专利名称：一种用于微光刻的照明光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微光刻法，更具体的说，涉及微光刻法设备中的一套照明光学 系统。
背景技术：
现有光刻法中采用高压汞灯照明的光学系统，主要对g (436nm) h ( 405nm) i (365nm)三线进行曝光，在涂有光刻胶的硅片上得到一定的光刻胶图形，再 通过刻蚀等步骤使硅片上得到同样的光刻胶图形。但汞灯由于能量不集中，损耗大，经过多组中继透镜和匀光器后，得到的 镨线能量往往不能满足曝光的要求。US20050083685采用了两组汞灯的结构， 将三根石英棒拼接后进行匀光，虽然增多了光源数，但是从汞灯出来的光直接 进入石英棒，仍然有很多能量损耗，而且第l、 2根石英棒和第3根石英棒的耦 合还有耦合效率的问题。另外，和汞灯配合使用的匀光器是石英棒和微透镜，石英棒不仅起到匀光 的作用，还可以限制光束口径，产生方形视场；微透镜在匀光的同时也可防止 光线聚焦能量过强损坏下一元件的端面，现有技术一般单独使用一种匀光器， 在单汞灯的情况下能够得到较好的匀光效果，如美国专利US5, 906, 429和 US6,249，382B1。为了得到更大的曝光谱线能量，同时也能得到优良的匀光效果，这就需要 多个汞灯，并综合多种匀光器。发明内容本发明的目的在于提供一种用于微光刻的照明光学系统，用于465nm、 405nm、 365nm甚至更短波长的光刻机上，产生大能量、均匀的照明-f见场。为了达到上述目的，本发明提供一种用于微光刻的照明光学系统，包括两个或两个以上带椭球反射镜的高压汞灯光源，与该高压汞灯光源数目相同的石 英棒匀光系统，二次匀光系统，聚光镜模块，中继透镜模块和掩模板。该高压 汞灯光源位于该椭球反射镜的一个焦点上，该高压汞灯光源发出的光进入该石 英棒匀光系统，该石英棒匀光系统射出的光同时进入该二次匀光系统，该二次 匀光系统出射的光进入该聚光镜模块，经过聚光镜模块后，次级光源成像在该 中继透镜模块的物方焦面，该中继透镜模块在掩模板位置形成远心照明视场。该石英棒匀光系统包括入射光导入45。棱镜，出射光导出45。棱镜和石英棒。 该入射光导入45。棱镜的入射端位于与该石英棒勻光系统对应的该高压汞灯光 源的椭球反射镜的另 一个焦点上；该入射光导入45°棱镜的出射端紧贴该石英棒 的一端；该石英棒的另一端紧贴该出射光导出45。棱镜的入射端；所有出射光导 出45。棱镜的出射端相互紧靠，并位于同一平面内。该二次匀光系统可以是两组微透镜阵列，其中一个微透镜阵列紧贴该石英 棒匀光系统的出射端，该两组微透镜阵列的弯曲面相对放置，相距为该微透镜 阵列的焦距。该二次匀光系统也可以是镀膜的补偿板，该补偿板紧贴该石英棒 匀光系统的出射端。该聚光镜模块包括准直镜和场镜，该场镜位于该准直镜焦点附近。该中继透镜才莫块为4F双远心结构。本发明不仅可以用于光刻机中的曝光系统中的照明光学系统，还可以用作 对准系统的照明光学系统。本发明的用于微光刻的照明光学系统特别适合多个汞灯光源同时使用的情 况，可以均匀两组以上的光源。使用多个能量较小的汞灯组合成能量较大的汞 灯光源，可得到大能量的照明视场。每个汞灯的能量小，温度低，则所需要的 单独的冷却系统筒单。本发明的用于微光刻的照明光学系统可以有效的减小单个石英棒的截面尺 寸和长度，不仅提高了石英棒的成品率，降低成本，还有效的改善匀光效果， 扩大勻光面积。众所周知，石英棒匀光效果取决于光线在石英棒内的反射次数。 当石英棒截面尺寸确定后，石英棒越长，匀光效果越好。而过长的尺寸往往是 系统总体结构无法接受的。本发明采用多根石英棒，每根石英棒具有小的截面 尺寸，这就使得单位长度的石英棒内部光线反射次数大大增加。而总的照明场大小由于多根石英棒的截面拼接实现。既保证了照明场大小，又减小了石英棒 的尺寸。而且石英棒不用做的很长，提高石英棒成品率，降低成本。本发明的用于微光刻的照明光学系统用微透镜阵列进行二次匀光，和石英 棒匀光很好的整合在一起。拼接石英棒后，同一石英棒出射截面均匀性较好， 但不同石英棒间的截面均匀性可能存在差异，于是用微透镜匀光，可以在准直 镜的焦面上将石英棒形成的多个次级光源》丈大，通过二次匀光改善了均匀性。本发明的用于微光刻的照明光学系统有很好的拓展性。微透镜阵列可以用 具有相同功能的模块取代，比如考虑到不同石英棒间的截面均匀性可能存在差 异可以分别在截面上镀膜或增加补偿板改善均匀性。
