TW201642047A - 曝光裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種曝光裝置，包括：沿光路傳播方向依次設置的光源、照明模組、光罩台、投影物鏡模組、成像位置調整模組和工件台，所述成像位置調整模組包括獨立設置的複數個調整單元，所述投影物鏡模組包括複數個投影物鏡，所述複數個調整單元的位置與所述複數個投影物鏡的成像視場一一對應。本發明增加了一個成像位置調整模組。該成像位置調整模組藉由對投影物鏡模組所成的像進行平移、倍率、焦面等性能進行調整，保證了投影物鏡模組的成像品質和投影物鏡的拼接品質。投影物鏡模組中不帶有任何成像位置調整元件或調整機構，降低了投影物鏡模組的複雜程度。

Description

曝光裝置

本發明關於積體電路製造領域，特別關於一種曝光裝置。

平板顯示技術發展較快，尺寸越來越大。如果使用較大視場的物鏡進行曝光能夠有效地提升產率。然而，隨著物鏡光學系統視場的增大，設計及加工製造等各方面的難度都會增加。使用相同的視場大小適中的物鏡按照一定排列方式將複數個視場拼接成所需的大視場，根據所需視場大小來選擇拼接的個數。這樣既實現了大視場要求又降低了光學加工製造難度，同時具有很高的兼容性和靈活性。

由於使用了複數個子物鏡進行拼接，又由於每個子物鏡的性能及裝配公差等因素，其成像位置會與理論位置有偏差。同時由於較大的光罩會因重力產生變形，基板表面也會有面型的誤差。因此為了能夠使每個視場都能夠成像在理想位置，每個子物鏡單元都需要有獨自的調整機構來調整成像視場的位置以保證整個拼接視場的性能。

掃描型曝光裝置配置有複數個投影光學系統以使鄰接投影區域在掃描方向進行定量位移，並使鄰接投影區域的各個端部在與掃描方向直角的方向重複，即採用所謂多透鏡方式的掃描型曝光裝置（多透鏡掃描型曝光裝置）。多透鏡方式的掃描型曝光裝置是由複數個狹縫狀的照明區域來照明光罩、在與該照明區域的排列方向成直角的方向上同步掃描光罩和感光基板，藉由在與各照明區域對應位置處設置投影光學系統，將設於光罩的圖案曝光於感光基板上的裝置。

現有技術中公開了一種曝光裝置，其焦面調整功能藉由位於光路中的直角反射鏡或物方的楔形平板組的平移來實現。像的水平平移使用位於物方的兩片平行平板分別繞X、Y方向旋轉進行調整。位於像方的三片半透鏡組成的無焦系統任意一片移動調整倍率，同時引入焦面變化，焦面變化需要調焦系統進行補償。還存在一種曝光裝置，其倍率調整功能藉由位於折反射光路中的兩片透鏡組成的無焦系統的軸向平移來實現。所述焦面調整功能藉由位於像方的三片透鏡組成的無焦系統平移來實現。

由上可知，傳統的曝光系統為了保證拼接物鏡像場的拼接品質，會在拼接物鏡中設置相應的調整機構來實現像面位置調整。而每個物鏡單元由於加入了調整元件結構更加複雜，空間更擁擠。調整元件運動的電機驅動系統由於需要經常維修維護，放置在物鏡中也不便於進行維修維護。

本發明提供一種曝光裝置，以解決現有技術中調整裝置與物鏡單元空間上不獨立的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種曝光裝置，包括：沿光路傳播方向依次設置的光源、照明模組、光罩台、投影物鏡模組、成像位置調整模組和工件台，所述成像位置調整模組包括獨立設置的複數個調整單元，所述投影物鏡模組包括複數個投影物鏡，所述複數個調整單元的位置與所述複數個投影物鏡的成像視場一一對應。

較佳者，所述複數個調整單元中的每一個包括光學系統、電機驅動系統和控制系統，所述控制系統藉由所述電機驅動系統調節所述光學系統，以改變相應的一個投影物鏡的成像視場。

較佳者，所述光學系統為入射光面與出射光面為一對平行平面的系統，所述複數個調整單元位於所述複數個投影物鏡的後工作距。

較佳者，所述光學系統的光軸與該調整單元所對應的投影物鏡的光軸重合，所述光學系統的通光孔徑大於與該調整單元所對應的投影物鏡的成像視場區域。

較佳者，所述光學系統包括：第一鏡片，具有第一平面，及第一彎曲面；第二鏡片，具有與所述第一彎曲面相對的第二彎曲面及一第三彎曲面；第三鏡片，具有與所述第三彎曲面相對的第四彎曲面及第一斜面；以及第四鏡片，具有第二斜面及第二平面，所述第二斜面靠近且平行所述第一斜面，所述第二平面與所述第一平面平行。

