TWI432799B - 干涉濾波器及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明通常有關於干涉濾波器。特別地，本發明有關於UV微影術之干涉濾波器。
半導體元件生產中之微影術係使用高品質UV干涉濾波器之一範疇。例如，干涉濾波器被用於所謂的曝光機中以盡可能從經常使用之水銀蒸氣燈之光譜中過濾出單色光。於曝光機中，晶圓或所塗佈之光阻劑透過光罩以縮小方式被逐步暴露在投射於晶圓上之光。
於許多情形，水銀蒸氣燈之水銀i-線(i-line)係供此目的用。於此，產生關於濾出此光之濾波器之特殊需求。於較短波長，干涉層之光學厚度公差亦隨之減少。並非只有併入新濾波器之情形才遵守公差；長期穩定性亦產生遵守公差之迫切需求。於此，透射窗或窗其邊緣位置或透射不應於長時間期間改變。
因此，發明係以提供具有改良之長期穩定性之UV干涉濾波器之目標為基礎。以申請專利範圍之獨立項之主題來達成此目標。發明之有利配置及發展被具體說明於申請專利範圍之各附屬項。
據此，提供用來生產介電透射干涉濾波器之方法，其中將基板配置於蒸鍍腔而交替地將具有較高折射係數及較低折射係數之層沈積於基板上，前述層由氟化鎂、氟化鉛
及氧化銻等成分中之至少兩種成分共蒸鍍所生產，前述層具有高及低折射係數之不同組成物。基板以此方法鍍膜，這些層沈積之後，接著經由至少50℃之溫度作熱處理且被用UV光照射。於此製程，該濾波器透射中之透射窗的中心波長減小，使得在光照射過程中之中心透射波長落於一光譜透射窗之中。
於此，使透射濾波器便於使用之情形，當然選用成層系統透射窗為透明之基板。
換言之，如發明之方法在於沈積，用來於蒸鍍腔中生產介電干涉濾波器，基板上之層交替地具有較高折射係數及較低折射係數，其中所沈積之交替層系統具有交替之第一及第二層，前述第一及第二層具有氟化鎂、氟化鉛及氧化銻等成分之不同組成物，其中，鍍膜後，透射或反射窗之中心波長係藉由鍍膜基板經由熱處理及UV光照射之功效以設計波長之方向朝較短波長移動。相關層之折射係數增加造成朝較短波長移動。折射係數增加亦通常伴隨放寬幅度非常小之透射窗。
據此，鍍膜之結果所獲得的是用來生產介電UV干涉濾波器之中間產物，包含基板、及沈積於其上之交替層系統，前述交替層系統具有交替之第一及第二層，其中第一層及第二層含有彼此不同之氧化銻、氟化鉛、氟化鎂等成分之組成物，其中這些層的層厚係四分之一設計波長λ之倍數，且其中，用熱處理及/或UV照射，可能獲得透射或反射窗之中心波長從長於設計波長之波長出發之設計波長方向移
動。
具有較低折射係數之特殊層係由之氟化鎂及氟化鉛之共蒸鍍所產生，而具有較高折射係數之層係由氟化鉛及氧化銻之共蒸鍍所產生，使得具有較低折射係數之層含有氟化鎂及氟化鉛之混和物而具有較高折射係數之層含有氟化鉛及氧化銻之混和物。作為替代，亦可能沈積具有較低折射係數之層使包含氟化鎂及氧化銻之蒸鍍而沈積具有較高折射係數之層使包含氟化鉛及氧化銻之蒸鍍，使得具有較低折射係數之層含有氟化鎂及氧化銻之混和物而具有較高折射係數之層含有氟化鉛及氧化銻之混和物。
發明內之意思，中心波長被理解於高原狀透射(transmission)頂點之情形下高原之平均波長，或窗內之最大透射波長。
可於熱處理之前、期間或之後完成照射。熱處理後照射為較佳。
於此情形令人驚訝的是，熱處理之後且特別是UV照射之後，中心波長接著維持長時間穩定，使得濾波器與其他UV範圍之介電透射濾波器相較具有顯著增加之壽命。
根據現今知識程度，使用多樣分析方法，成層系統於UV照射之前與之後就其本身而言幾無差異。這些層之形態看來未被改變，例如，用掃描電子顯微鏡觀看破裂邊緣時。
假設此效果係主要以這些層之組成物之改變為基礎。MgF2
且特別是PbF2
