TWI240305B - Catoptric projection optical system - Google Patents

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TWI240305B
TWI240305B TW093104308A TW93104308A TWI240305B TW I240305 B TWI240305 B TW I240305B TW 093104308 A TW093104308 A TW 093104308A TW 93104308 A TW93104308 A TW 93104308A TW I240305 B TWI240305 B TW I240305B
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reflective projection
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Takahiro Sasaki
Toshihiro Sunaga
Koshi Hatakeyama
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Canon Kk
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Description

1240305 (1) 玖、發明說明 此申請案請求基於2003年02月21日申請之日本專 利申請第2003 — 04489 1號案的優先權利益，該基礎案於 此全部倂入做爲參考，如同完全記載於此。 【發明所屬之技術領域】
本發明係關於一種曝光裝置，特別是關於一種反射式 (reflection type or catoptric)投影光學系統和使用該系 統的曝光裝置。該曝光裝置使用紫外光和超紫外光將一物 體曝光，該物體例如用於半導體晶圓的單晶基材，和用於 液晶顯示器（LCD )的玻璃板。 【先前技術】 最近對較小和較低外型電子裝置需求，已增加組裝於 這些電子裝置上之較細小半導體裝置的需求。例如光罩圖 案的設計規則，已要求形成大範圍影像之線和空間（L & S )的尺寸必須小於〇. 1微米。在不久的將來，希望達到 80奈米以下的電路圖案。線和空間（L & S)爲以曝光而 投影於晶圓上之影像，其線和空間的寬度相等。線和空間 (L & S )亦做爲曝光解析度的指數。 投影曝光裝置最爲用於製造半導體裝置的典型曝光裝 置，其包括用以將光罩上的圖案曝光於晶圓上的投影光學 系統。下列方程式定義投影曝光裝置的解析度R (即供精 密影像傳輸的最小尺寸），其中，λ是光源波長，N A是 -5- 1240305 (2) 投影光學系統的數値孔徑： R = kj X λ / ΝΑ ( 1 ) 當波長變得越短且ΝΑ變得越大，解析度變得越高越 精細。最近的潮流已要求解析度爲較小値，但只增加ΝΑ 很難滿足此要求，因此希望使用短波長以改善解析度。現 在的曝光用的光源已從KrF激元雷射（波長約24 8奈米） 和ArF激元雷射（波長約193奈米）轉換成F2激元雷射 (波長約157奈米）。超紫外光的實務用途已提昇做爲光 源。 因爲較短波長的光使適用於傳輸光的玻璃材料種類較 少，所以投影光學系統使用反射元件（即反射鏡）較佳， 而非用折射元件（即透鏡）。目前尙未有適用於以超紫外 光做爲曝光光源的玻璃材料提出，且投影光學系統不能設 有任何透鏡。因此提出只以反射鏡（例如多層反射鏡）構 成的反射式投影光學系統。 反射式縮小投影光學系統中的反射鏡具有多層塗覆， 以提昇被反射的光和增加反射比。多層反射鏡的特徵在於 當反射鏡被最佳化以提供對小入射角之光的高反射比時’ 亦能對大入射角分佈的光提供高反射比。然而當其被最佳 化以提供對大入射角之光的高反射比時’其對小入射角分 佈的光不能提供高反射比。 更明確地說，包括四十層鉬和矽均勻交替的多層反射 鏡，對6 0 %或較大的反射比，具有當多層反射鏡最佳化 爲入射角〇度時，其入射角範圍爲0度到13度’而當多 -6- (3) 1240305 層反射鏡最佳化爲入射角15度時，其入射角範圍爲10度 到1 7度。具有複雜構造的多層塗覆，例如依據位置調整 各層的次序之有次序的多層塗覆，須能適用於大入射角的 分布。 反射鏡的數目要少，以增加整體光學系統的反射比。 此外，投影光學系統最好使用偶數個反射鏡，以避免設置 於光瞳相反兩側之光罩和晶圓間的機械干涉。 因爲超紫外光曝光裝置要求比習知曝光裝置較小的臨 界尺寸和解析度，所以需要較大的N A (例如對1 3.4奈米 的波長，N A須0.2以上），但是三個或四個反射鏡的習 知技術，難以降低波前像差。因此，必須增加反射鏡的數 目（例如六個）並使用非球面鏡，以增加校正波前像差的 自由度。下文的光學系統，在本發明中是指六反射鏡系統 。六反射鏡系統已被揭露，例如美國專利第6,03 3，079號 和國際公告WO 02/05611 A2。 美國專利第6,03 3,079號揭露兩種典型的六反射鏡反 射式投影光學系統，其接收從物表面來的光，經由第一至 第四反射表面而形成中間影像，並經由凸面的第五反射表 面和凹面的第六反射表面，而於影像表面上再形成中間影 像。藉由將光放大並引導至第六反射表面、和將全部的光 會聚於影像表面，此構造有助於高NA。因此，第六反射 表面具有大的有效直徑。中間影像應該在第四反射表面將 光引導至第五反射表面之後才形成，以防止第六反射表面 遮蔽了光。在此情況，發散光進入第五反射表面，增加在 1240305
