本发明涉及光刻技术领域， 特别是一种光刻照明系统。 背景技术

随着微电子产业的迅猛发展， 极大规模集成电路的加工设备——高端扫描光 刻 机的研制成为迫切的需求。 照明系统可以为光刻机提供高均匀性照明、 控制曝光剂 量和实现离轴照明， 从而提高光刻分辨率和增大焦深， 是光刻机的重要组成部分。 因此照明系统的性能直接影响着光刻机的性能 。

先技术 [1] (参见 Mark Oskotsky, Lev Ryzhikov等. Advanced illumination system for use in microlithography, US Patent 7187430 B2, 2007)和先技术 [2] (参见 Jorg Zimmermann, Paul Graupner等. Generation of arbitrary freeforai source shapes using advanced illumination systems in high-NA immersion scanners, Proc. of SPIE Vol. 7640， 764005, 2010)都对一般光刻照明系统进行了描述。如图 1所示， 一般的光刻照明系 统包括激光光源 1、 准直扩束单元 2、 光瞳整形单元 3、 第一微透镜阵列 4、 第二微 透镜阵列 5、 聚光镜组 6、 扫描狭缝 7、 照明镜组 8和掩膜 9几个主要部分。 其中， 第一微透镜阵列 4和第二微透镜阵列 5构成了光刻照明系统的匀光单元。 激光束经 过准直扩束单元 2、 光瞳整形单元 3后形成需求的照明模式， 然后激光束再由匀光 单元均匀化和聚光镜组 6聚焦后在聚光镜组 6的后焦面上形成均匀的光场， 均匀光 场经过扫描狭缝 7后由照明镜组 8成像到掩膜 9上， 扫描狭缝 7在聚光镜组 6后焦 平面处对均匀光场进行了扫描， 则掩膜上的光场也被相应地扫描。 扫描狭缝的扫描 速度非常快， 可达到几百毫米每秒， 会产生一定的振动影响掩膜， 进而影响光刻系 统的性能， 故需要引入照明镜组将掩膜和扫描狭缝分隔开 。 照明镜组的口径一般较 大（近 300mm)、且镜片数目一般较多（10片左右）， 这样就会减小系统的光束透过 率， 降低能量利用率， 且使得系统结构更加复杂。 发明内容

为了克服上述现有技术的不足， 提出一种光刻照明系统， 该光刻照明系统减小 了扫描狭缝的扫描行程和速度， 降低了扫描狭缝振动带来的影响， 提高了系统透过 率， 能够实现非偏振照明， 且具有结构简单的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻照明系统， 包括激光光源、 准直扩束单元、 光瞳整形单元、 第一微透 镜阵列、 第二微透镜阵列、 聚光镜组、 掩膜、 其特点在于还有微扫描狭缝阵列、 运 动控制单元和微积分棒阵列， 上述元部件的位置关系是： 激光光源出射的激光束依 次经过所述的准直扩束单元、 光瞳整形单元、 第一微透镜阵列、 微积分棒阵列、 微 扫描狭缝阵列、 第二微透镜阵列、 聚光镜组后照射到掩膜上； 所述的运动控制单元 与所述的微扫描狭缝阵列相连， 控制所述的微扫描狭缝阵列的移动速度与行程 ， 扫 描相应的光场； 所述的第一微透镜阵列处于所述的光瞳整形单 元的出瞳面； 所述的 微积分棒阵列的入射端面位于第一微透镜阵列 的后焦面； 微积分棒阵列的出射端面 处于第二微透镜阵列的前焦面； 第二微透镜阵列的后焦面与掩膜的位置相对于 所述 的聚光镜组共轭， 所述的第一微透镜阵列由多个完全相同的第一 微透镜组成， 所述 的第二微透镜阵列由多个完全相同的第二微透 镜组成， 所述的微积分棒阵列由多个 完全相同的微积分棒组成， 所述的第一微透镜、 所述的微积分棒和所述的第二微透 镜一一对应。

所述的第一微透镜阵列是由多个完全相同的第 一微透镜组成的， 所述的第一微 透镜之间需紧密相连， 所述的第一微透镜为柱面镜或球面镜。

所述的第二微透镜阵列是由多个完全相同的第 二微透镜组成的， 所述的第二微 透镜为柱面镜或球面镜，所述的第二微透镜的 视场与所述的第一微透镜的视场不同。

所述的微积分棒阵列是由多个完全相同的微积 分棒组成的， 所述的微积分棒为 长方体， 所有所述的微积分棒的两端分别利用第一支撑 架和第二支撑架固定呈等间 隔的二维矩阵排列， 所述的间隔的尺寸要大于等于所述的微积分棒 的端面尺寸。

