CN1328608C - 光刻系统的照明系统中使用的中继透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种照明系统中的中继透镜，可供微光刻技术使用。该中继透镜能以可变孔径大小的远心光束，在掩模版上产生均匀的照明场。该中继透镜可以包括第一、第二、和第三透镜组。第二和第三透镜组中至少一组，可以包括单个透镜。因为与现有系统比较，使用较少的光学单元，这样可以通过要求较少CaF2而降低成本并增加透射。

Description

光刻系统的照明系统中使用的中继透镜
技术领域
本发明涉及用于在曝光期间清晰地照明掩模版的预定区域的系统和方法。
背景技术
中继物镜(如透镜)或掩模版边缘掩盖组件(REMA)物镜(如透镜)，是一种把中间的平面成像在掩模版平面上的物镜。掩模版支承光刻的掩模。利用中继透镜，能够严格地确定掩模版上被照明的区域。通常，掩模版掩盖装置，是用可调整的边缘组装的。按常规，中继透镜用于微光刻曝光系统、步进器、或扫描器，虽然中继透镜还能用于其他光学系统。位于中继透镜物平面中的光阑边缘，必须精确成像在掩模版平面上。常常需要曝光校正的光瞳的中间像，因为以后可以在该中间像位置，安放例如更多的光阑等等，以便掩盖对准系统的某些部分。
通常，中继透镜系统有十分复杂的结构(例如，包括约从7至10个透镜单元不等)。这些光学系统有高的数值孔径(NA)(例如约0.6-0.7)。这些系统基本上包括三部分：前面部分(该部分使NA下降)、中间部分(用于光瞳像差及光瞳形状校正)、和场部分(在掩模版上建立必需的场的大小)。在光刻设备中，中继透镜系统后面是投影物镜，投影物镜通常工作在缩小状态，并可以包括内置的用于非远心输入的光瞳平面。后面是像平面中的晶片。中继透镜系统另外的作用，是校正掩模版上的远心性。
常规的系统，在上述前面、中间、和场部分的每一部分，都有多个光学单元。前面部分有3-4个透镜，中间部分有2-4个透镜，而场部分有2-4个透镜。因为在每一部分中有多个光学单元，所以常规的中继透镜系统，存在多种缺点，这些缺点是：(1)对157nm的光刻系统，必须用大体积的CaF2，它的价格十分昂贵；(2)不仅因为玻璃的吸收，还因为在每一透镜表面的反射率，造成低的透射；(3)因为有太多透镜需要对准，造成对准上的困难；和(4)部分由于需要大体积的CaF2，造成成本高。于是，这些高昂的费用转移至系统的购买方，对购买另外的或更新的系统，起抑制作用。
因此，需要的是一种更简单、一种设计较不复杂、和降低制作成本，从而降低顾客的价格的中继透镜，所有这些，都可以通过缩减中继透镜中的光学单元而达到。
发明内容
本发明提供一种可以用于光刻的照明系统中的中继透镜。该中继透镜能以可变孔径大小的远心光束，在掩模版上产生均匀的照明场。该中继透镜可以包括第一、第二、和第三透镜组。第二和第三透镜组中至少一组，可以包括单个透镜。因为比现有系统使用较少的光学单元，这样可以通过要求较少的CaF2而降低成本并增加透射。
本发明的实施例优于常规系统的地方，是设计和制作的简单性，从而基于缩减的光学材料量(例如较少的光学单元，从而较少的光学表面)而降低制作成本，降低要求使用的CaF2。这样做并不影响照明系统或中继透镜的光学输出。它与常规系统比较，使用较低体积的CaF2(例如约低30-50％)。它与常规系统比较，有较高的透射(例如约高出30％)。因为在某些部分只用一个透镜，实际上消除了对准的困难。该中继透镜系统比常规系统更为便宜，而产生的成像质量则相同。
本发明的实施例还有其他的优点是，由于中间透镜组和场透镜组能够用单个透镜单元取代多个透镜单元，所以它比常规系统有更简单的结构。
本发明更多的实施例、特性、和优点，以及本发明各个实施例的结构和工作原理，将参照附图详细说明于后。
附图说明
本文引用并构成说明书一部分的各个附图，用于说明本发明，并与说明一起，进一步用于解释本发明原理，且有助于本领域熟练人员制作和使用本发明。
图1按照本发明的实施例，画出示例性的光刻系统。
图2、3、和4，画出图1光刻系统中示例性的中继透镜系统或REMA物镜系统。
现在参照附图说明本发明。附图中，相同的参考数字表示相同的或功能相似的单元。此外，参考数字中最左侧的数字，可以标识该参考数字首次出现的图。
具体实施方式
图1按照本发明的实施例，画出基片116(如晶片)曝光时与光102相互作用的系统100。光源104(如激光器)，例如可以是准分子激光器或深UV准分子激光器。在某些实施例中，由光束调节器108中的多路复用器106接收光102。光束调节器108把光输出至照明光学组件110，接着，照明光学组件110发送的光，通过掩模或掩模版112，经投影光学组件114，落在基片(如晶片)116上。该系统的一个实施例，可以是光刻系统或类似的系统。另一个实施例可以是全息系统。
