TWI636335B - 照明光學系統、曝光設備及製造物品的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種照明光學系統，其藉由使用從放電燈所發出的光來照明目標照明區域。該系統包括：聚光鏡，其會聚從放電燈所發出的光；光學積分器，其具有多邊形的截面形狀，且被佈置在從聚光鏡到目標照明區域的光程上；成像光學系統，其相對於作為物面的光學積分器的出射端面在目標照明區域上形成圖像；以及電源纜線，其越過從聚光鏡指向光學積分器的光程而連接到放電燈的電極。纜線被佈置為使得纜線的陰影既不平行也不垂直於於光學積分器的入射表面的多邊形的每一邊。

Description

照明光學系統、曝光設備及製造物品的方法
本發明關於一種照明光學系統、一種曝光設備及一種製造物品的方法。
在藉由將形成於遮罩上的圖案投影到已施加有感光材料的基板上以在基板上形成精細圖案的光刻技術中，需要以均勻的照度來照明遮罩。相反地，例如，已知一種藉由在光源與目標照明表面之間佈置內部反射光學積分器來提升照度均勻性的技術。注意，內部反射光學積分器可為玻璃棒或中空管，且亦被稱為光學管。在本說明書中，這些術語將可互換地被使用。
例如，日本專利公開第7-201730號揭露了一種方法，其藉由將光學管的出射端面佈置在與標線片(reticle)表面的共軛位置來提升目標照明表面的照度均勻性。日本專利公開第2002-025898號揭露了一種技術，此技術在要被會聚在目標照明表面上的光的角度分佈(有 效光源分佈)具有環形形狀時，可以將來自光源單元的光有效地傳播到目標照明表面。然而，在此照明系統中，當藉由橢球面鏡會聚光時，來自被包含在光源單元(例如，放電燈)中的電極線、或者用於抑制光源單元的散熱的冷卻噴嘴的陰影被反射在有效光源上。由此所導致的光量損失可能為妨礙提高曝光設備的生產率的因素。
另一方面，日本專利公開第2008-262911號揭露了一種藉由整合冷卻噴嘴和光源單元的電源纜線來試圖盡可能多地防止光量損失的佈置。
雖然在日本專利公開第2008-262911號中所揭露的佈置具有冷卻噴嘴和光源單元的電源纜線被整合的佈置並且可以減少光量損失，但是落在曝光光線上的陰影對有效光源分佈具有不利的影響，且其變得無法忽略其對成像性能的影響。注意，“有效光源分佈”是指照明遮罩的照明光學系統的光瞳平面上的光強度分佈。例如，假設經整合的電源纜線和冷卻噴嘴的陰影落在曝光光線上，且這出現在有效光源分佈上。考慮的情況是，在遮罩上在與陰影的預定方向呈水平的方向(X方向)上以及在與陰影的預定方向呈垂直的方向(Y方向)上佈置重複的相同寬度的圖案。在此情況下，如果以具有受到上述陰影影響的有效光源分佈的照明光來照明遮罩，則在投影圖案的X方向上的線寬度與Y方向上的線寬度之間產生差異。這是因為保持圖案資訊的衍射光的傳輸效率依據方向而改變。
以此方式，如果有效光源分佈受到電源纜線 或冷卻噴嘴的陰影的影響，則依據圖案的方向，可能無法獲得良好的成像性能。
本發明提供，例如，一種技術，其優勢在於當光源單元構件的陰影被投影在曝光光線上時減少對成像性能的影響。
根據本發明的一個態樣，提供了一種照明光學系統，其係藉由使用從放電燈所發出的光來照明目標照明區域。設備包括：聚光鏡，其配置為會聚從放電燈所發出的光；內部反射光學積分器，其具有多邊形的截面形狀，且被佈置在從聚光鏡到目標照明區域的光程(optical path)上；成像光學系統，其配置來相對於作為物面的內部反射光學積分器的出射端面而在目標照明區域上形成圖像；以及電源纜線，其越過從聚光鏡指向光學積分器的光程而連接到放電燈的電極。電源纜線被佈置為使得電源纜線的陰影既不平行也不垂直於光學積分器的入射表面的多邊形的每一邊。
