TWI698718B - 雷射系統以及微影設備 - Google Patents

Abstract

一種雷射系統，包括一種子雷射裝置，配置以發射一輸出雷射、以及一雷射功率放大裝置，配置以放大輸出雷射之功率並發射輸出雷射。雷射功率放大裝置包括一容置腔，用以容納一增益介質，包括一第一開口以及一第二開口、一入射透光元件，設置於第一開口、一出射透光元件，設置於第二開口、以及一能量泵浦，配置以提供能量於增益介質。入射透光元件與輸出雷射之間具有一第一布魯斯特角。

Description

雷射系統以及微影設備

本發明主要關於一種雷射系統，尤指一種應用於微影設備之雷射系統。

半導體裝置已使用於多種電子上的應用，例如個人電腦、手機、數位相機、以及其他電子設備。半導體裝置基本上依序經由沈積絕緣層或介電層、導電層、以及半導體層之材料至一晶圓、以及使用微影技術圖案化多種材料層來形成電路組件以及元件於其上而被製造。許多積體電路一般製造於一單一晶圓，且晶圓上個別的晶粒於積體電路之間沿著一切割線被切割分離。舉例而言，個別的晶粒基本上被分別的封裝於一多晶片模組或是其他類型的封裝。

由於半導體製程的尺寸之小型化的要求，於微影設備中採用了極紫外線作為曝光製程中的光源，以使晶圓上之光阻形成半導體製程所需的圖案。

然而，雖然目前使用極紫外線作為曝光製程中之光源的微影設備符合了其使用之目的，但尚未滿足許多其他方面的要求。因此，需要提供微影設備的改進方案。

本揭露提供了一種雷射系統，包括一種子雷射裝置，配置以發射具有一第一功率之一輸出雷射、以及一雷射功 率放大裝置，配置以放大輸出雷射之第一功率並發射具有一第二功率之輸出雷射。雷射功率放大裝置包括一容置腔，用以容納一增益介質，包括一第一開口以及一第二開口、一入射透光元件，設置於第一開口、一出射透光元件，設置於第二開口、以及一能量泵浦，配置以提供能量於增益介質。

具有第一功率之輸出雷射穿過入射透光元件進入容置腔內並通過增益介質，且容置腔內具有第二功率之輸出雷射穿過出射透光元件射出於雷射功率放大裝置。入射透光元件與照射於入射透光元件且具有第一功率之輸出雷射之間具有一第一布魯斯特角。

本揭露提供了一種微影設備，包括一激發腔、一標的發射器，設置於激發腔上，且用以發射一標的、一種子雷射裝置，配置以發射具有一第一功率之一輸出雷射、以及一雷射功率放大裝置，配置以放大輸出雷射之第一功率並發射具有一第二功率之輸出雷射。雷射功率放大裝置包括一容置腔，用以容納一增益介質、一入射透光元件，設置於容置腔之一側、一出射透光元件，設置於容置腔之另一側、以及一能量泵浦，配置以提供能量於增益介質。

微影設備更包括一雷射發射器，配置以接收由雷射功率放大裝置所射出之輸出雷射並發射一脈衝雷射至標的。具有第一功率之輸出雷射穿過入射透光元件進入容置腔內並通過增益介質，且容置腔內具有第二功率之輸出雷射穿過出射透光元件射出於雷射功率放大裝置。入射透光元件與照射於入射透光元件且具有第一功率之輸出雷射之間具有一第一布魯 斯特角。

1:微影設備

10:光源裝置

20:曝光腔

30:照明裝置

40:光罩裝置

41:光罩座

50:光學投影裝置

51:反射鏡

60:晶圓座

A10:激發腔

A11:光線通道

A20:標的發射器

A30:標的回收器

A50:光線聚集器

A51:通孔

A60:雷射發射器

A70:雷射系統

A71:種子雷射裝置

A711:共振腔

A712:種子能量泵浦

A713:全反射鏡

A714:部分反射鏡

A72、A72a、A72b、A72c:雷射功率放大裝置

A721:容置腔

A7211:第一開口

A7212:第二開口

A722:能量泵浦

A723:入射透光元件

A724:出射透光元件

A725:極化反射層

A73:雷射發射器

A74、A75:雷射感測器

A76、A77:雷射傳導裝置

C1:第一焦點

C2:第二焦點

D1:第一方向

D2:第二方向

E1:標的

G1、G2:布魯斯特角

H1:增益介質

L1:脈衝雷射

L2、L21、L22:輸出雷射

L3:脈衝雷射

L4、L41、L42:返回雷射

M1:光罩

M11:基材

M12:圖案層

W1:晶圓

W11:光阻層

Z1:激發區域

Z2:聚光區域

第1圖為根據本揭露之一些實施例之微影設備的示意圖。

第2圖為根據本揭露之一些實施例之微影方法的步驟流程圖。

第3圖為根據本揭露之一些實施例之種子雷射裝置的示意圖。

第4圖為根據本揭露之一些實施例之雷射功率放大裝置的示意圖。

第5圖為根據本揭露之一些實施例之雷射系統的示意圖。

第6圖為根據本揭露之一些實施例之微影設備的示意圖。

以下之說明提供了許多不同的實施例、或是例子，用來實施本發明之不同特徵。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡的表達本發明，其僅作為例子，而並非用以限制本發明。例如，第一特徵在一第二特徵上或上方的結構之描述包括了第一和第二特徵之間直接接觸，或是以另一特徵設置於第一和第二特徵之間，以致於第一和第二特徵並不是直接接觸。

本說明書之第一以及第二等詞彙，僅作為清楚解釋之目的，並非用以對應於以及限制專利範圍。此外，第一特徵以及第二特徵等詞彙，並非限定是相同或是不同之特徵。

於此使用之空間上相關的詞彙，例如上方或下方 等，僅用以簡易描述圖式上之一元件或一特徵相對於另一元件或特徵之關係。除了圖式上描述的方位外，包括於不同之方位使用或是操作之裝置。圖式中之形狀、尺寸、厚度、以及傾斜之角度可能為了清楚說明之目的而未依照比例繪製或是被簡化，僅提供說明之用。

