專利名稱：光刻機(jī)設(shè)備用離軸照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻機(jī)，特別是一種用于光刻機(jī)的離軸照明裝置，實(shí)現(xiàn)雙環(huán)形、雙二極、雙四極照明模式的離軸照明。
背景技術(shù)：
隨著芯片集成度的不斷提高和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，需要不斷提高光刻機(jī)的分辨率和焦深。如何提高光刻機(jī)的分辨率和焦深是目前的研究熱點(diǎn)。減小光刻機(jī)的曝光波長(zhǎng)、提高投影物鏡的數(shù)值孔徑或者減小工藝因子都是能夠提高光刻機(jī)分辨率的有效手段，但是在采用上述手段的同時(shí)，會(huì)使投影物鏡的焦深急劇減小。通過(guò)采用離軸照明等方式可以在提高光刻機(jī)分辨率的同時(shí)增加焦深。科研人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種光刻分辨率增強(qiáng)技術(shù)，通過(guò)光瞳整形技術(shù)獲得的離軸照明是光刻機(jī)中一種常用并且有效的分辨率增強(qiáng)技術(shù)。光刻機(jī)需要針對(duì)不同的掩模結(jié)構(gòu)選擇不同的離軸照明模式，以達(dá)到增強(qiáng)光刻分辨率、增大焦深、提高對(duì)比度的目的。光瞳整形技術(shù)是指在光刻系統(tǒng)中采用特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)元件對(duì)入射的激光光束進(jìn)行振幅和位相的調(diào)制，從而在光瞳面上獲得所需要的光場(chǎng)模式的一種整形技術(shù)。光瞳整形的一種常用方法是通過(guò)衍射光學(xué)元件和錐形鏡組來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)形照明、二極照明和四極照明等多種光刻照明模式。隨著光刻圖形特征尺寸的不斷減小，對(duì)光刻機(jī)新型照明模式的要求也越來(lái)越高，因此研發(fā)一種產(chǎn)生新型照明模式的原理裝置尤為重要。中國(guó)專利“一種用于雙環(huán)形均勻照明的自由曲面透鏡”(CN101916046B)中，提出了一種實(shí)現(xiàn)雙環(huán)照明模式的方法。其原理是設(shè)計(jì)了一種自由曲面透鏡，使激光束入射經(jīng)過(guò)自由曲面偏轉(zhuǎn)到達(dá)目標(biāo)面形成對(duì)應(yīng)的雙環(huán)形照明模式，但是元件加工比較復(fù)雜，并且所得雙環(huán)照明模式內(nèi)外相干因子不可調(diào)，因此不適合用于光刻機(jī)曝光系統(tǒng)。美國(guó)專利US20090135392A1公開(kāi)提出了一種實(shí)現(xiàn)離軸照明的空間光束調(diào)制單元，其原理是利用了微反射鏡二維陣列，并通過(guò)控制單元控制每個(gè)微反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的離軸照明模式。但是該裝置每個(gè)微鏡都需要控制單元控制偏轉(zhuǎn)角度，必然增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光刻機(jī)的離軸照明裝置，該裝置對(duì)光刻機(jī)可實(shí)現(xiàn)雙環(huán)照明，雙二極照明，雙四極照明。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種光刻機(jī)設(shè)備用離軸照明裝置，其特點(diǎn)在于該裝置包括照明單元、衍射光學(xué)元件單元、變焦準(zhǔn)直鏡組、四分之一波片、負(fù)軸錐鏡、45°旋光片和正軸錐鏡；所述的照明單元由準(zhǔn)分子激光器和擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組組成；上述元件的位置關(guān)系如下:沿著所述的準(zhǔn)分子激光器的激光傳輸方向，依次是同光軸的擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