照明系统的制作方法

本发明涉及光刻机领域，尤其涉及一种照明系统。

背景技术：

投影式光刻机是一种将掩膜面图案转移到基板面/硅片面形成所需要的图案，进而集成出需要的ic电路的一种设备。其中，照明系统为光刻机掩膜面提供均匀的照明光斑，是光刻机系统的能量来源。掩膜面光斑能量和光瞳均匀度是照明系统的重要指标，能量的大小决定了光刻机的产率大小，而光瞳均匀性决定了光刻机曝光时曝光线条方向性宽度的相对差异性，间接地影响到光刻机的分辨率。对于大视场的扫描光学曝光系统，其曝光视场大多为长方形结构，因为视场尺寸的不对称性，其光瞳均匀性普遍低于对称结构的视场。在提高掩膜面能量的同时提高长方形视场照明光斑的光瞳均匀性是提高系统产率和分辨率的关键点。

现有专利201310380266.9中为了提高掩膜面的照度及光瞳均匀性，在照明系统中引入折转模块光学元件，通过应用折转模块为1：4视场转折的非完全对称式结构，通过将光源发出的圆形光斑转换方形光斑，经折转模块出射后转换成需要的矩形光斑，再经过石英棒匀光，中继组成像在掩膜上，大大提高了照明系统的耦合效率。

上述系统的折转模块结构如图1所示：该折转模块由四个棱镜、两个棱柱组成。其中图1a中1、4端面拼接成的方形为入光端，位于耦合组焦面处，图1c中3、6端面拼接成的矩形为出光端，位于中继组的物方焦面处。则该折转模块可以将正方形入射端面的光束折转为长方形出射光束，出射光斑的形状、尺寸与石英棒端口尺寸相同，提高了系统的耦合效率。

然而，该折转模块结构复杂，给机械安装带来一定困难，这给元件更换带来很大不便。由于该结构在沿光轴方向的尺寸较长，光学材料的能量吸收较多，对掩膜面的照度有一定的影响。除此之外，这种非对称式结构，不能实现任意 比例的视场转换(如1:9视场)，这给元件的应用带来了一定的局限性。

技术实现要素：

本发明提供一种照明系统，包括依次排列的光源、石英棒、照明对象，以及设置在所述光源和所述石英棒之间的折转模块，所述折转模块为全对称式结构。

可选的，所述照明系统还包括椭球碗组件、耦合透镜组、微透镜阵列、中继透镜组，他们依次的排列顺序是所述光源、所述椭球碗组件、所述耦合透镜组、所述折转模块、所述微透镜阵列、所述石英棒、所述中继透镜组以及所述照明对象。

可选的，所述折转模块的入光端为正方形，所述折转模块的出光端与所述石英棒的入光端截面形状相同。

可选的，所述折转模块包括第一棱柱、第二棱柱、第三棱柱、第四棱柱，其中所述第一棱柱和第二棱柱的尺寸相同，所述第三棱柱和第四棱柱的尺寸相同。

可选的，射入所述折转模块的入光端的一部分光线依次经过第一棱柱和第四棱柱，然后射出所述折转模块；射入所述折转模块的入光端的另一部分光线依次经过第二棱柱和第三棱柱，然后射出所述折转模块。

可选的，所述第一棱柱、第二棱柱、第三棱柱、第四棱柱均具有两个相对的平行四边形面和四个矩形面。

可选的，所述第一棱柱的平行四边形面的内角分别为45度和135度。

可选的，所述第一棱柱的长宽比为1:2的矩形面与所述第二棱柱的长宽比为1:2的矩形面组成所述折转模块的正方形入光端，所述第三棱柱的长宽比为1:2的矩形面与所述第四棱柱的长宽比为1:2的矩形面组成所述折转模块的长宽比为1:4的出光端。

