CN112748643A - 极紫外线微影装置及其使用方法 - Google Patents

极紫外线微影装置及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112748643A
CN112748643A CN202011081893.9A CN202011081893A CN112748643A CN 112748643 A CN112748643 A CN 112748643A CN 202011081893 A CN202011081893 A CN 202011081893A CN 112748643 A CN112748643 A CN 112748643A
Authority
CN
China
Prior art keywords
facets
extreme ultraviolet
mask
light
facet mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011081893.9A
Other languages
English (en)
Inventor
谢艮轩
张世明
骆文
苏伟硕
林华泰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US16/886,509 external-priority patent/US11543753B2/en
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of CN112748643A publication Critical patent/CN112748643A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70075—Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70033—Production of exposure light, i.e. light sources by plasma extreme ultraviolet [EUV] sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/09—Multifaceted or polygonal mirrors, e.g. polygonal scanning mirrors; Fresnel mirrors
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/22—Masks or mask blanks for imaging by radiation of 100nm or shorter wavelength, e.g. X-ray masks, extreme ultraviolet [EUV] masks; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
    • G03F7/70116—Off-axis setting using a programmable means, e.g. liquid crystal display [LCD], digital micromirror device [DMD] or pupil facets
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/7015—Details of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70191—Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/702—Reflective illumination, i.e. reflective optical elements other than folding mirrors, e.g. extreme ultraviolet [EUV] illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/0891—Ultraviolet [UV] mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

本揭露提供一种极紫外线微影装置及其使用方法。在范例中，一种极紫外线微影装置包含极紫外线光源和照明器。配置的极紫外线光源产生极紫外线光束以图案化基材上的光阻层。配置的照明器引导极紫外线光束至光罩表面上。在范例中，照明器包含场分面镜和光瞳分面镜。场分面镜包含第一组刻面的配置以分裂极紫外线光束成数个光通道。光瞳分面镜包含第二组刻面的配置以引导数个光通道至光罩表面上。第二组刻面在光瞳分面镜边缘处的分布密度高于在光瞳分面镜中心处。

Description

极紫外线微影装置及其使用方法
技术领域
本揭示案是关于在半导体晶圆制造过程中，使用一种极紫外线微影装置与相关操作方法。
背景技术
极紫外线(extreme ultraviolet,EUV)微影是一种光学微影技术中扫描曝光机(scanner)使用了极紫外线范围内的光(例如，约1到100纳米的波长)。首先，配置光源发射出极紫外线辐射。举例来说，光源可能使熔融态金属，例如锡，汽化至高度离子化的电浆后，电浆会发出极紫外线辐射。随后，通过一系列光学元件(例如，多层反射镜)引导极紫外线辐射至扫描曝光器中。在扫描曝光器中，极紫外线将蚀刻于光罩上的图案投影在半导体晶圆上。极紫外线制程可在半导体晶圆(wafer)上制作出高解析度的特征图案，尺度可能为7纳米或甚至更小。
发明内容
本揭示案提供一种极紫外线微影装置，此装置包含极紫外线光源和照明器。配置的极紫外线光源产生极紫外线光束以图案化基材上的光阻层。配置的照明器引导极紫外线光束至光罩表面上。在一范例中，照明器包含场分面镜与光瞳分面镜。场分面镜配置第一组刻面以分裂极紫外线光成数个光通道。光瞳分面镜配置第二组刻面以引导光通道至光罩表面上。第二组刻面在光瞳分面镜边缘处的分布密度高于在光瞳分面镜中心处。
根据另一范例，使用极紫外线微影的方法中激发极紫外线光源以图案化位于基材上的光阻层。通过照明器将极紫外线光源发出的光引导至光罩上，该照明器由配置在非均匀网格图案上的数个反射刻面组成。光经过光罩后产生光的数个绕射阶级，并于投影透镜的有效面积中收集这些绕射阶级。接着，引导这些绕射阶级的光至光阻层上。
根据另一范例，本揭示案提供一种微影装置，此装置包含高亮度光源、照明器、光罩、和投影透镜。配置高亮度光源以产生光，此光图案化基材上的光阻层。照明器通过配置在非均匀网格图案上的反射刻面以引导光朝向光罩表面上。光罩产生光的数个绕射阶级。投影透镜收集至少部分绕射阶级，并聚焦至少部分绕射阶级在光阻层上。
附图说明
阅读以下实施方法时搭配附图以清楚理解本揭示案的观点。应注意的是，根据业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制。事实上，为了能清楚地讨论，各种特征的尺寸可能任意地放大或缩小。
图1描绘本揭示案范例的离轴照明概念；
图2为根据本揭示案范例而绘示简化的微影系统的示意图；
图3为根据本揭示案范例而绘示图2中的光瞳分面镜的俯视图；
图4为根据本揭示案至少一个实施例而绘示一种制造半导体装置的方法的流程图。
【符号说明】
100:光束
102:照明器
104:光罩
106:投影透镜
108:半导体晶圆
200:微影系统
202:高亮度光源
204:照明器
206:光罩平台
208:光罩
210:投影光学模块
212:基材平台
214:保护膜
216:半导体晶圆
218:场分面镜
220:光瞳分面镜
300:刻面
3001、3002、3003、300m:刻面
302:箭头
400:方法
402、404、406、408、410、412:步骤
具体实施方式
以下的揭示内容提供许多不同的实施例或范例，以展示本揭示案的不同特征。以下将揭示本说明书各部件及其排列方式的特定范例，用以简化本揭示案叙述。当然，这些特定范例并非用于限定本揭示案。例如，若是本说明书以下的发明内容叙述了将形成第一结构于第二结构之上或上方，即表示其包括了所形成的第一及第二结构是直接接触的实施例，亦包括了尚可将附加的结构形成于上述第一及第二结构之间，则第一及第二结构为未直接接触的实施例。此外，本揭示案说明中的各式范例可能使用重复的参照符号及/或用字。这些重复符号或用字的目的在于简化与清晰，并非用以限定各式实施例及/或所述外观结构之间的关系。
再者，为了方便描述图示中一元件或特征部件与另一(些)元件或特征部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及诸如此类用语。除了图示所绘示的方位外，空间相关用语亦涵盖使用或操作中的装置的不同方位。当装置被转向不同方位时(例如，旋转90度或者其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词亦将依转向后的方位来解释。
在范例中，本揭示案将针对微影系统，包含极紫外线微影系统，提供了一种可调式照明器。如前所述，极紫外线微影系统使用极紫外线辐射将光罩上的图案投影至半导体晶圆上之后，再将图案蚀刻至半导体晶圆之中。极紫外线制程可在半导体晶圆上制作出高解析度的特征图案，特征图案的关键尺寸可能为7纳米或甚至更小。制程的临界尺寸可通过调控微影系统的曝光能量和景深(depth of focus,DOF)来进行控制。同时，微影系统的曝光能量和景深决定了制程窗口大小，而具有关键尺寸的特征图案要在此制程窗口范围内才可转印在半导体晶圆上。
自由型态源(freeform source)的优化是一种能有效提升微影系统制程窗口大小的技术。自由型态源的优化牵涉调控每一个光源单位的强度，因此可依照每一层待印制的半导体晶圆的条件决定自由型态源形状。然而，在极紫外线微影系统(此技术通常使用比非极紫外线微影系统复杂的照明系统)中，因受限于照明器的设计，使得调控每一个光源单位强度以有效达成自由型态源的优化更具挑战性。
本揭示案范例针对微影系统，含极紫外线微影系统，提供一种可调式照明器。在范例中，可调式照明器包括光瞳分面镜(pupil facet mirror)，该分面镜的刻面(facet)排列在一网格图案(grid pattern)上。每一网格单元(cell)(例如，刻面)具备不同的尺寸和形状，而且非均匀地分布在网格上。在特定范例中，网格单元在网格图案边缘处(例如，光瞳分面镜的边缘处)的分布密度高于网格单元在网格图案中心处(例如，光瞳分面镜的中心处)的分布密度。
在本揭示案内容中，“投影透镜(projection lens)的有效面积(effectivearea)”意指在此成像透镜的该区域内，目标特征间距(pitch)可清楚解析。换言之，为了能解析特征间距，来自照明器的光应倾斜入射至投影透镜的有效面积内。投影透镜的有效面积随目标特征间距而变。一般而言，当目标特征间距变小，有效面积也会变小(间距和有效面积不一定成线性关系)。
在范例中，本揭示案的照明器配置以将离轴照明(off-axis illumination,OAI)照向有效面积。在此例中，经由照明器引导至光罩的光以非垂直于光罩表面的角度入射光罩表面(即，光与光罩表面的夹角是倾斜的)。因此，光罩的绕射图案在投影透镜的物镜内产生偏移。当光罩格栅为周期性的或规律的形状时，光会分裂成数个绕射阶级(diffractionorder)(例如，数个光点)而形成光罩的绕射图案。格栅的间距越小，穿过投影透镜的绕射阶级越少。
以图1描绘本揭示案范例的离轴照明概念为例。如图所示，光束100从照明器102引导至光罩104的表面。光束100入射至光罩104的表面的倾斜角度为θ(即，光束100和垂直在光罩104表面的虚构线A-A’之间没有平行)。穿过光罩104的-1阶、0阶、和+1阶绕射阶级中，只有0阶和-1阶绕射阶级入射(并且收集)在投影透镜106上。随后，0阶和-1阶绕射阶级的光彼此干涉后在半导体晶圆108上产生一稳定图像。其他(更高)的绕射阶级可能存在(例如，+2、-2、+3、-3等)，但受限于光学系统的尺寸而损失。
相反地，如果光束100入射至光罩104的表面的倾斜角度为90度(即，光束100和线A-A’之间平行)，则产生与线A-A’之间平行的0阶绕射阶级。因此，投影透镜106可能无法收集到+1阶和-1阶绕射阶级(即，+1阶和-1阶绕射阶级两者皆落在投影透镜106范围之外，如绘示于图1中的虚线)。
当光束100以角度θ入射至光罩104时，相邻的绕射阶级之间(例如，-1阶和0阶绕射阶级之间、0阶和+1阶绕射阶级之间)的夹角亦等同θ。一般而言，角度θ越大，在投影透镜106边缘处形成的光点数量就越多，故投影透镜106的有效面积内的照明量提升，便可在半导体晶圆108上印出更小的特征间距。换言之，投影透镜106收集的相邻的绕射阶级的夹角越大，印在半导体晶圆108上特征图案则可以越小。此关系如下：
Figure BDA0002718967410000051
其中n为绕射阶级，λ为入射在光罩104的光波长。
本揭示案以离轴照明作为范例是为了在投影光学的特定数值孔径(numericalaperture,NA)下提升印在半导体晶圆108的图案解析度。数值孔径由投影透镜106与半导体晶圆108之间的会聚角(convergent angle)决定。举例来说，数值孔径可由下列公式定义：
NA＝r×sinθ (公式2)
其中r代表最后投影透镜106与半导体晶圆108之间的折射率(例如，空气中r＝1，水中r＝1.43等)。因此，数值孔径代表投影透镜106收集绕射光的能力。为了通过离轴照明达到极佳解析度(例如，最小的间距)，照明器102和光罩104之间的入射角的最大值将由数值孔径将决定。在微影系统中光罩图案将微缩4倍至半导体晶圆上，因此照明器的数值孔径大小为投影透镜的数值孔径的四分之一。通常而言，投影透镜106的数值孔径越大，投影透镜106也会越大，则可印制的特征图案解析度也会越好，并且也会降低投影光学元件的景深。
在此揭露的照明器可具有其他特征。以下所描述的特征将随不同范例而进行替换或是删去。虽然在部分范例中讨论到操作步骤的顺序，但是在没有偏离本揭示案的概念下，操作步骤可以为其他顺序。
并且，在此揭露的照明器和方法可适用在各种应用中，包括鳍式场效晶体管(fin-type field effect transistor,finFET)的制程。例如，本揭示案的范例适用于图案化鳍式场效晶体管中的鳍片，该特征鳍片的间隔非常窄。进一步举例说明，鳍式场效晶体管中形成鳍片的间隔物可根据本揭示案中的范例来进行制程。
图2为根据本揭示案范例而绘示的微影系统200的简化示意图。微影系统200亦可称为扫描曝光机，搭载各自的辐射源(radiation source)及曝光模式(exposure mode)以进行微影曝光制程。
一范例中，微影系统200通常包括高亮度光源202、照明器204、光罩平台(stage)206、光罩208、投影光学模块(module)210、和基材(substrate)平台212。在部分范例中，其他没绘示在图2的其他元件，例如气体供应模块、排气模块、及/或其他元件，可能涵盖在微影系统200中。进一步举例说明，一或多个高亮度光源202、照明器204、光罩平台206、光罩208、投影光学模块210、和基材平台212可能在微影系统200中省略或整合至附加元件中。
高亮度光源202可能配置以产生波长范围在约1纳米到250纳米之间的辐射。在特定范例中，高亮度光源202产生波长大约13.5纳米的极紫外线光；因此，在部分范例中，高亮度光源202也可能称作“极紫外线光源”。应理解的是，高亮度光源202不应局限于产生极紫外线光而已。例如，高亮度光源202可能通过激发目标材料而产生高强度光子。
在一范例中，关于本文中所使用的“大约”意指所述数值的+/-百分之二十，通常是所述数值的+/-百分之十，较通常是所述数值的+/-百分之五、+/-百分之三、+/-百分之一，甚至较通常则是所述数值的+/-百分之零点五。因此所述数值为一近似值。文中若无明确说明，任何所述数值在此皆近似于上述定义的范围。
在一些范例中(例如微影系统200为紫外线微影系统)，照明器204包括不同折射光学元件，例如单透镜或具有多透镜(波带片(zone plate))的透镜系统。在其他范例中(在此微影系统200为极紫外线微影系统)，照明器204包括不同反射光学元件，例如单反射镜或具有多反射镜的反射镜系统。照明器204将来自高亮度光源202的光引导至光罩平台206上。因此，来自高亮度光源202的光在行进途径上，经由照明器204聚焦并塑形后，在光罩208上产生合乎预期的照明图案。
在高亮度光源202产生极紫外线光的范例中，照明器204包括反射元件，例如场分面镜(field facet mirror)218、光瞳分面镜220、和不同的中继镜(relay mirror)(未绘出)。更多细节如下讨论，每一个场分面镜218和每一个光瞳分面镜220可能包括数个反射刻面(例如，场分面镜有第一组反射刻面，而光瞳分面镜有第二组反射刻面)。广泛来说，极紫外线辐射从高亮度光源202收集后以光束形式聚焦在场分面镜218上，接着此光束因场分面镜218的刻面而分裂成数个光通道。接着将这些光通道引导至光瞳分面镜220上的对应刻面上，并形成场分面镜218的刻面图案。随后，中继镜(例如圆锥(conic)中继镜)将场分面镜218的刻面图案引导至光罩208的平面上。
配置光罩平台206以固定光罩208。在一些范例中，光罩平台206可能包括静电夹盘(electrostatic chuck,e-chuck)以固定光罩208。这是因为气体分子吸收极紫外线光，且此用于极紫外线光微影图案的微影系统需维持在真空环境中以最小化极紫外线强度损失。本揭示案中，术语遮罩(mask)、光罩(photomask)及倍缩光罩(reticle)可互换使用以代指相同的项目。在一范例中，光罩是反射式遮罩。
在部分例子中，光罩208可能包括反射式遮罩。例如，光罩208的结构包括基材，该基材由适当的材料制成，例如低热膨胀材料(low thermal expansion material,LTEM)或石英(fused quartz)。在不同范例中，低热膨胀材料包括二氧化钛(TiO2)、掺杂的二氧化硅(SiO2)、或其他具有低热膨胀的合适材料。光罩208可能进一步包括沉积在基材上的反射多层膜(multiple layer)。
反射多层膜可能包括数个薄膜对(film pair)，例如钼-硅(molybdenum-silicon,Mo/Si)薄膜对(例如，在每一组薄膜对中，一钼层位于一硅层上方或下方)。或者，反射多层膜可能包括钼-铍(molybdenum-beryllium,Mo/Be)薄膜对，或其他高度反射极紫外线光的合适材料。光罩208可能进一步包括沉积在反射多层膜上，作为保护用的覆盖(capping)层，例如钌(ruthenium,Ru)形成的覆盖层。光罩208可能进一步包括沉积在反射多层膜上的吸收(absorption)层，例如氮化钽硼(tantalum boron nitride(TaBN))层。图案化此吸收层以定义集成电路(integrated circuit,IC)层。或者，可沉积另外的反射层于此多层膜之上，且图案化此另外的反射层以定义集成电路层，由此形成极紫外线相位偏移光罩(phaseshift mask)。
在一些范例中，保护膜214可能位在光罩208上方，例如介于光罩208与基材平台212之间。保护膜214可保护光罩208免于粒子的污染，也可维持粒子在焦距之外，便不会产生粒子的图像(在微影过程中，粒子的图像可能会造成晶圆上的缺陷)。
装置投影光学模块210以将光罩208的图案成像在半导体晶圆216上，且半导体晶圆216固定于基材平台212之上，例如，将具有图案的辐射光束投影至半导体晶圆216。在一范例中，投影光学模块210包括折射光学(例如用于紫外线微影系统)。在另一范例中，投影光学模块210包括反射光学(例如用于极紫外线微影系统)。光经过光罩208、带着在光罩208上的图案影像后、集中于投影光学模块210。在微影系统200中，照明器204和投影光学模块210合称“光学模块”。
在部分范例中，半导体晶圆216可能为块材半导体晶圆。例如，半导体晶圆216可能包括硅晶圆。半导体晶圆可能包含硅或另一种元素半导体材料，如锗。在部分范例中，半导体晶圆216可能包括化合物半导体。化合物半导体可能包括砷化镓(gallium arsenide)、碳化硅(silicon carbide)、砷化铟(indium arsenide)、磷化铟(indium phosphide)、其他合适的材料、或上述的组合。但在另一范例中，半导体晶圆216可能包括合金半导体，如锗化硅(silicon germanium)、碳化硅锗(silicon germanium carbide)、磷砷化镓(galliumarsenic phosphide)、或磷铟化镓(gallium indium phosphide)。在其他范例中，半导体晶圆216可能包括绝缘层上硅(silicon-on-insulator,SOI)或绝缘层上锗(germanium-on-insulator,GOI)的基材。SOI基材可由氧布植分离(separation by implantation ofoxygen)技术、晶圆键合(wafer bonding)技术、其他合适的技术，或上述的组合制成。
部分范例中，半导体晶圆216包括未经掺杂的基材。但是在其他范例中，半导体晶圆216包含掺杂的基材，如p型基材或n型基材。
在部分范例中，依照半导体装置结构的设计要求，半导体晶圆216包含不同的掺杂区域(在此无标示)。掺杂区域可能包括，如，p型井及/或n型井。在部分范例中，掺杂区域是指掺杂p型掺杂物。例如，掺杂区域可能掺杂了硼(boron)或二氟化硼(boron fluoride)。n型掺杂物，例如磷或砷。部分范例中，部分掺杂区域为p型掺杂而另一部分为n型掺杂。
部分范例中，相互连接的结构可能形成在半导体晶圆216上。相互连接的结构可能包括多层的层间介电层及介电层。相互连接的结构亦可能包括形成于层间介电层之间的多层导电特征结构，例如导电线(line)、导电通孔(via)、及/或各种导电接点(contact)。
部分范例中，半导体晶圆216具有不同装置元件(device element)。举例来说，装置元件可能包含晶体管(transistor)(例如金属氧化物半导体场校晶体管(metal oxidesemiconductor field effect transistor,MOSFET)、互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)晶体管、双极性接面型晶体管(bipolar junction transistor,BJT)、高压晶体管(high-voltage transistor)、高频率晶体管(high-frequency transistor)、p通道及/或n通道场效晶体管(PFET及/或NFET)、二极管、或其他合适的元件)。不同的装置元件可能采用不同制程方式，包括沉积、蚀刻、植布、微影、退火、及/或其他合适的制程方式。
半导体晶圆216中，装置元件可能经由相互连接的结构以连结彼此并形成集成电路装置。集成电路装置可能包括逻辑(logic)装置、记忆体(memory)装置(例如静态随机存取记忆体(static random access memory,SRAM))、射频(radio frequency,RF)装置、输入/输出(input/output(I/O))装置、单晶片系统(system-on-chip,SOC)装置、影像感测器(image sensor)装置、其他合适的装置、或上述装置的组合。
部分范例中，半导体晶圆216上涂布一层对极紫外线光敏感的光阻层。上述的各种元件可能整合在一起、或在微影曝光制程中采用。
图2应理解为微影系统200的简化图。在部分范例中，微影系统200可能包括在此没有绘出的额外元件，例如额外的光学系统、电浆源和其他元件。
图3为根据本揭示案范例而绘示图2中的光瞳分面镜220的俯视图。如图所示，光瞳分面镜220通常为圆形形状且可能包括数个刻面3001～300m(以下针对单一刻面或多个刻面，皆称为“刻面300”)以圆形方式排列在分面镜上。应注意的是，为了简化的目的，图3只有标示出少数个刻面300。
部分范例中，刻面300排列在一网格图案上。因此，刻面300亦意指网格图案中的网格单元。如图3所示，刻面300在光瞳分面镜220上的分布可能是不均匀的。更准确的说，若只与邻近位置相比，刻面300的分布是局部均匀的(例如，离中心点相同距离的刻面300，彼此之间的排列是一致的)，然而以整体角度来看，所有刻面300的排列方式是不一致的(例如，在光瞳分面镜220整个表面上的不均匀分布)。举例来说，从中心处往边缘处移动(如沿着箭头302方向)，网格图案的分布密集变高。因此，从中心处往边缘处移动，网格图案的尺寸变小。换言之，与光瞳分面镜220中心处的刻面300(例如刻面3001与周围数个刻面300)相比，光瞳分面镜220周围处的刻面300(例如刻面300m与周围数个刻面300)的尺寸较小且分布密度较高。
刻面300可能为各种形状。而且形状及/或尺寸随着在光瞳分面镜220上的位置而不同。意即，刻面300不一定都是相同形状及/或尺寸。例如，图3所示的范例中，靠近光瞳分面镜220中心处的刻面300(如刻面3001)的形状为楔形；而远离光瞳分面镜220中心处的刻面300(如刻面3002～300m)可能为曲面多边形(例如矩形、不规则四边形、或诸如此类)。而且，这些曲面多边形的尺寸可能不同。例如，最靠近光瞳分面镜220边缘处的刻面300，该刻面300的曲面多边形是最小(即，最小的面积)。因此，刻面300至少包括两种不同尺寸的刻面及/或至少两种不同形状的刻面。应注意的是，虽然图3绘示出特定形状和排列方式的刻面300，但只要刻面300在光瞳分面镜220边缘处分布密集度高于光瞳分面镜220中心处，皆属于刻面300其他未绘出的形状和排列方式。
刻面300在光瞳分面镜220上的排列方式可确保较多的照明量至投影透镜的有效面积中。接着如前所述，便能在投影透镜的有效面积(例如边缘处)中收集较多的照明量(较多绕射阶级数量)。因此，越多照明量在有效面积中，越小的特征间距可解析在半导体晶圆上。
图4为根据本揭示案至少一个实施例而绘示一种制造半导体装置的方法400的流程图。方法400中至少部分步骤可应用于极紫外线微影系统中，例如图2所示的微影系统。
当方法400绘示或描述成一系列的动作或事件时，应了解到，这些动作或事件的描述顺序不应受到限制。例如，一些动作可能采取不同的顺序、及/或与其他动作或事件同时发生。除此之外，本揭示案所述的一或多个概念或实施例不须采用所有描述的动作。再者，一或多个分开的动作及/或阶段可采用一或多个描述的动作。
方法400始于步骤402。步骤404中，激发极紫外线光源以图案化基材上的光阻层(其中基材可能为半导体晶圆)。举例来说，极紫外线光源可能是微影系统的一部分，如图2所示或之前所述。因此，极紫外线光源可产生波长在极紫外线范围的光(通过汽化雾滴状金属成高度离子化的电浆以产生该光)。
在步骤406中，使用照明器将极紫外线光源释出的光引导至光罩上，该照明器包括数个排列在非均匀网格图案中的反射刻面。在一范例中，刻面配置成照明器的光瞳分面镜。在另一范例中，网格图案的差异造成刻面分布在光瞳分面镜周围处的密集度高于在光瞳分面镜中心处，如图3中的刻面分布。光经由上述照明器引导之后可能会以一倾斜的角度入射至光罩表面上。
在步骤408中，光经过光罩后产生数个绕射阶级，并于投影透镜的有效面积中收集这些绕射阶级。投影透镜所需的有效面积与印在基材上的特征图案的目标间距有关。如前所述，目标间距越小，对应的有效面积也越小。
在步骤410中，光从投影透镜引导至光阻层上以图案化光阻层。例如，将光阻层曝光使得特征图案的目标间距印制在光阻上。
在一实施例中，操作极紫外线光源时，步骤404-410可持续重复执行(例如基材上的多层结构)。方法400结束于步骤412。
因此，本揭示案的范例在极紫外线微影制程中使用自由型态源，使得较小间距的特征图案可印制在半导体晶圆上。在一范例中，本揭示案提供一种极紫外线微影装置，该装置包含极紫外线光源和照明器。配置极紫外线光源以产生极紫外线光束，并使用该光图案化基材上的光阻层。配置照明器以引导极紫外线光束至光罩表面上。在一范例中，照明器包含场分面镜与光瞳分面镜。场分面镜配置第一组刻面以分裂极紫外线光成数个光通道。光瞳分面镜配置第二组刻面以引导光通道至光罩表面上。第二组刻面在光瞳分面镜边缘处的分布密度高于在光瞳分面镜中心处。
在一范例中，本揭示案的极紫外线微影装置进一步包括光罩和投影透镜。光罩的光栅可将光通道分裂成数个绕射阶级。投影透镜收集部分绕射阶级并聚焦部分绕射阶级至光阻层上。在一范例中，因光瞳分面镜上配置的第二组刻面引导光通道，使得部分光通道以倾斜于光罩表面的角度入射在光罩表面上。在一范例中，光瞳分面镜为圆形。在一范例中，光瞳分面镜上配置的第二组刻面具有至少两种不同尺寸的刻面，且分布在光瞳分面镜周围的刻面尺寸小于分布在光瞳分面镜中心处的刻面尺寸。此外，光瞳分面镜具有至少两种不同形状的刻面。
在另一范例中，本揭示案提供一种使用极紫外线微影的方法，在此方法中激发极紫外线光源以图案化位于基材上的光阻层。通过照明器将极紫外线光源发出的光引导至光罩上，该照明器由排列在非均匀网格图案上的数个反射刻面组成。光经过光罩后，产生数个光绕射阶级，并于投影透镜的有效面积中收集这些绕射阶级。接着，这些绕射阶级将引导至光阻层上。在一范例中，非均匀网格图案有数个网格单元，而且每一个网格单元对应至一个反射刻面。此外，网格单元在非均匀网格图案周围处的分布密度高于在非均匀网格图案中心处的分布密度。在一范例中，非均匀网格图案为圆形。在一范例中，网格单元具有至少两种不同尺寸，且分布在光瞳分面镜周围的刻面尺寸小于分布在光瞳分面镜中心处的刻面尺寸。此外，网格单元有至少两种不同形状。在一范例中，当引导光朝向光罩时，引导光的动作使部分光以倾斜于光罩表面的角度入射在光罩表面上。
另一范例中，本揭示案提供一种微影装置，该装置包含高亮度光源、照明器、光罩、和投影透镜。配置高亮度光源以产生光，并使用该光图案化基材上的光阻层。照明器通过排列在非均匀网格图案上的反射刻面以引导光朝向光罩表面上。光罩产生数个光绕射阶级。投影透镜收集并聚焦至少部分绕射阶级在光阻层上。在一范例中，非均匀网格图案有数个网格单元，而且每一个网格单元对应至一个反射刻面。此外，网格单元具有至少两种不同的形状。在一范例中，高亮度光源是极紫外线光源。在一范例中，当配置的反射刻面引导光时，引导光的动作使部分光以倾斜于光罩表面的角度入射在光罩表面上。
以上概略说明了本揭示案数个实施例的特征，使所属技术领域内具有通常知识者对于本揭示案概念可更为容易理解。所属技术领域内具有通常知识者应了解到本说明书可轻易作为其他制程或结构的变更或设计基础，以进行相同于本揭示案实施例的目的及/或获得相同的优点。任何所属技术领域内具有通常知识者亦应理解在不脱离本揭示案的精神及范围内的相同结构，并且亦应理解在不脱离本揭示案的精神及范围内，可进行更动、替代与修改。

Claims (10)

1.一种极紫外线微影装置，其特征在于，包括：
一极紫外线光源，配置以产生一极紫外线光束，该极紫外线光束用以图案化一基材上的一光阻层；以及
一照明器，配置以将该极紫外线光束导向至一光罩的一表面上，其中该照明器包括：
一场分面镜，包括一第一组刻面，该第一组刻面配置以分裂该极紫外线光束成多个光通道；以及
一光瞳分面镜，包括一第二组刻面，该第二组刻面配置以将所述多个光通道导向该光罩的该表面上，其中该第二组刻面在该光瞳分面镜周围处的分布密集度高于在该光瞳分面镜中心处的分布密集度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
该光罩，其中该光罩包含一光栅以分裂所述多个光通道中各个光通道成多个绕射阶级；以及
一投影透镜，用以收集所述多个绕射阶级中至少部分绕射阶级，并且聚焦该至少部分绕射阶级在该光阻层上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，因配置该第二组刻面以引导所述多个光通道，使得所述多个光通道中至少部分光通道以一角度入射在该光罩的该表面上，该角度相对于该光罩的该表面为倾斜的。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二组刻面包含至少两种不同尺寸的刻面。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该至少两种不同尺寸中较小尺寸的刻面，分布于该光瞳分面镜周围处，而该至少两种不同尺寸中较大尺寸的刻面，分布于该光瞳分面镜中心处。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二组刻面包含至少两种不同形状的刻面。
7.一种使用极紫外线微影的方法，其特征在于，包括：
激发一极紫外线光源，该极紫外线光源用以图案化一基材上的一光阻层；
通过一照明器引导该极紫外线光源发出的光朝向一光罩上，该照明器包含多个反射刻面，且所述多个反射刻面配置于一非均匀网格图案中；
该光穿过该光罩后，于一投影透镜的一有效面积中收集该光的多个绕射阶级；以及
引导所述多个绕射阶级的光至该光阻层上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该非均匀网格图案包含多个网格单元，而且所述多个网格单元的每一个网格单元对应至所述多个反射刻面的一个刻面。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该非均匀网格图案的形状为圆形。
10.一种微影装置，其特征在于，包括：
一高亮度光源，配置以产生光，该光用以图案化一基材上的一光阻层；
一照明器，通过配置多个反射刻面于一非均匀网格图案中，以引导该光朝向一光罩的一表面上；
该光罩，以产生该光的多个绕射阶级；以及
一投影透镜，以收集该绕射阶级中至少部分绕射阶级，并且聚焦该至少部分绕射阶级到该光阻层上。
CN202011081893.9A 2019-10-30 2020-10-12 极紫外线微影装置及其使用方法 Pending CN112748643A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962928236P 2019-10-30 2019-10-30
US62/928,236 2019-10-30
US16/886,509 US11543753B2 (en) 2019-10-30 2020-05-28 Tunable illuminator for lithography systems
US16/886,509 2020-05-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112748643A true CN112748643A (zh) 2021-05-04

Family

ID=75485354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011081893.9A Pending CN112748643A (zh) 2019-10-30 2020-10-12 极紫外线微影装置及其使用方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112748643A (zh)
DE (1) DE102020116091A1 (zh)

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050088760A1 (en) * 1998-05-05 2005-04-28 Carl Zeiss Smt Ag Illumination system particularly for microlithography
US20060208206A1 (en) * 2005-03-21 2006-09-21 Joachim Hainz Illumination system particularly for microlithography
EP1973340A1 (fr) * 2007-03-19 2008-09-24 Astrium Sas Dispositif d'imagerie à plusieurs détecteurs
CN101946190A (zh) * 2008-02-15 2011-01-12 卡尔蔡司Smt股份公司 微光刻的投射曝光设备使用的分面镜
US20110164233A1 (en) * 2008-09-30 2011-07-07 Carl Zeiss Smt Gmbh Field facet mirror for an illumination optics of a projection exposure apparatus for euv microlithography
US20120044474A1 (en) * 2008-10-20 2012-02-23 Carl Zeiss Smt Gmbh Optical module for guiding a radiation beam
DE102011076658A1 (de) * 2011-05-30 2012-05-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Beleuchtungsoptik für die EUV-Projektionslithographie
US20130250265A1 (en) * 2010-09-30 2013-09-26 Carl Zeiss Smt Gmbh Projection Exposure Apparatus for EUV Microlithography and Method for Microlithographic Exposure
CN104169800A (zh) * 2012-03-14 2014-11-26 卡尔蔡司Smt有限责任公司 投射曝光设备的照明光学单元
CN104914678A (zh) * 2014-03-10 2015-09-16 台湾积体电路制造股份有限公司 超紫外线光刻投影光学系统和相关方法
US20150277233A1 (en) * 2012-10-15 2015-10-01 Asml Netherlands B.V. Actuation mechanism, optical apparatus, lithography apparatus and method of manufacturing devices
CN105637421A (zh) * 2013-09-11 2016-06-01 卡尔蔡司Smt有限责任公司 聚光器
US20170160644A1 (en) * 2014-09-03 2017-06-08 Carl Zeiss Smt Gmbh Illumination optical assembly for projection lithography
CN107567598A (zh) * 2015-05-20 2018-01-09 卡尔蔡司Smt有限责任公司 光瞳分面反射镜
TW201907446A (zh) * 2017-05-17 2019-02-16 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司 具有光瞳傳輸之設定的投射曝光方法與投射透鏡

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050088760A1 (en) * 1998-05-05 2005-04-28 Carl Zeiss Smt Ag Illumination system particularly for microlithography
US20060208206A1 (en) * 2005-03-21 2006-09-21 Joachim Hainz Illumination system particularly for microlithography
EP1973340A1 (fr) * 2007-03-19 2008-09-24 Astrium Sas Dispositif d'imagerie à plusieurs détecteurs
CN101946190A (zh) * 2008-02-15 2011-01-12 卡尔蔡司Smt股份公司 微光刻的投射曝光设备使用的分面镜
US20110164233A1 (en) * 2008-09-30 2011-07-07 Carl Zeiss Smt Gmbh Field facet mirror for an illumination optics of a projection exposure apparatus for euv microlithography
US20120044474A1 (en) * 2008-10-20 2012-02-23 Carl Zeiss Smt Gmbh Optical module for guiding a radiation beam
US20130250265A1 (en) * 2010-09-30 2013-09-26 Carl Zeiss Smt Gmbh Projection Exposure Apparatus for EUV Microlithography and Method for Microlithographic Exposure
DE102011076658A1 (de) * 2011-05-30 2012-05-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Beleuchtungsoptik für die EUV-Projektionslithographie
CN104169800A (zh) * 2012-03-14 2014-11-26 卡尔蔡司Smt有限责任公司 投射曝光设备的照明光学单元
US20150277233A1 (en) * 2012-10-15 2015-10-01 Asml Netherlands B.V. Actuation mechanism, optical apparatus, lithography apparatus and method of manufacturing devices
CN105637421A (zh) * 2013-09-11 2016-06-01 卡尔蔡司Smt有限责任公司 聚光器
CN104914678A (zh) * 2014-03-10 2015-09-16 台湾积体电路制造股份有限公司 超紫外线光刻投影光学系统和相关方法
US20170160644A1 (en) * 2014-09-03 2017-06-08 Carl Zeiss Smt Gmbh Illumination optical assembly for projection lithography
CN107567598A (zh) * 2015-05-20 2018-01-09 卡尔蔡司Smt有限责任公司 光瞳分面反射镜
TW201907446A (zh) * 2017-05-17 2019-02-16 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司 具有光瞳傳輸之設定的投射曝光方法與投射透鏡

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANG, JIAHUA等: "Illumination system with freeform fly\'s eye to generate pixelated pupil prescribed by source-mask optimization in extreme ultraviolet lithography", OPTICAL ENGINEERING, vol. 5, no. 6, 30 June 2017 (2017-06-30), pages 1 - 6 *
蔡燕民等: "用于ArF光刻机偏振照明系统的沃拉斯顿棱镜的设计", 中国激光, vol. 41, no. 6, 10 June 2014 (2014-06-10), pages 293 - 298 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020116091A1 (de) 2021-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9377693B2 (en) Collector in an extreme ultraviolet lithography system with optimal air curtain protection
US20210294203A1 (en) Lithography Mask with a Black Border Regions and Method of Fabricating the Same
US10859902B2 (en) Lithography mask and method
CN111123657B (zh) 产生电磁辐射的设备及方法
US20180292744A1 (en) Pellicle structures and methods of fabricating thereof
TWI742169B (zh) 半導體裝置之量測方法及量測操作方法
CN107015446A (zh) 光刻对准标记和用于半导体制造的器件
KR102533035B1 (ko) 광학적 마스크리스 기법
JP2006140460A (ja) 光のテレセントリック性を歪めることなく照明フィールド内の光の強度の変動を修正する装置
US10488766B2 (en) Lithography system having invisible pellicle over mask
US9291890B2 (en) Method for repairing a mask
TWI759885B (zh) 極紫外線微影裝置及其使用方法
CN112748643A (zh) 极紫外线微影装置及其使用方法
KR20230009819A (ko) 극자외선 마스크를 위한 격자간 유형 흡수제
US11221562B2 (en) Reticle and method of detecting intactness of reticle stage using the same
US10678148B2 (en) Lithography system and lithography method
US20170075216A1 (en) Novel photoresist having sensitizer bonded to acid generator
US11435660B2 (en) Photomask and method of fabricating a photomask
US11360392B2 (en) Photolithography device having illuminator and method for adjusting intensity uniformity
CN114690544A (zh) 光罩表层膜及其形成方法
US20200089099A1 (en) Photomask

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination