[发明专利]自由光瞳照明方法及照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造中的微光刻技术领域，尤其涉及一种自由光瞳照明方法及照明系统。

背景技术

半导体制造中的微光刻技术就是利用光学系统把掩模版上的图形精确地投影曝光到涂有光刻胶的硅片上。

为了增强曝光系统的分辨能力，提高焦深，增大工艺窗口，在扫描曝光系统中已广泛采取了离轴照明技术(off-axis illumination，OAI)。传统的离轴照明包括环形照明、二极照明和四极照明等，主要是根据具体的掩模图形来选择不同的离轴照明光瞳分布。

自由光瞳照明模式，是一种新的分辨率增强技术方案，属于光瞳-掩模优化(Source-Mask Optimization，SMO)技术方案中的一部分，即根据掩模图形的分布，计算出最优的照明系统光瞳面的能量分布，并通过调制得到这种光瞳分布，以增强系统分辨率并增强焦深。

目前，自由光瞳照明系统的技术方案包括以下几种：

1、在光瞳面设置挡板，或者设置透过率分布变化的玻璃平板，直接改变光瞳面的能量分布。该方案最为简单，而且可以应用在任意的光学系统中，但只能得到预设的光瞳分布，且光瞳切换速度较慢。

2、使用衍射光学元件(Diffraction Optical Element，DOE)，通过选择不同远场分布的DOE，在光瞳面得到相应的能量分布。该方案常用于激光器作为光源的曝光系统中，能量利用率有所提高，但同样只能得到预设的光瞳分布，光瞳切换速度较慢，而且DOE的价格较高。

3、使用微反射镜阵列元件(Minute Mirror Array，MMA)，改变MMA中任意反射镜的反射角度，在光瞳面得到相应的能量分布。该方案常用于激光器作为 光源的曝光系统中，能量利用率高，可以形成任意的光瞳分布，且光瞳切换速度较快，是目前最有前景的应用方案。但本方案研发制作成本较高，形成相应光瞳能量分布的计算方法非常复杂。

随着LED光源技术的发展，LED光源的功率越来越接近现代半导体工业大功率高强度的需求，LED光源有很大的应用前景。LED光源一般包括基板，基板上有LED灯芯，LED灯芯外是封装树脂。LED光源具有体积小、寿命长、出射光功率易于控制等特点，在不同使用场景下，LED光源通过使用不同的能量收集和匀光器件来满足需求。

发明内容

本发明提供一种自由光瞳照明方法及照明系统，利用LED光源，解决现有的自由光瞳照明系统切换速度慢、成本高、计算方法复杂等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自由光瞳照明方法，包括如下步骤：

步骤1、设置LED阵列光源，所述LED阵列光源由若干LED光源组合而成，具有光源主轴；

步骤2、设置可变视场光阑在所述光源主轴上；

步骤3、设置控制单元，所述控制单元与所述LED阵列光源和可变视场光阑分别连接；

步骤4、根据所需光瞳能量分布需求，及曝光视场范围，通过所述控制单元控制相应的LED光源出射光的功率，及所述可变视场光阑的拦光范围，完成相应的自由光瞳照明。

较佳地，还包括：

步骤5、测试整个视场范围内，光瞳能量分布是否符合需求，如果不符合，修正各LED光源出射光的功率。

较佳地，所述LED阵列光源由若干个同一类型的LED光源按照圆形的排列方式紧密排布组合而成，且若干个LED光源关于所述LED阵列光源中心对称分布。

较佳地，每个所述LED光源均与所述控制单元相连。

较佳地，所述LED阵列光源的波长为365nm、248nm或以下。

较佳地，所述LED阵列光源的出射截面为24mm。

本发明还提供了一种自由光瞳照明系统，包括LED阵列光源、第一中继镜组、匀光单元、可变视场光阑、第二中继镜组以及控制单元，所述LED阵列光源、第一中继镜组、匀光单元、可变视场光阑以及第二中继镜组依次排列，所述第一中继镜组、匀光单元以及可变视场光阑设置在所述LED阵列光源的主轴上，所述控制单元与所述LED阵列光源和可变视场光阑分别连接，用于根据光瞳能量分布需求，及曝光视场范围，通过所述控制单元控制所述LED阵列光源出射光的功率，及所述可变视场光阑的拦光范围，完成相应的自由光瞳照明。

较佳地，所述匀光单元包括微透镜阵列和汇聚镜组，所述汇聚镜组的入瞳面位于所述微透镜阵列的后表面。

较佳地，所述微透镜阵列的前表面位于所述第一中继镜组的像面。

较佳地，所述可变视场光阑位于所述汇聚镜组的像面。