CN1159602A - 自动光阑装置 - Google Patents

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金铁洪
韩宇声
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Abstract

一种控制相干度的新型自动光阑装置，它包括：一可变光阑；和自动控制可变光阑的驱动马达。驱动马达分X轴和Y轴马达，分别用来沿X轴和Y轴精细地移动可变光阑的中心；和一控制可变光阑半径的马达。通过自动控制光阑，光阑的半径可连续改变，光阑中心可沿X和Y轴精细地移动。因此，能够与任何分步机的光轴精确对准。

Description

自动光阑装置
本发明涉及一种用在半导体器件平板印刷工艺中的自动控制分步机(stepper)的相干度的自动光阑装置。
在半导体平板印刷中，分辨率和焦深(DOF)依赖于相干度，相干度σ由下式决定：
                  σ＝ld/NA这里，ld是通过聚光镜投射到投射镜的入射光瞳上的光图象的直径，NA是投射镜的数值孔径。
由于改进照明度的方法和相移掩模具有增强分辨率的能力，近来已引起了人们的关注，然而，在利用它们时，需要根据它们的特性，由调节相干度σ来控制光的干涉。
通常，由于是用蝇眼透镜产生的焦点来作分步机的基本光源，相干度σ便由设置在分步机的蝇眼透镜前面的光阑来调节。
图1是用来解释存在于常规光阑设置方法中的问题。数字标号10表示一光阑。数字标号20表示一蝇眼透镜。
参考图1，因为在常规技术中分步机的光轴a与光阑的轴b不能精确对准，所以照明的均匀性多半较低。
由于致力于调节分步机的相干度，近来已研制出了一种平板型光阑和一种轮型光阑。
图2A表示的是平板型光阑。光阑安装架14上设有活动的光阑板12，该光阑板具有各种尺寸的孔径10。
图2B表示的是轮式光阑。转动具有各种尺寸的孔径的轮状物，就可以选择想要的光阑。
但是，只有在预先配备好金属附件后，上述类型的光阑才是可行的，而在金属附件的开发研制阶段，要把这样的光阑安装到不包括这样光阑的设备上是困难的。
下面的表1表示所测出的配备常规光阑的分步机的照明均匀性情况。这里，“标准(normal)”是不具有光阑的一种分步机样品，“间隙(gap)”是指光阑与蝇眼透镜间的距离，“ang”是指为通过将光发散过蝇眼透镜来消除在光阑侧壁的散射光之光阑的角度。
表1
  标准(normal) 间隙：0角度：小 间隙：0角度：大 间隙：1mm角度：小 间隙：1mm角度：大 间隙：2mm角度：小 间隙：2mm角度：大 间隙：3mm角度：小
最大亮度(mW/cm2)   403   307   332   306   312   310   318   299
最小亮度(mW/cm2)   388   280   304   279   284   282   290   273
平均亮度(mW/cm2)   395   296   322   295   302   299   308   290
均匀性(％)   1.9   4.6   4.4   4.62   4.7   4.73   4.61   4.55
上述表1显示出，常规光阑的缺点是，光阑的安装引起的阴影效应和散射光引起的失真光轴造成了照明均匀性较低。
尤其是在大规模生产中，由于分步机早期阶段的组装改变了光轴，此后，既然许多外界条件是已确定的，就应根据光轴的改变，周期性地精确调准光阑中心的位置。然而，对常规光阑，这种精确的调准作用是无法进行的。另外，常规光阑的大小也是限定的。
本发明的目的是提供一种自动光阑装置，用它控制相干度，解决常规光阑的上述问题。
为实现上述目的，本发明提供一种控制分步机的相干度的自动光阑装置，该装置包括：由外力改变其半径和中心的可变光阑；从外部自动控制所述可变光阑的半径和中心的驱动装置。
较好的是，控制所述可变光阑半径的所述驱动装置包括一由步进马达组成的半径控制马达、螺栓和螺母，由所述半径控制马达的驱动力产生直线运动。
较好的是，控制所述可变光阑半径的所述驱动装置包括：一半径控制马达和一个与所述半径控制马达的轴连接的皮带轮。
较好的是，改变所述可变光阑中心的所述驱动装置包括：一精确控制所述光阑中心的X轴坐标的X轴驱动马达，和一精确控制所述光阑中心的Y轴坐标的Y轴驱动马达。
更好的是，所述驱动装置还包括，与所述X轴驱动马达连接的X轴导轨，和与所述Y轴驱动马达连接的Y轴导轨，以便滑动地驱动所述可变光阑中心坐标。
根据本发明的优选实施例，自动驱动该光阑，该光阑的半径可以连续变化。另外，由于该光阑的中心沿X轴和Y轴做精确运动，所以能够准确对准任何分步机的光轴。
参照附图对本发明优选实施例所作详细描述，可使本发明的上述目的和优点更明显，其中：
图1用于解释常规光阑安装方法中存在的问题。
图2A表示控制相干度的常规平板型光阑。
图2B表示控制相干度的常规轮型光阑。
图3是表示应用了本发明的可变光阑的分步机的简图。
