TWI537686B - 用於將一面作構造化照射的照射裝置 - Google Patents

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Description

用於將一面作構造化照射的照射裝置
本發明係有關於一種包括至少一照射機構且用於將一面作構造化照射的照射裝置，該面例如為晶圓表面，US 6,876,494 B2曾揭露同類型照射裝置。
例如應用於光微影工藝的傳統照射機構對晶圓進行構造化處理，亦即，根據規定構造圖(照射構造)進行照射，其中，將遮罩投影至晶圓上或使其發生接觸。其缺點在於，對於在平面圖像製造過程中遮罩尺寸起決定作用的遮罩而言，遮罩的製造過程較為複雜，而且遮罩的適用範圍有限，僅能根據單獨一照射構造進行照射。
US 6,876,494 B2曾揭露一種照射機構，其中，透過微鏡陣列對光進行空間調變，根據規定照射構造(構造圖)將光投影至晶圓上。
與現有技術中其他沿光軸佈置的照射機構相同，此照射機構亦包含一表面發射器、一微鏡陣列(下文簡稱DMD，Digital Micro Mirror Device)、一就輻射方向而言位於DMD前方且對表面發射器所發出的射線束進行均質化處理並用於照明DMD的集光系統、一包括多個微透鏡機構且與DMD的各微鏡相對應的微透鏡陣列(下文簡稱MLA)、一就輻射方向而言位於MLA前方且用於將各微鏡所反射的射線束分量映射至對應微透鏡的第一映射系統，以及一將微鏡所聚 焦的光分量映射至待照射面的第二映射系統。
鑒於前述先前技術，US 6,876,494 B2之目的在於採取兩項不同措施以提高映射品質。
其一係提供一種照射機構，其中，透過將光學映射系統與微透鏡陣列相組合來提供具有放大效果的映射系統，該系統可避免因失真而引起吸光度比值下降。
其二係提供一種裝置，其中，將微透鏡陣列與穿孔板陣列相組合，可沿光軸精確調節微透鏡陣列與穿孔板陣列之相對距離。
該公開案用以達成第一目的的解決方案為將第一光學映射系統及第二光學映射系統實施為圖像放大系統，並透過此兩系統的放大成果來達到期望的放大效果。因此，此兩映射系統皆可採用小型化實施方案，藉此便可防止因失真特性而引起下降從而達到滿意的吸光度比值。
該公開案用以達成第二目的的解決方案為在微透鏡陣列或穿孔板陣列上設置至少一朝向此處之另一陣列的突出部，此突出部在光軸方向上具有規定高度，此突出部決定此兩陣列之間距。在此情況下，可沿光軸精確調節此兩陣列之相對位置從而使穿孔板處於微透鏡的焦平面上。
作為上述至少一突出部之替代方案，亦可在微透鏡陣列與穿孔板陣列之間插入具有規定厚度的間隔墊片。
概言之，US 6,876,494 B2之解決方案透過以更清晰且強度更均質的方式進行構造映射來達成前述提高構造化照射之品質的目的。
US 6,876,494 B2中亦有關於提高通過速度的想法。
通過速度係指完全照射待照射面的速度。此速度取決於照射的最小時間間隔及同時受到照射的局部區域相對於整個待照射面的比例。
可透過以下方式提高此比例：由多個照射機構而非由單獨一照射機構進行照射，其中，此等照射機構根據一照射構造分別對整個待照射面中的一局部區域進行照射且共同構成一照射裝置，此等照射機構例如並排排成一列或排成多個錯開的列。
