CN107065443B - 光刻机照明均匀性校正装置和校正方法 - Google Patents

光刻机照明均匀性校正装置和校正方法 Download PDF

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Abstract

一种光刻机照明均匀性校正装置和校正方法，校正装置包括基座、上校正模块和下校正模块。上校正模块与下校正模块放置于照明光场的扫描方向的两侧，且相对于照明光场非扫描方向对称分布。其中上校正模块与下校正模块中均有一块柔性薄板，通过控制该柔性薄板横截面上不同点的位移来得到相应的挠曲变形，并沿照明光场扫描方向运动进入照明光场以遮挡部分照明光，从而达到校正照明均匀性的目的。因柔性薄板发生挠曲变形后的轮廓为连续曲线，所以本发明的装置具有更高的校正能力和校正分辨率。

Description

光刻机照明均匀性校正装置和校正方法
技术领域
本发明涉及光刻机照明系统，特别是一种光刻机照明系统的照明均匀性校正装置和校正方法。
背景技术
在光刻机中，照明系统的作用是将激光器出射的光束进行一些调整，为掩膜提供高质量的照明场，从而保证掩膜图形通过投影物镜高质量的成像至硅片面上。均匀的照明场能够降低光刻工艺因子，提高整个光刻系统的分辨率。但随着光刻技术的不断发展，特征尺寸的不断减小，光刻对照明系统的均匀性要求也随之不断提高，如，90nm光刻机中的照明系统的均匀性要求在1.2％左右，而65nm以及45nm光刻机中的照明系统的不仅要求均匀性达到0.2％，这样仅仅使用传统的匀光器件以及匀光方法已经很难满足均匀性要求，因此为了达到照明系统的均匀性要求，需要在系统中增加照明均匀性校正装置。
在先技术[1](US7173688)描述了一种手指式的均匀性校正装置。如图2所示，该装置在照明视场290扫描方向的两边对称排布着多个校正单元225，每个校正单元均呈矩形平板结构，并且均可独立的沿视场的扫描方向插入视场边缘以遮挡部分照明光，达到调整照明视场在扫描方向的积分能量分布均匀性的目的。该方法中的校正单元阵列顶端所组成的曲线210为阶跃曲线，应用该方法得到的校正后的积分曲线也为阶跃曲线(如图3所示)，并且单个校正单元只能整体的调整位于该校正单元的作用区域内的积分光强，因此极大的限制了该方法的校正能力以及灵敏度。
在先技术[2](US20070103665)描述了另一种手指式的均匀性校正装置，该装置与在先技术[1](US7173688)描述的校正方法类似，前者通过将手指阵列进行重新排布，并且改变手指顶端的形状，实现了提高其校正灵敏度，但是该装置中手指顶端所构成的曲线仍然为阶跃曲线，同样限制了其校正能力以及灵敏度。而在先技术[3](CN101221373)以及在先技术[4](CN1027220901)描述了的校正装置均与先技术[2](US20070103665)描述的类似。
在先技术[5](US7864297B2)描述了一种柔性手指阵列的均匀性校正装置，该装置中每个校正单元不仅可以沿Y(扫描方向)作直线运行，其中的柔性部件还可使校正单元绕Z轴旋转，其校正分辨率得到了提高，但是该装置中校正单元沿Y方向的移动与沿Z方向的转动是耦合，因此增加其手指定位算法的复杂程度。并且该装置中校正单元顶端所组成的曲线仍为不连续的，因此其校正分辨率仍有提升空间。
发明内容
本发明的目的是针对上述在先技术的不足，提供一种光刻机照明系统的照明均匀性校正装置和校正方法。该装置将一块柔性薄板作为校正单元沿扫描方向伸入照明光场，通过控制柔性薄板横截面上的不同点产生位移来得到相应的挠曲变形，从而达到校正积分均匀性的目的。因柔性薄板的挠曲变形是一个连续变形曲线，所以具有更高的校正能力以及灵敏度。
