CN215679036U

CN215679036U - 能量衰减器及照明系统

Info

Publication number: CN215679036U
Application number: CN202121749338.9U
Authority: CN
Inventors: 徐建旭
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2031-07-29

Abstract

本实用新型提供了一种能量衰减器及照明系统，其中，所述能量衰减器包括若干个具有不同总透过率的衰减档位，两条经过所述衰减档位的几何中心的分界线将所述衰减档位划分为两两相对的四个衰减分区，其中两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第一设定值，另外两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第二设定值，且所述第一设定值和所述第二设定值不同，以实现所述光斑的光瞳椭圆度的补偿。本实用新型通过改进能量衰减器的结构，在进行能量衰减的同时实现光瞳椭圆度的补偿，从而简化了照明系统的结构，降低了生产成本及调试时间成本，提高产率。进一步地，本实用新型将能量衰减器设置于匀光组件之前，减小了能量衰减器对光线均匀性的影响。

Description

能量衰减器及照明系统

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种能量衰减器及照明系统。

背景技术

投影式光刻机台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，照明系统是光刻机台的能量来源，为光刻机台的掩模面提供均匀的照明光斑。照明光斑的光斑能量和光瞳椭圆度是衡量照明系统性能的重要指标，光斑能量的大小决定了光刻机台的产率，而光瞳椭圆度决定了光刻机台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，其光瞳椭圆度普遍低于对称结构的视场。参阅图1，所述光瞳椭圆度(Ellipticity)的定义为：

其中，I1、I2、I3、I4分别对应图1中不同区域的辐照度。

剂量控制单元是所述照明系统的重要组成部分，用于对传输到掩模和硅片上的光束能量进行监控，包括能量衰减器VA以及能量探测器ED和ESS，其中，能量探测器ED用于对照明剂量进行测量；能量探测器ESS用于测量硅片面附近视场的均匀性，并与能量探测ED相互校准；能量衰减器VA用于调节激光脉冲能量，对通过照明系统的光能进行衰减，从而进行剂量控制，保证剂量重复性和剂量准确性。在实际的生产过程中，一些光刻工艺要求使用低剂量的光源，而低剂量下的光源性能不稳定，无法保证曝光剂量的准确性，因此可以通过能量衰减器VA来降低能量密度，即在光源出射能量恒定的情况下，通过改变能量衰减器来改变硅片面的曝光剂量。

目前，主要有两种方式提高光瞳椭圆度。第一种方式采用了由一系列滤波片拼合组成的滤光装置，参阅图2，所述滤光装置1中，每个所述滤波片11上均设置有能量探测器(图中未示出)，通过能量探测器探测对应区域内能量的相对大小并将探测数据反馈至控制系统(图中未示出)，所述控制系统控制驱动元件12对所述滤波片11的相对位置进行调整，从而调节光瞳椭圆度。然而，所述滤光装置的结构复杂，所述光瞳椭圆度的补偿精度受所述能量探测器的检测精度影响，所述滤波片11的透过率受温度的影响，大角度光线被滤除，掩模面的照度受所述滤波片11滤光的影响而降低，因此所述滤光装置的可靠性不高。

第二种提高的光瞳椭圆度方式可以参阅图3，石英棒2的入光端设置有正方形光阑3，将照明系统的入射窗口矫正为对称结构，大幅度提高了照明系统的光瞳椭圆度。然而，由于所述入光端为长方形端口，所述正方形光阑3相对于石英棒2的入光端尺寸较小，大大地降低了石英棒2的能量耦合效率，大幅度降低了照明系统的掩模面照度。

目前，主要有两种方式调节照明光斑的光斑能量。参阅图4和图5，第一种方式采用光学能量衰减器，其内部由一片或两片可变衰减片4组成，所述衰减片4上进行了特殊的镀膜设计，使得所述衰减片4对不同的入射角度光具有不同的衰减率(透过率)。当入射进所述光学能量衰减器的光能一定时，旋转所述衰减片4，改变入射光与所述衰减片4的夹角，即可控制出射光的能量。然而，所述光学能量衰减器的成本较高，无法实现大规模应用。

