TW201316132A - 用於光蝕刻系統的可程式控制照射器 - Google Patents

用於光蝕刻系統的可程式控制照射器 Download PDF

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Abstract

一種用於光蝕刻系統的可程式控制照射器，其中包含：光源、第一光學系統、可程式控制微鏡裝置及第二光學系統。所述第一光學系統具有均光元件。所述第二光學系統構成照射光罩之照射場。可程式控制微鏡裝置可設置為提供執行快門及阻隔邊緣曝光等功能，習知技術中，此等功能需要較大機械設備方可提供。本發明亦揭露一種藉由可程式控制照射器增進照射場均勻度之方法。

Description

用於光蝕刻系統的可程式控制照射器
本發明係關於一種用於光蝕刻系統之可程式控制照射器及一種藉由可程式控制照射器增進照射場均勻度之方法。
光蝕刻系統具有其基本組成，其中包含具光源之照射器、圖型化光罩、投射鏡及感光(例如光抗蝕圖層)晶圓。照射器藉光源之光線照射光罩。光線經光罩傳送或反射，然後藉由投影鏡成像於感光晶圓。感光晶圓經處理後，形成一圖型於感光晶圓上。在使用不同之光罩下，重複多次光蝕刻曝光製程及後曝光製程，藉此於晶圓上形成一定義為積體電路之半導體結構。
光蝕刻系統需對感光晶圓所明確定義之區域(亦即「曝光區」)提供確切數量之曝光能量(亦即「曝光量」)。習知之光蝕刻系統通常包含機械葉片所構成的快門來決定曝光量，其中機械葉片設置於照射器之光學路徑上。機械光圈亦被用於定義曝光區的尺寸。
光蝕刻系統保持正確之曝光量，使光蝕刻製程具有最大製程視窗是非常重要的，因為最大製程視窗與解析度及焦距深度息息相關。保持適當曝光量的能力取決於快門的時機，特別是快門的開關切換，例如操作快門的關/開/關的轉換時機點。對於低曝光之需求而言，所需之快門開啟時間與快門葉片切換所需時間相當甚至是更短。目前尚無有效的方法來控制快門葉片的開關時間，除 非能大大提昇快門葉片的速度及加速度。然而，此種方法有著機械因素的限制。且為了提昇快門的加減速將產生震動並對光蝕刻系統的效能造成不利之影響。因此，要使用傳統機械式快門來改變曝光量，且不對光蝕刻系統造成不利影響，是一個相當大的挑戰。
此外，光蝕刻系統可能需要配合使用不同尺寸之光罩。光罩上具有圖型之區域稱為光罩區。光罩區的尺寸對應於晶圓上之曝光區尺寸，光罩區之曝光不應產生大於預期曝光區域之曝光，因此，光蝕刻系統通常包含上述之機械光圈來定義曝光區的尺寸。機械光圈必須調整以配合曝光區的尺寸要求。當機械光圈包含機械式驅動葉片時，它將是一個系統故障源，且將對光蝕刻系統之平均故障間隔時間(the mean time between failures，MTBF)產生負面影響。在某些光蝕刻曝光的情況，會要求沿著晶圓邊緣之光阻的環形部分(例如2-4mm)保持未曝光之狀態，這種情況可能發生在晶圓完成光蝕刻曝光步驟後，需進行電鍍步驟之狀況下。一般而言，晶圓之曝光區上之光阻盡可能不曝光於晶圓的邊緣。目前，機械式的環狀系統用以防止晶圓邊緣之光阻曝光，然而這種機械式的解決方案並不完備健全且可能故障而對光蝕刻系統之MTBF造成不良影響。
有鑑於此，本發明提出一種用於光蝕刻系統之可程式控制照射器透過光學路徑用以照射具有光罩區的光罩。所述可程式控制 照射器包含：光源、第一光學系統、可程式控制微鏡裝置、控制單元及第二光學系統。沿著光學路徑之順序，所述光源產生光化學光線，第一光學系統設置為自光源接收光化學光線，且第一光學系統具有至少一均光元件用以均勻接收而來之光化學光線使其成為均勻光化學光線。所述可程式控制微鏡裝置包含微鏡陣列，且設置為第一光學系統之後續程序，每一微鏡皆可調整方向。根據可調整方向之微鏡的選擇配置，可程式控制微鏡裝置則被設置為接收及選擇性地反射均勻化的光。可程式控制照射器亦包含控制單元，所述控制單元連接並可操作可程式控制微鏡裝置，且控制單元被設置用以控制一個或多個可調整微鏡的方向。第二光學系統被安排為沿著光學路徑接收選擇性反射而來的均勻化的光，且藉由照射至少一部分光罩區而構成照射場。
在本發明之可程式控制照射器中，光源產生具有紫外光波長之光化學光線尤佳。
在本發明之可程式控制照射器中，控制單元設置為操作可程式控制微鏡作為快門之用，其係藉由改變第一及第二光學系統間之可調微鏡之選擇方向，藉此，選擇性地反射均勻化之光化學光線，使光線進入及離開光學路徑。