本发明的技术解决方案如下：
一种光刻机照明均匀性校正装置，其特点在于该装置包括基座、上校正模块和下校正模块，所述的上校正模块和下校正模块具有相同结构,分别固定于所述基座的上部与下部，并相对于所述基座的中心平面对称分布；光刻机照明光场垂直于该中心平面，两平面的交点为坐标系原点，垂直于所述光刻机照明光场为光轴方向，即z轴，垂直于中心平面为光刻机照明系统的扫描方向，即y轴，x轴为光刻机照明系统的非扫描方向；
所述的上校正模块包括上校正模块基板、柔性薄板、上导杆阵列、上导向模块阵列、上驱动源阵列、上驱动源安装支架和上连接板；
所述的上导向模块阵列的固定部件与所述的上校正模块基板固定，所述的上驱动源阵列通过所述的上驱动源安装支架固定在所述的上校正模块基板上，所述的上导杆阵列依次沿光刻机照明光场的非扫描方向排布在光刻机照明光场的扫描方向的一侧，所述的上导杆阵列的所有导杆的一端均与所述的柔性薄板的横截面固定，另一端依次与对应位置的上导向模块阵列的水平移动部件的上表面固定，所述的上驱动源阵列通过所述的上连接板依次与对应位置的上导向模块阵列的水平移动部件的下表面连接，为其提供相互独立的动力源用以驱动所述的上导杆阵列沿扫描方向移动，所述上导杆阵列中每个导杆带动所述柔性薄板横截面上对应固定点沿扫描方向移动，使所述的柔性薄板产生挠曲变形，并沿扫描方向运动进入光刻机照明光场以遮挡部分照明光；
所述的上校正模块中的柔性薄板与所述的下校正模块中的柔性薄板设置在同一平面内。
所述的柔性薄板的横截面为槽形、半圆形、或部分椭圆形。
所述的上导向模块阵列与所述的下校正模块中的下导向模块阵列具有相同结构，所述的上导向模块阵列中的每一个导向模块均为双平行四边形柔性机构，所述的上导向模块阵列中的每一个导向模块的结构包括固定部件、水平移动部件、中间移动部件和四根相互平行且等长的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆,所述的第一连杆连接所述的左固定部件和中间移动部件的左端，第二连杆连接所述的水平移动部件的左端和中间移动部件的左中点，第三连杆连接所述的水平移动部件的右端和中间移动部件的右中点，第四连杆连接所述的右固定部件和中间移动部件的右端，所述的上导向模块阵列中的每一个导向模块沿着垂直于所述的水平移动部件的运动方向依次排布，并且每一个导向模块共用同一固定部件，所述的第一连杆、第四连杆、中间移动部件和所述的上校正模块基板构成第一平行四边形机构，而所述的第二连杆、所述的第三连杆、所述的中间移动部件和水平移动部件构成第二平行四边形机构。
所述的上导向模块阵列导向的直线运动数目与所述的上导杆阵列的数量一样。
所述的上导杆阵列的数量与所述的上驱动源阵列提供独立动力源的数目一样。
利用上述光刻机照明均匀性校正装置进行光刻机照明均匀性校正方法，包括下列步骤：
1)测量光刻机照明系统的照明均匀性分布；
2)判断照明系统的照明均匀性是否满足要求，如果满足要求，则结束该流程，否则转入下一步；
3)根据校正算法计算得到柔性薄板的挠曲变形曲线；
4)根据柔性薄板的挠曲变形曲线计算导杆阵列中的每个导杆在扫描方向的位移；
5)均匀性校正装置控制系统驱动导杆阵列中的每个导杆运动，使得柔性薄板产生相应的挠曲变形，并返回步骤1)。
本发明的技术效果如下：
本发明中所述的上驱动源阵列与所述的下驱动模块阵列分别独立地驱动每一个导杆沿光刻机照明光场扫描方向移动，并分别作用于所述的柔性薄板的横截面上的对应位置，使其产生挠曲变形，导杆的位移不同，所述的柔性薄板的挠曲变形也会不同，因此可以根据光刻机照明系统照明均匀性分布曲线，通过驱动上导杆阵列和下导杆阵列产生相应位移，使所述的柔性薄板产生最优的挠曲变形，并沿光刻机照明光场的扫描方向运动进入光刻机照明光场以遮挡部分照明光，达到调整照明光场积分均匀性的目的。因所述的柔性薄板产生挠曲变形后的轮廓是连续曲线，所以可达到更高校正能力和校正分辨率。
