TWI721178B - 微影照明單元 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於在微影製程中的晶圓上光阻之後期曝光的微影照明單元，具有至少一個光源(121、321、421、521)；以及光導與光混合元件(110、310、410、510)，其用於將該光源所產生之電磁輻射耦合到該光阻中，其中這種光導與光混合元件具有一第一對的相互相對側面，其最大間距具有第一值，其中在這些側面上發生該電磁輻射之多次反射，其中該光導與光混合元件具有一第二對的相互相對側面，其最大間距具有第二值，且其中在該電磁輻射之光傳播方向上，該光導與光混合元件之最大範圍具有第三值，其中此第三值大於該第一值並小於該第二值。

Description

微影照明單元
本發明係關於一種用於在微影製程中的晶圓上光阻之後期曝光的微影照明單元。
微影用於生產微結構部件，例如積體電路或液晶顯示器(LCD)。該微影製程在包含一照明裝置和一投影透鏡的所謂的投影曝光設備中執行。藉助該照明裝置照明的光罩(倍縮光罩)之影像，在這種情況下藉助該投影透鏡投影到塗佈有光敏層(光阻)並設置在該投影透鏡之像平面中的基板(例如矽晶圓)上，以便將該光罩結構轉印到該基板之光敏塗層。
習知在為了有效利用該電磁輻射之目的而用於提升該光阻靈敏度的該等個別微影步驟之後，在每一微影製程中進行對於晶圓或位於其上的光阻之無結構照明(即未使用結構化光罩)。僅舉例來說，可能在該製程中使用波長為365nm的紫外光(UV)輻射，其中對於光阻但未轉印光罩結構的照明，通常會具有在相對較大空間波長(例如小於1mm)僅微小幅度波動(例如小於10%)的變化或均質其中擇一的強度分布。
結果，由於這種附加照明(其也可指稱針對光阻之「後期曝光(post-exposure)」)，因此可能得以更好地利用在該等實際微影步驟中所輻射之(例如極紫外光(EUV))輻射，從而提升該微影投影曝光設備之處理量。
關於先前技術，僅舉例來說，可參照S.Tagawa等人所著： 「透過光致敏化學增幅光阻(PS-CAR)製程的超高靈敏度強化(Super High Sensitivity Enhancement by Photo-Sensitized Chemically Amplified Resist Process)」，《光聚合物科學與技術期刊》(Journal of Photopolymer Science and Technology)，第26卷第6期(2013年)第825頁。
為了能夠進行上述針對該光阻之附加照明或「後期曝光」，需要附加照明單元，其關於在這種後期曝光期間耦合到該光阻中的電磁輻射之強度、均勻度和劑量穩定性方面的該等現有要求之配置，是一個耗時費力的挑戰。
本發明之目的之一是提供一種具有相對較簡單構造的微影照明單元，其允許位於晶圓上的光阻之盡可能受控的可能特別均質的後期曝光，以在該微影製程中提升該處理量。
此目的可藉由獨立申請專利範圍第1項之該等特徵而達成。
依據本發明實施例，一種用於在微影製程中的晶圓上光阻之後期曝光的微影照明單元包括：-至少一個光源；以及-一光導與光混合元件，其用於將該光源所產生之電磁輻射耦合到該光阻中，-其中該光導與光混合元件具有一第一對的相互相對側面之，其最大間距具有第一值，其中在這些側面上發生該電磁輻射之多次反射；-其中該光導與光混合元件具有一第二對的相互相對側面，其最大間距具有第二值；且-其中在該電磁輻射之光傳播方向上，該光導與光混合元件之最大範圍具有第三值，其中此第三值大於該第一值並小於該第二值。
依據一個具體實施例，該第二值大於該第一值至少兩倍、特 別是至少五倍、更特別是至少十倍。
本發明以使得用於這種後期曝光的電磁輻射透過光導與光混合元件(其該等尺寸選定為尤其適用於得到該所需效應(具體而言，即所需的光導與光混合或是所需的均質化))耦合入的方式，特別是基於實行一種用於在該微影製程中或在該等個別微影步驟之後該光阻之後期曝光的照明單元之概念。
