TWI483082B - 具有至少兩操作狀態之微影投影曝光裝置 - Google Patents

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TWI483082B
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Hans Juergen Mann
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Description

具有至少兩操作狀態之微影投影曝光裝置
本發明係關於製造具有兩操作狀態之微電子組件的微影投影曝光裝置,以及關於利用微影製造微電子組件之方法。
於介紹中所述之微影投影曝光裝置及其方法已知的範例如US 6,295,119B1及US 6,526,118B2。
用於製造微電子組件之微影投影曝光裝置尤其包含光源以及用以照射結構承載遮罩(所謂的光罩)之照射系統,以及用以將光罩造影到基板(晶圓)之投影光學單元。基板含有曝光時化性會改變的光阻層。此亦稱為微影步驟。於此案例中,光罩配置於物件平面,而晶圓配置於微影投影曝光裝置之投影光學單元之影像平面。曝光光阻層以及進一步的化學程序產生了電子組件。
微影投影曝光裝置通常操作如所謂的掃描機。此意味著光罩透過狹槽式照射場沿掃描方向移動,而晶圓對應地移動於投影光學單元之影像平面。光罩與晶圓的速度比,對應於投影光學單元的放大率,其通常少於1。
於此案例中,照射系統與投影光學單元之光學組件可為折射式或反射式或衍射式組件。亦可為折射式、反射式、及衍射式組件的組合。類似地,光罩可實施為反射式或穿透式。尤其是當操作於波長少於約100nm(尤其是介於5nm及15nm間)之輻射時,此類裝置完全由反射式組件構成。
此類微影投影曝光裝置具有有限的照射場,以及可造影的有限場。然而,希望即使光罩大到不能完全造影或完全照射時,能將結構承載光罩造影到配置有光阻層之基板之影像平面。
若光罩僅於一方向上比欲照射或造影的區域還大,則微影投影曝光裝置可操作成掃描機,而使光罩透過狹槽照射場移動於該方向,且晶圓對應地移動於投影光學單元的影像平面。此意味著至少原理上,可於該方向上照射及造影任意尺寸的光罩。
然而,若光罩兩個方向上都比欲造影或照射的區域還大,則無法用掃描矯正。於此類狀況下,結構承載光罩分成至少兩個要個別造影或照射的部分區域。如此可有條件地與掃描程序結合。於此案例中,至少兩個部分區域的中點位於垂直掃描方向一段距離,而使至少兩個部分區域的組合大於各個別的部分區域。因此結合於掃描方向的移動,可照射或造影相當大的結構承載光罩。
然而,為了於光阻層產生光罩結構的完整影像,部分區域至少部分重疊是有幫助的。如此可能確保沒有不小心沒造影或照射到的光罩區域。然而,這些重疊區造成結構承載光罩的問題。尤其是在非垂直照射光罩的情況下,在產生光罩時,需要考慮哪個輻射的形心方向是呈現於投影曝光裝置中的光罩點。隨著越多的輻射形心方向偏離垂直照射,此效應變得越糟。若在重疊區之至少一部分區域的各點上,第一形心方向與垂直光罩之正規化向量間的角度為3°或更大時(尤其是6°或更大時),則必須考慮這些問題。
入射輻射的形心方向是指入射輻射的平均方向。若一點是由來自光束錐的所有方向均勻地照射,則光束錐的對稱軸與形心方向相同。若是非均勻地照射,則一般形成能量權重平均,其中各方向以來自此方向的輻射強度加以權重。然後,形心方向為平均的能量權重方向。
製造光罩時必須考慮到形心方向,因為在傾斜照射期間,可能發生扭曲光罩影像的陰影鑄造及投影效應。陰影效應可能發生是因為此類結構承載光罩不完全是平面的。於反射式光罩的案例中,非反射式區域為突起,由於在這些位置已塗佈一或更多覆蓋層到一或更多反射基層。因此,此類三維結構光罩可導致陰影效應。
在製造光罩時可考慮此類陰影及投影效應,然而,結果造成所需影像突出於微影投影曝光裝置的影像平面。
若照射或造影重疊區兩次,為了仍能考慮陰影及投影效應,則產生第一次及第二次曝光輻射形心方向的特定要求。
本發明意欲提供一種符合特定要求之微影投影曝光裝置以及製造微電子組件之方法。