图2按照本发明的实施例，画出照明光学组件110中的中继透镜200。中继透镜200包括限定器平面202、第一透镜组204(例如前面部分)、孔径光阑206(例如可变孔径光阑)、第二透镜组208(例如中间部分)、折叠反射镜210、第三透镜组212(例如场部分)、及有掩模版平面216的掩模版214。第一透镜组204可以包括凹凸透镜和有非球面表面的透镜。在图2所示的实施例中，第二和第三透镜组208和212的每一组，只有单个透镜单元。第二透镜组208可以是有非球面表面的单个透镜，该非球面表面可以是凸的表面。第三透镜组212可以是有球面表面的单个透镜。
继续参考图2，第一透镜组204(例如中继透镜200的前面部分)包括三个透镜：在前面的厚凹凸透镜，它的第一表面与物轴点同心，它可用于Petzval和的校正，以及两个可用于降低NA的其他透镜。第二透镜组208(例如中继透镜200的中间部分)包括一个有非球面表面的透镜(或例如下面讨论的图3-4所示实施例中的两个到三个透镜)。第二透镜组208中的该一个透镜，位于孔径光阑206后面，且能执行下面的一种或多种功能：光瞳像差校正、光瞳形状校正(椭圆率)、和在掩模版区间中的远心性校正。第三透镜组212(例如中继透镜200的场部分)可以包括一个透镜。第三透镜组212中的该一个透镜，能执行下面的一种或多种功能：在掩模版平面上建立必需的场大小，和假如该透镜有非球面表面，则进行远心性校正。
再次参考图2，工作时，在限定器平面202上接收光束，并用第一透镜组204把光束扩束和准直。被扩束和准直的光束的大小，能够由孔径光阑206控制。被扩束和准直的光束在掩模版214上的焦点位置，能够由第二透镜组208、第三透镜组212、或第二和第三透镜组208和212两者控制。
为了能以更紧凑和更经济的方式制作中继透镜200，可以用折叠反射镜210。在某些实施例中，折叠反射镜是任选的。中继透镜200按预定的放大率，把限定器平面202成像在掩模版平面216上。来自限定器平面202的远心光束，能够转换为掩模版214上的远心光束。中继透镜200能提供掩模版平面上的均匀照明和提供光瞳形状的非椭圆性。
在一个例子中，中继透镜200可以按照下述数据构成：
 表面#  表面类型   Y半径   厚度   玻璃 偏折方式   Y半孔径
    物     球面   无穷   40.5759   折射   0
    1     球面   -38.8954   48.5861   CaF2   折射   34.3792
    2     球面   -70.4454   1.0000   折射   64.7896
    3     非球面   1056.8762   55.0000   CaF2   折射   103.1220
    4     球面   -175.1412   1.0000   折射   108.0828
    5     球面   336.3331   37.7241   CaF2   折射   120.1833
    6     非球面   -840.2127   13.6072   折射   119.9937
    7     球面   无穷   84.3426   折射   119.5076
    8     球面   无穷   133.4129   折射   117.1521
    光阑     球面   无穷   55.9768   折射   113.4723
    10     球面   1784.7806   35.1455   CaF2   折射   122.2680
    11     非球面   -339.0580   93.6409   折射   123.0736
    12     球面   无穷   310.7213   折射   119.7255
    13     球面   无穷   85.0612   折射   110.6886
    14     球面   417.5797   31.2151   CaF2   折射   107.8689
    15     球面   -1616.3317   224.6563   折射   106.3382
    16     球面   无穷   28.3500   CaF2   折射   56.8430
    17     球面   无穷   0.0000   折射   53.0694
    像     球面   无穷   0.0000   空气   折射   53.0694
与系统100的规格有关，在本发明的另外的实施例中，可以只用第二透镜组208′或208″之一，且第三透镜组212可以只有一个透镜。虽然最好是第二和第三透镜组208和212，两者各分别只有一个透镜。当规格规定，或者第二，或者第三透镜组208和212之一，分别有多于一个的透镜，那么，第三透镜组212也依旧只有一个透镜为好。图3和图4画出两种可能的另外配置的例子。