較佳者，所述光學系統用於藉由調整至少一對相鄰鏡片的相對位置來調整其對應投影物鏡的成像視場的焦面、倍率以及平移中的至少一個

較佳者，所述光學系統沿光傳播方向的排列方式為：第一、第二、第三、第四鏡片或者第四、第三、第二、第一鏡片。

較佳者，所述第一鏡片採用平凸透鏡或平凹透鏡。

較佳者，所述第三鏡片採用平凸透鏡或平凹透鏡。

較佳者，所述第二鏡片採用雙凸透鏡、雙凹透鏡或者彎月透鏡。

較佳者，所述第一、第二、第三和第四鏡片為整圓鏡片或者是從整圓鏡片上切下的一部分。

較佳者，所述第一鏡片的球面曲率半徑與第二鏡片靠近第一鏡片一側的球面曲率半徑相同，第二鏡片另一側的球面曲率半徑與第三鏡片的球面曲率半徑相同。

較佳者，所述第一彎曲面曲率半徑與第四彎曲面曲率半徑相同。

較佳者，所述第一、第二、第三鏡片中的球面曲率半徑範圍為200mm-2000mm。

較佳者，所述第三、第四鏡片中楔形平面的楔角範圍為0.5°-10°。

較佳者，所述光學系統包括至少一片平板、至少一片楔板和至少兩片無焦的雙分離透鏡。

較佳者，所述光學系統包括散熱系統。

較佳者，所述多組調整單元之間藉由機械方式連接成一整體。

較佳者，所述多組調整單元藉由一體式框架連接成一整體。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明採用單獨的成像位置調整模組，在空間結構上與投影物鏡模組獨立；

2、所述成像位置調整模組方便系統裝配，降低了投影物鏡的複雜程度，同時獨立的成像位置調整模組更便於維修、維護操作；

3、成像位置調整模組對投影物鏡模組所成的像進行平移、倍率、焦面等性能進行調整，保證了投影物鏡的拼接品質；投影物鏡模組中不帶有成像位置調整元件或調整機構，僅進行投影成像，視場的拼接由機械進行保證即可，降低了投影物鏡的複雜程度。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖式對本發明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發明圖式均採用簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

如圖1所示，本發明的曝光裝置包括：沿光路傳播方向依次設置的光源1、照明模組2、光罩台5、投影物鏡模組、成像位置調整模組4和工件台6。

所述投影物鏡模組由多組相同的投影物鏡3在掃描方向（X向）拼接，並在掃描方向（Y向）上拼接成連續大視場。如圖2和圖3所示，所述成像位置調整模組4包括多組獨立設置的調整單元410，即，所述成像位置調整模組4同樣由複數個相同的獨立設置的調整單元410拼接而成，其拼接方式與投影物鏡3的拼接方式相同，每個調整單元410的位置與投影物鏡3的像場一一對應。

光源1發出的紫外光線經過照明模組2的分光、勻光等處理得到複數個照明視場，照射到光罩（位於光罩台5上）的相應位置，藉由投影物鏡3和成像位置調整模組4將光罩上特定區域的圖案等比例的成像在基板（設置於工件台6上）的對應位置上。當光罩台5、工件台6相對於投影物鏡3及調整單元410在掃描方向（Y向）上進行運動時，基板上將得到連續的完善像。

較佳的，請重點參照圖3，所述調整單元410包括光學系統411，及該光學系統411對應的電機驅動系統412和控制系統413。每組所述調整單元410能夠針對與其對應的投影物鏡3的成像視場獨立的進行焦面、倍率、平移調整。

具體地，所述控制系統413控制電機驅動系統412對光學系統411中的元件進行驅動調整，以改變相應的成像位置。調整單元410中的光學系統411設計為無焦系統，即入射光面與出射光面為平行平面的系統，因此調整單元410放置在投影物鏡3的後工作距中，即其只改變投影物鏡3成像的位置和色差而不影響其他成像品質。並且焦面影響和色差影響量可以在投影物鏡3的設計中進行考慮，進行補償和匹配，這樣對投影物鏡3的成像性能影響可以忽略。進一步的，所述光學系統411的光軸和與該調整單元410對應的投影物鏡3的光軸重合，且光學系統411的通光孔徑大於投影物鏡3的成像視場區域，使得調整單元410的視場與投影物鏡3的視場一樣滿足拼接的位置關係，即拼接方向相鄰的兩個調整單元410的視場中心（光軸）沿拼接方向（X向）的距離小於拼接視場的有效拼接方向長度。較佳的，由於無焦系統自身的特點對裝配的位置需求不高，進一步降低了曝光裝置的複雜度。