，於氣相沈積期間分離而於沈積期間重組。於此情形，因為氟是更容易揮發的，可接著發生不完
整之重組，使獲得次化學計量層(Substochiometric layers)。
於此，UV照射顯然引起氧之後載荷(post-loading)，例如，因為UV激發之氧遷移，一方面這接著導致這些層之光學密度改變，而另一方面，導致這些層之化學穩定。若於鍍膜後未執行熱處理及UV處理，水可能與氧缺陷(oxygen defect)結合，於是永遠地制止化學穩定。
特殊地，UV透射濾波器被理解為一種濾波器，其中這些層之層厚被調節使得透射窗於UV照射後具有較長波邊緣位於小於450奈米波長之光譜位置。發明之特佳應用係於生產供水銀之i-線用之透射濾波器以將此濾波器使用於半導體微影術之曝光裝置。據此，為此目的選擇鍍膜層之層厚，特別地，使透射窗於照射UV光後包括365奈米波長。
線路濾波器通常需要良好之窄波段性質。因此，較佳地，選擇層之系統或者層之數量及層厚度使得透射最大值具有至多20奈米之半高全寬，較佳地具有至多15奈米之半高全寬。全部具有至少15層，較佳地具有20層之成層系統適用於此目的。
為使所設計波長移動及穩定最好執行至少5小時期間之UV光照射。特殊地，水銀蒸氣燈或同樣發射365奈米波長UV光之燈適合作為UV光源。
一般而言，透射窗之中心波長用照射及/或熱處理使朝較短波長移動至少0.1奈米，較佳地移動至少0.2奈米。常例值係於0.2及0.5奈米之範圍移動。於此情形通常需要窄波段性質，然而，對蒸氣燈之線而言此移動已導致相當大之透
射增加，因為典型線寬亦僅位於幾個奈米之範圍。
最好於小於250℃之和緩溫度執行熱處理。熱處理之期間最好至少12小時。舉例言之，24小時100℃之熱處理被證明為適合。
於特別有利之方式，亦可用此方法生產大面積長期穩定之濾波器。因此，可根據發明將具有至少100毫米橫向尺寸或直徑之基板面積鍍膜或後處理。
本發明參照附圖被詳細解釋於下文，其中：第1圖顯示一橫截面圖，其橫截穿過諸如發明所生產之一干涉濾波器；第2圖顯示一水銀燈之一光譜具有與引用自一干涉濾光器之光譜透射重疊之光譜；第3圖顯示如發明所生產之濾波器其透射特性之一說明，於熱處理及UV照射之後處理前與後；第4圖顯示具有一濾波器供晶圓曝光用之一曝光機之一結構圖，前述濾波器諸如經由第1圖之範例作說明之濾波器。
第1圖結構地顯示用以過濾出水銀蒸氣燈之i-線之介電透射干涉濾波器1。濾波器包含具有側邊31、32之基板3，前述基板對i-線、或對具有365奈米波長之光為透明。例如，玻璃係適合作為基板之材料。
干涉交替層系統5具有沈積於基板上之交替層51、52。於此情形，層51及52各自交替，其中層51具有較層52高之折
射係數且於下為簡化之目的被參照為具有高折射係數之層。
具高折射係數之層51係以Sb2
O3
及PbF2
之共蒸鍍生產，而具低折射係數之層52係以PbF2
及MgF2
之共蒸鍍生產，其中針對各材料使用專用光源。一般而言，電子束蒸鍍特別適用於沈積具有高熔點之材料。可於成層系統中提供一或數層作為間隔層或共振層。顯示於第1圖之範例具有一層這樣的層53。一或數層共振層具有半數設計波長λ之奇數倍數之光學厚度。於各情形其他層之光學厚度係λ/4之奇數倍數。
為了蒸氣燈之光譜之特定UV線能被濾出以盡可能選出足夠之窄波段性質，層之數量最好大於第1圖所示範例。舉例言之，成層系統可具有29層之層51、52，包括三層共振層53。可以此成層系統獲得水銀i-線附近具有12奈米之半高全寬之透射窗。與另一範例一致，提供27層之層51、52，包括二層共振層53。因此能完成與水銀i-線之波長一致之365奈米設計波長附近具有6奈米波長之半高全寬之透射窗。
