阅读说明：本技术 一种光刻曝光装置 (Photoetching exposure device ) 是由 王健 孙慧慧 于 2018-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种光刻曝光装置,包括照明单元、投影物镜、分光单元以及至少一个光束调整单元；其中,投影物镜用于接收照明单元发出的照明光,并将照明光投射至分光单元；分光单元用于将照明光分成多束光并将多束光投射到多个曝光视场；光束调整单元位于多束光中的至少一束光的传播路径上,用于调整多束光中的至少一束光的传播路径；其中,光束调整单元包括第一反射镜以及与第一反射镜连接的可调单元,可调单元用于调整第一反射镜的位置及偏转角度。本发明的技术方案,通过增设分光单元,可以实现多个曝光视场同时曝光,提升曝光产率；通过增设光束调整单元,可以同时调整多个曝光视场的焦面,提升曝光效果。(The embodiment of the invention discloses a photoetching exposure device, which comprises an illumination unit, a projection objective, a light splitting unit and at least one light beam adjusting unit, wherein the illumination unit is used for illuminating a projection objective; the projection objective is used for receiving the illumination light emitted by the illumination unit and projecting the illumination light to the light splitting unit; the light splitting unit is used for splitting the illumination light into a plurality of beams of light and projecting the plurality of beams of light to a plurality of exposure fields; the light beam adjusting unit is positioned on the propagation path of at least one of the plurality of beams of light and is used for adjusting the propagation path of at least one of the plurality of beams of light; the light beam adjusting unit comprises a first reflecting mirror and an adjustable unit connected with the first reflecting mirror, and the adjustable unit is used for adjusting the position and the deflection angle of the first reflecting mirror. According to the technical scheme, the light splitting unit is additionally arranged, so that multiple exposure fields can be exposed simultaneously, and the exposure yield is improved; by additionally arranging the light beam adjusting unit, the focal planes of a plurality of exposure view fields can be adjusted simultaneously, and the exposure effect is improved.)

一种光刻曝光装置

技术领域

本发明实施例涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种光刻曝光装置。

背景技术

投影曝光装置是将掩模上的电路图形，经过投影曝光透镜等光学系统做投影曝光，将电路图形以一定放大或缩小的倍率投影于制造集成电路的硅片上的一种装置。已知用于集成电路的制造，近年来该投影曝光装置也适用于印刷电路板的制造。

随着IC制造技术的飞速发展，IC集成度逐渐提高，并且为降低单元制造成本，要求光刻用硅片的直径也在不断增大。目前，300mm直径的硅片正在逐步普及，未来450mm直径的硅片也将被广泛采用。为保证硅片加工的时效性，硅片尺寸的增大势必会要求光刻机研发者和考虑者考虑大视场曝光系统和大尺寸掩模。但是，传统的曝光装置使用一套投影曝光系统将一张掩模上的图像以扫描的方式投影曝光到一片基质材料(如硅片)的一个视场，曝光产率低。也有使用双曝光装置的，双曝光装置包含至少2套照明系统、2套投影系统，2套硅片及工件台，两套对准调焦系统，虽然提高了曝光时效性，但结构复杂、体积庞大且运行成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种光刻曝光装置，以解决现有光刻曝光技术中曝光产率低的技术问题。

本发明实施例提供了一种光刻曝光装置，包括照明单元、投影物镜、分光单元以及至少一个光束调整单元；

其中，所述投影物镜用于接收所述照明单元发出的照明光，并将所述照明光投射至所述分光单元；

所述分光单元用于将所述照明光分成多束光并将所述多束光投射到多个曝光视场；

所述光束调整单元位于所述多束光中的至少一束光的传播路径上，用于调整所述多束光中的至少一束光的传播路径；其中，所述光束调整单元包括第一反射镜以及与所述第一反射镜连接的可调单元，所述可调单元用于调整所述第一反射镜的位置及偏转角度。

可选的，所述分光单元中设置有半透半反膜，用于将所述照明光分为透射光和反射光，并将所述透射光投射到第一曝光视场，将所述反射光投射到第二曝光视场；

所述光刻曝光装置还包括工件台，所述工件台用于对所述第一曝光视场进行调焦和调平操作；

所述光束调整单元位于所述反射光的传播路径上，用于调整所述反射光的传播路径。

可选的，所述分光单元中设置有半透半反膜，用于将所述照明光分为透射光和反射光，并将所述透射光投射到第一曝光视场，将所述反射光投射到第二曝光视场；

所述光刻曝光装置还包括工件台，所述工件台用于对所述第二曝光视场进行调焦和调平操作；

所述光束调整单元位于所述透射光的传播路径上，用于调整所述透射光的传播路径。

可选的，所述可调单元包括位置和角度传感器。

可选的，所述光刻曝光装置还包括第二反射镜和第三反射镜；所述第二反射镜位于所述分光单元下方，且所述第二反射镜的中心与所述分光单元的中心位于同一竖直方向上；所述第三反射镜的中心与所述第二反射镜的中心位于同一水平方向；

