CN102279531A - 固态浸没透镜微影术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固态浸没透镜微影术。于一实施态样中，提供一种包含具有第一面和第二面之抗蚀膜的装置，其中，该第二面为第一面的相对面。将一个或多个固态浸没透镜设置于该抗蚀膜的第一面之上。于另一实施态样中，提供一种制造方法，包括形成抗蚀膜以及利用穿透过一个或多个固态浸没透镜的辐射使该抗蚀膜曝光。

Description

固态浸没透镜微影术

本申请是申请号为200580033714.1，申请日为2005年6月23日，发明名称为“固态浸没透镜微影术”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体而言是关于半导体工艺，更详尽地来说，是关于结构的微影图案成形(lithographic patterning)的方法与装置。

背景技术

现今集成电路之制造，需要于半导体晶圆(wafer)上图案化数百万种不一样类型的区域，像是局部互连沟渠(local interconnect trenches)、总体金属化层(global metallization layers)、晶体管栅极等。如此多种微小结构之制造系藉由使用微影工艺而成为可能。在光刻工艺(photolithography processing)中，经常是使用旋转涂布法(spin-coating)将光刻胶材料层涂布在晶圆上。接着，再使该光刻胶层曝露于光化辐射光源(actinic radiation source)，例如深紫外光(“DUV”)。DUV辐射会先通过掩膜(mask或reticle)，该掩膜系选择性地使部份DUV辐射穿透过，同时阻挡其它部份DUV辐射穿透过，致使只有光刻胶之预先选择区域曝露于该辐射。辐射穿透过掩膜，然后在到达(striking)光刻胶层之前通过一个或多个缩影透镜(reduction lens)。辐射改变光刻胶的化学性质，使光刻胶在后来的溶剂步骤中成为可溶或不可溶，其取决于该光刻胶为负型光刻胶或正型光刻胶。然后将光刻胶曝露于显影溶剂(developer solvent)，使该光刻胶显影。在显影步骤后，光刻胶余留的地方会遮蔽和保护其所覆盖的基板区域。

其中，显影影像的品质和最小特征尺寸乃取决于曝光辐射的波长、缩影透镜的聚焦能力、以及光刻胶和光刻胶下面之薄膜的光学性质。曝光辐射的波长在过去已稍受限于照射光源需要在比较窄的带宽(bandwidth)上产生比较高强度的辐射。更具能力的缩影透镜有助于使成像达到绕射极限(diffraction limit)。然而，对于缩影透镜的改良，仍然有其物理极限。

有些人曾经提出利用固态浸没透镜使微电路结构成像。于该概念的一种变化形式中，是将单一个具有较高折射率(refractive index)的固态浸没透镜置于物镜和待成像结构中间。将固态浸没透镜置于适合位置，从物镜穿透的光就会聚焦在固态浸没透镜而不是空气或一些其它介质。因为光是聚焦在折射率较高的固态浸没透镜，所以会由于的有效波长降低而致使成像系统的有效数值孔径(numerical apeture)连带增加。另一种现有的成像系统则是采用固态浸没透镜之阵列从接受检验之装置去成像拉曼散射(Ramman scattering)。无论是单一或阵列排列，可以知道在背景叙述中现有之固态浸没透镜都是用在成像，而不是用在微影术。

本发明是应用于克服或减少一个或多个上述的缺点。

发明内容

根据本发明之一实施态样提供一种装置，该装置包含具有第一面和第二面的抗蚀膜(resist film)，其中该第二面为第一面的相对面。将一个或多个固态浸没透镜设置于该抗蚀膜的第一面上。

根据本发明的另一实施态样提供一种装置，该装置包含曝光掩膜、照射该曝光掩膜的辐射光源、位于该曝光掩膜下的一个或多个固态浸没透镜，以使穿透过曝光掩膜的辐射聚焦，以及用于支撑该一个或多个固态浸没透镜的组件。

根据本发明的另一实施态样提供一种装置，该装置包含电路装置、位在该电路装置上的抗蚀膜、位在该抗蚀膜上的曝光掩膜、以及照射该曝光掩膜的辐射光源。将一个或多个固态浸没透镜设置于该曝光掩膜和该抗蚀膜之间，以使穿透过曝光掩膜的辐射聚焦于抗蚀膜上。提供用于支撑该一个或多个固态浸没透镜的组件。

