CN103649815A - 用于将一面作构造化照射的照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种用于对一晶圆进行构造化照射的照射装置（14），包括至少一照射机构（13），其中，利用两微镜数组（5.1，5.2）对一被分为两分射线束（2.1，2.2）的射线束（2）进行调变从而提高照射晶圆的通过速度。

Description

用于将一面作构造化照射的照射装置
技术领域
本发明是有关于一种包括至少一照射机构且用于将一面作构造化照射的照射装置，该面例如为晶圆表面，US 6,876,494 B2曾揭露同类型照射装置。
背景技术
例如应用于光微影工艺的传统照射机构对晶圆进行构造化处理，也即，根据规定构造图（照射构造）进行照射，其中，将屏蔽投影至晶圆上或使其发生接触。其缺点在于，对于在平面图像制造过程中屏蔽尺寸起决定作用的屏蔽而言，屏蔽的制造过程较为复杂，而且屏蔽的适用范围有限，仅能根据单独一照射构造进行照射。
US 6,876,494 B2曾揭露一种照射机构，其中，透过微镜数组对光进行空间调变，根据规定照射构造（构造图）将光投影至晶圆上。
与现有技术中其他沿光轴布置的照射机构相同，此照射机构也包含一表面发射器、一微镜数组（下文简称DMD，Digital Micro Mirror Device）、一就辐射方向而言位于DMD前方且对表面发射器所发出的射线束进行均质化处理并用于照明DMD的集光系统、一包括多个微透镜机构且与DMD的各微镜相对应的微透镜数组（下文简称MLA）、一就辐射方向而言位于MLA前方且用于将各微镜所反射的射线束分量映像至对应微透镜的第一映像系统，以及一将微镜所聚焦的光分量映射至待照射面的第二映像系统。
鉴于前述先前技术，US 6,876,494 B2的目的在于采取两项不同措施以提高映像质量。
其一是提供一种照射机构，其中，透过将光学映像系统与微透镜数组相组合来提供具有放大效果的映像系统，该系统可避免因失真而引起吸亮度比值下降。
其二是提供一种装置，其中，将微透镜数组与穿孔板数组相组合，可沿光轴精确调节微透镜数组与穿孔板数组的相对距离。
该公开案用以达成第一目的的解决方案为将第一光学映像系统及第二光学映像系统实施为图像放大系统，并透过此两系统的放大成果来达到期望的放大效果。因此，此两映像系统皆可采用小型化实施方案，藉此便可防止因失真特性而引起下降从而达到满意的吸亮度比值。
该公开案用以达成第二目的的解决方案为在微透镜数组或穿孔板数组上设置至少一朝向此处之另一数组的突出部，此突出部在光轴方向上具有规定高度，此突出部决定此两数组的间距。在此情况下，可沿光轴精确调节此两数组的相对位置从而使穿孔板处于微透镜的焦平面上。
作为上述至少一突出部的替代方案，也可在微透镜数组与穿孔板数组之间插入具有规定厚度的间隔垫片。
概言之，US 6,876,494 B2的解决方案透过以更清晰且强度更均质的方式进行构造映像来达成前述提高构造化照射的质量的目的。
US 6,876,494 B2中也有关于提高通过速度的想法。
通过速度是指完全照射待照射面的速度。此速度取决于照射的最小时间间隔及同时受到照射的局部区域相对于整个待照射面的比例。
可透过以下方式提高此比例：由多个照射机构而非由单独一照射机构进行照射，其中，此等照射机构根据一照射构造分别对整个待照射面中的一局部区域进行照射且共同构成一照射装置，此等照射机构例如并排排成一列或排成多个错开的列。
各次照射间的最小时间间隔受到构造图加载DMD的内存单元（每个微镜各分配有一内存单元）的加载时间的限制，此最小时间间隔决定最大照射频率。加载时间由处理指令的脉冲数、脉冲频率（目前为400 MHz）及需要同时加载的内存单元（即所谓记忆块）数目得出。
调变率是指单位时间内对DMD或对DMD的参与形成照射用构造图的镜组件的调变次数。
在对具有例如1024 x 768的待通断镜组件且DMD脉冲频率为400 MHz的DMD（例如，Texas Instruments公司提供的DLP Discovery.7 XGA 2xLVDS 12°，产品型号A）进行通断操作时，通常调变频率为20 kfps（每秒千帧数）。