所述第二反射镜用于将所述透射光反射至所述第三反射镜；

所述第三反射镜用于将所述透射光投射至所述第一曝光视场。

可选的，所述第二反射镜为底面反射镜，且所述第二反射镜的制备材料的色散系数与所述分光单元的制备材料的色散系数极性相反。

可选的，所述分光单元的中心与所述第一反射镜的中心位于同一水平方向上且所述分光单元的中心与所述第一反射镜的中心之间的距离为L1，所述第二反射镜的中心与所述第三反射镜的中心之间的距离为L2，其中，L1＝L2；

所述分光单元的中心与所述第二反射镜的中心之间的距离为L3，所述第三反射镜的中心与所述第一曝光视场所在平面之间的距离为L4，所述第一反射镜的中心与所述第二曝光视场所在平面之间的距离为L5，其中，L5＝L3+L4。

可选的，所述第一曝光视场的中心与所述第二曝光视场的中心之间的距离为L6，所述第二反射镜在所述第一曝光视场的中心与所述第二曝光视场的中心之间的连线方向上的投影长度为L7；其中，L6≥L7。

可选的，所述第一反射镜和所述第三反射镜为可形变反射镜。

可选的，所述光刻曝光装置还包括光路延长单元，所述光路延长单元位于分光单元与所述光束调整单元之间，用于延长所述反射光的光程。

可选的，所述第一曝光视场的中心与所述第二曝光视场的中心之间的距离为L6，所述光路延长单元在所述第一曝光视场的中心与所述第二曝光视场的中心之间的连线方向上的投影长度为L8，其中，L6≥L8。

可选的，所述光路延长单元的制备材料的色散系数与所述分光单元的制备材料的色散系数极性相同。

可选的，所述光路延长单元为平晶。

可选的，所述照明单元包括汞灯、LED或者激光器中的至少一种。

本发明实施例提供的光刻曝光装置，分光单元用于将照明光分成多束光并将多束光投射到多个曝光视场，通过增设分光单元，可以实现多个曝光视场的同时曝光，提升光刻曝光装置的曝光产率；光束调整单元位于多束光中的其中一束光的传播路径上，用于调整多束光中的其中一束光的传播路径；其中，光束调整单元包括第一反射镜以及与第一反射镜连接的可调单元，可调单元用于调整第一反射镜的位置及偏转角度，通过增设光束调整单元，可以同时调整多个曝光视场的焦面，保证多个曝光视场共焦面，提升曝光效果。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是现有技术中一种光刻曝光装置中曝光视场依次步进示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光刻曝光装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的光刻曝光装置中曝光视场的步进示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种光刻曝光装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种光刻曝光装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

图1是现有技术中一种光刻曝光装置中曝光视场依次步进的示意图，如图1所示，一片基质材料1可分为若干个曝光视场，传统的曝光装置从曝光视场F01依次扫描至曝光视场F02、F03、F04、F05……，当基质材料1(如硅片)的尺寸增大时，一张基质材料1上所包含的视场数量增加，曝光一片基质材料1的用时增加，曝光产率低。

基于上述技术问题，本发明实施例提供一种光刻曝光装置，包括照明单元、投影物镜、分光单元以及至少一个光束调整单元；其中，所述投影物镜用于接收照明单元发出的照明光，并将所述照明光投射至所述分光单元；所述分光单元用于将所述照明光分成多束光并将所述多束光投射到多个曝光视场；所述光束调整单元位于所述多束光中的至少一束光的传播路径上，用于调整所述多束光中的至少一束光的传播路径；其中，所述光束调整单元包括第一反射镜以及与所述第一反射镜连接的可调单元，所述可调单元用于调整所述第一反射镜的位置及偏转角度。采用上述技术方案，分光单元用于将照明光分成多束光并将多束光投射到多个曝光视场，通过增设分光单元，可以实现多个曝光视场的同时曝光，提升光刻曝光装置的曝光产率；光束调整单元位于多束光中的其中一束光的传播路径上，用于调整多束光中的其中一束光的传播路径；其中，光束调整单元包括第一反射镜以及与第一反射镜连接的可调单元，可调单元用于调整第一反射镜的位置及偏转角度，通过增设光束调整单元，可以同时调整多个曝光视场的焦面，保证多个曝光视场共焦面，提升曝光效果。