可程式控制照射器更包含止光器，藉由調整可程式控制微鏡裝置至第二選擇方向，所述止光器配置為接收偏離光學路徑之均勻化之光化學光線。
在本發明之可程式控制照射器中，控制單元設置為操作可程 式控制微鏡裝置，以定義光圈。
在本發明之可程式控制照射器中，控制單元設置為至少執行(1)掃描光罩區之上之照射場，及(2)以單一曝光中之非掃描照射場照射光罩區。
在本發明之可程式控制照射器中，當微鏡大體上皆設置為均勻反射時，相較於當前之強度均勻性，控制單元設置為操作可程式控制微鏡裝置，以減少或最小化照射場之強度非均勻性。
本發明亦揭露一種用以在塗有光阻之晶圓上形成曝光區並產生邊緣之光蝕刻系統。所述光蝕刻系統包含上述之可程式控制照射系統、投射鏡及控制單元。所述投射鏡設置於光罩及晶圓之間。控制單元設置為操作可程式控制微鏡裝置，在光阻上也就是曝光區的任何部分上形成一個環狀的邊緣排除區域。
本發明亦揭露一種藉由照射光蝕刻系統所支持之光罩的光罩區而在半導體晶圓支持之光阻層上形成曝光區且具有外緣之方法。所述方法包含產生光化學光線並均勻化使形成均勻光化學光線。所述方法亦包含自可程式控制微鏡裝置反射之均勻光化學光線，此裝置設置為每一複數微鏡構成之微鏡陣列提供選擇方向。所述方法亦包含在光罩區曝光時間照射至少一部分光罩並藉由選擇性反射均勻光化學光線構成照射場。
所述方法亦包含設置多個微鏡在光阻上也就是曝光區的任何部分上定義形成一個環狀的邊緣排除區域。
所述方法更進一步包含設置多個微鏡來定義控制照射場內之 均勻光化學光線量之快門。
所述方法更進一步包含設置多個微鏡來定義照射場尺寸之照射器光圈。
所述方法更進一步包含通過光罩區掃描照射場，且在掃描照射場的同時，藉由改變微鏡陣列的選擇方向來改變照射場。
在所述方法中，改變照射場包含避免在鄰近光阻層外緣之環狀排除區域上形成部分曝光區。
所述方法更進一步包含以照射場照射光罩區，且在光罩區曝光時間期間，藉由改變微鏡陣列之選擇方向改變照射場。
所述方法更進一步包含在光罩區曝光時間期間，至少執行下列其中一種：(1)快速切換一個或多個微鏡之開關狀態、及(2)改變一個或多個微鏡於開啟狀態下之時間量。
在所述方法中，改變照射場包含避免在鄰近光阻層外緣之環狀排除區域上形成部分曝光區。
所述方法更進一步包含當微鏡大體上皆設置為均勻反射時，相較於當前之強度均勻性，為多個微鏡提供選擇方向，以減少或最小化照射場之強度非均勻性。
所述方法更進一步包含執行多個光罩照射場以在光阻層形成多個對應之曝光區，並藉由切換微鏡之開關狀態，為多個光罩照射場定義光罩區曝光時間。
所述方法更進一步包含執行多個光罩照射場以在光阻層形成多個對應之曝光區。在多個曝光區中，其中至少一個曝光區包含 鄰近於晶圓邊緣之邊緣曝光區。所述方法亦更進一步包含定義照射場強度分佈，其中至少有一邊緣曝光區之照射場強度分佈不同於非邊緣曝光區之照射場強度分佈。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。
本發明係特別揭露一種用於使用光罩的光蝕刻系統之可程式控制照射器。首先述及光蝕刻系統之實施例，下列所述可程式控制照射器之詳細說明適用於所述光蝕刻系統之實施例內使用。
光蝕刻系統
一使用可程式控制照射器之光蝕刻系統之實施例係被揭露。美國專利No.7,177,099、7,148,953、7,116,496、6,863,403、6,813,098、6,381,077及5,410,434所述及之光蝕刻系統可適用於本發明揭露之可程式控制照射器。所述專利皆應納入參考。
請參照第1圖，為適用於本發明揭露之可程式控制照射器之光蝕刻系統200之示意圖。光蝕刻系統200包含：可程式控制照射器10、光罩210、標線載物臺220、投射鏡230、晶圓240、晶圓載物臺250。沿著光學路徑之順序，可程式控制照射器10將於下文有更詳盡之敘述；光罩210係於光罩平面RP上被標線載物臺220所支撐；晶圓240係於晶圓平面WP上被晶圓載物臺250所支 撐。光罩210包含圖型區211，圖型區211包含圖型元素212並定義光罩平面RF。晶圓包含外緣241(請參照第3圖)。
晶圓240之表面包含光阻塗層242(例如：光阻)，並藉由位於可程式控制照射器之光源310所產生之光線L(例如：光化學光線)活化。在一實施例中，光化學光線L包含紫外光波長，在更進一步之實施例中，光化學光線L包含g-line波長、h-line波長、i-line波長、248nm波長及193nm波長之光線。
