WO2017167211A1 - 一种光强调制方法 - Google Patents

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Abstract

一种光强调制方法，利用掩模版（101）来实现，包括：步骤1：根据照明系统的弥散斑函数、照明视场（102）的既有光强分布及目标光强分布，计算得到用于将所述既有光强分布调制为所述目标光强分布所需的掩模版（101）的透过率分布；步骤2：根据所述目标光强分布的精度需求，对掩模版（101）进行网格划分，根据所述掩模版（101）的透过率分布和透过率分布精度需求，确定每个网格内不透光点的分布；步骤3：根据所述不透光点的分布，制作加工掩模版（101）；然后，将所述掩模版（101）设置在照明系统中。可获得调制精度高、调制视场面积大、调制光强范围大、适用波长范围大及制造工艺成熟等优点。

Description

一种光强调制方法 技术领域
本发明涉及一种光强调制方法，应用于照明系统，用于调制照明视场的光强分布。
背景技术
光刻是一种将掩模图案曝光成像到基底上的工艺技术，是半导体器件制造工艺中的一个重要步骤。在半导体器件制造过程中，需要为光刻机的光刻成像系统提供均匀的照明视场，该照明视场需要具有一定的区域范围和均匀性。目前，实现均匀性照明视场的方法是，在设计光刻成像系统的过程中，使用匀光单元如光学积分棒、微透镜等光学系统进行匀光，在物镜镜面形成均匀的照明视场。
在照明系统设计的过程中，会对照明视场的光强分布提出要求，但是，在后续的镜片加工、镀膜、机械安装的过程中，由于一些不可控的因素，导致最终照明视场的光强分布与理想状态有一些偏差，这时就需要采取一些有效措施来对现有的光强分布进行调制，补偿其光强分布偏差，提高照明视场光强分布的准确性。
另外，在照明系统完成后，为了使照明视场适用更多的应用场景，需要对照明视场进行相应的调制，其中主要是光强分布调制，如光强分布趋势、均匀性等。而且，随着光刻工艺的不断提高，对照明视场光强分布进行后期调整的场景越来越多，因此，需要一种可靠、精确的调整方法来调制照明视场的光强分布，使照明系统的照明视场具有更加广阔的应用前景。
在现有技术中，提供了两种调制光强分布的技术方案。如图1所示，其中一种是通过将单独的不透明挡板10组合拼接在一起，放置在照明系统的光路中， 实现单一方向的透光调制。不透明挡板10中设置有不透光斑点11，通过多个不透明挡板10中的不透光斑点11的叠加组合，调整光强调制的区域范围和透光性。这种技术存在的缺点是仅能调制是否透光，调整的视场面积小，调节精度低，结构复杂。另一种技术方案，采用镀膜滤波片技术，通过在透明基板上镀膜，可以实现不同的透过率。具体的，在透明基板的不同区域镀上不同透过率的膜层，可以实现与膜层对应区域的光强调制。这种技术存在的缺点是精度低，对不同波长的光强调制需要不同的镀膜设计，成本较高、制造工艺复杂。而且，上述两种现有技术可适用的波长范围均有限。
综上所述，现有技术存在调制精度低、调制视场面积小、调制光强范围小、适用波长范围小及制造工艺复杂的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种调制精度高、调制视场面积大、调制光强范围大、适用波长范围大及制造工艺成熟的光强调制方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种光强调制方法，利用掩模版来实现，包括：
步骤1：根据照明系统的弥散斑函数、照明视场的既有光强分布及目标光强分布，计算得到用于将所述既有光强分布调制为所述目标光强分布所需的掩模版的透过率分布；
步骤2：根据所述目标光强分布的精度需求，对掩模版进行网格划分，根据所述掩模版的透过率分布和透过率分布精度需求，确定每个网格内不透光点的分布；
步骤3：根据所述不透光点的分布，制作加工掩模版；然后，将所述掩模版设置在照明系统中。
优选的，步骤1中，所述掩模版的透过率分布可通过以下公式反卷积得到：
(K*N)×Fun＝M
其中，K表示所述既有光强分布，
M表示所述目标光强分布，
N表示所述掩模版的透过率分布，
Fun表示所述弥散斑函数，
*表示相乘，
×表示卷积，
所述弥散斑函数为：
Figure PCTCN2017078717-appb-000001
3σ＝R＝L*tan(θ)，
其中，
R表示掩模板上的不透光点在照明视场中形成的光斑的半径，
x、y表示照明视场中某点的坐标值，
L表示所述掩模版与照明视场之间的距离，
θ表示照明系统发散角。
优选的，步骤2中所述根据目标光强分布的精度需求，对掩模版进行网格划分包括：对掩模版进行初始网格划分，再对划分的网格进行插值，且插值后相邻网格的光强梯度的最大值应小于所述目标光强分布的精度需求。
优选的，步骤2中所述根据所述掩模版的透过率分布和透过率分布精度需求，确定每个网格内不透光点的分布包括：根据所述不透光点的面积与对应网格面积之比应不大于所述透过率分布精度需求，计算得到所述不透光点的面积，再根据所述掩模版的透过率分布和不透光点的面积，拟合得到每个网格内不透 光点的数量和相邻不透光点间的间距。
优选的，所述不透光点采用铬点结构。
优选的，步骤3中，通过掩模版制版工艺制作加工所述掩模版。
优选的，所述掩模版采用熔融石英材质。
与现有技术相比，本发明的技术方案：通过照明视场的既有光强分布和目标光强分布，计算得到所需掩模版的透过率分布，来实现调制光强分布；根据所述目标光强分布的精度需求，计算所述掩模版的透过率分布精度值，最后得到所述掩模版中不透光点的分布；通过掩模版制版工艺制作加工所述掩模版，具有调制精度高、调制视场面积大、调制光强范围大、适用波长范围大及制造工艺成熟等优点。
附图说明
图1是现有技术中所述不透明挡板的俯视图；
图2是本发明一实施例中所述照明视场的既有光强分布示意图；
图3是本发明一实施例中所述光强调制方法的原理示意图；
图4是本发明一实施例中所述弥散斑函数的仿真效果图；
图5是本发明一实施例中所述掩模版的调制光强分布示意图。
