CN101221373B - 一种照明均匀性校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明均匀性校正装置，其设置在掩膜版附近或掩模版的光学共轭面附近，包含若干设置在照明光束横截面的校正组件对，沿非扫描方向间隔排列设置，沿扫描方向重叠设置；该校正组件对包含沿扫描方向插入矩形照明场的第一校正组件，和沿扫描反方向插入矩形照明场的第二校正组件；该第一、第二校正组件在扫描方向与光束传输方向截面上呈互相平行的平板状，可分别在扫描方向做至少一维运动；该第一、第二校正组件上设置有随位置变化的透过率分布，且该第一、第二校正组件的透过率分布相反设置。本发明可避免相邻校正组件之间的间隙所导致的漏光和阴影；同时，其可控制扫描方向积分能量的分布，并可控制全照明场的均匀性。

Description

一种照明均匀性校正装置

技术领域

本发明涉及一种应用于光刻系统中的照明均匀性校正装置。

背景技术

光刻是半导体制造中一道重要工艺，其将掩膜版上的图案精确地转移到衬底(如：硅片)上。在光刻系统中，激光源与掩膜版之间包含照明系统，用于产生需要的照明模式和照明场分布。光刻中要求照明系统产生的照明场尽量均匀，均匀性误差尽量小，以便整个照明光束能够均匀地照射在掩膜版上，并均匀地投影到衬底上。照明均匀性会影响整个曝光场的线宽均匀性。

步进扫描光刻系统是典型的光刻系统，它具有矩形照明场，掩膜台和工件台沿着全曝光区域扫描矩形照明场，然后步进到下一个曝光区，再沿着该曝光区域扫描矩形照明场，依此进行下去。沿扫描方向的光能量被积分，使扫描方向矩形照明场的非均匀性被平均化。而扫描方向积分能量在非扫描方向的非均匀性，会导致整个曝光场曝光不均匀。

在美国专利US 7,173,688(公告日：2007年2月6日)中，所述的均匀性校正系统是利用多组校正元件来改变透射率，该系统具有双边结构，即在照明场两边插入许多校正元件，设置它们具有一定透过率分布，从而改变它们所覆盖区域的光强。照明场的每边每个元件都具有对立的元件，每组对立元件具有相同X坐标，但在Y方向沿相反方向插入，对立元件也可旋转具有V型结构。对立元件各自最大可以插入到照明场区域中间，彼此不重叠，也可以在照明场区域重叠。

在该专利中，由于每个校正元件具有有限宽度和厚度，因此每一个校正元件具有多个边。当照明光束角较大时(即大Sigma照明时)，光可能在元件侧面形成反射，造成阴影。另外相邻的校正元件之间也存在间隙，由于每一间隙具有0％的衰减，而校正元件具有非零的衰减，因此间隙会产生漏光，通过间隙的光在照明区将产生较大强度的条纹带或区域带，由于这种透过率的突变而引入新的非均匀性。

而在美国专利US 7,088,527(公告日：2006年8月8日)中，提到了一种补偿漏光和阴影的方法，这种方法在上述方案基础上增加了额外的补偿板，在补偿板上与间隙对应区域设置非零衰减率，而在其它区域设置100％的透过率。虽然利用这种带透过率分布的补偿板可以消除上述漏光与阴影效应，但是需要增加额外的补偿板，而且补偿板的透过率分布需要与校正元件的所有间隙对应，必然增加校正系统的复杂度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种照明均匀性校正装置，其不需要利用额外的补偿板，就可避免相邻校正组件之间的间隙所导致的漏光和阴影；同时，其可控制扫描方向积分能量的分布，并可控制全照明场的均匀性。

为达上述目的，本发明提供一种照明均匀性校正装置，设置在掩膜版附近或掩模版的光学共轭面附近，其包含若干设置在照明光束横截面的校正组件对，其沿非扫描方向间隔排列设置以覆盖整个照明场，沿扫描方向重叠设置以覆盖整个照明场，共同作用于光束，改变所覆盖区域的照明光强；特点是，

所述的校正组件对包含沿扫描方向插入矩形照明场的第一校正组件，和沿扫描反方向插入矩形照明场的第二校正组件；

所述的第一校正组件和第二校正组件在扫描方向与光束传输方向截面上呈互相平行的平板状，可分别在扫描方向做至少一维运动，改变两者之间的相对位置；

所述的第一校正组件和第二校正组件沿光束传输方向至少部分重叠，所述的第一校正组件和第二校正组件的相对表面以保留一定间隔的方式平行设置；

所述的第一校正组件和第二校正组件上设置有随位置变化而变化的透过率分布，且该第一校正组件的透过率分布与第二校正组件的透过率分布相反设置，即两者在移动方向上具有相反变化趋势的透过率分布。

