經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ________B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明有關照明系統，曝光設備及裝置製法。尤其， 本發明有關之照明系統’曝光設備及裝置製法中，使用準 分子雷射爲光源以發出紫外線，並均勻照明晶圓表面或光 柵表面，而形成電路圖案之細微圖案。 就半導體晶片製程中，不同光罩上形成之細微圖案依 序轉栘並疊至晶圓面上。爲此，曝光設備之照明系統照明 置於晶圓面上光學搭配位置之光罩或光柵，故光罩圖案經 投射鏡投射轉移至晶圚面。 轉移至晶圓之影像品質大幅，受照明系統性能影.響，如 光罩面或晶圓面上亮度分佈均勻性。 日本公開專利申請案公開號9 1 3 / 1 9 8 9， 295216/11989，271718/1989， 或4 8 6 2 7/ 1 9 9 0揭示之照明系統中，利用內反射 式整合器及波前分離式整合器改進亮度分佈均勻性。 圖13爲使用內反射式整合器及波前分離式整合器之 照明系統部分示意圖。 圖1 3中，雷射光源1 0 1發射之雷射光由靠近一光 學管（內反射式整合器）1 1 0之入光面位置之透鏡系統 1 0 7 —次匯聚，再予以散聚，故以相對光學管1 1 0內 反射面界定之散聚角進入光學管1 1 0。 散聚入射於光學管1 0之雷射束於內進行並由其內面 反射。因此光學管1 1 0可形成多數虛像於垂直光軸之平 面（如平面1 1 3 )，上與雷射光源0 1有關。 I-7--,I-:-^)-¾II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 踩 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公麓） -4 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) 光學管1 1 0之出光面1 1 0 /上，多數雷射光湧出 如來自虛像，即由多數假光源射出而彼此重疊。結果，具 均勻光強度分佈之光源乃界定於光學管1 1 0之出光面 1 1 0 / 上。 利用聚焦透鏡1 0 5，光圈止件1 1 1及場透鏡 1 1 2，光學管1 10之出光面1 1 0 /與螢眼透鏡（波前 分離式整合器）之入光面1 0 6彼此成光學搭配關係放置。 因此，出光面1 1 〇 /具均勻強度分佈之表面光源成像於 螢眼透鏡之入光面1 0 6上。結果，具均勻截面強度分佈 之光進入螢眼透鏡。螢眼透鏡可界定多數光源（二次光源）於 其出光面。來自二次光源之光束被聚焦透鏡（未示）依序重疊 於光柵（未示）表面上。因此光柵圖案整體受均勻強度照明。 圖1 3照明系統具一光圏止件，其置於螢眼透鏡正後 方並具固定形狀並固定直徑。因此照明系統之數値光圈（二 次光源大小）固定，即使爲光柵最小圖案，照明狀態不變。 此外，就圖1 3照明系統，若雷射光源1 〇 1包含之 光源（如某種準分子雷射）中雷射束L Β路徑於光軸A X之垂 直方向偏移，光徑細小改變可能引起光量L F強度分佈改 變，影響螢眼透鏡入光面上分別點1 〇 6。此結果改變光 概上亮度分佈。 發明槪述 本發明第一目的提供內反射式光學整合器及波前分離 式光學整合器，其中照明狀態可改變。 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS ).Α4規格（210X297公釐） -5- —^---；----本— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 1 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 根據此特性之照明系統可包含一可變放大率取像光學 系統置於波前分離式光學整合器正前方。然而若取像放大 率改變，光量L F之開角N A改變。尤其，當放大率減少 ’光量開角N A變大，過分超過照明系統允許之範圍。如 此，進入透鏡元件一部分光於透鏡二件內擋往，故一些光 不會射向所欲範圍（方向），如此引起照明光柵之光量減少。 本發明第二目的提供具波前分離式光學整合器之照明 系統，其中實質防止照明光罩或光柵之光量減少（不論此系 統是否配備內反射式光學整合器）。 本發明第三目的提供具內反射式光學整合器及波前分 離式光學整合器‘’之照明系統，其中即使光源之光徑偏移， 受照明表面之亮度分佈不變。 根據本發明達成第一目的之特性，提供之照明系統包 含：內反射式第一光學整合器，以其內面反射至少一部分 接收光並界定一表面光源於其出光面處或附近；波前分離 式第二光學整合器供分離接收光之波前並界定多數光源於 其出光面處或附近；一取像光學系統供取像表面光源於第 二光學整合器之入光面處或附近；及一收集光學系統供依 序重疊體來自多數光源之光線於受照明表面；其中取像光 學系統具可變取像放大率。 ' 根據本發明達到第二目的之另一特性，提供之照明系 統包含：一波前分離式光學整合器供分離接收光之波前並 界定多數光源於其出光面處或附近；一光投射光學系統供 投射光源之光至光學整合器之入光面，及一收集光學系統 ! ,--—，--^--衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-° 本紙張尺度適用中國國家標準（〇阳）八4規輅（210父297公漦） 經漭部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7 五、發明説明（4 ) 依序重疊多數光源之光線於受照明表面上，其中光投射光 學系統之焦距可變，使光學.整合器入光面上來自光源之光 大小及強度分佈至少之一改變；且其中光投射光學系統以 焦距改變可修正射於波前分離式光學整合器上之光開角改 變 〇 根據本發明達成第二目的之另一特性，提供之照明系 統包含：波前分離式第一光學整合器，供分離接收光之波 前並界定多數光源於其出光面處或附近；內反射式第二光 學整合器，以其內面反射至少一部分接收光並界定均勻強 度分佈之表面光源；波前分離式第三光學整合器供界定多 數光源於其出光面處或附近；第一取像光學系統供取像由 第一光學整合器界定之光源於第二光學整合器之入光面上 或附近；第二取像光學系統供取像由第二光學整合器界定 之表面光源於第三光學整合器之入光面上或附近；及一收 集光學系統依序重疊由第三光學整合器界定之光源之光線 於受照明表面。 根據本發明可提供含上述照明系統之曝光設備或裝置 製法。曝光設備可爲階段重複式縮小投射曝光設備或階段 掃描式投射曝光設備，其解析度大於0·5微米。以此曝 光設備製造之裝置可爲半導體晶片，如L S I ，或VL S I ，C C D，磁性感應器或液晶裝置。. 參考附圖由以下實施例詳述可了解本發明以上及其他 目的一特性及優點。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·
、1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____ B7 五、發明説明（5 ) 圖式簡要說明 圖1爲本發明照明系統第一例示意圖。 圖2 A及2 B分別爲上例發射角保持光學元件之示意 圖。 圖4 A及3 B分別說明交換.潑射角保持元件。 圖4說明.內反射矣光學整合器之功能。 .圖5圖1至4例內反射式光學整合器所界定虛像說明 圖。 圖6爲本發明曝光設備第一例，其中結合圖丄照明系 統。 圖7A及7B爲本發堪，照J月系，統第二例，其結構適合 小σ狀態。 -圖8Α及8Β爲本發明照明系統第二例，其結構適合 大σ狀態。 圖9爲圖7Α — 8 B jsjf用式光學整合器界定之 虛像群說明圖。 響1 0爲本發明曝光設備第二例’，其中結合掘7 A -8 B之照明系統。 圖1 1爲裝置製程，其中本發'明第一及第二谓曝光設 備應用於晶圓程序。 圖1 2爲晶圓程序之流程，其中本發明第一例及第二 例曝光設備應用於曝光步驟。 圖1 3爲習知照明系統。 (請先閱讀背面之注意事項再填筠本頁) 裝· 訂 •Λ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公f ) -8- 五、發明説明（6 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 主要元件對照 1 雷射光.源 2 發射角保持光學元件 3 聚焦光學系統 4 混光機構 5 聚焦光學系統 7 光束產生機構 8 聚焦光學系統 9 物件 4 / 出光面 7 ^ 入光面 7 〃 出光面 2 1 光圈件 2 2 透鏡系統 2 7 光 2 3 小透鏡 2 8 光 4 光學整合器 7 光學整合器 5 1 小透鏡 9 1 修束光學系統 9 2 失聚轉換光學系統 9 3 投射光學系統 9 4 晶圓 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨裝· 、-=a 'k 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規掊（210X297公釐） -9- A7 B7 五、發明説明（7 ) 2 〇 a 發射角保持光學元件 發射角保持光學元件 內反射式光學整合器 出光面 波前分離式光學整合器 入光面. 入光面_ 長度 長度 止件 小透鏡 較佳實施例說明 圖1爲本發明第一例，應用於階段重複式或階段掃描 式投射曝光設備之照明系統，以製造裝置和半導體晶片（如 LS I或VLS I)，CC，磁性感應器及液晶裝置。