因子，可以獲得更大范圍的相干因子調(diào)整范圍。本發(fā)明中的勻光棒除了采用熔石英外，還可以采用氟化鈣材料。本發(fā)明中勻光棒出射端面的形狀除了為正方形外，還可以為矩形，此時系統(tǒng)的照明場則是勻光棒出射端面經(jīng)中繼透鏡放大后的矩形。 采用本發(fā)明改變系統(tǒng)的數(shù)值孔徑、相干因子簡單易行，比單用旋轉(zhuǎn)勻光棒的方法更容易。綜上所述，本發(fā)明利用兩端面積不同的勻光棒，并利用旋轉(zhuǎn)臺來控制勻光棒的位置，只需將控制裝置繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一定度數(shù)將指定的勻光棒置于系統(tǒng)光路中即可實現(xiàn)數(shù)值孔徑和曝光視場的變換。相對于旋轉(zhuǎn)單根勻光棒調(diào)節(jié)數(shù)值孔徑的方法，本發(fā)明通過高精度旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動控制裝置，使不同的勻光棒置于光路中參與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相干因子，能達到較高精度。單獨使用勻光棒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑、相干因子時，可獲得多檔變化。若要實現(xiàn)更大范圍的數(shù)值孔徑、相干因子變化，則可采用變焦鏡組配合勻光棒的方法，提高效率，降低成本。
權(quán)利要求
1.一種深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于包括 聚光鏡組，位于深紫外光刻照明系統(tǒng)的照明光路上，將經(jīng)擴束整形得到的平行光會聚到勻光棒入射端口附近； 勻光棒，位于所述聚光鏡組后的光路上，聚光鏡組出射的光經(jīng)由勻光棒的入射端入射，并由其出射端出射；所述勻光棒有多根，所有勻光棒的出射端口徑相同，入射端口徑不同； 控制裝置，被固定在深紫外光刻照明系統(tǒng)的機械外殼上，用來固定所述多根勻光棒，控制裝置有平行于照明系統(tǒng)光軸的旋轉(zhuǎn)軸，控制裝置繞此軸旋轉(zhuǎn)即可調(diào)整每根勻光棒的位置，使指定的勻光棒置于照明系統(tǒng)光路中參與調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的相干因子； 中繼透鏡，位于所述控制裝置的出光光路上； 照明場，位于所述中繼透鏡后的系統(tǒng)光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述勻光棒入射端口口徑與出射端口口徑的比值在1/3到I. 333的范圍內(nèi)變化，勻光棒的端面形狀為正方形或長方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述勻光棒的材料是熔石英或者氟化鈣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置由分辨率> O. 0001°，單向重復(fù)性> O. 0005°，絕對控制精度達到O. 01°的旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述聚光鏡組還是變焦鏡組。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于所述照明場為掩模面。
全文摘要
一種深紫外光刻照明系統(tǒng)中的相干因子調(diào)整系統(tǒng)，包括聚光鏡組，位于照明系統(tǒng)的照明光路上，負(fù)責(zé)將光會聚到指定位置；勻光棒，位于系統(tǒng)所述聚光鏡組的光路上，聚光鏡組會聚的光經(jīng)由勻光棒的入射端入射并經(jīng)由出射端出射；控制裝置，用來固定多根不同口徑比的勻光棒，裝置有平行于照明系統(tǒng)光軸的旋轉(zhuǎn)軸，裝置繞此軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整勻光棒的位置，使指定的勻光棒置于照明系統(tǒng)光路中參與調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的相干因子；所述控制裝置由高精度旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動；中繼透鏡位于所述勻光棒的出射光路上；照明場，位于所述中繼透鏡的出光光路上。本發(fā)明能用簡單的方法調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相干因子，或者簡化變焦透鏡的設(shè)計復(fù)雜度，達到簡化結(jié)構(gòu)降低成本的目的。
文檔編號G03F7/20GK102955371SQ20121026494
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者盧亮, 張海波, 廖志杰, 林嫵媚, 邢廷文, 甘大春, 何毅 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所