TWI434127B - 微影系統及光學模組 - Google Patents

微影系統及光學模組 Download PDF

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TWI434127B
TWI434127B TW098146598A TW98146598A TWI434127B TW I434127 B TWI434127 B TW I434127B TW 098146598 A TW098146598 A TW 098146598A TW 98146598 A TW98146598 A TW 98146598A TW I434127 B TWI434127 B TW I434127B
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Wei Cheng Shiu
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B27/00—Photographic printing apparatus
    • G03B27/32—Projection printing apparatus, e.g. enlarger, copying camera
    • G03B27/52—Details
    • 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
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70341—Details of immersion lithography aspects, e.g. exposure media or control of immersion liquid supply

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

微影系統及光學模組
本發明係關於一種微影系統，尤指一種具有浸於液體介質中的透鏡之微影系統。
在半導體製程中，微影製程是將積體電路佈局圖轉移至半導體晶片上的重要步驟，其係藉由曝光顯影技術將光罩(photomask)上的圖案以一定的比例轉移(transfer)到半導體晶片表面的光阻層上，其可說是舉足輕重的技術。一般，微影製程包括了曝光步驟以及顯影步驟，其中，曝光步驟是令曝光光束經光罩而照射至光阻層，而使得光阻層之曝光區產生化學變化。在進行顯影步驟之後，即可以圖案化光阻層，而使光罩圖案得以轉移到光阻層。
而隨著積體電路之積集度的提高，整個積體電路之元件尺寸也必須隨之縮小，因此，為了因應元件尺寸的縮小化，業界莫不戮力提升曝光機台(optical exposure tool)的解析度極限(resolution limit)。目前用來提升解析度的方式包括有：離軸照明(off-axis illumination)技術、使用高數值孔徑(NA)透鏡或是濕浸式微影技術(immersion lithography)。此外，除了上述的方式之外，調整曝光光源的強度和曝光時間以同時兼顧解析度和焦深(depth of focus)的需求也是常見的作法。然而，現存的方式一直未達到令人滿意的結果。
因此，目前業界急需一種新穎的微影系統，其不但可以和現今製成相容，更可以大符提升曝光機台的解析度極限。
因此本發明提供一種微影系統，係將微影系統之透鏡組浸置於液體介質中，以提升微影系統的解析度。
本發明提供一用於微影系統之光學模組，包含一容器、一液態介質具有一第一折射率，置於容器中以及一第一透鏡組浸泡於液態介質中，以致一入射光在入射至第一透鏡組之前會先遭液態介質之第一折射率之折射。
本發明另提供一種微影系統，包含：一光源、一光罩位於光源下方、一光學模組具有一前表面位於光罩下方、一基材平台，位於光學模組的下方，用於承載一晶圓，其中晶圓之上具有一乾膜以及一第一介質位於該光學模組之前表面和乾膜之表面之間，其中光學模組包含：一容器、一液態介質具有一第一折射率，置於容器中以及一第一透鏡組浸泡於液態介質中，以致一入射光在入射至第一透鏡組之前會先遭液態介質之第一折射率之折射。
本發明之其中之一特徵在於位於光學模組中的透鏡係浸置於液態介質中，如此，即可增加透鏡的數值孔徑以提升解析度。
為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。
第1圖為根據本發明之一較佳實施例所繪示的微影系統示意圖。如第1圖所示，一微影系統10包含：一光源12、一第一光學模組14置於光源12之下方、一光罩16置於第一光學模組14之下方、一第二光學模組18具有一前表面20置於光罩16之下方、一基材平台22，位於第二光學模組18的下方，用於承載一晶圓24，其中晶圓24之上具有一乾膜26以及一介質28位於第二光學模組18之前表面20和乾膜26之表面之間，前述的光學模組18之前表面20係面向基材平台22。
光源12可以是深紫外光，例如波長為248奈光或193奈米的紫外光，光源12亦可以為真空紫外光，例如波長為157奈米的紫外光，當然其它波長的光亦可以作為本發明的光源。光罩16選擇性地遮蔽光源12，所以在光罩16上的圖案可以順利地轉印至乾膜26上。
介質28可以為空氣，根據本發明之一實施例，介質28亦可以為液態介質或是超臨界流體或是其它在光源之波長為193奈米時，其折射率大於1.4之介質。
值得注意的是：本發明的第二光學模組18具有一新穎的設計，能使微影系統10的解析度大幅增加，下文將詳細說明本發明第二光學模組18之結構及其可達成的功效。
第2圖是根據本發明之一較佳實施例所繪示的第二光學模組18之放大示意圖。如第2圖所示，第二光學模組18包含一容器30、一液態介質32具有一折射率位於容器30中以及一透鏡組34浸置於液態介質32中，使得透鏡組34接觸液態介質32並且被液態介質32圍繞，以致一入射光在入射至透鏡組34之前會先遭液態介質32 之折射率之折射。另外，透鏡組34由數個透鏡341所組成，透鏡341為實心，容器30之外形可以為圓柱形或是其它形狀，第2圖中所繪示的外形僅供示意。
前述之液態介質32可以為去離子水、磷酸和水之混合液、磷酸水溶液、由三井化學株式會社(Mitsui Chemical.Inc.)所提供的「Delphi」溶液、油類，例如全氟聚醚油(perfluorinated polyether oil)或是其它在光源之波長為193奈米時，其折射率大於1.4之液態介質。在較佳的情況下，液態介質32的折射率和透鏡組34的折射率相匹配，也就是說，液態介質32的折射率和透鏡組34的折射率相同或是相近。此外，液態介質32的折射率也和整個微影系統10的各個元件之折射率相匹配，前述之元件，舉例而言，可以為微影系統10中的光阻、其它透鏡或其它介質。一般而言，與微影系統10的元件匹配時，液態介質32的折射率可以提供緩衝效果，例如，將液態介質32放置在二個相鄰又具有極大不同折射率之元件之間，可使得兩相鄰元件不會因為折射率相差過大，造成全反射的現象。此外，在介質28為液態的情況下，液態介質32可以具有和介質28相同的成分。
根據本發明之另一較佳實施例，第二光學模組18中可以有二組透鏡分別放置在不同的介質中，第3圖繪是的是根據本發明之另一較佳實施例所繪示的第二光學模組18之放大示意圖。其中相同功能的元件將使用與第2圖中相同的標號。
如第3圖所示，第二光學模組18包含一容器30、一液態介質40具有一折射率位於容器30中、一介質44具有一折射率亦位於容器 30中且與液態介質40相鄰、一第一透鏡組36置於液態介質40中以及一第二透鏡組38置於介質44中，以致一入射光在入射至第一透鏡組36之前會遭受液態介質40之折射率之折射，另外，入射光在入射至第二透鏡組38之前會遭受介質44之折射率之折射。在液態介質40和介質44會相互混合的情況下，一分隔板，例如一玻璃板42，可以選擇性的置放於液態介質40和介質44之間，以分隔液態介質40和介質44。
前述之液態介質40可以為去離子水、磷酸和水之混合液、磷酸水溶液、由三井化學株式會社(Mitsui Chemical.Inc.)所提供的「Delphi」溶液、油類，例如全氟聚醚油(perfluorinated polyether oil)或是其它在光源之波長為193奈米時，其折射率大於1.4之液態介質。在較佳的情況下，此外，液態介質40的折射率和整個微影系統10的各個元件之折射率相匹配，以提供相鄰的元件緩衝效果，避免全反射發生。
介質44可以為氣體，此時，介質44在一入射光之波長為193奈米時，其射率本質上為1。
但是根據本發明之較佳實施例，介質44較佳為去離子水、磷酸和水之混合液、磷酸水溶液、由三井化學株式會社(Mitsui Chemical.Inc.)所提供的「Delphi」溶液、油類，例如全氟聚醚油(perfluorinated polyether oil)或是其它在光源之波長為193奈米時，其折射率大於1.4之液態介質。
舉例而言，如第3圖所示，第二光學模組18中的第一透鏡組36可以浸置於去離子水中而第二透鏡組38則可以浸置於磷酸和水之 混合液中。
雖然於上述的第二光學模組18實施例中僅各別列舉了一個透鏡組浸置於一種介質中，以及二個透鏡組分別浸置於二種介質中的情況，但本發明之第二光學模組中可配置更多的透鏡組，分別浸置於與之相配的介質中。例如，光學模組可以有三組透鏡，分別浸置於去離子水、磷酸和水之混合液中以及「Delphi」溶液中。或者前述的三組透鏡，亦可能分別浸置於去離子水、空氣以及磷酸和水之混合液中。當然，其它的數量的透鏡組和其它的數量的介質之組合，皆為本發明之範圍。此外，本發明之精神亦可以應用在微影系統10中其它的光學模組上，例如，第一光學模組14。
如該行業者所熟知，微影系統的解析度(r)可以下面的方程式表示：r=κ λ/NA (1)
其中κ是微影系統常數，λ是微影系統操作時所使用的光波長，NA代表數值孔徑，而數值孔徑又可用下面的方程式表示：NA=n sinθ (2)
其中n即代表微影系統的光學透鏡與晶圓之間的介質的折射率(refraction index)。而θ是光源與光軸間的夾角。由前述方程式可知，解析度通常可以藉由提高介質的折射率或是降低微影系統常數的方式而提升。
因此，本發明中的液態介質32、40因為其折射率大於1.4，所以相較於氣態介質，本發明的液態介質32、40可以提升數值孔徑，若是介質44其折射率亦大於1.4時，在和液 態介質40相互配合之下，數值孔徑可以更一進步被提升。當數值孔徑增加時，解析度也就隨之改善。此外，如該行業者所熟知，數值孔徑越大的透鏡，其製作的複雜程度越高，相對的製造成本也較高，然而，使用本發明的作法，將透鏡浸置在折射率較空氣大的介質中，即可在不變更原來透鏡外形設計的狀況下，提升數值孔徑，進而增加解析度。
再者，介質32、40、44之折射率可以隨著不同的微影系統構造而調整，若是微影系統中有些元件其折射率相差極大，為了避免全反射，介質32、40、44的折射率可以做為兩極相異折射率之間的橋樑，通常，在此情況下，介質32、40、44的折射率會介於兩極相異折射率之間。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧微影系統
12‧‧‧光源
14‧‧‧第一光學模組
16‧‧‧光罩
18‧‧‧第二光學模組
20‧‧‧前表面
22‧‧‧基材平台
24‧‧‧晶圓
26‧‧‧乾膜
28‧‧‧介質
30‧‧‧容器
32‧‧‧液態介質
34‧‧‧透鏡組
36‧‧‧第一透鏡組
38‧‧‧第二透鏡組
40‧‧‧液態介質
42‧‧‧玻璃板
44‧‧‧介質
341‧‧‧透鏡
第1圖為根據本發明之一較佳實施例所繪示的微影系統示意圖。
第2圖是根據本發明之一較佳實施例所繪示的第二光學模組之放大示意圖。
第3圖繪是的是根據本發明之另一較佳實施例所繪示的第二光學模組之放大示意圖。
18．．．第二光學模組
30．．．容器
36．．．第一透鏡組
38．．．第二透鏡組
40．．．液態介質
42．．．玻璃板
44．．．介質

Claims (10)

  1. 一種用於微影系統之光學模組，包含：一容器；一液態介質具有一第一折射率置於該容器中；以及一第一透鏡組接觸該液態介質並且被該液態介質圍繞，以致一入射光在入射至該第一透鏡組之前會先遭該液態介質之該第一折射率之折射，其中該第一透鏡組包含至少一透鏡，該透鏡為實心。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於微影系統之光學模組，另包含：一氣體介質置於該容器中並且與該液態介質相鄰；以及一第二透鏡組設置於該氣體介質中且接觸該氣體介質，以致該入射光在入射至該第二透鏡組之前會先遭該氣體介質之折射。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之用於微影系統之光學模組，其中一玻璃放置於該液態介質和該氣體介質之間，以隔離該液態介質和該氣體介質。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於微影系統之光學模組，其中該第一折射率大於1.4。
  5. 一種微影系統，包含：一光源； 一光罩位於該光源下方；一光學模組具有一前表面位於該光罩下方，該光學模組包含：一容器；一液態介質具有一第一折射率置於該容器中；以及一第一透鏡組接觸該液態介質並且被該液態介質圍繞，以致一入射光在入射至該第一透鏡組之前會先遭該液態介質之該第一折射率之折射，其中該第一透鏡組包含至少一透鏡，該透鏡為實心；一基材平台，位於該光學模組的下方，用於承載一晶圓，其中該晶圓之上具有一乾膜，該光學模組之該前表面面向該基材平台；以及一第一介質位於該光學模組之該前表面和該乾膜之表面之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之微影系統，其中該第一折射率大於1.4。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之微影系統，其中該光學模組另包含：一氣體介質置於該容器中並且與該液態介質相鄰；以及一第二透鏡組設置於該氣體介質中且接觸該氣體介質，以致該入射光在入射至該第二透鏡組之前會先遭該氣體介質之折射。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之微影系統，其中一玻璃板放置於該液態介質和該氣體介質之間，以隔離該液態介質和該氣體介質。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之微影系統，其中該第一介質之折射 率大於1.4。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之微影系統，其中該第一介質和該液態介質相同。
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