TWI351585B - Photolithographic systems and methods for producin - Google Patents

Description

1351585 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本文之教導内容係關於諸如用於製造半導體裝置之光微 影系統及方法。 【先前技術】 傳統的"遠場”光微影系統使用光及一透鏡系統將一主光 罩（其上面具有一圖案）成像到一沉積於一半導體晶圓上的 光敏材料層上。此類傳統光微影系統係稱為”遠場”系統， ® 因為所產生的影像在該遠場内。因此，在該光敏材料層上 可重製在該主光罩圖案中的特徵尺寸受遠場繞射之限制。 可使用一傳統的遠場光微影系統產生之最小特徵尺寸w係 w-k'TA (1) 其中ΝΑ係該系統之數值孔徑，λ係該光微影系統使用的光 波長’而ki係解析度因數，其取決於該系統之其他方面， 包括（例如）由特定的光微影系統引入之像差以及該光敏材 • 料之屬性。依據此等式，為產生較小的特徵，該光微影系 統必須使用較小的解析度因數、一較大數值孔徑、一較小 的操作波長或其一組合。 當前的遠場光微影系統包括針對像差而經良好校正的複 合透鏡。因此，當前的遠場微影技術已將解析度因數減小 到ki » 0.3 ’其略大於針對半間距成像之〇 25的理論下限。 但是’此等複合透鏡可包括許多光學元件而較昂貴。 而且’還增加了該數值孔徑。但是’在光從該透鏡系統 117700.doc 透過空氣傳播至該半導體晶圓（其上面具有光敏材料）之系 統中，該數值孔徑僅限於-。在浸泡微影中光傳播穿過一 折射率大於-的介質’ &而使得NA增加。但是，浸泡技 術受到諸如該流體與該晶圓的不相容性、氣泡形成及極化 效應之問題的困擾。但是，由於具有高於一的折射率之相 容性浸泡流體之範圍受限制’因而ΝΑ的進一步增加 限制。 還可藉由使用具有較短操作波長之光源來產生較小特 徵。商用光微影系統可使用波長在35G nm至_ nm範圍内 之可見光。操作波長在H)〇⑽至咖nm範圍内的紫外線光 微影系統可用於印刷較小特徵。但是，紫外線系統還受到 諸如成本增加、燈使用期較短及效率較低之缺點的困擾。 此外，與對紫外線敏感的光阻相比，對可見光敏感之光阻 更便宜而且相對於空浮污染物而言更強固。 因此需要不受限於遠場光學系統的繞射限制，而 且不必依賴使用複雜而昂貴的透鏡、浸泡技術或使用紫外 線波長之光微影系統。 【發明内容】 本文揭示本發明《各種不同具體實施Μ。某些此等具體 實施例包含光微影系統’該等光微影系統包含近場光學系 統。 例如’-具體實施例包含用以對具有一第一折射率且回 應於波長為λ的光之—光敏材料進行曝光之光微影系統。 該系統包含：對光不透明之複數個特徵；一介電材料其 117700.doc 1351585 係置放在該複數個不透明特徵之前方；一超透鏡其係置 放在該介電材料之前方且在該光敏材料之後方；以i介於 該超透鏡與該光㈣料之間的—巾間層。該介電材料實質 上透射該光…間層包含實質上透射該光之材料且二 材料不同於該光敏材料。

另-具體實施例包含一用以產生一近場影像之光微影系 統。該系統包含實質上透射光之一基板，該光之波長為 λ。該系統進一步包含：置放於該基板上之一或多個特 徵，該等特徵對該光實質上不透明；一間隔物材料，其係 置放於該基板上，該間隔物材料實質上透射該光；以及形 成於該間隔物材料上之一超透鏡。該間隔物材料具有一第 一複數介電常數（其具有一正實數部分），而該超透鏡包含 具有一第二介電常數（其具有一負實數部分）之材料。該系 統進一步包含接近該超透鏡之一光敏材料層以及插入=該 超透鏡與該光敏材料層t間而使得該超透鏡與該光敏材才; 分離之一中間層。該光敏材料層具有—第一折射率，而該 中間層具有等於該第一折射率之一第二折射率。該系統在 該光敏材料層中產生該等特徵之一近場影像。 另一具體實施例係在一半導體晶圓上製造一積體電路裝 置之方法。該方法包含將一欲圖案化的材料沉積於該半導 體晶圓上。將一光敏層沉積於欲圖案化的材料上。一超透 鏡模板係置放於一光源與該光敏層之間的一光學路栌中 該光敏層具有一第一折射率而且係回應於波長為人之光。 該超透鏡模板包含：實質上對該光不透明之複數個特徵； U7700.doc 1351585 一介電材料，其係置放在該複數個不透明特徵之前方；以 及超透鏡，其係置放在該介電材料之前方且在該光敏材 料之後方。該介電材料實質上透射該光。該光敏層具有一 第一折射率而且係回應於波長為λ之光。該方法進一步包 含將一中間層插入於該超透鏡與該光敏層之間以減少該超 透鏡與該光㈣之接觸。該中間層包含實透射該光之 材料。將該光導入於該超透鏡模板中，從而將該光敏層之 部分曝光於該光。可依據此方法來製造一積體電路。 另一具體實施例包含一用以將一光敏材料曝光於一光束 之光微影系統。該系統包含用以阻擋該光束之部分以形成 一光圓案之構件以及用以藉由該光圖案來產生電漿子之構 件D亥系統進一步包含用以將該光圖案耦合進該電漿子產 生構件之構件以及用以保護該光敏材料以免其與該電漿子 產生構件接觸之構件。該耗合構件實質上透射該光束，而 該保護構件係置放成使得光從該等電漿子向外耦合進入該 保護構件。 一額外的具體實施例包含將一光敏材料曝光於一光束之 一方法。該方法包含阻擋該光束之部分以形成一光圖案、 傳播遠光圖案以及藉由該光圖案來產生電毁子。該方法進 :步包含將光從該等電漿子向外耦合進入一實質上對從該 等電激子向外叙合的光具有光學透射性之介質並保護該光 敏材料以免使用該介質時與其接觸。 【實施方式】 本發明之各項具體實施例包含使用一超透鏡模板μ之光

