TW201830146A - 用於光微影曝光系統的光源佈置及光微影曝光系統 - Google Patents

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Abstract

一種用於光微影曝光系統(10)的光源佈置(12)，其包括不同波長的至少三個光源(18、20、22)以及分束單元(16)，分束單元包括至少三個輸入、一個輸出及至少兩個反射面。輸入被分配給每一個光源(18、20、22)及每一個反射面。反射面將從被分配到其對應的輸入之光源(20、22)所發出的光反射到輸出中。三個光源(18、20、22)被佈置在繞著分束單元(16)的三個不同的側上。
此外，顯示出光微影曝光系統(10)。

Description

用於光微影曝光系統的光源佈置及光微影曝光系統
本發明關於一種用於光微影曝光系統的光源佈置，以及關於一種光微影曝光系統。
光微影曝光系統通常包括光源及光學件，光學件將由光源所產生的光反射到光罩及要被以盡可能均勻的強度曝光的晶圓上，藉由此光微影曝光系統，沉積在晶圓上的光阻劑以光微影方法被曝光。
此外，光微影曝光系統現在傾向於以更為緊湊的方式來設計。因此，多個LED可被使用來作為光源，取代傳統上所使用之較大的氣體放電燈(gas discharge lamp)。然而，來自發光二極體(LED)的光通量明顯地低於氣體放電燈的光通量，因此，需要複數個LED來達成相當的照明強度。這再次導致了較大的LED佈置，因此，自由空間將會因為LED而減少。
本發明的目的在於提供一種光源佈置及光微影曝光系統，其僅需要小的佔據區域並同時提供高的照明強度。
此目的藉由用於光微影曝光系統的光源佈置來達成，光源佈置包括具有不同波長的至少三個光源以及分束單元，分束單元包括至少三個輸入、一個輸出及至少兩個反射面，其中，輸入被分配給每一個光源及每一個反射面，其中，反射面將由被分配到其對應的輸入之光源所發出的光反射到輸出中，且其中，三個光源被佈置在繞著分束單元的三個不同的側上。在本文中，這些輸入可被分配給其光軸不同於輸出的光軸之反射面。在本文中，“不同波長”表示不同的波長之間的差異為至少20奈米。
本發明所根據的見解為，不必藉由LED產生氣體放電燈的完整發射光譜(emission spectrum)，而是使LED發出所使用的光阻劑已適應(亦即，使光阻劑曝光)的波長的光為完全足夠的。LED當然不會發出一個波長的單色光(monochromatic light)，而是發出在在中心波長附近的一些奈米帶中具有高斯分佈(Gaussian distribution)的光。然而，為了易於理解，詞語“波長”將在下文中被使用來表示對應光譜的中心波長。接著，可藉由分束單元來加入三個不同的LED光譜的強度。因此，可在相關波長範圍中達成相當於氣體放電燈的照明強度之照明強度。
具有三個輸入及一個輸出的分束單元指得是這類型的 光學組件，藉由這光學組件，來自三個光源的光可被相互結合並在相同方向上輸出。例如，對於光譜無選擇性的分束板包括兩個輸入及兩個輸出。
較佳地，光源發出波長小於500奈米的光，尤其是波長小於450奈米的光，因此，光源佈置可與習知的光阻劑一起使用。
例如，光的波長對應到汞汽燈(mercury vapor lamp)的發射光譜的i線、h線或g線的至少一光源，因此，汞汽燈的有效光譜被模擬。i線對應到約365奈米的波長，h線對應到約405奈米的波長，且g線對應到約436奈米的波長。
當然，可使用具有其它波長的LED，尤其是UV範圍內的波長。然而，LED的波長必須彼此間隔足夠遠，因此，反射面僅分別反射個別LED的光或使其能夠通過。LED的波長及反射面的選擇取決於要被曝光的光阻劑等等。
在本發明的一個實施例中，光源包括一個或多個LED及/或LED陣列。此方式可提供節省空間且高效率的光源。在本文中，獨立的準直器可被分配給每一個LED，或者完整的準直光學件被提供給光源的所有LED。