在图3中，第二透镜组208′有两个透镜，每一透镜上可以至少有一个非球面表面。
在图4中，第二透镜组208″有三个透镜。第二透镜组208″的该三个透镜中，至少两个可以有至少一个非球面表面。
即使由于系统100需要的规格规定的这些另外的实施例中，中继透镜200仍旧可以比常规系统有较少的光学单元，保持了低的成本。显然，还可能有基于其他需要的规格的其他配置，而所有这些配置，都应认为在本发明范围之内。
虽然已经在上面说明本发明的各种实施例，但应指出，它们仅作为例子给出，而不能认为是限制。本领域熟练人员显然了解，在不违背本发明的精神和范围下，可以对本发明在形式上和细节上作各种改变。因此，本发明的广度和范围，不受任何上述说明的示例性实施例的限制，而只能由下面的权利要求书及其等价叙述所限定。

Claims (4)

1.一种中继透镜(200)系统，位于限定器平面(202)与光刻系统的掩模版平面(216)之间，包括：
第一透镜组(204)；
第二透镜组；
孔径光阑(206)，位于第一透镜组和第二透镜组之间；
折叠反射镜(210)；和
第三透镜组，
其特征在于，
第一透镜组(204)包含三个透镜，用于减小接收的光束的数值孔径；
第二透镜组具有至少一个透镜(208)，用于接收来自第一透镜组的光束并且控制光瞳面上光束的特性；
第三透镜组包含单个透镜单元(212)，用于接收来自第二透镜组的光束并且控制光瞳掩模版平面上辐射束的场特性；及
折叠反射镜(210)位于第二透镜组和第三透镜组之间，
其中中继透镜(200)按照下述数据构成：
   表面#   表面类型      Y半径      厚度     玻璃 偏折方式     Y半孔径     物     球面     无穷大     40.5759   折射     0     1     球面     -38.8954     48.5861     CaF2   折射     34.3792     2     球面     -70.4454     1.0000   折射     64.7896     3     非球面     1056.8762     55.0000     CaF2   折射     103.1220     4     球面     -175.1412     1.0000   折射     108.0828     5     球面     336.3331     37.7241     CaF2   折射     120.1833     6     非球面     -840.2127     13.6072   折射     119.9937     7     球面     无穷大     84.3426   折射     119.5076     8     球面     无穷大     133.4129   折射     117.1521     光阑     球面     无穷大     55.9768   折射     113.4723
    10     球面     1784.7806   35.1455   CaF2   折射 122.2680     11     非球面     -339.0580   93.6409   折射 123.0736     12     球面     无穷大   310.7213   折射 119.7255     13     球面     无穷大   85.0612   折射 110.6886     14     球面     417.5797   31.2151   CaF2   折射 107.8689     15     球面     -1616.3317   224.6563   折射 106.3382     16     球面     无穷大   28.3500   CaF2   折射 56.8430     17     球面     无穷大   0.0000   折射 53.0694     像     球面     无穷大   0.0000   空气   折射 53.0694
2.按照权利要求1的系统，其中由第二透镜组控制的特性包括至少下列之一：光瞳像差校正、光瞳形状校正、椭圆率校正、和远心性校正。
3.按照权利要求1的系统，其中由第三透镜组控制的场特性包括至少下列之一：在掩模版平面上建立必需的场大小和进行远心性校正。
4.光刻系统(100)的照明部分(110)，该照明部分(110)包括权利要求1-3之一所述的中继透镜(200)。
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