照明光学系统、光刻机设备及曝光方法与流程

1.本发明涉及光刻机技术领域，尤其涉及一种照明光学系统、光刻机设备及曝光方法。


背景技术：

2.光刻机设备中照明光学系统的主要作用是为掩模上的图案提供正确尺寸、形状的照明视场。这其中，照明光束的均匀性和远心度是评价照明光学系统可靠性的最重要的性能指标，均匀性照明光束视场的边缘亮度与中心亮度的差异，远心度是光轴与主光束之间的平行程度。在将掩模板上的图案转印到基板上时，如果远心度和均匀性无法满足工况需要，在任何情况下都难以将原版的图案如实地转印到基板上，因此，在照明光学系统中，亮度均匀性和远心度的调节都是必要的。
3.公布日为2016年06月01日，申请公布号为cn105629671a，发明名称为“照明光学装置和设备制造方法”的中国发明专利，公开了一种照明光学装置，通过在图像形成光学系统的外部额外增加调节单元的方法，使得入射到掩模上的主光线与掩模的法线接近平行。该装置不仅需要增加额外的调节单元，提高光刻机设备的制造成本，而且，额外增加的楔形光学元件势必对光束的均匀度及其他光学性能带来不利影响。
4.因此，有必要提供一种操作简单成本更低的照明光学系统，以解决现有技术中照明远心度调节困难及成本较高的问题。
5.需要说明的是，公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种照明光学系统、光刻机设备及曝光方法，以解决现有技术中存在的光束的照明远心度调节困难，对其他光学性能带来不利影响、且成本较高的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供的一种照明光学系统通过以下技术方案予以实现：一种照明光学系统，包括照明光源和光束传播组件，所述照明光源发出的光经所述光束传播组件后在照明像面上成像，所述光束传播组件包括中继镜组，所述中继镜组靠近照明像面设置，所述中继镜组包括至少一个可调节镜片，所述可调节镜片设置在所述中继镜组的入射端面和/或出射端面，用于调节光束入射至所述照明像面的照明远心度。
8.可选地，还包括反射单元，沿光路传播方向，所述反射单元设置于所述照明光源和所述光束传播组件之间，所述反射单元用于改变所述照明光源发出光束的传播方向。
9.可选地，还包括扩束器，沿光路传播方向，所述扩束器设置于所述照明光源和所述反射单元之间，所述扩束器用于将所述照明光源发出的光束扩束准直。
10.可选地，沿光路传播方向，所述光束传播组件还依次包括变焦镜组、汇聚镜组和匀光积分器，所述中继镜组设置在所述匀光积分器和所述照明像面之间。
11.可选地，所述光束传播组件还包括第一衍射光学元件，沿光路传播方向，所述第一衍射光学元件设置于所述反射单元和所述变焦镜组之间，所述第一衍射光学元件用于将光束衍射形成预设的角度分布，并用于和所述变焦镜组配合，在所述变焦镜组的光瞳面上形成预设的光瞳分布。
12.可选地，所述光束传播组件还包括第二衍射光学元件，沿光路传播方向，所述第二衍射光学元件设置于所述变焦镜组和所述汇聚镜组之间，且所述第二衍射光学元件设置在所述变焦镜组的光瞳面上，并用于和所述汇聚镜组配合，在所述汇聚镜组的像面上形成与所述匀光积分器的口径匹配的光斑。
13.可选地，所述光束传播组件有两个每个所述光束传播组件用于接收所述反射单元反射的光束，并用于在像面上分别成像；每个所述光束传播组件分别用于调节各自入射至所述照明像面的照明远心度。。
14.可选地，沿第一坐标轴，所述可调节镜片的调节范围为
±3°
，沿第二坐标轴，所述可调节镜片的调节范围为
±3°
，其中，
15.其中，所述第一坐标轴与所述第二坐标轴垂直相交，位于与光束的光轴方向垂直的平面。
16.为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种光刻机设备，所述光刻设备包括上述任一项所述的照明光学系统。
17.为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种曝光方法，所述曝光方法利用上述光刻机设备，将掩模版上的图案曝光至基板上。
