TWI243966B - Optical imaging system with polarizers and a crystalline-quartz plate for use thereon - Google Patents

Description

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1243966 五、發明説明（ 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種光學成像系 連續配置的數個成像光學組件；用 該等成像光學組件的區域内生成徑 可用於該糸統之結晶狀石英板。 【先前技術】 統，其具有沿著一光轴 於在延伸達到最後一個 向偏振光之構件；及_ 德國先行公開的公告DE 195 35 392 A1缺4且· A1唬揭露—種微影J 刻投影曝光系統類型的光學成像系統，其嬖如具有一 光源的^列式（1]ine)汞放電燈。該系統利用徑向偏振光= 圓曝光之目的在於改善該光在光阻層内的鶫合（尤里在很1 入射角時)’料對於可能由該光阻的内與外介面的反射; 造成的任何駐波達成最大的抑制作用。採用雙折射材料二 各種類型的徑向偏光裝置係有可能作為生成徑向偏振光： 構件，所選用的此徑向偏光裝置係配置於光學系中該系名 的最後相位矯正或偏光光學元件之後之區域内，使得入^ 在該等晶圓上前所達成的徑向偏光程度保持不變。若是才 用一反射折射性光學系統作為該系統的投影鏡片，則相s 的徑向偏光裝置應有較佳的配置，譬如位於該光學系統^ 最後偏向鏡面之後。否貝1卜可能譬如配置在投影曝光系《 的先前照明系統内。

