CN105137724A - 具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统和方法。将激光发生器产生的激光照射在第一反射镜上，以反射至微型反射镜阵列；操控反射镜阵列，调整每一个微小反射镜单元倾斜特定角度，使入射激光经反射镜阵列后形成瞳面形状；通过分光部件把激光的第一部分投射到瞳面质量监测元件上，通过光强数值来获取完整瞳面信息，判断是否需要调整反射镜阵列；如果判定不需要，使得激光的第二部分被第二反射镜反射以进入后续光路进行后续调整；如果判定需要调整，将瞳面质量信息经过计算处理得到反射镜阵列中每一个微型反射镜单元所需要调整的角度，然后反馈给反射镜阵列，并且射镜阵列根据所述所需要调整的角度进行角度调整以校准瞳面。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统和方法。
背景技术
微影成像技术(Micro-photo-lithography)又称光刻，是重要的半导体制造工序，作用是利用激光的照射，将光掩模板上的电路图形通过一系列多组光学元件处理微缩后投影在晶圆上，进而利用晶圆上涂敷的光敏介质保留电路图形，晶圆接下来可以执行蚀刻或离子注入制程。
为了获取最好的解像率，光刻需要照明系统来把激光转化为用于曝光的某种最适合所成像电路图形状态，通常包括瞳面形状(PupilShape),离轴，入射光圈大小等等。
光刻机使用的照明系统是非常复杂而且精密的，图1图示了传统照明光刻机的光学透镜光路以及在光路中各步骤中照明光的瞳面与像面形状，传统照明光刻机都是光学透镜组成的光路。激光发生器产生的激光从进入衍射图形透镜(DOE，diffractionopticselement)开始逐步形成所需要的瞳面形状，不一样的瞳面形状要通过使用不一样的DOE来实现。一台光刻机可以安装的DOE数量有限，所以具有的瞳面形状也是有限的。激光在进入全反射透镜组后单一瞳面无限复制叠加成为像面，无法观测到瞳面图形，直到进入微缩投射镜头中的瞳孔面才再次分化聚集成为瞳面，但是在投射出镜头时再次形成像面，所以在整个光路中只有从衍射图形透镜开始到全反射透镜组有机会观测瞳面。但是由于光路中的透镜组都是由很精密的间隙很小的玻璃镜片组成，几乎不可能在光路中塞进检测瞳面质量的元件，所以无法实现瞳面的检测。
瞳面质量的控制在光刻制程中非常重要，瞳面质量几乎可以影响到所有的光刻工艺指标，解像率，特征尺寸，光刻胶轮廓等等。
除了利用DOE以外，反射镜阵列也可以用于形成瞳面，原理是操控反射镜阵列，调整每一个微小反射镜单元倾斜特定角度，入射激光经反射镜阵列后形成瞳面形状。理论上反射镜阵列可以形成无穷多种的瞳面形状，用以满足不同电路图形所需的最佳解像率，突破了DOE类型机台的数量限制。但是同时也带来了困难，瞳面数量太多，如果仍然利用现有的瞳面质量检测方法则很难完成如此多数目的瞳面的质量检测。
现有的光刻机都无法实现即时的瞳面质量监测。如果要进行检测，必须停机进行特殊测试，影响生产。而且这种方法是在终端像平面利用小孔成像来检测，而不是在形成瞳面的第一现场检测瞳面的质量。
虽然某些现有的利用反射镜阵列原理的照明系统也具有检测瞳面形状的功能，然而并不是通过曝光用激光照射来检测，而是使用其他外在光源，没有能力检测曝光激光被反射后形成的瞳面形状，当然也无法检测曝光激光的瞳面的均匀度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统和方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，包括：
激光发生器，用于产生照射在第一反射镜上的激光；
第一反射镜，用于把入射激光反射至微型反射镜阵列；
反射镜阵列，用于调整每一个微小反射镜单元倾斜特定角度，使得入射激光经反射镜阵列后形成瞳面形状；
分光部件，用于把已经成瞳面形状的激光的第一部分投射到瞳面质量监测元件上，并且用于把已经成瞳面形状的激光的第二部分被第二反射镜反射；
瞳面质量监测元件，用于获取的光强数值来获取完整瞳面信息，并且将获取的光强数值来获取完整瞳面信息传递给第一计算单元和第二计算单元；