1177〇〇.(jOC 1351585 微影系統，圖1示意性顯示其一俯視圖。此超透鏡模板14 包含一基板18以及一圖案23，該圖案23包含一或多個欲藉 由該光微影系統來成像之特徵22。 可藉由透過該超透鏡模板14傳播光來產生該圖案23之影 像。在特定具體實施例中，例如，該光可以係入射於該模 板14之一上部表面上。該光可具有一操作波長λ。此波長 可對應於一波長頻帶之一中心波長。此波長頻帶可以係具 有一奈米或更小頻寬（FWHM)之一窄頻帶，或者可包括一 B 或多個奈米。合適的操作波長可以係在從約丨〇〇 nm至8〇〇 nm的電磁頻譜之紫外線與可見光範圍内，而且可包括（例 如）水銀燈之I線（λ=365 nm)，氟化氪準分子雷射（λ=248 nm)或氟化氬準分子雷射（λ=193 nm)。使用可見光波長， 從而提供如上所述之數個優點。但是，可使用其他操作光 波長’包括遠紫外線及紅外線波長。 因此，在各項具體實施例中，該基板18對該操作波長之 φ 光實質上具有透射性，而且可包含諸如玻璃或石英之材 料。可使用對該操作波長的光實質上具有透射性之其他材 料。包含該基板18的材料可具有一實質上平坦的表面，該 表面係藉由（例如）拋光或平坦化技術來產生，但該表面可 能並不平坦。 相反，該等特徵22可包含對該操作波長實質上不透明之 材料。包含該等特徵22之材料之其他特點可包括一較低的 集膚深度，從而將光快速吸收進該材料。該等特徵U不必 非常厚以至於令透射穿過該基板18之光衰減。此外，該材 117700.doc 1351585 料可以在離該系統中金屬電漿子共振之頻率共振。包含該 4特徵22之材料可能還能夠潤濕絲附於該基板I。合適 材料包括，例如絡、鎢 '敍、石夕化欽、氮化欽、氮化石夕或 者其合金或組合物。在特^的較佳具體實施例中，使用 鉻。該等特徵22之厚度可在從lnm至⑽⑽之範圍内，而 且可以係(例如)約50 nm。但是，可使用其他材 他 厚度。 生該圖案23的合適材料層來 施例中’使用傳統微影之晶 案化。例如，將欲包含該圖 。旋塗光阻，而使用一配置

可藉由沉積一可被蝕刻而產 產生s玄專特徵22 ^在一具體實 圓處理技術來將該等特徵2 2圖 案23的材料沉積於該基板丨8上 成產生包含所需特徵22的圖案23之主光^光罩來將該模 板14曝光。將該光阻顯影並蝕刻至該基板18，留下黏附於 該基板18之特徵22。此具體實施例可能適用於對間距與尺 寸不超出傳統光微影系統能力範圍之特徵22進行印刷，該 等傳統光微影系統將光敏材料（例如光阻）曝光以便圖案化 在另-具體實施例中，可藉由帶電粒子束微影來產生間 距與尺寸超出此類光阻為主的傳統光微影系統之能力之特 徵22。例如，一些具體實施例可使用聚焦離子束（fib)蝕 刻或電子束微影（EBL)。有利的係，可將帶電粒子束微影 用於模板14(尤其係具有較小尺度特徵22之該些模板）之有 限產量生產。在一具體實施例中，FIB微影可用於產生一 圖案23，έ玄圖案23包含間距為12〇 nm的6〇 nm寬奈米線之 一陣列。在另一具體實施例中，FIB微影可用於產生特徵 H7700.doc •10- 丄乃1585 22 ’具有包含寬度在從10 nm至80 nm範圍内而較佳的係約 40 nm之特徵22。亦可製造在此等範圍之外的特徵。 圖1描述圖案23之一具體實施例。該圖案23之用意係作 為一樣本而無意於限制可藉由該近場光微影系統丨〇來印刷 的圖案或特徵之範嘴。該圖案23包含四個實質上平行且實 質上為矩形的線22a至22d，該等線與終止於一τ形區域22e 之只質上為矩形的線交叉。選擇用於在圖1中的圖案23 φ 中解說的線數目僅係舉例而言，而無意於限制該光微影系 統10中該等圖案23之範疇。線22a至22d之間隔實質上係均 勻的，而線22d之寬度大於線22&至2以之寬度。圖1所示圖 案還包括四個實質上的圓點22f。可將形狀及組態與圖丄所 描述者不同之圖案23置放於該基板18上。此外，可印刷包 3更多或更少數目的特徵22以及與圖！所示者不同的尺寸 及間隔之圖案23。 圖2係沿圓丨中的線2_2之一斷面圖，其進一步示意性解 • °兒。亥超透鏡模板14之方面。箭頭50所示之光係入射於該模 板14上，而且係實質上透射穿過該基板18。該光跟隨由該 系統1 0定義之一光學路徑。在圖2所示具體實施例中，光

係顯不為沿一實質上垂直於該超透鏡模板14之直線而受到 導引 ,J ’但在其他具體實施例中該光可以係以其他角度入射 於°玄超透鏡模板上。本文所使用的術語"前方，，及"後方，，係 ' & 4光學路控經由該超透鏡模板1 4向該目標（例如， 半導組晶圓上的光阻）的光傳播方向而言。例如，若一 及第二元件係置放成使得光在其傳播穿過該第一元件 117700.doc 1351585 之前（之後）傳播穿過該第二元件，則可將該第一元件稱為 在該第二元件之前方（後方）上。 該超透鏡模板14除包含該基板18及該等特徵22外還可包 含一間隔物層30與一超透鏡34 ^該等超透鏡34可在該間隔 物層30之前方’該間隔物層30可在該等特徵22之前方。圖 2顯示在該基板18之一表面29上形成的樣本特徵22a至 22d。該圖案23可包含具有一寬度Dl與一間隔D2之特徵 22。該長度尺度D係定義為〇1+1)2。該長度尺度D__般表示 在該圖案23中最小尺度特徵22之間距。在半間距成像中， D1 =^2==1)/2 〇 該近場光微影系統1 〇之一優點在於重製比等式（i )中的 繞射限制尺寸W更小之特徵22之複本的能力。例如，該系 統ίο可以實質上精確地重製寬度為仏的特徵22之影像，其 中Dl < W。該等特徵之寬度可在從1〇 nm至1000 nm之範圍 内。特徵之間的間隔亦可在從10 11111至1〇〇〇 nm之範圍内。 例如，在該光微影系統10之一具體實施例中，可以— D=120 nm間距來將6〇 nm寬奈米線之一陣列圖案化。因 此特破之間的間隔可能係60 nm。 在些具體貫施例中，該圖案23可包含特徵22之一週期 性陣列，例如導線、點、圓周、環形、三角形或矩形之— 陣列二該圖案23可以係一光柵形式。在其他具體實施例 該圖案23可包含特徵22,該等特徵22係非週期性或者 仏週期性與非週期性組件之一組合。該等特徵22實質上w

