專利名稱：用于微光刻的照明光學系統的制作方法
用于^:光刻的照明光學系統
本發明涉及微光刻領域，更具體的說，是涉及微光刻法設備中的一套照明 光學系統。
背景技術：
現有光刻法中采用高壓汞燈照明的光學系統，主要對g (436nm) h ( 405nm ) i (365nm)三線進行曝光，在涂有光刻膠的硅片上得到一定的光刻膠圖形，再 通過刻蝕等步驟使硅片上得到同樣的光刻膠圖形。
根據不同的曝光要求，硅片面上有時需要不同的曝光視場，數值孔徑或相 干因子。
現有的技術主要是將照明系統的聚光透鏡或中繼透鏡用變焦透鏡組來替 代，不同的焦距對應不同的曝光視場、數值孔徑或相干因子。
如美國專利US5245384采用了變焦的聚光鏡改變相干因子。請參考圖1, 該系統其包括汞燈l，橢圓反射鏡2，準直鏡3，濾波片4，變焦系統5，復眼透 鏡6,孔徑光闌7，聚光鏡8，物鏡系統9，掩模面R以及珪片面W。光源即汞 燈1所發出的光經過準直鏡3變成平行光，經過變焦鏡組50a，改變投射到復眼 透鏡6上的光斑尺寸。復眼透鏡6產生的不同尺寸大小的次級光源面在橢圓反 射鏡的出射端口的共軛面的附近，由復眼透鏡6產生的不同尺寸的次級光源， 再經過中繼系統，照射到掩模面R上。
微光刻設備中為了適應不同的線寬要求，如關鍵層和非關鍵層等，要求有 不同的相干因子，或不同的曝光視場，或不同的數值孔徑。在上述先前^t支術的 系統中可采用變焦的中繼透鏡來改變相干因子等。再請參考圖2,當圖2中的中 繼透鏡的前組，往前移動時，出射的數值孔徑減小，視場增大，相干因子減小。
然而對于現有技術來說，需要一套變焦鏡來實現相干因子的變化，特別在 變焦范圍較大時，結構更是比較復雜，設計制造不容易實現，也增加了設計制
3造的成本。
發明內容
本發明提供一種用于微光刻的照明系統，能用簡單的方法達到改變相干因 子的目的，簡化結構降低成本。
為了到達上述目的，本發明提出一種用于微光刻的照明光學系統，該系統
包括
光源；石英棒，位于所述光源的光路上，所述光源發出的光經由所述石英 棒的入射端進入并經由出射端射出；中繼透鏡，位于所述石英棒的出射端的射 出光路上；照明場，位于所述中繼透鏡的出光光路上；其中所iiJ5英棒的入射 端和出射端具有不同的口徑。
進一步的，該系統包括電機帶動所述石英棒進行180度旋轉。
進一步的，所述電才幾為步進電才幾。
進一步的，所述光源為高壓汞燈。
進一步的，所述中繼透鏡為變焦鏡組，包括第一變焦透鏡和第二變焦透鏡。 進一步的，所述照明場為掩才莫面。
進一步的，該系統包括聚光單元，位于所述光源和石英棒之間的光路上。 進一步的，所述聚光單元為變焦鏡組。
本發明提出的用于^L光刻的照明系統，利用兩端不同面積的石英棒，并用 步進電機控制石英棒的位置，只需旋轉石英棒180度就可實現數值孔徑和曝光 視場的變換，比用變焦鏡組實現數值孔徑和曝光視場的變換要簡單易行，設計 制造相對筒單，成本降低。
使用該系統的微光刻方法比用變焦透鏡組改變數值孔徑的方法要簡單易 行，在設計制造上更加容易實現，用電機控制石英棒的位置，可以達到較高的 精度。單獨使用勻光棒旋轉變化數值孔徑、相干因子時，可以有兩檔變化。當 要實現大范圍的數值孔徑、相干因子變化時，如果單用變焦透鏡，可能會造成 結構復雜，設計制造成本增加，如果和這種勻光棒旋轉配合使用，變焦透鏡的 結構可以簡化，設計制造成本降低。
圖1所示為美國專利US5245384中的使用變焦聚光鏡改變相干因子的光學 系統。
圖2所示為美國專利US5245384中使用中繼透鏡變焦改變視場、數值孔徑 的示意圖。
圖3 (a)和圖3 (b)所示為本發明第一較佳實施例的照明系統的方案圖。 圖4 (a)和圖4 (b)所示為本發明第二較佳實施例的照明系統的方案圖。
具體實施例方式