根据本发明的另一实施态样提供一种装置，该装置包含电路装置、位在该电路装置上的抗蚀膜、位在该抗蚀膜上的曝光掩膜、以及照射曝光掩膜的辐射光源。固态浸没透镜的阵列为结合至抗蚀膜，以使穿透过曝光掩膜的辐射聚焦于抗蚀膜。提供用于支撑电路装置的组件。

根据本发明的另一实施态样，提供一种制造方法，该方法包含形成抗蚀膜以及利用穿透过一个或多个固态浸没透镜的辐射使该抗蚀膜曝光。

根据本发明的另一实施态样提供一种制造方法，该方法包含形成抗蚀膜以及在该抗蚀膜上形成一个或多个固态浸没透镜。

根据本发明的另一实施态样，提供一种掩膜，该掩膜包含可穿透电磁辐射的板。该板包含至少一个固态浸没透镜。将不透光薄膜设置于该板上。该不透光薄膜可以允许电磁辐射穿透过至少一个固态浸没透镜，但是防止电磁辐射穿透过至少一部分的板。

根据本发明的另一实施态样，提供一种装置，该装置包含电磁辐射光源以及使电磁辐射的选择部份通过的掩膜。该掩膜包含可以穿透电磁辐射的板。该板包含至少一个固态浸没透镜以及在该板上的不透光薄膜。该不透光薄膜可以允许电磁辐射穿透过至少一个固态浸没透镜，但是防止电磁辐射穿透过至少一部分的板。

根据本发明的另一实施态样，提供一种装置，该装置包含电路装置、位在该电路装置上的抗蚀膜、电磁辐射光源、以及位在该电磁辐射光源和该抗蚀膜之间的掩膜，以使电磁辐射的选择部份通过到抗蚀膜。该掩膜包含可以穿透电磁辐射的板。该板包含至少一个固态浸没透镜以及在该板上的不透光薄膜。该不透光薄膜可以允许电磁辐射穿透过至少一个固态浸没透镜，但是防止电磁辐射穿透过至少一部分的板。

根据本发明的另一实施态样提供一种制造方法，该方法包含形成抗蚀膜以及利用穿透过掩膜的辐射使该抗蚀膜曝光，而该掩膜包含有可穿透电磁辐射的板。该板包含至少一个固态浸没透镜以及在该板上的不透光薄膜。该不透光薄膜可以允许电磁辐射穿透过至少一个固态浸没透镜的穿透，但是防止电磁辐射穿透过至少一部分的板。

提供一种制造方法，该方法包含在可以穿透电磁辐射的板上形成至少一个固态浸没透镜，以及在板上形成不透光薄膜。该不透光薄膜可以允许电磁辐射穿透过至少一个固态浸没透镜，但是防止电磁辐射穿透过至少一部分的板。