所述的所有校正组件对中的第一校正组件均设置在同一平面上，且相邻的两个第一校正组件之间设置间隔隔开；所述的所有校正组件对中的第二校正组件均设置在同一平面上，且相邻的两个第二校正组件之间设置间隔隔开。

所述的相邻第一校正组件之间的间隔和相邻第二校正组件之间的间隔大小相等。

所述的所有第一校正组件和对应的第二校正组件之间设置间隔隔开。

所述的透过率分布至少是一维的透过率分布，可以是一次函数分布，或者二次函数分布，或者三角函数分布，或者上述若干种函数的组合分布。

所述的第一校正组件和第二校正组件由透射材料制成。

所述的设置有透过率分布的第一校正组件和第二校正组件通过在制造材料上沉积透射或衰减物的方法制成，例如：在玻璃基板上沉积铬薄膜，根据位置做成不同膜的函数形式，连续改变膜的厚度，以实现预定的透过率分布。

所述的设置有透过率分布的第一校正组件和第二校正组件通过在制造材料上沉积随机点状衰减或挡光物的方法制成，通过控制所述随机点状衰减或挡光物的密度以实现预定的透过率分布。

所述的第一校正组件和第二校正组件在垂直于扫描方向的光束传输截面是矩形；该两个校正组件在非扫描方向错位重叠设置，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同侧表面，或者设置在该两个校正组件的相异侧表面。

所述的第一校正组件和第二校正组件在垂直于扫描方向的光束传输截面是平行四边形，或梯形；该两个校正组件在非扫描方向错位重叠设置，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同侧表面，或者设置在该两个校正组件的相异侧表面；该两个校正组件在非扫描方向也可以无错位完全重叠设置，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相异侧表面。

所述的第一校正组件和第二校正组件在垂直于扫描方向的光束传输截面是阶梯形；该两个校正组件相对于光束截面具有镜像结构，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同侧表面，或者设置在该两个校正组件的相异侧表面。

本发明提供的照明均匀性校正装置，由于每个校正组件对均可独立的调节所覆盖照明场区域的透过率分布；同时，通过设置校正组件的不同形状，并设置相邻的两个校正组件对之间的连接方式，使得两相邻校正组件对之间共有区域的透过率将介于两个组件对独立的透过率，并且相邻组件对之间的间隙区域具有非零衰减率。因而，不需要利用其它额外的补偿板，即可避免相邻组件对之间的间隙导致的漏光和阴影。另外，调节所有校正组件对的透射率，可控制扫描方向积分能量的分布，也可控制全照明场的均匀性。

附图说明

图1是具有本发明所提供的均匀性校正装置的步进扫描光刻系统的结构示意图；

图2是步进扫描光刻系统中的两块刀口阵列板组成刀口阵列对的结构示意图；

图3是本发明实施例中的均匀性校正装置的结构示意图；

图4是本发明中非扫描方向的积分光强分布的示意图；

图5是本发明实施例中的校正组件对在YZ截面的示意图；

图6是本发明实施例中描述了校正组件对的透光率分布的示意图；

图7是本发明实施例中的校正组件对在垂直于扫描方向的光束传输截面(XZ截面)为矩形的结构示意图；

图8是本发明实施例中的校正组件对在垂直于扫描方向的光束传输截面(XZ截面)为平行四边形的结构示意图；

图9是本发明实施例中的校正组件对在垂直于扫描方向的光束传输截面(XZ截面)为梯形的结构示意图；

图10是本发明实施例中的校正组件对在垂直于扫描方向的光束传输截面(XZ截面)为阶梯形的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1-图10，详细说明本发明较佳的实施方式：

如图1所示，为本发明所述的均匀性校正装置所应用的曝光投影系统的结构示意图。其中，光源101产生用于曝光的激光光束，其可以是248nm，或者193nm，或者其他波长的激光光源。光源发出的光束119首先经过扩束器102进行准直，并将椭圆形光转换为圆形光束；反射镜单元103可以是单个反射镜，也可以是包含多个反射镜的复杂传输系统，它将从扩束器102出射的激光束119传输到光束定位单元104；光束定位单元104通过对光束采样和分析，可以校正光束119的入射位置和角度；然后光束119通过用于控制照明系统的能量的可调节光衰减器105和能量监测单元106；经过反射镜107后，光束119进入照明系统顶部模块。

所述的照明系统顶部模块包括模块108，模块109和模块110；

该模块108是衍射光学元件组，它的主要作用是产生多种不同的照明模式，例如：圆形照明模式、环形照明模式、双极照明模式和四极照明模式。所述的衍射光学元件是可替换的，例如：本模块108是一个转轮，在转轮上设置有多个能够在远场形成不同光强分布的衍射光学片，分别用来产生不同的照明模式，当需要用其中某一个衍射光学片时，将其转入光路即可。另外，本模块108的衍射光学片也可以用微透镜阵列，或者菲涅尔透镜，或者衍射光栅等元件代替。

从模块108出射的光束再入射到模块109，该模块109包括变焦透镜组和旋转三棱镜，所述的变焦透镜组的放置位置应当满足使模块108正好位于变焦透镜组的前焦面上。模块109与模块108中的衍射元件组合后，可以得到适当的照明光瞳，例如：环形照明光瞳。另外，改变变焦透镜组和旋转三棱镜的焦距可以改变照明模式的部分相干度，例如：改变环形光瞳的外环和内环大小。

光束119经过模块109后入射到模块110，该模块110包含三块二维微柱面阵列板，刀口阵列对，以及聚光镜组；其中，第一块二维微柱面阵列板放置于模块109中变焦透镜组的出瞳(后焦面)位置，刀口阵列对被设置于第二块和第三块二维微柱面阵列板之间，第一块和第二块二维微柱面阵列在刀口阵列处形成一中间光瞳像，第三块二维微柱面阵列板起到场镜作用，它和聚光镜组共同将刀口阵列处的光瞳成像到掩膜版112上，对掩膜版上的图案进行照明。为了获得扫描方向(即Y方向)上的梯形照明场分布，掩膜版112的位置相对聚光镜组后焦面有偏离。

上述模块110所包含的刀口阵列对，可由两块同样大小的刀口阵列板组成，如图2所示。每块阵列板具有数个大小相同的通光图案，通过调节两块刀口阵列板的相对运动，能够连续改变光束在X和Y方向的视场大小。阵列板上的通光图案可以利用光刻工艺在石英上形成精确大小的吸收膜，也可以用易化学刻蚀的材料，例如：硅，利用光刻工艺在硅版上刻蚀出需要的孔。

经过模块110出射的光束，在垂直于光轴118的平面内是具有矩形照明场大小的。本发明所述的均匀性校正装置111用来校正矩形照明场的非均匀性，也用来校正硅片面115的线宽非均匀性。它可以位于模块110和掩膜版112之间靠近掩膜版附近的位置，也可位于掩模版112的光学共轭面附近。如图1A所示，该均匀性校正装置111位于模块110中聚光镜组的后焦面附近。

掩膜版112放置在掩膜台113上，在步进扫描曝光系统中，掩膜台113能以恒定速度沿Y方向往返扫描运动，投影物镜114将掩膜版112上的图案投影到硅片115，例如：投影物镜放大倍率为0.25。工件台116设置在基座117上，其承载硅片115。在步进扫描曝光系统中，工件台116可以在平行于投影物镜114像面的XY平面内做两维运动，包括在Y方向以恒定速度做扫描运动，在X和Y方向以步进方式运动。

对掩膜版112上的图案的非均匀照明会通过投影物镜114反映到硅片115的图形上，引起图形的均匀性差异，使用本发明对照明系统均匀性的校正，可以获得硅片的均匀线宽。另外，投影物镜114性能的退化也会导致照明均匀性变化，造成硅片115上的图形线宽非均匀，通过均匀性校正装置111的调节补偿，可以达到校正硅片115上图形线宽非均匀的目的。更进一步，在硅片115测量照明光强分布，对测试结果判断处理，通过电子控制装置，自动调节均匀性校正装置111，达到及时补偿硅片115照明光强均匀性的目的。

如图3所示，为本发明提供的均匀性校正装置111的结构示意图，其包含2组校正组件202n和203n(n＝1，2，...，M)，它们分别从矩形照明场201的两边插入，具体的，校正组件202n沿扫描反方向(即-Y方向)插入照明场201内，校正组件203n沿扫描方向(即Y方向)插入照明场201内。

校正组件202n与对应的校正组件203n组成一对校正组件对，其沿非扫描方向间隔排列设置以覆盖整个照明场，沿扫描方向重叠设置以覆盖整个照明场，共同作用于光束，改变所覆盖区域的照明光强；如图4所示，曲线301表示一种非扫描方向的积分光强分布，所述的每个校正组件对可独立校正该分布中的部分区段，而所有的M对校正组件对共同作用，即可调节整个照明场在非扫描方向的光强积分均匀性。

所述的校正组件对202n和203n在扫描方向与光束传输方向截面上呈互相平行的平板状(如图7-图10所示)，可分别在扫描方向做至少一维运动，改变两者之间的相对位置；如图5所示，校正组件202n和203n可以分别沿箭头S1和箭头S2所示的方向移动。

所述的校正组件对202n和203n上分别设置有随位置变化而变化的透过率分布，如图5所示，校正组件202n和203n具有随Y方向的位置变化的透过率分布，该校正元件202n和203n之间相对位置的变化，可以调节校正组件对202n和203n的整体透过率。

所述的校正组件202n和203n的透过率分布相反设置，即两者在移动方向上具有相反变化趋势的透过率分布。如图6所示，校正组件202n具有图6中虚线401所示的线性分布，例如：其透过率从一开始的70％线性增加到100％，而校正组件203n具有图6中虚线402所示的线性分布，例如：其透过率从开始的100％线性减小到70％，这两者的组合可以在照明场内所覆盖的区域实现如图6中直线403所示的透过率分布，实现需要的光强调制。或者，校正组件202n具有分段的透过率分布，即：校正组件202n在初始至1/2的覆盖范围内，透过率从50％线性增加到100％，在1/2至末端的覆盖范围内具有均匀的100％透过率，此时，校正组件203n也同样具有分段透过率分布，只是与校正组件202n的透过率分布趋势相反；这样可实现校正组件202n和203n在所覆盖的照明场范围内无衰减光的目的，也使得相邻的校正组件对之间不会因间隔而增加额外的散光。

所述的透过率分布至少是一维的透过率分布，具体可以是一次函数分布，或者二次函数分布，或者三角函数分布，或者其他形式的函数分布。

如图2所示，所述的校正组件对中的第一校正组件202n均设置在同一平面上，且相邻的两个校正组件202n和202n-1之间设置槽缝204a间隔隔开；所述的所有校正组件对中的第二校正组件203n均设置在同一平面上，且相邻的两个第二校正组件203n和203n-1之间设置槽缝204b间隔隔开；所述的槽缝204a和槽缝204b是大小相等的微小间隔。

所述的校正组件202n和203n之间设置间隔隔开，该间隔是一个微小的距离，例如：0.1mm。

所述的校正组件202n和203n由玻璃，或者透射材料制成。

所述的设置有透过率分布的校正组件202n和203n通过在制造材料上沉积透射或衰减物的方法制成，例如：在玻璃基板上沉积铬薄膜，根据位置做成不同膜的函数形式，连续改变膜的厚度，以实现预定的透过率分布。

所述的设置有透过率分布的校正组件202n和203n通过在基板沉积随机点状衰减或挡光物的方法制成，通过控制所述点状物的密度以实现预定的透过率分布。

如图7所示，所述的校正组件202n和203n在垂直于扫描方向的光束传输截面是矩形，在非扫描方向(X方向)错位重叠设置，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同表面，例如，都设置在校正组件的上表面207a或下表面207b，也可以设置在该两个校正组件的相异表面，例如，一个设置在校正组件的上表面207a，另一个设置在下表面207b，反之亦可。

由于此时校正组件202n和203n在X方向上的错位，使得槽缝204a和204b在光轴方向存在偏离，通过槽缝204a和204b的光具有非零衰减率，故该错位设置有效的减少了槽缝中光的泄露。校正组件对202n和203n形成透过率T(n)，而校正组件对202n-1和203n-1形成透过率T(n-1)，对于错位部分205的透过率介于T(n)和T(n-1)之间。

所述的校正组件202n和203n在垂直于扫描方向的光束传输截面是平行四边形(如图8所示)，或梯形(如图9所示)；该两个校正组件202n和203n在非扫描方向(X方向)可以错位重叠设置(图中未显示)，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同表面，或者设置在该两个校正组件的相异表面；该两个校正组件202n和203n在非扫描方向(X方向)也可以无错位完全重叠设置，此时，槽缝204a和204b为倾斜于光轴方向；所述的校正组件202n和203n的透过率分布分别设置在相异表面，例如，校正组件202n的透过率分布设置在上表面207a，而校正组件203n的透过率分布设置在下表面207b，反之亦可。

