CN103809382B - 用于光刻设备的匀光调节装置及使用该装置的照明*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于光刻设备的匀光调节装置，该匀光调节装置包括一由光学透镜所形成的封闭容积，该封闭容积内置导电溶液，该封闭容积外置一电场可控单元，通过改变该电场可控单元的电压改变该导电溶液折射率以改变该匀光调节装置的光线透过率。本发明同时一种用于光刻设备的照明***。

Description

用于光刻设备的匀光调节装置及使用该装置的照明***

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种用于光刻设备的匀光调节装置及使用该装置的照明***。

背景技术

光刻设备的照明***中，照明非均匀性会随时间变化。照明条件变化，即Sigma变化，也会引起照明场分布的差异和硅片面光强分布差异，针对不同照明条件，照明均匀性会有变化。因此，需要做适当的调节和补偿，满足不同照明条件下，照明分布均匀。

通过改变照明***中预定镜组的轴向位置，或者关于X，Y轴倾斜，可以校正照明非均匀性。但预定镜组一般由具有一定曲率的镜片组成，导致掩膜面照明光束相干因子Sigma的均匀性有时会被破坏，从而使硅片面线宽均匀性降低，线宽控制精度降低。随着线宽越来越窄，对线宽控制精度要求也越高。因此，进一步要求校正方法既要使光场均匀，又不破坏相干因子Sigma的均匀性。利用具有一定透过率分布的薄平板校正照明场分布，通常对相干因子以及照明远心性影响较小。

现有技术中，常见的三类调节照明均匀性的方法有：调节照明***元件、利用其它元件改变光线角以及透过率校正器件。照明匀光方法是利用透过率校正器件对光源进行均匀。专利US6771350、US5798824以及US6404499中是通过在Apodzier（匀光调节装置）镀膜来实现透过率变化。如图1中所示，图1是专利US6404499中所公开的匀光调节装置的结构示意图。现有技术中通过在匀光调节装置上镀膜改善透过率，如图2中所示，图2是现有技术匀光调节装置的透过率的示意图。匀光调节装置能够在X轴上产生一定范围内连续变化的对称的两次函数透过率曲线，Y轴上均匀分布。现有技术中所使用的匀光调节方法的缺点在于只能单一调节对称的二次非均匀性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于光刻设备的匀光调节装置及使用该装置的照明***，能解决照明***中的非均匀性问题。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的匀光调节装置，该匀光调节装

置包括一由光学透镜所形成的封闭容积，该封闭容积内置导电溶液，该封闭容积外置一电场可控单元，通过改变该电场可控单元的电压改变该导电溶液折射率以改变该匀光调节装置的光线透过率。

更进一步地，该电场可控单元由注有导电溶液的晶体管组成。

更进一步地，该光学透镜包括第一平板透镜和第二平板透镜。

本发明同时公开一种用于光刻设备的照明***，包括：汞灯、耦合透镜组、石英棒、匀

光调节装置、中继透镜组以及掩模板，该汞灯发出的光依次经过该耦合透镜组、石英棒、匀光调节装置、中继透镜组后在该掩模板上形成一均匀的照明视场；该匀光调节装置包括一由光学透镜所形成的封闭容积，该封闭容积内置导电溶液，该封闭容积外置一电场可控单元，通过改变该电场可控单元的电压改变该导电溶液折射率以改变该匀光调节装置的光线透过率。

更进一步地，该电场可控单元由注有导电溶液的晶体管组成。

更进一步地，该光学透镜包括第一平板透镜和第二平板透镜。

更进一步地，该照明***还包括一探测器，用于探测该掩模板上的非均匀性特征曲线。该照明***还包括一测试单元和一电场控制单元，该测试单元根据该非均匀性特征曲线计算分析结果，该电场控制单元根据该分析结果控制该电场可控电压的电压。该匀光调节装置位于该掩模板的共轭面。

与现有技术相比较，本发明所提供一种用于光刻设备的匀光调节装置及使用该装置的照明***能够在X轴上产生一定范围内连续变化的对称的两次函数透过率曲线，Y轴上均匀分布。本专利是电场在X轴上产生一定范围内连续变化的电场，改变折射率，然后改变光程差，最终实现透过率变化。通过改变电压比较容易在匀光调节装置面上得多变的透过率变化曲线图形。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是专利US6404499中所公开的匀光调节装置的结构示意图；