第1圖為根據本揭露之一些實施例之微影設備1的示意圖。微影設備1用以對一晶圓W1實施一微影製程。微影製程可包括光阻塗佈製程、軟烤製程、曝光製程、顯影製程、硬烤製程、以及其他適合的製程。

於本實施例中，微影設備1可為一曝光設備，用以針對一晶圓W1實施一曝光製程。微影設備1可包括一光源裝置10、一曝光腔20、一照明裝置30、一光罩裝置40、一光學投影裝置50、以及一晶圓座60。微影設備1可包括所有上述之裝置，但只要達到微影設備1使用上之目的，可不需包括所有上述之裝置。

微影設備1不應限制於本揭露所描述之裝置。微影設備1可包括其他合適之裝置，例如塗佈裝置、軟烤裝置、顯影裝置、及/或硬烤裝置等，以使得微影設備1能實施完整之微影製程至晶圓W1。

光源裝置10用以產生光線至照明裝置30。上述之光線可為極紫外線(EUV light)。於本實施例中，上述極紫外線的波長範圍可定義為10nm至121nm的範圍之間。於一些實施例中，上述之光線的波長可為10nm至20nm的範圍之間。因此，光源裝置10可為一極紫外線光源裝置。然而，光源裝置10不應 被限制於用以產生極紫外線。光源裝置10可用以發射任何之來自激發於標的E1之任何波長與強度之光子。

曝光腔20設置於光源裝置10之一側。於一些實施例中，照明裝置30、光罩裝置40、光學投影裝置50、以及晶圓座60可設置於曝光腔20內。然而，由於氣體分子會吸收極紫外線，因此曝光腔20內部可保持真空，以防止極紫外線損耗。

照明裝置30用以將光源裝置10所提供之光線(極紫外線)導向至設置於光源裝置10之一光罩M1。照明裝置30可包括一或多個光學元件，例如至少一個透鏡、至少一個反射鏡、及/或至少一個折射鏡。光源裝置10所發射之光線經由照明裝置30折射、反射、及/或聚光後導向至光罩M1或光罩裝置40。

光罩裝置40用以固持一光罩(mask、photomask、或reticle)M1。於一些實施例中，光罩裝置40可用以移動光罩M1以使由照明裝置30所發射之光線導向至光罩M1之不同區域。於一些實施例中，光罩裝置40可包括一光罩座41，用以固持光罩M1。光罩座41可為一靜電座(electrostatic chuck,e-chuck)。

於一些實施例中，光罩M1可為一反射式光罩(reflective mask)M1。於一例子中，光罩M1可包括一基材(substrate)M11。基材M11之材料可為低熱膨脹材料(low thermal expansion material,LTEM)或是熔融石英(fused quartz)。於一些實施例中，低熱膨脹材料包括摻雜SiO₂之TiO₂或是其他具有低熱膨脹性質之其他適合之材料。

於一些實施例中，光罩M1可包括一多層複反射層，設置於基材M11上，且用以反射光線或極紫外線。多層複反射 層包括多個薄膜對(film pairs)，例如鉬-矽(molybdenum-silicon,Mo/Si)薄膜對，其中於每一薄膜對中，一層鉬設置於另一層矽之上或是下。於一些實施例中，薄膜對可為鉬-鈹(molybdenum-beryllium,Mo/Be)薄膜對，或是其他能夠對紫外線進行高反射之適合的材料。

光罩M1可更包括一圖案層M12，設置於基材M11上。經過圖案化之圖案層M12可用以定義一層積體電路(integrated circuit,IC)。當由照明裝置30所發射之光線(極紫外線)照射至圖案層M12後，可形成一圖案化光線。

於一些實施例中，圖案層M12可為一吸收層。吸收層可包括TaBN(tantalum boron nitride)，用以吸收光線或極紫外線。於一些實施例中，光罩M1可為一極紫外線相偏移光罩M1(EUV phase shift mask)，圖案層M12可為一反射層。

光學投影裝置(projection optics device,or projection optics box,POB)50設置於光罩M1以及晶圓座60之間，用以將光罩M1的圖案形成於晶圓W1上。於一些實施例中，光學投影裝置50可包括多個光學元件，例如至少一個透鏡、至少一個反射鏡、及/或至少一個折射鏡。光罩M1所發射之光線攜帶了定義於光罩M1上之圖案的影像，且經由光學投影裝置50折射、反射、及/或聚光後導向至晶圓W1或晶圓座60。

於本實施例中，光學投影裝置50包括多個反射鏡51，用以反射光線(或極紫外線)。光罩M1所發射之光線經由光學投影裝置50反射及聚光後導向至晶圓W1或晶圓座60。

晶圓座60設置於光罩M1之下方。於本實施例中， 晶圓座60設置於光學投影裝置50之下方。晶圓座60用以固持晶圓W1。晶圓座60可為一靜電座(electrostatic chuck,e-chuck)。

晶圓W1可由矽或其他半導體材料所製成。於一些實施例中，晶圓W1可由複合半導體(compound semiconductor)材料所製成，例如碳化矽(silicon carbide,SiC)、砷化鎵(gallium arsenic,GaAs)、砷化銦(indium arsenide,InAs)、或是磷化銦(indium phosphide,InP)。於一些實施例中，晶圓W1可由合金半導體(alloy semiconductor)所製成，例如矽鍺(silicon germanium,SiGe)、矽碳化矽(silicon germanium carbide,SiGeC)、砷化鎵磷化物(gallium arsenic phosphide,GaAsP)、或是磷化銦鎵(gallium indium phosphide,GaInP)。於一些實施例中，晶圓W1可為一絕緣層上矽(silicon-on-insulator,SOI)或是一絕緣層上矽上鍺(germanium-on-insulator,GOI)基材。

