CN101349814B

CN101349814B - 平面反射式复眼冷光源曝光系统

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Publication number: CN101349814B
Application number: CN2008100373660A
Authority: CN
Inventors: 张岳方
Original assignee: SHANGHAI XUEZE OPTICAL MECHANICAL CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI XUEZE OPTICAL MECHANICAL CO Ltd
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: CN101349814A

Abstract

一种平面反射式复眼冷光源曝光系统，属于光刻技术领域。包括：灯源组、多面镜组装置、反光镜组、曝光装置等，其特征在于，多面镜组装置，包括上层镜座、下层镜座，上层镜座紧密叠合于下层镜座上；上层镜座包括：上盘、上镜片压圈、上盘反光片，上镜片压圈置于上盘、上盘反光片之间，上盘反光片依次紧密环行成圈放列于上盘内；下层镜座结构类似上层镜座。反光镜组包括：小反光镜组、大反光镜组，小反光镜组、大反光镜组平行对峙放置，并与水平夹角为45°。本发明提出了多层反射镜的位置排列，大大提高了曝光均匀性，并拓展为更大的曝光面积。

Description

平面反射式复眼冷光源曝光系统

技术领域

本发明涉及光刻技术领域的曝光系统及其光刻机，具体涉及一种平面反射式复眼冷光源曝光系统。

背景技术

集成电路制造过程中的重要部分是光刻技术，至今为止，光学光刻技术仍然在集成电路制造中占有绝对的主导地位，曝光波长向深紫外发展，已经采用了196纳米的深紫外光谱，光刻线宽也已达到纳米级。

在中国国内，接近接触式光刻机仍然占据着主导地位，曝光技术的优劣将直接影响到光刻线条的质量。

目前，在国内外通常所采用的曝光技术有：

(1)多透镜复眼曝光系统。

平行光通过多透镜形成了多个点光源，达到了衍射图形修均的目的，是现在常用的技术。但由于紫外光在通过透镜时光能量被大大地衰减，特别是光的波长越短，衰减越厉害。因此，已经难以用于深紫外曝光系统。

(2)多棱镜曝光系统

由于加工安装调试较为困难，制造成本高，以及同样是对紫外光在透射过程中的大量的衰减，因此，很少被使用。

(3)多反射镜复眼曝光系统

国外曾使用过多反射镜(椭球反射镜)曝光技术，利用多个椭球的反射，形成多个点光源。但由于加工复杂、制造成本非常高，且形成的电光源数量有限(一般为8个或12个点光源)，因此，曝光系统的曝光均匀性受到影响。不能得到广泛的应用。由于采用了反射的技术，因此，极大地减少了对紫外光的衰减。大大提高了紫外光能的利用率。

如上所述，随着短波长紫外光的曝光技术的发展，透射式曝光系统已显现出严重的技术缺陷；而椭球反射式曝光技术虽然解决了光能量衰减的问题，但由于受到技术上的限制，只能形成数量极其有限的点光源，且制造成本很高，很难得到广泛的应用。

发明内容

发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种平面反射式复眼冷光源曝光系统及其光刻机。本发明解决了短波长紫外光曝光系统的光能利用率低的问题，解决了大面积曝光系统的曝光均匀性差的问题。本发明提出了多层反射镜的位置排列，大大提高了曝光均匀性，并拓展为更大的曝光面积。

本发明平面反射式复眼冷光源曝光系统是通过以下技术方案实现的，包括：灯源组、多面镜组装置、反光镜组、曝光装置、罩壳，灯源组的光源中心置于多面镜组装置的中心点，反光镜组、曝光装置置于罩壳内；

所述的灯源组，包括超高压汞灯、超高压汞灯架，超高压汞灯固定于超高压汞灯架；

所述的多面镜组装置，包括上层镜座、下层镜座，上层镜座紧密叠合于下层镜座上；所述的上层镜座包括：上盘、上镜片压圈、上盘反光片，上镜片压圈置于上盘、上盘反光片之间，上盘反光片依次紧密环行成圈放列于上盘内；所述的下层镜座包括：下盘、下镜片压圈、下盘反光片，下镜片压圈置于下盘、下盘反光片之间，下盘反光片依次紧密环行成圈放列于下盘内；

