环形照明组件、成像装置、掩模对准系统和光刻机

技术领域

本申请涉及光路控制，尤其涉及环形照明组件、成像装置、掩模对准系统和光刻机。

背景技术

在半导体芯片制造领域，光刻是其中最为关键的一道工艺，而光刻过程中，照明及成像是其必不可少的一个组成部分。在成像（诸如显微成像和视觉成像等）领域，照明是成像装置必不可少的一个组成部分。一般而言，照明可被分为同轴照明和离轴照明，其中同轴照明要求照明光的光轴与成像装置的光轴重合，而离轴照明则要求照明光的光轴与成像装置的光轴不重合。环形照明属于离轴照明的一种。环形照明能够有效避免待测物体周围的阴影，更凸显待测物体的细节特征（例如，纹理等）。因此，在需要观测物体的细节特征的情况下，一般采用环形照明。

目前市场上存在许多种环形照明光源。大部分环形照明光源是在一个环形面或斜面上布置许多个LED灯珠，每个LED灯珠为一个发光体从不同位置对物体进行照明。这种设计存在以下一些缺点：1）每个灯珠发出的光不都是均匀的，从而使得成像装置的工作物面无法达到均匀照明的要求；2）一个环形照明光源需要许多个灯珠（例如，十几个或数十个灯珠），使得其外形尺寸较大；3）每个环形照明光源的光谱类型是特定的，在成像装置需要不同的光波长的情况下需要更换整个环形照明光源，适配性差，成本高。

因此，光照均匀、波长可变或尺寸灵活的环形照明光源是迫切需要的。

发明内容

为克服现有技术的缺点中的一者或多者，本公开提供一种环形照明组件。该环形照明组件采用一个光源就能够实现均匀环形照明；通过更换光源就能够实现不同波长之间的快速切换，而无需要更换整个环形照明组件；同时采用光纤将一个光源引到光出射控制模块的环形面上的多个孔中的一些或所有孔中形成多个子光源，从而实现均匀照明，同时有效地缩小环形照明组件的尺寸。

在第一方面，本公开提供了一种环形照明组件。该环形照明组件可包括：光源模块；光出射控制模块，其中该光出射控制模块上开有多个孔；多根光纤，其中该多根光纤的第一端与该光源模块对接，并且其中该多根光纤的第二端插入该光出射控制模块上的该多个孔中的一些或所有孔中。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该环形照明组件可进一步包括：设置在该光源模块与该多根光纤的第一端的之间的导光模块。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该光源模块可基于照明需求根据波长来选择。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该光出射控制模块可基于照明需求根据每根光纤所在的孔的出光口所在的面与该环形照明组件的中心线之间的夹角和/或孔的分布来选择。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该光源模块可基于照明需求根据波长来选择；并且该光出射控制模块可基于该照明需根据每根光纤所在的孔的出光口所在的面与该环形照明组件的中心线之间的夹角和/或孔的分布来选择。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该光出射控制模块上的该多个孔中的该一些或所有孔可基于照明需求来选择。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该光出射控制模块可以是环形的。

据本公开的一个实施例，可任选地，该光出射控制模块上的该多个孔的光通量和光出射方向可以是相同的。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该光出射控制模块上的该多个孔可以呈中心对称或轴对称分布。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该多根光纤的第一端可被集束在一起并与该光源模块对接。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该多根光纤中的每根光纤的第二端的端面可与每根光纤所在的孔的出光口所在的面齐平。

根据本公开的环形照明组件通过调整对孔分布的选择（例如，选择多个孔中具有不同分布的多个孔，并将未被选中的孔填满（例如，使用适配孔形的填充物）或者更换不同的光出射控制模块（例如，改变光出射控制模块上的孔的出光口所在的面与环形照明组件的中心线之间的夹角或改变光出射控制模块上的孔的分布等）调整出射状态，以满足不同的照明需求（例如，以适配对不同维度的均匀照明的需求）。

在第二方面，本公开提供了一种成像装置。该成像装置可包括：成像模块；以及如上所述的环形照明组件，其中该环形照明组件的中间开口以套接到该成像模块上并使得该成像装置的光轴与该环形照明组件的中心线重合。