裝 η

線 在有關成像光學裝置（譬如微影蝕刻投影曝光系統的成像 光學裝置）的情形中，因為徑向偏振光可在其成像光學組件 (尤其最重要是在鏡片）上採用極有效的防反射塗層，特別在 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(2Ϊ^Γ297公寶j--' 1243966 A7 B7 五、發明説明（2 ’、有问數值孔技及短波長(譬如落入uv光譜範圍内的波長， 為此光μ範圍内很少有適用的塗覆材料）之微影蝕刻投影 曝光系統中，一般較佳係為徑向偏振光（亦即，與一介面上 的入射平面相平行之線性偏振的光）。另一方面，對於昭明 或類似有關照明的情形中，較佳應採用切線偏振光(亦即， ”成像光束在鏡片的各別介面上之入射平面呈正交之線 [生偏振的光）’藉以在將物體成像在譬如晶圓上時生成最好 且可能的介面-條紋對比。為了產生此作用，較早的德國專 利申明案100 10 131.3號提出採用配置於投影鏡片的一瞳孔 平面附近或光學系中位於其前方的照明系統内之一切線偏 光凡件，、T由为段式雙折射才反而非德國專利揭示別1 % 3 5 392 Α1號的徑向偏光裝置組裝而成。 【發明内容】 本發明係針對提/[i£ _ -gfr i+A .l, ^ /、種則文描述類型的光學成像系統之 技術問題，可在其光睪奘罟μ目女 你，、尤予衷置上具有較鬲防反射塗層來盡量 降低擾亂的反射漫射光、並能夠產生—離開光束而可在_ 影像平面上生成高對比的干涉條紋；並且可使用於該系統 上的一結晶狀石英板。 本發明係藉由提供一種具有申請專利範圍第工項的特性之 光學成像系統以及一種具有申請專利範圍第6項的特性之結 晶狀石英板來解決此問題。 根據本發明的光學成像系統之特徵在於：提供一用於 徑向偏振光之構件’藉以使該系統的成像光學組件的至少 本紙張尺度適用中國國本標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) -5- 1243966 五、發明説明（ ;以及一偏光旋轉器’藉以轉動該徑向偏 面並將其轉換成切線偏振光以產生在-成像 的成像二Γ光’其'該偏光旋轉器係配置於該系統 之後。+、、且件其中的至少一者、較佳數者、或甚至全部 偏：:=:該等措施的結果係為:位於該用於生成徑向 ==與該偏光旋轉器之間之該系統的所有成像光 =件可^以徑向偏振純作，因此這些組件可具有極 二防=性塗覆。特定言之，位於該光源(亦即，該系 =第-成像光學組件前之位置）與該系統的最 組件之間的束路徑中但仍位於該偏光旋轉器前之一任音位 2之一習知類型的徑向偏光裝置係可能作為該用於I成 二構件。該偏光旋轉器係同時將對於有關成像 先千.'且件較佳之該徑向偏振光轉換成隨後入射在該影像平 面上之切線偏振光，而得以在其上生成高對比的干涉條纹 。因為該偏光轉換受到偏光平面的旋轉所影響，可使相關 的強度損失保持在低值。 更相關 根據申請專利範圍第2項之另一項實施例中，使用一個具 有-光學活性材料的板作為該偏光旋轉器。已知光學活性 材料可轉動透射光的偏光平面’其旋轉角度將與該等材料 厚度成正比’且相關波長減小時將使相關比例常數辦大。 在根據中請專利範項之本發明另—項實_中，曰則 -結晶狀石英板作為該偏光旋轉器，雖然該結晶狀石英板 297公釐） 線 本紙張尺度適财關家料 -6 五、發明説明（4 ) 亦有雙折射性質，但藉由該板的適當尺寸及定向可使其保 持低值而不會因為該結晶狀石英的光學活性顯著地改變所 需要的偏光旋轉’至少在有關於紫外光(譬如約有157毫微米 或更小波長的光線）的情形下具有此作用。 /發明根據申請專利範圍第4及5項其中該光學成像系統 係為微影姓刻投影曝光系統之其他有利實施例中，用於轉 動徑向，振光的偏光平面且將其轉換成切線偏振光之該偏 光旋轉器係配置於該系統的投影鏡片的一段内，此段中束 路徑係近似平行於其光軸且尤其位於一瞳孔平面中：或配 置於位於其譬如包含一待照明的晶圓之—瞳孔平面與—影 像平面之間的-段内。在第一種該等配置的情形中，將該 偏光旋轉器配置於該瞳孔平面中之優點在於：該偏光旋轉器 上近似法向的入射光係使其產生高的光學活性，且其將保 持具有最小的偏離軸線照明效果，譬” 方面，將該偏光旋轉器配置於更靠近該影像平二二 於：位於㈣孔平面與該偏光旋轉器之間之該等成像光學元 件亦受到徑向偏振光所穿透，且採用一較小偏光旋轉器即 已足夠。 在申請專利範圍第6項所涵蓋根據本發明的結晶狀石 的2形中’該板的結晶軸線與其表面法向係呈現近似平行 的疋向。一具有該定向的結晶狀石英板係人 本發明的光學成像系統上作為偏光旋轉器。’ 根據 在本發明的一項經修改實施例令，該結晶狀石英板的厚 1243966 A7 B7 五、發明説明（5 度為500微米或更小、較佳約200微米或更小。以157毫微米 或更小的退紫外光波長操作時，薄板特別適合在根據本發 明的光學成像系統上達成偏光旋轉功能。 【實施方式】 圖1描述類似於德國專利揭示DE 195 35 392 A1號所述之 一種習知的微影蝕刻投影曝光系統，差異在於其偏光旋轉 器配置於其投影鏡片内。來自一譬如i列式（i_line)汞放電燈 等光源（1)的光線係照明一孔徑阻止部（3) ’光源（1)係發出具 有一理想波長並由一鏡面（2)聚焦之照明紫外光輻射，在孔 徑阻止部（3)之後為一鏡片（4)，此鏡片（4)特別可能為一變焦 鏡片’並可能作出各種調整尤其是選擇理想的圓形孔徑。 若不用汞放電燈’則可能採用一發射26〇毫微米左右或更小 波長（譬如157毫微米）的雷射光源作為該光源（1),此時該鏡 面（2)成為多餘的元件。 一用於將未偏振入射光轉換成徑向偏振光之徑向偏光裝 置（5)係配置於該鏡片（4)之後，該徑向偏光裝置（巧可能譬如 為具有德國專利先行公開的公告DE 195 35 392 A1號所描述 的構造並可進行該轉換而無顯著光損失之一種刪戴狀圓錐 偏光裝置，所產生的大致徑向偏振光隨後係從該徑向偏光 裝置（5)行進至在光學系中位於其後之一蜂巢聚光器（6)及一 中繼及場鏡片⑺，其中後者組件的共同作用係為提供一具 有成像圖案的遮罩（8)的最佳照明，遮罩（mask)(8)亦稱為，，主 光罩（reticle)"。一個構成一縮小鏡片且在光學系中位於該等 -8 - 本紙張尺度適用家鮮(CNS)_A4規格。⑽撕公^--- 1243966

、、且件之後之投影鏡片⑼係以超高的空間解析度且較佳優於i 微米的i㈤解析度使位於該投景多鏡片（9)的物平面中之該圖 案成像在光阻膜（1 〇)上。該系統的數值孔徑較佳應超過 0.)、尤其較佳應介於〇 7至〇.9之間。 圖2不思顯不该具有多個鏡片⑸_L⑹的投影鏡片⑼之一 種可月“冓造’目為已知該類型投影鏡片一般使用的許多種 鏡片配置’將圖2顯不的鏡片（L1-L16)視為該等習知鏡片配 置類i I使用的代表性鏡片，所以其象徵性呈現長方形 但當然不代表真正的幾何形狀。為了釐清該等投影鏡片（9) 的#作’已經不意顯示分別與該遮罩的—中央點⑽及接近 該遮罩邊緣的一點(8b)相關之成像束(i2，i3)的主要射線 (12a，13a)及邊界射線（121)，131))的路徑。 圖2所不的投影鏡片之獨特特性係為其一偏光旋轉器⑽ 的配置，此特^範例中，偏光旋轉器（14)恰位於配置有一典 型的孔徑阻止部之該投影鏡片的―瞳孔平面（15)之後。已將 該偏光旋轉器㈣設料可轉動人射徑向偏振光之偏光平面 亚使其轉換成切線偏振光。對於此目的可能使用—具有圖2 示意顯示且與該投影鐘片的氺k/ 。 ^仅〜鏡月的先軸近似呈平行定向的結晶軸 線（Π)之薄型結晶狀石英板，其中該結晶狀石英板⑽的結 晶韩線（17)與該板的平面近似呈正交^向，亦即與其表面法 向近似呈平行。 與正常雙折射的情形 光學活性來轉動入射 結晶狀石英已知具有光學活性，並 不同而無論其原始定向如何均藉由其 -9-

7 五、發明説明（ =時孔平面。光學活性材料的另-優點為不會生成雙重 〜，-種已知材料的旋轉角度與其厚度成正比，其 的比例常數將隨其溫度而改變並大致取決於相關波長。 :關應用的情形中，特佳係為隨著波長的減小而使該比 例爷數明顯增大，對於落AUV光譜範圍（譬如毫微米至 ⑽毫微米波長)的波長係比可見光更大上數倍，這就是採用 2打、有500微米左右、較佳微米或更小厚度的結晶 a央板（14)即足以在微㈣刻投影照明系統上採用紫外光 輪射的情形中產生所需要的旋轉之原因。因為雙折射效果 不會在較短波長同時顯著地增大，對於落人紫外光譜範圍 的紐波長，It *學活性的上述所需要功能對於任何雙折射 效果之比值係可對應地改善。 將該偏光旋轉器（14)配置接近該瞳孔平面（15)或配置於 使光射線與該光軸⑽呈平行或小傾斜角度傳播之束路徑 中的某些其他位置之優點在於:其上入射的光射線將與： 表面呈現近似法向，此情形中將具有特別大之該光學活 性的所需要功能對於此範例中該結晶狀石英板的不佳雙 折射效果之比值。在圖2所示的該偏光旋轉器（14)的特定 位置之情形中，從該徑向偏光裝置（5)開始之該照明系統 的整個光學系以及該投影鏡片的十六個鏡片卜匕16)其中 十一個鏡片將位於使光線大致徑向偏振之束路徑的部份 内，故得以在相關鏡片上提供極有效的防反射塗層，^ 時該偏光旋轉器（14)將令入射在該晶圓（11)上的光線具有 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) -10 1243966 A7 B7 五、發明説明（8 ) 所需要之大致切線性偏光。 或者’該偏光旋轉器（丨4)亦可能位於沿著該系統的光軸 (1 6)之任何任意位置上、但較佳應盡量靠近該影像平面或該 曰曰圓（11) ’藉以使得徑向偏振光穿透盡量多個該等成像光學 組件。藉由將該偏光旋轉器（14)從該瞳孔平面（15)重新定位 至較靠近該晶圓（11)之一位置，將可對於該偏光旋轉器（14) 選用一較小直徑，同時令位於該偏光旋轉器（14)與該晶圓 (11)的所指示位置之間的鏡片（L12_L16)其中的至少一部份 仍受到徑向偏振光所輻照。然而，該偏光旋轉器（14)上的入 射束之雙折射（亦即相對於該光轴（16)之最大傾斜角度）則增 大。 該光學活性的強度對於該雙折射效果之比值將隨著入射 角的增大而減小，這將會因為該結晶狀石英材料的雙折射 而輕微損害到效果。然而，可能依據相關的特定應用來決 定有關可容許的最大傾斜角I，因為在全為徑向偏振光的 理想情形下不會發生雙折射效果且即使對於高的束雙折射 (亦即其上具有大的入射角)亦然，所以這些決定亦取決於抵 達之前已對於該偏光旋轉器（14)的結晶光軸作徑向偏振的光 線之範圍。但是，因為該照明系統供應的光不會完美地 徑 偏 向偏光且因為該等鏡巾Η丨炊 寺規月中引發應力的雙折射而與完美

光產生略微偏向，所以會μ、3 A 吓M貫際上通常無法達成該理想情 形。然而 光波長）， ’因為產生很高程度的光學活性（尤其在短紫外 所以可容許很高的束雙折射4該偏光旋轉器 -11 - 1243966 A7

