TW201426000A - 減少熱畸變之Ｗｙｎｎ－Ｄｙｓｏｎ成像系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種減少熱畸變之Wynn-Dyson成像系統，其中一光罩與晶圓稜鏡係由一玻璃材料所製成，所述玻璃材料具有不大於100ppb/℃之熱膨脹係數。Wynn-Dyson成像系統包含一第一窗口，設置在晶圓與一晶圓稜鏡之間以維持成像對稱性。所述第一窗口實質上阻擋了熱對流與熱輻射使其無法抵達光罩稜鏡，藉此減少形成於晶圓上之光罩影像因為熱所導致的影像畸變。

Description

減少熱畸變之Wynn-Dyson成像系統
本發明係關於一種Wynn-Dyson成像系統，特別是一種減少熱畸變之Wynn-Dyson成像系統。
Wynn-Dyson成像系統在半導體製造領域已經被採用將近三十年。基本的Wynn-Dyson成像系統具有一反射鏡與鄰近於鏡片焦點之一折射雙合透鏡。
此種基本設計應用於微影製程時的一個限制是，當光罩影像在晶圓上步進且重複而對整個晶圓曝光時，位於物件平面的大光罩會與位於影像平面的晶圓相互干擾。
因此，基本的Wynn-Dyson成像系統透過附加稜鏡於雙合透鏡上來進行改良，以能應用在微影製程中。所述稜鏡係用以移動物體與影像平面至非衝突平面中。為了應用於微影製程領域之一種例示的改良Wynn-Dyson成像系統係如美國專利號碼第6863403號、7116496號、6813098號與7148953號專利所述。
第1圖顯示一種習知的Wynn-Dyson成像系統8。習知的Wynn-Dyson成像系統8具有一凹面鏡10，沿著 一光軸14而設置。凹面鏡10具有一光圈閘(aperture stop)AS，光圈閘定義了Wynn-Dyson成像系統8之數值光圈NA。鏡片組13具有面向凹面鏡10之一前端13F以及背向凹面鏡10之一後端13R。鏡片組13包含位於前端13F之一彎月透鏡(meniscus lens)13A，以及位於後端13R之一平凸透鏡(plano-convex lens)13B。
習知的Wynn-Dyson成像系統8也包含二稜鏡17、19，其定義一稜鏡組。稜鏡17與19個別安置在光軸14的相對側，它們的其中一個表面係緊密接觸平凸透鏡13B，定義了鏡片組13之後端13R。光罩16位於一物件平面OP，晶圓18位於一影像平面IP。稜鏡17相鄰於光罩16，稜鏡19則相鄰於晶圓18。
典型的微影製程光罩16具有透光區與不透光區。不透光區典型地係以鉻製成，其反射大約70%入射於其上之的UV光11且吸收剩餘的30%。透光區係澄清的且以很小的吸收率讓UV光11穿過。對於有50%透明之光罩16，全部入射的UV光中大約有15%會被光罩16吸收。在一典型的微影製程系統中，入射光罩16之UV光11的功率等級大約2watts/cm2，其暗示大約有300mw/cm2的UV光11被光罩16所吸收。在某些情況下，光罩可能只有10%的穿透率，在此例中，大約有540mw/cm2的光被光罩16所吸收。此已經足以造成加熱的效果，而進一步造成光罩16的機械變形。
被光罩16所吸收之來自發光器(第1圖未示) 的UV光11會加熱相當靠近稜鏡17之光罩16。發明人的量測發現，在某些案例中，當光罩16被UV光11照射時，可以被加熱到50℃。此加熱會造成二個主要問題。第一個問題是光罩16本身的變形。光罩總變形量取決於光罩16所使用的玻璃的類型。然而，一般光罩材質，例如石英，典型地熱膨脹係數大約為1ppm/℃。因此，30°的溫度上升可造成光罩30ppm的變形。對於晶圓18上之一個36mm長的影像場，畸變量為(36mm/2)．30x10-6=0.5微米。其可能成為很大的問題，端視微影製程以及疊對(overlay)需求而言。
第二個主要問題是光罩16的熱會傳輸到相鄰的稜鏡17。發明人曾經觀察到，此種熱傳遞可能導致稜鏡17彎曲，而在晶圓18上形成一個不對稱的影像扭曲(亦即光罩影像被扭曲)。
第2圖係為根據第1圖之習知Wynn-Dyson成像系統8之光罩16及其相鄰稜鏡17的放大示意圖。稜鏡17具有一最接近面17a以及一角隅或者一尖端17c。當光罩16被加熱，其藉由對流熱傳以及輻射熱傳(光罩16以紅外線的方式發出熱能，例如大約10微米的波長)加熱相鄰的稜鏡17。對流熱傳或對流熱能係如第2圖之虛線所示且標示為20C，而輻射熱傳或輻射熱能係以箭頭表示且標示為20R。整體加熱係標示為20。稜鏡17之尖端17c係被加熱到高於其基部，因而會彎曲。此彎曲造成光罩16在晶圓18上的影像沿一方向偏移，此現象稱為光罩影像遭受熱 畸變。
稜鏡彎曲改變了y方向的扭曲(或放大率)(亦即產生"Y-放大"改變)。在某些條件下(例如光罩16係95%鉻，且因此吸收大約600mw/cm2)，穩態的Y放大改變可以超過50ppm，因而在晶圓(影像)平面上造成超過1微米的影像畸變。其直接造成1微米的疊對誤差。
一般而言，微影製程系統的疊對精確率必須大約是所印刷的線寬的25%。1微米的疊對誤差代表微影製程系統所能製造出的最小特徵將大約為4微米，其與微影製程系統的解析度無關。因此，即使微影製程系統具有1微米的解析度，其也不能被用來製造小於4微米的特徵。
早期為了解決稜鏡17之熱畸變問題的嘗試作法包含使冷空氣流經光罩16與稜鏡17之間。運氣不佳地，稜鏡17加熱之時變特性使得這種作法不夠令人滿意。當微影製程系統閒置超過數分鐘之後，稜鏡17便會回到原本的基礎溫度。當微影製程系統開始操作的時候，稜鏡17又開始升溫。稜鏡17的溫度會隨著所處理的晶圓18的數量而增加。