根据本公开的一个实施例，可任选地，该环形照明组件可被配置成基于照明需求相对于该成像模块调整高度以为该成像装置提供不同高度的照明。

根据本公开的成像装置通过相对于该成像模块调整该环形照明组件的高度以适配不同高度的工作物面。

在第三方面，本公开提供了一种光刻机上的用于对准掩模基板上的标记的掩模对准系统。该掩模对准系统可包括：用于探测标记的成像模块，该成像模块包括相机、镜筒和成像物镜；如上所述的环形照明组件，其中该环形照明组件的中间开口以套接到该成像模块上并使得该成像模块的光轴与该环形照明组件的中心线重合所述环形照明组件；以及平移台，该平移台被配置成在三个维度上调整该成像装置以使得该成像装置能够探测到该掩模基板上的标记。

根据本公开的掩模对准系统通过以下方式来精确地探测掩模基板上的标记：通过环形照明组件提供适配不同工作状况的照明；和/或通过调整平移台以使得该成像装置能够探测到该掩模基板上的标记。

在第四方面，本公开提供了一种光刻机。该光刻机可包括如上所述的一个或多个掩模对准系统。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

为了能详细地理解本公开的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本公开的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。

图1解说了根据本公开的实施例的环形照明组件的结构示意图。

图2解说了包括根据本公开的实施例的环形照明组件的成像装置的结构示意图。

图3解说了根据本公开的实施例的环形照明组件的光出射控制模块的展开视图。

图4解说了根据本公开的实施例的包括环形照明组件的掩模对准系统的结构示意图。

图5解说了根据本公开的实施例的包括掩模对准系统的光刻机的结构示意图。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所描述的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有一些或所有这些具体细节的情况下实践所描述的实施例。在其他实施例中，未详细描述众所周知的结构或处理步骤，以避免不必要地使本公开的概念模糊。

在本公开实施例的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“多个”的含义是两个以上；术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况；本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开；本公开的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他地包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本公开的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

如本文所使用的，术语“对接”、“耦接”、“相连”或“连接”意指直接连接到或通过一个或多个居间媒介或组件来连接。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。而且，在以下描述中并且出于解释目的，阐述了具体的命名以提供对本公开各实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以不需要这些具体细节就能实践各示例实施例。

目前市场上存在许多种环形照明光源。大部分环形照明光源是在一个环形面或斜面上布置许多个LED灯珠，每个LED灯珠为一个发光体从不同位置对物体进行照明。这种设计存在一些缺点：1）每个灯珠发出的光不都是均匀的，从而使得成像装置的工作物面无法达到均匀照明的要求；2）一个环形照明光源需要许多个灯珠（例如，十几个或数十个灯珠），因此其外形尺寸无法被缩小；3）每个环形照明光源的光谱类型是特定的，在成像装置需要不同的光波长的情况下需要更换整个环形照明光源。

为了解决以上问题中的一个或多个问题，本公开提供了一种环形照明组件。以下将结合附图来具体阐述环形照明组件并列举一些实施例进行更具体地阐述。

图1解说了根据本公开的实施例的环形照明组件3的结构示意图。环形照明组件3可以是任意形状的连通环形。如图1所示，环形照明组件3可包括光源模块3-7、光纤束3-4和光出射控制模块3-1，其中光出射控制模块3-1上开有多个孔，其中光纤束3-4的第一端与光源模块3-7对接，并且其中光纤束3-4的第二端插入光出射控制模块3-1上的多个孔中的一些或所有孔中。

在一个可选实施例中，环形照明组件3可以可任选地包括设置在光源模块3-7与光纤束3-4的第一端的之间的导光模块3-6（例如，导光棒），其中导光模块3-6可被用来将光源引入到环形照明组件的内部。在一个可选示例中，导光模块3-6的一端与光源模块3-7对接以接收光源模块3-7发出的光，并且导光模块3-6的另一端与光纤束集束端3-5对接，以通过光纤束3-4的每根光纤将光发射出去。在一些情形中，导光模块3-6可由石英、塑料、或其他材料制成，本公开对此不进行限定。在一些情形中，光纤可由石英、塑料、或其他材料制成，本公开对此不进行限定。

