一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，包括準(zhǔn)分子激光器，擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，單排微復(fù)眼陣列，光束分布調(diào)整單元，傅里葉透鏡組和控制系統(tǒng)。其中，光束分布調(diào)整單元由兩個(gè)相互平行的微變形鏡陣列和位于其間的耦合鏡組組成，微變形鏡陣列的每個(gè)鏡單元由靜電驅(qū)動(dòng)可在一維方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，使入射于其上的光束有不同的出射角，并通過(guò)傅里葉透鏡組轉(zhuǎn)化為目標(biāo)面上不同的光斑位置，從而實(shí)現(xiàn)不同照明模式。本發(fā)明采用兩組一維微變形鏡陣列結(jié)構(gòu)，避免制作同時(shí)需要高驅(qū)動(dòng)器密度和高空間頻率的二維可旋轉(zhuǎn)微變形鏡陣列結(jié)構(gòu)，且兩個(gè)只在一維方向上運(yùn)動(dòng)的微變形鏡陣列制造加工方面較為簡(jiǎn)單，更利于實(shí)現(xiàn)光斑分布的精確控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光刻設(shè)備中照明【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于高數(shù)值孔徑紫外光刻機(jī)照明系統(tǒng)中照明模式的產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光刻技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)光刻圖形的質(zhì)量有了更高的要求，既要獲得更好的分辨率來(lái)形成關(guān)鍵尺寸的圖形，又要求保持合適的焦深，光刻分辨率增強(qiáng)技術(shù)就是解決這種問(wèn)題的方法，其中離軸照明技術(shù)既可以提高分辨率又可以增大焦深，離軸照明技術(shù)包括環(huán)形照明，二級(jí)照明，四級(jí)照明等。隨著光刻技術(shù)進(jìn)入45nm節(jié)點(diǎn)及以下，要求通過(guò)合理的選擇與曝光圖案相匹配的光瞳形狀來(lái)最大限度的提高工藝窗口，這就要求照明系統(tǒng)在曝光過(guò)程中具有可變的易于調(diào)節(jié)的光瞳形貌。
[0003]對(duì)于曝光過(guò)程中較復(fù)雜的光刻線條而言,光源掩膜協(xié)同優(yōu)化技術(shù)(SMO, souce andmask co-optimization)是一種重要的光刻分辨率增強(qiáng)技術(shù),其利用光源及掩膜間的相互作用，通過(guò)改變光源明暗圖形，掩膜圖形及在掩膜上添加細(xì)小輔助圖形的方法，達(dá)到增強(qiáng)光刻圖像對(duì)比度，改善工藝窗口的效果。經(jīng)過(guò)SMO的優(yōu)化過(guò)程，輸出相對(duì)于當(dāng)前芯片而言最佳的光源模式和掩膜圖形，優(yōu)化后的光源大多為形狀對(duì)稱(chēng)，但分布不均勻的自由分布式光源，由于曝光時(shí)間的要求，必須在這些自由分布式光源間進(jìn)行快速(通常時(shí)間<10ms)的轉(zhuǎn)換，以保證對(duì)芯片上不同形狀光刻線條的最佳照明。為此，中國(guó)專(zhuān)利CN101364048公開(kāi)了一種利用液晶空間光調(diào)制器的方法，利用加電時(shí)改變液晶分子的指向來(lái)控制液晶的雙折射效應(yīng)，從而改變?nèi)肷涔獠ǖ南辔徽{(diào)制，使得輸出光束的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射分布接近于所期待的圖形，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可控的自由照明。
[0004]但這種方法主要通過(guò)衍射實(shí)現(xiàn)，能量利用率較低，還需聯(lián)合變焦透鏡組才能完成調(diào)節(jié)照明相干因子大小的目的，在變焦鏡組的動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)，其與其他光學(xué)器件同心對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題難以解決。