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 2 0 b 4 0 4 0 -7 0 7 0-7 0〃 2 0 〇 y 2 0 0 z 2 1 2 2 0 —^1 - . - - I - - II _- m·^^/ 1 -I II (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) i k 圖1以1表示雷射光源，如A r F準分子雷射（波長約 1 9 3 nm)或K r F準分子雷射（波長約2 4 8 nm)。2 爲一發射角保持光學元件，其可不論入射光改變而保持發 射光之發射角（散聚或匯聚角）不變。3爲聚焦或收集光學系 統，4爲混光機構。5爲變焦光學系統’ 7爲多重通量光 束產生機構。8爲另一聚焦光學系統’ 9爲受照明物，如 其上形成裝置圖案之光罩或光柵。A X爲照明系統之光軸 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公t )
I A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 _______.____—五、發明説明（8 ) 基本上聚焦光學系統8及變進光學系統包含多數透鏡 兀件。有時其具至少一鏡以偏折光徑，有時這些光學組件 分別包含單一透鏡元件。 利用驅動機構（未示）’變進光學系統5之預定透鏡元件 可沿光軸A X移動。藉以預定關係沿光軸方向移動透鏡元 件’改變焦距及取像放大率，而取像面固定。 混光機構4包含單一光學管或一束光學管。光學管可 爲多角稜形或多角金字塔形實心玻璃桿，其頂削去，爲玻 璃材料（如石英），對雷射光源1之雷射束透射性高。反之， 光學管可含如萬花茼之中空光學元件，以三以上平鏡置成 圓柱形而成，其反射面相反。此中空光學元件可具多角稜 形成多角金字塔外形，其頂削去。 光學管側面處反射面（即玻璃桿與空氣之界面，若中空 光學元件則爲內反射面），具高反射率。混光機構4功能如 :其增生接收光，而至少一部分接收光由側面反射面反射 ，接收光線彼此混合，故出光面4 /處或附近形成均勻強 度分佈之表面光源。本說明書中，混光機構4或功能相同 者均稱爲內反射式整合器。 多重通量光產生機構7包含真許多小透鏡之螢眼透鏡 ，如雙凸透鏡或一束光纖。其可分離入射於入光面7 /上 之接收光波前成多數部分並形成由多數點光源構成之表面 光源（光）於其出光面7 〃處或附近。來自多數點光源之光線 利用聚焦光學系統8依序重疊’故均勻強度分佈之表面光 源（光）產生於預定平面上。本說明書中’多重通量光產生機 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、1 i i 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規梢（2丨0X297公潑） -11 - A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 _____B7 _____ 五、發明説明（9 ) 構7或具相同功能之機構稱爲波前分離式光學整合器。 雷射光源1發射之雷射光經過含鏡或中繼透鏡（未示）之 光指引沈積，並進入發射角保持光學元件2。如圖2 A可 見，發射角保持光學元件2包含一光圈件2 1及一透鏡件 曝光設備系統2 2。就發射角保持光學元件之功能，即使 投射光於一定範圍內.偏移，於垂直或實質垂直光軸A X之 边向，即使由光2 7狀態（圖2 A )變至光2 8狀態，發射角 保持光學元件1 2發射之光之發射角（開角）ε保持固定。 可由螢眼透鏡結構提供發射角保持光學元件1 2，如 圖2 Β所示其包含多數小透鏡2 3。如此，發射角e取決 於小透鏡之形狀。就圖2 Β所示光學元件2，即使投射光 於垂直光軸Α Χ方向之一定範圍內偏移，故由光2 7狀態 變成光2 8狀態，自發射角保持光學元件2發射之光之發 射角（開角）ε保持固定。注意可用螢眼透鏡以外之波前分離 式光學整合器發射角保持光學元件2。 由發射角保持光學元件2 (若使用螢眼透鏡其包含多重 適量光）發出具發射角ε之光由聚焦光學系統3 —次匯聚於 內反射式光學整合器前一位置。然後以散聚狀態進入內反 射式光學整合器4。射於內反射式光學整合器4之散聚光 束由其通過並由內反射面多重反射，而雷射光源1(顯明光 源影像）之多數虛像界定於與光軸A X垂直之平面上。因此 ’內反射式光學整合器4之出光面4 /處有似乎自虛像發 射之多數光束依序重疊’結果出光面4 >處產生均勻強度 分佈，參考圖4後詳述此現象。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公趁） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 -12- Α7 Β7 五、發明説明（1〇 ) 決定內反射式光學整合器4形狀可考慮（i )雷射光進入 R反射式光學整合器4之散聚角（此角決定於發射角保持光 學元件2及聚焦光學系統3)，及（i i)內反射式光學整合 器4之長度及寬度（直徑）。然後，來自虛像且射於受照明物 9之個別雷射光之光徑差可雷射支持有之凝聚長度長。