從例示性實施例的以下說明(參照所附圖式)，本發明的進一步特徵將變得清楚明瞭。
1‧‧‧放電燈
2‧‧‧橢球面鏡
3‧‧‧第一中繼透鏡
3a‧‧‧前透鏡組
3b‧‧‧後透鏡組
3c‧‧‧光瞳平面
4‧‧‧光學積分器
5‧‧‧第二中繼透鏡
5a‧‧‧前透鏡組
5b‧‧‧後透鏡組
5c‧‧‧光瞳平面
20‧‧‧光源單元
21A‧‧‧陽極纜線
21B‧‧‧陰極纜線
22A‧‧‧陽極
22B‧‧‧陰極
23A‧‧‧陽極冷卻噴嘴
23B‧‧‧陰極冷卻噴嘴
24‧‧‧區域
25‧‧‧區域
25’‧‧‧區域
26‧‧‧區域
26’‧‧‧區域
100‧‧‧曝光設備
101‧‧‧照明光學系統
102‧‧‧標線片台
103‧‧‧投影光學系統
104‧‧‧晶圓台
F1‧‧‧第一焦點
F2‧‧‧第二焦點
R‧‧‧標線片
W‧‧‧晶圓
圖1是顯示根據實施例的曝光設備的佈置的視圖； 圖2是顯示根據實施例的光源單元的佈置的視圖；圖3是沿著圖2中的線A-A所取的截面圖，其顯示根據先前技術的陽極纜線的佈置的例子；圖4是根據先前技術的第一中繼透鏡的光瞳平面上的光強度分佈的示意圖；圖5是根據先前技術的第二中繼透鏡的光瞳平面上的光強度分佈的示意圖；圖6是沿著圖2中的線A-A所取的截面圖，其顯示根據實施例的陽極纜線的佈置的例子；圖7是根據實施例的第一中繼透鏡的光瞳平面上的光強度分佈的示意圖；圖8是根據實施例的第二中繼透鏡的光瞳平面上的光強度分佈的示意圖；圖9是顯示圖6的修改的視圖；圖10是顯示圖6的修改的視圖；以及圖11是顯示在光學積分器的截面圖中之電源纜線的佈置的例子的視圖。
下面將參照圖式來詳細描述本發明的各種例示性實施例、特徵和態樣。
現在將參照所附圖式來詳細描述本發明的實施例。應注意的是，本發明不限於下面的實施例，並且實 施例僅僅是有利於實現本發明的具體例子。另外，在下面的實施例中描述的特徵的組合不一定全都是本發明的解決手段所必然不可或缺的。
圖1是顯示包括照明光學系統101的曝光設備100的佈置的示意圖。曝光設備100是，例如，被用於半導體裝置的製造過程的光刻過程中的設備，且為藉由掃描曝光方法將形成於標線片R(遮罩)上的圖案圖像曝光(轉印)到晶圓W(基板)上的投影曝光設備。注意，在圖1和之後的圖式中，Z軸是沿著晶圓W的法線方向，且X軸和Y軸是在與晶圓W的表面平行的平面中之相互垂直的方向。曝光設備100包括照明光學系統101、標線片台102、投影光學系統103和晶圓台104。
在照明光學系統101中，來自光源單元20的光(光束)被調整以照明作為目標照明區域的標線片R。標線片R為，例如，由石英玻璃(silica glass)所製成的原片(original)，其上形成有要轉印到晶圓W上的圖案(例如，電路圖案)。標線片台102被配置為在保持標線片R的同時能夠在X軸和Y軸的每一個方向上移動。投影光學系統103以預定倍率將通過標線片R的光投影到晶圓W上。晶圓W是由，例如，其上已施加有抗蝕劑(感光材料)的單晶矽所製成的基板。晶圓台104藉由晶圓夾具(未示出)來保持晶圓W，並被配置為能夠在X軸、Y軸和Z軸的每一個方向(在某些情況下可包括分別作為這些軸的旋轉方向的ω x、ω y和ω z)上移動。
