CN109782543B - 照明系统及光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种照明系统，包括：光源组件、耦合透镜组、反射光阑和石英棒，光源组件包括光源和椭球碗，光源的光经椭球碗反射后依次经耦合透镜组和反射光阑至石英棒，反射光阑的反射面与石英棒的入光端面成一定夹角，穿过反射光阑的通光口的光束入射至石英棒，未穿过的光束经反射光阑反射后返回至椭球碗，经椭球碗再次反射后入射至石英棒。本发明实施例提供了一种照明系统及光刻机，照明系统包括：光源组件、耦合透镜组、反射光阑和石英棒，反射光阑放置与石英棒的入射端面成一定的夹角，反射光阑通光孔径之外的光，经反射光阑反射沿原路返回，再由椭球碗反射进入石英棒，在解决光瞳均匀性的同时提升石英棒出光口的照度。

Description

照明系统及光刻机

技术领域

本发明涉及一种照明系统，尤其是一种照明系统及光刻机。

背景技术

投影式光刻机是一种将掩模面图案转移到基板面/硅片面形成所需要的图案，进而集成出需要的集成电路(IC)的设备。其中，照明系统为光刻机掩模面提供均匀的照明光斑，是光刻机的能量来源，掩模面的光斑能量和光瞳均匀度是照明系统的重要指标，光斑能量的大小决定了光刻机的产率，而光瞳均匀度决定了光刻机曝光时曝光线条方向性宽度的相对差异，间接地影响到光刻机的分辨率。

对于大视场的扫描光学曝光系统，其曝光视场大多为长方形结构，因为视场尺寸的不对称性，其光瞳均匀度普遍低于对称结构的视场，请参考图1，当曝光视场为长方形结构时，掩模面的光瞳均匀度为25％～30％。

目前，主要有三种方式提高光瞳的均匀度：一种是采用滤光的方式，具体请参考图2，该装置由一系列滤波片1拼合组成，在各个滤波片1上安装能量探测器(图中未示出)，通过能量探测器探测该处的能量相对大小，将该探测数据反馈至控制系统(图中未示出)，控制系统控制驱动元件2对滤波片1的相对位置进行调整，从而实现对光瞳均匀度的调节。该装置将滤波片1调入光路来实现光瞳均匀度补偿，其补偿精度受能量探测器的检测精度的影响，且滤波片1的透过滤受温度的影响，大角度光线被滤除，系统掩模面的照度受滤波片1滤光的影响而降低，且系统复杂，可靠性不高；

第二种是采用挡光的方式以减少边沿大角度光线比例，提高光瞳均匀度，利用不同尺寸挡光片的相对位置变化，使挡光片的阴影尺寸和相对位置变化，改变所处区域的光强分布，从而矫正光瞳均匀度。该方案利用挡光片使光散射，改变光强的区域分布和角度分布，挡光片会大大降低光路中能量的通过率，影响到系统的产率，并且对于长方形视场的曝光系统而言，该方案的能量耦合效果太低。

如图3所示，另外一种方式是在长方形端口石英棒3的前端设置正方形光阑4，将系统的入射窗口矫正为对称结构的一种光瞳矫正方案。该方案因为将石英棒3入光端改变为正方形的对称结构，可以大幅度提高系统的光瞳均匀度，请参考图4，此时掩模面的光瞳均匀度达到了0.8％，但对于长方形的入光端，这种正方形光阑4相对于石英棒3的入光端尺寸较小，大大地降低了石英棒3的能量耦合效率，大幅度降低了系统的掩模面照度。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种照明系统及光刻机,以提高照明系统的照明对象光瞳均匀度，且提高能量耦合效率。

为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种照明系统，包括：光源组件、耦合透镜组、反射光阑和石英棒，所述光源组件包括光源和椭球碗，所述光源的光经所述椭球碗反射后依次经所述耦合透镜组和反射光阑至所述石英棒，所述反射光阑的反射面与所述石英棒的入光端面成一定夹角，穿过所述反射光阑的通光口的光束入射至石英棒，未穿过的光束经所述反射光阑反射后返回至所述椭球碗，经所述椭球碗再次反射后入射至所述石英棒。