為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。 本發明提供一種用于微光刻的照明系統，能用簡單的方法達到改變相干因 子的目的，簡化結構降^f氐成本。
本發明利用兩端不同面積的石英棒，即勻光棒，通過步進電機帶動其180 °旋轉，可實現不同數值孔徑，即相干因子的變換。這種方法比用變焦透鏡組 改變數值孔徑的方法要簡單易行，在設計制造上更加容易實現，用電機控制石 英棒的位置，可以達到較高的精度。單獨使用勻光棒旋轉變化數值孔徑、相干 因子時，可以有兩檔變化。當要實現大范圍的數值孔徑、相干因子變化時，如 杲單用變焦透鏡，可能會造成結構復雜，設計制造成本增加，如果和這種勻光 棒旋轉配合使用，變焦透鏡的結構可以簡化，設計制造成本P爭低。 衡量一個光學系統收集光線的能力是用拉赫不變量L: L =呵 (1)
n是所在介質的折射率，u為孔徑角，y為視場大小。
在角度較大的照明系統中，由于式(1)是對小角度的光學系統的近似，在 大角度的時候，采用數值孔徑NA (sinu)代替孔徑角u，可以獲得更好的接近 真實系統的拉赫不變量Lo。這時用石英棒端口直徑D代替y,可以適應本發明 的說明。
L0 = nDsinu
根據拉赫不變量，在石英棒兩端的拉赫不變量不變，即 Dinsi皿in = Doutsinuout
5如果石英棒的出射端口徑是入射端直徑的k倍，則出射的數值孔徑將是入
射的數值孔徑的1/k倍。
請參考圖3 (a)和圖3 (b)，圖3 (a)和圖3 (b)所示為本發明第一較佳 實施例的照明系統的方案圖。本發明提出一種用于微光刻的照明光學系統，該 系統包括光源100,在本發明較佳實施例中可為高壓汞燈；石英棒200，位于 所述光源100的光路上，所述光源100發出的光經由所述石英棒200的入射端 進入并經由出射端射出；中繼透鏡300,位于所述石英棒200的出射端的射出光 路上；照明場400，位于所述中繼透鏡300的出光光路上，在本發明較佳實施例 中照明場400可為掩才莫面。本系統采用兩端不同面積大小的勻光棒，同樣數值 口徑的光，由高壓汞燈100射出，經過兩種位置的石英棒200，再經過中繼透鏡 300，照明掩模面400。石英棒200 —端口徑是10mm,另 一端口徑是20mm,石 英棒長IIO腿。
在圖3 (a)中石英棒200出射端的口徑是入射端口徑的1/2,則入射的數值 孔徑0.2,在出射端凄t值孔徑變為0.4。 才艮據Dinsinuin = Doutsinuout Dout=l/2Dta sinuout = 2simiin
經過放大率為1倍的中繼透鏡300,在掩模面400上得到和石英棒200出射 端大小一樣的照明面，曝光^L場為10xlOmm。
用步進電機500控制石英棒200的位置，在需要改變相干因子的時候，將 石英棒200繞Y方向旋轉，使圖3 (a)中石英棒200的出射端變成入射端，入 射端變成出射端，如圖3(b)。當入射的數值孔徑仍為0.2時，石英棒200出射 的數值孔徑為0.1。經過放大率為1的中繼透鏡300，在掩模面400上得到的照 明面的口徑是石英棒200旋轉前的口徑的2倍，曝光視場為20 x 20mm。
通過石英棒200位置的變換，在掩模面400上得到了數值孔徑減小1/4，曝 光視場增大兩倍的照明，相干因子也相應增大了兩倍。
這里用步進電機500控制石英棒200的旋轉，要根據石英棒200的位置精 度選擇合適精度的電機控制方案，并要求一定的旋轉速度，以不影響曝光效率 為前提。另外，中繼透鏡300也可以采用變焦鏡組，其包括第一變焦透鏡310和第 二變焦透鏡320。如果在石英棒200和汞燈光源IOO之間加上聚光單元(圖中未 示)，聚光單元也可以采用變焦透鏡，這樣照明視場就可以實現多種視場、多種 數值孔徑的變換了。
