CN101221374A - 一种照明均匀性校正装置 - Google Patents

Abstract

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；还包含设置在每个校正组件对的出射光线方向的光线偏移校正组件；该校正组件对包含沿扫描方向和扫描反方向分别插入矩形照明场的第一、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三角状，可分别沿三角形斜边方向做至少一维运动，沿光束传输方向做相对移动；该第一、第二校正组件上设置有随厚度变化的相反透过率分布。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，还包含设置在每个校正组件对的出射光线方向的光线偏移校正组件；

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上设置有随厚度变化的透过率分布；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三角状；

所述的第一校正组件和第二校正组件可分别沿三角形斜边方向做至少一维运动，改变两个校正组件之间的相对位置，从而改变其对沿光束方向的厚度，由此得到该校正组件对的不同的透过率；

所述的第一校正组件和第二校正组件可沿光束传输方向做相对移动，并改变两个校正组件的相对距离，从而改变光束的偏转角度，由此得到该校正组件对的不同的透过率。

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。

所述的校正组件对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均为楔形三角状；此时，所述的光线偏移校正组件由两个呈楔形三角状的第一光线偏移校正组件和第二光线偏移校正组件构成，其和校正组件对关于光束传输截面具有镜像结构；所述的第一光线偏移校正组件和第二光线偏移校正组件之间的间距等于第一校正组件和第二校正组件之间的间距；该第一光线偏移校正组件和第二光线偏移校正组件中至少有一个可沿光束传输方向做相对移动。

所述的第一校正组件在扫描方向与光束传输方向截面是楔形三角状，所述的第二校正组件是等腰三角状；此时，所述的光线偏移校正组件呈楔形三角状，其与第一校正组件相对于光束传输截面具有镜像结构；所述的第一校正组件和第二校正组件之间的间距等于第二校正组件和光线偏移校正组件之间的间距；该光线偏移校正组件可沿光束传输方向做相对移动。

所述的第一校正组件和第二校正组件由玻璃，或者透射材料制成。

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，通过控制所述点状物的密度以实现预定的透过率分布。

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截面的移动示意图；

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YZ截面的另一种移动示意图；

图8是本发明实施例中的校正组件对通过偏移光线改变透光率分布的示意图；

图9是本发明实施例中透过率校正组件附加光线偏移组件的示意图；

图10是本发明实施例中另一种透过率校正组件附加光线偏移组件的示意图。

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；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。

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202n和203n上设置有随厚度变化的透过率分布；如图5所示，校正组件202n和203n具有随Z方向的厚度变化的透过率分布，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。

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。

所述的校正组件对202n和203n在扫描方向与光束传输方向截面上呈三角状。

如图5所示，所述的校正组件202n和203n可分别沿三角形斜边方向做至少一维运动，即沿图中所示的箭头S1和箭头S2的方向移动，改变两个校正组件之间的相对位置，从而改变其对沿光束方向的厚度，由此得到该校正组件对的不同的透过率。

如图7所示，所述的校正组件202n和203n可沿光束传输方向做相对移动，即沿图中所示的箭头S3的方向移动，从而改变两个校正组件的相对距离，从而改变光束的偏转角度，使光线发生偏转，如图7中，光线从P1点偏转到P2点，由此改变校正组件对202n和203n的整体透过率。

如图8所示，设置校正组件202n具有图8中线条502所示的线性透过率分布，校正组件203n具有线条503a所示的线性透过率分布；在初始状态，校正组件202n和203n近似叠合，两者之间基本无间隙，图7中的光线501透射通过组件203n的P1点，此时校正组件对202n和203n的整体透过率如图8中的线条504所示分布；如果沿箭头S3方向移动校正组件202n，光线501通过校正组件202n后发生折射偏转，并透射通过校正组件203n的P2点，此时校正组件203n的上表面具有等效于图8中线条503b所示的透过率分布，而校正组件对202n和203n的整体透过率如图8中线条505所示的分布；相比线条504所示的透过率，线条505所示的透过率减小了；由此可得，改变校正组件202n和203n的间距，可以调节校正组件对的整体透过率。

