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超紫外線光刻投影光學系統和相關方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410449045.7

申請日:

2014.09.04

公開號:

CN104914678A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G03F 7/20申請日:20140904|||公開
IPC分類號: G03F7/20 主分類號: G03F7/20
申請人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
發明人: 游信勝; 盧彥丞; 嚴濤南
地址: 中國臺灣新竹
優先權: 14/203,348 2014.03.10 US
專利代理機構: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409 代理人: 章社杲; 孫征
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410449045.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.10.20|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種超紫外線光刻系統。該超紫外線光刻系統包括將掩模的圖案成像到晶圓上的投影光學系統。該投影光學系統包括兩個到五個平面鏡。該兩個到五個平面鏡設計并配置為具有小于約0.50的數值孔徑,晶圓上的圖像域尺寸大于或等于約20mm,并且具有包括中心遮攔的光瞳平面。在實例中,中心遮攔具有的半徑小于或等于光瞳平面的半徑的50%。在實例中,中心遮攔具有的面積小于或等于光瞳平面的面積的25%。

權利要求書

權利要求書
1.  一種超紫外線(EUV)光刻系統包括:
投影光學系統,包括配置和設計為將掩模的圖案成像到晶圓上的少于六個的平面鏡,并且所述投影光學系統還配置和設計為實現:
數值孔徑小于約0.50;
成像到所述晶圓上的輻射的圖像域尺寸大于或等于約20mm;以及
光瞳平面包括中心遮攔。

2.  根據權利要求1所述的EUV光刻系統,其中,所述數值孔徑大于或等于0.35。

3.  根據權利要求1所述的EUV光刻系統,其中,所述投影光學系統包括至少兩個平面鏡。

4.  根據權利要求3所述的EUV光刻系統,其中,所述至少兩個平面鏡包括中心遮攔。

5.  根據權利要求1所述的EUV光刻系統,所述中心遮攔的半徑小于或等于所述光瞳平面的半徑的50%。

6.  根據權利要求1所述的EUV光刻系統,所述中心遮攔的面積小于或等于所述光瞳平面的面積的25%。

7.  根據權利要求1所述的EUV光刻系統,其中,所述投影光學系統包括施瓦茲希爾德光學組件。

8.  根據權利要求1所述的EUV光刻系統,其中,成像到所述晶圓上的所述輻射的波長為約1nm到約100nm。

9.  一種超紫外線(EUV)光刻系統包括:
輻射源模塊;
照射模塊;
掩模模塊,包括掩模;
投影光學模塊;
晶圓模塊,包括晶圓;
其中,所述輻射源模塊發出所述照射模塊收集并導向到所述掩模上的 EUV輻射,所述掩模將所述EUV輻射的一部分反射到所述投影光學模塊,并且所述投影光學模塊收集所述EUV輻射中的反射部分并將其導向到所述晶圓上;以及
進一步地,所述投影光學模塊包括兩個到五個平面鏡,所述兩個到五個平面鏡設計并配置為具有小于約0.50的數值孔徑,成像到所述晶圓上的所述EUV輻射中的反射部分的圖像域尺寸大于或等于約20mm,并且具有包括中心遮攔的光瞳平面。

10.  一種超紫外線(EUV)光刻方法,包括:
提供具有兩個到五個平面鏡的投影光學系統,其中,所述兩個到五個平面鏡設計并配置為具有小于約0.50的數值孔徑,成像到晶圓上的EUV輻射的圖像域尺寸大于或等于約20mm,并且具有包括中心遮攔的光瞳平面;
使用所述EUV輻射照射掩模;以及
通過所述投影光學系統收集從所述掩模所反射的所述EUV輻射,其中,收集的EUV輻射在通過所述投影光學系統成像到所述晶圓上之前,從所述兩個到五個平面鏡進行反射。

