TW201348739A - 用於微影蝕刻的具等倍放大率之大尺寸折反射透鏡 - Google Patents

用於微影蝕刻的具等倍放大率之大尺寸折反射透鏡 Download PDF

Info

Publication number
TW201348739A
TW201348739A TW102118925A TW102118925A TW201348739A TW 201348739 A TW201348739 A TW 201348739A TW 102118925 A TW102118925 A TW 102118925A TW 102118925 A TW102118925 A TW 102118925A TW 201348739 A TW201348739 A TW 201348739A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
lens
line
imaging
internal reflection
total internal
Prior art date
Application number
TW102118925A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI484220B (zh
Inventor
David G Stites
Original Assignee
Ultratech Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ultratech Inc filed Critical Ultratech Inc
Publication of TW201348739A publication Critical patent/TW201348739A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI484220B publication Critical patent/TWI484220B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/02—Viewing or reading apparatus
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B27/00—Photographic printing apparatus
    • G03B27/02—Exposure apparatus for contact printing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B27/00—Photographic printing apparatus
    • G03B27/32—Projection printing apparatus, e.g. enlarger, copying camera
    • G03B27/42—Projection printing apparatus, e.g. enlarger, copying camera for automatic sequential copying of the same original
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70225—Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

一種用於微影蝕刻之Wynn-Dyson透鏡，具等倍放大率且具有一成像區域大小控制在包含四至六個尺寸為26毫米乘上36毫米的晶粒。所述透鏡具有由三或四個折射透鏡元件組成的一凸透鏡組，且所述透鏡元件之其中之一係最靠近透主鏡面並且具有一朝向稜鏡的非球面凹面。二保護窗係分別對應設置於物件平面與對應稜主鏡面之間以及成像平面與對應稜主鏡面之間。所述透鏡係用於校準至少LED之i-line譜線或其餘類似的由LED所產生的波長。

