在两个方向上是远心的光刻照射器

摘要

本发明涉及一种光刻照射装置，包括：光束光源；聚光器(5)；光均化系统(4)，其包括至少一个微透镜阵列(L3、L4)，布置在聚光器(5)的上游，使得光均化系统的像方焦面位于聚光器的物方焦面；快门(3)，其布置在光均化系统的物方焦面，并且其中光均化系统包括两个微透镜阵列(L3、L4)，所述两个微透镜阵列的间隔以及其微透镜的布置和取向设计为使得，在正交于光轴的两个方向(X、Y)，光均化系统具有合并的像方焦面和合并的物方焦面。本发明同样涉及包括这种照射器的光刻设备。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光刻设备的照射器，并涉及这种光刻设备。

背景技术

光刻法是一种用于制造半导体器件的技术，其通过使用电磁辐射 以在半导体器件上产生细小图案。出于此种目的，光刻设备的照射器 照射掩膜，掩膜的图像投射在半导体晶片(又名“晶圆”)上。

参考图1，已知的照射器通常包括衍射光学元件(也称作DOE)， 其由照射源1’照射。

照射源1’是例如激光源。

元件1可以是通常用于产生衍射的任意元件，例如球形微透镜的 二维阵列、菲涅尔透镜、衍射光栅等等。该元件起到光学散射装置的 作用，并且具有主要功能为在其输出产生具有通常所需图案的光瞳， 例如盘状或环状。

照射器在元件1的输出处包括由数个透镜形成的变焦器(zoom)2。 变焦器2的功能是恢复元件1的岀射光瞳(pupille de sortie)的像至有 限的距离，并且能够使其尺寸变化。

微透镜阵列L1放置在变焦器2的输出处，其由包括两个互相面对 的面的平板组成，并且在每个面上形成有球体或圆柱体微透镜的网络。 微透镜模式的阵列L1将入射束在变焦器2的输出分裂成为多个子束。 换句话说，阵列L1的岀射光瞳分解为子岀射光瞳(sous-pupille de  sortie)。

第二微透镜阵列L2位于第一微透镜阵列L1的下游，使得L1L2 系统是无焦点的。

第三微透镜阵列L3位于第二微透镜阵列L2的下游。快门 (obturateur)3位于该第三阵列L3的像方焦点处，其包括板或网格，在 其上光圈以有规律的间隔形成。可选的，快门3可以包括两个板31、 32，该两个板31、32沿着正交于光轴的方向，或正交于光轴并且必要 时相互正交的方向，与掩膜7以及待照射晶圆w的移动同步移动。可 以参考文献WO2007/028793以获得制作该快门的更多细节。

在任何情况中，快门3使得能够控制照射量、成像格式以及在掩 膜7上的照射剖面。为此，快门3位于与聚光器5的焦面共轭的平面， 而掩膜7位于聚光器5焦面的略下游。这使得能够防止光传输出所需 的区域，并且防止在被照射的晶圆上产生杂散光。掩膜事实上相对于 聚光器的焦面略微地散焦，使得能够通过对光脉冲能量的时间变化的 平滑化而改进照射量的控制。

快门3的上游的L1L2网络系统事实上是无焦点的，使得能够限制 照射快门的系统子岀射光瞳的尺寸。因此，在光束的微透镜之间存在 无照射区域，其中当像场需要完全照射时，快门3的不透明部分可以 放置为不中断光束。这使得能够在快门的输出处的子光束得到锐利的 截断(coupure franche)，以及在掩膜处的锐利的封闭(obturation nette)。

第三微透镜阵列L3的像方焦点位于聚光器5的物方焦点，以便于 使照射器是远心的(télécentrique)，也即，使得照射器的岀射光瞳是在无 限远处的。关于聚光器5，其包括多个透镜，通过这些透镜，来自L1L2 阵列的子光束可以叠加在掩膜处。

孔障(dispositif d'apodisation)装置6也放置在聚光器5和掩膜7之 间。

如之前所述，快门3位于聚光器的焦面的共轭面，以便于确保光 束10的锐利的封闭。

对于沿着单向的光束，也即，当需要确保光束的封闭沿着在快门 的平面的第一轴时，这种照射器尤其提供良好的结果。

然而，在需要确保封闭沿着快门平面的两个轴，尤其是两个垂直 于光轴并且互相垂直的轴的假设下，会出现成像问题。

实际上，照射器的远心条件要求快门3在两个封闭轴的方向都位 于微透镜阵列L3的物方焦点处。另一方面，快门在掩膜上的像是锐利 的条件，要求微透镜阵列L3的像方焦点在两个方向上都位于聚光器的 物方焦点处。

