CN107885038A - 照明均匀性校正装置、校正方法以及一种曝光投影系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种照明均匀性校正装置、校正方法以及一种曝光投影系统，校正装置包括可变遮光校正装置，包括若干设置在照明光束横截面的校正组件对，若干校正组件对沿非扫描方向间隔排列设置以覆盖整个照明场，沿扫描方向重叠设置以覆盖整个照明场；可变灰度补偿板装置，包括两片可相对移动的不同灰度透过率的平板；及可变反射镜阵列装置，包括可变反射镜光学装置，可变反射镜光学装置由多个可变反射率的反射镜阵列组成，通过调节校正组件对的形状和重叠方式、平板的透过率及反射镜阵列的反射率，调节多个照明模式下整个照明场的照明均匀性。本发明解决了频繁更换灰度补偿板，及多种照明模式情况下光瞳均匀性和视场积分均匀性不能都满足性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光刻照明技术领域，特别涉及一种照明均匀性校正装置、校正方法以及一种曝光投影系统。
背景技术
光刻法用于制造半导体器件，光刻法即使用电磁辐射，如紫外(UV)、深UV或可见光，在半导体器件设计中产生精细的图形，许多种半导体器件，如二极管、三极管和集成电路，能够用光刻技术制作。光刻曝光系统通常包括照明系统、含有电路图的掩模版、投影系统和用于涂覆光刻胶的硅片和硅片对准台，照明系统照射掩模版上的电路图，投影系统把掩模版上的电路图照明区域的像投射到晶片上。
在光刻中，对图像质量起关键作用的两个因素是分辨率和焦深，所以既要获得更好的分辨率来形成关键尺寸的图形，又要保持合适的焦深，就需要提高投影物镜的像方数值孔径(NA)，同时对照明系统提出均匀照明、高透过率、光瞳均匀性等需求。光刻中要求照明系统产生的照明场尽量均匀，均匀性误差尽量小，以便整个照明光束能够均匀地照射在掩模版上，并均匀地投影到衬底上。照明均匀性会影响整个曝光场的线宽均匀性。
步进扫描光刻系统是典型的光刻系统，它具有矩形照明场，掩模台和工件台沿着全曝光区域扫描矩形照明场，然后步进到下一个曝光区，再沿着该曝光区域扫描矩形照明场，依此进行下去。沿扫描方向的光能量被积分，使扫描方向矩形照明场的非均匀性被平均化，而扫描方向积分能量在非扫描方向的非均匀性，会导致整个曝光场曝光不均匀。
为了解决步进扫描光刻机的均匀性问题，目前已进行了多个均匀性校正的方案探索。
第一种方案为：利用多组校正元件来改变透射率。该系统具有双边结构，即在照明场两边插入许多校正元件，设置它们具有一定透过率分布，从而改变它们所覆盖区域的光强。照明场的每边每个元件都具有对立的元件，每组对立元件具有相同X坐标，但在Y方向沿相反方向插入，对立元件也可旋转具有V型结构。对立元件各自最大可以插入到照明场区域中间，彼此不重叠，也可以在照明场区域重叠。在该方案中，由于每个校正元件具有有限宽度和厚度，因此每一个校正元件具有多个边。当照明光束角较大时(即大Sigma照明时)，光可能在元件侧面形成反射，造成阴影。另外相邻的校正元件之间也存在间隙，由于每一间隙具有0衰减，而校正元件具有非零的衰减，因此间隙会产生漏光，通过间隙的光在照明区将产生较大强度的条纹带或区域带，由于这种透过率的突变而引入新的非均匀性。为了补偿上述非均匀性，提出了一种补偿漏光和阴影的方法，这种方法在上述方案基础上增加了额外的补偿板，在补偿板上与间隙对应区域设置非零衰减率，而在其它区域设置100％的透过率。虽然利用这种带透过率分布的补偿板可以消除上述漏光与阴影效应，但是需要增加额外的补偿板，而且补偿板的透过率分布需要与校正元件的所有间隙对应，必然增加校正系统的复杂度。
第二种方案为：利用改变校正元件的刀头形状来解决漏光和阴影的问题。该均匀性校正装置可以用插入在辐射束边缘的可动指状物刀片来校正强度变化。然而，能够被校正的强度变化中的空间周期的宽度依赖于用于移动均匀性校正系统的指状物刀片的可动装置的尺寸。此外，在某些情况下，如果用于校正辐射束的不规则形的指状物的尺寸或形状被修改，则所述均匀性校正系统可能以不想要的方式累计或修改辐射束的一个或多个特性，比如说辐射束形成的光瞳。为克服上述缺陷，进一步提出改进方案，即将刀片位置位于Condenser像面，光瞳性质较好，刀头部分宽度为后端的1/2，所以刀片补偿部分不重叠，这样可以很好的保持光瞳性质，并且解决均匀性补偿和均匀性漂移的问题。
第三种方案为：照明系统中前期都用固定的灰度补偿板来消除可变遮光刀头补偿结构造成的非均匀性，但是随着光刻照明系统的照明模式的需求越来越多，固定的灰度补偿板不能满足多个照明模式情况下的均匀性都最优化。而根据不同照明模式更换不同补偿板耗时，影响产率，因此提出了不同照明模式情况下灰度补偿板可变的方案。通过移动两个补偿板的相对位置，来改变不同照明模式情况下的照明均匀性。
