專利名稱：光刻照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻設(shè)備的照明技術(shù)，特別是涉及基于空間光調(diào)制器的光刻設(shè) 備照明技術(shù)。
背景技術(shù)：
光刻法用于制造半導(dǎo)體器件。光刻法使用電磁輻射，如紫外(uv)、深uv 、 或可見光，在半導(dǎo)體器件設(shè)計中產(chǎn)生精細(xì)的圖形。許多半導(dǎo)體器件，如二極管、 三極管和集成電路，能夠用光刻技術(shù)制作。
光刻曝光系統(tǒng)通常包括照明裝置，照明裝置從光源(如激光器)接受光輻 射，并產(chǎn)生照明光束來均勻照射包含了光刻線條的掩模圖形。光刻照明系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)通常采用柯勒照明，在典型的光刻照明裝置中，照明光束^^皮成形和控制為使 得該光束在光瞳平面處具有所需的空間強度分布，即照明模式，照明模式的類
型有傳統(tǒng)型、環(huán)形、二極照明和四極照明，另外還有反對稱型和六極型等照 明模式。在該光瞳平面處的空間強度分布實際上起到產(chǎn)生照明光束的二次光源 的作用。在光瞳平面之后，該二次光源通常由聚光鏡組聚光照射在掩模上，二 次光源的數(shù)量很多，經(jīng)過聚光鏡后，每一個二次光源都均勻地照射在掩模上， 這樣，所有的二次光源都均勻地混合，起到勻光的效果，實現(xiàn)均勻照明。
光刻曝光系統(tǒng)還包括投影物鏡系統(tǒng)，用于將掩模圖形成像在硅片上。投影 物鏡通常設(shè)計成雙遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。在實際光刻曝光系統(tǒng)中，成像過程既不是相 干光成像又不是非相千光成像，而是部分相干成像。在部分相干成像系統(tǒng)中， 像強分布是光源中每個點源相干成像結(jié)果的權(quán)重之和，權(quán)重因子由光源分布決 定。每個點源的成像過程如圖1所示，部分相干光照明可以看作是無數(shù)這些點 源成像的疊加。公式(1)是部分相干照明的成像公式，該公式表明成像系統(tǒng)的 光源可以分解為一系列的點光源成像，每個點光源照明是相干光照明，每個點 光源照明所成的像在像面上進(jìn)行疊加形成最終的像。光刻仿真軟件Prolith的成
像模型正是根據(jù)這個理論，用公式表示如下
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中
/"，y,/;,/;)H五",乂/:,/;「 (2) 部分相干光成像理論表明，若用數(shù)學(xué)函數(shù)來表達(dá)最終在硅片面上所成的像，
該像函數(shù)由三部分組成，分別是掩模圖形空間分布M(;c，力，投影物鏡的光瞳函
數(shù)尸(A，/y)(包含像差因子)以及光源函數(shù)s(/;,/;)。
因此，為了增強光刻圖形的成像質(zhì)量，人們針對這三部分提出了很多分辨
率增強技術(shù)。掩模方面，采取移相掩模(PSM)以及光學(xué)臨近校正(OPC)，來 改善掩模圖形空間分布；設(shè)計大NA小像差的投影物鏡，來改善光鳴函數(shù)；釆
用離軸照明技術(shù)來改善光源函數(shù)。
實際中，要獲得優(yōu)化的光刻圖形，需要將三者結(jié)合起來綜合考慮。在光源
函數(shù)的選擇中，需要針對掩模的幾何分布特征選擇對應(yīng)的照明方式。隨著IC設(shè) 計的不斷提高和OPC技術(shù)的提高，掩模圖形的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，而對于復(fù)雜結(jié)
構(gòu)的掩模圖形，傳統(tǒng)的離軸照明技術(shù)如二極照明和四極照明已不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種帶光源濾波器的光刻照明裝置，以調(diào)制二次光 源的光強度，并利用計算機進(jìn)行實時控制。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種光刻照明裝置，按光束傳播的方向
依次包括激光器，衍射光學(xué)元件，變焦透鏡組，旋轉(zhuǎn)三棱鏡組，微透鏡陣列，
聚光鏡和掩模，其中，所述微透鏡陣列的一側(cè)設(shè)有一振幅型空間光調(diào)制器。
具體的，所述^[敖透#;陣列包括一組或一組以上柱面透#:陣列，所述空間光 調(diào)制器設(shè)置在微透鏡陣列的光闌面上。所述空間光調(diào)制器包括顯示器件和控制 單元，所述顯示器件由縱橫排列的像素組成，其中每個像素都可單獨對光線進(jìn) 行調(diào)制。所述空間光調(diào)制器通過其控制單元連接至一控制計算機，所述控制計 算機對空間光調(diào)制器像素得到的振幅調(diào)制信息進(jìn)行優(yōu)化計算，并將優(yōu)化計算的
結(jié)果裝載到所述控制單元，由控制單元將振幅信息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電壓，并加載 到對應(yīng)的空間光調(diào)制器像素上。所述空間光調(diào)制器是透射式空間光調(diào)制器或者 反射式空間光調(diào)制器。
本發(fā)明采用振幅型SLM放置在微透鏡陣列的光闌面上，作為光源濾波器， 其效果是調(diào)制照明光瞳上的光源分布。SLM的優(yōu)點是其每個像素對光波振幅的 調(diào)制可通過尋址電壓來進(jìn)行控制，并且SLM具有可編程控制的特點，原則上可 以利用SLM的振幅調(diào)制來產(chǎn)生任意的照明光源函數(shù)。這樣，就無需針對不同的 照明光源函數(shù)來離線設(shè)計衍射光學(xué)元件，無需針對照明光源函數(shù)設(shè)置微透鏡陣 列的孔徑光闌。 .