此外，晶圓W1可具有多種裝置元件(device element)。舉例而言，形成於晶圓W1上之裝置元件可包括電晶體(transistor)、二極體(diode)、及/或其他適合的元件。多種不同之製程可用以形成上述之裝置元件。例如，沉積製程、蝕刻製程、植入製程、微影製程、及/或其他合適的製程。

於一些實施例中，晶圓W1塗布了光阻層W11，其可對於光線(或紫外光)產生化學反應。當經由光學投影裝置50所發射之圖案化光線照射至光阻層W11，可使得光阻層W11被圖案化。

光源裝置10可使用雙脈衝雷射激發電漿(dual-pulse laser produced plasma,dual-pulse LPP)機構來使標 的E1產生電漿，並由電漿發出極紫外線。光源裝置10可包括一激發腔A10、一標的發射器A20、一標的回收器A30、一光線聚集器A50、一雷射發射器A60、以及一雷射系統A70。

光源裝置10可包括所有上述之裝置，但只要達到光源裝置10使用上之目的，可不需包括所有上述之裝置。光源裝置10不應限制於本揭露所描述之裝置，可包括其他合適之元件。

激發腔A10可位於曝光腔20之一側。激發腔A10可經由一光線通道A11與曝光腔20連接。由於氣體分子會吸收極紫外線，因此激發腔A10內部可保持真空，以防止極紫外線損耗。

需注意的是，於一些實施例中，於激發腔A10內部填充氫氣等氣體後，再經由真空幫浦將激發腔A10內抽成真空狀態。此時，激發腔A10內會殘留少量之氣體。於一些實施例中，激發腔A10內之氣壓可約小於或等於0.001大氣壓。

標的發射器A20設置於激發腔A10上，可用以產生多個標的(target)E1。於本實施例中，標的發射器A20可位於激發腔A10內。標的發射器A20可沿一第一方向D1朝向激發腔A10內之一激發區域Z1發射標的E1。標的E1可於激發腔A10內之激發區域Z1被雷射發射器A60以及雷射發射器A73所射出之脈衝雷射L1、L2照射，並激發出極紫外線。

標的E1可為液態或是固態。於本實施例中，標的E1可為液態，且可為錫滴(tin droplet)。於一些實施例中，標的E1之材質可為包括液態材質之錫，例如包括錫、鋰(lithium,Li)、 以及氙(xenon,Xe)之共晶合金(eutectic alloy)。於一些實施例中，標的E1的直徑約為20um至40um的範圍之間。於本實施例中，標的E1的直徑可約為30um。於一些實施例中，標的發射器A20可以每秒50公尺至100公尺範圍之間的速度射出標的E1。於本實施例中，標的發射器A20可以約每秒80公尺的速度射出標的E1。

標的發射器A20發射標的E1頻率可為約40kHz至300kHz的範圍之間。換句話說，標的發射器A20可於約每3.3微秒至25微秒的範圍之間發射一標的E1。於一些實施例中，標的發射器A20發射標的E1頻率高於55kHz、60kHz、或是70kHz。

標的回收器A30設置於激發腔A10上，用以回收由標的發射器A20所射出之標的E1。於本實施例中，標的回收器A30位於激發腔A10內。標的回收器A30與標的發射器A20可為於激發腔A10之兩相對側。於本實施例中，激發區域Z1位於標的回收器A30與標的發射器A20之間。

光線聚集器(light collector)A50位於激發腔A10內，用以將極紫外線聚集於一聚光區域Z2。於一些實施例中，聚光區域Z2位於照明裝置30。光線聚集器A50用以反射極紫外線，並將極紫外線經由光線通道A11傳送至曝光腔20內之照明裝置30。

於本實施例中，光線聚集器A50可為一截頭橢圓形。光線聚集器A50可塗布多層膜反射層，用以反射極紫外線。光線聚集器A50可具有一個中央通孔A51，用以讓雷射發射器A60以及雷射發射器A73所發出之脈衝雷射L1、L3通過。

於本實施例中，光線聚集器A50可為例如一橢圓鏡片，其具有位於激發區域Z1之一第一焦點C1以及位於聚光區域Z2內之一第二焦點C2。當標的E1於第一焦點C1經由雷射發射器A73所發出之脈衝雷射L3照射後激發極紫外光時，極紫外光可經由光線聚集器A50反射至第二焦點C2。由於第二焦點C2可位於聚光區域Z2內之照明裝置30，因此於本實施例中可藉由光線聚集器A50將極紫外光聚集於照明裝置30。

於一些實施例中，第二焦點C2可位於光線通道A11內，於第二焦點C2之紫外光線可經由適當之光學元件，例如折射鏡或是反射鏡等傳送至照明裝置30。

需注意的是，只要能將標的E1所激發出之極紫外光聚集於一區域，光線聚集器A50之形狀或結構並不予以限制。舉例而言，光線聚集器A50可為橢拋物線狀。

雷射發射器A60設置於激發腔A10之一側。於本實施例中，預雷射發射器A60可位於激發腔A10內。雷射發射器A60可用以產生一脈衝雷射L1。於一實施例中，脈衝雷射L1可為預脈衝雷射(pre-pulse laser)至激發區域Z1內之標的E1。脈衝雷射L1經由通孔A51穿過光線聚集器A50並照射至激發區域Z1。

於本實施例中，雷射發射器A60可沿一第二方向D2發射脈衝雷射L1。上述之第二方向D2可垂直於第一方向D1。在某些實施例中，雷射發射器A60發射脈衝雷射L1之頻率可與標的發射器A20發射標的E1的頻率相同。

於一些實施例中，脈衝雷射L1之功率約為1kW至5 kW的範圍之間。於本實施例中，脈衝雷射L1之功率可約為2kW。

於一些實施例中，雷射發射器A60可為一二氧化碳(carbon dioxide,CO₂)雷射發射器。於另一實施例中，雷射發射器A60可為一摻釹釔鋁石榴石(neodymium-doped yttrium aluminum garnet,Nd：YAG)雷射發射器。