光蝕刻系統亦包含控制器260操作連接可程式控制照射器10、標線載物臺220、晶圓載物臺250。控制器260係設置用於控制光蝕刻系統200之操作。控制器260之實施態樣可為個人電腦或工作站電腦。在一實施態樣中，控制器260包含儀器控制軟體，其中包含電腦可讀之指示，用以控制光蝕刻系統200之各組成元件。
可程式控制照射器10設置為在對應光罩平面RP之照射平面ILP產生照射場ILF(請參照第2A圖)。照射場ILF包含均勻光化學光線L’且透過光罩區曝光時間照射部分之光罩區RF，藉此，投射鏡230透過對應之晶圓曝光時間在晶圓平面WP上形成影像區IF。晶圓載物臺250係可移動(透過控制器260之控制訊號SCW)藉此，影像區IF可被放置於晶圓240之不同部分上，以在晶圓240上形成不同之曝光區EF，特別是在光阻塗層240上。在一實施態樣中，標線載物臺220透過控制器260之控制訊號SCW可進行移動。
因此，可程式控制照射器10之均勻光化學光線L’用於照射至少一部分之圖型區，以定義光罩區RF。然後，透過投射鏡230，照射之部分光罩區成像於晶圓240上之光阻塗層242。在一實施例中，當照射場ILF掃過光罩區RF時，光罩210和晶圓240以照射場ILF掃描光罩區RF之方式一起移動，如第1圖之箭頭AR所示，同時亦圖解於示意於第2A圖及第2B圖。所述操作形成掃描曝光區EF，所述掃描曝光區EF大於照射場ILF或影像區IF。所述製程係重複於晶圓240之不同區域(未曝光之區域)。此種曝光方式稱為「步進掃描」。
請參照第2C圖，第2C圖近似第2A圖，為全場照射場ILF使用重複步進曝光方式之實施例示意圖；請參照第2D圖，第2D圖近似第2B圖，為全場影像區IF使用重複步進曝光方式之實施例示意圖，所述全場影像區IF之尺寸相應於對應曝光區EF。在另一實施例中，照射場ILF一次照射整個光罩區RF，藉由單一曝光從而形成一個曝光區EF。然後晶圓移動，重複單一靜態曝光。此種曝光方式稱為「重複步進」。
請參照第3圖，形成於塗有光阻塗層242之晶圓上的曝光區EF，透過標準光蝕刻及半導體製程技術，製成積體電路晶片。
請參照第4圖，為本發明之可程式控制照射器10之實施例示意圖。可程式控制照射器10包含光學軸A1，所述光學軸A1定義了通過可程式控制照射器10至光罩210之光化學光線L(同樣包含均勻光化學光線L’)之光學路徑OP之中心軸。光學軸A1與光 蝕刻系統200之光學軸AO重合。可程式控制照射器10包含上述之設置於光學軸A1上之光源310，光源310發射上述之光化學光線L(未均勻化)。在一實施態樣中，光源310包含汞弧燈，其中包含汞弧燈泡312及反射器314。其他類型之光源310，如發光二極體，可為一個或多個發光二極體，或一個或多個雷射光源亦可。
可程式控制照射器10可選擇性地包含折鏡320，沿著光軸A1上，緊接於光源310之後設置折鏡320，折鏡320用以摺疊光學路徑OP，藉此提高可程式控制照射器10之緊密性。在一實施態樣中，折鏡320可為冷鏡，冷鏡可冷卻並移除光源310產生的熱，所述之熱係由於光源310發射出非光化學光線而產生之。在一實施態樣中，可程式控制照射器10包含濾鏡322，設置於光學路徑OP上，鄰近並位於折鏡320之前。濾鏡322可讓光化學光線L通過，但阻隔或重新導引光源310所發射之非光化學光線波長。
可程式控制照射器10可選擇性地包含折鏡320，沿著光軸A1上，緊接於光源310之後設置第一光學系統340、可程式控制微鏡裝置350及第二光學系統360。其中，可程式控制微鏡裝置350具有前表面352及後表面。前表面352包含可調微鏡元件356(例如微鏡)，下文有其詳細結構細節之說明。第一光學系統340設置為接收自光源310之光線L，並導引光線L至可程式控制微鏡裝置350之前表面352。在一實施態樣中，第一光學系統340設置為接收並均勻化光化學光線L，使其成為均勻光化學光線L’。然 後，均勻光化學光線L’入射可程式控制微鏡裝置350之前表面352之上。在一實施態樣中，均勻光化學光線L’之強度均勻性為+/-2%或更佳(數值更低，如+/-1%)。均勻光化學光線L’係相同於光化學光線L，除了均勻光化學光線L’具有更均勻之強度分佈。