附图说明

经由阅读以下详细说明和配合其参考图标，将对上面所述和本发明之其它优点有更清楚的了解，其中：

图1为例示的现有固态浸没透镜(“SIL”)显微镜的侧面示意图；

图2为另一个例示的现有SIL显微镜的侧面示意图；

图3为依据本发明利用固态浸没透镜的微影系统的例示具体实施例的侧面示意图；

图4为依据本发明的图3的部份分解示意图；

图5为根据本发明的例示固态浸没透镜阵列的平面示意图；

图6为依据本发明的另一例示固态浸没透镜阵列的平面示意图；

图7为依据本发明取图4的7-7断面部份的剖面示意图；

图8为依据本发明的位于下方的集成电路上的例示抗蚀膜的剖面示意图；

图9为相似于图8的剖面示意图，其说明依据本发明于抗蚀膜上形成薄膜；

图10为相似于图9的剖面示意图，其说明依据本发明的薄膜上固态浸没透镜阵列的图案化；

图11为依据本发明的微影掩膜的例示具体实施例的平面示意图，该掩膜包括一种或多种固态浸没透镜；

图12为依据本发明取图11的12-12断面的剖面示意图；

图13为描述依据本发明在最初于板上形成一个或多个固态浸没透镜的剖面示意图；

图14为相似于图13的剖面图，其说明依据本发明于固态浸没透镜上形成不透光薄膜；

图15为相似于图14的剖面图，其说明依据本发明于不透光薄膜上形成材料移除掩膜(material removal mask)；

图16为依据本发明的微影掩膜结构的另一具体实施例的掩膜剖面图；

图17为相似于图16的剖面图，其说明依据本发明从不透光薄膜移除材料；

图18为相似于图17的剖面图，其说明根据本发明在板上形成块状薄膜(bulk film-on-the-plate)；以及

图19为相似于图18的剖面图，其说明根据本实施例从块状薄膜形成一个或多个固态镜没透镜。

【主要组件符号说明】

具体实施方式

在下述图式中，若相同组件出现于一个以上之图式中，则通常会重复其组件符号。现在参照图式，特别是图1，图中显示例示之现有固态浸没透镜(“SIL”)显微镜10之侧面示意图，该固态浸没透镜显微镜10系用于成像集成电路12。集成电路12系由封装体(package)14和集成电路芯片16所组成。该显微镜10包含可以传送入射光20到反射镜或分光镜22之照射光源18。入射光20通过物镜24和下方之固态浸没透镜26。固态浸没透镜26使入射光20聚焦到特定位置或芯片16上之视界(field of view)。反射光28往回穿过固态浸没透镜26、物镜24、和分光镜22，再传送到目镜(eye piece)30或相机32或两者。在该现有系统中，固态浸没透镜26在成像期间系典型地直接被固定在集成电路芯片16之上表面。除了扫描横越芯片16，SIL26和其下面的芯片16之间会有相对的移动。

另外一个现有之SIL显微镜系统10’显示于图2，其可使由芯片16和封装体14组成之集成电路成像。如图1所述，现有之SIL显微镜10’包含传送入射光之照射光源18、镜子22、物镜24、和接收反射光28之目镜30或相机32。然而，固态浸没透镜26’本身则直接放置在集成电路芯片16上。该透镜26’典型为在集成电路芯片16成像后移除。

图3系根据本发明之微影系统34之例示实施例的侧面示意图，该系统利用固态浸没透镜阵列36使入射光38聚焦到抗蚀膜40的选择部份。该抗蚀膜40系形成在电路装置42上面。电路装置42可为在任何制造阶段之集成电路或其它类型之电路装置。举例来说，电路装置42可为用在半导体块材例如硅中、或用在绝缘半导体(semiconductor-on-insulator)基材中的集成电路。系统34包含可产生同调(coherent)或不同调(incoherent)光之照射源44。准直透镜(collimatinglens)45可置于源44之光学输出处(optical output)。可提供镜子46去控制入射光38之路径。将物镜48置于SIL阵列36上面。将曝光掩膜(mask或reticle)49置于准直透镜45之输出侧和放射光38之路径上。SIL阵列36由可移动平台50所支撑，该平台50可以提供在SIL阵列36和下方之抗蚀膜40之间的相对性横向移动。或者，该相对性移动可藉由下述方式提供：移动集成电路42而不移动SIL阵列36，或除了移动SIL阵列36外亦移动集成电路42。平台50的移动和照射源44可以由控制器52所控制，该控制器可以为计算机、微处理器、或其它控制系统。

另外可以参照图4而对SIL阵列36有更详尽的了解，图4为SIL阵列36、抗蚀膜40和集成电路42之分解示意图。SIL阵列36由基板54所构成，基板上面形成复数个SILS 56。制造基板54和透镜56的材料较佳为具有与下面的抗蚀膜的折射率n实质上相同的折射率，藉此可降低或排除与各接口间的折射有关的不利结果。基板54之尺寸为设计考量上之重要关键。在例示之具体实施例中，基板54的长乘宽可分别为大约18毫米×18毫米，以及厚度大约为5×10⁵到6×10⁵奈米。