在本發明的例示性實施例中，分束單元包括兩個分束板，其被佈置為相互垂直，且其與光源的光軸形成一角度，尤其是約45度，因此，能夠以簡單的方式達成具有三個輸入及一個輸出的分束單元。
較佳地，每一個分束板的至少一表面形成分束單元的 反射面，其中，此表面係面向或相反於對應的輸入及輸出，使得其光軸不同於輸出的光軸之輸入被分配給反射面。
例如，此表面設有波長選擇、反射塗層，其反射對應的光源的光達到至少50%，較佳地達到至少75%，更佳地達到至少90%，且其對於從其它光源所發出的光為基本上透明的。藉由波長選擇、反射塗層的方式，能夠將任何光源的光反射到輸出中，而不會顯著地影響到由分束單元所透射之剩餘光源的強度。在本文中，剩餘光源的光強度之損耗量取決於用於剩餘光源的光之個別波長的分束板的透射度。
在一個實施例變型中，分束單元由X立方體所形成，因此，可達成高品質的表現。
例如，分束單元由四個稜鏡的佈置所形成，其允許降低吸收損耗(absorption loss)。
較佳地，完整的佈置具有矩形截面。佈置因此為較容易處理的。
稜鏡的表面可設有波長選擇、反射塗層，其進一步地增強曝光品質。
在本發明的一個實施例中，相對的輸入之光軸為同軸的，及/或輸出的光軸及與其相對的輸入的光軸為同軸的，這確保分束單元之特別緊湊的設計。
此外，本發明的目的藉由包括所述的光源佈置之光微影曝光系統而被解決。
較佳地，光微影曝光系統包括集成光學件，其被佈置在分束單元的輸出側上，由於僅需要一個集成光學件的事實，實現了光微影曝光系統之緊湊及具成本效益的製造。
例如，光微影曝光系統可包括至少三個集成光學件，其分別被佈置在分束單元及光源中的一者之間，其中，可達成關於光微影曝光系統的照明強度之甚至更高的效率。
10‧‧‧曝光系統
12‧‧‧光源佈置
14‧‧‧光學件
16‧‧‧分束單元
17‧‧‧集成光學件
17.1‧‧‧集成光學件
17.2‧‧‧集成光學件
17.3‧‧‧集成光學件
18‧‧‧光源
20‧‧‧光源
22‧‧‧光源
24‧‧‧LED
26‧‧‧非球面體
28‧‧‧分束板
30‧‧‧分束板
A‧‧‧輸出
E18‧‧‧輸入
E20‧‧‧輸入
E22‧‧‧輸入
R20‧‧‧反射面
R22‧‧‧反射面
本發明的更多特徵及優點將在以下的說明中及將被參照的所附圖式變得清楚。在圖式中，圖1顯示根據本發明的光微影曝光系統的部分示意圖，圖2顯示根據本發明的光源佈置的示意圖，圖3a到3c顯示根據圖2的光源佈置之不同的光源的光路徑(optical path)，以及圖4顯示根據本發明的光微影曝光系統的第二實施例之部分示意圖。
在圖1中，以部分示意的方式顯示出曝光系統10，其包括光源佈置12及光學件14(在此表示為光學件14的第一部件)。曝光系統10為光微影曝光系統。
在圖2中，光源佈置12及光學件14的輸入元件以放大的方式被顯示。
光源佈置12包括分束單元16和集成光學件17，集成光學件17被佈置在分束單元及光學件14之間，且因此被定位在分束單元16的輸出側上。
此外，光源佈置12包括三個光源18、20、22，其被佈置在繞著分束單元16之三個不同的側上。
在所顯示的例示性實施例中，光源18、20、22包括複數個LED 24，其被佈置為LED陣列。獨立的準直器可被分配給每一個LED 24，其在此為，例如，非球面體26，其使從LED 24發出的光準直為射線的近乎平行的光束。
當然，同樣可能的是準直光學件，其分別將用於光源18、20、22的完整光準直。
單一個LED 24的被準直的光束形成個別光源18、20、22的光束，其中，此光束的中間軸被視為是光源18、20、22的光軸。
光源20及22被佈置在分束單元16的相對側上，且被定向為分別朝向分束單元16，亦即，由其所發出的光被傳播朝向分束單元16。在所顯示的實施例中，光源20及22的光軸為同軸的。
