CN102540752B - 一种光刻照明系统 - Google Patents

Abstract

一种光刻照明系统，包括光源、聚光镜、匀光系统、中继透镜组、反射镜、剂量控制单元、掩模，光线经反射镜后分别进入剂量控制单元和掩模，其特征在于在剂量控制单元及掩模前，还具有相同的中继透镜后组，使剂量传感器和掩模上的照度具有很好的线性关系。本发明的光刻照明系统，当需要变换照明模式时，可以不需重新标定剂量控制传感器，从而节省曝光时间，提高产率。

Description

一种光刻照明系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种光刻照明系统。

背景技术

步进或扫描光刻机将掩模板上的图形通过光学系统成像到IC制程的硅片或LCD制程的基板上，然后通过软烘、显影的光刻工艺制成芯片或基板驱动电路等。随着大规模集成电路的发展，光刻成像的分辨率要求越来越高，对光刻工艺的要求也越来越高。在光刻工艺中最重要的步骤之一就是如何精准的控制曝光剂量，从而使硅片或基板上的曝光线条更好的适合光刻胶性能。现有技术的曝光剂量控制一般是在照明系统中分出一小部分曝光光路中的能量，通过标定的方法，使被分出的小部分曝光能量可以代表硅片或基板上的曝光能量，从而根据被分出的小部分曝光能量来控制硅片或基板上的曝光能量。Nikon的专利US20020159041就描述的这种剂量控制方法，如图1所示是曝光系统的照明部分，光源7经过椭球反光镜反射到滤光片10、微透镜阵列或积分棒8、快门12、聚光镜13～15，最后照在掩模板M上。分光镜19就是将曝光光路中的总能量分出大约1％，通过探测器20探测反馈到控制器17，再由控制器控制快门12的开闭时间，从而达到剂量控制的目的。

现在大部分光刻机上都使用类似的剂量控制方法。这种方法虽然可以较好的控制剂量，但是在变换照明模式或照明功率变化时面临需要重新标定的问题。因为照明模式变化会导致剂量控制探测器上接收的能量的角度和硅片或基板上接收到能量的角度不一样，一般探测器对角度的变化是敏感的，这就导致在一种照明模式下标定好的剂量控制传感器，在另一种照明模式下不能真实反应实际曝光剂量需要重新标定。另外功率变化可能导致剂量控制传感器所在位置的均匀性发生变化，这也会导致和硅片或基板上接收到的能量不一致，这也需要重新标定。这就会占用曝光时间，影响产率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于剂量控制的照明系统，当需要变换照明模式时，可以不需重新标定剂量控制传感器，从而节省曝光时间，提高产率。

基于上述目的，本发明提出一种光刻照明系统，包括光源、聚光镜、匀光系统、中继透镜组、反射镜、剂量控制单元、掩模，光线经反射镜后分别进入剂量控制单元和掩模，其特征在于，所述光刻照明系统还包括：

第一中继透镜后组，设置在所述反射镜与所述掩模之间；

第二中继透镜后组，设置在所述反射镜与所述剂量控制单元之间，所述第一中继透镜后组和所述第二中继透镜后组结构相同，用于使剂量传感器和掩模上的照度具有对应的线性关系。

其中，所述第一中继透镜后组及第二中继透镜后组为两片凸透镜结构，用于保证剂量控制测量面的均匀性。

其中，在所述剂量控制单元前还包括角度转换装置。

较佳地，所述角度转换装置具有两组透镜，变换近轴光线的孔径角，其光学系统倍率为-0.5～-4，探测小孔直径不大于50μm。

较佳地，所述剂量控制单元还包括一消光装置。

其中，在所述剂量控制单元还包括一信号放大电路。

其中，所述反射镜的反射率为99％，透过率为1％。

较佳地，经过所述反射镜后，转折光路的入射光线的入射角小于10度。

其中，所述聚光镜形成多种照明模式，包括环形照明、传统照明、二极照明、四极照明。

本发明的光刻照明系统，不管在扫描光刻系统还是步进光刻系统中，当需要变换照明模式时，比如传统变为环形照明、二极照明或四极照明等，或者因光源老化，光功率下降时，可以不需重新标定剂量控制传感器，从而节省了曝光时间，提高了产率。这种照明系统还提供了掩模面均匀性间接测量位置，在测校过程中，可以在有掩模的情况下同时测量掩模位置均匀性。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1所示为现有光刻照明系统剂量控制结构图；

图2-4所示为本发明光刻照明系统结构示意图；

图5所示为本发明光刻照明系统中角度转换装置结构示意图；

图6所示为本发明光刻照明系统中消光装置结构示意图；

图7所示为本发明光刻照明系统入射光线透过率漂移曲线；

图8所示为本发明光刻照明系统加入角度转换装置后角度变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

扫描或步进光刻系统的照明系统包括曝光光源1、聚光镜4、匀光系统5、中继系统、剂量控制单元10和掩模7。如图2所示，曝光光源1可以是连续光源汞灯，或者非连续光源193nm或248nm激光。如曝光光源1为汞灯时，通过椭球反射镜2和冷光镜3光线进入聚光镜4中。聚光镜4是变焦透镜组，可以产生环形照明和传统照明，聚光镜还可以是产生四极或二极照明的变焦透镜。光线经过聚光镜4后形成需要的照明模式11，然后进入匀光系统5，匀光系统5可以是积分棒或者微透镜阵列或者是两者的组合。中继透镜在匀光系统5之后，中继透镜前组8和第一中继透镜后组6将匀光系统出射的具有一定照明模式的光线投射到掩膜7上。同时第二中继透镜后组镜9在和掩膜镜像的位置成相同的像。经过掩膜的光线又由物镜系统12成像到硅片或基板13上。当物镜是1倍光学系统时，剂量传感器10在掩模镜像位置测得的光功率和硅片或基板上的光功率的角分布相同。

透镜组6和9具有相同的光学结构9，相同的光学半径、空气间隙、镜片数，可以保证掩模位置7的成像质量和传感器测量位置14的成像质量相同。照明反射镜15经过镀膜使得99％的光强反射经过物镜12成像，1％的光强透射由传感器10探测。入射到第一中继透镜后组6和第二中继透镜后组9的光线入射角应小于10度，照明反射镜15的镀膜应使10度内的入射光线的透射率中心波长的漂移不影响工作波长的透射率，透过率漂移曲线如图7，在λ1～λ2+Δλ中应包含工作波长的范围。照明反射镜到能量传感器的光路中要加入消光装置16，防止对周围环境的干扰。

在照明模式变化时，如图2的环形照明变成图3的传统小相干因子照明，或者变成图4的传统大相干因子照明时，剂量传感器10和硅片或基板上的照度具有很好的线性关系，也就不会破坏已标定的参数关系。

在照明功率变化时，由于同是在照明均匀面上，剂量传感器10和硅片或基板上的照度也会具有很好的线性关系。

当物镜是非1倍光学系统时，由于探测器对角度的非线性响应，如果仍采用上述结构，还是会带来在照明模式或照明功率变化时，剂量控制传感器和和硅片或基板上的照度线非线性关系。因此在剂量传感器10的前面加上一个角度校正装置17，如图5和图6。由于角度校正装置几乎可以看成近轴系统，其光学系统的设计将非常简单的实现角度转换的功能。角度转换装置的透镜口径不大于10mm，变化倍率为-0.5～-4，其探测小孔14的直径不大于50μm。这样当照明模式或照明功率变化时，剂量传感器和硅片或基板上的照度仍然具有较好的线性度。

加入角度转换装置后角度变化曲线如图8。不加角度校正装置的线性度在相干因子变化时会有一定的偏移值ΔS，加入角度转换装置后基本为正比例关系。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，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)

1.一种光刻照明系统，包括光源、聚光镜、匀光系统、中继透镜组、反射镜、剂量控制单元、掩模，光线经反射镜后分别进入剂量控制单元和掩模，其特征在于，所述光刻照明系统还包括：

第一中继透镜后组，设置在所述反射镜与所述掩模之间；

第二中继透镜后组，设置在所述反射镜与所述剂量控制单元之间，所述第一中继透镜后组和所述第二中继透镜后组结构相同，用于使剂量传感器和掩模上的照度具有对应的线性关系。

2.如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述第一中继透镜后组及第二中继透镜后组为两片凸透镜结构，用于保证剂量控制测量面的均匀性。

3.如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于在所述剂量控制单元前还包括角度转换装置。

4.如权利要求3所述的光刻照明系统，其特征在于所述角度转换装置具有两组透镜，变换近轴光线的孔径角，其光学系统倍率为-0.5～-4，探测小孔直径不大于50μm。

5.如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述剂量控制单元还包括一消光装置。

6.如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于在所述剂量控制单元还包括一信号放大电路。

7.如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述反射镜的反射率为99％，透过率为1％。

8.如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于经过所述反射镜后，转折光路的入射光线的入射角小于10度。

9.如权利要求1所述的光刻照明系统，其特征在于所述聚光镜形成多种照明模式，包括环形照明、传统照明、二极照明、四极照明。

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