照明光學系統101包括光源單元20、第一中繼透鏡3、光學積分器4、以及第二中繼透鏡5。光源單元20包括放電燈1和作為聚光鏡的橢球面鏡(ellipsoid mirror)2。例如，可採用提供像是i線(365nm波長)的光的超高壓水銀燈等來作為放電燈1。另外，當照明光學系統101和投影光學系統103由反射折射系統(catadioptric system)或反射系統(catoptric system)所形成時，可採用提供X射線或像是電子束之類的帶電粒子束的電子源。橢球面鏡2將從放電燈1所發出的光(光束)會聚在第二焦點F2處。放電燈1的燈泡中的發光單元被佈置在，例如，橢球面鏡2的第一焦點F1附近。第一中繼透鏡3為成像光學系統，且第二焦點F2與光學積分器4的入射端面藉由前透鏡組3a和後透鏡組3b而光學地共軛。
光學積分器4被佈置在從橢球面鏡2到作為目標照明區域的標線片R的光程的中間。光學積分器4是藉由以其內表面多次反射從入射端面入射的光束來使得出射端面的光強度分佈均勻的內部反射光學系統。在本實施例中，光學積分器4的整體形狀是多邊形稜柱。在本實施例中，光學積分器4的整體形狀是方形稜柱，且為截面形狀為矩形的光學棒。矩形的每一邊被佈置為平行於X軸或Y軸。注意，光學積分器4不限於光學棒，且可為，例如，在內部形成有反射表面的中空棒(管)，只要它能以與光學棒相同的方式作用即可。光學積分器4的入射端面 和出射端面(都在X-Y平面中)的形狀不限於矩形，且可為另一種多邊形。當光進入光學積分器4時，透過內部反射的作用，出射端面被均勻地照明。
第二中繼透鏡5是成像光學系統，且光學積分器4的出射端面與標線片R藉由前透鏡組5a和後透鏡組5b而光學地共軛。相對於作為物面的光學積分器4的出射端面，第二中繼透鏡5在標線片R上形成圖像。注意，為了避免將外來材料轉印在光學積分器4的出射端面上，可以稍微地將共軛位置偏移。在此情況下，照明標線片R的照明區域的形狀將為矩形，但是其可為其它的形狀。隨後，從標線片R發出的光，亦即，圖案的圖像，經由投影光學系統103被轉印到晶圓W上。
將參照圖2來詳細地描述光源20的佈置。放電燈1在卡口燈座(bayonet cap)部分中包括電極。更具體地，放電燈1在卡口燈座部分中包括陽極22A和陰極22B。作為電源纜線的陽極纜線21A和陰極纜線21B分別與陽極22A和陰極22B連接。陽極纜線21A越過從橢球面鏡2指向光學積分器4的光程而與陽極22A連接。
藉由對放電燈1施加超高電壓，放電燈1同時發光和發熱。特別是，陽極22A和陰極22B發出相當大的熱量。為了防止在此部分中的溫度上升，它被構造為藉由將來自陽極冷卻噴嘴23A和陰極冷卻噴嘴23B之用於冷卻的壓縮空氣吹到陽極22A和陰極22B上來使得放電燈1可以維持期望的溫度。以與陽極纜線21A相同的方 式，陽極噴嘴23A亦越過從橢球面鏡2指向光學積分器4的光程而與陽極22A連接。
圖3是沿著圖2中的A-A線所取的截面圖，並顯示從第二焦點F2側的透視圖。從放電燈1所發出的光在被橢球面鏡2反射後往第二焦點F2前進。此時，一部分光在光程的中途受到陽極纜線21A和陽極冷卻噴嘴23A的阻擋。在實施例中，陽極纜線21A和陽極冷卻噴嘴23A被佈置為在光學積分器的與從聚光鏡到目標照明區域的光程相交的截面圖中重疊。在此，陽極纜線21A的寬度寬於陽極冷卻噴嘴23A的寬度。因此，在圖3中，陽極冷卻噴嘴23A被陽極纜線21A隱藏。陽極纜線21A和陽極冷卻噴嘴23A被佈置為平行於X軸地延伸。