以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2是本发明实施例提供的一种光刻曝光装置的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的光刻曝光装置可以包括照明单元10、投影物镜20、分光单元30以及至少一个光束调整单元40；

其中，投影物镜20用于接收照明单元10发出的照明光，并将照明光投射至分光单元30；

分光单元30用于将照明光分成多束光并将多束光投射到多个曝光视场；

光束调整单元40位于所述多束光中的至少一束光的传播路径上，用于调整多束光中的至少一束光的传播路径；其中，光束调整单元40包括第一反射镜401以及与第一反射镜401连接的可调单元402，可调单元402用于调整第一反射镜401的位置及偏转角度。

示例性的，分光单元30将照明光分成多束光，并将该多束光分别投射到多个曝光视场，可以实现多个曝光视场的同时曝光，提升光刻曝光装置的曝光产率。需要说明的是，图2仅以分光单元30将照明光分成两束光，并将该两束光分别投射到两个曝光视场为例进行说明，可以理解的是，分光单元30还可以将照明光分成三束光、四束光或者更多束光，本发明实施例对此不进行限定。

图3是本发明实施例提供的光刻曝光装置中曝光视场的步进示意图，图3同样仅以同时曝光两个曝光视场为例进行说明。如图3所示，本发明实施例提供的光刻曝光装置每个可以同时曝光多个曝光视场，因此每次可以步进多个曝光视场，与图1所示的每次曝光一个曝光视场相比，可以提升曝光装置的曝光产率，缩短整个基底的曝光时间。例如，当曝光基底上存在92个曝光场，在传统的单视场曝光下需要步进91次，按单个视场曝光时间0.35s、步进准备时间0.3s计算，完成全片曝光所需时间为59.5s。而在本实施例中，同时对曝光基底上的多个曝光视场(按照曝光顺序可以依次为F01-1和F01-2、F02-1和F02-2、F03-1和F03-2…)进行曝光，这样完成全片曝光大约只需步进45次，假设光源功率不变，单个视场照度减半，曝光时间增加为0.7s，步进准备时间不变为0.3s，完成全片曝光所需时间为45.7s，曝光时间相对减小23％。因此，通过增设分光单元，可以提升曝光装置的曝光产率，缩短整个基底的曝光时间。

继续参考图2所示，本发明实施例提供的光刻曝光装置还包括至少一个光束调整单元40，光束调整单元40位于分光单元30分出的多束光中的至少一束光的传播路径上，用于调整多束光中的至少一束光的传播路径。图2仅以光刻曝光装置包括一个光束调整单元40，光束调整单元40位于分光单元30分出的多束光中的其中一束光的传播路径上，用于调整多束光中的其中一束光的传播路径为例进行示例性说明。如图2所示，光束调整单元40可以包括第一反射镜401以及与第一反射镜401连接的可调单元402，可调单元402用于调整第一反射镜401的位置及偏转角度。通过可调单元402用于调整第一反射镜401的位置及偏转角度，可以调整第一反射镜401的位置角度，从而可以调整与该光束对应的曝光视场的垂向及倾斜情况，保证实现曝光视场可调。

综上，本发明实施例提供的光刻曝光装置，分光单元将照明光分成多束光并将多束光投射到多个曝光视场，通过增设分光单元，可以实现多个曝光视场的同时曝光，提升光刻曝光装置的曝光产率；光束调整单元位于多束光中的至少一束光的传播路径上，用于调整多束光中的至少一束光的传播路径，光束调整单元包括第一反射镜以及与第一反射镜连接的可调单元，可调单元用于调整第一反射镜的位置及偏转角度，通过增设光束调整单元，可以同时调整多个曝光视场的焦面，保证多个曝光视场共焦面，提升曝光效果。同时，本发明实施例提供的光刻曝光装置结构简单，仅在现有光刻曝光装置的基础上增设了分光单元和光束调整单元，对投影物镜没有进行改动，保证本发明实施例提供的投影物镜的共轭距与现有光刻曝光装置中的投影物镜的共轭距相同，本发明实施例提供的投影物镜与现有光刻曝光装置中的投影物镜的兼容性强，互换性强。

可选的，分光单元30上可以通过设置半透半反膜的方式实现分光，光束调整单元40可以设置于反射光的传播路径上，对反射光的光路进行调整；也可以设置于透射光的传播路径上，对透射光的光路进行调整，下面将分别对以上两种情况进行说明。