在一實施例中，第一光學系統340包含至少一個均光元件342，例如至少一個光管和/或至少一個光擴散元件(例如漫射器)。第一光學系統340亦可包含聚焦鏡330及成像鏡332，可分別放至於均光元件342之輸入端及輸出端。在一實施例中，第一光學系統340具有縮減放大倍率M1(放大倍率小於單位)。
在一實施態樣中，均光元件342具有選定尺寸之輸出端343。均光元件342之輸出端343可藉由第一光學系統340縮小約兩倍(例如放大倍率=+0.5或-0.5)藉此，輸出端343之影像尺寸實質上吻合可程式控制微鏡裝置350之前表面352之尺寸。第一光學系統340的縮減放大倍率M1的確切數值取決於均光元件342之輸出端343尺寸及可程式控制微鏡裝置350之前表面352尺寸。在一實施態樣中，鄰近於均光元件342之輸出端343的成像鏡332提供所需的縮減放大倍率M1。
第二光學系統360設置為接收自可程式控制微鏡裝置350之前表面352反射而來之均勻光化學光線L’，並導引均勻光化學光線L’至光罩210以定義照射平面IPL上之照射場ILF，照射場ILF對應於光罩平面RP。照射場ILF照射至少一部分光罩平面RP。在一實施例中，第二光學系統360設置為維持均勻光化學光線L’ 之強度均勻性，均勻光化學光線L’係反射自可程式控制微鏡裝置350之前表面352而來。有關自前表面352反射之均勻光化學光線L’的反射性質，下文有更詳盡之敘述。
在一實施態樣中，第二光學系統360包含聚光鏡362及聚焦鏡364。聚光鏡362及聚焦鏡364皆可由多個鏡片組成，為便於說明，示意圖皆顯示為單一元件。在一實施態樣中，聚光鏡362及聚焦鏡364設置為共同定義一個中繼透鏡系統。
在一實施例中，第二光學系統360對自可程式控制微鏡裝置350之前表面352反射而來之均勻光化學光線L’有選定之放大倍率，以形成尺寸吻合於光罩區RF之照射場ILF。在一實施態樣中，微鏡356具有微米尺寸x1；照射場ILF自明亮轉至黑暗需要超過距離x2，因此，第二光學系統360設置為具有放大倍率M2=x2/x1。舉例來說，微鏡尺寸x1=20微米，自明亮轉至黑暗之距離x2=100微米，則放大倍率M2=5(或5X)。在明亮至黑暗的轉換是可接受的情況下，放大倍率M2可小於x2/x1。然而，更大之放大倍率可能會造成問題，因為由單一微鏡360所定義的照射場IFL之面積可能會過大。
第二光學系統360亦可設計為具有選定解析度R2，因為考慮到可能會要解決微鏡256間之間隔357(亦即死區)這種特定不願發生之情況。因此，第二光學系統360之解析度R2需被設定，使其在照射場ILF出現大體上均勻時(例如+/-2%)，間隔357是模糊不清的。在一實施例中，解析度R2係由一週期(P2)之微鏡 356加上鄰近之間隔357(請參照第5圖)。因此解析度R2大大模糊了間隔357並大致平均照射場ILF之照射。
請參照第4圖，可程式控制照明器10包含止光器370，用以接收自可程式控制微鏡裝置350之前表面352而來之偏光L”。止光器係用於吸收或防止偏光L”再次回到光學路徑OP，特別是接觸到光罩區RF。
可程式控制照明器10包含控制單元400，控制單元400可操作連接並控制可程式控制微鏡裝置之運作。控制單元亦可連接控制器260，舉例來說，控制器260為運動控制器。控制單元400係可程式控制且透過控制訊號SC1控制且設定可程式控制微鏡裝置350。控制器260透過控制訊號SC2反向控制控制單元400之運作。
可程式控制微鏡裝置
請參照第5圖，為本發明之可程式控制微鏡裝置350之實施例示意圖。可程式控制微鏡裝置350包含在前表面352上之可調微鏡元件356(例如微鏡)陣列。上述間隔357分開相鄰之微鏡356。舉例來說，可程式控制微鏡裝置350為DLP®晶片，所述晶片係由德州奧斯丁的德州儀器(Texas Instruments in Austin,Texas)所提供。在另一實施樣態中，可程式控制微鏡裝置350可包含微機電系統(MEMS)裝置。美國專利No.4,441,791、4,615,595及4,956,610可作為說明可程式控制微鏡裝置350之參考。
在一實施例中，可調微鏡356係可定位，控制單元400可被 程式控制以定位可調微鏡356，使可調微鏡356依選定方式控制其相對方向。舉例來說，具有相對方向之選定圖型及改變選定圖型至另一選定圖型。在一實施態樣中，控制單元之可程式控制性係藉由以電腦可讀媒介儲存於控制單元400內之軟體或韌體，使可程式控制微鏡裝置350之定位微鏡356陣列形成選定微鏡方向之設置。
