TW201237566A - Illumination optical system, exposure apparatus, and method of manufacturing device - Google Patents

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201237566 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關照明光學系統、曝光設備、及製造裝置之 方法。 【先前技術】 於微影製程中、亦即製造譬如半導體裝置或液晶顯示 裝置之製程，曝光設備經由投射光學系統將原件（光罩或 罩幕）之圖案轉印至感光基板（譬如，具有抗蝕劑層形成 在其表面上之晶圓或玻璃板）上。在近年來，當作將圖案 轉印至譬如液晶顯示裝置之投射曝光設備，需要將在罩幕 上具有較大面積之圖案藉由整片曝光轉印至基板上的曝光 設備。爲滿足此需求，能夠獲得高解析度及轉印大面積之 步進及掃描型掃描曝光設備已被提出。 藉由掃描操作經由投射光學系統，此掃描曝光設備將 以狹縫光束照明之圖案轉印至基板上。此一設備使用弧形 光之掃瞄係可用的。於此型式中，投射光學系統係存在於 具有待轉印的圖案之第一物件、及第二物件之間，該圖案 將被轉印至該第二物件上，且曝光製程係僅只使用該投射 光學系統之特定的離軸影像點在一弧形曝光區域中施行。 在此時，爲以弧形光照明該第一物件，可譬如使用在 日本專利公告第4 - 7 8 0 0 2號中所敘述之照明光學系統。此 照明光學系統採用導引藉由一光源所放射之光束的方法， 以致其橫截面之形狀在一與用作待照明表面的第一物件光 201237566 學共軛之位置變成長方形，及由在長方形之形狀中照明的 區域使用弧形開口構件引出一弧形照明分佈。然而，在日 本專利公告第4-78002號中所敘述之弧形照明分佈引出方 案使得其不可能使用異於該弧形開口之光線當作曝光光線 。因此，該光線使用效率係低的，且即使當該光源之輸出 被升高時，亦難以增加該照明光學系統的待照明表面上之 照度。 其次待敘述之日本專利特許公開案第3 -1 7 1 6 1 4號試 圖光學地耦合複數光導管，以將藉由光源所放射之光束的 橫截面形狀轉換成弧形，藉此改善該光線使用效率。然而 ，在現今，爲依照一用於產量及微影製程中之成像性能的 改善之需求，需要在較高照度更均勻地照明該第一物件平 面的照明光學系統。只要僅只一光源被使用，在日本專利 特許公開案第3 -1 7 1 6 1 4號中所敘述之照明光學系統可均 勻地照明該第一物件目的》然而，因爲此照明光學系統使 用僅只一光源，其在達成高照度照明中具有一限制。爲使 用在日本專利特許公開案第3 _ 1 7 i 6 1 4號中所敘述之照明 光學系統來達成高照度照明，可使用複數光源。然而，於 此案例中，當譬如該等光源之輸出隨著時間產生變動，且 因此在該等光源之間發生輸出中之差異時，變異可發生在 用作待照明表面的第一物件上之照度分佈中，如此造成均 勻之照明爲不可能的。日本專利特許公開案第3 -1 7 1 6 1 4 號亦顯示一實施例，其中照度變動係藉由於光行進之方向 中增加每一弧形光導管的尺寸所減少，但其係難以製造此

S -6- 201237566 一長弧形光導管。再者，當長光導管被使用時，該整個照 明光學系統之尺寸增加。 日本專利特許公開案第2000-164487號敘述一照明光 學系統，其使用稜柱8a及8b組合藉由複數光源la及lb 所放射之光束，且使用導光管整合器4均勻化該組合光束 之光強度分佈，如圖1 6所示。此照明光學系統之使用使 其可能在一高照度使用複數光源均勻地照明第一物件（待 照明表面）6。 然而，當如在日本專利特許公開案第2 0 0 0 - 1 6 4 4 8 7號 中所敘述之照明光學系統被使用時，入射在該導光管整合 器4上之光線具有不均勻之位置分佈。因此，爲在用作待 照明表面的第一物件6上達成均勻之照度分佈，該導光管 整合器4於光行進的方向中之尺寸增加。當該導光管整合 器4變得較長時，該整個照明光學系統之尺寸增加。再者 ，由於源自諸如該導光管整合器4之表面準確性及其相向 表面間之平行性的因素之製造誤差，當該導光管整合器4 變得較長時，較大的光損失係於該導光管整合器4的內部 吸收時產生，如此降低該照明光學系統之光線使用效率。 【發明內容】 由於此點’本發明提供小巧之照明光學系統，其在高 照度均勻地照明一待照明表.面。 本發明於其一態樣中提供照明光學系統，其以由複數 光源所放射之複數光束照明一待照明表面，該系統包括： 201237566 複數導光管整合器，其使由該複數光源所放射之複數光束 的光強度分佈均勻化；組合光學系統’其組合由該複數導 光管整合器所放射之複數光束，以致該複數光束係在其橫 截面中彼此毗連；及光傳輸單元，其具有一入口平面及一 出口平面，並在該入口平面上將藉由該組合光學系統所組 合之光束分成複數光束，聯合該複數被分開光束，以致該 複數被分開光束的聯合圖案在該出口平面上之橫截面形狀 係與該複數被分開光束的聯合圖案在該入口平面上之橫截 面形狀不同，並使用複數光學耦合光導管將該複數被分開 光束的每一光束由該入口平面傳送至該出口平面。 本發明之進一步特色將參考所附圖面由示範實施例的 以下敘述變得明顯。 【實施方式】 本發明之實施例將譬如在下面參考所附圖面被敘述。 [第一實施例] 根據該第一實施例之照明光學系統將參考圖1被敘述 。根據該第一實施例之照明光學系統1 0以由複數光源所 放射之複數光束照明一待照明表面，且被安裝於譬如曝光 設備中。該照明光學系統1 0導引藉由複數（三個）光源 單元50所放射之複數光束至罩幕（原件）34上，該罩幕 用作待照明表面及具有一形成在其上之圖案。該照明光學 系統10包含第一導光管光學系統15、第一光學系統17、