透镜56可以为球状的，或是比实际球状构形还小或大的某形体。事实上，各个透镜56的精确几何形状可依照抗蚀膜40的光学需要而大幅改变。在例示之具体实施例中，该透镜具有半径为约2×10⁵到3×10⁵奈米之半球形表面。透镜56系排列成阵列，该阵列之几何形状为设计考量上之重要关键。就这一点而言，透镜56可于“Y”方向以间距P_y以及于“X”方向以间距P_x隔开。各间距P_y和P_x可以相等或不相等。虽然描绘了复数个透镜56，但预期可使用一个或多个透镜56。

每个透镜56会于下面的抗蚀膜40上显现出视界(field of view)60。视界60的尺寸取决于透镜56之几何形状、其组成成分以及其它因素如阵列36和抗蚀膜40之间的间隔以及入射光38的波长。

如上述，SIL阵列36可以有多种的几何形状。图5和图6叙述两种可能的阵列结构之平面图。图5显示以矩形阵列方式在基板54上排列透镜56之阵列36。图6说明以六角形图案(pattern)在基板54上排列透镜56之阵列36’。这两个具体实施例仅代表透镜56在基板54上之多种排列方式的其中两种。事实上，设想在阵列中并不需要提供透镜装置或阵列36给透镜56。就这一点而论，则可以将复数个透镜56置于基板54上的特定位置，而不需要为几何阵列或其它形式。

现在开始看图7，其为图4取7-7断面之剖面图，但并没有将阵列36自抗蚀膜40或下面之集成电路42分开。为了简化说明，只有描述照射源44，而不去描述控制器52、镜子46、和物镜48。如上文中图3之说明所述，透镜装置36较佳系设置为尽可能地接近抗蚀膜40的上表面。精确的间隔为设计考量上之重要关键。如果间隔约为λ/10，则预计将获得良好的结果，其中，λ为曝光辐射38的波长。将掩膜49放在适当位置，使从照射源44发射的入射光38穿过在掩膜49上的一个或多个开孔62。接着再藉由透镜装置36的一个或多个透镜56使入射光38聚焦，而在抗蚀膜40上产生复数个曝光区域64，但在图上只显示其中一个。视需要，可在透镜装置36之透镜56之上表面形成顶部抗反射涂层(top anti-reflective coating)66。第一次曝光之后，可将透镜装置36以相对于下面的抗蚀膜40之“X”方向或“Y”方向(参考图4)位移，为使抗蚀膜上感兴趣的所有区域充分曝光，可以执行第二次曝光甚至第三次或第四次曝光。

如上面所述，透镜装置36较佳系制造为和下面的抗蚀膜40的折射率实质上一样。举例来说，例示之材料包括，硅、锗、氰基-丙烯酸系(cyano-acrylic)薄膜、聚碳酸酯(polycarbonate)薄膜、聚甲基丙烯酸酯(poly-methyl-acrylate)、各种玻璃、硅氧化物(silicon)、氮化硅(silcon nitride)等等。在摄氏温度约0度到150度的温度范围内，期望基板54展现热稳定性。透镜56可藉由使基板54经过熟知的Bosch蚀刻技术、离子束铣切(ion beam milling)、或其它微影技术而制造。预期浮雕法(embossing)也为用于制造透镜56之技术。

顶部抗反射涂层66可以由多种适合该薄膜的材料制造，举例来说，如氟化镁、氟化铅、一氧化硅等。顶部抗反射涂层66可具有约λ/4的厚度。掩膜49可以为现有的掩膜类型，或者视需要，也可以为相位移掩膜(phase shifting mask)。

根据本发明之另一例示实施例，透镜装置36可以直接形成在下面的抗蚀膜之上。现在看到图8，其为将抗蚀膜40置于下面的集成电路42之上之剖面示意图。抗蚀膜40可使用熟知用于光刻胶涂布和烘烤的材料以及技术制造。也可以使用对各种曝光波长具有光化敏感性之正型光刻胶和负型光刻胶。也可以使用旋转涂布或其它熟知的涂覆技术。为了克服该欲涂覆抗蚀膜40之表面的表面能量，可视需要在施加抗蚀膜40之前进行溶剂预湿(solvent pre-wet)处理。可以使用各种熟知的溶剂预湿之溶剂。举例来说，可在欲涂覆膜40之表面上施用乳酸乙酯(ethyl-lactate)和4-甲基-2-戊酮(4-methyl-2-pentanone)的混合物，并使该混合物在高转速如约5,000至10,000rpm下旋转分布开。当预湿溶剂从薄膜电路装置42蒸发时，则使用前述技术施加抗蚀膜40。在光刻胶涂布之后，执行一次或多次的烘烤处理。在例示之具体实施例中，该阻膜40系于大气压力下加热至约摄氏90度到110度，约45秒到300秒。

