[發明專利]一種曝光系統、曝光方法和光刻機

有效

• 申請號: 201810570140.0
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN110568727B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 郭銀章
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備（集團）股份有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海思捷知識產權代理有限公司 31295
• 代理人: 王宏婧

本發明提供一種用于半導體投影光刻技術領域的曝光系統、曝光方法和光刻機，包括照明單元、掩模版、投影物鏡單元、基底和至少一個衍射光學元件，所述衍射光學元件設置在所述照明單元和/或所述投影物鏡單元中，所述衍射光學元件設置在所述照明單元中靠近或者遠離所述照明單元中的光闌的位置處，和/或部分所述衍射光學元件設置在所述投影物鏡單元中靠近或者遠離所述投影物鏡單元中的光闌的位置處，所述照明單元提供的照明光束依次入射所述掩模版、所述投影物鏡單元和所述基底后，將所述掩模版上的圖形成像到所述基底上。所述曝光系統、曝光方法和光刻機可有效矯正曝光系統的像差，從而改善成像質量。

技術領域

本發明涉及半導體投影光刻技術領域，特別涉及一種曝光系統、曝光方法和光刻機。

背景技術

在半導體投影光刻技術領域，光學性能矯正是改善投影曝光系統的成像質量的關鍵。

在傳統的半導體投影光刻技術領域中，投影曝光系統的光學性能矯正通常通過調整光學鏡片的曲率、厚度、材料折射率和色散等變量實現。例如，采用由高折射率的材料制成的鏡片矯正像差。在半導體投影光刻技術領域，高折射率材料是指折射率N_i1.57的材料。常見的高折射率材料有兩種：第一種材料的折射率N_i1.57，10mm材料透過率τ₁₀0.997，其不僅具有較高的折射率還具有較高的透過率，可作為常用的高折射率材料；第二種材料的折射率N_i1.61，由于其較第一種材料具有更高的折射率，其校正色差的作用較第一種材料更優，但是其10mm材料透過率τ₁₀0.995，其較低的透過率容易引起較大的熱效應，因此在實際應用中應視情況不同而采用。

2004年10月19日公開的美國專利US6806942B2提供了一種投影曝光系統，這種投影曝光系統通過選擇適當的高折射率材料和低折射率材料，并將這些高折射率材料和低折射率材料合理匹配，從而很好的校正了色差。所述投影曝光系統提出了一種三凸雙腰結構投影物鏡，其中三個凸起具有正光焦度，兩個腰部具有負光焦度。整個投影曝光系統具有較好的成像質量。但是，所述投影曝光系統沒有考慮到高折射率的透鏡一般會具有較低的能量透過率，尤其是對于那些口徑較小，厚度較大的透鏡。在高強度的光照過程中，一方面這些高折射率的透鏡的表面會因為透鏡吸收光能而發生熱變形，從而影響投影物鏡的成像質量，進而影響整個投影曝光系統的曝光性能。另一方面，這些高折射率的透鏡對能量的吸收過高，會使透鏡內部產生溫度梯度變化，從而使這些透鏡的折射率也隨之發生變化，進而影響投影物鏡的成像質量。

具體的，在美國專利US6806942的說明書附圖中，圖中陰影部分為高折射率材料。所述投影曝光系統為了校正色差，在投影物鏡中采用了大量的高折射率材料，尤其是在投影物鏡的透鏡組組中，第一片透鏡和第三片透鏡均采用了上述折射率N_i1.61但透過率較低的第二種材料。雖然校正了投影曝光系統的色差，獲得了較寬的光譜使用范圍，但是透鏡組的位置離掩模面最近，且透鏡組的口徑比較小，入射能量比較集中，透鏡組中透過率較低的透鏡會吸收較多的能量，透鏡的表面變形較嚴重。此外，在矩形視場條件下，透過透鏡組的光束的形狀近似于矩形，若照明條件為非旋轉對稱式，透鏡組對能量的吸收也將會是非旋轉對稱的，這樣透鏡組中的第一片和第三片透鏡在長時間曝光過程中，會由于吸收能量而產生非對稱式形變，從而嚴重影響曝光系統的像質。

隨著半導體投影光刻技術的不斷發展，以及超精密的計算機數控加工設備在半導體投影光刻技術領域的應用，非球面技術也逐漸應用到半導體投影光刻技術領域中，但是非球面技術應用于投影曝光系統中并不能校正色差，因此曝光系統的成像質量還有待改善。

發明內容

本發明的目的在于提供一種曝光系統、曝光方法和光刻機，以解決現有的曝光系統、曝光方法和光刻機成像質量差的問題。