CN103365104A - 可变偏振照明系统 - Google Patents

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CN103365104A CN2012101039921A CN201210103992A CN103365104A CN 103365104 A CN103365104 A CN 103365104A CN 2012101039921 A CN2012101039921 A CN 2012101039921A CN 201210103992 A CN201210103992 A CN 201210103992A CN 103365104 A CN103365104 A CN 103365104A
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Abstract

一种可变偏振照明系统，包括激光光源、偏振片、法拉第旋光装置、匀光模块、掩膜和高数值孔径物镜，通过调整施加到法拉第旋光装置中线圈上的电流强度调整线偏振光的角度，使得线偏振光的偏振角度平行于掩膜上的线条。

Description

可变偏振照明系统
技术领域
本发明涉及光刻领域，尤其涉及光刻机中的可变偏振照明系统。
背景技术
光刻机的照明系统通常会出射偏振光或非偏振光作为光刻机的光源，这些光在硅片面上会产生不同的效果。中国专利CN1645258A中记载了垂直于入射面的线偏振光比平行于入射面的线偏振光，在硅片面上所得到的对比度更高。
Figure 2012101039921100002DEST_PATH_IMAGE002
由上式可见S偏振光（垂直于入射面线偏振光）比P偏振光（平行于入射面线偏振光）有更高的光强对数斜率值。这一点也可以从图1所示的P偏振光和S偏振光的成像效果中看出。图2所示为成像对比度与NA的关系曲线，P偏振光成像时，随着数值孔径的增加，对比度下降很显著；S偏振成像时对比度明显比前者高，而且随着数值孔径的增加而有所提高；由于传统的非偏振光照明成像中，光强对数斜率是S偏振光和P偏振光的光强对数斜率的平均，其对比度在两者之间。
美国专利US20090128796中公开了一种可校准偏振态的照明系统。在数值孔径一定的情况下，偏振光照明能较非偏振光照明获得更好的像面的分辨率。此专利提供了一种偏振校准机构，能在激光偏振态不佳的时候（从线偏振变为椭圆偏振）将其校准为线偏振光，同时还能通过棱镜的旋转根据曝光需要选择出射S偏振光、P偏振光或是非偏振光。该机构包括了1/4波片5、偏振棱镜4和消除偏振棱镜6。图3-5分别示出了出射光分别为S偏振光、P偏振光和非偏振光时该机构中各部件的调整状态。
但是该机构还存在下述缺点：
1、可动机械结构很多，调节和运行都很复杂；
2、对棱镜的夹持很困难并且还要旋转，而且对旋转的精度要求很高，一旦这三个旋转机构中一个没有旋转到位，会对出射的光强造成很大的损失并且反而会出射光的偏振态改变，降低分辨率；
3、无法阻挡从照明光路中返回的杂散光进入光源干扰激光出射；
4、成本高且不易维护容易损坏。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种可变偏振照明系统，包括激光光源、偏振片、法拉第旋光装置、匀光模块、掩膜和高数值孔径物镜，其中线偏振光的旋转角度
Figure 2012101039921100002DEST_PATH_IMAGE004
满足以下公式：
Figure 2012101039921100002DEST_PATH_IMAGE006
其中是维尔德常数，
Figure 2012101039921100002DEST_PATH_IMAGE010
为磁感强度，
Figure 2012101039921100002DEST_PATH_IMAGE012
为光通过的介质的厚度，n为法拉第旋光装置的线圈匝数，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为真空磁导率，I为电流强度；
通过调整施加到所述法拉第旋光装置中线圈上的电流强度调整线偏振光的偏振角度。
其中，所述掩膜设置有线条，穿过所述法拉第旋光装置的线偏振光的偏振角度平行于所述掩膜上的线条。
其中，在所述激光光源和法拉第旋光装置之间设置有偏振片，偏振片的偏振方向与所述激光光源发出的光的偏振方向相同。
其中，从所述激光光源出射的是S偏振光，所述偏振片为S方向偏振片。
其中，所述法拉第旋光装置的材料的维尔德系数较大。
其中，所述材料为稀土玻璃。
其中，所述法拉第旋光装置被放置于光束测量调节模块BEAST中。
其中，所述激光光源为准分子激光器。
本发明利用法拉第磁光效应来进行旋光，能简单而有效的提供任何角度的线偏振光以提高各种角度线条的分辨率，对照明系统中的杂散光影响有很好的消除作用，并且结构简单没有任何机械可动机构，成本低廉。
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1-5为现有技术的照明系统的示意图；
图6所示为根据本发明的照明系统的结构示意图；
图7和8所示为本发明的照明系统的偏振态调整示意图；
图9和10所示为根据本发明的照明系统的另一种实施方式的结构示意图；
图11所示为具有根据本发明的照明系统的光刻设备进行光刻的流程图。
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。
图6所示为根据本发明的照明系统的结构示意图。该照明系统包括准分子激光器6、偏振片2、法拉第旋光盒3、匀光模块7、掩膜8及高NA物镜9。此系统使用线偏振光照明能在不增加NA的前提下提高硅片面上的线条对比度。
图7所示为本发明的照明系统的偏振态调整示意图，从准分子激光器6出射的S偏振光1经过S方向偏振片2无损失地进入法拉第线圈3。根据法拉第磁致旋光效应入射的偏振光旋转量与磁感强度B有关，旋转方向与磁场方向有关，线偏振光旋转角度
Figure 721259DEST_PATH_IMAGE004
满足以下公式：
Figure 714623DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 468952DEST_PATH_IMAGE008
是维尔德常数，它与波长有关，并且非常接近材料的吸收谐振，
Figure 268281DEST_PATH_IMAGE010
为磁感强度，
Figure 791666DEST_PATH_IMAGE012
为光通过的介质的厚度，n为线圈匝数，
Figure 221510DEST_PATH_IMAGE014
为真空磁导率，I为电流强度。从以上公式可以看出，只要控制电流强度I就能很快而方便地得到任意角度的线偏振光。因而，在此选用维尔德系数较大的材料制成旋光介质，如稀土玻璃（其维尔德系数为0.27）。
在本发明的实施方式中，线圈长度取0.15m；线圈匝数取n为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；真空磁导率
Figure 276185DEST_PATH_IMAGE014
近似为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；为了使
Figure 613626DEST_PATH_IMAGE004
在
Figure DEST_PATH_IMAGE020
90°范围内连续变化，电流I的变化区间为
Figure 257096DEST_PATH_IMAGE020
17.7A。
根据掩膜上的线条，调整法拉第盒的电流以控制磁感强度B来调节出射线偏振方向，从而保证在硅片面上以S偏振光成像，由此提高成像对比度。
如图7所示，当掩膜上的条纹为竖直条纹时，则使I=17.7A，从而使从激光器出射的偏振光旋转90°，即可在不改变NA的情况下提高硅片面上成像的对比度。同理，若掩膜上线条为-45°倾斜条纹时，只要使I=-8.85A即可得到偏振方向为-45°的线偏振光。
当激光器由于使用时间导致老化等原因，使得出射的激光为如图8所示的椭圆偏振光5时，出射后的光经过S方向偏振片2。依然会以S偏振光入射法拉第线圈3。以保证曝光的分辨率。由于本发明的旋光装置不是棱镜，旋光的方向只与磁场的方向有关，与光的传播方向无关，光束往返通过磁致旋光物质时，旋转角度会往同一个方向累加。所以从照明系统中返回的偏振杂散光经过法拉第线圈后无法透过S方向偏振片进入光源（P偏振杂散光除外）。
为了得到足够的磁感强度，旋光单元必须有足够的线圈长度、匝数和电流，但是线圈的长度太长会对照明的设计带来困扰，使用过程中，激光器和光刻机分两个地方放置，激光器与光刻机之间，为了将激光导入光刻机，两者之间会有若干反射镜，并且会将这些光路包裹在管道之中，这样为线圈留出了了很大的排布空间线圈匝数少了所需的电流就会小，电流过大则会对控制带来麻烦。如图9所示，可以将旋光单元放入光束测量调节模块光束测量调节模块11（简称BEAST）中，由于激光器与光刻机主机一般会放在两个房间，所以采用BEAST的照明系统的空间会相对宽松很多，同时法拉第线圈也能做的尽可能的长，匝数尽可能的多，这样控制电流就会变小，其控制精度也会更好。图10所示为示例性的BEAST的结构示意图，其中，BSU是光束指向和位置的调整单元，BMU是光束指向和位置的测量单元，两者放在一起做闭环控制以此来保证激光出射的光斑能正确的落在一个范围内，这一个系统总的称为BEAST。
利用本发明的照明系统的光刻机的工作流程为：首先，上掩膜板；其次，根据掩膜线条，计算并调节旋光电流；然后，开始曝光；最终结束曝光并将旋光电流回复初始值。
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 (7)