Description

用於微影蝕刻的具等倍放大率之大尺寸折反射透鏡
本發明係有關於使用於微影蝕刻的透鏡，特別係為一種使用於微影蝕刻且具有等倍放大率以及可容納多晶粒的大尺寸區域之折反射透鏡。
於積體電路之製程中，光微影蝕刻工具係用以於半導體(例如：矽)晶圓上進行小尺寸的圖形印刷。光微影蝕刻工具亦被用於涉有成型圖樣(patterns)的後段製程當中而定義出層互聯件；其中，所述層互聯件係提供電源而可驅動積體電路(IC)。於後段製程中，光微影蝕刻工具亦被用於高速傳輸匯流排中的金屬通道之圖樣成型，其中，所述高速傳輸匯流排中的金屬通道係用以傳輸積體電路之控制邏輯與數據之輸入/輸出(I/O)。
過去約二十年以來，製程中所使用的矽晶圓尺寸係從8吋(200毫米)成長至12吋(300毫米)，而現下16吋(450毫米)的矽晶圓製程實現亦不遠了。影響積體電路的製造成本主要有兩項關鍵因子：產率與產能(亦即，單位工時內所耗用之晶圓)。於理想情況下，假設產率接近百分之百時，則主要影響積體電路的成本因素為製程的產能。
增加晶圓上的晶粒(die)尺寸大小為增加製程產能的其中一種方式。另外一種方式則是使一次的成像中所能曝光的晶粒數量增加。為了同時達成以上兩種方式，光微影蝕刻工具必須支援複數大尺寸晶粒的形式，而可以縮短曝光(掃描)單一晶圓所需的時間。而對於可用具有等倍放大率(即放大倍率為1時)之光微影蝕刻工具進行加工之較粗糙的後段的各層而言，則可簡易達成。
本發明之一發明概念係揭露一種微影蝕刻透鏡，其用以於位於一成像平面之一成像區域之一光罩成像，該光罩於一物件平面上定義出複數晶粒，該微影蝕刻透鏡沿一光學軸包括一凹面鏡，具有一非球狀凹面。一凸透鏡組係與該凹面鏡之非球狀凹面相間隔。一第一全內反射稜鏡與一第二全內反射稜鏡係相鄰設置於相對該凹面鏡之該凸透鏡組，且位於該光學軸之二側。該第一全內反射稜鏡具有一第一表面鄰近該物件平面，該第二全內反射稜鏡具有一第二表面鄰近該成像平面。其中，該凸透鏡組係由三或四個空氣間隔設置的透鏡元件所組成，該些透鏡元件的其中之一透鏡元件係為一最靠近凹面鏡之透鏡元件，其具有一正彎月形並包括一朝向稜鏡之非球狀凹面。該成像區域的大小係控制在包含四至六個晶粒，且每一該晶粒之標稱尺寸為26毫米乘上34毫米。該微影蝕刻透鏡實質上具有標稱數值光圈為0.32的等倍放大率，且其中該微影蝕刻透鏡至少對於光線之一i-line譜線而言，於該成像區 域具有大於0.95的斯特列爾比(Strehl ratio)。
本發明之一發明概念係揭露一種微影蝕刻透鏡，用以於位於一成像平面之一成像區域之一光罩成像，該光罩於一物件平面上定義出複數晶粒，該微影蝕刻透鏡沿一光學軸包括：一凹面鏡，具有一非球狀凹面；一凸透鏡組係與該凹面鏡之非球狀凹面相間隔並由三個空氣間隔設置的透鏡元件所組成，包括一最靠近主鏡面之透鏡元件具有一正彎月形並包括一朝向稜鏡之非球狀凹面；一第一全內反射稜鏡與一第二全內反射稜鏡係相鄰設置於相對該凹面鏡之該凸透鏡組，且位於該光學軸之二側，且該第一全內反射稜鏡具有一第一表面鄰近該物件平面，該第二全內反射稜鏡具有一第二表面鄰近該成像平面。其中，該成像區域的大小係控制在包含六個晶粒，且每一該晶粒標稱尺寸為26毫米乘上34毫米，該微影蝕刻透鏡實質上具有標稱數值光圈為0.32的等倍放大率。該微影蝕刻透鏡對於一LED光譜之i-line譜線或是波長為g-line、h-line及i-line的光線而言，於該成像區域具有大於0.95的斯特列爾比。
本發明之一發明概念係揭露一種微影蝕刻透鏡，用以於位於一成像平面之一成像區域之一光罩成像，該光罩於一物件平面上定義出複數晶粒，該微影蝕刻透鏡沿一光學軸包括：一凹面鏡，具有一非球狀凹面；一第一全內反射稜鏡與一第二全內反射稜鏡位於該光學軸之二側，且該第一全內反射稜鏡具有一第一表面鄰近該物件平面，該第二全內反射稜鏡具有一第二表面鄰近該成像平 面；一凸透鏡組係與該凹面鏡之非球狀凹面相間隔並設置於該些稜鏡與該凹面鏡之間，該凸透鏡組係由四個空氣間隔設置的透鏡元件所組成，包括：一最靠近主鏡面之透鏡元件，具有一正彎月形並包括一朝向稜鏡之非球狀凹面；以及一最靠近稜鏡之透鏡元件，具有一朝向稜鏡之凹面並相鄰於該些稜鏡。其中，該成像區域的大小係控制在包含四個晶粒，且每一晶粒標稱尺寸為26毫米乘上34毫米。該微影蝕刻透鏡實質上具有標稱數值光圈為0.32的等倍放大率，且其中該微影蝕刻透鏡對於一LED光譜之i-line譜線或是波長為g-line、h-line及i-line的光線而言，於該成像區域具有大於0.95的斯特列爾比。
所述之發明概念具有以下設計特點。
於數值孔徑為0.32的情況下以及使用包含g-line、h-line與i-line(436奈米、405奈米與365奈米)的光化汞弧光源以及僅有i-line的紫外LED時，等倍放大率相對於汞弧光源而言，大約為2至3倍。另外，可以於同一時間內同時進行g-line、h-line、i-line的曝光(亦即利用一GHI同時光源)。
具有可以容納四或六個晶粒的區域。晶粒之標稱尺寸為26毫米乘上36毫米。對於密集性最高或是最佳表現的光學系統而言，晶粒方位係為最適合其光學形式。
於某些發明揭露內容中，畸變量小於50奈米，而於某些發明揭露內容中，畸變量則小於10奈米。
於物件平面(即於光罩或倍縮光罩上)與成像 平面(即晶圓)需要遠心光束(telecentric ray bundles)。於四晶粒形式之發明揭露內容中，其係可藉由一般的最佳化程序而達成且不具有其他限制。六晶粒形式的發明揭露內容實質上為具有遠心度(telecentric)的，也就是說，其係包含相對焦距改變時的成像大小改變時，可以被忽略的微小非遠心度。
具有微小非遠心度的其中之一優點為，於物件平面及成像平面沿光學軸以相同方向進行等距離移焦時，可以精密的調整系統的放大倍率，而可以將圖樣的重疊誤差達到最小化。而對於一完美遠心性的光學系統而言，在不影響焦距與成像品質的前提下，藉由調整光學元件改變放大倍率是不可能達成的。
於一例示之系統的非遠心度，使得該等倍放大率實質上可以百萬分之五(ppm)進行調整。
10‧‧‧系統
100‧‧‧晶圓
110‧‧‧倍縮光罩
A1‧‧‧光學軸
M1‧‧‧主凹面鏡
AS‧‧‧孔徑欄
MS‧‧‧主鏡面
L1‧‧‧第一折射透鏡元件
L2‧‧‧第二折射透鏡元件
L3‧‧‧第三折射透鏡元件
L4‧‧‧第四折射透鏡元件
LS1‧‧‧第一透鏡表面
LS3‧‧‧第三透鏡曲面
LS4‧‧‧第四透鏡表面
PA‧‧‧第一稜鏡
PB‧‧‧第二稜鏡
PA1‧‧‧第一稜鏡平面
PA2‧‧‧第二稜鏡平面
PB1‧‧‧第三稜鏡平面
PB2‧‧‧第四稜鏡平面
TA‧‧‧第一全內反射面
TB‧‧‧第二全內反射面
OP‧‧‧物件平面
IP‧‧‧成像平面
WD‧‧‧工作距離
FD‧‧‧焦距
θF‧‧‧折疊角
WA‧‧‧第一保護窗
WB‧‧‧第二保護窗
D1、D2、D3、D4、D5、D6‧‧‧晶粒
RB‧‧‧光束
SS‧‧‧斑點尺寸
F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9‧‧‧區域位置
第1A圖為當數值光圈(NA)為0.24、0.32、0.40及0.50時稜鏡厚度(THp)與其折射率(n)之關係圖，並顯示隨著數值光圈增加時，稜鏡厚度亦增加。
第1B圖為對於數值光圈為0.3至0.55及對於不同i-line玻璃材料，在i-line譜線下其最小稜鏡折疊角(θFM，單位：度)對折射率之作圖。
第2A圖為本發明第一實施例中具有等倍放大率之Wynn-Dyson折反射光學系統之示意圖。
第2B圖為第一實施例中之一稜鏡組與複數透鏡元件之放大圖，其顯示位於二相對稜鏡之間的二保護窗以及成像平面與物件平面，並同時繪出折疊角(θF)。
第2C圖為類似第2B圖之側視放大圖，其顯示第一實施例中的二稜鏡、空氣間隔設置之透鏡元件以及於成像平面與物件平面匯聚的光束，所述成像平面與物件平面分別置放有晶圓與倍縮光罩。
第3A圖為第一實施例之一例示稜鏡之正視放大圖，其顯示成像平面、成像區域以及四個晶粒位於成像平面的成像區域內。