第五反射表面上的入射角分布。第一實施例揭 系統，其具有在第五反射表面上1毫米寬的弧 ΝΑ = 0·25、最大入射角17.1度、最小入射角〇 入射角分布是1 6.7度。 結果，第五反射表面上最大入射角和最小 分布，降低了上述多層塗覆的反射比和通過量 另一方面，國際公告 WO 02/ 05 6 1 1 Α2 六反射鏡反射式投影光學系統。不同於_ 6,0 3 3，0 7 9號所揭露的，此反射式投影光學系 反射表面後面形成中間光束，且引導準直光至 面。藉由引導準直光至第五反射表面，此反射 系統多多少少改善了入射角。例如在第五反射 形場，其ΝΑ = 0·25且2毫米寬、最大入射角】 入射角5.5度。因此入射角分布是11.4度。 但此入射角分布仍不夠小，且第五反射表 反射比，降低了通過量。此外，凹面第一反射 一反射面之出射光和光軸間的角度，導致第三 面具有非常大的有效直徑。特別是，當ΝΑ = 0 四反射表面的有效直徑假設爲650毫米。因爲 尺寸非常大且難以進行量測，所以如此大直徑 面不可行。 鑑於習知無效率超紫外光的光源，需要高 善第五反射表面之不良反射比。 露一種光學 形影像、和 .4度。因此 入射角間的 〇 亦揭露一種 I國專利第 統是在第二 第五反射表 式投影光學 表面上的弧 1 7度、最小 面上不良的 表面增加第 、四反射表 .25時，第 導致裝置的 第四反射表 通過量以改 1240305 (5) 【發明內容】 因此本發明之一例證目的在於提供具有高ΝΑ和良好 影像性能之六反射鏡反射式投影光學系統，及使用該系統 的曝光裝置，其可應用於超紫外線微影、縮小最大有效直 徑、和縮小光學系統的全長。 本發明之一部份的一種反射式投影光學系統，用以將 一物表面上的一圖案，投影到一影像表面上，該反射式投 影光學系統包含複數反射鏡，其中，沿光學路徑距離該影 像表面的一第二個反射鏡，接收會聚光束，且具有- 0.14 或較小的一傍軸放大率。本發明另一部份的一種反射式投 影光學系統，用以將一物表面上的一圖案，投影到一影像 表面上，該反射式投影光學系統包含複數反射鏡，其中， 沿光學路徑距離該影像表面的一第二個反射鏡，接收會聚 光束，且當該反射式投影光學系統的數値孔徑爲0.2 5或 較大時，該會聚光束的兩邊緣光間的角度，在子午平面中 是3度或較大。 反射式投影光學系統包含例如六個或更多的反射鏡。 沿該光學路徑距離該影像表面的一第三個反射鏡，在該複 數反射鏡中具有最大的有效直徑。該複數個反射鏡全部是 具有多層塗覆的非球面反射鏡，用以反射20奈米或更小 波長的光。反射式投影光學系統從設置在該物表面上的一 反射光罩將光投影。反射式投影光學系統在物表面側是非 遠心的。 又本發明另一部份的一種反射式投影光學系統，用以 -9 - 1240305 (6) 將一物表面上的一圖案，投影到一影像表面上，該反射式 投影光學系統包含六個反射鏡，其包括在一光學路徑上， 從該物表面至該影像表面，依序的一第一反射鏡、一第二 反射鏡、一第三反射鏡、一第四反射鏡、一第五反射鏡、 和一第六反射鏡，以將光連續反射；其中，該第一反射鏡 爲凸面或平面狀，且該第五平面反射鏡接收會聚光束。 該第五反射鏡較佳具有- 0.14或較小的一傍軸放大率 。當反射式投影光學系統的數値孔徑爲0.25或較大時， 該會聚光束的兩邊緣光間的角度，在子午平面中是3度或 較大。 第五反射鏡的傍軸放大率在一 30和一 0.4之間。反射 式投影光學系統從該物表面至該影像表面，包含該第二反 射鏡、該第一反射鏡、該第四反射鏡、該第六反射鏡、該 第三反射鏡、和該第五反射鏡，其中一中間影像形成在該 第四和第三反射鏡之間。該中間影像形成在第四和第六反 射鏡之間或在第六和第三反射鏡之間。 第六反射鏡可形成一中間影像。該中間影像與該六個 反射鏡中其一的表面不一致。該六個反射鏡全部設置在該 物表面和該影像表面之間。沿該光學路徑距離該影像表面 的該第二個反射鏡，其傍軸放大率在一 30和一 0.4之間。 當該反射式投影光學系統的數値孔徑爲〇·25時，由第二 反射鏡接收來自影像表面之會聚光束的兩邊緣光間的角度 ，在子午平面中是9度或較大。 本發明另一部份的一種曝光裝置，包含：上述反射式 -10 - 1240305 (7) 投影光學系統；一光罩台，其支撐具有該圖案的一光罩， 且將該光罩上的該圖案定位於該物表面上；一晶圓台’其 支撐具有一光敏層的一物，並將該光敏層定位於該影像表 面上；和一機構，用以當該光罩被20奈米或更小波長的 光照射時，同步掃描該光罩台和該晶圓台。 本發明另一部份的一種曝光裝置，包含：一照射光學 系統，供以從一光源來的光照射一圖案；及上述反射式投 影光學系統。該投影光學系統將從該圖案反射的光，投影 至該影像表面上。 一種裝置的製造方法，包含下列步驟：使用上述曝光 裝置將一物曝光；及將已曝光的該物顯影。用以執行類似 上述曝光裝置之操作的裝置製造方法請求項，含蓋中間產 品和最終產品的裝置，該等裝置包括例如L S I和V L S I的 半導體晶片' CCDs、LCDs、磁性感測器、薄膜磁頭、和 類似物。 從下列較佳實施例的說明並參考附圖，可容易瞭解本 發明的其他目的和進一步的構造特徵。 【實施方式】 現在參考附圖將說明本發明一部份的反射式投影光學 系統100、100A和曝光裝置200。每一圖中相同的參考號 表示相同的元件，且省略其說明。第一圖是反射式投影光 學系統1 00的示意構造，第二圖是反射式投影光學系統 1 00 A的示意構造。除非特別指明，否則反射式投影光學 -11 - 1240305 (8) 系統100槪括了反射式投影光學系統100A。 參考第一圖，本發明的反射式投影光學系統1 00將物 表面M S (例如光罩表面）上的圖案縮小並投影至影像表 面W (例如待曝光的基材表面和物表面）。