雷射系統A70用以供應輸出雷射L2於雷射發射器A73。於一些實施例中，雷射系統A70可供應雷射至雷射發射器A60。於一些實施例中，雷射發射器A60之雷射可經由其他合適之雷射系統A70提供。

雷射系統A70可包括一種子雷射裝置A71、多個雷射功率放大裝置A72、以及雷射發射器A73。種子雷射裝置A71用以發射一輸出雷射L2至雷射功率放大裝置A72。於一些實施例中，種子雷射裝置A71所射出之輸出雷射L2的功率可約為5W至15W的範圍之間。於本實施例中，種子雷射裝置A71所射出之輸出雷射L2的功率可約為10W。

每一雷射功率放大裝置A72用以放大輸出雷射L2之功率並發射功率放大後的輸出雷射L2至雷射發射器A73。舉例而言，種子雷射裝置A71所產生之雷射之功率為10W。經過多個雷射功率放大裝置A72之後，雷射之功率約為18kW至40kW的範圍之間。於一些實施例中，雷射之功率約為30kW。

每一雷射功率放大裝置A72用以將輸出雷射L2之功率放大約1.2倍至300倍的範圍之間。為了清楚解釋之目的，於本實施例中，雷射系統A70包括三個雷射功率放大裝置 A72(例如A72a~A72c)。然而，雷射功率放大裝置A72之數量不應予以限制。雷射功率放大裝置A72之數目可約為一個至十個的範圍之間。於一些實施例中，雷射系統A70包括一個或兩個雷射功率放大裝置A72。於一些實施例中，雷射系統A70包括四個或五個以上之雷射功率放大裝置A72。

於一些實施例中，種子雷射裝置A71配置以發射具有一第一功率之一輸出雷射L2。雷射功率放大裝置A72a放大輸出雷射L2之第一功率並發射具有一第二功率之輸出雷射L2。雷射功率放大裝置A72b放大輸出雷射L2之第二功率並發射具有第三功率之輸出雷射L2。雷射功率放大裝置A72c放大輸出雷射L2之第三功率並發射具有第四功率之輸出雷射L2。在此實施例中，第一功率小於第二功率、第二功率小於第三功率，且第三功率小於第四功率。

舉例而言，雷射功率放大裝置A72a可為一預雷射功率放大裝置。種子雷射裝置A71之輸出雷射L2照射至雷射功率放大裝置A72a。雷射功率放大裝置A72a用以將輸出雷射L2之功率放大，並射出放大功率後之輸出雷射L2至雷射功率放大裝置A72b。

於一些實施例中，雷射功率放大裝置A72a用以將輸出雷射L2之功率放大約30倍至300倍的範圍之間。舉例而言，雷射功率放大裝置A72a將輸出雷射L2之功率放大100倍。雷射功率放大裝置A72a將功率為10W之輸出雷射L2放大為1000W。

雷射功率放大裝置A72b用以將輸出雷射L2之功率 放大，並射出放大功率後之輸出雷射L2至雷射功率放大裝置A72c。雷射功率放大裝置A72c用以將輸出雷射L2之功率放大，並射出放大功率後之輸出雷射L2至雷射發射器A73。

於一些實施例中，雷射功率放大裝置A72b以及雷射功率放大裝置A72c可分別將輸出雷射L2之功率放大約1.2倍至30倍的範圍之間。於一些實施例中，可藉由更多之雷射功率放大裝置A72b、A72c以將雷射功率放大裝置A72a所提供之功率為1000W的輸出雷射L2放大至30kW。

雷射發射器A73用以接收由雷射功率放大裝置A72所射出之輸出雷射L2並發射一脈衝雷射L3。雷射發射器A73設置於激發腔A10之一側。於本實施例中，主雷射發射器A70可位於激發腔A10內。雷射發射器A73可用以產生一脈衝雷射L3。於一些實施例中，脈衝雷射L3可為主脈衝雷射(main-pulse laser)至激發區域Z1內之標的E1。脈衝雷射L3經由通孔A51穿過光線聚集器A50並照射至激發區域Z1。

如第1圖所示，脈衝雷射L1可用以改變標的E1之狀態。當脈衝雷射L1於激發區域Z1內照射至標的E1後，脈衝雷射L1可加熱標的E1，以使得液滴狀之標的E1形成霧狀之標的E1。當脈衝雷射L2照射至激發區域Z1內之霧狀之標的E1時，可激發霧狀之標的E1成為電漿，並使得電漿產生極紫外線。

如第1圖所示，於脈衝雷射L3照射至激發區域Z1內之標的E1後，標的E1反射部分之脈衝雷射L3以形成一返回光束L4。返回光束L4可能依序經由雷射發射器A73、雷射功率放大裝置A72c、雷射功率放大裝置A72b、雷射功率放大裝置A72a 照射至種子能量泵浦A712。於一些實施例中，雷射發射器A73可沿第二方向D2發射脈衝雷射L3。換句話說，脈衝雷射L3可平行於脈衝雷射L1。

於一些實施例中，脈衝雷射L3之功率約為18kW至40kW的範圍之間。於本實施例中，脈衝雷射L3之功率可約為30kW。脈衝雷射L3之功率大脈衝雷射L1之功率。於一些實施例中，脈衝雷射L3之功率大於脈衝雷射L1之功率的8倍至30倍。脈衝雷射L3之功率可相等或是大致相等於雷射功率放大裝置A72c所輸出之輸出雷射L2的功率。

在一些實施例中，雷射發射器A73發射脈衝雷射L3之頻率可與標的發射器A20發射標的E1的頻率相同。於一些實施例中，雷射發射器A73可為二氧化碳雷射發射器。

脈衝雷射L1以及脈衝雷射L3之功率可依據晶圓W1之生產量來設計。舉例而言，每小時生產125片晶圓W1，脈衝雷射L1可具有2kW之功率，且脈衝雷射L3可具有約30kW之功率。於一些實施例中，脈衝雷射L1與脈衝雷射L3之功率的總和高於20kW，例如，可為32kW。然而，應當理解的是，本揭露之實施例具有許多變化和修改，不應予以限制。