依據本發明作為光導的元件之效應，在此特別是要在前述後期曝光期間觀察的該光源與該晶圓之間的工作距離可選定為相對較大，結果避免首先由於該光源(例如發光二極體(LED)設置)中所生成之功率耗散而進入該晶圓或光阻的不需要的熱量引入，還有由於該光源之驅動電路之電場而在該晶圓上所生成對該等微電子電路的不需要的影響或變化。
由於用於生成該電磁輻射的光源(例如LED設置)與該晶圓之間的可靠間隔變得可實行，因此依據本發明的配置之另一項優勢在於，在依據本發明的後期曝光期間可避免或減少該晶圓之不需要的污染。
依據本發明，有效地達到對應於用於沿著該光導與光混合元件之相對較短範圍的後期曝光的輻射之「束縮(constriction)」的效應，而不需要在該光源或該等光源上對此附加光學元件之相對較複雜和昂貴的固定。
結果，依據本發明的照明單元係用於對該晶圓達成光導之光混合或光均質化兩種所需效應之組合，其中同時避免對該已(至少部分地)結構化晶圓的不需要的影響。
依據一個具體實施例，該電磁輻射未在該第二對之該等側面處反射。
依據一個具體實施例，該光導與光混合元件配置成由對於該電磁輻射為可穿透的材料製成的實心塊體之形式。
依據一個具體實施例，在該第一對之側面處的該等多次反射 包含至少一個全內反射。
依據一個具體實施例，該第一對之側面為鏡面(mirror surface)。
依據一個具體實施例，該第一對之側面未設置成彼此平行。
依據一個具體實施例，該照明單元具有用於測量該電磁輻射的至少一個強度感測器。
依據一個具體實施例，該照明單元具有由複數光源組成的光源設置。
依據一個具體實施例，該光導與光混合元件具有提供有折射能力的光出射表面。
依據一個具體實施例，該光導與光混合元件具有提供有繞射或折射結構的光出射表面。
本發明更關於一種微影投影曝光方法，其中該方法包含下列步驟：-提供於其上至少部分地施加光阻的一基板；-提供具有照明裝置和投影透鏡的微影投影曝光設備；-在複數投影步驟中，藉由該投影曝光設備將每一光罩結構投影到該光阻之區域上；以及-其中在這些投影步驟中至少一者之後，進行使用具有該等前述特徵的照明單元的光阻之後期曝光。
本發明之進一步配置可從該說明和相關申請專利範圍理解。
本發明以下基於所附圖式中所例示之示例性具體實施例更詳細地進行解說。
1‧‧‧電漿光源
2‧‧‧收集器鏡
3‧‧‧場鏡面反射鏡
4‧‧‧光瞳琢面鏡
5‧‧‧第一望遠鏡
6‧‧‧第二望遠鏡
7‧‧‧偏轉鏡
10‧‧‧投影曝光設備；微影投影曝光設備
21-26‧‧‧反射鏡
30‧‧‧光罩台
31‧‧‧反射結構承載光罩
40‧‧‧晶圓台
41‧‧‧基板
100、300、500‧‧‧照明單元
110、310、410、510‧‧‧光導與光混合元件
115‧‧‧傾斜面或倒角
120‧‧‧光源設置；光源
120、320、420、520‧‧‧光源設置
121、321、421、521‧‧‧光源
121‧‧‧發光二極體(LED)
130‧‧‧感測器設置
131‧‧‧光電二極體
131、331、431‧‧‧強度感測器
340‧‧‧光出射表面
410a、410b‧‧‧側面
550‧‧‧結構；繞射或折射結構
W‧‧‧晶圓
A、B‧‧‧曲線
在該等圖式中： 圖1至圖6顯示用於解說本發明之各種具體實施例的示意例示圖；以及圖7顯示用於解說專為在該EUV範圍內操作所設計之微影投影曝光設備之可能構造的示意例示圖。
圖7顯示舉例來說所給定並專為在該EUV範圍內操作所設計之投影曝光設備之示意例示圖。
依據圖7，在專為EUV所設計之投影曝光設備10中的照明裝置包含一場鏡面反射鏡3和一光瞳琢面鏡4。來自包含一電漿光源1和一收集器鏡2的光源單元的光會引導到鏡面反射鏡3上。第一望遠鏡5和第二望遠鏡6設置在光瞳琢面鏡4下游的光路徑中。偏轉鏡7在該光路徑中設置在下游，前述偏轉鏡將入射到其上的輻射引導到包含六個反射鏡21-26的投影透鏡之物件平面中的物件場上。在該物件場之位置處，反射結構承載光罩31設置在光罩台30上，前述光罩借助於該投影透鏡成像到像平面中，其中塗佈有光敏層(光阻)的基板41位於晶圓台40上。
現在，以下將說明用於在該等個別微影步驟之後進行該光阻或晶圓之後期曝光(已在該序言部分中進行解說)的依據本發明的照明單元之不同具體實施例。藉由這種「後期曝光」，可能得以更好地利用在該等實際微影步驟中所輻射之(例如EUV)輻射，從而提升該微影投影曝光設備之處理量。
