專利名稱：曝光方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地說涉及曝光，并尤其涉及曝光裝置和方法、器件的制造方法以及由曝光物體或目標(biāo)物體制作的器件。曝光裝置和方法用于制作各種器件，包括半導(dǎo)體芯片如IC和ISI、顯示器如液晶板，傳感器如磁頭，圖象拾取裝置如CCD以及用于微型機械的細(xì)接觸孔圖案。此處，微力學(xué)是一項應(yīng)用制作精細(xì)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體IC制作技術(shù)的技術(shù)，以此創(chuàng)建可以以微米量級操作的增強的機械系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻法是利用曝光裝置把掩模圖案轉(zhuǎn)印到用于硅晶片、玻璃板(簡稱“晶片”)等的光敏材料(抗蝕劑)，包括應(yīng)用抗蝕劑、曝光、顯影、蝕刻和去除抗蝕劑的步驟。對于這一系列步驟中的曝光，分辨率、涂覆層準(zhǔn)確度和生產(chǎn)率是三個重要的因素。分辨率是精細(xì)轉(zhuǎn)印的最小尺寸。涂覆層準(zhǔn)確度是晶片上覆蓋的多種圖案的精密度。產(chǎn)量是單位時間內(nèi)加工的板片數(shù)量。
利用光刻技術(shù)制作器件采用了一種投影曝光裝置，即使用投影光學(xué)系統(tǒng)把掩?；蚩叹€(本申請中這兩個術(shù)語可以互換使用)上的圖案投影到晶片上，由此轉(zhuǎn)印圖案。投影光學(xué)系統(tǒng)能夠使來自圖案的衍射光束在晶片上干涉并形成一個圖象。正常的曝光能夠使0階或±1階衍射光束(即三束光束)彼此干涉。
掩模圖案包括相鄰且周期性間隔(L和S)的線條圖案、相鄰且周期性分布的接觸孔線條(即以與孔直徑相同的間隔分布)、不相鄰且隔離的隔離接觸孔、其它的隔離圖案，并且圖案以高分辨率的轉(zhuǎn)印需要根據(jù)圖案類型選擇最佳的曝光條件(如照明條件曝光量等)。
投影曝光裝置的分辨率R由下列瑞利方程給出R＝K1(λ/NA) (1)
此處，λ是光源的波長，NA是投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，K1是顯影過程及其它條件決定的常數(shù)。在正常曝光情況下，K1近似為0.5-0.7。
近年來對高集成器件的需求增加了對轉(zhuǎn)印更精細(xì)或更高分辨率的圖案的要求。雖然上述方程表明，較大的數(shù)值孔徑NA和減小的波長λ將有效地實現(xiàn)較高的分辨率，但現(xiàn)階段這些因素的改進(jìn)已經(jīng)到了極限。因此，正常的曝光很難在晶片上形成0.15μm或更小的圖案。因此建議采用相移掩模技術(shù)，使得已經(jīng)通過一個圖案的衍射光束中的兩束彼此干涉，由此形成圖象。相移掩模將其上相鄰?fù)腹獠糠值南辔环崔D(zhuǎn)180°，并消除0階衍射光束，由此使得兩個±1階衍射光束彼此相干并形成一個圖象。這項技術(shù)的使用將上述方程中的K1減小到大致為0.25，由此提高分辨率R并在晶片上形成不大于0.15μm的圖案。
但是，當(dāng)把已經(jīng)接近分辨率極限的精細(xì)接觸孔的相鄰相位反轉(zhuǎn)180°時，光以偏離光軸很寬的角度衍射，即在光瞳面上45°角的方向衍射，并偏離投影系統(tǒng)的光瞳。結(jié)果，衍射光束既不能通過投影透鏡的光瞳，也不能分辨。可以分辨的至多是降至L和S圖案中邊緣臨界尺寸的平方根的精細(xì)圖案。因此，要求孔的接觸線(或接觸孔陣列)具有等于L和S圖案的分辨率。
