專利名稱：光刻機光瞳整形光學系統(tǒng)及產(chǎn)生離軸照明模式的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學光刻領(lǐng)域，特別涉及一種光刻機光瞳整形光學系統(tǒng)及產(chǎn)生離軸照明模式的方法，是一種能產(chǎn)生單環(huán)形照明模式與雙環(huán)形照明模式且光瞳面光強與內(nèi)外直徑連續(xù)可變的光瞳整形光學系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻機作為半導體加工的關(guān)鍵設(shè)備，光刻分辨率是衡量其性能的重要指標之一。從光刻分辨率與焦深表達式可知，縮短曝光波長，提高投影物鏡的數(shù)值孔徑，都是提高光刻分辨率的有效手段，但利用這些手段提高光刻分辨率的同時會減小焦深，降低光刻線條邊緣陡度。目前，研究人員提出了多種在提高光刻分辨率的同時又保證所需焦深的光刻分辨率增強技術(shù)，主要有離軸照明、移相掩模、光學鄰近效應校正以及先進光刻工藝技術(shù)，其中離軸照明技術(shù)是一種常被采用的光刻分辨率增強技術(shù)。光刻機中光瞳整形的目的是要獲得各種離軸照明模式，通常采用特殊設(shè)計的光學元件調(diào)制入射激光束的強度或相位分布，從而在光瞳面上得到特定光強分布。光瞳整形通常利用衍射光學元件實現(xiàn)，衍射光學元件將入射到其上的光束的振幅或位相進行調(diào)制，在遠場形成特定的衍射花樣，得到環(huán)形照明、二極照明、四極照明等不同的照明模式，光瞳面上光束內(nèi)外直徑的變化可通過調(diào)節(jié)衍射光學元件后的變焦準直鏡組的焦距與錐形鏡組中凸、凹錐形鏡之間的距離來實現(xiàn)，變焦準直鏡組由位置可以調(diào)節(jié)的透鏡組組成。根據(jù)光刻仿真結(jié)果，離軸照明光瞳分布的選取主要依賴于掩模圖形的形狀、分布、尺寸和光刻機的數(shù)值孔徑。隨著光刻機數(shù)值孔徑的不斷增大，光刻圖形特征尺寸的不斷減小及其分布密集度的提高，出現(xiàn)了多種不同于以往的新型離軸照明模式，例如雙環(huán)形、雙二極、雙四極等照明模式。在先技術(shù)“一種用于雙偶極均勻照明的自由曲面透鏡”(CN101916045A)和“一種用于雙環(huán)形均勻照明的自由曲面透鏡”(CN101916046A)中，分別公開了用于產(chǎn)生雙偶極和雙環(huán)形照明模式的自由曲面透鏡，其原理都通過設(shè)計特定面形的透射曲面，使得入射到該曲面上的光線產(chǎn)生指定的偏折，從而得到不同的照明模式。但這兩種技術(shù)存在如下缺點:所用的曲面面形較復雜，難于實現(xiàn)，且得到的照明模式的內(nèi)外環(huán)或內(nèi)外極的強度分配比例和內(nèi)外直徑大小不能調(diào)節(jié)，因此使用不靈活、不適合不同光刻掩模圖形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種光刻機光瞳整形光學系統(tǒng)及產(chǎn)生離軸照明模式的方法，是一種產(chǎn)生單環(huán)形照明模式與雙環(huán)形照明模式，且光瞳面光強與內(nèi)外直徑連續(xù)可變的光瞳整形光學系統(tǒng)。在描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案之前，為便于本發(fā)明的描述和理解，對本發(fā)明涉及的幾個基本概念定義如下:1、本發(fā)明產(chǎn)生環(huán)形照明、二極照明、四極照明、雙環(huán)形照明、雙二極照明、雙四極照明等不同的照明模式，在本發(fā)明中把常規(guī)的只有一個環(huán)的環(huán)形照明、二極照明、四極照明等統(tǒng)稱為單環(huán)形照明，如圖2a、圖2c、圖2e和圖2g所示；把具有兩個環(huán)的雙環(huán)形照明、雙二極照明、雙四極照明等統(tǒng)稱為雙環(huán)形照明，如圖2b、圖2d、圖2f和圖2h所示。圖2a、圖2b、圖2c、圖2d、圖2e、圖2f、圖2g和圖2h中虛線圓環(huán)7、8是光瞳面上的輔助線，虛線圓環(huán)7、8與單環(huán)形照明和雙環(huán)形照明模式同心，w和W'為相應環(huán)的寬度。2、x軸、y軸、z軸及坐標原點O的定義如圖3所示，y軸通過虛線圓環(huán)7、8的中心，正方向為

