專利名稱：平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)及其光刻機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光刻技術領域的曝光系統(tǒng)及其光刻機，具體涉及一種平面反射 式復眼冷光源曝光系統(tǒng)及其光刻機。
背景技術：
集成電路制造過程中的重要部分是光刻技術，至今為止，光學光刻技術仍 然在集成電路制造中占有絕對的主導地位，曝光波長向深紫外發(fā)展，已經采用 了 196納米的深紫外光譜，光刻線寬也已達到納米級。
在中國國內，接近接觸式光刻機仍然占據著主導地位，曝光技術的優(yōu)劣將 直接影響到光刻線條的質量。
目前，在國內外通常所采用的曝光技術有
(1) 多透鏡復眼曝光系統(tǒng)。
平行光通過多透鏡形成了多個點光源，達到了衍射圖形修均的目的，是現 在常用的技術。但由于紫外光在通過透鏡時光能量被大大地衰減，特別是光的
波長越短，衰減越厲害。因此，已經難以用于深紫外曝光系統(tǒng)。
(2) 多棱鏡曝光系統(tǒng)
由于加工安裝調試較為困難，制造成本高，以及同樣是對紫外光在透射過
程中的大量的衰減，因此，很少被使用。
(3) 多反射鏡復眼曝光系統(tǒng)
國外曾使用過多反射鏡(橢球反射鏡)曝光技術，利用多個橢球的反射， 形成多個點光源。但由于加工復雜、制造成本非常髙，且形成的電光源數量有 限(一般為8個或12個點光源)，因此，曝光系統(tǒng)的曝光均勻性受到影響。不 能得到廣泛的應用。由于釆用了反射的技術，因此，極大地減少了對紫外光的 衰減。大大提高了紫外光能的利用率。
如上所述，隨著短波長紫外光的曝光技術的發(fā)展，透射式曝光系統(tǒng)已顯現
出嚴重的技術缺陷；而橢球反射式曝光技術雖然解決了光能量衰減的問題，但 由于受到技術上的限制，只能形成數量極其有限的點光源，且制造成本很高， 很難得到廣泛的應用。
發(fā)明內容
發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種平面反射式復眼冷光源曝 光系統(tǒng)及其光刻機。本發(fā)明解決了短波長紫外光曝光系統(tǒng)的光能利用率低的問 題，解決了大面積曝光系統(tǒng)的曝光均勻性差的問題。本發(fā)明提出了多層反射鏡 的位置排列，大大提髙了曝光均勻性，并拓展為更大的曝光面積。
本發(fā)明平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)是通過以下技術方案實現的，包 括燈源組、多面鏡組裝置、反光鏡組、曝光裝置、罩殼，燈源組的光源中心 置于多面鏡組裝置的中心點，反光鏡組、曝光裝置置于罩殼內；
所述的燈源組，包括超高壓汞燈、超高壓汞燈架，超髙壓汞燈固定于超高 壓汞燈架
所述的多面鏡組裝置，包括上層鏡座、下層鏡座，上層鏡座緊密疊合于下 層鏡座上；所述的上層鏡座包括上盤、上鏡片壓圈、上盤反光片，上鏡片壓 圈置于上盤、上盤反光片之間，上盤反光片依次緊密環(huán)行成圈放列于上盤內； 所述的下層鏡座包括下盤、下鏡片壓圈、下盤反光片，下鏡片壓圈置于下盤、 下盤反光片之間，下盤反光片依次緊密環(huán)行成圈放列于下盤內
所述的反光鏡組包括小反光鏡組、大反光鏡組，小反光鏡組、大反光鏡 組平行對峙放置，并與水平夾角為45。；
所述的曝光裝置包括快門組、曝光準鏡組、準直座軸、工作曝光面，快 門組置于小反光鏡組、大反光鏡組之間，快門組、曝光準鏡組、工作曝光面適 應于光路依次放置；
所述的多面鏡組裝置，共有64個平面反光片組成。
所述的超高壓汞燈發(fā)出的弧光通過上層鏡座、下層鏡座，形成64個點光源， 投射到準直鏡，準直鏡的物距S重合在超髙壓汞燈的發(fā)光弧點上，然后經準直 鏡匯聚S'點，會聚角為3"。
所述64個平面反光片，其每片反光鏡與超髙壓汞燈光源中心之間的夾角U 為5.16°，即SinU^.09。