第2圖顯示為了清楚說明用之水銀蒸氣燈光譜。水銀光譜之i-、h-及g-線(g-line)用相符字母識別。i-線特別適用於微影術。據此，於436奈米波長之g-線及405奈米波長之h-線(h-line)應分別用濾波器盡可能遠地將之避開。與i-線一致之設計波長附近相符之窄波段過濾適合此目的使用。反之，這與具有水銀蒸氣燈安排之光強度的事實相關連，且此過濾器對過濾器之透射窗之光譜位置相當敏感。
如第2圖所描述，用透射窗9引用光譜透射變的更清楚。窗具有約12奈米之半高全寬，與上述具有29層之濾波器之範例一致。若窗之中心波長，亦即其最大值，與i-線不再精確重疊，由於用窗9之形式摺疊發射譜線，光強度及光譜寬化降低非常迅速。當然，於伴隨具有6奈米半高全寬之窗之甚至更窄波段濾波器之情形，這降低效果甚至更明顯。
第3圖顯示如發明生產之濾波器其透射特性之說明，在利用熱處理及UV照射之後處理之前及後。於此情形，實心曲線係未經後處理濾波器之光譜透射外形線，而以破折方式引述之曲線顯示已經由熱處理及UV光照射之濾波器之透射外形線。於各情形，曲線係以發生於具有高折射係數及具有低折射係數之層其折射係數改變之基礎計算。於此情形，具有高折射係數及具有低折射係數之層其折射係數以不同方式增加。特殊地，假定具有高折射係數之Sb2
O3
及+PbF2
層增加△n=0.003，而假定具有低折射係數之PbF2
+MgF2
混和層增加△n=0.01。
折射係數增加不同之理由係熱處理且特別是UV照射之過程中次化學計量(substochiometric)氟化鉛Pbx
Fy
被轉換成Pba
Ob
Fc
而使折射係數增加。此效果亦發生於氟化鎂。因為具有高折射係數之材料含有較少氟，亦即氧至氧化鉛之遷移效應將不如具有低折射係數材料之情形，折射係數之移動亦較大。
發生不同程度之折射係數相關改變亦可能提升具有高折射係數之層及具有低折射係數之層間之較小折射係數差
異，藉此濾波器之半高全寬稍微增加，前述增加亦應可於實施中觀察到。
於實施中所觀察到之透射增加係藉由熱處理及UV照射後吸收係數之減少被模擬於第3圖所示曲線之計算。
如透射外形線之基礎所能看出，中心透射波長之光譜位置-於此平原形透射最大值之平均波長-係朝較長波長移動約0.2奈米，因為個別層之折射係數改變。
因此，於層之層厚的情形，一般不受限於第3圖之範例，相符厚度被設定使得所欲中心透射波長於熱處理及UV照射後達成。於第3圖所示之範例，及同樣於發明之較佳實施例，為365奈米波長、或水銀蒸氣燈之光譜之i-線。
第4圖顯示晶圓曝光機之結構圖，對前述晶圓曝光機而言，如發明生產之干涉濾波器找到較佳使用方式。曝光機包含水銀蒸氣燈10，其發射伴隨如第2圖所述光譜之光。凹面鏡11將發射於光路背側上之光反射回。用如發明生產之干涉濾波器1將光過濾，使得實質上僅水銀蒸氣燈之i-線之光以干涉濾波器1之順流呈現。
用聚光鏡12將光集中並通過具有要被轉移至晶圓15上光阻層之圖樣的光罩13。使用縮小鏡14，光罩13之影像係接著以縮小方式被造像於晶圓15上。使用曝光機單元16，晶圓15被逐步移動於影像平面，使得晶圓15之不同區成功地被曝光。
對此技藝中富技巧之人而言，顯然地發明未單單受限於上述說明性示範實施例，反而可以不同方式作多樣變
化。特殊地，示範實施例之個別特色亦可被彼此結合。
1‧‧‧介電透射干涉濾波器/干涉濾波器
3‧‧‧基板
5‧‧‧干涉交替層系統
10‧‧‧水銀蒸氣燈
11‧‧‧凹面鏡
12‧‧‧聚光鏡
13‧‧‧光罩
14‧‧‧縮小鏡
15‧‧‧晶圓
16‧‧‧曝光機單元
31、32‧‧‧側邊
51、52‧‧‧交替層/層
53‧‧‧間隔層/共振層/層
第1圖顯示一橫截面圖，其橫截穿過諸如發明所生產之一干涉濾波器；第2圖顯示一水銀燈之一光譜具有與引用自一干涉濾光器之光譜透射重疊之光譜；第3圖顯示如發明所生產之濾波器其透射特性之一說明，於熱處理及UV照射之後處理前與後；第4圖顯示具有一濾波器供晶圓曝光用之一曝光機之一結構圖，前述濾波器諸如經由第1圖之範例作說明之濾波器。