首先，在第一具體實施例中依據本發明的照明單元之構造和功能，將參照圖1和圖2a-b之該等示意圖進行解說。
依據圖1，依據該第一具體實施例的照明單元100具有光導與光混合元件110。在該示例性具體實施例中(但本發明不限於此)其配置成對於用於依據本發明的後期曝光中的電磁輻射之波長範圍(即例如對於波長 為365nm)為足以穿透的塊體之形式。
在該示例性具體實施例中，這種塊體或光導與光混合元件110是由石英玻璃(SiO2)製成。在進一步具體實施例中，也可使用對於該相關波長為可穿透的不同的適合材料，例如氟化鈣(CaF2)。
照明單元100更具有光源設置120，其在該示例性具體實施例中為眾多LED 121設置之形式，其中這些LED 121進而在該示例性具體實施例中安裝在形成光導與光混合元件110的塊體之的側面(該光入射表面)上。
如從圖2a-b可知，該等LED 121所發出並進入該可穿透塊體的電磁輻射由在該基板或晶圓W之方向上的(幾乎無損失的)全內反射引導。
形成光導與光混合元件110的塊體在此以使得其在一個空間方向上(依據圖2a，在x方向上)具有相對於光源120或LED 121與該晶圓W之間的距離為較大的空間範圍，以及在與其垂直的空間方向上(依據圖2b，在y方向上)具有相對於為較短的空間範圍的方式，關於該晶圓W之光傳播方向或位置進行設置。
這種配置造成從在該空間方向(y方向，並對應於形成光導與光混合元件110的塊體之相對較短範圍)上的光源設置120之該等LED 121出射的該等光線之發散(其僅舉例來說可相當於30°之半孔徑角)，此部份乃是透過在此y方向上彼此相互相對以造成有效或實質上無損失的光引導的達到圖2b所示的晶圓W之鄰近的塊體之該等側面上的全內反射。
相較之下，在具有該塊體之相對較大範圍的空間方向(x方向)上，在此x方向上塊體的相互相對之該等側面上未發生反射，藉此，可達成從依據圖2a的該等個別LED 121出射的該等射線之良好混合。
本發明不限於上述作為可穿透塊體的光導與光混合元件110之實作。舉例來說，在進一步具體實施例中的相關元件110也可配置成 由對於通過的光形成封閉體的相互相對側壁製成的殼體之形式，其中圖2b所示造成反射的該等側壁為反射性。
照明單元100更具有感測器設置130，其在該示例性具體實施例中從沿著形成光導與光混合元件110的塊體上之傾斜面或倒角115所設置並用來監測該等各自LED 121所發出電磁輻射之強度的眾多光電二極體131形成。如此，該等個別LED 121之亮度可使用附加控制器依據該等各自電流要求彼此獨立地進行調整。
這種控制器特別是使其具優勢地可能在該微影製程之中斷階段中(例如在晶圓更換期間)關閉該等LED 121(從而例如避免不需要的散射光)，因為不必在該等LED 121之連續操作期間恆定維護該等LED 121之熱平衡。
該前述監測該等LED 121之亮度之另一項優勢在於可立即偵測到個別LED之任何缺陷，結果如有需要，可中斷依據本發明的後期曝光以避免對該晶圓W的非均質照明和任何相關聯損傷。
本發明不限於形式為該前述LED 121設置的光源設置120之實作。在進一步具體實施例中，其他適合的光源，例如放電燈具，也可以類似方式進行設置。再者，也可使用單個(例如長條狀)光源。
圖3a-b顯示本發明之進一步具體實施例，其中類似或實質上具有相同功能的部件由相對於圖1增加「200」的參考標記表示。
圖3a-b之具體實施例不同於圖1和圖2a-b之處在於，形成光導與光混合元件310的塊體之面向該晶圓W之光出射表面340提供有折射能力。在圖3a-b之示例性具體實施例中，光出射表面340為此目的提供有圓柱幾何形狀。在進一步具體實施例中，該所需折射能力也可藉由圓柱非球面或藉由配置形式為菲涅耳(Fresnel)透鏡或具有繞射結構的光出射表面340而實行。
在光出射表面340處的折射能力導致沿著y方向出射形成光 導與光混合元件310的塊體的電磁輻射之準直，結果可能進一步提升光出射表面340與晶圓W之間的工作距離和在y方向(依據該晶圓之移置方向)上的照明範圍之比率。從而可能增加照明單元300與該晶圓W之距離，而無需進一步加寬在y方向上的光照。