根据US 6,876,494 B2所提出的方案，透过仅利用DMD中一部分用于形成照射构造的镜组件来提高调变率及最大照射频率。其中，在DMD整个宽度上所有垂直于待照射面的输送方向的镜组件皆得以利用，而布置于输送方向上的镜组件中仅利用了一部分。
此项解决方案具有多个旁效应：
其照射机构中对DMD上的规定面进行照射。若仅利用x部分DMD面，则（1-x）部分的受照射面未经利用（降低效率）。
若照射机构可变或已布置于较小面上，则存在以下旁效应：
当DMD为提高分辨率（US 6,876,494 B2，参阅图8B“p2”）而进行规定旋转（图8A及图8B“p2”）时，会对某个点进行一定次数的重复照射。对某个点的重复照射可提高照射均质性。若利用的组件较少便会减少重复，故而必须提高每次重复的剂量。因求平均值而产生的均质性也会降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包括至少一照射机构的照射装置，藉此可达到相对较高的通过速度。
此外，该照射装置较为紧凑且每个照射机构皆可被接触到。
本发明用以达成上述目的的解决方案为一种用于对晶圆进行构造化照射的照射装置，包括至少一照射机构，在该照射机构中，沿光轴先后布置有一发出射线束的表面发射器、多个用于将该射线束映像至一用于构造化该射线束的下游微镜数组的光学组件、一第一光学映像系统、一对应于该微镜数组的微透镜数组，以及一用于将经构造化之射线束映像于该照射机构的像场中的第二光学映像系统，该像场覆盖待照明晶圆的一部分，其特征在于，该微镜数组是一第一微镜数组，该第一微镜数组前设有一第一分光器，该第一分光器将该射线束分为沿第一及第二光轴的第一及第二分射线束，在该第二分射线束的方向上设有第二微镜数组，在该第一光学映像系统前设有第二分光器，该第二分光器将该等两分射线束重组为一射线束，该等两分射线束在该等两分光器之间具有相同光程。
本发明的较佳实施方式参阅相应附属项。
为达到提高通过速度的目的，本发明将该照射机构中的两DMD相组合，使其交错工作且以按像素精确重迭的方式进行映像，从而将调变频率自通常的20kfps有效翻倍至40 kfps。调变频率原则上受到最小的必要时间间隔的限制，该时间间隔则取决于将构造图加载DMD的内存单元的技术上必要的加载时间。透过交替控制该等两DMD便可将调变频率有效翻倍。
为进一步提高通过速度，构成一照射装置的多个照射机构采用串接布置。将该等照射机构按数目及布置方式组成一照射装置的优点在于，对具有规定宽度及规定长度的整个待照射面而言，仅需沿纵向（扫描方向）进行一次性扫描。在此情况下，照射装置必须具备以下条件：照射装置的宽度必须大于像场宽度，照射装置在该面的宽度的方向上相对于该面而言布置为多个列。
为实现尽可能紧凑的照射装置且其所有照射机构皆便于受到维护，该等照射机构必须采用如下设计：该等照射机构在像场延伸方向上的宽度不超过像场宽度的两倍，该像场延伸方向垂直于扫描方向（即该照射装置之宽度的方向）。故而仅能形成两列照射机构。
在框架条件不变的情况下，在垂直于扫描方向的方向上可设置多个照射机构，该等照射机构形成两彼此错开的列，使得相邻照射机构的间距等于其像场在前述延伸方向上的宽度。该照射装置沿扫描方向相对于整个待照射面进行一次相对运动即可照射该整个待照射面。
该等照射机构透过上述布置方式便可构成一种相对紧凑且耐用的照射装置。
为限制照射机构的宽度以免其超过像场宽度的两倍，可采取多项互为补充的措施，其组合方式对相关技术人员而言不言而喻。该照射机构的高度及（扫描方向上的）深度不受任何限制。
将该照射机构限制于上述宽度的困难之处在于，需要将照射的射线束以倾斜入射角照射DMD，此点或致照射机构的光轴并非位于一平面中。此外，必须采取特别技术措施方可将两DMD移动至完全光学互轭位置上从而使其完全虚拟重迭。
根据本发明，经过两分光器之间的分射线以重迭的方式进行射线导引，使得所用部件的宽度尽可能不超过由该等分光器及DMD的延伸度所强制规定的宽度。
有利者是采用空间倾斜式镜布置，其中，任一DMD前皆设有两用于照射该DMD的致偏镜。
