WO2014146220A1

WO2014146220A1 - 光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法

Info

Publication number: WO2014146220A1
Application number: PCT/CN2013/000492
Authority: WO
Inventors: 张方; 朱菁; 黄惠杰; 宋强; 杨宝喜; 陈明; 曾爱军; 黄立华; 胡中华; 肖艳芬
Original assignee: 中国科学院上海光学精密机械研究所
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2014-09-25
Also published as: US9323052B2; CN103207530B; EP2977816A4; US20160004074A1; EP2977816A1; CN103207530A; EP2977816B1

Abstract

一种光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法，该系统构成包括模式产生单元（1）、可旋转波片（2）、偏振分光单元（3）、环一产生单元（4）和环二产生单元（5）。通过选择相应的模式产生单元（1）的衍射光学元件（101）和适当的调整，可以产生光瞳面光强与内外直径连续可变、单环形照明模式和双环形照明多种照明模式。

Description

光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法

技术领域

本发明涉及光学光刻领域，特别涉及一种光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法，是一种能产生单环形照明模式与双环形照明模式且光瞳面光强与内外直径连续可变的光瞳整形光学系统。

背景技术

光刻机作为半导体加工的关键设备，光刻分辨率是衡量其性能的重要指标之一。从光刻分辨率与焦深表达式可知，缩短曝光波长，提高投影物镜的数值孔径，都是提高光刻分辨率的有效手段，但利用这些手段提高光刻分辨率的同时会减小焦深，降低光刻线条边缘陡度。目前，研究人员提出了多种在提髙光刻分辨率的同时又保证所需焦深的光刻分辨率增强技术，主要有离轴照明、移相掩模、光学邻近效应校正以及先进光刻工艺技术，其中离轴照明技术是一种常被采用的光刻分辨率增强技术。

光刻机中光瞳整形的目的是要获得各种离轴照明模式，通常采用特殊设计的光学元件调制入射激光束的强度或相位分布，从而在光瞳面上得到特定光强分布。光瞳整形通常利用衍射光学元件实现，衍射光学元件将入射到其上的光束的振幅或位相进行调制，在远场形成特定的衍射花样，得到环形照明、二极照明、四极照明等不同的照明模式 . 光瞳面上光束内外直径的变化可通过调节衍射光学元件后的变焦准直镜组的焦距与锥形镜组中凸、凹锥形镜之间的距离来实现，变焦准直镜组由位置可以调节的透镜组组成。根据光刻仿真结果，离轴照明光瞳分布的选取主要依赖于掩模图形的形状、分布、尺寸和光刻机的数值孔径。随着光刻机数值孔径的不断增大，光刻图形特征尺寸的不断减小及其分布密集度的提高，出现了多种不同于以往的新型离轴照明模式，例如双环形、双二极、双四极等照明模式。

在先技术"一种用于双偶极均匀照明的自由曲面透镜" （CN101916045A)和"一种用于双环形均匀照明的自由曲面透镜" （CN101916046A) 中，分别公开了用于产生双偶极和双环形照明模式的自由曲面透镜，其原理都通过设计特定面形的透射曲面，使得入射到该曲面上的光线产生指定的偏折，从而得到不同的照明模式。但这两种技术存在如下缺点：所用的曲面面形较复杂，难于实现，且得到的照明模式的内外环或内外极的强度分配比例和内外直径大小不能调节，因此使用不灵活、不适合不同光刻掩模图形。

发明内容

本发明旨在克服上述在先技术的不足，提供一种光刻机光瞳整形光学系统及产生离轴照明模式的方法，是一种产生单环形照明模式与双环形照明模式，且光瞳面光强与内外直径连续可变的光瞳整形光学系统。

在描述本发明的技术解决方案之前，为便于本发明的描述和理解，对本发明涉及的几个基本概念定义如下：

1、本发明产生环形照明、二极照明、四极照明、双环形照明、双二极照明、双四极照明等不同的照明模式，在本发明中把常规的只有一个环的环形照明、二极照明、四极照明等统称为单环形照明，如图 2a、图 2c、图 2e和图 2g所示；把具有两个环的双环形照明、双二极照明、双四极照明等统称为双环形照明，如图 2b、图 2d、图 2f和图 2h所示。图 2a、图 2b、图 2c、图 2d、图 2e、图 2f、图 2g和图 2h中虚线圆环 7、 8是光瞳面上的辅助线，虚线圆环 7、 8与单环形照明和双环形照明模式同心，和 (τ'为相应环的宽度。

2、 X轴、 y轴、 z轴及坐标原点 6>的定义如图 3所示， 7轴通过虚线圆环 7、 8的中心，正方向为图 1 所在纸面中自下向上的方向，坐标原点。为 7轴与偏振分光薄膜的交点， _z轴正方向为图 1所在纸面中自左向右的方向， ^¾平面与虚线圆环 7、 8所在平面平行，该 TJ^坐标系为左手坐标系。

3、在不同照明模式的生成过程中，沿光线传输方向不同位置的光束横截面呈现不同的形状或尺寸，把光强分布类似于单环形照明模式的光束以单环形光束表示，把光强分布类似于双环形照明模式的光束以双环形光束表示，把离轴照明模式中的相干因子以光束直径来表示。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻机光瞳整形光学系统，其特点在于其构成包括模式产生单元、可旋转波片、偏振分光单元、环一产生单元和环二产生单元，所述模式产生单元由衍射光学元件和变焦准直镜组组成，更换不同的衍射光学元件以分别实现传统照明、二极照明和四极照明模式；所述的环一产生单元由第一四分之一波片、第一凸锥形镜和第一可动反射镜组成；所述环二产生单元由第二四分之一波片、第二凸锥形镜和第二可动反射镜组成；上述元部件的位置关系如下：