在一實施態樣中，可程式控制微鏡裝置350包含大約1至2百萬個微鏡356(例如1000 x 1000陣列)，每一微鏡近似於矩型，其邊長約為10至20微米。每一可調微鏡356皆可單獨定位且可依程式控制移動至兩種物理反射狀態之其中一種。在一實施例中，在第一狀態下，給定之可調微鏡356傾斜方向約+10度，而在第二狀態下，可調微鏡356傾斜方向約-10度，其中之角度係由中間參考方向進行量測。
請參照第5圖，某些可調微鏡356(如356-1所示)具有第一狀態之方向，亦即實質上平行於前表面352所定義之平面P。其他如標號356-2所示之可調微鏡具有第二狀態之方向，亦即非平行(相對角度)於平面P。因此，均勻光化學光線L，入射可調微鏡356-1後，反射至一個方向(沿著光學路徑)；而均勻光化學光線L’入射可調微鏡356-2後，反射至另一個方向(離開光學路徑)以形成偏光L”並導引至如第4圖所範例之止光器370。
在可程式控制微鏡裝置350之設置的實施態樣中，當可調微鏡356反射入射之均勻光化學光線L’沿著光學路徑OP至第二光 學系統360時，可調微鏡356處於「開」之反射狀態；而當可調微鏡356反射入射之均勻光化學光線L’離開光學路徑OP至止光器370而成折光L”時，可調微鏡356處於「關」之反射狀態。在一實施態樣中，所有微鏡356處於「開」之狀態，並依同一方向反射入射之均勻光化學光線L'(所有處於「開」狀態之微鏡皆無震盪或關閉)，因此，可調微鏡356之陣列如平面鏡一般運作，提供實質上之均勻反射。
為了使在可程式控制照射器10裡之可程式控制微鏡裝置350最有效地工作，每一可調微鏡356必須有效地反射均勻光化學光線L'。因此，在一實施例中，可調微鏡356包含反射塗層之配置(例如具有多層膜)，以使均勻光化學光線L'之反射最佳化。
請再次參照第4圖，在一實施例中，可程式控制照射器10包含冷卻元件410，可操作連接至冷卻單元420。冷卻單元420可相對於可程式控制微鏡裝置350操作設置(例如設置在後表面353或鄰近後表面353)以進行熱交換，使冷卻元件410可從可程式控制微鏡裝置350移除熱。冷卻單元420可設置為使冷卻流體422流過冷卻元件410，以保持可程式控制微鏡裝置350之溫度係在或低於特定溫度(如60℃)。在一實施態樣中，冷卻單元可操作連接至控制器260，並被控制器260之控制訊號SC3所控制。
快門設置
在一實施例中，可程式控制微鏡裝置350設置為透過控制單元400之程式設計，可程式控制微鏡裝置350如快門般運作。當 所有可調微鏡356處於「關」之反射狀態時，沒有均勻光化學光線L'從可程式控制微鏡裝置350傳送至光罩210，亦即，照射場ILF係關閉。同樣地，當所有可調微鏡356處於「開」之反射狀態時，均勻光化學光線L'從可程式控制微鏡裝置350傳送至光罩210，亦即，照射場ILF係開啟。
光蝕刻系統中的快門之要求為快門自開至關(或自關至開)之時間需小於1%之總曝光時間。某些高感度光阻可能需要100毫秒或以下之曝光時間。因此，希望快門切換速度低於1毫秒。相較於機械式快門之運作需要幾毫秒的切換時間，可調微鏡356可快速切換於開及關之間。本發明提供了良好控制曝光量之方法，即便是在低曝光量之狀態下。
更進一步之說明，商業使用之可程式控制微鏡裝置350之可靠度(例如MTBF)一般優於機械式快門(例如，其值約為1000)。此外，每一可調微鏡356之質量皆非常小，可程式控制微鏡裝置350並不造成降低光蝕刻系統效能之震動。
邊緣保護設置
請參照第6圖，為晶圓240之近觀示意圖，隨著兩曝光區EF，表明光阻塗層242之環狀邊緣部244。在一實施例中，可程式控制微鏡裝置350設置為防止環狀邊緣部244被曝光區EF曝光。藉此排除機械式邊緣保護環之需求。
請參照第3圖，邊緣保護功能係藉由監測不同曝光區EF之位置而得，曝光區係形成於光阻塗層242上。對於曝光區EF而言， 曝光區EF延伸進入或重疊環狀邊緣部244，如第6圖所示之最右邊之曝光區EF之曝光區部EFP。控制器260包含控制訊號SC2指令，使控制單元400設置可程式控制微鏡裝置350選擇性地僅照射部分光罩RF。所述選擇性照射係設計來減少有問題之曝光區EF之尺寸，藉此使有問題之曝光區EF不延伸進入或重疊光阻塗層之環狀邊緣部。最右邊之曝光區EF之曝光區部EFP並非實際形成，且最右邊之曝光區EF之外緣EFE實質上對應於環狀邊緣部244內之曲率。