以传伞彡- , 〇J 不十仃，比如在奈米線之一週期性陣列中，或者其可以 】】7700.doc -12- 乂又。該圖宰Λ * J『包含具有一對稱性之特徵22，例如線 吐、矩形或圓闲 / -圓周。該等特徵22可以係圓形、圓周、三角 形、矩形、首绩— 4我可以係不規則形狀。在各項具體實施例 中°亥等特徵22可對應於在一半導體晶圓上的各層中形成 △不同特徵之形狀。還可以有範圍廣泛的其他形狀、組 態、配置、間隔及尺寸。 如圖2所不·’該間隔物層係置放於該基板18以及該基板 /的特徵22之上。例如’在將該表面29上的特徵22圖案化 後可藉由將該間隔物層3〇沉積於該基板18之表面29上來 將-亥超透鏡模板14平坦化。該間隔物層％包含對該光微影 系統1〇的操作波長之光實質上透明之-間隔物材料。有利 的係’忒間隔物材料對流動特點及實體穩定性具有良好的 控制：此外，在特定具體實施例中，該間隔物材料之折射 率值類似於下面更詳盡說明的光阻之折射率值。該間隔物 材料應有能力阻抗該超透鏡34之形成，例如沉積形成該超 透鏡的材料。 間隔物材料一般可包含非導電材料。可以—介電常數〜

來描述該間隔物材料之電磁屬性之特徵。一般地，一材J 之介電常數係一複數，其具有—眚 , ,貫數部分與一虛數部分。 一介質之介電常數一般取決於傳 、1寻播穿過該介質的光之波 長。為便於本文之說明，對—介雷 — 萆吊數值之引用將針對該 貫數部分’除非在提到”複數介雷當 a 丨電*數時明確述及該虛數 刀。介電材料具有正介電常數而 Γ M係合適的間隔物材 料。在一具體實施例中，該間 初材枓可以係一聚合物， 117700-doc -13- 4列士〇聚φ κτ暴丙烯酸甲酯（ΡΜΜΑ)或聚對二甲苯。可將其他 材料（你 I 士 η X： -*+. 石央、玻璃或Si〇2)用於該間隔物層30。供參考 ’在約365 nm之一波長時PMMA之介電常數約為2 4。 還可使用其他材料及其他介電常數。 •在各項較佳具體實施例中，該超透鏡3 4包含一材料層 (如圖2所不）。此外，在特定具體實施例中，該超透鏡34包 了支板以與該光微影系統10中使用的光之操作波長入 對應之頻率進行表面電漿子振盪之材料。表面電漿子係 〜6亥超透鏡34之一表面傳播的電荷密度振盪。該振盪振幅 在攻超透鏡34之表面之一橫截方向上呈指數性衰減。若該 間隔物材料之介電常數為正而該超透鏡材料之介電常數為 負，則該超透鏡34與該間隔物層30之間的界面將能夠支援 面電漿子振盈。因此，該超透鏡34包含可以一負介電常 數％為特徵之材料。在光學及紫外線頻率，大多數金屬具 有負介電常數而可以係適用於該超透鏡34之材料。在特定 具體實施例中，該超透鏡介電常數之虛數部分與該介電常 數之實數部分之絕對值相比小得足以令該表面電漿子振盪 實質上不會將其能量耗散成熱量。 在金屬中，對於比該金屬導電頻帶中電子的電漿頻率 (Plasma frequency)更小之頻率，該介電常數為負。因此， 在特定具體實施例中，用於該超透鏡34之金屬使得其電漿 頻率超過在該系統1〇中使用的光之真空頻率。在一些具體 實施例中，貴金屬（例如銀或金）可以係適用於該超透鏡“ 之材料，因為導電電子之集體激發使得能夠實現一光學頻 Π 7700.doc 14

其他材料》 。在其他具體實施例中可使用諸如 I作為該超透鏡34之材料。還可使用

淹鍍、化學沉積或使用其他技術，將 間隔物層30上。可將該間隔物層30的 表面之間的界面平坦化，以避免表面 ° 而令表面電漿子分散並使得該光微影系統10的 成像月b力失真°在—具體實施例中’對於該間隔物層30與 °亥超透鏡34，均方根表面粗糙度調變皆可以係低於1 nm。 但是，逛可在不同的具體實施例中使用更平滑或更粗糙的 圖3示意性解說該光微影系統1〇之一具體實施例之其他 方面。在所顯示的具體實施例中，該超透鏡模板14係配置 用於將》亥專特徵22之影像印刷到一置放於一半導體晶圓48 上的光敏層44上。因此，該超透鏡模板M係置放於該半導 體晶圓48上而特定言之係置放於該半導體晶圓之光敏層料 上。一中間層40係介於該超透鏡模板丨4與該半導體晶圓之 間。更特定言之，該中間層40係置放於該超透鏡34與該光 敏層44之間。 在各項具體實施例中，該中間層40包含對透過該超透鏡 模板14傳播的光具有光學透射性之一材料。此材料可以係 一流體或一固體，而且可以係下面更詳盡說明之—介電 該光敏層44可包含對透過該超透鏡模板14傳播的操作波 117700.doc 15 1351585 長敏感之光阻。可使用傳統的半導體處理技術將該光阻旋 塗到6玄半導體晶圓4 8上。在一具體實施例中，可使用一 120 nm厚的負光阻層[NFR105G，曰本 Synthetic Rubber