第一计算单元，用于根据接收的瞳面信息来判断是否需要调整反射镜阵列；
第二计算单元，用于根据接收的瞳面信息来进行计算处理以得到反射镜阵列中每一个微型反射镜单元所需要调整的角度，然后反馈给反射镜阵列；
反射镜阵列调整单元，用于根据所述所需要调整的角度进行角度调整以校准瞳面。
优选地，分光部件是分光镜。
优选地，分光部件是半透镜。
优选地，所述瞳面质量监测元件是点阵光强侦测元件。
优选地，所述瞳面质量监测元件是感光阵列传感器。
优选地，反射镜阵列是平面型微电机系统元件，而且反射镜阵列的阵列格点个数至少为64X64，并且每个格点尺寸小于6umX6um。
优选地，所述已经成瞳面形状的激光的第一部分与第二部分之比为1％：99％。
根据本发明，还提供了一种具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明方法，包括：
将激光发生器产生的激光照射在第一反射镜上，由第一反射镜把入射激光反射至微型反射镜阵列；
操控反射镜阵列，调整每一个微小反射镜单元倾斜特定角度，使得入射激光经反射镜阵列后形成瞳面形状；
通过分光部件把已经成瞳面形状的激光的第一部分投射到瞳面质量监测元件上，并且通过瞳面质量监测元件获取的光强数值来获取完整瞳面信息，从而判断是否需要调整反射镜阵列；
如果判定不需要调整反射镜阵列，则使得已经成瞳面形状的激光的第二部分被第二反射镜反射以进入后续光路进行后续调整，然后进入曝光系统；
如果判定需要调整反射镜阵列，则将测量到的瞳面质量信息经过计算处理得到反射镜阵列中每一个微型反射镜单元所需要调整的角度，然后反馈给反射镜阵列，并且射镜阵列根据所述所需要调整的角度进行角度调整以校准瞳面。
优选地，分光部件是分光镜或半透镜。
优选地，所述已经成瞳面形状的激光的第一部分与第二部分之比为1％：99％。
在本发明中，可以通过反射镜光路以及微型反射镜阵列形成瞳面，而且可以依据瞳面质量监测系统所得的结果来调整光源瞳面的形状与光强照明均匀度。由此，根据本发明的光刻机照明系统可以监测照明瞳面的质量包括形状与光强均匀度等。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了传统照明光刻机的光学透镜光路以及在光路中各步骤中照明光的瞳面与像面形状。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的反射镜阵列照明光刻机的光路以及在光路中各步骤中照明光的瞳面与像面形状。
图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的具有瞳面质量检测与校准功能的照明系统的工作原理。
图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的瞳面质量监测系统主要构造。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种具有瞳面质量检测和校准功能的光刻机照明系统。这种照明系统可以在瞳面形成的第一现场进行实时检测校准实时检测，在第一时间对控制瞳面质量进行控制，进而保证图形最终的成像质量。
下面将参考附图来描述本发明的具体实施例。
图2图示了反射镜阵列照明光刻机的光路，以及在光路中各步骤中照明光的瞳面与像面形状。如图2所示，激光发生器产生的激光经过预处理后经过微型反射镜阵列处理形成特定形状的瞳面、再被反射后进入全反射透镜集簇，此时单一瞳面无限复制叠加成为像面，无法观测到瞳面图形，直到进入微缩投射镜头中的瞳孔面才再次分化聚集成为瞳面，但是在投射出镜头时再次形成像面，所以在整个光路中只有在微型反射镜阵列至全反射透镜集簇之间有机会观测瞳面。
图3图示了具有瞳面质量检测与校准功能的照明系统的工作原理。如图3所示，瞳面质量点阵光强检测元件检测瞳面质量，如结果达到预期则不做任何调整，当结果未达到预期则将结果输出至计算处理模块，计算处理模块将处理后计算出每一个微小反射镜单元需要调整的角度，然后输出给微型反射镜阵列，阵列做出相应的校准，以保证瞳面的形状和光强均匀度，如果再次测量的结果仍不达预期则重复以上步骤，直至获得理想质量的瞳面。
