一種多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，包括：多個(gè)光源，多個(gè)光纖，及多個(gè)照明分系統(tǒng)，每個(gè)光源和每個(gè)照明分系統(tǒng)之間至少設(shè)置有一個(gè)光纖，光線由所述光源發(fā)射，經(jīng)過(guò)所述多個(gè)光纖分別入射到所述多個(gè)照明分系統(tǒng)，經(jīng)所述照明分系統(tǒng)處理后在掩模板上形成照明視場(chǎng)。本發(fā)明使用多根光纖拼接耦合的技術(shù)方案可以克服大直徑多分支光纖的制造困難和對(duì)燈室設(shè)計(jì)安裝造成的限制。通過(guò)平行平板/楔形平板調(diào)節(jié)裝置克服因單個(gè)汞燈故障造成的像面不均勻性。
【專利說(shuō)明】一種多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光刻設(shè)備的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管TFT光刻技術(shù)的發(fā)展，基板的尺寸越來(lái)越大，集成的單元越來(lái)越多，單一的照明系統(tǒng)很難滿足TFT光刻的需求。在集成電路1C、封裝等步進(jìn)光刻設(shè)備中最大的照明視場(chǎng)一般為8英寸，掃描光刻也只是在掃描方向有更大的視場(chǎng)，一般也不超過(guò)10英寸。但是現(xiàn)在五代以上的TFT曝光視場(chǎng)都在17英寸以上，所以單一鏡頭的照明視場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大視場(chǎng)光刻的要求。
[0003]采用多個(gè)照明分系統(tǒng)形成梯形曝光區(qū)域拼接掃描是實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)TFT光刻的解決方案之一，增大曝光分系統(tǒng)的數(shù)量有利于增大曝光區(qū)域的尺寸。這種解決方案主要解決兩個(gè)問(wèn)題:第一，將光源能量耦合并分解到分支的曝光分系統(tǒng)中去。第二，在曝光分系統(tǒng)中形成可以完好拼接掃描的梯形曝光視場(chǎng)。
[0004]圖1為現(xiàn)有單一光源的照明方案，該方案將光源的能量用單頭兩分枝的光纖結(jié)構(gòu)耦合入兩個(gè)曝光分系統(tǒng)中去實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)的拼接掃描。當(dāng)采用單光源時(shí)，光源的能量被分解到多個(gè)曝光分系統(tǒng)中，曝光分系統(tǒng)越多，單一曝光視場(chǎng)的像面照度越低。
[0005]為克服單光源時(shí)視場(chǎng)像面照度低的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)多采用增加光源數(shù)量，將多個(gè)光源的能量耦合分解到多個(gè)曝光分系統(tǒng)中去的方案。日本專利JP1996139009采用3個(gè)光源4個(gè)鏡頭拼接的方式實(shí)現(xiàn)了大視場(chǎng)曝光，如圖2所示。
[0006]為實(shí)現(xiàn)多光源分系統(tǒng)的照明，日本專利JP3348467中采用了如圖3所示的大端口多分支的光纖結(jié)構(gòu)。前述照明方案中的光纖結(jié)構(gòu)存在加工制造的困難，而且特殊的光纖結(jié)構(gòu)對(duì)照明燈室的設(shè)計(jì)、安裝造成了很大的限制性。此外，當(dāng)采用多個(gè)光源將其能量耦合分解到多個(gè)分系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)分系統(tǒng)都要接收所有光源的光能。當(dāng)單個(gè)燈熄滅或者故障時(shí)，物面初始光能分布會(huì)發(fā)生較大的變化，而系統(tǒng)的耦合組沒(méi)有相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置，會(huì)使所有分系統(tǒng)的照明視場(chǎng)均勻度下降，不利于光刻設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作。