1.一种可变偏振照明系统，包括激光光源、偏振片、法拉第旋光装置、匀光模块、掩膜和高数值孔径物镜，其中线偏振光的旋转角度                                                
Figure 93457DEST_PATH_IMAGE001
满足以下公式：
Figure 845512DEST_PATH_IMAGE002
其中
Figure 667974DEST_PATH_IMAGE003
是维尔德常数，
Figure 935008DEST_PATH_IMAGE004
为磁感强度，
Figure 2012101039921100001DEST_PATH_IMAGE005
为光通过的介质的厚度，n为法拉第旋光装置的线圈匝数，
Figure 320858DEST_PATH_IMAGE006
为真空磁导率，I为电流强度；
通过调整施加到所述法拉第旋光装置中线圈上的电流强度调整线偏振光的偏振角度。
2.根据权利要求1所述的可变偏振照明系统，其中，所述掩膜设置有线条，穿过所述法拉第旋光装置的线偏振光的偏振角度平行于所述掩膜上的线条。
3.根据权利要求1所述的可变偏振照明系统，其中，所述偏振片的偏振方向与所述激光光源发出的光的偏振方向相同。
4.根据权利要求1或3所述的照明系统，其中，从所述激光光源出射的是S偏振光，所述偏振片为S方向偏振片。
5.根据权利要求1所述的可变偏振照明系统，其中，所述材料为稀土玻璃。
6.根据权利要求1所述的可变偏振照明系统，其中，所述法拉第旋光装置被放置于光束测量调节模块中。
7.根据权利要求1所述的可变偏振照明系统，其中，所述激光光源为准分子激光器。
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