这些条件都要求微透镜阵列L3应该沿着两个方向都具有相同的焦 距。此时，在这种类型的照射器中，由于微透镜的焦距具有与所述微 透镜的厚度相同的数量级，要确保获得这种结果在几何学上是不可能 的，并且因此保证快门和掩膜之间在两个方向上的完美共轭是在几何 学上不可能的。

在另一方面，快门会导致衍射现象，其使得在聚光器的面很难获 得快门的锐利的像，并且因此在掩膜上也很难获得快门的锐利的像。 更特别地，根据比起源于微透镜阵列L1L2的子束的光圈更大的光圈， 网格对光的衍射分散了光束。由此引起了两个负面影响：

-如果衍射过大，来自快门的光将会不穿过阵列L3的正确的透镜， 而在子束100之间产生串扰并且在掩膜上产生干涉现象。

-快门的衍射导致在第三微透镜阵列L3的输入处的子束的光圈增 大。此时，更大的光圈限制了微透镜阵列L3的景深，这增加了对快门 相对于该阵列L3物方焦面散焦的敏感性。照射器的调整因此变得更加 复杂。

发明内容

本发明计划解决至少一个上述问题。

出于此种目的，提供一种光刻设备的照射器，包括：

-光束光源，

-聚光器，

-光均化系统，包括至少一个微透镜阵列，位于聚光器的上游， 使得光均化系统的像方焦面位于聚光器的物方焦面，

-快门，位于光均化系统的物方焦面，并且

所述照射器的特征在于，光均化系统包括两个微透镜阵列，该两 个微透镜阵列的间隔，以及微透镜的布置和取向适应于，使得光均化 系统沿着正交于光轴的方向，具有合并的像方焦面和合并的物方焦面。

有益地，但是可选地，本发明进一步由至少一个下述特征完成：

-正交于光轴的两个方向是互相正交的。

-每个微透镜阵列是包括两个相互面对的面的板，并且相对于光束 的传播方向的第一微透镜阵列包括蚀刻在其每个面上的圆柱体微透 镜，一个面的透镜圆柱体的轴正交于另一面的透镜圆柱体的轴，并且 正交于光轴。

-所述微透镜阵列之间的距离，以及微透镜的布置和取向适应于， 使得光均化系统在正交于光轴的第一方向，起到位于第一阵列的第一 面的聚光透镜的作用，快门的平面在所述透镜的物方焦面，并且聚光 器的物方焦面在所述透镜的像方焦面。

-该聚光透镜由圆柱体微透镜在第一阵列的第一面上形成，圆柱体 的轴沿着正交于光轴并且正交于第一方向的第二方向延伸。

-微透镜阵列之间的间隔，以及微透镜的布置和取向适应于，使得 光均化系统在正交于光轴并且正交于第一方向的第二方向，起到这样 的系统的作用，该系统包括：

○聚光透镜，其在第一阵列的第二面，以及

○发散透镜，其在第二阵列的第一面，

使得快门的面在聚光透镜的物方焦面，并且聚光器的物方焦面在该系 统的像方焦面。

-在第一阵列的第二面上的聚光透镜在一方面由圆柱体微透镜形 成，并且发散透镜在另一方面也由圆柱体微透镜形成，其中圆柱体的 轴沿着正交于光轴的第一方向延伸。

-照射器进一步包括位于光均化系统的像方焦面的光圈网络。

-光圈网络的每个光圈放置为面向光均化系统的第二微透镜阵列 的微透镜。

本发明的主题也是一种光刻设备，其包括掩膜和根据本发明的照 射器，其中照射器的快门位于聚光器的像方焦面的共轭面。

本发明具有许多优点。

根据本发明的照射器在正交于光轴的第一方向，而且在正交于光 轴并且优选为正交于第一方向的第二方向，实现了快门和待照射掩膜 之间的共轭条件。

此外，根据本发明的照射器使得能够控制涉及快门的衍射效应， 从而增加了快门在掩膜上的像的锐利度。通过控制光圈，能够进一步 使得第三微透镜阵列L3对网格相对于其物方焦面的散焦的敏感性更 低，这便利于根据本发明的照射器的安装和调整。