附图说明
图1为本发明照明均匀性校正装置应用于光刻机中的示意图。
图2为在先技术的照明均匀性校正装置的结构示意图。
图3为照明系统积分光强分布示意图。
图4为本发明照明均匀性校正装置的结构示意图。
图5为本发明上校正模块的结构示意图。
图6为本发明柔性薄板的截面图。
图7为本发明柔性薄板的变形原理图。
图8为本发明上部导向模块阵列的结构示意图。
图9为本发明照明均匀性校正方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行进一步详细的描述。
如图1所示为本发明的照明均匀性校正装置应用于光刻机中的示意图。典型投影式曝光光刻机的光学系统100包括照明系统110，掩膜板130，投影物镜140以及硅片150等。照明系统110为光刻系统提供均匀的照明场，其产生的均匀照明场照射到掩膜板130上，并通过投影物镜140成像到硅片150上进行曝光。均匀性校正装置120位于照明系统110与掩膜板130之间，探测器160位于硅片150附近，其探测得到的数据165经测量系统170处理后得到数据175，数据175经均匀性校正装置控制系统180处理数据185，并将其输送给均匀性校正装置120。
图2所示在先技术(US7173688)的照明均匀性校正装置的结构示意图。该装置在照明视场290扫描方向的两边对称排布着多个校正单元225，每个校正单元(225a、225b、225c)均呈矩形平板结构，并且均可独立的沿视场的扫描方向插入视场边缘以遮挡部分照明光，达到调整照明视场在扫描方向的积分能量分布均匀性的目的。其中校正单元阵列顶端所组成的曲线210表征了每一个校正单元进入照明光场的距离。
图3所示为照明系统积分光强分布示意图。图中有照明系统积分光强校正前的分布曲线，经过在先技术(US7173688)校正后的积分曲线。因为相邻校正单元进入照明光场的距离不一样，使得校正单元顶端所构成的曲线210为阶跃曲线，导致校正后的积分曲线在相邻校正单元的连接处出现突变。
图4为本发明的照明均匀性校正装置的结构示意图。根据图4可知，本发明照明均匀性校正装置包括基座41、上校正模块42和下校正模块43，其中基座41固定不动，所述的上校正模块42与所述的下校正模块43的结构一样，二者分别与所述的基座41固定，并放置于照明光场的扫描方向的两侧，且相对于照明光场非扫描方向(x方向)对称分布。
图5为本发明的照明均匀性校正装置中上校正模块的结构示意图。所述的上校正模块42包括上校正模块基板51、柔性薄板54、上部导杆阵列53、上部导向模块阵列55、上部驱动模块阵列57、上部驱动模块安装支架52和上连接板56。其中所述的上校正模块基板51与所述的基座41固定，所述的上校正导向模块55与所述的上校正模块基板51固定，所述的上部驱动模块阵列57通过所述的上部驱动模块安装支架52固定于上校正模块基板51上。所述的上部导杆阵列53(包括53a、53b、53c等)依次沿照明光场非扫描方向(x轴)排布于扫描方向(y轴正方向)的一边，其一端分别与所述的柔性薄板54的大横截面固定，另一端依次与对应位置的上部导向模块阵列55固定。所述的上驱动源阵列57通过所述的上连接板56依次与对应位置的上部导向模块阵列55连接，为其提供相互独立的动力源用以驱动所述的上部导杆阵列53在扫描方向(y轴)移动，从而使得所述的柔性薄板54产生挠曲变形。
图6为本发明柔性薄板的截面图。所述的柔性薄板54的截面可以为槽形、半圆形或者部分椭圆形等。所述的所述的上部导杆阵列53(包括53a、53b、53c等)作用于所述的柔性薄板的凹面侧。
