TWI342470B - Microlithographic projection exposure apparatus and method - Google Patents

Description

1342470 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種微影成像投射曝光裝置，且關於 種微影成像曝光方法。 【先前技術】 微影成像投射曝光裝置係被用於微結構元件（如積體 電路或LCD)的製造。此類投射曝光裝置具有一發光裝置及 一投影物鏡。在微影成像製程中，藉助於發光裝置^受到 10照射之遮罩(=初縮光罩）的影像，藉由投影物鏡而被投射至 塗有感光膜層（光阻）且置於投影物鏡之像面中的基板（例 如，矽晶圓）上，以將遮罩結構轉移至基板的感光塗膜。 在發光裝置中，對於某些應用而言希望產生的光命不 偏振愈好，為了此目的，需要將來自料光㈣線性偏振 15 光去極化（depolarize) 〇

20 為此’ M丨99 2丨795 Ai揭露了 ’將旋轉之偏振改變 疋件以λ/2板的形式安裝於投射曝光裝置的照射光束路徑 中以產生未偏振輻射，作為光源之雷射的個別脈衝係與人 板。之旋轉動作同步，俾使在脈衝與脈衝之間λ/2板繼續以 45°旋轉’因此λ/2板之下游的脈衝以成對的方式抵 偏振作用。 _ ζ' “ US 2004/0262500 Α1揭露了藉由例如微影成像投射曝 光裝置的脈衝輻射源(例如，準分子雷射）所產生之光束的 像解析偏振量測(p〇larimetry)方法及裝置，其中在不同振 5 1342470 盪頻率下激發(excite)的兩個光彈性調變器（pEM)及例如偏 振射束分離态（polarization beam splitter)形式之偏振元件係 位於光束路徑中，輻射源受到驅動而以依賴第一及/或第二 PEM之振盪狀態的方式發射輻射脈衝，且來自偏振元件的 5輻射係由偵測器以影像解析之方式所偵測到。 上述光彈性調變裝置(PEM)係由表現出應力雙折射 (stress birefringence)的材料所製造出的光學元件，應力雙 折射係以下列方式表ί見出：達到聲波振動之pEM的激發導 ，致週期性變化的機械應力’並因而導致依時變化之延遲 10 (她rdation)。「延遲」表*兩正交（相交垂直）偏振狀態之光 學路徑的差距。此_的光彈性調㈣置(pEM)在先前技 術例如us 5，m，81〇或us 5,744,721 Ai中受到充分敎述， 且由例如Hinds InSt職ents Ine，出祕⑽，〇零n(usA)公 司所製造及銷售而用於可見光至vuv範圍⑼i3()nm)之範 15 圍0

