CN104914678B - 超紫外线光刻投影光学系统和相关方法 - Google Patents

超紫外线光刻投影光学系统和相关方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超紫外线光刻系统。该超紫外线光刻系统包括将掩模的图案成像到晶圆上的投影光学系统。该投影光学系统包括两个到五个平面镜。该两个到五个平面镜设计并配置为具有小于约0.50的数值孔径，晶圆上的图像域尺寸大于或等于约20mm，并且具有包括中心遮拦的光瞳平面。在实例中，中心遮拦具有的半径小于或等于光瞳平面的半径的50％。在实例中，中心遮拦具有的面积小于或等于光瞳平面的面积的25％。

Description

超紫外线光刻投影光学系统和相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年3月11日提交的序列号为61/776,356号的美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及超紫外线光刻投影光学系统和相关方法。
背景技术
半导体集成电路(IC)工业经历了快速发展。IC材料和设计中的技术进步产生出了一代又一代IC，每代IC都比前一代IC具有更小和更复杂的电路。在IC的发展期间，随着几何尺寸(即，利用制造工艺可以形成的最小元件(或线))的减小，功能密度(即，单位芯片面积的互连器件的数量)通常会增大。该按比例缩小工艺通过增加生产效率和降低相关成本提供益处。该按比例缩小工艺还增加了处理和制造IC的复杂程度，对于这些即将实现的改进，需要在IC处理和制造中进行类似的改进。例如，采用超紫外线(EUV)光刻系统执行较高分辨率的光刻工艺。EUV光刻系统(扫描仪)采用产生EUV区的光的辐射源。除了EUV扫描仪使用反射光组件而不是折射光组件(例如，平面镜取代透镜)之外，与一些可选的扫描仪类似，一些EUV扫描仪可以提供4X缩小的投影印刷。EUV光刻系统的投影光学系统通常将从掩模反射的EUV辐射成像到晶圆上。因为在投影光学系统中平面镜的反射率受到限制，所以产生EUV辐射的EUV源的光功率高于期望的光功率以确保足够的生产量，并且满足分辨率需求所需要的平面镜的数量高于所期望的数量。因此，尽管现存的EUV光刻系统通常能够满足预期目的，但是它们还不能在所有方面完全符合要求。
发明内容
为解决上述问题，提供了一种超紫外线(EUV)光刻系统包括：投影光学系统，包括配置和设计为将掩模的图案成像到晶圆上的少于六个的平面镜，并且投影光学系统还配置和设计为实现：数值孔径小于约0.50；成像到晶圆上的辐射的图像域尺寸大于或等于约20mm；以及光瞳平面包括中心遮拦。
其中，数值孔径大于或等于0.35。
其中，投影光学系统包括至少两个平面镜。
其中，至少两个平面镜包括中心遮拦。
中心遮拦的半径小于或等于光瞳平面的半径的50％。
中心遮拦的面积小于或等于光瞳平面的面积的25％。
其中，投影光学系统包括施瓦兹希尔德光学组件。
其中，成像到晶圆上的辐射的波长为约1nm到约100nm。
其中，成像到晶圆上的辐射的波长为约13.5nm。
其中，掩模是反射掩模。
此外，还提供了一种超紫外线(EUV)光刻系统包括：辐射源模块；照射模块；掩模模块，包括掩模；投影光学模块；晶圆模块，包括晶圆；其中，辐射源模块发出照射模块收集并导向到掩模上的EUV辐射，掩模将EUV辐射的一部分反射到投影光学模块，并且投影光学模块收集EUV辐射中的反射部分并将其导向到晶圆上；以及进一步地，投影光学模块包括两个到五个平面镜，两个到五个平面镜设计并配置为具有小于约0.50的数值孔径，成像到晶圆上的EUV辐射中的反射部分的图像域尺寸大于或等于约20mm，并且具有包括中心遮拦的光瞳平面。
其中，中心遮拦的半径小于或等于光瞳平面的半径的50％。
其中，中心遮拦的面积小于或等于光瞳平面的面积的25％。
其中，数值孔径大于或等于约0.35。
其中，投影光学模块包括施瓦兹希尔德光学组件。
其中，EUV辐射的波长为约13.5nm。
此外，还提供了一种超紫外线(EUV)光刻方法，包括：提供具有两个到五个平面镜的投影光学系统，其中，两个到五个平面镜设计并配置为具有小于约0.50的数值孔径，成像到晶圆上的EUV辐射的图像域尺寸大于或等于约20mm，并且具有包括中心遮拦的光瞳平面；使用EUV辐射照射掩模；以及通过投影光学系统收集从掩模所反射的EUV辐射，其中，收集的EUV辐射在通过投影光学系统成像到晶圆上之前，从两个到五个平面镜进行反射。