图4是表示根据本发明的一个实施例用于控制相干度的自动光阑装置的详细图。
图5是表示根据本发明的另一个实施例用于控制相干度的自动光阑装置的详细图。
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。
图3简示采用了本发明的可变光阑的分步机，数字标号200表示蝇眼透镜，数字标号100表示设置于蝇眼透镜前面由马达驱动的可变光阑，标号300表示分步机内的分色器，标号400表示能量监控系统。其它标号120、130和140皆表示步进马达，以后将参照图4对它们进行描述。
如图3所示，不改变常规分步机也可容易地安装本发明的自动光阑装置。
然后，参照图4，说明根据本发明的一个实施例的以滑动方式导向控制的自动光阑装置。
在图4中，本发明的自动光阑装置包括：可变光阑110，其半径和中心可根据特定外力而变化；和三个由外部提供的驱动装置，用于自动控制可变光阑110。
每个驱动装置包括：控制可变光阑110半径的半径控制马达120，由马达120驱动的做线性运动的螺杆/螺母125，以及分别沿X和Y轴精确移动可变光阑中心的X轴和Y轴驱动马达130和140。
在这个实施例中，通过X和Y轴驱动马达130和140，可变光阑110的中心可分别沿与其相连接的导轨135和145滑动。
根据本发明的用于控制相干度的自动光阑装置，通过X和Y轴驱动马达130和140，可精确移动可变光阑110的中心，使之能与分步机的光轴对准。这里，X和Y轴驱动马达130和140分别沿X和Y轴导轨135和145滑动。另外，通过半径控制马达120和螺杆/螺母125，以与光阑中心移动相同方式可连续调节可变光阑110的半径。
半径控制马达120、X轴和Y轴驱动马达130和140皆由步进马达组成。
根据本发明的实施例，由于采用产生线性运动力的马达来调节可变光阑的半径，所以，光阑的半径只在一限定范围内变化。
图5是表示根据本发明的另一个实施例用于控制相干度的自动光阑装置的详细图。其中，可变光阑半径的可变范围扩大了。即，有一皮带轮220连接到半径控制马达的轴上，由此控制可变光阑110的半径，并且可变光阑110的中心也可由X和Y轴驱动马达130和140驱动做精确运动。
根据本发明的另一个实施例，因为可变光阑110的半径是由马达和皮带轮220来调节，所以半径的调节量不受限制。
可独立地安装一个控制器(未示出)，用于控制自动光阑装置。
下面的表2表示的是，分别将本发明的自动光阑装置和常规光阑安装到分步机上后，测得的照明均匀性。表2
最大照明度 最小照明度 平均照明度 照明的均匀性(％)
常规光阑(σ＝0.5)     658     626     639     2.49
自动光阑装置(σ＝0.5)     658     628     640     2.33
手动光阑(σ＝0.3)     514     486     500     2.51
自动光阑装置(σ＝0.3)     512     488     502     2.4
表2表明，本发明光阑的照明均匀性比常规光阑有相当大的增加。
原因是本发明光阑的半径是可变的，其中心能精确调节，因此，与常规光阑相对比，它能与任何种类的分步机的光轴精确对准。
如上所述，本发明用于控制相干度的自动光阑装置的优点在于，因通过自动驱动可变光阑，可使其半径连续变化，使其中心本身可沿X和Y轴精确运动，所以它可与任何分步机的光轴精确对准。
本发明自动光阑装置的另一个优点是，既使在常规分步机上，也不必插入任何额外的元件便能很容易地安装该自动光阑装置。
另外，本发明的光阑的半径是连续变化的，不需要提供各种尺寸的常规光阑。
本发明并不限于上述实施例。本领域任何一个普通技术人员都能理解到，许多对本发明的改变都不脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种控制分步机的相干度的自动光阑装置，包括：
一半径和中心随外力而改变的可变光阑；和
从外部自动控制所说可变光阑的半径和中心的驱动装置。
2.根据权利要求1的自动光阑装置，其特征是，控制所述可变光阑半径的所述驱动装置包括一由步进马达组成的半径控制马达。
3.根据权利要求2的自动光阑装置，还包括一螺杆和一螺母，用于由所述半径控制马达的驱动力产生直线运动。
4.根据权利要求1的自动光阑装置，其特征是，控制所述可变光阑半径的所述驱动装置包括一半径控制马达和一与所述半径控制马达轴连接的皮带轮。
5.根据权利要求1的自动光阑装置，其特征是，改变所说可变光阑中心的所述驱动装置包括，一精确控制所述光阑中心的X轴坐标的X轴驱动马达，和一精确控制所述光阑中心的Y轴坐标的Y轴驱动马达。
6.根据权利要求1的自动光阑装置，还包括一与所述X轴驱动马达连接的X轴导轨和一与所述Y轴驱动马达连接的Y轴导轨，以便滑动地驱动所述可变光阑的中心坐标。
7.根据权利要求5的自动光阑装置，其特征是，所述X和Y轴驱动马达各包括一步进马达。
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