較佳的，所述多組調整單元410可以藉由機械方式集成在一起，例如使用一體式的機械框架以增加曝光裝置的穩定性；也可以使用一定的連接方式對每個調整單元410進行連接形成一個整體。

進一步的，也可以在成像位置調整模組4中設置一個總的獨立控制單元（圖中未示出）將分散在各個調整單元410中的控制系統413進行整合，由獨立控制單元調整指令後，下發到各個調整單元410的電機驅動系統412進行調整元件驅動。成像位置調整模組4可以具備整體的散熱系統，也可以為每個調整單元410配置獨立的散熱系統來減少電機驅動系統412發熱對投影物鏡3環境的影響。

由於本發明的投影物鏡模組中不含有成像調整機構，成像位置調整模組4在空間上與投影物鏡3相對獨立。因此曝光裝置在對成像位置調整元件或其電機驅動系統進行維修維護時只需要單獨對成像位置調整模組4進行操作，而無需接觸投影物鏡3。由於無焦系統裝配精度需求不高，因此可以對某個調整單元410直接進行替代更換操作，這樣使曝光系統的維修維護變得更加便利。

由於投影物鏡3中不具有調整機構，因此投影物鏡3的設計中不需要考慮電機的維修維護空間，使得投影物鏡3的機械設計更便利。進一步的，可以採用一體化的密封設計來提高投影物鏡3的穩定性和可靠性。

本發明的曝光裝置的曝光方式如下：當光罩台5和工件台6沿掃描方向（Y方向）同步運動，投影物鏡模組將來自照明模組2的光照射在光罩上的圖形區域等比例的成像到基板上。同時，為了校正各物鏡間的成像位置差異，光罩、基板自身的加工公差、重力支撐形變等造成的像場離焦、平移、倍率變化等誤差，成像位置調整模組4接收到獨立控制單元的指令，使其中的每個調整單元410分別按照各自像場的調整曲線情況進行即時的調整運動，保證成像位置的準確性和一致性，從而在基板上形成滿足需求的理想曝光圖形。

實施例1

如圖4和圖5所示，本實施例中，所述光學系統411為一個兩端（即入射光面與出射光面）為平行平面的無焦系統，具體包括：一側為平面另一側為球面的第一鏡片101、雙側均為球面的第二鏡片102、一側為球面一側為楔形平面的第三鏡片103以及楔形平板的第四鏡片104。

所述光學系統411沿光傳播方向的排列方式為：第一、第二、第三、第四鏡片101、102、103、104或者第四、第三、第二、第一鏡片104、103、102、101，但不限於圖4或5中所畫的曲面的彎曲方向。進一步的，所述光學系統411可以如圖4所示正向放置，也可以如圖5所示，相對於圖4倒立設置。

較佳的，所述第一鏡片101、第三鏡片103採用平凸透鏡或平凹透鏡，所述第二鏡片102採用雙凸透鏡、雙凹透鏡或者彎月透鏡，所述第一、第二、第三和第四鏡片101、102、103、104為整圓鏡片或者是從整圓鏡片上切下的一部分。

較佳的，所述第一鏡片101的球面曲率半徑與第二鏡片102靠近第一鏡片101一側的球面曲率半徑相同或接近，第二鏡片102另一側的球面曲率半徑與第三鏡片103的球面曲率半徑相同或接近。而所述第一鏡片101的球面曲率半徑與第三鏡片103的球面曲率半徑相同或不同。

如圖6和圖7所示，所述第四鏡片104沿著其斜面方向運動，可以藉由增加或減小第四鏡片104在光路中的厚度來改變透過調整單元410的光程，實現焦面的改變。沿斜面運動時第三、第四鏡片103、104之間的空氣間隔保持不變，能夠使焦面調整不引入像水平位置的平移。

焦面調整的靈敏度與第三、第四鏡片103、104所組成楔面的楔角成正比、與第四鏡片104使用材料的折射率成正比。藉由選擇適當的材料和楔角大小即可根據系統對調節範圍、調節精度的不同需求提供合適的調整靈敏度。

