專利名稱：由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)及裝調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光刻機的光學系統(tǒng)設(shè)計，特別是光刻機曝光系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是用于在襯底表面上印刷具有特征的構(gòu)圖。這樣的襯底可包括用于制造半導體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物芯片、微機械電子芯片、光電子線路芯片等的基片。經(jīng)常使用的基片為表面圖有光敏感介質(zhì)的半導體晶片或玻璃基片。
在光刻過程中，晶片放置在晶片臺上，通過處在光刻設(shè)備內(nèi)的曝光裝置，將特征構(gòu)圖投射到晶片表面。盡管在光刻過程中使用了投影光學裝置，還可依據(jù)具體應用，使用不同的類型曝光裝置。例如X射線、離子、電子或光子光刻的不同曝光裝置，這已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
半導體行業(yè)使用的傳統(tǒng)分步重復式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的特征構(gòu)圖在各個場一次性的投影或掃描到晶片上，一次曝光或掃描一個場。然后通過移動晶片來對下一個場進行重復性的曝光過程。傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)通過重復性曝光或掃描過程，實現(xiàn)高產(chǎn)出額的精確特征構(gòu)圖的印刷。
為了在晶片上制造器件，需要多個分劃板。由于特征尺寸的減少以及對于較小特征尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對于生產(chǎn)而言成本很高，耗時很長，從而使利用分劃板的傳統(tǒng)晶片光刻制造成本越來越高，非常昂貴。
無掩膜(如直接寫或數(shù)字式等)光刻系統(tǒng)相對于使用傳統(tǒng)分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無掩膜系統(tǒng)使用空間圖形發(fā)生器(SLM)來代替分劃板。SLM包括數(shù)字微鏡系統(tǒng)(DMD)或液晶顯示器(LCD)，SLM包括一個可獨立尋址和控制的象素陣列，每個象素可以對透射、反射或衍射的光線產(chǎn)生包括相位、灰度方向或開關(guān)狀態(tài)的調(diào)制。
傳統(tǒng)的光刻圖象的制造使用以特定的圖象編碼的分劃板，產(chǎn)生一定的空間光強和相位的調(diào)制，聚焦光然后通過分劃板投射到光敏感元件上。每一個分劃板配置成一個單一的圖象。
在無掩膜的光刻系統(tǒng)中，特征圖形由空間微反射鏡陣列產(chǎn)生，這些微小鏡面可以獨立尋找址單獨受控以不同的傾斜方向反射照射的光束，以產(chǎn)生空間光強調(diào)制。通過光學投影元件，這些空間微鏡陣列以一定的放大倍率M(通常M＜1)投影到光敏感元件的襯底上，產(chǎn)生特征的構(gòu)圖。
現(xiàn)有光刻機的曝光系統(tǒng)，采用的是一種有限遠距離成像的光學設(shè)計。即曝光系統(tǒng)僅僅是由一個鏡頭組組成，中間沒有平行光。由于曝光鏡頭的畸變要求很高達0.01％，而這么高要求的畸變對鏡頭的加工和裝調(diào)要求是相當嚴格，并且這么小的畸變在鏡頭裝調(diào)過程中很難檢測，一般只有等到鏡頭裝調(diào)好除畸變之外的像差后，再把物鏡裝到整個系統(tǒng)中進行光刻曝光，檢測該鏡頭光刻的樣品后，才能確定該鏡頭的畸變是否滿足要求。如果一旦該鏡頭的畸變超出了要求，那么該鏡頭就只有重新再裝調(diào)，或者報廢。這種方法對曝光鏡頭的公差和裝調(diào)難度都要求非常嚴格，從而使得曝光的成本很高，并且也限制了產(chǎn)能。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有光刻機曝光系統(tǒng)的光學設(shè)計在畸變方面存在的問題，本發(fā)明提供一種由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)及裝調(diào)方法，具有簡單容易實施，精度要求底，成本底，良品率高的特點。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征是，由管鏡、物鏡安裝組合而成；其組合方式是(1)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是共軸的；或者是(2)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是非共軸的，管鏡、物鏡之間間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合。
所述的管鏡和物鏡的軸向距離可調(diào)。
所述的由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的管鏡，，稱為輔助成像透鏡，是一個膠合透鏡，或者是兩個分離的共軸的單透鏡組，或者是分離的單透鏡、雙透鏡構(gòu)成的共軸透鏡組。
所述的物鏡是成像于無窮遠的各種焦距的顯微物鏡。
所述的物鏡是簡單的一個膠合透鏡組，或者是復雜的多組透鏡組成的鏡頭。
所述的物鏡是一個焦距的物鏡，或者是不同焦距的可以相互切換的物鏡。
由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的裝調(diào)方法，其特征在于包括以下步驟(1)、組裝曝光鏡頭由管鏡、物鏡安裝組合而成；其組合方式是(a)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是共軸的；或者是(b)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是非共軸的，管鏡、物鏡之間間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合；(2)、把整個物鏡的檢測系統(tǒng)初始；(3)、在一定范圍內(nèi)改變管鏡和物鏡的軸向距離；(4)、測量出該距離在有代表性值的曝光系統(tǒng)的畸變；(5)、根據(jù)該距離和畸變值做曲線圖；(6)、根據(jù)曲線圖就可以找到對于該物鏡的曝光系統(tǒng)畸變值滿足系統(tǒng)要求時管鏡和物鏡軸向距離的范圍。
