CN104777719A - 深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置，包括：激光源、扩束器、自由曲面反射镜、微反射镜阵列、傅里叶透镜组、光瞳面。本发明采用自由曲面反射镜代替转折反射镜和微透镜阵列实现光束的分割与聚焦，减小光能的损失，提高深紫外光刻机的曝光效率。本发明自由曲面反射镜具有加工装调、容易的优点。

Description

深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置

技术领域

本发明涉及光刻设备，特别是一种深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置。

背景技术

深紫外光刻技术用于制造大规模集成电路、微机电系统等。深紫外光刻机采用高重频深紫外波长激光器作为光源通过照明系统均匀照射掩模版，掩模版中的精细图案被投影物镜成像到硅片表面的光刻胶上，在经过显影、刻蚀等就能在硅片上制造出微纳尺寸的精细结构。光刻机照明系统的光源发出的光束经扩束器进行准直扩束后入射至光束整形单元，光束整形单元将矩形高斯光束调制成光刻照明所需的光强分布，该强度分布位于照明系统的光瞳面上。当前深紫外投影光刻机所需照明光瞳面强度分布不仅包括传统、环形、二极-X、二极-Y、四极-0°、四极-45°等，还包括通过源掩模优化技术(SMO)产生的自定义强度分布。

在先技术1“微光刻投影曝光的照明系统”(CN 10102099743 A)给出了一种投影光刻照明系统，能够在系统光瞳面上形成一定的光强度分布。该系统中用于形成照明光瞳的元件包括：光源、扩束单元、转折反射镜、微透镜阵列、反射镜阵列、第一聚光器、光学积分器、光瞳面。光源发出的光束经扩束单元后入射到转折反射镜，经转折反射镜反射至微透镜阵列表面。微透镜阵列由许多个微小透镜组成，将光束分割成多个子光束并会聚到反射镜阵列上的单个反射镜元件上，反射镜阵列上每个单个反射镜可以互相独立地被优选互相垂直的两个倾斜轴倾斜，倾斜角可被照明系统的总系统控制的反射镜控制单元控制。各个子光束经反射镜阵列后形成具有一定角度分布的光束，经过第一聚光器、光学积分器后在系统光瞳面形成一定光强分布。

发明内容

本发明提供一种深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置，该装置采用自由曲面反射镜代替转折反射镜和微透镜阵列实现光束的分割与聚焦，减小了光能的损失，提高深紫外光刻机的曝光效率。本发明所采用自由曲面反射镜具有加工、装调容易的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置，包括：激光源，特征在于其构成是：沿所述的激光源输出光束传播方向依次是：扩束器、自由曲面反射镜、微反射镜阵列和傅里叶透镜组，所述的微反射镜阵列还有微反射镜阵列控制器，所述的自由曲面反射镜包括许多相同的凹球面反射镜单元，凹球面反射镜单元的数目为N*N，N满足50≤N≤100，凹球面反射镜单元的曲率半径为-sr，其中“-”表示该面为凹面，sr满足1000mm≤sr≤3000mm，凹球面反射镜单元的长和宽分别为a和b，长宽比s＝a/b，s满足0.8≤s≤1.2，所述的傅里叶透镜组(5)的焦距f与所述的凹球面反射镜单元的曲率半径-sr满足以下关系：所述的自由曲面反射镜的参数与微反射镜阵列的参数满足以下关系：

$2.44*\mathrm{\λ}*\frac{\mathrm{sr}}{2}\text{/min}(a,b)+\frac{\mathrm{sr}}{2}*\mathrm{\θ}\≤c*\sqrt{k}$

其中，min(a,b)表示取所述自由曲面反射镜的凹球面反射镜单元的长和宽中较小的值，θ为所述激光源输出光束经过扩束器后的发散角，λ表示所述激光源的中心波长，c表示所述微反射镜阵列上微反射镜单元的边长，k为所述微反射镜阵列的填充因子。

与在先技术相比，本发明的技术效果如下：

本发明采用自由曲面反射镜代替转折反射镜和微透镜阵列实现光束的分割与聚焦，减小光能的损失，提高深紫外光刻机的曝光效率。本发明所采用自由曲面反射镜具有加工、装调容易的优点。

附图说明

图1为本发明深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置优选实施例的结构示意图

图2为本发明采用的自由曲面反射镜结构示意图

图3是本发明采用的微反射镜阵列结构示意图

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为本发明深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置的优选实施例的结构示意图，由图可见，本发明深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置，包括：激光源1，构成包括沿所述的激光源1输出光束传播方向依次是：扩束器2、自由曲面反射镜3、微反射镜阵列4和傅里叶透镜组5，所述的自由曲面反射镜3包括许多相同的凹球面反射镜单元，凹球面反射镜单元的数目为N*N，N满足50≤N≤100，凹球面反射镜单元的曲率半径为-sr，其中“-”表示该面为凹面，sr满足1000mm≤sr≤3000mm，凹球面反射镜单元的长和宽分别为a和b，长宽比s＝a/b，s满足0.8≤s≤1.2，所述的傅里叶透镜组5的焦距f与所述的凹球面反射镜单元的曲率半径-sr满足以下关系：所述的自由曲面反射镜3的参数与微反射镜阵列(4)的参数满足以下关系：