图4图示了瞳面质量监测系统主要构造。激光发生器产生的激光经过预处理后由第一反射镜把入射激光反射至微型反射镜阵列，被不同角度反射镜单元反射后形成特定形状的瞳面，再经过第二反射镜后进入全反射透镜集簇。在第二反射镜于全反射透镜集簇之间插入分光镜，使得大部分光仍然按原光路输出至全反射透镜集簇，但是分出一少部分光投射在点阵光强侦测元件上。通过每点的光强数值来得到拼凑出完整瞳面信息，判断是否达到预期，如果达到预期，则激光经过第二反射镜进入后续光路调瞳面大小及离轴等设定，然后进入曝光系统。如果瞳面质量没有达到预期，将测量到的瞳面质量信息经过计算处理得到每一个微型反射镜单元所需要调整的角度，然后反馈给反射镜阵列。反射镜阵列做出相应变化，校准瞳面。
需要说明的是，图4中的光学元件的相对位置可以变化，只要能够遵循上述光路设置即可。
而且，如图2、图3和图4所示，根据本发明优选实施例的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明方法包括下述步骤：
第一步骤：将激光发生器产生的激光(例如在作预处理之后)照射在第一反射镜上，由第一反射镜把入射激光反射至微型反射镜阵列；
第二步骤：操控反射镜阵列，调整每一个微小反射镜单元倾斜特定角度，使得入射激光经反射镜阵列后形成瞳面形状；
第三步骤：通过分光部件(例如分光镜或半透镜)把已经成瞳面形状的激光的第一部分投射到点阵光强侦测元件(即，瞳面质量监测元件)上，并且通过每点的光强数值来得到拼凑出完整瞳面信息，判断是否达到预期，如果达到预期，则使得已经成瞳面形状的激光的第二部分被第二反射镜反射入后续光路进行调瞳面大小及离轴等调整，然后进入曝光系统。
第四步骤：如果瞳面质量没有达到预期，则将测量到的瞳面质量信息经过计算处理得到反射镜阵列中每一个微型反射镜单元所需要调整的角度，然后反馈给反射镜阵列；
第五步骤：反射镜阵列做出相应变化(即，根据所述所需要调整的角度进行角度调整)以校准瞳面。
而且，可以重复第三、四、五步骤直到瞳面质量达到预期效果。
优选的，在第三步骤的分光时使用分光棱镜，也可以使用半透反射镜。
优选的，在第三步骤的分光时控制入射光总量的90％以上仍然依原来光路输出，使得满足曝光需求，用以侦测的光量不超过10％。用以侦测的光量与依原来光路输出的光量之比最优选为1％：99％的比例。
优选的，在第五步骤的调整瞳面时，微型反射镜阵列不但调整瞳面的形状，而且同时调整光强均匀度。
优选的，在激光的传输光路中，可以增加合适的透镜用于聚焦。
优选的，微型反射镜阵列是平面型微电机系统元件，阵列格点个数至少64X64，每个格点尺寸小于6umX6um。
优选的，瞳面质量监测元件平面型的是感光阵列传感器，阵列格点个数至少64X64，每个格点尺寸小于6umX6um。
由此，实际上，如图4所示，本发明实际上提供了这样一种具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，其包括：
激光发生器，用于产生照射在第一反射镜上的激光；
第一反射镜，用于把入射激光反射至微型反射镜阵列；
反射镜阵列，用于调整每一个微小反射镜单元倾斜特定角度，使得入射激光经反射镜阵列后形成瞳面形状；
分光部件，用于把已经成瞳面形状的激光的第一部分投射到瞳面质量监测元件上，并且用于把已经成瞳面形状的激光的第二部分被第二反射镜反射；
瞳面质量监测元件，用于获取的光强数值来获取完整瞳面信息，并且将获取的光强数值来获取完整瞳面信息传递给第一计算单元和第二计算单元；
第一计算单元，用于根据接收的瞳面信息来判断是否需要调整反射镜阵列；
第二计算单元，用于根据接收的瞳面信息来进行计算处理以得到反射镜阵列中每一个微型反射镜单元所需要调整的角度，然后反馈给反射镜阵列；
反射镜阵列调整单元，用于根据所述所需要调整的角度进行角度调整以校准瞳面。
其中第一计算单元和第二计算单元可以由同一计算部件实现。