因 此’雷射光相對時間之凝聚較低，減少受照明物上斑點產 生。 參考圖1，內反射式光學整合器4出光面4 >處形成 具均勻亮度分佈（光強度分佈）之表面光源由變焦光學系統5 放大並以適當放大率成像於波前分離式光學整合器7之入 光面7 —上。如此，一均勻光源影像6界定於入光面7 > 上。 當均勻光源影像6形成於入光面7 >上，入光面7 > 上光強度分佈直接轉移至波前分離式光學整合器7之出光 面7〃 。因此，出光面7〃處或附近產生之表面光源包含 實質同強度且均勻分佈之許多點光源。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閱讀背面之注意事項再填轉本頁) 根據聚焦光學系統8之功能，由出光面7 〃處或附近 多數點光源發出之光通量照明物件9並依序重疊。因此物 件9上整件亮度分佈均勻。 上述所欲放大率係指均勻光源6大小據以決定之放大 率，使射於物件9之照明光開角（發射角）α成最適曝光之値 ，若物件爲其上具細微圖案之光罩或光柵，可根據光罩圖 案修改所欲放大率（即最小圖案線寬之尺寸）° 若以m表示所欲放大率’並以ΝΑ/表示變焦光學系 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（210x297公趙）-13- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _—_ B7___ 五、發明説明（11 ) 統5之入光側數値光圈，其取決由內反射式光學整合器4 發射之光開角/5 (發射角），而以N A 〃表示變焦光學系統5 之出光側數値光圏，其取決入射於波前分離式光學整合器 7之光開角（發射角）β，然後滿足N A 〃 = m · N A 〃 。由 照明光有效使用之觀點，角度0較佳範圍不超過波前分離 式光學整合器7之入光側數値光圏NA，較佳儘量接近此 數値光圏N A。 故就本例照明系統，設定角度0値固定以保持於最適 波前分離式光學整合器入側數値光圈之角度，而不論放大 率m.之値變化。 換言之，若如光罩種類之曝光條件改變，而變焦光學 系統5之最適放大率m値應改變至不可放棄之程度，自內 反射式光學整合器4發生之光開角/3値亦改變以防止照明 光利用效率降低。 一旦決定某條件下曝光程序之最佳放大率m，可根據 等式（1 )決定發射自內反射式光學整合器4之光開角^ (發 射角/3 )最佳角度。 本例照明系統根據：角度yS値等於射於內反射式光學 整合器4上光之入射角0，而入射角0取決於來自發射角 保持光學元件2之光開角（發射角度）ε。因此根據曝光條件 ，以另一不同發射角ε之改變保持光學元件2之發射角。 根據此曝光條件，以另一不同發射角ε改變發射角保持光 學元件2，因此，角度0値可保持固定或實質固定。結果 波前波前分離式整合器之入口側數値光圈欲實質永久保持 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公t ) -14- ^--^--^丨裝------訂------冰 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Μ Μ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（12 ) ο 參考圖3 Α及3 Β詳述發射角保持光學元件2。 圖3 Α及3 Β中，2 a爲具較小發射角ε(= ε a)之發 射角保持光孳元件2 b爲另一發射角度=ε b)。其餘數字 1賦予對應元件。 一·般，就半導體晶片製造投射曝光裝置之半導體晶片 之照明系統，入射於光罩或光柵（對照受照明物9 )之圖案承 載面之光開角（入射角）α必須定爲最適角度，且就投射光保 持高的光利用效率（光量）。鑒此，就本例照明系統，備有變 焦光學系統及多數發射角保持光學元件2，變焦及光學元 件視需要開切換，如回應所用光罩型式改變。 圖3 Α例示入射於光罩9之光入射角α較小（較小σ狀 態）。其乃對應光罩9電路圖案之最小線寬較大之情況，但 仍位於次微米範圍內。此處σ意指照明光學系統之出光側 數値光圈N i與投射光學系統之入光側數値光圈Ν ρ之比 率，即相當N i / N p比。 爲達成較小σ之狀態，內反射式光學整合器4之出光 面4 /(該處或附近之表面光源，應以小放大取像於波前分 離式光學整合器7之入光面7/。如此可藉變焦光學系統 5之放大率變小而完成，如上述入射角β取決波前分離式 光學整合器4結構保持於最適角。因此當系統改成較小σ 狀態，即變焦光學系統之放大率改成對應入射角α之値， 以確保入射角爲最適値，乃以發射角ε a之發射角保持 光學元件2取代發射角ε b(> ε a)之發射角保持光學元件 --7丨丨，--.--裝------IT------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規招（21〇χ 297公及） -15- A7 ____ B7 五、發明説明（13 ) 2 b ° 圖3 B顯示光罩9上X射光之.