进一步地，所述反射光阑的反射面与所述石英棒的入光端面夹角范围为0-20°。

进一步地，所述反射光阑呈喇叭式围设在所述石英棒的入光端面周围，并与所述石英棒的入光端面匹配连接。

进一步地，所述反射光阑的外表面为所述反射光阑的反射面，沿光轴方向上所述反射光阑后端面的尺寸大于所述反射光阑前端面的尺寸，所述反射光阑前端面的尺寸不大于所述石英棒的入光端面的尺寸。

进一步地，所述反射光阑的内表面为所述反射光阑的反射面，沿光轴方向上所述反射光阑前端面的尺寸大于所述反射光阑后端面的尺寸，所述反射光阑后端面的尺寸不大于所述石英棒的入光端面的尺寸。

进一步地，所述反射光阑的反射面为平面。

进一步地，所述反射光阑的反射面为曲面。

进一步地，所述石英棒截面的形状为多边形或圆形。

进一步地，所述反射光阑包括多片反射镜，多片所述反射镜依次拼接，且首片与末片相连。

进一步地，所述照明系统还包括导轨，所述反射镜设置在所述导轨上，且能够沿着所述导轨相对于所述石英棒移动以调整所述反射光阑的通光口的大小。

进一步地，所述照明系统还包括旋转调整机构，用于调整所述反射镜与所述石英棒的截面之间的夹角。

进一步地，所述反射光阑包括一体成型的反射罩。进一步地，所述照明系统还包括中继组件，经所述石英棒后的光通过所述中继组件进入照明对象。

进一步地，所述照明系统还包括可变狭缝组件，经所述石英棒后的光通过所述可变狭缝组件和中继组件进入照明对象。

本发明实施例还提供了一种光刻机，包括所述的照明系统。

本发明实施例提供了一种照明系统及光刻机，所述照明系统包括：光源组件、耦合透镜组、反射光阑和石英棒，反射光阑放置与石英棒的入射端面成一定的夹角，反射光阑通光孔径之外的光，经反射光阑反射沿原路返回，再由椭球碗反射进入石英棒，在解决光瞳均匀性的同时提升石英棒出光口的照度。

附图说明

图1为现有技术提供的曝光视场为长方形时掩模面光瞳均匀度仿真图；

图2为现有技术提供的采用滤波片的光瞳均匀度矫正装置结构示意图；

图3为现有技术提供的采用正方形光阑的光瞳均匀度矫正装置结构示意图；

图4为采用图3所示结构时照明对象光瞳均匀度仿真图；

图5为本发明实施例一提供的照明系统的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的照明系统的光路走向示意图；

图7为本发明实施例一提供的反射光阑的入光口为正方形时的主视图；

图8为本发明实施例一提供的反射光阑的入光口为正方形时的侧视图；

图9为本发明实施例一提供的反射光阑的入光口为长方形时的主视图；

图10为本发明实施例一提供的长方形的反射光阑的入光口为长方形时的长方形短边侧视图；

图11为本发明实施例一提供的长方形的反射光阑的入光口为长方形时的长方形长边侧视图；

图12为本发明实施例一提供的一种模式下照明对象光瞳均匀度仿真图；

图13为本发明实施例二提供的反射光阑的YZ方向结构示意图。

图中，1：滤波片，2：驱动元件，3：石英棒，4：光阑，10：光源组件，101：光源，102：椭球碗，20：耦合透镜组，30：反射光阑，31：第一反射镜，32：第二反射镜，33：第三反射镜，34：第四反光镜，40：石英棒，50：可变狭缝组件，60：中继组件。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

如图5所示，本发明实施例提供了一种照明系统，包括：光源组件10、耦合透镜组20、反射光阑30和石英棒40，所述光源组件10包括光源101和椭球碗102，光源101可以采用汞灯，但不限于此，所述光源101的光经所述椭球碗102反射后依次经所述耦合透镜组20和反射光阑30至所述石英棒40，所述反射光阑30的反射面与所述石英棒40的入光端面成一定夹角，穿过所述反射光阑30的通光口的光束入射至石英棒40，未穿过的光束经所述反射光阑30反射后返回至所述椭球碗102，经所述椭球碗102再次反射后入射至所述石英棒40。