而且近來的半導(dǎo)體工業(yè)將其制造移向系統(tǒng)芯片，包括高附加值和各種類型的圖案，因而需要在一個掩模上形成不止一種的接觸孔圖案。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的相移掩模仍不能以較高的分辨率一次充分曝光，接觸孔圖案與接觸孔線條和隔開的接觸孔混合。另一方面，利用兩個掩模的兩次曝光(或多次曝光)分別對不同類型的圖案曝光是可信的，但常規(guī)的兩次曝光需要兩個掩模并會產(chǎn)生很多實際上的不利即此方法導(dǎo)致成本增加和產(chǎn)量下降，因為有兩個曝光步驟，并且對兩個掩模的互換需要較高的重疊精確度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種曝光方法和裝置，能夠不用互換掩模地以高分辨率(即對于接觸孔線的分辨率等于對于利用相移掩模的L和S圖案的分辨率)對具有細(xì)孔直徑(如不大于0.15μm)的接觸孔圖案曝光并由一個(分開的)接觸孔混合成一條接觸孔線。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一個方面的曝光方法包括步驟提供一個掩模，掩模上分布著一個接觸孔圖案和多個均小于接觸孔圖案的圖案；利用多種光源對掩模照明，從而通過投影光學(xué)系統(tǒng)分辨靶上沒有較小圖案的接觸孔圖案。此曝光方法同時或依次使用多種照明光(如不同于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形照明的照明)，并且在顯影之后通過適當(dāng)?shù)剡x擇閾值(抗蝕劑的閾值)而在靶表面上形成所需的圖案。掩模及其制造方法也構(gòu)成本發(fā)明的另一個方面。
掩模上的接觸孔圖案可以有不同于最初形成在靶上的直徑。多種照明光可以包括強度分布具有接近光軸的峰的第一照明光，和強度分布具有遠(yuǎn)離光軸的峰的第二照明光?；蛘?，多種照明光可以包括較大σ的照明光和較小σ的照明光。多種照明光可以包括第一和第二照明光，第一照明光能使得由所需圖案產(chǎn)生的兩個衍射光束入射到投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳面上，第二照明光防止任何衍射光入射到光瞳面上的由線性連結(jié)兩個衍射光束限定的區(qū)域上。
第二照明光可以設(shè)置成只有一束衍射光入射到光瞳面上。多種照明光可以形成一個σ大于0.9的有效光源。掩模可以用作相移掩模，對所需的圖案設(shè)置交錯0°和180°的相位?？梢杂卸喾N輔助圖案作為較小的圖案，與所需圖案相鄰的輔助圖案的大小做成小于其它的輔助圖案。多種照明光可以包括基本上為環(huán)形的有效光源和外圓周σ大于0.9的四極光源。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的曝光方法包括步驟在掩模上形成這樣一種分布，即一個接觸孔圖案和多個均小于接觸孔圖案的圖案；利用形成有效光源的光對掩模照明，從而通過投影光學(xué)系統(tǒng)分辨靶上沒有較小圖案的接觸孔圖案，其中有效光源在其中心部分有一個非圓形陰暗部分。非圓形陰暗部分可以是十字形。掩模及其制造方法也構(gòu)成本發(fā)明的另一個方面。
小的σ的照明可以形成一個σ不大于0.3的圓形有效光源。較大σ的照明可以形成一個十字的四組結(jié)構(gòu)的有效光源。較大σ的照明可以形成一個環(huán)形有效光源。四組結(jié)構(gòu)可以有相同σ的照明光。較大σ的照明在照明光的中心可以有不小于0.6的σ。第一σ的照明可以形成一個十字的四組結(jié)構(gòu)的有效光源。掩?？梢圆捎靡环N相移掩模，第二照明可以有一個具有中空矩形、圓形或近似平行四邊形的矩形有效光源。掩模可以采用二元或半色調(diào)掩模，第二照明可以有一個交叉的四扇形的有效光源。掩?？梢圆捎枚蛳嘁蒲谀Ｒ孕纬筛鞣N有效光源。有效光源在外圓周可以有大于0.9的σ，并且有效光源可以在圓形光源的中心形成十字陰暗部分。有效光源在外圓周可以有大于1.0的σ。在改變靶和所需圖案的圖象之間在投影光學(xué)系統(tǒng)光軸上的位置關(guān)系的同時可以重復(fù)多次曝光。所需的圖案和輔助圖案可以二維分布成一個矩陣。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的曝光裝置包括一種用于執(zhí)行上述曝光方法的曝光模式。該曝光裝置展示了上述曝光方法的操作。該曝光裝置還包括一個孔徑光闌，該孔徑光闌具有第一和第二透光部分以及一個阻光部分，第一透光部分對第二圖案的分辨率起作用，第二透光部分增強對第二圖案的光強分布，第一和第二透光部分的面積之比處于0.06～1.30的范圍。該曝光裝置還包括一個包含孔徑光闌的照明光學(xué)系統(tǒng)，所述的孔徑光闌有一個透光部分和一個阻光部分，阻光部分的面積可以變化。
