TWI813630B - 投影曝光裝置 - Google Patents
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Abstract
[課題] 可防止由設置中繼光學系統所造成之光量的減少。
[解決手段] 一種投影曝光裝置，其包括：照明光學系統，係使光源之射出光射入照明光均勻化手段，而照明光均勻化手段之射出光照明光罩；及遮光手段，係被設置於照明光均勻化手段之出口部，遮住射出光之光束的一部分，並可使遮光區域位移。
Description
本發明係有關於一種投影曝光裝置，該投影曝光裝置係藉步進及重複將圖案曝光於晶圓。
投影曝光裝置係在半導體組件或液晶顯示裝置等之製程所含的光蝕刻步驟，經由投影光學系統將作為原版之光罩的圖案轉印至感光性之基板(在表面已形成光阻劑層的晶圓)的裝置。在使晶圓移動並依序對圖案曝光之步進及重複方式，係交互地重複晶圓之步進移動與曝光。在曝光位置來到晶圓邊緣(周邊部)時，對從邊緣端既定範圍不曝光的功能存在。這種晶圓周邊不曝光功能係稱為WEM(Wafer Edge Masking)。
WEM係例如在負型光阻劑的情況，係藉由對周邊部不曝光，在顯像時除去晶圓邊緣之多餘的光阻劑。或者，在正型光阻劑的情況，係為了防止在另外使用周邊曝光裝置對晶圓邊緣曝光時之晶圓邊緣的曝光不均(投影曝光裝置與周邊曝光裝置所造成之局部性的雙重曝光)，而使用WEM。
作為WEM之技術，係已知在晶圓上設置遮光板之機構、與在光罩共軛位置設置遮光板之機構。例如，在專利文獻1，記載在工件夾具上搬入、搬出環狀遮光板的機構。又，在專利文獻2，記載在晶圓之上方設置遮光帶。在專利文獻2，記載遮光帶具有複數種曲率，並使遮光帶轉動及移動。進而，在專利文獻3，係記載在光罩共軛位置設置遮光板之機構。
在晶圓上遮光之WEM係構造比較簡單，而不需要複雜的控制。相反地，對來自被設置於晶圓上並用以驅動遮光體之可動部的粒子所造成之晶圓的污染、或遮光部與晶圓之接觸等所造成的晶圓損害，需要注意元件之選定、維修等。又，因為將遮光板設置成與晶圓分開，所以具有因而在遮光邊界發生模糊的問題。
在光罩共軛位置遮光的WEM係因為中繼透鏡等之光學元件增加，而具有光量減少、且遮光板之移動機構或控制是複雜的問題。相反地，具有無晶圓之污染或損害的擔心、遮光邊界之模糊亦少的優點。考慮這兩種方式之特徵時，愈要求高精度之曝光的投影曝光裝置，採用在光罩共軛位置之WEM的優點愈大。
[先行專利文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2005－505147號公報
[專利文獻2]日本特開2005－045160號公報
[專利文獻3]日本特開2011－233781號公報
[發明所欲解決之課題]
為了使一次之曝光範圍(曝光區域)變成大型，想到在照明光學系統，作為照明光均勻化手段，例如使用柱狀透鏡，設法改善照度分布。在照明光學系統設置柱狀透鏡與中繼光學系統時，光量之減少成為問題。為了解決此問題，為了不設置投影光學系統地實現在光罩共軛面的WEM，想到將WEM機構設置於最靠近柱狀透鏡之出口面的位置。
在光學設計上，遮光板與柱狀透鏡之出口係都設置於光罩共軛位置是理想。可是，為了避免可動部之干涉，需要在兩者之間設置間隙。在使該間隙變寬的情況，發生如以下所示的缺點。