[0005]國(guó)際專(zhuān)利W02008/095695提出了一種利用微反射鏡陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)可編程照明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其先將光束用陣列型器件分割成多個(gè)子光束，每個(gè)微單元能夠獨(dú)立調(diào)制對(duì)應(yīng)的子光束，使其可向二維方向連續(xù)偏轉(zhuǎn)不同的角度，從而在光瞳面上形成所需的強(qiáng)度模式，采用反射鏡來(lái)調(diào)制光束位置，使得能量損失較小。但在這種結(jié)構(gòu)中，只用一個(gè)微反射鏡陣列通過(guò)靜電驅(qū)動(dòng)其每個(gè)單元向二維方向上偏轉(zhuǎn)，在微反射鏡MEMS的設(shè)計(jì)和制造上由于需要兩次高精度的鏡面偏轉(zhuǎn)，使得制作成本極高，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面較困難；且由于微反射鏡單元在向二維方向旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于耦合效應(yīng)，其在X方向上光斑的偏移位置受到在y方向上角度偏轉(zhuǎn)的影響，使得光斑的尺寸和位置等參數(shù)發(fā)生變化。
[0006]微變形鏡陣列(DMMA)作為一種常用的波前矯正器，是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的重要部件之一。其中分立式變形鏡陣列由于控制算法簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)電壓低，響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。在分立式變形鏡陣列中，微鏡反射面為平面，且每個(gè)鏡單元都可以垂直運(yùn)動(dòng)或向不同方向旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明采用了兩個(gè)可向一維方向旋轉(zhuǎn)的分立式變形鏡陣列，通過(guò)兩個(gè)變形鏡陣列分別向不同方向上的旋轉(zhuǎn)，在照明目標(biāo)面上獲得水平方向和豎直方向上均有自由度的光斑分布，從而實(shí)現(xiàn)自由式的光源照明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，其為基于微變形鏡陣列的光刻照明模式產(chǎn)生裝置，用來(lái)實(shí)現(xiàn)曝光過(guò)程中連續(xù)可變的照明模式，滿(mǎn)足一些較為復(fù)雜的光刻線條的需求。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，該裝置的構(gòu)成包括可調(diào)準(zhǔn)分子激光器，沿該可調(diào)準(zhǔn)分子激光器激光輸出方向的依次是擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，單排微復(fù)眼陣列，微變形鏡陣列，耦合鏡組，傅里葉透鏡組，照明目標(biāo)面；所述微變形鏡陣列包含可向Y方向一維旋轉(zhuǎn)的第一微變形鏡陣列，可向X方向一維旋轉(zhuǎn)的第二微變形鏡陣列；所述耦合鏡組位于第一微變形鏡陣列與第二微變形鏡陣列之間，所述耦合鏡組包含第一耦合鏡組和第二耦合鏡組；所述第一微變形鏡陣列位于第一耦合鏡組的前焦面上，第二微變形鏡陣列位于傅里葉透鏡組的前焦面上，傅里葉透鏡組至少包含多片透鏡；所述照明目標(biāo)面位于所述傅里葉透鏡組的后焦面上；
[0009]所述可調(diào)準(zhǔn)分子激光器發(fā)出高斯光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束系統(tǒng)準(zhǔn)直后，由擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)輸出的準(zhǔn)直的高斯激光光束經(jīng)過(guò)單排微復(fù)眼陣列后被細(xì)分成多個(gè)子光束，這些子光束聚焦到第一微變形鏡陣列上后被其反射，反射光束通過(guò)耦合鏡組轉(zhuǎn)向后，在第二微變形鏡陣列上聚焦，被第一微變形鏡陣列反射后的光束經(jīng)過(guò)傅里葉透鏡組成像在目標(biāo)照明面上，隨著第一控制系統(tǒng)和第二控制系統(tǒng)分別控制第一微變形鏡陣列，第二微變形鏡陣列的旋轉(zhuǎn)，在目標(biāo)照明面上形成不同的照明光強(qiáng)分布。
