本發(fā)明涉及光刻設(shè)備，具體為一種提高光照均勻度的調(diào)節(jié)鏡組及方法。

背景技術(shù)：

1、光學(xué)光刻是一種使用光將掩膜圖案投影復(fù)制的技術(shù)。隨著科學(xué)研究對微傳感、微納光電子等器件需求的日益提升，相較于傳統(tǒng)光刻機(jī)，采用數(shù)字微振鏡陣列（digitalmicro-mirror?device，dmd）空間光調(diào)制器的數(shù)碼化無掩膜光刻技術(shù)，用戶可以對圖樣的設(shè)計(jì)獲得更高的自由度，進(jìn)而顯著提升了光刻圖形的復(fù)雜度。

2、目前，用于加工pcb板的光刻設(shè)備領(lǐng)域，廣泛采用uv光的激光直接成像（ldi）光刻技術(shù)，相較于傳統(tǒng)底片成像工藝，無掩膜光刻可減少工藝流程60%之多，得益于工藝中省去了制作照相底板等步驟，小批量的快件板公司明顯受益于直接成像技術(shù)。

3、在光刻曝光領(lǐng)域，鏡頭的能量均勻性直接影響鏡頭的實(shí)際曝光能力，尤其在大面積曝光和復(fù)雜圖形生成中，曝光邊緣區(qū)域光照強(qiáng)度不足、圖形清晰度下降，直接影響產(chǎn)品良率和工藝穩(wěn)定性。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因?yàn)榧庸ふ`差以及激光器本身出光問題，造成生產(chǎn)的鏡頭均勻度低于目標(biāo)要求。直接導(dǎo)致生產(chǎn)良率降低，成本大幅增加。均勻性問題已經(jīng)成為制約光刻曝光鏡頭性能的重大問題；而且現(xiàn)有光纖激光器調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致入射光束存在能量損失和光斑畸變問題，整體光能利用率較低，無法滿足高精度光刻對能量均勻分布和光束質(zhì)量的嚴(yán)格要求，現(xiàn)有調(diào)節(jié)鏡組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，難以應(yīng)用于現(xiàn)代小型化、集成化激光直接成像光刻系統(tǒng)中，影響整機(jī)的集成度和工藝精度。

4、然而現(xiàn)有均勻照明技術(shù)大多應(yīng)用于lcd顯示和投影領(lǐng)域，難以滿足光刻曝光系統(tǒng)對于激光能量分布的高一致性要求；例如專利公開號cn222439827u公開了一種補(bǔ)償鏡頭相對照度損失的均勻照明裝置，包括光源、配光透鏡、lcd屏、前菲尼爾鏡、后菲尼爾鏡以及投影鏡頭，應(yīng)用在lcd顯示和投影領(lǐng)域，技術(shù)手段采用配光透鏡、菲涅爾鏡組等改善投影系統(tǒng)能量分布，是單純投影成像，無法滿足在光刻曝光領(lǐng)域應(yīng)用，無法解決光刻領(lǐng)域高精度激光曝光系統(tǒng)中的均勻性問題，同樣專利公開號cn117440141a也存在上述問題。

5、專利公開號cn103885297b公開了一種光刻機(jī)曝光系統(tǒng)照明均勻性的校正方法；該方法通過沿光軸方向移動聚光鏡組的最后一塊透鏡，實(shí)現(xiàn)矩形照明光斑中心和邊緣區(qū)域的光強(qiáng)調(diào)節(jié)，以校正曝光光斑的照明均勻性，存在以下缺陷：該方法僅依賴單軸（z軸）方向調(diào)節(jié)聚光鏡組透鏡的位置，無法實(shí)現(xiàn)x、y方向的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)維度有限，無法應(yīng)對光纖激光器出光端存在的復(fù)雜偏移問題；該方案主要應(yīng)用于步進(jìn)掃描光刻機(jī)系統(tǒng)，針對傳統(tǒng)掩模版圖形曝光，難以適配激光直接成像（ldi）系統(tǒng)對光纖出光準(zhǔn)直性和na（數(shù)值孔徑）控制的需求；僅通過聚光鏡組透鏡位置移動調(diào)節(jié)光強(qiáng)分布，無法有效優(yōu)化光纖激光器本身的出光角度及光束形態(tài)，仍然存在光斑均勻性不足的風(fēng)險(xiǎn)。

