CN106292188A - 曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曝光装置，包括：沿光路传播方向依次设置的光源、照明模块、掩模台、投影物镜模块、成像位置调整模块和工件台，所述成像位置调整模块包括多组独立设置的调整单元，所述多组调整单元的拼接方式与投影物镜模块中投影物镜的拼接方式相同。本发明增加了一个成像位置调整模块。该成像位置调整模块通过对投影物镜模块所成的像进行平移、倍率、焦面等性能进行调整，保证了投影物镜模块的成像质量和投影物镜的拼接质量。投影物镜模块中不带有任何成像位置调整元件或调整机构，降低了投影物镜模块的复杂程度。

Description

曝光装置
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种曝光装置。
背景技术
平板显示技术发展较快，尺寸越来越大。如果使用较大视场的物镜进行曝光能够有效地提升产率。然而，随着物镜光学系统视场的增大，设计及加工制造等各方面的难度都会增加。使用相同的视场大小适中的物镜按照一定排列方式将多个视场拼接成所需的大视场，根据所需视场大小来选择拼接的个数。这样既实现了大视场要求又降低了光学加工制造难度，同时具有很高的兼容性和灵活性。
由于使用了多个子物镜进行拼接，又由于每个子物镜的性能及装配公差等因素，其成像位置会与理论位置有偏差。同时由于较大的掩模会因重力产生变形，基板表面也会有面型的误差。因此为了能够使每个视场都能够成像在理想位置，每个子物镜单元都需要有独自的调整机构来调整成像视场的位置以保证整个拼接视场的性能。
扫描型曝光装置配置有多个投影光学系统以使邻接投影区域在扫描方向进行定量位移，并使邻接投影区域的各个端部在与扫描方向直角的方向重复，即采用所谓多透镜方式的扫描型曝光装置(多透镜扫描型曝光装置)。多透镜方式的扫描型曝光装置是由多个狭缝状的照明区域来照明光罩、在与该照明区域的排列方向成直角的方向上同步扫描光罩和感光基板，通过在与各照明区域对应位置处设置投影光学系统，将设于光罩的图案曝光于感光基板上的装置。
现有技术中公开了一种曝光装置，其焦面调整功能通过位于光路中的直角反射镜或物方的楔形平板组的平移来实现。像水平平移使用位于物方的两片平行平板分别绕X、Y方向旋转进行调整。位于像方的三片半透镜组组成的无焦系统任意一片移动调整倍率，同时引入焦面变化，焦面变化需要调焦系统进行补偿。还存在一种曝光装置，其倍率调整功能通过位于折反射光路中的两片透镜组成的无焦系统的轴向平移来实现。所述焦面调整功能通过位于像方的三片透镜组成的无焦系统平移来实现。
由上可知，传统的曝光系统为了保证拼接物镜像场的拼接质量，会在拼接物镜中设置相应的调整机构来实现像面位置调整。而每个物镜单元由于加入了调整元件结构更加复杂，空间更紧张。调整元件运动电机和驱动由于需要经常维修维护，放置在物镜中也不便于进行维修维护。
发明内容
本发明提供一种曝光装置，以解决现有技术中调整装置与物镜单元空间上不独立的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种曝光装置，包括：沿光路传播方向依次设置的光源、照明模块、掩模台、投影物镜模块、成像位置调整模块和工件台，所述成像位置调整模块包括多组独立设置的调整单元，所述多组调整单元的拼接方式与投影物镜模块中投影物镜的拼接方式相同。
作为优选，所述调整单元包括光学系统、电机驱动系统和控制系统，所述控制系统通过所述电机驱动系统调节所述光学系统。
作为优选，所述光学系统采用无焦系统。
作为优选，所述光学系统的光轴与与该调整单元所对应的投影物镜的光轴重合，所述光学系统的通光孔径大于投影物镜的成像视场区域。
作为优选，所述光学系统包括：一侧为平面另一侧为球面的第一镜片、双侧均为球面的第二镜片、一侧为球面一侧为楔形平面的第三镜片以及楔形平板的第四镜片。
作为优选，所述光学系统沿光传播方向的排列方式为：第一、第二、第三、第四镜片或者第四、第三、第二、第一镜片。
作为优选，所述第一镜片/第三镜片采用平凸透镜或平凹透镜。
作为优选，所述第二镜片采用双凸透镜、双凹透镜或者弯月透镜。
作为优选，所述第一、第二、第三和第四镜片为整圆镜片或者是从整圆镜片上切下的一部分。
作为优选，所述第一镜片的球面曲率半径与第二镜片靠近第一镜片一侧的球面曲率半径相同，第二镜片另一侧的球面曲率半径与第三镜片的球面曲率半径相同。
作为优选，所述第一镜片的球面曲率半径与第三镜片的球面曲率半径相同或不同。
作为优选，所述第一、第二、第三镜片中的球面曲率半径范围为200mm～2000mm。
作为优选，所述第三、第四镜片中楔形平面的楔角范围为0.5°～10°。
作为优选，所述光学系统包括平面、楔板和两片无焦的双分离透镜。
