專利名稱：光刻機設備用離軸照明裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光刻機，特別是一種用于光刻機的離軸照明裝置，實現雙環形、雙二極、雙四極照明模式的離軸照明。
背景技術：
隨著芯片集成度的不斷提高和超大規模集成電路技術的發展，需要不斷提高光刻機的分辨率和焦深。如何提高光刻機的分辨率和焦深是目前的研究熱點。減小光刻機的曝光波長、提高投影物鏡的數值孔徑或者減小工藝因子都是能夠提高光刻機分辨率的有效手段，但是在采用上述手段的同時，會使投影物鏡的焦深急劇減小。通過采用離軸照明等方式可以在提高光刻機分辨率的同時增加焦深。科研人員已經開發了多種光刻分辨率增強技術，通過光瞳整形技術獲得的離軸照明是光刻機中一種常用并且有效的分辨率增強技術。光刻機需要針對不同的掩模結構選擇不同的離軸照明模式，以達到增強光刻分辨率、增大焦深、提高對比度的目的。光瞳整形技術是指在光刻系統中采用特殊設計的光學元件對入射的激光光束進行振幅和位相的調制，從而在光瞳面上獲得所需要的光場模式的一種整形技術。光瞳整形的一種常用方法是通過衍射光學元件和錐形鏡組來實現的，可以實現環形照明、二極照明和四極照明等多種光刻照明模式。隨著光刻圖形特征尺寸的不斷減小，對光刻機新型照明模式的要求也越來越高，因此研發一種產生新型照明模式的原理裝置尤為重要。中國專利“一種用于雙環形均勻照明的自由曲面透鏡”(CN101916046B)中，提出了一種實現雙環照明模式的方法。其原理是設計了一種自由曲面透鏡，使激光束入射經過自由曲面偏轉到達目標面形成對應的雙環形照明模式，但是元件加工比較復雜，并且所得雙環照明模式內外相干因子不可調，因此不適合用于光刻機曝光系統。美國專利US20090135392A1公開提出了一種實現離軸照明的空間光束調制單元，其原理是利用了微反射鏡二維陣列，并通過控制單元控制每個微反射鏡的偏轉角度來實現對應的離軸照明模式。但是該裝置每個微鏡都需要控制單元控制偏轉角度，必然增加系統的復雜度。
發明內容
本發明旨在克服上述現有技術的不足，提供一種用于光刻機的離軸照明裝置，該裝置對光刻機可實現雙環照明，雙二極照明，雙四極照明。本發明的技術解決方案如下:一種光刻機設備用離軸照明裝置，其特點在于該裝置包括照明單元、衍射光學元件單元、變焦準直鏡組、四分之一波片、負軸錐鏡、45°旋光片和正軸錐鏡；所述的照明單元由準分子激光器和擴束準直鏡組組成；上述元件的位置關系如下:沿著所述的準分子激光器的激光傳輸方向，依次是同光軸的擴束準直鏡組、衍射光學元件單元、變焦準直鏡組、四分之一波片、負軸錐鏡、旋光器、正軸錐鏡，所述的負軸錐鏡、旋光器和正軸錐鏡位于所述的變焦準直鏡組的后焦面之前；所述的衍射光學元件單元位于所述的變焦準直鏡組的前焦面處；所述的負軸錐鏡錐面的內環鍍有增透膜，該薄膜的外半徑略大于入射光束半徑；該負軸錐鏡錐面外環上鍍的高反射薄膜，該高反射膜是全反射相位延遲薄膜，該薄膜的內半徑等于所述的增透膜的外半徑，外半徑等于負軸錐鏡的通光口徑；所述的正軸錐鏡的偏振分光薄膜，鍍在錐面上，并完全覆蓋整個錐面，所述的四分之一波片的快軸與入射光的偏振方向成45°角；所述的正軸錐鏡安裝在一個沿光軸方向移動的高精度直線導軌上。所述的玻璃光學元件均采用熔融石英制成。所述的負軸錐鏡錐面的內環上鍍的增透膜，對入射光的透過率接近100%，該薄膜的外半徑略大于入射光束半徑；所述的負軸錐鏡錐面外環上鍍的高反射薄膜，對入射光的反射率接近100%，并且所述的負軸錐鏡錐面上所鍍的高反射膜是全反射相位延遲薄膜，該薄膜具有反射的P光和S光相位保持一致的特性，該薄膜的內半徑等于所述增透膜的外半徑，外半徑等于負軸錐鏡的通光口徑。所述的正軸錐鏡的偏振分光薄膜，鍍在錐面上，并完全覆蓋整個錐面，其特性為對S光反射率接近100%，對P光的透過率接近100%。所述的負軸錐鏡和正軸錐鏡的口徑取值應略大于所述的雙環照明模式外環外半徑R2的最大要求值，所述的軸錐鏡底角r的取值應介于5° 20°。所述的正軸錐鏡的偏振分光薄膜，鍍在錐面上，并完全覆蓋整個錐面，其特性為對S光反射率接近100%，對P光的透過率接近100%。偏振薄膜的設計細節已經被本領域的研究人員所熟知，具體 可以參見美國專利US005748369A“Polarizing beam splitter and anilluminating device provided with the same，，。所述的照明單元包括準分子激光器、擴束鏡；所述的四分之一波片的快軸與入射光的偏振方向成45°角；所述的元部件的位置關系如下:沿著所述的準分子激光器輸出激光光束的前進方向，所經過光學元件順序依次是擴束鏡、衍射光學元件單元、變焦準直鏡組、四分之一波片、負軸錐鏡、45 °旋光片和正軸錐鏡。本裝置中所述的玻璃光學元件均采用熔融石英，這種材料在深紫外波段的透過率高，適用于193nm、248nm等深紫外光波段。當線偏振激光光束通過所述裝置可以形成內外環半徑可調諧的雙環照明模式、雙二極照明模式和雙四極照明模式。其中，實現雙環照明模式、雙二極照明模式和雙四極照明模式時，正軸錐鏡和負軸錐鏡不用更換，僅需相應地將衍射光學元件單元更換為實現傳統照明模式、二極照明模式和四極照明模時的衍射光學元件單元。所述裝置形成的雙環照明模式的內環外半徑可以用下式表示:
,、..sin;/cos" γ.、R1 = /) +"() ( I= — S I η γ cos γ)(j)
小-f'r sin" γ
所述裝置形成的雙環照明模式的外環外半徑可以用下式表示:
權利要求
1.一種光刻機設備用離軸照明裝置，其特征在于該裝置包括照明單元、衍射光學元件單元(301)、變焦準直鏡組(302 )、四分之一波片(401)、負軸錐鏡(501)、45 °旋光片(402 )和正軸錐鏡(502);所述的照明單元由準分子激光器(101)和擴束準直鏡組(201、202)組成； 上述元件的位置關系如下: 沿著所述的準分子激光器(101)的激光傳輸方向，依次是同光軸的擴束準直鏡組(201、202)、衍射光學元件單元(301)、變焦準直鏡組(302)、四分之一波片(401)、負軸錐鏡(501)、旋光器(402)、正軸錐鏡(502)，所述的負軸錐鏡(501)、旋光器(402)和正軸錐鏡(502)位于所述的變焦準直鏡組(302)的后焦面(601)之前；所述的衍射光學元件單元(301)位于所述的變焦準直鏡組(302)的前焦面處； 所述的負軸錐鏡(501)錐面的內環鍍有增透膜，該薄膜的外半徑略大于入射光束半徑；該負軸錐鏡錐面外環上鍍的高反射薄膜，該高反射膜是全反射相位延遲薄膜，該薄膜的內半徑等于所述的增透膜的外半徑，外半徑等于負軸錐鏡的通光口徑； 所述的正軸錐鏡(502)的偏振分光薄膜，鍍在錐面上，并完全覆蓋整個錐面，所述的四分之一波片(401)的快軸與入射光的偏振方向成45°角；所述的正軸錐鏡(502)安裝在一個沿光軸方向移動的高精度直線導軌上。
2.根據權利要求1所述的光刻機設備用離軸照明裝置，其特征在于所述的玻璃光學元件均采用熔融石英制成。
3.根據權利要求1所述的光刻機設備用離軸照明裝置，其特征在于所述的負軸錐鏡錐面的內環上鍍的增透膜，對入射光的透過率接近100%，該薄膜的外半徑略大于入射光束半徑；所述的負軸錐鏡錐面外環上鍍的高反射薄膜，對入射光的反射率接近100%，并且所述的負軸錐鏡錐面上所鍍的高反射膜是全反射相位延遲薄膜，該薄膜具有反射的P光和S光相位保持一致的特性，該薄膜的內半徑等于所述增透膜的外半徑，外半徑等于負軸錐鏡的通光口徑。
4.根據權利要求1所述的光刻機設備用離軸照明裝置，其特征在于所述的正軸錐鏡的偏振分光薄膜，鍍在錐面上，并完全覆蓋整個錐面，其特性為對S光反射率接近100%，對P光的透過率接近100%。
5.根據權利要求1至4任一項所述的光刻機設備用離軸照明裝置，其特征在于所述的負軸錐鏡和正軸錐鏡的口徑取值應略大于所述的雙環照明模式外環外半徑R2的最大要求值，所述的軸錐鏡底角r的取值應介于5° 20°。
全文摘要
一種光刻機設備用離軸照明裝置，其特點在于該裝置包括照明單元、衍射光學元件單元、變焦準直鏡組、四分之一波片、負軸錐鏡、45°旋光片和正軸錐鏡；所述的照明單元由準分子激光器和擴束準直鏡組組成。本發明對光刻機可實現雙環照明，雙二極照明，雙四極照明。
文檔編號G02B27/09GK103149809SQ20131009613
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者楊寶喜, 宋強, 朱菁, 陳明, 胡中華, 肖艷芬, 劉蕾, 王俊, 張方, 黃惠杰 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所