一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，包括准分子激光器，扩束准直系统，单排微复眼阵列，光束分布调整单元，傅里叶透镜组和控制系统。其中，光束分布调整单元由两个相互平行的微变形镜阵列和位于其间的耦合镜组组成，微变形镜阵列的每个镜单元由静电驱动可在一维方向连续旋转，使入射于其上的光束有不同的出射角，并通过傅里叶透镜组转化为目标面上不同的光斑位置，从而实现不同照明模式。本发明采用两组一维微变形镜阵列结构，避免制作同时需要高驱动器密度和高空间频率的二维可旋转微变形镜阵列结构，且两个只在一维方向上运动的微变形镜阵列制造加工方面较为简单，更利于实现光斑分布的精确控制。
【专利说明】一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及光刻设备中照明【技术领域】，具体涉及一种用于高数值孔径紫外光刻机照明系统中照明模式的产生装置。
【背景技术】
[0002]随着光刻技术的不断发展，对光刻图形的质量有了更高的要求，既要获得更好的分辨率来形成关键尺寸的图形，又要求保持合适的焦深，光刻分辨率增强技术就是解决这种问题的方法，其中离轴照明技术既可以提高分辨率又可以增大焦深，离轴照明技术包括环形照明，二级照明，四级照明等。随着光刻技术进入45nm节点及以下，要求通过合理的选择与曝光图案相匹配的光瞳形状来最大限度的提高工艺窗口，这就要求照明系统在曝光过程中具有可变的易于调节的光瞳形貌。
[0003]对于曝光过程中较复杂的光刻线条而言,光源掩膜协同优化技术(SMO, souce andmask co-optimization)是一种重要的光刻分辨率增强技术,其利用光源及掩膜间的相互作用，通过改变光源明暗图形，掩膜图形及在掩膜上添加细小辅助图形的方法，达到增强光刻图像对比度，改善工艺窗口的效果。经过SMO的优化过程，输出相对于当前芯片而言最佳的光源模式和掩膜图形，优化后的光源大多为形状对称，但分布不均匀的自由分布式光源，由于曝光时间的要求，必须在这些自由分布式光源间进行快速(通常时间<10ms)的转换，以保证对芯片上不同形状光刻线条的最佳照明。为此，中国专利CN101364048公开了一种利用液晶空间光调制器的方法，利用加电时改变液晶分子的指向来控制液晶的双折射效应，从而改变入射光波的相位调制，使得输出光束的远场衍射分布接近于所期待的图形，实现实时可控的自由照明。
[0004]但这种方法主要通过衍射实现，能量利用率较低，还需联合变焦透镜组才能完成调节照明相干因子大小的目的，在变焦镜组的动镜移动时，其与其他光学器件同心对准问题难以解决。
[0005]国际专利W02008/095695提出了一种利用微反射镜阵列来实现可编程照明的系统结构，其先将光束用阵列型器件分割成多个子光束，每个微单元能够独立调制对应的子光束，使其可向二维方向连续偏转不同的角度，从而在光瞳面上形成所需的强度模式，采用反射镜来调制光束位置，使得能量损失较小。但在这种结构中，只用一个微反射镜阵列通过静电驱动其每个单元向二维方向上偏转，在微反射镜MEMS的设计和制造上由于需要两次高精度的镜面偏转，使得制作成本极高，控制系统实现方面较困难；且由于微反射镜单元在向二维方向旋转过程中，由于耦合效应，其在X方向上光斑的偏移位置受到在y方向上角度偏转的影响，使得光斑的尺寸和位置等参数发生变化。
[0006]微变形镜阵列(DMMA)作为一种常用的波前矫正器，是自适应光学系统的重要部件之一。其中分立式变形镜阵列由于控制算法简单，驱动电压低，响应频率高等优点得到广泛的应用。在分立式变形镜阵列中，微镜反射面为平面，且每个镜单元都可以垂直运动或向不同方向旋转，本发明采用了两个可向一维方向旋转的分立式变形镜阵列，通过两个变形镜阵列分别向不同方向上的旋转，在照明目标面上获得水平方向和竖直方向上均有自由度的光斑分布，从而实现自由式的光源照明。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，其为基于微变形镜阵列的光刻照明模式产生装置，用来实现曝光过程中连续可变的照明模式，满足一些较为复杂的光刻线条的需求。
[0008]为了达到上述目的，本发明提供一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，该装置的构成包括可调准分子激光器，沿该可调准分子激光器激光输出方向的依次是扩束准直系统，单排微复眼阵列，微变形镜阵列，耦合镜组，傅里叶透镜组，照明目标面；所述微变形镜阵列包含可向Y方向一维旋转的第一微变形镜阵列，可向X方向一维旋转的第二微变形镜阵列；所述耦合镜组位于第一微变形镜阵列与第二微变形镜阵列之间，所述耦合镜组包含第一耦合镜组和第二耦合镜组；所述第一微变形镜阵列位于第一耦合镜组的前焦面上，第二微变形镜阵列位于傅里叶透镜组的前焦面上，傅里叶透镜组至少包含多片透镜；所述照明目标面位于所述傅里叶透镜组的后焦面上；