作为优选，所述光学系统还包括散热系统。
作为优选，所述多组调整单元之间通过机械方式连接成一整体。
作为优选，所述多组调整单元通过一体式框架连接成一整体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用单独的成像位置调整模块，在空间结构上与投影物镜模块独立；
2、所述成像位置调整模块方便系统装配，降低了投影物镜的复杂程度，同时独立的成像位置调整模块更便于维修、维护操作；
3、成像位置调整模块对投影物镜模块所成的像进行平移、倍率、焦面等性能进行调整，保证了投影物镜的拼接质量；投影物镜模块中不带有成像位置调整元件或调整机构，仅进行投影成像，视场的拼接由机械进行保证即可，降低了投影物镜的复杂程度。
附图说明
图1为本发明曝光装置的结构示意图；
图2为本发明曝光装置中成型位置调整模块的结构示意图；
图3为本发明曝光装置中调整单元的结构示意图；
图4和图5分别为本发明实施例1中调整单元的光学系统结构示意图；
图6为本发明实施例1中焦面调整方法示意图；
图7为本发明实施例1中倍率调整方法示意图；
图8和图9分别为本发明实施例1中平移调整方法示意图；
图10为本发明实施例1成像位置调整模块的结构图示；
图11为本发明实施例2中调整单元的光学系统结构示意图。
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。
如图1所示，本发明的曝光装置包括：沿光路传播方向依次设置的光源1、照明模块2、掩模台5、投影物镜模块、成像位置调整模块4和工件台6。
所述投影物镜模块由多组相同的投影物镜3在非扫描方向(X向)拼接，并在非扫描方向(Y向)上拼接成连续大视场。如图2和图3所示，所述成像位置调整模块4包括多组独立设置的调整单元410，即，所述成像位置调整模块4同样由多个相同的独立设置的调整单元410拼接而成，其拼接方式与投影物镜3的拼接方式相同，每个调整单元410的位置与投影物镜3的像场一一对应。
光源1发出的紫外光线经过照明模块2的分光、匀光等处理得到多个照明视场，照射到掩模(位于掩模台5上)的相应位置，通过投影物镜3和成像位置调整模块4将掩模上特定区域的图案等比例的成像在基板(设置于工件台6上)的对应位置上。当掩模台5、工件台6相对于投影物镜3及调整单元410在扫描方向(Y向)上进行运动时，基板上将得到连续的完善像。
较佳的，请重点参照图3，所述调整单元410包括光学系统411，及该光学系统411对应的电机驱动系统412和控制系统413。每组所述调整单元410能够针对与其对应的投影物镜3的成像视场独立的进行焦面、倍率、平移调整。
具体地，所述控制系统413控制电机驱动系统412对光学系统411中的元件进行驱动调整，以改变相应的成像位置。调整单元410中的光学系统410设计为无焦系统，因此调整单元410放置在投影物镜3的后工作距中，即其只改变投影物镜3成像的位置和色差而不影响其他成像质量。并且焦面影响和色差影响量可以在投影物镜3的设计中进行考虑，进行补偿和匹配，这样对投影物镜3的成像性能影响可以忽略。进一步的，所述光学系统411的光轴和与该调整单元410对应的投影物镜3的光轴重合，且光学系统411的通光孔径大于投影物镜3的成像视场区域，使得调整单元410的视场与投影物镜3的视场一样满足拼接的位置关系，即拼接方向相邻的两个调整单元410的视场中心(光轴)沿拼接方向(X向)的距离小于拼接视场的有效拼接方向长度。较佳的，由于无焦系统自身的特点对装配的位置需求不高，进一步降低了曝光装置的复杂度。
作为优选，所述多组调整单元410可以通过机械方式集成在一起，例如使用一体式的机械框架以增加曝光装置的稳定性；也可以使用一定的连接方式对每个调整单元410进行连接形成一个整体。
进一步的，也可以在成像位置调整模块4中设置一个总的独立控制单元将分散在各个调整单元410中的控制系统413进行整合，由独立控制单元调整指令后，下发到各个调整单元410的电机驱动系统412进行调整元件驱动。成像位置调整模块4可以具备整体的散热系统，也可以为每个调整单元410配置独立的散热系统来减少电机驱动系统413发热对投影物镜3环境的影响。
由于本发明的投影物镜模块中不含有成像调整机构，成像位置调整模块4在空间上与投影物镜3相对独立。因此曝光装置在对成像位置调整元件或其电机驱动进行维修维护时只需要单独对成像位置调整模块4进行操作，而无需接触投影物镜3。由于无焦系统装配精度需求不高，因此可以对某个调整单元410直接进行替代更换操作，这样使曝光系统的维修维护变得更加便利。
由于投影物镜3中不具有调整机构，因此投影物镜3的设计中不需要考虑电机的维修维护空间，使得投影物镜3的机械设计更便利。进一步的，可以采用一体化的密封设计来提高投影物镜3的稳定性和可靠性。