反射式投影光 學系統100是特別適用於超紫外光（其波長在10奈米至 15奈米之間，最好是在13.4奈米至13.5奈米之間）的光 學系統。 本發明的反射式投影光學系統1 00具有六個反射鏡， 以連續地將光從物表面M S經第一（凸面）反射鏡Μ1、 第二（凹面）反射鏡M2、第三（平面）反射鏡M3、第四 (凹面）反射鏡Μ4、第五（凸面）反射鏡Μ5，而至第六 (凹面）反射鏡Μ6。第一、二反射鏡Ml、M2形成一中 間影像IM。藉由第三反射鏡M3至第六反射鏡M6，該中 間影像IM依序再成像於一影像表面W上。 因爲第五反射鏡M5通常具有大的入射角和大範圍的 入射角分布，所以對所施的多層塗覆會產生反射比不良的 問題。但本發明的反射式投影光學系統1 00藉由引導會聚 光束進入第五反射鏡M5而維持反射比。 反射式投影光學系統1 0 0之反射鏡位置與中間影像 IM表面並不一致，減少因灰塵和能量集中而產生的像差 。因爲反射式投影光學系統1 0 0在第二反射鏡Μ 2上設有 孔徑闌，所有能利用孔徑闌。此外，反射式投影光學系統 1 0 〇將所有反射鏡設置於物表面M S和影像表面W之間， 且利用光罩和晶圓台等。 -12- 1240305 (9) 本發明的反射式投影光學系統100具有的優 六個反射鏡中，第四反射鏡M4具有最大但已減 直徑，且如下文所述，光學系統的全長較短。 反射式投影光學系統1 0 0之從物表面M S入 反射鏡Μ 1的光是如此地非遠心，而在影像表面 射光是遠心的。例如，物表面M S側需要一些入 藉由一照明光學系統照明設置於物表面MS上的 在位於影像表面 W的晶圓上形成影像。另一方 表面W的一側最好是遠心的，以減少放大率的 如，當位於物表面M S的晶圓在光學軸方向移動f 本發明的反射式投影光學系統1 0 0的配置大 光學軸呈軸對稱的一同軸光學系統，其優點在於 軸的弧形影像場，較能校正像差。但是，反射式 系統1 0 0中的六個反射鏡，並不須設於同軸供校 像差。例如，六個反射鏡可稍微偏心，以改善像 配置的自由度。 反射式投影光學系統爲超紫外光光學系統所 ，且當要求較高的NA時，反射式投影光學系統 在影像表面W側的光遮蔽。爲了形成所欲的具有 減少光遮蔽的光學系統，本實施例在第二反射鏡 三反射鏡M3之間形成中間影像ΙΜ，且提昇第 Μ5和第六反射鏡Μ6的光焦度。第五反射鏡Μ5 面鏡，第六反射鏡 Μ6最好是凹面鏡，以使影 ΝΑ和維持後焦點。此處所謂~後焦點（back foe 點包括在 小的有效 射於第一 W側的出 射角，以 光罩，並 面，影像 變化，例 1寺。 致是對一 環繞光學 投影光學 正或調整 差或改善 不可或缺 須能減少 高NA並 M2和第 五反射鏡 最好是凸 像具有高 :us) / 意 -13- 1 1 1 1 1 1 与0 ri r5 r6 1 1 1 1 1 1 r2 r3 r5 1240305 (10) 指在最接近影像表面得一表面和影像表面（w )間 在反射式投影光學系統1 00中，第一反射鏡N 是凸面或平面反射鏡，以減小第一反射鏡Μ1的出 光軸間的角度。如方程式（2 ) 、 （ 3 )所示，其中 r6是第一反射鏡Ml到第六反射鏡Μ6的曲率半徑 伐項（Petzval terms )的總和爲零或趨近於零。當 射鏡M5是凸面反射鏡時，其它的反射鏡使用凸面 或平面反射鏡，有減少拍兹伐項（Petzval terms) 使影像表面平坦的功效。 (2) (3) 雖然反射式投影光學系統1 00包括六個反射鏡 要至少一個或更多反射鏡爲非球面。方程式（4 ) 般的非球面形狀。因爲具有非球面的反射鏡較有利 像差，所以最好將非球面應用於眾多可能（希望， 的反射鏡。 2 = + Ah4 +Βΐί +Cff +D/i0+Efi2+F/i4+Gfi6+HJis+派0 +··· 其中，、Z /是光學軸方向的座標，、c /是曲 曲率半徑r的倒數），/是距光學軸的高度，’ 錐形常數，、A /至、J /分別是第四階、第六階、 、第十階、第十二階、第十四階、第十六階、第十 第二十階的非球面係數。 的間隔 Π最好 射光和 Π到 ，珀茲 第五反 反射鏡 總和或 ，但需 定義一 於校正 六個） (4) 率（即 k /是 第八階 八階、 -14- 1240305 (11) 將供反射超紫外光用的多層塗覆施於第一反射鏡M1 至桌六反射鏡Μ 6的表面，用於加強光。能反射波長2 〇 奈米或較小之超紫外光的多層塗覆，包括例如交替疊積鉬 層和矽層的鉬/矽多層塗覆、或交替疊積鉬層和鈹層的鉬 /鈹多層塗覆。最佳的材料是依所用的波長而選擇。當然 ，本發明並不限制多層塗覆於上述材料，而是可使用具有 類似上述材料之操作或功效的任何多層塗覆。 現在要說明使用反射式投影光學系統1 〇 〇的照射實驗 結果。在弟一、一圖中，MS是位於物表面的反射光罩， W是位於影像表面的晶圓。 反射式投影光學系統100、100A照射光罩MS，其係 使用一照射系統（未示）發射約1 3 · 4奈米波長的超紫外 光’並將超紫外光從光罩MS反射，依序經第一（凸面或 平面）反射鏡Ml、第二（凹面）反射鏡M2、第三（平面 )反射鏡M3、第四（凹面）反射鏡M4、第五（凸面）反 射鏡M5，而至第六（凹面）反射鏡M6。然後將光罩圖案 的縮小影像成形在位於影像表面晶圓W上。 反射式投影光學系統100、100A在第二反射鏡M2和 第三反射鏡M3間形成中間影像IM，並經由第三反射鏡 M3至第六反射鏡M6，將中間影像再形成於晶圓W上。 但第一反射鏡Μ 1具有各種可能的形狀，且在第一圖 所示的反射式投影光學系統1 00中，第一反射鏡爲凸面反 射鏡；在第二圖所示的反射式投影光學系統100Α中，第 一反射鏡爲平面反射鏡。 -15- 1240305 (12) 如第一圖所示，反射式投影光學系統1 〇〇在 有數値孔徑NA = 0.24、縮小率=1/ 4、128毫米ΐ 米的物點、2毫米寬的弧形影像場。