本發(fā)明另一方面的曝光裝置包括一個用于調(diào)節(jié)第一照明和第二照明的光量之比的機構(gòu)，第一照明有一個具有對應(yīng)于接觸孔陣列的縱向和橫向的十字四組結(jié)構(gòu)的有效光源，第二照明有另一個有效光源。
本發(fā)明另一方面的器件制造方法包括步驟利用上述曝光裝置對靶曝光，并對曝光的靶執(zhí)行預(yù)定的處理。對展示類似于上述曝光裝置的操作的器件制造方法的權(quán)利要求覆蓋器件及其它們的中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品。而且，這些器件例如包括半導(dǎo)體芯片，如LSI和VLSI，CCD，LCD，磁傳感器，薄膜磁頭等。
本發(fā)明另一方面的掩模上二維分布著一個接觸孔圖案和多種均小于接觸孔圖案的輔助圖案，其中與接觸孔圖案相鄰的輔助圖案的大小做得小于另一個輔助圖案的大小。輔助圖案可以具有對應(yīng)于所需圖案中孔直徑的大約55％～90％的大小。該掩模可以用于相移掩模，通過設(shè)置交錯0°和180°的相位形成二維分布的所需圖案。
本發(fā)明另一方面的投影曝光方法包括步驟提供一個分布著一種接觸孔圖案和多種均小于接觸孔圖案的圖案的掩模；利用用于分辨接觸孔圖案的第一照明和用于防止較小圖案和第一照明導(dǎo)致的偽分辨率的第二照明對掩模照明。
根據(jù)本說明書，由σ代表的量表示對投影光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光闌的孔徑(或光瞳)的直徑進(jìn)行照明的一個光闌中一個物(如一個孔徑的象)的大小和位置。
通過下面參考附圖對實施例的描述，本發(fā)明的其它目的和特點將變得更加清晰。


圖1是本發(fā)明曝光裝置的框圖；圖2是圖1所示的曝光裝置中孔徑光闌的形狀實例平面圖；圖3是圖1所示的孔徑光闌的另一形狀實例平面圖；圖4是圖1所示的孔徑光闌的另一形狀實例平面圖；圖5是圖1所示的孔徑光闌的另一形狀實例平面圖；圖6是圖1所示的孔徑光闌的另一形狀實例平面圖；圖7是圖1所示的孔徑光闌的另一形狀實例平面圖；圖8是圖1所示的曝光裝置中掩模的平面圖；圖9是圖8所示的掩模的改型示圖；圖10是圖8所示的掩模的另一改型平面圖；圖11是作為例1的曝光結(jié)果，轉(zhuǎn)印到板上的圖案；圖12為當(dāng)把圖2所示的孔徑光闌用于對圖11中所示的掩模照明時，峰偏離光軸的照明光出現(xiàn)在投影光學(xué)系統(tǒng)光瞳面上的衍射光的分布平面圖；圖13是作為例2的曝光結(jié)果，轉(zhuǎn)印到板上的圖案；圖14是形成接觸孔所需圖案的二元掩模的平面圖；圖15為當(dāng)把峰接近光軸的照明光用于對圖14所示的掩模照明時，出現(xiàn)在曝光裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)中光瞳面上的衍射光的分布平面圖；圖16是具有接觸孔圖案的掩模的平面圖；其中接觸孔圖案是二維分布的圖14所示的圖案和接觸孔的虛設(shè)圖案；圖17是當(dāng)把十字(四極)照明光用于對圖4所示的掩模照明時，曝光裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)中光瞳面上出現(xiàn)的衍射光分布的示圖；圖18是用于對圖16所示的掩模照明的十字(四極)照明光闌的平面圖；圖19是用于解釋利用本發(fā)明曝光裝置的器件制造方法的流程圖；圖20是對于圖19中步驟4的詳細(xì)流程圖；圖21是表示孔徑光闌的形狀實例的平面圖；圖22是表示孔徑光闌的形狀實例的平面圖；圖23是表示孔徑光闌的形狀實例的平面圖；圖24是表示孔徑光闌的形狀實例的平面圖；圖25是圖9所示相移掩模上的小σ照明在光瞳面上的衍射光束的位置以及斜入射照明的衍射光束的移動位置的典型示圖；圖26是用于解釋有效光源分布的典型示圖；圖27是對應(yīng)于十字斜入射的照明和本發(fā)明改型的照明的曝光量的圖象和曝光量的示圖；圖28是表示入射到光瞳面上的衍射光束的位置的典型示圖；圖29是用于解釋有效光源分布的典型示圖；圖30是有效光源分布的示圖；圖31是用于解釋有效光源分布的典型示圖；圖32是有效光源分布的示圖；圖33是用于解釋有效光源分布的典型示圖；圖34是有效光源分布的示圖；圖35是圖8所示相移掩模上的小σ照明在光瞳面上的衍射光束的位置以及斜入射照明的衍射光束的移動位置的典型示圖；圖36是用于解釋有效光源分布的典型示圖；圖37是用于解釋有效光源分布的典型示圖；
圖38是十字(四極)孔徑光闌和本發(fā)明的孔徑光闌的示圖；并表示板表面利用孔徑光闌和斜入射照明的模擬分辨率圖案；圖39是有效光源分布的一個實例；圖40是用于解釋有效光源分布的一個典型示圖；圖41是作為第五實例中曝光結(jié)果的轉(zhuǎn)印到板上的圖案；圖42是作為第五實例中曝光結(jié)果的轉(zhuǎn)印到板上的圖案；圖43是從圖24中獲得的一對次光闌；圖44是用于解釋圖43所示次光闌的功能的示圖；圖45是利用圖24所示光闌轉(zhuǎn)印到板上的圖案；圖46是作為實例9中曝光結(jié)果的轉(zhuǎn)印到板上的圖案；圖47是三種孔徑光闌的示范形狀的平面圖；圖48是作為實例10中曝光結(jié)果的轉(zhuǎn)印到板上的圖案；圖49是作為實例11中曝光結(jié)果的轉(zhuǎn)印到板上的圖案。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明示范性曝光裝置進(jìn)行描述。此處，圖1是本發(fā)明曝光裝置的框圖。如圖1所示，曝光裝置包括一個照明部分100，一個掩模200，一個投影光學(xué)系統(tǒng)300，一個板400，一個平臺450，和一個成像位置調(diào)節(jié)器500。
本實施例的曝光裝置是一個以步進(jìn)-掃描方式將建立在掩模200上的電路圖案曝光到板40上的投影曝光裝置，但本發(fā)明也可以采用步進(jìn)-重復(fù)方式和其它曝光方式。此處采用的步進(jìn)-掃描方式是這樣一種曝光方法，即通過連續(xù)相對于掩模掃描晶片，并且在針對性的曝光之后，通過把晶片逐步地移到下一個瞄準(zhǔn)的曝光區(qū)而把掩模圖案曝光到晶片上。該步進(jìn)-重復(fù)方式是另一種曝光模式，即把晶片逐步移到一個在向晶片上單元投影的每次瞄準(zhǔn)中的下一個瞄準(zhǔn)的曝光區(qū)。
照明裝置100對其上建立有一個待轉(zhuǎn)印的電路圖案的掩模200照明，因此包括一個光源部分110和一個照明光學(xué)系統(tǒng)120。
光源部分110包括作為光源的激光器112和光束整形系統(tǒng)114。
激光器112可以是脈沖激光器，如波長約為193nm的ArF準(zhǔn)分子激光器，波長約為248nm的KrF準(zhǔn)分子激光器，波長為157nm的準(zhǔn)分子激光器等。激光器的種類不限于準(zhǔn)分子激光器。例如，可以使用YAG激光器，并且激光器的數(shù)量不受限制。例如，如果使用兩個獨立工作的固體激光器，則兩個固體激光器單元之間不存在相干，并且因而將相當(dāng)大地減少由相干引起的斑紋。另外，為了減少斑紋，以直線或旋轉(zhuǎn)的方式振動光學(xué)系統(tǒng)將被認(rèn)為是可取的。再者，可用于光源部分110的光源不限于激光器112，可以采用一個或多個燈源，如汞燈、氙燈等。
