CN103472687B - 光刻环形照明模式产生装置 - Google Patents

Abstract

一种用于投影光刻机的光刻环形照明模式产生装置，包括激光源，沿该激光源输出光束方向依次是第一透镜、第二透镜、锥形光束产生器件、平凸锥透镜，所述的平凸锥透镜固定在直线位移台上，该直线位移台带动所述的平凸锥透镜沿激光源输出光束方向直线运动。本发明大大简化了的投影光刻照明系统的结构。

Description

光刻环形照明模式产生装置

技术领域

本发明涉及光刻领域，特别是一种用于投影光刻机的光刻环形照明模式产生装置。

背景技术

投影光刻技术用于制造大规模集成电路、微机电系统等。投影光刻机采用高重频激光器作为光源通过照明系统照射掩模，掩模中的精细图案被投影物镜成像到硅片表面的光刻胶上。照明系统主要实现对激光束的整形、照明均匀化、改变相干因子、视场控制等。

在先技术1“Advanced illumination system for use in microlithography”(US7187430B2)给出了一种投影光刻照明系统，基本工作原理为：激光源发出的光束经扩束器准直扩束后入射至衍射光学器件表面。光束在衍射光学器件的作用下被分割成许多子光束，每一子光束根据照明模式的要求被调制。全部子光束经过变焦镜组、反射镜、锥透镜组后在折射光学器件表面形成所需光强度分布，通常称作强度模式。折射光学器件表面强度模式通常包括传统、环形、二极-X、二极-Y，四极照明等。衍射光学器件的制作需要专用的激光直写设备，并且工艺十分复杂、价格昂贵。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术的问题，提供一种用于投影光刻机的环形照明模式产生装置。该装置大大简化了的投影光刻照明系统的结构。

本发明技术解决方案如下：

一种用于投影光刻机的光刻环形照明模式产生装置，包括激光源，特征在于沿激光源输出光束方向依次是第一透镜、第二透镜、锥形光束产生器件、平凸锥透镜，所述的平凸锥透镜固定在直线位移台上，该直线位移台带动所述的平凸锥透镜沿激光源输出光束方向直线运动，所述的第一透镜和第二透镜构成扩束准直镜组，所述的锥形光束产生器件采用具有三个光轴的双折射晶体制成，沿三个光轴方向的折射率分别n₁、n₂、n₃，并且满足n₁<n₂<n₃，所述的折射率为n₂的光轴与激光束输出方向平行，所述的锥形光束产生器件的外形为长方体，该长方体与激光源输出光束方向平行的边长为L，与激光源输出光束方向垂直面为正方形，边长为W，并满足下列关系：

$W>L\&CenterDot;\tan (2\sqrt{(n_2-n_1)(n_3-n_2)}/n_2).$

所述的第一透镜和第二透镜为球面镜、非球面镜或柱面镜。

所述的锥形光束产生器件采用双折射晶体制成，具有三个光轴，沿三个光轴方向的折射率分别n₁、n₂、n₃，并且满足n₁<n₂<n₃，所述的折射率为n₂的光轴与激光束输出方向平行。

所述的锥形光束产生器件的外形为立方体，与激光源输出光束方向平行的边长为L，与激光源输出光束方向垂直面为正方形，边长为W，锥形光束产生器件的外形尺寸满足：

$W>L\&CenterDot;\tan (2\sqrt{(n_2-n_1)(n_3-n_2)}/n_2).$

所述平凸锥透镜的锥角θ大于10°。

与在先技术相比，本发明的技术效果如下：

1本发明采用锥形光束产生器件代替衍射光学器件产生环形照明模式，采用一个直线位移台驱动平凸锥透镜来改变所形成环形照明模式的大小，结构简单，易于实现。

2本发明采用锥形光束产生器件外形为长方体结构，相对于传统的衍射光学器件易于加工。

3本发明装置与在先技术相比大大减少了光学器件，降低了成本。

附图说明

图1为本发明光刻环形照明模式产生装置的实施例结构示意图。

图2为本发明所采用的锥形光束产生器件的工作状态示意图。

图3为本发明所采用的平凸锥透镜工作原理图。

具体实施方式

下面，结合附图详细叙述依照本发明的优选实施例。

图1为本发明光刻环形照明模式产生装置的实施例的结构示意图，由图可见，本发明光刻环形照明模式产生装置，包括激光源1，沿激光源1输出光束方向依次是第一透镜2、第二透镜3、锥形光束产生器件4、平凸锥透镜6，所述的平凸锥透镜5固定在直线位移台6上，该直线位移台6带动所述的平凸锥透镜5沿激光源输出光束方向直线运动，所述的第一透镜2和第二透镜3构成扩束准直镜组，所述的锥形光束产生器件4采用具有三个光轴的双折射晶体制成，沿三个光轴方向的折射率分别n₁、n₂、n₃，并且满足n₁<n₂<n₃，所述的折射率为n₂的光轴与激光束输出方向平行，所述的锥形光束产生器件4的外形为长方体，该长方体与激光源输出光束方向平行的边长为L，与激光源输出光束方向垂直面为正方形，边长为W，并满足下列关系：