S 201237566 第二導光管光學系統1 9、組合光學系統2 1、第三導光管 光學系統23、光傳輸單元25、第四導光管光學系統27、 成像光學系統40、狹縫32、第四光學系統33、及該罩幕 34。該成像光學系統40包含第二光學系統29、孔徑光闌 3 〇、及第三光學系統3 1。高壓水銀燈被用作光源1 2。該 三個光源單元50之每一者包含光源12及橢圓鏡片13。 譬如，氙氣燈或準分子雷射亦可被用作該光源12。該橢 圓鏡片13用作聚光之光學系統，用於會聚藉由該光源12 所放射之光，且具有對應於橢圓形狀之部份的形狀。該光 源1 2係位在該橢圓的一焦點位置。藉由該光源1 2所放射 及藉由該橢圓鏡片13所反射之光被聚焦在該橢圓之另一 焦點位置。於此實施例中，該第一導光管光學系統15之 入口平面1 4係位在該橢圓之另一焦點位置。 如圖2C所示，該第一導光管光學系統15用作具有譬 如六角形之橫截面的導光管整合器，並可爲由人工石英所 製成。入射在該第一導光管光學系統15上之光束係藉由 其內部表面被反射複數次，同時被傳輸通過其內部，並抵 達出口平面16。其結果是，縱使譬如該入口平面14上之 光強度分佈係不均勻的，其在複數次反射該光束時被均勻 化，故該光束在該出口平面16上具有均勻之光強度分佈 。代替具有六角形橫截面之導光管整合器，具有如圖2A 所示之圓形橫截面、如圖2B所示之四邊形橫截面、或如 圖2D所示之八邊形橫截面的導光管整合器可被用作該第 一導光管光學系統15。由該出口平面16所顯現之光束藉 -9- 201237566 由該第一光學系統17被導引至該第二導光管光學系統19 之入口平面18上。在此時，該第一光學系統17被定位， 以致該入口平面18大體上係該出口平面16之傅立葉轉換 平面》該第二導光管光學系統19用作具有替如四邊形橫 截面的四邊形稜柱狀導光管整合器，並可爲由人工石英所 製成。入射在該第二導光管光學系統19上之光束係藉由 其內部表面被反射複數次，同時被傳輸通過其內部，並抵 達出口平面20。其結果是，縱使譬如該入口平面18上之 光強度分佈係不均勻的，其在複數次反射該光束時被均勻 化，故該光束在該出口平面20上具有均勻之光強度分佈 〇 來自該三個光源單元50之光束被組合，以致其橫截 面之形狀係用藉由二稜柱所形成之組合光學系統21彼此 毗連，且係入射在該第三導光管光學系統23之入口平面 22上。該第三導光管光學系統23用作具有譬如四邊形橫 截面之四邊形棱柱狀導光管整合器，並可爲由人工石英所 製成。入射在該第三導光管光學系統23上之光束係藉由 其內部表面被反射複數次，同時被傳輸通過其內部，並抵 達出口平面24。譬如，當藉由該三個光源單元50所放射 及入射在該入口平面22上之光束具有不同光強度時，在 該入口平面22上之光強度分佈係不均勻的。然而，該入 口平面22上之光強度分佈係在該第三導光管光學系統23 中複數次反射光束時均勻化，故該光束在該出口平面24 上具有均勻之光強度分佈。

