[发明专利]一种曝光系统、曝光方法和光刻机

说明书

本发明提供一种用于半导体投影光刻技术领域的曝光系统、曝光方法和光刻机，包括照明单元、掩模版、投影物镜单元、基底和至少一个衍射光学元件，所述衍射光学元件设置在所述照明单元和/或所述投影物镜单元中，所述衍射光学元件设置在所述照明单元中靠近或者远离所述照明单元中的光阑的位置处，和/或部分所述衍射光学元件设置在所述投影物镜单元中靠近或者远离所述投影物镜单元中的光阑的位置处，所述照明单元提供的照明光束依次入射所述掩模版、所述投影物镜单元和所述基底后，将所述掩模版上的图形成像到所述基底上。所述曝光系统、曝光方法和光刻机可有效矫正曝光系统的像差，从而改善成像质量。

技术领域

本发明涉及半导体投影光刻技术领域，特别涉及一种曝光系统、曝光方法和光刻机。

背景技术

在半导体投影光刻技术领域，光学性能矫正是改善投影曝光系统的成像质量的关键。

在传统的半导体投影光刻技术领域中，投影曝光系统的光学性能矫正通常通过调整光学镜片的曲率、厚度、材料折射率和色散等变量实现。例如，采用由高折射率的材料制成的镜片矫正像差。在半导体投影光刻技术领域，高折射率材料是指折射率N_i1.57的材料。常见的高折射率材料有两种：第一种材料的折射率N_i1.57，10mm材料透过率τ₁₀0.997，其不仅具有较高的折射率还具有较高的透过率，可作为常用的高折射率材料；第二种材料的折射率N_i1.61，由于其较第一种材料具有更高的折射率，其校正色差的作用较第一种材料更优，但是其10mm材料透过率τ₁₀0.995，其较低的透过率容易引起较大的热效应，因此在实际应用中应视情况不同而采用。

2004年10月19日公开的美国专利US6806942B2提供了一种投影曝光系统，这种投影曝光系统通过选择适当的高折射率材料和低折射率材料，并将这些高折射率材料和低折射率材料合理匹配，从而很好的校正了色差。所述投影曝光系统提出了一种三凸双腰结构投影物镜，其中三个凸起具有正光焦度，两个腰部具有负光焦度。整个投影曝光系统具有较好的成像质量。但是，所述投影曝光系统没有考虑到高折射率的透镜一般会具有较低的能量透过率，尤其是对于那些口径较小，厚度较大的透镜。在高强度的光照过程中，一方面这些高折射率的透镜的表面会因为透镜吸收光能而发生热变形，从而影响投影物镜的成像质量，进而影响整个投影曝光系统的曝光性能。另一方面，这些高折射率的透镜对能量的吸收过高，会使透镜内部产生温度梯度变化，从而使这些透镜的折射率也随之发生变化，进而影响投影物镜的成像质量。

具体的，在美国专利US6806942的说明书附图中，图中阴影部分为高折射率材料。所述投影曝光系统为了校正色差，在投影物镜中采用了大量的高折射率材料，尤其是在投影物镜的透镜组组中，第一片透镜和第三片透镜均采用了上述折射率N_i1.61但透过率较低的第二种材料。虽然校正了投影曝光系统的色差，获得了较宽的光谱使用范围，但是透镜组的位置离掩模面最近，且透镜组的口径比较小，入射能量比较集中，透镜组中透过率较低的透镜会吸收较多的能量，透镜的表面变形较严重。此外，在矩形视场条件下，透过透镜组的光束的形状近似于矩形，若照明条件为非旋转对称式，透镜组对能量的吸收也将会是非旋转对称的，这样透镜组中的第一片和第三片透镜在长时间曝光过程中，会由于吸收能量而产生非对称式形变，从而严重影响曝光系统的像质。

随着半导体投影光刻技术的不断发展，以及超精密的计算机数控加工设备在半导体投影光刻技术领域的应用，非球面技术也逐渐应用到半导体投影光刻技术领域中，但是非球面技术应用于投影曝光系统中并不能校正色差，因此曝光系统的成像质量还有待改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种曝光系统、曝光方法和光刻机，以解决现有的曝光系统、曝光方法和光刻机成像质量差的问题。