第3B圖為第一實施例之二稜鏡與複數第一透鏡元件之放大圖，其顯示尺寸為四晶粒大小的成像區域與物件區域。
第3C圖係類似第3A圖，其顯示第一實施例中的光束於成像區域中的四晶粒之轉角處匯聚。
第3D圖為位於成像區域(或物件區域)的四個晶粒之示意圖，並顯示光線的匯聚(或發散)發生於四晶粒的轉角處。
第4圖為第一實施例的柵格畸變(grid distortion,GD)示意圖。
第5A圖為第一實施例中對於不同波長(355奈米至375奈米，5奈米為一間隔單位)之切向光束T與徑向光束S的場曲/像散圖。
第5B圖為第一實施例中畸變量做為場高(最大高度 為79毫米)的函數之作圖。
第6A圖為第一實施例中之多色調制傳遞函數圖。
第6B圖為第一實施例中之多色方均根(RMS)斑點大小(單位：微米)對不同波長(奈米)與區域位置之作圖。
第7A圖為第一實施例中LED的i-line譜線之傅立葉多色線擴散函數，並顯示具有0.55微米的半高全寬FWHM。
第7B圖為第一實施例中，於i-line譜線下(365奈米)過焦點的斯特列爾比對區域位置之作圖。
第8A圖及第8B圖則與第5A圖及第5B圖類似，其係分別顯示第一實施例中GHI同時光源之場曲與畸變量。
第9A圖係與第6A圖類似，其為第一實施例中於波長為355奈米至450奈米時之多色調制傳遞函數圖。
第9B圖係與第6B圖類似，其為第一實施例中汞弧燈光譜(虛線)與LED光譜(點虛線)的多色方均根斑點尺寸(單位：微米)對不同波長(單位：奈米)與區域位置之作圖。
第10A圖係與第7A圖類似，為第一實施例中傅立葉線擴散函數，具有大約6微米的半高全寬。
第10B圖係與第7B圖類似，其為第一實施例中，於h-line譜線下(405奈米)過焦點的斯特列爾比對區域位置之作圖，且於焦深範圍內斯特列爾比大於或等於 0.95。
第11A圖為本發明第二實施例之具有等倍放大率之Wynn-Dyson折反射光學系統之示意圖。
第11B圖係與第2C圖類似，其顯示二稜鏡，三個以空氣間隔的透鏡元件，以及位於物件平面的倍縮光罩與位於成像平面的晶圓。
第12圖為第二實施例中位於成像區域或物件區域的六個晶粒之對應轉角處之入射光束之示意圖。
第13圖係與第4圖類似，其為第二實施例的柵格畸變示意圖。
第14A圖為第二實施例中對於355奈米至375奈米波長的多色調制傳遞函數圖。
第14B圖為第二實施例中LED光譜(點虛線)的多色方均根斑點(單位：微米)對波長(單位：奈米)與區域位置之作圖。
第15圖為第二實施例中LED的i-line譜線之傅立葉多色線擴散函數，並顯示具有0.48微米的半高全寬。
本創作係有關於使用於微影蝕刻的透鏡，特別係為一種使用於微影蝕刻且具有等倍放大率以及可容納多個晶粒的區域之折反射透鏡。
以下所提出的申請專利範圍係構成實施方式的一部分。
於此，「光罩」與「倍縮光罩」係為等義。
晶粒一詞於半導體製程中通常表示半導體晶圓之一部份，而其上係製作有功能性的積體電路。於此，晶粒一詞亦可指涉包含有圖樣的倍縮光罩之一部份，所述圖樣用以於晶圓上成像而可形成所述晶粒。因此，為了敘述上的簡便，且此處所述之光學系統乃具有標稱等倍放大率，晶粒一詞可以指涉為倍縮光罩的晶粒圖樣亦可為晶圓上所形成的晶粒。於以下一實施例中，倍縮光罩可具有四至六個晶粒，因此可於晶圓上成像四至六個晶粒。也就是說，於不同實施例中，光學系統的成像與物件區域的大小係控制在包含四或六個晶粒。此即所稱四晶粒形式或所稱六晶粒形式。於一實施例中，每一晶粒具有標稱尺寸為26毫米乘上36毫米。
朝向鏡子(mirror-wise)一詞意為面對鏡子，而朝向稜鏡(prism-wise)一詞意為面對稜鏡。因此，當所稱一透鏡具有朝向稜鏡之一凹面時，則表示此透鏡具有一凹面，而此凹面朝向稜鏡。
以下所列舉之專利文獻與專利文件在此係為 本發明之參考依據。如下：J. Dyson, “Unit Magnification Optical System without Seidel Aberrations,” Journal of the Optical Society of America, July 1959.
Zhang Yudong et al., “A new family of 1:1 catadioptric broadband deep UV high NA lithography lenses,” SPIE 1463 (1991): 688-694.
R. M. H. New et al., “Analytic optimization of Dyson optics,” Optical Society of America 31 “Applied Optics,” no. 10: 1444-1449.
Zhang et al., “Some Developments for a Unit Magnification Optical System,” published by the Optical Society of America, Applied Optics 34, no. 7, March 1, 1995.
美國專利證號1,401,345；1,783,998；2,742,817；7,148,593；and 7,573,655.
光學設計之考量
實施例示為數個具等倍放大率之光微影蝕刻工具，其包含複數折反射系統而可於汞弧燈波長下(g-line譜線為436奈米、h-line譜線為405奈米、i-line譜線則為365奈米)成像，而將大小極值為0.75微米至2微米的圖樣製作於矽晶圓上。近年來，由於紫外發光二極體(UV light-emitting diodes)的可利用性之提升，使得i-line譜線之成像可以從汞弧燈過渡到其他更為穩定的固態光源，例 如各式LED。於一實施例中，LED光譜的i-line譜線之半高全寬(full-width half-max,FWHM)約為9奈米，範圍自357奈米至374奈米，且其峰值位於365奈米。此一略寬之i-line譜線導致結果所得的成像品質需要額外的去色化需求，亦須要較為繁複的光學設計，特別是可以給予較高晶圓產能比率的大尺寸以及容納複數晶粒的形式之尺寸大小。
此處所揭示的光學系統是以Wynn-Dyson的設計為基礎，其具有一設置於一光學軸之凹面鏡以及位於光學軸二側之分離式稜鏡組。分離式稜鏡組是用於隔開物件平面與成像平面，否則物件平面與成像平面會在光學軸上重疊。
於中紫外光的光化光譜區域中(365奈米至435奈米)，Wynn-Dyson光學系統的光學設計係粗略受限於複數個高度透明光學玻璃、一個非晶相的透明陶瓷加上一個透明晶體，如下表1所列。表1例示了於所述光化光譜區域中的16個候選材料之光學與熱學性質。
上述材料可自分布於全球各地之以下製造商取得：i-line的玻璃產品係購自日本的Ohara Glass公司；各種不同類型與級別的非晶相透明熔融石英陶瓷則購自德國的Heraeus公司與美國的Corning公司；氟化鈣的立方單晶購自美國的Corning與德國的Helma。上述每一材料製作之達成係結合熔融、化學蒸鍍法或火焰水解法，亦或是一個適當的晶體生長方法。僅有具有最高內折射率勻相性(約1ppm)的材料才適合製作所述光學系統；又，因為材料本身的光學厚度的關係，此類型的光學系統具有相當大的尺寸。
表1中具有最高穿透率(材料厚度為25毫米時穿透率超過0.99)的材料在最初四個欄位係以粗體表示，且所述材料係最適合用於製造厚的透鏡元件，尤其是製造用於一環場式折反射鏡系統的透鏡元件，而由於在物件與晶圓上的成 像間，光線係自主鏡來回經過所述透鏡元件，因此所述環場式折反射鏡系統的有效厚度係乘以2倍。標示nnnvvv的欄位為國際玻璃碼，其為合併材料於氦燈的d線光譜(587.6奈米)下的折射率小數點後三碼以及材料的阿貝數(Abbe Number,Vd)的小數點後三碼，而阿貝數是用來衡量該材料於可見光區的光譜相對色散程度。波長較短時色散程度增加，特別是在紫外光區，因此，儘管是位於365奈米至435奈米之間的光譜帶，其與450奈米至650奈米的可見光區相比，消除色差仍困難許多。τ,i(25毫米)的數值表示於各材料厚度為25毫米時的內部穿透率，而n,i的數值則表示對於汞燈的i-line譜線(365奈米)，各材料的折射率。