首选以光束调整单元40位于反射光的传播路径上为例进行说明，如图2所示，分光单元30中设置有半透半反膜，用于将照明光分为透射光和反射光，并将透射光投射到第一曝光视场F01-1，将反射光投射到第二曝光视场F01-2；光刻曝光装置还包括工件台1，工件台1用于对第一曝光视场F01-1进行调焦和调平操作；光束调整单元40位于反射光的传播路径上，用于调整反射光的传播路径。

示例性的，继续参考图2所示，本发明实施例中的分光单元30可以设置有半透半反膜，分光单元30可以通过透过部分照明光以及反射部分照明光的方式，将照明光分为透射光和反射光。分光单元30将透射光投射到第一曝光视场F01-1，将反射光投射光第二曝光视场F01-2，通过增设分光单元30，保证实现第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2的同时曝光。

由于光刻曝光装置可能存在系统误差，还需要分别对第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2进行调焦和调平操作，第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2均位于工件台1上，第一曝光视场F01-1的调焦和调平操作可以由工件台1完成，将完成调焦操作和调平操作后的第一曝光视场F01-1作为基准焦平面，通过可调单元402调整第一反射镜401的位置及偏转角度，通过调整第一反射镜401的位置角度，调整第二曝光视场F01-2的垂向及倾斜情况，完成第二曝光视场F01-2的调焦和调平操作。本发明实施例提供的光刻曝光装置可以对第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2均进行调焦调平操作，保证第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2的曝光效果良好。

接下来以光束调整单元40位于透射光的传播路径上为例进行说明，如图4所示，分光单元30中设置有半透半反膜，用于将照明光分为透射光和反射光，并将透射光投射到第一曝光视场F01-1，将反射光投射到第二曝光视场F01-2；光刻曝光装置还包括工件台1，工件台1用于对第二曝光视场F01-2进行调焦和调平操作；光束调整单元40位于透射光的传播路径上，用于调整透射光的传播路径。

示例性的，继续参考图4所示，第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2均位于工件台1上，第二曝光视场F01-2的调焦和调平操作可以由工件台1完成，将完成调焦操作和调平操作后的第二曝光视场F01-2作为基准焦平面，通过可调单元402调整第一反射镜401的位置及偏转角度，通过调整第一反射镜401的位置角度，调整第一曝光视场F01-1的垂向及倾斜情况，完成第一曝光视场F01-1的调焦和调平操作。本发明实施例提供的光刻曝光装置可以对第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2均进行调焦调平操作，保证第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2的曝光效果良好。

可选的，可调单元402可以包括位置和角度传感器，可以检测并调整与其相连的第一反射镜401的位置和角度，保证实现对与其对应的曝光视场的调焦和调平操作。

可选的，继续参考图2所示，本发明实施例提供的光刻曝光装置还可以包括第二反射镜501和第三反射镜502，其中，第二反射镜501位于分光单元30下方，且第二反射镜501的中心与分光单元30的中心位于同一竖直方向上；第三反射镜502的中心与第二反射镜501的中心位于同一水平方向；第二反射镜501用于将透射光反射至第三反射镜502；第三反射镜502用于将透射光投射至第一曝光视场F01-1。

示例性的，通过在透射光的传播光路上设置第二反射镜501和第三反射镜502，保证可以对透射光的传播路径进行调节。

可选的，在透射光的传播路径上增设第二反射镜501和第三反射镜502，在反射光的传播路径上增设第一反射镜401，可以延长投影物镜20的成像像距，例如，本发明实施例提供的光刻曝光装置，可以将投影物镜20的成像像距由50mm增加至150mm。

可选的，第二反射镜501可以为底面反射镜，且第二反射镜501的制备材料的色散系数与分光单元30的制备材料的色散系数极性相反。

示例性的，如图2所示，由于分光单元30将照明光分成了透射光和反射光，如图2所示，透射光与反射光相比，透射光穿过了分光单元30，因此，透射光与反射光之间会存在色差。本发明实施例中，设置第二反射镜501为底面反射镜，第二反射镜501靠近分光单元30一侧的表面为透射面，远离分光单元30一侧的表面为反射面，透射光在第二反射镜501远离分光单元30一侧的底面发生反射；同时设置第二反射镜501的制备材料的色散系数与分光单元30的制备材料的色散系数的极性相反，例如设置分光单元30的制备材料为正色散系数材料，第二反射镜501的制备材料为负色散系数材料；或者，分光单元30的制备材料为负色散系数材料，第二反射镜501的制备材料为正色散系数材料，如此，透射光依次穿过了分光单元30和第二反射镜501，且分光单元30的制备材料的色散系数和第二反射镜501的制备材料的色散系数极性相反，可以通过分光单元30和第二反射镜501抵消透射光与反射光之间的色差，保证第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2的曝光效果良好。