参阅图6和图7，第二种调节照明光斑的光斑能量的方式可以采用固定档位的机械能量衰减器和连续可变的机械能量衰减器。其中，参阅图6，所述固定档位的机械能量衰减器利用机械遮挡的方式在所述机械能量衰减器上设置若干个不同的能量衰减档位5。图7为连续可变的机械能量衰减器，随着旋转角度的变化实现衰减能量的连续可变。然而，所述机械能量衰减器会造成光瞳性能的变化。

鉴于此，需要一种装置在对照明光斑进行能量衰减的同时补偿光瞳椭圆度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能量衰减器及照明系统，在对光线进行能量衰减的同时实现光瞳椭圆度的补偿。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种能量衰减器，包括：若干个具有不同总透过率的衰减档位，两条经过所述衰减档位的几何中心的分界线将所述衰减档位划分为两两相对的四个衰减分区，其中两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第一设定值，另外两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第二设定值，且所述第一设定值和所述第二设定值不同，以同时实现能量衰减和光瞳椭圆度的补偿。

可选的，所述衰减档位的透过率差值ΔT为：

其中，T_a和T_b分别表示所述第一设定值和所述第二设定值。

可选的，所述衰减档位的透过率差值与所述衰减档位的光瞳椭圆度补偿量之间呈线性关系。

可选的，所述衰减分区内设置有阵列排布的透光孔。

可选的，透过率不同的衰减分区内设置的所述透光孔的大小不同或密度不同。

可选的，所述能量衰减器包括固定档位的能量衰减器和连续可变的能量衰减器。

可选的，所述衰减分区的形状包括扇形、扇环形或三角形。

可选的，所述固定档位的能量衰减器中，所述衰减档位的任意两个相对的衰减分区的透过率相同，且任意两个相邻的所述衰减分区的透过率不同。

可选的，若所述固定档位的能量衰减器包括至少两个衰减档位，则所述衰减档位围绕所述能量衰减器的几何中心均匀或非均匀设置。

可选的，所述连续可变的能量衰减器，所述衰减档位的其中两个相对的所述衰减分区的透过率相同，另外两个相对的所述衰减分区的透过率不同。

可选的，所述连续可变的能量衰减器的结构包括插板式矩形结构和旋转式圆盘结构。

相应地，本实用新型还提供一种照明系统，包括光源、保护玻璃、快门、能量衰减器、耦合组件、匀光组件、中继组件和掩模版；其中，所述光源用于发出光线，所述快门用于控制光线的出射与关闭，所述能量衰减器用于对光线进行能量衰减及光瞳椭圆度的补偿，所述匀光组件用于改善光线的均匀性。

可选的，所述光源发出的光线依次经过所述保护玻璃、所述快门、所述能量衰减器、所述耦合组件、所述匀光组件、所述中继组件后到达所述掩模版，并在所述掩模版的掩模面成像。

可选的，所述光线到达所述能量衰减器并形成光瞳椭圆度为45°的光斑。

可选的，所述光源包括灯室及设置在所述灯室内的汞灯和椭球反射镜，所述汞灯发出的光经过所述椭球反射镜反射，会聚于所述灯室一侧壁上的出光口，并从所述出光口射出。

综上所述，本实用新型提供一种能量衰减器及照明系统，其中，所述能量衰减器包括若干个具有不同总透过率的衰减档位，两条经过所述衰减档位的几何中心的分界线将所述衰减档位划分为两两相对的四个衰减分区，其中两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第一设定值，另外两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第二设定值，且所述第一设定值和所述第二设定值不同，以实现所述光斑的光瞳椭圆度的补偿。本实用新型通过改进能量衰减器的结构，在进行能量衰减的同时实现光瞳椭圆度的补偿，从而简化了照明系统的结构，降低了生产成本及调试时间成本，提高产率。