-10- S 201237566 由該出口平面24所顯現之光束係入射在該光傳輸單 元25上。該光傳輸單元25具有一藉由光學地耦合複數光 導管及偏向稜柱所獲得之組構，如圖3C所示。圖3A中 之陰影線部份指示該出口平面24，且於圖3B中之陰影線 部份指示出口平面26。藉由該組合光學系統21所組合之 光束在該出口平面24上被分成複數（八束）光束。經過 該等複數光學地耦合光導管及偏向稜柱，該等被分開之光 束通過該光傳輸單元25中之八條不同路徑，且抵達該出 口平面2 6。總數相等之光導管及偏向稜柱係位於該八條 路徑之每一者中，故該光傳輸單元25中之八束被分開的 光束之光學路徑長度係彼此相等。該八束被分開之光束被 聯台在該出口平面26上，以致該出口平面26上之這些八 道光束的聯合圖案之橫截面形狀係與該出口平面24上者 不同。於此實施例中，該八道光束之聯合圖案在該出口平 面24上具有四邊形橫截面之形狀，且在該出口平面26上 具有幾乎弧形之橫截面形狀，如圖3A及3B所示。注意 該光傳輸單元25之外圍被覆蓋著該空氣。因此’當所使 用之光具有200奈米至500奈米之波長’且該等光導管及 偏向稜柱係由石英所製成時’入射在該出口平面24上之 光束係藉由該光傳輸單元25的內部表面所全反射’而與 其入射角度無關。如果機械式接觸可於固持該光傳輸單元 25 .诗發生在該光傳輸單元25的一部份中’全反射可藉由 塗覆具有一折射率之薄膜被局部地維持，該折射率低於該 等光導管及偏向稜柱的側表面上之石英。然而’其可爲想 -11 - 201237566 要的是在該光傳輸單元25之透光式表面上塗覆一抗反射 薄膜，以便防止該等光導管及偏向稜柱在此表面上造成互 相接觸》 圖3C顯示該光傳輸單元25中之一光束的傳輸路徑 60。透光部份61被形成於該等光導管及該等偏向稜柱之 間，當作具有數十至數百微米之寬度的間隙，以避免其接 觸，如圖3C所示。表面62亦用作給定偏向稜柱之反射表 面，且以反射薄膜塗覆。每一表面63係塗覆以一薄膜， 該薄膜係由MgF2 (二氟化鎂）所製成，且具有大約10微 米之厚度。每一表面63亦可被塗覆以由諸如LiF (氟化 鋰）或CaF2 (二氟化鈣）的氟化物所製成之薄膜。例如 ，MgF薄膜於300奈米至500奈米的波長範圍中具有大約 1460至1.476之折射率。假設該空氣具有大約1之折射 率，於落在低於27.45度之角度入射在該出口平面24上 之光線可在3 00奈米至500奈米的波長範圍中被全反射。 由該出口平面26所顯現之光束係入射在該第四導光 管光學系統27上。該第四導光管光學系統27用作一具有 入口平面81及出口平面82之導光管整合器，該等平面具 有相同之弧形的形狀，如圖4所示。由該光傳輸單元25 的出口平面26所顯現之光束預期地具有均勻之分佈。然 而，雖然譬如圖3A中所示之光傳輸單元25的傳輸路徑 60及70係位於彼此毗連，當該光傳輸單元25實際上被 固定時，間隙可被形成在圖3B中所示之位置71。於此案 例中，照明光在該出口平面2 6上產生有條紋的圖案（有

-12- S 201237566 條紋的變動），且此有條紋的變動可在特定之位置、譬如 於曝光設備中導致曝光變動。爲減少該有條紋的變動，該 第四導光管光學系統27被定位，以致其入口平面81係接 近該光傳輸單元25之出口平面26。 入射在該第四導光管光學系統27的入口平面81上之 光束係藉由其內部表面反射複數次，且抵達該出口平面 82。當入射在該第四導光管光學系統27上之光束係藉由 其內部表面反射複數次時，此光束之光強度分'佈係在該出 口平面82上均勻化。如此，在該光傳輸單元25的出口平 面2 6上所產生之有條紋的變動能在該第四導光管光學系 統27的出口平面82上被減少。由該第四導光管光學系統 27的出口平面82所顯現之光束通過該第二光學系統29、 孔徑光闌30、及第三光學系統31，並抵達該狹縫32。該 第二光學系統29被定位，以致該孔徑光闌3 0之位置大體 上對應於該第四導光管光學系統27之出口平面82的傅立 葉轉換平面。該第三光學系統31係亦被定位，以致該狹 縫32之位置大體上對應於該孔徑光闌30之傅立葉轉換平 面。在此時，該第四導光管光學系統27的出口平面82之 位置及該狹縫3 2的位置係彼此光學共軛。 已通過該狹縫32之光束通過經由該第四光學系統33 ’並抵達用作待照明表面之罩幕3 4。該第四光學系統3 3 係藉由二組凹面鏡及二組平面鏡所形成，以致該狹縫3 2 之位置及該罩幕3 4的位置係彼此光學共軛。於此實施例 中，該狹縫32具有一弧形開口，如圖5A所示。該狹縫 -13- 201237566 32包含弧形透光部份91及遮光部份92。注意該透光部份 9 1具有一結構，該結構具有可用於每一位置而改變之狹 縫寬度。在一與該狹縫32之位置共軛的位置，該罩幕34 上之弧形區域能被以已通過該透光部份91之光線照明。 於此實施例中，在藉由該複數光源12所放射之光束 的組合時，於照明該罩幕3 4中，該第三導光管光學系統 23及第四導光管光學系統27被定位，以減少由於該等個 別光源1 2間之輸出中的差異所產生之罩幕34上的照度變 動》爲減少所產生之照度變動，其係需要於光行進之方向 中增加該第三導光管光學系統23及第四導光管光學系統 27之尺寸。然而，於根據此實施例之照明光學系統10中 ，該第一導光管光學系統15被定位用於每一光源12,以 在該入口平面22上個別地均勻化來自此光源12之光束， 故該第三導光管光學系統23能被縮短。該第三導光管光 學系統23能被縮短所根據之原理將參考圖6A至6C被說 明。 圖6A顯示傳輸通過四邊形稜柱狀導光管整合器的內 部之光線’該整合器具有長度L及具有側面長度d之橫截 面’且交替之長及短虛線指示該光軸。在此中假設光由該 四邊形稜柱狀導光管整合器之最初端面行進，同時在一角 度Θ相對於該光軸傾斜。此光束係在對應於長度l/2之位 置藉由該四邊形稜柱狀導光管整合器的內部表面所反射， 並抵達此導光管整合器之終點端面，如圖6A所示。在另 一方面’圖6B顯示通過具有一橫截面之四邊形稜柱狀導 -14-