其中，EUV辐射的波长在约1nm到约100nm之间。
其中，收集的EUV辐射在成像到晶圆上之前，穿过至少两个平面镜的中心遮拦。
其中，数值孔径大于或等于约0.35。
附图说明
当结合附图进行阅读时，通过以下详细描述可以最好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘出且仅用于示出的目的。事实上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1是根据本发明的各方面的将掩模的图案成像到晶圆上的超紫外线(EUV)光刻系统的示意图。
图2是根据本发明的各方面可以包括在图1的EUV光刻系统中的投影光学模块的示意图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实施本发明的不同特征的不同实施例或实例。以下描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这仅仅是实例，并不是用于限制本发明。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触的方式形成第一部件和第二部件的实施例，还可以包括在第一部件和第二部件之间形成有额外的部件，从而使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，本公开内容可在各个实例中重复参考标号和/或字母。该重复是为了简明和清楚，而且其本身没有规定所述各种实施例和/或结构之间的关系。
图1是根据本发明的各方面将掩模的图案成像到晶圆上的超紫外线(EUV)光刻系统100的示意图。在所描述的实施例中，EUV光刻系统100包括辐射源模块110、照射模块120、包括掩模的掩模模块130、投影光学模块140以及包括晶圆的晶圆模块150。EUV光刻系统100设计为以步进扫描模式进行操作。为了清楚的目的，简化图1以更好地理解本发明的发明构思。对于EUV光刻系统100的额外的实施例，EUV光刻系统100中可以增加额外的部件，并且可以替换或去除一些下文所描述的部件。
辐射源模块100包括产生并发出辐射(光)A的辐射源。在所描述的实施例中，辐射源发出波长在EUV范围内的电磁辐射，例如，从约1nm到约100nm。在实例中，辐射源发出波长为约13.5nm的EUV辐射。在实例中，辐射源是产生紫外线(UV)辐射、深UV(DUV)辐射、EUV辐射、x射线辐射、真空紫外线(VUV)或它们的组合的光源。可选地，辐射源是设计为产生并发出波长小于约100nm的辐射的另一光源。
照射模块120收集、引导并且导向(direct)光A，使得将光A投影到掩模模块130的掩模上。照射模块120包括用于收集光A、将光A导向并成形到掩模上的各种光学部件。这种光学部件包括折射部件、反射部件、磁性部件、电磁部件、静电部件、用于收集、导向和成形光A的其他类型部件或它们的组合。例如，照射模块120可以包括各种聚光器、透镜、平面镜、波带片、光圈、遮挡掩模和/或设计为将来自辐射源模块110的光A收集、引导并导向到掩模上的其他光学部件。
掩模模块130包括用于支撑掩模并且调整掩模的位置的掩模台。该掩模包括与集成电路器件的图案一致的掩模图案。在本实例中，掩模是诸如相移掩模的反射掩模。该相移掩模可以是衰减相移掩模(AttPSM)或交替式相移掩模(AltPSM)。在掩模是相移掩模的实例中，掩模包括吸收入射到其上的光的吸收区和反射入射到其上的光的反射区。吸收区可以配置为反射入射到其上的光，这些光具有不同于由反射区所反射的光的相位，使得转移到晶圆的图案的分辨率和图像质量提高。图案化掩模的反射区和吸收区，使得从反射区(并且，在一些情况下，吸收区)反射的光将掩模图案的掩模图案图像投影到投影光学模块140上(并且最终到达晶圆模块150的晶圆)。例如，在光刻图案化工艺期间，通过照射模块120将光A投影到掩模模块130的掩模上，并且将光A的部分从掩模反射到投影光学模块140。
投影光学模块140将从掩模模块130的掩模所反射的光A收集、引导并且导向到晶圆模块150的晶圆上。投影光学模块140聚焦反射光A以形成晶圆上的掩模图案的图像。在本实例中，投影光学模块140具有小于1的放大率，因此减小了从掩模模块130收集的反射光A的掩模图案的图像尺寸。投影光学模块140包括用于将反射光A收集、导向并成形到晶圆上的各种光学部件。这些光学部件包括折射部件、反射部件、磁性部件、电磁部件、静电部件、用于收集、导向并成形光A的其他类型部件、或它们的组合。在实例中，投影光学模块使用施瓦兹希尔德光学部件(Schwarzchild optics)。
图2是根据本发明的各个方面的投影光学模块140的原理图。投影光学模块140包括少于六个的平面镜(在图2中由“M”指定的)(例如，五个、四个、三个或两个平面镜)，该平面镜配置为将从掩模模块130的掩模所反射的光A收集、引导、并且导向到晶圆模块150的晶圆上。设计和配置该五个、四个、三个或两个平面镜，使得投影光学模块140具有的数值孔径小于约0.50。在实例中，投影光学模块140的数值孔径大于或等于0.35并且小于约0.5。进一步设计和配置该五个、四个、三个或两个平面镜，使得由投影光学模块140成像到晶圆上的光A的图像域尺寸大于或等于约20mm。在描述的实施例中，最后两个平面镜(M)包括中心遮拦，使得投影光学模块140的光瞳平面具有中心遮拦。在实例中，光瞳平面的形状是盘状的。在实例中，中心遮拦的半径小于或等于光瞳平面的半径的50％。在实例中，中心遮拦的面积小于或等于光瞳平面的面积的25％。应该注意，在图2中，投影光学模块140的平面镜的配置仅仅是示例性的，并且本发明预期达到所描述的数值孔径、图像域尺寸、和中心遮拦特性的投影光学模块140的平面镜的任何配置。还应该注意的是，为了清楚的目的，简化了图2以更好的理解本发明的发明构思。例如，投影光学模块140可以包括没有示出的折射部件、反射部件、磁性部件、电磁部件、静电部件、用于收集、导向和成形光A的其他类型部件或它们的组合。
晶圆模块150包括用于支撑晶圆和调整晶圆的位置的晶圆台。晶圆包括设置在衬底上方的光刻胶层。光刻胶层对EUV辐射敏感。尽管本发明预期其他图案化方案，但是可以以重复的方式，将掩模的掩模图案成像到晶圆上。
本发明提供了许多不同的实施例。示例性EUV光刻系统具有投影光学系统，投影光学系统包括配置和设计为将掩模的图案成像到晶圆上的少于六个的平面镜。投影光学系统还配置和设计为使数值孔径小于约0.50，成像到晶圆上的辐射的图像域尺寸大于或等于约20mm，并且光瞳平面包括中心遮拦。在实例中，中心遮拦具有的半径小于或等于光瞳平面的半径的50％。在实例中，中心遮拦具有的面积小于或等于光瞳平面的面积的25％。这种投影光学系统便于减少辐射源的能量。在实例中，数值孔径大于或等于0.35。在实例中，投影光学系统包括至少两个平面镜，其中至少两个平面镜包括中心遮拦。投影光学系统可以使用施瓦兹希尔德光学组件实现这种数值孔径、图像域尺寸和中心遮拦。
在另一实例中，EUV光刻系统包括辐射源模块；照射模块；包括掩模的掩模模块；投影光学模块；和包括晶圆的晶圆模块。辐射源模块发出照射模块收集并导向到掩模上的EUV辐射，掩模将EUV辐射中的部分反射到投影光学模块，并且投影光学模块收集EUV辐射中的反射部分且将其导向到晶圆上。投影光学模块包括两个到五个平面镜，其中，该两个到五个平面镜设计和配置为具有小于约0.50的数值孔径，成像到晶圆上的EUV辐射中的反射部分的图像域尺寸大于或等于约20mm，并且光瞳平面包括中心遮拦。在实例中，中心遮拦具有的半径小于或等于光瞳平面的半径的50％。在实例中，中心遮拦具有的面积小于或等于光瞳平面的面积的25％。在实例中，数值孔径大于或等于0.35。光学投影模块可以包括施瓦兹希尔德光学组件。
在又一实例中，EUV光刻方法提供具有两个到五个平面镜的投影光学系统，其中，两个到五个平面镜设计和配置为具有小于约0.50的数值孔径，成像到晶圆上的EUV辐射的图像域尺寸大于或等于约20mm，并且光瞳平面包括中心遮拦；使用EUV辐射照射掩模；并且通过投影光学系统收集从掩模所反射的EUV辐射，其中，所收集的辐射在由投影光学系统成像到晶圆上之前，从两个到五个平面镜进行反射。EUV辐射的波长在约1nm到约100nm的范围内。在实例中，收集的EUV辐射在成像到晶圆上之前，穿过至少两个平面镜的中心遮拦。在实例中，数值孔径也大于或等于约0.35。
上面概述了一些实施例的特征，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或修改其他用于执行与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的工艺和结构。本领域普通技术人员还应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (20)

1.一种超紫外线(EUV)光刻系统包括：
具有掩模的掩模模块；
投影光学系统，包括配置和设计为将掩模的图案成像到晶圆上的少于六个的平面镜，所述掩模将光的部分从所述掩模反射到所述投影光学系统，并且所述投影光学系统还配置和设计为实现：
数值孔径小于约0.50；
成像到所述晶圆上的辐射的图像域尺寸大于或等于约20mm；以及
光瞳平面包括中心遮拦；
所述掩模包括吸收入射到其上的光的吸收区和反射入射到其上的光的反射区，吸收区配置为反射入射到其上的光，这些光具有不同于由所述反射区所反射的光的相位。
2.根据权利要求1所述的EUV光刻系统，其中，所述数值孔径大于或等于0.35。
3.根据权利要求1所述的EUV光刻系统，其中，所述投影光学系统包括至少两个平面镜。
4.根据权利要求3所述的EUV光刻系统，其中，所述至少两个平面镜包括中心遮拦。
5.根据权利要求1所述的EUV光刻系统，所述中心遮拦的半径小于或等于所述光瞳平面的半径的50％。
6.根据权利要求1所述的EUV光刻系统，所述中心遮拦的面积小于或等于所述光瞳平面的面积的25％。
7.根据权利要求1所述的EUV光刻系统，其中，所述投影光学系统包括施瓦兹希尔德光学组件。
8.根据权利要求1所述的EUV光刻系统，其中，成像到所述晶圆上的所述辐射的波长为约1nm到约100nm。
9.根据权利要求1所述的EUV光刻系统，其中，成像到所述晶圆上的所述辐射的波长为约13.5nm。
10.根据权利要求1所述的EUV光刻系统，其中，所述掩模是反射掩模。
11.一种超紫外线(EUV)光刻系统包括：
辐射源模块；
照射模块；
掩模模块，包括掩模，所述掩模包括吸收入射到其上的光的吸收区和反射入射到其上的光的反射区，吸收区配置为反射入射到其上的光，这些光具有不同于由所述反射区所反射的光的相位；
投影光学模块；
晶圆模块，包括晶圆；
其中，所述辐射源模块发出所述照射模块收集并导向到所述掩模上的EUV辐射，所述掩模将所述EUV辐射的一部分反射到所述投影光学模块，并且所述投影光学模块收集所述EUV辐射中的反射部分并将其导向到所述晶圆上；以及
进一步地，所述投影光学模块包括两个到五个平面镜，所述两个到五个平面镜设计并配置为具有小于约0.50的数值孔径，成像到所述晶圆上的所述EUV辐射中的反射部分的图像域尺寸大于或等于约20mm，并且具有包括中心遮拦的光瞳平面。
12.根据权利要求11所述的EUV光刻系统，其中，所述中心遮拦的半径小于或等于所述光瞳平面的半径的50％。
13.根据权利要求11所述的EUV光刻系统，其中，所述中心遮拦的面积小于或等于所述光瞳平面的面积的25％。
14.根据权利要求11所述的EUV光刻系统，其中，所述数值孔径大于或等于约0.35。
15.根据权利要求11所述的EUV光刻系统，其中，所述投影光学模块包括施瓦兹希尔德光学组件。
16.根据权利要求11所述的EUV光刻系统，其中，所述EUV辐射的波长为约13.5nm。
17.一种超紫外线(EUV)光刻方法，包括：
提供具有两个到五个平面镜的投影光学系统，其中，所述两个到五个平面镜设计并配置为具有小于约0.50的数值孔径，成像到晶圆上的EUV辐射的图像域尺寸大于或等于约20mm，并且具有包括中心遮拦的光瞳平面；
使用所述EUV辐射照射掩模，所述掩模包括吸收入射到其上的光的吸收区和反射入射到其上的光的反射区，吸收区配置为反射入射到其上的光，这些光具有不同于由所述反射区所反射的光的相位；以及
通过所述投影光学系统收集从所述掩模所反射的所述EUV辐射，其中，收集的EUV辐射在通过所述投影光学系统成像到所述晶圆上之前，从所述两个到五个平面镜进行反射。
18.根据权利要求17所述的EUV光刻方法，其中，所述EUV辐射的波长在约1nm到约100nm之间。
19.根据权利要求17所述的EUV光刻方法，其中，所述收集的EUV辐射在成像到所述晶圆上之前，穿过至少两个平面镜的中心遮拦。
20.根据权利要求17所述的EUV光刻方法，其中，所述数值孔径大于或等于约0.35。
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