光束整形系統(tǒng)114例如可以使用一種帶有多個柱狀透鏡的擴束器等，并且把發(fā)自激光器112的平行光束的截面形狀的尺寸縱橫比改造成一個理想值(例如通過將截面形狀由矩形改成長方形)，因而將光束形狀重新變成所需的形狀。光束整形系統(tǒng)114形成的光束具有為照明后面將描述的光學(xué)積分器140所需的大小和發(fā)散角。
優(yōu)選地，光源部分110使用一種圖1中未示出的非相干調(diào)協(xié)光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將相干激光束轉(zhuǎn)變成非相干激光束。非相干調(diào)協(xié)光學(xué)系統(tǒng)可以使用一種至少包括一個反束系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，如日本專利申請JP3-215930中圖1所示的系統(tǒng)，將入射到分分束平面上的光束分成至少兩束光(如P偏振光和S偏振光)。然后反束系統(tǒng)通過一個光學(xué)元件提供一束光束，其中該光束相對于另一束光的光程差大于激光束相干光的光程差，并且隨后將該光束導(dǎo)向分束平面，從而發(fā)射重疊光。
本實施例中的照明光學(xué)系統(tǒng)120是一個對掩模200照明的光學(xué)系統(tǒng)，包括一個聚光系統(tǒng)130，一個光學(xué)積分器140，一個孔徑光闌150和一個會聚透鏡160。照明光學(xué)系統(tǒng)120可以使用任何光線，無論是同軸光還是離軸光均可。另外，本實施例中的照明光學(xué)系統(tǒng)120包括一個用于將轉(zhuǎn)印區(qū)的大小變成板400上大小的遮光葉片或掃描葉片。本實施例中的照明光學(xué)系統(tǒng)120包括多個透鏡和必要的反射鏡，并且使得遠(yuǎn)心焦外系統(tǒng)處于出射端。
聚光系統(tǒng)130包括一個或多個必須的偏轉(zhuǎn)反射鏡以及一個或多個透鏡，它將已從中穿過的光束有效地導(dǎo)入到光學(xué)積分器140上。例如，聚光系統(tǒng)130包括一個會聚透鏡，該透鏡布置成光束整形系統(tǒng)114的出射面和作為蠅眼透鏡的光學(xué)積分器140的入射面可以形成物平面和光瞳面(或光瞳面和象平面)的光學(xué)關(guān)系，由此保持已通過透鏡的主要光線平行于光學(xué)積分器140中心內(nèi)或周圍的任何透鏡元件142。在本申請中此關(guān)系有時稱作傅立葉變換關(guān)系。
聚光系統(tǒng)130還包括一個可以改變照明光每次對掩模200照明的曝光量的曝光量調(diào)節(jié)器132。曝光量調(diào)節(jié)器132改變焦外系統(tǒng)的每個放大率，由此改變?nèi)肷涔馐慕孛嫘螤??；蛘?，曝光量調(diào)節(jié)器132可以由一個變焦透鏡等組成，沿著光軸移動透鏡并改變角放大率。如果需要，曝光量調(diào)節(jié)器132可以用一個半反射鏡對入射光分束，由傳感器探測光量，并根據(jù)探測結(jié)果調(diào)節(jié)激光器112和/或光學(xué)系統(tǒng)中部件的輸出。通過更換光學(xué)元件(如光量調(diào)節(jié)(ND)濾光片)和/或利用一個變焦透鏡來改變成像放大率，曝光量調(diào)節(jié)器132還可以調(diào)節(jié)孔徑光闌150的中心和外圍部分之間的光量比，這在后面將有描述。曝光量調(diào)節(jié)器132可以根據(jù)所需的接觸孔圖案和/或板400所追求的對比度來調(diào)節(jié)曝光量。本實施例中的曝光量調(diào)節(jié)器132還用于調(diào)節(jié)照明光(大σ的照明)的峰位置，該照明光在其強度分布中具有偏離光軸的峰位置。
使照明掩模200的照明光均勻的光學(xué)積分器140在本實施例中構(gòu)造成一個蠅眼透鏡，該光學(xué)積分器把入射光的角分布轉(zhuǎn)變成位置分布，然后出射光束。將蠅眼透鏡保持成其入射面140a和出射面140b處于傅立葉變換的關(guān)系。但是，如后所述，可用于本發(fā)明的光學(xué)積分器140不限于蠅眼透鏡。
