(10)申请公布号 CN 102436152 A
(43)申请公布日 2012.05.02C N 102436152 A
*CN102436152A*
(21)申请号 201110436392.2
(22)申请日 2011.12.22
G03F 7/20(2006.01)
G02B 27/00(2006.01)
G02B 27/09(2006.01)
G02B 27/28(2006.01)
G02B 3/00(2006.01)
G02B 3/06(2006.01)
(71)申请人北京理工大学
地址100081 北京市海淀区中关村南大街5
号
(72)发明人李艳秋 魏立冬
(74)专利代理机构北京理工大学专利中心
11120
代理人李爱英
杨志兵
(54)发明名称
(57)摘要
本发明提供一种深紫外光刻照明系统，包括
子系统、复眼匀光子系统、聚光镜子系统、圆形光
阑以及孔径光阑；上述各部件沿激光光路前进方
向的顺序关系为：深紫外激光光源、柱面扩束镜
子系统、圆形光阑、球面扩束镜子系统、复眼匀光
子系统、孔径光阑、聚光镜子系统，其中孔径光阑
位于聚光镜子系统的前焦面上，且上述各部件的
中心与激光光束的中心重合。本发明采用球面和
柱面结构，结果简单，且可满足光刻照明系统的需
要。(51)Int.Cl.
(19)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 2 页 说明书 7 页 附图 5 页
1.一种深紫外光刻照明系统，其特征在于，包括深紫外激光光源、柱面扩束镜子系统、球面扩束镜子系统、复眼匀光子系统、聚光镜子系统、圆形光阑以及孔径光阑；上述各部件沿激光光路前进方向的
顺序关系为：深紫外激光光源、柱面扩束镜子系统、圆形光阑、球面扩束镜子系统、复眼匀光子系统、孔径光阑、聚光镜子系统，其中孔径光阑位于聚光镜子系统的前焦面上，且上述各部件的中心与激光光束的中心重合；
深紫外激光光源用于产生矩形的深紫外激光；
柱面扩束镜子系统用于将入射的矩形深紫外激光扩束成正方形；
圆形光阑用于将入射的正方形光束截成圆形光束；
球面扩束镜子系统用于对入射的圆形光束进行扩束，使其出射光束的直径为入射光束直径的n倍，其中n为大于1的正数；
复眼匀光子系统用于对入射的圆形光束进行分割，使得在其后焦面上形成多个二次光源；
孔径光阑用于对多个二次光源入射的光束进行分割，使得分割后的光源形状与孔径光阑上的图形相互匹配；
聚光镜子系统用于将入射的光束会聚成平行光束并出射。
2.根据权利要求1所述深紫外光刻照明系统，其特征在于，进一步包括三片平面反射镜；第一平面反射镜位于柱面扩束镜子系统和第一孔径光阑之间，且与入射的激光光束成45°夹角；第二平面反射镜位于球面扩束镜子系统和复眼匀光子系统之间，且与入射的激光光束成45°夹角；第三平面反射镜位于聚光镜子系统的出射光路上，且与入射的激光光束成45°夹角。
3.根据权利要求2所述深紫外光刻照明系统，其特征在于，进一步包括偏振调制元件，所述偏振调制元件位于复眼匀光子系统和第二平面反射镜之间，用于对入射光束的偏振态进行调制。
4.根据权利要求1所述深紫外光刻照明系统，其特征在于，所述孔径光阑采用环形孔径光阑、圆形孔径光阑、二级孔径光阑及四级孔径光阑中的任意一个。
5.根据权利要求1所述深紫外光刻照明系统，其特征在于，所述柱面扩束镜子系统包括平凹柱面透镜和平凸柱面透镜，沿激光光路前进方向的顺序关系为：先平凹柱面透镜、后平凸柱面透镜，且平凹柱面透镜200a的前焦点和平凸柱面透镜200b的前焦点重合；所述平凹柱面透镜的前表面为凹面，后表面为平面，该前表面曲率半径的取值范围为25mm-30mm；所述平凸柱面透镜的前表面为凸面，后表面为平面，该前表面曲率半径的取值范围为80mm-90mm。