然而，在只有一片晶圓被加工，光罩溫度典型地僅增加幾度。而在加工10片晶圓之後，典型地會增加20℃至30℃。因此，光罩溫度(以及稜鏡溫度)係具有時變性的。運氣不佳地，空氣冷卻常在初期前幾片晶圓的時候導致光罩16被過度冷卻，以及在處理大量晶圓18(例如10片或者更多)之後又沒有將光罩16適當地冷卻。換句話說，空氣冷卻 的時變性相較於微影製程系統的加熱曲線太過於慢，而無法使空氣冷卻可作為減少熱畸變的一個有效解決方案。再者，氣流處理僅能減輕對流熱傳，並無法減少輻射熱傳。
本創作之一概念係一種以一紫外光操作之一Wynn-Dyson成像系統，Wynn-Dyson成像系統沿一光軸包含：鏡片、光圈閘、鏡片組以及一第一稜鏡與一第二稜鏡。鏡片具有一凹面。光圈閘位於該鏡片，定義Wynn-Dyson成像系統之一數值光圈。鏡片組具有正折射率。鏡片組具有一前端與一背端。鏡片組鄰設於該鏡片且與該鏡片相間隔，鏡片組之前端面向該鏡片。第一稜鏡與一第二稜鏡可操作地設置於該光軸之相對側且相鄰於該鏡片組之該背端。第一稜鏡與第二稜鏡個別具有一第一平面與一第二平面。第一平面與第二平面係分別鄰設於物件平面與影像平面。Wynn-Dyson成像系統更至少包含下列特徵(a)或特徵(b)的其中一者。特徵(a)係該第一稜鏡與該第二稜鏡係由一玻璃材料製成，該玻璃材料具有實質上不大於一熱膨脹係數特徵(b)係該Wynn-Dyson成像系統更包含一第一視窗與一第二視窗，第一視窗可操作地設置在該第一稜鏡之該第一平面與該物件平面之間，且實質地傳播該紫外光與實質地阻隔波長在2微米至20微米之範圍間的紅外光輻射；第二視窗可操作地設置在該第二稜鏡之該第二平面與該影像平面之間，且實質地傳播該紫外光，該第一視窗與該第二視窗係設置以維持成像對稱性。
本發明之另一概念係上述Wynn-Dyson成像系統更包含一空氣供應單元，設置以使空氣流經該影像平面與該第一視窗之間。
本發明之另一概念係上述第一視窗與第二視窗個別具有一厚度，所述厚度係在0.05mm至2mm之範圍間。
本發明之另一概念係上述Wynn-Dyson成像系統更包含一光罩、一晶圓與一發光系統。光罩具有一前側與一背側，且實質上設置於該物件平面。晶圓實質上設置於該影像平面。發光系統鄰設於該光罩之該背側且設置以以該紫外光照射該光罩以於該晶圓上形成該光罩之一影像，其中該光罩影像具有不大於0.25微米之一光學畸變。
本發明之另一概念係上述Wynn-Dyson成像系統中，第一稜鏡與第二稜鏡係以ULE®玻璃所製成。
本發明之另一概念係上述Wynn-Dyson成像系統中，第一視窗係設置於一散熱座上，散熱座用以移除來自第一視窗的熱。
本發明之另一概念係上述Wynn-Dyson成像系統中，第一視窗具有一外緣，散熱座係與第一視窗之外緣熱接觸。
本發明之另一概念係上述Wynn-Dyson成像系統中，第一視窗係以藍寶石製成。
本發明之一另一概念係一種減少Wynn-Dyson成像系統之影像畸變的方法，該Wynn-Dyson成像系統用以透過一紫外光照射該光罩而於一晶圓上成像。該方法包含設置 一第一視窗於該光罩與相鄰該光罩之一光罩稜鏡之間。第一視窗用以實質地阻隔波長在2微米至20微米之範圍間的紅外光輻射並且實質地傳播該紫外光。該方法也包含設置一第二視窗於該晶圓與相鄰該晶圓之一晶圓稜鏡之間，該第二視窗實質地傳播該紫外光。該方法也包含透過該Wynn-Dyson成像系統以該紫外光照射該光罩以形成該光罩之一影像於該晶圓上，該紫外光加熱該光罩至至少50℃而使該光罩發出對流熱與輻射熱。該方法更包含以該第一視窗阻隔一實質比例之對流熱與輻射熱，使得該晶圓上之該光罩之該影像相較於沒有使用該第一視窗與該第二視窗的情況下具有減少的影像畸變。
本發明之另一概念係上述方法中，該光罩與該相鄰晶圓稜鏡係以ULE®玻璃所製成。
本發明之另一概念係上述方法中，該第一視窗與該第二視窗個別以具有雙折射率之藍寶石所製成，且該第一視窗與該第二視窗彼此相對設置以實質地消除雙折射率所造成之成像效應。
本發明之另一概念係上述方法中，更包含使空氣流經該影像平面與該第一視窗之間，以移除來自該光罩與該第一視窗的熱。
本發明之另一概念係上述方法中，更包含固設該第一視窗於一散熱座，該散熱座用以移除來自該第一視窗的熱。
本發明之另一概念係上述方法中，該第一視窗 具有一外緣，該散熱座係與該第一視窗之該外緣熱接觸。
本發明之另一概念係一種減少Wynn-Dyson成像系統之影像畸變的方法，該Wynn-Dyson成像系統具有一主鏡片及一光學組件，該Wynn-Dyson成像系統用以透過一紫外光照射該光罩而於一晶圓上成像。該方法包含提供該光學組件，該光學組件具有以一超低熱膨脹(ULE®)玻璃所製成之一光罩稜鏡與一晶圓稜鏡。該方法也包含透過該Wynn-Dyson成像系統以該紫外光照射該光罩以於該晶圓上形成該光罩之一影像，該紫外光加熱該光罩至少至50℃而使該光罩發出對流熱與輻射熱。晶圓上之該光罩之該影像具有不大於0.5微米之一最大影像畸變。
本發明之另一概念係上述方法中，更包含設置一第一視窗於該光罩及相鄰於該光罩之一光罩稜鏡之間。第一視窗設置以實質地阻隔波長在2微米至20微米之範圍間的紅外光輻射並且實質地傳播該紫外光。該方法也包含設置一第二視窗於該晶圓與相鄰該晶圓之一晶圓稜鏡之間，該第二視窗實質地傳播該紫外光。該方法更包含以該第一視窗阻隔會抵達該光罩稜鏡之一實質比例之該對流熱與該輻射熱。