來自第二焦點F2的光束通過第一中繼透鏡3的前透鏡組3a並形成如圖4所示之光瞳平面3c上的光強度分佈。為了方便說明，圖4中區域24的能量為100%，且受到陽極纜線21A的阻擋的區域25的能量為0%。
具有如圖4中的光強度分佈的光束通過第一中繼透鏡3的後透鏡組3b並進入光學積分器4。由於上述特性，即使到光學積分器4的光束的角度分佈相對於X軸或Y軸為非對稱的，藉由在光學積分器中之光束的重複多次的內部反射，所發出的光束的角度分佈變成為相對於X軸和Y軸的對稱角度分佈。因此，從光學積分器4的出射端面所發出的光束具有帶有暗部的光強度分佈，此暗部係由相對於X軸之反轉和複製被陽極纜線21A阻擋的區 域25的圖像而造成的。因此，形成在第二中繼透鏡5的光瞳平面5c(最終是照明光學系統101的光瞳平面)上的有效光源分佈變成為如圖5所示的有效光源分佈。圖5中的有效光源分佈具有環形形狀分佈，其中，被陽極纜線阻擋的區域和包括其相對於X軸的反轉區域的區域25'的能量被減少為區域24的能量的50%。在此情況下，由於在X方向和Y方向上發生的形狀和強度的不均勻，有效光源分佈無法獲得良好的成像性能。
實施例改善了先前技術的此特徵。在圖3的先前技術中，陽極纜線21A(和陽極冷卻噴嘴23A)被佈置為平行於X軸地延伸。相反地，在實施例中，陽極纜線21A被佈置為在既不平行也不垂直於X方向和Y方向的方向上延伸，如圖6之沿著圖2中的A-A線所取的截面圖所示。換言之，如圖11所示，陽極纜線21A被佈置為使得，在光學積分器4的入射表面上(在光程的截面圖中)，陽極纜線21A的陰影既不平行也不垂直於光學積分器4的矩形截面的每一邊。另外，在實施例中，陽極冷卻噴嘴23A也被佈置在光學積分器4的入射表面上，使得陽極冷卻噴嘴23A的陰影與陽極纜線21A的陰影重疊。
在此情況下，如圖7所示，第一中繼透鏡的光瞳平面3c具有光強度分佈，在該光強度分佈中，被陽極纜線阻擋的區域26的能量為區域24的能量的0%。在此情況下，由光學積分器4的作用，第二中繼透鏡的光瞳平面5c具有如圖8中的有效光源分佈，其在包含被陽極 纜線21A阻擋的區域及其相對於X軸和Y軸的反轉區域的區域26'中具有暗部。因此，有效光源分佈變成為相對於X軸和Y軸的對稱分佈。區域26'的能量變成為區域24的能量的75%，且強度的不均勻性被減少。
陽極纜線21A在X-Y平面中的佈置方向為，例如，相對於作為光學積分器4的截面形狀的矩形的每一邊呈45°。因此，由於暗部可以每90°旋轉地分散，所以可以使有效光源分佈的X方向和Y方向上的強度平衡差異最小化。
注意，儘管在上述例子中，陽極纜線21A和陽極冷卻噴嘴23A以相同角度被佈置，但是在某些情況下由於裝置的限制這可能是困難的。在這種情況下，陽極纜線21A和陽極冷卻噴嘴23A可以被佈置為使得由兩個部件的陰影所形成的角度為180°，如圖9所示。或者，如圖10所示，它們可以被佈置為使得由兩個部件的陰影所形成的角度為90°。在圖9和圖10的任何一種情況下，有效光源分佈為與圖8中的有效光源分佈相同，且暗部可以每90°均等地分散，並且可以使X方向和Y方向上的強度平衡差異最小化。
此外，即使在如日本專利公開第2008-262911號中之光源單元由整合的陽極冷卻噴嘴和陽極纜線所形成的情況下，仍可以根據圖6的例子來實現實施例。
在上面的述每個例子中，使用具有矩形截面形狀的光學棒來作為光學積分器4。然而，本發明不限於 此。例如，可以使用具有六邊形截面形狀的光學棒或中空棒。即使在截面形狀為六邊形的情況下，仍可以相同的方式佈置陽極纜線21A和陽極冷卻噴嘴23A，以將它們的陰影設置為既不平行也不垂直於六邊形的每一邊。結果，相較於將陰影佈置為平行或垂直於六邊形的每一邊，可以獲得形狀和強度的不均勻性較小的有效光源分佈。