6.根据权利要求1所述深紫外光刻照明系统，其特征在于，所述球面扩束镜子系统包括第一平凸球面透镜和第二平凸球面透镜，沿激光光路前进方向的顺序关系为：先第一平凸球面透镜、后第二平凸球面
透镜，且第一平凸球面透镜的后焦面和第二平凸球面透镜的前焦面重合；所述第一平凸球面镜的前表面为凸面，后表面为平面，该前表面曲率半径的取值范围为30mm-40mm；所述第二平凸球面透镜的前表面为平面，后表面为凸面，该后表面曲率半径的取值范围为100mm-110mm。
7.根据权利要求6所述深紫外光刻照明系统，其特征在于，所述球面扩束镜子系统进一步包括一毛玻璃；所述毛玻璃位于第一平凸球面透镜和第二平凸球面透镜之间，且毛玻
璃的毛面与第一平凸球面透镜的后焦面重合。
8.根据权利要求1所述深紫外光刻照明系统，其特征在于，所述复眼匀光子系统包括第一复眼阵列和第二复眼阵列；第一复眼阵列中前表面的微透镜和后表面的微透镜的半径相同，其曲率半径的取值范围为70mm-80mm，第二复眼阵列的前表面和后表面微透镜的半径相同，其曲率半径的取值范围为40mm-50mm，其中第一复眼阵列上微透镜的焦距大于第二复眼阵列上微透镜的焦距；且第一复眼阵列在第二复眼阵列的前焦面上。
9.根据权利要求8所述深紫外光刻照明系统，其特征在于，所述第一复眼阵列和第二复眼阵列的微透镜为微柱面镜。
一种深紫外光刻照明系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种深紫外光刻照明系统，属于高分辨光刻技术领域。
背景技术
[0002] 光刻技术是一种制造半导体器件技术，利用光学的方法将掩膜上的电路图形转移到硅片上。光刻技术采用深紫外光源，如紫外(UV)、深紫外(DUV)等。多种半导体器件可以采用光刻技术制造，如二极管、晶体管和超大规模集成电路。一个典型的光刻曝光系统包括照明系统、掩膜、投影物镜和硅片。其中照明系统能够实现对掩膜的均匀照明。现在，随着半导体产品特征尺寸的不断降低，各种分辨率增强技术，如离轴照明技术、偏振照明技术，已经被证明为提高光刻分辨力的有效手段。
[0003] 目前，荷兰ASML、日本Nikon、Canon、德国Zeiss等公司都已经开发了各种大视场光刻照明系统。但是由于其技术复杂，价格昂贵，为光刻技术研究带来困难。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种深紫外光刻照明系统，该照明系统结构简单，且出射光的空间相干性小。
[0005] 实现本发明的技术方案如下：
[0006] 一种深紫外光刻照明系统，包括深紫外激光光源、柱面扩束镜子系统、球面扩束镜子系统、复眼匀光子系统、聚光镜子系统、圆形光阑以及孔径光阑；上述各部件沿激光光路前进方向的顺序关系为：深紫外激光光源、柱面扩束镜子系统、圆形光阑、球面扩束镜子系统、复眼匀光子系统、孔径光阑、聚光镜子系统，其中孔径光阑位于聚光镜子系统的前焦面上，且上述各部件的中心与激光光束的中心重合；
[0007] 深紫外激光光源用于产生矩形的深紫外激光；
[0008] 柱面扩束镜子系统用于将入射的矩形深紫外激光扩束成正方形；
[0009] 圆形光阑用于将入射的正方形光束截成圆形光束；