目前高NA前道照明系统中，照明模式多达数十甚至上百种，制作兼容如此之多的可变灰度补偿板的工艺困难，加之照明系统和物镜系统的均匀性的材料引起的长期漂移以及使用过程中污染导致的均匀性变化，每半年就需要重新设计可变灰度补偿板，更换一次补偿板也将影响产率，需要提出一种解决多种照明模式均匀性补偿及均匀性漂移导致的频繁更换可变灰度补偿板的方案。
发明内容
本发明提供一种照明均匀性校正装置、校正方法以及一种曝光投影系统，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种照明均匀性校正装置，设置于掩模版上方，包括：
可变遮光校正装置，包括若干设置在照明光束横截面的校正组件对，若干所述校正组件对沿非扫描方向间隔排列设置以覆盖整个照明场，沿扫描方向重叠设置以覆盖整个所述照明场；
可变灰度补偿板装置，包括两片可相对移动的不同灰度透过率的平板；以及
可变反射镜阵列装置，包括可变反射镜光学装置，所述可变反射镜光学装置由多个可变反射率的反射镜阵列组成，
通过调节所述校正组件对的形状和重叠方式、所述平板的透过率以及所述反射镜阵列的反射率，调节多个照明模式下整个所述照明场的照明均匀性。
较佳地，所述可变遮光校正装置设置于所述掩模版附近或所述掩模版的光学共轭面附近。
较佳地，所述校正组件对包括沿扫描方向插入所述照明场的第一校正组件，和沿扫描反方向插入所述照明场的第二校正组件，所述第一校正组件与第二校正组件数量相同且一一对应。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件上在所述扫描方向与光束传输方向上呈相互平行的平板状，且所述第一校正组件和第二校正组件能够分别在所述扫描方向上做至少一维运动，以改变二者的相对位置。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件的透过率分布随位置变化而变化，且所述第一校正组件的透过率分布与第二校正组件的透过率分布在移动方向上具有相反的变化趋势。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件的透过率分布至少是一维的透过率分布。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件的透过率分布为一次函数分布，或者二次函数分布，或者三角函数分布，或者上述若干种函数的组合分布。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是矩形，所述第一校正组件和第二校正组件在所述非扫描方向错位重叠设置。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是平行四边形或梯形，所述第一校正组件和第二校正组件在所述非扫描方向错位重叠设置，或者无错位完全重叠设置。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是阶梯形，所述第一校正组件和第二校正组件相对于光束截面具有镜像结构。
较佳地，所有的所述第一校正组件设置于同一平面上，且相邻的两个所述第一校正组件之间设置第一间隔隔开；所有的所述第二校正组件设置于与所述第一校正组件所在平面相异的另一平面上，且相邻的两个所述第二校正组件之间设置第二间隔隔开。
较佳地，所述第一间隔与所述第二间隔大小相等，均为0.1mm。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件由透射材料制成。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件通过在制造材料上沉积透射物或衰减物制成。
较佳地，所述第一校正组件和第二校正组件通过在制造材料上沉积随机点状衰减物或挡光物制成。
较佳地，所述可变灰度补偿板装置设置于所述掩模版附近或所述掩模版的光学共轭面附近。
较佳地，所述可变反射镜阵列装置还包括控制装置和测量装置，所述控制装置与多个所述反射镜阵列相连，用于改变所述反射镜阵列的反射率；所述测量装置安装于所述反射镜阵列上，用于检测所述反射镜阵列是否调整到位，并将结果反馈至所述控制装置。
较佳地，所述反射镜阵列采用电光晶体或者电磁驱动。
本发明还提供了一种曝光投影系统，沿光路传播方向依次包括光源、扩束器、第一反射镜、光束定位单元、可调节光衰减器、能量监测单元、第二反射镜、照明系统顶部模块、如上所述的照明均匀性校正装置、投影物镜，掩模台上的掩模版为投影物镜的物面位置，工件台上的硅片为投影物镜像面位置。