6、專利公開號cn116414009a公開了一種光刻機(jī)照明系統(tǒng)的均勻性校正裝置。該裝置包括由若干個透過率可獨(dú)立控制的微晶單元組成的校正板，通過調(diào)節(jié)微晶單元的透過率動態(tài)修正光場積分光強(qiáng)非均勻性，簡化了傳統(tǒng)“手指陣列式”遮擋裝置結(jié)構(gòu)，具備實(shí)時調(diào)節(jié)功能。然而，該技術(shù)方案主要應(yīng)用于掩模投影式光刻機(jī)，屬于光場強(qiáng)度遮擋型調(diào)節(jié)方法。該方案存在以下問題：無法對光纖激光器出光端進(jìn)行na調(diào)節(jié)或出射角度的空間調(diào)節(jié)。所采用微晶單元的電控系統(tǒng)復(fù)雜，硬件集成度高，導(dǎo)致成本上升、維護(hù)難度增加。透過率調(diào)節(jié)仍依賴光強(qiáng)削弱模式，難以兼顧高能量利用率需求。難以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)緊湊、功耗優(yōu)化的激光直接成像光刻系統(tǒng)；授權(quán)公告號：cn103809382b公開了一種用于光刻設(shè)備的勻光調(diào)節(jié)裝置，采用光學(xué)透鏡構(gòu)成封閉容積，內(nèi)部填充導(dǎo)電溶液，并通過電場控制單元調(diào)節(jié)導(dǎo)電溶液的折射率，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)光線透過率，配合探測器可實(shí)時修正光場均勻性，主要應(yīng)用于掩模板共軛面；存在以下缺陷：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件依賴度高，控制系統(tǒng)難以集成和維護(hù)；采用光強(qiáng)削弱方式調(diào)節(jié)，導(dǎo)致光能利用率下降；不具備光纖激光器出光端的三維調(diào)節(jié)能力，無法優(yōu)化激光光束特性；僅適用于傳統(tǒng)掩膜光刻系統(tǒng)，不適合激光直接成像（ldi）應(yīng)用，?專利公開號cn103488061b，針對euv極紫外光刻系統(tǒng)，解決復(fù)雜系統(tǒng)匹配問題；采用光學(xué)路徑仿真和復(fù)眼鏡組調(diào)節(jié)；系統(tǒng)復(fù)雜，針對高端芯片制造的曝光需求；無法滿足解決上述問題的需求。

7、此外，現(xiàn)有技術(shù)依賴人工調(diào)節(jié)鏡組位置以改善光斑均勻性，存在調(diào)節(jié)復(fù)雜、重復(fù)性差、效率低的問題，難以滿足現(xiàn)代光刻的需求；針對上述存在的問題提出了一種提高光照均勻度的調(diào)節(jié)鏡組及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供一種提高光照均勻度的調(diào)節(jié)鏡組及方法，以解決現(xiàn)有激光直接成像光刻系統(tǒng)中，由于光纖激光器出光不穩(wěn)定及調(diào)節(jié)精度不足，導(dǎo)致曝光光斑能量分布不均勻、產(chǎn)品良率降低等問題，該鏡組的調(diào)節(jié)方法簡單，且成本低，將鏡頭曝光均勻性85%提升至95%，提升鏡頭11.7%的均勻性，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種提高光照均勻度的調(diào)節(jié)鏡組及方法，包括一種提高光照均勻度的調(diào)節(jié)鏡組，該鏡組包括第一透鏡、第二透鏡、鏡筒、光纖固定座和三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，第一透鏡和第二透鏡均為平凸透鏡，第一透鏡和第二透鏡分別設(shè)置在透鏡鏡座內(nèi)，透鏡鏡座設(shè)置在鏡筒內(nèi)，且兩透鏡的凸面相對設(shè)置，鏡筒的上端設(shè)置有光纖安裝鏡筒，光纖固定座安裝在光纖安裝鏡筒內(nèi)，三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在光纖安裝鏡筒和光纖固定座之間，三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括旋緊螺母、固定螺母和球頭六角調(diào)節(jié)器，固定螺母設(shè)置在光纖安裝鏡筒中，且光纖固定座安裝在固定螺母上，光纖安裝鏡筒的圓周方向設(shè)置有螺紋襯套，球頭六角調(diào)節(jié)器安裝在螺紋襯套中，且球頭六角調(diào)節(jié)器的球頭端對應(yīng)固定螺母，旋緊螺母設(shè)置在光纖固定座上，旋緊螺母和固定螺母構(gòu)成鎖緊機(jī)構(gòu)，旋緊螺母上設(shè)置有旋緊螺母調(diào)節(jié)孔，光纖固定座上設(shè)置有固定座調(diào)節(jié)孔，光纖安裝鏡筒的上方設(shè)置有螺帽，所述調(diào)節(jié)方法包括以下具體步驟：

3、步驟一：安裝光學(xué)鏡組，第一透鏡和第二透鏡分別裝在透鏡鏡座里，使第一透鏡和第二透鏡以凸面相對的方式通過透鏡鏡座裝配在鏡筒內(nèi)，形成雙透鏡組合系統(tǒng)；

4、步驟二：三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的安裝，把螺紋襯套裝入光纖安裝鏡筒中，再把球頭六角調(diào)節(jié)器裝入螺紋襯套內(nèi)，把光纖安裝鏡筒用連接螺釘固定在鏡筒上，光纖固定座安裝在固定螺母上，固定螺母放入光纖安裝鏡筒內(nèi)，用球頭六角調(diào)節(jié)器緊固固定螺母，旋緊螺母旋入光纖固定座上，然后擰緊螺帽；

5、步驟三：x、y方向調(diào)節(jié)，微松其中的一個方向的球頭六角調(diào)節(jié)器，然后擰緊對面的球頭六角調(diào)節(jié)器，利用此方式調(diào)節(jié)偏心；