組、衍射光學(xué)元件單元、變焦準(zhǔn)直鏡組、四分之一波片、負(fù)軸錐鏡、旋光器、正軸錐鏡，所述的負(fù)軸錐鏡、旋光器和正軸錐鏡位于所述的變焦準(zhǔn)直鏡組的后焦面之前；所述的衍射光學(xué)元件單元位于所述的變焦準(zhǔn)直鏡組的前焦面處；所述的負(fù)軸錐鏡錐面的內(nèi)環(huán)鍍有增透膜，該薄膜的外半徑略大于入射光束半徑；該負(fù)軸錐鏡錐面外環(huán)上鍍的高反射薄膜，該高反射膜是全反射相位延遲薄膜，該薄膜的內(nèi)半徑等于所述的增透膜的外半徑，外半徑等于負(fù)軸錐鏡的通光口徑；所述的正軸錐鏡的偏振分光薄膜，鍍?cè)阱F面上，并完全覆蓋整個(gè)錐面，所述的四分之一波片的快軸與入射光的偏振方向成45°角；所述的正軸錐鏡安裝在一個(gè)沿光軸方向移動(dòng)的高精度直線導(dǎo)軌上。所述的玻璃光學(xué)元件均采用熔融石英制成。所述的負(fù)軸錐鏡錐面的內(nèi)環(huán)上鍍的增透膜，對(duì)入射光的透過(guò)率接近100%，該薄膜的外半徑略大于入射光束半徑；所述的負(fù)軸錐鏡錐面外環(huán)上鍍的高反射薄膜，對(duì)入射光的反射率接近100%，并且所述的負(fù)軸錐鏡錐面上所鍍的高反射膜是全反射相位延遲薄膜，該薄膜具有反射的P光和S光相位保持一致的特性，該薄膜的內(nèi)半徑等于所述增透膜的外半徑，外半徑等于負(fù)軸錐鏡的通光口徑。所述的正軸錐鏡的偏振分光薄膜，鍍?cè)阱F面上，并完全覆蓋整個(gè)錐面，其特性為對(duì)S光反射率接近100%，對(duì)P光的透過(guò)率接近100%。所述的負(fù)軸錐鏡和正軸錐鏡的口徑取值應(yīng)略大于所述的雙環(huán)照明模式外環(huán)外半徑R2的最大要求值，所述的軸錐鏡底角r的取值應(yīng)介于5° 20°。所述的正軸錐鏡的偏振分光薄膜，鍍?cè)阱F面上，并完全覆蓋整個(gè)錐面，其特性為對(duì)S光反射率接近100%，對(duì)P光的透過(guò)率接近100%。偏振薄膜的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)已經(jīng)被本領(lǐng)域的研究人員所熟知，具體 可以參見(jiàn)美國(guó)專利US005748369A“Polarizing beam splitter and anilluminating device provided with the same，，。所述的照明單元包括準(zhǔn)分子激光器、擴(kuò)束鏡；所述的四分之一波片的快軸與入射光的偏振方向成45°角；所述的元部件的位置關(guān)系如下:沿著所述的準(zhǔn)分子激光器輸出激光光束的前進(jìn)方向，所經(jīng)過(guò)光學(xué)元件順序依次是擴(kuò)束鏡、衍射光學(xué)元件單元、變焦準(zhǔn)直鏡組、四分之一波片、負(fù)軸錐鏡、45 °旋光片和正軸錐鏡。本裝置中所述的玻璃光學(xué)元件均采用熔融石英，這種材料在深紫外波段的透過(guò)率高，適用于193nm、248nm等深紫外光波段。當(dāng)線偏振激光光束通過(guò)所述裝置可以形成內(nèi)外環(huán)半徑可調(diào)諧的雙環(huán)照明模式、雙二極照明模式和雙四極照明模式。其中，實(shí)現(xiàn)雙環(huán)照明模式、雙二極照明模式和雙四極照明模式時(shí)，正軸錐鏡和負(fù)軸錐鏡不用更換，僅需相應(yīng)地將衍射光學(xué)元件單元更換為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)照明模式、二極照明模式和四極照明模時(shí)的衍射光學(xué)元件單元。所述裝置形成的雙環(huán)照明模式的內(nèi)環(huán)外半徑可以用下式表示:
,、..sin;/cos" γ.、R1 = /) +"() ( I= — S I η γ cos γ)(j)
小-f'r sin" γ
所述裝置形成的雙環(huán)照明模式的外環(huán)外半徑可以用下式表示:
權(quán)利要求
1.一種光刻機(jī)設(shè)備用離軸照明裝置，其特征在于該裝置包括照明單元、衍射光學(xué)元件單元(301)、變焦準(zhǔn)直鏡組(302 )、四分之一波片(401)、負(fù)軸錐鏡(501)、45 °旋光片(402 )和正軸錐鏡(502);所述的照明單元由準(zhǔn)分子激光器(101)和擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組(201、202)組成； 上述元件的位置關(guān)系如下: 沿著所述的準(zhǔn)分子激光器(101)的激光傳輸方向，依次是同光軸的擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組(201、202)、衍射光學(xué)元件單元(301)、變焦準(zhǔn)直鏡組(302)、四分之一波片(401)、負(fù)軸錐鏡(501)、旋光器(402)、正軸錐鏡(502)，所述的負(fù)軸錐鏡(501)、旋光器(402)和正軸錐鏡(502)位于所述的變焦準(zhǔn)直鏡組(302)的后焦面(601)之前；所述的衍射光學(xué)元件單元(301)位于所述的變焦準(zhǔn)直鏡組(302)的前焦面處； 所述的負(fù)軸錐鏡(501)錐面的內(nèi)環(huán)鍍有增透膜，該薄膜的外半徑略大于入射光束半徑；該負(fù)軸錐鏡錐面外環(huán)上鍍的高反射薄膜，該高反射膜是全反射相位延遲薄膜，該薄膜的內(nèi)半徑等于所述的增透膜的外半徑，外半徑等于負(fù)軸錐鏡的通光口徑； 所述的正軸錐鏡(502)的偏振分光薄膜，鍍?cè)阱F面上，并完全覆蓋整個(gè)錐面，所述的四分之一波片(401)的快軸與入射光的偏振方向成45°角；所述的正軸錐鏡(502)安裝在一個(gè)沿光軸方向移動(dòng)的高精度直線導(dǎo)軌上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)設(shè)備用離軸照明裝置，其特征在于所述的玻璃光學(xué)元件均采用熔融石英制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)設(shè)備用離軸照明裝置，其特征在于所述的負(fù)軸錐鏡錐面的內(nèi)環(huán)上鍍的增透膜，對(duì)入射光的透過(guò)率接近100%，該薄膜的外半徑略大于入射光束半徑；所述的負(fù)軸錐鏡錐面外環(huán)上鍍的高反射薄膜，對(duì)入射光的反射率接近100%，并且所述的負(fù)軸錐鏡錐面上所鍍的高反射膜是全反射相位延遲薄膜，該薄膜具有反射的P光和S光相位保持一致的特性，該薄膜的內(nèi)半徑等于所述增透膜的外半徑，外半徑等于負(fù)軸錐鏡的通光口徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)設(shè)備用離軸照明裝置，其特征在于所述的正軸錐鏡的偏振分光薄膜，鍍?cè)阱F面上，并完全覆蓋整個(gè)錐面，其特性為對(duì)S光反射率接近100%，對(duì)P光的透過(guò)率接近100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的光刻機(jī)設(shè)備用離軸照明裝置，其特征在于所述的負(fù)軸錐鏡和正軸錐鏡的口徑取值應(yīng)略大于所述的雙環(huán)照明模式外環(huán)外半徑R2的最大要求值，所述的軸錐鏡底角r的取值應(yīng)介于5° 20°。
全文摘要
一種光刻機(jī)設(shè)備用離軸照明裝置，其特點(diǎn)在于該裝置包括照明單元、衍射光學(xué)元件單元、變焦準(zhǔn)直鏡組、四分之一波片、負(fù)軸錐鏡、45°旋光片和正軸錐鏡；所述的照明單元由準(zhǔn)分子激光器和擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組組成。本發(fā)明對(duì)光刻機(jī)可實(shí)現(xiàn)雙環(huán)照明，雙二極照明，雙四極照明。
文檔編號(hào)G02B27/09GK103149809SQ20131009613
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者楊寶喜, 宋強(qiáng), 朱菁, 陳明, 胡中華, 肖艷芬, 劉蕾, 王俊, 張方, 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所