18.与现有技术相比，本发明提供的一种照明光学系统具有以下有益效果是：
19.本发明提供的一种照明光学系统的可调节镜片靠近所述照明光学系统的照明像面设置，在不影响其他光学性能的前提下，不仅解决了远心调整难度大的问题，而且在光路传播方向上，不需额外增加任何光学器件，不改变现有照明光学系统的整体架构，降低了照明远心调整的成本。而且，能够适用不同的照明光源和光束传播组件。
20.进一步地，本发明提供的一种照明光学系统，通过调整所述可调节镜片的倾斜姿态，从而实现实时调整光束的照明远心度，降低了光刻镜头设计难度，提高了曝光系统的性能。
21.本发明提供的照明光学系统和光刻机设备，利用了光学镜片的姿态会对远心产生影响，且不会影响其他光学性能，从而实现光刻机设备的远心调整。
附图说明
22.图1为本发明实施例一提供的照明光学系统的结构示意图；
23.图2为图1的可调节镜片其中一种倾斜状态时的结构示意图；
24.图3为图1的可调节镜片调节前和调节后的远心度对比图；
25.图4为图1的可调节镜片调节前和调节后的视场均匀性对比图；
26.图5为本发明实施例二提供的照明光学系统的结构示意图；
27.图6为本发明实施例三提供的照明光学系统的结构示意图；
28.图7为图6中可调节镜片其中一种倾斜状态时的结构示意图；
29.其中，附图标记说明如下：
30.101-激光光源、102-扩束器、103-反射镜、104-第一衍射光学元件、105-变焦镜组、106-第二衍射光学元件、107-汇聚镜组、108-第一匀光积分器、109-第一中继镜组、109a、109b-第一可调节光学镜片、110、120-像面；
31.201-水银灯光源，202-椭球碗，203-变焦单元、204-汇聚单元、205-第二匀光积分器、206-第二中继镜组、206a-第二可调节光学镜片、210-掩模面。
具体实施方式
32.本发明的核心思想是提供一种照明光学系统，以解决现有技术中照明光学系统中调整照明远心度难的问题。
33.为了实现上述思想，本发明提供了一种照明光学系统，包括照明光源和光束传播组件，所述照明光源发出的光经所述光束传播组件后在照明像面上成像，所述光束传播组件包括中继镜组，所述中继镜组靠近照明像面设置，所述中继镜组包括至少一个可调节镜片，所述可调节镜片设置在所述中继镜组的入射端面和/或出射端面，用于调节光束入射至所述照明像面的照明远心度。
34.本发明提供的一种中继镜组靠近所述照明光学系统的照明像面设置，在不影响其他光学性能的前提下，不仅解决了远心调整难度大的问题，而且降低了照明远心调整的成本。进一步地，本发明提供的一种照明光学系统，通过调整所述中继镜组的可调节镜片的倾斜姿态，从而实现实时调整光束的照明远心度，降低了光刻镜头设计难度，提高了曝光系统的性能。
35.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的照明光学系统、光刻机设备及曝光方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当了解，说明书附图并不一定按比例地显示本发明的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本发明某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。以及，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
36.<实施例一>
37.本实施例提供的一种照明光学系统，如附图1所示，包括照明光源和光束传播组件，所述光束传播组件包括第一中继镜组109，所述第一中继镜组109靠近照明像面111设置，所述第一中继镜组109包括至少一个第一可调节镜片109a，所述第一可调节镜片109a设置在所述第一中继镜组109的入射端面和/或出射端面，用于调节光束入射至所述照明像面的照明远心度。较佳地，在本实施例中，所述可调节镜片设置在所述第一中继镜组109的出射端面，靠近所述照明像面111。其中本实施例的照明光源为激光光源101。
