本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造中的微光刻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自由光瞳照明方法及照明系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體制造中的微光刻技術(shù)就是利用光學(xué)系統(tǒng)把掩模版上的圖形精確地投影曝光到涂有光刻膠的硅片上。

為了增強(qiáng)曝光系統(tǒng)的分辨能力，提高焦深，增大工藝窗口，在掃描曝光系統(tǒng)中已廣泛采取了離軸照明技術(shù)(off-axis illumination，OAI)。傳統(tǒng)的離軸照明包括環(huán)形照明、二極照明和四極照明等，主要是根據(jù)具體的掩模圖形來選擇不同的離軸照明光瞳分布。

自由光瞳照明模式，是一種新的分辨率增強(qiáng)技術(shù)方案，屬于光瞳-掩模優(yōu)化(Source-Mask Optimization，SMO)技術(shù)方案中的一部分，即根據(jù)掩模圖形的分布，計算出最優(yōu)的照明系統(tǒng)光瞳面的能量分布，并通過調(diào)制得到這種光瞳分布，以增強(qiáng)系統(tǒng)分辨率并增強(qiáng)焦深。

目前，自由光瞳照明系統(tǒng)的技術(shù)方案包括以下幾種：

1、在光瞳面設(shè)置擋板，或者設(shè)置透過率分布變化的玻璃平板，直接改變光瞳面的能量分布。該方案最為簡單，而且可以應(yīng)用在任意的光學(xué)系統(tǒng)中，但只能得到預(yù)設(shè)的光瞳分布，且光瞳切換速度較慢。

2、使用衍射光學(xué)元件(Diffraction Optical Element，DOE)，通過選擇不同遠(yuǎn)場分布的DOE，在光瞳面得到相應(yīng)的能量分布。該方案常用于激光器作為光源的曝光系統(tǒng)中，能量利用率有所提高，但同樣只能得到預(yù)設(shè)的光瞳分布，光瞳切換速度較慢，而且DOE的價格較高。

3、使用微反射鏡陣列元件(Minute Mirror Array，MMA)，改變MMA中任意反射鏡的反射角度，在光瞳面得到相應(yīng)的能量分布。該方案常用于激光器作為 光源的曝光系統(tǒng)中，能量利用率高，可以形成任意的光瞳分布，且光瞳切換速度較快，是目前最有前景的應(yīng)用方案。但本方案研發(fā)制作成本較高，形成相應(yīng)光瞳能量分布的計算方法非常復(fù)雜。

隨著LED光源技術(shù)的發(fā)展，LED光源的功率越來越接近現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)大功率高強(qiáng)度的需求，LED光源有很大的應(yīng)用前景。LED光源一般包括基板，基板上有LED燈芯，LED燈芯外是封裝樹脂。LED光源具有體積小、壽命長、出射光功率易于控制等特點(diǎn)，在不同使用場景下，LED光源通過使用不同的能量收集和勻光器件來滿足需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種自由光瞳照明方法及照明系統(tǒng)，利用LED光源，解決現(xiàn)有的自由光瞳照明系統(tǒng)切換速度慢、成本高、計算方法復(fù)雜等技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種自由光瞳照明方法，包括如下步驟：

步驟1、設(shè)置LED陣列光源，所述LED陣列光源由若干LED光源組合而成，具有光源主軸；

步驟2、設(shè)置可變視場光闌在所述光源主軸上；

步驟3、設(shè)置控制單元，所述控制單元與所述LED陣列光源和可變視場光闌分別連接；

步驟4、根據(jù)所需光瞳能量分布需求，及曝光視場范圍，通過所述控制單元控制相應(yīng)的LED光源出射光的功率，及所述可變視場光闌的攔光范圍，完成相應(yīng)的自由光瞳照明。

較佳地，還包括：

步驟5、測試整個視場范圍內(nèi)，光瞳能量分布是否符合需求，如果不符合，修正各LED光源出射光的功率。

較佳地，所述LED陣列光源由若干個同一類型的LED光源按照圓形的排列方式緊密排布組合而成，且若干個LED光源關(guān)于所述LED陣列光源中心對稱分布。

較佳地，每個所述LED光源均與所述控制單元相連。

較佳地，所述LED陣列光源的波長為365nm、248nm或以下。

較佳地，所述LED陣列光源的出射截面為24mm。

本發(fā)明還提供了一種自由光瞳照明系統(tǒng)，包括LED陣列光源、第一中繼鏡組、勻光單元、可變視場光闌、第二中繼鏡組以及控制單元，所述LED陣列光源、第一中繼鏡組、勻光單元、可變視場光闌以及第二中繼鏡組依次排列，所述第一中繼鏡組、勻光單元以及可變視場光闌設(shè)置在所述LED陣列光源的主軸上，所述控制單元與所述LED陣列光源和可變視場光闌分別連接，用于根據(jù)光瞳能量分布需求，及曝光視場范圍，通過所述控制單元控制所述LED陣列光源出射光的功率，及所述可變視場光闌的攔光范圍，完成相應(yīng)的自由光瞳照明。

較佳地，所述勻光單元包括微透鏡陣列和匯聚鏡組，所述匯聚鏡組的入瞳面位于所述微透鏡陣列的后表面。

較佳地，所述微透鏡陣列的前表面位于所述第一中繼鏡組的像面。

較佳地，所述可變視場光闌位于所述匯聚鏡組的像面。

較佳地，所述第二中繼鏡組的物面位于所述匯聚鏡組的像面。

較佳地，所述微透鏡陣列包括兩塊相同的微透鏡，每塊微透鏡由前后兩面分別相互垂直的柱面鏡疊加而成。

較佳地，所述匯聚鏡組和可變視場光闌之間還設(shè)有石英棒。

較佳地，所述石英棒的入光端面位于所述匯聚鏡組的像面，所述可變視場光闌位于所述石英棒的出光端。

較佳地，所述第一中繼鏡組的物面位于所述LED陣列光源的出光端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種自由光瞳照明方法及照明系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，利用控制單元控制LED陣列光源成像在照明系統(tǒng)的光瞳面上，通過調(diào)制LED陣列光源，實(shí)現(xiàn)自由光瞳照明模式，起到提升光刻機(jī)投影物鏡焦深的作用；

2、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)任意形狀的自由光瞳照明模式，且光瞳切換速度較快；

3、本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)中使用衍射光學(xué)元件和微反射鏡陣列的方案，成本低廉；

4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝調(diào)試，且安全性更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的自由光瞳照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的自由光瞳照明系統(tǒng)中LED陣列光源的排布示意圖；

圖3本發(fā)明一具體實(shí)施方式的自由光瞳照明方法的流程圖；

圖4-7分別為本發(fā)明中LED陣列光源的不同照明模式示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例二的自由光瞳照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：10-LED陣列光源、11-LED光源、101A-環(huán)形照明模式、101B-四極照明模式、101C-Y向二極照明模式、101D-X向二極照明模式、20-第一中繼鏡組、30-勻光單元、31-微透鏡陣列、32-匯聚鏡組、40-可變視場光闌、50-第二中繼鏡組、60-控制單元、70-石英棒。

具體實(shí)施方式

為了更詳盡的表述上述發(fā)明的技術(shù)方案，以下列舉出具體的實(shí)施例來證明技術(shù)效果；需要強(qiáng)調(diào)的是，這些實(shí)施例用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例一

本發(fā)明提供的一種自由光瞳照明系統(tǒng)，如圖1所示，包括LED陣列光源10、第一中繼鏡組20、勻光單元30、可變視場光闌40、第二中繼鏡組50以及控制單元60，所述LED陣列光源10、第一中繼鏡組20、勻光單元30、可變視場光闌40以及第二中繼鏡組50依次排列，所述第一中繼鏡組20、勻光單元30以及可變視場光闌40設(shè)置在所述LED陣列光源10的主軸上，所述控制單元60與所述LED陣列光源10和可變視場光闌40分別連接。本發(fā)明使用LED陣列光源10，通過第一中繼鏡組20和第二中繼鏡組50成像在光刻照明系統(tǒng)的光瞳面上，起到提升光刻機(jī)投影物鏡焦深的作用，再通過使用勻光單元30勻光，以使光束能量分布均勻，通過調(diào)制LED陣列光源10的出射光的功率，即可在光瞳面得到所需的能量分布，即實(shí)現(xiàn)了自由光瞳照明模式。本發(fā)明光瞳調(diào)制原理與結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝調(diào)試與控制，安全性高，模式切換速度快，且成本低廉。

較佳地，請重點(diǎn)參考圖2，所述LED陣列光源10由若干個同一類型的LED光源11按照圓形的排列方式緊密排布組合而成，且若干個LED光源11關(guān)于所 述LED陣列光源10中心對稱分布，換句話說，所述LED光源11為朗伯分布，本實(shí)施例中，所述LED光源11的數(shù)量為307個，整個所述LED陣列光源10的出射截面的直徑為24mm。

較佳地，每個所述LED光源11均與所述控制單元60相連，也就是說，控制單元60可對每個LED光源11進(jìn)行單獨(dú)控制，具體地，控制單元60控制LED陣列光源10中各個LED光源11出射光的功率，改變照明光瞳的能量分布，形成自由光瞳照明，如果控制所有LED光源11全部以同樣的功率發(fā)光，則會形成傳統(tǒng)的圓形光瞳，本發(fā)明中，光瞳模式切換速度較快。

較佳地，LED陣列光源10發(fā)出的光經(jīng)過LED光源基底反射面反射，在光源出射截面形成近似圓形的光斑，所述第一中繼鏡組20的物面位于所述LED陣列光源10的出光端，將LED陣列光源10放大傳遞到勻光單元30，即照明系統(tǒng)的光瞳面上，由于LED陣列光源10的出射NA(數(shù)值孔徑)較大，所以通過第一中繼鏡組20后，第一中繼鏡組20像面NA減小，更利于后續(xù)勻光單元30的勻光效果；所述勻光單元30包括微透鏡陣列31和匯聚鏡組32，所述微透鏡陣列31的前表面位于所述第一中繼鏡組20的像面，所述匯聚鏡組32的入瞳面位于所述微透鏡陣列31的后表面，所述微透鏡陣列31和匯聚鏡組32對光束進(jìn)行勻光，在匯聚鏡組32的像面形成均勻照明視場；所述可變視場光闌40位于所述匯聚鏡組32的像面，在掃描曝光過程中，可通過控制單元60控制所述可變視場光闌40的攔光范圍，改變掃描曝光過程中的視場大??；所述第二中繼鏡組50的物面位于所述匯聚鏡組32的像面，第二中繼鏡組50把均勻視場放大，并在第二中繼鏡組50的像面形成均勻性滿足要求的均勻性照明視場。

較佳地，所述微透鏡陣列31包括兩塊相同的微透鏡，每塊微透鏡由前后兩面分別相互垂直的柱面鏡疊加而成，可以將照射在微透鏡陣列31前表面的光束分解成多個子照明視場，利用匯聚鏡組32將這些子照明視場都成像在匯聚鏡組32的像面，則在匯聚鏡組32的像面形成一定視場大小和一定NA的均勻照明視場。

較佳地，所述LED陣列光源10的波長為365nm、248nm或更短波長。

請重點(diǎn)參考圖3，并結(jié)合圖1，本發(fā)明還提供了一種自由光瞳照明方法，包括如下步驟：

步驟1、設(shè)置LED陣列光源10，所述LED陣列光源10由若干LED光源11組合而成，具有光源主軸；

步驟2、設(shè)置可變視場光闌40在所述光源主軸上；

步驟3、設(shè)置控制單元60，所述控制單元60與所述LED陣列光源10和可變視場光闌40分別連接；

步驟4、根據(jù)所需光瞳能量分布需求，及曝光視場范圍，通過所述控制單元60控制相應(yīng)的LED光源11出射光的功率，及所述可變視場光闌40的攔光范圍，完成相應(yīng)的自由光瞳照明。

較佳地，還包括：

步驟5、測試整個視場范圍內(nèi)，光瞳能量分布是否符合需求，如果不符合，修正各LED光源11出射光的功率。

具體地，請重點(diǎn)參考圖4，控制LED陣列光源10的出射光功率，令中間部分的LED光源11不發(fā)光，則會形成環(huán)形光瞳，即得到環(huán)形照明模式101A?？刂瓢l(fā)光LED光源11和不發(fā)光LED光源11的范圍，即可調(diào)節(jié)環(huán)形照明光瞳的大小。

請重點(diǎn)參考圖5，控制LED陣列光源10的出射光功率，令四極部分的LED光源11發(fā)光，其他LED光源11不發(fā)光，則會形成四極照明光瞳，即得到四極照明模式101B?？刂瓢l(fā)光LED光源11和不發(fā)光LED光源11的范圍，即可調(diào)節(jié)四極照明光瞳的大小和四極的位置。

請重點(diǎn)參考圖6，控制LED陣列光源10的出射光功率，令垂向二極部分的LED光源11發(fā)光，其他LED光源11不發(fā)光，則會形成Y向二極照明光瞳，即得到Y(jié)向二極照明模式101C?？刂瓢l(fā)光LED光源11和不發(fā)光LED光源11的范圍，即可調(diào)節(jié)Y向二極照明光瞳的大小和二極的位置。

請重點(diǎn)參考圖7，控制LED陣列光源10的出射光功率，令橫向二極部分的LED光源11發(fā)光，其他LED光源11不發(fā)光，則會形成X向二極照明光瞳，即得到X向二極照明模式101D?？刂瓢l(fā)光LED光源11和不發(fā)光LED光源11的范圍，即可調(diào)節(jié)X向二極照明光瞳的大小和二極的位置。

需要說明的是，所述LED陣列光源10可以快速形成曝光系統(tǒng)常用的照明光瞳分布，包括但不限于傳統(tǒng)圓形照明、環(huán)形照明、四極照明和二極照明，也可以 形成任意分布的照明光瞳分布。

實(shí)施例二

較佳地，請重點(diǎn)參考圖8，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于：所述匯聚鏡組32和可變視場光闌40之間還設(shè)有石英棒70，具體地，所述石英棒70的入光端面位于所述匯聚鏡組32的像面，所述可變視場光闌40位于所述石英棒70的出光端。本實(shí)施例中，增加了石英棒70，具體地，微透鏡陣列32和匯聚鏡組32進(jìn)行一級勻光，石英棒70的入光端面位于匯聚鏡組32的像面，對入射光進(jìn)行二級勻光，則在石英棒70的出光端形成更加均勻的照明視場?？勺円晥龉怅@40位于石英棒70的出光端，在掃描曝光過程中，可變視場光闌40可以改變均勻照明視場的視場大小。第二中繼鏡組50的物面同樣位于石英棒70的出光端，將可變視場光闌40改變后的均勻照明視場放大傳遞到第二中繼鏡組50的像面，形成一定視場大小和一定NA的均勻照明視場。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種自由光瞳照明方法及照明系統(tǒng)，該方法包括如下步驟：步驟1、設(shè)置LED陣列光源10，所述LED陣列光源10由若干LED光源11組合而成，具有光源主軸；步驟2、設(shè)置可變視場光闌40在所述光源主軸上；步驟3、設(shè)置控制單元60，所述控制單元60與所述LED陣列光源10和可變視場光闌40分別連接；步驟4、根據(jù)所需光瞳能量分布需求，及曝光視場范圍，通過所述控制單元60控制相應(yīng)的LED光源11出射光的功率，及所述可變視場光闌40的攔光范圍，完成相應(yīng)的自由光瞳照明。本發(fā)明通過調(diào)制LED陣列光源10中各個LED光源11出射光的功率，即可在光瞳面得到所需的能量分布。本發(fā)明光瞳調(diào)制原理與結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝調(diào)試，安全性高，模式切換速度快，成本低廉。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。