S 201237566 光管整合器的內部之光線，該橫截面具有側面長度d/3。 在此中假設該光由該四邊形稜柱狀導光管整合器之最初端 面行進’同時在一角度Θ相對於該光軸傾斜。此光束係在 對應於長度L/6之位置藉由該四邊形稜柱狀導光管整合器 的內部表面所反射，且隨後爲每一段長度L/3重複其反射 。此光束係藉由具有該長度L之導光管整合器的內部表面 反射三次，直至其最後抵達此導光管整合器之終點端面。 當導光管整合器被使用於使光均勻化時，其在光行進 的方向中之尺寸被決定，以致光束被反射複數次，同時該 光束由其最初端面行進至其終點端面。反射之次數越大， 則所獲得之均勻化效果變得越大。因此，比於圖6A中所 示者，圖6B中所示導光管整合器之均勻化效果係較大的 。換句話說，爲獲得與圖6A相同程度之均勻化，如圖6C 所示具有長度L/3及設有側面長度d/3之橫截面的導光管 整合器滿足其需求。 如於根據此實施例之照明光學系統10中，當該第一 導光管光學系統15係爲每一光源被定位時，來自這些光 源之光束被組合，且所組合之光束被導引至該第三導光管 光學系統23，對於每一光源，該光束係在組合之前局部 地均勻化，故該第三導光管光學系統23可爲短的。亦根 據該前述之原理，該第一導光管光學系統15之導光管寬 度大約爲該第三導光管光學系統23之導光管寬度的I/3, 故該第一導光管光學系統1 5中之均句化能減少該總導光 管長度。 -15- 201237566 亦如上面所述，於此實施例中，該光強度分佈係藉由 在該橢圓之另一焦點位置定位該第一導光管光學系統15 之入口平面1 4所均勻化。譬如，當根據此實施例之照明 光學系統10被安裝在曝光設備中時，該前述被均勻化光 束之強度分佈用作一有效光源分佈。該有效光源分佈係一 與該曝光設備之成像性能有極強地關聯的參數。視待藉由 投射曝光所轉印之圖案而定，均勻之光強度分佈預期地被 形成》因此，於此實施例中，該第一導光管光學系統15 被使用於均勻化該光強度分佈。然而，該照明光學系統 10能被用作照明光學系統，甚至在沒有第一導光管光學 系統15存在時。於此案例中，該照明光學系統10僅只需 要被形成，以致於此實施例中之入口平面14及出口平面 1 6互相重合。 於此實施例中，構成該第一光學系統17及成像光學 系統40的光學元件之數目及配置僅只提供一範例，且本 發明不被限制於此。雖然未特別在上面之敘述中提及，抗 反射薄膜亦被形成在每一光學元件之透光表面上，且一反 射薄膜被形成在每一鏡片上。再者，在此實施例中，雖然 用於照明該罩幕34之照明區域具有一弧形之形狀，此照 明區域不被限制於弧形區域。 [第二實施例] 根據該第二實施例的照明光學系統之組構將參考圖7 被敘述。於根據該第二實施例之照明光學系統100中，該 -16-

S 201237566 照明區域具有譬如長方形之形狀，且藉由二光源單元5 〇 所放射之光束被導引至罩幕（原件）34上，該罩幕用作 待照明表面及具有一形成在其上之圖案。該照明光學系統 1〇〇包含蒼蠅眼光學系統101、第一光學系統103、組合 先學系統105、光傳輸單兀107、導光管光學系統1〇9、 狹縫110、成像光學系統40、及該罩幕34。 圖8係一顯示該蒼蠅眼光學系統101之視圖。該蒼蠅 眼光學系統1 0 1係藉由二透鏡群組1 3 0及1 3 1所形成，其 每一者係藉由在平坦形狀中接合大量平凸透鏡所形成，如 圖8所示。該透鏡群組130及131之彎曲表面被定位至面 朝彼此’以致對應的平凸透鏡係存在於構成該透鏡群組 130及131之每一平凸透鏡的焦點位置。使用此一蒼蠅眼 光學系統101，等同於光源12之大量第二光源分佈被形 成在該蒼蠅眼光學系統101的出口平面102之位置。由該 蒼蠅眼光學系統101的出口平面102所顯現之光束藉由該 第一光學系統1 03被導引至該組合光學系統1 05之入口平 面1 04。在此時，該第一光學系統1 〇3被定位，以致該入 口平面104大體上係該出口平面1〇2之傅立葉轉換平面。 既然大量第二光源分佈被形成在該出口平面102之位置， 入射在該組合光學系統105的入口平面104上之光束的光 強度分佈係均勻化，藉此在該入口平面1 04上形成均勻之 光強度分佈。 其次將參考圖9A至9C敘述該組合光學系統105及 光傳輸單元1 07之配置。藉由該光源1 2所放射之光束係 -17- 201237566 藉由使用二稜柱之組合光學系統1 05所組合，且該組合光 束係入射在該光傳輸單元107上，如圖9A所示。在此時 ，該二稜柱被定位’故該二光源單元50之光軸140及 Ml不會互相重合。該光傳輸單元1〇7具有藉由耦合複數 光導管及偏向稜柱所獲得之組構，如圖9 B及9 C所示。 圖9B中之陰影線部份指示接收來自具有該光軸14〇之光 源單元50的光束之區域’且圖9B中之有點部份指示接收 來自具有該光軸141之光源單元50的光束之區域。入射 在圖9B中之陰影線部份及有點部份上的光束之每一者被 分成四道光束，以允許該被分開之光束通過該光傳輸單元 107中之用於每一分開區域的不同路徑，藉此轉換這些光 束，以致其在出口平面108上之橫截面形狀係與入口平面 106上之那些形狀不同，如圖9C所示。該光傳輸單元107 傳送入射光束，以致藉由在該光軸141上分開該光束所獲 得之光束所通過的區域（陰影線部份）被定位在那些（有 點部份）間之出口平面1 08上，藉由分開該光軸1 40上的 光束所獲得之光束通過那些部份，如圖9C所示。該光傳 輸單元107能在該出口平面108上聯合藉由該入口平面 1 06所分開之光束，以致該等有點部份及該等陰影線部份 被有規則地配置，如圖9C所示。 由該出口平面108所顯現之光束係入射在該導光管光 學系統109上。四邊形稜柱狀導光管整合器譬如被用作該 導光管光學系統109。入射在該導光管光學系統109上之 光束係藉由其內部表面反射複數次，並抵達該狹縫110。