蠅眼透鏡140在其它平面上分布多個具有不同焦點位置的透鏡(透鏡元件)142。當(dāng)形成蠅眼透鏡的每個透鏡元件的截面形狀近似于照明部分的照明區(qū)時，只要每個透鏡元件具有球形透鏡表面，就對照明光具有較高的利用率。這是因為光入射面和照明區(qū)處于物和象的關(guān)系(即共軛關(guān)系)。
雖然本實施例通過組合多個與掩模200的形狀相符的正方形截面的透鏡元件形成蠅眼透鏡，但本發(fā)明不排除那些具有圓形、矩形、六邊形或任何其它形狀的透鏡。會聚透鏡160把來自多個點光源(有效光源)的每一束光疊加到掩模200上，這些光束均形成在蠅眼透鏡的出射面140b中或周圍。整個掩模200由此將被多個點光源(有效光源)均勻照明。
蠅眼透鏡140可以用一個光學(xué)棒代替。光學(xué)棒轉(zhuǎn)變照明分布，該照明光在入射面不均勻，但在出射面均勻，并且有一個矩形截面，其中垂直于棒軸的截面形狀具有與照明區(qū)近似相同的縱橫比。如果光學(xué)棒相對于垂直于棒軸的截面形狀具有功率，則出射面的照明強度不能變得均勻，并且因而垂直于棒軸的截面形狀是一個僅由直線形成的多邊形。蠅眼透鏡140可以用一個顯示出漫射狀態(tài)的衍射元件。
在光學(xué)積分器140的出射面140b之后設(shè)置形狀和直徑固定的孔徑光闌150。本實施例中的孔徑光闌150具有一種孔徑的形狀，通過利用分辨接觸孔210的十字斜入射的照明、限制由十字斜入射照明產(chǎn)生的假分辨(即對假分辨圖案保持很低的曝光量(即具有很小的曝光量增加))的照明，并通過加強對一個理想的接觸孔圖案的曝光量(即利用曝光量的大量增加)等來照明掩模200?？讖焦怅@150設(shè)置在與投影光學(xué)系統(tǒng)300的光瞳面320共軛的位置?？讖焦怅@150的孔徑形狀對應(yīng)于投影光學(xué)系統(tǒng)300中光瞳面320上的有效光源的形狀。
本實施例的孔徑光闌150使用峰接近光軸的照明光和峰偏離光軸的照明光(即依次投射這些光束或投射一個合并的光束)，并且具有一種用于對掩模200照明的孔徑形狀。本發(fā)明可以(1)預(yù)備兩個孔徑光闌，其中一個提供峰接近光軸的照明光，另一個提供峰偏離光軸的照明光，并且可以(2)利用這些孔徑光闌逐個對掩模200照明。本發(fā)明的一個特點在于解決了關(guān)于交換掩模200的問題。只要不互換掩模200，就不存在互換孔徑光闌150的問題。
其峰接近光軸的照明光具有不大于0.3的σ，并且在0階和±1階衍射光束之間產(chǎn)生干涉。峰偏離光軸的照明光具有不小于0.6的σ，并且在0階和+1階或-1階衍射光束之間產(chǎn)生干涉。此處，σ是照明光學(xué)系統(tǒng)120中掩模200一側(cè)與投影光學(xué)系統(tǒng)300中掩模200一側(cè)的NA相對的數(shù)值孔徑(NA)。峰接近光軸的照明光是小σ照明，有時稱作標(biāo)準(zhǔn)照明。峰偏離光軸的照明光是大σ照明，有時稱作斜入射照明或改進(jìn)的照明。
參見圖2-7，對可用于孔徑光闌150的形狀舉例給予說明。此處，圖2-7是孔徑光闌150形狀例子的平面圖。圖2是形成一個用于四極照明的光闌的孔徑光闌150A的平面圖?？讖焦怅@150A在其中心有一個圓環(huán)151，有四個分布在0°、90°、180°和270°(即十字形)的σ不大于1的圓環(huán)152A。孔徑光闌150A具有透射率為1的透光部分和透射率為0的遮光部分153A，透光部分由圓環(huán)151和152A組成。
此處，如圖所示，當(dāng)投影光學(xué)系統(tǒng)300中的光闌150被反方向投影到用于照明的每個光闌上時，σ＝1的圓環(huán)對應(yīng)于孔徑光闌150中一個孔徑的圖象(圓環(huán))輪廓。因此，可以說本申請每幅圖中所示光闌中的孔徑是一個將被投影到投影光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光闌中孔徑(σ＝1)上的有效光源。
