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1、(10)申请公布号 CN 102955371 A(43)申请公布日 2013.03.06CN102955371A*CN102955371A*(21)申请号 201210264944.0(22)申请日 2012.07.27G03F 7/20(2006.01)(71)申请人中国科学院光电技术研究所地址 610209 四川省成都市双流350信箱(72)发明人卢亮 张海波 廖志杰 林妩媚邢廷文 甘大春 何毅(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司 11251代理人成金玉 李新华(54) 发明名称一种深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统(57) 摘要一种深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统。
2、，包括：聚光镜组，位于照明系统的照明光路上，负责将光会聚到指定位置；匀光棒，位于系统所述聚光镜组的光路上，聚光镜组会聚的光经由匀光棒的入射端入射并经由出射端出射；控制装置，用来固定多根不同口径比的匀光棒，装置有平行于照明系统光轴的旋转轴，装置绕此轴旋转调整匀光棒的位置，使指定的匀光棒置于照明系统光路中参与调节照明系统的相干因子；所述控制装置由高精度旋转台驱动；中继透镜位于所述匀光棒的出射光路上；照明场，位于所述中继透镜的出光光路上。本发明能用简单的方法调节系统的相干因子，或者简化变焦透镜的设计复杂度，达到简化结构降低成本的目的。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图5页(19)。
3、中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页1/1页21.一种深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统，其特征在于包括：聚光镜组，位于深紫外光刻照明系统的照明光路上，将经扩束整形得到的平行光会聚到匀光棒入射端口附近；匀光棒，位于所述聚光镜组后的光路上，聚光镜组出射的光经由匀光棒的入射端入射，并由其出射端出射；所述匀光棒有多根，所有匀光棒的出射端口径相同，入射端口径不同；控制装置，被固定在深紫外光刻照明系统的机械外壳上，用来固定所述多根匀光棒，控制装置有平行于照明系统光轴的旋转轴，控制装置绕此轴旋转即可调整每根匀光棒的位置，使指定的匀光棒置于照明。
4、系统光路中参与调节照明系统的相干因子；中继透镜，位于所述控制装置的出光光路上；照明场，位于所述中继透镜后的系统光路上。2.根据权利要求1所述的深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统，其特征在于：所述匀光棒入射端口口径与出射端口口径的比值在1/3到1.333的范围内变化，匀光棒的端面形状为正方形或长方形。3.根据权利要求1所述的深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统，其特征在于：所述匀光棒的材料是熔石英或者氟化钙。4.根据权利要求1所述的深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统，其特征在于：所述控制装置由分辨率0.0001，单向重复性0.0005，绝对控制精度达到0.01的旋转台驱动。5.根据权利。
5、要求1所述的深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统，其特征在于：所述聚光镜组还是变焦镜组。6.根据权利要求1所述的深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统，其特征在于：所述照明场为掩模面。权 利 要 求 书CN 102955371 A1/5页3一种深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统技术领域0001 本发明涉及光刻领域，尤其涉及深紫外光刻照明系统中一套调整相干因子的系统。背景技术0002 光学投影光刻是利用光学投影成像的原理，将掩模版上的集成电路(IC)图形以分步重复或步进扫描曝光的方式将高分辨率图形转移到涂胶硅片上的光学曝光过程。0003 根据光刻机实际工作时不同的曝光要求，硅片上需要不同的。