根據本發明,利用製造包含至少兩操作狀態之微電子組件之微影投影曝光裝置達成此目的,其包含反射式光罩於物件平面。於此案例中,微影投影曝光裝置組態成於第一操作狀態,光罩之第一部分區域由第一輻射照射,其具有指定第一形心方向,於第一部分區域之各點具有第一形心方向向量;以及於第二操作狀態,光罩之第二部分區域由第二輻射照射,其具有指定第二形心方向,於第二部分區域之各點具有第二形心方向向量,其中第一部分區域及第二部分區域具有共同重疊區。於重疊區之至少一部分區域之各點上,正規化的第一形心方向向量、正規化的第二形心方向向量、以及垂直於光罩之正規化向量之純量三重積,少於0.05,較佳少於0.03,更佳少於0.01。如此確保第一形心方向向量與第二形心方向向量的平均形心方向向量垂直於光罩,而不需考慮重疊區的投影與陰影效應,或者確保第一形心方向向量及第二形心方向向量之方向沒有顯著不同,而能沒任何問題的考慮投影與陰影效應,因為其在兩種操作狀態為相同的。於第一種狀況下,第一形心方向向量與第二形心方向向量的向量積實質垂直光罩的正規化向量,而使純量三重積少於0.05,較佳少於0.03,更佳少於0.01。於第二種狀況下,第一形心方向向量與第二形心方向向量具有實質相同的方向,而使向量積的大小相當小,藉此使向量積與垂直光罩之正規化向量間的純量積大小亦少於0.05,較佳少於0.03,更佳少於0.01。
投影曝光裝置使重疊區小於第一部分區域以及小於第二部分區域的組態,具有使第一部分區域與第二部分區域的組合分別大於第一部分區域與第二部分區域的效應。此意味著大致上可照射及造影較大的結構承載光罩。
若投影曝光裝置額外組態成反射式光罩於第一操作狀態的方位不同於光罩在第二操作狀態的方位,其繞垂直物件平面的軸旋轉約180°,則此類投影曝光裝置可以特別簡單的方式實現。藉此能使用入射瞳與物件平面不太遠的投影光學單元。此類的投影光學單元可以旋轉對稱反射式組件來實施,其較不用旋轉對稱的投影光學單元還要容易製造及量測。
本發明更關於一種用以製造具有至少兩操作狀態之微電子組件之微影投影曝光裝置。於此案例中,微影投影曝光裝置包含反射式光罩於物件平面,其中反射式光罩於第一操作狀態之方位與反射式光罩於第二操作狀態之方位不同,係藉由繞垂直物件平面之軸旋轉180°。如此具有在兩操作狀態下光罩之照射方向相差相同的旋轉。藉此可達到補償由於反射式光罩傾斜照射發生的效應。
於根據本發明之微影投影曝光裝置,尤其可使用具有波長在5nm及15nm間之輻射。此具有的優點在於在這樣裝置的協助下,可造影非常小的結構。
再者,本發明關於利用微影製造微電子組件之方法,其中將物件平面之反射式結構承載光罩造影到影像平面的基板上。此方法包含藉由第一輻射,第一曝光光罩的第一部分區域,其具有第一形心方向,於第一部分區域之各點具有第一形心方向向量;以及藉由第二輻射,第二曝光光罩之第二部分區域,其具有第二形心方向,於第二部分區域之各點具有第二形心方向向量,其中第一部分區域及第二部分區域具有共同重疊區。於重疊區中之各點,正規化的第一形心方向向量、正規化的第二形心方向向量、以及垂直於光罩之正規化向量之純量三重積少於0.05,較佳少於0.03,更加少於0.01。換言之,本方法的優點在於,可使用容易製造的結構承載光罩。此乃由於部分區域的第一曝光與第二曝光之形心方向向量間的特殊關係,而可以簡單的方式考慮投影與陰影效應。
根據本發明之方法,尤其可使用具有波長在5nm及15nm間之輻射。此具有的優點在於在這樣輻射的協助下,可造影非常小的結構。
此外,根據本發明之方法亦可組態成,利用掃描程序取代第一曝光與第二曝光,其中於第一曝光時光罩沿第一掃描方向通過照射場,而於第二曝光時光罩沿第二掃描方向通過照射場。利用額外的掃描程序,可照射及造影甚至更大的結構承載光罩。
若根據本發明之投影曝光裝置操作成掃描機,則曝光相鄰部分區域時的掃描方向可為平行或逆平行。平行掃描方向的優點在於,因為曝光時光罩總是由起點位置移動到終點位置,所以所有的曝光步驟皆相同,以及在回到起點位置的路徑上沒有發生曝光。此意味著回到起點位置的路徑不必具有相同的準確性,所以投影曝光裝置的機械複雜度要求比較不嚴苛。另一方面,逆平行掃描的優點在於,在返回路徑上亦發生曝光,而可達到較快速的曝光操作。
若本方法或投影曝光裝置額外特徵為兩任意第一形心方向向量間,或兩任意第二形心方向向量間之最大角度少於1°,則在重疊區內的形心方向向量僅有非常小的變異。此優點在於重疊區中陰影與投影效應的強度亦僅有小範圍的變異。
若本方法或投影曝光裝置額外組態成於重疊區各點之第一形心方向向量與第二形心方向向量間之角度少於1°,則於第一及第二曝光時之投影與陰影效應實質相同,而於產生結構承載光罩時能以相當簡單的方式補償這些效應。