入射角α較大（較大口狀 氣）。其對應光罩9電路圖案最小線寬較小，仍介於次微米 範圍。爲提供大σ狀態，內反射式光學整合器4之出光面 4 (該處或附近之表面光源）應以大放大率取像於波前分離 式光學整合器7之出光面7 —。如此可藉變焦光學系統5 放大率放大而完成’如上述入射角0取決波前分離式光學 整合器3結構保持於最適角。因此當系統改成大σ狀態， 變焦光學系統之放大率改成對應入射角α之値，以確保入 射角0爲最適値，乃以發射角ε b之發射角保持光學元件 2 b取代發射角ε a (< e b )之發射角保持光學元件2 a。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 雖然上述例中以二步驟切換變焦光學系統與發射角保 持光學元件之取像放大率，可修改結構使以三步驟以上改 變之’此乃因變焦光學系統放大率可於預定範圍內連續改 變，故·可輕易以三步驟以上改變放大率。因此可不修改而 使用。再者’有關發射角保持光學元件，可準備具彼此不 同焦距之三以上發射角保持光學元件。注意此結構獨立於 發射角保持光學元件之互換，雷射光匯聚位置保持固定（本 例其對應位於無窮遠處發光部之實像或虛像絕對位置。 有關變焦光學系統，可準備不同取像放大率（焦距）之不 同種取像光學系統，其中之一可選擇地置二光學整合器4 與7之間。另者，有關發射角保持元件，可使用變焦光學 系統，其透鏡元件可沿光軸方向移動。 接著參考圖4說明內反射式光學整合器4之出光面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公漤） -16- 經濟，那中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（14 ) 4 '上照明分佈均勻。 假設圖4例中內反射式光學整合器4包含六角稜形玻 璃桿。圖4爲側截角圖，包含光軸A X。 來自聚焦光學系統3 (未示）之雷射光一次匯聚（取像）於 焦點P 〇。其自該處前進成爲散聚角0之散聚光。此處若 雷射光準分子雷射光，因強度大致高，焦點P 〇附近產生 具大能量密度。如此可能玻壞內反射式光學整合器之入光 面上覆材（抗反射膜）或光學整合器4玻璃材料本身。如此， 內反射式光學整合器4距焦距P〇 —不遠。 射於內反射式光學整合器4之散聚光自其通過，並以 內反射面重複反射（可爲全反射）。之後，光離開內反射式光 學整合器4，並保持入射光同之散聚角4 1。因光束於內 反射式光學整合器4內反射面分別部反射而之後仍爲散聚 ，分別部反射之光通量界定虛像P 1，P 2，P 3，P 4， P 5，P 6，P 7，P 8，P 9，及P 1。於後，如虛線所示。 雖未顯示，若爲六角稜形玻璃桿，實際上乃以其餘二對內 反射面之功能另外界定類似虛像群。 因此，內反射式光學整合器4之出光面4>處有多數 光通量彷彿由多數虛像發射而依序重疊’使亮度分佈均勻 〇 圖5顯示圖4之內反射式光學整合器4產生之虛像群（ 近似光源像群）陣列，如圖3 A結構所見構成波前分離式光 學整合器7之一小透鏡出光面。圖5中5 1爲波前分離式 光學整合器7之小透鏡。Ρι_Ρι。爲圖4虛像。由圖5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 1 - - - - - IS1 --- ----_ . -·. I*^ill· _ , - J^.'· 0¾ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂
I 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（15 ) 可見’若內反射式光學整合器4包含六角稜形光學管，虛 像群具蜂窩形陣列。若另一方面內反射式光學整合器包含 矩形稜體光學管，虛像群則爲矩形格狀陣列。這些虛像爲 形成於聚雋光學系3與內反射式光學整合器4間雷射光匯 聚點（點光源）。 本例照明系統之發射角保持光學元件2 a及2 b包含 具m X η '個（m 2 2，η 2 2 )小透鏡之螢眼透鏡。因此，以 多數影像分成約m X η個而提供虛像群中個別虛像。因此 ，看見以分離影像之蜂窩陣列提供之虛像，其相當波前分 離式光學整合器7之單一小透鏡。 因此，就本例照明系統，當來自多數點光源（有效光源） 之光通量由聚焦光學系統7依序重疊而照明物件9，點光 源形成於波前分離式光學整合器7之出光面7處或附近， 此點光源（有效光源）數極多。如此就照明物件9可提供整個 物件9上亮度分佈均勻。 此外，參考圖2 Β，即使雷射光源1之光因外部干擾 細微偏移，發射角保持光學元件2 a或2 b之光發射角ε 保持固定，圖5所示僅各分離影像細微偏移，構成蜂窩陣 列之虛像群無改變。因此，當巨觀波前分離式光學整合器 7小透鏡5 1內全部虛像實質無改變。因此受照明物9上 亮度分佈影響小可忽略。 要言之，本例照明系統可爲性能穩定之系統，不受雷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規核（210X 297公t ) -18- ...3JI - ^1· y · 1 I n - - I- 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局ΕΚ工消費合作社印製 五、發明説明（16 ) 射光源1之雷射光偏移影響。 圖6例中上述照明系統結合於階段重複式或階級掃描 式投射曝光設備以製造半導體裝置，如L s I ，或 V L· S I ，C C D ’磁性感應器或液晶裝置。 圖6中9 1爲修束光學系統，用於修正雷射光源1之 平行光成適當束形，如包含A r F準分子雷射或K r F準 分子雷射。.9 2爲失聚轉換光學系統，將凝聚雷射光轉成 失聚光。9 3爲投射光學系統，用於投射光罩9之電路圖 案之縮小影像之單位放大影像。9 4爲晶圓，包含其上加 上光敏材料之基底（矽石或玻璃）。與圖1對應之元件以相似 數字表示，不贅述。 有關雷射光源1之雷射光，當投射光學系統9 3未經 色差修正，頻譜半寬可能經頻帶窄縮至約1 一 3 pm。當 投射光學系統9 3已經色差修正，頻譜半寬可經頻帶窄縮 至不小於1 0 P m。若投射光學系統9 3經色差修正，有 時可使用未頻帶窄縮之雷射光。 有關投射光學系統9 3，可使用僅以透鏡元件提供之 光學系統，以透鏡元件及至少一凹面鏡提供之光學系統， 或透鏡元件及至少一衍射光學元件如kinoform 提供之光 學系統。欲修正色差，可用不同離散力（A b b e常數）之玻 璃材料製造透鏡元件，反之，可安排上述衍射光學元件產 生相反方向之離至透鏡元件。 (请先Μ讀背面之注意事項真填寫本ίο in—裝· 'τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規桔（ 210'犬297公釐） -19 - ______B7 五、發明説明（17 ) 自雷射光源1發射之雷射光經過包含一鏡或中繼透鏡（ 未示）之光指引光學系統，並射於修束光學系統9 1上。修 -----:--------^--^袭丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 束光學系統9 1包含多數圓柱透鏡或光束擴張器，可將雷 射光截面形狀尺寸之橫長比（垂直於光軸A X )轉換成所欲値 〇 以修束光學系統,9 1修正截面之光進入失聚轉換光學 系統9 2 以防止晶圓9 4上受光干擾引起斑點。藉此光 學系統92，光轉成失聚光，不易產生斑點。
、1T 失聚轉換光學系統9 2可如日本公開專利案 2 1 5 9 3 0/1 9 9 1，即光學系統包含至少一返回系 統，故接收光於光分離面分成至少二光束（如P極化光及S 極化光），之後，施加光徑差大於雷射凝聚長度至分離之雷 射束之一；然後一光束再指引與另一光束重疊，之後，發 射這些光束。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 由光學系統9 2之失聚轉換之光進入發射角保持光學 元件2。接著根據圖1 一 5所述程序，自波前分離式光學 整合器7小區（小透鏡）發出光通量由聚焦光學系統8依序重 疊而照明光罩9，故光罩9受均勻照明，受投射之光罩9 整個電路圖案之亮度分佈均勻。因此，光罩9電路圖案以 投射光學系統9 4投射取像於晶圓9 4上，電路圖案（影像） 乃印於晶圓9 4光敏材料上。晶圓9 4經真空吸力固定於 X - Y—Z可動柱（未示）上。X — Y—Z可動抬之功能可於 上下及左右向平移，並以測距機構控制動作，如雷射測距 儀（未示）。此爲習知技術，不再贅述。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -20 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 _____ B7 . 五、發明説明（18 ) 圖6中，無光圈止件用於波前分離式光學整合器7出 光側上照明光徑。但可於一碟件（轉台）內提供對應不同σ値 之多數光圈止件，碟件配合變焦光學系統之變焦與發射角 保持光學元件互換而轉動，故適當σ値之光圏止件可插入 波前分離式光學整合器7之出入側上光徑。 關於光圏止動件之形狀，可使用一般圓形開口或環形 開口，或日本公開專利案3 2 9 6 2 3 / 1 9 9 2號揭示 偏離光軸之四開口組合。 參考圖7 Α - 8 Β說明本發明照明系統另例。 圖7 A - 8 B分別爲適用階段掃描式投射曝光設備之 照明系統示意圖，用於製造裝置如半導體晶片（L S I或 V L S I )，C C D，磁性感應器及液晶裝置。 圖7 A — 8 B顯示本例照明系統爲小〇·狀態，圖7 A 之照明系統由掃描方向（Z方向）觀察，圖7 B之照明系統由 垂直掃描方向（Y方向）觀察。圖8 A及8 B顯示大σ狀態之 照明系統。圖8 Α顯示Ζ方向照明系統，圖8 Β爲Υ方向 觀察之照明系統。圖7 A — 8 B中，包含光軸AX及由光 軸A X延伸於Y方向之軸之區稱爲X—Z區，而包含光軸 AX及由光軸AX延伸於Z方向之軸之區稱爲X — z區。 圖7 A — 8 B中，20 a及2 Ob表示具不同發射光 開角（發射角）之發射角保持光學元件。4 〇爲內反射式光學 整合器，4 0爲內反射式光學整合器之出光面。7 0爲波 前分離式光學整合器，7 0 >及7 0〃爲波前分離式光學 整合器之入光面。2 0 0 Ύ爲光罩上照明區於Y方向長度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2 i〇 X 297公碰） ^ ^ ^ ^—裝 訂 ^- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 - 經濟部中央標準局舅工消費合作社印製 A7 B7__—______ 五、發明説明（19 ) 〇 2 0 0 2爲光罩照明區於Z方向長度。本例元件相當圖1 -6者以圖3相似數字表示。 圖7 A - 8 B所示例照明系統基本結構功能與前例圖 1 ~ 6例大致相同。而本例不同者在於發射角保持光學系 統.，內反射式光學整合器及波前分離式光學整合器之結構 功能。故以下說明本例與前例不同處。 就階段掃描式投射曝光設備’光罩9上有效界定矩形 溝隙形照明區，延伸於Y方向（γ方向長度較Z方向長 鑒此，本例有關發射角保持光學元件，元件2 0 a及 2 0 b各包含具矩形小透鏡之螢眼透鏡，拉長於γ方向’ 位於垂直光軸之區（Υ-Ζ區），關於內反射式光學整合器 光學整合器4 0包含矩形稜體光學管，於垂直光軸之（γ 一 Ζ區）其形狀爲一對直線延伸於Υ方向及一對直線延伸於ζ 方向。此外，有關波前分離式光學整合器’光學整合器7 0於Υ - X區包含具矩形小透鏡之螢眼透鏡，拉長於γ方 向。 構成發射角保持光學元件2 0 a及2 0 b之各小透鏡 之數値光圈於X - Y區較X — z區者大。因此’有關區間 光開角（發射角）之關係，X — Y區發射角ε a y及e b y大於 X - Z區發射角ε a z及ε b z。因此關於所示開角（發射角 或入射角）0y’0z ’召 y ，冷 ζ’ θγ’ θζ’ ry，rz’ 及CXz，其關係爲逆 >分2，万’ 0y>0z ’ >7*2及〇：7>«2。因ry>rz，光罩上產生接長於y方 (請先閱讀背面之注意事項再填离本頁) .裝. 訂 踩 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規播（210X297公f ) _ 22 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製. A7 B7_ 五、發明説明（20 ) 向之矩形溝隙狀照明區。 此外類似前例，取決σ大小，關係爲ε a y < ε b y及 e a z > ε b 2。且取決稜體形之光學管性質，關係爲0 y = β Y，及 0 ζ = β z。 有關發射角保持光學元件2 0 a及2 0 b，可用具小 透鏡之螢眼透鏡，其焦距於X - Y區較X — Z方矩，並沿 Y—Z區爲二維陣列。有關圖2A所示止件21 ，可用具 溝隙開口延伸於Y方向之元件。注意可由一般透鏡或衍射 光學元件（Fresnel透鏡）提供構成螢眼透鏡之小透鏡。 圖9例示內反射式光學整合器4 0產生之處像群（假光 源影像群）陣列，由波前分離式光學整合器7 0之單一小透 鏡出光面觀察。圖9中，2 2 0爲波前分離式光學整合器 70之小透鏡，Y1—Y1 2及Z l — Z 1 2處爲虛像。 由圖9可見，因內反射式光學整合器4 0包含矩形稜 體狀光學管，虛像群沿Y方向及Z方向安排成格狀。因X 一 Y區與X — Z區間射於內反射式光學整合器4 0上散聚 光入射角不同，X — Y區與X - Z區間內表面處反射次數 不同。結果，Y方向與Z方向間虛像數不同，注意這些虛 像爲雷射光匯聚點（點光源）影像，形成於像焦光學系統3 1 內反射式光學整合器4 0之間。 本例照明系統中，圖7 A - 8 B所示各發射角保持光 學元件2〇3及2〇13包含具111\11個（11122，1122)小 透鏡之螢眼透鏡。因此，以多數影像分成約m X η個而提 供虛像群中個別虛線。因此看見以分離影像格陣列提供虛 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐) ~ " I J.--.--,丨-^-裝------丨訂！---- ' 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 137 五、發明説明（21 ) 線，其相當波前分離式光學整合器7 0之單一小透鏡。 因此就本例照明系統，當波前分離式光學整合器7 0 出光面7 0 〃處或附近形成之多數點光源（有效光源）之光通 量藉聚焦光學系統8依序重疊而照明物件，此點光源（有效 光源）數極多。如此照明物件9可於整個物件9上提供更均 勻亮度分佈。 本例照明系統如前例，當根據光罩9種類建立小σ狀 態或大σ狀態，變焦光學系統5取像放大率切換於較大値 與較小値之間，此外，發射角保持光學元件2 0 a及2 0 b互換。此可改變角度a y及a Z(= a y)，而角度値0 y及 0 z保持固定或實質固定。因此，改變値σ小不損失光利用 效率。此外，即使雷射光源之雷射光偏移，光罩9面上無 亮度不均句。 · 圖1 0顯示圖7 Α — 9之照明系統結合階段掃描式投 射曝光設備，以製造半導體裝置，如L S I或VL S I ， C C D，磁性感應器或液晶顯示器。 圖1 0中9 1爲一修束光學系統，以修正雷射光源1 之平行光，成所欲束形，如A r F準分子雷射或κ r F準 分子雷射。9 2爲失聚轉換光學系統，將凝聚雷射光轉成 失聚光。9 3爲投射光學系統’供投射光罩9電路圖案縮 小影像之單位放大影像。9 4爲一晶圓，包含其上塗有光 敏材料之基底（砂土或玻璃）。與圖7至9相對應之元件均以 類似數字表示，不再贅述。 雷射光源1發出之雷射光經過包含鏡或中繼透鏡（未示） 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公f ) —,--,—；—-^ -裝------訂------W (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -24-
I 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（22 ) 之側光光學系統，並射於修束光學系統9 1上。此修束光 學系統9 1包含多數圓柱透鏡或光束擴張器，乃將雷射光 截面形狀尺寸橫縱比（垂直於光軸A — X )轉成適當値。 以修束光學系統9 1修正截面之光進入失聚轉換光學 系統9 2 ’以防止光於晶圓9 4上干涉引起斑點。藉此光 學系統9 2，光轉或失聚光，而斑點不會輕易產生。 失聚轉換光學系統9 2可如日本公開專利案2 1 5 9 3 ◦ / 1 9 9 1號所揭示。 來自光學系統9 2之失聚轉換光進入發射角保持光學 元件2 0 a及2〇b。接著，根據圖1 — 5第1例所述程 式’自波前分離式光學整合器7 0小區（小透鏡）發射之光通 量由聚焦光學系統8依序重疊而照明光罩9，故受投射之 光罩9整個電路圖案亮度分佈均勻。此處形成矩形溝隙狀 照明（區）光於光罩9上。然後，以投射光學系統9 3投射光 罩9電路圖案而取像於晶圓9 4上，電路圖案（影像）成印於 +晶圓94光敏材料上。 晶圓9 4經真空吸力保持固定於可X，Y及Z方向移 動之X——Z動枱上（未示）。光罩9亦經真空吸力保持固定 於可X，Y及Z方向移動之另一 X-Y — Z可動枱（未示）上 。使用如雷射測距儀控制枱之動作。這些X _ Y - z枱移 動根據光罩9電路圖案端部界定之矩形溝隙狀照明區，故 光罩9於Z向掃描，而晶圓9 4於反Z向掃描。如此整個 光罩9電路圖案投射於晶圓9 4上，整個電路圖案轉印於 晶圓9 4上。注意當投射光學系統9 3之投射大率爲m ’ ^ϋ ml ^1^1. - 1 1 -Tf - - ϊ- - I ......( .1 ml n-ϋ nn j-、一 w - mi . ----- In _I_ n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公麓） -25 - A7 ______B7 _____ 五、發明説明（23 ) 光罩9掃描速度爲V，晶圓9 4掃描速度應爲—MXV。 圖1 1流程圖說明以上述曝光設備製造如L S I或 VL S I (半導體晶片）裝置之程序。前述曝光設備用於步驟 4晶圓程序。 圖1 2說明圖1 1晶圓程序細節。前例曝光設備用於 步驟1 6曝光程序。. 根據上述本發明任一例，提供具內反射式光學整合器 及波前分離式光學整合器之照明系統可據以改變照明狀態 〇 此外根據本發明任一例，把供具波前分離式光學整合 器之照明系統，使用上不會實質減少照射光罩或光柵之光 量，即使照明狀態改變。 再者，根據本發明上述任一例，提供具內反射式光學 整合器及波前分離式光學整合器之照明系統，即使雷射光 源之雷射光徑偏移，光罩或光柵物件表面上亮度分佈不會 改變。 本發明經由上述說明並不限於其細節，本案各式變化 : . ^--^--^丨裝------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圍 範 其 屬 均 者 內 圍 範 利 專 請 申 入 落 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公怂）