可选的，所述第一棱柱、第二棱柱、第三棱柱、第四棱柱的斜面镀反射膜，所述入光端和出光端镀增透膜。

可选的，所述折转模块的入光端位于所述耦合透镜组的像方焦面处。

可选的，所述折转模块的入光端位于所述椭球碗组件的焦点处，所述耦合透镜组的物方焦面与所述折转模块的出光端重合。

可选的，所述光源和耦合透镜组的物方焦面分别位于椭球碗组件的两个焦点上。

可选的，所述中继透镜组的物方焦面与所述石英棒的出光端重合。

可选的，所述照明对象位于所述中继透镜组的像方焦面处。

可选的，所述耦合透镜组为4个全为球面的4片镜片结构组成，包括依次排列的耦合前组、滤波片和耦合后组，所述耦合前组和耦合后组的光焦度均为正。

可选的，所述中继透镜组包括依次排列的第一中继组、第二中继组和第三中继组。

可选的，所述光源为高压汞灯。

可选的，所述照明系统还包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于所述椭球碗组件与所述耦合透镜组之间，所述第二反射镜位于所述中继透镜组和所述照明对象之间。

可选的，所述第一反射镜和第二反射镜分别为冷光镜。

本发明的照明系统包括依次排列的光源、椭球碗组件、耦合透镜组、折转模块、微透镜阵列、石英棒、中继透镜组以及照明对象，其中折转模块为全对称式结构。本发明的对称式折转模块减少了光轴方向尺寸，能进一步提升掩膜面照度，且能实现任意比例的视场转换。另外，在保证了照明视场光照强度均匀性的前提下，增大了照明视场内边缘视场的理论数值孔径，提升了边缘视场的光照强度，从而补偿了由于镀膜工艺条件、石英棒的棱边和棱角的毛边漫反射以及漏光等因素引起的照明视场内光照强度中间视场高边缘视场低的影响，进一步有效地保证了照明视场内光照强度的均匀性。

附图说明

图1为现有技术中折转模块的结构示意图；

图2为本发明一实施例所述照明系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例所述照明系统中带正方形光阑的长方形视场掩膜面光瞳仿真图；

图4a-4c为本发明一实施例所述照明系统中折转模块的结构示意图；

图5为本发明一实施例所述照明系统中耦合透镜组的结构示意图；

图6为本发明一实施例所述照明系统中中继透镜组的结构示意图；

图7为本发明一实施例所述照明系统中1：1.5的视场转换图；

图8为本发明一实施例所述照明系统中1：2的视场转换图；

图9为本发明一实施例所述照明系统中1：3的视场转换图；

图10为本发明一实施例所述照明系统中1：4的视场转换图；

图11为本发明一实施例所述照明系统中1：5的视场转换图；

图12为本发明一实施例所述照明系统中1：6的视场转换图；

图13为本发明一实施例所述照明系统中1：9的视场转换图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供的一种照明系统，如图2所示，包括依次排列的光源(图2中未画出)、椭球碗组件10、耦合透镜组20、折转模块30、微透镜阵列40、石英棒50、中继透镜组60以及照明对象70。较佳地，所述光源为高压汞灯，所述椭球碗组件10为椭球碗反射镜，所述折转模块30的入光端为正方形，所述折转模块30为全对称型，其出光端与所述石英棒50的入光端的形状相同。所述汞灯光源为照明系统提供所需的一定na的能量来源，汞灯位于椭球反射杯的一个焦点上，汞灯发出的光经过椭球碗组件10的会聚后进入所述耦合透镜组20，再经过所述折转模块30、微透镜阵列40以及石英棒50的多次反射匀光后进入所述中继透镜组60，最终成像在照明对象70上。

转折模块30可以用于照度提升，而耦合透镜组20用于na和视场转化。从照明系统特性出发，转折模块30要实现的就是视划分之后重新组合。转折模块30不应承担倍率和na调整功能，且转折模块内部不能导致放大倍率和na产生不对称的情况。

基于此，转折模块实现，需要遵循如下原则：

1、出光端面总面积与入光端面总面积相等；

2、出光端面由入光端面进行划分之后重新组合；

3、出光端面的最小分块由出光端面最小分块平移，镜像得到；

4、使用耦合模块耦合效率提升比例要高于耦合模块自身透过率导致的照度衰减；耦合效率初步评估用耦合面积进行评估，耦合效率详细评估用进入耦合面积的能量进行评估。

本发明通过的折转模块30入光端为正方形，出光端为长方形，且为全对称式结构。因此，全对称式结构将正方形入射端面转换为长方形出射端面来提高系统光瞳均匀度和耦合效率的同时，大大简化了折转模块的结构，便于安装。本专利中的折转模块30在沿光轴方向的部分与现有技术相比要短很多，在选用相同材料时，本发明中折转模块对材料吸收较少，因而能量利用率较高。除此之外，对称式的结构还可以实现任意所需视场比例转换。现有技术的掩膜面的光瞳均匀度达到了0.8％，本发明中光瞳如图3所示的对称结构，掩膜面的光瞳均匀度达到了0.6％。但是，这种结构因为尺寸相对石英棒端口较小，大大地降低了石英棒端口的能量耦合效率，降低了系统的掩膜面照度。