[0010]其中，所述入射到單排微復(fù)眼陣列上的激光光強(qiáng)分布可為均勻分布，也可為不均勻的超高斯分布。
[0011]其中，所述微復(fù)眼陣列與所述第一微變形鏡陣列，第二微變形鏡陣列的個(gè)數(shù)相等，且每個(gè)微復(fù)眼單元與第一微變形鏡陣列，第二微變形鏡陣列中的一個(gè)微變形鏡單元相對(duì)應(yīng)。
[0012]其中，所述第一微變形鏡陣列，第二微變形鏡陣列均為分立的可向一維方向上連續(xù)旋轉(zhuǎn)的微變形鏡陣列，每個(gè)鏡單元表面鍍有高反膜，且每個(gè)鏡單元從0°旋轉(zhuǎn)到其最大角度過(guò)程中，表面平均反射率超過(guò)80%。
[0013]其中，所述第一微變形鏡陣列用來(lái)在目標(biāo)照明面上產(chǎn)生y方向或X方向的光斑位移，相應(yīng)的第二微變形鏡陣列用來(lái)在目標(biāo)照明面上產(chǎn)生X方向或y方向上的光斑位移，通過(guò)對(duì)照明目標(biāo)面上不同位置處的反射光斑進(jìn)行疊加，產(chǎn)生不同的照明模式。
[0014]其中，所述第一微變形鏡陣列，第二微變形鏡陣列和耦合鏡組構(gòu)成一個(gè)4f光學(xué)系統(tǒng)，第一微變形鏡陣列上的出射光束均被銳利成像至第二微變形鏡陣列上。
[0015]其中，所述第一控制系統(tǒng)和第二控制系統(tǒng)均包括實(shí)時(shí)反饋校正系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)裝置和控制計(jì)算機(jī)，所述反饋校正系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)裝置和控制計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，第一、第二控制系統(tǒng)和每個(gè)鏡單元間可獨(dú)立尋址。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0017]本發(fā)明的兩個(gè)微變形鏡陣列能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)，每一個(gè)微變形鏡陣列通過(guò)旋轉(zhuǎn)都可調(diào)整一個(gè)方向上的光斑位置分布，增加了設(shè)計(jì)的自由度；相對(duì)于兩維方向上均可旋轉(zhuǎn)的微變形鏡陣列而言，本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，制造加工上更易于實(shí)現(xiàn)，且成本較低，控制精度高，兩個(gè)變形鏡的配合使用產(chǎn)生更靈活多樣的照明模式。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為中國(guó)專(zhuān)利CN101364048A所示的由液晶空間光調(diào)制器(SLM)來(lái)實(shí)現(xiàn)光刻模式調(diào)整的裝置；
[0019]圖2為本發(fā)明微變形鏡陣列的微觀結(jié)構(gòu)及工作原理圖；圖2 Ca)為本發(fā)明微變形鏡陣列的宏觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 (b)為本發(fā)明微變形鏡陣列的微觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為微變形鏡陣列4對(duì)入射光束在目標(biāo)照明面上的光斑位置變換原理圖；圖3Ca)為本發(fā)明的第一微變形鏡陣列中鏡單元向上旋轉(zhuǎn)時(shí)的出射光路示意圖；圖3 (b)為本發(fā)明的第二微變形鏡陣列中鏡單元向左旋轉(zhuǎn)時(shí)的出射光路示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明光刻照明模式產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單自由照明光瞳的實(shí)施例；圖5 (a)，圖5 (b)為產(chǎn)生的環(huán)形照明，四級(jí)照明的模擬效果圖，圖5 (C)，圖5 (d)為產(chǎn)生的自由照明模擬效果圖。
[0023]附圖中附圖標(biāo)記的含義如下:
[0024]1、準(zhǔn)分子激光器；2、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)；3、單排微復(fù)眼陣列；
[0025]41、第一微變形鏡陣列；411、第一微變形鏡陣列中一個(gè)鏡單元；