本发明的曝光装置的曝光方式如下：当掩模台5和工件台6沿扫描方向(Y方向)同步运动，投影物镜模块将来自照明模块2的光照射在掩模上的图形区域等比例的成像到基板上。同时，为了校正各物镜间的成像位置差异，掩模、基板自身的加工公差、重力支撑形变等造成的像场离焦、平移、倍率变化等误差，成像位置调整模块4接收到独立控制单元的指令，使其中的每个调整单元410分别按照各自像场的调整曲线情况进行实时的调整运动，保证成像位置的准确性和一致性，从而在基板上形成满足需求的理想曝光图形。
实施例1
如图4和图5所示，本实施例中，所述光学系统411为一个两端为平面的无焦系统，具体包括：一侧为平面另一侧为球面的第一镜片101、双侧均为球面的第二镜片102、一侧为球面一侧为楔形平面的第三镜片103以及楔形平板的第四镜片104。
所述光学系统411沿光传播方向的排列方式为：第一、第二、第三、第四镜片101、102、103、104或者第四、第三、第二、第一镜片104、103、102、101，但不限于图4或5中所画的曲面的弯曲方向。进一步的，所述光学系统411可以如图4所示正向放置，也可以如图5所示，相对于图4倒立设置。
作为优选，所述第一镜片101、第三镜片103采用平凸透镜或平凹透镜，所述第二镜片102采用双凸透镜、双凹透镜或者弯月透镜，所述第一、第二、第三和第四镜片101、102、103、104为整圆镜片或者是从整圆镜片上切下的一部分。
作为优选，所述第一镜片101的球面曲率半径与第二镜片102靠近第一镜片101一侧的球面曲率半径相同或接近，第二镜片102另一侧的球面曲率半径与第三镜片103的球面曲率半径相同或接近。而所述第一镜片101的球面曲率半径与第三镜片103的球面曲率半径相同或不同。
如图6和图7所示，所述第四镜片104沿着其斜面方向运动，可以通过增加或减小第四镜片104在光路中的厚度来改变透过调整单元410的光程，实现焦面的改变。沿斜面运动时第三、第四镜片103、104之间的空气间隔保持不变，能够使焦面调整不引入像水平位置的平移。
焦面调整的灵敏度与第三、第四镜片103、104所组成楔面的楔角成正比、与第四镜片104使用材料的折射率成正比。通过选择适当的材料和楔角大小即可根据系统对调节范围、调节精度的不同需求提供合适的调整灵敏度。
如图7所示，通过改变第一、第二镜片101、102之间，第二、第三镜片102、103之间的两个空气间隔或其中一个空气间隔的大小就能够实现光学系统倍率的变化，同时使第四镜片104沿斜面方向平移，便能够消除空气间隔变化引起的焦面变化，实现无其他影响的倍率调整。
倍率调节的灵敏度和选择调整的空气间隔有关，两个空气间隔的灵敏度都与相邻两片镜片(第一、第二镜片101、102之间，第二、第三镜片102、103之间)的材料和曲率半径相关联。这样可以通过针对一个已加工好的调整单元410，选择调整不同的空气间隔来得到不同的灵敏度。本发明可以通过调整曲率半径和材料组合将两个空气间隔的灵敏度设计得有一定的差异，这样可以通过选择调整低灵敏度间隔、高灵敏度间隔和同时调整高低灵敏度间隔来得到不同的调整灵敏度，继而在不同场景需求中使用。
如图8和图9所示，本发明的成像位置调整模块4整体相当于一块平行平板，其绕X轴旋转可以调节像面Y方向平移；相应的，整体绕Y轴旋转可以调整像X方向的平移。图8所示，成像位置调整模块4绕Y轴旋转，调整像面X方向平移dX，绕X轴旋转调整像面Y向平移dY。平移的调整灵敏度与四片镜片的材料总体的折射率成正比，同时与四片镜片总的厚度成正比。同样的，可以通过材料选择和镜片厚度的不同得到不同的灵敏度。
较佳的，上述四组镜片的材料优先采用紫外高透过率的材料，所述第一、第二、第三镜片101、102、103中的球面曲率半径范围为200mm～2000mm，所述第三、第四镜片103、104中楔形平面的楔角范围为0.5°～10°，可以得到对系统机械、控制等方面最佳的灵敏度。
图10为成像位置调整模块4的一个可能结构，该成像位置调整模块4位于投影物镜模块最后一个光学元件与基板之间。每个调整单元410都可以单独的进行调整、维护和整体更换。具体地：六个调整单元410集成在同一块支撑框架420上，支撑框架420带有支撑和散热功能。支撑框架420将与曝光装置的主机板进行连接，使整个成像位置调整模块4稳定的集成固定在整机上。
其中，调整单元410中各镜片的详细参数如表1所示。第二镜片102的轴向运动调节倍率使用电机驱动，第四镜片104沿斜面平移调节焦面使用电机加导轨实现。
表1：调整单元光学系统数据表
实施例2
本实施例中，调整单元410中的光学系统411可以是由用于调整像平移的平板、用于调整焦面楔板和两片调整倍率的无焦的双分离透镜组成，也可以如图11所示，也可以通过在实施例1中的第二、第三透镜102、103之间增加两平板105组成。即，本发明可以根据实际需求和投影物镜的工作距长度，进行光学系统411中进行镜片选择和配置。当然，不管组成元件形式如何，上述焦面调整、倍率调整、平移调整功能都可以同时进行，也可以单独使用。
综上所述，本发明的曝光装置增加了一个成像位置调整模块4。该成像位置调整模块4通过对投影物镜模块所成的像进行平移、倍率、焦面等性能进行调整，保证了投影物镜模块的成像质量和投影物镜3的拼接质量。投影物镜模块中不带有任何成像位置调整元件或调整机构，仅进行投影成像，视场的拼接由机械进行保证即可，降低了投影物镜模块的复杂程度，同时独立的成像位置调整模块更便于维修、维护操作。
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 (17)

1.一种曝光装置，其特征在于，包括：沿光路传播方向依次设置的光源、照明模块、掩模台、投影物镜模块、成像位置调整模块和工件台，所述成像位置调整模块包括多组独立设置的调整单元，所述多组调整单元的拼接方式与投影物镜模块中投影物镜的拼接方式相同。
2.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述调整单元包括光学系统、电机驱动系统和控制系统，所述控制系统通过所述电机驱动系统调节所述光学系统。
3.如权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，所述光学系统采用无焦系统，所述调整单元位于投影物镜的后工作距。
4.如权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，所述光学系统的光轴与与该调整单元所对应的投影物镜的光轴重合，所述光学系统的通光孔径大于投影物镜的成像视场区域。
5.如权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，所述光学系统包括：一侧为平面另一侧为球面的第一镜片、双侧均为球面的第二镜片、一侧为球面一侧为楔形平面的第三镜片以及楔形平板的第四镜片。
6.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述光学系统沿光传播方向的排列方式为：第一、第二、第三、第四镜片或者第四、第三、第二、第一镜片。
7.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述第一镜片/第三镜片采用平凸透镜或平凹透镜。
8.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述第二镜片采用双凸透镜、双凹透镜或者弯月透镜。
9.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四镜片为整圆镜片或者是从整圆镜片上切下的一部分。
10.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述第一镜片的球面曲率半径与第二镜片靠近第一镜片一侧的球面曲率半径相同，第二镜片另一侧的球面曲率半径与第三镜片的球面曲率半径相同。
11.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述第一镜片的球面曲率半径与第三镜片的球面曲率半径相同或不同。
12.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述第一、第二、第三镜片中的球面曲率半径范围为200mm～2000mm。
13.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于，所述第三、第四镜片中楔形平面的楔角范围为0.5°～10°。
14.如权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，所述光学系统包括平面、楔板和两片无焦的双分离透镜。
15.如权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，所述光学系统还包括散热系统。
16.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述多组调整单元之间通过机械方式连接成一整体。
17.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述多组调整单元通过一体式框架连接成一整体。
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