进一步地，本实用新型将能量衰减器设置于匀光组件之前，减小了所述能量衰减器对光线均匀性的影响。

附图说明

图1为一光瞳的分区示意图；

图2为一滤光装置的结构示意图；

图3为一提高光瞳椭圆度的装置的结构示意图；

图4为一种一片式光学能量衰减器的结构示意图；

图5为一种两片式光学能量衰减器的结构示意图；

图6为一固定档位的能量衰减器的结构示意图；

图7为一连续可变的能量衰减器的结构示意图；

图8为本实用新型实施例一提供的能量衰减器的结构示意图；

图9为图8中所述能量衰减器的衰减档位的结构示意图；

图10为本实用新型一实施例提供的照明系统的结构示意图；

图11为图8所述的能量衰减器的总透过率的设计值和仿真值的拟合直线图；

图12为本实用新型实施例二提供的能量衰减器的结构示意图；

其中，附图标记如下：

1-滤光装置；11-滤波片；12-驱动元件；2-石英棒；3-正方形光阑；4-可变衰减片；5-能量衰减档位；

6-照明系统；61-光源；611-灯室；612-汞灯；613-椭球反射镜；

62-保护玻璃；63-快门；64-能量衰减器；641-衰减档位；642-透光孔；65-耦合组件；66-匀光组件；67-中继组件；68-掩模版。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

实施例一

图8为所述照明系统中能量衰减器的结构示意图，图9为图8所述的能量衰减器中衰减档位的结构示意图。参阅图8和图9，所述能量衰减器64包括若干个具有不同总透过率的衰减档位641，两条经过所述衰减档位641的几何中心的分界线将所述衰减档位641划分为两两相对的四个衰减分区(即图9中P1-P4所表示的区域)，其中两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第一设定值，另外两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第二设定值，且所述第一设定值和所述第二设定值不同，以实现所述光斑的光瞳椭圆度的补偿。

继续参阅图8，本实施例中，所述能量衰减器64为固定档位的能量衰减器，包括三个衰减档位641，且所述衰减档位641围绕所述能量衰减器64的几何中心非均匀设置。需要说明的是，在本实用新型的其他实施例中，所述能量衰减器64中衰减档位641的个数可以根据实际需要调整为若干个，当所述衰减档位641的个数大于或等于两个时，所述衰减档位的设置方式可以根据实际需要进行调整，例如围绕所述能量衰减器64的几何中心均匀设置，本实用新型对此不作限制。

本实施例中，所述衰减档位641的任意两个相对的衰减分区的透过率相同，且任意两个相邻的所述衰减分区的透过率不同。具体的，参阅图9，所述衰减档位641的四个衰减分区P1-P4对应的透过率分别为T1-T4，其中，T1＝T3、T2＝T4且T1≠T2。需要说明的是，所述衰减档位641的四个衰减分区P1-P4内均设置有阵列排布的透光孔642，透过率不同的衰减分区内设置的所述透光孔642的大小不同或密度不同，例如，所述衰减分区P1和所述衰减分区P2的透光孔的密度不同，使得所述衰减分区P1和所述衰减分区P2的透过率不同(即T1≠T2)。

本实施例中，相对的所述衰减分区P1和所述衰减分区P3的透过率之和为所述第一设定值，即T_a＝T1+T3，相对的所述衰减分区P2和所述衰减分区P4的透过率之和为所述第二设定值，即T_b＝T2+T4，由于T1＝T3、T2＝T4且T1≠T2，因此，T_a≠T_b。相应的，所述衰减档位641的总透过率T0及透过率差值ΔT分别为：

图10为本实用新型一实施例提供的照明系统的结构示意图。参阅图10，所述照明系统6包括光源61、保护玻璃62、快门63、能量衰减器64、耦合组件65、匀光组件66、中继组件67和掩模版68；其中，所述光源61用于发出光线，所述快门63用于控制光线的出射与关闭，所述能量衰减器64用于对光线进行能量衰减及光瞳椭圆度的补偿，所述匀光组66件用于改善光线的均匀性。所述光源61发出的光线依次经过所述保护玻璃62、所述快门63、所述能量衰减器64、所述耦合组件65、所述匀光组件66、所述中继组件67后到达所述掩模版68，并在所述掩模版68的掩模面成像。