图7为本发明的照明均匀性校正装置中柔性薄板的变形原理图。如图所示，所述的上部导杆阵列53的一端分别与所述的柔性薄板54铰接于点61(包括点61a、61b、61c、61d、61e等)，所述的上驱动源阵列57通过驱动所述的上部导杆阵列53在y轴方向移动，改变铰接点61(包括点61a、61b、61c、61d、61e等)在y轴方向的位移。因为所述的柔性薄板54为柔性薄板，并且所述的铰接点61a、61b、61c、61d、61e等在y轴方向位移不同，使得所述的柔性薄板54发生挠曲变形，因此可以通过改变所述的铰接点61(61a、61b、61c、61d、61e等)在y轴方向的位移，得到所需挠曲变形曲线。值得注意的是所述的柔性薄板54发生挠曲变形后的轮廓为连续曲线。
图8为本发明的照明均匀性校正装置中上部导向模块阵列的结构示意图，其中图8(a)为所述的上部导向模块阵列结构的轴测图，图8(b)为其截面图，图8(c)为其简化的伪刚体模型图。所述的上部导向模块阵列55为双平行四边形柔性机构，能实现若干相互平行的直线运行阵列，其结构可分解为固定部件61、水平移动部件62、中间移动部件67以及四个相互平行且等长的第一连杆63、第二连杆64、第三连杆65、第四连杆66。所述的上部导向模块阵列55通过固定部件61与所述的上校正模块基板51固定，所述的上部导杆阵列53固定于所述的输出移动部件62的上表面。根据图8(c)可知，所述的第一第一连杆63、第四连杆66、所述的中间移动部件67以及所述的上校正模块基板51构成第一平行四边形机构，而所述的第二连杆64、所述的连杆65、所述的中间移动部件67以及所述的输出水平移动部件62构成第二平行四边形机构。对于所述的第一平行四边形机构，当所述的第一连杆63转动θ时，所述的中间移动部件相对于所述的上校正模块基板51在z轴方向的位移为Δh，在y轴方向的位移为-S，由于所述的第一连杆63的转动带动第二平行四边形机构运动，其所述的第二连杆64也会转动相同角度θ，使得所述的水平移动部件相对于所述的中间移动部件67在z轴方向的位移为-Δh，在y方向的位移为-S，因此所述的水平移动部件相对于所述的上校正模块基板51在z轴方向的位移为0，而在y方向的位移为-2S，是所述的水平移动部件62相对于所述的上校正模块基板51在y方向位移的两倍。
图9为本发明照明均匀性校正方法的流程图，包括下列步骤：
步骤1：位于所述硅片150附近的所述探测器160测量光刻机照明系统的照明均匀性分布；
步骤2：判断照明系统的照明均匀性是否满足要求，如果满足要求，则结束该流程；
步骤3：根据校正算法计算得到所述柔性薄板的挠曲变形曲线；
步骤4：根据柔性薄板的挠曲变形曲线计算得到所述导杆阵列中的每个导杆在扫描方向的位移；
步骤5：所述均匀性校正装置控制系统180驱动所述导杆阵列中的每个导杆运动，使得所述柔性薄板产生相应的挠曲变形，并返回步骤1。

Claims (6)

1.一种光刻机照明均匀性校正装置，其特征在于该装置包括基座(41)、上校正模块(42)和下校正模块(43)，所述的上校正模块(42)和下校正模块(43)具有相同结构,分别固定于所述的基座(41)的上部与下部，并相对于所述基座(41)的中心平面对称分布；光刻机照明光场(290)垂直于该中心平面，两平面的交点为坐标系原点，垂直于所述光刻机照明光场(290)为光轴方向，即z轴，垂直于中心平面为光刻机照明系统的扫描方向，即y轴，x轴为光刻机照明系统的非扫描方向；
所述的上校正模块(41)包括上校正模块基板(51)、柔性薄板(54)、上导杆阵列(53)、上导向模块阵列(55)、上驱动源阵列(57)、上驱动源安装支架(52)和上连接板(56)；