圖4a-b顯示進一步具體實施例，其中，又再次，類似或實質上具有相同功能的部件由相對於圖3a-b增加「100」的參考標記表示。
圖4a-b之具體實施例不同於來自圖1和圖2a-b者之處在於，在y方向上彼此相互相對的光導與光混合元件410之該等兩個側面410a、410b未對準成相互平行，而是大約有限角度傾斜。這種配置之結果在於，憑藉在該等側面410a、410b之一處的電磁輻射之每次反射，相對於z方向的電磁輻射之角度會改變，結果同樣地達成在y方向上的射束路徑之準直，從而類似於圖3a-b，使得元件410之光出射表面與該晶圓W之工作距離可能增加。
在顯示憑藉依據本發明的照明單元的光阻或晶圓之光照之模擬結果的圖6中所顯示之圖示意欲指出，原則上，任何所需強度分布皆可依據該等前述具體實施例憑藉依據本發明的照明單元進行設定。
在此，曲線「A」顯示高斯(Gaussian)分布，憑藉其可說明沿著x方向該光源設置之單個LED所生成之強度分布。曲線「B」(同樣地沿著x方向所繪製)顯示可藉由沿著x方向(即在「該照明狹縫之長側」上方)該光源設置中所有該等LED之該等強度之疊加或累加而達到的示例性輪廓(profile)，其中該可認定的局部最小值藉由調光個別LED而以目標方式進行調整。沒有這樣的調光(dimming)，從而也可能在該光阻上方實行實質上恆定的強度輪廓。
圖5顯示依據進一步具體實施例的照明單元500之示意例示圖，其中，又再次，類似或實質上在功能上等同於圖4a-b的部件由增加「100」的參考號碼標定。
依據圖5的具體實施例不同於來自圖1和圖2a-b者之處在於，沿著x方向(在一維上)散射的結構550形成在形成光導與光混合元件510的塊體之面向該晶圓W之光出射表面上，結果該晶圓W之光照可沿著x方向或具有元件510之更大範圍的空間方向塗抹開(smeared)，從而可得到該光照之進一步均質化。用作漫射屏的結構550可配置為繞射結構，或來自例如小型透鏡元件(依據折射效應)。
即使本發明已基於特定具體實施例進行說明，但眾多變化例和替代具體實施例對熟習此項技術者顯而易見，例如藉由個別具體實施例之特徵之組合及/或更換。據此，對於熟習此項技術者不言而喻，這樣的變化例和替代具體實施例由本發明同時涵蓋，而且本發明之範疇僅受限在所附申請專利範圍和其該等相等物之意義內。
100‧‧‧照明單元
110‧‧‧光導與光混合元件
115‧‧‧傾斜面或倒角
120‧‧‧光源設置；光源
121‧‧‧光源；發光二極體(LED)
130‧‧‧感測器設置
131‧‧‧光電二極體；強度感測器

Claims (14)

  1. 一種用於在微影製程中的晶圓上光阻之後期曝光的微影照明單元，具有：至少一個光源(121、321、421、521)；以及一光導與光混合元件(110、310、410、510)，其用於將該光源所產生之電磁輻射耦合到該光阻中，其中這種光導與光混合元件(110、310、410、510)具有一第一對的相互相對側面，其最大間距具有一第一值，其中在這些側面上發生該電磁輻射之多次反射；其中該光導與光混合元件(110、310、410、510)具有一第二對的相互相對側面，其最大間距具有一第二值；其中在該電磁輻射之光傳播方向上，該光導與光混合元件(110、310、410、510)之最大範圍具有一第三值，其中該第三值大於該第一值並小於該第二值；且其中該電磁輻射未在該第二對之該等側面處反射。
  2. 如申請專利範圍第1項之照明單元，其中該第二值大於該第一值至少兩倍。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之照明單元，其中該光導與光混合元件(110、310、410、510)配置成由對於該電磁輻射為可穿透的一材料製成的一實心塊體之形式。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之照明單元，其中在該第一對之該等側面處的多次反射包含至少一個全內反射。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之照明單元，其中該第一對之該等側面為鏡面。