沿 z轴正方向依次为衍射光学元件、变焦准直镜组、可旋转波片、偏振分光单元、第一四分之一波片、第一凸锥形镜、第一可动反射镜，所述第一凸锥形镜的锥尖正对着所述第一可动反射镜，所述第一可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第一可动反射镜具有可连续调整所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的机构；

入射光经所述的偏振分光单元分为反射光和透射光，沿偏振分光单元反射光方向依次为第二四分之一波片、第二凸锥形镜和第二可动反射镜，所述第二凸锥形镜的锥尖正对着所述第二可动反射镜，所述第二可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第二可动反射镜具有可连续调整所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离的机构；

所述衍射光学元件的后表面位于所述变焦准直镜组的前焦面上。

利用上述的光刻机光瞳整形光学系统产生离轴照明模式的方法，包括下列步骤：

①根据掩模图形需要的照明模式，选择相应的所述衍射光学元件；

②根据需要的照明模式光强分布尺寸，调节所述变焦准直镜组的焦距；

③根据需要的所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的能量分配关系，调节所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角；

④根据需要的所述第一单环形光束的内外直径，确定并调节所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离；

⑤根据需要的所述第二单环形光束的内外直径，确定并调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 c/_{2 ;}

⑥当步骤④中所述第一单环形光束与步骤⑤中所述第二单环形光束在光瞳面上部分或者完全重叠或当步骤④中所述第一单环形光束的内或外径等于步骤⑤中所述第二单环形光束的外或内径时，得到单环形照明模式；否则得到双环形照明模式。

入射到所述衍射光学元件的光束可为线偏振方形光束，从所述衍射光学元件出射的光束为单环形光束，所述变焦准直镜组将单环形光束进行准直，且其焦距连续可变，从而连续改变单环形光束的尺寸，光束尺寸按下式确定-

D = 2f's U'

其中， £>为从所述模式产生单元出射的准直光束的直径，为所述衍射光学元件的出射孔径半角， '为所述变焦准直镜组的焦距。

从所述可旋转波片出射的偏振光束中的 p光和 _S光与入射到所述可旋转波片上的线偏振光束中的 p光和 s光之间的下列矩阵确定：

其中，和 ^分别为入射到所述可旋转波片上的线偏振光束沿 Γ轴和轴的分量，为所述可旋转波片快慢轴的位相延迟差，为所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角， 4、 ^分别为从所述可旋转波片出射的偏振光束沿 f轴和 7轴的分量。从所述可旋转波片出射的偏振光束中的 P光和 _S光的能量之比大约为： A 。

所述可旋转波片可连续调节其快轴与 X轴正方向之间的夹角 θ_ϋ。

从所述可旋转波片出射的光束以 45°角入射到所述偏振分光薄膜上。

所述偏振分光单元实现如下功能之一：

①对 45°角入射到所述偏振分光薄膜上的光束中， s光的反射率接近 100%，透过率接近 0， /?光的透过率接近 100% , 反射率接近 0。

②对 45°角入射到所述偏振分光薄膜上的光束中， ρ光的反射率接近 100%，透过率接近 0， s光的透过率接近 100% , 反射率接近 0。

所述偏振分光单元将从所述可旋转波片出射的光束中的 s光和; 7光分开，一种完全透射，另一种完全反射，透射部分入射到所述环一产生单元上，反射部分入射到所述环二产生单元上。

所述第一四分之一波片的快轴与轴正方向之间的夹角可以为 45°、 -45°、 135°或 -135°。

所述第一凸锥形镜的锥尖正对着所述第一可动反射镜。

所述第一可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第一可动反射镜可连续调整所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离。

所述环一产生单元将入射到其上的光束变换为第一单环形光束，第一单环形光束的出射方向与入射到所述环一产生单元的光束的方向相反，第一单环形光束再次入射到所述偏振分光单元并被反射到光瞳面上。

所述的第一单环形光束的内直径 D_u按下式确定：

其中， I^ -W +^cot^Wcot^ 且 = 3Γ ίη("_{ι (:0}3( ) , », 分别为所述第一凸锥形镜的折射率和锥角， ^为所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离。所述第一凸锥形镜的锥角为所述第一凸锥形镜的锥尖垂直向上放置时右视图中两斜边之间的夹角。

所述的第一单环形光束的宽度 W按下式确定- w = D / 2

所述第一单环形光束的外直径 ^按下式确定- A。 = D_u + D

所述第一单环形光束的内外直径 D_u和 D_lo的变化范围由 ^的调节范围确定:

D D _u D, D _L

¾ b!

2 2 ≤ (/ z 2 2

^ a,

其中， A为所述第一凸锥形镜的锥底直径，所述第一凸锥形镜的锥底直径 A为所述第一凸锥形镜的锥尖垂直向上放置时右视图中的底宽；和/¾分别按下式确定：

2 2 2 cosi^ )

sin(^ )

b, = coAcos(¾- + ^'){[1 + coAcot + θ[) ~ - 1}

2 2 2 2 _cos( ）

所述第二四分之一波片的快轴与轴正方向之间的夹角可以为 45°、 -45°、 135°或 -135°。

所述第二凸锥形镜的锥尖正对着所述第二可动反射镜。

所述第二可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第二可动反射镜可连续调整所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离。

所述环二产生单元将入射到其上的光束整形为第二单环形光束，第二单环形光束的出射方向与入射到所述环二产生单元的光束的方向相反，第二单环形光束再次入射到所述偏振分光单元并透射到光瞳面上。