所述上盘反光片以及下盘反光片为平面反光片，共有64个，所述64个平面反光片每片与超高压汞灯光源中心之间的夹角U为5.16°；

所述的反光镜组包括：小反光镜组、大反光镜组，小反光镜组、大反光镜组平行对峙放置，并与水平夹角为45°；

所述的曝光装置包括：快门组、曝光准镜组、准直座轴、工作曝光面，快门组置于小反光镜组、大反光镜组之间，快门组、曝光准镜组、工作曝光面适应于光路依次放置；

所述的超高压汞灯发出的弧光通过上层镜座、下层镜座，形成64个点光源，投射到准直镜，准直镜的物距S重合在超高压汞灯的发光弧点上，然后经准直镜汇聚S’点，会聚角为3°。

所述64个平面反光片，其每片反光镜与超高压汞灯光源中心之间的夹角U为5.16°，即sinU＝0.09。

本发明光刻机是通过以下技术方案实现的，包括曝光光源、分离视场显微镜、精密工作台、输送硅片机构以及PLC控制器，其特征在于，还包括所述的平面反射式复眼冷光源曝光系统。

所述工作曝光面距准直镜顶点为100mm。

与现有传统技术相比，本发明平面反射式复眼冷光源曝光系统具有如下有益效果：

(1)NA达到了5.76，大大提高了光能利用率，这是传统的曝光系统无法比拟的。

(2)采用上下两层64个平面反光片，形成了64个点光源，各点光源各自形成3°会聚角，有效的抑制了衍射对光刻的影响，这是多椭球反光镜曝光系统难以实现的。

(3)平面反射式复眼冷光源曝光系统的多点光源部分是利用反射的原理，有效地避免了光学透镜对紫外光的吸收，这也是传统的曝光系统无法比拟的。

(4)由于采用了平面反射式复眼冷光源曝光系统的技术，使曝光面积得以扩大。可以为大面积液晶屏幕的光刻提供有效的手段。

本发明采用64个平面反光片，通过精确计算，将64个平面反光片按不同角度和位置进行排列组合，重新形成了64个新的点光源，且各点光源经过准直镜后，相互之间形成的夹角为2.5°～3°，能有地效改善光刻衍射效应。

附图说明

图1为本发明曝光系统的结构示意图。

图2为多面镜组装置与灯源组(超高压汞灯)的结构示意图。

图3为多面镜组装置的结构示意图。

图4为本发明曝光系统光学原理示意图。

图5为本发明曝光系统中64个平面反光片，每片反光镜与光源中心的夹角设计示意图。

图6为传统的多透镜复眼曝光系统中聚光的会聚角示意图。

标记说明：

1-灯源组，11-超高压汞灯，12-超高压汞灯架，2-多面镜组装置，21-上层镜座，22-下层镜座，211-上盘，212-上镜片压圈，213-上盘反光片，221-下盘，222-下镜片压圈，223-下盘反光片，31-小反光镜组，32-大反光镜组，41-快门组，42-曝光准镜组，421-准直镜，43-准直座轴，44-工作曝光面，5-罩壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例平面反射式复眼冷光源曝光系统，包括：灯源组1、多面镜组装置2、反光镜组、曝光装置、罩壳5，灯源组1的光源中心置于多面镜组装置2的中心点，反光镜组、曝光装置置于罩壳5内；

如图2所示，所述的灯源组1，包括超高压汞灯11、超高压汞灯架12，超高压汞灯11固定于超高压汞灯架12；

所述的多面镜组装置2，包括上层镜座21、下层镜座22，上层镜座21紧密叠合于下层镜座22上，

如图3所示，所述的上层镜座21包括上盘211、上镜片压圈212、上盘反光片213，上镜片压圈212置于上盘211、上盘反光片213之间，上盘反光片213依次紧密环行成圈放列于上盘211内；

如图3所示，所述的下层镜座22结构类似于上层镜座21，包括下盘221、下镜片压圈222、下盘反光片223，下镜片压圈222置于下盘221、下盘反光片223之间，下盘反光片223依次紧密环行成圈放列于下盘221内；

所述的反光镜组包括：小反光镜组31、大反光镜组32，小反光镜组31、大反光镜组32平行对峙放置，并与水平夹角为45°；

所述的曝光装置包括：快门组41、曝光准镜组42、准直座轴43、工作曝光面44，快门组41置于小反光镜组31、大反光镜组32之间，快门组41、曝光准镜组42、工作曝光面44适应于光路依次放置；