附图说明

本发明的其他特征、目标和优点通过以下描述将是显而易见的， 这些描述是纯粹说明性的并且非限定性的，并且其应该参考附图进行 阅读。

图1已经被描述，其示意性地显示了现有技术中已知的照射器；

图2a、2b和2c示意性地显示了根据本发明的照射器的不同的实 施方案。

图3显示了涉及在快门下游的微透镜阵列的布置。

图4显示了取决于穿过光圈网络的光束的相干性的，位于聚光器 物方焦面的快门的缝的像。

具体实施方式

照射器的一般描述

图2a、2b和2c示意性地显示了根据本发明的照射器的一部分。

在图2a中，照射器包括：光束10的光源1’，例如激光光源；衍 射元件1，其位于光源1’的输出处；以及变焦器2(这些元件没有显 示在图2b和图2c中)。

其进一步包括无焦点系统L1L2，其在变焦器2的输出处，由第一 和第二微透镜阵列L1和L2组成。

束10在无焦点系统L1L2的输出处包括多个子束100，形成无焦 点系统L1L2的子岀射光瞳。

照射器包括快门3，其显示为两个网格31、32，并且位于无焦点 系统L1L2的岀射光瞳处。

光均化系统4位于快门3的下游，使得快门3位于光均化系统4 的物方焦面，光均化系统4包括第三微透镜阵列L3。

照射器还包括聚光器5，通过聚光器5，能够将来自无焦点系统 L1L2的子束100叠加至光刻掩膜7上，孔障设备6设置在聚光器5和 掩膜7所在的平面之间。

聚光器5的物方焦面有益地位于均化系统4的像方焦面，以便于 确保快门在掩膜上的像的锐利度。

包括这种照射器的光刻设备也包括掩膜7，其位于待蚀刻的晶圆w 上，快门位于聚光器5的像方焦面的共轭面，可以理解在使用期间， 光学投影在晶圆w上产生掩膜7的像。

均化系统

根据本发明的照射器的均化系统使照射器能够在两个正交于光轴 的不同的方向上获得锐利度和远心度。这些方向有益地为互相正交。 作为非限制性示例，在图2a至2c中，光轴标记为Z，沿着正交于光轴 并且正交于该图的截面的第一方向的轴标记为X，并且沿着正交于光 轴并且正交于X轴的第二方向的轴标记为Y。

使得这样的结果能够获得的均化系统，除了第三微透镜阵列L3之 外，还包括第四微透镜阵列L4。

微透镜阵列L3和L4的相对配置显示在图3中。快门3和均化系 统的像方焦面F’都示意地显示，该快门3位于均化系统的物方焦点P， 该均化系统的像方焦面F’需要在两个方向X和Y上位于聚光器的物方 焦面FC。

如果光均化系统在两个方向X和Y都具有相同的焦距f₁，也即， 其具有在这两个方向上一致的像方焦面以及在这两个方向上一致的物 方焦面，锐利度和远光性条件即可以得到确保。

为此，每个微透镜阵列呈现为包括两个互相面对的面310、320、 410、420的平面板，多个圆柱体微透镜蚀刻在至少一个所述面上。

更具体地，微透镜阵列L3在其每个面310、320上包括微透镜， 所述微透镜为圆柱体的，一个面的微透镜的轴正交于另一面的微透镜 的轴。

两个面的微透镜轴都正交于光轴，使得光线要穿过微透镜的圆柱 体表面而到达微透镜。

至于微透镜阵列L4，其只在其相对于光束流的传播方向的第一面 410上包括圆柱体微透镜，上部的面420是平面的从而不会将光线向任 何方向转移。

微透镜圆柱体轴取向为使得在例如Y方向的第一方向，均化系统 起到位于阵列L3的第一面的聚光透镜31的作用。快门P的平面于是 在所述透镜31的物方焦面，并且聚光器的物方焦面FC在所述透镜的 像方焦面F'。

为了获得这种结果，微透镜阵列L3的第一面的圆柱体透镜的轴正 交于Y方向延伸，同时其他圆柱体透镜的轴(即，阵列L3的第二面和 阵列L4的第一面的圆柱体透镜的轴)平行于Y方向延伸，从而不会使 光束的传播沿Y方向偏离。