图2是现有技术匀光调节装置的透过率的示意图；

图3是本发明所示出的照明***的结构示意图；

图4是本发明所示出的匀光调节装置的原理图；

图5是本发明所示出的照明***的掩膜面上探测的能量示意图；

图6是本发明所示出的照明***的技术效果示意图；

图7是本发明所示出的照明***的控制与监测模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

现有技术中所使用的匀光调节装置只能单一调节对称的二次非均匀性，本发明提供一种通过电场变化来实现透过率变化的匀光调节装置，可以补偿照明***的非均匀性。

为了实现上述发明目的，本发明所提供的匀光调节装置包括光学透镜，导电溶液，电场控制组。在封闭的光学透镜中装入导电溶液，光学透镜被隔离成无数个电场可控单元。其中电场可控单元是由注有导电液体的晶体管组成，上下端有一个正负极。通过改变晶体管两端电压，从而改变晶体管的折射率，最终改变入射光入射到晶体管上的透过率。即在非扫描方向有排布一致电极管，通过这些可控的电极管，对导电溶液排列进行控制，从而实现导电溶液对入射光吸收会产生变化。

以下将结合图3说明本发明所提供的照明、***的较佳实施方式之一。如图3中所示，该照明***包括高压汞灯1、耦合透镜组2、石英棒3、中继透镜组4、匀光调节装置（Apodizer）7以及掩模板5。汞灯1发出的光经过椭球反射镜会聚后入射到耦合透镜2的入射端面2a。光束经过耦合透镜2的会聚作用后从出射端面2b出射，照射到石英棒3的入射端面3a。光束在石英棒3中经过多次全反射之后，在石英棒出射端面3b上形成均匀的照明光，这些均匀照明光从石英棒出射端面3b出射，经过中继透镜组4的放大、传输作用后，最后成像在掩模板5上，在掩模板5上形成所需的具有一定数值孔径、尺寸和均匀性的照明视场。然而在掩模板5上不会产生理想的均匀场，所以要通过一个匀光装置去补偿。其中7就是一个匀光调节装置（Apodizer），探测器6用来监控掩模板5上均匀性。匀光调节装置7在整个照明***中大致处于石英棒3的出端口，即掩模面5的共轭面上。这样就能很好的控制掩模面5上的非均匀性。

整个照明***中由于***设计原因会导致掩模面5上产非均匀性变化。该匀光调节装置7（Apodizer）就处于掩模面5的共轭处。然后分析通过该匀光调节装置光斑的spotsize、RMSradius、远心、畸变、放大倍率影响。最终通过改变该装置实现非均匀性补偿。

图4是本发明所示出的匀光调节装置的原理图。该匀光调节装置的工作原理为通过电压改变折射率，然后改变光程差，最终实现透过率变化。如图4中所示，该匀光调节装置包括光学透镜（图中未示出），导电溶液15，电场控制组。两片光学透镜形成一封闭容积14，该封闭容积14中装入导电溶液15。光学透镜被隔离成无数个电场可控单元。其中电场可控单元是由注有导电液体的晶体管13组成，上下端有一个正负极，图4中11为正电场排布，12为负电场排布。通过改变晶体管13两端电压，从而改变晶体管的折射率，最终改变入射光入射到晶体管上的透过率。即在非扫描方向有排布一致电极管，通过这些可控的电极管，对导电溶液排列进行控制，排列不一致导电溶液对入射光吸收会产生变化。

图4所示，电场E从左往右分布排列，通过外接控制电路板，对每个电场实施单独控制。控制在整个x轴方向上电压的变化。通过电压变化可以实现输出透过率函数方程为F(X)=a1*X+b1*X2+offset。F(X)代表在整个分布场上透过率大小，单位为%；X为空间位移，单位为mm。a1，b1为相关系数，当a1=0，b1=0时，匀光调节装置7是均匀分布的。根据照明非均匀性可以分解为两部分：第一部分是一次倾斜，涉及曝光场在非扫描方向（X方向）的位置。第二是具有二次分布（凸/凹分布）的部分。透过率函数关于X位置具有函数F(X)的分布，并设系数a1表示一次倾斜部分，系数b1表示二次凸/凹分布部分。二次分布（凸/凹分布）是关于光轴对称的部分。利用探测器6扫描照明场，得出扫描方向积分光强在非扫描方向的分布曲线如图5。其中图1b相对于的透过率分布曲线图。当a1，b1，offset（偏移量）都不为0时，如图中曲线a；当a1不为0，b1与offset为0时，如图中曲线b,当a1与offset为0，b1不为0时，如图中曲线c。将曲线a近似分解为线性b和c，具有一次和二次曲线。图6所示的通过匀光调节装置7匀光以后结果示意图。

为了实现上述技术效果，需要确定该匀光调节装置及照明***的一系列参数，确定的方法具体如下：

第一步通过软件模拟精确确定匀光调节装置位置以及厚度。当匀光调节装置厚度与间距发生变化时，像方的畸变与远心几乎没有变化，但决定像质的spotsize变化比较大，且超过了设计值。通过分析，初步选定匀光调节装置的光学尺寸为104mm×48mm×3.5mm，再根据实际评估匀光调节装置机械尺寸。因为spotsize(enclosedenergy80%)，决定了像质的半影宽度，影响成像质量。加入匀光调节装置后的spotsize<0.35mm(enclosedenergy80%)。对于选定以后的匀光调节装置，需要进行一个综合评估。