如圖7所示，藉由改變第一、第二鏡片101、102之間，第二、第三鏡片102、103之間的兩個空氣間隔或其中一個空氣間隔的大小就能夠實現光學系統倍率的變化，同時使第四鏡片104沿斜面方向平移，便能夠消除空氣間隔變化引起的焦面變化，實現無其他影響的倍率調整。

倍率調節的靈敏度和選擇調整的空氣間隔有關，兩個空氣間隔的靈敏度都與相鄰兩片鏡片（第一、第二鏡片101、102之間，第二、第三鏡片102、103之間）的材料和曲率半徑相關聯。這樣可以藉由針對一個已加工好的調整單元410，選擇調整不同的空氣間隔來得到不同的靈敏度。本發明可以藉由調整曲率半徑和材料組合將兩個空氣間隔的靈敏度設計得有一定的差異，這樣可以藉由選擇調整低靈敏度間隔、高靈敏度間隔和同時調整高低靈敏度間隔來得到不同的調整靈敏度，繼而在不同場景需求中使用。

如圖8和圖9所示，本發明的成像位置調整模組4整體相當於一塊平行平板，其繞X軸旋轉可以調節像面Y方向的平移；相應的，整體繞Y軸旋轉可以調整像X方向的平移。圖8所示，成像位置調整模組4繞Y軸旋轉，調整像面X方向平移dX，繞X軸旋轉調整像面Y方向平移dY。平移的調整靈敏度與四片鏡片的材料總體的折射率成正比，同時與四片鏡片總的厚度成正比。同樣的，可以藉由材料選擇和鏡片厚度的不同得到不同的靈敏度。

較佳的，上述四組鏡片的材料優先採用紫外高透過率的材料，所述第一、第二、第三鏡片101、102、103中的球面曲率半徑範圍為200mm-2000mm，所述第三、第四鏡片103、104中楔形平面的楔角範圍為0.5°-10°，可以得到對系統機械、控制等方面最佳的靈敏度。

圖10為成像位置調整模組4的一個可能結構，該成像位置調整模組4位於投影物鏡模組最後一個光學元件與基板之間。每個調整單元410都可以單獨的進行調整、維護和整體更換。具體地：六個調整單元410集成在同一塊支撐框架420上，支撐框架420帶有支撐和散熱功能。支撐框架420將與曝光裝置的主機板進行連接，使整個成像位置調整模組4穩定的集成固定在主機上。

其中，調整單元410中各鏡片的詳細參數如表1所示。第二鏡片102的軸向運動調節倍率使用電機驅動，第四鏡片104沿斜面平移調節焦面使用電機加導軌實現。

表1 ：調整單元光學系統數據表

實施例2

本實施例中，如圖11所示，調整單元410中的光學系統411可以是由用於調整像平移的平板405和/或406，用於調整焦面的兩片楔板401、402和兩片調整倍率的無焦的雙分離透鏡403、404組成，也可以藉由在實施例1中的第二、第三透鏡102、103之間增加兩平板組成，但須滿足光學系統的入射光面與出射光面為相互平行的平面。即，本發明可以根據實際需求和投影物鏡的工作距長度，進行光學系統411中進行鏡片選擇和配置。當然，不管組成元件形式如何，上述焦面調整、倍率調整、平移調整功能都可以同時進行，也可以單獨使用。

綜上所述，本發明的曝光裝置增加了一個成像位置調整模組4。該成像位置調整模組4藉由對投影物鏡模組所成的像進行平移、倍率、焦面等性能進行調整，保證了投影物鏡模組的成像品質和投影物鏡3的拼接品質。投影物鏡模組中不帶有任何成像位置調整元件或調整機構，僅進行投影成像，視場的拼接由機械進行保證即可，降低了投影物鏡模組的複雜程度，同時獨立的成像位置調整模組更便於維修、維護操作。

顯然，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。

1‧‧‧光源 2‧‧‧照明模組 3‧‧‧投影物鏡 4‧‧‧成像位置調整模組 5‧‧‧光罩台 6‧‧‧工件台 101‧‧‧第一鏡片 102‧‧‧第二鏡片 103‧‧‧第三鏡片 104‧‧‧第四鏡片 401、402‧‧‧楔板 403、404‧‧‧雙分離透鏡 405、406‧‧‧平板 410‧‧‧調整單元 411‧‧‧光學系統 412‧‧‧電機驅動系統 413‧‧‧控制系統 420‧‧‧支撐框架