圓環(huán)151提供峰接近光軸的圓形照明光。另一方面，圓環(huán)152A發(fā)出峰偏離光軸的四極照明光。最好每個圓環(huán)152A提供的照明光具有相同的σ。孔徑光闌150A中圓環(huán)151和152A具有相同的大小。
峰偏離光軸的照明有時稱作大σ照明，斜入射照明或改進(jìn)的照明，因而具有各種改型。例如，可以用其它任意構(gòu)形代替四個圓環(huán)。
例如，可以用圖3所示的矩形152B或圖4所示的扇形152C代替圓環(huán)152A。此處，圖3和4是作為四極照明光闌的孔徑光闌150B和150C的平面圖，是孔徑光闌150A的改型?？讖?50B包括透射率為1的由圓151和矩形152B組成的透光部分和透射率為0的遮光部分153b。矩形152B例如是一個邊長等于圓環(huán)151直徑的正方形。孔徑光闌150C包括一個由圓151和扇形152C組成的透射率為1的透光部分和透射率為0的遮光部分153C。扇形152C的尺寸可以任意地調(diào)節(jié)。孔徑光闌150B和150C的功能與孔徑光闌150A的相同，因而在此省去對它們的詳細(xì)描述。
孔徑光闌150可以使用圖5所示的孔徑光闌150D?？讖焦怅@150D有一個代替四極的環(huán)狀孔徑154A。此處，圖5是作為環(huán)狀照明光闌的孔徑光闌150D的平面圖?？讖焦怅@150D包括透射率為1的由圓151和圓環(huán)154A組成的透光部分和透射率為0的遮光部分153D。這些光闌的功能與孔徑光闌150A的相同，并且因而省去對它們的詳細(xì)描述。
孔徑光闌150可以使用圖6和7所示的孔徑光闌150E和150F。孔徑光闌150E和150F具有透光部分154B和152D，它們的σ部分地超過1。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果采用σ局部超過1的照明光，則形成在板400上的圖案圖象變得清晰。此處，圖6和7是作為環(huán)形照明光闌的孔徑光闌150E和作為四極照明光闌的孔徑光闌150F的平面圖。孔徑光闌150E具有透射率為1的由圓151和σ部分超過1的圓環(huán)(或矩形帶狀區(qū))154B組成的透光部分和透射率為0的遮光部分153E，并且孔徑光闌150F具有透射率為1的由圓151和σ部分超過1的矩形152D組成的透光部分和透射率為0的遮光部分153E。它們的功能與孔徑光闌150A的相同，因而在此省去對它們的詳細(xì)描述。
本實施例的孔徑光闌150有一個利用第一照明光和第二照明光對掩模200照明的孔徑形狀。第一照明光使得掩模200產(chǎn)生的衍射光束中的兩束衍射光束能夠進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)300中的光瞳面320。第二照明光使得至少一束衍射光能夠進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)300中光瞳面320上的一個區(qū)域，該區(qū)域不遮擋第一照明光(并且不包括由直線圍成的代表光瞳面320上兩束衍射光位置的區(qū)域)。本實施例可以(1)預(yù)備兩個孔徑光闌，其中一個提供能夠使兩束衍射光進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)30中光瞳面320的照明光，另一個提供能夠使至少一束衍射光進(jìn)入位于投影光學(xué)系統(tǒng)300中光瞳面上且不遮擋提供兩束入射衍射光的照明光的照明光，和可以(2)逐個使用這些孔徑光闌照明掩模200。本發(fā)明的一個特點在于解決了與互換掩模200有關(guān)的問題。只要不互換掩模200，將不存在象互換孔徑光闌150這樣的問題。