可选的，继续参考图2所示，分光单元30的中心与第一反射镜401的中心位于同一水平方向上且分光单元30的中心与第一反射镜401的中心之间的距离为L1，第二反射镜501的中心与第三反射镜502的中心之间的距离为L2，其中，L1＝L2；分光单元30的中心与第二反射镜501的中心之间的距离为L3，第三反射镜502的中心与第一曝光视场F01-1所在平面之间的距离为L4，第一反射镜401的中心与第二曝光视场F01-2所在平面之间的距离为L5，其中，L5＝L3+L4，如此，可以保证第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2的高度相同，保证第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2可以为同一基底上的两个不同的曝光视场。

可选的，继续参考图2所示，第一曝光视场F01-1的中心与第二曝光视场F01-2的中心之间的距离为L6，第二反射镜501在第一曝光视场F01-1的中心与第二曝光视场F01-2的中心之间的连线方向上的投影长度为L7；其中，L6≥L7。设置第一曝光视场F01-1的中心与第二曝光视场F01-2的中心之间的距离大于或者等于第二反射镜501在第一曝光视场F01-1的中心与第二曝光视场F01-2的中心之间的连线方向上的投影长度，可以保证本发明实施例提供的光刻曝光装置存在第二反射镜501的容纳空间，可以有空间放置第二反射镜501，可以对透射光的传播路径进行调整。

可选的，本发明实施例提供的第一反射镜401和第三反射镜502均为可形变反射镜，第一反射镜401和第三反射镜502在受力情况下可以主动发生面形变化，通过面形变化可以补偿第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2的成像质量。

图5是本发明实施例提供的又一种光刻曝光装置的结构示意图，如图5所示，本发明实施例提供的光刻曝光装置还可以包括光路延长单元60，光路延长单元60位于分光单元30与光束调整单元40之间，用于延长反射光的光程。

示例性的，经分光单元30产生的透射光直接投射在第一曝光视场F01-1，而经分光单元30产生的反射光会经过光束调整单元40后再投射在第二曝光视场F01-2，为了保证第一曝光视场F01-1第二曝光视场F01-2同时曝光，需要增加反射光的光程，保证反射光可以到达第二曝光视场F01-2，且光束走完反射光光程比透射光光程多出部分的耗时大概仅为1.3*10^-10s，可以忽略不计，即可以认为第一曝光视场F01-1第二曝光视场F01-2是同时曝光的。本发明实施例中在分光单元30与光束调整单元40之间增设了光路延长单元60，光路延长单元60的折射率大于空气的折射率，因此，在分光单元30与光束调整单元40之间增设了光路延长单元60，可以保证透射光与反射光同时投射至第一曝光视场F01-1第二曝光视场F01-2，保证本发明实施例提供的光刻曝光装置可以实现多和曝光视场同时曝光。

可选的，第一曝光视场F01-1的中心与第二曝光视场F01-2的中心之间的距离为L6，光路延长单元60在第一曝光视场F01-1的中心与第二曝光视场F01-2的中心之间的连线方向上的投影长度为L8，其中，L6≥L8。设置第一曝光视场F01-1的中心与第二曝光视场F01-2的中心之间的距离大于或者等于光路延长单元60在第一曝光视场F01-1的中心与第二曝光视场F01-2的中心之间的连线方向上的投影长度，可以保证本发明实施例提供的光刻曝光装置存在光路延长单元60的容纳空间，可以有空间放置光路延长单元60，可以延长反射光的光程，保证第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2可以同时曝光。

可选的，由于分光单元30将照明光分成了透射光和反射光，如图5所示，透射光与反射光相比，透射光穿过了分光单元30，因此，透射光与反射光之间会存在色差。本发明实施例中，设置反射光穿过光路延长单元60；同时设置光路延长单元60的制备材料的色散系数与分光单元30的制备材料的色散系数的极性相通，例如设置分光单元30的制备材料为正色散系数材料，光路延长单元60的制备材料为正色散系数材料；或者，分光单元30的制备材料为负色散系数材料，光路延长单元60的制备材料为负色散系数材料，如此，透射光穿过分光单元30，反射光穿过光路延长单元60，且分光单元30的制备材料的色散系数和光路延长单元60的制备材料的色散系数极性相通，可以通过分光单元30和光路延长单元60抵消透射光与反射光之间的色差，保证第一曝光视场F01-1和第二曝光视场F01-2的曝光效果良好。

可选的，光路延长单元60可以为平晶。

可选的，照明单元10可以包括汞灯、LED或者激光器中的至少一种。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。