例如，光源18的多個LED發出大約405奈米的波長的光，其相當於汞汽燈的發射光譜的h線，光源20的多個LED 24發出大約365奈米的波長的光，其相當於i線，且光源22的多個LED 24發出大約436奈米的波長的光，其相當於g線。
分束單元16包括兩個分束板28及30，其被佈置為相互 垂直，且其分別與光源18、20、22的光軸形成一角度。在所顯示的例示性實施例中，此為45度的角度。
分束板28及30可因此以其形成當從上方的上視圖中觀看時的X的方式被佈置在光軸之間所界定的平面上，如圖2及圖3a到3c所示。
因此，四個V形部分被形成在分束板28及30之間，其分別朝向光源18、20、22中的一者或朝向光學件14開放。
朝向光源18、20、22開啟的分束單元16的部分形成輸入E18、E20或E22，其分別被分配給光源18、20或22中的一者。面向光學件14的部分形成分束單元16的輸出A。
輸入E18、E20或E22的光軸同軸於被分配到其的光源18、20或22的光軸。輸出A的光軸與光學件14的光軸同軸。
此外，在所顯示的實施例中，彼此相對的輸入E20及E22的光軸為同軸的。此外，輸出A的光軸及相對於此輸出的輸入E18的光軸為同軸的。
分束板28及30各包括反射面R20或R22。在此處，反射面R20被分配給輸入E20以及因此被分配給光源20，且反射面R22被分配給輸入E22及光源22。
在本文中，例如，反射面R20、R22由將塗層設置在分束板28、30的表面上所形成，其反射特定波長的光達到至少50%，較佳地達到至少75%，且更佳地達到至少90%。然而，反射面對於不同於此波長的光為基本上透明的。
波長選擇、反射塗層分別被設置於每一個分束板28、 30的一個表面上。
在所顯示的實施例中，波長選擇、反射塗層被設置在分束板28或30之面向關聯的輸入E20或E22(及因此關聯的對應光源20或22)及輸出A兩者的表面上。此等表面接著形成反射面R20及R22。
同樣能夠設想到的是，波長選擇、反射塗層被沉積在表面上，此表面相對於關聯的輸入(及因此而關聯的對應光源)及輸出兩者，且此表面因此形成反射面。
為了使分束板28及其塗層與另一者之所欲的反射及透射程度相對齊，分束板28的反射面R20被實踐為高通濾波器(high-pass filter)，且分束板30的反射面R22被實踐為低通濾波器(low-pass filter)，其中，反射面R20、R22兩者透射光源18的光。
反射面R20因此反射光源20的光，且其對於光源18及22的光為幾乎透明的。相反地，反射面R22反射光源22的光，且其對於光源18及20的光為幾乎透明的。
當操作光源佈置時，由單一個LED 24所發出的光藉由非球體26的方式來準直，並經由輸入E18、E20、E22中的一者傳播到分束單元16。
經由輸入E18來自光源18的光被幾乎完全地透射，並通過輸出A(參見圖3a)。
經由輸入E20及E22而來的光被由反射面R20或R22反射朝向輸出A，如圖3b或3b中指示的光束路徑所示。
最後，在輸出A中，三個光源18、20、23的光被疊 加，因此，三個顏色的光(亦即，三個不同波長的光)離開分束單元16。
接著，光在其到達光學件14的第一元件之前通過集成光學件17，且最終遭遇要被曝光的光阻劑(未顯示)。
接下來，光阻劑吸收其已適應的波長的光，在本例示性實施例中為包含365奈米、405奈米或436奈米的波長的光。
在圖4中，顯示曝光系統10的第二實施例。其基本上相當於第一實施例中的一者，其中，相同以及功能上相同的零件被賦予相同的標號。
相對於根據圖1的實施例之曝光系統的不同之處在於，集成光學件沒有被設置在分束單元16及光學件14之間，而是提供三個不同的集成光學件17.1、17.2及17.3。
此等集成光學件17.1、17.2及17.3分別被佈置在光源18、20及22中的一者與分束單元16之間。
亦能夠設想的是，以一個或兩個光源來延伸光源佈置。有關於圖式的繪圖平面，光源接著在繪圖平面外被佈置在分束單元16的下方或上方。在此情況下，分束單元16亦進一步包括分束板，其同樣地將額外光源的光反射到輸出A中。分束單元16的功能對應到第一實施例的分束單元的功能，但其包括五個輸入及一個輸出。
當然亦能夠設想的是，分束單元16由X立方體所形成。X立方體為四個稜鏡的佈置，例如，其以完整佈置具有矩形截面的方式來配置。當然，對應到分束板的表面， 稜鏡的表面必須設有波長選擇、反射塗層。
當然亦能夠設想的是，使用具有不同於上述波長的波長之多個LED。然而，多個LED的波長必須彼此間隔足夠遠，因此，每一個分束板或分束板的塗層僅分別反射一個LED的光。

Claims (15)

  1. 一種用於光微影曝光系統的光源佈置，其具有不同波長的至少三個光源(18、20、22)以及分束單元(16)，該分束單元(16)包括至少三個輸入(E 18、E 20、E 22)、一輸出(A)及至少兩個反射面(R 20、R 22)，其中，輸入(E 18、E 20、E 22)被分配給每一個光源(18、20、22)及每一個反射面(R 20、R 22)，其中，該反射面(R 20、R 22)將從被分配到其對應的該輸入(E 20、E 22)之該光源(20、22)所發出的光反射到該輸出(A)中，且其中，該三個光源(18、20、22)被佈置在繞著該分束單元(16)的三個不同的側上。
  2. 如申請專利範圍第1項之光源佈置，其中，該等光源(18、20、22)發出具有小於500奈米的波長的光，尤其是小於450奈米的波長的光。
  3. 如申請專利範圍第1項之光源佈置，其中，該等光源(18、20、22)中的至少一者的波長對應到汞汽燈的發射光譜之i線、h線或g線。
  4. 如申請專利範圍第1項之光源佈置，其中，該等光源(18、20、22)包括一或多個LED及/或LED陣列。
  5. 如申請專利範圍第1項之光源佈置，其中，該分束單元(16)包括兩個分束板(28、30)，其被佈置為相互垂直並與該等光源(18、20、22)的光軸形成一角度，尤其是約45度。
  6. 如申請專利範圍第5項之光源佈置，其中，每一個分束板(28、30)的至少一表面形成該分束單元(16)的反射面(R 20、R 22)，其中，該表面係面向或相反於該對應的輸入(E 20、E 22)及該輸出(A)。
  7. 如申請專利範圍第5項之光源佈置，其中，該表面設有波長選擇、反射塗層，其反射該對應的光源(20、22)的光達到至少50%，較佳地達到至少75%，更佳地達到至少90%，且其對於從其它的該等光源(18、20、22)所發出的光為基本上透明的。
  8. 如申請專利範圍第1項之光源佈置，其中，該分束單元(16)由X立方體所形成。
  9. 如申請專利範圍第1項之光源佈置，其中，該分束單元(16)由四個稜鏡的佈置所形成。
  10. 如申請專利範圍第9項之光源佈置，其中，該等稜鏡以整體佈置具有矩形截面的方式來配置。
  11. 如申請專利範圍第9項之光源佈置，其中，該等稜鏡的表面設有波長選擇、反射塗層。
  12. 如申請專利範圍第1項之光源佈置，其中，相對的輸入(E 20、E 22)之光軸為同軸的，及/或該輸出(A)的光軸及相對於該輸出的該輸入(E 16)的光軸為同軸的。
  13. 一種光微影曝光系統，其包括如申請專利範圍第1項之光源佈置(12)。
  14. 如申請專利範圍第13項之光微影曝光系統，其中，該光微影曝光系統(10)包括集成光學件(17)，該集成光學件(17)被佈置在該分束單元(16)的該輸出側上。
  15. 如申請專利範圍第13項之光微影曝光系統，其中，該光微影曝光系統(10)包括至少三個集成光學件(17.1、17.2、17.3)，該至少三個集成光學件分別被佈置在該分束單元(16)與該等光源(18、20、22)中的一者之間。
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