各次照射間的最小時間間隔受到構造圖載入DMD之記憶體單元(每個微鏡各分配有一記憶體單元)之載入時間的限制，此最小時間間隔決定最大照射頻率。載入時間由處理指令的脈衝數、脈衝頻率(目前為400 MHz)及需要同時載入的記憶體單元(即所謂記憶塊)數目得出。
調變率係指單位時間內對DMD或對DMD之參與形成照射用構造圖之鏡元件的調變次數。
在對具有例如1024 x 768之待通斷鏡元件且DMD脈衝頻率為400 MHz的DMD(例如，Texas Instruments公司提供的DLP Discovery.7 XGA 2xLVDS 12°，產品型號A)進行通斷操作時，通常調變頻率為20 kfps(每秒千幀數)。
根據US 6,876,494 B2所提出的方案，透過僅利用DMD中一部分用於形成照射構造之鏡元件來提高調變率及最大照射頻率。其中，在DMD整個寬度上所有垂直於待照射面之輸送方向的鏡元件皆得以利用，而佈置於輸送方向上的 鏡元件中僅利用了一部分。
此項解決方案具有多個旁效應：其照射機構中對DMD上的規定面進行照射。若僅利用x部分DMD面，則(1-x)部分的受照射面未經利用(降低效率)。
若照射機構可變或已佈置於較小面上，則存在以下旁效應：當DMD為提高分辨率(US 6,876,494 B2，參閱圖8B“p2”)而進行規定旋轉(圖8A及圖8B“p2”)時，會對某個點進行一定次數的重複照射。對某個點的重複照射可提高照射均質性。若利用的元件較少便會減少重複，故而必須提高每次重複之劑量。因求平均值而產生的均質性亦會降低。
本發明之目的在於提供一種包括至少一照射機構的照射裝置，藉此可達到相對較高的通過速度。
此外，該照射裝置較為緊湊且每個照射機構皆可被接觸到。
本發明用以達成上述目的的解決方案為一種用於對晶圓進行構造化照射的照射裝置，包括至少一照射機構，在該照射機構中，沿光軸先後佈置有一發出射線束的表面發射器、多個用於將該射線束映射至一用於構造化該射線束之下游微鏡陣列的光學元件、一第一光學映射系統、一對 應於該微鏡陣列之微透鏡陣列，以及一用於將經構造化之射線束映射於該照射機構之像場中的第二光學映射系統，該像場覆蓋待照明晶圓的一部分，其特徵在於，該微鏡陣列係一第一微鏡陣列，該第一微鏡陣列前設有一第一分光器，該第一分光器將該射線束分為沿第一及第二光軸之第一及第二分射線束，在該第二分射線束的方向上設有第二微鏡陣列，在該第一光學映射系統前設有第二分光器，該第二分光器將該等兩分射線束重組為一射線束，該等兩分射線束在該等兩分光器之間具有相同光程。
本發明的較佳實施方式參閱相應附屬項。
為達到提高通過速度之目的，本發明將該照射機構中的兩DMD相組合，使其交錯工作且以按像素精確重疊的方式進行映射，從而將調變頻率自通常的20 kfps有效翻倍至40 kfps。調變頻率原則上受到最小的必要時間間隔的限制，該時間間隔則取決於將構造圖載入DMD之記憶體單元之技術上必要的載入時間。透過交替控制該等兩DMD便可將調變頻率有效翻倍。
為進一步提高通過速度，構成一照射裝置的多個照射機構採用串接佈置。將該等照射機構按數目及佈置方式組成一照射裝置之優點在於，對具有規定寬度及規定長度的整個待照射面而言，僅需沿縱向(掃描方向)進行一次性掃描。在此情況下，照射裝置必須具備以下條件：照射裝置的寬度必須大於像場寬度，照射裝置在該面之寬度的方向上相對於該面而言佈置為多個列。
為實現儘可能緊湊的照射裝置且其所有照射機構皆便於受到維護，該等照射機構必須採用如下設計：該等照射機構在像場延伸方向上的寬度不超過像場寬度的兩倍，該像場延伸方向垂直於掃描方向(即該照射裝置之寬度的方向)。故而僅能形成兩列照射機構。
在框架條件不變的情況下，在垂直於掃描方向的方向上可設置多個照射機構，該等照射機構形成兩彼此錯開的列，使得相鄰照射機構之間距等於其像場在前述延伸方向上的寬度。該照射裝置沿掃描方向相對於整個待照射面進行一次相對運動即可照射該整個待照射面。
該等照射機構透過上述佈置方式便可構成一種相對緊湊且耐用的照射裝置。
為限制照射機構之寬度以免其超過像場寬度的兩倍，可採取多項互為補充的措施，其組合方式對相關技術人員而言不言而喻。該照射機構之高度及(掃描方向上的)深度不受任何限制。
將該照射機構限制於上述寬度之困難之處在於，需要將照射的射線束以傾斜入射角照射DMD，此點或致照射機構之光軸並非位於一平面中。此外，必須採取特別技術措施方可將兩DMD移動至完全光學互軛位置上從而使其完全虛擬重疊。
根據本發明，經過兩分光器之間的分射線以重疊的方式進行射線導引，使得所用部件之寬度儘可能不超過由該等分光器及DMD之延伸度所強制規定的寬度。
有利者係採用空間傾斜式鏡佈置，其中，任一DMD前皆設有兩用於照射該DMD之致偏鏡。
作為替代方案，亦可採用具有相應反射面的稜鏡。
本發明照射機構之主要優點在於可構成一緊湊型照射裝置。
下文將利用附圖對照射裝置及照射機構進行詳細說明。
圖1為本發明照射裝置14中的一照射機構13的光路圖。
照射機構13包含表面發射器1(亦可為被光源射入之光纖的末端)，該表面發射器沿主光軸3發射射線束2。第一分光器4將射線束2分為第一分射線束2.1及第二分射線束2.2，該等分射線束分別沿第一光軸3.1及第二光軸3.2發射。
第一光軸3.1上設有第一微鏡陣列5.1，第二光軸3.2上設有相同的第二微鏡陣列5.2。利用設置於第一分光器4前且位於主光軸3上的各光學元件對表面發射器1所發射的射線束2的強度分佈進行均質化處理並使該射線束之截面與進行映射的微鏡陣列5.1、5.2之尺寸相匹配。沿第一光軸及第二光軸3.1、3.2觀察，在第一微鏡陣列及第二微鏡陣列5.1、5.2前分別以相同方式設置前致偏鏡6.1、6.2及後致偏鏡7.1、7.2，該等致偏鏡以同一規定入射角將分射 線束2.1、2.2引向微鏡陣列5.1、5.2。微鏡陣列5.1、5.2相對於第二分光器8而言採用某種佈置方式，使得經該等微鏡陣列5.1、5.2構造化處理並反射的分射線束2.1、2.2直接或在經另一致偏鏡7.3偏轉後以同一方向撞擊該對分射線束2.1、2.2進行重組的第二分光器8。第二分光器8後分別設有第一光學映射系統9、對應於微鏡陣列5.1、5.2的微透鏡陣列10以及第二光學映射系統11。
本發明照射機構13在第一分光器4前及第二分光器8後之區段的結構與現有技術中的照射機構一致。
由於分射線束2.1、2.2經過兩分光器4、8之間，故而主光軸3在分光器4前與分光器8後分別處於兩平面內，此兩平面彼此平行且平行於圖1之繪圖平面。該等平面影響該照射裝置的寬度，需要將該等平面之間距保持在儘可能小的程度。
根據本發明，該光學機構的一部分受到分光器4、8的限制。第一光軸3.1與第二光軸3.2在兩分光器4及8之間的光程長度相等。分光器4、8有利者係偏光分光立方體，該等分光器將射線束2分為兩分別具有第一光軸3.1及第二光軸3.2的分射線束2.1、2.2，該等分射線束以彼此重疊的方式導引抑或重組為主光軸3。