6、数值孔径或者相干因子。0004 现有的技术主要是利用楔形匀光棒来获得不同的曝光视场、数值孔径或相干因子。也可以利用楔形匀光棒配合变焦透镜组来获得不同的曝光视场、数值孔径或相干因子。0005 如中国专利CN101477317A采用了楔形匀光棒的方法来改变照明系统的相干因子。请参考图1，该系统主要包括汞灯光源，椭圆反射镜100，匀光棒200，准直透镜300（含透镜310和透镜320），照明场400。汞灯光源发出的光经椭圆反射镜100会聚后，由匀光棒201的入射端入射并经由出射端出射，再经过准直镜300变成平行光，在照明场400上形成照明视场。0006 对于出射口径是入射口径的k倍的匀光棒，其出射数。
7、值孔径是入射数值孔径的1/k。在上述系统中，光依次经过匀光棒和放大率固定的中继透镜后，在照明场上形成与匀光棒201出射端面成比例的照明视场。系统中利用步进电机控制匀光棒，互换出射端口和入射端口实现数值孔径和曝光视场的变换。请参考图2(a)和图2(b)。图2(a)和2(b)所示系统的照明视场与匀光棒出射端的面积比值都为中继系统的放大率。保持系统的其它条件不变，由图2(a)所示系统变成图2(b)所示系统时，系统的数值孔径减小，照明视场变大，相干因子也相应的变大。0007 在上述系统中还可以采用变焦的中继透镜来改变系统的相干因子。再请参考图3，当图3中的中继透镜前组向Z轴负方向移动时，出射的数值孔径。
8、减小，视场将增大，相干因子减小。利用此方法可以获得较大范围的数值孔径和相干因子变化，并且系统的结构也比较简单。0008 然而对于较长的匀光棒，调换匀光棒的端面需要较大的空间，使得照明系统的体积增大，成本增加。匀光棒长度越长，变化匀光棒的位置所需要的步进电机的精度就越高，变化位置的过程需要的时间也越长，容易影响光刻机的曝光效率。发明内容0009 本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统，能用简单的方法改变照明系统的相干因子，提高光刻机的效率，降低成本。0010 本发明技术解决方案：一种深紫外光刻照明系统中的相干因子调整系统，其特征说 明 书CN 10。
9、2955371 A2/5页4在于，包括：0011 聚光镜组，位于深紫外光刻照明系统的照明光路上，将得到的平行光会聚到匀光棒入射端口附近；0012 匀光棒，位于所述聚光镜组的光路上，聚光镜组出射的光经由匀光棒的入射端入射，并由其出射端出射；所述匀光棒有多根，所有匀光棒的出射端口径相同，入射端口径不同；0013 控制装置，被固定在深紫外光刻照明系统的机械外壳上，用来固定所述多根匀光棒，控制装置有平行于照明系统光轴的旋转轴，控制装置绕此轴旋转即可调整每根匀光棒的位置，使指定的匀光棒置于照明系统光路中参与调节照明系统的相干因子；0014 中继透镜，位于所述控制装置的出光光路上；0015 照明场，位于所。
10、述中继透镜后的系统光路上。0016 所述匀光棒入射端口口径与出射端口口径的比值在1/3到1.333的范围内变化，匀光棒的端面形状为正方形或长方形。所述匀光棒的材料是熔石英或者氟化钙。0017 所述控制装置由分辨率0.0001，单向重复性0.0005，绝对控制精度达到0.01的高精度旋转台驱动，可以达到很高控制精度。0018 所述聚光镜组还为变焦镜组。0019 所述照明场为掩模面。0020 本发明与现有技术相比的优点在于：本发明利用控制装置控制出射端口径相同但是入射端口径不同的一系列匀光棒调节系统的相干因子，控制装置只需绕着平行于照明系统光轴的旋转轴旋转，即可实现多档数值孔径，也就是相干因子的变。
11、化。这种方法比通过调换匀光棒的两端面位置来改变数值孔径的方法需要的空间小，可有效减小照明系统的体积；控制装置利用高精度旋转台驱动，可以达到很高控制精度；通过简单的方法实现多档相干因子变换，增加曝光效率。附图说明0021 图1为中国专利CN101477317中使用楔形匀光棒来调节系统相干因子的照明系统；0022 图2(a)和图2(b)为中国专利CN101477317中使用楔形匀光棒调节系统相干因子的实施示意图；0023 图3(a)和图3(b)为中国专利CN101477317中使用楔形匀光棒配合变焦的中继透镜调节系统相干因子的实施示意图；0024 图4为控制装置的示意图。其中图4(a)为控制装置固。