S -18- 201237566 在藉由該導光管光學系統109的內部表面複數次反射該 束時，均勻之光強度分佈能在該狹縫110中被獲得，縱 光強度變動係存在於該光傳輸單元107的出口平面108 。由該狹縫1 1 0所顯現之光束藉由該成像光學系統40 導引至該罩幕34上。在此時，該成像光學系統40被定 ，以致該狹縫110及該罩幕34之位置係彼此光學共軛 圖5B顯示此實施例中所使用之狹縫110。該狹縫11〇 含透光部份161及遮光部份162。在與該狹縫110共軛 一位置，該罩幕34上的長方形區域能被以已通過該長 形透光部份1 6 1之光照明。 於此實施例中，在組合藉由該複數光源1 2所放射 光束時，於照明該罩幕34中，該導光管光學系統109 定位以減少該罩幕3 4上由於該等個別光源1 2間之輸出 的差異所產生之照度變動。爲減少所產生之照度變動， 係需要於光行進方向中增加該導光管光學系統109之尺 。然而，如於根據此實施例之照明光學系統中，該導光 光學系統109於光行進方向中之尺寸能藉由在該光傳輸 元1 07的出口平面1 08上交替地排列該等區域所減少， 藉由分開來自每一光源的光束所獲得之光束通過該等區 。這使其可能使用小巧之組構均勻地照明該罩幕34。 實施例中，構成該第一光學系統1 〇3及成像光學系統 的光學元件之數目及配置僅只提供一範例，且本發明不 限制於此。雖然亦未特別在上面之敘述中提及，抗反射 膜被形成在每一光學元件之透光表面上，且反射薄膜被 光 使 上 被 位 〇 包 之 方 之 被 中 其 寸 管 單 而 域 此 40 被 薄 形 •19- 201237566 成在每一鏡片上。 [第三實施例] 根據該第三實施例的照明光學系統之組構將參考圖 1 〇被敘述。照明光學系統200包含光傳輸單元202、第三 導光管光學系統207、放大光學系統240、狹縫32、第四 光學系統33、及罩幕34。該放大光學系統240包含第二 光學系統205、孔徑光闌30、及第三光學系統206。於該 狹縫32中，在一與待照明表面光學共軛之位置，該放大 光學系統240放大由該第三導光管光學系統207的出口平 面所顯現之光束的橫截面形狀。藉由光源單元50所放射 之光束係入射在圖11A所示該光傳輸單元202的入口平 面（陰影線部份）201上。該光束在該入口平面201上被 分成七道光束，以允許該等被分開之光束通過該光傳輸單 元2 02中用於每一被分開區域之不同路徑，藉此轉換這些 光束，以致其在出口平面203上之橫截面形狀係與那些在 該入口平面201上者不同，如圖11B所示。於此實施例中 ，該入口平面201上之光束的聯合圖案具有四邊形橫截面 形狀，且該出口平面2 03上之光束的聯合圖案具有幾乎弧 形之橫截面形狀，分別如圖1 1 A及1 1 B所示。 入射在該第三導光管光學系統207的出口平面2 03上 之光束係藉由其內,部表面被反射複數次，並抵達出口平面 204。由該第三導光管光學系統207的出口平面204所顯 現之光束通過該第二光學系統205、孔徑光闌30、及第三

•20- S 201237566 光學系統206，且抵達該狹縫32。該第二光學系統205被 定位，以致該孔徑光闌30之位置大體上對應於該第三導 光管光學系統207的出口平面2 04之傅立葉轉換平面。該 第三光學系統206亦被定位，以致該狹縫32之位置大體 上對應於該孔徑光闌30之傅立葉轉換平面。在此時，該 第三導光管光學系統207的出口平面82之位置及該狹縫 32的位置係彼此光學共軛。構成該第二光學系統205及 第三光學系統206之每一光學元件被定位，以致在一與待 照明表面光學共軛之位置，該光束在該出口平面204上之 橫截面形狀係在該狹縫32中放大。 於此實施例中，該光束在該出口平面2 04上之弧形橫 截面形狀被放大至兩倍，且映射在該狹縫32上。已通過 該狹縫32之光束進一步通過該第四光學系統33，且抵達 用作待照明表面之罩幕34。該第四光學系統33被定位， 以致該狹縫32之位置及該罩幕34的位置係彼此光學共軛 。於此實施例中，如圖5A所示，具有弧形開口之狹縫32 被使用。這使其可能在一與該狹縫32共軛的位置照明該 罩幕34上之弧形區域。 於此實施例中，於以藉由該光源1 2所放射之光束照 明該罩幕34中，該第二導光管光學系統19及第三導光管 光學系統207被定位，以減少該罩幕34上之照度變動。 爲減少所產生之照度變_，其係需要於光行進方向中增加 該第二導光管光學系統19及第三導光管光學系統207之 尺寸。然而’如於此實施例中，該第二導光管光學系統 -21 - 201237566 19及第四導光管光學系統27於光行進方向中之尺寸可 由形成該第二光學系統205及第三光學系統206所減少 以致該出口平面204上之光束的橫截面形狀係在該狹 32中放大。 該第二導光管光學系統19及第四導光管光學系統 於光行進方向中之尺寸可藉由定位該放大光學系統240 減少所根據之原理將在下面被說明。圖12A顯示傳輸 過四邊形稜柱狀導光管整合器的內部之光線，該整合器 有長度L及具有側面長度d之橫截面，且交替之長及短 線指示該光軸。在此假設光由該四邊形稜柱狀導光管整 器之最初端面行進，同時.在一角度Θ相對於該光軸傾斜 此光束係在對應於長度L/2之位置藉由該四邊形稜柱狀 光管整合器的內部表面所反射，並抵達此導光管整合器 終點端面，如圖12A所示。在另一方面，圖12B顯示 輸通過具有一橫截面之四邊形稜柱狀導光管整合器的內 之光線，該橫截面具有側面長度d/2。在此假設光由該 邊形稜柱狀導光管整合器之最初端面行進，同時在一角 2Θ相對於简光軸傾斜。此光束係在對應於長度L/8之位 藉由該四邊形稜柱狀導光管整合器的內部表面所反射， 隨後爲每一段長度L/4重複其反射。此光束係藉由具有 長度L之導光管整合器的內部表面反射四次，直至其最 抵達此導光管整合器之終點端面。 當導光管整合器被使用於使光均勻化時，其在光行 的方向中之尺寸被決定，以致光束被反射複數次，同時 藉 ♦ 縫 27 來 通 具 虛 合 〇 導 之 傳 部 四 度 置 且 該 後 進 該