本發(fā)明可以方便地校正傳統(tǒng)、環(huán)形、二極和四極照明的光瞳均勻性。提高 了照明系統(tǒng)的光瞳質(zhì)量。本發(fā)明的操作比較靈活，方便實時，只需計算機編程 進(jìn)行在線控制，具有較高的響應(yīng)速度，提高了產(chǎn)率。
本發(fā)明可以提供更多的照明光瞳形貌，滿足了 一些特殊光刻線條對特殊照 明光瞳的需要。


圖1是點光源S照明的光刻成像過程示意圖2是美國專利US7245354公開的像素點光源的示意圖； .
圖3是振幅型空間光調(diào)制器的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)示意圖4是液晶空間光調(diào)制器(SLM)的受控原理圖5是本發(fā)明的光刻照明裝置的總體結(jié)構(gòu)圖6是SLM作光源濾波器的側(cè)視圖7是空間光調(diào)制器和微透鏡陣列的前視圖8是SLM作為光源濾波器的控制流程圖9是二極照明光瞳上的光源分布示意圖IO是調(diào)節(jié)SLM相關(guān)像素的透過率來補償照明光瞳均勻性的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖5是本發(fā)明的光刻照明裝置總體結(jié)構(gòu)圖，其包括沿光路依次排列的激光 器l( Laser )，擴束器2( Expander),衍射光學(xué)元件3( DOE )，變焦透鏡組4( Zoom )， 旋轉(zhuǎn)三棱鏡組5 (Axicon),空間光調(diào)制器6 ( SLM),孩《透4竟陣列7 (Micro lens array),聚光鏡8 ( Condenser),以及掩才莫9 (Mask )。 ，
由激光光源1發(fā)出的激光經(jīng)過擴束器2入射在衍射光學(xué)元件3上，衍射光 學(xué)元件3在遠(yuǎn)場形成特定的照明光瞳分布(可以產(chǎn)生諸如傳統(tǒng)、二極、四極等 照明模式)；變焦透鏡組4具有可變焦距，這樣可使衍射光學(xué)元件3衍射的光在 遠(yuǎn)場形成可變大小的光瞳分布，以調(diào)節(jié)照明相干因子的大小，旋轉(zhuǎn)三棱鏡組5 用于產(chǎn)生環(huán)形照明，由凹旋轉(zhuǎn)三棱鏡和凸旋轉(zhuǎn)三棱鏡組成，其中，凸旋轉(zhuǎn)三棱 鏡可以沿光軸移動，通過變焦透鏡組4和旋轉(zhuǎn)三棱鏡組5的合適設(shè)置，就可以 產(chǎn)生特定的照明光瞳形狀。
照明光瞳面入射在微透鏡陣列7上，微透鏡陣列7將光瞳面上的光形成許 多二次光源，這些二次光源組成了照明系統(tǒng)的光源函數(shù)分布。二次光源經(jīng)過聚 光鏡8使光均勻照明在掩模9面上，由于二次光源的數(shù)目很多，使光線得到充 分的混合，實現(xiàn)了均勻的照明。本發(fā)明在入射的光瞳面上，即微透鏡陣列附近 放置一振幅型的空間光調(diào)制器6以實現(xiàn)光源濾波?？臻g光調(diào)制器6的像素大小 和微透鏡陣列7的每個微透鏡尺寸相等，這樣空間光調(diào)制器的每個像素放置在 每個微透鏡的入射光闌上，對入射的平行光光強進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生所需的照明 光源函數(shù)。
空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator,簡稱SLM),具有質(zhì)量小，功耗低、 無機械惰性等特點，目前廣泛應(yīng)用在成像顯示、光束分束、激光束整形、相干 波前調(diào)制和振幅調(diào)制等領(lǐng)域。電尋址液晶空間光調(diào)制器，利用外電壓改變液晶 分子指向達(dá)到控制液晶的雙折射，從而實現(xiàn)對光波的調(diào)制作用。SLM的典型特 征是它包括多個獨立可尋址像素，每個像素由單個分立元件構(gòu)成，能夠用來調(diào) 制入射其上的光波的振幅和相位，如圖3所示。由于SLM可以方便的利用尋址 電壓進(jìn)行控制，這使得SLM成為了一種對光波進(jìn)行可編程的控制器件，可以方 便實時地作為光源濾波器使用。
