TWI269121B - Optical system for maskless lithography - Google Patents

Description

1269121 (1) 玫、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一般的光刻，尤其，本發明係有關無遮 罩光刻。 【先前技術】 光刻法爲一被使用來產生形體外貌於基板之表面上的 程序’這種基板能夠包含那些被使用於扁平面板顯示器 (例如’液晶顯示器）、電路板、各種積體電路等等之製造 中的基板，這種應用所常常使用的基板爲半導體晶圓或玻 璃基板。在爲了舉例說明而從半導體晶圓的觀點來寫出此 敘述的同時，習於此技藝者將會辨識出此敘述也應用於習 於此技藝者所已知之其他類型的基板。 在光刻期間，置於晶圓台上之晶圓係藉由位在光刻設 備內之曝光光學機構而暴露於一投射在晶圓表面上的影 像。在曝光光學機構被使用於微影的情況中，將視特別應 用的狀況而使用不同類型的曝光設備。舉例來說，如同習 於此技藝者所已知的，X-射線、離子、電子、或光子光刻 各自需要不同的曝光設備。爲了舉例說明的目的，在此僅 討論微影的特別例子。 所投射之影像在沉積於晶圚表面上之層（舉例來說， 光阻）的特性上產生改變，這些改變對應於在曝光期間被 投射於晶圓上的形體外貌。在曝光之後，該層能夠被蝕刻 以產生經圖案化的層，此圖案對應於那些在曝光期間被投 - 4- 1269121 (2) 射於晶圓上的形體外貌。然後，此經圖案化之層被用來去 除或進一步處理晶圓內之底層結構層的暴露部分，例如， 導電性、半導體性、絕緣性層。然後，重複此程序，連同 其他步驟，一直到所想要的形體外貌已經被形成於晶圓的 表面上或各種層中。 逐步掃描技術結合具有狹窄之成像插槽的投射光學系 統一起工作，並非同時使整個晶圓曝光，而是在晶圓上掃 描個別的區域，一次一個，這是藉由同時移動晶圓和光 罩，而使得在掃描期間，成像插槽移動過該區域來予以達 成的。然後，晶圓台必須非同步地步進於曝光區域之間， 以便讓光罩斷案的多個複製品能夠曝光於晶圓表面上。這 樣，使投射於晶圓上之影像的品質達到最高。 習知光刻系統及方法形成影像於半導體晶圓上，典型 上，此系統具有一光刻室，其被設計而含有一實施半導體 晶圓上之影像形成程序的設備，此室能夠根據所使用之光 的波長而被設計而具有不同的氣體混合及/或真空的等 級，光罩係位於該室之內。——束光在和半導體晶圓相互作 用之前從一照明源（位於系統外側）通過光學系統、光罩上 之影像外形輪廓、及第二光學系統。 在基板上製造一裝置需要多個光罩，這些光罩由於形 體外貌尺寸及小的形體外貌尺寸所需之準確的容許度而使 得成本及製造所消耗之時間變得愈來愈多。又，光罩在磨 損之則僅能夠被使用於一定的時間期間，如果光罩不是在 一定的容許度之內或者當光罩損壞時，則例行地花費更多 - 5- 1269121 (3) 的成本。因此，使用此光罩之晶圓的製造變得愈來愈昂 貴，並且有可能是驚人地昂貴。 爲了克服這些缺點，已經發展出無遮罩（例如，直接 寫入、數位等等）光刻系統。無遮罩系統以空間光調變器 (SLM)(例如’數位微鏡子裝置（DMD),液晶顯示器（Leo)等 等）來取代光罩，SLM包含一陣列的主動區域（例如，鏡子 或透射區域）’其係ON或OFF以形成所想要的圖案，一 根據所想要之曝光圖案之預定且先前所儲存的演算法被用 來打開或關閉主動區域。 圖1顯示一使用扁平SLM 102做爲圖案產生器之習 知以SLM爲基礎的寫入系統1 〇〇，來自照明系統104的 光經由分光鏡1 〇 6及含有至少一光學元件丨〇 8的光學系統 (未顯示出）而被導引至SLM 1 02。在反射自SLM 102之 後，光通過分光鏡 106，並且經由具有至少一光學元件 1 12的光學系統（未顯示出）而被導引至基板丨10。爲了維 持雙遠心光束朝向SLM 102及基板1 10，光學元件108必 須具有和SLM 102相同的直徑。當各光束之主光線係平 行於SLM 102的光軸且/或平行於基板1 1〇的光軸時，光 束能夠被考慮是雙遠心的光束，至於光學元件1 〇 8能夠具 有多大的直徑（例如，3 00- 3 5 0 nm)則有製造限制，這必然 也限制了 SLM 102的尺寸，生產量係根據SLM 102的尺 寸。因此，由於因爲光學元件108而限制了 SLM 102的 尺寸，如果增加S LM 1 0 2的直徑，則生產量遠低於所能 夠獲得到的生產量。 -6 - 1269121 (4) 【發明內容】 本發明提供一種無遮罩光刻系統，其包含一照明系 統 '一非線形（例如，曲面、凹面、球面等等的）S L Μ、一 曝光系統、及一分光鏡，此分光鏡將光從照明系統導引至 SLM，並且從SLM導引至曝光系統。在一些實施例中， 一或多個光學元件能夠係位於分光鏡與SLM之間，有可 能做像差的校正。 下面參照伴隨之圖形來詳細敘述本發明的其他特徵及 優點，以及本發明之各種實施例的結構及操作。 【實施方式】 大綱 在討論特定之組態及配置的同時，應該了解到這僅是 爲了舉例說明之目的而做的，習於此技藝者將會察覺到能 夠使用其他的組態及配置，而沒有違離本發明的精神及範 疇。對於習於此技藝者而言，此發明很明顯地也能夠被應 用在各種其他的應用上。 本發明提供一無遮罩光刻系統，此無遮罩光刻系統包 含一照明系統、一具有非線形形狀之（例如，曲面、凹 面、球面等等的）SLM、一曝光系統、及一分光鏡，此分 光鏡將光從照明系統導引至SLM，並且從SLM導引至曝 光系統。在一些實施例中，一或多個光學元件能夠係位於 分光鏡與S L Μ之間，有可能做像差的校正。 舉例來說，S LM的半徑增加X導致生產量增加X2。 1269121 (5) 又，因爲光學元件不需要在分光鏡與S LM之間，所以系 統中之元件的尺寸、數目、及成本減少，甚至當光學元件 被使用時，此光學元件將會具有相對較小的尺寸，其能夠 顯著地降低光學元件的生產成本。藉由不需要光學元件或 減小其尺寸，也能夠降低整個系統成本。_ 無遮罩光刻系統 圖2顯示依據本發明之實施例的無遮罩光刻系統 200，系統200包含一照明系統202，其經由分光鏡206 而將光發送至一非線形形狀之（例如，曲面、球面、凹面 等等的）空間光調變器204 (例如，數位微鏡子裝置（DMD)， 反射型液晶顯示器（LCD)等等）。反射自.SLM 204之經圖 案化的光通過分光鏡206及具有至少一光學元件20 8的投 射光學機構（未顯示出），並且被寫在一物件210(例如，基 板 '半導體晶圓、用於扁平面板顯示器的玻璃基板等等) 上。 將可領會到，如同在相關技術中所已知的，照明光學 機構能夠被容納在照明系統內。也將可領會到，包含至少 一光學元件2 1 2的光學系統（未顯示出）能夠被定位在SLM 2 04之前，以實施已知的功能，例如，做像差的校正。相 較於系統1 0 0中的光學元件1 0 8，光學元件2 1 2可以是更 加地小，因爲光學元件2 1 2不再被用來做成光束遠心。代 替光束之主光線以小的入射角度來撞擊S L Μ表面，而因 此他們會聚於S LM空間，而不是遠心的。減小光學元件 1269121 (6) 2 1 2的尺寸亦使其成本減少，以及系統200的成本。 圖3顯示SLM 2 04之主動區域3 0 0的詳細內容。主 動區域3 00包含一陣列的主動裝置3 02 (在圖形中以虛線 圖案來代表），主動裝置3 02可以是DMD上的鏡子，或者 是L C D上的位置。將可領會到，主動裝置3 0 2也可以被 稱爲圖素，如同在相關技術中所已知的。藉由調整主動裝 置3 02的物理特性，他們可以被看做是ON或OFF，或者 如果他們不是二進位裝置，他們可以被看做是在全ON與 全OFF之間的某處。根據所想要之圖案的數位或類比輸 入訊號被用來使各種的主動裝置3 02打開或關閉，在一些 實施例中，被寫到物件1 1 2之真實的圖案能夠被偵測到， 並且能夠做出圖案是否係在可接受之容許度以外的決定。 如果是的話，則控制器2 1 4 (圖2 )能夠被用來即時產生類 比或數位控制訊號，以微調（例如，校準、調整等等）由 SLM 204所產生之圖案。 當DMD被用作SLM 204時，各圖素3 02能夠被安裝 以便繞著彈性裝置（未顯示出）而樞轉，彈性裝置係位於各 圖素3 02的兩個對角線角落處。在操作上，當適當的ON 電壓被施加於各圖素3 02時，圖素3 02的左上側角落將會 從 SLM 3 02的平面向上移動，而同時右下側角落將會向 下移動。同樣地，當OFF電壓被施加時，圖素3 02將會 繞著彈性裝置而樞轉，使得左上側角落向下移動，而右下 側角落向上移動。因此，ON及OFF位置包括各圖素302 的兩個不同的移動，在其中一例中，圖素3 02能夠對平面 1269121 (7) 的各側樞轉1 0度。 類似地，液晶顯示面板能夠被用作SLM 204，電壓將 被施加或截止自主動區域3 02而ON或OFF，視由控制器 2 1 4所控制之控制系統（未顯示出）的組態而定。當打開 時，光和主動區域3 02相互作用以便將反射光束導引朝向 物件2 1 0，當關閉時，光和主動區域3 02相互作用以便將 反射光束導引離開物件210。 SLM 2 04被組構而讓所有的主動區域3 00與SLM 204 的非線形支承或表面一致。在此組態中，各光束之主光線 能夠正常地撞擊各主動區域3 02。反射自SLM 204的光束 根據SLM 2 04的形狀而會聚於分光鏡206上，而不需要 光學元件2 1 2，這和上面所討論之需要光學元件1 0 8的習 知系統1 00係相反的。因此，相較於習知系統1 00，系統 2 00較不複雜，而且成本較低。又，因爲不需要光學元件 2 12，所以SLM 2 04能夠被製造而具有爲特別系統所需要 的任何半徑。如同上面所討論的，SLM 204之半徑增加X 等同於生產量增加X2。因此，舉例來說，半徑增加3倍 預留了生產量增加9倍。 結論 在上面已經敘述本發明之各種實施例的同時，應該了 解到他們僅藉由舉例說明來予以提出，而非限制。對於習 於相關技藝者而言，在形式上及詳細地各種改變可以被做 成於其中，而沒有違離本發明的精神及範疇將會是明顯 - 10- 1269121 (8) 的。因此，本發明的寬度及範疇不應該被任何一個上述的 代表性實施例所限制，而應該僅依據下面的申請專利範圍 及他們的等同之物來予以界定。 【圖式簡單說明】 伴隨之圖形，其在此被倂入且構成說明書的一部分， 舉例說明本發明之實施例，並且和上面所提出的一般說明 及下面所提出之實施例的詳細說明一起當作解釋本發明的 原理之用，並且致使習於此技藝者能夠製作及使用本發 明。 圖1顯示習知的無遮罩光刻系統。 圖2顯示依據本發B月之實施例的無遮罩〃光刻系統。 圖。係依據本發明實施例之空間光g周變器的平面圖。 現在將參照伴隨之圖形來敘述本發明。在圖形中，相 同的參考數字可以表示相同或功能性相似的元件。除此之 外’參考數字之最左邊的數位可以辨識出參考數字第一次 出現的圖形。 [主要元件對照表] 100 習知以SLM爲基礎的寫入系統 102 空間光調變器 1 04, 202照明系統 1〇6; 206分光鏡 1 1 25 2 0 8, 2 1 2 光學元件 -11 > 1269121 Ο) 110 基板 200 無遮罩光刻系統 204 空間光調變器 210， 112 物件 2 14 控制器 300 主動區域 302 主動裝置（圖素）

-12-

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍 附件2A··第93 1 1 8 1 65號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國95年6月20日修正 1 · 一種無遮罩光刻系統，包含： 產生光之照明機構；

   用來導引光之導引機構，其包含一用來修正光中之像 差的機構； 在自導引機構接收到光之後使光圖案化之圖案化機 構’該圖案化機構使具有非線形圖案化表面之光圖案化； 及 用來以經圖案化之光而使物件曝光之曝光機構。 2 · —種無遮罩光刻系統，包含： 一照明系統，其供應輻射光束’； 一使光束圖案化之空間光調變器，該空間光調變器包

   含： 一非線形基板； 一陣列之可個別控制元件，係連接至非線形基板； 一投射系統，其將經圖案化之光束投射於基板上； 一導引裝置，其將光束導引至空間光調變器上，及將 經圖案化之光束導引至投射系統上；以及 一聚焦光學元件，其將來自導引裝置之光聚焦於空間 光調變器上，其中，聚焦元件的半徑實質係小於空間光調 變器的半徑。 1269121 3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中，光束之主 光線正交於各元件之表面地撞擊該陣列之可個別控制元件 的各個元件。 4. 如申請專利範圍第2項之系統，其中，導引裝置 包括一用來修正光束中之像差的機構。 5. 如申請專利範圍第2項之系統，其中，非線形基 板具有一曲面形狀。 6. 如申請專利範圍第2項之系統，其中，非線形基 板具有一凹面形狀。 7 .如申請專利範圍第2項之系統，非線形基板具有 一球面形狀。 -2-