[发明专利]具有校正特征的光均质化元件

说明书

描述了光均质化元件。光均质化元件包括具有校正特征的透镜阵列，该校正特征被设计成改善由光源产生的光场的均匀度。校正特征包括放置在透镜阵列中的所选小透镜的所选位置处的掩模。校正特征阻挡或减少穿过该所选位置处的透镜阵列的光的透射，以校正由光源产生的光场中的空间或角度不均匀性。包括耦合至光源的经校正透镜阵列的照明系统产生高度均匀的光场。应用包括微光刻。

本申请要求于2018年6月27日提交的美国临时申请序列号62/690398的优先权的权益，该申请的内容通过援引整体纳入于此。

技术领域

本公开涉及用于照明系统的光均质化元件(light homogenizing element)。更具体地，本公开涉及在照明系统的图像平面处递送高度均匀光分布的光均质化元件。更具体地，本公开涉及包括具有多个小透镜(lenslet)的透镜阵列的光均质化元件，其中至少一个小透镜的孔径被掩蔽以校正入射到透镜阵列的光场中的不均匀性。

背景技术

投影系统，且尤其是微光刻投影系统，需要均匀的电磁能场来照亮诸如掩模或空间光调制器之类的物体。然后，该能量由光学系统传递，以照亮晶圆或在某个其他位置产生图像。如果该场不均匀，则图像的曝光将不均匀。

许多当前微光刻照明器使用低压汞弧灯来生成365nm光。大型灯及其相关联的公用设施昂贵、低效，并且可能引起潜在的安全问题。从灯源移动到发光二极管(LED)源在所有这些方面做出改进。这些LED可被放置为阵列并被均质化，以在光罩(reticle)平面上产生均匀的光场。LED管芯在半导体制造过程中制造，这导致用于制造管芯的可重复的结构和图案。

有几种使LED均匀化的可能方法。两种最高效的方法是使用一对透镜阵列或万花筒，也称为光隧道或积分棒(integrating bar)。每种方法都有优点和缺点。透镜阵列解决方案的缺点在于：在透镜阵列解决方案中不能使奇数阶的不均匀性均匀化。还存在可产生均匀度的细微和微小变化的制造变化，在传统透镜阵列或光隧道照明器无法弥补这些变化。例如，透镜元件上的涂层中的变化将根据该场改变透射率，且这对最终均匀度具有影响。特别地，微光刻系统对光场的均匀度具有极严格的容差，以使得微电子电路被一致地印刷在晶圆上。

如果将LED阵列用作源并且所有LED都取向在相同的时钟位置，则将向照明系统呈现对辐照度图案的倾斜。由于该倾斜是奇函数，所以透镜阵列不能校正该不均匀性。通过创建具有更小和更多的透镜元件的透镜阵列可将其最小化，但是这种方法可能非常昂贵且难以制造。如果使用更常规的源，则仍存在由照明系统中的瑕疵产生的不均匀性。也已用于校正不均匀性的一种方法是使用光学切趾器(optical apodizer)。光学切趾器是带有可变涂层的窗口，该窗口正好被放置在均匀平面之前。可变涂层具有可变透射函数，其降低高能区域中的透射，以产生更均匀的光场。这些光学切趾器制造困难且昂贵，并且通常仅用于校正旋转对称的不均匀性。

因此，需要一种用于固定由光源异常或投影照明系统中的制造变化引起的光场中的残留不均匀性的低成本方法。

发明内容

描述了光均质化元件。光均质化元件包括具有校正特征的透镜阵列，该校正特征被设计成改善由光源产生的光场的均匀度。校正特征包括放置在透镜阵列中的所选小透镜的所选位置处的掩模。校正特征阻挡或减少穿过该所选位置处的透镜阵列的光的透射，以校正由光源产生的光场中的空间或角度不均匀性。离开经校正透镜阵列的光场比进入透镜阵列的光场具有更大的均匀度。优选透镜阵列包括复眼阵列(fly’s eye array)。包括耦合至光源的经校正透镜阵列的照明系统产生高度均匀的光场。应用包括微光刻。

本公开延伸至：

一种光均质化元件，包括：