CN101807009A - 一种照明均匀性补偿装置及具有该装置的光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明均匀性补偿装置，包括：与光轴方向垂直并顺序排列的第一补偿板和第二补偿板；第一和第二补偿板均进行了表面镀膜处理，镀膜的厚度沿着第一和第二补偿板的一端向另一端递增，形成渐变的透过率分布；第一补偿板镀膜厚的一端与第二补偿板镀膜厚的一端相对光轴成轴对称排列，使第一和第二补偿片具有相反的透过率分布。以及具有该装置的光刻机。本发明是照明均匀性补偿效果好，结构简单，成本低廉，易于实现的照明均匀性补偿装置。

Description

一种照明均匀性补偿装置及具有该装置的光刻机

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种光刻机照明系统的照明均匀性补偿装置。

背景技术

在光刻机中，照明系统的作用是对来自光源(激光器或汞灯)的入射光进行调整，为掩模提供高质量的照明场，从而保证掩模图形经过投影物镜成像至硅片面的成像质量。

在衡量照明场质量的各项指标中，照明均匀性是非常重要的一条指标，照明场的均匀性会直接影响最终经由投影物镜成像至硅片面的图形质量。一般而言，在光刻机中，要求照明场的非均匀性小于1％，由于来自光源(激光器或汞灯)的入射光具有先天的非均匀性，这就对照明系统的匀光性能提出了非常高的要求。

在实际的光刻机制造中，即使照明系统的设计能够保证匀光效果，由于照明系统所使用的光学元件在加工、镀膜和装配等环节中均存在不可避免的公差，最终完成的照明系统其照明均匀性一定会和设计值存在一定的偏差，而且随着光刻机投入使用，照明系统的性能会随着时间不断衰退，这样的衰退也会引入新的非均匀性。因此，为了保证照明系统的均匀性不受影响，有必要在照明系统中引入照明均匀性补偿机制。

欧洲专利EP0952491A2给出了一种使用两片透过率成线性分布的滤光片的照明均匀性补偿装置，通过将两滤光片在光轴切向上移动，两滤光片的透过率互相叠加，形成不同的透过率分布，对照明均匀性进行补偿。该装置的补偿精度有限，且损失了较多的照明场能量。

中国专利CN1409175A给出了一种使用两片透过率成三次曲线分布的滤光片的照明均匀性补偿装置，通过将两滤光片在光轴切向上移动，两滤光片的透过率互相叠加，形成不同的透过率分布，对照明均匀性进行补偿。该装置对于照明均匀性的补偿精度高，且能量损失少，但是对于滤光片的镀膜有很高的要求，制造成本高，且该装置对于滤光片的驱动精度也有较高的要求，机械上较为复杂且难以实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有缺陷，提供一种照明均匀性补偿效果好，结构简单，成本低廉，易于实现的照明均匀性补偿装置。

本发明提供一种照明均匀性补偿装置，包括：与光轴方向垂直并顺序排列的第一补偿板和第二补偿板；第一和第二补偿板均进行了表面镀膜处理，镀膜的厚度沿着第一和第二补偿板的一端向另一端递增，形成渐变的透过率分布；第一补偿板镀膜厚的一端与第二补偿板镀膜厚的一端相对光轴成轴对称排列，使第一和第二补偿片具有相反的透过率分布。

其中，镀膜厚度变化的趋势遵循正弦函数或其他三角函数，使补偿板最小透过率大于等于90％，最大透过率小于等于100％。

其中，照明均匀性补偿装置安装于光刻机照明系统的掩模与中继透镜组之间。

其中，照明均匀性补偿装置安装于光刻机照明系统的可变狭缝与中继透镜组之间，或聚光器与可变狭缝之间。

其中，第一及第二补偿板均安装有齿轮结构，齿轮结构与一驱动齿轮啮合，驱动齿轮向两个相反的方向驱动第一和第二补偿板，使第一和第二补偿板可以垂直光轴移动，同时位移量保持一致。