再請參考圖4 (a)和圖4 (b),圖4 (a)和圖4 (b)所示為本發明第二較 佳實施例的照明系統的方案圖。圖4 (a)和圖4 (b)為采用變焦的中繼透鏡的 方案圖，采用變焦的中繼透鏡和石英棒旋轉共同實現對數值孔徑、曝光視場、 相干因子的改變。圖4 (b)將圖4 (a)第一組中繼透鏡310a的位置向-Z方向 移動了Ad，第二組中繼透鏡320a保持不變，則視場增加了AS，數值孔徑相應 會減小AN。在圖4(b)中，石英棒200a旋轉后，中繼透鏡300a設計為放大率 1.15，照明的出射數值孔徑為0.087，曝光^L場為23 x23mm。該照明系統用簡 單易行的方法，改變了數值孔徑、曝光視場、相干因子，比原先單用變焦鏡組 的方法簡便容易。
綜上所述，本發明提出的用于微光刻的照明系統，利用兩端不同面積的石 英棒，并用步進電機控制石英棒的位置，只需旋轉石英棒180度就可實現數值 孔徑和曝光視場的變換。
使用該系統的微光刻方法比用變焦透鏡組改變數值孔徑的方法要簡單易 行，在設計制造上更加容易實現，用電機控制石英棒的位置，可以達到較高的 精度。單獨使用勻光棒旋轉變化數值孔徑、相干因子時，可以有兩檔變化。當 要實現大范圍的數值孔徑、相干因子變化時，如果單用變焦透鏡，可能會造成 結構復雜，設計制造成本增加，如果和這種勻光棒旋轉配合使用，變焦透鏡的 結構可以簡化，設計制造成本降低。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明 所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各 種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1. 一種用于微光刻的照明光學系統，包括光源；石英棒，位于所述光源的光路上，所述光源發出的光經由所述石英棒的入射端進入并經由出射端射出；中繼透鏡，位于所述石英棒的出射端的射出光路上；照明場，位于所述中繼透鏡的出光光路上；其特征在于所述石英棒的入射端和出射端具有不同的口徑。
2. 根據權利要求1所述的用于微光刻的照明光學系統，其特征在于該系統 包括電機帶動所述石英棒進行180度旋轉。
3. 根據權利要求2所述的用于微光刻的照明光學系統，其特征在于所述電 機為步進電機。
4. 根據權利要求1所述的用于微光刻的照明光學系統，其特征在于所述光 源為高壓汞燈。
5. 根據權利要求l所述的用于微光刻的照明光學系統，其特征在于所述中 繼透鏡為變焦鏡組，包括第一變焦透鏡和第二變焦透鏡。
6. 根據權利要求1所述的用于微光刻的照明光學系統，其特征在于所述照 明場為掩才莫面。
7. 根據權利要求1所述的用于微光刻的照明光學系統，其特征在于該系統 包括聚光單元，位于所述光源和石英棒之間的光路上。
8. 根據權利要求7所述的用于微光刻的照明光學系統，其特征在于所述聚 光單元為變焦鏡組。
全文摘要
本發明提出一種用于微光刻的照明光學系統，該系統包括光源；石英棒，位于所述光源的光路上，所述光源發出的光經由所述石英棒的入射端進入并經由出射端射出；中繼透鏡，位于所述石英棒的出射端的射出光路上；照明場，位于所述中繼透鏡的出光光路上，該系統還包括步進電機帶動所述石英棒進行180度旋轉。本發明提供的用于微光刻的照明系統，能用簡單的方法達到改變相干因子的目的，或者簡化變焦透鏡的設計復雜度，達到簡化結構降低成本的目的。
文檔編號G03F7/20GK101477317SQ20091004606
公開日2009年7月8日 申請日期2009年2月10日 優先權日2009年2月10日
發明者張祥翔 申請人:上海微電子裝備有限公司