所述的微扫描狭缝阵列是由多个微扫描狭缝组 成的， 所述的微扫描狭缝位于所 述的微积分棒的出射端面处， 且穿插在所述的微积分棒两两之间的空间间隔 里。

所述的运动控制单元是控制所述的微积分棒阵 列进行一维或二维扫描移动的。 与先技术相比， 本发明的技术效果如下：

该光刻照明系统利用微积分棒阵列作为匀光单 元， 既可实现非偏振照明， 也巧 妙地将匀光单元和扫描狭缝结合了起来， 然后利用聚光镜组将扫描狭缝和掩膜分隔 开， 这样就省去了口径较大 （近 300mm)、 镜片数目较多 （10片左右） 的照明镜组 的使用， 减小了系统的吸收损耗， 增大了透过率， 提高了能量利用率， 且简化了系 统结构。

该光刻照明系统用微扫描狭缝阵列代替传统的 扫描狭缝， 使得微扫描狭缝的扫 描行程和运动速度都大大降低， 这样就减小了扫描狭缝阵列的振动与其振动带 来的 影响， 提高了系统的性能。 附图说明

图 1为现有光刻照明系统的结构示意图

图 2为本发明光刻照明系统的结构示意图

图 3为本发明一种微积分棒阵列的实现方式

图 4为一种微扫描狭缝阵列的实现方式

图 5为另一种微扫描狭缝阵列的实现方式

图 6为积分棒匀光的原理图

图 7为光刻照明系统匀光与扫描成像的原理简图 具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明 ， 但不应以此限制本发明的保护 范围。

先请参阅图 2， 图 2是本发明光刻照明系统的结构示意图。 由图 2可知， 本发 明光刻照明系统包括激光光源 1、 准直扩束单元 2、 光瞳整形单元 3、 第一微透镜阵 列 4、 第二微透镜阵列 5、 聚光镜组 6、 微扫描狭缝阵列 7、 掩膜 9、 运动控制单元 10和微积分棒阵列 11 ; 其位置关系是：激光光源 1出射的激光束依次经过准直扩束 单元 2、光瞳整形单元 3、第一微透镜阵列 4、微积分棒阵列 11、微扫描狭缝阵列 7、 第二微透镜阵列 5、 聚光镜组 6后照射到掩膜 9上； 运动控制单元 10与微扫描狭缝 阵列 7相连， 控制微扫描狭缝阵列 7的移动速度与行程， 扫描相应的光场； 第一微 透镜阵列 4处于光瞳整形单元 3的出瞳面；微积分棒阵列 11的入射端面位于第一微 透镜阵列 4的后焦面;微积分棒阵列 11的出射端面处于第二微透镜阵列 5的前焦面; 第二微透镜阵列 5的后焦面与掩膜 9所处的位置是聚光镜组 6的一对共轭位置。

第一微透镜阵列 4是由多个完全相同的第一微透镜 41组成的，每个第一微透镜 41之间需紧密相连， 第一微透镜 41为柱面镜或球面镜。

第二微透镜阵列 5是由多个完全相同的第二微透镜 51组成的，每个第二微透镜 51之间紧密相连， 第二微透镜 51为柱面镜或球面镜， 第二微透镜 51的视场与第一 微透镜 41的视场不同。

微积分棒阵列 11是由多个完全相同的微积分棒 111组成的， 微积分棒 111为长 方体， 微积分棒 111与第一微透镜 41和第二微透镜 51都是一一对应的。

请参阅图 3， 图 3为一种微积分棒阵列的实现方式， 图 3 (a) 和图 3 (b)分别 表示微积分棒阵列 11的正视图和侧视图。 由图 3知， 所有的微积分棒 111的两端分 别利用第一支撑架 112和第二支撑架 113固定呈等间隔的二维矩阵排列， 所述的间 隔的尺寸要大于等于微积分棒 111的端面尺寸。

微扫描狭缝阵列 7是由多个微扫描狭缝 71组成的， 微扫描狭缝 71位于微积分 棒 111的出射端面处， 且穿插在两两微积分棒 111之间的空间间隔里。

请参阅图 4和图 5 (黑色部分表示不透光部分， 白色部分表示透光部分， 即微 扫描狭缝 71 )， 图 4和图 5分别表示微扫描狭缝阵列的两种实现方式。 图 4所示的 实现方式是将两块透光方向不同的微扫描狭缝 阵列叠加使用， 第一块微扫描狭缝阵 列的透光方向沿着 y方向，当其被运动控制单元 10控制沿着 X方向移动时就可以对 X方向的光场进行一维扫描， 而第二块微扫描狭缝阵列的透光方向沿着 X方向， 当 其被运动控制单元 10控制沿着 y方向移动时就可以对 y方向的光场进行一维扫描， 当两块微扫描狭缝阵列分别同时沿着 X方向和 y方向移动时就可以对光场进行二维 扫描。 图 5所示的实现方式是将图 4所示的两块微扫描狭缝阵列整合成一块为扫� � 狭缝阵列，当其被运动控制单元 10控制沿着 X方向移动时就可以对 X方向的光场进 行一维扫描， 沿着 y方向移动时就可以对 y方向的光场进行一维扫描， 而沿着 X和 y的角平分线移动时就可以对光场进行二维扫� �。

运动控制单元 10是控制微扫描狭缝阵列 7进行一维或二维扫描移动的。

下面对本发明的主要部分——匀光与扫描成像 的原理进行详细的说明。

我们先对光刻照明系统采用的积分棒匀光的原 理作简要的说明。 在文章 （郭立 萍， 黄惠杰， 王向朝. 积分棒在步进扫描投影光刻系统中的应用， 光子学报， Vol.35(7), 981-984, 2005) 中指出， 一束平行光经过透镜 1聚焦耦合进积分棒里， 光 束在积分棒里多次反射转折， 形成了位于积分棒入射端面的若干虚点光源（ 如图 6 中的 S _Q 、 Si等），每一个虚点光源均代表入射光束的一� ��小孔径的细光束，而每个虚 点光源在透镜 2的像方对应位置有一个相应的像点（如图 6中的 Po、 Pi等)，则相应 的细光束投射到了透镜 2的像面上的相同区域， 这些细光束的迭加导致像面上的照 明光强基本上处处相等。

基于积分棒匀光的原理， 我们先参阅图 7， 图 7是光刻照明系统的匀光与扫描 成像的原理简图。 由图 7可知， 经过光瞳整形单元 3出射的激光束被第一微透镜阵 列 4分割且聚焦耦合进微积分棒阵列 11中，每一个被分割的子光束在对应的微积分 棒 111中多次反射转折， 然后在微积分棒 111的出射端面形成均匀光场。 此时微积 分棒 111的端面相当于若干个相同的子光源，这些子 光源位于第二微透镜 51的前焦 面上， 故从第二微透镜 51出射的光束为平行光，这些平行光经过聚光� ��组 6聚焦后 成像在掩膜 9上。 每个微积分棒 111的相同位置的点光源发出的光束经过第二微 透 镜 51和聚光镜组 6后会聚到掩膜 9上的同一点，即掩膜 9上的每一点都是由不同微 积分棒 111的相同位置的点光源发出的不同数值孔径的 细光束迭加而成的， 换句话 说， 掩膜 9上的光场是每个微积分棒 111出射端面处的均匀光场的再次迭加， 这样 掩膜 9上就形成了均匀的光场。那么， 如果微扫描狭缝 71对微积分棒 111的出射端 面处的均匀光场进行了扫描， 则掩膜 9上的光场也会相应地被扫描。 这样我们就巧 妙地将匀光单元和扫描狭缝结合了起来， 省去了照明镜组的使用。 同时， 由于微积 分棒 111的多次反射使得从微积分棒阵列 11出射的光场是退偏的，这就实现了非偏 振照明。 值得注意的是， 在微积分棒 111端面一定的情况下， 微积分棒 111越长， 其匀光效果也会越好， 但同时光的吸收损耗也会越大， 因而在追求高均匀性光场的 同时也要兼顾系统透过率的需求。

本发明光刻照明系统利用微积分棒阵列和微扫 描狭缝阵列实现了匀光和扫描， 使得扫描狭缝的扫描行程和速度可大大降低， 减小了其振动带来的影响， 并省去了 照明镜组的使用， 使系统的透过率大大增强、 结构大大简化， 同时实现了非偏振照 明。