[0009]所述可调准分子激光器发出高斯光束经过扩束系统准直后，由扩束准直系统输出的准直的高斯激光光束经过单排微复眼阵列后被细分成多个子光束，这些子光束聚焦到第一微变形镜阵列上后被其反射，反射光束通过耦合镜组转向后，在第二微变形镜阵列上聚焦，被第一微变形镜阵列反射后的光束经过傅里叶透镜组成像在目标照明面上，随着第一控制系统和第二控制系统分别控制第一微变形镜阵列，第二微变形镜阵列的旋转，在目标照明面上形成不同的照明光强分布。
[0010]其中，所述入射到单排微复眼阵列上的激光光强分布可为均匀分布，也可为不均匀的超高斯分布。
[0011]其中，所述微复眼阵列与所述第一微变形镜阵列，第二微变形镜阵列的个数相等，且每个微复眼单元与第一微变形镜阵列，第二微变形镜阵列中的一个微变形镜单元相对应。
[0012]其中，所述第一微变形镜阵列，第二微变形镜阵列均为分立的可向一维方向上连续旋转的微变形镜阵列，每个镜单元表面镀有高反膜，且每个镜单元从0°旋转到其最大角度过程中，表面平均反射率超过80%。
[0013]其中，所述第一微变形镜阵列用来在目标照明面上产生y方向或X方向的光斑位移，相应的第二微变形镜阵列用来在目标照明面上产生X方向或y方向上的光斑位移，通过对照明目标面上不同位置处的反射光斑进行叠加，产生不同的照明模式。
[0014]其中，所述第一微变形镜阵列，第二微变形镜阵列和耦合镜组构成一个4f光学系统，第一微变形镜阵列上的出射光束均被锐利成像至第二微变形镜阵列上。
[0015]其中，所述第一控制系统和第二控制系统均包括实时反馈校正系统，驱动装置和控制计算机，所述反馈校正系统，驱动装置和控制计算机可以进行实时通信，第一、第二控制系统和每个镜单元间可独立寻址。
[0016]与现有技术相比，本发明具有下列优点:
[0017]本发明的两个微变形镜阵列能够同时驱动，每一个微变形镜阵列通过旋转都可调整一个方向上的光斑位置分布，增加了设计的自由度；相对于两维方向上均可旋转的微变形镜阵列而言，本发明的设计结构更为简单，制造加工上更易于实现，且成本较低，控制精度高，两个变形镜的配合使用产生更灵活多样的照明模式。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为中国专利CN101364048A所示的由液晶空间光调制器(SLM)来实现光刻模式调整的装置；
[0019]图2为本发明微变形镜阵列的微观结构及工作原理图；图2 Ca)为本发明微变形镜阵列的宏观结构示意图；图2 (b)为本发明微变形镜阵列的微观结构示意图；
[0020]图3为微变形镜阵列4对入射光束在目标照明面上的光斑位置变换原理图；图3Ca)为本发明的第一微变形镜阵列中镜单元向上旋转时的出射光路示意图；图3 (b)为本发明的第二微变形镜阵列中镜单元向左旋转时的出射光路示意图；
[0021]图4为本发明光刻照明模式产生装置结构示意图；
[0022]图5为本发明一个实现简单自由照明光瞳的实施例；图5 (a)，图5 (b)为产生的环形照明，四级照明的模拟效果图，图5 (C)，图5 (d)为产生的自由照明模拟效果图。
[0023]附图中附图标记的含义如下:
[0024]1、准分子激光器；2、扩束准直系统；3、单排微复眼阵列；
[0025]41、第一微变形镜阵列；411、第一微变形镜阵列中一个镜单元；
[0026]42、第二微变形镜阵列；421、第二微变形镜阵列中一个镜单元；
[0027]51、第一稱合镜组；52、第二稱合镜组；
[0028]6、傅里叶透镜组；7、照明目标面；
[0029]81、第一控制系统，即第一微变形镜阵列的控制系统；82、第二控制系统，即第二微变形镜阵列的控制系统。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细阐述。
[0031]图1为中国专利CN101364048A所示的由液晶空间光调制器(SLM)来实现光刻模式调整的装置，其中SLM主要利用衍射效应来产生各种照明光瞳形状，通过优化设计SLM的相位值，并将其加载到SLM的控制单元，控制出射的衍射光斑在变焦透镜镜组出瞳产生所需的光瞳形状。
[0032]针对图2介绍下本发明的微变形镜阵列的微观结构及工作原理。在本实例中，第
一、第二微变形镜阵列41、42均由4000个以上的可寻址的微变形镜单元组成，每个微变形镜单元均可以在一维方向上下旋转或左右旋转，用来改变目标照明面上出射光斑在垂直方向或水平方向上的位置，每个镜单元表面镀有高反膜，通过对反射光的强度调制产生不同的照明模式。由通过控制外加在微变形阵列基板上的驱动电压的变化，控制微变形镜阵列向一维方向上连续旋转不同的角度。