柱狀透鏡之出口愈遠離光罩共軛位置，照射光罩之光的照度分布變成愈差。
遮光板愈遠離光罩共軛位置，在遮光板之投影像的邊緣部發生愈模糊，在顯像時在模糊之部分光阻劑截面成為傾斜的形狀。
另一方面，遮光板與柱狀透鏡之出口面接觸而損害時，因為該損害就原封不動地被投影至晶圓，所以為了使間隙變窄而需要高的剛性、確實的動作、或容易的維修性。進而，需要柱狀透鏡之出口面與其下一片透鏡(臨界照明透鏡群)之間的空間窄，並將WEM機構設置於此空間。在專利文獻2，係無關於使遮光帶轉動及移動之機構的揭示，並絲毫未考慮到在窄的空間設置遮光帶。
因此，本發明之目的係在於提供一種投影曝光裝置，該投影曝光裝置係具有可配置成靠近照明光均勻化手段的出口之省空間之構成的可調遮光手段。
[解決課題之手段]
本發明係一種投影曝光裝置，其包括：照明光學系統，係使光源之射出光射入照明光均勻化手段，而照明光均勻化手段之射出光照明光罩；及遮光手段，係被設置於照明光均勻化手段之出口部，對射出光之光束的一部分遮光，並可使遮光區域位移。
[發明之效果]
若依據至少一種實施形態，可將形成所要之不曝光區域的可調遮光手段作成省空間的構成。因此，可在照明光均勻化手段之出口部設置可調遮光手段，而可防止光量的減少。此外，此處所記載之效果係未必被限定，亦可是與在本發明中所記載之任一個效果或與那些相異的效果。
以下，一面參照圖面，一面說明本發明之實施形態。此外，說明係按照以下之順序進行。
＜1.一實施形態＞
＜2.變形例＞
以下所說明之實施形態等係本發明之適合的具體實例，不是本發明之內容被限定為這些實施形態。
＜1.一實施形態＞
[裝置構成]
圖1係表示本發明之投影曝光裝置之一實施形態的示意構成圖。投影曝光裝置係具有：光源1；及照明光學系統4，係將光源1之射出光變成均勻之照度的照明光。來自照明光學系統4之照明光被照射於是圖案之原版的光罩(photomask)8。藉投影光學系統12將光罩8之像投影至晶圓13。
晶圓13係被載置於曝光工作台(工件夾具)14上。曝光工作台14係藉工作台移動機構15所移動。藉架座16支撐工作台移動機構15及光學系統(光源1、照明光學系統4以及投影光學系統12)。此外，在圖1，各元件係以沿著主要之光軸的剖面圖所表示，那時之剖面線係被省略。
光源1係放射包含g、h、i射線之廣域之光的UV燈。又，作為聚光鏡，設置橢圓鏡2。藉反射鏡3反射光源1之光，而朝向照明光學系統4之柱狀透鏡5的入口聚光。柱狀透鏡5係藉柱狀透鏡支撐部6所支撐。作為光源1，亦可使用水銀燈、雷射等。
照明光學系統4係包括柱狀透鏡5與臨界照明透鏡群7。柱狀透鏡5係具有多角形之截面的透明體，並藉內面反射作用為照明光均勻化手段。作為照明光均勻化手段，係不限定為柱狀透鏡，亦可使用內面反射鏡(如向內黏貼複數片反射鏡之多角形的筒)。又，照明光學系統4係具備後述之遮光機構(WEM機構)11。
不僅圖案曝光區域，而且在晶圓13之週邊部的至少一部分亦塗佈光阻劑。光阻劑係使用紫外線來形成圖案的感光材料。作為光阻劑，係正型、負型之任一種都可。在晶圓13之周邊部係設定既定不曝光區域。例如，在晶圓13之邊緣全周將寬度5mm作為不曝光區域。亦可在晶圓13的周邊，設置晶圓之角度對準所需的凹口或定向平面。
[遮光板]
在一實施形態，係在照明光學系統4之晶圓13的共軛面設置遮光板17。又，遮光板17係位於柱狀透鏡5的出口部。具體而言，作成柱狀透鏡5的出口面位於接近遮光板17的位置。依此方式，將從柱狀透鏡5的出口面至稍微分開的位置稱為柱狀透鏡5的出口部。分開距離係例如柱狀透鏡5的出口面位於對遮光板17間隔3mm的位置。此外，亦可是3mm以外的間隔，但是儘量窄之間隔較佳。又，亦可使柱狀透鏡5的出口面與共軛面一致。圖2係表示用以沿著晶圓13之周邊不曝光區域對光遮光的遮光板17之一例的正視圖、平面圖以及側視圖，圖3係放大地表示遮光機構11，圖4係表示從射出面所觀察之遮光機構11。
遮光板17係使黑色之遮光劑沈積於材質與光罩8相同之例如石英玻璃板。遮光板17係在內周側具有圓弧形缺口R0，並在外周側具有半徑相異(即，曲率相異)之4個圓弧形之邊緣R1、R2、R3以及R4的形狀。又，形成安裝孔18a、18b以及18c，如圖4所示，藉安裝孔18a、18b以及18c安裝環狀夾19。環狀夾19係例如由金屬所構成，對遮光板17補強。
進而，遮光板17之圓弧形的邊緣部分係具有因應於照明光學系統的NA(開口率)之錐形的截面。錐形係在不曝光區域以外是用以防止射出光之光量的減少。此外，在實施例之遮光板之圓弧形的邊緣係有4個，但是不必限定為此。例如，亦可採用具有2個圓弧形邊緣的遮光板。因為遮光板17具有曲率相異之邊緣，所以可應付半徑相異之晶圓13的不曝光區域，而具有不必因應於晶圓13之不曝光區域的半徑來更換遮光板17的優點。
[遮光板移動機構]
遮光板17係藉遮光板移動機構來移動其位置。遮光板移動機構係包括直線運動機構23、第1θ軸機構以及第2θ軸機構。而且，由遮光板17及遮光板移動機構構成可調遮光手段。如圖4所示，將遮光板17之內側的圓弧形缺口R0或環狀夾19之內側的圓弧安裝於圓弧切換馬達20的轉軸。對底板21固定作為轉動部之一例的圓弧切換馬達20。藉拆裝用螺絲22a及22b對直線運動機構23安裝底板21。即，將已預先安裝遮光板17及圓弧切換馬達20之底板21作成對直線運動機構23拆裝自如。因此，與圓弧切換馬達20及底板21成一體地更換遮光板17。此外，將用以藉圓弧切換馬達20使遮光板17轉動的機構稱為第2θ軸機構。
直線運動機構23係滾珠螺桿等之單軸致動器，係使遮光板17及圓弧切換馬達20成直線地位移的機構。藉直線運動機構23，使遮光板17之邊緣對照明光學系統4之光軸接近或遠離。直線運動機構23係以對應於不曝光區域之寬度的方式設定遮光板17之邊緣的位置。
第1θ軸機構係使遮光板17以照明光學系統之光軸為中心來轉動的轉動機構。如圖3所示，設置中空馬達24。藉中空馬達24使中空軸25轉動。中空馬達24係具備滑環等之轉動電纜部26。在中空軸25內設置具有柱狀透鏡5之柱狀透鏡支撐部6，並作成中空軸25之中心與柱狀透鏡5的光軸一致。
在中空軸25之柱狀透鏡5的出口側安裝轉動工作台28(轉動體)。轉動工作台28係圓板狀並將中空軸25的前端固接於其中心位置。在轉動工作台28，係經由安裝部安裝直線運動機構23。例如作成轉動工作台28之徑向與直線運動機構23之直線運動的方向一致。如上述所示，對直線運動機構23，係安裝具有遮光板17及圓弧切換馬達20的第2θ軸機構。因此，藉中空馬達24使中空軸25轉動時，轉動工作台28、直線運動機構23以及第2θ軸機構成一體地轉動。
進而，在遮光板移動機構，係在隔著光軸與遮光板17相對向的位置，設置遮光板17之位置檢測感測器29。位置檢測感測器29係在轉動工作台28被安裝成與遮光板17一起轉動，並總是保持與遮光板17相對向的位置，每次藉位置檢測感測器29確認遮光板17是否位於對目標位置正確的位置(例如是否遮光板17之突出量與設定值一致)。作為位置檢測感測器29，係使用利用雷射之位置測量感測器、或利用相機之影像識別感測器等。
[遮光動作]
圖5係表示對晶圓13之步進及重複曝光動作的圖。在圖5之例子，係進行41次之曝光。以矩形表示一次之曝光範圍(以下適當地稱為shot)，十字係表示shot之中心(光軸之位置)。一次之shot的矩形係基本上藉光罩8所決定。亦可設置用以規定shot之遮罩(blind)等。
設定從晶圓13的外周至內側的邊界之既定寬度的不曝光區域MA。藉遮光板17作成光不射入不曝光區域MA。在包含不曝光區域MA之周邊的shot遮光。在shot不含不曝光區域MA之位置的曝光動作時，係遮光板17後退至從柱狀透鏡5退避的位置。
在圖5，係關於晶圓13之左上部分的例子，以SA表示遮光板17之遮光區域，並以EA1及EA2表示含有不曝光區域MA之shot。在曝光區域內含有不曝光區域MA的shot(EA1、EA2)，係遮光板17朝向柱狀透鏡5之光軸僅靠近對不曝光區域MA遮光的量，而對照明光之一部分遮光。又，因應於在shotEA1、EA2之不曝光區域MA的角度，第1θ軸機構(具有中空馬達24、轉動工作台28)轉動。即，作成遮光板17之邊緣與規定不曝光區域MA之內側之邊界的圓弧一致。結果，因應於曝光區域(EA1、EA2)與不曝光區域MA將遮光區域SA定位。
在變更晶圓13之不曝光區域MA的寬度的情況，或不改變不曝光區域MA的寬度地將晶圓13更換成半徑相異者的情況，係需要變更遮光區域SA之曲率。在這些情況，係藉具有圓弧切換馬達20之第2θ軸機構(具有圓弧切換馬達20)使遮光板17轉動，藉由切換遮光板17之圓弧形邊緣，可應付。藉由遮光板17具有複數種曲率的邊緣，不更換遮光板17，就可變更規定不曝光區域之邊界的曲率。
[遮光板的形狀之其他的例子]
如圖6所示，亦可使用具有2種曲率R5及R6的邊緣，並在內側具有圓弧形缺口R0的遮光板17’。即，遮光板係需要具有2種以上之曲率相異的邊緣。
[直線運動機構之其他的例子]
如圖7所示，亦可將直線運動機構傾斜地配置成使直線運動機構之軸(位移方向)與光軸不垂直地相交。附加與表示上述之直線運動機構的圖4相同的參照符號來表示。藉這種配置可降低遮光板移動機構的高度。
[直線運動機構之另外的例子]
如圖8所示，在臂30之一端側安裝遮光板17、環狀夾19及圓弧切換馬達20，並將臂30之另一端側安裝於直線運動機構31。作成臂30之延長方向與直線運動機構31之軸向(位移方向)正交。藉該構成可使直線運動機構及第2θ軸機構的形狀變成小型。
＜2. 變形例＞
以上，具體地說明了本技術之一實施形態，但是本發明係不是被限定為上述之實施形態，可根據本發明之技術性構想來進行各種的變形。又，在上述之實施形態所列舉的構成、方法、步驟、形狀、材料以及數值等係完全只是舉例，亦可因應於需要，使用與此相異的構成、方法、步驟、形狀、材料以及數值等。
以上，若依據本發明，可將形成所要之不曝光區域的可調遮光手段作成省空間的構成。因此，可在照明光均勻化手段之出口部設置可調遮光手段，而可防止光量的減少。
又，若依據本發明，藉由作成可按照包含邊緣之切換部的單元單位更換遮光板，更換作業成為容易，可防止損害柱狀透鏡等之光學元件，並可提高安裝精度。
1‧‧‧光源
4‧‧‧照明光學系統
5‧‧‧柱狀透鏡
6‧‧‧柱狀透鏡支撐部
8‧‧‧光罩
10‧‧‧對準用相機
11‧‧‧遮光機構
12‧‧‧投影光學系統
13‧‧‧晶圓
14‧‧‧曝光工作台
15‧‧‧工作台移動機構
17‧‧‧遮光板
19‧‧‧環狀夾
20‧‧‧圓弧切換馬達
23‧‧‧直線運動機構
24‧‧‧中空馬達
25‧‧‧中空軸
28‧‧‧轉動工作台
[圖1]係表示本發明之一實施形態的曝光裝置之構成的圖。
[圖2] 係在一實施形態之遮光板的正視圖、平面圖以及側視圖。
[圖3] 係在一實施形態之遮光機構的剖面圖。
[圖4] 係表示在一實施形態之遮光板移動機構的圖。
[圖5] 係在曝光動作之說明所使用之晶圓的平面圖。
[圖6] 係遮光板之其他的例子的正視圖。
[圖7] 係表示遮光板移動機構之其他的構成例的圖。
[圖8]係表示遮光板移動機構之另外的構成例的圖。
1‧‧‧光源
2‧‧‧橢圓鏡
3‧‧‧反射鏡
4‧‧‧照明光學系統
5‧‧‧柱狀透鏡
6‧‧‧柱狀透鏡支撐部
7‧‧‧臨界照明透鏡群
8‧‧‧光罩
10‧‧‧對準用相機
11‧‧‧遮光機構
12‧‧‧投影光學系統
13‧‧‧晶圓
14‧‧‧曝光工作台
15‧‧‧工作台移動機構
16‧‧‧架座
17‧‧‧遮光板
Claims (6)
- 一種投影曝光裝置，係包括：照明光學系統，係使光源之射出光射入柱狀透鏡，而該柱狀透鏡之射出光照明光罩；投影光學系統，將該光罩之像投影至晶圓；遮光板，係被設置接近於該柱狀透鏡之出口面，該遮光板係具有從該晶圓之外周與內側之邊界線重疊僅既定寬度之圓弧形的邊緣，並將光遮蔽成光不射入比該邊界線外側之區域；轉動驅動部，將該柱狀透鏡配置貫穿中空的中心部，以該柱狀透鏡的光軸為中心，轉動具有與該光軸垂直的安裝面之轉動體；直線運動機構，安裝在該安裝面，使該邊緣直線地位移成向該光軸接近或遠離；以及位置檢測感測器，設置在隔著該安裝面的該光軸與該遮光板相對向的位置，檢測該邊緣的位置；其中該投影曝光裝置利用該位置檢測感測器的輸出來控制該遮光板的位置。
- 如申請專利範圍第1項之投影曝光裝置，其中該遮光板係具有複數個該邊緣，該些邊緣係具有相異之曲率；並以可轉動之狀態安裝於對該直線運動機構所設置之轉動部。
- 如申請專利範圍第2項之投影曝光裝置，其中該遮光板係在外周側具有該邊緣，並在內周側形成圓弧形缺口。
- 如申請專利範圍第3項之投影曝光裝置，其中在該遮光板之外周側設置至少3個該邊緣。
- 如申請專利範圍第4項之投影曝光裝置，其中該轉動部之轉動致 動器位於該圓弧形缺口之內側。
- 如申請專利範圍第2~5項中任一項之投影曝光裝置，其中該遮光板與該轉動部係採用對該直線運動機構成一體地拆裝自如的構成。
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