專利名稱：一種深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及光刻領域，尤其涉及深紫外光刻照明系統中一套調整相干因子的系統。
背景技術：
光學投影光刻是利用光學投影成像的原理，將掩模版上的集成電路(IC)圖形以分步重復或步進掃描曝光的方式將高分辨率圖形轉移到涂膠硅片上的光學曝光過程。根據光刻機實際工作時不同的曝光要求，硅片上需要不同的數值孔徑或者相干因
子。 現有的技術主要是利用楔形勻光棒來獲得不同的曝光視場、數值孔徑或相干因子。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的相干因子。請參考圖1，該系統主要包括汞燈光源，橢圓反射鏡100，勻光棒200，準直透鏡300 (含透鏡310和透鏡320)，照明場400。汞燈光源發出的光經橢圓反射鏡100會聚后，由勻光棒201的入射端入射并經由出射端出射，再經過準直鏡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，其出射數值孔徑是入射數值孔徑的I/k。在上述系統中，光依次經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數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)所示系統的照明視場與勻光棒出射端的面積比值都為中繼系統的放大率。保持系統的其它條件不變，由圖2(a)所示系統變成圖2(b)所示系統時，系統的數值孔徑減小，照明視場變大，相干因子也相應的變大。在上述系統中還可以采用變焦的中繼透鏡來改變系統的相干因子。再請參考圖3，當圖3中的中繼透鏡前組向Z軸負方向移動時，出射的數值孔徑減小，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值孔徑和相干因子變化，并且系統的結構也比較簡單。然而對于較長的勻光棒，調換勻光棒的端面需要較大的空間，使得照明系統的體積增大，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。

發明內容
本發明技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統，能用簡單的方法改變照明系統的相干因子，提高光刻機的效率，降低成本。本發明技術解決方案一種深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統，其特征在于，包括聚光鏡組，位于深紫外光刻照明系統的照明光路上，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光軸的旋轉軸，控制裝置繞此軸旋轉即可調整每根勻光棒的位置，使指定的勻光棒置于照明系統光路中參與調節照明系統的相干因子；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°，單向重復性> 0.0005°，絕對控制精度達到0.01°的高精度旋轉臺驅動，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。本發明與現有技術相比的優點在于本發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節系統的相干因子，控制裝置只需繞著平行于照明系統光軸的旋轉軸旋轉，即可實現多檔數值孔徑，也就是相干因子的變化。這種方法比通過調換勻光棒的兩端面位置來改變數值孔徑的方法需要的空間小，可有效減小照明系統的體積；控制裝置利用高精度旋轉臺驅動，可以達到很高控制精度；通過簡單的方法實現多檔相干因子變換，增加曝光效率。


圖I為中國專利CN101477317中使用楔形勻光棒來調節系統相干因子的照明系統；圖2(a)和圖2(b)為中國專利CN101477317中使用楔形勻光棒調節系統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節系統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平面內的投影圖，右圖為控制裝置在XY平面內的投影圖。圖5所示為本發明第一較佳實施例的照明系統方案圖；其中圖5(a)為勻光棒502a置于照明系統光路中的系統示意圖；圖5(b)為在XY平面內將圖502a所示系統順時針旋轉90°后勻光棒502b置于照明系統光路中的系統示意圖；圖5(()為在XY平面內將圖502a所不系統順時針旋轉180°后勻光棒502c置于照明系統光路中的系統不意圖；圖5(d)為在XY平面內將圖502a所示系統逆時針旋轉90°后勻光棒502d置于照明系統光路中的系統不意圖。圖6(a)所示為本發明第二較佳實施例的照明系統方案圖；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后的照明系統方案圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的具體實施方式
作進一步詳細地描述。本發明能用簡單的方法實現多檔相干因子變換，減小照明系統空間，增加曝光效率。本發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節系統的相干因子，控制裝置只需繞著平行于照明系統光軸的旋轉軸旋轉，即可實現多檔數值孔徑，也就是相干因子的變化。此方法比通過調換單根勻光棒的端面位置改變數值孔徑的方法需要的空間小。控制裝置利用高精度旋轉臺驅動，可以達到很高的控制精度。衡量一個光學系統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。盡管該關系式只在近軸近 似范圍內嚴格有效，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即出射端的數值孔徑是入射端數值孔徑的1/k。如圖5 (a)、圖5 (b)、圖5 (C)、圖5 (d)所不，本發明包括聚光鏡組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整；中繼透鏡
