专利名称：用于微光刻的照明光学系统的制作方法
用于^:光刻的照明光学系统
本发明涉及微光刻领域，更具体的说，是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。
根据不同的曝光要求，硅片面上有时需要不同的曝光视场，数值孔径或相 干因子。
现有的技术主要是将照明系统的聚光透镜或中继透镜用变焦透镜组来替 代，不同的焦距对应不同的曝光视场、数值孔径或相干因子。
如美国专利US5245384采用了变焦的聚光镜改变相干因子。请参考图1, 该系统其包括汞灯l，椭圆反射镜2，准直镜3，滤波片4，变焦系统5，复眼透 镜6,孔径光阑7，聚光镜8，物镜系统9，掩模面R以及珪片面W。光源即汞 灯1所发出的光经过准直镜3变成平行光，经过变焦镜组50a，改变投射到复眼 透镜6上的光斑尺寸。复眼透镜6产生的不同尺寸大小的次级光源面在椭圆反 射镜的出射端口的共轭面的附近，由复眼透镜6产生的不同尺寸的次级光源， 再经过中继系统，照射到掩模面R上。
微光刻设备中为了适应不同的线宽要求，如关键层和非关键层等，要求有 不同的相干因子，或不同的曝光视场，或不同的数值孔径。在上述先前^t支术的 系统中可采用变焦的中继透镜来改变相干因子等。再请参考图2,当图2中的中 继透镜的前组，往前移动时，出射的数值孔径减小，视场增大，相干因子减小。
然而对于现有技术来说，需要一套变焦镜来实现相干因子的变化，特别在 变焦范围较大时，结构更是比较复杂，设计制造不容易实现，也增加了设计制
3造的成本。
发明内容
本发明提供一种用于微光刻的照明系统，能用简单的方法达到改变相干因 子的目的，简化结构降低成本。
为了到达上述目的，本发明提出一种用于微光刻的照明光学系统，该系统
包括
光源；石英棒，位于所述光源的光路上，所述光源发出的光经由所述石英 棒的入射端进入并经由出射端射出；中继透镜，位于所述石英棒的出射端的射 出光路上；照明场，位于所述中继透镜的出光光路上；其中所iiJ5英棒的入射 端和出射端具有不同的口径。
进一步的，该系统包括电机带动所述石英棒进行180度旋转。
进一步的，所述电才几为步进电才几。
进一步的，所述光源为高压汞灯。
进一步的，所述中继透镜为变焦镜组，包括第一变焦透镜和第二变焦透镜。 进一步的，所述照明场为掩才莫面。
进一步的，该系统包括聚光单元，位于所述光源和石英棒之间的光路上。 进一步的，所述聚光单元为变焦镜组。
本发明提出的用于^L光刻的照明系统，利用两端不同面积的石英棒，并用 步进电机控制石英棒的位置，只需旋转石英棒180度就可实现数值孔径和曝光 视场的变换，比用变焦镜组实现数值孔径和曝光视场的变换要简单易行，设计 制造相对筒单，成本降低。
使用该系统的微光刻方法比用变焦透镜组改变数值孔径的方法要简单易 行，在设计制造上更加容易实现，用电机控制石英棒的位置，可以达到较高的 精度。单独使用匀光棒旋转变化数值孔径、相干因子时，可以有两档变化。当 要实现大范围的数值孔径、相干因子变化时，如果单用变焦透镜，可能会造成 结构复杂，设计制造成本增加，如果和这种匀光棒旋转配合使用，变焦透镜的 结构可以简化，设计制造成本降低。
图1所示为美国专利US5245384中的使用变焦聚光镜改变相干因子的光学 系统。
图2所示为美国专利US5245384中使用中继透镜变焦改变视场、数值孔径 的示意图。
图3 (a)和图3 (b)所示为本发明第一较佳实施例的照明系统的方案图。 图4 (a)和图4 (b)所示为本发明第二较佳实施例的照明系统的方案图。
具体实施例方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。 本发明提供一种用于微光刻的照明系统，能用简单的方法达到改变相干因 子的目的，简化结构降^f氐成本。
本发明利用两端不同面积的石英棒，即匀光棒，通过步进电机带动其180 °旋转，可实现不同数值孔径，即相干因子的变换。这种方法比用变焦透镜组 改变数值孔径的方法要简单易行，在设计制造上更加容易实现，用电机控制石 英棒的位置，可以达到较高的精度。单独使用匀光棒旋转变化数值孔径、相干 因子时，可以有两档变化。当要实现大范围的数值孔径、相干因子变化时，如 杲单用变焦透镜，可能会造成结构复杂，设计制造成本增加，如果和这种匀光 棒旋转配合使用，变焦透镜的结构可以简化，设计制造成本P争低。 衡量一个光学系统收集光线的能力是用拉赫不变量L: L =呵 (1)
n是所在介质的折射率，u为孔径角，y为视场大小。
在角度较大的照明系统中，由于式(1)是对小角度的光学系统的近似，在 大角度的时候，采用数值孔径NA (sinu)代替孔径角u，可以获得更好的接近 真实系统的拉赫不变量Lo。这时用石英棒端口直径D代替y,可以适应本发明 的说明。
L0 = nDsinu
根据拉赫不变量，在石英棒两端的拉赫不变量不变，即 Dinsi皿in = Doutsinuout
5如果石英棒的出射端口径是入射端直径的k倍，则出射的数值孔径将是入
射的数值孔径的1/k倍。
请参考图3 (a)和图3 (b)，图3 (a)和图3 (b)所示为本发明第一较佳 实施例的照明系统的方案图。本发明提出一种用于微光刻的照明光学系统，该 系统包括光源100,在本发明较佳实施例中可为高压汞灯；石英棒200，位于 所述光源100的光路上，所述光源100发出的光经由所述石英棒200的入射端 进入并经由出射端射出；中继透镜300,位于所述石英棒200的出射端的射出光 路上；照明场400，位于所述中继透镜300的出光光路上，在本发明较佳实施例 中照明场400可为掩才莫面。本系统采用两端不同面积大小的匀光棒，同样数值 口径的光，由高压汞灯100射出，经过两种位置的石英棒200，再经过中继透镜 300，照明掩模面400。石英棒200 —端口径是10mm,另 一端口径是20mm,石 英棒长IIO腿。
