[发明专利]一种采用自由曲面透镜实现离轴照明的光刻曝光装置

说明书

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种采用自由曲面透镜实现离轴照明的光刻曝光装置。

背景技术

光刻是推动半导体工业迅速发展的一项关键技术，它通过曝光装置和光刻投影物镜将掩膜上的集成电路的结构图形复制到涂有光刻胶的硅片上。在光刻曝光装置中，可通过采用分辨率增强技术(如离轴照明)来提高光刻分辨率和改善焦深，因此光刻曝光装置的性能决定着投影光刻系统的性能。

光刻曝光装置一般包括光束扩束器、光束整形器、变焦光学系统、光学积分器和中继光学系统几个主要部分，其中光束整形器用于实现光刻系统所需的离轴照明模式。光刻曝光装置中常用的光束整形器有光阑(B.W.Smith，L.Zavyalova，J.S.Petersen，“Illumination pupil filtering using modified quadrupole apertures，”Proc.SPIE 3334，384-394(1998))、衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOEs)(M.D.Himel，R.E.Hutchins，J.C.Colvin，“Design and fabrication of customized illumination patterns for low k1 lithography：a diffractive approach，”Proc.SPIE 4364，1436-1442(2001))、微反射镜阵列(M.Mulder，A.Engelen，O.Noordman，“Performance of a programmable illuminator for generation of freeform sources on high NA immersion systems，”Proc.SPIE 7520，75200Y(2009))和微透镜阵列(H.Ganser，M.Darscht，Y.Miklyave，“How refractive microoptics enable lossless hyper-NA illumination systems for immersion lithography，”Proc.SPIE 6281，62810P(2006))。采用光瞳滤波，将一个形状和尺寸与预定的照明模式一致的光阑置于光学积分器的后表面，透过光阑的光束在目标面上便形成预定的离轴照明模式。由于存在对光束的阻挡，光瞳滤波能量利用率较低。采用衍射光学元件，光束经DOE衍射后再经一个傅里叶变换透镜在目标面产生所需的离轴照明模式。较光瞳滤波，衍射光学元件大大提高了能量利用率，但由于存在高级衍射和零级峰值，其效率一般不超过93％。此外，高效率的衍射光学元件依赖于高分辨率的光刻技术和高精度的玻璃蚀刻能力，因此，想通过衍射光学元件进一步提高光刻系统的能量利用率是十分困难的。采用微反射镜阵列，通过控制上万个微反射镜的倾斜角度以实现预定的照明模式，这势必增大加工和控制的难度。同时，反射会改变激光光束的偏振态，不利于改善光刻系统的焦深和成像的对比度。微透镜阵列采用偶次或奇次非球面，通过叠加每个微透镜产生的光束在目标面上形成离轴照明。微透镜阵列具有较高的效率，同时不改变光束的偏振态。类似于照明系统中的复眼透镜，要达到较高均匀度的离轴照明模式需要采用双排甚至多排的微透镜阵列，并同时减小微透镜的尺寸，这无疑对光刻曝光系统的位置校准提出了更高的要求，同时也增加了光刻曝光装置的复杂度。

为获得较好的光束整形效果和较高的能量利用率，本发明提出了一种采用自由曲面透镜实现离轴照明的光刻曝光装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用自由曲面透镜实现离轴照明的光刻曝光装置。

采用自由曲面透镜实现离轴照明的光刻曝光装置包括激光光源、光束扩束器、自由曲面透镜光束整形器、滤波光阑、变焦光学系统、光学积分器、准直光学系统、视场光阑、中继光学系统、掩膜、光刻投影物镜、光刻胶；中继光学系统包括前透镜组、中间反射镜和后透镜组；激光光源的出射激光光束依次经过光束扩束器、自由曲面透镜光束整形器、滤波光阑、变焦光学系统、光学积分器、准直光学系统、视场光阑、中继光学系统、掩膜、光刻投影物镜，最后照射至光刻胶；滤波光阑所处位置和光学积分器的前表面所处位置是变焦光学系统的一对共轭位置，光学积分器后表面所处位置和视场光阑所处位置是准直光学系统的一对共轭位置，视场光阑所处位置和掩膜所处位置是中继光学系统的一对共轭位置，掩膜所处位置和光刻胶所处位置是光刻投影物镜的一对共轭位置。