图1为本发明采用两个高压汞灯光源的实施例系统光路图； 图2为本发明采用两个石英棒匀光系统的 一 种实现形式结构图； 图3为本发明采用两个石英棒匀光系统的另 一种实现形式结构图； 图4为本发明采用四个石英棒聚光系统的 一种实现形式结构图； 图5为本发明采用补偿板的实施例系统光路图。附图中1、高压汞灯光源；2、椭球反射镜；3、平面反射镜；4、入射光 导入45。棱镜；5、石英棒；6、出射光导出45°棱镜；7、微透镜阵列；8、微透 镜阵列；9、准直镜；10、场镜；11、前组中继透镜；12、后组中继透镜；13、 掩模板；14、补偿板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明。 本发明示意图技术解决方案中已经给出，下面描述此光学系统的光线传播 途径及具体的实施情况图1 (图1为本发明采用两个高压汞灯光源的实施例系统光路图)中高压汞 灯光源1灯丝位置在椭球反射镜2内部的焦点F1处，这样才能保证光源的像在 焦点F2的正确位置。2个汞灯布置的位置可根据实际需要放置，但是通过反射 镜3的反射后，应保证椭球反射镜的焦点在石英棒5的入口处。光线经过石英棒入射端，由导入45。棱镜4导入石英棒，经过石英棒一次匀光的光线又从石英 棒出射端出射，由导出45。棱镜6导出，紧接着就进入微透镜阵列7、 8。在本发 明的一个实施例中，微透镜阵列由2组4 x 2个小透镜组成，每个透镜的半径为 6mm,厚度为2mm，两透镜阵列的弯曲面相对放置，两透镜阵列相距13mm， 13mm为每个透镜阵列的焦距。准直镜9和场镜10将微透镜阵列出来的光先混 合再会聚，在场镜附近形成均匀光面，场镜位于准直镜焦点附近，不改变光焦 度，但使光线发散角变小。前组中继透镜11和后组中继透镜12的作用是把场 镜附近的匀光面放大，本实例中中继透镜组是放大率为3的4F双远心光路。场 镜将次级光源成像在前组中继透镜的物方焦面。最后在后组中继透镜的像方焦 面形成有一定视场大小和强度要求的照明视场。可以根据需要增加石英棒的数量，也可以改变光进入石英棒的方向，如图2 (图2为本发明采用两个石英棒匀光系统的一种实现形式结构图)、图3 (图3 为本发明采用两个石英棒匀光系统的另一种实现形式结构图)中是采用两个石 英棒时，两种方向将光线导入石英棒的例子，图4 (图4为本发明采用四个石 英棒匀光系统的一种实现形式结构图)是采用四个石英棒匀光的例子，可以得 到更大的能量，改善匀光效果。图2、图3和图4中的石英棒的两端是用来将光线导入和导出石英棒的45° 棱镜，反射面应涂增反膜。实际微透镜阵列7紧贴石英棒5出射端的出射光导 出45。棱镜6，图中为表示清楚将其分开描绘。图5 (本发明采用补偿板的实施例系统光路图)是将微透镜换成补偿板14 的实例。补偿板14紧贴石英棒出射端的导光棱镜，聚光镜模块离补偿板一定距 离，将石英棒出射的不同视场的平行光会聚成在前组中继透镜物方焦面的许多 次级光源，最后经过4F结构的中继透镜组，形成具有一定大小和强度的照明一见 场。
权利要求
1、一种用于微光刻的照明光学系统，其特征在于包括两个或两个以上带椭球反射镜的高压汞灯光源；与所述高压汞灯光源数目相同的石英棒匀光系统；二次匀光系统；聚光镜模块；中继透镜模块；和掩模板；所述高压汞灯光源位于所述椭球反射镜的一个焦点上；所述高压汞灯光源发出的光进入所述石英棒匀光系统；所述石英棒匀光系统射出的光同时进入所述二次匀光系统；所述二次匀光系统出射的光进入所述聚光镜模块；经过聚光镜模块后，次级光源成像在所述中继透镜模块的物方焦面；所述中继透镜模块在掩模板位置形成远心照明视场。
2、 根据权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 石英棒匀光系统包括入射光导入45。棱4竟； 出射光导出45。棱镜；和 石英棒；所述入射光导入45。棱镜的入射端位于与所述石英棒勻光系统对应的所述 高压汞灯光源的椭球反射镜的另一个焦点上；所述入射光导入45。棱镜的出射端 紧贴所述石英棒的一端；所述石英棒的另一端紧贴所述出射光导出45。棱镜的入 射端；所有出射光导出45。棱镜的出射端相互紧靠，并位于同一平面内。
3、 根椐权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 二次勻光系统可以是两组微透镜阵列，其中一个微透镜阵列紧贴所述石英棒匀 光系统的出射端。
4、 根据权利要求3所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 两组微透镜阵列的弯曲面相对放置，相距为所述微透镜阵列的焦距。
5、 根据权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述二次匀光系统可以是镀膜的补偿板，所述补偿板紧贴所述石英棒匀光系统的出 射端。
6、 根据权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 聚光镜模块包括准直镜和场镜，所述场镜位于所述准直镜焦点附近。
7、 根据权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述 中继透镜模块为4F双远心结构。
全文摘要
本发明公开了一种用于微光刻的照明光学系统，使用多个汞灯作为光源，大大提高了总的光源能量，而不会使单个光源能量过大，使用多个石英棒，2组微透镜阵列作为匀光器件，有效地提高了照明均匀性和照明场光强。本发明可以作为365-465nm光刻设备的照明系统，或其他照明系统。
文档编号G03F7/20GK101216676SQ200710173570
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者张祥翔 申请人:上海微电子装备有限公司