選擇材料時，基於使用以及製造上溫度穩定性的立場，應該將熱學性質納入考量。粗體顯示的數值表示材料的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion,CTE)及折射率溫度係數(dn/dT)偏離平均值，特別是熱膨脹係數幾乎接近零與折射率溫度係數小於零的材料，例如：熔融石英。
厚的光學元件對於小的溫度梯度十分敏感，而小的溫度梯度則會使得表面的幾何結構與折射率(漸變折射率)發生變化。雖然熔融石英被認為是一種低熱膨脹係數之材料，但於表1所列之16個材料之中，其具有最高的折射率溫度係數。而對於氟化鈣來說，單就數值大小而言， 其折射率溫度係數值大小係與熔融石英相當，但為負值；且，其又具有極高的熱膨脹係數，因此導致氟化鈣在遇到製造或使用時有溫度驟變之情況(例如冷卻降溫)時，極易碎裂。
第1A圖為對一具有52毫米高之稜鏡與二晶粒形式之系統，於數值光圈不同時，亦即數值光圈為0.24、0.32、0.40及0.50時，稜鏡厚度THp與其折射率之關係圖。
對於分離式稜鏡組的材料選擇，需要考慮每一稜鏡的內反射面的光學行為，也就是說，其內反射面對於表面誤差感測要比其折射面敏感五至六倍。於法線入射時，關聯一內反射波前之波前誤差(wavefront error,WFE)如下：WFE,rfl=2．n．e
而對於法線入射的折射於一表面時，其表示為：WFE,rfr=(n-1)．e.
e為表面誤差(以波計)，而n為於該波長之折射率。
其相對的誤差感測之敏感度為：σ=2．n/(n-1)，且n等於1.44時，σ為6.54倍，n為較高之1.61時，σ為5.3倍。
另一個影響材料選擇的因素則是，折射率是否足夠高而可讓所有的光線在不需使用一反射鍍層的情況下可於稜鏡的反射面達成全內反射(total internal reflection,TIR)。當入射角度較臨界角低時，則無法達成全內反射。 此時，則需要所述反射鍍層來避免光線經由所述反射面折射，因而導致某些成像有漸暈的情況發生。
於全內反射會發生時，臨界角φC表示如下： 其中臨界角係相對表面法線進行量測。
圖1B為不同i-line材料其折射率與最小全內反射折疊角θFM的作圖(係以反序呈現，且圖2B揭示折疊角的量測方式)。可達成全內反射的最小折疊角θFM如下式：θFM=2*[asin(1/n)+asin(NA/n)+K]，其中n為可支援的最長波長之折射率，NA為系統的數值光圈，K則是由偏離遠心性的設計餘量與其他容忍值所貢獻的額外補正值。圖1B為於數值光圈為0.30至0.55時，i-line光學材料之最小全內反射折疊角θFM對其折射率n(於i-line譜線)的作圖，如同圖上之備註所述。
當折疊角θF愈大時，稜鏡的厚度愈厚，則折射率減小。由於當數值光圈極大時，光線不再能夠於稜鏡內部平行稜鏡的入射面，導致稜鏡的形狀不再最佳化。這造成了系統中稜鏡的高度與厚度增加，而不利於整體的光學元件設計。
最佳的稜鏡折疊角θF係以θFO表示，且相對數值光圈折射較低的光線係平行於稜鏡的入射面。此一解 空間可以最小折疊角θFM與最佳折疊角θFO表示，如下：(θFO-θFM)=2*{[45°+(1/2)* asin(NA’)]-φC}
上式係以角度表示，其中NA’為物件(光線)於稜鏡內折射的數值光圈，亦即asin(1/n)，而n為折射率。最佳臨界角φCO於此一解空間內具有一限制範圍，亦即最佳臨界角數值大於數值光圈遠大於0.24時的臨界角數值(φCO>φC for NA>>0.24)，而折射率係大於1.54。為了於較低折射率的介質中或是較高的數值光圈下達成全內反射，需要較厚且較不緊密的稜鏡組；但在數值光圈更高的情況下，最終仍需要添加前述之反射鍍層於稜鏡表面，始可達成全內反射。
表2所列之12個玻璃材料為Ohara glass公司中於數值光圈為0.24時，滿足最佳臨界角條件的玻璃材料。劃有底線的材料於數值光圈為0.32時可滿足最佳臨界角，而對於大於0.37的數值光圈而言，所列12個材料則都無法滿足最佳臨界角。
前述的部分更進一步意味熔融石英或是氟化鈣(即具有最高穿透率的材料)並不一定是稜鏡材料的最佳選擇，特別是當全內反射是稜鏡材料所需具備的條件時。低折射率的稜鏡需要較大的折疊角，且此類稜鏡的形狀會偏離最佳態樣，因而相較高折射率的材料需要較厚的厚度。稜鏡材料可能會導致整體設計的最佳化連同其他材料的組合、透鏡與鏡體之組合、表面形狀的匹配等無法達成。
當一標稱稜鏡的幾何結構已根據一較佳的材料而被建立，其厚度係隨著剩餘透鏡元件的設計參數(如：半徑、厚度、彼此空氣間隔距離以及非球面係數)而達成最佳化。稜鏡厚度對於球面像差、珀茲伐和(Petzval sum)以及其他賽得像差(Seidel aberrations)具有極大影響。因此，稜鏡厚度被允許可相對其標稱幾何結構進行調整，而可使由不同類型材料所組成的透鏡元件設計可全面地達成最佳化。
由於最佳化的過程是逐步漸增的，因此可以根據謹慎選擇最適合的材料參數而替換所有適合的玻璃材料，所述材料參數主要為光譜穿透率。其他因子像是成本 (對於熔融石英或氟化鈣而言)、熱學性質及製程的考量則應以類似手法進行處理。
上述公式集可被編入標準透鏡設計軟體之透鏡設計最佳化的優質函數內，而使得透鏡設計軟體可以於光學設計中對應不同限制條件而動態地進行調整。因此，設計軟體可以根據最佳化參數(例如折射的點擴散函數(diffraction point spread function)或是斯特列爾比(Strehl Ratio,SR))所構成的矩陣針對最佳的材料組合進行全球性地搜尋，使得設計不再只是單純地降低成像標準。而其他最佳化參數，例如畸變量與遠心度則必須在需要時進行監控與限制。關於全內反射的極化效應，若對於非極化光線(如LED或弧燈)而言，相偏移的程度過大而會導致成像的品質的降低時，則藉由於稜鏡的反射面施用一相位保持鍍層來處理。
以上所述之考量係套用至以下所述之兩實施例，其係皆為等倍放大率的Wynn-Dyson光學系統，且數值光圈均為0.32。其中之一為用於LED的i-line譜線及GHI同時光源之四晶粒形式；另一則為單純用於LED的i-line譜線之六晶粒形式。
第一實施例
第2A圖為根據本發明第一實施例之Wynn-Dyson折反射光學系統(以下簡稱系統10)，其具有等倍放大率。系統10包含一主凹面鏡M1位於一光學軸A1之中心處，主凹面鏡M1具有一主鏡面MS。一孔徑欄 AS位於主鏡面MS上。系統10係包含有於主凹面鏡M1之凹面側沿光學軸A1排列並軸向地與主鏡面MS間隔設置的四個折射透鏡元件L1~L4(第一折射透鏡元件L1、第二折射透鏡元件L2、第三折射透鏡元件L3、第四折射透鏡元件L4)。系統10包含為分離式型態之第一稜鏡PA與第二稜鏡PB，其係鄰近設置於第一折射透鏡元件L1但分別位於光學軸A1之兩側。第一稜鏡PA與第二稜鏡PB具有對應的第一全內反射面TA與第二全內反射面TB而可籠罩系統10，而使得一成像平面IP與一物件平面OP不會在光學軸A1上重疊。
第2B圖為第一稜鏡PA與第二稜鏡PB以及相對應的物件平面OP與成像平面IP之放大圖。第一稜鏡PA包含一第一稜鏡平面PA1鄰近第一折射透鏡元件L1之一透鏡表面LS1。第一稜鏡PA亦包含一第二稜鏡平面PA2鄰近物件平面OP。同樣地，第二稜鏡PB包含一第三稜鏡平面PB1鄰近第一折射透鏡元件L1之第一透鏡表面LS1。第二稜鏡PB亦包含一第四稜鏡平面PB2鄰近成像平面IP。
於一實施例中，系統10包含第一保護窗WA與第二保護窗WB(舉例而言，第一保護窗WA、第二保護窗WB之標稱厚度係為1毫米厚)。第一保護窗WA位於第一稜鏡PA的第二稜鏡平面PA2與物件平面OP之間。第二保護窗WB位於第二稜鏡PB的第四稜鏡平面PB2與成像平面IP之間。於實施例中，第一保護窗WA與第二保護窗WB係由熔融石英製成。