於本方法額外組態成在重疊區各點上,由第一及第二形心方向向量形成之平面與垂直光罩之正規化向量間之角度小於1°之案例中,提供的優點在於兩曝光的平均曝光輻射方向實質垂直於光罩。如此確保在重疊區僅發生少數的陰影與投影效應。
具體而言,本方法亦可包含在第一及第二曝光間於物件平面旋轉結構承載光罩180°。如此具有的優點在於第一及第二曝光期間因為旋轉而使光罩上的照射方向不同。藉此可補償反射式光罩案例中因傾斜照射造成的效應。
本發明參考圖式將更詳細說明。
參考符號選擇成使圖1所示物件具有1位或2位數字。其他圖式所示的物件具有包含3位或更多位的參考符號,其中最後兩位指明物件,而前面的位數指明顯示物件的圖號。因此,複數圖式中相同物件的參考符號最後兩位數是相應的。舉例而言,圖1及圖4中之參考符號3與參考符號403表示物件3,於此案例中其為物場。因此具有參考符號的物件說明可從前面圖式中相關參考符號的說明得知。
圖1顯示習知微影投影曝光裝置之反射式投影光學單元1之示意圖。投影光學單元1將設置於物件平面5的物場3造影到影像平面7。結構承載遮罩(未顯示於圖中),即所謂的光罩,設置於物件平面5之物場3位置。進一步顯示卡迪兒座標系統,系統的x軸指向圖面。於此案例中,x-y座標平面與物件平面1相同,而z軸垂直於物件平面1並指向下。投影光學單元具有光學軸9,其並未跨越過物場。投影光學單元1的鏡子11具有相對於光學軸對稱旋轉之光學表面。於此例示實施例,孔徑光闌(aperture diaphragm)13設置於光路徑的第二鏡子上。顯示在三道光束協助下(物場15中心的主光束以及兩個孔徑邊緣光束17、19),投影光學單元1之效果。物場15中心的主光束相對於垂直物件平面傾斜角度6°,並於孔徑光闌13的平面與光學軸相交。從物件平面5觀之,主光束15於入射瞳面21與光學軸相交。因此,孔徑光闌13的虛擬影像,入射瞳,位在入射瞳面21。物場3的中心與光學軸9相距有距離R,而使反射式組態的投影光學單元中沒有發生來自物場的不想要輻射漸暈(vignetting)。
圖2示意地顯示部分的結構承載光罩。光罩包含反射基層223於基板225上以及吸收劑覆蓋層227,其係僅塗佈於第一部分區域229。覆蓋層227具有厚度h,通常約為100nm的範圍。第一部分區域229具有範圍D。第一部分區域的中心以231表示。若之後輻射233入射到光罩,係以相對於垂直光罩具有角度γ之形心方向向量235,則覆蓋層227於反射基層造成陰影,結果並未照射整個第二部分區域232。然而,第二部分區域大於部分區域231。再者,第二部分區域的中點相對於第一部分區域的中點231位移。因此因為投影及陰影效應,發生了非反射區域的變寬及位移。
圖3顯示卡迪兒座標系統中在光罩反射前輻射之形心方向向量335之範例。為了較佳說明空間方位,圖式顯示形心方向向量335到x-z平面的投影337以及形心方向向量335到y-z平面的投影339。形心光束角度α表示投影337與z軸間的角度,而形心光束角度β表示投影339與z軸間的角度。在這兩個角度的協助下,可清楚說明正規化形心方向向量。若在座標系統中反射前之形心方向向量是表示為:
則角度定義為:
於所示案例中,分量SxSy 、及Sz 全部為負(向量335指向左上方)。因此角度α及β為正。由於輻射於光罩反射日光罩設置於x-y平面,所以反射後輻射之形心方向向量為:
以及反射後對應的角度為:
α’=-α且β’=-β。
為了將形心方向向量導向成使其於物場各點指向入射瞳的中心,入射瞳位置所造成的照射輻射的形心方向向量必須有特定的輪廓。
圖4a顯示發生於例如圖1所示之投影光學單元1案例中之拱形物場403之平面圖,以及具有與圖1之軸對應的卡迪兒座標系統。物場403為環形的例外,其中心通過光學軸409與物件平面的交點。於所示案例中,平均半徑R為135mm。於y方向之場寬度為d為8mm。選替地,亦可利用兩圓弧界定曲型物場,圓弧具有相同半徑且相對於彼此於y方向位移。對圖1及圖2所示之投影光學單元的操作而言,物場403照射成在反射式光罩反射後,於物場403點之輻射形心方向實質延伸於該物場點與入射瞳中心間之連線的方向。若投影曝光裝置操作為掃描機,則掃瞄方向延伸於物場較短範圍之方向,亦即y方向。
圖4b顯示特定例示實施例之形心光束角度之輪廓。於此,光學軸與物場中心相距R=135mm的距離,且入射瞳位於相距物件平面1284.4mm的距離。
