專利名稱：由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)及裝調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光刻機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是光刻機(jī)曝光系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是用于在襯底表面上印刷具有特征的構(gòu)圖。這樣的襯底可包括用于制造半導(dǎo)體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物芯片、微機(jī)械電子芯片、光電子線路芯片等的基片。經(jīng)常使用的基片為表面圖有光敏感介質(zhì)的半導(dǎo)體晶片或玻璃基片。
在光刻過程中，晶片放置在晶片臺上，通過處在光刻設(shè)備內(nèi)的曝光裝置，將特征構(gòu)圖投射到晶片表面。盡管在光刻過程中使用了投影光學(xué)裝置，還可依據(jù)具體應(yīng)用，使用不同的類型曝光裝置。例如X射線、離子、電子或光子光刻的不同曝光裝置，這已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
半導(dǎo)體行業(yè)使用的傳統(tǒng)分步重復(fù)式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的特征構(gòu)圖在各個(gè)場一次性的投影或掃描到晶片上，一次曝光或掃描一個(gè)場。然后通過移動晶片來對下一個(gè)場進(jìn)行重復(fù)性的曝光過程。傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)通過重復(fù)性曝光或掃描過程，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出額的精確特征構(gòu)圖的印刷。
為了在晶片上制造器件，需要多個(gè)分劃板。由于特征尺寸的減少以及對于較小特征尺寸的精確公差需求的原因，這些分劃板對于生產(chǎn)而言成本很高，耗時(shí)很長，從而使利用分劃板的傳統(tǒng)晶片光刻制造成本越來越高，非常昂貴。
無掩膜(如直接寫或數(shù)字式等)光刻系統(tǒng)相對于使用傳統(tǒng)分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無掩膜系統(tǒng)使用空間圖形發(fā)生器(SLM)來代替分劃板。SLM包括數(shù)字微鏡系統(tǒng)(DMD)或液晶顯示器(LCD)，SLM包括一個(gè)可獨(dú)立尋址和控制的象素陣列，每個(gè)象素可以對透射、反射或衍射的光線產(chǎn)生包括相位、灰度方向或開關(guān)狀態(tài)的調(diào)制。
傳統(tǒng)的光刻圖象的制造使用以特定的圖象編碼的分劃板，產(chǎn)生一定的空間光強(qiáng)和相位的調(diào)制，聚焦光然后通過分劃板投射到光敏感元件上。每一個(gè)分劃板配置成一個(gè)單一的圖象。
在無掩膜的光刻系統(tǒng)中，特征圖形由空間微反射鏡陣列產(chǎn)生，這些微小鏡面可以獨(dú)立尋找址單獨(dú)受控以不同的傾斜方向反射照射的光束，以產(chǎn)生空間光強(qiáng)調(diào)制。通過光學(xué)投影元件，這些空間微鏡陣列以一定的放大倍率M(通常M＜1)投影到光敏感元件的襯底上，產(chǎn)生特征的構(gòu)圖。
現(xiàn)有光刻機(jī)的曝光系統(tǒng)，采用的是一種有限遠(yuǎn)距離成像的光學(xué)設(shè)計(jì)。即曝光系統(tǒng)僅僅是由一個(gè)鏡頭組組成，中間沒有平行光。由于曝光鏡頭的畸變要求很高達(dá)0.01％，而這么高要求的畸變對鏡頭的加工和裝調(diào)要求是相當(dāng)嚴(yán)格，并且這么小的畸變在鏡頭裝調(diào)過程中很難檢測，一般只有等到鏡頭裝調(diào)好除畸變之外的像差后，再把物鏡裝到整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行光刻曝光，檢測該鏡頭光刻的樣品后，才能確定該鏡頭的畸變是否滿足要求。如果一旦該鏡頭的畸變超出了要求，那么該鏡頭就只有重新再裝調(diào)，或者報(bào)廢。這種方法對曝光鏡頭的公差和裝調(diào)難度都要求非常嚴(yán)格，從而使得曝光的成本很高，并且也限制了產(chǎn)能。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有光刻機(jī)曝光系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)在畸變方面存在的問題，本發(fā)明提供一種由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)及裝調(diào)方法，具有簡單容易實(shí)施，精度要求底，成本底，良品率高的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征是，由管鏡、物鏡安裝組合而成；其組合方式是(1)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是共軸的；或者是(2)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是非共軸的，管鏡、物鏡之間間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合。
所述的管鏡和物鏡的軸向距離可調(diào)。
所述的由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的管鏡，，稱為輔助成像透鏡，是一個(gè)膠合透鏡，或者是兩個(gè)分離的共軸的單透鏡組，或者是分離的單透鏡、雙透鏡構(gòu)成的共軸透鏡組。
所述的物鏡是成像于無窮遠(yuǎn)的各種焦距的顯微物鏡。
所述的物鏡是簡單的一個(gè)膠合透鏡組，或者是復(fù)雜的多組透鏡組成的鏡頭。
所述的物鏡是一個(gè)焦距的物鏡，或者是不同焦距的可以相互切換的物鏡。
由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的裝調(diào)方法，其特征在于包括以下步驟(1)、組裝曝光鏡頭由管鏡、物鏡安裝組合而成；其組合方式是(a)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是共軸的；或者是(b)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是非共軸的，管鏡、物鏡之間間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合；(2)、把整個(gè)物鏡的檢測系統(tǒng)初始；(3)、在一定范圍內(nèi)改變管鏡和物鏡的軸向距離；(4)、測量出該距離在有代表性值的曝光系統(tǒng)的畸變；(5)、根據(jù)該距離和畸變值做曲線圖；(6)、根據(jù)曲線圖就可以找到對于該物鏡的曝光系統(tǒng)畸變值滿足系統(tǒng)要求時(shí)管鏡和物鏡軸向距離的范圍。