作为替代方案，也可采用具有相应反射面的棱镜。
本发明照射机构的主要优点在于可构成一紧凑型照射装置。
附图说明
下文将利用附图对照射装置及照射机构进行详细说明：
图1为照射机构的光路图；
图2为包括多个照射机构的照射装置的基本结构图；
图3a为第一实施例的一部分的俯视原理图；
图3b为第一实施例的一部分的前视原理图；
图4a为第二实施例的一部分的俯视原理图；及
图4b为第二实施例的一部分的前视原理图。
具体实施方式
图1为本发明照射装置14中的一照射机构13的光路图。
照射机构13包含表面发射器1（也可为被光源射入的光纤的末端），该表面发射器沿主光轴3发射射线束2。第一分光器4将射线束2分为第一分射线束2.1及第二分射线束2.2，该等分射线束分别沿第一光轴3.1及第二光轴3.2发射。
第一光轴3.1上设有第一微镜数组5.1，第二光轴3.2上设有相同的第二微镜数组5.2。利用设置于第一分光器4前且位于主光轴3上的各光学组件对表面发射器1所发射的射线束2的强度分布进行均质化处理并使该射线束的截面与进行映像的微镜数组5.1、5.2的尺寸相匹配。沿第一光轴及第二光轴3.1、3.2观察，在第一微镜数组及第二微镜数组5.1、5.2前分别以相同方式设置前致偏镜6.1、6.2及后致偏镜7.1、7.2，该等致偏镜以同一规定入射角将分射线束2.1、2.2引向微镜数组5.1、5.2。微镜数组5.1、5.2相对于第二分光器8而言采用某种布置方式，使得经该等微镜数组5.1、5.2构造化处理并反射的分射线束2.1、2.2直接或在经另一致偏镜7.3偏转后以同一方向撞击该对分射线束2.1、2.2进行重组的第二分光器8。第二分光器8后分别设有第一光学映像系统9、对应于微镜数组5.1、5.2的微透镜数组10以及第二光学映像系统11。
本发明照射机构13在第一分光器4前及第二分光器8后的区段的结构与现有技术中的照射机构一致。
由于分射线束2.1、2.2经过两分光器4、8之间，故而主光轴3在分光器4前与分光器8后分别处于两平面内，此两平面彼此平行且平行于图1的绘图平面。该等平面影响该照射装置的宽度，需要将该等平面的间距保持在尽可能小的程度。
根据本发明，该光学机构的一部分受到分光器4、8的限制。第一光轴3.1与第二光轴3.2在两分光器4及8之间的光程长度相等。分光器4、8有利者是偏光分光立方体，该等分光器将射线束2分为两分别具有第一光轴3.1及第二光轴3.2的分射线束2.1、2.2，该等分射线束以彼此重迭的方式导引抑或重组为主光轴3。
微镜数组5.1、5.2以相同空间方向定向，也即，经该等微镜数组构造化处理的分射线束2.1、2.2以同一方向反射。必须在分射线束2.1、2.2离开第一分光器4且到达微镜数组5.1、5.2前强制性使其偏转，从而使该等分射线束以某个相对于微镜数组5.1、5.2的倾斜轴的规定角度（例如24°）撞击该等微镜数组。
该倾斜轴并非垂直于绘图平面，而是与其形成45°角，故而必须将光轴3.1、3.2自绘图平面反射出来。此点相对加宽了该照射机构。
如图3a、3b及图4a、4b所示，为使射线偏转至微镜数组5.1、5.2，本发明在微镜数组5.1、5.2前的光路中设置前致偏镜6.1、6.2及后致偏镜7.1、7.2。考虑到撞击射线束的直径及各致偏镜所形成的角度，致偏镜6.1、6.2及后致偏镜7.1、7.2间必须具有一定最小距离，以免第一致偏镜6.1、7.1被第二致偏镜6.2、7.2所反射的射线束遮蔽。此外，第二致偏镜6.2、7.2需要与微镜数组5.1、5.2具有足够大的距离以免将微镜数组5.1、5.2所反射即经过构造化处理的光路遮蔽。
为简化起见，下文中仅对光轴3.1、3.2的空间位置进行说明。致偏镜6.1、7.1与致偏镜6.2、7.2的布置方式相同，故而为简化起见仅对第一分射线束2.1的光路进行说明。
图3a及3b为照射机构13的第一实施方案中布置有与宽度相关的致偏镜6.1、7.1的分区段的俯视图及前视图。