本發明之另一概念係上述方法中，該晶圓上之該光罩之該影像具有不大於0.25微米之一最大影像畸變。
本發明之另一概念係上述方法中，該第一視窗與該第二視窗係以藍寶石製成。
本發明之另一概念係上述方法中，該第一視窗 玉該第二視窗個別具有雙折射率，且該第一視窗與該第二視窗彼此旋轉地相對設置以減少雙折射率所造成之成像效應。
其餘特徵以及優點將於以下的書面說明中提出，且某種程度上對於所述技術領域中具有通常知識者而言，在其依據本發明之說明書、申請專利範圍與圖示而執行實施例之後，當可立即明瞭。應當理解的是，前述發明說明以及以下的實施方式純屬例示並意圖提供能夠了解申請專利範圍之特性的架構或綜合概述。
8‧‧‧傳統Wynn-Dyson成像系統
10‧‧‧凹面鏡
11‧‧‧UV光/紫外光
13‧‧‧鏡片組
13A‧‧‧彎月透鏡
13B‧‧‧平凸透鏡
13BP‧‧‧平面
13F‧‧‧前端
13R‧‧‧後端
14‧‧‧光軸
16‧‧‧光罩
16S‧‧‧前表面
16B‧‧‧背表面
17‧‧‧稜鏡
17a‧‧‧最接近面
17c‧‧‧角隅/尖端
18‧‧‧晶圓
18S‧‧‧表面
19‧‧‧稜鏡
20‧‧‧熱
20C‧‧‧對流熱
20R‧‧‧輻射熱
50‧‧‧光學組件
80‧‧‧調整後Wynn-Dyson成像系統
100‧‧‧稜鏡組
110R‧‧‧光罩稜鏡
110W‧‧‧晶圓稜鏡
112R‧‧‧角隅
114R‧‧‧角隅
116R‧‧‧角隅
122R‧‧‧表面
124R‧‧‧表面
126R‧‧‧表面
112W‧‧‧角隅
114W‧‧‧角隅
116W‧‧‧角隅
122W‧‧‧表面
124W‧‧‧表面
126W‧‧‧表面
150R‧‧‧第一視窗/阻隔紅外線視窗
152R‧‧‧第一表面
152W‧‧‧第一表面
154R‧‧‧第二表面
154W‧‧‧第二表面
150W‧‧‧第二視窗/阻隔紅外線視窗
155R‧‧‧外緣
155W‧‧‧外緣
160R‧‧‧散熱座
170‧‧‧氣流
172‧‧‧空氣供應系統
180‧‧‧照明系統
dR1‧‧‧距離
dR2‧‧‧距離
dW1‧‧‧距離
dW2‧‧‧距離
IP‧‧‧影像平面
OP‧‧‧物件平面
TR‧‧‧厚度
TW‧‧‧厚度
第1圖係一習知用於微影製程之一Wynn-Dyson成像系統的示意圖；第2圖係第1圖之習知Wynn-Dyson成像系統之光罩稜鏡與晶圓稜鏡的放大圖，其顯示來自被加熱之光罩的熱是如何加熱與其相鄰的稜鏡，而導致稜鏡的角落發生彎曲，進而致使影像平面上的光學扭曲；第3圖係一光學組件的放大圖，所述光學組件用以形成一調整後Wynn-Dyson成像系統，光學組件包含第一視窗與第二視窗個別地鄰設於該光罩稜鏡與該晶圓稜鏡，第一視窗係為阻隔紅外線的視窗；第4圖為一調整後Wynn-Dyson成像系統的示意圖，其包含第3圖之光學組件；第5A圖為一例示的阻隔紅外線視窗的俯視圖，第一(阻隔紅外線)視窗以其邊緣設置於一散熱座上以移除來自第一(阻隔紅外線)視窗的熱；第5B圖為第5A圖中之第一(阻隔紅外線)視窗與散熱座沿著5B-5B剖面線的剖面圖。
現在詳細參考本發明之目前較佳實施例，該等實施例之實例說明於隨附圖式中。在可能時，貫穿該等圖式使用相同參考數字及符號來指代相同或相似部分。
申請專利範圍被併入至此詳細描述內且構成此詳細描述之部分。
卡式座標軸係標示於部分圖中做為參考之用而非意圖限制本發明於特定方向或方位。
第3圖係一光學組件50的放大圖，所述光學組件適用於一Wynn-Dyson成像系統8以形成一調整後Wynn-Dyson成像系統。例示的調整後Wynn-Dyson成像系統80係如第4圖所示。光罩16具有一前表面16S以及一背表面16B，晶圓18具有一表面18S。光學組件50包含一稜鏡組100，稜鏡組100由稜鏡110R與稜鏡110W所組成，其中稜鏡110R靠近光罩16，稜鏡110W靠近晶圓18。稜鏡110R因此在此稱之為光罩稜鏡110R，稜鏡110W在此稱之為晶圓稜鏡110W。
光罩稜鏡110R包含三個角隅112R、114R與116R以及三個表面122R、124R與126R，其中表面122R面向光罩16。類似地，晶圓稜鏡110W三個角隅112W、114W與116W以及三個表面122W、124W與126W，其中表面122W面向晶圓18。光罩稜鏡110R與晶圓稜鏡110W係設置以使他們的角隅(頂點)116R與116W相靠近或者相接觸。光罩稜鏡110R的表面124R與晶圓稜鏡110W的表面124W係可於平凸透鏡 13B之平面13BP上相靠近或者相接觸，如第3圖之虛線所示。
第3圖也顯示一照明系統180，其相鄰於光罩16的背表面16B,其用以以紫外光11照射光罩，也如同前述般對光罩16加熱。
Wynn-Dyson成像系統的一個需求是光罩稜鏡110R與晶圓稜鏡110W係由高折射率之玻璃所製成，其在微影製程的工作波長下是透明的(例如365奈米)。所需的折射率取決於Wynn-Dyson成像系統所需的數值光圈NA。然而，對於很多的Wynn-Dyson成像系統的配置而言，大於1.4的數值光圈是需要的。因此，一例示的光學組件50的實施例中，光罩稜鏡110R與晶圓稜鏡110W係由玻璃所製成，所述玻璃具有a)非常低的熱膨脹係數(亦即超低熱膨脹係數或ULTE)，例如在5℃至35℃之間不大於1x10-7/℃，亦即不大於100ppb/℃；以及b)在微影製程所使用的紫外光波長下具有適當的折射率(例如365奈米)。