  6. 如前述諸申請專利範圍中第1項或第2項之照明單元，其中該第一對之該等側面未設置成使得其彼此平行。
  7. 如前述諸申請專利範圍中第1項或第2項之照明單元，其中該照明單元具有用於測量該電磁輻射的至少一個強度感測器(131、331、431)。
  8. 如前述諸申請專利範圍中第1項或第2項之照明單元，其中該照明單元具有複數光源(121、321、421、521)之一光源設置(120、320、420、520)。
  9. 如前述諸申請專利範圍中第1項或第2項之照明單元，其中該光導與光混合元件(310)具有提供有折射能力的一光出射表面(340)。
  10. 如前述諸申請專利範圍中第1項或第2項之照明單元，其中該光導與光混合元件(510)具有提供有一繞射或折射結構(550)的一光出射表面。
  11. 一種微影投影曝光方法，其中該方法包含下列步驟：提供於其上至少部分地施加一光阻的一基板(41)；提供具有一照明裝置和一投影透鏡的一微影投影曝光設備(10)；在複數投影步驟中，藉由該投影曝光設備將每一光罩結構投影到該 光阻之一區域上；以及其中在這些投影步驟中至少一者之後，進行使用如前述諸申請專利範圍中第1項或第2項所述之一照明單元的光阻之後期曝光。
  12. 一種用於在微影製程中的晶圓上光阻之後期曝光的微影照明單元，具有：至少一個光源(121、321、421、521)；以及一光導與光混合元件(110、310、410、510)，其用於將該光源所產生之電磁輻射耦合到該光阻中，其中這種光導與光混合元件(110、310、410、510)具有一第一對的相互相對側面，其最大間距具有一第一值，其中在這些側面上發生該電磁輻射之多次反射；其中該光導與光混合元件(110、310、410、510)具有一第二對的相互相對側面，其最大間距具有一第二值；其中在該電磁輻射之光傳播方向上，該光導與光混合元件(110、310、410、510)之最大範圍具有一第三值，其中該第三值大於該第一值並小於該第二值；且其中該光導與光混合元件(110、310、410、510)配置成由對於該電磁輻射為可穿透的一材料製成的一實心塊體之形式。
  13. 一種用於在微影製程中的晶圓上光阻之後期曝光的微影照明單元，具有：至少一個光源(121、321、421、521)；以及一光導與光混合元件(110、310、410、510)，其用於將該光源所產生之電磁輻射耦合到該光阻中，其中這種光導與光混合元件(110、310、410、510)具有一第一對的 相互相對側面，其最大間距具有一第一值，其中在這些側面上發生該電磁輻射之多次反射；其中該光導與光混合元件(110、310、410、510)具有一第二對的相互相對側面，其最大間距具有一第二值；其中在該電磁輻射之光傳播方向上，該光導與光混合元件(110、310、410、510)之最大範圍具有一第三值，其中該第三值大於該第一值並小於該第二值；且其中該光導與光混合元件(310)具有提供有折射能力的一光出射表面(340)。
  14. 一種用於在微影製程中的晶圓上光阻之後期曝光的微影照明單元，具有：至少一個光源(121、321、421、521)；以及一光導與光混合元件(110、310、410、510)，其用於將該光源所產生之電磁輻射耦合到該光阻中，其中這種光導與光混合元件(110、310、410、510)具有一第一對的相互相對側面，其最大間距具有一第一值，其中在這些側面上發生該電磁輻射之多次反射；其中該光導與光混合元件(110、310、410、510)具有一第二對的相互相對側面，其最大間距具有一第二值；其中在該電磁輻射之光傳播方向上，該光導與光混合元件(110、310、410、510)之最大範圍具有一第三值，其中該第三值大於該第一值並小於該第二值；且其中該光導與光混合元件(510)具有提供有一繞射或折射結構(550)的一光出射表面。
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