微鏡陣列5.1、5.2以相同空間方向定向，亦即，經該等微鏡陣列構造化處理之分射線束2.1、2.2以同一方向反射。必須在分射線束2.1、2.2離開第一分光器4且到達微鏡陣列5.1、5.2前強制性使其偏轉，從而使該等分射線束 以某個相對於微鏡陣列5.1、5.2之傾斜軸的規定角度(例如24°)撞擊該等微鏡陣列。
該傾斜軸並非垂直於繪圖平面，而是與其形成45°角，故而必須將光軸3.1、3.2自繪圖平面反射出來。此點相對加寬了該照射機構。
如圖3a、3b及圖4a、4b所示，為使射線偏轉至微鏡陣列5.1、5.2，本發明在微鏡陣列5.1、5.2前的光路中設置前致偏鏡6.1、6.2及後致偏鏡7.1、7.2。考慮到撞擊射線束之直徑及各致偏鏡所形成的角度，致偏鏡6.1、6.2及後致偏鏡7.1、7.2間必須具有一定最小距離，以免第一致偏鏡6.1、7.1被第二致偏鏡6.2、7.2所反射的射線束遮蔽。此外，第二致偏鏡6.2、7.2需要與微鏡陣列5.1、5.2具有足夠大的距離以免將微鏡陣列5.1、5.2所反射即經過構造化處理的光路遮蔽。
為簡化起見，下文中僅對光軸3.1、3.2的空間位置進行說明。致偏鏡6.1、7.1與致偏鏡6.2、7.2的佈置方式相同，故而為簡化起見僅對第一分射線束2.1之光路進行說明。
圖3a及3b為照射機構13之第一實施方案中佈置有與寬度相關的致偏鏡6.1、7.1之分區段的俯視圖及前視圖。
第一致偏鏡6.1(即其表面法線)在繪圖平面中與撞擊的第一光軸3.1形成45°角。該致偏鏡此外亦可圍繞一與該第一致偏鏡6.1上的繪圖平面平行的軸線傾斜。在此情況下，第二致偏鏡7.1的傾斜係由圍繞一垂直於該繪圖平面之 軸線的旋轉運動以及圍繞一與第二致偏鏡7.1上的繪圖平面平行之軸線之強度或多或少的旋轉運動組合而成。第二致偏鏡7.1儘可能接近由微鏡陣列5.1所反射及構造化處理之分射線束2.1且不會遮蔽該分射線束，該第二致偏鏡7.1的傾斜對上述寬度幾乎沒有影響。
圖4a及4b為第二實施方案的示意圖，與第一實施方案之不同之處在於，第一致偏鏡6.1與撞擊的光軸3.1形成大於45°的角度。
此角度越大，則致偏鏡6.1在整個寬度範圍內越接近第二致偏鏡7.1，此點可在整個寬度範圍內降低結構空間。該第二致偏鏡7.1可隨第一致偏鏡6.1之傾斜而傾斜，此傾斜對上述寬度幾乎沒有影響。因此，第二實施方案較第一實施方案更為有利。
為提供一種便於多個此種照射機構13以儘可能緊密且緊湊的方式並排佈置的照射機構，該照射機構之寬度不超過其像場12延伸度的兩倍，以便該等照射機構13在該寬度的方向上以等於像場寬度的間距串接佈置。透過照射機構13在垂直於該寬度之方向上的深度來實現必要的光程長度，使得像場12較佳鄰接照射機構13的一側。
1‧‧‧表面發射器
2‧‧‧射線束
2.1‧‧‧第一射線束
2.2‧‧‧第二射線束
3‧‧‧主光軸
3.1‧‧‧第一光軸
3.2‧‧‧第二光軸
4‧‧‧第一分光器
5.1‧‧‧第一微鏡陣列(第一DMD)
5.2‧‧‧第二微鏡陣列(第二DMD)
6.1‧‧‧第一前致偏鏡
6.2‧‧‧第二前致偏鏡
7.1‧‧‧第一後致偏鏡
7.2‧‧‧第二後致偏鏡
7.3‧‧‧另一致偏鏡
8‧‧‧第二分光器
9‧‧‧第一光學映射系統
10‧‧‧微透鏡陣列
11‧‧‧第二光學映射系統
12‧‧‧像場
13‧‧‧照射機構