本發(fā)明提供一種通過改變管鏡和物鏡沿光軸方向的距離，來補(bǔ)償物鏡在加工和裝調(diào)中帶入的過大的畸變的光學(xué)設(shè)計(jì)，使曝光系統(tǒng)的畸變滿足要求。并且由于在管鏡和物鏡之間是平行光，所以在一定范圍內(nèi)改變兩者的距離，對除畸變外的像差幾乎是沒有影響的。
透鏡，包括管鏡和物鏡，它們的光軸由透鏡或透鏡組的前后各個(gè)曲面的曲率中心所決定。近軸的光線成象質(zhì)量最好。管鏡和物鏡可以采取同軸的結(jié)構(gòu)，以取得最好的曝光質(zhì)量。管鏡和物鏡也可以采取不同軸的結(jié)構(gòu)，中間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合，也以取得最好的曝光質(zhì)量。
該發(fā)明降低了物鏡在加工和裝調(diào)的難度。解決了曝光鏡頭主要因?yàn)樵诩庸ず脱b調(diào)中帶入過大的畸變，從而使物鏡需要返工或報(bào)廢的問題。


附圖1本發(fā)明的光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2管鏡和物鏡之間處于距離1時(shí)的畸變和場曲圖；附圖3管鏡和物鏡之間處于距離1時(shí)的能量集中度圖；附圖4管鏡和物鏡之間處于距離2時(shí)的畸變像差圖；附圖5管鏡和物鏡之間處于距離2時(shí)的能量集中度圖；
附圖6管鏡和物鏡之間距離和畸變大小的曲線圖。
具體實(shí)施方法圖1中1、管鏡，2、顯微物鏡，L管鏡和物鏡的距離。
由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)將管鏡1、顯微物鏡2組合安裝，采用二者間距可調(diào)的安裝結(jié)構(gòu)，管鏡1的光軸和物鏡2的光軸是共軸的。
由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的裝調(diào)方法1，把物鏡裝到物鏡的檢測系統(tǒng)上，2，把整個(gè)物鏡的檢測系統(tǒng)初始，3，在一定范圍內(nèi)改變管鏡和物鏡的軸向距離L，4，測量出該距離L在有代表性值的曝光系統(tǒng)的畸變。
5，根據(jù)該距離L和畸變值做曲線圖，6，根據(jù)曲線圖就可以找到對于該物鏡的曝光系統(tǒng)畸變值滿足系統(tǒng)要求時(shí)管鏡和物鏡軸向距離的范圍。
參見附圖2-6。
權(quán)利要求
1.一種由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征是，由管鏡、物鏡安裝組合而成；其組合方式是(1)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是共軸的；或者是(2)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是非共軸的，管鏡、物鏡之間間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合。
2.如權(quán)利要求1所述的由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的管鏡和物鏡的軸向距離可調(diào)。
3.如權(quán)利要求1所述的由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的管鏡，稱為輔助成像透鏡，是一個(gè)膠合透鏡，或者是兩個(gè)分離的共軸的單透鏡組，或者是分離的單透鏡、雙透鏡構(gòu)成的共軸透鏡組。
4.如權(quán)利要求1所述的由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的物鏡是成像于無窮遠(yuǎn)的各種焦距的顯微物鏡。
5.如權(quán)利要求4所述的由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的物鏡是簡單的一個(gè)膠合透鏡組，或者是復(fù)雜的多組透鏡組成的鏡頭。
6.如權(quán)利要求4所述的由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的物鏡是一個(gè)焦距的物鏡，或者是不同焦距的可以相互切換的物鏡。
7.由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的裝調(diào)方法，其特征在于包括以下步驟(1)、組裝曝光鏡頭由管鏡、物鏡安裝組合而成；其組合方式是(a)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是共軸的；或者是(b)、管鏡的光軸和物鏡的光軸是非共軸的，管鏡、物鏡之間間加入反射鏡或棱鏡，使管鏡和物鏡的沿光軸方向的光線相重合；(2)、把整個(gè)物鏡的檢測系統(tǒng)初始；(3)、在一定范圍內(nèi)改變管鏡和物鏡的軸向距離；(4)、測量出該距離在有代表性值的曝光系統(tǒng)的畸變；(5)、根據(jù)該距離和畸變值做曲線圖；(6)、根據(jù)曲線圖就可以找到對于該物鏡的曝光系統(tǒng)畸變值滿足系統(tǒng)要求時(shí)管鏡和物鏡軸向距離的范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及由透鏡組組成的光刻機(jī)曝光鏡頭的結(jié)構(gòu)及裝調(diào)方法，光刻機(jī)曝光鏡頭由管鏡，和無限遠(yuǎn)成象的顯微物鏡(簡稱“物鏡”)組成。本發(fā)明通過改變管鏡和物鏡在光軸方向的距離，來補(bǔ)償物鏡在加工，裝調(diào)中帶入的過大的畸變。與現(xiàn)有光刻機(jī)曝光系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)相比，降低了曝光鏡頭在加工和裝調(diào)過程中對畸變的要求，解決了曝光鏡頭主要因?yàn)樵诩庸ず脱b調(diào)中帶入過大的畸變，從而使物鏡需要返工或報(bào)廢的問題。
文檔編號G02B13/00GK101078884SQ200710023840
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者何少鋒, 劉文海 申請人:芯碩半導(dǎo)體(合肥)有限公司