SLM對光源函數(shù)的調(diào)制依賴于優(yōu)化計算所得到的光源函數(shù)。美國專利 US7245354提出了一種根據(jù)掩模圖案優(yōu)化照明光源函數(shù)的方法，具體方法為
把照明光瞳40分割成許多像素102i, 102ii, 102iii，如,圖2所示，這樣每個像素 代表一個點光源。通過優(yōu)化設(shè)計每個像素的照明強度，使每個像素的照明像在 硅片面上疊加得到像面。構(gòu)造評價像面質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)，這個目標(biāo)函數(shù)是每個 像素照明光強的函數(shù)，利用優(yōu)化算法求取目標(biāo)函數(shù)的最小值，可得到各個像素 的照明光強分布，從而得到最優(yōu)化的照明光源函數(shù)。該專利將光源、掩模和照 明像進(jìn)行了離散化。從而可以通過數(shù)值計算方法來解決優(yōu)化問題，求得的值就 是優(yōu)化的照明光源函數(shù)，照明光源函數(shù)用矩陣來表示，矩陣的行和列分別表示 光瞳面上的x和y坐標(biāo)，矩陣的凄M直為該二次光源的強度大小。
專利US7245354所述的光源矩陣的產(chǎn)生是通過衍射光學(xué)元件(DOE)來實 現(xiàn)，也可以通過傳統(tǒng)的光學(xué)透鏡和光闌來實現(xiàn)。DOE的衍射作用經(jīng)過設(shè)計以后 可以在遠(yuǎn)場形成以上所述的光源函lt分布，這種DOE元件可以通過光刻的方法 來制作。采用DOE在遠(yuǎn)場產(chǎn)生光源函數(shù)分布，需要根據(jù)不同的光源函數(shù)設(shè)計相 對應(yīng)的DOE元件。而采用傳統(tǒng)的光學(xué)透鏡和光闌來實現(xiàn)的話，每個光源像素的 透過率值需要通過對每個像素光闌設(shè)置相應(yīng)的透過率來實現(xiàn)，這兩種方法需要 離線設(shè)計，實現(xiàn)比較復(fù)雜。
需要說明的是，這種優(yōu)化算法并不是本發(fā)明的內(nèi)容。本發(fā)明主要是提供一 種產(chǎn)生照明光源分布的裝置，其特點是，可以根據(jù)優(yōu)化算法得到的照明光源函 數(shù)，將該光源函數(shù)分布轉(zhuǎn)化為SLM的透過率函數(shù)，從而實現(xiàn)調(diào)制照明光源的光 強的目的。
圖6為空間光調(diào)制器6作為光源濾波器的側(cè)視圖，圖7為空間光調(diào)制器6 和微透鏡陣列7的前視圖。其中，微透鏡陣列7由兩組縱橫排列的柱面透鏡陣 列701、 702組成。將SLM6放置在微透鏡陣列7的光闌面上，可以對入射的平 行光進(jìn)行振幅調(diào)制，從而使每個像素上對應(yīng)的二次光源的強度得到調(diào)制。SLM6 作為光波調(diào)制器可以放在農(nóng)t透鏡陣列7的前面，也可以放在微透鏡陣列7的后 面。SLM像素對光波振幅的調(diào)制由控制計算機來完成，如圖4所示卜計算機將 優(yōu)化計算所得的光源調(diào)制信息裝載到SLM的控制單元，該控制單元負(fù)責(zé)將振幅 信息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電壓，并尋址加到對應(yīng)的SLM每個像素S(x， y)上。
本發(fā)明所述的光刻照明裝置，可以利用計算機進(jìn)行實時的控制?？刂频牧?程圖如圖8所示，首先確定光刻問題，并選擇一仿真才莫型。將光源離散化，光
源用一系列具有x和y坐標(biāo)的點光源代替，并用數(shù)學(xué)矩陣表示光源函數(shù)，矩陣 的行和列分別表示照明光瞳面上的x和y坐標(biāo)的離散抽樣。計算每個點光源的 單獨響應(yīng)，即計算每個點光源照明所成空間像，該過程可以用光刻仿真軟件來 實現(xiàn)。將每個點光源照明所成的空間像疊加，并與理想的光刻圖形相比，優(yōu)化 調(diào)整每個像素點光源的照明強度，直到疊加空間像與理想圖形最為接近。最后 將最終優(yōu)化所得的光源函數(shù)加載到光源濾波器SLM上。
另外，本發(fā)明所述的照明系統(tǒng)，還可以對照明光瞳的均勻性進(jìn)行調(diào)節(jié)，照 明光瞳的均勻性包^舌x方向光瞳均勻性，y方向光瞳均勻性，和四才及方向光瞳均 勻性。x和y方向光瞳均勻性，分別是針對x方向和y方向上的二極照明，是指 二極照明的兩極照明強度之間的差異，如圖9所示的光源1和光源2的光強差 異。如果照明光瞳有x或y方向的光瞳不均勻，這將導(dǎo)致在離焦的情況下光刻 成像的位置偏差，并會對套刻精度產(chǎn)生影響。而四極方向光瞳均勻性是指照明 光瞳在四個象限的光瞳能量差異，四極方向光瞳的非均勻性，將會導(dǎo)致在刻接 觸孔形狀時，會產(chǎn)生光刻線條的橢圓性。SLM可以靈活方便的調(diào)制入射光瞳面 上每個像素點的光強，因此可以通過改變SLM上相關(guān)像素點的透過率來改善照 明光瞳的均勻性，如圖IO所示。
權(quán)利要求
1、一種光刻照明裝置，按光束傳播的方向依次包括激光器，衍射光學(xué)元件，變焦透鏡組，旋轉(zhuǎn)三棱鏡組，微透鏡陣列，聚光鏡和掩模，其特征在于，所述微透鏡陣列的一側(cè)設(shè)有一振幅型空間光調(diào)制器。
2、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其特征在于所述微透鏡陣列包括 一組或一組以上柱面透4竟陣列。
3、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其特征在于所述空間光調(diào)制器設(shè) 置在微透鏡陣列的光闌面上。
4、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其特征在于所述空間光調(diào)制器包 括顯示器件和控制單元。
5、 如權(quán)利要求4所述的光刻照明裝置，其特征在于所述顯示器件由縱橫 排列的像素組成，其中每個像素都可單獨對光線進(jìn)行調(diào)制。
6、 如權(quán)利要求4所述的光刻照明裝置，其特征在于所述空間光調(diào)制器通 過所述控制單元連接至一控制計算機，所述控制計算機對空間光調(diào)制器像素得 到的振幅調(diào)制信息進(jìn)行優(yōu)化計算，并將優(yōu)化計算的結(jié)果裝栽到所述控制單元， 由控制單元將振幅信息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電壓，并加載到對應(yīng)的空間光調(diào)制器像素 上。
7、 如權(quán)利要求1所述的光刻照明裝置，其特征在于所述空間光調(diào)制器是 透射式空間光調(diào)制器或者反射式空間光調(diào)制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光刻照明裝置，其按光束傳播方向依次包括激光器，衍射光學(xué)元件，變焦透鏡組，旋轉(zhuǎn)三棱鏡組，微透鏡陣列，聚光鏡和掩模，其中，所述微透鏡陣列的一側(cè)還設(shè)有一振幅型空間光調(diào)制器(SLM)。本發(fā)明采用振幅型SLM放置在微透鏡陣列的光闌面上，作為光源濾波器，調(diào)制照明光瞳上的光源分布。SLM的優(yōu)點是其每個像素對光波振幅的調(diào)制可通過尋址電壓來進(jìn)行控制，并且SLM具有可編程控制的特點，可以利用SLM的振幅調(diào)制來產(chǎn)生任意的照明光源函數(shù)。采用本發(fā)明的光刻照明裝置可以方便地校正傳統(tǒng)、環(huán)形、二極和四極照明的光瞳均勻性，提高照明系統(tǒng)的光瞳質(zhì)量。
文檔編號G02B3/02GK101349871SQ20081004259
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者勇 郭 申請人:上海微電子裝備有限公司