圖1為照射機構之光路圖；圖2為包括多個照射機構之照射裝置的基本結構圖；圖3a為第一實施例的一部分之俯視原理圖； 圖3b為第一實施例的一部分之前視原理圖；圖4a為第二實施例的一部分之俯視原理圖；及圖4b為第二實施例的一部分之前視原理圖。
1‧‧‧表面發射器
2‧‧‧射線束
2.1‧‧‧第一射線束
2.2‧‧‧第二射線束
3‧‧‧主光軸
3.1‧‧‧第一光軸
3.2‧‧‧第二光軸
4‧‧‧第一分光器
5.1‧‧‧第一微鏡陣列(第一DMD)
5.2‧‧‧第二微鏡陣列(第二DMD)
6.1‧‧‧第一前致偏鏡
6.2‧‧‧第二前致偏鏡
7.1‧‧‧第一後致偏鏡
7.2‧‧‧第二後致偏鏡
7.3‧‧‧另一致偏鏡
8‧‧‧第二分光器
9‧‧‧第一光學映射系統
10‧‧‧微透鏡陣列
11‧‧‧第二光學映射系統
12‧‧‧像場

Claims (5)

  1. 一種用於對一晶圓進行構造化照射的照射裝置(14)，包括至少一照射機構(13)，在該照射機構中，沿一光軸先後佈置有一發出一射線束(2)的表面發射器(1)、多個用於將該射線束(2)映射至一用於構造化該射線束(2)之下游微鏡陣列(5.1)的光學元件、一第一光學映射系統(9)、一對應於該微鏡陣列(5.1)之微透鏡陣列(10)，以及一用於將該經構造化之射線束(2)映射於該照射機構(13)的一像場(12)中的第二光學映射系統(11)，該像場覆蓋一待照明晶圓的一部分，其中，該微鏡陣列(5.1)係一第一微鏡陣列(5.1)，該第一微鏡陣列前設有一第一分光器(4)，該第一分光器將該射線束(2)分為沿一第一及一第二光軸(3.1；3.2)的一第一及一第二分射線束(2.1；2.2)，在該第二分射線束(2.2)的方向上設有一第二微鏡陣列(5.2)，其中，在該第一光學映射系統(9)前設有一第二分光器(8)，該第二分光器將該等兩分射線束(2.1；2.2)重新重組為一射線束(2)，該等兩分射線束在該等兩分光器(4，8)之間的光程長度相等，且沿該第一及該第二光軸(3.1，3.2)觀察，在該等微鏡陣列(5.1，5.2)前以相同方式設置一第一及一第二前致偏鏡(6.1，6.2)以及一第一及一第二後致偏鏡(7.1，7.2)，該等致偏鏡以同一規定入射角將分射線束(2.1，2.2)引向微鏡陣列(5.1，5.2)，該第一分光器(4)與各微鏡陣列(5.1， 5.2)的光程相等。
  2. 如申請專利範圍第1項之照射裝置(14)，其特徵在於，該等微鏡陣列(5.1，5.2)相對於該第二分光器(8)而言採用某種佈置方式，使得經該等微鏡陣列(5.1，5.2)構造化處理並反射的該等分射線束(2.1，2.2)以同一方向撞擊該對該等分射線束(2.1，2.2)進行重組的該第二分光器(8)。
  3. 如申請專利範圍第2項之照射裝置(14)，其特徵在於，該等第一致偏鏡(6.1，7.1)與相應撞擊的光軸(3.1，3.2)形成一大於45°的角度。
  4. 如申請專利範圍第1項之照射裝置(14)，其特徵在於，該等照射機構(13)之寬度皆不超過該等照射機構之像場(12)之延伸度的兩倍。
  5. 如申請專利範圍第4項之照射裝置(14)，其特徵在於，該照射裝置由兩列照射機構(13)構成。
TW101103203A 2011-04-04 2012-02-01 用於將一面作構造化照射的照射裝置 TWI537686B (zh)

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