CN105242495A - 光刻曝光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻曝光装置，包括：照明单元，用于为光刻曝光装置提供照明光；图案化装置，为所述光刻曝光装置提供光刻图形；分光装置，位于投影曝光光路中，用于将入射的照明光分为多束，并出射到不同的视场中；投影物镜，用于将掩模图形成像于曝光基底上。本发明的光刻曝光装置通过增设分光装置，将照射光分为相同的两束，可以在不增大掩模尺寸的前提下曝出大视场，降低掩模制造成本，承载曝光基底的运动台运动间距增大，节省了部分加速和减速时间，曝光一片曝光基底所用的总运行时间，或同时曝光多片曝光基底所用的总运行时间减少，进而提高了曝光产率。

Description

光刻曝光装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种光刻曝光装置。

背景技术

投影曝光装置是将掩模上的电路图形，经过投影曝光透镜等光学系统做投影曝光，将电路图形以一定放大或缩小的倍率投影于制造集成电路的硅片上的一种装置。已知用于集成电路的制造，近年来该投影曝光装置也适用于印刷电路板的制造。

集成电路的发展遵循“摩尔定律”，随着IC制造技术的飞速发展，IC集成度逐渐提高，并且为降低单元制造成本，要求光刻用硅片的直径也在不断增大。目前，300mm直径的硅片正在逐步普及，未来450mm直径的硅片也将被广泛采用。为保证硅片加工的时效性，硅片尺寸的增大势必会要求光刻机研发者和考虑者考虑大视场曝光系统和大尺寸掩模。然而，掩模属于消耗品，铬层脱落、静电、擦痕、存储环境不佳等都会导致其损伤。并且制作掩模的玻璃材料昂贵、制作工艺复杂，导致其成本很高；随着掩模尺寸增大，其制造难度也有较大程度提高；同时，目前光刻产业面临产品个性化、小批量和更新周期变短的趋势。综上所述，掩模版费用占光刻机运行总成本的比例正不断飞升。

传统的曝光装置使用一套投影曝光系统将一张掩模上的图像以扫描的方式投影曝光到一片基质材料(如硅片)的一个视场。如图1所示，一片基质材料100可分为若干个视场，传统的曝光装置从视场F01依次扫描至视场F02、F03、F04、F05...当基质材料100(如硅片)的尺寸增大时，一张基质材料100上所包含的视场数量增加，曝光一片基质材料100的用时增加。也有使用双曝光装置的，该双曝光装置包含至少2套照明系统、2套投影系统，2套掩模及掩模台，2套硅片及工件台，两套对准调焦系统，提高了曝光时效性，但结构复杂、体积庞大且运行成本高，掩模利用率也并没有得到改善。

发明内容

本发明提供一种光刻曝光装置，以实现同时曝光多个视场，提高光刻的时效性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻曝光装置，沿光传播方向依序包括：照明单元，用于为光刻曝光装置提供照明光；图案化装置，为所述光刻曝光装置提供光刻图形；分光装置，用于将透过所述图案化装置入射的照明光分为多束光；投影物镜，用于将所述多束光投射到多个曝光视场。

作为优选，通过改变所述图案化装置与分光装置入射表面之间的水平相对位置，调节多个曝光视场间的间距。

作为优选，所述分光装置采用分光转折棱镜。

作为优选，所述分光装置设有一组或多组。

作为优选，所述投影物镜设置有一组或多组。

作为优选，所述多个曝光视场位于至少一个曝光基底上。

作为优选，所述分光装置设置于掩模与投影物镜之间

作为优选，所述分光装置设置于投影物镜与曝光基底之间。

作为优选，所述照明单元采用汞灯、LED或激光器。

作为优选，通过改变掩模/投影物镜与分光装置入射表面之间的水平相对位置，调节分光装置多个视场间的间距。

作为优选，所述分光装置中设置有半透半反膜。

作为优选，所述图案化装置为掩模或空间光调制器。

本发明还提供一种光刻曝光装置，沿光传播方向依序包括：照明单元，用于为光刻曝光装置提供照明光；图案化装置，为所述光刻曝光装置提供光刻图形；投影物镜，将透过所述图案化装置入射的照明光投影到分光装置的入射表面；分光装置，将入射的照明光束分成多束光分别照射多个曝光视场。