表一顯示第 射式投影光學系統1 〇〇的數値（例如曲率半徑、 、和非球面表面係數）。 影像側具 乏136毫 一圖之反 表面間隔 -16- 1240305 (13) 表一 反射鏡數目 曲率半徑（mm) 表面間隔 (mm) 物光罩 (MS) 〇〇 491.89136 Ml 3842.26663 -391.89136 M2 632.52970 782.33141 M3 〇〇 -340.56806 M4 587.99023 347.08332 M5 179.04357 -296.95531 M6 384.58260 340.95531 晶圓（w) 〇〇 非球面表面係 數 K A B Ml -267.466169 -0.78004394E-8 0.413260127E-12 M2 -2.62843602 0.1771126504E-8 -0.104963412E-13 M3 0 -0.181104227812E-8 0.35455238427E-13 M4 -0.501489651051 -0.499638591354E-10 0.55148132676E-15 M5 0.652185965963 0.128818331391E-7 -0.122530514853E-11 M6 0.0422385684211 0.631614287722E-10 0.118302622927E-14 C D E Ml 0.821038E-16 -0.2002547E-19 0.3406959E-23 M2 0.216367766343E-18 -0.705067342902E-21 0.45932705835E-24 M3 -0.65672698442E-18 0.2525006259565E-22 -0.293865288006E-27 M4 0.621448231393E-19 •0.685646752963E-24 -0.54845472391E-29 M5 0.12745886225E-15 0.157924483326E-18 -0.265980125498E-21 M6 0.26360018168E-19 -0.553148373653E-23 0.953035608666E-27 -17- 1240305 (14) 第一圖所示反射式投影光學系統100之不包含製造誤 差的像差，是波前像差55AmS和靜畸變0.93nmPV。
反射式投影光學系統1〇〇使用凸面的第一反射鏡Ml ，以減小第一反射鏡Μ 1之出射光和光軸間的角度，並反 射光軸附近的光。此外，從第二反射鏡M2到第三反射鏡 M3的光和從第四反射鏡Μ4到第五反射鏡Μ5的光之交叉 ，將光保持接近於光軸。結果，最大有效直徑約4 3 0毫米 ，此已非常小，且有利於進行測量。藉由在第二反射鏡 Μ 2和第三反射鏡Μ 3之間形成中間影像IΜ，反射式投影 光學系統1 00能防止具有大有效直徑之第六反射鏡Μ6的 光遮蔽問題，此問題在光反射於光軸周圍時會發生。
反射式投影光學系統1〇〇的全長93 3 mm，且反射鏡 的有效直徑小，因此，反射式投影光學系統1 〇 〇的鏡筒變 小。因爲空氣會吸收超紫外光，所以反射鏡筒內需保持真 空。反射鏡筒的小容量有助維護高度真空，並降低因氣體 吸收所產生之超紫外光的損失。 表二顯示NA是0.25時，各反射鏡之光入射角度的 特徵= -18- 1240305 (15) 反射鏡數目 最大値 最小値 分布 Ml 12.06° 4.26° 8.34° M2 9.15。 6.22。 2.93° M3 14.07° 0.58。 13.49° M4 7.68。 6.64。 1.03。 M5 17.95。 13.08° 4.88。 Μ 6 6.42° 3.03° 3.39。
參照表二，藉由接收會聚光束，第五反射鏡M5能維 持小的入射角的最大値和非常小範圍的入射角分布。此構 造能防止當多層塗覆施於第五反射鏡M5上時’第五反射 鏡M5反射性能的減損。本實施例中的第五反射鏡M5 ’ 當轉換成NA0.25時’其傍軸放大率是一 〇·61 ’邊緣光的 角度是14度。因此’藉由減少具有大入射角之反射鏡的 入射角分布範圍，並藉由減少具有入射角大分布範圍之反 射鏡的入射角最大値，反射式投影光學系統1 00能防止所 施多層塗覆之反射性能的減損。 另一方面，第二圖所示的反射式投影光學系統100A ，具有在影像側的數値孔徑ΝΑ = 0.25、縮小率1 / 4、物 點126毫米至130毫米、1毫米寬的弧形影像表面。表三 顯示第二圖之反射式投影光學系統1 00 A的數値（例如曲 率半徑、表面間隔、和非球面表面係數）。 • 19- 1240305 (16) 表三 反射鏡數目 曲率半徑（mm) 表面間隔（mm) 物光罩（MS) 〇〇 630.39040422 Ml 〇〇 -414.889111869 M2 986.30700 1145.14669637 M3 〇〇 -455.6212317 M4 919.99906 575.973223593 M5 241.54161 -385.799698492 M6 472.69959 429.799698492 晶圓（w) 〇〇 0 非球面表面係數 K A B Ml 0.0 0.392913766692E-8 -0.482700852306E-13 M2 5.71467204258 -0.74423961703E-9 -0.218940230513E-14 M3 0.0 0.117641302987E-9 0.437846210229E-13 M4 0.262054559486 0.102681269079E-9 0.402913796893E-15 