一種多光源大視場拼接照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種多光源大視場拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，包括：多個光源，多個光纖，及多個照明分系統(tǒng)，每個光源和每個照明分系統(tǒng)之間至少設(shè)置有一個光纖，光線由所述光源發(fā)射，經(jīng)過所述多個光纖分別入射到所述多個照明分系統(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。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燈室設(shè)計安裝造成的限制。通過平行平板/楔形平板調(diào)節(jié)裝置克服因單個汞燈故障造成的像面不均勻性。
【專利說明】一種多光源大視場拼接照明系統(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)備的多光源大視場拼接照明系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著薄膜場效應(yīng)晶體管TFT光刻技術(shù)的發(fā)展，基板的尺寸越來越大，集成的單元越來越多，單一的照明系統(tǒng)很難滿足TFT光刻的需求。在集成電路1C、封裝等步進光刻設(shè)備中最大的照明視場一般為8英寸，掃描光刻也只是在掃描方向有更大的視場，一般也不超過10英寸。但是現(xiàn)在五代以上的TFT曝光視場都在17英寸以上，所以單一鏡頭的照明視場遠遠不能滿足大視場光刻的要求。
[0003]采用多個照明分系統(tǒng)形成梯形曝光區(qū)域拼接掃描是實現(xiàn)大視場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問題: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。
[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)耦合入兩個曝光分系統(tǒng)中去實現(xiàn)大視場的拼接掃描。當采用單光源時，光源的能量被分解到多個曝光分系統(tǒng)中，曝光分系統(tǒng)越多，單一曝光視場的像面照度越低。
[0005]為克服單光源時視場像面照度低的問題，現(xiàn)有技術(shù)多采用增加光源數(shù)量，將多個光源的能量耦合分解到多個曝光分系統(tǒng)中去的方案。日本專利JP1996139009采用3個光源4個鏡頭拼接的方式實現(xiàn)了大視場曝光，如圖2所示。
[0006]為實現(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)對照明燈室的設(shè)計、安裝造成了很大的限制性。此外，當采用多個光源將其能量耦合分解到多個分系統(tǒng)時，每個分系統(tǒng)都要接收所有光源的光能。當單個燈熄滅或者故障時，物面初始光能分布會發(fā)生較大的變化，而系統(tǒng)的耦合組沒有相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置，會使所有分系統(tǒng)的照明視場均勻度下降，不利于光刻設(shè)備長期穩(wěn)定的工作。
[0007]楔形平板玻璃是一類重要的光學(xué)元件，利用其相對棱邊的偏向角大小，可以調(diào)節(jié)通過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移動和轉(zhuǎn)動，實現(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拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，包括:多個光源，多個光纖，及多個照明分系統(tǒng)，每個光源和每個照明分系統(tǒng)之間設(shè)置有至少一個光纖，光線由所述光源發(fā)射，經(jīng)過所述多個光纖分別入射到所述多個照明分系統(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。
[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。
[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)裝置包括一個平行平板和兩個楔角方向相反的楔形平板。
[0015]其中，所述兩個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燈室設(shè)計安裝造成的限制。通過平行平板/楔形平板調(diào)節(jié)裝置克服因單個汞燈故障造成的像面不均勻性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[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。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0021]如圖5所示，本發(fā)明多光源大視場拼接照明系統(tǒng)包括多個光源1，每個光源I對應(yīng)多個光纖2，光線經(jīng)過所述多個光纖2分別入射到多個耦合透鏡組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。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9。
[0022]為克服大端口多分枝光纖結(jié)構(gòu)對燈室設(shè)計、設(shè)備安裝帶來的局限性，本發(fā)明提出一種新的光纖耦合分光方案。在光源的燈室焦點將燈室的光能耦合進多個獨立的光纖中，比如有5個曝光分系統(tǒng)，則將單個燈室的光能耦合進5根光纖中，再將這5根光纖各自經(jīng)過5個照明分系統(tǒng)連接到對應(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。對于每一個燈室都設(shè)置5根相應(yīng)的獨立光纖結(jié)構(gòu)，這樣就實現(xiàn)了多光源的能量耦合和能量分解，將多個光源的光能分解到多個相應(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固定裝置固定在光源中橢球碗反射鏡的焦點處。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立光纖，這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)多個光源的光束耦合分束處理，將3個光源的光束分解到5個分系統(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、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，分為兩個透鏡組G1、G2，光焦度依次為正、正。Gl和G2兩個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。當光線以不同的入射角度入射時，其經(jīng)微透鏡陣列后的擴散角度會變化，當光線經(jīng)過微透鏡陣列進入石英棒時，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到勻光的效果。當三盞燈當中某盞燈的照度降低，通過調(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)計值范圍內(nèi)。當系統(tǒng)中有某個光源因故障熄滅，或者某盞燈的照度嚴重衰減通過調(diào)節(jié)其他燈的工作電壓雖能保持像面均勻度但照度嚴重下降，或者需要大幅度調(diào)節(jié)掩模面照度值時，需要關(guān)閉某個汞燈。上述情況下，入射勻光組件的光束的角度分布會有比較大的變化，使系統(tǒng)的勻光效果變差，進而使照明系統(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。當三盞燈同時亮或者只有中間的一盞燈亮的時候，采用裝置中間的平行平板，當三盞燈中另外兩盞燈熄滅的時候，若采用平行平板，系統(tǒng)的掩膜面照度均勻度會變差，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。當楔形平板兩個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。當楔形平板的斜邊傾斜角度變化時，通過楔形平板的光束的出射角度也跟著變化。調(diào)整楔形平板兩個斜邊的傾斜角，就可以調(diào)整通過楔形平板的光束的角度分布，這樣就補償了由于光源改變帶來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的相面位置一致，使光線盡可能多地耦合進入微透鏡、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優(yōu)化多波長下的質(zhì)心光線與光軸的夾角，實現(xiàn)多波長光線共同作用的質(zhì)心遠心照明，提供的遠心值更精確、更貼合實際。
[0029]本照明系統(tǒng)在保證了照明視場光照強度均勻性的前提下，增大了照明視場內(nèi)邊緣視場的理論數(shù)值孔徑，提升了邊緣視場的光照強度，從而補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內(nèi)光照強度中間視場高邊緣視場低的影響，進一步有效地保證了照明視場內(nèi)光照強度的均勻性。
[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dyson結(jié)構(gòu)的物鏡，通過系統(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。
[0031]本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(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拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，包括:多個光源，多個光纖，及多個照明分系統(tǒng)，每個光源和每個照明分系統(tǒng)之間至少設(shè)置有一個光纖，光線由所述光源發(fā)射，經(jīng)過所述多個光纖分別入射到所述多個照明分系統(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。
2.如權(quán)利要求1所述的多光源大視場拼接照明系統(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。
4.如權(quán)利要求1所述的多光源大視場拼接照明系統(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)裝置包括一個平行平板和兩個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拼接照明系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個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】G03F7/20GK104166312SQ201310183230
【公開日】2014年11月26日 申請日期: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 申請人:上海微電子裝備有限公司