作为优选，通过改变所投影物镜与分光装置入射表面之间的水平相对位置，调节多个曝光视场间的间距。

作为优选，所述分光装置采用分光转折棱镜。

作为优选，所述分光装置设有一组或多组。

作为优选，所述投影物镜设置有一组或多组。

作为优选，所述多个曝光视场位于至少一个曝光基底上。

作为优选，所述分光装置设置于掩模与投影物镜之间

作为优选，所述分光装置设置于投影物镜与曝光基底之间。

作为优选，所述照明单元采用汞灯、LED或激光器。

作为优选，通过改变掩模/投影物镜与分光装置入射表面之间的水平相对位置，调节分光装置多个视场间的间距。

作为优选，所述分光装置中设置有半透半反膜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的光刻曝光装置通过增设分光装置，将照射光分为相同的两束，可以在不增大掩模尺寸的前提下曝出大视场，降低掩模制造成本，承载曝光基底的运动台运动间距增大，节省了部分加速和减速时间，曝光一片曝光基底所用的总运行时间，或同时曝光多片曝光基底所用的总运行时间减少，进而提高了曝光产率。

附图说明

图1为现有技术中投影曝光系统步进方式示意图；

图2为本发明实施例1中光刻曝光装置的结构示意图；

图3a为本发明实施例1中分光转折棱镜的立体视图；

图3b为图3a的俯视图；

图4为本发明实施例1投影曝光系统步进方式示意图；

图5为本发明实施例1中光刻曝光装置进行视场间距调节的原理图；

图6为本发明实施例2中光刻曝光装置的结构示意图；

图7为本发明实施例3中光刻曝光装置的结构示意图；

图8为本发明实施例4中光刻曝光装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

如图2所示，本实施例的光刻曝光装置，沿光传播方向依次包括：照明单元1、掩模2、分光转折棱镜3以及投影物镜4。

照明单元1产生的照明光束均匀地照射在掩模2上，经过掩模2透射或反射的光经分光转折棱镜3分光、转折后进入投影物镜4，最后投影物镜4将掩模图形成像到曝光基底5上。

具体地，所述照明单元1为所述的光刻曝光装置提供照明光束，可以为汞灯、LED、连续激光器或脉冲激光器。

如图3a～3b所示，所述分光转折棱镜3通过将三角形柱体的右侧面加工成屋脊面32形成。具体地，所述分光转折棱镜3的主视图为等边三角形，左侧面31为矩形，其右侧面加工为屋脊面32，所述分光转折棱镜3中还设置有半透半反膜33。从掩模2透射或反射的光，其主光线沿与分光转折棱镜3的左侧面31垂直的方向入射，同时主光线恰巧与右侧的屋脊棱在同一平面上；半透半反膜33将入射光分成强度相等、分布相同的两束光。其中反射光经分光转折棱镜3的左侧面31处再次反射，主光线垂直从分光转折棱镜3的下边缘出射，进入到投影物镜4中；透射光则在分光转折棱镜3的两个屋脊面32分别反射一次，主光线垂直从分光转折棱镜3的下边缘出射进入投影物镜4。由于所述反射光和投射光分别在且各自的转折方向实现两次镜像，因此最后成像在曝光基底5上的图像方向一致。

请参照图4，并结合图2，采用本实施例的光刻曝光装置，使用1片掩模2可以同时实现两个视场5a、5b的曝光，因此提高了掩模2的利用率。同时由于承载曝光基底5的工件台可以每次步进两个视场的位置，与每次步进一个视场相比，节省了一次加速时间和一次减速时间，因此在曝光一片曝光基底5时，工件台运行时间会有明显缩短，进而产率提高。例如，当曝光基底5上存在92个曝光场，在传统的单视场曝光下需要步进91次，按单个视场曝光时间0.35s、步进准备时间0.3s计算，完成全片曝光所需时间为59.5s。而在本实施例中，所述的双场曝光情况下，同时对曝光基底5上的两个视场(按照曝光顺序可以依次为F01-1和F01-2、F02-1和F02-2、F03-1和F03-2…)，这样完成全片曝光大约只需步进45次，假设光源功率不变，单个视场照度减半，曝光时间增加为0.7s，步进准备时间不变为0.3s，完成全片曝光所需时间为45.7s，曝光时间相对减小23％。

如图5所示，保持分光转折棱镜3、投影镜头4、曝光基底5的相对位置不变，保持掩模2与分光转折棱镜3的入射表面的垂向工作距离不变，当掩模2相对于分光转折棱镜3的入射表面(左侧面31)水平移动时，视场5a与视场5b之间的间距变化，从而可实现曝光视场间距可调。

