Высокоапертурная проекционная система литографической установки

Полезная модель относится к области полупроводниковой микролитографии, в частности, к экстремальной ультрафиолетовой литографии, и может быть использовано при конструировании зеркальных проекционных систем для комплектации литографических установок с разрешением 10-20 нм, работающих в диапазоне длин волн 1-14 нм. Задачей полезной модели является увеличение значения числовой апертуры объектива литографической установки в пространстве изображения и линейного увеличения при соблюдении требуемого дифракционного качества. Поставленная задача достигается высокоапертурной проекционной системой литографической установки, содержащей отражающую маску с шаблоном интегральной схемы, высокоапертурный многозеркальный коаксиальный объектив, состоящий из четырех коаксиальных зеркал, и полупроводниковую пластину с резистом, отличающейся тем, что между многозеркальным коаксиальным объективом и полупроводниковой пластиной с резистом, расположена подсистема однократного увеличения, состоящая из вогнутого зеркала, выполненного с асферической поверхностью высшего порядка, обращенной к плоскости промежуточного изображения, формируемого коаксиальным объективом, и выпуклого зеркала, выполненного с асферической поверхностью высшего порядка, обращенной к вогнутому зеркалу, при этом общая оптическая ось зеркал смещена относительно оптической оси высокоапертурного коаксиального объектива на величину Н/2, где Н - половина диаметра вогнутого зеркала, отношение кривизны при вершинах выпуклого и вогнутого зеркал составляет величину от 1,6 до 1,8, а отношение расстояния от плоскости промежуточного изображения до первого зеркала к расстоянию между вогнутым и выпуклым зеркалами составляет величину от 1,9 до 2,3.

Полезная модель относится к области полупроводниковой микролитографии, в частности, к экстремальной ультрафиолетовой литографии (ЭУФ), и может быть использована при конструировании зеркальных проекционных систем для комплектации литографических установок с разрешением 10-20 нм, работающих в диапазоне длин волн 1-14 нм.

В настоящее время разработки проекционных систем для ЭУФ литографии ведутся по пути увеличения числовой апертуры объектива, располагаемого между маской с шаблоном интегральной схемы и полупроводниковой пластиной с резистом, и проецирующего в уменьшенном масштабе изображения шаблона на резист. Теоретический (дифракционный) предел величины разрешения, или минимальный размер элемента изображения, a_min проекционной системы определяется формулой Рэлея:

a_min=k·/NA,

где k - коэффициент, зависящий от технологии литографического процесса; обычно k=0.6, NA - числовая апертура в пространстве изображения

Как следует из формулы, минимизация размера элементов полупроводниковых схем достигается за счет укорочения длины волны экспонирующего излучения и/или увеличения числовой апертуры проекционной системы. Тенденция повышения числовой апертуры в проекционных системах литографических установок развивается по пути наращивания количества зеркал, вплоть до восьми. При этом, зеркальные проекционные системы можно строить по коаксиальной и/или некоасиальной (с внеосевой оптикой) схеме.

Известная проекционная система (патент США 5212588, 1993) с числовой апертурой NA=0.3 в пространстве изображения содержит два асферических коаксиальных зеркала с центральными отверстиями. Ее недостаток состоит в сравнительно невысоком разрешении, т.к. a_min не менее 50 нм.

Известна проекционная система (патент США 6710917, 2004), содержащая восемь зеркал с внеосевой асферикой, что позволяет реализовать NA=0.4 и разрешение a_min20. Наиболее существенный недостаток этой многозеркальной системы, как и других подобных, заключается в сравнительно малом значении увеличения (4*). К другим недостаткам этого устройства следует отнести сложность и высокую стоимость технической реализации внеосевых зеркал, а также нестабильность в настройке сборки в силу существенной дистанции от объекта (маски) до плоскости изображения (резиста).

