CN1672242B - 导光装置 - Google Patents

Abstract

光纤束(16)的光射出端面一侧前端部被套筒部件(13)和射出部外围(14)所覆盖。将保持玻璃棒(40)的玻璃棒保持部件(42)安装在射出部外围(14)上。由定位销(44)将玻璃棒(40)固定在玻璃棒保持部件(42)上，使它的光入射端面(40i)与光纤束(16)的光射出端面(16o)对置。玻璃棒(40)的光射出端面(40o)成为矩形形状。在从光射出端面(40o)射出的光在玻璃棒(40)的边界面上全反射并进行转播的过程中，能够使整个截面上的照度均匀化，并且将截面整形成矩形形状。

Description

导光装置

技术领域

本发明涉及在用于除去半导体晶片周边部分的不要的抗蚀剂的曝光中使用的导光装置。

背景技术

在半导体晶片的使用光刻法的图案形成过程中，不对图案形成部分的周边部分进行曝光，在该周边部分残留有抗蚀剂。因为存在着剥离残存在该周边部分的抗蚀剂而成为附着在半导体晶片上的粉末的担心，所以在移到下一个步骤前需要除去该抗蚀剂。为了除去半导体晶片周边部分的不要的抗蚀剂，可以用将由导光装置导入的光照射在除去部分，移动除去部分上的照射光点，使除去部分整体曝光的方法。在这种曝光方法中，为了在除去部分整体上实现均匀的曝光，要求对来自曝光装置的射出光以使其截面具有矩形形状的方式进行整形，并且要求使在射出光的整个截面上照度均匀化。

作为这种导光装置的现有技术，例如有日本特开平10-74676号专利公报揭示的导光装置。在日本特开平10-74676号专利公报揭示的导光装置中，具有设置在照射头上的矩形形状的透过单元的孔径部件将来自导光装置的射出光的截面整形成矩形形状。另外，在美国专利No.4,964,692中，揭示了具有使从光纤束的光射出端面射出的光均匀化的芯·包层构造的茎状部件(a clad cane element)的导光装置。

发明内容

但是，在现有的导光装置中，因为孔径部件的遮光单元遮蔽从导光光纤射出的光的外轮廓，从而存在使射出光的光量减少的问题。

因此，本发明就是为了解决上述问题提出的，本发明的目的是提供不减少从导光光纤射出的光的光量，将射出光的截面整形成矩形形状，并且在射出光的整个截面上使照度均匀化的导光装置。

为了达到上述目的，本发明的导光装置用于半导体晶片周边部分的曝光，其特征在于：具有

通过将多个光纤捆绑成束构成的、具有第1光入射端面和第1光射出端面的光纤束；

具有第2光入射端面和第2光射出端面，通过从第2光入射端面取入从光纤束的第1光射出端面射出的光，并导入到第2光射出端面，使在从第2光射出端面射出的光的截面上的照度均匀化的玻璃棒；和以使玻璃棒的第2光入射端面与光纤束的第1光射出端面对置的方式，将玻璃棒固定在光纤束的光射出端面一侧前端部分的玻璃棒保持部件，玻璃棒的第2光射出端面为矩形形状。

玻璃棒取入从光纤束射出的光，使在射出光的整个截面上照度均匀化。另外，因为玻璃棒的第2光射出端面为矩形形状，所以来自玻璃棒的射出光的截面也被整形成矩形形状。因此，不需要应用孔径部件遮蔽射出光的截面外轮廓进行整形。结果，能够不减少由光纤束引导的光的光量，并使该光照射在半导体晶片的周边部分上。

另外，在本发明的导光装置中，玻璃棒满足由下列公式(1)和(2)表示的关系式为优选。

$L>\frac{d}{2}\frac{1}{\tan {\mathrm{\θ}}^{\′}}---\left(1\right)$

n sinθ＝n′sinθ′            (2)

其中

L[mm]：玻璃棒的长度

d[mm]：在玻璃棒的第2光射出端面上的对角线长度

n：空气的折射率

n′：玻璃棒的折射率

θ：从光纤到空气中的最大射出角度

θ′：当从光纤以最大射出角度射出的光入射到第2光射出端面时的折射角

通过使玻璃棒充分满足上述条件，从中心轴入射到玻璃棒的来自光纤的射出光中的最大射出角成分至少1次在玻璃棒的边界面(玻璃棒与包层或外部气体的界面)全反射。因此，通过来自各光纤的射出光在玻璃棒的边界面全反射进行混合，能够使光纤束的第1光射出端面上的照度的不均良好地均匀化。