例示的ULTE玻璃係由矽酸鈦所製成，例如超低膨脹(ULE®)7292矽酸鈦玻璃，由康寧公司所販售。來自康寧的ULE®玻璃在相關的紫外光波長下係足夠透明，同時也具有一適當的折射率供Wynn-Dyson成像系統之光罩稜鏡110R與晶圓稜鏡W使用。ULE®玻璃在溫度5℃至35℃之範圍間具有+/- 30ppb/℃的熱膨脹係數。
阻隔紅外線視窗
在一範例中，光學組件50也包含一第一視窗與 150R，設置於光罩16與光罩稜鏡110R之間。光學組件50也包含一第二視窗150W，設置於晶圓18與晶圓稜鏡110W之間，因而可以維持成像對稱性。也就是說，物件平面OP至影像平面IP之間的光學路徑係相對光軸14呈對稱，第二視窗150W係設置以補償任何因為加入第一視窗150R所造成的成像像差(例如球面像差)。第一視窗150R與第二視窗150W必須在微影製程所適用的紫外光波長下有良好的穿透率。第一視窗150R與第二視窗150W個別具有厚度TR與TW。使第一視窗150R與第二視窗150W能維持良好成像對稱性的一個直接的方法係讓第一視窗150R與第二視窗150W具有相同的厚度且以相同材質製成。
在一範例中，第一視窗150R至少阻隔了波長在2微米至20微米之範圍間的紅外光，因此在此稱之為阻隔紅外線視窗150R。同樣在一範例中，第二視窗150W係與阻隔紅外線視窗150R實質相同，因而是最簡單的維持成像對稱性的方法。然而，第二視窗150W不需具有阻隔紅外線的特性，因而可以用不同於阻隔紅外線視窗150R的材質製成。在這種範例中，第二視窗150W可能必須具有不同的折射率以及與阻隔紅外線視窗150R之厚度TR不同的厚度TW，以維持成像對稱性。
在一範例中，阻隔紅外線視窗150係以藍寶石製成。藍寶石可傳播在多數微影製程工作的紫外光波長(例如365奈米)至大約5微米之範圍間之波長的光，且實質吸收波長大於5微米以上的輻射。被加熱的光罩16因為黑體輻射而 產生輻射熱20R，最大波長大約為10微米。因此，來自被加熱的光罩16之大多數的黑體輻射(亦即輻射熱20R)將被阻隔紅外線視窗150R所吸收，且實質上不會加熱鄰近的光罩稜鏡110R。
藍寶石也具有高導熱性。因此，在如第5A圖與第5B圖所繪示之一範例中，紅外線阻隔視窗150R可以熱連接於位於其外緣155R的散熱座，以移除被阻隔紅外線視窗150R所吸收的熱。第5A圖與第5B圖顯示阻隔紅外線視窗150R可操作地以其外緣155R被散熱座160R所支撐。在一範例中，散熱座160R係以導熱材料製成，例如銅、不銹鋼等。對流熱20C與輻射熱20R加熱阻隔紅外線視窗150R。只有一小部分的熱會穿過阻隔紅外線視窗150R。對流熱20C與輻射熱20R的組合構成阻隔紅外線視窗150R中的熱，而其中大部分的熱(例如對流熱21C)會經由散熱座160R所移除。
因為藍寶石基板比玻璃更容易導熱，相較於傳統Wynn-Dyson成像系統，流經阻隔紅外線視窗150R的氣流能夠更有效地移除對流熱120C。藍寶石的熱時間常數比較快；也就是說具有相對較高熱傳導率(例如藍寶石相對於熔融矽石)的阻隔紅外線視窗將冷卻地較快很多。其改善了空氣冷卻系統的時間反應。第3圖繪示了介於阻隔紅外線視窗150R與光罩16之間的氣流170。圖中所示的氣流170係來自空氣供應系統172。氣流170與散熱座160R的組合(見第5A圖與第5B圖)可有效地任移除任何從被加熱的光罩16傳導至阻隔紅外線視窗150R的熱20。阻隔紅外線視窗150R也保持 地比光罩16冷。結果，阻隔紅外線視窗150R實質上不會加熱光罩稜鏡110R。因此，藉由於被加熱的光罩16與光罩稜鏡110R之間提供一障礙，阻隔紅外線視窗150R實質消除來自對流熱20C與輻射熱20R所對光罩稜鏡110R造成的加熱現象。
藍寶石係為雙折射率材料，因此，當第一視窗150R係由藍寶石製成時，第二視窗150W也是以藍寶石製成，且其厚度TW=TR。此外，第一視窗150R與第二視窗150W係設置於光學組件50中(例如，旋轉地彼此相對)，因此第一視窗150R與第二視窗150W的e軸或o軸係彼此相對呈90度(相對於穿過調整後Wynn-Dyson成像系統80之光線的光學路徑所量測)。此種配置實質地或完全地去除因為雙折射率所造成之負面的成像效應。
在一範例中，厚度TR與TW係在0.05至2mm之範圍間。在阻隔紅外線視窗150R與阻隔紅外線視窗150W均係以藍寶石製成的範例中，厚度TR與TW二者必須足夠接近以使(厚度差異所致之)雙折射率效應可以忽略。藍寶石在365奈米下之e軸與o軸的折射率差異係大約0.008。為了維持波前品質比λ/8好，二阻隔紅外線視窗150R與150W之間的厚度差必須小於5.6微米。此限制對於波前品質僅需λ/4的情況，會增加到11微米。二阻隔紅外線視窗150R與150W的側面尺寸係足夠大，因此它們允許光線從整個物件平面OP與影像平面IP穿過。
在一範例中，阻隔紅外線視窗150R係為薄平板 的形式，具有相對的第一表面152R與第二表面154R、外緣155R以及厚度TR。類似地，阻隔紅外線視窗150W係為薄平板的形式，具有相對的第一表面152W與第二表面154W、外緣155W以及厚度TW=TR。阻隔紅外線視窗150R係與光罩相隔距離dR1，與光罩稜鏡110R的表面122R相隔距離dR2。類似地，阻隔紅外線視窗150W係與晶圓18相隔距離dW1，與晶圓稜鏡110W的表面122W相隔距離dW2。在一範例中，距離dR1與dW1係相等，且可在1mm至5mm之間變動。類似地，距離dR2與dW2係相等，且可在1mm至5mm之間變動。