Microelectronics(JSR Micro)]。可使用此項技術中熟知的 以及將會認識到的其他技術來沉積及/或製備光敏材料。 如圖3所示’箭頭5〇所示之光係入射於該模板14上而且 係貫貝上透射穿過該基板丨8。入射於該等特徵22之一特徵 上的光貫質上受到阻擋，而未入射於一特徵22上的光傳播 穿過該間隔物層30，該間隔物層30實質上透射該光。傳播 超過該等特徵22之光包含可到達該遠場的傳播波與僅存在 於該近場中的消散波。消散波不會繞射在該遠場中類似的 光波。例如，消散波對該等特徵22的尺寸及形狀之保持程 度大於該遠場中的波，即使該等特徵22係一波長或更小尺 度亦如此。因此，在各項具體實施例中，來自消散場而入 射於該光敏材料上的光學能量之尺寸及形狀可類似於該等 • 特徵22之尺寸及形狀。因此，可以說消散波載送關於該等 特徵2 2之•人波長資訊。該近場光微影系統1 〇使用該等消散 場來將該光敏材料之次波長部分曝光，從而產生次波長解 析又圖案化。在此方面，該近場光微影系統10可捕捉存在 於該等消散波中的資訊並將此資訊用於高解析度成像及圖 案化。 由於消散波之強度隨著離該等特徵2 2之距離增加而呈指 數性衣減’因此若該光敏層44之位置離該等特徵22的距離 過大則可能難以分解次波長特徵22。對於_週期為D之線 117700.doc -16· 陣列’該等消散波的強度衰減之特有距離z係 2 = ，其中h係該間隔物層30之介電常數。 作為一範例’對於在一 365 nm之操作波長成像的60 nm半 間距特徵而言，PMMA(ed。2 4)中的衰減長度係i i 。 若该光敏層44之位置離該等特徵22之距離過大，則該等消 散波所載送的次波長資訊可能會遺失，而僅可將尺寸大於 等式（1)中繞射限制的特徵成像。 不文任何特定理論之簽署，該等超透鏡34可提高該等消 散波中的強度。入射於該超透鏡34之一後方表面上的光學 月b里可以係耦合進電漿子模式，電漿子模式可因該入射光 而文到激發。光學能量可以係從該超透鏡3 4之一前方表面 向外輕合並可傳播至該光敏層44。由於表面電漿子振盪之 共振激發’該超透鏡3 4可提供增加的能量輸出量。例如， 若包含該超透鏡34與該間隔物層30的材料係選擇成具有實 質上相等而正負號相反（即，％ = -8d)的介電常數，則發生 共振電漿子激發。在該光微影系統1 〇之具體實施例中，若 該間隔物層30與該超透鏡34包含選擇成滿足此共振條件之 材料，則可藉由受到該間隔物層3 0透射而入射於該超透鏡 34上的光來激發範圍廣泛的電漿子。此效應係稱為，，超透 鏡化’’。請參見（例如）N. Fang等人的"採用一銀質超透鏡之 次繞射限制光學成像，’（科學，第308卷，第534至537頁， 2005年4月22日）’其全部内容係以引用的方式併入於此。 因此，包含該超透鏡34與該間隔物層30之材料可具有正負 號實質上相反之介電常數。此等介電常數還可以係實質上 117700.doc 17 1351585 相等大小。在此等具體實施例中，由該笨喵 寺4散波載送的次 波長資訊可用於次繞射限制成像。在一且辟 八篮κ施例中，可 分解尺寸可與λ/6相比之特徵22。 該間隔物層30及該超透鏡34之厚度可以传 ^ 、释成使得誃 模板14提供超透鏡化。該間隔物層3〇之厚 ^ 又可以係選擇成 在5 nm至200 nm範圍内。若該間隔物層3〇之厚戶比^ * 月文波之哀減長度大許多倍，則可減小該 4发尤链影糸統10之輪 出罝。在一具體實施例中，該間隔物層30可包含—仂 的PMMA層。還可以有其他厚度。 nm 該超透鏡34之厚度可以係選擇成 nm主200 nm範圍 。在特定具體實施射可能可以採用在此範圍以外的 值。但是，若該超透鏡34之厚度過厚或過薄，則可減小該 起透鏡效應。若該超透鏡34係選擇成具有一可與 =支22之半間距尺寸相比的厚度或者具有—相當於該操作 波長之-分率的厚度（例如λ/1〇)，則消散波可能發 二:増強。在設計用於以12〜間距將〜導線陣列 之—具體實施例中，該超透鏡34可以係— Μ η讀 ^若該超透鏡34過厚，則其可用作消散波之-衰減器， 而—放大器’而該光微影系統1〇可能僅能夠分解大於等 式（υ中繞射限制尺寸之特徵。 ^ ^ _ .η ^ ^ 例如，钿作在365 nm之該 九试衫系統10之一具體實施 订抬t 貝施例中，—超透鏡34係120 nm厚 了模糊比繞射限制小的特 .° 6月參見（例如）S_ Durant等 的對採用一平面銀皙谈於+ A ¥ ^ 負透鏡之次微米成像之評論"第4403 貝（應用物理學刊第84卷， ϋ04年）’其全部内容係以引用 317700.doc 1351585 的方式併入於此。 相反’在各項具體實施例中，該等特徵22包含在接近該 等間隔物層30與超透鏡34的共振頻率時不具有電漿子共振 之一材料。適用於該等特徵22之材料（例如）之介電常數可 能實質上不等於該超透鏡材料之介電常數。在一範例性具 體實施例中’該超透鏡34係由銀（在365 11„1時％ «_2·4)組成 而該間隔物材料30係由？河]\4八〇(1；«+2.4)組成，其中該等 特徵22有利的係可以由鉻（ecr s _8 55)組成。該等特徵22還 •可包含其他材料。 在該超透鏡34中激發的表面電漿子重新輻射可藉由沉積 於該半導體晶圓48上的光敏層44來成像的光。如上所述以 及圖3之示思性解說，該中間層4〇係置放於該超透鏡模板 14與该光敏層40之間。在各項具體實施例中，該中間層4〇 對包含受該超透鏡34透射的波長之光實質上具有透射性。 該中間層40還可為光敏材料層44提供一定程度的保護以免 • 其與忒超透鏡模板14實體上接觸，而且還可給該超透鏡34 提供保護以免其與該光敏材料44接觸。 如上所述，在特定具體實施例中該中間層40可包含一液

或一固體材料。 射塗層（BARC) »此外，還可使用其他有 年體實施例中’該有機材料可包含一液體 此有機層可與該光敏層44具有化學相容 117700.doc 性=而使得該光敏材料有效發揮作用。為減小内部反射 而提尚輸出量，該中問；古 曰40了填充介於該超透鏡34與該光