本發(fā)明提供一種通過改變管鏡和物鏡沿光軸方向的距離，來補償物鏡在加工和裝調(diào)中帶入的過大的畸變的光學設(shè)計，使曝光系統(tǒng)的畸變滿足要求。并且由于在管鏡和物鏡之間是平行光，所以在一定范圍內(nèi)改變兩者的距離，對除畸變外的像差幾乎是沒有影響的。
透鏡，包括管鏡和物鏡，它們的光軸由透鏡或透鏡組的前后各個曲面的曲率中心所決定。近軸的光線成象質(zhì)量最好。管鏡和物鏡可以采取同軸的結(jié)構(gòu)，以取得最好的曝光質(zhì)量。管鏡和物鏡也可以采取不同軸的結(jié)構(gòu)，中間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合，也以取得最好的曝光質(zhì)量。
該發(fā)明降低了物鏡在加工和裝調(diào)的難度。解決了曝光鏡頭主要因為在加工和裝調(diào)中帶入過大的畸變，從而使物鏡需要返工或報廢的問題。


附圖1本發(fā)明的光學設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2管鏡和物鏡之間處于距離1時的畸變和場曲圖；附圖3管鏡和物鏡之間處于距離1時的能量集中度圖；附圖4管鏡和物鏡之間處于距離2時的畸變像差圖；附圖5管鏡和物鏡之間處于距離2時的能量集中度圖；
附圖6管鏡和物鏡之間距離和畸變大小的曲線圖。
具體實施方法圖1中1、管鏡，2、顯微物鏡，L管鏡和物鏡的距離。
由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)將管鏡1、顯微物鏡2組合安裝，采用二者間距可調(diào)的安裝結(jié)構(gòu)，管鏡1的光軸和物鏡2的光軸是共軸的。
由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的裝調(diào)方法1，把物鏡裝到物鏡的檢測系統(tǒng)上，2，把整個物鏡的檢測系統(tǒng)初始，3，在一定范圍內(nèi)改變管鏡和物鏡的軸向距離L，4，測量出該距離L在有代表性值的曝光系統(tǒng)的畸變。
5，根據(jù)該距離L和畸變值做曲線圖，6，根據(jù)曲線圖就可以找到對于該物鏡的曝光系統(tǒng)畸變值滿足系統(tǒng)要求時管鏡和物鏡軸向距離的范圍。
參見附圖2-6。
權(quán)利要求
1.一種由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征是，由管鏡、物鏡安裝組合而成；其組合方式是(1)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是共軸的；或者是(2)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是非共軸的，管鏡、物鏡之間間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合。
2.如權(quán)利要求1所述的由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的管鏡和物鏡的軸向距離可調(diào)。
3.如權(quán)利要求1所述的由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的管鏡，稱為輔助成像透鏡，是一個膠合透鏡，或者是兩個分離的共軸的單透鏡組，或者是分離的單透鏡、雙透鏡構(gòu)成的共軸透鏡組。
4.如權(quán)利要求1所述的由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的物鏡是成像于無窮遠的各種焦距的顯微物鏡。
5.如權(quán)利要求4所述的由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的物鏡是簡單的一個膠合透鏡組，或者是復雜的多組透鏡組成的鏡頭。
6.如權(quán)利要求4所述的由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的物鏡是一個焦距的物鏡，或者是不同焦距的可以相互切換的物鏡。
7.由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的裝調(diào)方法，其特征在于包括以下步驟(1)、組裝曝光鏡頭由管鏡、物鏡安裝組合而成；其組合方式是(a)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是共軸的；或者是(b)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是非共軸的，管鏡、物鏡之間間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合；(2)、把整個物鏡的檢測系統(tǒng)初始；(3)、在一定范圍內(nèi)改變管鏡和物鏡的軸向距離；(4)、測量出該距離在有代表性值的曝光系統(tǒng)的畸變；(5)、根據(jù)該距離和畸變值做曲線圖；(6)、根據(jù)曲線圖就可以找到對于該物鏡的曝光系統(tǒng)畸變值滿足系統(tǒng)要求時管鏡和物鏡軸向距離的范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及由透鏡組組成的光刻機曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)及裝調(diào)方法，光刻機曝光鏡頭由管鏡，和無限遠成象的顯微物鏡(簡稱“物鏡”)組成。本發(fā)明通過改變管鏡和物鏡在光軸方向的距離，來補償物鏡在加工，裝調(diào)中帶入的過大的畸變。與現(xiàn)有光刻機曝光系統(tǒng)的光學設(shè)計相比，降低了曝光鏡頭在加工和裝調(diào)過程中對畸變的要求，解決了曝光鏡頭主要因為在加工和裝調(diào)中帶入過大的畸變，從而使物鏡需要返工或報廢的問題。
文檔編號G02B13/00GK101078884SQ200710023840
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者何少鋒, 劉文海 申請人:芯碩半導體(合肥)有限公司