$W>L\&CenterDot;\tan (2\sqrt{(n_2-n_1)(n_3-n_2)}/n_2).$

深紫外激光源1辐射出频率稳定的深紫外激光束，通常情况下，该光束截面尺寸较小，需要第一透镜2和第二透镜3进行扩束。通过第二透镜3的光束入射至锥形光束产生器件4表面。光束在锥形光束产生器件4的作用下形成一个张角为A的圆锥形光束，如图2所示。光束经锥形光束产生器件4后的截面为一个圆环。该环形光束经过平凸锥透镜5到达光瞳面7，平凸锥透镜5固定在直线位移台6上。该直线位移台6带动所述的平凸锥透镜5沿激光源1输出光束方向直线运动。

下面是本发明一个实施例的元部件参数：

所述的激光源1采用为波长为193nm的ArF准分子激光器。

所述的第一透镜2为凹透镜，所述的第二透镜3为凸透镜，构成扩束准直镜组。

所述的锥形光束产生器件4采用双折射晶体制成，具有三个光轴，沿三个光轴方向的折射率分别n₁=1.5、n₂=1.7、n₃=1.9，其中折射率为1.7的光轴与激光源1输出光束方向平行。

所述的锥形光束产生器件4的外形为长方体，与激光源1输出光束方向平行的边长为L，与激光源1输出光束方向垂直面为正方形，边长为W，则有：

$W>L\&CenterDot;\tan (2\sqrt{(n_2-n_1)(n_3-n_2)}/n_2).$

所述的锥形光束产生器件4沿激光源1输出光束方向的边长L=200mm，与光束传播方向垂直面为正方形，边长为W=300mm。

沿激光源1输出光束方向，所述的锥形光束产生器件4的出射面与平凸锥透镜5的入射面的距离为L₁，所述的平凸透镜5的出射面顶部边缘与光瞳面7的距离为L₂，所述的平凸锥透镜5的边缘厚度d=10mm，如图3所示。L₁和L₂的值随着直线位移台6的移动而变化。本实施例中：L₁+L₂=1500mm。

所述的平凸锥透镜锥角θ大于10°，本实施例θ=25°，折射率n=1.560255。

下面根据上述参数计算所形成的环形照明光强分布：

首先计算光束在双轴晶体内的张角A：

光束出射时所形成的环形的直径D₁可表示为：

$D_1=L\&CenterDot;\tan A=L\&CenterDot;\tan [2\sqrt{(n_2-n_1)(n_3-n_2)}/n_2]=47.98\mathrm{mm}---\left(2\right)$

光束离开平凸锥透镜5后的传播方向与原光束传播方向的夹角θ₁表示为：

θ₁＝arcsin(nsinθ)-θ＝20.8°  （3）

光束会聚成直径最小的圆形光斑的位置与平凸锥透镜5的出射面边缘距离为L₃，则：

$L_3=\tan {\mathrm{\&theta;}}_1\&CenterDot;\frac{D_1}{2}=8.13\mathrm{mm}$

则光束到达光瞳面7时的直径D₂可表示为：

D₂＝2tanθ₁.L₂-D₁  （4）

由表达式（4）可知，通过直线位移台6移动平凸锥透镜5改变L₂的值，就可以改变光瞳面7上环形的直径，当L在0mm至1000mm之间变化时，得到的环形照明的直径最大为711.75mm。

Claims (2)

1.一种用于投影光刻机的光刻环形照明模式产生装置，包括激光源，沿激光源输出光束方向依次是第一透镜、第二透镜、锥形光束产生器件、平凸锥透镜，所述的第一透镜和第二透镜构成扩束准直镜组，其特征在于，所述的平凸锥透镜固定在直线位移台上，所述平凸锥透镜的锥角θ大于10°，该直线位移台带动所述的平凸锥透镜沿激光源输出光束方向直线运动，所述的锥形光束产生器件采用具有三个光轴的双折射晶体制成，沿三个光轴方向的折射率分别为n₁、n₂、n₃，并且满足n₁<n₂<n₃，所述的折射率为n₂的光轴与激光束输出方向平行，所述的锥形光束产生器件的外形为长方体，该长方体与激光源输出光束方向平行的边长为L，与激光源输出光束方向垂直面为正方形，边长为W，并满足下列关系：

$W>L\&CenterDot;\tan (2\sqrt{(n_2-n_1)(n_3-n_2)}/n_2).$

2.根据权利要求1所述的光刻环形照明模式产生装置，其特征在于所述的第一透镜和第二透镜为球面镜、非球面镜或柱面镜。