敏層44之間的區域’以使得此兩者之間不存在空氣間隙。 該中間層4〇之折射率亦可能具有與包含該光敏層44的材料 之折射率類似之值，以減小菲涅耳反射。肖由讓該等折射 率匹配並消除空氣間隙’該中間層40提供該超透鏡34與該 光敏層44之間良好的光㈣合並提高該光微影系統ι〇之效 率。此外，在特定具體實施例中，該中間層4〇包含輕易便 可從該光敏層44移除的材料。包含此等所需要特點中某些 或全部特點之有機塗層可從許多商業製造商購得，例如

Cladant公司（Charl〇tte、North Car〇Una)、Βγ_γ 公司（Rolla、Missouri)、Sigma-Aldrich 公司（St. Louis、

Missouri)、Shipley公司（Marlborough、Massachusetts)或者

Tokyo Ohka Kogy〇有限公司（日本Kanagawa)。還可使用其 他材料。

該光微影系統10之一些具體實施例可併入包含多個超透 鏡34之超透鏡模板14。在此類具體實施例中，該等超透鏡 34可以係藉由間隔物層3〇而互相分離，其可包含相同或不 同的介電材料。在一具體實施例中，該間隔物層3〇中的一 層包含一用於該操作波長之增益介質。可改變該等超透鏡 3 4之數目、厚度及分離以便減少繞射並增加該等特徵2 2之 影像之解析度。例如，在一些具體實施例中，可將—單一 的40 nm超透鏡替換為兩個20 nm超透鏡或四個10 nm超透 鏡’各超透鏡係藉由介電材料（例如PMMA)層而分離。還 117700.doc •20· ⑴ 1585 可以有各種其他配置及設計。 圖4A示意性解說該近場光微影系統1〇之一具體實施例。 一光源50提供操作波長為λ的光（表示為箭頭54)以在沉積 於5亥半導體晶圓48上的光敏層44中形成該等特徵22之一影 像6亥光源5 0吝操作波長係選擇成適用於將該光敏層44曝 光，該光敏層44可由光阻組成。該操作波長一般可在從約 nm至約800 nmi範圍内，從該遠紫外線穿過該電磁頻 譜之可見光部分。在一些具體實施例中，可使用紅外線操 作波長。 在特定具體實施例中，該光微影系統10可使用相對較便 且的尚壓蒸汽燈。例如，各項較佳具體實施例可使用一高 壓蒸汽燈50，該燈在約365 _或58〇㈣之操作波長發射 光。或者，可使用較短波長光源（例如，準分子雷射）。但 是’由於該操作波長可包含-可見光波長，因此可使用與 準刀子雷射光源相比具有較高效率及較低維修成本的光 源。此外’與用於深紫外線微影中的化學放大型光阻相 比對可見光波長敏感的特定光阻（例如水銀厂線）更便宜而 且相對於空浮污染物更強固。也可使用其他類型的光源及 操作波長。 可藉由歷經一預定暾杏眭„ a 〇、 先夺間而且以一預定的曝光通量將 該光敏層44曝光於該操作波長的光54,來將該等特徵22成 像。該曝光時間及該曝光通量可取決於該操作波長、該層 44之光敏感度、該等特科 ^ θ 支22之尺寸以及該超透鏡模板14之 輸出量。可使用傳統的半導矽曰 十導體Ba 0處理技術來顯影及蝕刻 117700.doc 丄乃1585 該光敏層44。在—具體實施例中，可以8 mWW之通量將 該模板14整片曝光於操作波長為如⑽之光54，為時6〇秒 鐘在5玄系統10之其他具體實施例中可使用其他操作波 長曝光通ϊ及曝光時間。例如，取決於該曝光通量之該 曝光時間範圍可從秒鐘至分鐘。 該光54係入射於該模板14上以便產生如本文所述之次繞 射限制影像。例如，在一具體實施例中，可精確地重製寬 度〇〗小至λ/6之特徵22而不會令其放大或模糊。如圖所 不具體貫施例中所示，該光源5〇係直接置放於該超透鏡模 板14上，但是可以適用其他組態。例如，該光源5 〇可以係 置放於該系統10之一侧上，而可使用一或多個鏡面、稜 鏡、透鏡或其他光學元件將該光54導引至該模板14上。該 光源5 0還可以有其他組態。 該半導體晶圓48受一晶圓平台58支撐，該晶圓平台58可 以係配置用於定位該晶圓48。一控制器62可用於控制該晶 圓平台58相對於該超透鏡模板14之垂直及橫向定位。圖4Α 中的晶圓平台58可以係配置成在水平方向及/或垂直方向 上平移。例如，可將該晶圓平台58調整成使得該半導體晶 圓48上的光敏層44處於該超透鏡模板14之近場内。該控制 器62可視需要使用一回授系統（未顯示）以輔助定位該晶圓 平台58並將該光敏層44保持於該超透鏡34之近場内。該控 制器6 2可包含適用於控制該晶圓平台5 8之一電腦、電腦網 路、一或多個微處理器或任何電子元件或設備。伺服馬 達、步進馬達或壓電驅動裝置可用於移動及定位該晶圓平 117700.doc -22- I351585 D 5 8。在一些具體貫施例中，贫握此γ _ 枳板】4可以係小於該晶圓 ，如圖4Α所示，而在其他呈^ 传相望m u 财’職板！4可以 ^ 4或更大尺寸。因此’該光微影系統10之具體實施例 可以㈣置用於整個晶圓印刷、步進、掃描或其他配置。 可糟由-支樓物（未顯示）來相對於該半導體晶圓48支撲 该超透鏡模板Μ。該模板支樓物可以係固定，或者其可以 二可移動的。可使用該控制器62或一單獨的模板控制器 (未顯示）來控制該超透鏡模板14之移動及定位。在一此且 體實施例中，該晶圓平台58可以係固定，而該模板支撑物 可以係配置用於相對於該晶圓平台58而移動該超透鏡模板 14。該模板支㈣可以係（例如）調整成使得該半導體晶圓 48上的光敏層44處於該超透鏡模板此近場内。圖从顯示 =光微影系統Η)之-具體實施例，其中該超透鏡模板⑽ 疋位於該半導體晶® 48上。在其他具體實施例中，此等組 件之相對位置可能不同。例如’在一具體實施例中，可將 該半導體晶圓48固定於該晶圓平台58並置放於該超透鏡模 板14上。 ' 還可以使用其他組態。例如，該光微影系統1〇可以採取 不同組態而可包括額外的組件。該等組件之順序及配置可 能不同，而且可移除其中某些組件。該等個別組件本身可 能不同。例如，可使用寬陣列的光源5〇、晶圓平台Μ及控 制器62。該光微影系統1〇可以係配置成使用各種半導體晶 圓48及光敏層44。可以對該超透鏡模板14採取與圖4入所示 者不同的配置及組態。 117700.doc •23· 1351585 在圖4A所示一具體實施例φ 中5亥中間層40可包含沉積於 該光敏層44上之一有機塗；。 ^ s 在一些具體實施例中該有機 塗層可包含一液體或固體塗芦。 震滑 但疋，該塗層不必係有 機。使用一塗層（例如—有機沴 兩機塗層）作為一中間層40使得在 該光微影系統1 〇中不再愛i 个冉而要—黏合釋放層，因為該光敏層 44絕不會與6亥超透鏡模板14接觸。

