CN109426088A - 一种照明系统、曝光装置和曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明系统、曝光装置和曝光方法，该照明系统包括：照明光源、照明光调整装置以及中继镜组，其特征在于，在所述照明光调整装置中设置补偿光源装置，所述补偿光源装置发出的光不参与成像且不与光刻胶发生反应，用于补偿照明系统产生的非对称热像差。本发明是利用LED光源作为补偿光源装置补偿光刻投影物镜非对称像差。LED光源具有光通量大、低功耗、长寿命、低电压、抗震动、安全环保、体积小、重量轻、方向性好，价格低，并可耐各种恶劣条件。LED光源可以与照明光源周期性交替使用，避免曝光时引入不必要的杂散光。

Description

一种照明系统、曝光装置和曝光方法

技术领域

本发明涉及半导体光刻领域，特别涉及一种照明系统、曝光装置和曝光方法。

背景技术

目前在半导体封装领域，半导体制作及封装集成技术飞速发展，对制造集成电路芯片的光刻物镜提出了更高的要求。集成电路芯片的尺寸在不断做小，要求光刻投影物镜的分辨率和成像质量不断提高，因此光刻投影物镜的像差指标需要不断收严。

在半导体封装领域内，通常需要的光功率很大，导致投影物镜在曝光过程中产生的热效应影响极其严重，如镜头的倍率误差、焦面漂移、畸变、象散和场曲等，因此在曝光过程中需要设法校正由于镜头热效应产生的影响。

投影物镜热效应的产生一般会造成镜片材料的热膨胀和镜片材料折射率温度变化，这两个因素是光学设计中必须要考虑的因素。热效应使镜片整体升温的同时，也产生径向的温差分布。镜片均匀的温度变化导致像面位置偏移、放大倍率的变化，这些可以通过正负光组光焦度的匹配，部分得以补偿。而镜片的径向温度分布导致的成像质量变差，需要通过可动镜片进行补偿，但是在近物像面的镜片，由于矩形曝光视场决定其温度为非旋转对称分布的，这样会产生非对称像差，无法使用传统补偿手段补偿，通常会采用重装或重抛镜片的方法实现。但这些方法费时费力，没有针对性，有时甚至需要反复重装或重抛，极大浪费资源。

中国专利CN104317031 A(申请号：201410512397.2，公开日：2015年1月28日)公开了一种通过非轴对称镜组结构补偿非对称像差的方法，该方法通过在垂直于投影物镜扫描方向的镜组结构上增加与镜片换热面积，减小热阻，增加热传递，从而补偿非对称热效应产生的非对称像差。但这种方法补偿精度较低，非实时补偿。

现有技术公开了一种非对称像差的方法，其通过在物镜系统中引入复杂的光源系统，因此，光源系统不好调节，无法控制补偿光源的分布，并且该方法是将光源系统设置在掩模面与物镜之间，占据较大空间，结构复杂不便于维护。

发明内容

本发明提出了一种照明系统、曝光装置和曝光方法，用于解决上述问题。

为达到上述目的，本发明提供一种照明系统，包括照明光源、照明光调整装置以及中继镜组，在所述照明光调整装置中设置补偿光源装置，所述补偿光源装置发出的光不参与成像且不与光刻胶发生反应，用于补偿照明系统产生的非对称热像差。

作为优选，所述照明光源与所述补偿光源装置交替照射。

作为优选，所述补偿光源装置包括若干个可单独控制开闭的补偿光源，所述补偿光源发出的光的波段与照明光源发出的光的波段不同。

作为优选，所述照明光调整装置设置有用于产生特定曝光视场的石英棒，所述补偿光源装置设置在所述石英棒周边用于补偿所述特定曝光视场产生的非对称热像差。

作为优选，所述特定曝光视场为矩形视场。

作为优选，所述补偿光源装置为LED光源阵列，由若干个LED光源组成。

作为优选，所述LED光源阵列具有至少两列LED光源，分别位于石英棒的两侧。

作为优选，每个所述LED光源的芯片尺寸为1mm×1mm，发散角度设置为5°，功率为1W。

作为优选，所述LED光源为红外波段光。

作为优选，所述照明光调整装置依次包括曝光快门、能量差异性补偿器、匀光耦合单元、石英棒以及位于石英棒两侧的LED光源阵列。

本发明还提供一种使用所述的照明系统的曝光装置，所述曝光装置还依次包括掩模板、光刻投影物镜以及基底，所述掩模板位于所述照明系统一侧，所述照明系统提供的照明光依次穿过掩模板、光刻投影物镜到达基底上。

