CN103543609B - 用于光刻设备的双汞灯拼接曝光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于光刻设备的双汞灯拼接曝光系统，包括：第一光源与第二光源，用于同时或分别提供照明光束；分别与该第一、第二光源相对应的第一、第二匀光组件；耦合透镜组，用于提高该曝光系统的照明均匀性；照明匀光组件，用于将该耦合透镜组的出射光匀光后照射至一照射面。

Description

用于光刻设备的双汞灯拼接曝光系统

技术领域

本发明涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的双汞灯拼接曝光系统。

背景技术

光刻装置是制造集成电路的主要设备，其作用是使不同的掩膜图案依次成像到基底（如半导体硅片或LCD板）上的精确对准的位置。然而这个对准位置却因为连续图形所经历的物理和化学变化而改变，因此需要一个对准系统，以保证硅片对应掩膜的对准位置每次都能够被精确的对准。随着基底每单位表面积上的电子元件数量的增长以及电子元件的尺寸合成越来越小，对集成电路的精度要求日益提高，因此依次掩膜成像在基底上的位置必须越来越准确的固定，对光刻时对准精度的要求也越来越高。

今后的光刻机要求更高的照度，照度更高就要通过照明系统来解决。提高照度可以采用更大功率汞灯，但是大功率汞灯没有i线增强型，同时大功率汞灯的电极间距也在增大，耦合效率也会下降，最终基板照度提高很有限。另一种方法是采用双灯拼接，在矩形视场的情况下，双灯拼接很好的可以适应视场形状，只要选择合适电极间距的汞灯，可以实现照度的大大提高。双灯拼接为避免双光源之间的功率不均匀，需对两个光源进行精确的监测控制。

专利US6727982B2介绍了一种双光源拼接的曝光装置，汞灯出射光源经准直透镜后以平行光出射，再经一聚焦透镜入射到蝇眼透镜上，在经透镜组入射到一弧形狭缝上，经成像镜组照射到掩模面上。该方案在聚焦透镜和狭缝之间放置一反射镜，经反射镜后的光一部分入射到狭缝，另一部分的光经一小的反射镜后采集用来监测双灯的功率。为了分别监测两个光源的光强，在该小反射镜后放置了一分束镜和两个条纹方向垂直的挡板，经蝇眼透镜左边的光源能通过横向的条纹被探测器监测，经蝇眼透镜右边的光源能通过竖直向的条纹被探测器监测。如此分别对双光源的能量进行精确的测定。该实施例监测双光源能量的系统较为复杂，并且需精确考虑小反射镜放置的位置避免入射到成像镜组的光源被截断反射到探测器上，实施极不方便。

为了在换灯或剂量变化时不影响产率，专利US5991009提供了一种可以同时使用多个光源，在一个或几个光源熄灭时，系统仍能正常运行曝光的方法。该方案使用微透镜阵列对来自衍射元件或分光棱镜或反射镜的不同入射角的不同光源的光束同时进行匀光，在一个灯不工作的情况下，系统仍能正常运行，只是曝光强度降低，正好适用于高敏感光刻胶情况，或扫描光刻机由于工件台速度限制剂量要求降低的情况，或一个灯换灯或出故障的情况。该实施例监测多光源能量的探测器直接放置在汞灯出光口附近，接收到的能量没有经过匀光单元的匀光，精度稍低。

有鉴于此，现有技术中需要一种新的双光源照明技术，该技术能有效克服现有技术中照明精度较低，控制不易的缺点。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于光刻设备的双汞灯拼接曝光系统，其照明精度高，且控制容易。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的双汞灯拼接曝光系统，包括：第一光源与第二光源，用于同时或分别提供照明光束；分别与该第一、第二光源相对应的第一、第二匀光组件；耦合透镜组，用于提高该曝光系统的照明均匀性；照明匀光组件，用于将该耦合透镜组的出射光匀光后照射至一照射面。

更进一步地，该第一、第二匀光组件结构一致，并沿照明光轴对称。该沿第一、第二匀光组件光线传播的方向依次包括：前直角棱镜、石英棒和后直角棱镜。该沿第一、第二匀光组件光线传播的方向依次包括：反射镜、石英棒和直角棱镜。

更进一步地，该曝光系统还包括一探测器，用于探测该第一、第二光源的能量。该第一、第二光源发出的光束依次经过一直角棱镜、石英棒和毛玻璃后进入该探测器。

更进一步地，该耦合透镜组为一远心对称分布的透镜组，其最大视场远心角小于3°。该耦合透镜组按光线传播的方向依次包括：一凹凸透镜、一平凸透镜、一双凸透镜、一滤波片、一双凸透镜、一第一弯月透镜以及一第二弯月透镜。该耦合透镜组可沿照明光轴平行方向实现上下位移。

更进一步地，该照明匀光组件沿光线传播的方向包括一石英棒以及一中继透镜。

与现有技术相比较，本发明所提供一种双灯室拼接的方法，在提高基板上照度的同时，能精确监测、控制双光源的能量，并能实现双灯、单灯的工作模式切换。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的双汞灯拼接曝光系统的整体结构示意图；