继续参阅图10，所述光源61包括灯室611及设置在所述灯室611内的汞灯612和椭球反射镜613，所述汞灯612发出的光经过所述椭球反射镜613反射，会聚于所述灯室611一侧壁上的出光口(图中未示出)，并从所述出光口射出。优选的，所述光线到达所述能量衰减器64并形成光瞳椭圆度为45°的光斑。

可选的，通过仿真检验本实施例所述的照明系统的性能，仿真结果如下：

表1.能量衰减器中不同衰减档位的总透过率的设计值和仿真值：

	总透过率设计值	总透过率仿真值	差值绝对值
				衰减档位A1	89.25％	89.29％	-0.04％
衰减档位A2	85.42％	85.76％	-0.34％
				衰减档位A3	81.79％	82.34％	-0.54％

其中，所述差值绝对值为所述总透过率设计值和所述总透过率仿真值的差值绝对值。

图11为根据表1中的数据得到的线性回归的拟合方程，结合表1和图11可知，所述能量衰减器可以实现能量衰减，且任意一个所述衰减档位的总透过率的设计值和仿真值的差异均小于1％，所述拟合方程的R²为1，说明所述能量衰减器实际制成后各个衰减档位的总透过率与设计总透过率的误差小于1％，可实现性高。

表2.不同衰减档位的透过率差值ΔT与光瞳椭圆度补偿量ΔE之间的关系：

	透过率差值ΔT	光瞳椭圆度补偿量ΔE
			衰减档位A1	22.21％	19.1％
衰减档位A2	15.96％	11.7％
			衰减档位A3	12.43％	9.0％

其中，所述光瞳椭圆度补偿量ΔE为光线穿过对应的衰减档位时获得的光瞳椭圆度的补偿量。

结合表2可知，所述能量衰减器可以达到光瞳补偿的效果，且所述能量衰减器中衰减档位的透过率差值ΔT越大，所述光瞳椭圆度补偿量ΔE越大，所述透过率差值ΔT与光瞳椭圆度补偿量ΔE之间存在线性关系，即：

ΔT＝k·ΔT+b (4)

其中，k和b均为常数，可以根据表2中的数据计算得到，本实施例在此不作详细展开。

参阅图10，由于本实施例中能量衰减器64设置在匀光组件66之前，且所述匀光组件用于改善光线的均匀性，因此，所述能量衰减器64对最终到达所述掩模版68的光线的均匀性的影响较小。结合表3可知，在使用能量衰减器的不同衰减档位时，所述照明系统的光线均匀性减少量ΔU均小于1％，证明了所述能量衰减器对最终到达掩模版的光线的均匀性(Uniformity)的影响较小。

表3.不同衰减档位的透过率差值ΔT与光线均匀性减少量ΔU之间的关系：

	透过率差值ΔT	光线均匀性减少量ΔU
			衰减档位A1	22.21％	0.30％
衰减档位A2	15.96％	0.19％
			衰减档位A3	12.43％	0.16％

其中，所述光线均匀性减少量ΔU为所述能量衰减器的不同衰减档位对最终到达掩模版的光线的均匀性的影响。

结合上述仿真结果可知，本实施例所述的照明系统中，能量衰减器具有较好的能量衰减效果，同时可以达到光瞳补偿效果，且对最终到达掩模版的光线的均匀性的影响较小。

相应地，本实用新型还提供一种光刻机台，包括所述照明系统，以提高光刻效率。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于能量衰减器的结构。本实施例中，所述能量衰减器为连续可变的能量衰减器，所述连续可变的能量衰减器的结构包括插板式矩形结构和旋转式圆盘结构。图12为本实施例所述的能量衰减器的结构示意图。参阅图12，所述能量衰减器64的结构为插板式矩形结构，两条经过所述能量衰减器64的几何中心的分界线将所述能量衰减器64划分为两两相对的四个衰减分区(即图12中P1-P4所表示的区域)，其中两个相对的所述衰减分区的透过率相同，另外两个相对的所述衰减分区的透过率不同。具体的，四个所述衰减分区P1-P4对应的透过率分别为T1-T4，其中，T1＝T3且T2≠T4。需要说明的是，所述能量衰减器64的四个衰减分区P1-P4内均设置有阵列排布的透光孔642，透过率不同的衰减分区内设置的所述透光孔642的大小不同或密度不同，例如，所述衰减分区P2和所述衰减分区P4的透光孔的密度不同，使得所述衰减分区P2和所述衰减分区P4的透过率不同(即T2≠T4)。