實施例中之系統10於LED的i-line譜線或GHI同時光源具有一四晶粒形式，並且數值光圈為0.32。四晶粒形式係表示物件區域OF與成像區域IF可以涵蓋四個標稱尺寸為26毫米乘上36毫米的晶粒。於成像平面IP或物件平面OP上之區域大小為66毫米乘上52毫米，並具有73%的穿透率。第四折射透鏡元件L4之第四透鏡表面LS4係為凹面並且為非球面。相同地，主鏡面MS亦為非球面。在此須說明的是，由於系統10具有等倍放大率，因此物件區域OF與成像區域IF係具有相同尺寸。
系統10的工作距離WD為5毫米，焦距FD為5毫米，折疊角θF為103.5度，實際路徑長度(物件平面OP至主凹面鏡M1頂點之距離)為1212.5毫米，孔徑欄AS之孔徑為596.2毫米，主凹面鏡M1直徑為620毫米，厚度為150毫米。第一稜鏡PA與第二稜鏡PB的路徑長為105毫米。二非球面分別為第四折射透鏡元件L4之第四透鏡表面LS4與主凹面鏡M1之主鏡面MS，且具有12階之非球面，如同以下以弛垂方程式表示之非球面方程式。
表3為第一實施例之系統10的光學元件設計之詳細規格資訊，單位係以毫米表示。
第一稜鏡PA與第二稜鏡PB具有等腰幾何型態，且頂角分別為51.75度、76.5度與51.75度，高度為 85.1274毫米；其第一全內反射面TA與第二全內反射面TB寬度為133.70398毫米，稜鏡入射面與稜鏡出射面為52.7019毫米，折疊角θF為103.5度。其聚焦平面傾斜度為X，即對於52毫米高度之成像為正0.6微米。焦深與景深相同，其係為3微米。
第四折射透鏡元件L4之第四透鏡表面LS4與主凹面鏡M1之主鏡面MS的非球面係藉由弛垂方程式Z加以定義如下，其中c=1/R，R為基礎曲率半徑，ρ為相對Z軸的極半徑，r為徑向座標，k為圓錐常數，而αi則是第i階的非球面係數。Z為光學軸A1與極切平面之間的距離。
Z=c2/((1+SQRT(1-(1+k)c2/r2)))+α1r2+α2r4+α3r6+α4r8+α5r10+α6r12
下列表3則分別示出第四折射透鏡元件L4之第四透鏡表面LS4與主凹面鏡M1之主鏡面MS的非球面數據。
第2C圖為側視放大圖，係與第2B圖類似並示出第一稜鏡PA、第二稜鏡PB與前述折射透鏡元件L1~L4。光束RB係匯聚於物件平面OP與成像平面IP上，折射透鏡元件L1~L4之間具有空氣間隔。第一折射透鏡元件L1之第一透鏡表面LS1鄰近第一稜鏡平面PA1與第三 稜鏡平面PB1。第一透鏡表面LS1係呈微凹，並且於一實施態樣中具有針對最佳化光學表現而選得之曲率半徑。折射透鏡元件L1~L4底部係為截平之態樣(以實線表示，標號為TR)，而使300毫米大小之晶圓100可使用於成像平面IP。一倍縮光罩(或稱光罩)110置於物件平面OP。倍縮光罩110之一例示為0.25吋(6毫米)之厚度。5毫米之焦距FD提供了3毫米的空隙而可將一薄膜(圖未示出)容納於倍縮光罩110上。第一保護窗WA與第二保護窗WB係用以保護系統10中的光學元件，避免受到揮發性有機化合物與除氣之傷害。
第3A圖為第二稜鏡PB之正視放大圖，並顯示出成像平面IP以及位於成像平面IP上所形成的成像區域IF之四個晶粒D1~D4。第3B圖為一正視放大圖，係與第3A圖類似並顯示出第一稜鏡PA、第二稜鏡PB以及與其相鄰的第一折射透鏡元件L1及第一透鏡表面LS1，晶粒D1~D4分別顯示於第一稜鏡PA與第二稜鏡PB上，且位於倍縮光罩(此圖未示出)之晶粒係與成像於晶圓(此圖未示出)上之晶粒具有相同大小。
第3C圖係與第3A圖類似，並包含聚焦於成像平面IP的成像區域IF之光束RB。第3D圖顯示位於成像平面IP的成像區域IF(或物件平面OP的物件區域OF)之四晶粒D1~D4，並同時示出九條光束RB匯聚於四晶粒D1~D4之轉角處。如圖所示，四晶粒D1~D4係位於成像區域IF或物件區域OF。需要注意的是，為求容易理解，此 處所述之晶粒D1~D4係可指涉位於倍縮光罩110之晶粒圖樣或是位於晶圓100的晶粒圖樣。
第4圖為柵格畸變圖，其中X記號表示相對一完美柵格之主光束位置。第4圖所顯示之柵格畸變圖係被放大340000倍。圖上最小的長方格之實際大小係為10奈米(水平線)乘上7.6奈米(垂直線)。
第5A圖為切向光束(以T表示)與徑向光束(以S表示)的場曲/像散(field curvature/astigmatism)圖，其最大區域尺寸為79毫米。曲線表示自355奈米至375奈米之光束，並以5奈米為一單位級距。第5B圖為畸變量(以毫米表示)作為區域高度(最大高度為79毫米)之函數作圖。於第5B圖中，不同波長的曲線係有重疊的情況。
第6A圖係為對不同的區域位置而言，於355奈米至375奈米的波長區間，其多色調制傳遞函數(polychromatic modulus of the optical transfer function,polychromatic MTF or |OTF|)對空間頻率(單位：周期/毫米)之作圖。當不同波長曲線之間愈密合，則表示對於不同波長與不同區域位置其具有高的調制傳遞函數數值。如圖所示，本例示之系統10係具有繞射極限(diffraction limit)，且截止頻率為1800週期/毫米。
第6B圖為多色方均根(RMS)斑點大小SS(單位：微米)對不同波長(單位：奈米)與區域位置F1~F9之作圖，區域位置F1~F9如下表所列。區域尺寸為79毫米。
虛線表示汞弧燈光譜而點虛線則表示LED的i-line譜線。於圖上，繞射極限係以DL之標號表示並且繞射極限半徑為0.65微米。於365奈米時，所設計之方均根半徑約為三分之一的繞射極限。
第7A圖為LED的i-line譜線之傅立葉多色線擴散函數(Fourier polychromatic i-line LED line-spread function)，其係以相對輻照度IR對譜線寬度x之作圖並顯示0.55微米的半高全寬(full-width half-max，FWHM)。
第7B圖為於i-line譜線(365奈米)下，不同區域位置之斯特列爾比對焦距F作圖。設計目標為使焦深範圍內之斯特列爾比等於或大於0.95。
第8A圖與第8B圖類似第5A圖與第5B圖，其分別為GHI同時光源的光譜之場曲與畸變情況。
第9A圖係與第6A圖類似，顯示於波長為355奈米至450奈米時之多色調制傳遞函數圖，空間頻率範圍為0至1800週期/毫米。
第9B圖係與第6B圖類似，並顯示汞弧燈光譜(虛線)與LED光譜(點虛線)的多色方均根斑點尺寸SS(微米)對不同區域位置的波長(奈米)之作圖。繞射極限半徑為0.7微米。於405奈米時，所設計之方均根半徑約為二分之一的繞射極限。
第10A圖係與第7A圖類似並且為傅立葉線擴散函數，顯示半高寬約為6微米。
第10B圖係與第7B圖類似，其為於h-line波長下(405奈米)下，不同區域位置之斯特列爾比對焦距F作圖，設計目標為使焦深範圍內之斯特列爾比等於或大於0.95。
第一實施例之特點與優點
第一實施例之系統10具有之特點與優點整理如下。
數值為0.32的適中數值光圈使得於i-line譜線時，譜線寬度與斑點尺寸小於0.75微米；於GHI同時光源照射時，譜線寬度與斑點尺寸小於0.2微米。
大小尺寸為68毫米乘上52毫米的四晶粒形式將單位時間內所能曝光的晶圓數量(wafer/hour exposure rate)相較於單晶粒形式提升了四倍，亦即於一次曝光程序中，可同時完成四個晶粒之曝光。
設計係基於支持全內反射的分離式之第一稜鏡PA與第二稜鏡PB，同時將第一稜鏡PA與第二稜鏡PB的光學路徑之光譜穿透率最大化。
焦深允許真空壓平的晶圓100可以有大約3微米之殘餘晶圓彎曲(residual wafer bow)。
系統10支援LED的i-line譜線，其譜帶寬度為汞弧燈之兩倍。
系統10支援具有汞弧燈光源或多波長LED光源之GHI同時光源的曝光。
實施例之設計採用最高等級的i-line光線用之玻璃材料而達成最大的穿透率與折射率均勻性。
系統10規避使用高價位的熔融石英，而是使用能夠提供高折射率、足夠的內穿透率以及優越的折射率溫度係數(亦即對於溫度梯度較不敏感)的i-line光學玻璃材料。