第2圖為根據本揭露之一些實施例之微影方法的步驟流程圖。可理解的是，於下列各實施例之方法中的各步驟中，可於各步驟之前、之後以及其間增加額外的步驟，且於前述的一些步驟可被置換、刪除或是移動。

於步驟S101中，安裝一光罩M1於光罩座41。在一些實施例中，光罩M1可用於實施一極紫外線微影曝光製程。 光罩M1可包括積體電路圖案，用以形成於晶圓W1。於步驟S103中，將一晶圓W1設置於一晶圓座60上。晶圓W1上可塗布一光阻層W11。

步驟S105中，標的發射器A20每經過一間隔時間發射一標的E1至激發區域Z1。

步驟S107中，於標的發射器A20發射標的E1之後，雷射發射器A60每經過上述間隔時間發射一脈衝雷射L1至激發區域Z1，並照射一標的E1。標的E1經由脈衝雷射L1可形成霧化之標的E1。

步驟S109中，於雷射發射器A60發射脈衝雷射L1之後，雷射發射器A73每經過上述間隔時間P1發射一脈衝雷射L3至激發區域Z1，並照射一標的E1。標的E1經由脈衝雷射L3可形成電漿，並發射極紫外線。

於步驟S111中，極紫外線依序經由光線聚集器A50以及照明裝置30導向至光罩M1，並形成一圖案化光線。圖案化光線依序照射至一晶圓W1之光阻之多個區域，藉以完成一微影製程之曝光製程。

第3圖為根據本揭露之一些實施例之種子雷射裝置A71的示意圖。種子雷射裝置A71用以產生輸出雷射L2。種子雷射裝置A71包括一共振腔A711、一種子能量泵浦A712、一全反射鏡A713、以及一部分反射鏡A714。

共振腔A711可為一長條形結構。於一些實施例中，共振腔A711可由玻璃材質所製成，且可為透明的。換句話說，共振腔A711可為一透明之玻璃管。共振腔A711可用以填充一 增益介質H1。

共振腔A711內之增益介質H1可為一固體或是一氣體。於一些實施例中，增益介質H1可為一二極體。於一實施例中，增益介質H1可為摻釹釔鋁石榴石、二氧化碳、或是一氧化碳等材質，但不以此為限。於本實施例中，增益介質H1可為二氧化碳。

種子能量泵浦A712設置於共振腔A711之兩相對側。種子能量泵浦A712用以提供能量於增益介質H1，並使增益介質H1激發後射出輸出雷射L2。於一些實施例中，種子能量泵浦A712可為一光源或是一組電極。於本實施例中，種子能量泵浦A712可為一組電極，用以發出射向增益介質H1之射頻(Radio frequency)能量。

全反射鏡A713設置於共振腔A711之一端。部分反射鏡A714設置於共振腔A711之另一端。全反射鏡A713可為一聚焦反射鏡，用以將增益介質H1激發射出之輸出雷射L2形成一光束。

部分反射鏡A714可為一部分反射的平面鏡。部分反射鏡A714用以將部分之輸出雷射L2反射至全反射鏡A713，且允許部分之輸出雷射L2通過。於一些實施例中，部分反射鏡A714用以將照射於部分射鏡之約90%至99.99%的範圍之間的輸出雷射L2反射至全反射鏡A713，且允許約1%至30%的範圍之間的輸出雷射L2通過。

當部分增益介質H1所射出之輸出雷射L2照射至全反射鏡A713後，全反射鏡A713將輸出雷射L2反射至部份反射 鏡A713。之後，部份反射鏡A713將部分之輸出雷射L2反射至全反射鏡A713。因此，大部分之輸出雷射L2可於全反射鏡A713以及部分反射鏡A714之間來回震盪並增加輸出雷射L2之功率。

第4圖為根據本揭露之一些實施例之雷射功率放大裝置A72的示意圖。第5圖為根據本揭露之一些實施例之雷射系統A70的示意圖。雷射功率放大裝置A72包括一容置腔A721、一能量泵浦A722、一入射透光元件A723、以及一出射透光元件A724。容置腔A721可為一長條形結構。於一些實施例中，容置腔A721可由玻璃材質所製成，且可為透明的。換句話說，容置腔A721可為一透明之玻璃管。

容置腔A721可用以填充一增益介質H2。容置腔A721內之增益介質H2可與共振腔A711內之增益介質H1相同。於一些實施例中，容置腔A721內之增益介質H2可與共振腔A711內之增益介質H1不同。此外，容置腔A721可具有一第一開口A7211以及相對於第一開口A7211之一第二開口A7212。

能量泵浦A722設置於共振腔A711之兩相對側。能量泵浦A722用以提供能量於增益介質H2，並使增益介質H2激發後射出輸出雷射L2，藉以增加輸出雷射L2之功率。於一些實施例中，能量泵浦A722可為一光源或是一組電極。於本實施例中，能量泵浦A722可為一組電極，用以發出射向增益介質H2之射頻能量。

入射透光元件A723設置於第一開口A7211。入射透光元件A723之材質可為具有高折射率之透光材質，例如鑽石。 出射透光元件A724設置於第二開口A7212。換句話說，入射透光元件A723以及出射透光元件A724分別位於容置腔A721之兩相反側。出射透光元件A724之材質可為具有高折射率之透光材質，例如鑽石。

於一些實施例中，第一開口A7211與第二開口A7212可位於容置腔A721之同一側，或是兩相鄰側。雷射功率放大裝置A72可包括設置於容置腔A721內之折射元件及/或反射元件(未圖示)，用以將通過入射透光元件A723之輸出雷射L2導向至出射透光元件A724。

