3. 注入鎖定方式的課題

以往的注入鎖定方式,因空間同調增加可能使晶圓面發生光斑,以及增幅後的放大自發射光(ASE)可能造成解析度劣化而受到詬病,遏阻了實用化。此處將以本公司 GigaTwin Platform 克服上述課題為內容進說明。

以往的注入鎖定方式(增幅器端)

圖3 以往的注入鎖定方式(增幅器端)

空間同調量測結果

圖4 空間同調量測結果

弱化空間同調技術
雷射光的空間同調,定義了雷射光束面內的相位良窳。微影方面適合使用偏低的空間同調。這是因為雷射光束受曝光裝置照明系統整理為具備均勻照度分布的光束時,同相位的光會彼此干擾,導致不均勻(光斑)的發生。光斑因在晶圓面呈散狀分布,造成局部曝光量不均,改變曝光圖樣的大小(CD)。

既有的注入鎖定方式,由於增幅器端共振腔增幅效率高,窄頻譜用共振腔的輸出可抑制在最低限度,聚焦光束直徑至數厘米大小。聚焦後的種子光束,具有幾近均等的空間相位。圖 3 為將光束導入增幅器端共振腔的既有方法,聚焦後的種子光束穿過微孔,在增幅器端共振腔內逐步增幅並加大輸出。故最終獲得的光束繼承了種子光束具有的均等相位,空間同調度提升。

為了減低空間同調,GigaTwin Platform 開發出不在窄頻譜用共振腔聚焦種子光束,且增幅器共振腔可進行高度增幅的專用光學系統。創意在於比既有方式提升更高的窄頻譜用共振腔輸出,讓光束大小最佳化。圖 4 表示了既有注入鎖定方式、本公司開發的方式、單共振腔方式分別的空間同調量測結果。橫軸為光束面內距離,縱軸為干擾性(Visibility)。干擾性越大,空間同調就越高。上述結果可知,本公司開發的專用光學系統可達較既有注入鎖定方式低數十倍的空間同調,也比單共振腔改善不少。

ASE 計算結果

圖 5 ASE 計算結果

ASE 抑制技術
ASE 在雷射光方面,代表放大後的自發射光。自發射光是指與共振腔內放電同時間產生,具有微弱、廣泛頻譜的光線。光在光共振器的來回過程中,原本將融入主要窄頻譜,低落至幾乎無法量測的水準。而這極微小的頻譜成分被認為將影響微影時的鏡頭色差,以致影響曝光圖樣。

既有的插入鎖定方式將 ASE 視為課題的理由,乃是由於未導入種子光束時,僅靠增幅器端共振腔動作可能產生廣泛頻譜成分之故。不僅注入鎖定方式,MOPA、單共振腔方式也有此一課題。

GigaTwin Platform 的研發,開發出量測實際 ASE 的手法並成功定量化,並根據實際數據研發抑制技術。結果證明種子光束具有絕對性左右 ASE 量的能力。

圖 5 顯示了改變種子光束光量,且改變增幅器端共振腔導入時機時的 ASE 量測結果。紅線數據(Low injection)代表盡可能聚焦種子光束光亮時的結果,模擬了既有插入鎖定方式的種子光束光量。受觀測的 ASE 量為整體輸出的 1% 程度,有可能對實際曝光圖樣產生影響。反之可見,提高種子光束光量的 Middle injection、High injection 可將ASE 量抑制在 0.01%以下。此結果較已有實績的單共振腔系統同等或更低,對於曝光圖樣幾乎不造成影響。