[发明专利]一种光刻照明系统

说明书

技术领域

本发明属于微光刻领域，涉及用于半导体光刻机的照明系统，特别涉及一种含有像散微透镜元件的光刻照明系统。

背景技术

光刻法(亦称微光刻法)用于制造半导体器件。光刻法使用各种波长的光，如紫外(UV)、深UV、可见光等，在半导体器件设计中产生精细的图案。许多种半导体器件都能够用光刻技术制造，如二极管、三极管和集成电路。

在半导体器件制造工艺中，为了达到光刻机剂量控制的要求，通常需要扫描光刻机的照明系统形成一维梯形光强分布的照明场，还需要改变照明场的大小以适应不同的工艺条件和半导体晶片尺寸。图1显示了典型的一维梯形光强分布照明场10，其在一维(x)方向上具有均匀光强分布11，在与之正交的另一维(y)方向上具有梯形光强分布12。

图2显示了目前普遍使用的产生一维梯形光强分布照明场的方法。首先，产生一个均匀照明场20，然后将均匀照明场20离焦，使得照明场由中央向边缘光强逐渐减弱，并在离焦面上放置刀口21、22。在xz平面上，刀口21在离焦面挡光，由于边缘的光线被阻挡，使得照明场在x方向上具有均匀光强分布；在yz平面上，刀口22没有挡光，因此由离焦造成了照明场在y方向上具有梯形光强分布，从而获得所需的梯形光强分布照明场。这种方法的一大缺点是刀口21、22挡光会造成光能损失，同时也会降低系统的透过率。

除了上述离焦方法外，SVG公司在美国专利US 5631721中揭露了一种产生一维梯形光强分布照明场的光刻照明系统。如图3(a)所示，该照明系统包括：光源31，光束调节器32，多焦点阵列元件33，聚光镜34，阵列光学元件35，两个刀口36、37，像散中继透镜38，以及掩模版39。光源31发出的光经过光束调节器32后被扩束，再经过多焦点阵列元件33形成多个二次光源。利用聚光镜34和位于聚光镜34后的阵列光学元件35可将二次光源均匀地投射到36平面上。这里的阵列光学元件35可以是衍射光学元件，也可以是微透镜阵列，它的作用是用来改变出射光的光束角分布，即改变照明系统的照明模式。

图3(b)是图3(a)照明系统后半部分的详细结构，在该照明系统中，像散中继透镜38包含两个柱面透镜(图中未示出)，因此，具有36和37两个与照明场39共轭的平面。其中36平面在x方向与照明场39共轭，37平面在y方向与照明场39共轭。由于从阵列光学元件35出射的光束均匀照明36平面，因此36平面具有均匀光强分布，37平面具有梯形光强分布(由于37平面相对36平面空间分离)。这样，在像散中继透镜38的像面39上获得了一维梯形光强分布。

上述照明系统的一大缺点是必须使用中继透镜38才能获得大小连续可调的一维梯形光强分布照明场39，中继透镜38的使用降低了照明系统的透过率，增加了系统结构的复杂性。

此外，在半导体器件的光刻制作中，还要求照明系统具有可变的照明模式，以满足不同的光刻需求；具有连续可变的部分相干性，使照明系统光瞳的外径和内径大小连续可调；以及具有满足远心要求的照明场。为此，迫切需要一种结构简单、透过率高，且能符合上述各种性能要求的光刻照明系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻照明系统，它光学结构简单、系统透过率高，不仅能产生大小可调节并满足远心要求的一维梯形光强分布照明场，而且能提供多种照明模式，同时，具有连续可变的部分相干性。

本发明的目的是这样实现的：一种光刻照明系统，其实质性特点在于，所述的光刻照明系统依次包括：光源，用于产生照明光束；光瞳整形模块，接收所述光源产生的照明光束，并形成具有特定截面形状的照明光束；微透镜阵列模块，接收来自所述光瞳整形模块的照明光束，并形成具有一维梯形光强分布的照明光束；以及聚光镜，接收来自所述微透镜阵列模块的照明光束，并将会聚后的照明光束投射到一照明场上；其中，所述的微透镜阵列模块包括至少两个微透镜阵列和两对刀口阵列。

在上述的光刻照明系统中，所述光源产生的照明光束的波长选自248nm、193nm、157nm和126nm组成的集合。

在上述的光刻照明系统中，所述的光瞳整形模块是一个孔径光阑。

在上述的光刻照明系统中，所述的光瞳整形模块还包括混光元件。

在上述的光刻照明系统中，所述的光瞳整形模块包括：扩束器、混光元件和光阑。

在上述的光刻照明系统中，所述的特定截面形状选自圆形、环形、双极形和四极形组成的集合。

在上述的光刻照明系统中，所述的微透镜阵列模块具有矩形的数值孔径。