本发明还提供一种使用所述的曝光装置的曝光方法，在曝光过程中，使用照明光源和补偿光源装置进行交替照明。

作为优选，在照明光源和补偿光源装置之间设置曝光快门，在曝光时间，打开曝光快门，使用照明光源进行照明曝光；在非曝光时间，关闭曝光快门，仅使用补偿光源装置照明。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：在照明光调整装置中设置补偿光源装置，照明光调整装置与补偿光源装置同时为光刻提供照明光，由补偿光源装置补偿照明光源自身的曝光视场引起的非对称像质。

本发明是利用LED光源作为补偿光源装置补偿光刻投影物镜非对称像差。LED光源具有光通量大、低功耗、长寿命、低电压、抗震动、安全环保、体积小、重量轻、方向性好，价格低，并可耐各种恶劣条件。LED光源可以与照明光源周期性交替使用，避免曝光时引入不必要的杂散光。

附图说明

图1为本发明提供的曝光装置结构示意图；

图2为本发明提供的石英棒和补偿光源装置横截面示意图；

图3为本发明提供的补偿前物镜镜片表面能量仿真图；

图4为本发明提供的仅由补偿光源装置照射物镜镜片表面能量仿真图；

图5为本发明提供的补偿后物镜镜片表面能量仿真图；

图6和图7为本发明提供的调节正向电流改变LED光源阵列能量分布示意图；

图8为本发明提供的曝光工作循环时间示意图。

图中：100-照明光源、200-照明光调整装置、210-曝光快门、220-能量差异性补偿器、230-匀光耦合单元、240-石英棒、250-LED光源阵列、300-中继镜组、400-掩模板、500-光刻投影物镜、600-基底。

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。

请参照图1，本发明提供一种曝光装置，具有用于提供照明光的照明系统，所述照明系统依次由照明光源100、照明光调整装置200以及中继镜组300组成，其中，照明光调整装置200依次包括曝光快门210、能量差异性补偿器220、匀光耦合单元230以及石英棒240。

进一步的，所述照明光调整装置200中的石英棒240设置有用于补偿照明系统产生的非对称像差热的补偿光源装置，该补偿光源装置与所述照明光源100交替照射，即所述补偿光源装置发出的光不参与成像且不与光刻胶发生反应，其余照明光源100交替照射可以防止曝光时引入杂散光，具体地，所述光源补偿装置为两列或者多列LED光源阵列250，形成的结构如图2所示，LED光源阵列250中的LED光源沿着石英棒240向中继镜组300照射的照射面排布。

继续参照图1，曝光装置中的光路走向为照明光源100提供的照明光依次经过曝光快门210、能量差异性补偿器220、匀光耦合单元230、石英棒240，此时LED光源阵列250也发出光，定义为补偿光，照明光汇合补偿光经过中继镜组300后，依次透过掩模板400、光刻投影物镜500到达基底600上，对基底600进行光刻。

本发明提供的LED光源的光斑大小为1mm×1mm，功率为1W，所述LED光源发出的补偿光为红外波段光，LED光源上设置现有技术中常见的LED透镜，该LED透镜可将光源的发光角度汇聚成5°至160°之间的任意想要的角度，可以满足光刻物镜小孔径角的要求。也即是说，LED光源阵列250中的每个LED光源均可单独控制调节，进而实现补偿光的可调能量分布，亦可对每个单元LED光源依次进行单独保护。

本发明还提供一种使用上述曝光装置的曝光方法，请参照图8，具体为：

在曝光时间段，打开曝光快门210，使用照明光源100进行照明曝光；在非曝光时间，关闭曝光快门，仅使用补偿光源装置也就是LED光源阵列250照明。具体地，所述LED光源阵列250的光补偿可以将如图3所示的补偿前物镜镜片表面能量补偿为如图5所示的补偿后物镜镜片表面能量。

常见的照明光源100提供的曝光视场为矩形视场，大小为104mm×64mm，孔径角为12°，在近光源处放置一片透镜，照明光源100提供的照明光在透镜镜片上所产生的能量分布为明显的矩形光斑，如图3所示。