所述多面镜组装置2，共有64个平面反光片组成，包括上层镜座21、下层镜座22。

超高压汞灯11发出的弧光通过上层镜座21、下层镜座22，形成64个点光源，投射到准直镜421，准直镜421的物距S重合在超高压汞灯11的发光弧点上，然后经准直镜421汇聚S’点，会聚角为3°。

所述多点光源为64点光源，是通过超高压汞灯11发出的弧光经由64个平面反光片同时反射下形成；

所述64个平面反光片，其每片反光镜与超高压汞灯11光源中心之间的夹角U为5.16°，即sinU＝0.09。

所述上层镜座21、下层镜座22，分别以光源(超高压汞灯11)为中心，其中的各个反光镜片依次紧密环行成圈放列，光源中心与每一反光镜片的纵截面夹角为5.16°，使得充分提高光源的利用率。

本发明工作原理：如图4示，包括超高压汞灯11、上层镜座21、下层镜座22、多点光源、准直镜421、工作曝光面44。本发明利用多片反光镜聚光原理，为了能够实现多点光源，将多面镜组装置2设计成上下两层反光镜片组。超高压汞灯11发出的弧光通过上层镜座21、下层镜座22，形成64个点光源，投射到准直镜421，由于准直镜421的物距S重合在超高压汞灯11的发光弧点上，然后经准直镜421汇聚S’点，会聚角为3°，而不是传统的平行光。

本发明光能利用：该曝光系统的设计中，将每个反光片与光源中心的夹角设计为sinU＝0.09，夹角约为5.16°，如图5示。上下二层镜座的反光片数为64片，因此，该系统的总的NA是上述的总和，即：NA＝0.09×64＝5.76，也就是说，该平面反射式复眼冷光源曝光系统的总的反射夹角的NA为5.76。

传统的多透镜复眼曝光系统见图6聚光的会聚角约为45°，sinU＝1。

从上述的计算对比就可以清楚的表明：平面反射式复眼冷光源曝光系统的光能利用率远远大于多透镜复眼曝光系统，约5倍左右。而且，当紫外光透过玻璃镜片时，光能也将大大地被吸收。而反射曝光系统除了准直镜外，则基本不会被吸收。

本实施例各个参数为

(1)曝光能量：18mw/cm²(200w汞灯时)，30mw/cm²(350w汞灯时)。

(2)曝光能量不均匀性：±2％

(3)曝光面积：Φ5英寸(可扩展到Φ20英寸)

(4)曝光谱线：254nm～436nm

与现有传统技术相比，本实施例平面反射式复眼冷光源曝光系统具有如下有益效果：

实施例2

本实施例光刻机，主要包括曝光光源、分离视场显微镜、精密工作台、输送硅片机构以及PLC控制器等，其特征在于，还包括实施例1中所述的平面反射式复眼冷光源曝光系统。

所述工作曝光面(即掩膜和硅片的位置)距准直镜顶点为100mm。

当曝光时(即光刻时)，64个点光源同时起作用，以不同的角度同时照射在掩膜和硅片上，所获衍射图形均匀。

平面反射式复眼冷光源曝光系统在光刻机中得到了成功的应用，曝光能量达到了18mw/cm²，并且成功地开发出了分离视场显微镜，最大分视距离达到了100mm。

与现有技术相比，本实施例具有如下有益效果：大大降低了紫外光的能量衰减，特别是降低了短波长紫外光的能量衰减。曝光谱线的波长范围能够扩大到254nm～436nm，传统的透射式冷光源是难以做到的。

本实施例可应用于微电子集成电路制造以及LCD液晶屏幕制造领域。本实施例实现了大面积紫外曝光，可拓展应用于大面积液晶屏光刻领域。

Claims

1.一种平面反射式复眼冷光源曝光系统，包括：灯源组、多面镜组装置、反光镜组、曝光装置、罩壳，灯源组的光源中心置于多面镜组装置的中心点，反光镜组、曝光装置置于罩壳内，其特征在于，

所述的曝光装置包括：快门组、曝光准镜组、准直座轴、工作曝光面，快门组置于小反光镜组、大反光镜组之间，快门组、曝光准镜组、工作曝光面适应于光路依次放置。