需注意的是，在光學組件50的一個範例中包含阻隔紅外線視窗150R、阻隔紅外線視窗150W、以及傳統光罩稜鏡與晶圓稜鏡。光學組件50的另一範例中包含ULTE材質的稜鏡110R、稜鏡110W、阻隔紅外線視窗150R與150W。
第二視窗150W也可以用來減少或避免光學組件50汙染。在微影製程中，位於影像平面IP的晶圓18係被覆上一層光敏感材料稱之為光阻(圖中未示)。當光阻暴露於紫外輻射之下時，通常會釋放出氣體。釋放出的氣體蒸氣可能沉積於最接近晶圓18的光學元件上，在傳統Wynn-Dyson成像系統8前述光學元件係為晶圓稜鏡19(參照第1圖所示)。不幸地，晶圓稜鏡19並非是一種可以容易更換的元件。任何沉積在晶圓稜鏡19上的汙染都必須要週期性地以溶劑清洗。然而，許多汙染物在暴露於紫外輻射之後，並無法溶解於溶劑中。長時間下來，沉積的汙染物在靠近晶圓18的晶圓稜鏡 19的表面上形成薄且不均勻的吸收層。此汙染物會降低成像品質。
在如第4圖之調整後Wynn-Dyson成像系統80中，設置於晶圓18與晶圓稜鏡110W表面122W之間的第二視窗150W可以被設計成比晶圓稜鏡110W來得容易立即更換的元件。因此，當第二視窗150W上有汙染物，第二視窗150W可以從光學組件50中移除而被清洗或者以另一乾淨的視窗來替換。
在調整後Wynn-Dyson成像系統中採用阻隔紅外線視窗150R與150W必須讓光罩稜鏡110R與晶圓稜鏡110W製作的比傳統Wynn-Dyson成像系統中的更薄，以容置阻隔紅外線視窗150R與150W。然而，因為使用較薄的稜鏡110R與110W對Wynn-Dyson成像系統的光學性能所造成的影響，藉由使用標準光學設計最佳化技術，可以使其被最小化或者使其可以在微影製程應用中可接受。
在一範例中，即使使用阻隔紅外線視窗150R，光罩稜鏡110R也會被加熱到某種程度，雖然實質上小於沒有阻隔紅外線視窗之先前技術系統。然而，藉由同時使用ULTE光罩稜鏡110R，剩下來傳給光罩稜鏡110R(參照第5B圖)的熱不至於造成光罩稜鏡110R實質變形。
在先前之應用於微影製程中的Wynn-Dyson成像系統中，因為熱所導致的光學畸變很容易就超過1微米。調整後Wynn-Dyson成像系統80使用前述各種光學組件50之不同實施例，具有比先前技術之Wynn-Dyson成像系統更少的熱 畸變。在一範例中，調整後Wynn-Dyson成像系統80之最大影像畸變不大於0.5微米，在另一範例中係不大於0.25微米。
在一範例中，相較於傳統微影製程中使用的Wynn-Dyson成像系統8，影像畸變至少被減少兩倍。在另一範例中，相較於傳統微影製程中使用的Wynn-Dyson成像系統8，影像畸變至少被減少5倍。在另一範例中，相較於傳統微影製程中使用的Wynn-Dyson成像系統8，影像畸變至少被減少10倍。
在調整Wynn-Dyson成像系統之一範例中，因為阻隔紅外線視窗150R的緣故，傳到光罩稜鏡110R的熱被減少超過一半。也就是說，阻隔紅外線視窗150R阻隔超過一半來自被加熱的光罩16所發出之黑體輻射。
此外，例示的藍寶石阻隔紅外線視窗150R具有比傳統玻璃高十倍的熱傳導係數，因此可以被更有效率地冷卻。藍寶石阻隔紅外線視窗150R因此實質消除了光罩稜鏡110R上的熱，所述熱係來自被加熱的光罩16所產生的對流熱20C以及輻射熱20R。此外，ULTE光罩稜鏡110R與晶圓稜鏡110W的熱膨脹係數，比傳統Wynn-Dyson成像系統8中所採用的光罩稜鏡17與晶圓稜鏡19所使用的玻璃材料低了大約10倍。
因此，影像平面IP上的影像畸變被減少到製造誤差所造成的成像限制中，所述製造誤差主要是光罩稜鏡110R與晶圓稜鏡110W的表面126R與126W的表面平坦度，光罩稜鏡110R與晶圓稜鏡110W的表面126R與126W係作 為全反射(TIR)表面。這些表面的平坦度變異典型地係小於250奈米。
本發明的技術內容已經以實施例揭露如上，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。
11‧‧‧UV光/紫外光
13B‧‧‧平凸透鏡
13BP‧‧‧平面
14‧‧‧光軸
16‧‧‧光罩
16S‧‧‧前表面
16B‧‧‧背表面
18‧‧‧晶圓
18S‧‧‧表面
50‧‧‧光學組件
100‧‧‧稜鏡組
110R‧‧‧光罩稜鏡
110W‧‧‧晶圓稜鏡
112R‧‧‧角隅
114R‧‧‧角隅
116R‧‧‧角隅
122R‧‧‧表面
124R‧‧‧表面
126R‧‧‧表面
112W‧‧‧角隅
114W‧‧‧角隅
116W‧‧‧角隅
122W‧‧‧表面
124W‧‧‧表面
126W‧‧‧表面
150R‧‧‧第一視窗/阻隔紅外線視窗
150W‧‧‧第二視窗/阻隔紅外線視窗
152R‧‧‧第一表面
152W‧‧‧第一表面
154R‧‧‧第二表面
154W‧‧‧第二表面
155R‧‧‧外緣
155W‧‧‧外緣
170‧‧‧氣流
172‧‧‧空氣供應系統
180‧‧‧照明系統
dR1‧‧‧距離
dR2‧‧‧距離
dW1‧‧‧距離
dW2‧‧‧距離
TR‧‧‧厚度
TW‧‧‧厚度

Claims (19)

