CN104049465B - 一种偏振拼接照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种偏振拼接照明系统，用于光刻设备投影物镜，沿光传播方向依序包括：光源，提供一定波长和强度的紫外光束；耦合透镜组，将所述光源提供的紫外光束形成平行光；分光组件，将所述平行光均匀分成能量相同，偏振态互相垂直的第一光束及第二光束；旋光组件，控制所述第一、第二光束的偏振角度；反射镜，将经由所述旋光组件的第一、第二光束反射进入匀光组件，并且可以根据所述第一、第二光束的能量差异对第一和/或第二光束进行补偿；匀光组件，将所述第一、第二光束进行匀光并输出给中继透镜；以及中继透镜，所述第一、第二光束经由所述中继透镜处理后形成一定视场，一定数值孔径的照明光进入所述投影物镜。本发明可以提供大数值孔径，大视场的可变偏振照明，且照明均匀性好。

Description

一种偏振拼接照明系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种用于光刻设备投影物镜的偏振拼接照明系统。

背景技术

美国专利US6480262B1公开了一种利用多光源多照明的拼接光源，如图1所示，来得到较大的扫描照明视场。该专利大量用到了光纤束进行一个光源对多个照明的视场拼接，从理论上来说这样的设计几乎可以拼接出任何大小的扫描视场。但是该项发明存在以下问题：

1、光纤的数值孔径NA难以做得很大，使用光纤将灯室的光源引入照明系统会有大量的能量损失，使得视场照度下降；

2、由于光纤束填充率的存在会影响整个光纤束的透过率；

3、通往每个拼接照明的光纤束弯折的曲率半径的不同导致光纤束的能量泄露不同，所以每个照明的输入能量也会不同，会影响最终的拼接视场的均匀性。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提出一种可变偏振的大数值孔径、大视场，且视场均匀的拼接照明系统。

本发明提出一种偏振拼接照明系统，用于光刻设备投影物镜，沿光传播方向依序包括：光源，提供一定波长和强度的紫外光束；耦合透镜组，将所述光源提供的紫外光束形成平行光；分光组件，将所述平行光均匀分成能量相同，偏振态互相垂直的第一光束及第二光束；旋光组件，控制所述第一、第二光束的偏振角度；反射镜，将经由所述旋光组件的第一、第二光束反射进入匀光组件，并且可以根据所述第一、第二光束的能量差异对第一和/或第二光束进行补偿；匀光组件，将所述第一、第二光束进行匀光并输出给中继透镜；以及中继透镜，所述第一、第二光束经由所述中继透镜处理后形成一定视场，一定数值孔径的照明光进入所述投影物镜。

其中，所述分光组件为渥拉斯顿棱镜或格兰-汤姆逊棱镜。

其中，所述旋光组件为法拉第旋光盒。

本发明可以提供大数值孔径，大视场的可变偏振照明，且照明均匀性好。

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为现有技术中拼接照明系统；

图2为本发明偏振拼接照明系统结构示意图；

图3为本发明中分光组件渥拉斯顿棱镜示意图；

图4为本发明中反射镜组件示意图；

图5为本发明中旋光组件法拉第旋光盒示意图。

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。

本发明提出一种偏振拼接照明系统，如图2所示，用于光刻设备投影物镜，包括：光源1，提供一定波长和强度的紫外光源。光源1可以是汞灯光源，也可以是非线偏振态出射的激光光源。耦合透镜组2，将汞灯光源发出的光线整形并以平行光进入后续的分光组件。分光组件3为渥拉斯顿棱镜或格兰-汤姆逊棱镜，将平行光均匀分成能量相同，偏振态互相垂直的两束光。旋光组件4，使用法拉第旋光盒对入射光线的偏振角度进行控制。反射镜5，将光束反射进入匀光组件，并且可以根据两束分出的光束的能量差异进行补偿。匀光组件6，将光束进行匀光并输出给中继透镜。以及中继透镜，形成一定视场，一定数值孔径的照明光进入投影物镜7。

