[發明專利]一種采用自由曲面透鏡實現離軸照明的光刻曝光裝置

無效

• 申請號: 201010237979.6
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN101916047A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 鄭臻榮;吳仍茂;李海峰;邢莎莎;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G02B27/09
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及光刻技術領域，尤其涉及一種采用自由曲面透鏡實現離軸照明的光刻曝光裝置。

背景技術

光刻是推動半導體工業迅速發展的一項關鍵技術，它通過曝光裝置和光刻投影物鏡將掩膜上的集成電路的結構圖形復制到涂有光刻膠的硅片上。在光刻曝光裝置中，可通過采用分辨率增強技術(如離軸照明)來提高光刻分辨率和改善焦深，因此光刻曝光裝置的性能決定著投影光刻系統的性能。

光刻曝光裝置一般包括光束擴束器、光束整形器、變焦光學系統、光學積分器和中繼光學系統幾個主要部分，其中光束整形器用于實現光刻系統所需的離軸照明模式。光刻曝光裝置中常用的光束整形器有光闌(B.W.Smith，L.Zavyalova，J.S.Petersen，“Illumination?pupil?filtering?using?modified?quadrupole?apertures，”Proc.SPIE?3334，384-394(1998))、衍射光學元件(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))、微反射鏡陣列(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))和微透鏡陣列(H.Ganser，M.Darscht，Y.Miklyave，“How?refractive?microoptics?enable?lossless?hyper-NA?illumination?systems?for?immersion?lithography，”Proc.SPIE?6281，62810P(2006))。采用光瞳濾波，將一個形狀和尺寸與預定的照明模式一致的光闌置于光學積分器的后表面，透過光闌的光束在目標面上便形成預定的離軸照明模式。由于存在對光束的阻擋，光瞳濾波能量利用率較低。采用衍射光學元件，光束經DOE衍射后再經一個傅里葉變換透鏡在目標面產生所需的離軸照明模式。較光瞳濾波，衍射光學元件大大提高了能量利用率，但由于存在高級衍射和零級峰值，其效率一般不超過93％。此外，高效率的衍射光學元件依賴于高分辨率的光刻技術和高精度的玻璃蝕刻能力，因此，想通過衍射光學元件進一步提高光刻系統的能量利用率是十分困難的。采用微反射鏡陣列，通過控制上萬個微反射鏡的傾斜角度以實現預定的照明模式，這勢必增大加工和控制的難度。同時，反射會改變激光光束的偏振態，不利于改善光刻系統的焦深和成像的對比度。微透鏡陣列采用偶次或奇次非球面，通過疊加每個微透鏡產生的光束在目標面上形成離軸照明。微透鏡陣列具有較高的效率，同時不改變光束的偏振態。類似于照明系統中的復眼透鏡，要達到較高均勻度的離軸照明模式需要采用雙排甚至多排的微透鏡陣列，并同時減小微透鏡的尺寸，這無疑對光刻曝光系統的位置校準提出了更高的要求，同時也增加了光刻曝光裝置的復雜度。

為獲得較好的光束整形效果和較高的能量利用率，本發明提出了一種采用自由曲面透鏡實現離軸照明的光刻曝光裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用自由曲面透鏡實現離軸照明的光刻曝光裝置。

采用自由曲面透鏡實現離軸照明的光刻曝光裝置包括激光光源、光束擴束器、自由曲面透鏡光束整形器、濾波光闌、變焦光學系統、光學積分器、準直光學系統、視場光闌、中繼光學系統、掩膜、光刻投影物鏡、光刻膠；中繼光學系統包括前透鏡組、中間反射鏡和后透鏡組；激光光源的出射激光光束依次經過光束擴束器、自由曲面透鏡光束整形器、濾波光闌、變焦光學系統、光學積分器、準直光學系統、視場光闌、中繼光學系統、掩膜、光刻投影物鏡，最后照射至光刻膠；濾波光闌所處位置和光學積分器的前表面所處位置是變焦光學系統的一對共軛位置，光學積分器后表面所處位置和視場光闌所處位置是準直光學系統的一對共軛位置，視場光闌所處位置和掩膜所處位置是中繼光學系統的一對共軛位置，掩膜所處位置和光刻膠所處位置是光刻投影物鏡的一對共軛位置。