[0007]楔形平板玻璃是一類重要的光學(xué)元件，利用其相對(duì)棱邊的偏向角大小，可以調(diào)節(jié)通過(guò)楔形平板玻璃的光束的角分布。如圖4所示，日本專利JP2005331694中利用兩塊楔形平板玻璃的相對(duì)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)像面位置和放大倍率的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提出一種多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，包括:多個(gè)光源，多個(gè)光纖，及多個(gè)照明分系統(tǒng)，每個(gè)光源和每個(gè)照明分系統(tǒng)之間設(shè)置有至少一個(gè)光纖，光線由所述光源發(fā)射，經(jīng)過(guò)所述多個(gè)光纖分別入射到所述多個(gè)照明分系統(tǒng)，經(jīng)所述照明分系統(tǒng)處理后在掩模板上形成照明視場(chǎng)。
[0009]其中，所述照明分系統(tǒng)包括耦合透鏡組，平板調(diào)節(jié)裝置，勻光裝置，及中繼透鏡組，由所述光纖引導(dǎo)的光線，入射到所述耦合透鏡組耦合后，經(jīng)平板調(diào)節(jié)裝置調(diào)整角度，再經(jīng)勻光裝置勻光后進(jìn)入中繼透鏡組。
[0010]較優(yōu)地，還包括投影物鏡，所述投影物鏡中設(shè)置狹縫光闌，由所述照明分系統(tǒng)出射的光線，經(jīng)過(guò)所述投影物鏡及所述狹縫光闌，在所述投影物鏡的像面上形成梯形曝光視場(chǎng)。
[0011]其中，所述光源包括汞燈光源及橢球反射鏡。
[0012]其中，所述勻光裝置包括微透鏡陣列和石英棒。
[0013]其中，所述光纖的數(shù)目與照明分系統(tǒng)數(shù)目相同。
[0014]其中，所述平板調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)平行平板和兩個(gè)楔角方向相反的楔形平板。
[0015]其中，所述兩個(gè)楔形平板的傾斜角度分別為13.68°和11.31°。
[0016]其中，所述平板調(diào)節(jié)裝置位于耦合透鏡組后方，勻光裝置前方。
[0017]本發(fā)明使用多根光纖拼接耦合的技術(shù)方案可以克服大直徑多分支光纖的制造困難和對(duì)燈室設(shè)計(jì)安裝造成的限制。通過(guò)平行平板/楔形平板調(diào)節(jié)裝置克服因單個(gè)汞燈故障造成的像面不均勻性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0019]圖1為現(xiàn)有單一光源照明系統(tǒng)；
圖2為現(xiàn)有多光源照明系統(tǒng)；
圖3為現(xiàn)有多光源照明系統(tǒng)多分支光纖結(jié)構(gòu)；
圖4為現(xiàn)有多光源照明系統(tǒng)利用楔形平板的物鏡結(jié)構(gòu)；
圖5為本發(fā)明多光源照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明多光源照明系統(tǒng)中光纖組入射端面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明多光源照明系統(tǒng)中耦合透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明多光源照明系統(tǒng)中光纖組出射端面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為本發(fā)明多光源照明系統(tǒng)中平板調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為汞燈熄滅是掩模面照度分布圖；
圖11為使用平板調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)后掩模面照度分布圖；
圖12為使用楔形平板調(diào)節(jié)掩模面照度的原理圖；
圖13為本發(fā)明多光源照明系統(tǒng)中繼透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖；
圖14為本發(fā)明多光源照明系統(tǒng)物鏡結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0021]如圖5所示，本發(fā)明多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)包括多個(gè)光源1，每個(gè)光源I對(duì)應(yīng)多個(gè)光纖2，光線經(jīng)過(guò)所述多個(gè)光纖2分別入射到多個(gè)耦合透鏡組3，經(jīng)所述耦合透鏡組3耦合的光線經(jīng)平板調(diào)節(jié)裝置4調(diào)整角度，再經(jīng)勻光裝置5勻光后經(jīng)中繼透鏡組6在掩模板7上形成所需的具有一定數(shù)值孔徑、尺寸和均勻性的照明視場(chǎng)。后經(jīng)投影物鏡8，投影物鏡8中設(shè)置狹縫光闌，在投影物鏡8的像面上形成梯形曝光視場(chǎng)9。