說明書

說明書超紫外線光刻投影光學系統和相關方法
相關申請的交叉引用
本申請要求于2013年3月11日提交的序列號為61/776,356號的美國臨時申請的優先權,其全部內容通過引用結合于此作為參考。
技術領域
本發明涉及半導體領域,更具體地,涉及超紫外線光刻投影光學系統和相關方法。
背景技術
半導體集成電路(IC)工業經歷了快速發展。IC材料和設計中的技術進步產生出了一代又一代IC,每代IC都比前一代IC具有更小和更復雜的電路。在IC的發展期間,隨著幾何尺寸(即,利用制造工藝可以形成的最小元件(或線))的減小,功能密度(即,單位芯片面積的互連器件的數量)通常會增大。該按比例縮小工藝通過增加生產效率和降低相關成本提供益處。該按比例縮小工藝還增加了處理和制造IC的復雜程度,對于這些即將實現的改進,需要在IC處理和制造中進行類似的改進。例如,采用超紫外線(EUV)光刻系統執行較高分辨率的光刻工藝。EUV光刻系統(掃描儀)采用產生EUV區的光的輻射源。除了EUV掃描儀使用反射光組件而不是折射光組件(例如,平面鏡取代透鏡)之外,與一些可選的掃描儀類似,一些EUV掃描儀可以提供4X縮小的投影印刷。EUV光刻系統的投影光學系統通常將從掩模反射的EUV輻射成像到晶圓上。因為在投影光學系統中平面鏡的反射率受到限制,所以產生EUV輻射的EUV源的光功率高于期望的光功率以確保足夠的生產量,并且滿足分辨率需求所需要的平面鏡的數量高于所期望的數量。因此,盡管現存的EUV光刻系統通常能夠滿足預期目的,但是它們還不能在所有方面完全符合要求。
發明內容
為解決上述問題,提供了一種超紫外線(EUV)光刻系統包括:投影光學系統,包括配置和設計為將掩模的圖案成像到晶圓上的少于六個的平面鏡,并且投影光學系統還配置和設計為實現:數值孔徑小于約0.50;成像到晶圓上的輻射的圖像域尺寸大于或等于約20mm;以及光瞳平面包括中心遮攔。
其中,數值孔徑大于或等于0.35。
其中,投影光學系統包括至少兩個平面鏡。
其中,至少兩個平面鏡包括中心遮攔。
中心遮攔的半徑小于或等于光瞳平面的半徑的50%。
中心遮攔的面積小于或等于光瞳平面的面積的25%。
其中,投影光學系統包括施瓦茲希爾德光學組件。
其中,成像到晶圓上的輻射的波長為約1nm到約100nm。
其中,成像到晶圓上的輻射的波長為約13.5nm。
其中,掩模是反射掩模。
此外,還提供了一種超紫外線(EUV)光刻系統包括:輻射源模塊;照射模塊;掩模模塊,包括掩模;投影光學模塊;晶圓模塊,包括晶圓;其中,輻射源模塊發出照射模塊收集并導向到掩模上的EUV輻射,掩模將EUV輻射的一部分反射到投影光學模塊,并且投影光學模塊收集EUV輻射中的反射部分并將其導向到晶圓上;以及進一步地,投影光學模塊包括兩個到五個平面鏡,兩個到五個平面鏡設計并配置為具有小于約0.50的數值孔徑,成像到晶圓上的EUV輻射中的反射部分的圖像域尺寸大于或等于約20mm,并且具有包括中心遮攔的光瞳平面。
其中,中心遮攔的半徑小于或等于光瞳平面的半徑的50%。
其中,中心遮攔的面積小于或等于光瞳平面的面積的25%。
其中,數值孔徑大于或等于約0.35。
其中,投影光學模塊包括施瓦茲希爾德光學組件。
其中,EUV輻射的波長為約13.5nm。
此外,還提供了一種超紫外線(EUV)光刻方法,包括:提供具有兩個到五個平面鏡的投影光學系統,其中,兩個到五個平面鏡設計并配置為具有小于約0.50的數值孔徑,成像到晶圓上的EUV輻射的圖像域尺寸大于或等于約20mm,并且具有包括中心遮攔的光瞳平面;使用EUV輻射照射掩模;以及通過投影光學系統收集從掩模所反射的EUV輻射,其中,收集的EUV輻射在通過投影光學系統成像到晶圓上之前,從兩個到五個平面鏡進行反射。
其中,EUV輻射的波長在約1nm到約100nm之間。
其中,收集的EUV輻射在成像到晶圓上之前,穿過至少兩個平面鏡的中心遮攔。
其中,數值孔徑大于或等于約0.35。
附圖說明
當結合附圖進行閱讀時,通過以下詳細描述可以最好地理解本發明。應該強調的是,根據工業中的標準實踐,各個部件未按比例繪出且僅用于示出的目的。事實上,為了清楚的討論,各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。
圖1是根據本發明的各方面的將掩模的圖案成像到晶圓上的超紫外線(EUV)光刻系統的示意圖。
圖2是根據本發明的各方面可以包括在圖1的EUV光刻系統中的投影光學模塊的示意圖。
具體實施方式
以下公開內容提供了許多用于實施本發明的不同特征的不同實施例或實例。以下描述組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然,這僅僅是實例,并不是用于限制本發明。例如,在以下描述中,第一部件形成在第二部件上方或者上可以包括以直接接觸的方式形成第一部件和第二部件的實施例,還可以包括在第一部件和第二部件之間形成有額外的部件,從而使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。此外,本公開內容可在各個 實例中重復參考標號和/或字母。該重復是為了簡明和清楚,而且其本身沒有規定所述各種實施例和/或結構之間的關系。
圖1是根據本發明的各方面將掩模的圖案成像到晶圓上的超紫外線(EUV)光刻系統100的示意圖。在所描述的實施例中,EUV光刻系統100包括輻射源模塊110、照射模塊120、包括掩模的掩模模塊130、投影光學模塊140以及包括晶圓的晶圓模塊150。EUV光刻系統100設計為以步進掃描模式進行操作。為了清楚的目的,簡化圖1以更好地理解本發明的發明構思。對于EUV光刻系統100的額外的實施例,EUV光刻系統100中可以增加額外的部件,并且可以替換或去除一些下文所描述的部件。
輻射源模塊100包括產生并發出輻射(光)A的輻射源。在所描述的實施例中,輻射源發出波長在EUV范圍內的電磁輻射,例如,從約1nm到約100nm。在實例中,輻射源發出波長為約13.5nm的EUV輻射。在實例中,輻射源是產生紫外線(UV)輻射、深UV(DUV)輻射、EUV輻射、x射線輻射、真空紫外線(VUV)或它們的組合的光源。可選地,輻射源是設計為產生并發出波長小于約100nm的輻射的另一光源。
照射模塊120收集、引導并且導向(direct)光A,使得將光A投影到掩模模塊130的掩模上。照射模塊120包括用于收集光A、將光A導向并成形到掩模上的各種光學部件。這種光學部件包括折射部件、反射部件、磁性部件、電磁部件、靜電部件、用于收集、導向和成形光A的其他類型部件或它們的組合。例如,照射模塊120可以包括各種聚光器、透鏡、平面鏡、波帶片、光圈、遮擋掩模和/或設計為將來自輻射源模塊110的光A收集、引導并導向到掩模上的其他光學部件。
掩模模塊130包括用于支撐掩模并且調整掩模的位置的掩模臺。該掩模包括與集成電路器件的圖案一致的掩模圖案。在本實例中,掩模是諸如相移掩模的反射掩模。該相移掩模可以是衰減相移掩模(AttPSM)或交替式相移掩模(AltPSM)。在掩模是相移掩模的實例中,掩模包括吸收入射到其上的光的吸收區和反射入射到其上的光的反射區。吸收區可以配置為反射入射到其上的光,這些光具有不同于由反射區所反射的光的相位,使得轉移到晶圓的圖案的分辨率和圖像質量提高。圖案化掩模的反射區和吸 收區,使得從反射區(并且,在一些情況下,吸收區)反射的光將掩模圖案的掩模圖案圖像投影到投影光學模塊140上(并且最終到達晶圓模塊150的晶圓)。例如,在光刻圖案化工藝期間,通過照射模塊120將光A投影到掩模模塊130的掩模上,并且將光A的部分從掩模反射到投影光學模塊140。
投影光學模塊140將從掩模模塊130的掩模所反射的光A收集、引導并且導向到晶圓模塊150的晶圓上。投影光學模塊140聚焦反射光A以形成晶圓上的掩模圖案的圖像。在本實例中,投影光學模塊140具有小于1的放大率,因此減小了從掩模模塊130收集的反射光A的掩模圖案的圖像尺寸。投影光學模塊140包括用于將反射光A收集、導向并成形到晶圓上的各種光學部件。這些光學部件包括折射部件、反射部件、磁性部件、電磁部件、靜電部件、用于收集、導向并成形光A的其他類型部件、或它們的組合。在實例中,投影光學模塊使用施瓦茲希爾德光學部件(Schwarzchild optics)。
圖2是根據本發明的各個方面的投影光學模塊140的原理圖。投影光學模塊140包括少于六個的平面鏡(在圖2中由“M”指定的)(例如,五個、四個、三個或兩個平面鏡),該平面鏡配置為將從掩模模塊130的掩模所反射的光A收集、引導、并且導向到晶圓模塊150的晶圓上。設計和配置該五個、四個、三個或兩個平面鏡,使得投影光學模塊140具有的數值孔徑小于約0.50。在實例中,投影光學模塊140的數值孔徑大于或等于0.35并且小于約0.5。進一步設計和配置該五個、四個、三個或兩個平面鏡,使得由投影光學模塊140成像到晶圓上的光A的圖像域尺寸大于或等于約20mm。在描述的實施例中,最后兩個平面鏡(M)包括中心遮攔,使得投影光學模塊140的光瞳平面具有中心遮攔。在實例中,光瞳平面的形狀是盤狀的。在實例中,中心遮攔的半徑小于或等于光瞳平面的半徑的50%。在實例中,中心遮攔的面積小于或等于光瞳平面的面積的25%。應該注意,在圖2中,投影光學模塊140的平面鏡的配置僅僅是示例性的,并且本發明預期達到所描述的數值孔徑、圖像域尺寸、和中心遮攔特性的投影光學模塊140的平面鏡的任何配置。還應該注意的是,為了清楚的目 的,簡化了圖2以更好的理解本發明的發明構思。例如,投影光學模塊140可以包括沒有示出的折射部件、反射部件、磁性部件、電磁部件、靜電部件、用于收集、導向和成形光A的其他類型部件或它們的組合。
晶圓模塊150包括用于支撐晶圓和調整晶圓的位置的晶圓臺。晶圓包括設置在襯底上方的光刻膠層。光刻膠層對EUV輻射敏感。盡管本發明預期其他圖案化方案,但是可以以重復的方式,將掩模的掩模圖案成像到晶圓上。
本發明提供了許多不同的實施例。示例性EUV光刻系統具有投影光學系統,投影光學系統包括配置和設計為將掩模的圖案成像到晶圓上的少于六個的平面鏡。投影光學系統還配置和設計為使數值孔徑小于約0.50,成像到晶圓上的輻射的圖像域尺寸大于或等于約20mm,并且光瞳平面包括中心遮攔。在實例中,中心遮攔具有的半徑小于或等于光瞳平面的半徑的50%。在實例中,中心遮攔具有的面積小于或等于光瞳平面的面積的25%。這種投影光學系統便于減少輻射源的能量。在實例中,數值孔徑大于或等于0.35。在實例中,投影光學系統包括至少兩個平面鏡,其中至少兩個平面鏡包括中心遮攔。投影光學系統可以使用施瓦茲希爾德光學組件實現這種數值孔徑、圖像域尺寸和中心遮攔。
在另一實例中,EUV光刻系統包括輻射源模塊;照射模塊;包括掩模的掩模模塊;投影光學模塊;和包括晶圓的晶圓模塊。輻射源模塊發出照射模塊收集并導向到掩模上的EUV輻射,掩模將EUV輻射中的部分反射到投影光學模塊,并且投影光學模塊收集EUV輻射中的反射部分且將其導向到晶圓上。投影光學模塊包括兩個到五個平面鏡,其中,該兩個到五個平面鏡設計和配置為具有小于約0.50的數值孔徑,成像到晶圓上的EUV輻射中的反射部分的圖像域尺寸大于或等于約20mm,并且光瞳平面包括中心遮攔。在實例中,中心遮攔具有的半徑小于或等于光瞳平面的半徑的50%。在實例中,中心遮攔具有的面積小于或等于光瞳平面的面積的25%。在實例中,數值孔徑大于或等于0.35。光學投影模塊可以包括施瓦茲希爾德光學組件。
在又一實例中,EUV光刻方法提供具有兩個到五個平面鏡的投影光學 系統,其中,兩個到五個平面鏡設計和配置為具有小于約0.50的數值孔徑,成像到晶圓上的EUV輻射的圖像域尺寸大于或等于約20mm,并且光瞳平面包括中心遮攔;使用EUV輻射照射掩模;并且通過投影光學系統收集從掩模所反射的EUV輻射,其中,所收集的輻射在由投影光學系統成像到晶圓上之前,從兩個到五個平面鏡進行反射。EUV輻射的波長在約1nm到約100nm的范圍內。在實例中,收集的EUV輻射在成像到晶圓上之前,穿過至少兩個平面鏡的中心遮攔。在實例中,數值孔徑也大于或等于約0.35。
上面概述了一些實施例的特征,使得本領域普通技術人員可以更好地理解本發明的各個方面。本領域普通技術人員應該理解,可以很容易地使用本發明作為基礎來設計或修改其他用于執行與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優點的工藝和結構。本領域普通技術人員還應該意識到,這種等效構造并不背離本發明的精神和范圍,并且在不背離本發明的精神和范圍的情況下,可以進行多種變化、替換以及改變。

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紫外線 光刻 投影 光學系統 相關 方法
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