1‧‧‧介電透射干涉濾波器/干涉濾波器
3‧‧‧基板
5‧‧‧干涉交替層系統
31‧‧‧側邊
32‧‧‧側邊
51‧‧‧交替層/層
52‧‧‧交替層/層
53‧‧‧間隔層/共振層/層
Claims (16)
- 一種用以生產介電透射干涉濾波器之方法，特別是用於半導體微影術之透射干涉濾波器，其中：將一基板配置於一蒸鍍腔且具有一較高折射係數及一較低折射係數之數層被交替地沈積於該基板上，其中該等層依各情形由氟化鎂、氟化鉛及氧化銻等成分中之至少兩種成分之共蒸鍍所生產，且其中該等層沈積後，該基板以至少50℃之一溫度熱處理且被用UV光照射，其中該濾波器透射中之透射窗的中心波長減小，使得在光照射過程中之中心透射波長落於一光譜透射窗之中。
- 如請求項1之方法，其中具有一較低折射係數之該等層之沈積包含氟化鎂及氟化鉛之蒸鍍，而具有一較高折射係數之該等層之沈積包含氟化鉛及氧化銻之蒸鍍，使得具有一較低折係數之該等層含有氟化鎂及氟化鉛之一混合物而具有一較高折射係數之該等層含有氟化鉛及氧化銻之一混合物。
- 如請求項1之方法，其中具有一較低折射係數之該等層之沈積包含氟化鎂及氧化銻之蒸鍍，而具有一較高折射係數之該等層之沈積包含氟化鉛及氧化銻之蒸鍍，使得具有一較低折射係數之該等層含有氟化鎂及氧化銻之一混合物而具有一較高折射係數之該等層含有氟化鉛及氧化銻之一混合物。
- 如請求項1之方法，其中該熱處理期間，該等層係於UV光之作用下遭受氧後載荷。
- 如請求項1之方法，其中該等層之層厚度被調節使得該透射窗於該UV照射後具有較長波邊緣位於小於450奈米之一波長之一光譜位置。
- 如請求項1之方法，其中該等層之數目及層厚度被選擇使得該透射最大值具有至多20奈米之半高全寬，較佳地至多15奈米之半高全寬。
- 如請求項1之方法，其中該鍍膜基板被以UV光照射至少5小時之一期間。
- 如請求項1之方法，其中該照射利用一水銀蒸氣燈或發射於一365奈米波長之UV光之一燈起作用。
- 如請求項1之方法，其中該基板於鍍膜後經過至少12小時之熱處理。
- 如請求項1之方法，其中該基板係經過小於250℃之溫度之熱處理。
- 如請求項1之方法，其中具有至少100毫米之一橫向尺寸或直徑之一基板面積被鍍膜。
- 如請求項1之方法，其中該等層之層厚度被調節使得該濾波器於該UV照射後具有365奈米之一波長附近之一透射窗。
- 如請求項1之方法，其中該等層係一層沈積於另一層之上，其總層數至少15層，較佳地為至少20層。
- 一種用以生產介電干涉濾波器之方法，其中：將一基板配置於一蒸鍍腔且具有一較高折射係數及一較低折射係數之數層被交替地沈積於該基板上，其中一交替層系 統被沈積，其中該交替層系統包含交替之第一及第二層，前述第一及第二層具有氧化銻、氟化鎂及氟化鉛等成分之一不同組成物，其中，鍍膜後，一透射窗或反射窗之中心波長係藉由該鍍膜基板經由熱處理及用UV光照射之功效朝該設計波長方向之較短波長移動。
- 如請求項1或14之方法，其中該透射窗之該中心波長於該熱處理期間及該UV照射期間係朝較短波長移動至少0.1奈米，較佳地移動至少0.2奈米。
- 一種用以生產介電UV干涉濾波器之中間產品，包含：一基板，及配置於前述基板上具有交替之第一及第二層之一交替層系統，前述交替之第一及第二層具有氧化銻、氟化鎂及氟化鉛等成分之一不同組成物，其中該等層之層厚度係一設計波長λ之四分之一之一倍數，且其中，利用熱處理及/或UV照射，能夠獲得一透射窗或反射窗之中心波長從長於該設計波長之一波長朝向該設計波長之方向移動。
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