类似于如图7所示，这种透过率的交错分布设置减少了槽缝中的光泄露，错位部分的透过率介于相邻的校正组件对的透过率之间。

如图10所示，所述的校正组件202n和203n在垂直于扫描方向的光束传输截面是阶梯形；此时，槽缝204a和204b具有阶梯式结构，而两个校正组件202n和203n相对于光束截面具有镜像结构，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同表面，例如，都设置在校正组件的上表面207a或下表面207b，也可以设置在该两个校正组件的相异表面，例如，一个设置在校正组件的上表面207a，另一个设置在下表面207b，反之亦可。

所述的阶梯式槽缝结构能减少漏光，也使中间部分206的透过率介于相邻两个校正组件对的透过率之间。

本发明提供的照明均匀性校正装置，校正组件在垂直于扫描方向的截面还可以是除矩形，平行四边形，梯形，阶梯形外的其它任何复杂结构，并且可以设置重叠、错位、镜像或设置透过率分布在相同或相异表面等特定的连接方式，这种连接方式满足两相邻校正组件对之间共有区域的透过率介于两个组件对独立的透过率，并且使相邻组件对之间的间隙区域具有非零的衰减率，避免相邻组件之间的间隙导致漏光和阴影。另外，调节所有组件对的透射率，可控制扫描方向积分能量的分布，也可控制全照明场的均匀性。

Claims (21)

1.一种照明均匀性校正装置，设置在掩膜版附近或掩模版的光学共轭面附近，其包含若干设置在照明光束横截面的校正组件对，该若干校正组件对沿非扫描方向间隔排列设置并覆盖整个照明场，沿扫描方向重叠设置并覆盖整个照明场；其特征在于：

所述的校正组件对包含沿扫描方向插入矩形照明场的第一校正组件，和沿扫描反方向插入矩形照明场的第二校正组件；

所述的第一校正组件和第二校正组件在扫描方向与光束传输方向截面上呈互相平行的平板状，分别在扫描方向做至少一维运动，改变两者之间的相对位置；

所述的第一校正组件和第二校正组件沿光束传输方向至少部分重叠，所述的第一校正组件和第二校正组件的相对表面以保留一定间隔的方式平行设置；

所述的第一校正组件和第二校正组件上设置有随位置变化而变化的透过率分布，且该第一校正组件的透过率分布与第二校正组件的透过率分布相反设置，即两者在移动方向上具有相反变化趋势的透过率分布。

2.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的所有校正组件对中的第一校正组件均设置在同一平面上，且相邻的两个第一校正组件之间设置间隔隔开。

3.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的所有校正组件对中的第二校正组件均设置在同一平面上，且相邻的两个第二校正组件之间设置间隔隔开。

4.如权利要求2或3所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的相邻第一校正组件之间的间隔和相邻第二校正组件之间的间隔大小相等。

5.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的所有第一校正组件和对应的第二校正组件之间设置间隔隔开。

6.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件的透过率分布至少是一维的透过率分布。

7.如权利要求6所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件的透过率分布为一次函数分布，或者二次函数分布，或者三角函数分布，或者上述若干种函数的组合分布。

8.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件由透射材料制成。

9.如权利要求8所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的设置有透过率分布的第一校正组件和第二校正组件通过在制造材料上沉积透射或衰减物的方法制成。

10.如权利要求8所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的设置有透过率分布的第一校正组件和第二校正组件通过在制造材料上沉积随机点状衰减或挡光物的方法制成，通过控制所述随机点状衰减或挡光物的密度以实现预定的透过率分布。

11.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件在垂直于扫描方向的光束传输截面是矩形。

12.如权利要求11所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件在非扫描方向错位重叠设置。

13.如权利要求12所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的透过率分布分别设置在第一校正组件和第二校正组件的相同侧表面，或者设置在该两个校正组件的相异侧表面。

14.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件在垂直于扫描方向的光束传输截面是平行四边形，或梯形。

15.如权利要求14所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件在非扫描方向错位重叠设置。

16.如权利要求15所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的透过率分布分别设置在第一校正组件和第二校正组件的相同侧表面，或者设置在该两个校正组件的相异侧表面。

17.如权利要求14所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件在非扫描方向无错位重叠设置。

18.如权利要求17所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的透过率分布分别设置在第一校正组件和第二校正组件的相异侧表面。

19.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件在垂直于扫描方向的光束传输截面是阶梯形。

20.如权利要求19所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一校正组件和第二校正组件相对于光束截面具有镜像结构。

21.如权利要求20所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的透过率分布分别设置在第一校正组件和第二校正组件的相同侧表面，或者设置在该两个校正组件的相异侧表面。

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