S -22- 201237566 光束由其最初端面行進至其終點端面。反射之次數 則所獲得之均勻化效果變得越大。因此，比於圖 所示者’圖12B中所示導光管整合器之均勻化效果 的。換句話說’'爲獲得與圖12A相同程度之均勻 圖1:2C所示具有長度L/4及設有側面長度d/2之橫 導光管整合器滿足其需求。於根據此實施例之照明 統200中，具有2x倍率之放大光學系統240係坐 第二導光管光學系統19及第四導光管光學系統27 。於該照明光學系統中，該亥姆霍兹-拉格」 Helmholtz-Lagrange)不變量被維持恆定的。因此 於該光軸通過該第二導光管光學系統19及第三導 學系統207的光之角度爲兩倍，且於該照明光學系 中，相對於未設有放大光學系統240之照明光學系 導光管整合器的橫截面於一方向中之尺寸係1/2。 由參考圖12A至12C所敘述之細節看出，該放大 統240之使用使其可能將該第二導光管光學系統1 三導光管光學系統207於光行進方向中之尺寸減少 1/4，同時維持其均勻化效果。 於此實施例中，構成該第一光學系統17、第 系統205、第三光學系統206、及第四光學系統33 元件之數目及配置僅只提供一範例，且本發明不被 此。雖然亦未特別在上面之敘述中提及’抗反射薄 成在每一光學元件之透光表面上’且反射薄膜被形 一鏡片上。 越大， 1 2A中 係較大 化，如 截面的 光學系 落在該 的下游 明曰（ ，相對 光管光 統200 統，該 如可被 光學系 9及第 至大約 二光學 的光學 限制於 膜被形 成在每 -23- 201237566 [曝光設備] 曝光設備之範例將參考圖13被敘述。曝光設備400 包含照明光學系統10、固持原件之原件架台300、固持基 板的基板架台302、將該原件的圖案投射至該基板上之投 射光學系統301、及照度變動感測器304，且藉由同步地 掃描該原件及該基板而將該基板暴露至光線。該投射光學 系統301可爲譬如包含第一凹入反射表面、凸出反射表面 、及第二凹入反射表面之投射光學系統，該等反射表面被 依此由該物件平面至該影像平面的順序配置於該光學路徑 中。該照明光學系統10亦可被以該第二或第三實施例中 所敘述之照明光學系統100或200替代。該照明光學系統 1〇之狹縫'3 2具有一弧形開口，且具有—結構，該結構設 有可爲每一弧形位置而改變之狹縫寬度。該照度變動感測 器3 04係藉由狹縫3 03、複數光學元件、及感測器3 05所 形成，如圖1 3所示。 該狹縫3 03係相對於光線之區域401被掃瞄，並在該 基板架台3 02上形成一影像，如圖丨4所示。在此時，於 該區域40 1中形成一影像之光係入射在該照度變動感測器 304上’該光僅只爲在該狹縫303之開口 3〇6中形成一影 像的分量。入射在該照度變動感測器3 04上之光線藉由複 數光學元件被導引至該感測器3 05上，且抵達該感測器 305。抵達該感測器3 05的光之能量被讀取，同時於藉由 圖14中之箭頭所指示的方向中掃描該狹縫3〇3，可對於 -24-