所述第二单环形光束的内直径 D_2i按下式确定： / Q - cos (^ + ^₂ ) sin (¾

° = id₂ + L₂ cot ] ^——； 2_ + L₂

^{/ 1 2} cos θ₂ ) 其中， i2 = - ， "₂、分别为所述第二凸锥形镜

的折射率和锥角， ^为所述第二凸锥形镜的锥尖 ^相对于第二可动反射镜之间的距离。所述第二凸锥形镜的锥角为所述第二凸锥形镜的锥尖垂直向上放置时右视图中两斜边之间的夹角。

所述第二单环形光束的宽度按下式确定：

w = D / 2

所述第二单环形光束的外直径 A。按下式确定- 2。 = D_2i + D

所述第二单环形光束的内外直径 D_u和 D_2o的变化范围由 ^的调节范围确定：

D D _L D₉ D ,

b„ ― K

2 2 ² < < 2 2 ² 其中， A为所述第二凸锥形镜的锥底直径，所述第二凸锥形镜的锥底直径/ ^为所述第二凸锥形镜的锥尖垂直向上放置时右视图中的底宽； a₂和 b₂分别按下式确定：

-l}

利用本发明产生双环形照明模式的方法，其特点在于本发明包括下列几种实现方法：

1、所述偏振分光薄膜对 45°角入射到其上的光束中， s光的反射率接近 100%，透过率接近 0，光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度 W，由下式确定所述变焦准直镜组的焦距尸：

2w = D = 2f's U'

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为 f。

③根据需要的内外环的能量分配关系 ²： ²，由下式确定所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角： + e sin θ₀ cos θ₀ sin θ₀ - e cos θ₀ sin θ

― e^lS cos0_o sm0_o sin² θ₀ + e^iS cos² θ₀

八

调节所述可旋转波片使其快轴与 X轴之间的夹角为。

④根据需要的内环的内外直径，由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离 η / _θ - cos (¾- + ^ ) sin (¾

^D% = ¾ + A cot (¾ ] ^—— -, + A

^{/ 2} cos (^ )

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的调节范围满足下式：

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为。 ⑤根据需要的外环的内外直径，由下式确定所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 c/₂的调节范围满足下式：

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为。

2、所述偏振分光薄膜对 45°角入射到其上的光束中， s光的反射率接近 100% , 透过率接近 0, p光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径：

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度 ^，由下式确定所述变焦准直镜组的焦距

2w = D = 2f'smU'

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为 f 。

③根据需要的内外环的能量分配关系 ²： ²，由下式确定所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角： cos² θ₀ + e^lS sin² θ₀ cosd $ηθ₀ - e^lS cos¾ sin^₀ Υ

cos^o sin¾ - e^lS cos6₀ sin6₀ sin² θ₀ + e^lS cos² θ₀ 」^_p )

调节所述可旋转波片使其快轴与 X轴之间的夹角为。

④根据需要的内环的内外直径，由下式确定所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 rf_{2 :} η / _θ - cos (^ + ^₂ ) sin (¾

^U% = [d₂ + L₂ cot (¾ ] ^ -' + L₂

^{/ Δ 2} cos (^₂ )

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 rf₂的调节范围满足下式：

D D D₉ D _L

L

2 2 ² < ^ < 2 2 ²

³2 ¾

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为 < 。

⑤根据需要的外环的内外直径，由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离：

cos (θ_γ ) 所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的调节范围满足下式： ¾ 2

一¾一 2 C¾ 2 n d、调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为。

3、所述偏振分光薄膜对 45°角入射到其上的光束中，光的反射率接近 100%，透过率接近 0， s光的

- A 2

透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的内直径：

¾ 2 n

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度，由下式确定所述变焦准直镜组的焦距 '：

2tr = D = 2f'sinU'

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为 f。

③根据需要的内外环的能量分配关系 ^² : ^ ²，由下式确定所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角： cos² θ₀ + e'^s sin² θ₀ cos θ₀ sin θ - e'³ cos θ₀ sin 6_C

A, in θ₀ - e'^s cos θ₀ sin θ。 sin² θ₀ + e^,s cos² θ。

PJ 、cos θ。 s 调节所述可旋转波片使其快轴与 X轴之间的夹角为。

④根据需要的内环的内外直径，由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离： η / 0 - cos (^ + ^ ) sin (¾

^D% = ¾ + cot (¾ ] ^—— -' 2- +

^{/ 2} cos (Θ, ) 所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的调节范围满足下式：

D、 D

A

2 2

d、调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为。 ⑤根据需要的外环的内外直径，由下式确定所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 ί/_{2 :}

,θ. θ₉

cos (― + θ₂ ) sin (-

= [ ₉ + L cot (^) ] + L

cos (θ₂ )

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离的调节范围满足下式- 调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为 ^。

4、所述偏振分光薄膜对 45°角入射到其上的光束中， p光的反射率接近 100%，透过率接近 0， s光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径：

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度 , 由下式确定所述变焦准直镜组的焦距尸：

2w = D = 2 'sini '

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为 f。

③根据需要的内外环的能量分配关系 A² : ，由下式确定所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角 A :

A \

cos² θ₀ + e^tS sin² θ₀ cos¾ sin^₀ - e^tS cos0_o m6₀ \i

cosS₀ sin¾ - e cos¾ sin^₀ sin cos θ

调节所述可旋转波片使其快轴与 X轴之间的夹角为/ ¾。

④根据需要的内环的内外直径，由下式确定所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离

A + L₂

所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离的调节范围满足下式：

调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为 ^。 ⑤根据需要的外环的内外直径，由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离：