综上，本实用新型提供一种能量衰减器及照明系统，其中，所述能量衰减器包括若干个具有不同总透过率的衰减档位，两条经过所述衰减档位的几何中心的分界线将所述衰减档位划分为两两相对的四个衰减分区，其中两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第一设定值，另外两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第二设定值，且所述第一设定值和所述第二设定值不同，以实现所述光斑的光瞳椭圆度的补偿。本实用新型通过改进能量衰减器的结构，在进行能量衰减的同时实现光瞳椭圆度的补偿，从而简化了照明系统的结构，降低了生产成本及调试时间成本，提高产率。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型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，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种能量衰减器，其特征在于，包括：若干个具有不同总透过率的衰减档位，两条经过所述衰减档位的几何中心的分界线将所述衰减档位划分为两两相对的四个衰减分区，其中两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第一设定值，另外两个相对的所述衰减分区的透过率之和为第二设定值，且所述第一设定值和所述第二设定值不同，以同时实现能量衰减和光瞳椭圆度的补偿。

2.如权利要求1所述的能量衰减器，其特征在于，所述衰减档位的透过率差值ΔT为：

其中，T_a和T_b分别表示所述第一设定值和所述第二设定值。

3.如权利要求2所述的能量衰减器，其特征在于，所述衰减档位的透过率差值与所述衰减档位的光瞳椭圆度补偿量之间呈线性关系。

4.如权利要求1所述的能量衰减器，其特征在于，所述衰减分区内设置有阵列排布的透光孔。

5.如权利要求4所述的能量衰减器，其特征在于，透过率不同的衰减分区内设置的所述透光孔的大小不同或密度不同。

6.如权利要求1、4或5所述的能量衰减器，其特征在于，所述能量衰减器包括固定档位的能量衰减器和连续可变的能量衰减器。

7.如权利要求6所述的能量衰减器，其特征在于，所述衰减分区的形状包括扇形、扇环形或三角形。

8.如权利要求6所述的能量衰减器，其特征在于，所述固定档位的能量衰减器中，所述衰减档位的任意两个相对的衰减分区的透过率相同，且任意两个相邻的所述衰减分区的透过率不同。

9.如权利要求6所述的能量衰减器，其特征在于，若所述固定档位的能量衰减器包括至少两个衰减档位，则所述衰减档位围绕所述能量衰减器的几何中心均匀或非均匀设置。

10.如权利要求6所述的能量衰减器，其特征在于，所述连续可变的能量衰减器，所述衰减档位的其中两个相对的所述衰减分区的透过率相同，另外两个相对的所述衰减分区的透过率不同。

11.如权利要求6所述的能量衰减器，其特征在于，所述连续可变的能量衰减器的结构包括插板式矩形结构和旋转式圆盘结构。

12.一种照明系统，其特征在于，包括光源、保护玻璃、快门、能量衰减器、耦合组件、匀光组件、中继组件和掩模版；其中，所述光源用于发出光线，所述快门用于控制光线的出射与关闭，所述能量衰减器用于对光线进行能量衰减及光瞳椭圆度的补偿，所述匀光组件用于改善光线的均匀性。

13.如权利要求12所述的照明系统，其特征在于，所述光源发出的光线依次经过所述保护玻璃、所述快门、所述能量衰减器、所述耦合组件、所述匀光组件、所述中继组件后到达所述掩模版，并在所述掩模版的掩模面成像。

14.如权利要求13所述的照明系统，其特征在于，所述光线到达所述能量衰减器并形成光瞳椭圆度为45°的光斑。

15.如权利要求12或13所述的照明系统，其特征在于，所述光源包括灯室及设置在所述灯室内的汞灯和椭球反射镜，所述汞灯发出的光经过所述椭球反射镜反射，会聚于所述灯室一侧壁上的出光口，并从所述出光口射出。