入射透光元件A723以及出射透光元件A724可為平板狀結構。輸出雷射L2照射於入射透光元件A723以及出射透光元件A724之主要表面。入射透光元件A723以及出射透光元件A724可為圓形或多邊形，但並不以此為限。

於本實施例中，由種子雷射裝置A71或另一雷射功率放大裝置(例如A72a)所射出之輸出雷射L2穿過入射透光元件A723進入雷射功率放大裝置(例如A72b)之容置腔A721內並通過增益介質H2。輸出雷射L2通過增益介質H2後，增加了輸出雷射L2之功率。此外，容置腔A721內之輸出雷射L2穿過出射透光元件A724射出於另一雷射功率放大裝置(例如A72c)。

於本實施例中，入射透光元件A723與照射於入射透光元件A723之輸出雷射L2(或輸出雷射L2之行進方向)之間具有一布魯斯特角(Brewster angle)G1。出射透光元件A724與照射於出射透光元件A724之輸出雷射L2(或輸出雷射L2之行進方向)之間具有一布魯斯特角G2。

布魯斯特角G1可定義為arctan(n2/n1)。其中n1可為空氣之折射率，n2可為入射透光元件A723之折射率。布魯斯特角G2可定義為arctan(n4/n3)。其中n3可為增益介質H2之折射率，n4可為出射透光元件A724之折射率。

於本實施例中，入射透光元件A723之材質與出射透光元件A724之材質相同。布魯斯特角G1大致上等於布魯斯特角G2。於一些實施例中，入射透光元件A723之材質與出射透光元件A724之材質不同。布魯斯特角G1不等於布魯斯特角G2。

於一些實施例中，當入射透光元件A723之材質為鑽石或折射率約為1至4的範圍之間時，布魯斯特角G1約為45度至76度的範圍之間。舉例而言，當入射透光元件A723之為鑽石，且折射率為2.4176時，布魯斯特角G1為67.5度。

於一些實施例中，當出射透光元件A724之材質為鑽石或折射率約為1至4的範圍之間時，布魯斯特角G2約為45度至76度的範圍之間。舉例而言，當出射透光元件A724之為鑽石，且折射率為2.4176時，布魯斯特角G2為67.5度。

由於入射透光元件A723與輸出雷射L2之間具有布魯斯特角G1，且輸出雷射L2為極化光，因此大部分之輸出雷射L2可直接穿透入射透光元件A723，而僅有小部分之輸出雷射L2由於漏光現象而被入射透光元件A723反射，並形成輸出雷射L21。

於一些實施例中，超過98%之輸出雷射L2穿透入射透光元件A723，而小於2%之輸出雷射L2被入射透光元件A723 反射。於一些實施例中，超過99%之輸出雷射L2穿透入射透光元件A723，而小於1%之輸出雷射L2被入射透光元件A723反射。

同理，由於出射透光元件A724與輸出雷射L2之間具有布魯斯特角G2，且輸出雷射L2為極化光，因此大部分之輸出雷射L2可直接穿透出射透光元件A724而射出，而僅有小部分之輸出雷射L2由於漏光現象而被出射透光元件A724反射，並形成一輸出雷射L22。

於一些實施例中，超過98%之輸出雷射L2穿透出射透光元件A724，而小於2%之輸出雷射L2被出射透光元件A724反射。於一些實施例中，超過99%之輸出雷射L2穿透出射透光元件A724，而小於1%之輸出雷射L2被出射透光元件A724反射。

因此，藉由本揭露之入射透光元件A723與輸出雷射L2之間之布魯斯特角G1及/或出射透光元件A724與照射於出射透光元件A724之輸出雷射L2之間的布魯斯特角G2，可大幅降低輸出雷射L2於入射透光元件A723與出射透光元件A724之間反射，進而大幅降低雷射之寄生現象以及寄生雷射的發生，因此可增加晶圓W1之良率以及防止種子雷射裝置A71的損壞。

於本實施例中，雷射系統A70更包括多個雷射感測器A74以及多個雷射感測器A75。每一雷射感測器A74用以偵測由入射透光元件A723所反射之部分輸出雷射L21。每一雷射感測器A75用以偵測由出射透光元件A724所反射之部分輸出雷 射L22。

於一實施例中，每一雷射感測器A74以及雷射感測器A75可用以偵測輸出雷射L21、L22之強度，並藉以獲得多個輸出雷射L2之強度。舉例而言，輸出雷射L2之強度可為輸出雷射L21或輸出雷射L22之強度的N倍。上述N可為100至1000的範圍之間。

於一實施例中，藉由每一雷射感測器A74之偵測結果，可取得多個輸入能量。一控制器(未圖示)藉由雷射感測器A75之偵測結果，可取得一輸出能量。因此，藉由即時偵測上述之輸入能量以及輸出能量，可用以即時偵測每一雷射功率放大裝置A72(A72a、A72b、A72c)使否正常運作，進而能增進微影設備1之產能。

此外，控制器藉由即時測量得每一雷射功率放大裝置A72的輸入能量以及輸出能量，可取得每一雷射功率放大裝置A72的增益能量(Energy gain)以及光萃取效率(extracted efficiency)等參數，藉以即時偵測及評估每一雷射功率放大裝置A72(A72a、A72b、A72c)的運作狀況。因此，當雷射功率放大裝置A72中之一者之輸出功率與預定之輸出功率不同時，可即時調整上述雷射功率放大裝置A72之能量泵浦A722之輸出功率，進而能增加晶圓W1之良率。

於本實施例中，每一雷射功率放大裝置A72可更包括塗布於入射透光元件A723之內側表面上的極化反射層A725以及出射透光元件A724之外側表面上的極化反射層A725。極化反射層A725可允許輸出雷射L2通過，並可反射返回光束 L4。

於本實施例中，輸出雷射L2可具有第一極化波。由標的所反射之返回光束L4具有第二極化波。第一極化波垂直於第二極化波。於一些實施例中，第一極化波可為垂直波，且第二極化波可為水平波。於一些實施例中，第一極化波可為水平波，且第二極化波可為垂直波。