由于光线在导光模块和光纤内部通过全反射进行传播，仅在端面产生折射，因此光学像差较小。而且，由于导光模块和光纤是柔性体，因此照明系统具备更多的适应性，同时也便于将光纤封装在主体3-3内。此外，在一些情形中，导光模块3-6靠近光源模块3-7的端面可采用椭球反射镜或抛物面反射镜以收集光的更多能量。由于光线在导光模块和光纤内部经过多次的全反射后射出，因此其出射光强是相对均匀的。

在一个可选实施例中，环形照明组件3可任选地包括主体3-3，其中光出射控制模块3-1可以可拆卸地安装在主体3-3上。作为一个示例，光出射控制模块3-1可使用弹性套管连接到主体3-3。作为另一示例，光出射控制模块3-1可使用锁定接头连接到主体3-3。本领域技术人员将领会，任何可拆卸的连接方式均可适用于本公开。

在一个可选实施例中，光源模块3-7可包括但不限于：LED光源、卤素灯等等。在又一可选实施例中，光源模块3-7可包括透镜等。在一些示例中，光源模块3-7可以是其光可通过光纤述3-4和导光模块3-6的任何发光源。

在一个可选实施例中，光源模块3-7可基于照明需求根据波长来选择的。也就是说，当所需波长被确定之后，可根据波长来选择光源以满足照明需求。当波长需要被改变时，可更换光源，从而满足对不同波长的适配的需求。

如图1所示，光出射控制模块3-1的平面3-2上开有多个孔。开孔是为了将光纤束3-4中的每根光纤插入多个孔中的一些或所有孔中，光束通过这些孔进行照明（例如，对工作物面进行照明，如以下参照图2更详细地描述的）。在一个可选实施例中，光出射控制模块3-1可基于照明需求根据每根光纤所在的孔的出光口所在的面3-2与环形照明组件3的中心线之间的夹角α（见图2）和/或光出射控制模块3-1上的孔分布来选择。

在一个可选示例中，改变夹角α可通过基于照明需求调整光出射控制模块3-1相对于主体3-3的倾斜角度来实现。在一些可选情形中，改变夹角α可通过更换不同的光出射控制模块来实现。在可选替换情形中，改变夹角α可通过调整光出射控制模块的侧壁的位置来实现。例如，光出射控制模块3-1的侧壁的位置可以是任意可调的或者可从多个可选档位中选择（例如，平行0°、呈15°、呈30°、呈50°等等）。一般而言，每根光纤所在的孔的出光口所在的面3-2与环形照明组件3的中心线之间的夹角小于90°。

在一个可选示例中，改变孔的分布可通过基于照明需求改变其中被光纤穿过的孔的部分来实现。在一些可选情形中，改变孔的分布可通过更换具有不同孔分布的光出射控制模块3-1来实现。在可选替换情形中，改变孔的分布可通过改变被光纤穿过的孔的分布来实现。例如，光纤束3-4可选择性地穿孔多个孔中的一些孔以按需实现照明。另外，多个孔中的其他孔可通过适应形状的填充物填满。可任选地，该多个孔中的一些孔可基于照明需求来选择。

在一个可选实施例中，光源模块3-7可基于照明需求根据波长来选择，并且光出射控制模块3-1可基于该照明需求根据每根光纤所在的孔的出光口所在的面3-2与环形照明组件3的中心线之间的夹角α、和/或孔的分布来选择。波长、夹角α、和/或孔的分布可以如上所述地改变，此处不再赘述。

在一个可选情形中，光出射控制模块3-1（诸如光出射控制器）可以是环形体，例如，连通环形体。在一个可选情形中，光出射控制模块3-1可以是中空的圆柱体，并且可在中空的圆柱体开有多个孔。在一个可选情形中，光出射控制模块3-1上的多个孔的光通量和光出射方向是相同的。在一个可选情形中，光出射控制模块3-1上的多个孔呈中心对称或轴对称分布。