请参考图6，照射到石英棒40入射孔径之外的光束，经反射光阑30反射，由光学系统返回到椭球碗102的边缘，光线在椭球碗102内部经过反射后，光束可以从光学系统中间入射，可以耦合到石英棒40中，重复利用了边缘能量，可使光瞳均匀性大大提升的同时，提高耦合效率4％-20％。

所述反射光阑30呈喇叭式围设在所述石英棒40的入光端面周围，并与所述石英棒40的入光端面匹配连接。优选地，所述反射光阑的反射面与所述石英棒的入光端面夹角范围为0-20°。

所述反射光阑30的外表面为所述反射光阑30的反射面，沿光轴方向上所述反射光阑30后端面的尺寸大于所述反射光阑30前端面的尺寸，所述反射光阑30前端面的尺寸不大于所述石英棒40的入光端面的尺寸。

进一步地，所述反射光阑的反射面为平面或曲面。

进一步地，所述石英棒40截面的形状为多边形或为圆形，但不限于此。

进一步地，所述反射光阑30包括多片反射镜，多片反射镜依次拼接，且首片与末片相连，形成具有通光口的反射光阑。

如图7-11，本实施例具体以多片平面反射镜拼接形成外表面为反射面的反射光阑30为例进行说明。

在本实施例中，所述反射光阑30的入光口与所述石英棒40截面的形状均为矩形，所述反射光阑包括四片反射镜，分别为第一反射镜31、第二反射镜32、第三反射镜33和第四反射镜34，四片所述反射镜围设出矩形的入光口。请参考图7-图11，图中石英棒40截面为长方形，图7、8示出了反射光阑30的入光口为正方形时的主视图、侧视图，图9-11示出了反射光阑30的入光口为长方形时的主视图、长方形短边侧视图及长方形长边侧视图。

在本实施例中，所述入光口具有第一长边Lh和第一短边Lv(在入光口为正方形的情况下，Lh等于Lv)，所述石英棒截面具有第二长边LH和第二短边LV，所述第一长边Lh不小于第二短边LV且不大于第二长边LH的尺寸，所述第一短边Lv不小于第二短边LV且不大于第二长边LH的尺寸,即LV≤Lh≤LH，LV≤Lv≤LH。

反射光阑30的入光口为正方形时，因为反射镜放置有一定的角度，反射光阑的放置位置与石英棒端面需要保留一定的距离，且在正方形的情况，需要满足光瞳均匀性达标的尺寸，反射光阑30入光口通常与石英棒40的短边尺寸LV相等，入光口为长方形时，入光口口径优选为石英棒端面尺寸，长边长度Lh等于LH，短边长度Lv等于LV。

优选地，所述照明系统还包括导轨(未图示)，所述反射光阑30设置在所述导轨上，且能够沿着所述导轨移动以调整所述入光口的大小，反射镜放置在导轨上，反射镜在导轨上滑动时，保持角度不变，可以根据实际需要调整入光口开口大小，调整到目标位置后锁定反射光阑位置。

请继续参考图7-图11，优选地，所述反射光阑30的反射面与所述石英棒40的入光端面夹角θ范围为0-20°。通过仿真分析，最佳角度为7°，图12为放置角度为7°，反射光阑选用入光口径为14mm×14mm方形光阑，环形sigma＝0.9时的光瞳仿真图。

以下表1为放置角度为7°，反射光阑入光口径为14mm×14mm方形及14mm×28mm矩形光阑时，几种不用照明模式下的光瞳45°均匀性及照度提升率的仿真分析结果。

表1

仿真结果显示，无论传统照明还是环形照明，光瞳均匀性和照度都有明显的提升，本发明可以实现较好的改善效果。

进一步地，所述照明系统还包括可变狭缝组件50和中继组件60，经所述石英棒40后的光通过所述可变狭缝组件50和中继组件60进入照明对象。

本发明实施例还提供了一种光刻机，包括所述的照明系统所述照明对象为掩模面。

实施例二

如图13所示，与实施例一不同的是，本实施例中所述反射光阑30的内表面为所述反射光阑30的反射面，沿光轴方向上所述反射光阑30前端面的尺寸大于所述反射光阑30后端面的尺寸，所述反射光阑30后端面的尺寸不大于所述石英棒30的入光端面的尺寸。