每一設置於出射透光元件A724之外側表面上的極化反射層A725可將大部分之返回光束L4反射。因此，每一設置於出射透光元件A724之外側表面上的極化反射層A725可用以減少射入雷射功率放大器內之返回光束L4。

但由於極化反射層A725之漏光現象，少部分之返回光束L4還是可能會穿透極化反射層A725以及出射透光元件A724。舉例而言，極化反射層A725反射超過98%之返回光束L4形成返回光束L41，並允許少於2%之返回光束L4穿過出射透光元件A724進入雷射功率放大裝置A72。於一些實施例中，極化反射層A725反射超過99%之返回光束L4形成返回光束L41，並允許少於1%之返回光束L4穿過出射透光元件A724進入雷射功率放大裝置A72內。

每一設置於入射透光元件A723之內側表面上的極化反射層A725可將大部分之返回光束L4反射。因此，每一設置於入射透光元件A723之內側表面上的極化反射層A725可用以減少由雷射功率放大器所射出之返回光束L4。

同理，由於極化反射層A725之漏光現象，少部分之返回光束L4還是可能會穿透極化反射層A725以及入射透光 元件A723。舉例而言，極化反射層A725反射超過98%之返回光束L4形成返回光束L42，並允許少於2%之返回光束L4穿過入射透光元件A723射出於雷射功率放大器。於一些實施例中，極化反射層A725反射超過99%之返回光束L4形成返回光束L42，並允許少於1%之返回光束L4穿過入射透光元件A723射出於雷射功率放大器。

當脈衝雷射L1照射至標的E1後，標的E1反射部分之脈衝雷射L1以形成返回光束L4。當返回光束L4經過雷射功率放大裝置A72時，返回光束L4之功率亦會被放大。若返回光束L4無法於進入雷射功率放大裝置A72之前減弱，功率過大之返回光束L4可能會損毀種子雷射裝置A71。因此，藉由於每一出射透光元件A724及/或入射透光元件A723上設置極化反射層A725，可大幅降低經過每一雷射功率放大裝置A72之返回光束L4的功率，進而能保護種子雷射裝置A71。

於本實施例中，雷射系統A70可更包括多個雷射傳導裝置A76以及多個雷射傳導裝置A77。每一雷射傳導裝置A76用以消減返回光束L41之能量。於一些實施例中，每一雷射傳導裝置A76用以回收返回光束L41之能量。於一些實施例中，每一雷射傳導裝置A76可用以偵測返回光束L41之強度，藉此可即時偵測雷射系統A70之運作。

每一雷射傳導裝置A77用以消減返回光束L42之能量。於一些實施例中，每一雷射傳導裝置A77用以回收返回光束L42之能量。於一些實施例中，每一雷射傳導裝置A77可用以偵測返回光束L42之強度，藉此可即時偵測雷射系統A70之運 作。

第6圖為根據本揭露之一些實施例之微影設備的示意圖。於第6圖中，僅具有一雷射功率放大裝置A72。種子雷射裝置A71發射輸出雷射L2至雷射功率放大裝置A72。雷射功率放大裝置A72配置以放大種子雷射裝置A71發射之輸出雷射L2的功率，並將功率放大後的輸出雷射L2發射至雷射發射器A73。雷射功率放大裝置A72之細部結構與操作如前所述，於此不再累述。

綜上所述，本揭露實施例之雷射功率放大裝置之入射透光元件與輸出雷射之間具有一布魯斯特角及/或出射透光元件與輸出雷射之間具有一布魯斯特角。因此，可減少輸出雷射於容置腔內共振的機率以及寄生現象，進而能保護雷射系統以及增加晶圓之良率。

本揭露提供了一種雷射系統，包括一種子雷射裝置，配置以發射具有一第一功率之一輸出雷射、以及一雷射功率放大裝置，配置以放大輸出雷射之第一功率並發射具有一第二功率之輸出雷射。雷射功率放大裝置包括一容置腔，用以容納一增益介質，包括一第一開口以及一第二開口、一入射透光元件，設置於第一開口、一出射透光元件，設置於第二開口、以及一能量泵浦，配置以提供能量於增益介質。

具有第一功率之輸出雷射穿過入射透光元件進入容置腔內並通過增益介質，且容置腔內具有第二功率之輸出雷射穿過出射透光元件射出於雷射功率放大裝置。入射透光元件與照射於入射透光元件且具有第一功率之輸出雷射之間具有 一第一布魯斯特角。

於一些實施例中，出射透光元件與照射於出射透光元件且具有第二功率之輸出雷射之間具有一第二布魯斯特角。

於一些實施例中，入射透光元件之材質與出射透光元件之材質相同，且入射透光元件與出射透光元件位於容置腔之兩相反側。

於一些實施例中，雷射系統更包括一雷射發射器，配置以接收由雷射功率放大裝置所射出且具有第二功率之輸出雷射並發射一脈衝雷射。

於一些實施例中，雷射功率放大裝置更包括一極化反射層，塗布於出射透光元件，具有第二功率之輸出雷射包括一第一極化波，其中極化反射層允許包括第一極化波之輸出雷射通過，並反射具有一第二極化波之一返回雷射，其中第一極化波垂直於第二極化波。

於一些實施例中，雷射系統，更包括一雷射感測器，配置以偵測由入射透光元件所反射之部分具有第一功率之輸出雷射或出射透光元件所反射之部分具有第二功率之輸出雷射。

本揭露提供了一種微影設備，包括一激發腔、一標的發射器，設置於激發腔上，且用以發射一標的、一種子雷射裝置，配置以發射具有一第一功率之一輸出雷射、以及一雷射功率放大裝置，配置以放大輸出雷射之第一功率並發射具有一第二功率之輸出雷射。雷射功率放大裝置包括一容置腔，用 以容納一增益介質、一入射透光元件，設置於容置腔之一側、一出射透光元件，設置於容置腔之另一側、以及一能量泵浦，配置以提供能量於增益介質。