圖1所在紙面中自下向上的方向，坐標原點O為y軸與偏振分光薄膜的交點，z軸正方向為圖1所在紙面中自左向右的方向，xOz平面與虛線圓環(huán)7、8所在平面平行，該xyz坐標系為左手坐標系。3、在不同照明模式的生成過程中，沿光線傳輸方向不同位置的光束橫截面呈現(xiàn)不同的形狀或尺寸，把光強分布類似于單環(huán)形照明模式的光束以單環(huán)形光束表示，把光強分布類似于雙環(huán)形照明模式的光束以雙環(huán)形光束表示，把離軸照明模式中的相干因子以光束直徑來表75。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:—種光刻機光瞳整形光學系統(tǒng),其特點在于其構(gòu)成包括模式產(chǎn)生單兀、可旋轉(zhuǎn)波片、偏振分光單元、環(huán)一產(chǎn)生單元和環(huán)二產(chǎn)生單元，所述模式產(chǎn)生單元由衍射光學元件和變焦準直鏡組組成，更換不同的衍射光學元件以分別實現(xiàn)傳統(tǒng)照明、二極照明和四極照明模式；所述的環(huán)一產(chǎn)生單元由第一四分之一波片、第一凸錐形鏡和第一可動反射鏡組成；所述環(huán)二產(chǎn)生單元由第二四分之一波片、第二凸錐形鏡和第二可動反射鏡組成；上述元部件的位置關(guān)系如下:沿z軸正方向依次為衍射光學元件、變焦準直鏡組、可旋轉(zhuǎn)波片、偏振分光單元、第一四分之一波片、第一凸錐形鏡、第一可動反射鏡，所述第一凸錐形鏡的錐尖正對著所述第一可動反射鏡，所述第一可動反射鏡上鍍有保偏反射薄膜，所述第一可動反射鏡具有可連續(xù)調(diào)整所述第一凸錐形鏡的 錐尖相對于所述第一可動反射鏡之間的距離的機構(gòu)；入射光經(jīng)所述的偏振分光單兀分為反射光和透射光,沿偏振分光單兀反射光方向依次為第二四分之一波片、第二凸錐形鏡和第二可動反射鏡，所述第二凸錐形鏡的錐尖正對著所述第二可動反射鏡，所述第二可動反射鏡上鍍有保偏反射薄膜，所述第二可動反射鏡具有可連續(xù)調(diào)整所述第二凸錐形鏡的錐尖相對于所述第二可動反射鏡之間的距離的機構(gòu)；所述衍射光學元件的后表面位于所述變焦準直鏡組的前焦面上。利用上述的光刻機光瞳整形光學系統(tǒng)產(chǎn)生離軸照明模式的方法，包括下列步驟:①根據(jù)掩模圖形需要的照明模式，選擇相應的所述衍射光學元件；②根據(jù)需要的照明模式光強分布尺寸，調(diào)節(jié)所述變焦準直鏡組的焦距；③根據(jù)需要的所述第一單環(huán)形光束與所述第二單環(huán)形光束的能量分配關(guān)系，調(diào)節(jié)所述可旋轉(zhuǎn)波片的快軸與X軸之間的夾角Θ ^ ;④根據(jù)需要的所述第一單環(huán)形光束的內(nèi)外直徑，確定并調(diào)節(jié)所述第一凸錐形鏡的錐尖相對于所述第一可動反射鏡之間的距離Cl1 ；⑤根據(jù)需要的所述第二單環(huán)形光束的內(nèi)外直徑，確定并調(diào)節(jié)所述第二凸錐形鏡的錐尖相對于所述第二可動反射鏡之間的距離d2 ；
⑥當步驟④中所述第一單環(huán)形光束與步驟⑤中所述第二單環(huán)形光束在光瞳面上部分或者完全重疊或當步驟④中所述第一單環(huán)形光束的內(nèi)或外徑等于步驟⑤中所述第二單環(huán)形光束的外或內(nèi)徑時，得到單環(huán)形照明模式；否則得到雙環(huán)形照明模式。入射到所述衍射光學元件的光束可為線偏振方形光束，從所述衍射光學元件出射的光束為單環(huán)形光束，所述變焦準直鏡組將單環(huán)形光束進行準直，且其焦距連續(xù)可變，從而連續(xù)改變單環(huán)形光束的尺寸，光束尺寸按下式確定:D = 2f sinU'其中，D為從所述模式產(chǎn)生單元出射的準直光束的直徑，U,為所述衍射光學元件的出射孔徑半角，Γ為所述變焦準直鏡組的焦距。從所述可旋轉(zhuǎn)波片出射的偏振光束中的P光和s光與入射到所述可旋轉(zhuǎn)波片上的線偏振光束中的P光和s光之間的關(guān)系按下列矩陣確定:
權(quán)利要求
1.一種光刻機光瞳整形光學系統(tǒng)，其特征在于其構(gòu)成包括模式產(chǎn)生單元(I)、可旋轉(zhuǎn)波片(2)、偏振分光單元(3)、環(huán)一產(chǎn)生單元(4)和環(huán)二產(chǎn)生單元(5)，所述模式產(chǎn)生單元(I)由衍射光學元件(101)和變焦準直鏡組(102)組成，更換不同的衍射光學元件(101)以分別實現(xiàn)傳統(tǒng)照明、二極照明和四極照明模式；所述的環(huán)一產(chǎn)生單元(4)由第一四分之一波片(401)、第一凸錐形鏡(402)和第一可動反射鏡(403)組成；所述環(huán)二產(chǎn)生單元(5)由第二四分之一波片(501)、第二凸錐形鏡(502)和第二可動反射鏡(503)組成；上述元部件的位置關(guān)系如下: 沿z軸正方向依次為衍射光學元件(101)、變焦準直鏡組(102)、可旋轉(zhuǎn)波片(2)、偏振分光單元(3)、第一四分之一波片(401)、第一凸錐形鏡(402)、第一可動反射鏡(403)，所述第一凸錐形鏡(402)的錐尖正對著所述第一可動反射鏡(403)，所述第一可動反射鏡上鍍有保偏反射薄膜，所述第一可動反射鏡具有可連續(xù)調(diào)整所述第一凸錐形鏡的錐尖相對于所述第一可動反射鏡之間的距離的機構(gòu)； 入射光經(jīng)所述的偏振分光單兀(3)分為反射光和透射光,沿偏振分光單兀(3)反射光方向依次為第二四分之一波片(501)、第二凸錐形鏡(502)和第二可動反射鏡(503)，所述第二凸錐形鏡(502)的錐尖正對著所述第二可動反射鏡(503)，所述第二可動反射鏡(503)上鍍有保偏反射薄膜，所述第二可動反 射鏡具有可連續(xù)調(diào)整所述第二凸錐形鏡的錐尖相對于所述第二可動反射鏡之間的距離的機構(gòu)； 所述衍射光學元件(101)的后表面位于所述變焦準直鏡組(102)的前焦面上。
2.利用權(quán)利要求1所述的光刻機光瞳整形光學系統(tǒng)產(chǎn)生離軸照明模式的方法，其特征在于該方法包括下列步驟: ①根據(jù)掩模圖形需要的照明模式，選擇相應的所述衍射光學元件； ②根據(jù)需要的照明模式光強分布尺寸，調(diào)節(jié)所述變焦準直鏡組的焦距； ③根據(jù)需要的所述第一單環(huán)形光束與所述第二單環(huán)形光束的能量分配關(guān)系，調(diào)節(jié)所述可旋轉(zhuǎn)波片的快軸與X軸之間的夾角Θ ^ ; ④根據(jù)需要的所述第一單環(huán)形光束的內(nèi)外直徑，確定并調(diào)節(jié)所述第一凸錐形鏡的錐尖相對于所述第一可動反射鏡之間的距離Cl1 ； ⑤根據(jù)需要的所述第二單環(huán)形光束的內(nèi)外直徑，確定并調(diào)節(jié)所述第二凸錐形鏡的錐尖相對于所述第二可動反射鏡之間的距離d2 ； ⑥當步驟④中所述第一單環(huán)形光束與步驟⑤中所述第二單環(huán)形光束在光瞳面上部分或者完全重疊或當步驟④中所述第一單環(huán)形光束的內(nèi)或外徑等于步驟⑤中所述第二單環(huán)形光束的外或內(nèi)徑時，得到單環(huán)形照明模式；否則得到雙環(huán)形照明模式。
全文摘要
一種光刻機光瞳整形光學系統(tǒng)及產(chǎn)生離軸照明模式的方法，其構(gòu)成包括模式產(chǎn)生單元、可旋轉(zhuǎn)波片、偏振分光單元、環(huán)一產(chǎn)生單元和環(huán)二產(chǎn)生單元。本發(fā)明通過選擇相應的模式產(chǎn)生單元的衍射光學元件和適當?shù)恼{(diào)整，可以產(chǎn)生光瞳面光強與內(nèi)外直徑連續(xù)可變、單環(huán)形照明模式和雙環(huán)形照明多種照明模式。
文檔編號G02B27/09GK103207530SQ201310096140
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者張方, 朱菁, 黃惠杰, 宋強, 楊寶喜, 陳明, 曾愛軍, 黃立華, 胡中華, 肖艷芬 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所