12、定4根匀光棒时的示意图；图4(b)为控制装置固定3根匀光棒时的示意图；图4(c)为控制装置固定5根匀光棒时的示意图。其中，左图为控制装置在YZ平面内的投影图，右图为控制装置在XY平面内的投影图。0025 图5所示为本发明第一较佳实施例的照明系统方案图；其中图5(a)为匀光棒502a置于照明系统光路中的系统示意图；图5(b)为在XY平面内将图502a所示系统顺时针旋转90后匀光棒502b置于照明系统光路中的系统示意图；图5(c)为在XY平面内将图502a所示系统顺时针旋转180后匀光棒502c置于照明系统光路中的系统示意图；图说 明 书CN 102955371 A3/5页55(d)为在XY平面内。
13、将图502a所示系统逆时针旋转90后匀光棒502d置于照明系统光路中的系统示意图。0026 图6(a)所示为本发明第二较佳实施例的照明系统方案图；图6(b)为将图6(a)第2组聚光镜组102的位置向-Z方向移动d后的照明系统方案图。具体实施方式0027 下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。0028 本发明能用简单的方法实现多档相干因子变换，减小照明系统空间，增加曝光效率。0029 本发明利用控制装置控制出射端口径相同但是入射端口径不同的一系列匀光棒调节系统的相干因子，控制装置只需绕着平行于照明系统光轴的旋转轴旋转，即可实现多档数值孔径，也就是相干因子的变化。此方法。
14、比通过调换单根匀光棒的端面位置改变数值孔径的方法需要的空间小。控制装置利用高精度旋转台驱动，可以达到很高的控制精度。0030 衡量一个光学系统收集光线的能力是拉格朗日不变量：0031 Ihnu-hnu0032 式中h、n和u分别表示物高、物空间折射率以及边缘光线在物空间的角度；h、n、u分别表示像高、像空间折射率以及边缘光线在像空间的角度。尽管该关系式只在近轴近似范围内严格有效，但按下列方式使用时精度也足够精确：0033 hnsinuhnsinu0034 利用匀光棒端口的直径D代替式中的h，在本系统的说明中更为方便。匀光棒两端的拉格朗日不变量相等，即：0035 D1nsinu1=D2nsinu。
15、20036 式中D1，u1，为匀光棒入射端的口径和入射角。D2，u2为出射端的直径和出射角。0037 匀光棒的出射端面是入射端面直径的k倍，由上述公式可得knsinu1=nsinu2，即出射端的数值孔径是入射端数值孔径的1/k。0038 如图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)所示，本发明包括：聚光镜组501；匀光棒502a、匀光棒502b、匀光棒502c和匀光棒502d，图5(a)中，匀光棒502a位于所述聚光镜组501的出光光路上，所述聚光镜组501出射的光经由匀光棒502a的入射端入射并由其出射端出射；控制装置503用来固定所述的多根匀光棒，并对匀光棒的位置进行调整；中继透镜50。
16、4，位于所述控制装置503后的系统光路上；照明场505，位于所述中继透镜504的出光光路上。在本实施例中，照明场505为掩模面。本实施例中匀光棒502采用熔石英材料，其两端面形状都为正方形，光由聚光镜组501进入匀光棒502，再经过中继透镜504，照明掩模面505。本实施例中匀光棒502入射端口径是10mm，出射端口径是30mm，匀光棒502沿Z轴方向的长度为100mm。0039 聚光镜的数值孔径为0.21，F数为2.38，入射光束为带一定发散角的近似平行光，柯克三片式透镜即可实现聚光功能。0040 由拉格朗日不变定理：D1nsinu1=D2nsinu2，其中D2=3D1,则3sinu2=si。
17、nu1，可得匀光棒出射端的数值孔径为0.07。0041 定义相干因子为照明系统的数值孔径与投影光学系统的数值孔径之比，表示说 明 书CN 102955371 A4/5页6为：0042 =NAill/NApo0043 如果中继透镜504的放大率为2倍，则在掩模面505上可得到60mm*60mm的曝光视场，可得到掩模面上的数值孔径为0.035，即照明系统的数值孔径为0.035。本实施例设定投影物镜的物方数值孔径为0.15，即投影光学系统的数值孔径为0.15，则系统的相干因子为0.233。0044 在投影光刻物镜的数值孔径固定的光刻系统中，通过调节照明系统的数值孔径即可调节系统的相干因子。旋转控制装。
18、置503可以调节照明系统的数值孔径。除了匀光棒502a外，控制装置503中还固定了3根匀光棒，分别为502b，502c和502d。本实施例中四根匀光棒的出射端口径均为30mm，匀光棒502b，502c和502d的入射端口径分别为20mm、25mm、30mm。所有匀光棒的轴向中心到旋转轴中心的距离相同，相邻两根匀光棒的中心与控制装置503的中心的连线所成夹角同为90，其它实施例中若分别固定3根和5根匀光棒时，其所形成的夹角分别为120和72，当然数量更多的时候，其所形成的夹角也对应的发生变化。0045 将如图5(a)所示系统中的控制装置503绕旋转轴顺时针旋转90，匀光棒502b被放置在系统的光。