【發明内容】 本發明之一目的為提供 一種微影成像投射曝光方法 需有可移動尤其是旋轉之光 的脈衝解析調變。 〜種微影成像投射曝光裝置及 ’穑由該裝置及方法，可在毋 $元件的情況下達成偏振狀態 根據本發明的—種微影成像投射曝光裝置，包含： -產生脈衝光之一脈衝光择. -一發光裝置；及 20 1342470 -一投影物鏡，該發光裝置照射該投影物鏡之一物面， 且此物面係藉由該投影物鏡而成像至該投影物鏡的一像 面； -至少一光彈性調變裝置，係設置於該脈衝光源與該發 5光裝置之間。 藉由以已知的方式適當（例如，聲波）的激發，該光彈 性調變裝置可受到依時變化的延遲（temporally varying retardation)，其中該延遲可依時地與脈衝光相關聯，俾使 > 脈衝光的個別（例如，連續的）脈衝在每一種情況下遭受已 1〇 定義的延遲，並因此遭受已定義之偏振狀態改變，在該情 況下個別脈衝的該改變亦可不同。在此情況下，使用根據 本發明之用以產生此偏振狀態之脈衝解析變化的光彈性調 變裝置的優點，係可避免使用可移動（尤其是旋轉）光學元 件，藉此尤其避免了因產生例如離心力而在此類元件中所 15引發的應力雙折射、及伴隨著該應力雙折射的偏振分佈的 非所欲影響。 > 例如根據一實施例，上述之依時關聯可以下列方式達 成：使脈衝光的兩連續脈衝抵消彼此自光彈性調變裝置後 出現的偏振作用，或使兩連續脈衝自光彈性調變裝置所顯 20 現的偏振方向相互在位向上垂直，以在發光裝置中產生非 偏振光。 根據一實施例，一偏振影響光學元件更被裝設於該發 光裝置中。 在本申請案之背景中，應瞭解，一偏振影響光學元件 25係指在原理上具有下列特性的任何元件：無論藉由旋轉照 7 1342470 =較佳偏振方向、渡掉特定偏振狀態的 第 狀態轉變為第二偏振狀態，而將該 先的輸入偏振狀癌轉變為不同偏振狀態。又理論上， ^偏振狀態^分量的穿透及反射或糾柯改變偏振狀 偏振影響光學料具有四偏光元件 r=j=此四偏光元件在繞著該發光裝置之- ::轴的圓周方向中以彼此偏差9〇。的方式設置庄中兩 10 呈現彼此對向’而能夠傳輸一第-偏振；向之 的兩偏光7^則能夠傳輸與該第—偏振方向垂 直之卓一偏振方向的光。 藉由㈣偏鄉料學元件結合以均料所施行之 偏振方向的一脈衝解析改變，能夠在垂直方向上偏振的一 水平發光設定與在水平方向上偏振的一垂直發光設定之間 15改變，俾能夠在毋需有可移動元件的方式下，快速而連續 地在一針對垂直結構所最佳化之發光設定與一針對水平結 丨構所最佳化之發光設定間切換。 13 S亥偏振景> 響光學元件係較佳地被設置在該發光裝置的 一光瞳平面（pupil plane)中。 根據-實施例’該偏振影響光學元件為—偏光滤光器 (polarization filter)。 根據更一態樣，本發明亦關於一種微影 法，在此方法中，由一脈衝光源所產生之脈衝光被饋送至 -投射曝光裝置的-發光裝置，脈衝光之1衝在進入該 25發光裝置之前其偏振狀態受到已定義之改變，其中利用設 8 1342470 置在5玄脈衝光之光束路徑中的至少一光彈性調變裝置來影 響該偏振狀態之改變。 根據更一態樣，本發明亦關於一種微影成像投射曝光 裝置中的光彈性調變裝置的用途，以達成通過該投射曝光 5袈置之光之偏振狀態的已定義之脈衝解析改變。 本發明之更進一步結構可自說明書及申請專利範圍之 附屬項獲得瞭解。 參 【實施方式】 1〇 為了說明根據本發明之裝置對於根據第一實施例之微 影成像投射曝光裝置中之偏振分佈的影響，圖1先顯示了 產生偏振光的脈衝光源no。脈衝光源11()通常為準分子雷 射，例如具有193 nm操作波長的ArF雷射。在圖i中以箭 頭方向行進之光傳播方向中，光彈性調變裝置(pEM)12〇係 15位於脈衝光源110下游，微影成像投射曝光裝置的發光裝 置130於光傳播方向中係位於光彈性調變裝置(pEM)i2〇下 # 游。