D %/ = _Γ¾, + , A一cot (^)，] - - ^C。4 + Α

cos (θ_ι ) 所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的调节范围满足下式:

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为。利用本发明产生单环形照明模式的方法，其特点在于本发明包括下列几种实现方法：

1、所述偏振分光薄膜对 45。角入射到其上的光束中， s光的反射率接近 100%，透过率接近 0， ρ光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的外直径大等于所述第二单环形光束的内直径小等于所述第二环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度^，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽》需满足下式：

w < w'≤ 2w

并由下式确定所述变焦准直镜组的焦距 /'：

2w = D = 2f's U'

由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离和所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 rf₂：由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离：

所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的调节范围满足下式： - ^D - -^D _bx u _bi

2 2 ¹ _{≤ d ≤} 2 2 ¹ 由下式调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 d₂：

调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为 f。

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为。调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为 d₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由下式确定所述可旋转波片的快轴与 ^轴之间的夹角^)： cos² θ₀ + e^lS sin² θ₀ cos θ₀ sin θ₀ - e^lS cos θ₀ sin θ₀ 、

cos0_o sin0_o - e^lS cosd₀ sind₀ sin² θ₀ + e^lS cos² θ₀

) ^p,

调节所述可旋转波片使其快轴与 X轴之间的夹角为 θ₀。

2、所述偏振分光薄膜对 45°角入射到其上的光束中， ₅光的反射率接近 100%，透过率接近 0， ρ光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第二单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的外直径大等于所述第二环形光束的内直径：

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽、所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽需满足下式：

w < w' ≤ 2w

并由下式确定所述变焦准直镜组的焦距 /'：

2w = D = 2f'sinU'

由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离和所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 rf₂：由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离： n / _θ - cos (^- + ^ ) sin (¾

" ² cos (θ, )

D D _u D, D _u

b、 ―

2 2 ¹ 〈 _ή 〈 2 2 ¹ 由下式调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 :

+ L₂

D D _L D, D _L

b, ― L

2 2 ² < _H 〈 2 2 ²

- "2 - 调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为 f。

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为。调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为 ^。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由下式确定所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角^)： e^,s sin² θ。 cos^o sin^₀ - e'^s cos^₀ sinS₀ )〔 s、

e'^s cos¾ sin θ。 sin² θ₀ + e'^s cos² θ₀ 人^)

调节所述可旋转波片使其快轴与 X轴之间的夹角为 θ₀。 3、所述偏振分光薄膜对 45°角入射到其上的光束中， /？光的反射率接近 100%，透过率接近 0， _S光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的外直径大等于所述第二单环形光束的内直径小等于所述第二环形光束的外直径：

w ≤ w' ≤ 2w

并由下式确定所述变焦准直镜组的焦距 /'：

2w = D = 2f's U'

由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离和所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离：由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离：

^{/ Δ 2} cos (^ )

D D D, D _L

h J h

2 2 ¹ _{≤ d} < 2 2 ¹ 由下式调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离：

2 cos (6>₂ )

D D D₉ D

K ― L

2 2 ² < ^ < 2 2 ²

- "2 - 调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为 f 。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由下式确定所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角

调节所述可旋转波片使其快轴与 X轴之间的夹角为^ )。

4、所述偏振分光薄膜对 45°角入射到其上的光束中， ρ光的反射率接近 100% , 透过率接近 0， s光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第二单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的外直径大等于所述第二环形光束的内直径：

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽 w , 所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽需满足下式- w ≤ w' ≤ 2w

并由下式确定所述变焦准直镜组的焦距 /'：

2w = D = 2/'sin〃'

由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离和所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 t ₂：由下式确定所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离：

^{/ 2} cos (Θ, )

D D _L D. D _L

h h

2 2 ¹ < _{d ≤} 2 2 ¹

¾ 一 ¹ 一 ¾

由下式调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 rf_{2 :} n / ø - cos (^ + ^₂ ) sin (¾

= [d₂ + L₂ cot (^) ] 2 _; 2_ + Z₂

^{/ Z 2} cos ( ）

D D _L D₉ D _L

b, ― a

2 2 ² < 〈 2 2 ²

- "2 - 调节所述变焦准直镜组中可动透镜位置使其焦距为 f。

调节所述第一可动反射镜使所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离为。调节所述第二可动反射镜使所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离为 < 。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由下式确定所述可旋转波片的快轴与轴之间的夹角 cos² θ₀ + e'^s sin² θ₀ cos 0_O sin - cos θ。 sin θ。

cos ¾ sin ¾ . ■e cos sin ft sin^z θ_η + e'° cos ft 'o 人 4j

调节所述可旋转波片使其快轴与 X轴之间的夹角为。与在先技术相比，本发明具有下列技术优点：

1、本发明光刻机用光瞳整形光学系统，可实现单环形照明和双环形照明模式。

2、本发明实现的照明模式中，相应单环形照明模式和双环形照明模式之间的变换不需要更换衍射光学元件，只需调节锥形镜的锥尖相对于反射镜之间的距离。

3、本发明实现的照明模式的内外直径可连续调节，且内外直径的调节相互不影响。

4、本发明实现的照明模式中内外环能量分配比例可连续调节。

附图说明

图 1是本发明光刻机光瞳整形光学系统的光路示意图。

图 2a、图 2c、图 2e、图 2g是本发明光刻机光瞳整形光学系统能产生的部分单环形照明模式示意图。图 2b、图 2d、图 2f、图 2h是本发明光刻机光瞳整形光学系统能产生的部分双环形照明模式示意图。图 3是本发明光刻机光瞳整形光学系统中描述所使用的坐标系图。