图中所示：10、不透明挡板；11、不透明斑点；101、掩模版；102、照明视场；A、铬点；A’、弥散圆斑；B、铬斑；B’、弥散圆点；L、掩模版与照明视场之间的距离；θ、照明系统发散角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
现有照明系统照明视场的既有光强分布效果图如图2所示，光强分布的均匀性比较差，精度比较低，本发明的光强调制方法应用于此场景中，来调制该 照明视场的光强分布。
具体的，本发明的光强调制方法，包括：
步骤1：根据照明系统的弥散斑函数、照明视场102的既有光强分布及目标光强分布，计算得到所需的掩模版101的透过率分布。所述掩模版101采用熔融石英材质，优选采用极低热膨胀熔融石英，符合SEMI P1-1101标准(SEMI，国际半导体设备材料产业协会，Semiconductor Equipment and Materials International)。
参照图3，现以所示掩模版101上设置的铬点A和铬斑B为例，对本发明的光强调制方法加以说明。在图3中，铬点A为圆点，铬斑B为圆斑。
所述照明系统的出射光到达所述掩模版101上表面后，经过掩模版101后在下方形成照明视场102。由于照明系统的出射光存在发散角，光线到达铬点A后，根据弥散斑原理，光线在铬点A处进行扩散，在照明视场102中形成具有一定直径的弥散圆斑A’。光线到达铬斑B后，根据弥散斑原理，光线在铬斑B处进行叠加，在照明视场102中形成一个的弥散圆点B’。因此，根据照明系统的发散角θ、掩模版101和照明视场102的距离L，所述掩模版101的透过率分布可通过以下公式反卷积得到：
(K*N)×Fun＝M
其中，K表示所述既有光强分布，
M表示所述目标光强分布，
N表示所述掩模版101的透过率分布，
Fun表示所述弥散斑函数，
*表示相乘，K*N即表示既有光强分布K和掩模版101的透过率分布N中对应区域的值相乘，
×表示卷积，
所述弥散斑函数具体为：
Figure PCTCN2017078717-appb-000002
3σ＝R＝L*tan(θ)，
其中，
R表示掩模版101中的铬点在照明视场102中形成的光斑的半径，
x、y表示照明视场102中以任意一点为坐标原点时某点的坐标值，
L表示所述掩模版101与照明视场102之间的距离，
θ表示照明系统发散角。
在上述公式中，K表示照明视场102的既有光强分布，可以在照明系统的光路中测得；M表示照明视场102的目标光强分布，是最终需要实现的目标光强分布；N表示用于将既有光强分布调制为目标光强分布的对应掩模版101的透过率分布，是公式中的唯一未知量，因此，通过上述公式的计算可以得到唯一解，从而计算得到所述掩模版101的透过率分布。
采用上述技术，通过对比分析照明视场102的既有光强分布和目标光强分布，使用弥散斑函数对所需掩模版101的透过率分布进行计算，采用弥散斑原理，对光线的透过率进行调节，即只需要改变铬点结构的半径或数量，即可实现对光强分布的调制，提高了光强分布调制的精度，使经过调制后的光强分布更加均匀和精确，在透光和不透光之间进行了细化，现已能达到0.2％的调制精度，具有更大的光强调制范围，同时，对于调制的光波波长没有严格限制，可适用于1um～193nm波长的光波，具有更广阔的应用前景，采用掩模版101结构，可实现更大的调制区域。目前，已能实现小于150mm×150mm的照明视场102的光强调制。
步骤2：根据目标光强分布的精度需求，对掩模版101进行网格划分，具体 的，对掩模版101进行初始网格划分，再对划分的网格进行插值，且插值后相邻网格的光强梯度的最大值需小于所述目标光强分布的精度需求。根据所述掩模版101的透过率分布和透过率分布精度需求，继而确定每个网格内不透光点(即铬点)的分布，具体的，根据所述不透光点的面积(即单个网格中所有不透光点的总面积)与对应网格面积之比需不大于所述透过率分布精度需求，计算得到所述不透光点的面积，再根据所述掩模版101的透过率分布和不透光点的面积，拟合得到每个网格内不透光点的数量和相邻不透光点间的间距。在本实施例中，每个网格内的各不透光点的半径都是一样的，面积都是相同的。
采用上述技术，根据所述目标光强分布的精度需求，计算所述掩模版101的透过率分布精度值，经过进一步计算，确定所述掩模版101中不透光点的分布，即所述调制光强分布的区域网格数和网格内的不透光点面积，保证了调制光强分布的精度值，使本发明的光强调制方法具有更加精准、可靠的优点，能够实现对照明视场102光强分布的高精度、高均匀性的调制。
优选的，所述不透光点采用铬点结构。所述掩模版101中不透光点的分布包括：每个网格中与透过率对应的铬点数量。
采用上述技术，金属铬具有不透光性，通过现有的镀铬工艺，能够实现最小铬点半径为5um的工艺，便于在所述掩模版101上制作对应透过率的不透光点，提高所述透过率分布的精度，即提高所述掩模版101上调制光强分布的调制精度，使经过本发明的光强调制方法的调制后，改善照明视场102的光强分布的均匀性和精度。
步骤3：根据步骤2中所述不透光点的分布，使用制图软件如AutoCad进行出图，通过掩模版制版工艺制作加工掩模版101；加工完成后，将所述掩模版101设置在所述照明系统中，所述掩模版101的调制光强分布效果如图5所示。由图5可知，经过本发明的光强调制方法的调制作用，照明视场102的光强分 布的均匀性和调制精度得到了显著改善。
目前，掩模版制版工艺是较为成熟的工艺技术，因此，相对于现有技术1的不透明挡板和现有技术2的镀膜技术，是更加成熟、高效的加工技术，因此，本发明的光强调制方法具有更易实现的优势。
综上所述，本发明的技术方案：通过照明视场102的既有光强分布和照明视场102的目标光强分布，计算得到所需掩模版101的透过率分布，来实现调制光强分布；根据所述目标光强分布的精度需求，计算所述掩模版101的透过率分布精度值，最后得到所述掩模版101中不透光点的分布；通过掩模版制版工艺制作加工所述掩模版101，具有调制精度高、调制视场面积大、调制光强范围大、适用波长范围大及制造工艺成熟等优点。