较佳地，请重点参考图2，所述光源和耦合透镜组20的物方焦面分别位于椭球碗组件10的两个焦点上，所述折转模块30的入光端位于所述耦合透镜组20的像方焦面处，所述微透镜阵列40位于所述折转模块30的出光端和所述石英棒50的入光端之间，所述中继透镜组60的物方焦面与所述石英棒50的出光端重合，所述照明对象70位于所述中继透镜组60的像方焦面处。这样，所述光源发出的光经过所述椭球碗组件10的会聚后进入耦合透镜组20，在所述耦合透镜组20的像方焦面位置设置折转模块30，经过所述折转模块30调节的光束经所述微透镜阵列40和石英棒50的多次反射匀光后进入中继透镜组60，经过所述中继透镜组60的放大、传输作用后成像在照明对象70上，最终在所述照明对象70(本实施例中为掩模板)上形成所需的具有一定数值孔径、尺寸、视场均匀度和光瞳均匀度的照明光斑。

需要说明的是，所述物方焦面为经过光学元件入射方向上的焦点且垂直于系统主光轴的平面；相对应的，所述像方焦面为经过光学元件出射方向上的焦点且垂直于系统主光轴的平面。

较佳地，请重点参考图4a至图4c，所述折转模块30包括第一棱柱31、第二棱柱32、第三棱柱33、第四棱柱34，其中所述第一棱柱31和第二棱柱32的尺寸相同，所述第三棱柱33和第四棱柱34的尺寸相同。即折转模块30由两种 不同类型的棱柱两两对称拼接而成。较佳地，所述第一棱柱31、第二棱柱32、第三棱柱33、第四棱柱34均具有两个相对的平行四边形面和四个矩形面。所述第一棱柱31的平行四边形面的内角分别为45度和135度。所述第一棱柱31的长宽比为1:2的矩形面与所述第二棱柱32的长宽比为1:2的矩形面组成所述折转模块30的正方形入光端，所述第三棱柱33的长宽比为1:2的矩形面与所述第四棱柱34的长宽比为1:2的矩形面组成所述折转模块30的长宽比为1:4的出光端。

以40mm*40mm入射端面为例，在折转模块30的入光端，由两块相同的石英棱柱体第一棱柱31和第二棱柱32将入射面分解为两个20mm*40mm尺寸的长方形区域，且棱柱体的棱角为45度和135度。进入折转模块30入射端面第一棱柱31和第二棱柱32的光束，经过石英柱体进入与之相连的石英柱体第三棱柱33和第四棱柱34。在折转模块30的出光端，由两块相同的石英柱体第三棱柱33和第四棱柱34组成，通过两个20mm*40mm尺寸的长方形区域拼接成20mm*80mm的矩形视场，且棱柱体的棱角为45度和135度。更佳地，第一棱柱31和第二棱柱32及第三棱柱33和第四棱柱34成对称放置，由这四块棱柱拼接成全对称式的结构。经过两组石英柱体的光学组件，折转模块30实现了将正方形入射光斑转换为长方形尺寸为20mm*80mm的长方形出射光斑，使采用长方形尺寸的石英棒的系统耦合效率大大提高。当然，本发明并不限制折转模块30入光端和出光端的具体面积大小，可根据具体需要进行选择。

更佳地，如图4a-4c所示，光束从射入所述折转模块30的入光端的一部分光线依次经过第一棱柱31和第四棱柱34，然后射出所述折转模块30；射入所述折转模块30的入光端的另一部分光线依次经过第二棱柱32和第三棱柱33，然后射出所述折转模块30。

在本实施例中，所述第一棱柱31、第二棱柱32、第三棱柱33、第四棱柱34的斜面镀反射膜，所述入光端和出光端镀增透膜。将上述组件的棱柱某些斜面镀反射膜，石英柱体入光面和出光面镀增透膜，可以进一步提高能量耦合效率。

将图4所示的折转模块30入光端放置在耦合透镜组20像方焦面处，出光端位于微透镜阵列40入光端，石英棒50调整到紧靠微透镜阵列40出光端的位置，则该折转模块30可以将正方形入射端面的光束折转为长方形出射光束，出 射光斑的形状、尺寸与石英棒50端口尺寸相同，提高了系统的耦合效率。该折转模块的入射端面为对称性正方形尺寸，保证了入射系统的光线角分布的对称性，使系统的光瞳均匀性较高。采用本发明中的全对称式折转模块掩膜面的光瞳均匀性为0.6％，现有技术的光瞳均匀性为0.8％，本发明中的光瞳均匀性提高25％，同时由于本发明中折转模块较沿光轴方向长度仅为13.35mm，在相同石英材料情况下，本发明折转模块对材料吸收较少，故系统的能量利用率会更高。

本系统所采用的耦合透镜组如图5所示，所述耦合透镜组20为4片镜片结构。4片镜片全部为球面，分为两个透镜组g1、g2，光焦度依次为正、正。g1和g2两个透镜组之间包含一块滤波片。该耦合组能较好地保证入射到滤波片的光线入射角度小于13.5°，使滤波片保持较好的滤光效果。

入射到微透镜阵列的光束经微透镜阵列和石英棒匀光后进入如图2所示的中继透镜组60。本系统包含的中继透镜组60如图6所示，包括依次排列的第一中继组、第二中继组和第三中继组。通过优化多波长下的质心光线与光轴的夹角，实现多波长光线共同作用的质心远心照明，提供的远心值更精确、更符合实际。

较佳地，请重点参考图2，所述照明系统还包括第一反射镜80和第二反射镜90，较佳地，所述第一反射镜80和第二反射镜90分别为冷光镜，所述第一反射镜80位于所述椭球碗组件10与所述耦合透镜组20之间，所述第二反射镜90位于所述中继透镜组60和所述照明对象70之间，经所述椭球碗组件10反射的光束经所述第一反射镜80的反射，照射到所述耦合透镜组20上；经所述中继透镜组60处理的光束经所述第二反射镜90的反射，照射到所述照明对象70上，所述第一反射镜80和第二反射镜90可以改变光束的传播方向，缩小本发明的照明系统所占用的空间。

本发明的照明系统由于存在对称的折转模块30，可以实现1：1.5、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6以及1：9的视场转换。如图7-图13所示，其中图7是1：1.5视场转换图，采用7块棱镜拼接而成，用于将圆形光斑转换为长宽比为1:1.5的矩形视场，建议用于实现圆形视场进行转折；图8是1：2视场转换图，采用两个棱镜拼接，通常用于双灯拼接系统，用于将圆形光斑转换为长宽比为1:2的矩形视场，建议用两个小的汞灯拼接；图9是1：3视场转换图，采用12个棱镜或面积与之相应的棱镜拼接，用于将圆形光斑转换为长宽比为1:3的矩形视 场，建议有两类拼接方式可以参考使用：一种是用长宽比更接近1的视场进行转折，一种是使用近似圆形的视场进行转折；图10是1：4视场转换图，采用4个棱镜或面积与之相应的棱镜拼接，用于将圆形光斑转换为长宽比为1:4的矩形视场；图11是1：5视场转换图，采用5个棱镜或面积与之相应的棱镜拼接，用于将圆形光斑转换为长宽比为1:5的矩形视场；图12是1：6视场转换图，采用6个棱镜或面积与之相应的棱镜拼接，用于将圆形光斑转换为长宽比为1:6的矩形视场；图13是1：9视场转换图，采用9个棱镜或面积与之相应的棱镜拼接，用于将圆形光斑转换为长宽比为1:9的矩形视场。

本发明的照明系统包括依次排列的光源、椭球碗组件、耦合透镜组、折转模块、微透镜阵列、石英棒、中继透镜组以及照明对象，其中折转模块为全对称式结构。本发明的对称式折转模块减少了光轴方向尺寸，能进一步提升掩膜面照度，且能实现任意比例的视场转换。另外，在保证了照明视场光照强度均匀性的前提下，增大了照明视场内边缘视场的理论数值孔径，提升了边缘视场的光照强度，从而补偿了由于镀膜工艺条件、石英棒的棱边和棱角的毛边漫反射以及漏光等因素引起的照明视场内光照强度中间视场高边缘视场低的影响，进一步有效地保证了照明视场内光照强度的均匀性。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。