504,位于所述控制裝置503后的系統光路上；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。聚光鏡的數值孔徑為0. 21，F數為2. 38，入射光束為帶一定發散角的近似平行光，柯克三片式透鏡即可實現聚光功能。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值孔徑為0. 07。定義相干因子O為照明系統的數值孔徑與投影光學系統的數值孔徑之比，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值孔徑為0. 035，即照明系統的數值孔徑為0. 035。本實施例設定投影物鏡的物方數值孔徑為0. 15，即投影光學系統的數值孔徑為0. 15，則系統的相干因子為0. 233。在投影光刻物鏡的數值孔徑固定的光刻系統中，通過調節照明系統的數值孔徑即可調節系統的相干因子。旋轉控制裝置503可以調節照明系統的數值孔徑。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°，當然數量更多的時候，其所形成的夾角也對應的發生變化。將如圖5(a)所示系統中的控制裝置503繞旋轉軸順時針旋轉90°，勻光棒502b被放置在系統的光路上，系統如圖5(b)所示。勻光棒的入射端口徑變成20mm，出射端的口徑不變。入射端的數值孔徑仍為0. 21，出射端的數值孔徑變為0. 14，經過中繼透鏡504后，在掩模面505上獲得的曝光視場仍為60mm*60mm，照明系統的數值孔徑為0. 07，相干因子為0. 47。將如圖5(a)所示系統中的控制裝置繞其旋轉軸順時針旋轉180°，勻光棒502c被放置在系統的光路中，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。入射端的數值孔徑仍為0. 21，出射端的數值孔徑變為0. 175，經過中繼透鏡504后，在掩模面505上獲得的曝光視場仍為60mm*60mm，照明系統的數值孔徑為0. 0875，相干因子為0. 58。將如圖5 (a)所示系統中的控制裝置繞其旋轉軸逆時針旋轉90°，勻光棒502d被放置在系統的光路中，如圖5(d)。勻光棒的入射端口徑變成30_，出射端的口徑不變。入射端的數值孔徑仍為0. 21，出射端的數值孔徑變為0. 21，經過中繼透鏡504后，在掩模面505上獲得的曝光視場仍為60mm*60mm，照明系統的數值孔徑為0. 105，相干因子為0. 7。控制裝置503經過3次旋轉，系統的相干因子由0. 233分別變成了 0. 47,0. 58和0. 7。控制裝置由高精度旋轉臺驅動，可以獲得較高的精度。高精度旋轉臺可繞旋轉軸360 °雙向旋轉，系統中選擇合適轉速的旋轉臺，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°。選用設計最大轉速為40° /s的旋轉臺，將圖5(a)的系統旋轉2s，再將旋轉臺的轉速調節為4° /s，再旋轉2. 5s。最后微量調整旋轉臺的位置，使勻光棒置于系統光路中。鑒于上述調整過程，系統對旋轉臺旋轉的單向控制重復性、反轉角度值、絕對控制精度以及旋轉的抖動都有很高的要求。當上述系統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，勻光棒出射端的數值孔徑為0. 28，經過中繼透鏡504后，在掩模面505上獲得的數值孔徑為0. 14，系統的相干因子為0. 93。只需將上述系統中勻光棒的入射端口徑控制在IOmm到40mm的范圍內，就能獲得在0. 23到0. 93范圍內變化的相干因子。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目的勻光棒。另外，照明系統中的聚光鏡組601和中繼透鏡604也可以采用變焦鏡組，如此結構的照明系統能實現多相干因子的變化。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勻光棒的方式實現對曝光視場、相干因子的調節。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值孔徑變大，在照明場上獲得的數值孔徑和系統的相干因子也相應增大。將控制裝置和變焦鏡聯合起來控制系統的相干因子，可以獲得更大范圍的相干因子調整范圍。本發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，此時系統的照明場則是勻光棒出射端面經中繼透鏡放大后的矩形。 采用本發明改變系統的數值孔徑、相干因子簡單易行，比單用旋轉勻光棒的方法更容易。綜上所述，本發明利用兩端面積不同的勻光棒，并利用旋轉臺來控制勻光棒的位置，只需將控制裝置繞旋轉軸旋轉一定度數將指定的勻光棒置于系統光路中即可實現數值孔徑和曝光視場的變換。相對于旋轉單根勻光棒調節數值孔徑的方法，本發明通過高精度旋轉臺驅動控制裝置，使不同的勻光棒置于光路中參與調節系統的相干因子，能達到較高精度。單獨使用勻光棒調節系統的數值孔徑、相干因子時，可獲得多檔變化。若要實現更大范圍的數值孔徑、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。
權利要求
1.一種深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統，其特征在于包括 聚光鏡組，位于深紫外光刻照明系統的照明光路上，將經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光軸的旋轉軸，控制裝置繞此軸旋轉即可調整每根勻光棒的位置，使指定的勻光棒置于照明系統光路中參與調節照明系統的相干因子； 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光路上。
2.根據權利要求I所述的深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統，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的范圍內變化，勻光棒的端面形狀為正方形或長方形。
3.根據權利要求I所述的深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統，其特征在于所述勻光棒的材料是熔石英或者氟化鈣。
4.根據權利要求I所述的深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統，其特征在于所述控制裝置由分辨率> O. 0001°，單向重復性> O. 0005°，絕對控制精度達到O. 01°的旋轉臺驅動。
5.根據權利要求I所述的深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統，其特征在于所述聚光鏡組還是變焦鏡組。
6.根據權利要求I所述的深紫外光刻照明系統中的相干因子調整系統，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中的相干因子調整系統，包括聚光鏡組，位于照明系統的照明光路上，負責將光會聚到指定位置；勻光棒，位于系統所述聚光鏡組的光路上，聚光鏡組會聚的光經由勻光棒的入射端入射并經由出射端出射；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光軸的旋轉軸，裝置繞此軸旋轉調整勻光棒的位置，使指定的勻光棒置于照明系統光路中參與調節照明系統的相干因子；所述控制裝置由高精度旋轉臺驅動；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。本發明能用簡單的方法調節系統的相干因子，或者簡化變焦透鏡的設計復雜度，達到簡化結構降低成本的目的。
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 優先權日2012年7月27日
發明者盧亮, 張海波, 廖志杰, 林嫵媚, 邢廷文, 甘大春, 何毅 申請人:中國科學院光電技術研究所