  1. 一種Wynn-Dyson成像系統，以一紫外光操作，沿著一光軸包含：一鏡片，具有一凹面；一光圈閘，位於該鏡片，定義該Wynn-Dyson成像系統之一數值光圈；一鏡片組，具有正折射率且具有一前端與一背端，該鏡片組鄰設於該鏡片且與該鏡片相間隔，該前端面向該鏡片；一第一稜鏡與一第二稜鏡，可操作地設置於該光軸之相對側且相鄰於該鏡片組之該背端，該第一稜鏡與該第二稜鏡個別具有一第一平面與一第二平面，該第一平面與該第二平面係分別鄰設於物件平面與影像平面；其中，該Wynn-Dyson成像系統更包含一特徵，該特徵選自下列其中一者：(a)該第一稜鏡與該第二稜鏡係由一玻璃材料製成，該玻璃材料具有一熱膨脹係數，該熱膨脹係數實質上不大於於100ppb/℃；及(b)該Wynn-Dyson成像系統更包含一第一視窗，可操作地設置在該第一稜鏡之該第一平面與該物件平面之間，且實質地傳播該紫外光與實質地阻隔波長在2微米至20微米之範圍間的紅外光輻射；該Wynn-Dyson成像系統也包含一第二視窗，可操作地設置在該第二稜鏡之該第二平面與該影像平面之間，且實質地傳播該紫外光，其中該第 一視窗與該第二視窗係設置以維持成像對稱性。
  2. 如請求項1所述之Wynn-Dyson成像系統，更包含一空氣供應單元，設置以使空氣流經該影像平面與該第一視窗之間。
  3. 如請求項1所述之Wynn-Dyson成像系統，其中該第一視窗與該第二視窗個別具有一厚度，該厚度係在0.05mm至2mm之範圍間。
  4. 如請求項1至3任一項所述之Wynn-Dyson成像系統，更包含：一光罩，具有一前側與一背側，且實質上設置於該物件平面；一晶圓，實質上設置於該影像平面；及一發光系統，鄰設於該光罩之該背側且設置以以該紫外光照射該光罩以於該晶圓上形成該光罩之一影像，其中該光罩影像具有一光學畸變，該光學畸變不大於0.25微米。
  5. 如請求項4所述之Wynn-Dyson成像系統，其中該第一稜鏡與該第二稜鏡係以ULE®玻璃所製成。
  6. 如請求項1至3任一項所述之Wynn-Dyson成像系統，其中該第一視窗係設置於一散熱座上，該散熱座用以移除來自該第一視窗的熱。
  7. 如請求項6所述之Wynn-Dyson成像系統，其中該第一視窗具有一外緣，該散熱座係與該第一視窗之該外緣熱接觸。
  8. 如請求項1至3任一項所述之Wynn-Dyson成像系統，其中該第一視窗係以藍寶石製成。
  9. 一種減少Wynn-Dyson成像系統之影像畸變的方法，該Wynn-Dyson成像系統用以透過一紫外光照射該光罩而於一晶圓上成像，該方法包含：設置一第一視窗於該光罩與相鄰該光罩之一光罩稜鏡之間，該第一視窗用以實質地阻隔波長在2微米至20微米之範圍間的紅外光輻射並且實質地傳播該紫外光；設置一第二視窗於該晶圓與相鄰該晶圓之一晶圓稜鏡之間，該第二視窗實質地傳播該紫外光；透過該Wynn-Dyson成像系統以該紫外光照射該光罩以形成該光罩之一影像於該晶圓上，該紫外光加熱該光罩至至少50℃而使該光罩發出對流熱與輻射熱；以該第一視窗阻隔一實質比例之對流熱與輻射熱，使得該晶圓上之該光罩之該影像相較於沒有使用該第一視窗與該第二視窗的情況下具有減少的影像畸變。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該光罩與相鄰該晶圓之該晶圓稜鏡係以ULE®玻璃所製成。
  11. 如請求項9所述之方法，其中該第一視窗與該第二視窗個別以具有雙折射率之藍寶石所製成，且該第一視窗與該第二視窗彼此相對設置以實質消除雙折射率所造成之成像效應。
  12. 如請求項9至11任一項所述之方法，更包含使空氣流經該影像平面與該第一視窗之間，以移除來自該光罩與該第一視窗的熱。
  13. 如請求項9至11任一項所述之方法，更包含固設該第一視窗於一散熱座，該散熱座用以移除來自該第一視窗的熱。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該第一視窗具有一外緣，該散熱座係與該第一視窗之該外緣熱接觸。
  15. 一種減少Wynn-Dyson成像系統之影像畸變的方法，該Wynn-Dyson成像系統具有一主鏡片及一光學組件，該Wynn-Dyson成像系統用以透過一紫外光照射該光罩而於一晶圓上成像，該方法包含：提供該光學組件，該光學組件具有以一超低熱膨脹(ULE®)玻璃所製成之一光罩稜鏡與一晶圓稜鏡；及透過該Wynn-Dyson成像系統以該紫外光照射該光罩以於該晶圓上形成該光罩之一影像，該紫外光加熱該光罩至少至50℃而使該光罩發出對流熱與輻射熱；其中該晶圓上之該光罩之該影像具有不大於0.5微米之一最大影像畸變。
  16. 如請求項15所述之方法，更包含：設置一第一視窗於該光罩及相鄰於該光罩之一光罩稜鏡之間，該第一視窗設置以實質地阻隔波長在2微米至20微米之範圍間的紅外光輻射並且實質地傳播該紫外光；設置一第二視窗於該晶圓與相鄰該晶圓之一晶圓稜鏡之間，該第二視窗實質地傳播該紫外光；及以該第一視窗阻隔會抵達該光罩稜鏡之一實質比例之該對流熱與該輻射熱。
  17. 如請求項15所述之方法，其中該晶圓上之該光罩之該影像具有不大於0.25微米之一最大影像畸變。