较佳地，所述照明系统顶部模块包括依次排列的第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块采用衍射光学元件组；所述第二模块包括变焦透镜组和旋转三棱镜，所述衍射光学元件组位于所述变焦透镜组的前焦面上；所述第三模块包括瞳面可变刀口阵列对组件、匀光组件、微透镜阵列加场镜以及聚光镜组，光束经所述聚光镜组后入射至所述反射镜阵列，将光瞳成像到所述掩模版上。
较佳地，所述照明均匀性校正装置设置于所述聚光镜组的后焦面附近，所述可变反射镜阵列装置设置于所述聚光镜组的45度拐角处。
较佳地，所述衍射光学元件组采用转轮，所述转轮上设置有多个能够在远场形成不同光强分布的衍射光学片，所述衍射光学片为微透镜阵列，或者菲涅尔透镜，或者衍射光栅。
较佳地，所述瞳面可变刀口阵列对组件包括两块大小相同的刀口阵列板，每块所述刀口阵列板上设有若干大小相同的通光图案，通过调节两块所述刀口阵列板的相对位置，改变所述光束的视场大小。
较佳地，所述照明系统顶部模块包括依次排列的第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块采用衍射光学元件组；所述第二模块包括变焦透镜组和旋转三棱镜，所述衍射光学元件组位于所述变焦透镜组的前焦面上；所述第三模块依次包括匀光组件、可变遮光刀口阵列对、可变刀口组件以及聚光镜组，光束经所述聚光镜组后入射至所述反射镜阵列，将光瞳成像到所述掩模版上。
较佳地，所述匀光组件采用石英棒或石英棒组合。
较佳地，所述可变刀口组件由四块大小相同的刀口板组成。
本发明还提供了一种如上所述的照明均匀性校正装置的校正方法，包括如下步骤：
S1：利用安装于工件台上的测量单元测量硅片面原始均匀性分布，通过可变遮光校正装置和可变灰度补偿板装置改变硅片面均匀性，并利用光刻机软件获取经过调整后的硅片面均匀性分布；
S2：根据硅片面均匀性需求，计算所述反射镜阵列中各反射率调整量分布；
S3：根据所述反射镜阵列中各反射率调整量分布，调整每个反射镜的反射率；
S4：利用测量单元复测硅片面均匀性分布；
S5：判断上述复测结果，若满足硅片面均匀性需求，则停止调整；若不满足，则继续调整所述反射镜的反射率，直至满足硅片面均匀性需求。
与现有技术相比，本发明提供的照明均匀性校正装置、校正方法以及一种曝光投影系统，具有如下优点：
1.本发明利用可变遮光校正装置补偿积分均匀性，并校正漏光及阴影问题，同时保持光瞳均匀性；利用可变灰度补偿板装置补偿多个照明模式的均匀性差异；利用可变反射镜阵列装置补偿多个照明模式的均匀性漂移，从而调制照明光强分布，满足多种照明模式的均匀性需求和均匀性漂移需求；
2.本发明不需要额外的灰度补偿板，即可达到全生命周期内均匀性达标，降低了成本；
3.本发明不需要频繁更换灰度补偿板，提高了产率。
附图说明
图1为本发明实施例一中曝光投影系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一中瞳面可变刀口阵列对组件的结构示意图；
图3为本发明实施例一中可变遮光校正装置的结构示意图；
图4为本发明实施例一中非扫描方向的积分光强分布的示意图；
图5为本发明实施例一中校正组件对在YZ截面上的示意图；
图6为本发明实施例一中校正组件对的透过率分布的示意图；
图7至图10分别为本发明实施例一中校正组件对的各种透过率分布对应的曲线关系示意图；
图11为本发明实施例一中第三模块的结构示意图；
图12为本发明实施例一中的校正方法的流程图；
图13为本发明实施例二中第三模块的结构示意图。
图中：101-光源、102-扩束器、103-第一反射镜、104-光束定位单元、105-可调节光衰减器、106-能量监测单元、107-第二反射镜、108-第一模块、109-第二模块、110-第三模块、111-照明均匀性校正装置、112-掩模版、113-掩模台、114-投影物镜、115-硅片、116-工件台、117-基座、118-光轴、119-光束、120-测量单元；201-照明场、202-第一校正组件、203-第二校正组件、204a-第一间隔、204b-第二间隔、205-第一阵列板、206-第二阵列板、207-遮光件；301-光强分布曲线；401-第一线性分布、402-第二线性分布、403-整体透过率分布；501-瞳面可变刀口阵列对组件、502-匀光组件、503-聚光镜组、504-反射镜阵列、505-控制装置、506-测量装置；601-石英棒或石英棒组合、602-可变遮光刀口阵列对、603-可变刀口组件。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用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。