[0022]為克服大端口多分枝光纖結(jié)構(gòu)對(duì)燈室設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝帶來(lái)的局限性，本發(fā)明提出一種新的光纖耦合分光方案。在光源的燈室焦點(diǎn)將燈室的光能耦合進(jìn)多個(gè)獨(dú)立的光纖中，比如有5個(gè)曝光分系統(tǒng)，則將單個(gè)燈室的光能耦合進(jìn)5根光纖中，再將這5根光纖各自經(jīng)過(guò)5個(gè)照明分系統(tǒng)連接到對(duì)應(yīng)的曝光分系統(tǒng)的耦合透鏡組物方焦面處。光纖的數(shù)目與曝光分系統(tǒng)數(shù)目相同。對(duì)于每一個(gè)燈室都設(shè)置5根相應(yīng)的獨(dú)立光纖結(jié)構(gòu)，這樣就實(shí)現(xiàn)了多光源的能量耦合和能量分解，將多個(gè)光源的光能分解到多個(gè)相應(yīng)的曝光分系統(tǒng)中。
[0023]本發(fā)明照明系統(tǒng)中光纖組入射端面結(jié)構(gòu)如圖6所示，將矩形端面的5根光纖入射端口通過(guò)固定裝置固定在光源中橢球碗反射鏡的焦點(diǎn)處。光纖組的出射端面如圖8所示，將矩形端面的3根光纖出射端口通過(guò)固定裝置固定在耦合透鏡組的物方焦面處。系統(tǒng)中使用的光纖為單根的獨(dú)立光纖，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)光源的光束耦合分束處理，將3個(gè)光源的光束分解到5個(gè)分系統(tǒng)中，這種結(jié)構(gòu)方案可以大大增加曝光裝置的靈活性，使燈室和后續(xù)鏡組的設(shè)計(jì)、安裝有了更大的伸縮性。
[0024]本系統(tǒng)所采用的耦合透鏡組3為4片鏡片結(jié)構(gòu)，如圖7所示。四片鏡片全部為球面，分為兩個(gè)透鏡組G1、G2，光焦度依次為正、正。Gl和G2兩個(gè)透鏡組之間包含一塊濾波片
10。該耦合透鏡組能較好地保證入射到濾波片的光線入射角度小于6°，使濾波片保持較好的濾光效果。
[0025]本系統(tǒng)中采用的勻光裝置5為微透鏡陣列和石英棒。當(dāng)光線以不同的入射角度入射時(shí)，其經(jīng)微透鏡陣列后的擴(kuò)散角度會(huì)變化，當(dāng)光線經(jīng)過(guò)微透鏡陣列進(jìn)入石英棒時(shí)，大角度光線在石英棒內(nèi)部反射次數(shù)多，小角度光線在石英棒內(nèi)部反射次數(shù)少，不同入射角度的光線在石英棒內(nèi)部多次反射充分混合達(dá)到勻光的效果。當(dāng)三盞燈當(dāng)中某盞燈的照度降低，通過(guò)調(diào)整其他燈的工作電壓，使他們的照度值相同或者照度差在5%范圍內(nèi)，系統(tǒng)掩模面的照度均勻度仍能保持在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)中有某個(gè)光源因故障熄滅，或者某盞燈的照度嚴(yán)重衰減通過(guò)調(diào)節(jié)其他燈的工作電壓雖能保持像面均勻度但照度嚴(yán)重下降，或者需要大幅度調(diào)節(jié)掩模面照度值時(shí)，需要關(guān)閉某個(gè)汞燈。上述情況下，入射勻光組件的光束的角度分布會(huì)有比較大的變化，使系統(tǒng)的勻光效果變差，進(jìn)而使照明系統(tǒng)掩模面照度均勻度變差。
[0026]本系統(tǒng)中采用的平行平板/楔形平板調(diào)節(jié)裝置如圖9所示，采用固定裝置將兩個(gè)斜邊傾角分別為13.68°和11.31°且楔角方向相反的楔形平板11，12以及一塊平行平板13固定在一起。當(dāng)三盞燈同時(shí)亮或者只有中間的一盞燈亮的時(shí)候，采用裝置中間的平行平板，當(dāng)三盞燈中另外兩盞燈熄滅的時(shí)候，若采用平行平板，系統(tǒng)的掩膜面照度均勻度會(huì)變差，如圖10所示。若采用調(diào)節(jié)裝置中的楔形平板，可以改變?nèi)肷涞轿⑼哥R陣列的光束的入射角度，維持掩膜面的照度均勻度如圖11所示。
[0027]圖12為使用楔形平板調(diào)節(jié)掩模面照度的原理圖。當(dāng)楔形平板兩個(gè)分立傾斜邊傾斜角度不同，不同入射角的光束偏折程度不同。當(dāng)楔形平板的斜邊傾斜角度變化時(shí)，通過(guò)楔形平板的光束的出射角度也跟著變化。調(diào)整楔形平板兩個(gè)斜邊的傾斜角，就可以調(diào)整通過(guò)楔形平板的光束的角度分布，這樣就補(bǔ)償了由于光源改變帶來(lái)的入射光束角分布的變化，使掩模面照度均勻。系統(tǒng)中的平行平板用以調(diào)節(jié)光束的相面位置使其與采用楔形平板時(shí)的相面位置一致，使光線盡可能多地耦合進(jìn)入微透鏡、石英棒勻光組件中。