在各項具體實施例中，該中間層4G調整該光敏層44相對 於該超透鏡模板U之；^位。例如，如此項技術中所熟知， 可使用當前的水準測量技術在該超透鏡34與該光敏層料之 間提供一貫質上恆定的垂直分離。在將該晶圓平台58與該 模板放在一起時，該中間層4〇可針對該模板14相對於光敏 材料44之放置提供一容限。該中間層4〇還可提供襯墊而可

防止在將該光敏層44放進接近該超透鏡34的近場時造成損 害。如本文所述’該中間層4〇可提供該超透鏡34與該光敏 層44之間良好的光學耦合，從而提高該光微影系統丨〇之效 率及輸出量。 該中間層40之厚度應薄得足以使得該光敏層44在該超透 鏡3 4的近場内。在一些具體實施例中，該中間塗層4 〇之厚 度可能在5 nm至1000 nm之範圍内。或者，可將該中間層 40之厚度值選擇成可與該間隔物層3〇或該超透鏡34之厚度 值相比。例如’在一具體實施例中，該中間塗層4 0之厚度 可能約為40 nm。在其他具體實施例中，該中間塗層40之 厚度可能在從5 nm至200 nm之範圍内。在不同具體實施例 中’該塗層40可能更厚或更薄。若可容易地將該塗層從該 117700.doc • 24- 光阻44移除，則可能會有利。在特定具體實施例中例 如’可將該塗層洗掉或可藉由化學溶劑或沖洗劑來剝除以 加以移除。還可採用其他技術來移除該塗層。 在一具體實施例中，該中間塗層包含複數個層。此等層 可具有與上文針對圖4A所示塗層4〇所述者類似之屬性。例 如，该等層可具有類似的折射率以減小反射。在一些具體 實施例中，不同層可具有不同屬性。例如，該等層令的一 層可能使得從該光敏材料釋放變得容易。還可以使用其他 組態。 圖4B解說該光微影系統1〇之一具體實施例，其中可使用 一液體流動機制來提供該中間層40。圖4B所示該等組件中 的許夕組件一般在形式或功能上與圖4 A所示的該些組件類 似’而除與其差異相關之方面外將不作進一步說明。 在圖4B所示具體實施例中，該中間層40係藉由從一喷注 管嘴70注入一液體8〇以使得該液體8〇在該超透鏡模板μ與 φ 該塗布光阻的半導體晶圓48之間流動來形成。藉由—吸收 管嘴74來移除該液體8〇。該吸收管嘴74可使用吸力來移除 該液體80。儘管圖4B中顯示兩個管嘴7〇與74，但其他具體 實施例針對噴注與吸收皆可使用一或多個管嘴。在其他具 體實施例中，可將該吸收管嘴74替換為一或多個排水^ (drain)(未顯示）以從該系統丨〇移除該液體8〇。該控制器a 可採取與圖4A所說明者實質上相同的方式來控制該晶圓平 台58之定位。視需要，該控制器62可控制將該液體注入 該系統並經由該等管嘴70及74從該系統1〇移除之速率。在 117700.doc -25- 些具體實施例中可使用一單獨的管嘴控制器（未顯示）。 該液體80在經由該噴注管嘴7〇注入該系統1〇之前可以係 儲存於一貯存器（未顯示）中。在一些具體實施例中，該液 體8〇之表面張力可提供物理機制，該液體經由該物理機制 在介於該超透鏡34與該光敏層44之間的區域中擴展。噴注 管嘴70之一陣列還可以圍繞該半導體晶圓48以使得該液體 8 0抓動。在一些具體實施例中，藉由該吸收管嘴而移除 的液體8 0係在6亥系統1 〇内再德環，而在其他具體實施例 中’從該系統10拋棄所移除的液體8〇。可使用一或多個幫 浦（未顯示）來將該液體80注入該系統1〇。在一些具體實施 例中，該控制器62可控制該等幫浦以便控制該液體8〇在該 超透鏡模板14與該半導體晶圓48之間的流動速率。 可使用該液體80來調整從該超透鏡34向該光敏層44之光 傳輸。因此，該液體80之一折射率可類似於選擇用於該光 敏層44的材料（例如，光阻）之折射率，以減小反射。此 外，該液體80可與該光敏層44具有化學相容性、具有實質 上均勻的密度而且無污染性。該液體8〇可能對受到該超透 鏡3 4透射的波長之光實質上具有透射性，從而使得該光微 影系統10具有足夠的光輸出量。為防止雜散反射，有利的 係該液體80可以填充介於該該超透鏡34與該光敏層44之間 的區域’以使得此兩者之間不存在空氣間隙。 該液體80可包括（例如）水，而特定言之係純化及除氣的 水。在其他具體實施例中’該液體8〇可包含超臨界的二氧 化碳或氣化膽鹼。還可使用其它液體。該液體8〇可以選擇 117700.doc •26- 1351585 成使得其具有相屬性，例如，純 射率、表面弭士 在度、透明度、折 午㈣張力、導熱率或熱壓縮率。 如圖4B所示之—液體流動系統ίο可能☆且一 中氣泡形成々I J此合易受到該液體80 中虱泡形成之影響，尤其係在 域。氣泡可3丨心 秒勁表面的易空化區 - 孔包了引起由光吸收、反射或散鉍 礙、像差及里常現I田…i 導致的影像障 中氣… 少在該光微影系統1〇 中轧泡形成之發生率。視需要， ^ ^ ^ /、骽實施例可使用一 -一 •糸，统（未顯示）及/或一過遽系統（未顯 液體80之屬性以#接古α口、#上/ J ^ f ^ 屬性以便k问（例如）該光微影系統10之成像能 力0 圖4B所示液體流動具體實施例係在此項技術中人所共知 之用於次泡光微影系統之”淋浴”組態。該光微影系統⑺ 之其他具體實施例可使用替代性組態，例如一 ”浴缸"或" 游泳池”組態，其中將該系統1〇之全部或部分浸泡或沉浸 於該液體80中。在該光微影系統1〇之特定具體實施例中，