本发明提供的照明均匀性校正装置，如图1至图11所示，设置于掩模版112上方，包括：
可变遮光校正装置，包括若干设置在照明的光束119横截面的校正组件对，若干所述校正组件对沿非扫描方向间隔排列设置以覆盖整个照明场201，沿扫描方向(Y向)重叠设置以覆盖整个所述照明场201，如图3所示；
可变灰度补偿板装置，包括两片可相对移动的不同灰度透过率的平板；以及
可变反射镜阵列装置，包括可变反射镜光学装置，所述可变反射镜光学装置由多个可变反射率的反射镜阵列504组成，如图11所示，
通过调节所述校正组件对的形状和重叠方式、所述平板的透过率以及所述反射镜阵列504的反射率，调节多个照明模式下整个所述照明场201的照明均匀性。
本发明利用可变遮光校正装置补偿积分均匀性，并校正漏光及阴影问题，同时保持光瞳均匀性；利用可变灰度补偿板装置补偿多个照明模式的均匀性差异；利用可变反射镜阵列装置补偿多个照明模式的均匀性漂移，从而调制照明光强分布，满足多种照明模式的均匀性需求和均匀性漂移需求。
较佳地，所述可变遮光校正装置设置于所述掩模版112附近或所述掩模版112的光学共轭面附近。具体地，请重点参考图3，所述校正组件对包括沿扫描方向(Y向)插入所述照明场201的第一校正组件202，和沿扫描反方向(-Y向)插入所述照明场201的第二校正组件203，所述第一校正组件202与第二校正组件203数量相同且一一对应，所述第一校正组件202和第二校正组件203共同作用于光束119，改变所覆盖区域的照明光强。如图4所示，光强分布曲线301表示一种非扫描方向的积分光强分布，一个所述第一校正组件202与第二校正组件203组成的校正组件对，可独立校正该积分光强分布中的部分区段，而所有的M对校正组件对(第一校正组件2021～M与第二校正组件2031～M一一对应)共同作用，即可调节整个照明场201在非扫描方向的光强积分均匀性。
较佳地，请重点参考图7至图10，所述第一校正组件202和第二校正组件203上在所述扫描方向与光束传输方向上呈相互平行的平板状，且所述第一校正组件202和第二校正组件203能够分别在所述扫描方向上做至少一维运动，以改变二者的相对位置，具体地，请重点参考图5，所述第一校正组件202和第二校正组件203可以分别沿箭头S1和箭头S2所示的方向移动。
较佳地，请继续参考图6，所述第一校正组件202和第二校正组件203的透过率分布随位置变化而变化，且所述第一校正组件202的透过率分布与第二校正组件203的透过率分布在移动方向上具有相反的变化趋势，换句话说，第一校正组件202的透过率分布为虚线所示的第一线性分布401，例如：其透过率从一开始的70％线性增加到100％；第二校正组件203的透过率分布为虚线所示的第二线性分布402，例如：其透过率从开始的100％线性减小到70％，这两者的组合可以在整个照明场201内所覆盖的区域实现如图6中实线所示的整体透过率分布403，从而实现需要的光强调制。当然，第一校正组件202也可以具有分段的透过率分布，即：第一校正组件202在初始至1/2的覆盖范围内，透过率从50％线性增加到100％，在1/2至末端的覆盖范围内具有均匀的100％透过率，此时，第二校正组件203也同样具有分段透过率分布，只是与第一校正组件202的透过率分布趋势相反；这样可实现校正组件对在所覆盖的照明场201范围内无衰减光的目的，也使得相邻的校正组件对之间不会因间隔而增加额外的散光。
较佳地，所述第一校正组件202和第二校正组件203的透过率分布至少是一维的透过率分布，具体可以为一次函数分布，或者二次函数分布，或者三角函数分布，或者上述若干种函数的组合分布。
较佳地，所述第一校正组件202和第二校正组件203在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是矩形，所述第一校正组件202和第二校正组件203在所述非扫描方向错位重叠设置，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同表面，或者设置在该两个校正组件的相异表面。
较佳地，所述第一校正组件202和第二校正组件203在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是平行四边形或梯形，所述第一校正组件202和第二校正组件203在所述非扫描方向错位重叠设置，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同表面，或者设置在该两个校正组件的相异表面；该两个校正组件在非扫描方向也可以无错位完全重叠设置，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相异表面。