在一些情形中，光纤束3-4的第一端（例如，光纤束集束端3-5）可被集束在一起并与光源模块3-7对接，并且光纤束3-4中的每根光纤的第二端的端面与每根光纤所在的孔的开口（例如，出光口）所在的面3-2（例如，光出射控制模块3-1的内壁面）齐平，例如，以使得光纤束3-4的第二端与光出射控制模块3-1的出光口所在的面垂直，即，光纤束3-4中的多根光纤经由多个孔的出射光垂直于平面3-2。在一些情形中，光纤束集束端3-5的端面可以是齐平的。

本领域技术人员将领会，图1仅仅是作为示例来提供的，而非旨进行限定。

根据本公开的环形照明组件具有以下优势：在需要基于照明条件改变波长的情况下（例如，当工作物面上的待测物体的材质发生变化时），可更换光源模块，而无需更换环形照明组件；在需要基于照明条件改变照明角度的情况下（例如，当工作物面上的待测物体的表面特性发生变化时），可改变光出射控制模块相对于主体的倾斜角度（例如，更换具有不同倾斜角度的光出射控制模块，或者在安装时调整光出射控制模块相对于主体的倾斜角度）；和/或在需要基于照明条件实现多重维度的照明的情况下，可改变光出射控制模块的出光口所在的面上的孔的分布（例如，更换具有不同孔分布的光出射控制模块，或者改变被插入光纤的多个孔的孔分布），以形成出射光的高低落差。

根据本公开的环形照明组件可以兼容大部分类型和谱段的发光体光源。根据本公开的环形照明组件可通过导光模块将光源引入到环形照明组件的内部，随后在环形照明组件内采用光纤束进行引光，即通过光纤束将导光模块出射光离散分成多个子光源，随后光纤根基于照明需求穿过环形照明组件的光出射控制模块的出光口所在的面（例如，斜面）上的多个孔的一些或所有孔（其余空通过填充物填充）以使得待测物体按照照明需求被均匀地照亮，并可以通过控制出光口所在的面的倾角来控制光源的照明角度。附加地，本公开中可在不采用透镜的情况下通过任意光源来实现光场的均化和照明。

图2解说了包括根据本公开的实施例的环形照明组件3的成像装置的结构示意图。在该实施例中，成像装置可包括成像模块、以及如上所述的环形照明组件，其中该环形照明组件的中间开口以套接到该成像模块上并使得该成像装置的光轴与该环形照明组件的中心线重合。在一个可选示例中，环形照明组件3的主体3-3中心可设有开口以套接到（例如，可移动地套接到）成像模块1，并且使得主体3-3的中心线与成像模块1的光轴重合。

在一个可选实施例中，环形照明组件3可被配置成基于照明需求相对于成像模块1调整高度以为该成像装置提供不同高度的照明。在一个可选示例中，在一些情形中，主体3-3可沿成像模块1的光轴上下移动。如图2所示，环形照明组件3可被配置成基于照明需求为成像装置提供不同高度的照明，以满足各种各样的照明需求。

本领域技术人员将领会，图2仅仅是作为示例来提供的，而非旨进行限定。

根据本公开的成像装置可将环形照明组件相对于成像模块上下平移以使出射光更准确地照射在成像装置的不同高度的工作物面上。

图3解说了根据本公开的实施例的环形照明组件的光出射控制模块3-1的展开视图。作为示例，图3示出了光出射控制模块的出光口所在的面（例如，斜面）上的多个孔3-8的布置。当需要调节不同光路照射范围时，可从图3中所示的多个孔3-8选择一些孔穿入光纤即可，而无需要更换。在一些情形中，图3中所示的未插入光纤的孔可使用适配孔的填充物来填充。

本领域技术人员将领会，图3仅仅是作为示例来提供的，而非旨进行限定。

示例实施例1

参照图2，可将待测物体放置于工作物面2上。可根据待测物体的本身特性（例如，材质等）来确定照明需求，基于照明需求来选择波长，随后根据所选波长来选择光源模块。当工作物面2上的待测物体的材质发生变化并且其对不同波长的光反射特性差异较大时，可更换光源模块。