該中間層40可包含一在該光敏材料44上的塗層與一液體流 動機制。 本文所說明之系統及方法有利地實現對半導體晶圓48之 圖案化。可將一包含光阻的光敏層44曝光，而可將該圖案 23之影像印刷於該半導體晶圓48上。該光微影系統1〇可用 於將金屬、半導體及絕緣層圖案化並用於控制對諸如此項 技術中所熟知之層的部分之摻雜或合金。還可在範圍廣泛 的其他半導體裝置製造應用中使用該等系統及方法。儘管 已針對以光微影方式將該半導體晶圓48圖案化來說明本文 117700.doc •27- 丄允1585 但該等系統及方法可用於其他應用中 的樣本或產品圖案化。還可以使用其

有利的係，可藉由本發明之系統及方法來提供高解析 度、次繞射限制光微影成像。但是，該等系統及方法亦可 適用於低解析度圖案化^還可將該光微影系統则於其他 類型的電焚子透鏡°本文所說明的系統及方法之-優點係 其在半導體裝置的商業製造中使用起來报簡單。 上面已說明本發明之各種具體實施例。雖然已參考此等 特定具體實施例來說明本發明，但該等說明内容之用意係 解說本發明而無意於限制本發明。熟習此項技術者可以進 行各種修改及應用而不脫離隨附申請專利範圍所定義的本 發明之精神及範疇。 【圖式簡單說明】

所述之系統及方法， (例如）以將其他類型 他類型的應用。 圖1係一用於一近場光微影系統之一具體實施例的超透 鏡模板之一俯視圖’其中該超透鏡模板包含不透明特徵 (如圖所示）與一金屬超透鏡層（未顯示）。 圖2係經由圖1中的線2-2所取該超透鏡模板之一具體實 施例之一斷面圖’其顯示不透明特徵與該金屬超透鏡層。 圖3係一近場光微影系統之一具體實施例之一斷面圖， 其顯示置放於一光敏材料上並在此兩者之間具有—中間層 之一超透鏡模板。 圖4A係一近場光微影系統之一具體實施例之一示意圖， 其中該中間層包含在該光敏材料上之一塗層。 117700.doc •28- 1351585 圖4 B係一近場光微影系統之·一具體貫施例之一不意圖， 其使用一流動流體作為該中間層。 【主要元件符號說明】 2-2 線 10 光微影系統 14 超透鏡模板 18 基板 22 特徵

22a 線/樣本特徵 22b 線/樣本特徵 22c 線/樣本特徵 22d 線/樣本特徵 22e T形區域 22 f 圓點 23 圖案 29 基板18之一表面

30 間隔物層 34 超透鏡 40 中間層 44 光敏層 48 半導體晶圓 50 箭頭/高壓蒸汽燈/光源 54 箭頭/光 58 晶圓平台 117700.doc •29- 1351585 62 控制器 70 喷注管嘴 74 吸收管嘴 80 液體

117700.doc •30

Claims (1)