  18. 如請求項15至17任一項所述之方法，其中該第一視窗與該 第二視窗係以藍寶石製成。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該第一視窗與該第二視窗個別具有雙折射率，且該第一視窗與該第二視窗彼此旋轉地相對設置以減少雙折射率所造成之成像效應。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017151291A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-08 Applied Materials, Inc. Wire grid polarizer manufacturing method

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103989A (en) 1977-02-07 1978-08-01 Seymour Rosin Unit-power concentric optical systems
US4171870A (en) 1977-05-06 1979-10-23 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Compact image projection apparatus
CA1171555A (en) 1981-05-15 1984-07-24 Ronald S. Hershel Apparatus for projecting a series of images onto dies of a semiconductor wafer
US4391494A (en) 1981-05-15 1983-07-05 General Signal Corporation Apparatus for projecting a series of images onto dies of a semiconductor wafer
US4773748A (en) 1984-10-09 1988-09-27 Hughes Aircraft Company Dynamically controlled mirror for reduction of projected image distortion
JPS61278141A (ja) 1985-05-31 1986-12-09 Canon Inc 投影倍率調整方法
US5040882A (en) 1988-11-07 1991-08-20 General Signal Corporation Unit magnification optical system with improved reflective reticle
US4964705A (en) 1988-11-07 1990-10-23 General Signal Corporation Unit magnification optical system
US5031977A (en) 1989-12-27 1991-07-16 General Signal Corporation Deep ultraviolet (UV) lens for use in a photolighography system
US5161062A (en) 1991-07-11 1992-11-03 General Signal Corporation Optical projection system including a refractive lens assembly having a gap between constituent lenses
JP2884947B2 (ja) * 1992-10-01 1999-04-19 株式会社ニコン 投影露光装置、露光方法および半導体集積回路の製造方法
US6404482B1 (en) 1992-10-01 2002-06-11 Nikon Corporation Projection exposure method and apparatus
US5559629A (en) 1994-08-19 1996-09-24 Tamarack Scientific Co., Inc. Unit magnification projection system and method
US5557469A (en) * 1994-10-28 1996-09-17 Ultratech Stepper, Inc. Beamsplitter in single fold optical system and optical variable magnification method and system
JPH08211294A (ja) 1995-02-02 1996-08-20 Nikon Corp 投影露光装置
US5739964A (en) 1995-03-22 1998-04-14 Etec Systems, Inc. Magnification correction for small field scanning
US5757469A (en) 1995-03-22 1998-05-26 Etec Systems, Inc. Scanning lithography system haing double pass Wynne-Dyson optics
US6341006B1 (en) * 1995-04-07 2002-01-22 Nikon Corporation Projection exposure apparatus
JP4181647B2 (ja) 1997-04-15 2008-11-19 キヤノン株式会社 露光方法
US6522386B1 (en) 1997-07-24 2003-02-18 Nikon Corporation Exposure apparatus having projection optical system with aberration correction element
US6560000B2 (en) 2000-11-20 2003-05-06 Jds Uniphase Inc. Wavelength-dependent optical signal processing using an angle-to-offset module
AU2002257187A1 (en) 2001-04-23 2002-11-05 Dee E. Willden Lensless laser focusing device
US20030235682A1 (en) 2002-06-21 2003-12-25 Sogard Michael R. Method and device for controlling thermal distortion in elements of a lithography system
US6879383B2 (en) 2002-12-27 2005-04-12 Ultratech, Inc. Large-field unit-magnification projection system
US6813098B2 (en) 2003-01-02 2004-11-02 Ultratech, Inc. Variable numerical aperture large-field unit-magnification projection system
US6809888B1 (en) * 2003-04-16 2004-10-26 Ultratech, Inc. Apparatus and methods for thermal reduction of optical distortion
US6863403B2 (en) 2003-05-27 2005-03-08 Ultratech, Inc. Deep ultraviolet unit-magnification projection optical system and projection exposure apparatus
US7148953B2 (en) 2004-11-01 2006-12-12 Ultratech, Inc. Apochromatic unit-magnification projection optical system
US7830493B2 (en) * 2005-10-04 2010-11-09 Asml Netherlands B.V. System and method for compensating for radiation induced thermal distortions in a substrate or projection system
US20070127144A1 (en) * 2005-12-06 2007-06-07 Eastman Kodak Company Optical film and frame with high resistance to thermal distortion
US7804582B2 (en) * 2006-07-28 2010-09-28 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus, method of calibrating a lithographic apparatus and device manufacturing method
JP2011107264A (ja) 2009-11-13 2011-06-02 Harison Toshiba Lighting Corp 紫外線照射装置
DE112011104636B4 (de) * 2010-12-28 2023-12-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Licht abstrahlende Baugruppe, Licht abstrahlende Vorrichtung, Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Licht abstrahlenden Baugruppe
US8830590B2 (en) * 2012-05-30 2014-09-09 Ultratech, Inc. Unit magnification large-format catadioptric lens for microlithography
US9341752B2 (en) * 2012-11-07 2016-05-17 Asml Netherlands B.V. Viewport protector for an extreme ultraviolet light source

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