图 4是本发明光刻机光瞳整形光学系统中所述环一产生单元部分参数标注示意图。

图 5是本发明光刻机光瞳整形光学系统中所述环二产生单元部分参数标注示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图 1，由图可见，本发明光刻机光瞳整形光学系统包括模式产生单元 1、可旋转波片 2、偏振分光单元 3、环一产生单元 4和环二产生单元 5。

所述模式产生单元 1由衍射光学元件 101和变焦准直镜组 102组成。所述衍射光学元件 101可更换，以分别实现传统照明、二极照明和四极照明等照明模式。

所述偏振分光单元 3由第一等腰直角棱镜 301、第二等腰直角棱镜 302和偏振分光薄膜 303组成，第一等腰直角棱镜 301和第二等腰直角棱镜 302的斜边相对放置以组成一立方棱镜，所述偏振分光薄膜 303在第一等腰直角棱镜 301和第二等腰直角棱镜 302接触的斜面上。

所述环一产生单元 4由第一四分之一波片 401、第一凸锥形镜 402和第一可动反射镜 403组成，所述第一可动反射镜具有可连续调整所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的机构；所述环二产生单元 5由第二四分之一波片 501、第二凸锥形镜 502和第二可动反射镜 503组成，所述第二可动反射镜具有可连续调整所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离的机构；上述元部件的位置关系如下：沿 z轴正方向依次为衍射光学元件 101、变焦准直镜组 102、可旋转波片 2、偏振分光单元 3、第一四分之一波片 401、第一凸锥形镜 402、第一可动反射镜 403，沿偏振分光单元 3 反射光方向依次为第二四分之一波片 501、第二凸锥形镜 502、第二可动反射镜 503。

所述衍射光学元件 101 的后表面在所述变焦准直镜组 102的前焦面上，入射到所述衍射光学元件 101 的光束可为线偏振方形光束，从所述衍射光学元件 101 出射的光束为单环形光束，所述变焦准直镜组 102 将单环形光束进行准直，且其焦距连续可变，以连续改变单环形光束的尺寸，光束尺寸按下式确定：

D = 2f'sin ' ( 1 )

其中： Z)为从所述模式产生单元 1出射的准直光束的直径， ^为所述衍射光学元件 101的出射孔径半角， f 为所述变焦准直镜组 102的焦距。

从所述可旋转波片 2出射的偏振光束中的 p光和 s光与入射到所述可旋转波片 2上的线偏振光束中的 p 光和 s光之间的关系按下列矩阵确定： cos

其中： A和^ >分别为入射到所述可旋转波片 2上的线偏振光束沿 r轴和 7轴的分量， <5为所述的可旋转波片 2快慢轴的位相延迟差，为所述可旋转波片 2的快轴与轴之间的夹角，、分别为从所述可旋转波片 2出射的偏振光束沿轴和 7轴的分量。

从所述可旋转波片 2出射的偏振光束中的 p光和 s光的能量之比大约为 ²： A_s'²。

旋转所述可旋转波片 2可连续调节其快轴与 X轴正方向之间的夹角 θ₀。

从所述可旋转波片 2出射的光束经第一等腰直角棱镜 301以 45°角入射到所述偏振分光薄膜 303上。所述偏振分光单元 3实现如下功能之一：

①对 45°角入射到所述偏振分光薄膜 303上的光束中， s光的反射率接近 100%，透过率接近 0， ρ光的透过率接近 100%，反射率接近 0。

②对 45°角入射到所述偏振分光薄膜 303上的光束中， ρ光的反射率接近 100%，透过率接近 0， s光的透过率接近 100%，反射率接近 0。

所述偏振分光单元 3将从所述可旋转波片 2出射的光束中的 _S光和 p光分开，一种完全透射，另一种完全反射，透射部分入射到所述环一产生单元 4, 反射部分入射到所述环二产生单元 5。

所述第一四分之一波片 401的快轴与 f轴正方向之间的夹角可以为 45°、 -45°、 135°或 -135°。

所述第一凸锥形镜 402的锥尖 4正对着所述第一可动反射镜 403。

所述第一可动反射镜 403上镀有保偏反射薄膜，所述第一反射镜 403位于一维导轨上，可连续调整所述第一反射镜 403与所述第一凸锥形镜 402的锥尖 4之间的距离。

所述环一产生单元 4将入射到其上的光束变换为第一单环形光束，该第一单环形光束反射后入射到所述环一产生单元 4的光束的方向相反，第一单环形光束再次入射到所述偏振分光单元 3经所述偏振分光薄膜 303反射到光瞳面 6上；

所述第一单环形光束的内径 Α,.按下式确定：

其中： 4=— [^+X )]^!^') - ，且 ^arcsin^cos^)); 如图 4所示， "_t、分别为所述第一凸锥形镜 402的折射率和锥角， ^为所述第一凸锥形镜 402的锥尖 4相对于所述第一反射镜 403之间的距离，所述第一凸锥形镜 402的锥角为所述第一凸锥形镜 402的锥尖两斜边之间的夹角。

所述第一单环形光束的宽度按下式确定：

w = D /2 (4)

所述第一单环形光束的外直径。按下式确定：

4。 = D + D (5)

所述第一单环形光束的内外直径和 4。的变化范围由 ^的调节范围确定： - ^D - -^D b_x

-2 ~~ 2 _ < d_x ≤ —— 2 _ (6) 其中， Z¾为所述第一凸锥形镜 402的锥底直径，所述第一凸锥形镜 402的锥底直径为所述第一凸锥形镜 402的锥尖 4垂直向上放置时右视图中的底宽； ^和分别按下式确定： , = h = 一 i_}

所述第二四分之一波片 501的快轴与 ΛΓ轴正方向之间的夹角可以为 45°、 -45°、 135°或 -135°。

所述第二凸锥形镜 502的锥尖 ^正对着第二反射镜 503。

所述第二反射镜 503上镀有保偏反射薄膜，所述第二反射镜 503位于一维平移导轨上，可连续调整所述第二反射镜 503与所述第二凸锥形镜 502的锥尖之间的距离。

所述环二产生单元 5将入射到其上的光束变换为第二单环形光束，该第二单环形光束的出射方向与入射到所述环二产生单元 5的光束的方向相反，第二单环形光束再次入射到所述偏振分光单元 3经所述的偏振分光薄膜 303透射到光瞳面 6上。

所述第二单环形光束的内径 Ζ?₂.按下式确定- n / Q - cos(^ + ^₂)sin(¾

^U% = [d₂ + L₂ cot(¾] 2 _; 2_ + L₂ (7)

^{/l 2} cos (θ ) 其中，）；如图 5所示， "2、分别为所

述第二凸锥形镜 502的折射率和锥角，为所述第二凸锥形镜 502的锥尖 4相对于所述第二可动反射镜 503 之间的距离。所述第二凸锥形镜 502的锥角为所述第二凸锥形镜 502的锥尖 4两斜边之间的夹角。 _cc ^ ^ _ . .

所还弟—早外形尤束的宽度 IT按下式确定：

w = D / 2 ( 8)

所述第二单环形光束的外径 D_i0按下式确定： 2。 = D_u + D (9)

所述第二单环形光束的内径/ ^和外 ₂。的变化范围由 ^的调节范围确定：

D D _L D _L

b₂ ― b₂

-2—— ^ ~≤ d₂ ≤ -2—— 2 _ ( 10) 其中， /?₂为所述第二凸锥形镜 502的锥底直径，所述第二凸锥形镜 502的锥底直径 A为所述第二凸锥形镜 502的底宽； 3₂和 ¾分别按下式确定- a₂

1、所述偏振分光薄膜 303对 45°角入射到其上的光束中， s光的反射率接近 100%，透过率接近 0， p 光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的内直径：

①根据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件 101。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度》由式（1 ) 和式（4) 确定所述变焦准直镜组 102 的焦距 /'。调节所述变焦准直镜组 102中可动透镜位置使其焦距为 f。

③根据需要的内外环的能量分配关系 ²： A_s' 由式（2) 确定所述可旋转波片 2 的快轴与轴之间的夹角 θ_ϋ。调节所述可旋转波片 2使其快轴与 X轴之间的夹角为 6>_Q。

④根据需要的内环的内外直径，由式（3 )确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离，所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离的调节范围满足式（6) 。调节所述第一可动反射镜 403使所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离为。

⑤根据需要的外环的内外直径，由式（7) 确定所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ί/₂，所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ^的调节范围满足式（10) 。调节所述第二可动反射镜 503使所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离为。

2、所述偏振分光薄膜 303对 45°角入射到其上的光束中， s光的反射率接近 100% , 透过率接近 0， ρ 光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径： ①很据掩模图形需要的双环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件 101。

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度 ^，由式（1 ) 和式（4) 确定所述变焦准直镜组 102的焦距 /'。调节所述变焦准直镜组 102中可动透镜位置使其焦距为 f。

③根据需要的内外环的能量分配关系 ²： A_p'² , 由式（2) 确定所述可旋转波片 2 的快轴与轴之间的夹角 θ₀。调节所述可旋转波片 2使其快轴与 X轴之间的夹角为。

④根据需要的内环的内外直径，由式（7)确定所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ί ₂，所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ί ₂的调节范围满足式（10) 。调节所述第二可动反射镜 503使所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离为 rf₂。

⑤根据需要的外环的内外直径，由式（3 )确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离，所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离的调节范围满足式（6) 。调节所述第一可动反射镜 403使所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离为。

3、所述偏振分光薄膜 303对 45°角入射到其上的光束中， ρ光的反射率接近 100%，透过率接近 0， s 光的透过率接近 100% ,反射率接近 0;所述第一单环形光束作的外直径小于所述第二单环形光束的内直径：

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度由式（1 ) 和式（4) 确定所述变焦准直镜组 102 的焦距 /'。调节所述变焦准直镜组 102中可动透镜位置使其焦距为 f。

③根据需要的内外环的能量分配关系 ²： A_p' 由式（2)确定所述可旋转波片 2 的快轴与轴之间的夹角 θ_ϋ。调节所述可旋转波片 2使其快轴与 X轴之间的夹角为。

④根据需要的内环的内外直径，由式（3)确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离 A , 所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离的调节范围满足式（6) 。调节所述第一可动反射镜 403使所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离为。

⑤根据需要的外环的内外直径，由式（7)确定所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 rf₂ , 所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 rf₂的调节范围满足式（10) 。调节所述第二可动反射镜 503使所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离为 rf₂。

4、所述偏振分光薄膜 303对 45°角入射到其上的光束中， p光的反射率接近 100%，透过率接近 0， s 光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径：

②根据需要的双环形照明模式中单个环的宽度 ^，由式（1 )确定所述变焦准直镜组 102的焦距尸。调节所述变焦准直镜组 102中可动透镜位置使其焦距为 f 。 ③根据需要的内外环的能量分配关系 ² : A_s' 由式（2)确定所述可旋转波片 2 的快轴与; r轴之间的夹角 6>。。调节所述可旋转波片 2使其快轴与 X轴之间的夹角为。