[0026]42、第二微變形鏡陣列；421、第二微變形鏡陣列中一個(gè)鏡單元；
[0027]51、第一稱(chēng)合鏡組；52、第二稱(chēng)合鏡組；
[0028]6、傅里葉透鏡組；7、照明目標(biāo)面；
[0029]81、第一控制系統(tǒng)，即第一微變形鏡陣列的控制系統(tǒng)；82、第二控制系統(tǒng)，即第二微變形鏡陣列的控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。
[0031]圖1為中國(guó)專(zhuān)利CN101364048A所示的由液晶空間光調(diào)制器(SLM)來(lái)實(shí)現(xiàn)光刻模式調(diào)整的裝置，其中SLM主要利用衍射效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生各種照明光瞳形狀，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)SLM的相位值，并將其加載到SLM的控制單元，控制出射的衍射光斑在變焦透鏡鏡組出瞳產(chǎn)生所需的光瞳形狀。
[0032]針對(duì)圖2介紹下本發(fā)明的微變形鏡陣列的微觀結(jié)構(gòu)及工作原理。在本實(shí)例中，第
一、第二微變形鏡陣列41、42均由4000個(gè)以上的可尋址的微變形鏡單元組成，每個(gè)微變形鏡單元均可以在一維方向上下旋轉(zhuǎn)或左右旋轉(zhuǎn)，用來(lái)改變目標(biāo)照明面上出射光斑在垂直方向或水平方向上的位置，每個(gè)鏡單元表面鍍有高反膜，通過(guò)對(duì)反射光的強(qiáng)度調(diào)制產(chǎn)生不同的照明模式。由通過(guò)控制外加在微變形陣列基板上的驅(qū)動(dòng)電壓的變化，控制微變形鏡陣列向一維方向上連續(xù)旋轉(zhuǎn)不同的角度。
[0033]微變形鏡陣列4對(duì)入射光束在目標(biāo)照明面上的光斑位置變換原理如圖3所示，需要指出，為了說(shuō)明更為清楚，圖3中將反射光路用相同光程的折射光路代替。所述微變形鏡陣列4包含可向Y方向一維旋轉(zhuǎn)的第一微變形鏡陣列41,可向X方向一維旋轉(zhuǎn)的第二微變形鏡陣列42，第一、第二微變形鏡陣列41，42均與水平面夾角為ω，兩個(gè)耦合鏡組51，52的光軸與水平面夾角均為90° -ω，耦合鏡組5的中心與兩個(gè)微變形鏡陣列41，42、單排微復(fù)眼透鏡3的中心在一條水平線上，由單排微復(fù)眼陣列3將入射的激光光束逐個(gè)聚焦到第一微變形鏡陣列41上，單排微復(fù)眼陣列3的單元數(shù)與第一微變形鏡陣列41的單元數(shù)相等，且其所對(duì)應(yīng)的的每個(gè)單元的中心在一條直線上。當(dāng)?shù)谝晃⒆冃午R陣列41中的一個(gè)鏡單元411沿豎直方向(圖中沿I軸方向)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角時(shí)，相應(yīng)的在第二微變形鏡陣列42的相應(yīng)鏡單元421豎直方向上的光束入射角度發(fā)生改變，此時(shí)第二微變形鏡陣列鏡單元421的豎直方向上(圖中沿y軸方向)光束入射角增量Δ爐為:
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，其特征在于:該裝置的構(gòu)成包括可調(diào)準(zhǔn)分子激光器(I )，沿該可調(diào)準(zhǔn)分子激光器(I)激光輸出方向的依次是擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)，單排微復(fù)眼陣列(3)，微變形鏡陣列(4)，耦合鏡組(5)，傅里葉透鏡組(6)，照明目標(biāo)面(7);所述微變形鏡陣列(4)包含可向Y方向一維旋轉(zhuǎn)的第一微變形鏡陣列(41)，可向X方向一維旋轉(zhuǎn)的第二微變形鏡陣列(42);所述耦合鏡組(5)位于第一微變形鏡陣列(41)與第二微變形鏡陣列(42)之間，所述耦合鏡組(5)包含第一耦合鏡組(51)和第二耦合鏡組(52);所述第一微變形鏡陣列(41)位于第一耦合鏡組(51)的前焦面上，第二微變形鏡陣列(42)位于傅里葉透鏡組(6)的前焦面上，傅里葉透鏡組(6)至少包含多片透鏡；所述照明目標(biāo)面(7)位于所述傅里葉透鏡組(6)的后焦面上； 