19、路上，系统如图5(b)所示。匀光棒的入射端口径变成20mm，出射端的口径不变。入射端的数值孔径仍为0.21，出射端的数值孔径变为0.14，经过中继透镜504后，在掩模面505上获得的曝光视场仍为60mm*60mm，照明系统的数值孔径为0.07，相干因子为0.47。0046 将如图5(a)所示系统中的控制装置绕其旋转轴顺时针旋转180，匀光棒502c被放置在系统的光路中，如图5(c)。匀光棒502c的入射端口径变成25mm，出射端的口径不变。入射端的数值孔径仍为0.21，出射端的数值孔径变为0.175，经过中继透镜504后，在掩模面505上获得的曝光视场仍为60mm*60mm，照明系统的数值孔径。
20、为0.0875，相干因子为0.58。0047 将如图5(a)所示系统中的控制装置绕其旋转轴逆时针旋转90，匀光棒502d被放置在系统的光路中，如图5(d)。匀光棒的入射端口径变成30mm，出射端的口径不变。入射端的数值孔径仍为0.21，出射端的数值孔径变为0.21，经过中继透镜504后，在掩模面505上获得的曝光视场仍为60mm*60mm，照明系统的数值孔径为0.105，相干因子为0.7。0048 控制装置503经过3次旋转，系统的相干因子由0.233分别变成了0.47、0.58和0.7。控制装置由高精度旋转台驱动，可以获得较高的精度。高精度旋转台可绕旋转轴360双向旋转，系统中选择合适转速的。
21、旋转台，以不影响曝光效率为前提。对于上述的控制装置，相邻两根石英棒轴向中心与控制装置中心的连线所形成的夹角为90。选用设计最大转速为40 /s的旋转台，将图5(a)的系统旋转2s，再将旋转台的转速调节为4 /s，再旋转2.5s。最后微量调整旋转台的位置，使匀光棒置于系统光路中。鉴于上述调整过程，系统对旋转台旋转的单向控制重复性、反转角度值、绝对控制精度以及旋转的抖动都有很高的要求。0049 当上述系统中匀光棒的入射端口径与出射端口径的比值为1.333，即匀光棒的入射端口径约为40mm时，匀光棒出射端的数值孔径为0.28，经过中继透镜504后，在掩模面505上获得的数值孔径为0.14，系统的相干。
22、因子为0.93。只需将上述系统中匀光棒的入射说 明 书CN 102955371 A5/5页7端口径控制在10mm到40mm的范围内，就能获得在0.23到0.93范围内变化的相干因子。为了获得更多的相干因子档位，控制装置上可以固定更多数目的匀光棒。0050 另外，照明系统中的聚光镜组601和中继透镜604也可以采用变焦镜组，如此结构的照明系统能实现多相干因子的变化。0051 参考图6(a)和图6(b)，图6(a)和图6(b)所示为本发明第二较佳实施例的方案图。图6(a)和图6(b)为采用变焦的聚光镜组的方案图，采用变焦的聚光镜组配合旋转匀光棒的方式实现对曝光视场、相干因子的调节。图6(b)将图6。
23、(a)聚光镜组中601b的位置向-Z轴方向移动d的距离，601a和601c的位置不变，移动位置后，匀光棒入射端口的数值孔径变大，在照明场上获得的数值孔径和系统的相干因子也相应增大。将控制装置和变焦镜联合起来控制系统的相干因子，可以获得更大范围的相干因子调整范围。0052 本发明中的匀光棒除了采用熔石英外，还可以采用氟化钙材料。本发明中匀光棒出射端面的形状除了为正方形外，还可以为矩形，此时系统的照明场则是匀光棒出射端面经中继透镜放大后的矩形。0053 采用本发明改变系统的数值孔径、相干因子简单易行，比单用旋转匀光棒的方法更容易。0054 综上所述，本发明利用两端面积不同的匀光棒，并利用旋转台来控。
24、制匀光棒的位置，只需将控制装置绕旋转轴旋转一定度数将指定的匀光棒置于系统光路中即可实现数值孔径和曝光视场的变换。0055 相对于旋转单根匀光棒调节数值孔径的方法，本发明通过高精度旋转台驱动控制装置，使不同的匀光棒置于光路中参与调节系统的相干因子，能达到较高精度。单独使用匀光棒调节系统的数值孔径、相干因子时，可获得多档变化。若要实现更大范围的数值孔径、相干因子变化，则可采用变焦镜组配合匀光棒的方法，提高效率，降低成本。说 明 书CN 102955371 A1/5页8图1图2(a)图2(b)图3(a)说 明 书 附 图CN 102955371 A2/5页9图3(b)图4(a)说 明 书 附 图CN 102955371 A3/5页10图4(b)图4(c)说 明 书 附 图CN 102955371 A10。