38.优选地，在其中一种示例性实施方式中，本发明供的照明系统还还包括反射单元，沿光路传播方向，所述反射单元设置于激光光源101和所述光束传播组件之间，所述反射单元用于改变所述激光光源101发出光束的传播方向。在本实施例中，所述反射单元为反射镜
103。在其他的实施方式中，所述反射单元可以包括两个或两个以上的反射镜。
39.优选地，本发明提供的照明系统还包括扩束器102，沿光路传播方向，所述扩束器102设置于所述激光光源101和所述反射镜103之间，所述扩束器102用于将所述照明光源发出的光束扩束准直。
40.优选地，沿光路传播方向，所述光束传播组件还依次包括变焦镜组105、汇聚镜组107和第一匀光积分器108，所述第一中继镜组109设置在所述第一匀光积分器108和所述照明像面111之间。
41.优选地，所述光束传播组件还包括第一衍射光学元件104，沿光路传播方向，所述第一衍射光学元件104设置于所述反射镜103和所述变焦镜组105之间，所述第一衍射光学元件104用于将光束衍射形成预设的角度分布，并用于和所述变焦镜组105配合，在所述变焦镜组105的光瞳面上形成预设的光瞳分布。
42.优选地，所述光束传播组件还包括第二衍射光学元件106，沿光路传播方向，所述第二衍射光学元件106设置于所述变焦镜组105和所述汇聚镜组107之间，且所述第二衍射光学元件106设置在所述变焦镜组105的光瞳面上，并用于和所述汇聚镜组107配合，在所述汇聚镜组107的像面上形成与所述第一匀光积分器108的口径匹配的光斑。
43.综上，继续参见附图1，本实施例提供的照明光学系统，沿光路传播方向，依次包括激光光源101、扩束器102、反射镜103、第一衍射光学元件104、变焦镜组105、第二衍射光学元件106、汇聚镜组107、第一匀光积分器108、第一中继镜组109。其中，第一可调节镜片109a靠近及像面111，用于光刻机设备的照明系统，像面111可以为光刻机设备上的掩模面。其中，所述第一衍射光学元件104和所述第二衍射光学元件106均为衍射光学元件(diffractive optical elements，doe)，是一种一系列可动的光学镜片，主要用于以高效能的方式对激光束进行整形和分束。其中，所述第二衍射光学元件106也可以为微透镜阵列。
44.具体地，在使用本实施例提供的照明光学系统时，其扩束器102可以将所述激光光源101发出的光束扩束准直；所述反射镜103将扩束后的光束改变方向后传递到所述光束传播组件中。通常情况下，根据所述激光光源101与所述光束传播组件的位置，一般需要多个反射镜。通过调整反射镜103的倾斜度，可以调整进入所述第一衍射光学元件104的光束角度。所述第一衍射光学元件104将准直后的光束衍射形成一定的角度分布，所述第一衍射光学元件104与所述变焦镜组105一起，在所述变焦镜组105的光瞳面上形成一定的光瞳分布。所述第二衍射光学元件106位于所述变焦镜组105的光瞳面上，所述第二衍射光学元件106与所述汇聚镜组107一起，在所述汇聚镜组107的像面上形成与所述第一匀光积分器108口径匹配的光斑，保证光束可以全部进入所述第一匀光积分器108中，且不会损伤所述第一匀光积分器108。所述第一匀光积分器108位于所述汇聚镜组107的像面上，对光束进行匀光，在所述第一匀光积分器108出口端形成均匀照明视场。所述第一中继镜组109的物面位所述第一匀光积分器108的出口端。所述第一中继镜组109把均匀视场放大，并在中继像面，也就是照明像面111形成均匀性满足要求的一定波长的照明视场。
45.在实际应用中，由于所述激光光源101以及所述光束传播组件之间的组装误差及光学器件本身的性能、磨损等，有可能会导致从所述激光光源101经过光束传播组件之后的光束在到达像面111时，其远心度无法满足工况需要。当应用本实施例提供的照明光学系统
的设备检测到像面111的远心度不满足工况需要时，可以通过调节所述可调节光学镜片调整光束的远心度。较佳地，沿第一坐标轴，所述可调节镜片的调节范围为
±5°
，沿第二坐标轴，所述可调节镜片的调节范围为
±5°
，其中，其中，所述第一坐标轴与所述第二坐标轴垂直相交，位于与光束的光轴方向垂直的平面。。在本实施例中，如图2所示，所述第一坐标轴为x轴方向，所述第二坐标轴为y轴方向，所述光轴方向为z轴方向。如图3所示，将所述第一中继镜组109中的可调节光学镜片109a沿着所述第一坐标轴(图示中的x轴方向)倾斜﹣0.2
°
，沿着所述第二坐标轴(图示中的y轴方向)倾斜0.5
°
时，实现了整个视场内远心从最大3mrad调整到全场均小于1mrad，且视场中心位置偏离小于100μm。而且，整个视场内均匀性不仅没有受到不良影响，而且还有一定程度改善。如附图4所示。而且，在一定的调整范围内，所述第一中继镜组的弥散斑与调整前后没有较大变化，如下表一所示。
46.表一：第一中继镜组的弥散斑在调整前后的变化
[0047][0048]
所述中继镜组中靠近物面或者像面110的所述光学镜片改变倾斜姿态时，进一步改变了光线的传输角度，改变了光束的汇聚位置，从而实现调整整个照明光学系统的远心度。
[0049]
<实施例二>
[0050]
本实施例提供了另外一种照明光学系统，如附图5所示，本实施例的照明光源为水银灯光源201，反射单元为椭球碗202，本实施例的光束传播组件与实施例一基本相同，本实施例的光束传播组件包括变焦单元203、汇聚单元204、第二匀光积分器205、第二中继镜组206以及位于第二中继镜组中的第二可调节光学镜片206a，其中所述第二可调节光学镜片206a靠近所述第二中继镜组206的像面设置，即位于所述第二中继镜组206的出射端面，靠近掩模面210。所述椭球碗202可以将所述水银灯光源201发出的光束形成一定发散角度的光束。与实施例一类似，沿光路传播方向，所述变焦单元203、所述汇聚单元204、所述第二匀光积分器205、所述第二中继镜组206依次排列。所述椭球碗202形成一定的角度分布，与所述变焦单元203一起，在所述变焦单元203的光瞳面上形成一定的光瞳分布。在所述汇聚单元的像面上形成与所述第二匀光积分器205口径匹配的光斑，保证光束可以全部进入所述第二匀光积分器205中，且不会损伤所述第二匀光积分器205。所述匀光积分器205位于所述汇聚单元204的像面上，对光束进行匀光，在所述第二匀光积分器205的出口端形成均匀照明视场。所述第二中继镜组206的物面位所述第二匀光积分器205的出口端。所述第二中继镜组206把均匀视场放大，并在中继像面，也就是掩模面210形成均匀性满足要求的一定波长的照明视场。
[0051]
与实施例一类似，本实施例的所述第二中继镜组206中的第二可调节光学镜片206a沿着所述第一坐标轴(图示中的x轴方向)倾斜一定的角度时(比如﹣0.15
°
)，沿着所述
第二坐标轴(图示中的y轴方向)倾斜一定的角度(比如0.6
°
)时，也能够实现如附图3、附图4以及表一类似的技术效果，即：在达到远心度调节满足预设工况的情况下，整个视场内均匀性不仅没有受到不良影响，而且还有一定程度改善。进一步地，所述第二中继镜组的弥散斑与调整前后没有较大变化。
[0052]
本发明提供的照明光学系统能够适用不同的照明光源和反射单元，对光束传播组件的前端光学器件也没有任何限制和要求，适用范围更加广泛。
[0053]
<实施例三>
[0054]
本实施例提供的一种照明光学系统与实施例一的不同之处在于，本实施例的所述光束传播组件有两个，所述光束传播组件有两个每个所述光束传播组件用于接收所述反射单元反射的光束，并用于在像面上分别成像；每个所述光束传播组件分别用于调节各自入射至所述照明像面的照明远心度。。如附图6和附图7所示，每个所述光束传播组件中的所述可调节镜片相互独立，分别用于调节各自入射至所述照明像面的照明远心度。具体地，本实施例提供的照明光学系统的光路包括激光光源101、扩束器102以及反射镜103，本实施例的光束传播组件包括第一光束传播组件和第二光束传播组件，以图6的图示方向，其中位于下方的为第一光束传播组件，位于下方的为第二光束传播组件。其中，第一光束传播组件的光学元件与实施例一中的类似，沿光路传播方向，依次为第一衍射光学元件104、变焦镜组105、第二衍射光学元件106、汇聚镜组107、第一匀光积分器108和第一中继镜组109，所述第一中继镜组包括第一可调节光学镜片109a和109b两个可调节光学镜片。其中，所述第一衍射光学元件104、所述变焦镜组105、所述第二衍射光学元件106、所述汇聚镜组107、所述第一匀光积分器108与实施例一的相同，在此，不再赘述。特别地，本实施例中的第一中继镜组109为第一光束传播组件和第二光束传播组件的中继镜组的总称，仅为行文描述的方便，并非本发明提供的照明光学系统的各个光束传播组件必须共用中继镜组的限制，不同光束传播组件的中继镜组也可以完全控制互不干扰或相互配合中的一种或多种组合形式。本实施里的第一光束传播组件和第二光束传播组件的第一中继镜组109的物面位匀光积分器出口端，本实施例的第一中继镜组109把均匀视场放大，并在中继像面，也就是照明像面形成均匀性满足要求的一定波长的照明视场。显然地，本实施例仅是具有多个光束传播组件的照明光学系统的示例性描述，而并非本发明的限制。虽然在本实施例中，所述第一光束传播组件和所述第二光束传播组件的光学器件类似，并不构成对本发明的任何限制也不是本发明的限制，在其他的实施方式中，所述第一光束传播组件和所述第二光束传播组件的光学器件可以不同，而且，对所述照明光学系统的光束传播组件的数量没有任何限制。
[0055]
如图7所示，根据实际工况需要，可以将所述第一中继镜组109中靠近像面120的第一可调节光学镜片109a和109b，各自沿着第一坐标轴、第二坐标轴倾斜不同的角度，在某一具体应用场景中，在达到远心度调节满足预设工况的情况下，整个视场内均匀性不仅没有受到不良影响，而且还有一定程度改善。进一步地，所述第一中继镜组的弥散斑与调整前后没有较大变化。
[0056]
本发明的又一示例性实施方式中还提供了一种光刻机设备，所述光刻设备包括上述任一实施例所述的照明光学系统，且所述照明光学系统的可调节光学镜片靠近所述光刻机设备的掩模板设置。
[0057]
本发明的再一示例性实施方式中提供了一种曝光方法，所述曝光方法利用上述的
光刻机设备，将所述光刻机设备的掩模板上的图案曝光至基板上。
[0058]
显然，以上仅是以本领域的技术人员可理解的方式，较佳实施方式的描述，在其他实施方式中，也可以包括远心度调节控制单元，根据入射至像面(掩模面)的光束的远心度计算所述可调节镜片的分别在所述第一坐标轴和所述第二坐标轴的倾斜度，并控制所述可调节镜片的倾斜。
[0059]
综上所述，本发明的技术方案，利用了光学镜片的姿态会对远心产生影响，且不会影响其他光学性能，从而实现照明光学系统的远心调整。
[0060]
本发明提供的一种照明光学系统的可调节镜片靠近所述照明光学系统的照明像面设置，在不影响其他光学性能的前提下，不仅解决了远心调整难度大的问题，而且在光路传播方向上，无需额外增加任何光学器件，不改变现有照明光学系统的整体架构，降低了照明远心调整的成本。而且，能够适用不同的照明光源和光束传播组件。
[0061]
进一步地，本发明提供的一种照明光学系统，通过调整所述可调节镜片的倾斜姿态，从而实现实时调整光束的照明远心度，降低了光刻镜头设计难度，提高了曝光系统的性能。
[0062]
具有照明光学系统的光刻机设备具有与所述照明光学系统相同的有益效果。
[0063]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0065]
综上，上述实施例对照明光学系统、光刻机设备及曝光方法的不同构型进行了详细说明，当然，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。