其中分光组件3渥拉斯顿棱镜由两块直角方解石棱镜胶合而成，如图3所示，这两个直角棱镜的光轴互相垂直。出射的两束偏正态互相垂直的偏振光(o光和e光)的夹角与直角棱镜的顶角θ、材质折射率n有关。使用折射定律可以计算出两束偏振态互相垂直的线偏振光的出射角度。

如n_o＝1.658，n_e＝1.486分别为方解石对于o光和e光的折射率，则出射e光的偏转角度Φ₂：

$\frac{{\mathrm{sin\θ}}_1}{{\mathrm{sin\θ}}_{2e}}=\frac{n_e}{n_o}$

得到：

Φ₁＝θ_2e-θ₁＝3°55′

${\mathrm{\Φ}}_2=arcsin\left(\frac{n_e{\mathrm{sin\Φ}}_1}{n_a}\right)$

Φ₂＝arcsin(1.486×sin3°55′)＝5°49′。

出射o光的偏转角度Φ₂′：

$\frac{{\mathrm{sin\θ}}_1}{{\mathrm{sin\θ}}_{20}}=\frac{n_o}{n_e}$

由上得出由渥拉斯顿棱镜出射的o光和e光的夹角为：

Φ＝Φ₂-Φ₂′＝11°26′。

反射镜组件5在沿物镜光轴方向的反射率是成线性缓慢变化的，如图4所示。可以根据每一路拼接光路的能量的差异，在该方向上来回移动反射镜来改变反射镜的反射率，进而达到补偿两个拼接照明视场的目的。

旋光组件4使用法拉第旋光盒，如图5所示，线振光c进入法拉第线圈a。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θ满足公式：θ＝VBl。其中V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，B为磁感强度，l为光通过的介质的厚度。只要控制电流强度I从而控制磁感强度B，就能很快而方便的得到任意角度的线偏振光。

θ＝VBl

B＝μ₀nI

由上式在此选用维尔德系数较大的材料，如稀土玻璃b，其维尔德系数为0.27。l是线圈长度取0.15m；n为线圈匝数取1×10⁸；μ₀为真空磁导率近似为4π×10^-7；为了使θ在±90°范围内连续变化，电流I的变化区间为±17.7A。

在实际操作过程中，汞灯光源1发出一定强度及波长的紫外光源，耦合透镜组2进行汇聚并输入后续的匀光组件中，,经过匀光组件进行匀光使光线在匀光组件出射端保证一定的场分布的均匀性。根据渥拉斯顿棱镜的顶角θ、材质折射率n来分出两束一定夹角并且偏正态互相垂直的偏振光。被分光组件3分出的多条线偏振光随后进入后续的旋光组件4中，可以控制其电流从而可以实时改变每路光束的偏振态，最后进入后续的掩膜及投影物镜。

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 (3)

1.一种偏振拼接照明系统，用于光刻设备投影物镜，其特征在于沿光传播方向依序包括：

光源，提供一定波长和强度的紫外光束；

耦合透镜组，将所述光源提供的紫外光束形成平行光；

分光组件，将所述平行光均匀分成能量相同，偏振态互相垂直的第一光束及第二光束；

旋光组件，控制所述第一、第二光束的偏振角度；

反射镜，将经由所述旋光组件的第一、第二光束反射进入匀光组件，并且可以根据所述第一、第二光束的能量差异对第一和/或第二光束进行补偿；

匀光组件，将所述第一、第二光束进行匀光并输出给中继透镜；以及

中继透镜，所述第一、第二光束经由所述中继透镜处理后形成一定视场，一定数值孔径的照明光进入所述投影物镜。

2.如权利要求1所述的偏振拼接照明系统，其特征在于：所述分光组件为渥拉斯顿棱镜或格兰-汤姆逊棱镜。

3.如权利要求1所述的偏振拼接照明系统，其特征在于：所述旋光组件为法拉第旋光盒。