第一致偏镜6.1（即其表面法线）在绘图平面中与撞击的第一光轴3.1形成45°角。该致偏镜此外也可围绕一与该第一致偏镜6.1上的绘图平面平行的轴线倾斜。在此情况下，第二致偏镜7.1的倾斜是由围绕一垂直于该绘图平面的轴线的旋转运动以及围绕一与第二致偏镜7.1上的绘图平面平行的轴线的强度或多或少的旋转运动组合而成。第二致偏镜7.1尽可能接近由微镜数组5.1所反射及构造化处理的分射线束2.1且不会遮蔽该分射线束，该第二致偏镜7.1的倾斜对上述宽度几乎没有影响。
图4a及4b为第二实施方案的示意图，与第一实施方案的不同之处在于，第一致偏镜6.1与撞击的光轴3.1形成大于45°的角度。
此角度越大，则致偏镜6.1在整个宽度范围内越接近第二致偏镜7.1，此点可在整个宽度范围内降低结构空间。该第二致偏镜7.1可随第一致偏镜6.1的倾斜而倾斜，此倾斜对上述宽度几乎没有影响。因此，第二实施方案较第一实施方案更为有利。
为提供一种便于多个此种照射机构13以尽可能紧密且紧凑的方式并排布置的照射机构，该照射机构的宽度不超过其像场12延伸度的两倍，以便该等照射机构13在该宽度的方向上以等于像场宽度的间距串接布置。透过照射机构13在垂直于该宽度的方向上的深度来实现必要的光程长度，使得像场12较佳邻接照射机构13的一侧。
【主要元件符号说明】
1：表面发射器
2：射线束
2.1：第一分射线束
2.2：第二分射线束
3：主光轴
3.1：第一光轴
3.2：第二光轴
4：第一分光器
5.1：第一微镜数组
5.2：第二微镜数组
6.1：第一前致偏镜
6.2：第二前致偏镜
7.1：第一后致偏镜
7.2：第二后致偏镜
7.3：另一致偏镜
8：第二分光器
9：第一光学映像系统
10：微透镜数组
11：第二光学映像系统
12：像场
13：照射机构
14：照射装置
R：扫描方向

Claims (6)

1.一种用于对一晶圆进行构造化照射的照射装置（14），包括至少一照射机构（13），在该照射机构中，沿一光轴先后布置有一发出一射线束（2）的表面发射器（1）、多个用于将该射线束（2）映像至一用于构造化该射线束（2）的下游微镜数组（5.1）的光学组件、一第一光学映像系统（9）、一对应于该微镜数组（5.1）的微透镜数组（10），以及一用于将该经构造化的射线束（2）映像于该照射机构（13）的一像场（12）中的第二光学映像系统（11），该像场覆盖一待照明晶圆的一部分，其特征在于，该微镜数组（5.1）是一第一微镜数组（5.1），该第一微镜数组前设有一第一分光器（4），该第一分光器将该射线束（2）分为沿一第一及一第二光轴（3.1；3.2）的一第一及一第二分射线束（2.1；2.2），在该第二分射线束（2.2）的方向上设有一第二微镜数组（5.2），其中，在该第一光学映像系统（9）前设有一第二分光器（8），该第二分光器将该等两分射线束（2.1；2.2）重新重组为一射线束（2），该等两分射线束在该等两分光器（4，8）之间的光程长度相等。
2.如权利要求1的照射装置（14），其特征在于，
沿该第一及该第二光轴（3.1，3.2）观察，在该等微镜数组（5.1，5.2）前以相同方式设置一第一及一第二前致偏镜（6.1，6.2）以及一第一及一第二后致偏镜（7.1，7.2），该等致偏镜以同一规定入射角将分射线束（2.1，2.2）引向微镜数组（5.1，5.2），该第一分光器（4）与各微镜数组（5.1，5.2）的光程相等。
3.如权利要求2的照射装置（14），其特征在于，
该等微镜数组（5.1，5.2）相对于该第二分光器（8）而言采用某种布置方式，使得经该等微镜数组（5.1，5.2）构造化处理并反射的该等分射线束（2.1，2.2）以同一方向撞击该对该等分射线束（2.1，2.2）进行重组的该第二分光器（8）。
4.如权利要求3的照射装置（14），其特征在于，
该等第一致偏镜（6.1，7.1）与相应撞击的光轴（3.1，3.2）形成一大于45°的角度。
5.如权利要求1的照射装置（14），其特征在于，
该等照射机构（13）的宽度皆不超过该等照射机构的像场（12）的延伸度的两倍。
6.如权利要求5的照射装置（14），其特征在于，
该照射装置由两列照射机构（13）构成。
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