本發(fā)明光刻機是通過以下技術方案實現的，包括曝光光源、分離視場顯微鏡、 精密工作臺、輸送硅片機構以及PLC控制器，其特征在于，還包括所述的帶有 平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)。
所述工作曝光面距準直鏡頂點為100mm。
與現有傳統(tǒng)技術相比，本發(fā)明平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)具有如下有 益效果
(1) NA達到了 5.76，大大提髙了光能利用率，這是傳統(tǒng)的曝光系統(tǒng)無 法比擬的。
(2) 采用上下兩層64個平面反光片，形成了 64個點光源，各點光源 各自形成3。會聚角，有效的抑制了衍射對光刻的影響，這是多橢 球反光鏡曝光系統(tǒng)難以實現的。
(3) 平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)的多點光源部分是利用反射的原 理，有效地避免了光學透鏡對紫外光的吸收，這也是傳統(tǒng)的曝光 系統(tǒng)無法比擬的。
(4) 由于采用了平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)的技術，使曝光面積 得以擴大?？梢詾榇竺娣e液晶屏幕的光刻提供有效的手段。
本發(fā)明采用64個平面反光片，通過精確計算，將64個平面反光片按不同 角度和位置進行排列組合，重新形成了64個新的點光源，且各點光源經過準直 鏡后，相互之間形成的夾角為2. 5° 3°，能有地效改善光刻衍射效應。
圖1為本發(fā)明曝光系統(tǒng)的結構示意圖。
圖2為多面鏡組裝置與燈源組(超高壓汞燈)的結構示意圖。 圖3為多面鏡組裝置的結構示意圖。 圖4為本發(fā)明曝光系統(tǒng)光學原理示意圖。
圖5為本發(fā)明曝光系統(tǒng)中64個平面反光片，每片反光鏡與光源中心的夾角 設計示意圖。
圖6為傳統(tǒng)的多透鏡復眼曝光系統(tǒng)中聚光的會聚角示意圖。 標記說明
卜燈源組，11-超髙壓汞燈，12—超高壓汞燈架，2-多面鏡組裝置，21-上
層鏡座，22-下層鏡座，211-上盤，212-上鏡片壓圈，213-上盤反光片，221-下 盤，222-下鏡片壓圈，223-下盤反光片，31-小反光鏡組，32-大反光鏡組，41-快門組，42-曝光準鏡組，421-準直鏡，43-準直座軸，44-工作曝光面，5-罩殼。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方 案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的 保護范圍不限于下述的實施例。
實施例l
如圖1所示，本實施例平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)，包括燈源組l、 多面鏡組裝置2、反光鏡組、曝光裝置、罩殼5，燈源組1的光源中心置于多面 鏡組裝置2的中心點，反光鏡組、曝光裝置置于罩殼5內；
如圖2所示，所述的燈源組l,包括超髙壓汞燈ll、超高壓汞燈架12，超 高壓汞燈11固定于超髙壓汞燈架12:
所述的多面鏡組裝置2，包括上層鏡座21、下層鏡座22，上層鏡座21緊密 疊合于下層鏡座22上，
如圖3所示，所述的上層鏡座21包括上盤211、上鏡片壓圏212、上盤反 光片213，上鏡片壓圈212置于上盤211、上盤反光片213之間，上盤反光片213 依次緊密環(huán)行成圈放列于上盤211內；
如圖3所示，所述的下層鏡座22結構類似于上層鏡座21，包括下盤221、 下鏡片壓圈222、下盤反光片223,下鏡片壓圈222置于下盤221、下盤反光片 223之間，下盤反光片223依次緊密環(huán)行成圈放列于下盤221內
所述的反光鏡組包括小反光鏡組31、大反光鏡組32，小反光鏡組31、大 反光鏡組32平行對峙放置，并與水平夾角為45";
所述的曝光裝置包括快門組41、曝光準鏡組42、準直座軸43、工作曝光 面44,快門組41置于小反光鏡組31、大反光鏡組32之間，快門組41、曝光準 鏡組42、工作曝光面44適應于光路依次放置；