根据上述对图7和图8的分析得到，由于最终从校正组件对202n和203n出射的光线501除了强度变化外，其出射位置相比入射时有偏移，为了校正该光线位置偏移，本实用新型还包含设置在校正组件对202n和203n的出射光线方向的光线偏移校正组件。

如图9所示，在扫描方向与光束传输方向截面，所述的校正组件对202n和203n均为楔形三角状，在其出射光线方向设置光线偏移校正组件，该光线偏移校正组件由两个楔形三角状的光线偏移校正组件602n和603n构成，其和校正组件对202n和203n关于光束传输截面具有镜像结构；所述的光线偏移校正组件602n与603n之间的间距等于校正组件202n与203n之间的间距。

所述的光线偏移校正组件602n和603n不改变透过率分布；或者可使校正组件202n和光线偏移校正组件602n具有透过率变化分布，而校正组件203n和光线偏移校正组件603n不改变透过率分布，此时光线偏移校正组件603n可沿图9中箭头s4所示的方向移动；此时，从校正组件对202n和203n出射的光线501在通过光线偏移校正组件602n后发生折射偏转，正好校正其在通过校正组件202n时发生的偏转，使得光线501的最终出射点与初始入射点在同一直线上，因而对光线位置偏移得到了校正。

如图10所示，在扫描方向与光束传输方向截面，所述的第一校正组件202n是楔形三角状，第二校正组件203n是等腰三角状，在其出射光线方向设置呈楔形三角状的光线偏移校正组件603n，其与第一校正组件202n相对于光束传输截面具有镜像结构；所述的第一校正组件202n和光线偏移校正组件603n可分别沿图10中箭头S3和S4所示的方向移动，第一校正组件202n和第二校正组件203n之间的间距等于第二校正组件203n和光线偏移校正组件603n之间的间距；

所述的第一校正组件202n的下表面和第二校正组件203n的上表面设置有透过率分布，如图10中所示，可沿+Z方向第一校正组件202n，改变第一校正组件202n和第二校正组件203n之间的间距，达到改变校正组间对202n与203n的整体透过率的目的，沿-Z方向移动光线偏移校正组件603n，改变第二校正组件203n和光线偏移校正组件603n之间的间距，从而最终实现校正出射光线偏移的目的。

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。

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。

Claims (15)

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，还包含设置在每个校正组件对的出射光线方向的光线偏移校正组件；

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三角状；

所述的第一校正组件和第二校正组件分别沿三角形斜边方向做至少一维运动，且沿光束传输方向做相对移动；

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，所述的所有第一校正组件和对应的第二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。

4.如权利要求3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。

5.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的校正组件对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均为楔形三角状。

6.如权利要求5所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的光线偏移校正组件由两个呈楔形三角状的第一光线偏移校正组件和第二光线偏移校正组件构成，其和校正组件对关于光束传输截面具有镜像结构。

7.如权利要求6所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一光线偏移校正组件和第二光线偏移校正组件中至少有一个可沿光束传输方向移动。

8.如权利要求7所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的第一光线偏移校正组件和第二光线偏移校正组件之间的间距等于第一校正组件和第二校正组件之间的间距。

9.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在扫描方向与光束传输方向截面是楔形三角状，所述的第二校正组件是等腰三角状。

10.如权利要求9所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的光线偏移校正组件呈楔形三角状，其与第一校正组件相对于光束传输截面具有镜像结构。

11.如权利要求10所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述的光线偏移校正组件可沿光束传输方向移动。

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之间的间距等于第二校正组件和光线偏移校正组件之间的间距。

13.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玻璃，或者透射材料制成。

14.如权利要求13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。

15.如权利要求13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，通过控制所述点状物的密度以实现预定的透过率分布。

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