具体地，所述反射光阑30包括一体成型的曲面反射罩，所述曲面反射罩进光口大于出光口的尺寸，所述出光口与所述石英棒40的入光端面匹配连接，且尺寸不大于所述石英棒的入光端面的尺寸。

优选地，所述进光口和出光口的形状相同，例如均为正方形，出光口尺寸与石英棒40的尺寸相等，出光口与石英棒40相接，无法进入石英棒40的光沿曲面反射罩反射，再经椭球碗102返回，耦合进入石英棒40。

表2为使用此类曲面反射罩光阑，出光口径为14mm×14mm，入射角度为60°，出射角度为90°时对光瞳45°均匀性及照度的改善效果。

表2

在本实施例中，石英棒的截面可以为多边形或圆形，石英棒截面为多边形时，反射光阑需要根据石英棒截面配置成多边形，石英棒界面为圆形时，反射光阑的端面需要使用端面为圆形的反射罩，同样可以实现提高耦合效率的效果。

曲面反射罩的曲面形状有多种组合，但是不局限于本实施中列举的形态。本发明实施例提供了一种照明系统及光刻机，所述照明系统包括：光源组件、耦合透镜组、反射光阑和石英棒，反射光阑放置与石英棒的入射端面成一定的夹角，反射光阑通光孔径之外的光，经反射光阑反射沿原路返回，再由椭球碗组件反射进入石英棒，在解决光瞳均匀性的同时提升石英棒出光口的照度。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种照明系统，用于提供环形照明，其特征在于，包括：光源组件、耦合透镜组、反射光阑和石英棒，所述光源组件包括光源和椭球碗，所述光源的光经所述椭球碗反射后依次经所述耦合透镜组和反射光阑至所述石英棒，所述反射光阑的反射面与所述石英棒的入光端面成一定夹角，穿过所述反射光阑的通光口的光束入射至石英棒，未穿过的光束经所述反射光阑反射后返回至所述椭球碗，经所述椭球碗再次反射后入射至所述石英棒。

2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述反射光阑的反射面与所述石英棒的入光端面夹角范围为0-20°。

3.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述反射光阑呈喇叭式围设在所述石英棒的入光端面周围，并与所述石英棒的入光端面匹配连接。

4.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述反射光阑的外表面为所述反射光阑的反射面，沿光轴方向上所述反射光阑后端面的尺寸大于所述反射光阑前端面的尺寸，所述反射光阑前端面的尺寸不大于所述石英棒的入光端面的尺寸。

5.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述反射光阑的内表面为所述反射光阑的反射面，沿光轴方向上所述反射光阑前端面的尺寸大于所述反射光阑后端面的尺寸，所述反射光阑后端面的尺寸不大于所述石英棒的入光端面的尺寸。

6.如权利要求3、4或5所述的照明系统，其特征在于，所述反射光阑的反射面为平面。

7.如权利要求3、4或5所述的照明系统，其特征在于，所述反射光阑的反射面为曲面。

8.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述石英棒截面的形状为多边形或圆形。

9.如权利要求3、4或5所述的照明系统，其特征在于，所述反射光阑包括多片反射镜，多片所述反射镜依次拼接，且首片与末片相连。

10.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括导轨，所述反射镜设置在所述导轨上，且能够沿着所述导轨相对于所述石英棒移动以调整所述反射光阑的通光口的大小。

11.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括旋转调整机构，用于调整所述反射镜与所述石英棒的截面之间的夹角。

12.如权利要求3、4或5所述的照明系统，其特征在于，所述反射光阑包括一体成型的反射罩。

13.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括中继组件，经所述石英棒后的光通过所述中继组件进入照明对象。

14.如权利要求13所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括可变狭缝组件，经所述石英棒后的光通过所述可变狭缝组件和中继组件进入照明对象。

15.一种光刻机，其特征在于，包括如权利要求1-14中任一项所述的照明系统。

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