S 201237566 該區域4〇1中之每一位置測量該照度，藉此計算照度變動 〇 當照度變動存在時，其可藉由調整具有可調整形狀的 狹縫3 2之開口寬度被減少。假設該照度變動感測器3 04 測量一照度變動，譬如具有一在該弧形之中心爲高的及沿 著該弧形朝外減少之照度，如在圖15A所示。於此案例 中，如圖15B所示，該狹縫形狀被調整，以致該狹縫32 之開口寬度沿著該弧形相對於該弧形之中心朝外增加’藉 此將入射在該照度變動感測器3 04的感測器3 05上之光線 的照度維持恆定，而與該弧形上之位置無關。 [製造裝置之方法] 其次將敘述製造裝置（譬如，半導體裝置或液晶顯示 裝置）之方法。半導體裝置係藉由在晶圓上形成積體電路 之預先製程、及完成藉由該預先製程形成在該晶圓上之積 體電路的晶片當作產品的後製程所製成。該預先製程包含 曝光一晶圓之步驟、以感光劑塗覆、使用該前述之曝光設 備、及使該晶圓顯影的步驟。該後製程包含組裝步驟（切 割與接合）及封裝步驟（包封）。液晶顯示裝置係藉由形 成透明電極之步驟所製成。形成透明電極之步驟包含在玻 璃蕋板上塗覆感光劑之步驟，透明之導電薄膜係沈積在該 玻璃基板上；使用該前述之曝光設備曝光以該感光劑塗覆 的玻璃基板之步驟；及使該玻璃基板顯影之步驟。根據此 實施例製造裝置之方法能製造一裝置，其具有高於那些藉 -25- 201237566 由該相關技藝技術所製造之裝置的品質。 雖然本發明已參考示範實施例被敘述，應了解本發明 不被限制於所揭示之示範實施例。以下申請專利之範圍將 給予最寬廣之解釋，以便涵括所有此等修改及同等結構與 功能。 【圖式簡單說明】 圖1係根據該第一實施例的照明光學系統之槪要視圖 > 圖2A至2D係該第一導光管整合器之槪要視圖； 圖3A至3C係該第一實施例中之光傳輸單元的槪要 視圖； 圖4係導光管整合器之槪要視圖； 圖5A及5B係狹縫之槪要視圖； 圖6A至6C係用於說明該第一導光管整合器之技術 重要性的視圖； 圖7係根據該第二實施例的照明光學系統之槪要視圖 t 圖8係蒼蠅眼光學系統之槪要視圖； 圖9A至9C係該第二實施例中之組合單元及光傳輸 單元的槪要視圖； 圖1 〇係根據該第三實施例的照明光學系統之槪要視 圖； 圖11A及11B係該第三實施例中之光傳輸單元的槪

-26- S 201237566 要視圖； 圖12A至12C係導光管整合器之槪要視圖； 圖13係根據該第四實施例之曝光設備的槪要視圖； 圖1 4係藉由照度變動感測器所掃描之狹縫的視圖； 圖15A及15B係顯示一照度變動修改方法之視圖； 及 圖1 6係根據該相關技藝的照明光學系統之槪要視圖 【主要元件符號說明】 1 a :光源 . 1 b :光源 4 :導光管整合器 6 :第一物件 8 a :稜柱 8 b :稜柱 1 〇 :照明光學系統 1 2 :光源 13 :鏡片 14 :入口平面 15:第一導光管光學系統 1 6 :出口平面 1 7 :第一光學系統 1 8 :入口平面 -27- 201237566 19:第二導光管光學系統 20 :出口平面 2 1 :組合光學系統 22 :入口平面 23 :第三導光管光學系統 24 :出口平面 2 5 :光傳輸單元 26 :出口平面 2 7 :第四導光管光學系統 2 9 :第二光學系統 3 0 :孔徑光闌 31 :第三光學系統 3 2 :狹縫 3 3 :第四光學系統 34 :罩幕 40 :成像光學系統 5 0 :光源單元 6 0 :傳輸路徑 6 1 :透光部份 62 :表面 63 :表面 70 :傳輸路徑 71 :位置 8 1 :入口平面

S -28- 201237566 82 :出口平面 9 1 :透光部份 92 :遮光部份 1〇〇 :照明光學系統 1 〇 1 :蒼蠅眼光學系統 1 02 :出口平面 103 :第一光學系統 1 04 :入口平面 105 :組合光學系統 1 0 6 :入口平面 1 〇 7 :光傳輸單元 108 :出口平面 109 :導光管光學系統 1 1 〇 :狹縫 1 3 0 :透鏡群組 ]3 1 :透鏡群組 140 :光軸 141 :光軸 1 6 1 :透光部份 162 :遮光部份 200 :照明光學系統 201 :入口平面 202 :光傳輸單元 203 :出口平面 201237566 204 ： 205 ： 206 ： 207 ： 240 ： 300 ： 301 ： 3 02 ： 3 03 ： 304 ： 3 05 ： 3 06 ： 400 ： 401 ： 出口平面 第二光學系統 第三光學系統 第三導光管光學系統 放大光學系統 原件架台 投射光學系統 基板架台 狹縫 照度變動感測器 感測器 開口 曝光設備 區域 -30-

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Claims (1)