当然，本实施例也可以使用其它结构的分光装置，使投影曝光系统可以对两个以上的多个视场进行同时曝光。

实施例2

本实施例与实施例1的区别点在于，分光转折棱镜的位置不同。其同样可以用在具有较长工作距的投影光刻系统中，用于将一套掩模上的图像曝光成像到两个视场。

具体地，如图6所示，来自照明单元1的光以一定汇聚角和较高的照明均匀性照射在掩模2表面，透过掩模2的光进入投影物镜4，投影物镜4将掩模2上的图像按照一定的放大或缩小比例成像到像方(即曝光基底5)，在光束到达像方之前，以主光线垂直入射表面的方式进入分光转折棱镜3，分光转折棱镜3将入射的光束以光强相等、光分布一致的方式出射，并在曝光基底5的两不同视场处成像。

本实施例可以在不增加投影物镜4的光学口径前提下，实现对两个视场的同时曝光。众所周知，投影物镜4占据投影光刻装置总制造成本的很大比例，同时对投影物镜4的技术改进难度很大，大口径光学镜片的设计、高精密加工及检测也是技术难点。因此，不增加透镜物镜4光学口径而实现对两视场的同时曝光，在技术上更加具有可实现性。

当然，本实施例也可以使用其它结构的分光装置，使投影曝光系统可以对两个以上的多个视场进行同时曝光。

实施例3

本实施例与实施例1～2的区别点在于，本实施例使用1套掩模和2套投影镜头，从而曝光同一超大基底上的两个视场。

如图7所示，来自照明单元的光以一定汇聚角和较高的照明均匀性照射在掩模2表面，透过掩模2的光经分光转折棱镜3，形成两束光强和光分布完全相等的光，分别进入投影镜头4a和投影镜头4b，在同一曝光基底5的两个视场5a和5b处曝光成像，此处曝光基底5可以是某种超大尺寸的曝光基底。

同时视场5a和视场5b之间可以存在其它视场，通过工件台的步进实现等间隔视场的曝光。

实施例4

本实施例使用1套掩模、2套投影镜头曝光2片曝光基底上同一相对位置的两个视场。

如图8所示，来自照明单元的光以一定汇聚角和较高的照明均匀性照射在掩模表面，透过掩模2的光经分光转折棱镜3，形成两束光强和光分布完全相等的光，分别进入投影镜头4a和投影镜头4b，并分别在曝光基底51和曝光基底52的相同相对位置视场处，即视场51a和视场52a处曝光成像。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种光刻曝光装置，沿光传播方向依序包括：

照明单元，用于为光刻曝光装置提供照明光；

图案化装置，为所述光刻曝光装置提供光刻图形；

分光装置，用于将透过所述图案化装置入射的照明光分为多束光；

投影物镜，用于将所述多束光投射到多个曝光视场。

2.如权利要求1所述的光刻曝光装置，其特征在于，通过改变所述图案化装置与分光装置入射表面之间的水平相对位置，调节多个曝光视场间的间距。

3.如权利要求1所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述分光装置采用分光转折棱镜。

4.如权利要求1所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述分光装置设有一组或多组。

5.如权利要求1所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述投影物镜设置有一组或多组。

6.如权利要求1所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述多个曝光视场位于至少一个曝光基底上。

7.如权利要求1所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述照明单元采用汞灯、LED或激光器。

8.如权利要求1所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述分光装置中设置有半透半反膜。

9.如权利要求1所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述图案化装置为掩模或空间光调制器。

10.一种光刻曝光装置，沿光传播方向依序包括：

照明单元，用于为光刻曝光装置提供照明光；

图案化装置，为所述光刻曝光装置提供光刻图形；

投影物镜，将透过所述图案化装置入射的照明光投影到分光装置的入射表面；

分光装置，将入射的照明光束分成多束光分别照射多个曝光视场。

11.如权利要求10所述的光刻曝光装置，其特征在于，通过改变所投影物镜与分光装置入射表面之间的水平相对位置，调节多个曝光视场间的间距。

12.如权利要求10所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述分光装置采用分光转折棱镜。

13.如权利要求10所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述分光装置设有一组或多组。

14.如权利要求10所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述投影物镜设置有一组或多组。

15.如权利要求10所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述多个曝光视场位于至少一个曝光基底上。

16.如权利要求10所述的光刻曝光装置，其特征在于，所述图案化装置为掩模或空间光调制器。