较佳地，所述第一校正组件202和第二校正组件203在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是阶梯形，所述第一校正组件202和第二校正组件203相对于光束截面具有镜像结构，此时，所述的透过率分布分别设置在该两个校正组件的相同表面，或者设置在该两个校正组件的相异表面。
较佳地，请重点参考图2和图3，所有的所述第一校正组件202设置于同一平面上，且相邻的两个所述第一校正组件202之间设置第一间隔204a隔开；所有的所述第二校正组件203设置于与所述第一校正组件202所在平面相异的另一平面上，且相邻的两个所述第二校正组件203之间设置第二间隔204b隔开，所述第一间隔204a与所述第二间隔204b均为大小相等的微小间隙，本实施例中为0.1mm。
较佳地，所述第一校正组件202和第二校正组件203由透射材料，如玻璃材料制成。
较佳地，所述第一校正组件202和第二校正组件203通过在制造材料上沉积透射物或衰减物制成，例如：在玻璃基板上沉积铬薄膜，根据位置做成不同膜的函数形式，连续改变膜的厚度，以实现预定的透过率分布。
较佳地，所述第一校正组件202和第二校正组件203通过在制造材料上沉积随机点状衰减物或挡光物制成，通过控制所述点状物的密度以实现预定的透过率分布。
具体地，所述校正组件对通过遮光件207的位置及重叠情况，可以形成如图7所示的透光率分布凹二次曲线；可以形成如图8所示的透光率分布凸二次曲线的示意图；可以形成如图9所示的透光率分布对称三次曲线；还可以形成如图10所示的透光率分布非对称三次曲线。
较佳地，所述可变灰度补偿板装置设置于所述掩模版112附近或所述掩模版112的光学共轭面附近。
较佳地，请重点参考图11，所述可变反射镜阵列装置还包括控制装置505和测量装置506，所述控制装置505与多个所述反射镜阵列504相连，用于改变所述反射镜阵列504的局部参数，进而改变反射率；所述测量装置506安装于所述反射镜阵列504上，用于检测所述反射镜阵列504是否调整到位，并将结果反馈至所述控制装置505。具体地，所述可变反射镜阵列装置用于补偿残余的积分均匀性和补偿多个照明模式的均匀性漂移。
较佳地，所述反射镜阵列504采用电光晶体或者电磁驱动。利用电磁或电光晶体驱动反射镜阵列504，来实现反射镜的反射率可变，调制照明光强分布，满足多种照明模式的均匀性需求和均匀性漂移需求。
本发明提供的照明均匀性校正装置，利用可变反射镜阵列装置作为可变遮光刀片组合和可变灰度补偿板方案的补充方案，由于可变遮光校正装置每个校正组件对均可独立的调节所覆盖照明场201区域的透过率分布；同时，通过设置校正组件对的不同形状，并设置相邻的两个校正组件对之间的连接方式，使得两相邻校正组件对之间共有区域的透过率将介于两个校正组件对独立的透过率，并且相邻校正组件对之间的间隙区域具有非零衰减率。因而，即可避免相邻校正组件对之间的间隙导致的漏光和阴影。另外，可变灰度补偿板装置用于补偿多个照明模式的均匀性差异；可变反射镜阵列装置用于补偿多个照明模式的均匀性漂移。调节以上三个可变组件的透射率或反射率，可控制多个照明模式情况下扫描方向积分能量的分布，也可控制多个照明模式情况下整个照明场201的均匀性。并且尤其在高NA前道照明系统中，可保证在全生命周期内不用更换补偿板，降低成本，提高产率，提高可靠性。
请重点参考图1，本发明还提供了一种曝光投影系统，沿光路传播方向依次包括光源101、扩束器102、第一反射镜103、光束定位单元104、可调节光衰减器105、能量监测单元106、第二反射镜107、照明系统顶部模块、如上所述的照明均匀性校正装置111、投影物镜114，掩模台113上的掩模版112为投影物镜114的物面位置，工件台116上的硅片115为投影物镜114像面位置。具体地，所述光源101产生用于曝光的光束119，其可以是波长248nm，或者波长193nm，或者其他波长的激光光源。光源101发出的光束119首先经过扩束器102进行准直，并将椭圆形光转换为圆形光束；第一反射镜103可以是单个反射镜，也可以是包含多个反射镜的复杂传输系统，它将从扩束器102出射的光束119传输到光束定位单元104；光束定位单元104通过对光束119采样和分析，可以校正光束119的入射位置和角度；然后光束119通过用于控制照明系统的能量的可调节光衰减器105和能量监测单元106；经过第二反射镜107后，光束119进入照明系统顶部模块，在垂直于光轴118的平面内形成矩形照明场。