<物品製造方法的實施例>
根據本發明的實施例的物品製造方法適於製造物品，例如，微裝置(像是半導體裝置)、或具有微結構的元件。根據本實施例的物品製造方法包括使用上述的曝光設備在施加於基板的光致抗蝕劑上形成潛像圖案的步驟、以及顯影具有在該步驟中所形成的潛像圖案的基板的步驟。製造方法還包括其它的已知步驟(氧化、沉積、氣相沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、抗蝕劑去除、切割、接合、以及封裝)。根據本實施例的物品製造方法在物品的性能、品質、生產率和製造成本中的至少一者上優於習知的方法。
雖然已參照例示性實施例說明了本發明，但應理解的是，本發明不限於所揭露的例示性實施例。以下申請專利範圍的範疇應被賦予最寬廣的解釋，以包含所有這樣的修改以及相等的結構和功能。

Claims (8)

  1. 一種照明光學系統，其藉由使用從放電燈所發出的光來照明目標照明區域，該照明光學系統包括：聚光鏡，其配置來會聚從該放電燈所發出的該光；內部反射光學積分器，其具有多邊形的截面形狀，且被佈置在從該聚光鏡到該目標照明區域的光程上；成像光學系統，其配置來在該目標照明區域上形成圖像，該成像光學系統具有在該內部反射光學積分器的出射端表面之物面；電源纜線，其連接到該放電燈的電極，以越過從該聚光鏡指向該內部反射光學積分器的光程；以及冷卻噴嘴，其配置來冷卻該放電燈，其中，該電源纜線被佈置為使得該電源纜線的陰影既不平行也不垂直於該內部反射光學積分器的入射表面的該多邊形的每一邊，並且其中，該冷卻噴嘴被佈置為使得該冷卻噴嘴的陰影在該內部反射光學積分器的該入射表面上相對於該電源纜線的該陰影為90°及180°中的至少一者。
  2. 一種曝光設備，包括：照明光學系統，其配置為藉由使用從放電燈所發出的光來照明遮罩；以及投影光學系統，其配置來將被照明的該遮罩的圖案之圖像投影到基板上，其中，該照明光學系統包括： 聚光鏡，其配置來會聚從該放電燈所發出的該光；內部反射光學積分器，其配置為具有矩形截面形狀的內部反射表面，且藉由該內部反射表面反射來自該聚光鏡的光；第一成像光學系統，其配置來使包括該聚光鏡的焦點之平面以及該內部反射光學積分器的入射表面具有光學共軛關係；第二成像光學系統，其配置來在作為像面的該遮罩上形成該內部反射光學積分器的出射端表面的整個區域的圖像，該內部反射光學積分器的該出射端表面被佈置在該第二成像光學系統的物面；以及電源纜線，其連接到該放電燈的電極，以越過從該聚光鏡指向該內部反射光學積分器的光程；其中，該電源纜線及該內部反射光學積分器配置為具有在該電源纜線的定向與該內部反射光學積分器的定向之間的固定關係，使得該電源纜線在該內部反射光學積分器的該入射表面上的陰影既不平行也不垂直於該矩形截面形狀的各個邊。
  3. 如申請專利範圍第2項之曝光設備，還包括：台，其配置來保持該遮罩並沿著第一方向及垂直於該第一方向的第二方向移動，其中，該矩形截面形狀的該各個邊平行於該第一方向及第二方向。
  4. 如申請專利範圍第2項之曝光設備，其中，該電 源纜線被佈置為使得該電源纜線的該陰影相對於該矩形截面形狀的該各個邊沿著僅一個45°的方向延伸。
  5. 如申請專利範圍第2項之曝光設備，還包括：冷卻噴嘴，其配置來冷卻該放電燈，其中，該冷卻噴嘴被佈置為使得該冷卻噴嘴的陰影在該內部反射光學積分器的該入射表面上與該電源纜線的該陰影重疊。