Claims (7)

  1. 一种光强调制方法，利用掩模版来实现，其特征在于，包括：
    步骤1：根据照明系统的弥散斑函数、照明视场的既有光强分布及目标光强分布，计算得到用于将所述既有光强分布调制为所述目标光强分布所需的掩模版的透过率分布；
    步骤2：根据所述目标光强分布的精度需求，对掩模版进行网格划分，根据所述掩模版的透过率分布和透过率分布精度需求，确定每个网格内不透光点的分布；
    步骤3：根据所述不透光点的分布，制作加工掩模版；然后，将所述掩模版设置在照明系统中。
  2. 根据权利要求1所述的光强调制方法，其特征在于，步骤1中，所述掩模版的透过率分布通过以下公式反卷积得到：
    (K*N)×Fun＝M
    其中，K表示所述既有光强分布，
    M表示所述目标光强分布，
    N表示所述掩模版的透过率分布，
    Fun表示所述弥散斑函数，
    *表示相乘，
    ×表示卷积，
    所述弥散斑函数为：
    Figure PCTCN2017078717-appb-100001
    3σ＝R＝L*tan(θ)，
    其中，
    R表示掩模板上的不透光点在照明视场中形成的光斑的半径，
    x、y表示照明视场中某点的坐标值，
    L表示所述掩模版与照明视场之间的距离，
    θ表示照明系统发散角。
  3. 根据权利要求1所述的光强调制方法，其特征在于，步骤2中所述根据目标光强分布的精度需求，对掩模版进行网格划分包括：对掩模版进行初始网格划分，再对划分的网格进行插值，且插值后相邻网格的光强梯度的最大值应小于所述目标光强分布的精度需求。
  4. 根据权利要求1所述的光强调制方法，其特征在于，步骤2中所述根据所述掩模版的透过率分布和透过率分布精度需求，确定每个网格内不透光点的分布包括：根据所述不透光点的面积与对应网格面积之比应不大于所述透过率分布精度需求，计算得到所述不透光点的面积，再根据所述掩模版的透过率分布和不透光点的面积，拟合得到每个网格内不透光点的数量和相邻不透光点间的间距。
  5. 根据权利要求1所述的光强调制方法，其特征在于，所述不透光点采用铬点结构。
  6. 根据权利要求1所述的光强调制方法，其特征在于，步骤3中，通过掩模版制版工艺制作加工所述掩模版。
  7. 根据权利要求1所述的光强调制方法，其特征在于，所述掩模版采用熔融石英材质。
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