M5 -0.1333996647252 0.114059493627E-9 0.570575209799E-12 M6 0.029253097984 0.419098009587E-10 0.284038877645E-15 C D E Ml 0.85841732904E-18 -0.573601920195E-22 -0.30237956471E-26 M2 -0.164265249949E-17 0.123119917367E-20 -0.563252413767E-24 M3 -0.209910470364E-17 0.274183093663E-22 0.515594464729E-27 M4 -0.117081986791E-19 0.324154600714E-24 -0.3 74245169062E-29 M5 -0.859772349117E-16 0.160541027121E-18 -0162675556918E-21 M6 -0.927844388002E-22 0.334753349725E-24 -0.39683041798E-28 -20- 1240305 (17) 弟一圖所不反射式投影光學系統100A之不包含製造 誤差的像差，是波前像差21 λ ms和靜畸變2 nmPV。 反射式投影光學系統1 〇 〇 A使用平面的第一反射鏡 Μ 1，以減小第一反射鏡Μ 1之出射光和光軸間的角度，並 反射光軸附近的光。此外，從第二反射鏡M2到第三反射 鏡M3的光和從第四反射鏡Μ4到第五反射鏡Μ5的光交 叉，將光保持接近於光軸。結果，最大有效直徑約464毫 米，此已非常小，且有利於進行測量。藉由在第二反射鏡 M2和第三反射鏡M3之間形成中間影像ΙΜ，反射式投影 光學系統100Α能防止具有大有效直徑之第六反射鏡Μ6 的光遮蔽問題，此問題在光反射於光軸周圍時會發生。 表四顯示ΝΑ是0.25時，各反射鏡之光入射角度的 特徵： 表四 反射鏡數目 最大値 最小値 分布 Ml 10.97° 2.93° 8.04。 M2 6.96° 6.49° 0.47。 M3 11.24° 2.74° 8.50° M4 6.29。 3.6Γ 2.68。 M5 18.10。 7.13° 11.0° M6 5.05。 2.3 Γ 2.74° 參照表四，第五反射鏡Μ5接收會聚光束，且具有小 -21 - 1240305 (18) 範圍的入射角分布。此外，第三反射鏡M3具有小範圍的 入射角分布。本實施例中的第五反射鏡M5，當轉換成 ΝΑ0.25時，其傍軸放大率是一 0.15，邊緣光的角度是3.3 度。 因此，反射式投影光學系統100、100Α引導會聚光 束進入第五反射鏡Μ5，並縮小第五反射鏡Μ5之入射角 分布。藉此，簡單構造的多層塗覆可提供高反射比，並防 止因爲第五反射表面的不良反射比而降低通過量。此外， 反射式投影光學系統100、100Α使用凸面或平面的第一 反射鏡，並以第一反射鏡Μ 1和第二反射鏡M2形成中間 影像ΙΜ，藉此實現小的有效直徑、裝置尺寸的縮小、和 容易進行測量。 從上述反射式投影光學系統100、100Α的多個實施 例，本案發明人可推論如下： 因爲做爲距離晶圓（影像表面）之第二個反射鏡的第 五反射鏡Μ 5，在反射式投影光學系統1 0 0中的傍軸放大 率爲一 0.61，在反射式投影光學系統100Α的傍軸放大率 爲- 0 · 1 5。本實施例較佳是維持反射式投影光學系統中距 離晶圓（影像表面）之第二個反射鏡的傍軸放大率爲-〇 · 1 4或較小，最好是一 〇. 4或較小。下限較佳是一 3 〇或較 大。 當反射式投影光學系統1 〇 〇、1 〇 〇 Α的數値孔鏡爲 0.25或較大時，會聚光束入射於第五反射鏡M5，且光束 之兩邊緣光間的角度分別是1 4度和3 · 3度。因此’當反 -22- 1240305 (19) 射式投影光學系統的數値孔鏡爲0 · 2 5或較大時，入射於 在光學路徑上距離晶圓的第二個反射鏡之會聚光束，其邊 緣光間的角度較佳是3度或較大，更佳是9度以上。 現在參考第三圖，將說明曝光裝置200。第三圖是曝 光裝置200的示意構造。曝光裝置200是使用超紫外光（ 其波長例如爲1 3.4奈米）做爲曝光的照射光，且提供逐 步掃描曝光的投影曝光裝置。 如第三圖所示，曝光裝置200包括一照射裝置210、 一光罩MS、安裝有光罩MS的一光罩台220、一反射式投 影光學系統1〇〇、一物W、安裝有物W的一晶圓台230、 和一控制器240。該控制器240可控制地連接於照射裝置 210、光罩台220、和晶圓台230。 因爲超紫外光對空氣具有低透射比，所以雖然未顯示 ，但超紫外光最好是維持在真空環境中行進，至少其行經 的光路徑要在真空環境中。在第三圖中，XYZ定義三維 空間，且Z方向是垂直XY平面的方向。 照射裝置2 1 0使用對應於反射式投影光學系統之弧形 場的弧形紫外光（其波長例如1 3 · 4奈米），以照射光罩 MS。照射裝置2 1 0亦具有一光源和照射光學系統（未示 )。照射裝置2 1 0可使用習知技術的光源和照射光學系統 ’所以省略其詳細說明。例如照射光學系統可具有一聚光 器光學系統、一光學積分器、一孔徑闌、一葉片等，和使 用熟習該項技術者所易瞭解的技術。 光罩MS是反射或透射光罩，並形成有迴路圖案（或 -23- 1240305 (20) 影像）待傳輸，且由光罩台220支撐和驅動。從光3 射出的繞射光，被投影光學系統1 00反射後，投影至 上。光罩MS和物W配置成相互光學共軛。因爲曝光 2 00是逐步掃描的曝光裝置，所以掃描光罩MS和物 以將光罩M S上的圖案傳輸於物W上。 光罩台220支撐光罩MS，且連接於一可動機構 示）。光罩台220可使用任何習知機構，該可動機構 示）可用線性馬達等。