1351585 第096100943號專利申請案 . 中文申請專利範圍替換本(100年7月） 十、申請專利範圍： 1. 一種光微影系統，其用以將具有一第一折射率並回應於波 長為λ的光之一光敏材料曝光，該系統包含： 複數個特徵，其對該光不透明； 一介電材料，其係置放於該複數個不透明特徵之前 方’該介電材料實質上透射該光； 一超透鏡，其係置放於該介電材料之前方且在該光敏 材料之後方；以及 一中間層，其係介於該超透鏡與該光敏材料之間該 中間層包含實質上透射該光之材料，該材料不同於該光 敏材料，該中間層並未永久與該超透鏡接觸。 2. 如請求们之光微㈣統，其中該光敏材料包含光阻。 3. 如請求们之光微影系統，其中該光包含可見光或紫外 線光》 4· 2請求項i之光微影系統，其中該複數個特徵包含金 5.如請求項4之光微影系統，其中該金屬包含絡。 如月求項1之光微影系統， 波長λ之皆命 ，、肀特徵具有一小於該 離 如請求項6之光微影系統 更小。 t度，而相鄰特徵係間隔開一小於該波長人之距 其中該寬度及間隔約為λ/6或 8.如#求項！之光微 對該光透明之一基板上，、中“數個特徵係形成於 11770iM000719.doc 9 · 如f奢來τΕ 項8之光微影系統’其中該複數個特徵係在該美 板之前方。 ^ 土 1 〇 ·如諸炎 項1之光微影系統，其中該介電材料包含聚甲基 丙烯酸甲酯。 土 月求項1之光微影系統，其中該介電材料之一厚度小 於約100奈米。 月求項1之光微影系統，其中該超透鏡包含金屬。 月求項12之光微影系統，其中該金屬包含銀、金或 翻。 14.如請求項1之光微影系統，其中該介電材料具有一第一 複數；|電常數，而該超透鏡包含具有一不同於該第一介 電$數的第二複數介電常數而使得可藉由該光產生表面 電漿子之一材料。 如。月求項1之光微影系統，其中該介電材料具有一第一 複數介電常數，而該超透鏡包含具有一第二複數介電常 數之材料，該第一複數介電常數之實數部分的正負號 與該一第二複數介電常數之該實數部分的正負號相反。 16.如β月求項15之光微影系統，其中該第一複數介電常數之 該貫數部分為正數。 17’如明求項15之光微影系統，其中該第一介電常數之該實 數部分之絕對值f質上等於該第^介電常數之該實數部 分之絕對值。 如5月求項1之光微影系統，其中該超透鏡具有一最接近 該複數個不透明特徵之表面，該表面處於該複數個不透 U7700-1000719.doc 1351585 明特徵之近場中。 19. 如叫求項丨8之光微影系統，其中該表面係與該複數個不 透明特徵分離一小於約1 00奈米之距離。 20. 如明求項19之光微影系統，其中該表面係與該複數個不 透明特徵分離一小於約5 〇奈米之距離。 21·如明求項1之光微影系統，其中該光敏材料具有一離該 超透鏡最近的表面，該表面處於該超透鏡之該近場中。 22. 如明求項21之光微影系統，其中該光敏材料係與該超透 鏡分離一小於約1〇〇奈米之距離。 23. 如吻求項22之光微影系統，其中該光敏材料係與該超透 鏡分離一小於約50奈米之距離。 24_如明求項i之光微影系統其中該中問層之厚度足以保 4該光敏材料不因與該超透鏡之接觸而受到損害。 25. 如請求項24之光微影系統，其中該中間層係非永久性 的，從而可將該超透鏡與該光敏材料分離而不損害該光 敏材料。 26. 如請求項24之光微影系統，其中該中間層之一厚度小於 約1 0 〇奈米α 27. 如請求項24之光微影系統，其中該中間層之—厚度小於 約50奈米。 、 28. 如請求項24之光微影系統，其中該中間層包含有機 料。 29. 如請求項i之光微影系統，其中該中間層包含具有實質 上與該光敏材料之該第一折射率相等之一第二拆射率= 117700-1000719.doc 1351585 材料。 30. 如請求項1之光微影系統，其中該複數個特徵之一近場 影像係產生於該光敏材料中。 31. 如請求項1之光微影系統，其中該超透鏡包含一第一超 透鏡與一第二超透鏡，其中該第二超透鏡係置放於該第 一超透鏡之前方且在該光敏材料之後方。 3厶如請求項31之光微影系統，其中該介電材料包含一第一 介電材料與一第二介電材料，其中該第二介電材料係置 放於該第一超透鏡之前方且在該第二超透鏡之後方。 33.如請求項丨之光微影系統’其中該令間層包含在該光敏 材料上之一固體塗層。 3 4.如凊求項丨之光微影系統，其中該中間層包含一液體。 35·如請求項34之光微影系統，其進一步包含—液體流動機 制經組態以提供該中間層。 36. —種光微影系統，其用以產生一近場影像其包含： .一基板’其對光實質上具有透射性，該光之-波長為 λ > 一或多個特徵’其係置放於該基板上，該等特徵對該 光實質上不透明； Λ 實^ =料，其係置放於該基板上，該間隔物材料 一 八’ μ光’而且具有-第-複數介電常數，該第 一複數介電常數具有-正實數部分； 含:係形成於該間隔物材料上，該超透鏡包 - —介電常數之材料，該第二介電常數具有一 H7700-1000719.doc -4- 負實數部分； 一光敏材料層’其接近該超透鏡而且具有一第一折射 率；以及 一中間層’其係插入於該超透鏡與該光敏材料層之 間，以便將該超透鏡與該光敏材料分離，該中間層具有 實質上等於該第一折射率之一第二折射率，該中間層並 未永久與該超透鏡接觸， 其中在該光敏材料層中產生該等特徵之一近場影像。 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 如凊求項36之光微影系統，其中該第一介電常數之該實 數部分實質上等於該第二介電常數之該實數部分之該絕 對值。 如請求項36之光微影系統，其中該等特徵具有一小於該 波長λ之寬度。 如請求項38之光微影系統，其中該寬度約為λ/6或更小。 如請求項36之光微影系統，其中該中間層包含一有機材 料。 如請求項36之光微影系統，其中該中間層包含在該光敏 材料上之一固體塗層。 如請求項36之光微影系統，其中該中間層包含一液體。 如請求項42之光微影系統，其進一步包含一液體流動機 制經組態以提供該中間層。 一種在一半導體晶圓上製造一積體電路裝置之方法，該 方法包含： 將一欲圖案化的材料沉積於該半導體晶圓上； 117700-10Q07i9.doc 1351585 將一光敏層沉積於該欲圖案化的材料上，該光敏層具 有一第一折射率而且回應於一波長為λ之光； 將一超透鏡模板置放於一光學路徑中介於一光源與該 光敏層之間，該超透鏡模板包含：對該光實質上不透明 之複數個特徵；一介電材料，其係置放於該複數個不透 明特徵之前方’該介電材料實質上透射該光；以及一超 透鏡’其係置放於該介電材料之前方且在該光敏層之後 方； 將一中間層插入於該超透鏡與該光敏層之間，以減小 該超透鏡與該光敏層之接觸’該中間層包含實質上透射 該光之材料，該中間層與該超透鏡接觸； 將該光導入於該超透鏡模板中，從而將該光敏層之部 分曝光於該光；以及 將該中間層自該超透鏡分離致使該中間層不再與該超 透鏡接觸。 45. 46. 47. 48. 如請求項44之方法，該方法進一步包含： 顯影該光敏層； 钱刻該材料；以及 移除該光敏層。 如請求項44之方法，其中該等特徵之一近場影像係產生 於該光敏材料層上。 如請求項44之方法，其中該光敏材料包含光阻。 如請求項44之方法，其中該中間層具有實質上與該光敏 材料之該第一折射率相等之一第二折射率。 117700-1000719.doc • 6 - 1351585 49. 如請求項44之方法， 50. 如請求項49之方法， 51. 如請求項44之方法， 甲醋。 其中該超透鏡包含—金屬層。 其中該金屬包含銀、金或鈦。 其中該介電材料包含聚，基丙烯酸 Ψ

52. 如請求項44之方法， 53. 如請求項44之方法， 54. 如請求項44之方法， 55. 如請求項54之方法， 與該光敏層之間流動 其中該中間層包含一有機材料。 其中該中間層包含一固體。 其中該中間層包含一液體。 其進一步包含讓該液體在該超透鏡 56.如請求項55之方 該液體並從一液 57.如請求項44之方法 之一固體塗層。 法，其進一步包含從一 體輸入埠移除該液體。 流體輸出埠提供 其中該中間層包含在該光敏材料上

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