所述的上导向模块阵列(55)的固定部件与所述的上校正模块基板(51)固定，所述的上驱动源阵列(57)通过所述的上驱动源安装支架(52)固定在所述的上校正模块基板(51)上，所述的上导杆阵列(53)依次沿光刻机照明光场(290)的非扫描方向排布在光刻机照明光场(290)的扫描方向的一侧，所述的上导杆阵列(53)的所有导杆的一端均与所述的柔性薄板(54)的横截面固定，另一端依次与对应位置的上导向模块阵列(55)的水平移动部件的上表面固定，所述的上驱动源阵列(57)通过所述的上连接板(56)依次与对应位置的上导向模块阵列(55)的水平移动部件的下表面连接，为其提供相互独立的动力源用以驱动所述的上导杆阵列(53)沿扫描方向移动，所述的上导杆阵列(53)中每个导杆带动所述柔性薄板(54)横截面上对应固定点沿扫描方向移动，使所述的柔性薄板(54)产生挠曲变形，并沿扫描方向运动进入光刻机照明光场(290)以遮挡部分照明光；
所述的上校正模块(42)中的柔性薄板与所述的下校正模块(43)中的柔性薄板设置在同一平面内。
2.根据权利要求1所述的光刻机照明均匀性校正装置，其特征在于所述的柔性薄板(54)的横截面为槽形、半圆形、或部分椭圆形。
3.根据权利要求1所述的光刻机照明均匀性校正装置，其特征在于所述的上导向模块阵列(55)与所述的下校正模块(43)中的下导向模块阵列具有相同结构，所述的上导向模块阵列(55)的每一个导向模块均为双平行四边形柔性机构，所述的上导向模块阵列(55)的每一个导向模块的结构包括左固定部件、右固定部件、水平移动部件(62)、中间移动部件(67)和四根相互平行且等长的第一连杆(63)、第二连杆(64)、第三连杆(65)、第四连杆(66),所述的第一连杆(63)连接所述的左固定部件和中间移动部件(67)的左端，第二连杆(64)连接所述的水平移动部件(62)的左端和中间移动部件(67)的左中点，第三连杆(65)连接所述的水平移动部件(62)的右端和中间移动部件(67)的右中点，第四连杆(66)连接所述的右固定部件和中间移动部件(67)的右端，所述的上导向模块阵列(55)中的每一个导向模块沿着垂直于所述的水平移动部件(62)的运动方向依次排布，并且每一个导向模块共用同一固定部件(61)，所述的第一连杆(63)、第四连杆(66)、中间移动部件(67)和所述的上校正模块基板(51)构成第一平行四边形机构，所述的第二连杆(64)、所述的第三连杆(65)、所述的中间移动部件(67)和水平移动部件(62)构成第二平行四边形机构。
4.根据权利要求1所述的光刻机照明均匀性校正装置，其特征在于所述的上导向模块阵列(55)导向的直线运动数目与所述的上导杆阵列(53)的数量一样。
5.根据权利要求1所述的光刻机照明均匀性校正装置，其特征在于所述的上导杆阵列(53)的数量与所述的上驱动源阵列(57)提供独立动力源的数目一样。
6.利用权利要求1所述的光刻机照明均匀性校正装置进行光刻机照明均匀性校正方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)测量光刻机照明系统的照明均匀性分布；
2)判断照明系统的照明均匀性是否满足要求，如果满足要求，则结束该流程，否则转入下一步；
3)根据校正算法计算得到柔性薄板的挠曲变形曲线；
4)根据柔性薄板的挠曲变形曲线计算相应的导杆阵列中的每个导杆在扫描方向的位移；
5)均匀性校正装置控制系统驱动所述的上导杆阵列中的每个导杆运动，使得柔性薄板产生相应的挠曲变形，并返回步骤1)。
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