$2.44*\mathrm{\λ}*\frac{\mathrm{sr}}{2}\text{/min}(a,b)+\frac{\mathrm{sr}}{2}*\mathrm{\θ}\≤c*\sqrt{k}$

其中，min(a,b)表示取所述自由曲面反射镜3的凹球面反射镜单元3.1的长和宽中较小的值，θ为所述激光源1输出光束经过扩束器2后的发散角，λ表示所述激光源1的中心波长，c表示所述微反射镜阵列4上微反射镜单元41的边长，k为所述微反射镜阵列4的填充因子。

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，需要扩束器2进行扩束。经过扩束后的光束入射至自由曲面反射镜3的表面，光束经过自由曲面反射镜3后被分割成许多子光束，每个子光束被聚焦到微反射镜阵列4的微反射镜单元上。微反射镜阵列控制器7控制微反射镜阵列4的各个微反射镜单元上微小反射镜的转角，使得各个子光束经过微反射镜阵列4的微反射镜单元反射后，再经过傅里叶透镜组5，在光瞳面6形成一定的光强分布。

激光源1是中心波长λ为193nm的ArF准分子激光器，在其它实施例中也可以采用中心波长λ为248nm的KrF准分子激光器或者157nm的F₂激光器。激光源1输出光束截面一般为长方形或者正方形，但由于截面尺寸较小，故需扩束器2将其截面尺寸放大。

扩束器2至少包含一片凸透镜、一片凹透镜和一片柱面镜，扩束器2中的所有光学元件表面镀有相对于激光源1波长的增透膜。

自由曲面反射镜3结构如图2所示。自由曲面反射镜3包括许多相同的凹球面反射镜单元(如3.1)，凹球面反射镜单元的数目为N*N，N满足50≤N≤100。凹球面反射镜单元3.1的球心为O，曲率半径为-sr，其中“-”表示该面为凹面，sr满足1000mm≤sr≤3000mm。凹球面反射镜单元3.1的长和宽分别为a和b，长宽比s＝a/b，s满足0.8≤s≤1.2。凹球面反射镜单元3.1镀有相对于激光源1辐射波长的增反膜，例如AI₂O₃或SiO₂薄膜。本实施例中取以下参数：N＝50，sr＝2000mm，s＝1.1。

微反射镜阵列4是一种包含多个相同的微反射镜单元的MEMS产品，填充因子k一般小于90％，配有微反射镜阵列控制器7。微反射镜阵列4的结构如图3所示。微反射镜单元41的外形为正方形，边长为c，并且包含一个可绕两个相互垂直的转轴转动的微小反射镜41.1。本实施例中，取k＝85％，c＝1mm。

自由曲面反射镜3上的凹球面反射镜单元形成的焦斑尺寸应小于等于所述微反射镜阵列4的微反射镜单元上微小反射镜的尺寸，因此，自由曲面反射镜3的参数需与微反射镜阵列4的参数匹配，满足以下关系：

$2.44*\mathrm{\λ}*\frac{\mathrm{sr}}{2}\text{/min}(a,b)+\frac{\mathrm{sr}}{2}*\mathrm{\θ}\≤c*\sqrt{k}---1$

其中，min(a,b)表示取a和b两者中较小的值，θ为所述激光源1输出光束经过扩束器2后的发散角。

傅里叶透镜组5包含透镜的数目大于等于3片，傅里叶透镜组5的焦距f与自由曲面反射镜3的凹球面反射镜单元3.1的曲率半径-sr满足以下关系：本实例中傅里叶透镜组5中透镜总数目为3片，焦距f＝2.5*sr。

Claims (1)

1.一种深紫外光刻机照明系统光瞳面光强分布的控制装置，包括：激光源(1)，特征在于其构成是：沿所述的激光源(1)输出光束传播方向依次是：扩束器(2)、自由曲面反射镜(3)、微反射镜阵列(4)和傅里叶透镜组(5)，所述的微反射镜阵列(4)还有微反射镜阵列控制器(7)，所述的自由曲面反射镜(3)包括许多相同的凹球面反射镜单元，凹球面反射镜单元的数目为N*N，N满足50≤N≤100，凹球面反射镜单元的曲率半径为-sr，其中“-”表示该面为凹面，sr满足1000mm≤sr≤3000mm，凹球面反射镜单元的长和宽分别为a和b，长宽比s＝a/b，s满足0.8≤s≤1.2，所述的傅里叶透镜组(5)的焦距f与所述的凹球面反射镜单元的曲率半径-sr满足以下关系：所述的自由曲面反射镜(3)的参数与微反射镜阵列(4)的参数满足以下关系：

$2.44*\mathrm{\λ}*\frac{\mathrm{sr}}{2}/\min (a,b)+\frac{\mathrm{sr}}{2}*\mathrm{\θ}\≤c*\sqrt{k}$

其中，min(a,b)表示取所述自由曲面反射镜(3)的凹球面反射镜单元(3.1)的长和宽中较小的值，θ为所述激光源(1)输出光束经过扩束器(2)后的发散角，λ表示所述激光源(1)的中心波长，c表示所述微反射镜阵列(4)上微反射镜单元(41)的边长，k为所述微反射镜阵列(4)的填充因子。