所述多面鏡組裝置2，共有64個平面反光片組成，包括上層鏡座21、下層 鏡座22。
超高壓汞燈11發(fā)出的弧光通過上層鏡座21、下層鏡座22，形成64個點光
源，投射到準直鏡421，準直鏡421的物距S重合在超高壓汞燈11的發(fā)光弧點 上，然后經準直鏡421匯聚S'點，會聚角為3。。
所述多點光源為64點光源，是通過超高壓汞燈11發(fā)出的弧光經由64個平 面反光片同時反射下形成
所述64個平面反光片，其每片反光鏡與超髙壓汞燈11光源中心之間的夾 角U為5.16°,即SinU:0.09。
所述上層鏡座21、下層鏡座22,分別以光源(超高壓汞燈ll)為中心，其 中的各個反光鏡片依次緊密環(huán)行成圈放列，光源中心與每一反光鏡片的縱截面 夾角為5.16°,使得充分提高光源的利用率。
本發(fā)明工作原理如圖4示，包括超髙壓汞燈ll、上層鏡座21、下層鏡座 22、多點光源、準直鏡421、工作曝光面44。本發(fā)明利用多片反光鏡聚光原理， 為了能夠實現多點光源，將多面鏡組裝置2設計成上下兩層反光鏡片組。超高 壓汞燈11發(fā)出的弧光通過上層鏡座21、下層鏡座22，形成64個點光源，投射 到準直鏡421,由于準直鏡421的物距S重合在超高壓汞燈11的發(fā)光弧點上，
然后經準直鏡421匯聚S'點，會聚角為3、而不是傳統(tǒng)的平行光。
本發(fā)明光能利用該曝光系統(tǒng)的設計中，將每個反光片與光源中心的夾角 設計為SinU=0. 09，夾角約為5. 16°,如圖5示。上下二層鏡座的反光片數為64 片，因此，該系統(tǒng)的總的NA是上述的總和，即NA=0. 09X64-5. 76,也就是說， 該平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)的總的反射夾角的NA為5. 76。
傳統(tǒng)的多透鏡復眼曝光系統(tǒng)見圖6聚光的會聚角約為45° , SinU=l。 從上述的計算對比就可以清楚的表明平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)的 光能利用率遠遠大于多透鏡復眼曝光系統(tǒng)，約5倍左右。而且，當紫外光透過 玻璃鏡片時，光能也將大大地被吸收。而反射曝光系統(tǒng)除了準直鏡外，則基本 不會被吸收。
本實施例各個參數為
(1) 曝光能量18咖/cm2 (200w汞燈時)，30咖/c西2 (350w汞燈時)。
(2) 曝光能量不均勻性±2%
(3) 曝光面積05英寸(可擴展到O20英寸)
(4) 曝光譜線254nm 436nm
與現有傳統(tǒng)技術相比，本實施例平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)具有如下
有益效果
(5) NA達到了 5. 76,大大提高了光能利用率，這是傳統(tǒng)的曝光系統(tǒng)無 法比擬的。
(6) 采用上下兩層64個平面反光片，形成了 64個點光源，各點光源 各自形成3°會聚角，有效的抑制了衍射對光刻的影響，這是多橢 球反光鏡曝光系統(tǒng)難以實現的。
(7) 平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)的多點光源部分是利用反射的原 理，有效地避免了光學透鏡對紫外光的吸收，這也是傳統(tǒng)的曝光 系統(tǒng)無法比擬的。
(8) 由于采用了平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)的技術，使曝光面積 得以擴大。可以為大面積液晶屏幕的光刻提供有效的手段。
實施例2
本實施例光刻機，主要包括曝光光源、分離視場顯微鏡、精密工作臺、輸 送硅片機構以及PLC控制器等，其特征在于，還包括實施例1中所述的帶有平 面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)。
所述工作曝光面(即掩膜和硅片的位置)距準直鏡頂點為lOOmm。
當曝光時(即光刻時)，64個點光源同時起作用，以不同的角度同時照射在 掩膜和硅片上，所獲衍射圖形均勻。