微影設備更包括一雷射發射器，設置於激發腔上，配置以接收由雷射功率放大裝置所射出之輸出雷射並發射一脈衝雷射至標的。具有第一功率之輸出雷射穿過入射透光元件進入容置腔內並通過增益介質，且容置腔內具有第二功率之輸出雷射穿過出射透光元件射出於雷射功率放大裝置。入射透光元件與照射於入射透光元件且具有第一功率之輸出雷射之間具有一第一布魯斯特角。

於一些實施例中，出射透光元件與照射於出射透光元件且具有第二功率之輸出雷射之間具有一第二布魯斯特角。

於一些實施例中，雷射功率放大裝置更包括一極化反射層，塗布於出射透光元件，當脈衝雷射照射至標的後，標的反射部分之脈衝雷射以形成一返回雷射至極化反射層，其中具有第二功率之輸出雷射包括一第一極化波，返回雷射具有垂直於第一極化波之一第二極化波，且極化反射層允許包括第一極化波之輸出雷射通過，並反射具有第二極化波之返回雷射。

於一些實施例中，更包括一雷射感測器，配置以偵測由入射透光元件所反射之部分具有第一功率之輸出雷射或出射透光元件所反射之部分具有第二功率之輸出雷射。

上述已揭露之特徵能以任何適當方式與一或多個 已揭露之實施例相互組合、修飾、置換或轉用，並不限定於特定之實施例。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

A72‧‧‧雷射功率放大裝置

A721‧‧‧容置腔

A7211‧‧‧第一開口

A7212‧‧‧第二開口

A722‧‧‧能量泵浦

A723‧‧‧入射透光元件

A724‧‧‧出射透光元件

A725‧‧‧極化反射層

A74、A75‧‧‧雷射感測器

A76、A77‧‧‧雷射傳導裝置

G1、G2‧‧‧布魯斯特角

H1‧‧‧增益介質

L2、L21、L22‧‧‧輸出雷射

L4、L41、L42‧‧‧返回雷射

Claims (9)

1. 一種雷射系統，包括：一種子雷射裝置，配置以發射具有一第一功率之一輸出雷射；一雷射功率放大裝置，配置以放大該輸出雷射之該第一功率並發射具有一第二功率之該輸出雷射，其中該雷射功率放大裝置包括：一容置腔，用以容納一增益介質，包括一第一開口以及一第二開口；一入射透光元件，設置於該第一開口；一出射透光元件，設置於該第二開口；以及一能量泵浦，配置以提供能量於該增益介質；其中具有該第一功率之該輸出雷射穿過該入射透光元件進入該容置腔內並通過該增益介質，且該容置腔內具有該第二功率之該輸出雷射穿過該出射透光元件射出於該雷射功率放大裝置；其中該入射透光元件與照射於該入射透光元件且具有該第一功率之該輸出雷射之間具有一第一布魯斯特角；以及一雷射發射器，配置以接收由該雷射功率放大裝置所射出且具有該第二功率之該輸出雷射並發射一脈衝雷射。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該出射透光元件與照射於該出射透光元件且具有該第二功率之該輸出雷射之間具有一第二布魯斯特角。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射系統，其中該入射透光元 件之材質與該出射透光元件之材質相同，且該入射透光元件與該出射透光元件位於該容置腔之兩相反側。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，其中該雷射功率放大裝置更包括一極化反射層，塗布於該出射透光元件，具有該第二功率之該輸出雷射包括一第一極化波，其中該極化反射層允許包括該第一極化波之該輸出雷射通過，並反射具有一第二極化波之一返回雷射，其中該第一極化波垂直於該第二極化波。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雷射系統，更包括一雷射感測器，配置以偵測由該入射透光元件所反射之部分具有該第一功率之該輸出雷射或該出射透光元件所反射之部分具有該第二功率之該輸出雷射。
6. 一種微影設備，包括：一激發腔；一標的發射器，設置於該激發腔上，且配置以發射一標的；一種子雷射裝置，配置以發射具有一第一功率之一輸出雷射；以及一雷射功率放大裝置，配置以放大該輸出雷射之該第一功率並發射具有一第二功率之該輸出雷射，其中該雷射功率放大裝置包括：一容置腔，用以容納一增益介質；一入射透光元件，設置於該容置腔之一側；一出射透光元件，設置於該容置腔之另一側；一能量泵浦，配置以提供能量於該增益介質；以及 一雷射發射器，配置以接收由該雷射功率放大裝置所射出且具有該第二功率之該輸出雷射並發射一脈衝雷射至該標的；其中具有該第一功率之該輸出雷射穿過該入射透光元件進入該容置腔內並通過該增益介質，且該容置腔內具有該第二功率之該輸出雷射穿過該出射透光元件射出於該雷射功率放大裝置；其中該入射透光元件與照射於該入射透光元件且具有該第一功率之該輸出雷射之間具有一第一布魯斯特角。
7. 如申請專利範圍第6項所述之微影設備，其中該出射透光元件與照射於該出射透光元件且具有該第二功率之該輸出雷射之間具有一第二布魯斯特角。
8. 如申請專利範圍第6項所述之微影設備，其中該雷射功率放大裝置更包括一極化反射層，塗布於該出射透光元件，當該脈衝雷射照射至該標的後，該標的反射部分之該脈衝雷射以形成一返回雷射至該極化反射層，其中具有該第二功率之該輸出雷射包括一第一極化波，該返回雷射具有垂直於該第一極化波之一第二極化波，且該極化反射層允許包括該第一極化波之該輸出雷射通過，並反射具有該第二極化波之該返回雷射。
9. 如申請專利範圍第6項所述之微影設備，更包括一雷射感測器，配置以偵測由該入射透光元件所反射之部分具有該第一功率之該輸出雷射或該出射透光元件所反射之部分具有該第二功率之該輸出雷射。

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