6、步驟四：z方向調(diào)節(jié)，先用扳手通過旋緊螺母調(diào)節(jié)孔松動旋緊螺母，再用扳手通過固定座調(diào)節(jié)孔旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)光纖固定座高度；

7、步驟五：鎖緊操作，完成三維調(diào)節(jié)后，利用雙螺母結(jié)構(gòu)鎖緊z向調(diào)節(jié)位置，可以采用扳手通過旋緊螺母調(diào)節(jié)孔緊固旋緊螺母，通過球頭六角調(diào)節(jié)器鎖緊x、y方向的調(diào)節(jié)位置，固定其位置后，再旋緊螺帽。

8、進(jìn)一步的，透鏡鏡座的圓周方向設(shè)置有豎向凸形槽，豎向凸形槽的底部設(shè)置有限位卡槽，第一透鏡和第二透鏡的圓周方向設(shè)置有固定環(huán)，固定環(huán)的圓周方向設(shè)置有連接筋，第一透鏡和第二透鏡通過連接筋分別卡在透鏡鏡座的豎向凸形槽中，連接筋的外端設(shè)置有橡膠塊，橡膠塊旋轉(zhuǎn)卡入限位卡槽中。

9、進(jìn)一步的，透鏡鏡座的內(nèi)側(cè)圓周方向設(shè)置有環(huán)形內(nèi)凸臺，第一透鏡和第二透鏡的底面分別粘貼在透鏡鏡座的環(huán)形內(nèi)凸臺上。

10、進(jìn)一步的，光纖安裝鏡筒的下端設(shè)置有底板，固定螺母抵觸在底板上，底板壓在透鏡鏡座上，底板的中心設(shè)置有中心孔，中心孔的邊緣設(shè)置有向上的凸起，光纖固定座的下端位于中心孔中。

11、進(jìn)一步的，光纖安裝鏡筒的側(cè)面圓周方向均勻設(shè)置有調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)孔至少設(shè)置四個，螺紋襯套設(shè)置在調(diào)節(jié)孔中，球頭六角調(diào)節(jié)器擰入螺紋襯套內(nèi)。

12、進(jìn)一步的，第一透鏡和第二透鏡采用熔融石英材料制成。

13、進(jìn)一步的，光纖安裝鏡筒的高度為8.12毫米，直徑為32毫米。

14、進(jìn)一步的，球頭六角調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度為±5微米。

15、進(jìn)一步的，曝光均勻性檢測與修正，在調(diào)節(jié)完成后，通過檢測裝置檢測光纖激光器出射光束的光照均勻性，當(dāng)均勻性不滿足設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，重復(fù)步驟三和步驟四，直至曝光均勻性滿足要求。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、1、采用第一透鏡與第二透鏡雙平凸透鏡結(jié)構(gòu)，且以凸面相對方式組合，有效優(yōu)化激光光纖出射光束的整形與準(zhǔn)直效果；雙透鏡結(jié)構(gòu)通過調(diào)節(jié)光纖激光器的數(shù)值孔徑，實(shí)現(xiàn)對激光光束的發(fā)散角調(diào)控，使光能分布更均勻；調(diào)節(jié)鏡組可使激光光束的光照均勻性提高11.7%，顯著減少曝光過程中的能量熱點(diǎn)和暗區(qū)，提升曝光圖形邊緣的一致性和清晰度。

18、2、三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用球頭六角調(diào)節(jié)器配合螺紋襯套設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)x、y、z三維方向的高精度調(diào)節(jié)，補(bǔ)償因機(jī)加工誤差或裝配誤差導(dǎo)致的偏心和高度不一致問題；通過旋緊螺母、固定螺母和螺帽等雙螺母鎖緊機(jī)構(gòu)，確保調(diào)節(jié)完成后的光纖激光器固定穩(wěn)定，避免系統(tǒng)在工作過程中產(chǎn)生位移或光斑偏移；采用三維調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)后，系統(tǒng)在長期運(yùn)行過程中穩(wěn)定性增強(qiáng)，曝光質(zhì)量波動幅度降低，顯著提升光刻系統(tǒng)的工藝一致性和產(chǎn)品良率。

19、3、透鏡鏡座采用豎向凸形槽和限位卡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第一透鏡和第二透鏡通過連接筋和橡膠塊實(shí)現(xiàn)機(jī)械卡緊固定，避免因膠水老化、受潮或溫度變化導(dǎo)致鏡片偏移或脫落問題；該機(jī)械固定方式能夠保證透鏡在工作過程中的高穩(wěn)定性和耐久性，減少維護(hù)頻率，延長光學(xué)鏡組的使用壽命。

20、4、鏡組高度僅為8.12mm，直徑32mm，適配小型化、高精度激光直接成像光刻系統(tǒng)，滿足現(xiàn)今高端微電子制造設(shè)備對小型化和集成化的需求，且模塊化設(shè)計(jì)便于系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維護(hù)，降低了生產(chǎn)和運(yùn)營成本。