所述可調(diào)準(zhǔn)分子激光器(I)發(fā)出高斯光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束系統(tǒng)(2)準(zhǔn)直后，由擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)輸出的準(zhǔn)直的高斯激光光束經(jīng)過(guò)單排微復(fù)眼陣列(3)后被細(xì)分成多個(gè)子光束，這些子光束聚焦到第一微變形鏡陣列(41)上后被其反射，反射光束通過(guò)耦合鏡組(5)轉(zhuǎn)向后，在第二微變形鏡陣列(42)上聚焦，被第二微變形鏡陣列(42)反射后的光束經(jīng)過(guò)傅里葉透鏡組(6)成像在目標(biāo)照明面(7)上，隨著第一控制系統(tǒng)(81)和第二控制系統(tǒng)(82)分別控制第一微變形鏡陣列(41)，第二微變形鏡陣列(42)的旋轉(zhuǎn)，在目標(biāo)照明面(7)上形成不同的照明光強(qiáng)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所訴的一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述入射到單排微復(fù)眼陣列(3)上的激光光強(qiáng)分布可為均勻分布，也可為不均勻的超聞斯分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所訴的一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述微復(fù)眼陣列(3)與所述第一微變形鏡陣列(41)，第二微變形鏡陣列(42)的個(gè)數(shù)相等，且每個(gè)微復(fù)眼單元與第一微變形鏡陣列(41)，第二微變形鏡陣列(42)中的一個(gè)微變形鏡單元相對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所訴的一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述第一微變形鏡陣列(41)，第二微變形鏡陣列(42)均為分立的可向一維方向上連續(xù)旋轉(zhuǎn)的微變形鏡陣列，每個(gè)鏡單元表面鍍有高反膜，且每個(gè)鏡單元從0°旋轉(zhuǎn)到其最大角度的過(guò)程中，表面平均反射率超過(guò)80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所訴的一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述第一微變形鏡陣列(41)用來(lái)在目標(biāo)照明面(7)上產(chǎn)生y方向或X方向的光斑位移，相應(yīng)的第二微變形鏡陣列(42)用來(lái)在目標(biāo)照明面(7)上產(chǎn)生X方向或y方向上的光斑位移，通過(guò)對(duì)照明目標(biāo)面(7)上不同位置處的反射光斑進(jìn)行疊加，產(chǎn)生不同的照明模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所訴的一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述第一微變形鏡陣列(41)，第二微變形鏡陣列(42)和耦合鏡組(5)構(gòu)成一個(gè)4f光學(xué)系統(tǒng)，第一微變形鏡陣列(41)上的出射光束均被銳利成像至第二微變形鏡陣列(42)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高數(shù)值孔徑投影光刻系統(tǒng)的照明模式產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述第一控制系統(tǒng)(81)和第二控制系統(tǒng)(82)均包括實(shí)時(shí)反饋校正系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)裝置和控制計(jì)算機(jī)，所述反饋校正系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)裝置和控制計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，第一、第二控制系統(tǒng)和每個(gè)鏡單元`間可獨(dú)立尋址。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK103869632SQ201410131217
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】邢莎莎, 林嫵媚, 邢廷文, 杜猛, 張海波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所