基于塔尔博特自成像光刻机的照明系统设计与分析

发布时间：2019-08-02 15:33

【摘要】：针对塔尔博特自成像光刻机对照明系统的特定需求,基于成像照明光学设计理论,引入非成像光学理论思想,建立照明系统的初始结构。利用光学设计软件Zemax对照明系统光学初始结构进行优化,并在Lighttools中对该照明系统进行建模和大规模分布式光线追迹。追迹结果表明,在照明面积60mm×60mm范围内,照明不均匀度约为1.83%,照明功率密度不小于1.15mW·mm~(-2)。对照明面在光轴方向上的位移容差进行分析,结果表明该照明系统可以满足塔尔博特自成像光刻的需求。
【图文】：

ｎａｌ．ｎｅｔ上可以满足塔尔博特自成像光刻的需求。２塔尔博特自成像光刻原理塔尔博特效应于１８３６年首次被英国科学家塔尔博特发现［５］。该效应主要发生在单色平面波照射的周期性物体（掩模板）上。根据光的电磁波理论和角谱传播理论［６］，可以计算出沿光场传播方向以Ｚ＝Ｎ×２ｐ２／λ为周期产生自成像，其中Ｎ为正整数，ｐ为掩模周期，λ为入射光波长。同时，在Ｚ＝（２Ｎ－１）ｐ２／λ处会产生一个具有π相移的中间像。塔尔博特自成像光刻原理如图１所示。将硅片沿着光传播方向进行Ｎ（Ｎ≥１）个周期的扫描式空域积分，不仅可以延长光刻焦深，而且由于空域中塔尔博特像和中间像的同时存在，会在硅片表面形成频率２倍于掩模周期频率的图案，从而实现高分辨力周期图案光刻［７］。图１塔尔博特自成像光刻原理示意图Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆＴａｌｂｏｔｓｅｌｆ－ｉｍａｇｉｎｇｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ从图１可以看出，塔尔博特自成像光刻存在一个对光场进行扫描积分的过程，所以对光场分布的稳定性提出了很高的要求。理论上塔尔博特自成像光刻需要掩模板受到均匀平面波照射，才能精确地在硅片表面呈现频率２倍于掩模周期频率的图案。这对光刻机照明系统的照明不均匀性、照明能量分布、照明面附近的光场稳定性和一致性提出了更高的要求。３光刻机照明设计理论图２临界照明光学结构Ｆｉｇ．２Ｏｐｔｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｒｉｔｉｃａｌｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ在光刻机照明系统研究领域中，主要的研究目标是光能传输效率的最大化，照明面拥有高度的均匀性并且能够高度精确地控制光强的分布。

５４，０８２２０１（２０１７）激光与光电子学进展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ至无穷远，，即光源的二次像在无穷远，从而形成远心照明。科勒照明结构的视场光阑放置在科勒镜之后，通过聚光镜成像在照明面处，与光源本身没有对应的物像关系。另外，在这种照明结构中，可以通过调整视场光阑和孔径光阑来控制照明面积和照明孔径角，这是科勒照明的一大优势。图３科勒照明的光学结构Ｆｉｇ．３ＯｐｔｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＫｏｈｌｅｒｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ非成像光学理论最早于２０世纪６０年代提出，直到７０年代才逐步发展成为理论体系［９］。相比于传统的成像光学而言，非成像光学所关心的不是能否在目标平面上成像以及成像质量如何，而是光源的能量利用率以及能量分布情况［１０］。在非成像光学理论中，光学扩展量Ｅ是一个非常重要的概念。光学扩展量Ｅ定义为Ｅ＝

本文编号：2522203