另外，本发明的导光装置优选具有覆盖光纤束的光射出端面一侧前端部的套筒部件，可以装上卸下地将玻璃棒保持部件安装在套筒部件中。

因为能够从套筒部件取出玻璃棒保持部件，所以使玻璃棒的交换和清洗变得容易了。

另外，本发明的导光装置，在光纤束的光射出端面一侧前端部用粘合剂将多个光纤相互粘合起来为优选。

通过在光纤束的光射出端面一侧前端部用粘合剂将光纤相互粘合起来，可以与光纤束的形状无关地维持光射出端面一侧前端部的形状。另外，在光纤束的第1光射出端面上的光纤芯端面的密度变高、暗部(光纤芯端面以外的部分)减少。因此，在第1光射出端面上的光量密度增高。

另外，在本发明的导光装置中，光纤束的第1光射出端面和玻璃棒的第2光入射端面通过间隙对置为优选。

通过在玻璃棒的第2光入射端面和光纤束的第1光射出端面之间存在间隙，能够防止由第2光入射端面和第1光射出端面相互接触引起的损伤。

另外，本发明的导光装置优选具有覆盖光纤束的光射出端面一侧前端部的套筒部件、和通过固定在光纤束的光射出端面一侧前端部近旁的部位和套筒部件上使光纤束保持在前端部近旁弯曲的状态的弯曲部分保持部件。

因为通过这种构造的弯曲部分保持部件使光纤束保持在光射出端面一侧前端部近旁弯曲的状态，所以能够减少在光射出端面一侧前端部近旁的光纤束的占有空间。

附图说明

图1是表示导光装置1的外观的图。

图2是放大导光装置1的图1所示的区域X的部分截面图。

图3是表示导光光缆10的光射出端面的图。

图4是表示照射头4的光射出端面的图。

图5是表示第1光入射单元的端面的图。

图6是表示将光纤束16的光射出端面一侧前端部嵌入套筒部件13中的样子的图。

图7是表示在沿玻璃棒40的长度方向的截面(包含光射出端面40o的对角线的截面)上光全反射传播的样子的图。

图8是应用导光装置1的半导体晶片周边部分曝光装置5的概略图。

具体实施方式

下面，我们参照附图，详细说明本发明的导光装置的优选实施方式。此外，在各附图中在相同的元件上附加相同的标号，并省略对它们的重复说明。

首先，我们说明本实施方式的导光装置1的构造。图1是表示导光装置1的外观的图。图2是放大导光装置1的图1所示的区域X的部分截面图。导光装置1，在光射出端面一侧，具有通过用PVC覆层17覆盖将多条光纤芯线(用于透过UV的石英光纤芯线)捆绑成束的光纤束16构成的导光光缆10。导光光缆10，在光入射端面一侧，分开成导光光缆20和导光光缆30。导光光缆20和导光光缆30中的芯线数量大致相同，通过在分开单元中使构成它们各自的光纤芯线搓合来构成导光光缆10的光纤束16。该导光光缆的分开单元被分开单元外围11所覆盖。

光纤束16的光射出端面一侧前端部，以使截面成为矩形形状的方式用粘合剂将光纤芯线彼此粘合起来，并且将其嵌合在套筒部件13中。现在我们更详细地说明光纤束16的光射出端面一侧前端部的构造。图3是表示导光光缆10的光射出端面的图。图6是表示将光纤束16的光射出端面一侧前端部嵌入套筒部件13中的样子的图。光纤束16，通过在光射出端面一侧前端部(与图6所示的区域Y相当的部分)中用粘合剂将光纤芯线彼此粘合起来，固定形状。这时，如图3所示，光射出端面一侧前端部的截面形状被整形成横8.0mm、纵4.0mm的矩形形状。另外，希望在光射出端面一侧前端部中的光纤芯线的配列，相对于在其它部分中的光纤芯线的配列，尽可能地是随机的。这样，随机地配列在光射出端面一侧前端部中的光纤芯线有助于使来自各光纤芯线的射出光的光量偏差均匀化。