非球面之使用僅限於二凹光學表面(即第四透鏡表面LS4與主鏡面MS)，可將最適球面偏離量(departure from a best-fit-sphere)減至最低而便於製造過程中之測試，製造過程之測試則可將光學元件(透鏡與平面鏡)於使用後的自重彎曲(gravitational self-weight bending)情況納入考量。
藉由將折射透鏡元件L1~L4彼此以空氣間隔，而無須使用易受到紫外光傷害的光學黏著劑，進而使系統10具有較長之使用壽命。
系統10中聚焦平面傾斜係被最佳化而可針對軸外區域(off-axis field)補償珀茲伐曲率(Petzval curvature)的任何剩餘偏移成分並倣效實際的系統調校程 序。
對多晶粒的曝光而言，其可忽略的光學畸變量(例如，小於10奈米的光學畸變量)確保了最大重疊準確性(maximum overlap accuracy)。
第一保護鏡WA與第二保護鏡WB的使用(其係可替換)係避免光學元件於蝕刻過程中受到揮發性有機化合物(例如各種類型的光阻劑等化學物質)或是除氣的損害，因此光學元件具有較長之壽命；此外，也不需要頻繁清潔或更換光學零件，並確保光學系統的密封而可避免光學元件受到前述汙染的發生。
大數值的工作距離WD與焦距FD(5毫米)為保護窗以及與保護窗相鄰的晶圓100或倍縮光罩薄膜提供了足夠的物理清晰度。上述優點使得由微粒所導致的外觀不良不會影響曝光並造成製程缺陷(process defects)。
第二實施例
第11A圖係類似第2A圖，其繪示出第二實施例之系統10，其係包含三個空氣間隔設置的折射透鏡元件L1~L3。系統10係被設置而對於LED的i-line譜線或是GHI同時光源之譜帶可提供六晶粒之形式。其區域尺寸為102毫米乘上52毫米，且區域尺寸對於i-line譜線具有75%的穿透率。工作距離WD為6毫米。系統10包含前述之第一保護窗WA與第二保護窗WB，於一實施例中第一保護窗WA與第二保護窗WB的厚度為1毫米且由融熔石英製成。折疊角θF為103度。實際路徑長度為1417.5毫米。孔 徑欄AS之孔徑為749.8毫米，主凹面鏡M1孔徑為780毫米，厚度為175毫米。第一稜鏡PA與第二稜鏡PB的路徑長為107毫米。第三折射透鏡元件L3具有一第三透鏡曲面LS3，其係為非球面。主凹面鏡M1之主鏡面MS亦為非球面。數值光圈為0.32。由於系統10對稱之緣故，鏡後焦距FD係與工作距離WD等長。
表5為第二實施例之系統10的光學元件設計之詳細規格資訊，單位係以毫米表示。
第一稜鏡PA與第二稜鏡PB具有等腰幾何型態，且具有以下設計參數：頂角為51.5度、77度與51.5度，高度為87.3504毫米，長度為170.0毫米；第一全內反射面TA與第二全內反射面TB之寬度為136.7224毫米。其聚焦平面傾斜度為X，即對於68毫米高度之物件或成像為正負0.40微米。焦深為2.5微米。
非球面係以弛垂方程式加以描述如下，但額外具有14階與16階參數α7ρ14與α8ρ16，非球面數據係如下表6所列。
第11B圖係與第2C圖類似並顯示第一稜鏡PA與第二稜鏡PB，三個空氣間隔的折射透鏡元件L1~L3，以及位於物件平面OP的倍縮光罩110與位於成像平面IP的晶圓100。鄰近第一稜鏡PA與第二稜鏡PB的第一折射透鏡元件L1之第一透鏡表面LS1係為平坦面。於此實施例之設計中，第一透鏡表面LS1不宜為曲面。如同第一實施例，折射透鏡元件L1~L3底部係為截平之態樣(標號為TR)而可使300毫米大小之晶圓100可被使用。位於物件平面IP的倍縮光罩110厚度為0.25毫米。6毫米之焦距FD則為倍縮光罩薄膜(圖未示出)提供了4毫米的空隙。
第12圖係為一示意圖，其顯示於成像區域IF或物件區域OF的六晶粒D1~D6之相對應轉角處之入射光束RB。其中，大四方形為位於物件平面OP或成像平面IP的稜鏡入射面或稜鏡出射面(即第二稜鏡平面PA2或第四稜鏡平面PB2)。小的四方形則是保護窗WA或保護窗WB。
第13圖係類似第4圖，其為柵格畸變圖，其中X記號表示主光束偏離理想格之情況。如第4圖所示，其畸變誤差係被放大510000倍而可容易觀察。圖上長方格大小係為10奈米(水平線)乘上5.1奈米(垂直線)。
第14A圖係類似第9A圖，其為於355奈米至 375奈米之間對於不同區域位置的多色調制傳遞函數圖。第二實施例的系統10具有繞射極限，其截止頻率為1800週期/毫米。再次地，由不同的調制傳遞函數曲線所集結而成的群集顯示了對於此波長區間與成像區域IF良好的校準效果。
第14B圖係與第9B圖類似，並顯示LED光譜(點虛線)的多色方均根斑點尺寸SS(微米)對不同區域位置的波長(奈米)之作圖。其繞射極限半徑為0.62微米。於365奈米時，所設計之方均根半徑約為三分之一的繞射極限。
第15圖係類似第10A圖，並顯示LED的i-line譜線之傅立葉多色線擴散函數，其半高寬為0.48微米。
第二實施例之特點與優點
第二實施例之系統具有之特點與優點整理如下。
數值為0.32的適中數值光圈使得於i-line譜線下，譜線寬度與斑點尺寸SS係小於0.5微米。
簡化的設計只需要折射透鏡元件L1~L3、分離式的第一稜鏡PA、第二稜鏡PB與主凹面鏡M1。
大小尺寸為102毫米乘上52毫米的六晶粒形式將單位時間內所能曝光的晶圓數量相較於單晶粒形式提升了六倍，亦即於一次曝光程序中，可同時完成六個晶粒之曝光。
設計係基於支持全內反射的分離式之第一稜 鏡PA與第二稜鏡PB，同時將第一稜鏡PA與第二稜鏡PB的光學路徑之光譜穿透率最大化。
焦深允許真空壓平的晶圓100可以有大約3微米之殘餘晶圓彎曲。
系統10可於LED的i-line譜線下進行操作，其譜帶寬度為汞弧燈的i-line之兩倍。
實施例之系統10係混合使用最高等級的i-line光線用玻璃材料而達成最大的穿透率與折射率均勻性。
系統10僅需使用一個融熔石英透鏡元件，剩餘的二個透鏡元件則可使用i-line光學玻璃材料，例如Ohara公司中具有較低的折射率溫度係數之i-line玻璃材料。並消除了譜帶寬度相比汞弧燈而言的較寬LED的i-line譜線之色差。
非球面之使用僅限於二凹光學表面(即第三透鏡曲面LS3與主鏡面MS)，而可將最適球面偏離量減至最低而便於製造過程中之測試，而製造過程之測試則可將對於光學元件(透鏡與平面鏡)於使用後的自重彎曲情況納入考量。
藉由將折射透鏡元件L1~L3彼此以空氣間隔，而無須使用易受到紫外光傷害的光學黏著劑，而可使系統10具有較長之使用壽命。
系統10中聚焦平面傾斜彌補了軸外場的珀茲伐曲率之其餘偏移成分並倣效實際的系統調校程序。
對多晶粒的曝光而言，其光學畸變量係可忽略(例如，小於10奈米的光學畸變量)而確保了最大重疊準確性。
第一保護鏡WA與第二保護鏡WB的使用(其係可替換)係避免光學元件於蝕刻過程中受到揮發性有機化合物(例如各種類型的光阻劑等化學物質)或是除氣的損害，因此光學元件具有較長之壽命；此外，也不需要頻繁清潔或更換光學零件，並確保光學系統的密封而可避免光學元件受到前述汙染的發生。
本光學設計為保護窗以及與保護窗相鄰的晶圓100或倍縮光罩薄膜提供了足夠的物理清晰度。上述優點使得由微粒所導致的外觀不良不會影響曝光並造成製程缺陷。
略偏離遠心度而非完美遠心之設計使得共軛焦點可以位移而以正負十微米調整放大倍率，使多晶粒形式吻合晶圓100的幾何型態因而減少重疊誤差。於先前技術中，放大倍率、遠心的等倍放大率與折反射中繼鏡是無法變換的。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此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。
10‧‧‧系統
A1‧‧‧光學軸
M1‧‧‧主凹面鏡
AS‧‧‧孔徑欄
MS‧‧‧主鏡面
L1‧‧‧第一折射透鏡元件
L2‧‧‧第二折射透鏡元件
L3‧‧‧第三折射透鏡元件
L4‧‧‧第四折射透鏡元件
LS4‧‧‧第四透鏡表面
PA‧‧‧第一稜鏡
PB‧‧‧第二稜鏡
TA‧‧‧第一全內反射面
TB‧‧‧第二全內反射面
OP‧‧‧物件平面
IP‧‧‧成像平面