圖1為本發明曝光裝置的結構示意圖； 圖2為本發明曝光裝置中成像位置調整模組的結構示意圖； 圖3為本發明曝光裝置中調整單元的結構示意圖； 圖4和圖5分別為本發明實施例1中調整單元的光學系統結構示意圖； 圖6為本發明實施例1中焦面調整方法示意圖； 圖7為本發明實施例1中倍率調整方法示意圖； 圖8和圖9分別為本發明實施例1中平移調整方法示意圖； 圖10為本發明實施例1成像位置調整模組的結構圖示； 圖11為本發明實施例2中調整單元的光學系統結構示意圖。

1‧‧‧光源

2‧‧‧照明模組

3‧‧‧投影物鏡

4‧‧‧成像位置調整模組

5‧‧‧光罩台

6‧‧‧工件台

Claims (19)

1. 一種曝光裝置，其包括：沿光路傳播方向依次設置的一光源、一照明模組、一光罩台、一投影物鏡模組、一成像位置調整模組和一工件台，該成像位置調整模組包括獨立設置的複數個調整單元，該投影物鏡模組包括複數個投影物鏡，該複數個調整單元的位置與該複數個投影物鏡的成像視場一一對應。
2. 如申請專利範圍第1項所述之曝光裝置，其中該複數個調整單元中的每一個包括一光學系統、一電機驅動系統和一控制系統，該控制系統藉由該電機驅動系統調節該光學系統，以改變相應的一個投影物鏡的成像視場。
3. 如申請專利範圍第2項所述之曝光裝置，其中該光學系統為入射光面與出射光面為一對平行平面的系統，該複數個調整單元位於該複數個投影物鏡的後工作距。
4. 如申請專利範圍第2項所述之曝光裝置，其中該光學系統的光軸與該調整單元所對應的投影物鏡的光軸重合，該光學系統的通光孔徑大於與該調整單元所對應的投影物鏡的成像視場區域。
5. 如申請專利範圍第2項所述之曝光裝置，其中該光學系統包括： 一第一鏡片，具有一第一平面，及一第一彎曲面； 一第二鏡片，具有與該第一彎曲面相對的一第二彎曲面及一第三彎曲面； 一第三鏡片，具有與該第三彎曲面相對的一第四彎曲面及一第一斜面；以及 一第四鏡片，具有一第二斜面及一第二平面，該第二斜面靠近且平行該第一斜面，該第二平面與該第一平面平行。
6. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該光學系統用於藉由調整至少一對相鄰鏡片的相對位置來調整其對應投影物鏡的成像視場的焦面、倍率以及平移中的至少一個。
7. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該光學系統沿光傳播方向的排列方式為：該第一鏡片、該第二鏡片、該第三鏡片、該第四鏡片或者該第四鏡片、該第三鏡片、該第二鏡片、該第一鏡片。
8. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該第一鏡片採用平凸透鏡或平凹透鏡。
9. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該第三鏡片採用平凸透鏡或平凹透鏡。
10. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該第二鏡片採用雙凸透鏡、雙凹透鏡或者彎月透鏡。
11. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該第一鏡片、該第二鏡片、該第三鏡片和該第四鏡片為整圓鏡片或者是從整圓鏡片上切下的一部分。
12. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該第一彎曲面曲率半徑與該第二彎曲面曲率半徑相同，該第三彎曲面曲率半徑與該第四彎曲面曲率半徑相同。
13. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該第一彎曲面曲率半徑與該第四彎曲面曲率半徑相同。
14. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該第一彎曲面、該第二彎曲面、該第三彎曲面和該第四彎曲面曲率半徑範圍為200mm-2000mm。
15. 如申請專利範圍第5項所述之曝光裝置，其中該第一斜面及該第二斜面的楔角範圍為0.5°-10°。
16. 如申請專利範圍第2項所述之曝光裝置，其中該光學系統包括至少一片平板、至少一片楔板和至少兩片無焦的雙分離透鏡。
17. 如申請專利範圍第2項所述之曝光裝置，其中該光學系統包括一散熱系統。
18. 如申請專利範圍第1項所述之曝光裝置，其中該複數個調整單元之間藉由機械方式連接成一整體。
19. 如申請專利範圍第1項所述之曝光裝置，其中該複數個調整單元藉由一體式框架連接成一整體。