[发明专利]光刻机设备用离轴照明装置

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机，特别是一种用于光刻机的离轴照明装置，实现双环形、双二极、双四极照明模式的离轴照明。

背景技术

随着芯片集成度的不断提高和超大规模集成电路技术的发展，需要不断提高光刻机的分辨率和焦深。如何提高光刻机的分辨率和焦深是目前的研究热点。减小光刻机的曝光波长、提高投影物镜的数值孔径或者减小工艺因子都是能够提高光刻机分辨率的有效手段，但是在采用上述手段的同时，会使投影物镜的焦深急剧减小。通过采用离轴照明等方式可以在提高光刻机分辨率的同时增加焦深。

科研人员已经开发了多种光刻分辨率增强技术，通过光瞳整形技术获得的离轴照明是光刻机中一种常用并且有效的分辨率增强技术。光刻机需要针对不同的掩模结构选择不同的离轴照明模式，以达到增强光刻分辨率、增大焦深、提高对比度的目的。光瞳整形技术是指在光刻系统中采用特殊设计的光学元件对入射的激光光束进行振幅和位相的调制，从而在光瞳面上获得所需要的光场模式的一种整形技术。光瞳整形的一种常用方法是通过衍射光学元件和锥形镜组来实现的，可以实现环形照明、二极照明和四极照明等多种光刻照明模式。随着光刻图形特征尺寸的不断减小，对光刻机新型照明模式的要求也越来越高，因此研发一种产生新型照明模式的原理装置尤为重要。

中国专利“一种用于双环形均匀照明的自由曲面透镜”(CN101916046B)中，提出了一种实现双环照明模式的方法。其原理是设计了一种自由曲面透镜，使激光束入射经过自由曲面偏转到达目标面形成对应的双环形照明模式，但是元件加工比较复杂，并且所得双环照明模式内外相干因子不可调，因此不适合用于光刻机曝光系统。

美国专利US20090135392A1公开提出了一种实现离轴照明的空间光束调制单元，其原理是利用了微反射镜二维阵列，并通过控制单元控制每个微反射镜的偏转角度来实现对应的离轴照明模式。但是该装置每个微镜都需要控制单元控制偏转角度，必然增加系统的复杂度。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的不足，提供一种用于光刻机的离轴照明装置，该装置对光刻机可实现双环照明，双二极照明，双四极照明。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻机设备用离轴照明装置，其特点在于该装置包括照明单元、衍射光学元件单元、变焦准直镜组、四分之一波片、负轴锥镜、45°旋光片和正轴锥镜；所述的照明单元由准分子激光器和扩束准直镜组组成；

上述元件的位置关系如下：

沿着所述的准分子激光器的激光传输方向，依次是同光轴的扩束准直镜组、衍射光学元件单元、变焦准直镜组、四分之一波片、负轴锥镜、旋光器、正轴锥镜，所述的负轴锥镜、旋光器和正轴锥镜位于所述的变焦准直镜组的后焦面之前；所述的衍射光学元件单元位于所述的变焦准直镜组的前焦面处；

所述的负轴锥镜锥面的内环镀有增透膜，该薄膜的外半径略大于入射光束半径；该负轴锥镜锥面外环上镀的高反射薄膜，该高反射膜是全反射相位延迟薄膜，该薄膜的内半径等于所述的增透膜的外半径，外半径等于负轴锥镜的通光口径；

所述的正轴锥镜的偏振分光薄膜，镀在锥面上，并完全覆盖整个锥面，所述的四分之一波片的快轴与入射光的偏振方向成45°角；所述的正轴锥镜安装在一个沿光轴方向移动的高精度直线导轨上。

所述的玻璃光学元件均采用熔融石英制成。

所述的负轴锥镜锥面的内环上镀的增透膜，对入射光的透过率接近100%，该薄膜的外半径略大于入射光束半径；所述的负轴锥镜锥面外环上镀的高反射薄膜，对入射光的反射率接近100%，并且所述的负轴锥镜锥面上所镀的高反射膜是全反射相位延迟薄膜，该薄膜具有反射的P光和S光相位保持一致的特性，该薄膜的内半径等于所述增透膜的外半径，外半径等于负轴锥镜的通光口径。

所述的正轴锥镜的偏振分光薄膜，镀在锥面上，并完全覆盖整个锥面，其特性为对S光反射率接近100%，对P光的透过率接近100%。

所述的负轴锥镜和正轴锥镜的口径取值应略大于所述的双环照明模式外环外半径R₂的最大要求值，所述的轴锥镜底角r的取值应介于5°～20°。

所述的正轴锥镜的偏振分光薄膜，镀在锥面上，并完全覆盖整个锥面，其特性为对S光反射率接近100%，对P光的透过率接近100%。偏振薄膜的设计细节已经被本领域的研究人员所熟知，具体可以参见美国专利US005748369A“Polarizing beam splitter and an illuminating device provided with the same”。