其中，第一和第二补偿板由独立的驱动装置驱动，使第一和第二补偿板沿垂直光轴方向移动，使透过率叠加曲线也是非对称的，因此可对非对称的照明场光强分布进行均匀性补偿。

使用所述照明均匀性补偿装置的照明系统，其中照明均匀性补偿装置可安装于掩模附近，位于掩模与中继透镜组之间。

其中照明均匀性补偿装置也可安装于可变狭缝附近，即掩模的近似共轭面，可位于可变狭缝与中继透镜组之间；或可变狭缝与聚光器之间。

一种具有所述的照明系统的光刻机。

该装置具有以下优点：

1.补偿效果好，能够将非均匀性大于1％的抛物线形照明场强度分布校正为非均匀性小于1％的平顶分布。

2.结构简单，对于光学镀膜要求较低，因此成本低廉。

3.无需高精度的驱动装置驱动，机械上易于实现。

附图说明

图1为现有光刻机照明系统结构图；

图2A和2B为现有光刻机照明视场光强分布曲线图；

图3为本发明照明均匀性补偿装置位置示意图；

图4A为两片补偿板相互完全覆盖的结构示意图；

图4B为图4A中两片补偿板的透过率分布曲线图；

图5A为两片补偿板相互错位覆盖的一实施例结构示意图；

图5B为图5A中两片补偿板的透过率分布曲线图；

图6A为两片补偿板相互错位覆盖的另一实施例结构示意图；

图6B为图6A中两片补偿板的透过率分布曲线图；

图7为两片补偿板的驱动机构示意图；

图8为本发明照明均匀性补偿装置另一位置实施例示意图；

图9和图10为照明均匀性补偿装置另一位置实施例光强分布曲线图；

图11为本发明另一驱动实施例示意图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。

光刻机照明系统的结构示意如图1所示。自光源1’(激光器或汞灯)发出的光线入射第一衍射光学元件1，该衍射光学元件可以是微透镜阵列、菲涅尔透镜或衍射光栅。光线入射该衍射光学元件后发生衍射，根据所使用衍射光学元件的不同，进而可以产生所需的照明模式，例如：圆形照明模式，双极照明模式或四极照明模式。该衍射光学元件是可替换的，例如：衍射光学元件1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。

在衍射光学元件1之后，光线入射一变焦透镜组2和一角锥棱镜组3，其中，变焦透镜组2的前焦面与衍射光学元件1重合，在变焦透镜和衍射光学元件的共同作用下，可以得到适当的照明光瞳，例如：环形照明光瞳。另外，改变变焦透镜组和角锥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。

在角锥镜组3之后，光线入射第二衍射光学元件4，该衍射光学元件一般为微透镜阵列，放置于变焦透镜组2的出瞳(后焦面)处，可对于光瞳面进行取样和匀光。衍射光学元件4的出射光入射聚光器5，在可变狭缝6处形成一中间光瞳像，该中间光瞳像经由中继透镜组7成像于掩模8。掩模面8与可变狭缝6所在平面并不是完全严格的共轭关系。掩模8所放置的位置，稍稍偏移可变狭缝6的共轭面。

在实际的光刻制造中，由于照明系统所使用光学元件在加工、装配等环节中均存在不可避免的公差，或者由于光学表面在进行减反射镀膜时存在的不均匀性，最终完成的照明系统其照明均匀性一定会和设计值存在一定的偏差，而且随着光刻机投入使用，照明系统的性能会随着时间不断衰退，因此实际的照明视场可能会存在如图2A或图2B所示的抛物线形强度分布。

如图3所示，照明均匀性补偿装置可安装于掩模8附近，掩模8与中继透镜组7之间。

如图3所示，本发明所涉及照明均匀性补偿装置由两块补偿板9和10组成，两片补偿板垂直于光轴11放置，且均能够沿着横切光轴11的方向进行至少一维的扫描运动。在光轴11方向上，两补偿板交替放置，在扫描方向上，两片补偿板位置可以相互重叠。在扫描方向上，两片补偿板的位移始终关于光轴11对称。

图4A为两片补偿板相互完全覆盖的结构示意图。如图4A所示，两片补偿板9和10在相反的两端进行了表面镀膜处理12，镀膜12的厚度沿着补偿板的扫描方向从一端向另一端递增，镀膜12厚度变化的趋势遵循正弦函数或其他三角函数，形成了补偿板沿着扫描方向渐变的透过率分布，由于两片补偿板镀膜厚度变化的趋势相反，因此两片补偿片具有相反的透过率分布。

两片补偿板的透过率分布曲线如图4B所示，其中f(x)为补偿板10的透过率分布曲线，而g(x)为补偿板9的透过率分布曲线，两曲线为对称的正弦函数，或其他三角函数，透过率范围在90％-100％到96％-100％之间。

当两片补偿板按照图4A的方式互相叠加之后，最终形成的总透过率分布曲线如图4B中f(x)*g(x)曲线，该曲线为一条平坦的透过率曲线。

图5A为两片补偿板第一种相互错位覆盖情况的结构示意图。在该种情况下，两片补偿板叠加后的透过率分布曲线如图5B中f(x)*g(x)曲线，该曲线为一条下陷的，近似抛物线的透过率曲线。