平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)在光刻機中得到了成功的應用，曝光能量 達到了 18mw/cm2，并且成功地開發(fā)出了分離視場顯微鏡，最大分視距離達到了 lOOmin。
與現有技術相比，本實施例具有如下有益效果大大降低了紫外光的能量 衰減，特別是降低了短波長紫外光的能量衰減。曝光譜線的波長范圍能夠擴大 到254nm 436nm，傳統(tǒng)的透射式冷光源是難以做到的。
本實施例可應用于微電子集成電路制造以及LCD液晶屏幕制造領域。本實 施例實現了大面積紫外曝光，可拓展應用于大面積液晶屏光刻領域。
權利要求
1.一種平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)，包括燈源組、多面鏡組裝置、反光鏡組、曝光裝置、罩殼，燈源組的光源中心置于多面鏡組裝置的中心點，反光鏡組、曝光裝置置于罩殼內，其特征在于，所述的燈源組，包括超高壓汞燈、超高壓汞燈架，超高壓汞燈固定于超高壓汞燈架；所述的多面鏡組裝置，包括上層鏡座、下層鏡座，上層鏡座緊密疊合于下層鏡座上；所述的上層鏡座包括上盤、上鏡片壓圈、上盤反光片，上鏡片壓圈置于上盤、上盤反光片之間，上盤反光片依次緊密環(huán)行成圈放列于上盤內；所述的下層鏡座包括下盤、下鏡片壓圈、下盤反光片，下鏡片壓圈置于下盤、下盤反光片之間，下盤反光片依次緊密環(huán)行成圈放列于下盤內；所述的反光鏡組包括小反光鏡組、大反光鏡組，小反光鏡組、大反光鏡組平行對峙放置，并與水平夾角為45°；所述的曝光裝置包括快門組、曝光準鏡組、準直座軸、工作曝光面，快門組置于小反光鏡組、大反光鏡組之間，快門組、曝光準鏡組、工作曝光面適應于光路依次放置。
2. 如權利要求1所述的平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述的多面鏡組裝置共有64個平面反光片組成。
3. 如權利要求1所述的平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)，其特征在于，所述的超高壓汞燈發(fā)出的弧光通過上層鏡座、下層鏡座，形成64個點光源，投射 到準直鏡，準直鏡的物距S重合在超高壓汞燈的發(fā)光弧點上，然后經準直鏡匯 聚S'點，會聚角為3°。
4. 如權利要求2所述的平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)，其特征在于，所 述64個平面反光片，其每片反光鏡與超高壓汞燈光源中心之間的夾角U為 5.16°，即SinU《09。
5. —種光刻機，包括曝光光源、分離視場顯微鏡、精密工作臺、輸送硅片 機構以及PLC控制器，其特征在于，還包括所述的帶有平面反射式復眼冷光源 曝光系統(tǒng)。
6. 如權利要求5所述的光刻機，其特征在于，所述工作曝光面距準直鏡頂 點為100mm。
全文摘要
一種平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)，屬于光刻技術領域。包括燈源組、多面鏡組裝置、反光鏡組、曝光裝置等，其特征在于，多面鏡組裝置，包括上層鏡座、下層鏡座，上層鏡座緊密疊合于下層鏡座上；上層鏡座包括上盤、上鏡片壓圈、上盤反光片，上鏡片壓圈置于上盤、上盤反光片之間，上盤反光片依次緊密環(huán)行成圈放列于上盤內；下層鏡座結構類似上層鏡座。反光鏡組包括小反光鏡組、大反光鏡組，小反光鏡組、大反光鏡組平行對峙放置，并與水平夾角為45°。一種光刻機，其特征在于，包括所述的帶有平面反射式復眼冷光源曝光系統(tǒng)。本發(fā)明提出了多層反射鏡的位置排列，大大提高了曝光均勻性，并拓展為更大的曝光面積。
文檔編號G03F7/20GK101349814SQ20081003736
公開日2009年1月21日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權日2008年5月14日
發(fā)明者張岳方 申請人:上海學澤光學機械有限公司