這些值在形心方向與垂直物件平面間產生6°的反射角。
由於僅圖2所示之上半弧有相關,所以各值x恰好有一個正值y,而使點(x,y)位於半徑R=135mm之半圓弧上。因此藉由連結點(x,y)到入射瞳中心,可計算角度α’及β’為座標x的函數。在上述的關係式協助下,利用符號改變,可得到反射前的角度α及β。即使於本案例中y方向之場範圍為8mm,雖然各固定值x0 有複數個點y0 ,而使點(x0 ,y0 )位於物場內,但是形心光束角度不會隨著這些點顯著的變化。再者,根據本發明之投影曝光裝置通常操作於掃描模式,其中結構承載光罩於y方向移動通過物場。結果,以具有所有點y0 之平均形心光束角度之輻射,照射光罩具有座標x0 的各點。因為這些原因,以下的考量足以考慮在R=135mm之半圓弧上的形心光束角度。
參考圖4b清楚可知,在-50mm及50mm間的x的角度應在-2.23°及2.23°間變化,而角度β變化需要在5.57°及6°之間。然而,此類形心光束角度變化需要用在結構承載光罩的設計。若形心方向向量不是垂直結構承載光罩,則因為陰影鑄造及投影效應導致結構影像的位移。只要形心方向向量於光罩的所有位置都相同,結果會是全面的位移。然而若形心方向向量隨著結構承載光罩位置變化,則因為位置而異會有不同的位移,而導致光罩影像的位移及扭曲。形心光束角度的變化越大,則導致的扭曲越大。於本案例中,因為角度β僅變化約0.4°,所以可以忽視y方向的扭曲。相對地,α的變化是10倍,因此導致x方向的扭曲。於設計光罩時皆考慮扭曲及位移,而在投影曝光裝置的影像平面得到所需的影像。
圖5a顯示光罩的兩個部分區域504a及504b。部分區域504a及504b各對應於圖4a所示之物場403。由於物場為可以所需品質照射及造影之物件平面區域,部分區域必須小於物場或幾乎等於物場尺寸。為了具有照射及造影最大可能光罩區域的效應,部分區域選擇成與投影光學單元的物場相同。然而,亦可僅照射及造影部分的物場。於後,部分區域一直對應個別物場。
投影曝光裝置於第一操作狀態實施左手部分區域504a的第一曝光,而後第二曝光執行於投影曝光裝置的第二操作狀態,在第二曝光時曝光右手部分區域504b。於此案例中,所示並列的部分區域對應習知實施例。當結構承載光罩的範圍大於可照射及造影區域時,需要此類的並列物場。因此,於第一操作狀態照射結構承載光罩之第一部分區域504a,而於第二操作狀態照射結構承載光罩之第二部分區域504b。這兩個部分區域具有共同重疊區541,為示意緣故,重疊區於x方向具有10mm的範圍。然而,為了達到造影的最大可能區域,重疊區越小是有利的。希望在x方向的範圍為1-2mm或更小。為了改善投影光學單元的最大解析度,需要換成更高階的裝置。然而為了仍確保有可比擬或較佳的造影品質,通常需要縮減物場的尺寸,不然會產生嚴重的影像像差。因此需要並列的物場。需要兩物場的重疊區,以避免沒照射或造影到部分的結構。由於無法百分百保證物場的正確對準,具有重疊區是較簡單的作法,無論如何能照射及造影完整所需的區域,而不是冒著不正確設定的風險,而沒射及造影到部分的結構。然而,由於重疊區的各點被照射及造影兩次,由於第一照射及第二照射的形心光束角度不同,而可能發生問題。
圖5b顯示在具有半徑R=135mm之半圓弧的點上的兩形心光束角度的輪廓,如呈現於個別物場的兩操作狀態。當重疊區541之角度β於兩操作狀態中沒有很大的差異時,角度α在兩操作狀態中相差大於4°。因此,結構承載光罩之重疊區在兩操作狀態從不同方向照射。因此在製造光罩時非常難考慮投影及陰影效應。根據本發明的研發克服了這個困難。
圖6a顯示根據本發明之投影曝光裝置中兩並列的部分區域604a及604b。於本案例中,投影曝光裝置於第一操作狀態實施左手部分區域604a的第一曝光,而後於投影曝光裝置的第二操作狀態實施右手部分區域604b的第二曝光。在兩曝光步驟間,結構承載光罩繞著垂直投影光學單元的軸旋轉180°。選替地,亦可繞著垂直物件平面的軸旋轉投影光學單元及照射光學單元180°。如此亦會使兩物場在兩操作狀態中相差轉動180°。
如所示的改變物場的方位的效果在於,亦會改變形心光束角度。圖6b顯示此例示實施例的形心光束角度輪廓。角度α的輪廓不會改變,而轉動光罩或轉動照射與投影光學單元會導致角度β的符號改變。因此於重疊區641的點上,角度α及β在兩操作狀態中實質相差在符號的改變。此優點在於,平均在兩操作狀態,光罩在重疊區是垂直照射,所以範例中沒有像圖2所說的發生結構位移。