如图3和图6所示，套筒部件13是整体形状成为椭圆柱形状的筒状部件。套筒部件13的中空部分的截面成为横8.0mm、纵4.0mm的矩形形状，通过在一方的开口部分侧壁稍微突出形成台阶13a。台阶13a的厚度以达到预定长度g的方式进行调整。用粘合剂固定光射出端面一侧前端部的光纤束16，通过插入中空部分，嵌合在套筒部件13中。当嵌合时，台阶13a与光纤束16的光射出端面16o卡合，套筒部件13的底面和光射出端面16o之间形成间隔g的间隙。这样，通过将光纤束16嵌合在套筒部件13中，能够与光纤束16的形状变化无关地维持光射出端面一侧前端部的形状。进一步，通过用粘合剂固定光射出端面一侧前端部，能够更强固地固定形状，并且使在光射出端面16o上的光纤芯端面的密度变高，暗部(光纤芯端面以外的部分)减少。因此，在光射出端面16o上的光量密度增高。

套筒部件13是整体形状成为椭圆柱形状的筒状部件，以使套筒部件13的底面和射出部外围14的底面位于同一平面上的方式，安装具有椭圆柱形状的中空部分的射出部外围14。光纤束16的光射出端面一侧前端部被射出部外围14和PCV覆层17所覆盖。

如图2所示，可以装上卸下地将照射头4安装在光纤束16的光射出端面一侧前端部。照射头4是通过具有玻璃棒保持部件42、收容在玻璃棒保持部件42中的玻璃棒40和固定玻璃棒40的定位销44构成的，使玻璃棒40与光纤束16的光射出端面16o对置地进行设置。现在我们详细说明照射头4和玻璃棒40的构造。图4是表示照射头4的光射出端面的图。玻璃棒40具有底面为横8.0mm、纵4.0mm的矩形形状，长度(高度)为40.0mm的四角柱形状。玻璃棒40的一方的底面成为光入射端面40i，另一方的底面成为光射出端面40o。

如图2和图4所示，玻璃棒保持部件42，成为筒状，在前端部(玻璃棒收容单元)中的截面的内周和外周都成为椭圆形。在后端部(射出部外围安装单元)中的截面的内周和外周也都成为椭圆形，但是在射出部外围安装单元中的内周径比玻璃棒收容单元中的内周径大。

在玻璃棒收容单元中，以截面内周的长径比8.0mm(玻璃棒40的光射出端面40o的横边的长度)长，短径比4.0mm(玻璃棒40的光射出端面40o的纵边的长度)长的方式进行设定。另外，将中空部分的长度设定为40.0mm(玻璃棒40的长度)。在玻璃棒收容单元的侧壁中，在前端部分一侧和后端部分一侧分别各自形成4个定位销插入孔42a。当插入到玻璃棒收容单元中时，使玻璃棒40具有自由度地被收容，但是插入到定位销插入孔42a中的定位销44固定玻璃棒40的位置。此外，也可以在定位销插入孔42a的侧面上形成螺丝沟，代替定位销44，将定位螺丝拧入定位销插入孔42a中。

在射出部外围安装单元中的截面内周的形状和大小与射出部外围14的外周相同，以将射出部外围14嵌合在射出部外围安装单元的中空部分中的方式进行设定。通过将射出部外围14嵌合在射出部外围安装单元的中空部分中，可以装上卸下地将照射头4安装在射出部外围14上。即，通过射出部外围14可以装上卸下地将照射头4安装在套筒部件13中。这样，因为照射头4可以装上卸下，所以使玻璃棒40的交换和清洗变得容易了。

因为射出部外围安装单元中的内周径比玻璃棒收容单元中的内周径大，所以在两者的边界部分产生台阶42b。当将射出部外围14嵌合在射出部外围安装单元的中空部分中时，该台阶42b与射出部外围14的底面卡合。另一方面，当将玻璃棒40插入玻璃棒收容单元中时，以使光入射端面40i处于与台阶42b(射出部外围14和套筒部件13的底面)同一的平面上的方式固定玻璃棒40。如上所述，在套筒部件13的底面和光纤束16的光射出端面16o之间具有间隔g的间隙，所以玻璃棒40的光入射端面40i和光纤束16的光射出端面16o之间形成间隔g的间隙。这样，通过在光入射端面40i和光射出端面16o之间存在间隙，能够防止损伤光入射端面40i和光射出端面16o。

如以上所述，当将照射头4安装在导光光缆10的前端部上时，以使光入射端面40i通过间隔g的间隙与光纤束16的光射出端面16o对置的方式，固定玻璃棒40。进一步，通过挪动定位销44的位置，以使光入射端面40i能够不泄露地取得来自光射出端面16o的射出光的方式，调整玻璃棒40的姿势。

