專(zhuān)利名稱(chēng)：光刻機(jī)光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)及產(chǎn)生離軸照明模式的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)光刻領(lǐng)域，特別涉及一種光刻機(jī)光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)及產(chǎn)生離軸照明模式的方法，是一種能產(chǎn)生單環(huán)形照明模式與雙環(huán)形照明模式且光瞳面光強(qiáng)與內(nèi)外直徑連續(xù)可變的光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻機(jī)作為半導(dǎo)體加工的關(guān)鍵設(shè)備，光刻分辨率是衡量其性能的重要指標(biāo)之一。從光刻分辨率與焦深表達(dá)式可知，縮短曝光波長(zhǎng)，提高投影物鏡的數(shù)值孔徑，都是提高光刻分辨率的有效手段，但利用這些手段提高光刻分辨率的同時(shí)會(huì)減小焦深，降低光刻線條邊緣陡度。目前，研究人員提出了多種在提高光刻分辨率的同時(shí)又保證所需焦深的光刻分辨率增強(qiáng)技術(shù)，主要有離軸照明、移相掩模、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正以及先進(jìn)光刻工藝技術(shù)，其中離軸照明技術(shù)是一種常被采用的光刻分辨率增強(qiáng)技術(shù)。光刻機(jī)中光瞳整形的目的是要獲得各種離軸照明模式，通常采用特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)元件調(diào)制入射激光束的強(qiáng)度或相位分布，從而在光瞳面上得到特定光強(qiáng)分布。光瞳整形通常利用衍射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)，衍射光學(xué)元件將入射到其上的光束的振幅或位相進(jìn)行調(diào)制，在遠(yuǎn)場(chǎng)形成特定的衍射花樣，得到環(huán)形照明、二極照明、四極照明等不同的照明模式，光瞳面上光束內(nèi)外直徑的變化可通過(guò)調(diào)節(jié)衍射光學(xué)元件后的變焦準(zhǔn)直鏡組的焦距與錐形鏡組中凸、凹錐形鏡之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)，變焦準(zhǔn)直鏡組由位置可以調(diào)節(jié)的透鏡組組成。根據(jù)光刻仿真結(jié)果，離軸照明光瞳分布的選取主要依賴(lài)于掩模圖形的形狀、分布、尺寸和光刻機(jī)的數(shù)值孔徑。隨著光刻機(jī)數(shù)值孔徑的不斷增大，光刻圖形特征尺寸的不斷減小及其分布密集度的提高，出現(xiàn)了多種不同于以往的新型離軸照明模式，例如雙環(huán)形、雙二極、雙四極等照明模式。在先技術(shù)“一種用于雙偶極均勻照明的自由曲面透鏡”(CN101916045A)和“一種用于雙環(huán)形均勻照明的自由曲面透鏡”(CN101916046A)中，分別公開(kāi)了用于產(chǎn)生雙偶極和雙環(huán)形照明模式的自由曲面透鏡，其原理都通過(guò)設(shè)計(jì)特定面形的透射曲面，使得入射到該曲面上的光線產(chǎn)生指定的偏折，從而得到不同的照明模式。但這兩種技術(shù)存在如下缺點(diǎn):所用的曲面面形較復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)，且得到的照明模式的內(nèi)外環(huán)或內(nèi)外極的強(qiáng)度分配比例和內(nèi)外直徑大小不能調(diào)節(jié)，因此使用不靈活、不適合不同光刻掩模圖形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種光刻機(jī)光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)及產(chǎn)生離軸照明模式的方法，是一種產(chǎn)生單環(huán)形照明模式與雙環(huán)形照明模式，且光瞳面光強(qiáng)與內(nèi)外直徑連續(xù)可變的光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)。在描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案之前，為便于本發(fā)明的描述和理解，對(duì)本發(fā)明涉及的幾個(gè)基本概念定義如下:1、本發(fā)明產(chǎn)生環(huán)形照明、二極照明、四極照明、雙環(huán)形照明、雙二極照明、雙四極照明等不同的照明模式，在本發(fā)明中把常規(guī)的只有一個(gè)環(huán)的環(huán)形照明、二極照明、四極照明等統(tǒng)稱(chēng)為單環(huán)形照明，如圖2a、圖2c、圖2e和圖2g所示；把具有兩個(gè)環(huán)的雙環(huán)形照明、雙二極照明、雙四極照明等統(tǒng)稱(chēng)為雙環(huán)形照明，如圖2b、圖2d、圖2f和圖2h所示。圖2a、圖2b、圖2c、圖2d、圖2e、圖2f、圖2g和圖2h中虛線圓環(huán)7、8是光瞳面上的輔助線，虛線圓環(huán)7、8與單環(huán)形照明和雙環(huán)形照明模式同心，w和W'為相應(yīng)環(huán)的寬度。2、x軸、y軸、z軸及坐標(biāo)原點(diǎn)O的定義如圖3所示，y軸通過(guò)虛線圓環(huán)7、8的中心，正方向?yàn)?br>