本发明提供了一种具有瞳面质量检测和校准功能的光刻机照明系统以及相应的方法。这种照明系统和方法可以在瞳面形成的第一时间进行实时监测→校准→实时监测，在第一现场对控制瞳面质量进行控制，进而保证图形最终的成像质量。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，其特征在于包括：
激光发生器，用于产生照射在第一反射镜上的激光；
第一反射镜，用于把入射激光反射至微型反射镜阵列；
反射镜阵列，用于调整每一个微小反射镜单元倾斜特定角度，使得入射激光经反射镜阵列后形成瞳面形状；
分光部件，用于把已经成瞳面形状的激光的第一部分投射到瞳面质量监测元件上，并且用于把已经成瞳面形状的激光的第二部分被第二反射镜反射；
瞳面质量监测元件，用于获取的光强数值来获取完整瞳面信息，并且将获取的光强数值来获取完整瞳面信息传递给第一计算单元和第二计算单元；
第一计算单元，用于根据接收的瞳面信息来判断是否需要调整反射镜阵列；
第二计算单元，用于根据接收的瞳面信息来进行计算处理以得到反射镜阵列中每一个微型反射镜单元所需要调整的角度，然后反馈给反射镜阵列；
反射镜阵列调整单元，用于根据所述所需要调整的角度进行角度调整以校准瞳面。
2.根据权利要求1所述的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，其特征在于，分光部件是分光镜。
3.根据权利要求1或2所述的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，其特征在于，分光部件是半透镜。
4.根据权利要求1或2所述的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，其特征在于，所述瞳面质量监测元件是点阵光强侦测元件。
5.根据权利要求1或2所述的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，其特征在于，所述瞳面质量监测元件是感光阵列传感器。
6.根据权利要求1或2所述的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，其特征在于，反射镜阵列是平面型微电机系统元件，而且反射镜阵列的阵列格点个数至少为64X64，并且每个格点尺寸小于6umX6um。
7.根据权利要求1或2所述的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明系统，其特征在于，所述已经成瞳面形状的激光的第一部分与第二部分之比为1％：99％。
8.一种具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明方法，其特征在于包括：
将激光发生器产生的激光照射在第一反射镜上，由第一反射镜把入射激光反射至微型反射镜阵列；
操控反射镜阵列，调整每一个微小反射镜单元倾斜特定角度，使得入射激光经反射镜阵列后形成瞳面形状；
通过分光部件把已经成瞳面形状的激光的第一部分投射到瞳面质量监测元件上，并且通过瞳面质量监测元件获取的光强数值来获取完整瞳面信息，从而判断是否需要调整反射镜阵列；
如果判定不需要调整反射镜阵列，则使得已经成瞳面形状的激光的第二部分被第二反射镜反射以进入后续光路进行后续调整，然后进入曝光系统；
如果判定需要调整反射镜阵列，则将测量到的瞳面质量信息经过计算处理得到反射镜阵列中每一个微型反射镜单元所需要调整的角度，然后反馈给反射镜阵列，并且射镜阵列根据所述所需要调整的角度进行角度调整以校准瞳面。
9.根据权利要求8所述的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明方法，其特征在于，分光部件是分光镜或半透镜。
10.根据权利要求8或9所述的具有瞳面质量监测和校准功能的光刻机照明方法，其特征在于，所述已经成瞳面形状的激光的第一部分与第二部分之比为1％：99％。
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