[发明专利]用于紫外光刻机的光刻照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机，特别是一种用于紫外光刻机的光刻照明系统。

背景技术

随着大规模集成电路的发展，光刻成像的分辨率要求越来越高，相应地，对光刻照明系统的要求也越来越高。在先进光刻机的照明系统中，通过选择和光刻掩模图形的结构和尺寸相对应的光瞳面照明光强分布，特别是通过改变光瞳面上环形照明的环带的内径大小和环带宽度，来提高光刻机的分辨率，改善光刻图形的对比度，从而实现超精细光刻图形的精确复制。

目前的紫外光刻照明系统中，光瞳面照明光强分布的形成主要靠衍射光学元件、连续变焦透镜组和锥形镜组来实现；衍射光学元件用于产生光刻照明所需的光瞳面光强分布花样（如传统、环形、二极和四极等照明模式），光刻机中衍射光学元件设计可参见Jerry Leonard,JamesCarriere,Jared Stack,Rich Jones,Marc Himel,John Childers,Kevin Welch，Proc.SPIE.6924,Optical Microlithography XXI 69242O，March 14,2008；所述的锥形镜组一般由凹、凸两个锥形镜构成，通过改变两个锥形镜之间的距离实现光瞳面上环带内径的调节。连续变焦透镜组用于调节光瞳面上环带宽度的调节。采用该方法的主要缺点有：锥形镜组的引入将使光学系统产生难于校正的轴外像差，使光瞳面光强分布劣化，改变了光瞳面切向极张角的大小，并且径向光强分布也会受到影响；锥形镜组的引入降低了整个光学系统的透过率，无法有效利用激光紫外激光器的能量；工作在深紫外波段的锥形镜的加工难度大，导致光刻机的制造成本高。

在现有技术中，“一种微光刻照明光瞳的整形结构”（参见专利CN101320216A）中，公开了一种光刻照明用的光瞳整形结构，和传统的光刻照明系统相比，该发明仍然利用衍射元件和连续变焦镜组产生不同的环带宽度，所不同的是利用两个凸锥形镜调节环带内外径的大小。但是，该发明没有改变传统整形装置的整体布局。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种用于紫外光刻机的照明系统。本发明的照明系统不含锥形镜组，而是采用一维连续变倍扩束镜组与衍射光学元件相结合的方式，产生各种照明模式，并调节部分相干因子，具有结构简单、光学透过率高、不存在锥形镜组引入的光瞳劣化问题、能有效降低光刻机的生产成本等特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于紫外光刻机的光刻照明系统，特点在于其构成包括：紫外激光器、一维连续变倍扩束镜组、转盘机构、傅里叶变换透镜、匀光系统和控制器，上述元部件的位置关系如下：

所述的紫外激光器产生的截面为方形的平行光束，沿该光束传输方向依次是所述的一维连续变倍扩束镜组、转盘机构、傅里叶变换透镜和匀光系统；

所述的转盘机构含有多个衍射光学元件，所述的控制器通过圆编码器精确控制转盘机构的转动，选择所需的衍射光学元件，实现所需的照明模式；每个衍射光学元件由多个子区域排列而成，所述的控制器控制所述的衍射光学元件沿其子区域排列方向移动，实现照明光瞳面上内环大小的调节；

所述的傅里叶变换透镜将所述的衍射光学元件发散的环形光束在其后焦面照明光瞳面上变换成环形光斑，得到所需的照明模式，该照明光瞳面的光强分布经所述的匀光系统进行均匀化处理，并投射到掩模面上。

所述的转盘机构沿圆周均匀地设有五个衍射光学元件，分别依次为环形照明衍射光学元件、X方向二极照明衍射光学元件、Y方向二极照明衍射光学元件、四极照明衍射光学元件和传统照明衍射光学元件，相应的在所述的光瞳面上形成环形照明、X方向二极照明、Y方向二极照明、四极照明和传统照明。

所述的衍射光学元件由一系列一维分区式的子区域构成，该子区域的排列方向和所述的衍射光学元件的移动方向相同，每个子区域分别对应于产生不同直径而环带宽度相同的照明环带，所述的衍射光学元件的子区域和所述的光瞳面上的环带相对应，每个子区域和相邻子区域产生的照明环带是正好相接的，工作时，通过照射几个连续的子区域，得到一个总的照明环带，该总的照明环带的宽度等于被照射子区域的个数乘以一个照明环带的宽度。