[0010] 球面扩束镜子系统用于对入射的圆形光束进行扩束，使其出射光束的直径为入射光束直径的n倍，其中n为大于1的正数；
[0011] 复眼匀光子系统用于对入射的圆形光束进行分割，使得在其后焦面上形成多个二次光源；
[0012] 孔径光阑用于对多个二次光源入射的光束进行分割，使得分割后的光源形状与孔径光阑上的图形相互匹配；
[0013] 聚光镜子系统用于将入射的光束会聚成平行光束并出射。
[0014] 进一步地，本发明包括偏振调制元件，所述偏振调制元件位于复眼匀光子系统和第二平面反射镜之间，用于对入射光束的偏振态进行调制。
[0015] 更进一步地，本发明所述球面扩束镜子系统进一步包括一毛玻璃；所述毛玻璃位于第一平凸球面透镜和第二平凸球面透镜之间，且毛玻璃的毛面与第一平凸球面透镜的后
焦面重合。
[0016] 较佳地，本发明所述复眼匀光子系统包括第一复眼阵列和第二复眼阵列；第一复眼阵列中前表面的微透镜和后表面的微透镜的半径相同，其曲率半径的取值范围为70mm-80mm，第二复眼阵列的前表面和后表面微透镜的半径相同，其曲率半径的取值范围为40mm-50mm，其中第一复眼阵列上微透镜的焦距大于第二复眼阵列上微透镜的焦距；且第一复眼阵列在第二复眼阵列的前焦面上。
[0017] 有益效果
[0018] 第一、本发明采用球面和柱面结构，结果简单，且可满足光刻照明系统的需要。[0019] 第二、本发明在球面扩束系统后可以加入偏振器件，实现各种偏振照明方式。[0020] 第三、本发明采用旋转的毛玻璃，能够有效的减小光束的空间相干性，在照明面得到更好的照明效果。
[0021] 第四、本发明复眼匀光子系统上的第一复眼阵列和第二复眼阵列采用不同的焦距，这样避免了
由于聚焦光斑长时间照射在光学基底上可能引起的对基底材料的损坏。[0022] 第五、本发明照明区域大于物镜物方掩膜大小，照明区域为4*4mm，不照明均匀性优于2％(RMS)，系统满足了光刻照明科勒照明的要求，实现了照明系统像方远心照明，满足了和物镜光瞳的匹配。
附图说明
[0023] 图1A为本发明照明系统的Y方向结构示意图。
[0024] 图1B为本发明照明系统X方向结构示意图。
[0025] 图2A为柱面扩束镜子系统的Y方向结构图。
[0026] 图2B为柱面扩束镜系子统的X方向结构图。
[0027] 图3A为包括毛玻璃的球面扩束镜子系统的结构示意图。
[0028] 图3B为不包含毛玻璃的球面扩束镜子系统结构示意图。
[0029] 图4为矩形光斑被圆形光阑300a截成圆形。
[0030] 图5为复眼匀光子系统结构示意图。
[0031] 图6为聚光镜子系统的结构图。
[0032] 图7为照明系统孔径光阑500的各种结构形式。
[0033] 图8一种小视场光刻照明系统的实际光路图。
[0034] 图9照明系统掩膜面光强分布。
具体实施方式
[0035] 以下结合附图对本发明光刻照明系统作进一步的详细介绍。
[0036] 坐标系的预定义：以激光光束前进的方向为Z轴，并依据左手坐标系原则建立坐标系(X，Y，Z)。
[0037] 如图1A和1B所示，本发明深紫外光刻照明系统，包括深紫外激光光源、柱面扩束镜子系统、球面扩束镜子系统、复眼匀光子系统、聚光镜子系统以及圆形光阑以及孔径光阑；上述各部件沿激光光路前进方向的顺序关系为：深紫外激光光源、柱面扩束镜子系统，圆形光阑、球面扩束镜子系统、复眼匀光子系统、孔径光阑以及聚光镜子系统，其中孔径光
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