示例实施例2

参照图2，可将待测物体放置于工作物面2上。可根据待测物体的表面特性（例如，纹理、形状、粗糙度等）来确定照明需求，基于照明需求来选择照明条件，随后根据所选照明条件来选择光出射控制模块。当工作物面2上的待测物体发生变化并且在现有环形照明条件下无法达到最佳效果时，可改变照明条件，例如，更换光出射控制模块。例如，可将光出射控制模块3-1取下，将其孔内的光纤抽出，随后可更换使得其出光口所在的面与环形照明组件的中心线之间的夹角α满足照明需求的光出射控制模块3-1，将光纤插入其中的孔，最后将光出射控制模块3-1安装在主体3-3上。

示例实施例3

参照图2，可将待测物体放置于工作物面2上。可确定照明需求，基于照明需求来选择照明条件，随后根据所选照明条件来选择孔分布。当现有环形照明维度无法达到最佳效果时，可改变照明维度，例如，改变被光纤插入的孔。例如，可将光出射控制模块3-1取下，将原来插入各个孔（形成原孔分布）内的光纤抽出，随后可将光纤插入光出射控制模块3-1上的孔中以形成与原孔分布不同的孔分布，最后将光出射控制模块3-1安装在主体3-3上。

示例实施例4

参照图2，可将待测物体放置于工作物面2上。可确定工作物面（物距），基于工作物面（物距）来确定环形照明组件相对于成像模块所处的位置并将环形照明组件移到该位置。当工作物面（物距）发生变化时，可对应地改变环形照明组件相对于成像模块所处的位置以达到最好成像效果。

图4解说了根据本公开的实施例的包括环形照明组件的掩模对准系统4的结构示意图。掩模对准系统4可被用来探测掩模基板6上的标记7（以符号“十”标记）。

在一个实施例中，如图4中所示，掩模对准系统4可包括成像模块。在一个示例中，成像模块可包括相机4-1、镜筒4-2和成像物镜4-3。相机4-1、镜筒4-2和成像物镜4-3可以是任何类型的相机、镜筒和成像物镜，本公开对此并不进行限定。掩模对准系统4还可包括如以上参照图1所描述的环形照明组件3。在一个示例中，环形照明组件3的中间开口以套接到成像模块上并使得成像模块的光轴与环形照明组件3的中心线重合。掩模对准系统4可进一步包括平移台。在一个示例中，平移台可被配置成在三个维度上调整成像模块以使得成像模块能够探测到掩模基板6上的标记7。根据本公开的掩模对准系统4能够更准确地探测掩模基板上的标记。

图5解说了根据本公开的实施例的包括掩模对准系统的光刻机8的结构示意图。作为示例，图5中所示的光刻机8包括两个掩模对准系统。本领域技术人员将领会，图2仅仅是作为示例来提供的，而非旨进行限定。光刻机可包括任意数目个掩模对准系统，而不脱离本公开的范围。光刻机能够正常工作的关键之一在于准确地实现掩膜对准过程，即，对准掩膜基板上的标记的对准过程。对于表面光滑或表面呈镜面的掩膜基板，一般采用同轴照明即可探测到标记。然而，对于一些掩膜基板而言，当它们的表面被涂上光刻胶之后就变得粗糙，在使用同轴照明的情况下无法得到清晰且经度较高的图像，从而影响相机对标记的探测。根据本公开的掩模对准系统包括环形照明组件，能够根据不同的粗糙情况适配相应角度的环形照明。同时，当更换不同的成像物镜时，成像物镜的工作距将发生改变，环形照明组件能够相对于成像模块移动以将照明光聚焦在与工作物面相匹配的位置处，从而实现对不同状况的掩模基板的标记探测。本发明可以适用于不同粗糙度的掩膜基板和不同工作距的成像物镜。

本文所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。

在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。虽然已经参考可选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。