图6A为两片补偿板第二种相互错位覆盖情况的结构示意图。在该种情况下，两片补偿板叠加后的透过率分布曲线如图6B中f(x)*g(x)曲线，该曲线为一条上凸的，近似抛物线的透过率曲线。

补偿板的驱动机构如图7所示，补偿板9的下方和补偿板10的上方均安装有齿轮结构13，齿轮结构13与一驱动齿轮14啮合，当驱动齿轮14旋转时，能够向两个相反的方向驱动补偿板9和补偿板10，同时位移量保持一致。

从图4A所示补偿板完全覆盖结构出发，此时，两补偿板叠加后的透过率分布曲线如图4B中f(x)*g(x)曲线所示。

当照明场的强度分布出现如图2A所示的非均匀性时，可逆时针旋转图7中所示驱动齿轮14，驱动齿轮14驱动两补偿板9和10，形成如图5A所示的错位叠加结构，实现如图5B中f(x)*g(x)曲线所示的总透过率分布，通过该透过率分布对图2A所示的非均匀性进行补偿。

当照明场的强度分布出现如图2B所示的非均匀性时，可顺时针旋转图7中所示驱动齿轮14，驱动齿轮14驱动两补偿板9和10，形成如图6A所示的错位叠加结构，实现如图6B中f(x)*g(x)曲线所示的总透过率分布，通过该透过率分布对图2B所示的非均匀性进行补偿。

对于任何介于图2A和图2B之间的非均匀性，可通过旋转驱动齿轮14，调整两片补偿板的错位覆盖程度，从而在图5B与图6B所示的总透过率曲线之间找到一套合适的透过率曲线对非均匀性进行补偿。

在实施例二中，如图8所示，本发明所涉及均匀性补偿装置也可安装于可变狭缝6附近(即掩模6的近似共轭面)，可位于可变狭缝6与中继透镜组7之间，也可以位于聚光器5与可变狭缝6之间。

实际的照明系统，同样有可能会出现诸如图9和图10所示非对称的照明场光强分布。

在实施例三中，如图11所示，两补偿板9和10由独立的驱动装置驱动，可沿扫描方向独立运动，其运动并非始终关于光轴对称，因此其透过率叠加曲线也是非对称的，因此可对非对称的照明场光强分布进行均匀性补偿。对于如图9和图10所示非对称的照明光强分布，可按照图11所示的两种方式进行补偿。

本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种照明均匀性补偿装置，其特征在于包括：与光轴方向垂直并顺序排列的第一补偿板和第二补偿板；第一和第二补偿板均进行了表面镀膜处理，镀膜的厚度沿着第一和第二补偿板的一端向另一端递增，形成渐变的透过率分布；第一补偿板镀膜厚的一端与第二补偿板镀膜厚的一端相对光轴对称，使第一和第二补偿片具有相反的透过率分布。

2.如权利要求1所述的照明均匀性补偿装置，其中，镀膜厚度变化的趋势遵循正弦函数或其他三角函数，使补偿板最小透过率大于等于90％，最大透过率小于等于100％。

3.如权利要求1所述的照明均匀性补偿装置，其中，照明均匀性补偿装置安装于光刻机照明系统的掩模与中继透镜组之间。

4.如权利要求1所述的照明均匀性补偿装置，其中，照明均匀性补偿装置安装于光刻机照明系统的可变狭缝与中继透镜组之间，或聚光器与可变狭缝之间。

5.如权利要求1-4之一所述的照明均匀性补偿装置，其中，第一及第二补偿板均安装有齿轮结构，齿轮结构与一驱动齿轮啮合，驱动齿轮向两个相反的方向驱动第一和第二补偿板，使第一和第二补偿板可以垂直光轴移动，同时位移量保持一致。

6.如权利要求1-4之一所述的照明均匀性补偿装置，其中，第一和第二补偿板由独立的驱动装置驱动，使第一和第二补偿板沿垂直光轴方向移动，使透过率叠加曲线也是非对称的，因此可对非对称的照明场光强分布进行均匀性补偿。

7.使用如权利要求1-6之一的照明均匀性补偿装置的照明系统，其特征在于照明均匀性补偿装置可安装于掩模附近，位于掩模与中继透镜组之间。

8.如权利要求7所述的照明系统，其中照明均匀性补偿装置也可安装于可变狭缝附近，即掩模的近似共轭面，可位于可变狭缝与中继透镜组之间；或可变狭缝与聚光器之间。

9.一种具有权利要求7或8所述的照明系统的光刻机。

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