因此，邊緣曝光區EF可沿著環狀邊緣部244之邊界精準地被截斷。在一實施態樣中，邊緣保護可被保持於約20至40微米之範圍之精準度，其精準度普遍優於機械式邊緣保護還之位置精準度。因此邊緣保護功能可動態且迅速地執行。
為了達成所述功能，微鏡將進行必要之程式設計編彙以配合階段運動及曝光區尺寸。根據晶圓之位置與尺寸，計算相對於曝光區EF之晶圓邊緣區係必要的。舉例來說，將當時所熟知的晶圓尺寸(例如直徑200或300毫米)之晶圓加載至工具上，晶圓之中心將自晶圓240上之校準標記起算(將於任何曝光之前記錄)，藉此，晶圓240之邊緣可被計算出來。當邊緣相交於曝光區EF，控制單元指示微鏡陣列：相應於沿著邊緣之曝光之微鏡係被關閉(亦即無任何曝光發生)。
光圈配置
本發明亦揭露包含使用可程式控制微鏡裝置350為在前表面 352之可程式控制照射器10來定義快門354。在具有龐大數量之可調微鏡356(例如1000x1000陣列)及每一微鏡可單獨定位之狀況下，可以非常高之精準度定義自可調微鏡356反射而得之均勻光化學光線L’的強度分佈。對於每一可調微鏡356皆為邊長10微米之矩型而言，自可調微鏡356反射而得之均勻光化學光線L’的強度分佈，其精準度可定義為大約10微米。透過控制單元400被程式設計，可程式控制微鏡裝置350定義需要之光罩區RF尺寸。舉例來說，尺寸34毫米之照射場ILF可被定義在約為34微米之內。定義照射場ILF係相當理想的，藉此對應之曝光區EF可容納曝光區EF之間之刻線。刻線之空間大小一般為75至100微米。這是有利的，因為在生產過程中，晶圓上之晶片及曝光區之尺寸可隨著產品不同而改變。因此，光蝕刻系統需要可以改變曝光區EF之面積。目前係可藉由於光罩區RP調整機械式快門而完成。
照射器均勻性之控制
因此，當其他可調微鏡356於曝光過程中可做開啟或關閉之切換之時，藉由特定可調微鏡356保持關閉，可確保曝光區EF之尺寸。
在一實施態樣中，藉由可調微鏡356之選擇設置，提昇照射場ILF之照射均勻性至+/-1%或更加之均勻性。在一實施態樣中，所述選擇反射包含以高速震盪一個或多個可調微鏡356(例如在1千赫或更快)。在另一實施態樣中，所述選擇反射包含相較於其他可調微鏡356，提前關閉選定可調微鏡356，以補償非均勻照射 之已知區域。相較於當微鏡356設置為提供均勻反射，亦即所有微鏡356具有相同方向，藉此可程式控制微鏡系統350之前表面352如平面鏡一般運作，提供實質上之均勻反射之情況下，所述可程式控制微鏡裝置350之選擇性程式設計之類型可用於減少或最小化照射場ILF之非均勻性強度。依此方式，光學系統340及360之空間非均勻性係可被補償。
可程式控制微鏡裝置350之選擇性程式設計可用於補償照射非均勻性。當光線行經光學路徑OP，光化學光線L強度中的空間非均勻性及均勻光化學光線即有可能產生。在一實施態樣中，非均勻性係自第一和/或第二光學系統340及360或其他光學路徑OP上之元件上之瑕疵所產生。在另一實施態樣中，當第一光學系統340成像均光元件342之輸出端343至可程式控制微鏡裝置350之前表面352時，產生空間強度非均勻性。當投射鏡230成像照射光罩區RF，以在光阻塗層上形成相應之曝光區EF時，可於晶圓240上產生空間非均勻性。
在一實施態樣中，用以照射非均勻性之補償允許減少可程式控制照射器10之其他元件上的公差，其中，所述補償係藉由選擇性程式設計之可程式控制微鏡裝置350而得。可程式控制微鏡裝置350之選擇性程式設計可用於補償這些及其他類型的來源所產生之空間照射不均勻性。在一實施態樣中，補償空間照射非均勻性包含於晶圓平面WP量測靜態照射均勻性(亦即，快門持續開啟)。一般而言，晶圓平面WP上的強度並不做空間上的急遽變 化，而且幾百微米的空間解析度之量測是可以接受的。