可動機構能在 Y方向驅動光 220，以在控制器240的控制下移動光罩MS。當光i 和物W藉由控制器240而同步時，曝光裝置200開 描。 反射式投影光學系統100，是能將光罩MS上的 縮小和投影到影像表面的一種光學系統。反射式投影 系統1 〇〇可使用上述任一實施例，所以省略其詳細描 雖然第三圖使用第一圖所示的反射式投影光學系統1 但本發明並不限於此說明用的實施例。 在本實施例中，物w是一晶圓，但亦可爲L C D 一待曝光的物。物W施有光阻材料。 物W由晶圓台2 3 0支撐，例如晶圓台2 3 0使用 馬達將物W在X、Y、Z方向移動。在控制器240的 下，例如光罩M S和物W被同步掃描，且光罩台2 2 0 圓台23 0的位置受到例如雷射干涉儀或類似裝置的監 所以光罩台2 2 0和晶圓台2 3 0被以等速比驅動。 控制器2 4 0包括一中央處理單元（C P U )和一記 -MS 物W 裝置 W， (未 (未 罩台 :MS 始掃 圖案 光學 述。 00， 和另 線性 控制 和晶 控， 憶體 • 24 - 1240305 (21) (未示），用以控制曝光裝置200的操作。控制器240電 連接於光罩台220(的可動機構（未示））和晶圓台230 (的可動機構（未示））。中央處理單元（CPU )包括一 (不論其名稱）處理器’例如MPU，用以控制每一模組 。記憶體包括一 ROM和RAM，用以儲存控制曝光裝置 200操作的韌體。 曝光時，從照射裝置2 1 0射出的超紫外光照射光罩 M S，使光罩M S上的圖案傳輸至物W上。本實施例提供 一圓形或弧狀影像場，且藉由對應於縮小率的速率比掃描 光罩MS和物W，而掃描光罩MS的整個表面。 參考第四和五圖，現將說明使用上述曝光裝置2〇〇之 方法製造裝置的實施例。第四圖是說明製造裝置（即例如 1C和LSI半導體晶片、LCDs、CCDs等）的流程圖。在此 將以半導體晶片的製造爲例做說明。步驟一（迴路設計） 設計半導體裝置的迴路。步驟二（製造光罩）形成具有該 設計迴路的光罩。步驟三（製造晶圓）用例如矽材料製造 晶圓。步驟四（處理晶圓）是一預處理；使用光罩和晶圓 ，藉由光微影在晶圓上形成真實迴路。步驟五（組合）是 一後處理；將第四步驟形成的晶圓成型於半導體晶片內， 且包括一組合步驟（例如切片、連結）、一封裝步驟（密 封晶片）、及類似步驟。步驟六（檢查）對第五步驟製成 的半導體裝置進fr各種測試，例如有效度試驗和耐久性測 試。經過上述步驟，完成半導體裝置並運輸（步驟七）。 第五圖是步驟四（處理晶圓）的詳細流程圖。步驟十 -25- 1240305 (22) 一（氧化）氧化晶圓的表面。步驟十二（化學蒸$ )在晶圓表面上形成絕緣薄膜。步驟十三（形成電 蒸鍍或類似方法在晶圓上形成電極。步驟十四（注 )注入離子於晶圓內。步驟十五（抗蝕處理）施一 料於晶圓上。步驟十六（曝光）用曝光裝置200將 的迴路圖案曝光於晶圓上。步驟十七（顯影）將已 晶圓顯影。步驟十八（蝕刻）對已顯影的抗蝕影像 部分進行蝕刻。步驟十九（去除抗蝕劑）蝕刻後移 的抗蝕劑。重複這些步驟，以在晶圓上形成多層迴 。本實施例之該裝置的製造方法，比習知技術較能 品質的裝置。因此，使用曝光裝置200之方法的該 造和做爲完成品的該裝置，構成本發明的一部份。 再者，本發明並不限於這些實施例，在不脫離 的範圍內，可做各種變化和修飾。例如本實施例的 投影光學系統具有設有可旋轉對稱非球面表面的同 ，但亦可爲可旋轉非對稱非球面表面的同軸系統。 可應用反射式投影光學系統於波長200奈米以 EUV紫外光’例如ArF激元雷射和f2激元雷射。 亦可應用於掃描並曝光一大螢幕、或曝光但無掃描 光裝置。 因此本發明可提供具有高NA和良好影像性能 射鏡反射式投影光學系統，及使用該系統的曝光裝 可應用於超紫外線微影、縮小最大有效直徑、和縮 系統的全長。 渡 CVD 極）以 入離子 光敏材 光罩上 曝光的 以外的 除廢棄 路圖案 製造高 裝置製 本發明 反射式 軸系統 本發明 下的非 本發明 的一曝 之六反 置，其 小光學 -26- 1240305 (23) 【圖式簡單說明】 第一圖是本發明之一實施例的反射式投影光學系統的 示意構造， 第二圖是本發明另一實施例的反射式投影光學系統的 示意構造。 第三圖是包含第一圖所示之反射式投影光學系統的曝 光裝置的示意構造。 第四圖是一流程圖，用以解釋製造裝置（例如IC s、 L Sis和類似物的半導體晶片、CCDs、LCDs等）的一方法 〇 第五圖是第四圖所示步驟四’處理晶圓'的詳細流程圖 主要元件對照表 100 > 100A 反 200 曝 2 10 照 22 0 光 2 3 0 晶 240 控 IM 中
Ml 第 M2 第 射式投影光學系統 光裝置 射裝置 罩台 圓台 制器 間影像 一反射鏡 二反射鏡 -27- 1240305 (24) M3 第 二 反 射 鏡 M4 第 四 反 射 鏡 M5 第 五 反 射 鏡 M6 第 Γ . 反 射 鏡 MS 物 表 面 ( 光 罩） W 影 像 表 面 ( 晶圓） -28-

Claims (1)