[0028]入射到微透鏡陣列的光束經(jīng)微透鏡陣列和石英棒勻光后進(jìn)入如圖13所示的中繼透鏡組。本發(fā)明照明系統(tǒng)包含的中繼透鏡組通過(guò)優(yōu)化多波長(zhǎng)下的質(zhì)心光線與光軸的夾角，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光線共同作用的質(zhì)心遠(yuǎn)心照明，提供的遠(yuǎn)心值更精確、更貼合實(shí)際。
[0029]本照明系統(tǒng)在保證了照明視場(chǎng)光照強(qiáng)度均勻性的前提下，增大了照明視場(chǎng)內(nèi)邊緣視場(chǎng)的理論數(shù)值孔徑，提升了邊緣視場(chǎng)的光照強(qiáng)度，從而補(bǔ)償了由于鍍膜工藝條件、石英棒的棱邊和棱角的毛邊漫反射以及漏光等因素引起的照明視場(chǎng)內(nèi)光照強(qiáng)度中間視場(chǎng)高邊緣視場(chǎng)低的影響，進(jìn)一步有效地保證了照明視場(chǎng)內(nèi)光照強(qiáng)度的均勻性。
[0030]圖14所示為本發(fā)明照明系統(tǒng)中使用的物鏡結(jié)構(gòu)，為兩個(gè)dyson結(jié)構(gòu)的物鏡，通過(guò)系統(tǒng)中的光闌的作用，在物鏡的相方形成了需要的梯形曝光視場(chǎng)。
[0031]本說(shuō)明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，包括:多個(gè)光源，多個(gè)光纖，及多個(gè)照明分系統(tǒng)，每個(gè)光源和每個(gè)照明分系統(tǒng)之間至少設(shè)置有一個(gè)光纖，光線由所述光源發(fā)射，經(jīng)過(guò)所述多個(gè)光纖分別入射到所述多個(gè)照明分系統(tǒng)，經(jīng)所述照明分系統(tǒng)處理后在掩模板上形成照明視場(chǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，所述照明分系統(tǒng)包括耦合透鏡組，平板調(diào)節(jié)裝置，勻光裝置，及中繼透鏡組，由所述光纖引導(dǎo)的光線，入射到所述耦合透鏡組耦合后，經(jīng)平板調(diào)節(jié)裝置調(diào)整角度，再經(jīng)勻光裝置勻光后進(jìn)入中繼透鏡組。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，還包括投影物鏡，所述投影物鏡中設(shè)置狹縫光闌，由所述照明分系統(tǒng)出射的光線，經(jīng)過(guò)所述投影物鏡及所述狹縫光闌，在所述投影物鏡的像面上形成梯形曝光視場(chǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光源包括汞燈及橢球反射鏡。
5.如權(quán)利要求2所述的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，所述勻光裝置包括微透鏡陣列和石英棒。
6.如權(quán)利要求1所述的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖的數(shù)目與照明分系統(tǒng)數(shù)目相同。
7.如權(quán)利要求2所述的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，所述平板調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)平行平板和兩個(gè)楔角方向相反的楔形平板。
8.如權(quán)利要求7所述的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個(gè)楔形平板的傾斜角度分別為13.68°和11.31°。
9.如權(quán)利要求2所述的多光源大視場(chǎng)拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，所述平板調(diào)節(jié)裝置位于所述耦合透鏡組后方，所述勻光裝置前方。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK104166312SQ201310183230
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月17日
【發(fā)明者】景磊, 張祥翔, 陳璐玲 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司