因此，請參照第4圖，本發明揭露了一個強度測量計500包含光圈件510、光圈512及光偵測器520。光圈件定義一個小型(小於500微米)光圈512位於光偵測器520之前。光偵測器520操作連接至控制器260(或是一分離電腦，圖上未示)。強度測量計500可用於繪測於晶圓平面WP上之照射均勻性，其中其繪測方式係藉由移動強度測量計500於曝光區可能形成位置進行量測。在晶圓平面的X和Y軸上，每1mm進行一次量測。一旦執行強度繪測且了解了強度分佈，此一訊息可用於改善曝光期間之照射均勻度，其改善之方式係藉由調整微鏡356於「開」之持續時間。舉例來說，若晶圓平面WP的一區域具有過高之強度5%(相對於晶圓之其餘部分)，那麼，控制可程式控制微鏡裝置350之控制單元400可被程式設計，使此一特殊區域於曝光時，低於5%之曝光。若另一區域具有過低之強度3%，則與此特殊區域相關連之微鏡356可被控制，使具有強度3%之區域有較長的曝光時間。如此一來，動態快門可改善(減少或大幅消除)靜態強度之非均勻性。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧光蝕刻系統
10‧‧‧可程式控制照射器
210‧‧‧光罩
211‧‧‧圖型區
212‧‧‧圖型元素
220‧‧‧標線載物臺
230‧‧‧投射鏡
240‧‧‧晶圓
241‧‧‧外緣
242‧‧‧光阻圖層
244‧‧‧環狀邊緣部
250‧‧‧晶圓載物臺
260‧‧‧控制器
310‧‧‧光源
312‧‧‧汞弧燈泡
314‧‧‧反射器
320‧‧‧折鏡
322‧‧‧濾鏡
330‧‧‧聚焦鏡
332‧‧‧成像鏡
340‧‧‧第一光學系統
342‧‧‧均光元件
343‧‧‧輸出端
350‧‧‧可程式控制微鏡裝置
352‧‧‧前表面
353‧‧‧後表面
354‧‧‧快門
356‧‧‧微鏡
356-1‧‧‧可調微鏡
356-2‧‧‧可調微鏡
357‧‧‧間隔
360‧‧‧第二光學系統
362‧‧‧第二光學系統
364‧‧‧聚焦鏡
370‧‧‧止光器
400‧‧‧控制單元
410‧‧‧冷卻元件
420‧‧‧冷卻單元
422‧‧‧冷卻流體
500‧‧‧強度測量計
510‧‧‧光圈件
512‧‧‧光圈
520‧‧‧光偵測器
A1‧‧‧光學軸
AO‧‧‧光學軸
L‧‧‧光線
L'‧‧‧光化學光線
L"‧‧‧偏光
P‧‧‧平面
RP‧‧‧光罩平面
WP‧‧‧晶圓平面
ILP‧‧‧照射平面
ILF‧‧‧照射區
RF‧‧‧光罩區
EF‧‧‧曝光區
EFE‧‧‧外緣
EFP‧‧‧曝光區部
IF‧‧‧影像區
OP‧‧‧光學路徑
SCW‧‧‧控制訊號
SC2‧‧‧控制訊號
SC3‧‧‧控制訊號
AR‧‧‧箭頭
x1‧‧‧尺寸
x2‧‧‧距離
M1‧‧‧縮減放大倍率
M2‧‧‧放大倍率
R2‧‧‧解析度
P2‧‧‧週期
第1圖為適用於本發明所揭露之可程式控制照射器之紫外光蝕刻系統示意圖。
第2A圖為光罩實施例顯示定義光罩區之光罩圖型且亦顯示第二光學系統實施例之前視示意圖。
第2B圖為掃描照射場之實施例及與掃描照射場相關連之曝光區之實施例之示意圖。
第2C圖近似於第2A圖，為全場照射場之實施例示意圖。
第2D圖近似於第2B圖，為尺寸相應於對應曝光區之全場影像區之實施例示意圖。
第3圖為藉由第1圖之光蝕刻系統使形成曝光區於半導體晶圓之俯視圖。
第4圖為本發明所揭露之可程式控制照射器之實施例示意圖。
第5圖為使用於第4圖之可程式控制照射器之可程式控制微鏡裝置之正視示意圖。
第6圖為顯示邊緣曝光區如何被截斷以防止光阻之環狀邊緣部被曝光之晶圓之局部放大示意圖。
200‧‧‧光蝕刻系統
10‧‧‧可程式控制照射器
210‧‧‧光罩
211‧‧‧圖型區
212‧‧‧圖型元素
220‧‧‧標線載物臺
230‧‧‧投射鏡
240‧‧‧晶圓
250‧‧‧晶圓載物臺
260‧‧‧控制器
354‧‧‧快門
356‧‧‧微鏡
A1‧‧‧光學軸
AO‧‧‧光學軸
L‧‧‧光線
L'‧‧‧光化學光線
RP‧‧‧光罩平面
WP‧‧‧晶圓平面
ILP‧‧‧照射平面
RF‧‧‧光罩區
EF‧‧‧曝光區
IF‧‧‧影像區
SCW‧‧‧控制訊號
AR‧‧‧箭頭

Claims (20)

  1. 一種可程式控制照射器，用於一光蝕刻系統，用於透過一光學路徑照射一光罩，使該光罩具有一光罩區，該可程式控制照射器包含：一光源，產生一光化學光線；一第一光學系統，接收自該光源之該光化學光線，該第一光學系統具有至少一均光源件，將接收之該光化學光線形成一均勻光化學光線；一可程式控制微鏡裝置，具有一微鏡陣列，其中每一可調微鏡皆具有可調之一方向，根據該可調微鏡所選定之該方向，該可程式控制微鏡裝置接收及選擇性地反射該均勻光化學光線；一控制單元，連接該可程式控制微鏡裝置，並控制一個或多個該可調微鏡之方向；及一第二光學系統，沿著該光學路徑接收選擇性反射之該均勻光化學光線，以形成一光罩區，並照射至少一部分之該光罩區。
  2. 如請求項1所述之可程式控制照射器，其中，該光源設置為產生之該光化學光線具有一紫外光波長。
  3. 如請求項1所述之可程式控制照射器，其中，在一第一反射狀態及一第二反射狀態之間，藉由設置該控制單元改變該可程式控制微鏡選定之該方向，並分別反射該均勻光化學光線進入或 離開該光學路徑，使該可程式控制微鏡在一第一反射狀態及一第二反射狀態之間，該控制單元操作該可程式控制微鏡裝置作為一快門。
  4. 如請求項1所述之可程式控制照射器，更包含一止光器，接收偏離該光學路徑之該均勻光化學光線，該均勻光化學光線係藉由設置為一第二選定方向之該可程式控制微鏡裝置所偏離。
  5. 如請求項4所述之可程式控制照射器，其中，該控制單元操作該可程式控制微鏡裝置以定義一光圈。
  6. 如請求項4所述之可程式控制照射器，其中，該控制單元設置為至少執行(1)掃描該光罩區之上之一照射場，及(2)以一單一曝光中之一非掃描照射場照射該光罩區。
  7. 如請求項1所述之可程式控制照射器，其中，當該微鏡大體上皆設置為均勻反射時，相較於當前之一強度均勻性，該控制單元設置為操作該可程式控制微鏡裝置，以減少或最小化該照射場之該強度非均勻性。
  8. 一種光蝕刻系統，用以在塗有一光阻之一晶圓上形成一曝光區並具有一邊緣，該光蝕刻系統包含：一如請求項1至7所述之可程式控制照射系統；一投射鏡，設置於一光罩及該晶圓之間；及一控制單元，設置為操作該可程式控制微鏡裝置，在沒有任何曝光區部分形成之該光阻上定義一環狀邊緣排除區域。
  9. 一種藉由照射光蝕刻系統所支持之光罩的光罩區而在半導體 晶圓支持之光阻層上形成曝光區且具有外緣之方法，包含：產生一光化學光線；均勻化該光化學光線，使形成一均勻光化學光線；選擇性反射自一可程式控制微鏡裝置反射之該均勻光化學光線，設置該可程式控制微鏡裝置為每一複數微鏡構成之一微鏡陣列提供一選擇方向；及構成一照射場；在一光罩區曝光時間照射至少一部分該光罩並藉由選擇性反射該均勻光化學光線構成該照射場。
  10. 如請求項9所述之方法，更包含設置複數微鏡在該光阻上亦即該曝光區的任何部分上定義形成一環狀邊緣排除區域。
  11. 如請求項9所述之方法，更包含設置複數微鏡以定義控制該照射場內之該均勻光化學光線之量之一快門。
  12. 如請求項9所述之方法，更包含設置複數微鏡來定義該照射場尺寸之一照射器光圈。
  13. 如請求項9所述之方法，更包含：掃描該照射場，通過該光罩區掃描該照射場；及改變該照射場，在藉由改變該微鏡陣列之該選擇方向掃描照射場，進而改變照射場。
  14. 如請求項13所述之方法，其中，改變該照射場包含避免在鄰近該光阻層外緣之一環狀排除區域上形成一部分曝光區。
  15. 如請求項9所述之方法，更包含：掃描該照射場，通過該光罩區掃描該照射場；及 改變該照射場，在藉由改變該微鏡陣列之該選擇方向掃描照射場，進而改變照射場。
  16. 如請求項15所述之方法，更包含在該光罩區曝光時間期間，至少執行下列其中一種：(1)快速切換一或複數微鏡之於一開啟狀態及一關閉狀態之間、及(2)改變一或複數微鏡於該開啟狀態下之一時間量。
  17. 如請求項15所述之方法，其中，改變該照射場包含避免在鄰近該光阻層外緣之該環狀排除區域上形成一部分曝光區。
  18. 如請求項9所述之方法，更包含當該微鏡大體上皆設置為均勻反射時，相較於當前之一強度均勻性，為多個微鏡提供該選定方向，以減少或最小化該照射場之該強度非均勻性。
  19. 如請求項9所述之方法，更包含：執行複數光罩照射場，以在該光阻層形成對應之複數曝光區；及定義該光罩區曝光時間，藉由切換該微鏡之開關狀態，為該複數光罩照射場定義該光罩區曝光時間。
  20. 如請求項9所述之方法，更包含：執行該複數光罩照射場，以在該光阻層形成對應之複數曝光區。在該複數曝光區中，其中至少一曝光區包含鄰近於該晶圓邊緣之一邊緣曝光區；及定義一照射場強度分佈，其中至少一邊緣曝光區之該照射場強度分佈不同於一非邊緣曝光區之一照射場強度分佈。
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