掩模版112放置在掩模台113上，在步进扫描曝光系统中，掩模台113能以恒定速度沿Y方向往返扫描运动，投影物镜114将掩模版112上的图案投影到硅片115，例如：投影物镜114的放大倍率为0.25。工件台116设置在基座117上，用于承载硅片115。在步进扫描曝光系统中，工件台116可以在平行于投影物镜114像面的XY平面内做二维运动，包括在Y方向以恒定速度做扫描运动，在X和Y方向以步进方式运动。
对掩模版112上的图案的非均匀照明会通过投影物镜114反映到硅片115的图形上，引起图形的均匀性差异，使用本发明提供的照明均匀性校正装置111对照明系统均匀性的校正，可以获得硅片115的均匀线宽。另外，投影物镜114性能的退化也会导致照明均匀性变化，造成硅片115上的图形线宽非均匀，通过照明均匀性校正装置111的调节补偿，可以达到校正硅片115上图形线宽非均匀的目的。更进一步，在硅片115测量照明光强分布，对测试结果判断处理，通过电子控制装置，自动调节照明均匀性校正装置111，达到及时补偿硅片115照明光强均匀性的目的。
较佳地，请重点参考图1，所述照明系统顶部模块包括依次排列的第一模块108、第二模块109和第三模块110，所述第一模块108采用衍射光学元件组，它的主要作用是产生多种不同的照明模式，例如：圆形照明模式、环形照明模式、双极照明模式和四极照明模式。较佳地，所述衍射光学元件组采用转轮(未图示)，所述转轮上设置有多个能够在远场形成不同光强分布的衍射光学片，分别用来产生不同的照明模式，当需要用其中某一个衍射光学片时，将其转入光路即可，具体地，所述衍射光学片可为微透镜阵列，或者菲涅尔透镜，或者衍射光栅。
所述第二模块109包括变焦透镜组和旋转三棱镜，所述衍射光学元件组位于所述变焦透镜组的前焦面上，所述第二模块109与第一模块108中的衍射光学片组合后，可以得到适当的照明光瞳，例如：环形照明光瞳。另外，改变所述变焦透镜组和旋转三棱镜的焦距可以改变照明模式的部分相干度，例如：改变环形照明光瞳的外环和内环大小。
请重点参考图11，所述第三模块110包括瞳面可变刀口阵列对组件501、匀光组件502、微透镜阵列加场镜以及聚光镜组503，较佳地，所述照明均匀性校正装置111设置于所述聚光镜组503的后焦面附近，所述可变反射镜阵列装置设置于所述聚光镜组503的45度拐角处，光束119经所述聚光镜组503后入射至所述反射镜阵列504，将光瞳成像到所述掩模版112上，并对掩模版112上的图案进行照明。为了获得扫描方向(即Y方向)上的梯形照明场分布，掩模版112的位置相对聚光镜组503的后焦面有偏离。
较佳地，请重点参考图2，所述瞳面可变刀口阵列对组件501包括两块大小相同的刀口阵列板，本实施例中为第一阵列板205和第二阵列板206，每块所述刀口阵列板上设有若干大小相同的通光图案，通过调节两块所述刀口阵列板的相对位置，能够连续改变所述光束119在X和Y方向的视场大小。具体地，所述刀口阵列板上的通光图案可以利用光刻工艺在石英上形成精确大小的吸收膜，也可以用易化学刻蚀的材料，例如：硅，利用光刻工艺在硅版上刻蚀出需要的孔。
经过第三模块110出射的光束119，在垂直于光轴118的平面内是具有矩形照明场大小的。本发明所述的照明均匀性校正装置111用来校正矩形照明场的非均匀性，也用来校正硅片115的线宽非均匀性。它可以位于第三模块110和掩模版112之间靠近掩模版112附近的位置，也可位于掩模版112的光学共轭面附近。本实施例中，该照明均匀性校正装置111位于第三模块110中聚光镜组503的后焦面附近。
请重点参考图12，本发明还提供了一种如上所述的照明均匀性校正装置的校正方法，包括如下步骤：
S1：利用安装于工件台116上的测量单元120测量硅片面原始均匀性分布，通过可变遮光校正装置和可变灰度补偿板装置改变硅片面均匀性，并利用光刻机软件获取经过调整后的硅片面均匀性分布；
S2：根据硅片面均匀性需求，计算所述反射镜阵列504中各反射率调整量分布；
S3：根据所述反射镜阵列504中各反射率调整量分布，调整每个反射镜的反射率；
S4：利用测量单元120复测硅片面均匀性分布；
S5：判断上述复测结果，若满足硅片面均匀性需求，则停止调整；若不满足，则继续调整所述反射镜的反射率，直至满足硅片面均匀性需求。
本发明提供的校正方法通过调节以上三个可变组件的透射率或反射率，可控制多个照明模式情况下扫描方向积分能量的分布，也可控制多个照明模式情况下照明场201的均匀性。并且尤其在高NA前道照明系统中，可保证在全生命周期内不用更换补偿板，降低成本，提高产率，提高可靠性。
实施例二