圖1所在紙面中自下向上的方向，坐標(biāo)原點(diǎn)O為y軸與偏振分光薄膜的交點(diǎn)，z軸正方向?yàn)閳D1所在紙面中自左向右的方向，xOz平面與虛線圓環(huán)7、8所在平面平行，該xyz坐標(biāo)系為左手坐標(biāo)系。3、在不同照明模式的生成過(guò)程中，沿光線傳輸方向不同位置的光束橫截面呈現(xiàn)不同的形狀或尺寸，把光強(qiáng)分布類(lèi)似于單環(huán)形照明模式的光束以單環(huán)形光束表示，把光強(qiáng)分布類(lèi)似于雙環(huán)形照明模式的光束以雙環(huán)形光束表示，把離軸照明模式中的相干因子以光束直徑來(lái)表75。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:—種光刻機(jī)光瞳整形光學(xué)系統(tǒng),其特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括模式產(chǎn)生單兀、可旋轉(zhuǎn)波片、偏振分光單元、環(huán)一產(chǎn)生單元和環(huán)二產(chǎn)生單元，所述模式產(chǎn)生單元由衍射光學(xué)元件和變焦準(zhǔn)直鏡組組成，更換不同的衍射光學(xué)元件以分別實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)照明、二極照明和四極照明模式；所述的環(huán)一產(chǎn)生單元由第一四分之一波片、第一凸錐形鏡和第一可動(dòng)反射鏡組成；所述環(huán)二產(chǎn)生單元由第二四分之一波片、第二凸錐形鏡和第二可動(dòng)反射鏡組成；上述元部件的位置關(guān)系如下:沿z軸正方向依次為衍射光學(xué)元件、變焦準(zhǔn)直鏡組、可旋轉(zhuǎn)波片、偏振分光單元、第一四分之一波片、第一凸錐形鏡、第一可動(dòng)反射鏡，所述第一凸錐形鏡的錐尖正對(duì)著所述第一可動(dòng)反射鏡，所述第一可動(dòng)反射鏡上鍍有保偏反射薄膜，所述第一可動(dòng)反射鏡具有可連續(xù)調(diào)整所述第一凸錐形鏡的 錐尖相對(duì)于所述第一可動(dòng)反射鏡之間的距離的機(jī)構(gòu)；入射光經(jīng)所述的偏振分光單兀分為反射光和透射光,沿偏振分光單兀反射光方向依次為第二四分之一波片、第二凸錐形鏡和第二可動(dòng)反射鏡，所述第二凸錐形鏡的錐尖正對(duì)著所述第二可動(dòng)反射鏡，所述第二可動(dòng)反射鏡上鍍有保偏反射薄膜，所述第二可動(dòng)反射鏡具有可連續(xù)調(diào)整所述第二凸錐形鏡的錐尖相對(duì)于所述第二可動(dòng)反射鏡之間的距離的機(jī)構(gòu)；所述衍射光學(xué)元件的后表面位于所述變焦準(zhǔn)直鏡組的前焦面上。利用上述的光刻機(jī)光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生離軸照明模式的方法，包括下列步驟:①根據(jù)掩模圖形需要的照明模式，選擇相應(yīng)的所述衍射光學(xué)元件；②根據(jù)需要的照明模式光強(qiáng)分布尺寸，調(diào)節(jié)所述變焦準(zhǔn)直鏡組的焦距；③根據(jù)需要的所述第一單環(huán)形光束與所述第二單環(huán)形光束的能量分配關(guān)系，調(diào)節(jié)所述可旋轉(zhuǎn)波片的快軸與X軸之間的夾角Θ ^ ;④根據(jù)需要的所述第一單環(huán)形光束的內(nèi)外直徑，確定并調(diào)節(jié)所述第一凸錐形鏡的錐尖相對(duì)于所述第一可動(dòng)反射鏡之間的距離Cl1 ；⑤根據(jù)需要的所述第二單環(huán)形光束的內(nèi)外直徑，確定并調(diào)節(jié)所述第二凸錐形鏡的錐尖相對(duì)于所述第二可動(dòng)反射鏡之間的距離d2 ；
⑥當(dāng)步驟④中所述第一單環(huán)形光束與步驟⑤中所述第二單環(huán)形光束在光瞳面上部分或者完全重疊或當(dāng)步驟④中所述第一單環(huán)形光束的內(nèi)或外徑等于步驟⑤中所述第二單環(huán)形光束的外或內(nèi)徑時(shí)，得到單環(huán)形照明模式；否則得到雙環(huán)形照明模式。入射到所述衍射光學(xué)元件的光束可為線偏振方形光束，從所述衍射光學(xué)元件出射的光束為單環(huán)形光束，所述變焦準(zhǔn)直鏡組將單環(huán)形光束進(jìn)行準(zhǔn)直，且其焦距連續(xù)可變，從而連續(xù)改變單環(huán)形光束的尺寸，光束尺寸按下式確定:D = 2f sinU'其中，D為從所述模式產(chǎn)生單元出射的準(zhǔn)直光束的直徑，U,為所述衍射光學(xué)元件的出射孔徑半角，Γ為所述變焦準(zhǔn)直鏡組的焦距。從所述可旋轉(zhuǎn)波片出射的偏振光束中的P光和s光與入射到所述可旋轉(zhuǎn)波片上的線偏振光束中的P光和s光之間的關(guān)系按下列矩陣確定:
權(quán)利要求
1.一種光刻機(jī)光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于其構(gòu)成包括模式產(chǎn)生單元(I)、可旋轉(zhuǎn)波片(2)、偏振分光單元(3)、環(huán)一產(chǎn)生單元(4)和環(huán)二產(chǎn)生單元(5)，所述模式產(chǎn)生單元(I)由衍射光學(xué)元件(101)和變焦準(zhǔn)直鏡組(102)組成，更換不同的衍射光學(xué)元件(101)以分別實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)照明、二極照明和四極照明模式；所述的環(huán)一產(chǎn)生單元(4)由第一四分之一波片(401)、第一凸錐形鏡(402)和第一可動(dòng)反射鏡(403)組成；所述環(huán)二產(chǎn)生單元(5)由第二四分之一波片(501)、第二凸錐形鏡(502)和第二可動(dòng)反射鏡(503)組成；上述元部件的位置關(guān)系如下: 沿z軸正方向依次為衍射光學(xué)元件(101)、變焦準(zhǔn)直鏡組(102)、可旋轉(zhuǎn)波片(2)、偏振分光單元(3)、第一四分之一波片(401)、第一凸錐形鏡(402)、第一可動(dòng)反射鏡(403)，所述第一凸錐形鏡(402)的錐尖正對(duì)著所述第一可動(dòng)反射鏡(403)，所述第一可動(dòng)反射鏡上鍍有保偏反射薄膜，所述第一可動(dòng)反射鏡具有可連續(xù)調(diào)整所述第一凸錐形鏡的錐尖相對(duì)于所述第一可動(dòng)反射鏡之間的距離的機(jī)構(gòu)； 入射光經(jīng)所述的偏振分光單兀(3)分為反射光和透射光,沿偏振分光單兀(3)反射光方向依次為第二四分之一波片(501)、第二凸錐形鏡(502)和第二可動(dòng)反射鏡(503)，所述第二凸錐形鏡(502)的錐尖正對(duì)著所述第二可動(dòng)反射鏡(503)，所述第二可動(dòng)反射鏡(503)上鍍有保偏反射薄膜，所述第二可動(dòng)反 射鏡具有可連續(xù)調(diào)整所述第二凸錐形鏡的錐尖相對(duì)于所述第二可動(dòng)反射鏡之間的距離的機(jī)構(gòu)； 所述衍射光學(xué)元件(101)的后表面位于所述變焦準(zhǔn)直鏡組(102)的前焦面上。
2.利用權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生離軸照明模式的方法，其特征在于該方法包括下列步驟: ①根據(jù)掩模圖形需要的照明模式，選擇相應(yīng)的所述衍射光學(xué)元件； ②根據(jù)需要的照明模式光強(qiáng)分布尺寸，調(diào)節(jié)所述變焦準(zhǔn)直鏡組的焦距； ③根據(jù)需要的所述第一單環(huán)形光束與所述第二單環(huán)形光束的能量分配關(guān)系，調(diào)節(jié)所述可旋轉(zhuǎn)波片的快軸與X軸之間的夾角Θ ^ ; ④根據(jù)需要的所述第一單環(huán)形光束的內(nèi)外直徑，確定并調(diào)節(jié)所述第一凸錐形鏡的錐尖相對(duì)于所述第一可動(dòng)反射鏡之間的距離Cl1 ； ⑤根據(jù)需要的所述第二單環(huán)形光束的內(nèi)外直徑，確定并調(diào)節(jié)所述第二凸錐形鏡的錐尖相對(duì)于所述第二可動(dòng)反射鏡之間的距離d2 ； ⑥當(dāng)步驟④中所述第一單環(huán)形光束與步驟⑤中所述第二單環(huán)形光束在光瞳面上部分或者完全重疊或當(dāng)步驟④中所述第一單環(huán)形光束的內(nèi)或外徑等于步驟⑤中所述第二單環(huán)形光束的外或內(nèi)徑時(shí)，得到單環(huán)形照明模式；否則得到雙環(huán)形照明模式。
全文摘要
一種光刻機(jī)光瞳整形光學(xué)系統(tǒng)及產(chǎn)生離軸照明模式的方法，其構(gòu)成包括模式產(chǎn)生單元、可旋轉(zhuǎn)波片、偏振分光單元、環(huán)一產(chǎn)生單元和環(huán)二產(chǎn)生單元。本發(fā)明通過(guò)選擇相應(yīng)的模式產(chǎn)生單元的衍射光學(xué)元件和適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以產(chǎn)生光瞳面光強(qiáng)與內(nèi)外直徑連續(xù)可變、單環(huán)形照明模式和雙環(huán)形照明多種照明模式。
文檔編號(hào)G02B27/09GK103207530SQ201310096140
公開(kāi)日2013年7月17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)明者張方, 朱菁, 黃惠杰, 宋強(qiáng), 楊寶喜, 陳明, 曾愛(ài)軍, 黃立華, 胡中華, 肖艷芬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所