第二步通过软件模拟计算分析加入匀光调节装置前后的不同视场RMSradius比较值，如表1中所示：

Field	加入前/um	加入后/um
			1	234.8	270.17
2	217.01	254.88
			3	185.05	228.31
4	155.56	205.19
			5	171.56	217.62
6	193.23	235.1
			7	222.46	259.67
8	239.57	274.48
			9	258.18	290.87

表1

第三步通过软件模拟计算分析加入匀光调节装置前后的远心，Relaylens的远心定义为像方主光线与光轴的夹角，设计值≤1.5mrad。表2代表加入匀光调节装置前后的远心值，其分析结果无影响。

视场/mm	加入前远心/mrad	加入后远心/mrad
			16	0.286	0.297
14.4	0.134	0.163
			12.8	0.021	0.068
11.2	0.057	0.004
			9.6	0.105	0.045
8	0.127	0.068
			6.4	0.127	0.075
4.8	0.111	0.068
			3.2	0.081	0.051
1.6	0.043	0.027

表2

第四步通过软件模拟计算分析加入匀光调节装置前后的畸变量，设计的畸变值<0.05%，目的是保证放大到掩模面上后仍能为均匀分布的矩形场。表3代表加入匀光调节装置前后的畸变量，其分析结果无影响。

视场/mm	畸变/%	畸变/%
			16	0.04	0.04
15.5	0.037	0.037
			15	0.035	0.035
14	0.03	0.031
			13	0.026	0.026
10	0.016	0.016
			7	0.008	0.008
4	0.003	0.003
			0	0	0

表3

第五步通过软件模拟计算分析加入匀光调节装置前后的掩模板上最主要的均匀性指标，最终实现需求。

	顶部均匀性	积分均匀性	最大视场的远心
				设计值	＜2.00%	＜1.00%	≤1.50mrad
加入前	＜3.47%	＜2.78%	≤1.22mrad
				加入后	＜1.00%	＜0.60%	≤1.11mrad

表4

如上述步骤即可确定该匀光调节装置的机械结构，尺寸大小。

图7是本发明所示出的照明***的控制与监测模块的结构示意图。在该照明***中，在掩模面5非扫描方向安装一个探测器6，用来监测掩模面5上非均匀性特征曲线。所获得的的特征曲线图再通过测试单元30计算分析，将所要控制结果传递给电场控制单元20。每个单电场都可以单独的去控制改变。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于光刻设备的匀光调节装置，其特征在于，所述匀光调节装置包括一由光学透镜所形成的封闭容积，所述封闭容积内置导电溶液，所述封闭容积外置一电场可控单元，通过改变所述电场可控单元的电压改变所述导电溶液的折射率以改变所述匀光调节装置的光线透过率。

2.如权利要求1所述的用于光刻设备的匀光调节装置，其特征在于，所述电场可控单元由注有导电溶液的晶体管组成。

3.如权利要求1所述的用于光刻设备的匀光调节装置，其特征在于，所述光学透镜包括第一平板透镜和第二平板透镜。

4.一种用于光刻设备的照明***，包括：汞灯、耦合透镜组、石英棒、匀光调节装置、中继透镜组以及掩模板，所述汞灯发出的光依次经过所述耦合透镜组、石英棒、匀光调节装置、中继透镜组后在所述掩模板上形成一均匀的照明视场；其特征在于，所述匀光调节装置包括一由光学透镜所形成的封闭容积，所述封闭容积内置导电溶液，所述封闭容积外置一电场可控单元，通过改变所述电场可控单元的电压改变所述导电溶液的折射率以改变所述匀光调节装置的光线透过率。

5.如权利要求4所述的用于光刻设备的照明***，其特征在于，所述电场可控单元由注有导电溶液的晶体管组成。

6.如权利要求4所述的用于光刻设备的照明***，其特征在于，所述光学透镜包括第一平板透镜和第二平板透镜。

7.如权利要求4所述的用于光刻设备的照明***，其特征在于，所述照明***还包括一探测器，用于探测所述掩模板上的非均匀性特征曲线。

8.如权利要求7所述的用于光刻设备的照明***，其特征在于，所述照明***还包括一测试单元和一电场控制单元，所述测试单元根据所述非均匀性特征曲线计算分析结果，所述电场控制单元根据所述分析结果控制所述电场可控单元的电压。

9.如权利要求4所述的用于光刻设备的照明***，其特征在于，所述匀光调节装置位于所述掩模板的共轭面。