  1. 1240305 拾、申請專利範圍 第9 3 1 04308號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國9 4年2月23日修正 1 · 一種反射式投影光學系統，用以將一物表面上的 一圖案’投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包 含複數反射鏡，其中，沿光學路徑距離該影像表面的一第 二個反射鏡，接收會聚光束，且具有- 0 . 1 4或較小的一傍 軸放大率。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 統，其中該反射式投影光學系統包含六個或更多的反射鏡 〇 3 .如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 統，其中沿該光學路徑距離該影像表面的一第三個反射鏡 ，在該複數反射鏡中具有最大的有效直徑。 4. 如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 統，其中該複數個反射鏡全部是具有多層塗覆的非球面反 射鏡，用以反射2 0奈米或更小波長的光。 5. 如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 統，其中該反射式投影光學系統從设直在δ亥物表面上的一 反射光罩將光投影。 6. 如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 統，其中該反射式投影光學系統在物表面側是非遠心的。 7. 如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 1240305 統，其中該複數個反射鏡形成一中間影像。 8 .如申請專利範圍第7項所述的反射式投影光學系 統，其中該中間影像與該複數反射鏡中其一的表面不一致 〇 9.如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 統，其中該複數個反射鏡全部設置在該物表面和該影像表 面之間。 1 0 .如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 統，其中沿該光學路徑距離該影像表面的該第二個反射鏡 ，其傍軸放大率在一 3 0和一 0.4之間。 11.如申請專利範圍第1項所述的反射式投影光學系 統，其中當該反射式投影光學系統的數値孔徑爲〇 . 2 5時 ，該會聚光束的兩邊緣光間的角度，在子午平面中是9度 或較大。 1 2 . —種反射式投影光學系統，用以將一物表面上的 --圖案，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包 含複數反射鏡，其中，沿光學路徑距離該影像表面的一第 二個反射鏡，接收會聚光束，且當該反射式投影光學系統 的數値孔徑爲〇 . 2 5或較大時，該會聚光束的兩邊緣光間 的角度，在子午平面中是3度或較大。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述的反射式投影光學 系統，其中該反射式投影光學系統包含六個或更多的反射 鏡。 14.如申請專利範圍第1 2項所述的反射式投影光學 -2- 1240305 系統，其中沿該光學路徑距 鏡，在該複數反射鏡中具有 15. 如申請專利範圍弟 系統，其中該複數個反射鏡 反射鏡，用以反射2 0奈米宫 16. 如申請專利範圍第 系統，其中該反射式投影光 一反射光罩將光投影。 17. 如申請專利範圍第 系統，其中該反射式投影光 〇 18. 如申請專利範圍第 系統，其中該複數個反射鏡 1 9 .如申請專利範圍第 系統，其中該中間影像與該 致。 20. 申請專利範圍第 系統，其中該複數個反射鏡 表面之間。 2 1 .如申請專利範圍第 系統，其中沿該光學路徑距 鏡，其傍軸放大率在〜3 〇和 22.如申請專利範圍第 系統，其中當該反射式投影 離該影像表面的一第三個反射 最大的有效直徑。 1 2項所述的反射式投影光學 全部是具有多層塗覆的非球面 ζ更小波長的光。 1 2項所述的反射式投影光學 學系統從設置在該物表面上的 1 2項所述的反射式投影光學 學系統在物表面側是非遠心的 1 2項所述的反射式投影光學 形成一中間影像。 1 8項所述的反射式投影光學 複數反射鏡中其一的表面不一 1 2項所述的反射式投影光學 全部設置在該物表面和該影像 1 2項所述的反射式投影光學 離S亥影像表面的該第二個反射 —0 · 1 4之間。 1 2項所述的反射式投影光學 '光學系統的數値孔徑爲0.2 5 -3- 1240305 時，該會聚光束的兩邊緣光間的角度，在子午平面中是9 度或較大。
    2 3 . —種反射式投影光學系統，用以將一物表面上的 一圖案，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包 含六個反射鏡，其包括在一光學路徑上，從該物表面至該 影像表面，依序的一第一反射鏡、一第二反射鏡、一第三 反射鏡、一第四反射鏡、一第五反射鏡、和一第六反射鏡 ，以將光連續反射； 其中，該第一反射鏡爲凸面或平面狀，且該第五反射 鏡接收會聚光束。 24.如申請專利範圍第23項所述的反射式投影光學 系統，其中該第五反射鏡具有一 〇 . 1 4或較小的一傍軸放大 率。
    2 5.如申請專利範圍第2 3項所述的反射式投影光學 系統，其中當該反射式投影光學系統的數値孔徑爲0.25 或較大時，該會聚光束的兩邊緣光間的角度，在子午平面 中是3度或較大。 2 6.如申請專利範圍第2 3項所述的反射式投影光學 系統，其中該六個反射鏡形成一中間影像。 27.如申請專利範圍第26項所述的反射式投影光學 系統，其中該中間影像與該六個反射鏡中其一的表面不一 致。 2 8.如申請專利範圍第2 3項所述的反射式投影光學 系統，其中該六個反射鏡全部設置在該物表面和該影像表 -4 - 1240305 面之間。 29.如申請專利範圍第2 3項所述的反射式投影光學 系統，其中沿該光學路徑距離該影像表面的該第二個反射 鏡，其傍軸放大率在一 3 0和一 0.4之間。 3 0 .如申請專利範圍第2 3項所述的反射式投影光學 系統，其中該第五反射鏡的傍軸放大率在- 3 0和- 0.4之 間。 3 1 .如申請專利範圍第2 3項所述的反射式投影光學 系統，其中當該反射式投影光學系統的數値孔徑爲0.2 5 時，該會聚光束的兩邊緣光間的角度，在子午平面中是9 度或較大。 32. 如申請專利範圍第2 3項所述的反射式投影光學 系統，其中該反射式投影光學系統從該物表面至該影像表 面，包含該第二反射鏡、該第一反射鏡、該第四反射鏡、 該第六反射鏡、該第三反射鏡、和該第五反射鏡，其中一 中間影像形成在該第四和第三反射鏡之間。 33. 如申請專利範圍第3 2項所述的反射式投影光學 系統，其中該中間影像形成在該第四和第六反射鏡之間。 3 4 .如申請專利範圍第3 2項所述的反射式投影光學系 統，其中該中間影像形成在該第六和第三反射鏡之間。 35. —種曝光裝置，包含： 一反射式投影光學系統，用以將一物表面上的一圖案 ，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包含複數 反射鏡，其中，沿光學路徑距離該影像表面的一第二個反 -5- 1240305 射鏡，接收會聚光束，且具有- 〇. 1 4或較小的一傍軸放大 率； 一光罩台，其支撐具有該圖案的一光罩，且將該光罩 上的該圖案定位於該物表面上； 一晶圓台，其支撐具有一光敏層的一物，並將該光敏 層定位於該影像表面上；
    一機構，用以當該光罩被2 0奈米或更小波長的光照 射時，同步掃描該光罩台和該晶圓台。 36. —種曝光裝置，包含： 一反射式投影光學系統，用以將一物表面上的一圖案 ，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包含複數 反射鏡，其中，沿光學路徑距離該影像表面的一第二個反 射鏡，接收會聚光束，且當該反射式投影光學系統的數値 孔徑爲〇 . 2 5或較大時，該會聚光束的兩邊緣光間的角度 ，在子午平面中是3度或較大；
    一光罩台，其支撐具有該圖案的一光罩，且將該光罩 上的該圖案定位於該物表靣上； 一晶圓台，其支撐具有一光敏層的一物，並將該光敏 層定位於該影像表面上； 一機構，用以當該光罩被2 0奈米或更小波長的光照 射時，同步掃描該光罩台和該晶圓台。 37. —種曝光裝置，包含： 一反射式投影光學系統，用以將一物表面上的一圖案 ，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包含六個 -6- 1240305 反射鏡，其包括從該物表面至該影像表面依序的一第一反 射鏡、一第二反射鏡、一第三反射鏡、一第四反射鏡、一 第五反射鏡、和一第六反射鏡，以將光連續反射，其中， 該第一反射鏡爲凸面或平面狀，且該第五平面反射鏡接收 會聚光束； 一光罩台，其支撐具有該圖案的一光罩，且將該光罩 上的該圖案定位於該物表面上； 一晶圓台，其支撐具有一光敏層的一物，並將該光敏 層定位於該影像表面上； 一機構，用以當該光罩被2 0奈米或更小波長的光照 射時，同步掃描該光罩台和該晶圓台。 3 8 . —種曝光裝置，包含： 一照射光學系統，供以從一光源來的光照射一圖案； 及 一反射式投影光學系統，用以將一物表面上的一圖案 ，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包含複數 反射鏡，其中，沿光學路徑距離該影像表面的一第二個反 射鏡，接收會聚光束，且具有- 〇 . 1 4或較小的一傍軸放大 率。 39. 如申請專利範圍第3 8項所述的曝光裝置，其中 該投影光學系統將從該圖案反射的光，投影至該影像表面 上。 40. —種曝光裝置，包含： 一照射光學系統，供以從一光源來的光照射一圖案； -7- 1240305 及 一反射式投影光學系統，用以將一物表面上的一圖案 ，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包含複數 反射鏡，其中，沿光學路徑距離該影像表面的一第二個反 射鏡，接收會聚光束，且當該反射式投影光學系統的數値 孔徑爲〇 . 2 5或較大時，該會聚光束的兩邊緣光間的角度 ，在子午平面中是3度或較大。 4 1.如申請專利範圍第40項所述的曝光裝置，其中 該投影光學系統將從該圖案反射的光，投影至該影像表面 上。 42. —種曝光裝置，包含： 一照射光學系統，供以從一光源來的光照射一圖案； 及 一反射式投影光學系統，用以將一物表面上的一圖案 ，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包含六個 反射鏡，其包括從該物表面至該影像表面依序的一第一反 射鏡、一第二反身寸_、一第二反身寸鏡、--第四反身寸鏡、一 第五反射鏡、和一第六反射鏡，以將光連續反射，其中， 該第一反射鏡爲凸面或平面狀，且該第五平面反射鏡接收 會聚光束。 43. 如申請專利範圍第42項所述的曝光裝置，其中 該投影光學系統將從該圖案反射的光，投影至該影像表面 上。 44. 一種裝置的製造方法，包含下列步驟： -8- 1240305 使用一曝光裝置將一物曝光； 將已曝光的該物顯影； 其中該曝光裝置包含= 一照射光學系統，供以從一光源來的光照射一圖案； 及
    一反射式投影光學系統，用以將一物表面上的一圖案 ，投影到一影像表面上，該反射式投影光學系統包含複數 反射鏡，其中，沿光學路徑距離該影像表面的一第二個反 射鏡，接收會聚光束，且具有- 〇. 1 4或較小的一傍軸放大 率。
    -9-
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