位在重疊區的點643可視為範例。此點具有x座標Xp=50mm及y座標Yp=125.4mm,因此位在重疊區且在半徑135mm之圓弧上。於第一操作狀態下照射及造影左手部分區域604a。於此案例中,入射瞳位於座標XEP =0,YEP =0,ZEP =1284.4mm。為了在反射後,輻射的形心方向是在入射瞳的方向,第一形心方向向量必須符合:
於第二操作狀態下照射及造影右手部分區域604b。於此案例中,入射瞳位於座標XEP =90,YEP =254.56,ZEP =1284.4mm。此位置乃起因於部分區域604a的位置使得在x=45mm,亦即位在重疊區的中心,部分區域604a具有半徑135mm之圓弧與部分區域604b的對應圓弧相交。
因此,形心方向向量必須符合:
垂直光罩之正規化向量在座標系統中具有以下表示法:
結果使純量三重積的值為:
圖7a顯示根據本發明之另一投影曝光裝置之選替發展之兩並列部分區域。於此案例中,投影曝光裝置於第一操作狀態實施左手部分區域704a的第一曝光,而後於投影曝光裝置的第二操作狀態執行右手部分區域704b的第二曝光。
於此案例中投影光學單元之物場為矩形,而使部分區域704a及704b亦為矩形。再者,投影曝光裝置發展成使角度α及β實質不具有輪廓。此乃可藉由利用入射瞳與物件平面相距大距離之投影光學單元達成,此表示投影光學單元在物件側是遠心的。這樣距離可例如為大於3m,尤其是大於50m,尤其是大於1000m。於本案例中,距離為5m。關於入射瞳相距物件平面1000m距離之投影光學單元之詳細說明,可參考有關圖8的說明。
圖7b顯示此類系統之角度α及β。角度β實質為6°且在整個場為固定的,而角度α幾乎為0°。由於整個場的角度變化只有非常小,所以重疊區741之點在第一操作狀態及第二操作狀態間之輻射形心方向向量的差異非常小,而使發生的投影及陰影效應變化非常小。因此,由於第一操作狀態中重疊區之輻射形心方向與第二操作狀態中重疊區之輻射形心方向差異不大,使並列的物場沒有問題發生。
於此,在位置743之純量三重積值可利用範例計算。此點具有x座標Xp=50mm及y座標Yp=0,且位於重疊區中。於第一操作狀態下照射及造影左手部分區域704a。入射瞳位於座標XEP =0,YEP =-525.52mm,ZEP =5000mm。設計投影光學單元時選擇距離Yp,而使物場之入射平均角度為6°。
為了在反射後,輻射的形心方向是在入射瞳的方向,第一形心方向向量必須符合:
於第二操作狀態下照射及造影右手部分區域704b。於此案例中,入射瞳位於座標XEP =90,YEP =-525.52mm,ZEP =5000mm。此位置乃起因於物場803b相對於物場在x方向位移90mm。因此,形心方向向量的值符合:
垂直光罩之正規化向量在座標系統中具有以下表示法:
結果使純量三重積的值為:
圖8顯示可能的投影光學單元1之光學設計。圖式顯示兩個別光束845之光束路徑自圖8上下設置的5個物場點前進,並彼此於y方向相隔,其中與5個物場點之一相關的兩個別光束指派到5個物場點的兩個不同照射方向。這兩個照射方向由5個物場點之各個的上彗形光束(coma beam)及下彗形光束表示。
自物件平面805前進,首先個別照射光束845由第一鏡M1反射及之後由例如於光束路徑依序設置之鏡子M2、M3、M4、M5、及M6之其他鏡子反射。根據圖8之投影光學單元801具有6個反射鏡。若對例如EUV波長有需要的話,這些鏡子具有對輻射833波長為高反射的塗層。在投影光學單元801中,亦可導引彼此具有顯著不同波長之輻射,因為這些光學單元具有實質消色差性質。因此可在光學單元中例如導引對準雷射,或操作自動對焦系統,其中同時使用與操作波長顯著不同的波長作為照射光。因此,對準雷射可操作於632.8nm、248nm、或193nm,而同時可使用在5至15nm範圍之輻射。
鏡子M3具有凸形,換言之可描述為凸形最佳匹配表面。於之後的說明中,此類型的鏡子簡稱為凸面鏡,而可描述為凹形最佳匹配表面之鏡子則簡稱為凹面鏡。凸面鏡M3於投影學單元801提供良好的珀茲伐(Petzval)校正。
圖8之投影光學單元801之入射瞳面位於輻射833之光束路徑之物件平面805之前1000m。圖8之投影光學單元801具有結構長度為2000m,結構長度即物件平面805與影像平面807之間的距離。
因此,自相隔物場點前進且指派給相同照射方向之個別光束845,在物場803及第一鏡M1之間延伸,以實質平行方式進入投影光學單元801。因此個別光束845的主光束相對於彼此在物件平面805及鏡子M1間之輻射833光束路徑上,形成實質0°的角度。
與5個物場點之特定照射方向相關的個別光束845於投影光學單元801之瞳面847結合,其中鏡子M3設置於鄰近。因此鏡子M3亦稱為瞳鏡。界定照射光束之孔徑光闌設置於瞳面847。孔徑光闌的提供可利用機械及可互換光闌,或為直接在鏡子M3上的對應塗層形式。
鏡子M1至M4將物件平面805造影到中間影像平面849。投影光學單元801之中間影像側數值孔徑約為0.2。鏡子M1至M4形成投影光學單元801之第一部分造影光學單元,具有微縮造影尺度約為3.2x。下游鏡子M5及M6形成投影光學單元801之另一部分造影光學單元,具有微縮造影尺度約為2.5x。在中間影像平面849上游之鏡子M4及M5間的輻射833光束路徑及其鄰近,於鏡子M6形成通孔851,而透過通孔在第四鏡子M4及第五鏡子M5反射時,使照射或造影輻射833通過。接著第五鏡子M5具有中央通孔853,透過此通孔輻射束855通過第六鏡子M6及影像平面807之間。
第五鏡M5設置於鄰近投影光學單元801之另一瞳面20,其中另一瞳面相對於第一瞳面847是共軛的,且第五鏡M5是與第六鏡M6一起將來自中間影像平面849之照射或造影輻射,造影到影像平面807。於造影光路徑之另一瞳面857空間上鄰近第五鏡M5,且在第五鏡M5與第六鏡M6間之光束路徑中,而使另一瞳面857位置存在有物理可存取之光闌平面。於該光闌平面中,孔徑光闌可選替地或額外地類似配置,如上述有關瞳面847區域中孔徑光闌所述。投影光學單元801具有朦朧光闌,係以集中形式設置於瞳面847、857其中之一。藉此使指派到鏡子M5、M6之中央通孔851、853之投影光束路徑的部分光束變朦朧。因此,投影光學單元801的設計亦稱為具有中央瞳朦朧之設計。
連接中央物場點到投影光學單元801之入射瞳面的中央照射點之重要個別光束845,亦稱為中央場點主光束。起始於第六鏡M6反射的中央場點主光束,與影像平面807形成約直角,換言之約平行投影光學單元803之Z軸延伸。此角度大於85°。
影像場859為矩形。影像場859平行於x方向具有13mm的範圍。影像場859平行於y方向具有1mm的範圍。習知的投影光學單元通常具有平行x方向之範圍為26mm或更多之影像場。因此微影投影曝光裝置的典型應用可適用於此範圍。根據本發明之微影投影曝光裝置,對相同的典型應用而言,亦可使用在平行x方向具有較小範圍之投影光學單元。影像場859位在第五鏡M5中央後。通孔19的半徑必須滿足以下關係式以才不會造成漸暈造影:
於此案例中,D為影像場之對角線,dw為鏡子M5相距影像平面之自由工作距離。此自由工作距離定義為影像平面9及投影光學單元801最接近的鏡子所用反射表面與其最接近區段間之距離,換言之於此實施例最接近的鏡子即指鏡子M5。NA為影像側數值孔徑。
投影光學單元801所有六個鏡子實施為自由曲面,不能用轉動對稱函數描述。投影光學單元801的其他實施例亦可為鏡子M1至M6至少其中之一為此類型的自由反射曲面。
此類型的自由曲面可自轉動對稱參考表面產生。微影投影曝光裝置之投影光學單元之鏡子的此類型自由曲面,可從US 2007-0058269A1中得知。
自由曲面可由以下方程式數學地表示:
其中符合:
Z為點x,y(x2 +y2 =r)之自由曲面之弓形高。
c為對應相應非球面之頂點曲率之常數。k對應相應非球面之圓錐常數。Cj為單項式Xm Yn 的係數。c、k、及Cj的值典型決定於投影光學單元7內鏡子所需的光學性質。單項式的階數m+n可依需要變化。較高階單項式可導致投影光學單元的設計具有較佳的影像像差校正,但是計算更複雜。m+n可假設是在3與大於20間的值。
自由曲面亦可以查涅克(Zernike)多項式數學地表示,其解釋在例如光學設計程式CODE的手冊中。選替地,自由曲面可利用二維樣條曲面表示。此範例如貝茲(Bezier)曲線,或非均勻有理B樣條曲線(NURBS)。二維樣條曲面可描述如xy平面中的點網絡及相關的z值,或如這些點與其相關的梯度。依據樣條曲面的個別類型,可利用對連續性與可辨性有特定性質之多項式或函數,在網絡點間內插而得到完整的表面。此範例為分析函數。
鏡子M1至M6具有多反射層,以最佳化照射到的EUV照射輻射833的反射。反射越好,個別光束845在鏡面上的照射角度越接近垂直入射。投影光學單元801對整體個別光束845而言具有小反射角。
投影光學單元803之鏡子M1至M6之反射面的光學設計資料,可自下表得到。相對於光學元件的光學表面以及相對於孔徑光闌,這些表的第一表各指出頂點曲率的倒數(半徑)以及從物件平面前進對應光束路徑中相鄰元件間的z距離之距離值(厚度)。第二表指出鏡子M1至M6上述自由曲面方程式之單項式Xm Yn 之係數Cj。於此案例中,Nradius表示正規化因子。第二表後,亦指出大小為mm,以及從鏡子參考設計繼續,去中心化(Y-decenter)及旋轉(X-rotation)個別鏡子。此對應上述自由曲面設計方法之平行位移及傾斜。於此案例中,位移發生在y方向,旋轉發生在大約x方向。於此案例中,旋轉角以度表示。
於投影光學單元3之案例中,物件影像偏移(即影像平面804上物場中點之投影與影像場859中點間之距離)為208mm。
1...投影光學單元
3...物場
5...物件平面
7...影像平面
9‧‧‧光學軸
11‧‧‧鏡子
13‧‧‧孔徑光闌
15‧‧‧主光束
17‧‧‧孔徑邊緣光束
19‧‧‧孔徑邊緣光束
21‧‧‧入射瞳面
223‧‧‧反射基層
225‧‧‧基板
227‧‧‧覆蓋層
229‧‧‧第一部分區域
231‧‧‧第一部分區域的中心
232‧‧‧第二部分區域
233‧‧‧輻射
235‧‧‧形心方向向量
335‧‧‧向量
337 x-z‧‧‧平面的投影
339 y-z‧‧‧平面的投影
403‧‧‧拱形物場
409‧‧‧光學軸
504a、504b‧‧‧部分區域
541‧‧‧共同重疊區
604a、604b‧‧‧部分區域
641‧‧‧重疊區
643...重疊區的點
704a、704b...部分區域
741...重疊區
743...位置
801...投影光學單元
803...物場
805...物件平面
807...影像平面
833...照射輻射
845...光束
847...瞳面
849...中間影像平面
851...通孔
853...通孔
855...輻射束
857...瞳面
859...影像場
圖1為反射式組態之投影光學單元。
圖2為結構承載光罩之部分示意圖。
圖3為在光罩上具有角度α及β定義之光束。
圖4a為欲造影之拱形場之平面圖。
圖4b為習知投影曝光裝置中形心方向向量之角輪廓。
圖5a為習知並列的部分區域。
圖5b為習知圖4a之實施例中形心方向向量之角輪廓。
圖6a為根據本發明實施例並列的部分區域。
圖6b為根據本發明圖6a之實施例中形心方向向量之角輪廓。
圖7a為根據本發明又一實施例並列的部分區域。
圖7b為根據本發明圖7a之實施例中形心方向向量之角輪廓。
圖8為自物件側遠心之投影光學單元。
604a...部分區域
604b...部分區域
641...重疊區
643...重疊區的點

Claims (21)

  1. 一種微影投影曝光裝置,用以製造具有至少兩操作狀態之微電子組件,包含一反射式光罩於一物件平面(object plane),其中:於第一操作狀態,該光罩之一第一部分區域由一第一輻射照射,其具有一指定第一形心(centroid)方向,於該第一部分區域之各點具有一第一形心方向向量;以及於一第二操作狀態,該光罩之一第二部分區域由一第二輻射照射,其具有一指定第二形心方向,於該第二部分區域之各點具有一第二形心方向向量,以及其中該第一部分區域及該第二部分區域具有一共同重疊區,特徵在於:於該重疊區之至少一部分區域之各點,正規化的第一形心方向向量、正規化的第二形心方向向量、以及垂直於該光罩之一正規化向量之一純量三重積係少於0.05。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微影投影曝光裝置,其中:於該重疊區之至少一部分區域之各點,該正規化的第一形心方向向量、該正規化的第二形心方向向量、以及垂直於該光罩之該正規化向量之該純量三重積,少於0.03。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微影投影曝光裝置,其中:於該重疊區之至少一部分區域之各點,該正規化的第一形心方向向量、該正規化的第二形心方向向量、以及垂直於該光罩之該正規化向量之該純量三重積,少於 0.01。
  4. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之微影投影曝光裝置,其中:於該重疊區之至少一部分區域之各點,該第一形心方向與垂直於該光罩之該正規化向量間之一夾角為3°或更大。
  5. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之微影投影曝光裝置,其中:該重疊區小於該第一部分區域且小於該第二部分區域。
  6. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之微影投影曝光裝置,其中:該反射式光罩於該第一操作狀態之方位與該反射式光罩於該第二操作狀態之方位不同,係藉由繞垂直該物件平面之一軸旋轉180°。
  7. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之微影投影曝光裝置,包含一投影光學單元,用以造影一物場到一影像場,其中:該影像場具有13mm的最大範圍。
  8. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之微影投影曝光裝置,其中:該微影投影曝光裝置可使用具有5nm至15nm間之波長之輻射操作。
  9. 一種利用微影製造微電子組件之方法,其中於一物件平面之一反射式結構承載光罩造影到於一影像平面之一基板,其中:一第一部分區域藉由一第一輻射照射曝光於一第一曝光背景,其具有一第一形心方向,於該第一部分區域之各點具有一第一形心方向向量;以及於一第二曝光背景,該光罩之一第二部分區域由一第二輻射曝光,其具有一第二形心方向,於該第二部分區域之各點具有一第二形心方向向量,其中該第一部分區域及該第二部分區域具有一共同重疊區,特徵在於:於該重疊區之各點,正規化的第一形心方向向量、正規化的第二形心方向向量、以及垂直於該光罩之一正規化向量之一純量三重積,少於0.05。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中:於該重疊區之各點,該正規化的第一形心方向向量、該正規化的第二形心方向向量、以及垂直於該光罩之該正規化向量之該純量三重積,少於0.03。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中:於該重疊區之各點,該正規化的第一形心方向向量、該正規化的第二形心方向向量、以及垂直於該光罩之該正規化向量之該純量三重積,少於0.01。
  12. 如申請專利範圍第9至11項任一項所述之方法,其中:於該重疊區之至少一部分區域之各點,該第一形心 方向與垂直於該光罩之該正規化向量間之一夾角為3°或更大。
  13. 如申請專利範圍第9至11項任一項所述之方法,其中:該輻射具有一波長介於5nm至15nm之間。
  14. 如申請專利範圍第9至11項任一項所述之方法,其中:利用一掃描程序發生第一曝光及第二曝光,其中於該第一曝光時該光罩沿一第一掃描方向,以及於該第二曝光時沿一第二掃描方向,移動通過一照射場。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法,其中:該第一掃描方向及該第二掃描方向為平行或逆平行。
  16. 如申請專利範圍第9至11項任一項所述之方法,其中:在兩任意第一形心方向向量間或在兩任意第二形心方向向量間之最大角度小於1°。
  17. 如申請專利範圍第9至11項任一項所述之方法,其中:於該重疊區之各點,一第一形心方向向量與一第二形心方向向量夾角少於1°。
  18. 如申請專利範圍第9至11項任一項所述之方法,其中:於該重疊區之各點,由該第一形心方向向量與該第二形心方向向量形成之一平面與垂直該光罩之該正規化向量間之夾角少於1°。
  19. 如申請專利範圍第9至11項任一項所述之方法,其中: 在第一及第二曝光間,於該物件平面之該結構承載光罩旋轉180°。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法,其中:在第一及第二曝光間,於該物件平面之該結構承載光罩旋轉180°。
  21. 一種如申請專利範圍第9至20項任一項所述之方法製造的微電子組件。
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