PEM 120受到激發單元140(excitation unit)以本身已知 之方式激發而產生聲波振動，俾以在PEM 120中形成依時 2〇 地隨著調變頻率而變化的延遲，該調變頻率係取決於PEM 的機械尺寸(mechanical dimensioning)且通常落在數1 〇 kHz 的範圍内。接著’假設在圖1中壓力方向或振動方向係以 相對於雷射光之偏振方向為45角的方式安排，該雷射光 係由脈衝光源110所發出並照射在PEM 120上。由激發單 25元140所造成之PEM 120的激發係與適當起動(trigger)電 1342470 子裝置所造成之脈衝光源110的發射相關聯。 接著，在PEM 120中之延遲被精確地歸零(zer〇)的時 間點處’脈衝光源110產生第一脈衝。第二脈衝係於PEM 120中之延遲相當於操作波長一半（即，λ/2)的時間點處， 5由脈衝光源110產生。因此，ΡΕΜ 120以λ/2板的方式作 用在該第二脈衝上’以使第二光脈衝自ΡΕΜ 120出現時其 偏振方向相對於其進入ΡΕΜ 120中時的偏振方向旋轉了 90°。由於ΡΕΜ 120係於數1〇 kHz的頻率下操作，因此ΡΕΜ I 120之激發振動的週期持續時間相較於脈衝光源11〇之脈 ίο衝持續時間（約10奈秒)為長，因此在脈衝持續時間期間， 半靜態（quasi-static)的延遲作為在來自於PEM 120中之脈 衝光源110的光上。 由於上述之兩脈衝在自PEM 120出現時其在偏振方向 上的位向彼此正交，因此在自PEM 120出現後或在進入發 15光裝置130時’其抵消了彼此的偏振作用。結果，由於發 光裝置中的重疊（super-imposition)而產生非偏振光。 丨根據之一進一步實施例，激發單元140所產生之PEM 120的激發，係與來自脈衝光源110之發射相關聯，俾使 第一脈衝於PEM _之延遲相當於操作波長之四分之一 2〇 (即，λ/4)的時間點處通過PEM 120(此導致了左圓偏光）， 且第二脈衝於ΡΕΜ中之延遲等於相同大小但相反符號 (即，-λ/4的量）的時間點處由脈衝光源110所產生（此導致 了右圓偏光），或反之亦然。結果，此光脈衝對(pairs)之多 重性（multiplicity)的重疊（superimposition)以類似的方式， 25在自PEM 120出現後或進入發光裝置130前產生非偏振 1342470 光。 圖2顯示了本發明之一進一步實施例，與圖1基本上 功能相同的元件係以增加100的元件符號來表示之。根據 圖2 ’偏振影響光學元件232係位於發光裝置230的一光 5瞳平面中，而該光學元件之結構將會在下列參考圖3而作 更詳細之解釋。 偏振影響光學元件232具有包含四偏光元件233至236 的結構’此四偏光元件233至236係在不透光(light-opaque) φ 載具237中以彼此偏差90。的方式設置。例如，在早期公 10開之美國專利申請案US 2005/0140958 A1中敘述了此類偏 振影響光學元件。個別偏光元件233至236的偏振方向或 傳播方向係基於圖3中的雙頭箭號P1至P4表示。偏光元 件233至236本身可由以已知方式彼此連接成對的偏振選 擇射束分離層（polarization-selective beam splitter layer)所 i5建構(上述之US 2005/0140958 A1中有記載）。 如圖4a及4b中概略地顯示，藉由已參考圖！敘述的 φ 方法’來自脈衝光源210之光，在進入發光裝置230之前， 其偏振方向接著受到改變，以使其偏振方向在脈衝解析方 式中的X方向（圖4a)與y方向（圖4b)間變化。在首先敘述 2〇之情況中’即，將偏振方向設定為根據圖4a之X方向的情 況下’藉由偏振影響光學元件232的作用優點，以此方式 偏振的光僅由偏振元件234與236所傳播，但卻會被偏光 元件233與235所阻擋。相反地，在將偏振方向設定為根 據圖4b之y方向的情況下，以此方式偏振的光僅由偏振元 25件233與235所傳播’但卻會被偏光元件234與236所阻 1342470 擋。 因此，在參考圖2至4所述的實施例中，在垂直方向 (y方向）中偏振之一水平發光設定，會以脈衝解析方式，隨 著在水平方向偏振之一垂直發光設定而變化。以此方式， 5能夠在毋需有可移動元件的情況下，快速連續地在一針對 垂直結構所最佳化的發光設定與一針對水平結構所最佳化 的發光設定之間切換。 又’用於發光裝置230中且被概略地顯示於圖2中的 φ 繞射光學元件(DOE)23i被較佳地設計，俾使僅光瞳平面中 1〇的四個局部元件233至236受到照射（因此繞射光學元件 (DOE) 231被稱為四極d〇E)。 ^雖然已基於特定實施例敘述了本發明，但熟知此項技 藝者藉由例如組合及/或置換個別實施例的特徵，可實現各 種變化及其他的實施例。因此，熟知此項技藝者應明白， is本發明亦包含此類變化及其他實施例，且本發明之範疇僅 由所Ik附之中請專利範圍及其均等物的涵義所限制。 【圖式簡單說明】 下列將基於附圖所示之例示性實施例而更詳細地解釋 2〇 本發明。 圖1顯示根據本發明第一實施例之微影成像投射曝光 裝置之部分示意圖。 圖2顯示根據本發明第二實施例之微影成像投射曝光 裝置之部分示意圖。 12 1342470 圖3以平面圖顯示了圖2中之投射曝光裝置中所用之 偏振影響光學元件的示意圖。 圖4a-b顯示用以說明圖3之元件對於具有不同偏振方 向之光照射時之作用的示意圖。 【主要元件符號說明】 110 脈衝光源 120 光彈性調變裝置(PEM) ^ 130 發光裝置 ίο 132 偏振影響光學元件 140 激發單元 230 發光裝置 231 繞射光學元件(DOE) 232 偏振影響光學元件 15 233 至 236 四偏光元件 13

Claims (1)

1342470 十、申請專利範圍： L 一種微影成像投射曝光裝置，包含： -產生脈衝光之一脈衝光源（110, 210); -一發光裝置（130, 230);及 -一投影物鏡，該發光裝置（130, 230)照射該投影物鏡 之一物面（object plane)，且此物面係藉由該投影物鏡而成像 矣該投影物鏡的一像面（image plane); -至少一光彈性(photoelastic)調變裝置（120, 220)，係設 籲 置於該脈衝光源（110, 210)與該發光裝置（130, 230)之間。 2.如請求項第1項之微影成像投射曝光裝置，其包含一激 發單元（140, 240)，用以激發具有一依時變化延遲的該光彈 性調變裝置（120, 220)，該依時變化延遲係依時地與該脈衝 光相關聯。 φ 3·如請求項第2項之微影成像投射曝光裝置，其中在該脈 衝光自該光彈性調變裝置（120, 220)出現後，該脈衝光的個 別脈衝具有已定義的一偏振狀態。 4.如請求項第3項之微影成像投射曝光裝置，其中在該脈 衝光自該光彈性調變裝置（120, 220)出現後，該脈衝光的個 別脈衡具有彼此不同的偏振狀態。