(二)甚二:位:最後一個該等鏡ML16)與該晶圓(1 υ之學成=14)的後者配置之特佳優點在於:該光 的所有成像光學組件均能夠以徑向偏振光操 作且们U旋轉器（14)不再需要包含在該投影鏡片内部 、亦即可位於其外部。 日f上文—項有利示範性實施例的描述可得知：藉由大部份 :交佳至少三分之二的該等成像光學組件受到徑向偏振光 “、且令該等成像光學組件具極有效的防反射塗層，根 據本發明之-種光學成像系料達成高品㈣成像而大致 不具有漫射光的擾亂效果。該光學成像系統亦能夠提供一 大致切線偏振光束，藉以能夠生成高對比的干涉條紋，嬖 如可有利地使用在其影像平面上作為一種用於將晶圓上“ 光阻加以曝光之微影蝕刻投影照明系統之系統。【圖式簡單說明】 ^ 圖1為一微影蝕刻投影曝光系統之示意圖，其具有一用於 生成徑向偏振光之構件，藉以生成配置於其照明系統内的 徑向偏振光，並具有一偏光旋轉器，藉以轉動其偏光平面 且加以轉換成配置於其投影鏡片内之切線偏振光；及 圖2為圖1所示之投影鏡片的細部圖。 主要元件符號表 1 光源 15 瞳孔平面

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2 鏡面 16 光轴 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 χ 297公釐) 1243966 A7 B7 五、發明説明（10 ) 3 孔徑阻止部 17 結晶轴線 4 鏡片 L1 鏡片 5 徑向偏光裝置 L2 鏡片 6 蜂巢聚光器 L3 鏡片 7 中繼及場鏡片 L4 鏡片 8 遮罩 L5 鏡片 8a 中央點 L6 鏡片 8b 邊緣的一點 L7 鏡片 9 投影鏡片 L8 鏡片 10 光阻 L9 鏡片 11 晶圓 L10 鏡片 12 成像束 L11 鏡片 12a 主要射線 L12 鏡片 12b 邊界射線 L13 鏡片 13 成像束 L14 鏡片 13a 主要射線 L15 鏡片 13b 邊界射線 L16 鏡片 14 偏光旋轉器/結晶狀石英板 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐)

訂

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Claims (1)

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申請專利範圍 種光學成像系統’特別是一種微影蝕刻投影曝光系統 ’其具有 •數個成像光學元件（4,6,7及L1-L16)，其沿著一光 軸（1 6)彼此接續式配置及 -一用於將越過該光學成像系統的光加以徑向偏振 之構件（5) ’該光學成像系統係配置於其最後的成像光 學元件（L 16)前方的一可預定位置，其中 • 一用於將該徑向偏振光轉換成切線偏振光之偏光 旋轉器（14)，其配置於該成像光學組件（6)之後之一可預 定位置，該成像光學組件（6)係在光學系中位於該徑向 偏光裝置（5)之後。 2. 3. 如申請專利範圍第1項之光學成像系統，其中該偏光旋 轉器包含由一光學活性材料製成之一板（14)。 如申明專利範圍第2項之光學成像系統，尚且其中該板 (14)由結晶狀石英製成，該結晶狀石英的光軸係與該光 學成像系統的光軸（1 6)平行對準。 4·如申請專利範圍第丨至3項中任一項之光學成像系統，尚 且其中該光學成像系統形成一微影蝕刻投影曝光系統， 且該偏光旋轉器（丨4)配置於該微影蝕刻投影曝光系統之 一投影鏡片的一段内，在該段中其成像束路徑係近似平 行於該光學成像系統的光軸（16)。 5·如申請專利範圍第丨至3項中任一項之光學成像系統， 尚且其中5玄光學成像系統形成一微影钱刻投影曝光系 統，且該偏光旋轉器（1 4)配置於該微影蝕刻投影曝光 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)^iH〇x 297公釐） 1243966

系統之一投影鏡片的一 (15)之間。 影像平面（1〇, 11)與 一瞳孔平面 6. 8. 如申請專利範圍第1項之光學 、〜兀子成像糸統，其啦轉器（14)由一結晶狀石英 、中忒偏先奴 犬奴心成，该結晶狀石英拓 晶軸線對於該板的平面係近似呈現法向。 、… 如申請專利範圍第6項之 — 尤予成像糸統，其中該結晶狀 石央板具有500微米或更小之厚度。 如申請專利範圍第7項之#風 ^ 示貝之九學成像糸統，其中該結晶狀 石英板具有200微米或更小之厚度。 9. 10. 種、曰日狀石英板’其中該板構成_偏光旋轉器⑽ ，該板之厚度為500微米或更小，且該板的結晶軸線 (1 7)對於该板的平面係近似呈現法向。 如申凊專利範圍第9項之結晶狀石英板，其中該結晶狀 石英板具有200微米或更小之厚度。 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）