Прототипом заявленной полезной модели является репродукционный зеркальный объектив для нанолитографии (патент РФ 93999, 2010), состоящий из четырех зеркал с асферикой высших порядков, с числовой апертурой NA=0.485, увеличением 12* и разрешением до 10 нм. Его недостатком является малая величина расстояния между полупроводниковой пластиной (с резистом) и рабочей, асферической поверхностью ближайшего к ней вогнутого зеркала. При таком положении плоскости изображения на пластине вогнутое асферическое зеркало должно выполняться очень тонким по толщине, что делает практически невозможным изготовление с требуемым, дифракционным качеством не только этого компонента, но и в целом проекционной оптической системы. С другой стороны, соблюдение в данном зеркале требуемого соотношения толщины и диаметра (1/4-1/6) исключает возможность использования полупроводниковых пластин большого диаметра (в настоящее время 300 мм и больше), а, следовательно, и циклического перемещения их в плоскости, перпендикулярной оптической оси проекционной системы. В результате описанная ЭУФ проекционная литографическая установка теряет свою ценность как высокопроизводительное оборудование для изготовления интегральных схем.

Задачей полезной модели является увеличение значения числовой апертуры объектива литографической установки в пространстве изображения и линейного увеличения при соблюдении требуемого дифракционного качества.

Поставленная задача достигается высокоапертурной проекционной системой литографической установки, содержащей отражающую маску с шаблоном интегральной схемы, высокоапертурный многозеркальный коаксиальный объектив, состоящий из четырех коаксиальных зеркал, и полупроводниковую пластину с резистом, отличающейся тем, что между многозеркальным коаксиальным объективом и полупроводниковой пластиной с резистом, расположена подсистема однократного увеличения, состоящая из вогнутого зеркала, выполненного с асферической поверхностью высшего порядка, обращенной к плоскости промежуточного изображения, формируемого коаксиальным объективом, и выпуклого зеркала, выполненного с асферической поверхностью высшего порядка, обращенной к вогнутому зеркалу, при этом общая оптическая ось зеркал смещена относительно оптической оси высокоапертурного коаксиального объектива на величину Н/2, где Н - половина диаметра вогнутого зеркала, отношение кривизны при вершинах выпуклого и вогнутого зеркал составляет величину от 1,6 до 1,8, а отношение расстояния от плоскости промежуточного изображения до первого зеркала к расстоянию между вогнутым и выпуклым зеркалами составляет величину от 1,9 до 2,3.

При этом, в подсистеме однократного увеличения между вогнутым зеркалом и полупроводниковой пластиной установлено плоское зеркало, которое отклоняет оптическую ось на угол, необходимый для размещения и ориентации полупроводниковой пластины с резистом.

На фиг.1 представлена оптическая схема заявляемой высокоапертурной проекционной системы для ЭУФ литографии, содержащая:

1 - маска с шаблоном интегральной схемы,

2 - многозеркальный коаксиальный объектив с NA>0.4,

3 - оптическая подсистема из двух зеркал с однократным линейным увеличением,

4 - полупроводниковая пластина с резистом.

Сочетание в проекционной системе литографической установки высоких значений числовой апертуры и увеличения, достигается тем, что в устройство введены следующие элементы двухзеркальной подсистемы однократного увеличения:

а - первое вогнутое зеркало с асферикой высшего порядка, обращенное вогнутостью к многозеркальному объективу лицевой стороной,

б - выпуклое зеркало с асферикой высшего порядка, обращенное к первому зеркалу выпуклостью, а к многозеркальному объективу тыльной стороной.

При этом двухзеркальная подсистема однократного увеличения смещена относительно высокоапертурного многозеркального объектива таким образом, что расстояние между оптическими осями подсистемы и объектива равно величине половины диаметра вогнутого зеркала двухзеркальной подсистемы. Такое смещение обеспечивает проекцию двухзеркальной подсистемой линейного поля изображения в зоне максимального его значения. Границы проецируемого подсистемой поля определяются размерами линейного поля промежуточного изображения, воспроизводимого многозеркальным объективом.

Равенство расстояний от плоскости промежуточного изображения до первого зеркала двухзеркальной подсистемы и от этого зеркала до плоскости изображения всей проекционной системы автоматически обеспечивает в ней однократное линейное увеличение. Причем отношение радиусов кривизны при вершинах выпуклого и вогнутого зеркал составляет величину порядка 1,6-1,8, а отношение расстояния от плоскости промежуточного изображения до первого зеркала к расстоянию между вогнутым и выпуклым зеркалами составляет величину порядка 1.9-2.3.

Приведенные соотношения в совокупности с асферизацией зеркал подсистемы однократного увеличения позволяют без искажений проецировать в однократном масштабе дифракционное изображение, формируемое высокоапертурным многозеркальным объективом, на плоскость полупроводниковой пластины с фоторезистом, удаленную от высокоапертурного многозеркального объектива на значительное расстояние, необходимое для высокопроизводительного изготовления интегральных схем.

Пример реализации основных технических данных:

Размер линейного поля в пространстве изображения, мм	0,8×0,8
Числовая апертура в пространстве изображения, NA	0,43

Линейное увеличение высокоапертурной проекционной

системы, Г	12*
Линейное увеличение двухзеркальной подситемы,	-1*
Волновая аберрация в пределах поля двухзеркальной подсистемы, , не более	0,05

Предельная разрешающая способность

всей системы, лин/мм	70000
Минимальный размер разрешаемого элемента, нм	7,1
Расстояние от плоскости промежуточного изображения до вогнутого зеркала двухзеркальной подсистемы, мм	145,7405
Расстояние между вогнутым и выпуклым зеркалами, мм	69,491

В подсистеме однократного увеличения между первым зеркалом и полупроводниковой пластиной, совмещенной с плоскостью изображения, может быть установлено третье плоское зеркало, изменяющее направление оптической оси без виньетирования и экранирования на угол, необходимый для размещения и произвольной ориентации полупроводниковой пластины с резистом (фиг.2). На фиг.2 представлена оптическая схема заявляемой высокоапертурной проекционной системы для ЭУФ литографии с плоским зеркалом 5, установленным в пространстве изображений, где расстояние от вогнутого зеркала двухзеркальной подсистемы по ходу главного луча до плоскости внеосевого изображения 4, совмещенной с полупроводниковой пластиной и являющейся одновременно плоскостью изображения всей проекционной системы, равно 145,7405 мм.

Применение полезной модели позволило существенно снизить стоимость масок с шаблоном интегральных схем и увеличить надежность выпуска бездефектных полупроводниковых приборов, достигаемую размещением между многозеркальным коаксиальным объективом и полупроводниковой пластиной с резистом подсистемы однократного увеличения, служащей для переноса изображения, формируемого многозеркальным объективом, в плоскость полупроводниковой пластины, удаленную от ближайшего асферического зеркала коаксиального объектива на расстояние, достаточное для размещения крупноразмерных пластин с резистом, для перемещения их в процессе экспонирования вдоль плоскости, перпендикулярной оптической оси, и для высокопроизводительного изготовления интегральных схем.

1. Высокоапертурная проекционная система литографической установки, содержащая отражающую маску с шаблоном интегральной схемы, высокоапертурный многозеркальный коаксиальный объектив, состоящий из четырех коаксиальных зеркал, и полупроводниковую пластину с резистом, отличающаяся тем, что между многозеркальным коаксиальным объективом и полупроводниковой пластиной с резистом расположена подсистема однократного увеличения, состоящая из вогнутого зеркала, выполненного с асферической поверхностью высшего порядка, обращенной к плоскости промежуточного изображения, формируемого коаксиальным объективом, и выпуклого зеркала, выполненного с асферической поверхностью высшего порядка, обращенной к вогнутому зеркалу, при этом общая оптическая ось зеркал смещена относительно оптической оси высокоапертурного коаксиального объектива на величину Н/2, где Н - половина диаметра вогнутого зеркала, отношение кривизны при вершинах выпуклого и вогнутого зеркал составляет величину от 1,6 до 1,8, а отношение расстояния от плоскости промежуточного изображения до первого зеркала к расстоянию между вогнутым и выпуклым зеркалами составляет величину от 1,9 до 2,3.

2. Высокоапертурная проекционная система литографической установки по п.1, отличающаяся тем, что в подсистеме однократного увеличения между вогнутым зеркалом и полупроводниковой пластиной установлено плоское зеркало, которое отклоняет оптическую ось на угол, необходимый для размещения и ориентации полупроводниковой пластины с резистом.