如图1和图2所示，导光光缆10在前端部近旁弯曲到直角方向，由弯曲部分保持部件12保持它的形状。弯曲部分保持部件12是通过具有环122、环124、固定板126和螺丝128而构成的。将环122固定在导光光缆10在前端部近旁的部位上。另外，将环124固定在射出部外围14的外周面上。即，通过射出部外围14将环124固定在套筒部件13上。将固定板126的两端部分别安装在环122、环124上，在用螺丝128拧紧后用环氧树脂系的粘合剂进行固定。因为通过应用这样构成的弯曲部分保持部件12，在导光光缆10的前端部近旁的部位和套筒部件13上作用着将两者拉合在一起的力，所以能够保持在导光光缆10的前端部近旁的弯曲状态。此外，在弯曲部分为了使光纤束16具有耐弯曲构造，将光纤芯线搓合起来。例如，将约200根光纤芯的光纤芯线搓合起来构成子光纤束，进一步将7根子光纤束搓合起来构成光纤束。这样，导光光缆10在前端部近旁弯曲到直角方向，由弯曲部分保持部件12保持它的形状，从而可以良好地维持射出光的垂直下射状态，防止由光纤束16反复弯曲引起的损伤，防止当安装到曝光装置上时由导光光缆10的前端部处于浮动状态而与装置内周边部分接触引起的损伤。

在导光装置1的入射单元一侧，构成第1光入射单元的导光光缆20的前端部被入射单元外围24覆盖。图5是表示第1光入射单元的端面的图。如图5所示，构成导光光缆20的光纤束的前端面(光入射端面26i)从入射单元外围24露出来。光入射端面26i成为圆形形状。导光光缆20在前端部近旁弯曲，由弯曲部分保持部件22保持弯曲状态。与在导光光缆20中相同，导光光缆30在前端部具有第2光入射单元，又由弯曲部分保持部件32保持弯曲状态。光源与第1光入射单元连接，由光纤束从第1光入射单元的光入射端面26i取入用于使半导体晶片周边部分曝光的光。当要求更大光量时，也可以使别的光源与第2光入射单元连接。

下面，我们说明导光装置1的作用·效果。由光纤束引导光源的光，从光射出端面16o射出。来自光射出端面16o的射出光入射到玻璃棒40的光入射端面40i。入射到光入射端面40i的光在玻璃棒40内转播从光射出端面40o射出，但是在该过程中能够使射出光的截面上的照度均匀化并且对射出光的截面形状进行整形。

现在我们详细说明在玻璃棒40中使射出光的截面上的照度均匀化并且对射出光的截面形状进行整形的过程。图7是表示在沿玻璃棒40的长度方向的截面(包含光射出端面40o的对角线的截面)上光全反射进行传播的样子的图。该对角线的长度d如公式(3)所示为8.94mm。

$d=\sqrt{{w_h}^2\×{w_l}^2}\≈8.94---\left(3\right)$

其中

w_h：光射出端面40o的横边的长度＝8.0mm

w_l：光射出端面40o的纵边的长度＝4.0mm

在本实施方式中，构成光纤束16的光纤芯线的到空气中的最大射出角θ(光纤芯线的光轴与射出光形成的最大角度)为11.5°。当这种最大角度成分的光从光入射端面40i入射到玻璃棒40上时，最大角度成分的光与光轴(玻璃棒40的中心轴)形成的角度θ′如从公式(2)导出的公式(4)所示为7.768°。

nsinθ＝n′sin θ′         (2)

${\mathrm{\θ}}^{\′}={\sin }^{-1}\left(\frac{n}{n^{\′}}\sin \mathrm{\θ}\right)\≈7.768---\left(4\right)$

其中

n：空气的折射率＝1

n′：玻璃棒40的折射率＝1.475

这里，用于使上述最大角度成分的光(假定从中心轴上入射到玻璃棒40。)至少1次在玻璃棒40与空气的界面上全反射的玻璃棒40的长度条件由公式(1)表示。

$L>\frac{d}{2}\frac{1}{\tan {\mathrm{\θ}}^{\′}}---\left(1\right)$

其中

L[mm]：玻璃棒40的长度

本实施方式的玻璃棒40的长度为40.0mm，充分满足上述条件。因此，来自各光纤芯线的射出光通过在玻璃棒40与空气的界面上全反射而混合起来，使在光纤束16的光射出端面16o上的照度的不均均匀化。即，因为由每条光纤芯线引导的光的弯曲损失是不同的，和在光射出端面16o上存在不传播光的包层的区域等的原因，在光射出端面16o上产生照度的光斑。但是，通过应用本实施方式的玻璃棒40，使来自各光纤芯线的射出光混合起来，能够使照度的光斑均匀化。