图2是对照明系统椭圆度进行计算的示意图；

图3是本发明所涉及的双汞灯拼接曝光系统的耦合镜组的结构示意图；

图4是本发明所涉及的双汞灯拼接曝光系统的耦合镜组的位移示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明期望提供一种双汞灯拼接的光学系统，在提高基板上照度的同时，能精确监测、控制双光源的能量，并能实现双灯、单灯的工作模式切换。

图1是本发明所涉及的双汞灯拼接曝光系统的整体结构示意图。如图1中所示，该双汞灯拼接曝光系统主要由以下模块组成：光源1、直角棱镜2、小石英棒3、耦合透镜组4、大石英棒5、中继透镜组6。此处，小石英棒3和大石英棒5是按照其体积的相对大小来进行定义的。如图1中所示，位于顶部的灯室内包括一光源1，在本发明中光源1选用汞灯，两个光源1a和1b的位置一致。图1中左右光源1a和1b发出的光束经过直角棱镜2a和2b后分别进入石英棒3a和3b。在本实施方式中，石英棒3a和3b的长度为400mm。光束经过石英棒3a和3b后再次进入直角棱镜2c和2d，光轴转折到照明光轴，后面接耦合透镜组4、大石英棒5、中继透镜组6。

双灯拼接由于双灯功率的不对称，以及石英棒入射端填充的不对称，对基板上椭圆度、极平衡性等照明关键指标的影响较大，所以对于聚光单元（包括耦合镜组和小石英棒）的设计则极为重要。

仿真分析表明，耦合镜的远心对照明系统椭圆度有很大的影响，如下表所示：

耦合镜对椭圆度的影响：

	6度远心的耦合镜	3度远心的耦合镜
			Ellipticity（椭圆度）	3.51%	1.5%

其中，椭圆度计算方法为：Ellipticity=（I1+I3）/（I2+I4），Ellipticity的计算示意图见图2。

本实施例设计了一远心对称分布的耦合透镜组，由6片透镜组成，中间为3.5mm的滤波片，其结构如图3所示。

图3是本发明所涉及的双汞灯拼接曝光系统的耦合镜组的结构示意图。如图3中所示，该耦合透镜组为一远心对称分布的镜组，其最大视场远心角小于3°。由耦合透镜组6片透镜和位于中间的滤波片组成。按照光线传播的方向依次为：凹凸透镜41、平凸透镜42、双凸透镜43、滤波片44、双凸透镜45、弯月透镜46以及弯月透镜47。

为了对双光源的能量进行精确控制，在棱镜2a、2b后分别放置探测器ED，在探测器ED前加石英棒3c和3d、毛玻璃（图中未示出）提高其探测精度。

直角棱镜2a、2b斜边会引起一部分角度光线的全反射，对双光源的能量监测造成影响。在另一实施方式中，可以更换直角棱镜2a、2b为反射镜，反射面镀膜透过一部分的光经小石英棒3c、3d匀光后进入探测器ED。

本发明所提供的双汞灯拼接曝光系统可以用于双光源照明，在需要的时候，也可以提供单光源照明，即只开启一边的照明光源。在这种情况下，单灯模式时由于光源分布不平衡，会带来基板面上的照明均匀性超标，本实施例通过移动耦合镜组来解决该问题。耦合镜像面移动示意图如图4所示。该耦合镜组可以沿与照明光轴平行的方向上下移动。

与现有技术相比较，本发明所提供一种双灯室拼接的方法，在提高基板上照度的同时，能精确监测、控制双光源的能量，并能实现双灯、单灯的工作模式切换。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于光刻设备的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，包括：

第一光源与第二光源，用于同时或分别提供照明光束；

分别与所述第一、第二光源相对应的第一、第二匀光组件；

耦合透镜组，用于提高所述曝光系统的照明均匀性；

照明匀光组件，用于将所述耦合透镜组的出射光匀光后照射至一照射面；

所述耦合透镜组按光线传播的方向依次包括：一凹凸透镜、一平凸透镜、一双凸透镜、一滤波片、一双凸透镜、一第一弯月透镜以及一第二弯月透镜。

2.如权利要求1所述的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，所述第一、第二匀光组件结构一致，并沿照明光轴对称。

3.如权利要求1或2所述的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，所述第一、第二匀光组件沿光线传播的方向均依次包括：前直角棱镜、石英棒和后直角棱镜。

4.如权利要求1或2所述的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，所述第一、第二匀光组件沿光线传播的方向均依次包括：反射镜、石英棒和直角棱镜。

5.如权利要求1所述的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，所述曝光系统还包括一探测器，用于探测所述第一、第二光源的能量。

6.如权利要求5所述的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，所述第一、第二光源发出的光束依次经过一直角棱镜、石英棒和毛玻璃后进入所述探测器。

7.如权利要求1所述的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，所述耦合透镜组为一远心对称分布的透镜组，其最大视场远心角小于3°。

8.如权利要求1所述的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，所述耦合透镜组可沿照明光轴平行方向实现上下位移。

9.如权利要求1所述的双汞灯拼接曝光系统，其特征在于，所述照明匀光组件沿光线传播的方向包括一石英棒以及一中继透镜。