请重点参考图13，本实施例与实施例一的区别在于：第三模块110的具体结构不同，本实施例中的第三模块110具体包括匀光组件，本实施例中的匀光组件采用石英棒或石英棒组合601，结合可变遮光刀口阵列对602、可变刀口组件603以及聚光镜组503，光束119经所述聚光镜组503后入射至所述反射镜阵列504，将光瞳成像到所述掩模版112上，并对掩模版112上的图案进行照明。为了获得扫描方向(即Y方向)上的梯形照明场分布，掩模版112的位置相对聚光镜组503后焦面有偏离，本实施例同样能够实现调制照明光强分布的作用。
较佳地，所述可变刀口组件603由四块大小相同的刀口板组成。
综上所述，本发明提供的照明均匀性校正装置、校正方法以及一种曝光投影系统，包括：可变遮光校正装置，包括若干设置在照明光束横截面的校正组件对，若干所述校正组件对沿非扫描方向间隔排列设置以覆盖整个照明场201，沿扫描方向重叠设置以覆盖整个所述照明场201；可变灰度补偿板装置，包括两片可相对移动的不同灰度透过率的平板；以及可变反射镜阵列装置，包括可变反射镜光学装置，所述可变反射镜光学装置由多个可变反射率的反射镜阵列504组成，通过调节所述校正组件对的形状和重叠方式、所述平板的透过率以及所述反射镜阵列504的反射率，调节多个照明模式下整个所述照明场201的照明均匀性。本发明可实现反射率可变，用以调制照明光强分布，满足多种照明模式的均匀性需求和均匀性漂移需求。
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。
Claims (27)
1.一种照明均匀性校正装置，设置于掩模版上方，其特征在于，包括：
可变遮光校正装置，包括若干设置在照明光束横截面的校正组件对，若干所述校正组件对沿非扫描方向间隔排列设置以覆盖整个照明场，沿扫描方向重叠设置以覆盖整个所述照明场；
可变灰度补偿板装置，包括两片可相对移动的不同灰度透过率的平板；以及
可变反射镜阵列装置，包括可变反射镜光学装置，所述可变反射镜光学装置由多个可变反射率的反射镜阵列组成，
通过调节所述校正组件对的形状和重叠方式、所述平板的透过率以及所述反射镜阵列的反射率，调节多个照明模式下整个所述照明场的照明均匀性。
2.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述可变遮光校正装置设置于所述掩模版附近或所述掩模版的光学共轭面附近。
3.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述校正组件对包括沿扫描方向插入所述照明场的第一校正组件，和沿扫描反方向插入所述照明场的第二校正组件，所述第一校正组件与第二校正组件数量相同且一一对应。
4.如权利要求3所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件上在所述扫描方向与光束传输方向上呈相互平行的平板状，且所述第一校正组件和第二校正组件能够分别在所述扫描方向上做至少一维运动，以改变二者的相对位置。
5.如权利要求4所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件的透过率分布随位置变化而变化，且所述第一校正组件的透过率分布与第二校正组件的透过率分布在移动方向上具有相反的变化趋势。
6.如权利要求5所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件的透过率分布至少是一维的透过率分布。
7.如权利要求6所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件的透过率分布为一次函数分布，或者二次函数分布，或者三角函数分布，或者上述若干种函数的组合分布。
8.如权利要求5所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是矩形，所述第一校正组件和第二校正组件在所述非扫描方向错位重叠设置。
9.如权利要求5所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是平行四边形或梯形，所述第一校正组件和第二校正组件在所述非扫描方向错位重叠设置，或者无错位完全重叠设置。
10.如权利要求5所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件在垂直于所述扫描方向的光束传输截面是阶梯形，所述第一校正组件和第二校正组件相对于光束截面具有镜像结构。
11.如权利要求3所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所有的所述第一校正组件设置于同一平面上，且相邻的两个所述第一校正组件之间设置第一间隔隔开；所有的所述第二校正组件设置于与所述第一校正组件所在平面相异的另一平面上，且相邻的两个所述第二校正组件之间设置第二间隔隔开。