另外，因为玻璃棒40的光射出端面40o成为矩形形状，所以从光射出端面40o射出的光的截面被整形成矩形形状。因此，不需要应用孔径部件遮蔽射出光的截面外轮廓进行整形。结果，能够不减少由光纤束引导的光的光量，并使该光照射在半导体晶片的周边部分上。此外，光纤束的光射出端面和玻璃棒的光入射端面的形状也可以不是矩形形状。即便在这种情形中，只要玻璃棒的光射出端面的形状成为矩形形状，就能够将从玻璃棒的光射出端面射出的光的截面整形成矩形形状。

图8是应用导光装置1的半导体晶片周边部分曝光装置5的概略图。半导体晶片周边部分曝光装置5具有框体52，在框体52的内部使半导体晶片6的周边部分(除去抗蚀剂部分)曝光。将半导体晶片6设置在旋转支持板54上。照射头移动装置56支持照射头4，控制照射头4的位置。照射头4照射在半导体晶片6的周边部分(除去抗蚀剂部分)的一点上，通过由旋转支持板54引起的半导体晶片6的旋转和由照射头移动装置56引起的照射头4的照射点的移动，使半导体晶片6的周边部分(除去抗蚀剂部分)不被均匀地曝光。

在光射出端面一侧的前端部导光光缆10的光轴向着铅直方向，但是因为导光光缆10在同一前端部近旁以使光轴向着水平方向的方式弯曲，所以能够使铅直方向的框体52的尺寸小型化。另外，能够减少使照射头4移动到收藏位置时的收藏空间。

如以上说明的那样，如果根据本发明，则可以提供不减少从导光光纤射出的光的光量，将射出光的截面整形成矩形形状，并且在射出光的整个截面上使照度均匀的导光装置。

本发明能够应用于例如半导体集成电路的制造。

Claims (5)

1.一种导光装置，用于半导体晶片周边部分的曝光，其特征在于：具有

通过将多个光纤捆绑成束构成的、具有第1光入射端面和第1光射出端面的光纤束；

具有第2光入射端面和第2光射出端面，通过从所述第2光入射端面取入从所述光纤束的第1光射出端面射出的光，并导入到所述第2光射出端面，使在从所述第2光射出端面射出的光的截面上的照度均匀化的玻璃棒；和

以使所述玻璃棒的第2光入射端面与所述光纤束的第1光射出端面对置的方式，将所述玻璃棒固定在所述光纤束的光射出端面一侧前端部分的玻璃棒保持部件，

所述玻璃棒的第2光射出端面为矩形形状，

所述玻璃棒满足由下列公式(1)和(2)表示的关系式，

$L>\frac{d}{2}\frac{1}{\tan {\mathrm{\θ}}^{\′}}---\left(1\right)$

nsinθ＝n′sinθ′    (2)

其中

L[mm]：所述玻璃棒的长度

d[mm]：在所述玻璃棒的第2光射出端面上的对角线长度

n：空气的折射率

n′：所述玻璃棒的折射率

θ：从所述光纤到空气中的最大射出角度

θ′：当从所述光纤以最大射出角度射出的光入射到所述第2光入射端面时的折射角。

2.根据权利要求1所述的导光装置，其特征在于：

具有覆盖所述光纤束的光射出端面一侧前端部的套筒部件；

可以装上卸下地将所述玻璃棒保持部件安装在所述套筒部件。

3.根据权利要求1所述的导光装置，其特征在于：具有：

覆盖所述光纤束的光射出端面一侧前端部的套筒部件；和

通过固定在所述光纤束的光射出端面一侧前端部近旁的部位和所述套筒部件上，使所述光纤束保持在所述前端部近旁弯曲的状态的弯曲部分保持部件。

4.根据权利要求1或2所述的导光装置，其特征在于：

在所述光纤束的光射出端面一侧前端部用粘合剂将所述多个光纤相互粘合起来。

5.根据权利要求1或2所述的导光装置，其特征在于：

所述光纤束的第1光射出端面和所述玻璃棒的第2光入射端面通过间隙对置。

Images