④根据需要的内环的内外直径，由式（7)确定所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ^，所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ^的调节范围满足式（10) 。调节所述第二可动反射镜 503使所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离为 ^。

⑤根据需要的外环的内外直径，由式（3 )确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离，所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离的调节范围满足下式（6) 。调节所述第一可动反射镜 403使所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离为。

利用本发明产生单环形照明模式的方法，其特点在于本发明包括下列几种实现方法：

1、所述偏振分光薄膜 303对 45°角入射到其上的光束中， s光的反射率接近 100%，透过率接近 0, p 光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的外直径大等于所述第二单环形光束的内直径小等于所述第二环形光束的外直径：

①根据掩模图形需要的单环形照明模式，确定相应的所述衍射光学元件 101。

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度^，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽 w , 所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽需满足下式：

w ≤ w' < 2w

并由式（1 ) 和式（4) 确定所述变焦准直镜组 102的焦距尸，由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离和所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 rf₂，由式（3 )确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离，所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离的调节范围满足式（6) ；由式（7) 调节所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 /₂，所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503 之间的距离 rf₂的调节范围满足式（10) 。

调节所述变焦准直镜组 102中可动透镜位置使其焦距为 f，调节所述第一可动反射镜 403使所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离为。调节所述第二可动反射镜 503使所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离为 rf₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由式（2)确定所述可旋转波片 2的快轴与轴之间的夹。

调节所述可旋转波片 2使其快轴与 X轴之间的夹角为^)。 2、所述偏振分光薄膜 303对 45°角入射到其上的光束中， _S光的反射率接近 100% , 透过率接近 0, p 光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第二单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的外直径大等于所述第二环形光束的内直径：

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽 w , 所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽需满足下式：

w < w' < 2w

并由式（1 ) 和式（4) 确定所述变焦准直镜组 102的焦距，由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离和所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ^，由式（3 )确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离，所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离的调节范围满足式（6) ；由式（7) 调节所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离，所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503 之间的距离 ^的调节范围满足式（10) 。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由式（2)确定所述可旋转波片 2的快轴与轴之间的夹角 θ₀，调节所述可旋转波片 2使其快轴与 X轴之间的夹角为。

3、所述偏振分光薄膜 303对 45°角入射到其上的光束中， ρ光的反射率接近 100% , 透过率接近 0, s 光的透过率接近 100%，反射率接近 0; 所述第一单环形光束的外直径大等于所述第二单环形光束的内直径小等于所述第二环形光束的外直径：

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度，确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽 w , 所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽 >τ需满足下式：

w≤ w'≤ 2w

并由式（1 ) 和式（4) 确定所述变焦准直镜组 102的焦距 /'，由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离和所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 c/₂，由式（3 )确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离，所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离的调节范围满足式（6) ；由式（7) 调节所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ^，所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所坯笫二动反 ^镜 503 之间的距离的调节范围满足式（10) 。

调节所述变焦准直镜组 102中可动透镜位置使其焦距为 f , 调节所述第一可动反射镜 403使所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离为。调节所述第二可动反射镜 503使所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离为 ί/₂。

③根据需要的单环形照明模式的能量分布关系，由式（2)确定所述可旋转波片 2的快轴与轴之间的夹角。

调节所述可旋转波片 2使其快轴与 X轴之间的夹角为 6>_Q。

4、所述偏振分光薄膜 303对 45°角入射到其上的光束中， _P光的反射率接近 100% , 透过率接近 0, s 光的透过率接近 100% , 反射率接近 0; 所述第二单环形光束的外直径小于所述第二单环形光束的外直径大等于所述第二环形光束的内直径：

②根据需要的单环形照明模式中环的宽度 , 确定所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽 w , 所述第一单环形光束的内外直径和所述第二单环形光束的内外直径，所述第一单环形光束与所述第二单环形光束的环宽需满足下式：

w < w' ≤ 2w

并由式（1 ) 和式（4) 确定所述变焦准直镜组 102的焦距 '，由确定的所述第一单环形光束和所述第二单环形光束的内外直径确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离和所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 c/₂，由式（3 )确定所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离，所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离的调节范围满足式（6) ；由式（7) 调节所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 rf₂，所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离 ^的调节范围满足式（10) 。

调节所述变焦准直镜组 102中可动透镜位置使其焦距为 f，调节所述第一可动反射镜 403使所述第一凸锥形镜 402的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403之间的距离为。调节所述第二可动反射镜 503使所述第二凸锥形镜 502的锥尖相对于所述第二可动反射镜 503之间的距离为。

调节所述可旋转波片 2使其快轴与 X轴之间的夹角为。

实施例中，所述第一单环形光束的内直径大于所述第二单环形光束的外直径；采用的所述衍射光学元件 101产生传统照明模式；所述可旋转波片 2快慢轴的位相延迟差为 90°; 所述偏振分光单元 3对 45°角入射到所述偏振分光薄膜 303上的光束中， s光的反射率接近 100% ,透过率接近 0，p光的透过率接近 100% , 反射率接近 0;所述第一四分之一波片 401与所述第二四分之一波片 501的快轴与 f轴正方向之间的夹角均 _ _ _

为 45°。所述的所有光学元件均采用熔石英或氟化钙制造，这两种材料在深紫外波段的透过率高、光学性能好，适用于 193nm、 248nm等深紫外波长。

实施例

请参阅图 1，入射到所述照明模式产生单元 1上的方形光束的波长为 193nm、尺寸为 15mmx l5mm, 偏振方向沿/轴方向，所述衍射光学元件 101的出射孔径半角为 25mrad，所述变焦准直镜组 102的焦距 /' 为 200mm，由式（1 )可知从所述模式产生单元 1出射直径为 10mm的线偏振圆形光束，则为 5mm。

入射到所述可旋转波片 2的光束中 4和 A_p分别为 0和 1，所述可旋转波片 2的快轴与 X轴之间的夹角

0。为 30°，由式（2)可知从所述模式产生单元 1出射的光束中^、 ^分别为^ 和丄 + ，则所述

4 4 4 4 第一单环形光束和所述第二单环形光束的能量比大约为 5:3。

入射到所述偏振分光单元 3的光束中， p光透过所述偏振分光薄膜 303， s光被所述偏振分光薄膜 303 反射， p光入射到所述环一产生单元 4中，经过所述第一四分之一波片 401后成为圆偏振光束，再经过所述第一凸锥形镜 402后圆形光束被变换为第一单环形光束，第一单环形光束经过所述第一反射镜 403的反射再经过所述第一凸锥形镜 402返回到所述第一四分之一波片 401，圆偏振光束经过所述第一四分之一波片 401成为 _S光， s光被所述偏振分光薄膜 303反射到光瞳面 6上形成所述第一单环形光束。所述第一凸锥形镜 402的锥角为 170°，锥底直径 A为 100mm,材料为熔石英，其折射率 _Ml在 193nm下为 1.56, 由式（6 ) 可知所述第一凸锥形镜 402 的锥尖相对于所述第一可动反射镜 403 之间距离 ^的调节范围为

50.6679mm~506.6767mm, 由式（3 )和式（5 )可知所述第一单环形光束的内径 Α,.、外径。的调节范围分别为 0.0061~90.0601mm和 10.0061~100.0601mm。本实施例中， ^取4501111^ 由式（3 ) 和式（5 )可知所述第一单环形光束的内径、外径 A。分别为 78.8674mm和 88.8674mm。

入射到所述环二产生单元 5中的 s光，经过所述第二四分之一波片 501后成为圆偏振光束，再经过所述第二凸锥形镜 502后圆形光束被变换为单环形光束，该单环形光束经过所述第二反射镜 503的反射再经过所述第二凸锥形镜 502返回到所述第二四分之一波片 501，圆偏振光束经过所述第二四分之一波片 501成为 p光， p光透过所述偏振分光薄膜 303到光瞳面 6上形成所述第二单环形光束。所述第二凸锥形镜 502的锥角为 170°，锥底直径 £>₂为 100mm, 材料为熔石英，其折射率《₂在 193nm下为 1.56，由式（10 )可知所述第二凸锥形镜 502 的锥尖 4相对于所述第二可动反射镜 503 之间距离的调节范围为 50.6679mm~506.6767mm, 由式（7 ) 和式（9 ) 可知所述第二单环形光束的内径 ₂,.、外径 ₂。的调节范围分别为 0.0061~90.0601mm和 10.0061~100.0601mm。本实施例中， ^取。。!!^!，由式（7) 和式（9)可知所述第二单环形光束的内外直径 Z?₂ 、 Z?₂。分别为 29.4966mm和 39.4966mm。

请参阅图 2b，在光瞳面 6上形成了双环形照明模式，内外环的能量比大约为 3:5，内环的内外直径分别为 29.4966mm和 39.4966mm，外环的内外直径分别为 78.8674mm和 88.8674mm。

实验表明，本发明通过选择相应的模式产生单元的衍射光学元件和适当的调整，可以产生光瞳面光强与内外直径连续可变、单环形照明模式和双环形照明多种照明模式。

Claims

权利要求

1、一种光刻机光瞳整形光学系统，其特征在于其构成包括模式产生单元（1 )、可旋转波片（2)、偏振分光单元（3)、环一产生单元（4)和环二产生单元（5)，所述模式产生单元（1 ) 由衍射光学元件 ( 101 ) 和变焦准直镜组（102) 组成，更换不同的衍射光学元件（101 ) 以分别实现传统照明、二极照明和四极照明模式；所述的环一产生单元（4) 由第一四分之一波片（401 )、第一凸锥形镜（402) 和第一可动反射镜

(403 )组成；所述环二产生单元（5 ) 由第二四分之一波片（501 )、第二凸锥形镜（502)和第二可动反射镜（503 )组成；上述元部件的位置关系如下：

沿 z轴正方向依次为衍射光学元件（101 )、变焦准直镜组（102)、可旋转波片（2)、偏振分光单元（3)、第一四分之一波片（401 )、第一凸锥形镜（402)、第一可动反射镜（403)，所述第一凸锥形镜（402) 的锥尖正对着所述第一可动反射镜（403 ), 所述第一可动反射镜上镀有保偏反射薄膜，所述第一可动反射镜具有可连续调整所述第一凸锥形镜的锥尖相对于所述第一可动反射镜之间的距离的机构；

入射光经所述的偏振分光单元（3 ) 分为反射光和透射光，沿偏振分光单元（3 ) 反射光方向依次为第二四分之一波片（501 )、第二凸锥形镜（502) 和第二可动反射镜（503)，所述第二凸锥形镜（502 ) 的锥尖正对着所述第二可动反射镜（503 )，所述第二可动反射镜 ( 503 )上镀有保偏反射薄膜，所述第二可动反射镜具有可连续调整所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离的机构；

所述衍射光学元件（101 ) 的后表面位于所述变焦准直镜组（102) 的前焦面上。

2、利用权利要求 1所述的光刻机光瞳整形光学系统产生离轴照明模式的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

⑤根据需要的所述第二单环形光束的内外直径，确定并调节所述第二凸锥形镜的锥尖相对于所述第二可动反射镜之间的距离 d_{2 ;}