[0033]微变形镜阵列4对入射光束在目标照明面上的光斑位置变换原理如图3所示，需要指出，为了说明更为清楚，图3中将反射光路用相同光程的折射光路代替。所述微变形镜阵列4包含可向Y方向一维旋转的第一微变形镜阵列41,可向X方向一维旋转的第二微变形镜阵列42，第一、第二微变形镜阵列41，42均与水平面夹角为ω，两个耦合镜组51，52的光轴与水平面夹角均为90° -ω，耦合镜组5的中心与两个微变形镜阵列41，42、单排微复眼透镜3的中心在一条水平线上，由单排微复眼阵列3将入射的激光光束逐个聚焦到第一微变形镜阵列41上，单排微复眼阵列3的单元数与第一微变形镜阵列41的单元数相等，且其所对应的的每个单元的中心在一条直线上。当第一微变形镜阵列41中的一个镜单元411沿竖直方向(图中沿I轴方向)顺时针旋转α角时，相应的在第二微变形镜阵列42的相应镜单元421竖直方向上的光束入射角度发生改变，此时第二微变形镜阵列镜单元421的竖直方向上(图中沿y轴方向)光束入射角增量Δ炉为:
[0034]
【权利要求】
1.一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，其特征在于:该装置的构成包括可调准分子激光器(I )，沿该可调准分子激光器(I)激光输出方向的依次是扩束准直系统(2)，单排微复眼阵列(3)，微变形镜阵列(4)，耦合镜组(5)，傅里叶透镜组(6)，照明目标面(7);所述微变形镜阵列(4)包含可向Y方向一维旋转的第一微变形镜阵列(41)，可向X方向一维旋转的第二微变形镜阵列(42);所述耦合镜组(5)位于第一微变形镜阵列(41)与第二微变形镜阵列(42)之间，所述耦合镜组(5)包含第一耦合镜组(51)和第二耦合镜组(52);所述第一微变形镜阵列(41)位于第一耦合镜组(51)的前焦面上，第二微变形镜阵列(42)位于傅里叶透镜组(6)的前焦面上，傅里叶透镜组(6)至少包含多片透镜；所述照明目标面(7)位于所述傅里叶透镜组(6)的后焦面上； 所述可调准分子激光器(I)发出高斯光束经过扩束系统(2)准直后，由扩束准直系统(2)输出的准直的高斯激光光束经过单排微复眼阵列(3)后被细分成多个子光束，这些子光束聚焦到第一微变形镜阵列(41)上后被其反射，反射光束通过耦合镜组(5)转向后，在第二微变形镜阵列(42)上聚焦，被第二微变形镜阵列(42)反射后的光束经过傅里叶透镜组(6)成像在目标照明面(7)上，随着第一控制系统(81)和第二控制系统(82)分别控制第一微变形镜阵列(41)，第二微变形镜阵列(42)的旋转，在目标照明面(7)上形成不同的照明光强分布。
2.根据权利要求1所诉的一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，其特征在于，所述入射到单排微复眼阵列(3)上的激光光强分布可为均匀分布，也可为不均匀的超闻斯分布。
3.根据权利要求1所诉的一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，其特征在于，所述微复眼阵列(3)与所述第一微变形镜阵列(41)，第二微变形镜阵列(42)的个数相等，且每个微复眼单元与第一微变形镜阵列(41)，第二微变形镜阵列(42)中的一个微变形镜单元相对应。
4.根据权利要求1所诉的一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，其特征在于，所述第一微变形镜阵列(41)，第二微变形镜阵列(42)均为分立的可向一维方向上连续旋转的微变形镜阵列，每个镜单元表面镀有高反膜，且每个镜单元从0°旋转到其最大角度的过程中，表面平均反射率超过80%。
5.根据权利要求1所诉的一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，其特征在于，所述第一微变形镜阵列(41)用来在目标照明面(7)上产生y方向或X方向的光斑位移，相应的第二微变形镜阵列(42)用来在目标照明面(7)上产生X方向或y方向上的光斑位移，通过对照明目标面(7)上不同位置处的反射光斑进行叠加，产生不同的照明模式。
6.根据权利要求1所诉的一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，其特征在于，所述第一微变形镜阵列(41)，第二微变形镜阵列(42)和耦合镜组(5)构成一个4f光学系统，第一微变形镜阵列(41)上的出射光束均被锐利成像至第二微变形镜阵列(42)上。
7.根据权利要求1所述的一种用于高数值孔径投影光刻系统的照明模式产生装置，其特征在于，所述第一控制系统(81)和第二控制系统(82)均包括实时反馈校正系统，驱动装置和控制计算机，所述反馈校正系统，驱动装置和控制计算机可以进行实时通信，第一、第二控制系统和每个镜单元`间可独立寻址。
【文档编号】G03F7/20GK103869632SQ201410131217
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】邢莎莎, 林妩媚, 邢廷文, 杜猛, 张海波 申请人:中国科学院光电技术研究所