在图3 (a)中石英棒200出射端的口径是入射端口径的1/2,则入射的数值 孔径0.2,在出射端凄t值孔径变为0.4。 才艮据Dinsinuin = Doutsinuout Dout=l/2Dta sinuout = 2simiin
经过放大率为1倍的中继透镜300,在掩模面400上得到和石英棒200出射 端大小一样的照明面，曝光^L场为10xlOmm。
用步进电机500控制石英棒200的位置，在需要改变相干因子的时候，将 石英棒200绕Y方向旋转，使图3 (a)中石英棒200的出射端变成入射端，入 射端变成出射端，如图3(b)。当入射的数值孔径仍为0.2时，石英棒200出射 的数值孔径为0.1。经过放大率为1的中继透镜300，在掩模面400上得到的照 明面的口径是石英棒200旋转前的口径的2倍，曝光视场为20 x 20mm。
通过石英棒200位置的变换，在掩模面400上得到了数值孔径减小1/4，曝 光视场增大两倍的照明，相干因子也相应增大了两倍。
这里用步进电机500控制石英棒200的旋转，要根据石英棒200的位置精 度选择合适精度的电机控制方案，并要求一定的旋转速度，以不影响曝光效率 为前提。另外，中继透镜300也可以采用变焦镜组，其包括第一变焦透镜310和第 二变焦透镜320。如果在石英棒200和汞灯光源IOO之间加上聚光单元(图中未 示)，聚光单元也可以采用变焦透镜，这样照明视场就可以实现多种视场、多种 数值孔径的变换了。
再请参考图4 (a)和图4 (b),图4 (a)和图4 (b)所示为本发明第二较 佳实施例的照明系统的方案图。图4 (a)和图4 (b)为采用变焦的中继透镜的 方案图，采用变焦的中继透镜和石英棒旋转共同实现对数值孔径、曝光视场、 相干因子的改变。图4 (b)将图4 (a)第一组中继透镜310a的位置向-Z方向 移动了Ad，第二组中继透镜320a保持不变，则视场增加了AS，数值孔径相应 会减小AN。在图4(b)中，石英棒200a旋转后，中继透镜300a设计为放大率 1.15，照明的出射数值孔径为0.087，曝光^L场为23 x23mm。该照明系统用简 单易行的方法，改变了数值孔径、曝光视场、相干因子，比原先单用变焦镜组 的方法简便容易。
综上所述，本发明提出的用于微光刻的照明系统，利用两端不同面积的石 英棒，并用步进电机控制石英棒的位置，只需旋转石英棒180度就可实现数值 孔径和曝光视场的变换。
使用该系统的微光刻方法比用变焦透镜组改变数值孔径的方法要简单易 行，在设计制造上更加容易实现，用电机控制石英棒的位置，可以达到较高的 精度。单独使用匀光棒旋转变化数值孔径、相干因子时，可以有两档变化。当 要实现大范围的数值孔径、相干因子变化时，如果单用变焦透镜，可能会造成 结构复杂，设计制造成本增加，如果和这种匀光棒旋转配合使用，变焦透镜的 结构可以简化，设计制造成本降低。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明 所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各 种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1. 一种用于微光刻的照明光学系统，包括光源；石英棒，位于所述光源的光路上，所述光源发出的光经由所述石英棒的入射端进入并经由出射端射出；中继透镜，位于所述石英棒的出射端的射出光路上；照明场，位于所述中继透镜的出光光路上；其特征在于所述石英棒的入射端和出射端具有不同的口径。
2. 根据权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于该系统 包括电机带动所述石英棒进行180度旋转。
3. 根据权利要求2所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述电 机为步进电机。
4. 根据权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述光 源为高压汞灯。
5. 根据权利要求l所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述中 继透镜为变焦镜组，包括第一变焦透镜和第二变焦透镜。
6. 根据权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述照 明场为掩才莫面。
7. 根据权利要求1所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于该系统 包括聚光单元，位于所述光源和石英棒之间的光路上。
8. 根据权利要求7所述的用于微光刻的照明光学系统，其特征在于所述聚 光单元为变焦镜组。
全文摘要
本发明提出一种用于微光刻的照明光学系统，该系统包括光源；石英棒，位于所述光源的光路上，所述光源发出的光经由所述石英棒的入射端进入并经由出射端射出；中继透镜，位于所述石英棒的出射端的射出光路上；照明场，位于所述中继透镜的出光光路上，该系统还包括步进电机带动所述石英棒进行180度旋转。本发明提供的用于微光刻的照明系统，能用简单的方法达到改变相干因子的目的，或者简化变焦透镜的设计复杂度，达到简化结构降低成本的目的。
文档编号G03F7/20GK101477317SQ20091004606
公开日2009年7月8日 申请日期2009年2月10日 优先权日2009年2月10日
发明者张祥翔 申请人:上海微电子装备有限公司