这使得能够在第一方向Y获得照射器的锐利度和远光度。

至于第二方向，在这种情况下即X方向，微透镜圆柱体的轴取向 为平行于第一方向Y，使得均化系统4起到这样的系统的作用，该系 统包括：

-在阵列L3的第二面的聚光透镜32，以及

-在阵列L4的第一面的发散透镜41，

快门的平面在聚光透镜32的物方焦面，并且聚光器的物方焦面在该系 统的像方焦面F’。

透镜以本领域技术人员已知的方式定制尺寸，使得他们各自的焦 距能够获得这样的结果。

因此，两个微透镜阵列L3和L4的位置，以及构成他们的透镜的 尺寸的定制，使得能够获得在两个方向上都具有相同焦距的均化系统 4。

光圈

参考图2b，为了控制在快门的输出的衍射现象，照射器包括孔径 光圈网络8，其位于快门的面P的傅里叶变换平面或傅里叶面。

优选为，该网络包括多个光圈80，每个光圈80放置为面向邻接 于均化系统的阵列的相应微透镜40。

在图2b中，均化系统4只包括一个微透镜阵列L3；光圈网络于是 出现在微透镜阵列L3的像方焦面，所述光圈面向该阵列L3的微透镜。

在图2c中，光圈网络8的使用与均化系统4相结合，参考图2a， 如前所述，均化系统4包括两个微透镜阵列L3、L4。

在这种情况中，光圈网络8位于微透镜阵列L3和L4之间，在F’ 平面，该平面是快门的平面的傅里叶面。可以发现光圈面向微透镜阵 列L4和L3的微透镜。

因此，在衍射发生在快门3的输出的情况中，光圈的存在使得能 够避免在光束的子束100之间的串扰现象。通过光圈网络8，也能够充 分地增加景深，从而使照射器的精确性对快门相对于均化系统的物方 焦面的散焦的敏感性更低，并且因此便于制造和调整照射器。

有益地，光圈的光圈孔径具有微透镜的数量级。例如，微透镜可 以具有约0.5mm的直径，而光圈孔径可以是约0.1mm。

通过孔径光圈网络修正由快门的存在引起的衍射，依赖于照射器 的某些参数。尤其，像的锐利度依赖于光圈网络的照射的相干因子。

参考图4，其中显示了，对于不同的相干因子的，快门的缝的边缘 在聚光器的像方焦面的像。在图中：

-对“相干”束绘制的曲线对应于相干因子0，

-对“部分相干”束绘制的曲线对应于相干因子0.3，以及

-对“不相干”束绘制的曲线对应的相干因子等于1。

以毫米计的相对于缝的几何位置在横坐标中给出。缝位于25mm， 缝的透明部分出现在小于25mm的位置，并且不透明部分出现在25mm 之后的位置。

光的强度以入射束的强度的百分比显示在纵坐标中。理论上，该 强度在缝的透明部分等于100％，而在不透明部分降至0％。

此时，对于完全相干束，干涉花样显示在缝的透明侧，在这个阶 段强度呈现出正弦曲线式外观。

在当光束是完全不相干的情况中，这些干涉消失，然而这种改进 产生了对缝在25mm处的不透明部分和透明部分之间的转变的损害。

当光束部分相干时的情况是中间情况，其提供了在之前的情况之间 的良好的折衷。更具体地，一种有益的配置是确保光束具有包括在0.2 和0.8之间的相干因子。

相干因子写作其中f₁是均化系统的微透镜阵列L3的 焦距，θ是快门相对于光轴的照射角度，并且b是光圈的光圈孔径。因 此，相干因子的值通过调整这三个参数的值而获得。

然而，在图4中可以观察到，光强度振荡存在于缝的透明部分。 为了均化这些振荡，有益地制定用于改变光圈的光圈孔径的规定，通 过这样做来修改相干因子。优选为，光圈的口径是变化的，包括在两 个相邻的光圈之间。

从一个光圈到另一个光圈的孔径变化包括在0％到50％之间，并且 优选为0％到30％之间。

此外，光圈的光圈孔径有益地遵循随机统计分布，并且这无关于 快门的照射。这使得衍射现象能够均化，例如甚至对给定的子束100 局部地均化。