Claims (20)

  1. 一種微影蝕刻透鏡，用以於位於一成像平面之一成像區域之一光罩成像，該光罩於一物件平面上定義出複數晶粒，該微影蝕刻透鏡沿一光學軸包括：一凹面鏡，具有一非球狀凹面；一凸透鏡組係與該凹面鏡之非球狀凹面相間隔；一第一全內反射稜鏡與一第二全內反射稜鏡係相鄰設置於相對該凹面鏡之該凸透鏡組，且位於該光學軸之二側，且該第一全內反射稜鏡具有一第一表面鄰近該物件平面，該第二全內反射稜鏡具有一第二表面鄰近該成像平面；其中，該凸透鏡組係由三或四個空氣間隔設置的透鏡元件所組成，該些透鏡元件的其中之一透鏡元件係為一最靠近凹面鏡之透鏡元件，其具有一正彎月形並包括一朝向稜鏡之非球狀凹面；以及其中，該成像區域的大小係控制在包含四至六個晶粒，且每一該晶粒之標稱尺寸為26毫米乘上34毫米，該微影蝕刻透鏡實質上具有標稱數值光圈為0.32的等倍放大率，且其中該微影蝕刻透鏡至少對於光線之一i-line譜線而言，於該成像區域具有大於0.95的斯特列爾比。
  2. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，更包括波長為365奈米時，解析度實質上為1微米。
  3. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，更包括對於光線具有g-line、h-line以及i-line時，解析度實質上為2微米。
  4. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，更包括一畸變量，於該成 像區域下小於100奈米。
  5. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，更包括一畸變量，於該成像區域下小於50奈米。
  6. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，更包括一畸變量，於該成像區域下小於10奈米。
  7. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，更包括一景深，於該成像區域下實質上不小於3微米。
  8. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，其中該微影蝕刻透鏡於一LED光譜之i-line譜線下成像。
  9. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，更包含：一第一保護窗，位於該物件平面與該第一表面之間；以及一第二保護窗，位於該成像平面與該第二表面之間。
  10. 如請求項9所述之微影蝕刻透鏡，其中該第一保護窗與該第二保護窗係由熔融石英製成並具有實質上一毫米之厚度。
  11. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，其中其中該微影蝕刻透鏡具有一非遠心度使得該等倍放大率實質上以百萬分之五進行調整。
  12. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，其中該些透鏡元件的其中之一透鏡元件包括一凹表面或一平面緊鄰該第一全內反射稜鏡與該第二全內反射稜鏡。
  13. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，其中該成像區域之標稱尺寸為68毫米乘上52毫米並且可容納四個晶粒。
  14. 如請求項1所述之微影蝕刻透鏡，其中該成像區域之標稱尺寸為102毫米乘上52毫米並且可容納六個晶粒。
  15. 一種微影蝕刻透鏡，用以於位於一成像平面之一成像區域之一光罩成像，該光罩於一物件平面上定義出複數晶粒，該微影蝕刻透鏡沿一光學軸包括：一凹面鏡，具有一非球狀凹面；一凸透鏡組係與該凹面鏡之非球狀凹面相間隔並由三個空氣間隔設置的透鏡元件所組成，包括一最靠近主鏡面之透鏡元件具有一正彎月形並包括一朝向稜鏡之非球狀凹面；以及一第一全內反射稜鏡與一第二全內反射稜鏡係相鄰設置於相對該凹面鏡之該凸透鏡組，且位於該光學軸之二側，且該第一全內反射稜鏡具有一第一表面鄰近該物件平面，該第二全內反射稜鏡具有一第二表面鄰近該成像平面；其中，該成像區域的大小係控制在包含六個晶粒，且每一該晶粒標稱尺寸為26毫米乘上34毫米，該微影蝕刻透鏡實質上具有標稱數值光圈為0.32的等倍放大率，且其中該微影蝕刻透鏡對於一LED光譜之i-line譜線或是波長為g-line、h-line及i-line的光線而言，於該成像區域具有大於0.95的斯特列爾比。
  16. 如請求項15所述之微影蝕刻透鏡，其中該微影蝕刻透鏡具有一非遠心度使得該等倍放大率實質上以百萬分之五進行調整。
  17. 如請求項15所述之微影蝕刻透鏡，其中該成像區域之標稱尺寸為102毫米乘以52毫米。
  18. 一種微影蝕刻透鏡，用以於位於一成像平面之一成像區域之 一光罩成像，該光罩於一物件平面上定義出複數晶粒，該微影蝕刻透鏡沿一光學軸包括：一凹面鏡，具有一非球狀凹面；一第一全內反射稜鏡與一第二全內反射稜鏡位於該光學軸之二側，且該第一全內反射稜鏡具有一第一表面鄰近該物件平面，該第二全內反射稜鏡具有一第二表面鄰近該成像平面；以及一凸透鏡組係與該凹面鏡之非球狀凹面相間隔並設置於該些稜鏡與該凹面鏡之間，該凸透鏡組係由四個空氣間隔設置的透鏡元件所組成，包括：一最靠近主鏡面之透鏡元件，具有一正彎月形並包括一朝向稜鏡之非球狀凹面；以及一最靠近稜鏡之透鏡元件，具有一朝向稜鏡之凹面並相鄰於該些稜鏡；其中，該成像區域的大小係控制在包含四個晶粒，且每一晶粒標稱尺寸為26毫米乘上34毫米，該微影蝕刻透鏡實質上具有標稱數值光圈為0.32的等倍放大率，且其中該微影蝕刻透鏡對於一LED光譜之i-line譜線或是波長為g-line、h-line及i-line的光線而言，於該成像區域具有大於0.95的斯特列爾比。
  19. 如請求項18所述之微影蝕刻透鏡，其中該成像區域之標稱尺寸為68毫米乘上52毫米。
  20. 如請求項18所述之微影蝕刻透鏡，更包括一畸變量，於該成像區域下小於10奈米。
TW102118925A 2012-05-30 2013-05-29 用於微影蝕刻的具等倍放大率之大尺寸折反射透鏡 TWI484220B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261653020P 2012-05-30 2012-05-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201348739A true TW201348739A (zh) 2013-12-01
TWI484220B TWI484220B (zh) 2015-05-11

Family

ID=49579561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102118925A TWI484220B (zh) 2012-05-30 2013-05-29 用於微影蝕刻的具等倍放大率之大尺寸折反射透鏡

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8830590B2 (zh)
JP (1) JP5806257B2 (zh)
KR (1) KR20130135115A (zh)
DE (1) DE102013008814A1 (zh)
TW (1) TWI484220B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10678033B2 (en) 2015-03-23 2020-06-09 Carl Zeiss Smt Gmbh Zoom system with interchangeable optical elements

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9341951B2 (en) * 2012-12-21 2016-05-17 Ultratech, Inc. Wynn-dyson imaging system with reduced thermal distortion
US9488811B2 (en) 2013-08-20 2016-11-08 Ultratech, Inc. Wynne-Dyson optical system with variable magnification
US9436103B2 (en) * 2014-05-19 2016-09-06 Ultratech, Inc. Wynne-Dyson projection lens with reduced susceptibility to UV damage
CN106462085B (zh) 2014-06-23 2019-05-17 Asml荷兰有限公司 光刻设备和方法
JP2016080870A (ja) * 2014-10-17 2016-05-16 財団法人國家實驗研究院 共役共通光路リソグラフィレンズ
JP2016218299A (ja) * 2015-05-22 2016-12-22 財団法人國家實驗研究院 単一非球面共通光学素子露光機レンズセット
US9618734B2 (en) * 2015-06-17 2017-04-11 National Applied Research Laboratories Optical components exposer set having non-spherical component
JP6665646B2 (ja) * 2016-04-08 2020-03-13 日立化成デュポンマイクロシステムズ株式会社 パターン硬化膜の製造方法、電子部品の製造方法、及び当該パターン硬化膜の製造方法に用いるポジ型感光性樹脂組成物
EP3509474A4 (en) 2016-09-06 2020-05-13 Nikon Corporation AFOCAL PUPIL RELAY WITH ENHANCED CATADIOPTRIC UNIT AND OPTICAL IMAGING SYSTEM USING THE SAME
KR102290482B1 (ko) * 2017-06-19 2021-08-13 서스 마이크로텍 포토닉 시스템즈 인코포레이티드 광학계에서의 배율 보상 및 빔 조향 방법 및 장치
CN114322944B (zh) * 2021-12-24 2023-09-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 同轴折返式导航与光谱一体化光学***

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8011A (en) * 1851-04-01 Improvement in blasti ng rocks
US1401345A (en) 1921-09-02 1921-12-27 Mechau Emil Motion-picture-projection apparatus
US1783998A (en) 1927-03-09 1930-12-09 Tech D Optique Et De Photograp Photographic reproduction objective with two diaphragms and its application as in printing positives for black and white cinematography, color cinematography, or cinematography in relief
US2742817A (en) 1953-05-29 1956-04-24 Eastman Kodak Co Unit magnification catadioptric lens system
US4896952A (en) * 1988-04-22 1990-01-30 International Business Machines Corporation Thin film beamsplitter optical element for use in an image-forming lens system
US5159172A (en) * 1990-08-07 1992-10-27 International Business Machines Corporation Optical projection system
US5161062A (en) * 1991-07-11 1992-11-03 General Signal Corporation Optical projection system including a refractive lens assembly having a gap between constituent lenses
JPH08211294A (ja) 1995-02-02 1996-08-20 Nikon Corp 投影露光装置
US5969803A (en) 1998-06-30 1999-10-19 Nikon Corporation Large NA projection lens for excimer laser lithographic systems
DE69933973T2 (de) * 1998-07-29 2007-06-28 Carl Zeiss Smt Ag Katadioptrisches optisches system und damit ausgestattete belichtungsvorrichtung
DE10127227A1 (de) * 2001-05-22 2002-12-05 Zeiss Carl Katadioptrisches Reduktionsobjektiv
WO2003027747A1 (en) * 2001-09-20 2003-04-03 Carl Zeiss Smt Ag Catadioptric reduction lens
EP1532489A2 (en) * 2002-08-23 2005-05-25 Nikon Corporation Projection optical system and method for photolithography and exposure apparatus and method using same
US6879383B2 (en) 2002-12-27 2005-04-12 Ultratech, Inc. Large-field unit-magnification projection system
US6813098B2 (en) 2003-01-02 2004-11-02 Ultratech, Inc. Variable numerical aperture large-field unit-magnification projection system
US6863403B2 (en) 2003-05-27 2005-03-08 Ultratech, Inc. Deep ultraviolet unit-magnification projection optical system and projection exposure apparatus
JP2005024584A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Nikon Corp 走査型投影露光装置及び露光方法
US20080151365A1 (en) * 2004-01-14 2008-06-26 Carl Zeiss Smt Ag Catadioptric projection objective
JP2005312182A (ja) 2004-04-21 2005-11-04 Denso Corp 回転電機の集中巻き型ステータコイル
US7148953B2 (en) 2004-11-01 2006-12-12 Ultratech, Inc. Apochromatic unit-magnification projection optical system
DE102005024290A1 (de) * 2005-05-27 2006-11-30 Carl Zeiss Smt Ag Abbildungssystem, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage
EP1912098B1 (en) * 2006-10-12 2012-04-25 Carl Zeiss SMT GmbH Unit magnification projection objective
US20100283978A1 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Ultratech,Inc. LED-based UV illuminators and lithography systems using same
US8493670B2 (en) * 2010-09-10 2013-07-23 Coherent, Inc. Large-field unit-magnification catadioptric projection system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10678033B2 (en) 2015-03-23 2020-06-09 Carl Zeiss Smt Gmbh Zoom system with interchangeable optical elements
TWI703346B (zh) * 2015-03-23 2020-09-01 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司 具可互換性光學構件的變焦系統

Also Published As

Publication number Publication date
US20130321935A1 (en) 2013-12-05
JP2013250556A (ja) 2013-12-12
DE102013008814A1 (de) 2013-12-05
US8830590B2 (en) 2014-09-09
KR20130135115A (ko) 2013-12-10
JP5806257B2 (ja) 2015-11-10
TWI484220B (zh) 2015-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI484220B (zh) 用於微影蝕刻的具等倍放大率之大尺寸折反射透鏡
US7573655B2 (en) Unit magnification projection objective
US7466489B2 (en) Projection objective having a high aperture and a planar end surface
JP2013250556A5 (zh)
US6631036B2 (en) Catadioptric objective
TW521321B (en) Projection optical system, projection exposure apparatus having projection optical system, and projection exposure method
US7301707B2 (en) Projection optical system and method
WO2001023934A1 (fr) Procede et appareil d'exposition par projection et systeme optique de projection
US6844982B2 (en) Projection optical system, exposure system provided with the projection optical system, and exposure method using the projection optical system
KR20100109897A (ko) 편광기
US20080192359A1 (en) Illumination System for a Microlithgraphic Exposure Apparatus
US20080117400A1 (en) Projection exposure apparatus, projection exposure method and projection objective
JP5901607B2 (ja) 使用可能スペクトル域が広い標本イメージング用の対物系
US6813098B2 (en) Variable numerical aperture large-field unit-magnification projection system
JP2008519433A (ja) アポクロマート等倍投影光学系
KR101432822B1 (ko) 결상 시스템, 특히 마이크로 리소그래픽 투영 조명 유닛에 사용될 수 있는 결상 시스템
US7957069B2 (en) Projection optical system
TWI572904B (zh) 對紫外線損傷具低感受性之Wynne-Dyson投射透鏡
US7450300B2 (en) High resolution objective lens assembly
EP1959289A1 (en) Unit magnification projection objective
WO2007071569A1 (en) Projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus
US6654164B1 (en) Photolithography lens

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees