CN101078885A - 光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置，其特征在于包括有一个积分球，在积分球上有一个或多个光线投射口，积分球上有出光口，出光口靠近光线投射口一侧内壁上有遮光挡板，所述的光线投射口上安装有发光光源，或者有发光光源发出的光线从光线投射口进入积分球内，从积分球出光口发出的光经过光学聚光和投影的照明光学器件，把相应的均匀稳定的等效平面光源投影到光刻装置的图形发生器上。发光光源的能量进入积分球器件内，通过多次的反射而被均匀化，在积分球器件的出射口处产生均匀稳定的光发射的等效平面光源。通过聚光和投影的照明光学器件，投影到光刻装置的图形发生器上，以取得预期的均匀照明效果。

Description

光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置及方法

技术领域：

本发明涉及光刻技术领域，具体的说是在光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置及方法。

背景技术：

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。这样的衬底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。经常使用的基片为半导体晶片或玻璃基片。本领域的技术人员将会理解本文的描述，还应用在本领域技术人员已知的其他类型基片。

在光刻过程中，晶片放置在晶片台上，通过处在光刻设备内的暴光装置，将特征构图投射到晶片表面。尽管在光刻过程中使用了投影光学装置，还可依据具体应用，使用不同的类型暴光装置。例如X射线、离子、电子或光子光刻的不同曝光装置，这已为本领域技术人员所熟知。

半导体行业使用的传统分步重复式或分步扫描式光刻工具，将分划板的提正构图在各个场一次性的投影或扫描到晶片上，一次暴光式扫描一个场。然后通过移动晶片来对下一个场进行重复性的暴光过程。传统的光刻系统通过重复性暴光式扫描过程，实现高产出额的精确特征构图的印刷。

为在晶片上制造器件，需要多个分划板。由于特征尺寸的减少以及对于较小特征尺寸的精确公差的原因，这些分划板对于生产而言成本很高，耗时很长，从而使利用分划板的传统晶片光刻制造成本越来越高，非常昂贵。

无掩膜(如直接写或数字式等)光刻系统相对于使用传统分划板的方法，在光刻方面提供了许多益处。无掩膜系统使用空间图形发生器(SLM)来做为数字分划板以代替传统分划板。SLM包括数字微镜系统(DMD)或液晶显示器(LCD)，SLM包括一个可独立寻址和控制的象素阵列，每个象素可以对透射、反射或衍射的光线产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制。

为了在晶片上产生高分辩率的均匀特征图形，在分划板(包括所谓的传统分划板和数字分划板)上的照明必须均匀稳定。现有的各种光源都有各种不同的能量空间和角度的分布，不能直接用来照射到分划板上。传统的方法是使用复眼或者积分棒的器件来达到光源的出射光线在各个角度的叠加，来实现光照射的空间或和角度的均匀分布。复眼或者积分棒的器件对于光源的照射进入状态很敏感，出射的照明的均匀稳定性容易受到光路调节的限制和器件结构稳定性的影响。

发明内容：

本发明提供了一种光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置及方法。积分球是一个常用的光学测量用器件，它由一个内部涂有高反射层的球型腔体构成。在积分球上安装一个或多个发光光源，使得光线在球型腔体内多次反射，形成一个均匀稳定的光强空间分布。在积分球上开设一个有限大小的出光口，出光口的发出的光便形成一个理想的均匀稳定的面光源。

本发明的技术方案如下：

光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置，其特征在于包括有一个积分球，在积分球上有一个或多个光线投射口，积分球上有出光口，出光口靠近光线投射口一侧内壁上有遮光挡板，所述的光线投射口上安装有发光光源，或者有发光光源发出的光线从光线投射口进入积分球内，从积分球出光口发出的光经过光学聚光和投影的照明光学器件，把相应的均匀稳定的等效平面光源投影到光刻装置的图形发生器上。

所述的发光光源为一个或多个的非均匀的光源，是发光二极管，或半导体激光器，或弧光灯，或者其任意的组合。

所述的积分球为一个球状腔体，或者是多个相互联通的球状腔体的集合。

所述的光线投射口位于出光口非正对位置。

光刻技术中提供均匀稳定的面光源的方法，其特征在于在一个或相互联通的多个积分球上，安装一个或多个发光源，并设置出光口，使得多个光源发出的光在积分球内经过多次反射后，从出光口发出的光成为一个等效的理想均匀的发光面光源，经过光学聚光和投影的照明光学器件，投影到光刻装置的图形发生器上。

所述的发光光源为一个或多个的非均匀的光源，是发光二极管，或半导体激光器，或弧光灯，或者其任意的组合。

所述的聚光和投影的照明光学器件可以是临界照明方式，或者是柯拉照明方式。

本发明的装置包括：一个或者一个以上的发光光源、积分球、聚光和投影的照明光学器件。发光光源的能量进入积分球器件内，通过多次的反射而被均匀化，在积分球器件的出射口处产生均匀稳定的光发射的等效平面光源。积分球内腔为光反射壁。

光刻技术中一个均匀稳定的照明系统对于最终的曝光产生的特征图形的质量至关重要，包括特征图形的分辩率，均匀性，一致性和重复性。本发明通过积分球、聚光和投影的照明光学器件，把相应的均匀稳定的光发射等效平面光源投影到光刻装置的图形发生器上，以取得预期的均匀照明效果。

附图说明

图1为本发明第一种结构示意图。

图2为本发明第二种结构示意图。

图3为本发明第三种结构示意图。

图4为本发明第四种结构示意图。

图5为本发明第五种结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

图1示意性的示出了一种依照本发明的一个具体实施例的积分球均匀照明装置。该装置包括：

●一个用于提供照射光础的光源1，优选为发光二级管，

●积分球器件2。

●积分球内挡板3。

●一个采用运心结构的投影光学系统4，图中所示的是一片光学器件，本领域的技术人员应理解为也可应用多片的光学器件组合。同样的理解适用于所有的图片中所示的光学器件。

●一个光刻装置的图形发生器5。

●一个孔径光阑6。

●一个物镜7。

●在积分球器件上有一个用于安装光源1的光线投射口8，

●积分球上有出光口9，

光源1产生的照射光束，被积分球2通过多次的反射而被均匀化，在积分球器件的出射口处产生均匀稳定的光发射等效平面光源。积分球内挡板3的作用是防止光源1的光直接照射到积分球2的出光口上。因此光源1、积分球器件

2、积分球内挡板3可以看成一个整体提供均匀稳定的光发射等效平面光源。该等效平面光源经过光学系统投射到光刻装置的图形发生器5上，在本实施方式中，光学系统是由一个采用运心结构的投影光学系统4，一个孔径光阑6和一个物镜7构成的，该系统可以将等效平面光源成像到光刻装置的图形发生器5上，从而实现均匀照明。

实施例2：

图2示意性的示出了一种依照本发明的一个具体实施例的积分球均匀照明装置。该装置包括：

●一个用于提供照射光础的光源1，优选为发光二级管，

●积分球器件2。

●积分球内挡板3。

●一个采用运心结构的投影光学系统4，图中所示的是一片光学器件，本领域的技术人员应理解为也可应用多片的光学器件组合。同样的理解适用于所有的图片中所示的光学器件。

●一个光刻装置的图形发生器5.

●在积分球器件上有一个用于安装光源1的光线投射口8，

●积分球上有出光口9，

和实施例1不同的是，该光学系统将等效平面积分球光源准直投射到到光刻装置的图形发生器上，利用积分球光源亮度的均匀性实现光刻装置的图形发生器5均匀照明。

图3表示该积分球内发光光源1可以为3个，从而提高光源的亮度。图中的光学系统也可以采用实施例1中的投影光学系统4。

图4示该积分球内发光光源可以为另一积分球提供光源，从而提高光源的均匀度。图中的光学系统也可以采用实施例1中的投影光学系统4。

图5表示该积分球外安装有多个发光光源，发光光源发出的光从光线投射口射入到积分球内，经过积分球内腔的多次反射，最后从出光口出射。图中的光学系统也可以采用实施例1中的投影光学系统4。

Claims (7)

1.光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置，其特征在于包括有一个积分球，在积分球上有一个或多个光线投射口，积分球上有出光口，出光口靠近光线投射口一侧内壁上有遮光挡板，所述的光线投射口上安装有发光光源，或者有发光光源发出的光线从光线投射口进入积分球内，从积分球出光口发出的光经过光学聚光和投影的照明光学器件，把相应的均匀稳定的等效平面光源投影到光刻装置的图形发生器上。

2.根据权利要求1所述的光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置，其特征在于所述的发光光源为一个或多个的非均匀的光源，是发光二极管，或半导体激光器，或弧光灯，或者其任意的组合。

3.根据权利要求1所述的光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置，其特征在于所述的积分球为一个球状腔体，或者是多个相互联通的球状腔体的集合。

4.根据权利要求1所述的光刻技术中提供均匀稳定的面光源的装置，其特征在于所述的光线投射口位于出光口非正对位置。

5.光刻技术中提供均匀稳定的面光源的方法，其特征在于在一个或相互联通的多个积分球上，安装一个或多个发光源，并设置出光口，使得多个光源发出的光在积分球内经过多次反射后，从出光口发出的光成为一个等效的理想均匀的发光面光源，经过光学聚光和投影的照明光学器件，投影到光刻装置的图形发生器上。

6.根据权利要求1所述的光刻技术中提供均匀稳定的面光源的方法，其特征在于所述的发光光源为一个或多个的非均匀的光源，是发光二极管，或半导体激光器，或弧光灯，或者其任意的组合。

7.根据权利要求1所述的光刻技术中提供均匀稳定的面光源的方法，其特征在于所述的聚光和投影的照明光学器件可以是临界照明方式，或者是柯拉照明方式。

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