12.如权利要求11所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一间隔与所述第二间隔大小相等，均为0.1mm。
13.如权利要求3所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件由透射材料制成。
14.如权利要求3所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件通过在制造材料上沉积透射物或衰减物制成。
15.如权利要求3所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述第一校正组件和第二校正组件通过在制造材料上沉积随机点状衰减物或挡光物制成。
16.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述可变灰度补偿板装置设置于所述掩模版附近或所述掩模版的光学共轭面附近。
17.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述可变反射镜阵列装置还包括控制装置和测量装置，所述控制装置与多个所述反射镜阵列相连，用于改变所述反射镜阵列的反射率；所述测量装置安装于所述反射镜阵列上，用于检测所述反射镜阵列是否调整到位，并将结果反馈至所述控制装置。
18.如权利要求17所述的照明均匀性校正装置，其特征在于，所述反射镜阵列采用电光晶体或者电磁驱动。
19.一种曝光投影系统，其特征在于，沿光路传播方向依次包括光源、扩束器、第一反射镜、光束定位单元、可调节光衰减器、能量监测单元、第二反射镜、照明系统顶部模块、如权利要求1所述的照明均匀性校正装置、以及投影物镜，掩模台上的掩模版为投影物镜的物面位置，工件台上的硅片为投影物镜像面位置。
20.如权利要求19所述的曝光投影系统，其特征在于，所述照明系统顶部模块包括依次排列的第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块采用衍射光学元件组；所述第二模块包括变焦透镜组和旋转三棱镜，所述衍射光学元件组位于所述变焦透镜组的前焦面上；所述第三模块包括瞳面可变刀口阵列对组件、匀光组件、微透镜阵列加场镜以及聚光镜组，光束经所述聚光镜组后入射至所述反射镜阵列，将光瞳成像到所述掩模版上。
21.如权利要求20所述的曝光投影系统，其特征在于，所述照明均匀性校正装置设置于所述聚光镜组的后焦面附近，所述可变反射镜阵列装置设置于所述聚光镜组的45度拐角处。
22.如权利要求20所述的曝光投影系统，其特征在于，所述衍射光学元件组采用转轮，所述转轮上设置有多个能够在远场形成不同光强分布的衍射光学片，所述衍射光学片为微透镜阵列，或者菲涅尔透镜，或者衍射光栅。
23.如权利要求20所述的曝光投影系统，其特征在于，所述瞳面可变刀口阵列对组件包括两块大小相同的刀口阵列板，每块所述刀口阵列板上设有若干大小相同的通光图案，通过调节两块所述刀口阵列板的相对位置，改变所述光束的视场大小。
24.如权利要求19所述的曝光投影系统，其特征在于，所述照明系统顶部模块包括依次排列的第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块采用衍射光学元件组；所述第二模块包括变焦透镜组和旋转三棱镜，所述衍射光学元件组位于所述变焦透镜组的前焦面上；所述第三模块依次包括匀光组件、可变遮光刀口阵列对、可变刀口组件以及聚光镜组，光束经所述聚光镜组后入射至所述反射镜阵列，将光瞳成像到所述掩模版上。
25.如权利要求24所述的曝光投影系统，其特征在于，所述匀光组件采用石英棒或石英棒组合。
26.如权利要求24所述的曝光投影系统，其特征在于，所述可变刀口组件由四块大小相同的刀口板组成。
27.如权利要求1所述的照明均匀性校正装置的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：利用安装于工件台上的测量单元测量硅片面原始均匀性分布，通过可变遮光校正装置和可变灰度补偿板装置改变硅片面均匀性，并利用光刻机软件获取经过调整后的硅片面均匀性分布；
S2：根据硅片面均匀性需求，计算所述反射镜阵列中各反射率调整量分布；
S3：根据所述反射镜阵列中各反射率调整量分布，调整每个反射镜的反射率；
S4：利用测量单元复测硅片面均匀性分布；
S5：判断上述复测结果，若满足硅片面均匀性需求，则停止调整；若不满足，则继续调整所述反射镜的反射率，直至满足硅片面均匀性需求。
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