  6. 一種曝光設備，包括：照明光學系統，其配置為使用從放電燈所發出的光來照明遮罩；以及投影光學系統，其配置來將被照明的該遮罩的圖案之圖像投影到基板上，其中，該照明光學系統包括：聚光鏡，其配置來會聚從該放電燈所發出的該光；內部反射光學積分器，其配置為具有矩形截面形狀的內部反射表面，且藉由該內部反射表面反射來自該聚光鏡的光；第一成像光學系統，其配置來使包括該聚光鏡在此處會聚來自該放電燈的光的焦點之平面以及該內部反射光學積分器的入射表面具有光學共軛關係；第二成像光學系統，其配置來在作為像面的該遮罩上形成作為物面的該內部反射光學積分器的出射端表面的整個區域的圖像；以及冷卻噴嘴，其配置來冷卻該放電燈，且被佈置以越過 從該聚光鏡指向該內部反射光學積分器的光程，其中，該冷卻噴嘴及該內部反射光學積分器配置為具有在該冷卻噴嘴的定向與該內部反射光學積分器的定向之間的固定關係，使得該冷卻噴嘴在該內部反射光學積分器的該入射表面上的陰影既不平行也不垂直於該矩形截面形狀的各個邊。
  7. 一種製造物品的方法，包括：藉由使用曝光設備來曝光基板；以及顯影已被曝光的該基板，其中，該曝光設備包括：照明光學系統，其配置為藉由使用從放電燈所發出的光來照明遮罩；以及投影光學系統，其配置來將被照明的該遮罩的圖案之圖像投影到該基板上，其中，該照明光學系統包括：聚光鏡，其配置來會聚從該放電燈所發出的該光；內部反射光學積分器，其配置為具有矩形截面形狀的內部反射表面，且藉由該內部反射表面反射來自該聚光鏡的光；第一成像光學系統，其配置來使包括該聚光鏡的焦點之平面以及該內部反射光學積分器的入射表面具有光學共軛關係；第二成像光學系統，其配置來在作為像面的該遮罩上形成該內部反射光學積分器的出射端表面的整個區域的圖 像，該內部反射光學積分器的該出射端表面被佈置在該第二成像光學系統的物面；以及電源纜線，其連接到該放電燈的電極，以越過從該聚光鏡指向該內部反射光學積分器的光程；其中，該電源纜線及該內部反射光學積分器配置為具有在該電源纜線的定向與該內部反射光學積分器的定向之間的固定關係，使得該電源纜線在該內部反射光學積分器的該入射表面上的陰影既不平行也不垂直於該矩形截面形狀的各個邊。
  8. 一種製造物品的方法，包括：藉由使用曝光設備來曝光基板；以及顯影已被曝光的該基板，其中，該曝光設備包括：照明光學系統，其配置為使用從放電燈所發出的光來照明遮罩；以及投影光學系統，其配置來將被照明的該遮罩的圖案之圖像投影到基板上，其中，該照明光學系統包括：聚光鏡，其配置來會聚從該放電燈所發出的該光；內部反射光學積分器，其配置為具有矩形截面形狀的內部反射表面，且藉由該內部反射表面反射來自該聚光鏡的光；第一成像光學系統，其配置來使包括該聚光鏡在此處會聚來自該放電燈的光的焦點之平面以及該內部反射光學 積分器的入射表面具有光學共軛關係；第二成像光學系統，其配置來在作為像面的該遮罩上形成作為物面的該內部反射光學積分器的出射端面的整個區域的圖像；以及冷卻噴嘴，其配置來冷卻該放電燈，且被佈置為越過從該聚光鏡指向該內部反射光學積分器的光程，其中，該冷卻噴嘴及該內部反射光學積分器配置為具有在該冷卻噴嘴的定向與該內部反射光學積分器的定向之間的固定關係，使得該冷卻噴嘴的陰影既不平行也不垂直於該矩形截面形狀的各個邊。
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