1. 201237566 七、申請專利範圍： 1. 一種照明光學系統，其以由複數光源所放射之複 數光束照明一待照明表面，該系統包括： 複數導光管整合器，其使由該複數光源所放射之複數 光束的光強度分佈均勻化； 組合光學系統，其組合由該複數導光管整合器所放射 之複數光束，以致該複數光束係在其橫截面中彼此毗連； 及 光傳輸單元，其具有一入口平面及一出口平面，並在 該入口平面上將藉由該組合光學系統所組合之光束分成複 數光束，聯合該複數被分開光束，以致該複數被分開光束 的聯合圖案在該出口平面上之橫截面形狀係與該複數被分 開光束的聯合圖案在該入口平面上之橫截面形狀不同，並 使用複數光學耦合光導管將該複數被分開光束的每一光束 由該入口平面傳送至該出口平面。 2 ·如申請專利範圍第1項之照明光學系統，另包括 導光管整合器，其使由該組合光學系統所放射之光束的光 強度分佈均勻化，且放射該光束至該光傳輸單元。 3- 一種照明光學系統，其將由複數光源所放射之複 數光束導引至待照明表面上，該系統包括： 組合光學系統，其組合由該複數光源所放射之複數光 束，以致該複數光束係在其橫截面中彼此毗連；及 光傳輸單元，其具有一入口平面及一出口平面，並在 該入口平面上將藉由該組合光學系統所組合之光束分成複 -31 - 201237566 數光束，聯合該複數被分開光束，以致該複數被分開光束 的聯合圖案在該出口平面上之橫截面形狀係與該複數被分 開光束的聯合圖案在該入口平面上之橫截面形狀不同，並 使用複數光導管將該複數被分開光束的每一光束由該入口 平面傳送至該出口平面，該等光導管被光學地耦合於該入 口平面及該出口平面之間， 其中該光傳輸單元被建構，以致將藉由分開來自一光 源的光束所獲得之光束通過的區域，係在將藉由分開來自 另一光源的光束所獲得之二光束通過的區域之間被定位在 該出口平面上。 4.如申請專利範圍第3項之照明光學系統，其中該 光傳輸單元被建構，以致在該出口平面上將藉由分開來自 不同光源的光束所獲得之光束通過的區域被有規則地排列 〇 5 · —種照明光學系統，其以由光源所放射之光束照 明一待照明表面，該系統包括： 光傳輸單兀，其具有一入口平面及一出口平面，並在 該入口平面上將藉由該光源所放射之光束分成複數光束， 聯合該複數被分開光束，以致該複數被分開光束的聯合圖 案在該出口平面上之橫截面形狀係與該複數被分開光束的 聯合圖案在該入口平面上之橫截面形狀不同，並使用複數 光學耦合光導管將該複數被分開光束的每一光束由該入口 平面傳送至該出口平面； 導光管整合器，其使由該光傳輸單元所放射之光束的 -32- S 201237566 光強度分佈均勻化；及 光學系統，其在該待照明表面上放大由該導光管整合 器的出口平面顯現之光束的橫截面形狀。 6-如申請專利範圍第1項之照明光學系統，其中該 光傳輸單元包括內部光傳輸路徑，每一路徑包含偏向稜柱 及光導管，其中該等內部光傳輸路徑的每一者中之偏向稜 柱的個別總數係相等的，且該等內部光傳輸路徑的每一者 中之光導管的個別總數係相等的。 7. 如申請專利範圍第3項之照明光學系統，其中該 光傳輸單元包括內部光傳輸路徑，每一路徑包含偏向稜柱 及光導管，其中該等內部光傳輸路徑的每一者中之偏向稜 柱的個別總數係相等的，且該等內部光傳輸路徑的每一者 中之光導管的個別總數係相等的。 8. 如申請專利範圍第5項之照明光學系統，其中該 光傳輸單元包括內部光傳輸路徑，每一路徑包含偏向稜柱 及光導管，其中該等內部光傳輸路徑的每一者中之偏向稜 柱的個別總數係相等的，且該等內部光傳輸路徑的每一者 中之光導管的個別總數係相等的。 9. 如申請專利範圍第1項之照明光學系統，另包括 孔徑光闌，其位在待照明表面之傅立葉轉換平面上； 及 狹縫，其具有可調整之形狀，且係位在一與待照明表 面之位置光學共軛的位置。 -33- 201237566 i〇.如申請專利範圍第3項之照明光學系統，另包括 孔徑光闌，其位在待照明表面之傅立葉轉換平面上； 及 狹縫，其具有可調整之形狀，且係位在一與待照明表 面之位置光學共軛的位置。 11. 如申請專利範圍第5項之照明光學系統，另包括 孔徑光闌，其位在待照明表面之傅立葉轉換平面上； 及 狹縫，其具有可調整之形狀，且係位在一與待照明表· 面之位置光學共軛的位置。 12. —種曝光設備，其用投射光學系統將藉由申請專 利範圍第1項所界定的照明光學系統所照明之原件的圖案 投射至基板上，以將該基板暴露至光線。 13. —種曝光設備，其用投射光學系統將藉由申請專 利範圍第3項所界定的照明光學系統所照明之原件的圖案 投射至基板上，以將該基板暴露至光線。 14. 一種曝光設備，其用投射光學系統將藉由申請專 利範圍第5項所界定的照明光學系統所照明之原件的圖案 投射至基板上，以將該基板暴露至光線。 15. —種製造裝置之方法，該方法包括以下步驟： 使用申請專利範圍第1 2至1 4項的任一項中所界定之 曝光設備將基板暴露至光線； -34- S 201237566 使該經曝光之基板顯影；及 處理該經顯影之基板，以製造該裝置。 16. —種照明光學系統，其以由複數光源所放射之複 數光束照明一待照明表面，該系統包括： 複數第一導光管整合器，其係相對於該複數光源分別 地配置，並將來自該複數光源之光束反射至它們之內部表 面上； 光學系統，其分別導引來自該複數第一導光管整合器 之光束；及 第二導光管整合器，其將來自該光學系統之光束反射 至其內部表面上； 其中該光學系統將來自該複數光源之光束導引至該第 二導光管整合器之入口平面，同時將該等光束彼此位移。 1 7· —種照明光學系統，其以由複數光源所放射之複 數光束照明一待照明表面，該系統包括： 導光管整合器，其將來自該複數光源之光束反射在其 內部表面上；及 光學系統’其將由該導光管整合器所放射之光束導引 至一與該導光管整合器的出口平面光學共軛之表面，而放 大該光束。 -35-