现在参考图9，将薄膜68施加至抗蚀膜40。经过后序处理，薄膜68将转变成透镜装置，以下会有更完整的叙述。如其它所揭示的具体实施例，该最终将制造出透镜装置的薄膜68可以由多种材料形成，该等材料之折射率与下面之抗蚀膜40的折射率大约相同。举例来说，薄膜68亦可由和下面的抗蚀膜40相同类型的光刻胶材料制造，虽然，没有任何的光活性化合物在其中。

现在参考图10，将薄膜68加工以形成透镜56’。透镜56’可藉由浮雕该薄膜68或藉由其它熟知的微影技术，如离子束铣切、雷射剥离法(laser ablation)、蚀刻(etching)等而形成。当透镜56’形成，可视需要如图7所述施加顶部抗反射涂层66，然后可进行如图7或本文别处所述之曝光处理。曝光之后，可藉由熟知的灰化(ashing)、溶剂剥离法(solvent stripping)或两者之结合等移除该透镜装置36’和下面的抗蚀膜40。透镜装置36’的移除处理当然是取决于其制造所选择的特定材料。

经由参考图11和图12，可以了解依据本发明之另一个例示具体实施例。该例示之具体实施例结合一个以上的固态浸没透镜和微影掩膜。图11描述在板或基板78上合并一种或多种固态浸没透镜74、75、和76的微影掩膜72之平面示意图。板78可以由本文别处所叙述的材料类型来制造。其它可行的材料包含钠钙玻璃(soda-lime glass)、硼硅酸玻璃(borosilicate glass)、石英等等。板78之至少一部份系由不透光薄膜80所覆盖，使得入射电磁辐射可以穿过该一种或多种透镜74、75和76而不穿过不透光薄膜80。该不透光薄膜80可以由各种材料制造，举例来说，如乳剂、铬、氧化铁等等。

固态浸没透镜74，75和76可以有多种形状，但较佳为根据电路装置中所欲印出的图案塑形。在大部份情况下，透镜74、75和76的形状与集成电路中图案化之晶体管结构、互联机路和其它结构所欲之形状相符。因此，虽然透镜74经描绘为适于图案化之细长结构，例如集成电路中之导线，透镜75经描绘为弯头形状，以及透镜76经描绘为球状，但实际上是可以使用任何形状。

现在参考图12，其为取图11之12-12断面之剖面示意图。除了描述掩膜72之外，图12也显示本文别处所述的电磁辐射源44、电路装置42和抗蚀膜40。而描述于图3之其它类型的光学组件，诸如镜子和准直透镜，在图12则省略以简化图式。掩膜72系设置于辐射源44和抗蚀膜40之间。固态浸没透镜74和76传送来自源44之辐射38并使之于抗蚀膜40上聚焦为选定之图案该图案之曝光形状系由透镜74和76的形状以及不透光薄膜80的面积范围所决定。为了在抗蚀膜40之曝光区域间获得所欲之间隔，可视需要在连续曝光之间使掩膜72相对于抗蚀膜40转移而进行多重曝光。可视需要在曝光之后使用另一种掩膜(图中未显示)，该掩膜可以合并有固态浸没透镜，也可以不合并有固态浸没透镜。曝光之后，可使用熟知的光刻胶显影技术使抗蚀膜40显影。

根据本发明之制造掩膜72的例示方法，可藉由参考图13、14和15而有所了解。图13为描述在板78上界定出一个或多个固态浸没透镜74后之掩膜72的剖面图。透镜74的制造可以使用多种熟知的图案化技术，举例来说，如离子束铣切、直接或非直接蚀刻、浮雕法等等。在例示之具体实施例中，可适当地遮蔽和蚀刻板78以界定出固态浸没透镜74。然后，如图14所示，可将前面所述之不透光薄膜80形成于透镜74上以及板78所欲之其它区域上。不透光薄膜80之沉积(deposition)或形成(formation)可以利用溅镀法(sputter deposition)、化学气相沉积(chemical vapor deposition)或其它熟知的薄膜沉积技术。如图15所示，于不透光薄膜80成形之后，在该不透光薄膜80上图案化(pattem)另一个掩膜82，以便使固态浸没透镜74上之不透光薄膜80之区域曝光。然后，以湿式蚀刻、干式蚀刻、电子束蚀刻(e-beam etching)等方式移除不透光薄膜80之未遮蔽区域以曝光该固态浸没透镜74，藉以完成掩膜72，通常如图11和图12所示。在例示之具体实施例中，铬不透光薄膜80可以藉由使用饱和之Ce(SO₄)₂溶液和浓缩之HNO₃溶液以约9∶1的比例进行湿式蚀刻而图案化。

图13、14和15所显示以及上文所说明之制造方法为减成法(subtractive process)，其中，描绘于彼等图式中之固态浸没透境74系利用从下面的基板或板78移除材料而制造。在另一例示之具体实施例中，可使用加成法(additive process)制造掩膜，该掩膜合并有一个或多个固态浸没透镜。现在参考图16、17、18和19。如图16所示，基板或板84系如本文他处所说明，涂布有不透光薄膜80。板84可藉由使用与其它图所示以及叙述于本文他处的板78相同的材料制造。此时，将适当的掩膜82图案化于不透光薄膜80上，其图案通常与后来所形成之固态浸没透境的配置相符。掩膜82提供蚀刻掩膜的双重作用：(1)用于蚀刻移除不透光薄膜80之各个部份；和(2)用于后来的材料沉积步骤。如图17所示，不透光薄膜80之未遮盖部分系经由蚀刻、雷射剥离法、离子束铣切等方式移除。

现在参考图18，在下面的板84的曝露区域87之上沉积薄膜86。经过后序处理，薄膜86将被图案化而转变成设置于下面的板84上的一个或多个固态浸没透镜。因此，使用和下面的板84相同种类的材料是有利于制造薄膜86。当然，期望薄膜86所选择的材料的折射率不只相近于下面的板84，也要与藉助于掩膜72所图案化之任何光刻胶层很相近。例示的材料包括，举例来说，旋涂式玻璃(spin-on-glass)、各种聚合材料、电浆辅助化学气相沉积氧化物(Plasma enhanced chemicalvapor deposition oxide)等等。沉积之后，如图19所示，于薄膜86上进行材料移除处理而形成一个或多个固态浸没透镜88。此步骤可以利用蚀刻、雷射剥离法、离子束铣切等方式完成。先前用作为蚀刻不透光薄膜80之蚀刻掩膜的掩膜82，也可以用作为图案化该固态浸没透镜88之合适掩膜。于固态浸没透镜88图案化后，掩膜82可以经由熟知的灰化法、溶剂剥离法、两者之结合等方法去除。

虽然本发明可以有各种修改以及替代形式，但本文已由图标范例方式显示并详细叙述特定的具体实施例。然而，须明白本发明并不只局限于所揭示之特定形式。更明确言之，本发明涵盖了所有落于本发明之精神和范畴内的修饰、等效以及替代物，其中，本发明之精神与范畴系如下列附加的权利要求所定义。

Claims (3)

1.一种装置，包括：

电磁辐射源(44)；以及

使电磁辐射的选择部分穿过的掩膜(72)，该掩膜(72)包括可以穿透电磁辐射的板(78)，该板(78)包含一个或多个固态浸没透镜(74，75，76)以及位于该板(78)上的不透光薄膜(80)，该一个或多个固态浸没透镜(74，75，76)具有布置在集成电路中的晶体管结构和互联机路所欲的形状，该不透光薄膜(80)可以允许电磁辐穿透过该一个或多个固态浸没透镜(74，75，76)，但防止电磁辐射穿透过至少一部分板(80)。

2.如权利要求1所述的装置，其中，该一个或多个固态浸没透镜(74)包括细长结构。

3.如权利要求1所述的装置，其中，该一个或多个固态浸没透镜(76)包括球状结构。

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