專利名稱：一種深紫外光刻照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深紫外光刻照明系統(tǒng)，屬于高分辨光刻技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是一種制造半導體器件技術(shù)，利用光學的方法將掩膜上的電路圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。光刻技術(shù)采用深紫外光源，如紫外(UV)、深紫外(DUV)等。多種半導體器件可以采用光刻技術(shù)制造，如二極管、晶體管和超大規(guī)模集成電路。一個典型的光刻曝光系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、掩膜、投影物鏡和硅片。其中照明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對掩膜的均勻照明?，F(xiàn)在，隨著半導體產(chǎn)品特征尺寸的不斷降低，各種分辨率增強技術(shù)，如離軸照明技術(shù)、偏振照明技術(shù)， 已經(jīng)被證明為提高光刻分辨力的有效手段。目前，荷蘭ASML、日本Nikon、Canon、德國Zeiss等公司都已經(jīng)開發(fā)了各種大視場光刻照明系統(tǒng)。但是由于其技術(shù)復雜，價格昂貴，為光刻技術(shù)研究帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種深紫外光刻照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且出射光的空間相干性小。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種深紫外光刻照明系統(tǒng)，包括深紫外激光光源、柱面擴束鏡子系統(tǒng)、球面擴束鏡子系統(tǒng)、復眼勻光子系統(tǒng)、聚光鏡子系統(tǒng)、圓形光闌以及孔徑光闌；上述各部件沿激光光路前進方向的順序關(guān)系為深紫外激光光源、柱面擴束鏡子系統(tǒng)、圓形光闌、球面擴束鏡子系統(tǒng)、復眼勻光子系統(tǒng)、孔徑光闌、聚光鏡子系統(tǒng)，其中孔徑光闌位于聚光鏡子系統(tǒng)的前焦面上，且上述各部件的中心與激光光束的中心重合；深紫外激光光源用于產(chǎn)生矩形的深紫外激光；柱面擴束鏡子系統(tǒng)用于將入射的矩形深紫外激光擴束成正方形；圓形光闌用于將入射的正方形光束截成圓形光束；球面擴束鏡子系統(tǒng)用于對入射的圓形光束進行擴束，使其出射光束的直徑為入射光束直徑的η倍，其中η為大于1的正數(shù)；復眼勻光子系統(tǒng)用于對入射的圓形光束進行分割，使得在其后焦面上形成多個二次光源；孔徑光闌用于對多個二次光源入射的光束進行分割，使得分割后的光源形狀與孔徑光闌上的圖形相互匹配；聚光鏡子系統(tǒng)用于將入射的光束會聚成平行光束并出射。進一步地，本發(fā)明包括偏振調(diào)制元件，所述偏振調(diào)制元件位于復眼勻光子系統(tǒng)和第二平面反射鏡之間，用于對入射光束的偏振態(tài)進行調(diào)制。更進一步地，本發(fā)明所述球面擴束鏡子系統(tǒng)進一步包括一毛玻璃；所述毛玻璃位于第一平凸球面透鏡和第二平凸球面透鏡之間，且毛玻璃的毛面與第一平凸球面透鏡的后焦面重合。較佳地，本發(fā)明所述復眼勻光子系統(tǒng)包括第一復眼陣列和第二復眼陣列；第一復眼陣列中前表面的微透鏡和后表面的微透鏡的半徑相同，其曲率半徑的取值范圍為 70mm-80mm，第二復眼陣列的前表面和后表面微透鏡的半徑相同，其曲率半徑的取值范圍為 40mm-50mm，其中第一復眼陣列上微透鏡的焦距大于第二復眼陣列上微透鏡的焦距；且第一復眼陣列在第二復眼陣列的前焦面上。有益效果第一、本發(fā)明采用球面和柱面結(jié)構(gòu)，結(jié)果簡單，且可滿足光刻照明系統(tǒng)的需要。第二、本發(fā)明在球面擴束系統(tǒng)后可以加入偏振器件，實現(xiàn)各種偏振照明方式。第三、本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)的毛玻璃，能夠有效的減小光束的空間相干性，在照明面得到更好的照明效果。第四、本發(fā)明復眼勻光子系統(tǒng)上的第一復眼陣列和第二復眼陣列采用不同的焦距，這樣避免了由于聚焦光斑長時間照射在光學基底上可能引起的對基底材料的損壞。第五、本發(fā)明照明區(qū)域大于物鏡物方掩膜大小，照明區(qū)域為4*4mm，不照明均勻性優(yōu)于2% (RMS)，系統(tǒng)滿足了光刻照明科勒照明的要求，實現(xiàn)了照明系統(tǒng)像方遠心照明，滿足了和物鏡光瞳的匹配。


圖IA為本發(fā)明照明系統(tǒng)的Y方向結(jié)構(gòu)示意圖。圖IB為本發(fā)明照明系統(tǒng)X方向結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A為柱面擴束鏡子系統(tǒng)的Y方向結(jié)構(gòu)圖。圖2B為柱面擴束鏡系子統(tǒng)的X方向結(jié)構(gòu)圖。圖3A為包括毛玻璃的球面擴束鏡子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖;3B為不包含毛玻璃的球面擴束鏡子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為矩形光斑被圓形光闌300a截成圓形。圖5為復眼勻光子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為聚光鏡子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖7為照明系統(tǒng)孔徑光闌500的各種結(jié)構(gòu)形式。圖8 一種小視場光刻照明系統(tǒng)的實際光路圖。圖9照明系統(tǒng)掩膜面光強分布。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明光刻照明系統(tǒng)作進一步的詳細介紹。坐標系的預定義以激光光束前進的方向為Z軸，并依據(jù)左手坐標系原則建立坐標系(X，Y，Z)。如圖IA和IB所示，本發(fā)明深紫外光刻照明系統(tǒng)，包括深紫外激光光源、柱面擴束鏡子系統(tǒng)、球面擴束鏡子系統(tǒng)、復眼勻光子系統(tǒng)、聚光鏡子系統(tǒng)以及圓形光闌以及孔徑光闌；上述各部件沿激光光路前進方向的順序關(guān)系為深紫外激光光源、柱面擴束鏡子系統(tǒng)， 圓形光闌、球面擴束鏡子系統(tǒng)、復眼勻光子系統(tǒng)、孔徑光闌以及聚光鏡子系統(tǒng)，其中孔徑光闌位于聚光鏡子系統(tǒng)的前焦面上，且上述各部件的中心與激光光束的中心重合。深紫外激光光源用于產(chǎn)生矩形的深紫外激光。本實施例中較佳的選取中心波長為 193nm的深紫外ArF激光光源，該激光光源出射的光束在距激光光源出光口 138mm處為一矩形光斑，光斑大小為LxXLy = 5. 4mmX 1.6mm，光束發(fā)散角為WxXWy = 2. 14mradX 1. 4mrad0柱面擴束鏡子系統(tǒng)用于將入射的矩形深紫外激光擴束成正方形。本實施例中柱面擴束鏡子系統(tǒng)包括平凹柱面透鏡200a和平凸柱面透鏡200b，如圖2A-2B所示，沿激光光路前進方向的順序關(guān)系為平凹柱面透鏡200a和平凸柱面透鏡200b;所述平凹柱面透鏡200a的前表面為凹面，后表面為平面，該前表面曲率半徑的取值范圍為25mm-30mm ；所述平凸柱面透鏡200b的前表面為凸面，后表面為平面，該前表面曲率半徑的取值范圍為 80mm-90mm。平凹柱面透鏡200a的前焦點和平凸柱面透鏡200b的前焦點重合。由平凹柱面透鏡200a和平凸柱面透鏡200b組成的柱面擴束鏡子系統(tǒng)在X方向上相當于平板玻璃， 對光束不起作用，在Y方向上相當于一個倒置的伽利略擴束系統(tǒng)，可對光束進行擴束。表1給出本實施例柱面擴束鏡子系統(tǒng)具體參數(shù)，此時該柱面擴束鏡子系統(tǒng)位于距激光光源出光口 138mm處；依照表1的具體參數(shù)，該柱面擴束鏡子系統(tǒng)在Y方向上的擴束比 K1 = 5. 4/1. 6 = 3. 375，柱面擴束鏡子系統(tǒng)將入射的矩形光束擴束成正方形光束出射，出射的正方形光束的光斑大小為LxXLy = 5. 4mmX 5. 4mm。在表1中，鏡片曲率半徑設(shè)計的原則為當鏡片的曲率中心位于頂點的左邊時，設(shè)定曲率半徑為負，當鏡片的曲率中心位于頂點的右邊時，設(shè)定曲率半徑為正。表1為柱面擴束鏡子系統(tǒng)的具體參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，包括深紫外激光光源、柱面擴束鏡子系統(tǒng)、 球面擴束鏡子系統(tǒng)、復眼勻光子系統(tǒng)、聚光鏡子系統(tǒng)、圓形光闌以及孔徑光闌；上述各部件沿激光光路前進方向的順序關(guān)系為深紫外激光光源、柱面擴束鏡子系統(tǒng)、圓形光闌、球面擴束鏡子系統(tǒng)、復眼勻光子系統(tǒng)、孔徑光闌、聚光鏡子系統(tǒng)，其中孔徑光闌位于聚光鏡子系統(tǒng)的前焦面上，且上述各部件的中心與激光光束的中心重合；深紫外激光光源用于產(chǎn)生矩形的深紫外激光；柱面擴束鏡子系統(tǒng)用于將入射的矩形深紫外激光擴束成正方形；圓形光闌用于將入射的正方形光束截成圓形光束；球面擴束鏡子系統(tǒng)用于對入射的圓形光束進行擴束，使其出射光束的直徑為入射光束直徑的η倍，其中η為大于1的正數(shù)；復眼勻光子系統(tǒng)用于對入射的圓形光束進行分割，使得在其后焦面上形成多個二次光源；孔徑光闌用于對多個二次光源入射的光束進行分割，使得分割后的光源形狀與孔徑光闌上的圖形相互匹配；聚光鏡子系統(tǒng)用于將入射的光束會聚成平行光束并出射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括三片平面反射鏡；第一平面反射鏡位于柱面擴束鏡子系統(tǒng)和第一孔徑光闌之間，且與入射的激光光束成 45°夾角；第二平面反射鏡位于球面擴束鏡子系統(tǒng)和復眼勻光子系統(tǒng)之間，且與入射的激光光束成45°夾角；第三平面反射鏡位于聚光鏡子系統(tǒng)的出射光路上，且與入射的激光光束成45°夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括偏振調(diào)制元件， 所述偏振調(diào)制元件位于復眼勻光子系統(tǒng)和第二平面反射鏡之間，用于對入射光束的偏振態(tài)進行調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述孔徑光闌采用環(huán)形孔徑光闌、圓形孔徑光闌、二級孔徑光闌及四級孔徑光闌中的任意一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述柱面擴束鏡子系統(tǒng)包括平凹柱面透鏡和平凸柱面透鏡，沿激光光路前進方向的順序關(guān)系為先平凹柱面透鏡、后平凸柱面透鏡，且平凹柱面透鏡200a的前焦點和平凸柱面透鏡200b的前焦點重合；所述平凹柱面透鏡的前表面為凹面，后表面為平面，該前表面曲率半徑的取值范圍為25mm-30mm; 所述平凸柱面透鏡的前表面為凸面，后表面為平面，該前表面曲率半徑的取值范圍為 80mm-90mmo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述球面擴束鏡子系統(tǒng)包括第一平凸球面透鏡和第二平凸球面透鏡，沿激光光路前進方向的順序關(guān)系為先第一平凸球面透鏡、后第二平凸球面透鏡，且第一平凸球面透鏡的后焦面和第二平凸球面透鏡的前焦面重合；所述第一平凸球面鏡的前表面為凸面，后表面為平面，該前表面曲率半徑的取值范圍為30mm-40mm;所述第二平凸球面透鏡的前表面為平面，后表面為凸面，該后表面曲率半徑的取值范圍為IOOmm-110mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述球面擴束鏡子系統(tǒng)進一步包括一毛玻璃；所述毛玻璃位于第一平凸球面透鏡和第二平凸球面透鏡之間，且毛玻璃的毛面與第一平凸球面透鏡的后焦面重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述復眼勻光子系統(tǒng)包括第一復眼陣列和第二復眼陣列；第一復眼陣列中前表面的微透鏡和后表面的微透鏡的半徑相同，其曲率半徑的取值范圍為70mm-80mm，第二復眼陣列的前表面和后表面微透鏡的半徑相同，其曲率半徑的取值范圍為40mm-50mm，其中第一復眼陣列上微透鏡的焦距大于第二復眼陣列上微透鏡的焦距；且第一復眼陣列在第二復眼陣列的前焦面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述深紫外光刻照明系統(tǒng)，其特征在于，所述第一復眼陣列和第二復眼陣列的微透鏡為微柱面鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種深紫外光刻照明系統(tǒng)，包括深紫外激光光源、柱面擴束鏡子系統(tǒng)、球面擴束鏡子系統(tǒng)、復眼勻光子系統(tǒng)、聚光鏡子系統(tǒng)、圓形光闌以及孔徑光闌；上述各部件沿激光光路前進方向的順序關(guān)系為深紫外激光光源、柱面擴束鏡子系統(tǒng)、圓形光闌、球面擴束鏡子系統(tǒng)、復眼勻光子系統(tǒng)、孔徑光闌、聚光鏡子系統(tǒng)，其中孔徑光闌位于聚光鏡子系統(tǒng)的前焦面上，且上述各部件的中心與激光光束的中心重合。本發(fā)明采用球面和柱面結(jié)構(gòu)，結(jié)果簡單，且可滿足光刻照明系統(tǒng)的需要。
文檔編號G03F7/20GK102436152SQ20111043639
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者李艷秋, 魏立冬 申請人:北京理工大學