而LED光源阵列250提供的补偿光在透镜镜片上产生的能量分布如图4所示，本实施例中，LED光源阵列250为两列LED光源，因此在图4中显示有两列能量分布，经过LED光源阵列250的补偿后，请参照图5，在原图3中矩形视场中的短边方向能量明显得到了延伸，因此整个图5中的能量分布近似于正方形，这样就从根本上解决了矩形视场产生的非对称像差。

与荧光灯或者金卤灯这样的传统光源不同，LED可以瞬间启动到最大亮度，也没有重启延迟问题，且LED的寿命和光通维持不受频繁开关的影响。LED的发光量取决于正向电流的大小，两者的关系接近于线性变化，所以LED可以通过改变正向电流进行调光，因此LED光源阵列250发出的补偿光，可通过改变与LED光源连接的正向电流进行调光，请参照图6，可通过调节正向电流将LED光源阵列250的能量调整为中间低两端高，也可将其调整为图7所示的能量中间高两端低。

在非曝光时间段，此时某个硅片600已经被曝光完，光刻机进行换片动作，此时打开曝光快门210，将照明光源100提供的照明光屏蔽，此时仅有LED光源阵列250发出的补偿光继续向中继镜组300照射，由于LED光源阵列250发出的补偿光为不与光刻胶发生反应的红外波段光，因此可以避免引入杂散光。

上述的曝光时间段显示为图8中的T1时间段，非曝光时间段显示为T2时间段，使用曝光快门210管控照明光源100的照明光，既保证了曝光时的能量补偿，又可以避免曝光过程中引入杂散光。

本发明在照明光调整装置200中设置补偿光源装置，照明光调整装置200与补偿光源装置同时为光刻提供照明光，由补偿光源装置补偿照明光源100自身的曝光视场引起的非对称像质。

本发明是利用LED光源作为补偿光源装置补偿光刻投影物镜非对称像差。LED光源具有光通量大、低功耗、长寿命、低电压、抗震动、安全环保、体积小、重量轻、方向性好，价格低，并可耐各种恶劣条件。LED光源可以与照明光源100周期性交替使用，避免曝光时引入不必要的杂散光。

本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。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 (13)

1.一种照明系统，包括照明光源、照明光调整装置以及中继镜组，其特征在于，在所述照明光调整装置中设置补偿光源装置，所述补偿光源装置发出的光不参与成像且不与光刻胶发生反应，用于补偿照明系统产生的非对称热像差。

2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明光源与所述补偿光源装置交替照射。

3.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于，所述补偿光源装置包括若干个可单独控制开闭的补偿光源，所述补偿光源发出的光的波段与照明光源发出的光的波段不同。

4.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明光调整装置设置有用于产生特定曝光视场的石英棒，所述补偿光源装置设置在所述石英棒周边用于补偿所述特定曝光视场产生的非对称热像差。

5.如权利要求4所述的照明系统，其特征在于，所述特定曝光视场为矩形视场。

6.如权利要求5所述的照明系统，其特征在于，所述补偿光源装置为LED光源阵列，由若干个LED光源组成。

7.如权利要求6所述的照明系统，其特征在于，所述LED光源阵列具有至少两列LED光源，分别位于石英棒的两侧。

8.如权利要求6所述的照明系统，其特征在于，每个所述LED光源的芯片尺寸为1mm×1mm，发散角度设置为5°，功率为1W。

9.如权利要求6所述的照明系统，其特征在于，所述LED光源为红外波段光。

10.如权利要求6所述的照明系统，其特征在于，所述照明光调整装置依次包括曝光快门、能量差异性补偿器、匀光耦合单元、石英棒以及位于石英棒两侧的LED光源阵列。

11.一种使用如权利要求1～10所述的照明系统的曝光装置，其特征在于，所述曝光装置还依次包括掩模板、光刻投影物镜以及基底，所述掩模板位于所述照明系统一侧，所述照明系统提供的照明光依次穿过掩模板、光刻投影物镜到达基底上。

12.一种使用如权利要求11所述的曝光装置的曝光方法，其特征在于，在曝光过程中，使用照明光源和补偿光源装置进行交替照明。

13.如权利要求12所述的曝光方法，其特征在于，在照明光源和补偿光源装置之间设置曝光快门，在曝光时间，打开曝光快门，使用照明光源进行照明曝光；在非曝光时间，关闭曝光快门，仅使用补偿光源装置照明。