能夠使對應(yīng)于有效光源的兩束光進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)300光瞳面320的(第一)照明光導(dǎo)致相移掩模200A的±1階兩衍射光束(這將參照圖9進(jìn)行描述)和二元掩模200的0階衍射光束和+1階或-1階衍射光束(這將參照圖8進(jìn)行描述)之間的干涉。另一方面，能夠使對應(yīng)于有效光源的至少一束衍射光進(jìn)入光瞳面320上的一個區(qū)域的照明光通過第一照明光增強了板400上對應(yīng)于接觸孔210的接觸孔圖案的曝光量，其中光瞳面320上的該區(qū)域不遮擋第一照明光。
現(xiàn)參見圖21-24舉例說明可用于孔徑光闌150的形狀。此處，圖21-24是可用于孔徑光闌150的形狀實例的平面圖。圖21是作為在中心處有十字照明的矩形有效光源的改進(jìn)照明光闌的孔徑光闌150G的平面圖?？讖焦怅@150G有四個矩形155，一個矩形156在中心。四個矩形155以0°、90°、180°和270°的角度形成在徑向縱向(以十字形)?？讖焦怅@150G包括一個透射率為1的透光部分和透射率為0的遮光部分153G，其中透光部分包括矩形155和156。
此處，如圖所示，σ＝1的圓對應(yīng)于投影光學(xué)系統(tǒng)300中的光闌150被反向投影到用于照明的每個光闌上時孔徑光闌150中的孔徑的圖象輪廓(圓形)。因此，可以說本申請中每幅附圖中所示的光闌中的孔徑是一個投影到投影光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光闌的孔徑(σ＝1)上的有效光源。
矩形155的定位使得四個矩形155中的每一個受到斜入射照明，由此使兩束衍射光(或±1階衍射光)進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)300中的光瞳面320并形成板400上的干涉條紋。另一方面，矩形156提供能夠使至少一束光進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)300光瞳面上的一個區(qū)域的照明光，其中該區(qū)域不遮擋第一照明光。照明光在抑制假分辨率圖案的同時增強理想的接觸孔圖案的亮度。
關(guān)于照明有各種改型，這些改型至少能夠使一束光進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)300中光瞳面320上的一個區(qū)域，并且該區(qū)域不遮擋第一照明光。例如，可以用任何其它的形狀代替矩形156。
例如，可以用圖22所示的具有遮光部分153H2的矩形156A或圖23所示的圓157代替矩形156。此處，圖22和圖23是作為孔徑光闌150G的改型的孔徑光闌150H和150I的平面圖。孔徑光闌150H有一個透射率為1的透光部分和透射率為0的擋光部分153H1和153H2，其中透光部分包括具有上述四個矩形155的矩形156A。矩形156A在矩形156的中心有一個近似的菱形，以便嚴(yán)格限定只能有一束衍射光入射到光瞳面320的區(qū)域。孔徑光闌150I有一個透射率為1的透光部分和透射率為0的擋光部分153I，其中透光部分包括上述四個矩形155和圓157?？讖焦怅@150I有一個有效光源作為只有一束衍射光入射到光瞳面320的區(qū)域，并有一個內(nèi)切矩形156的圓157的形狀?？讖焦怅@150H和150I的作用類似于孔徑光闌150G，因而將省去對它們的描述。
圖24是應(yīng)用到將參照圖8進(jìn)行描述的二元掩模200的孔徑光闌150J的平面圖，作為一種提供有效光源分布的改進(jìn)的照明光闌，在其中心有一個十字形(非圓形)的擋光部分。圖24A中的孔徑光闌150J在垂直于徑向的縱向以0°、90°、180°和270°的角度分布四個矩形158(以十字形)，并在離開矩形158的0°、90°、180°和270°角度處傾斜45°地分布扇形159(以十字形)。孔徑光闌150G有一個透射率為1的包括矩形158和扇形159的透光部分和位于外圍的擋光部分153J1和位于中心的十字形擋光部分153J2，每個擋光部分的透射率為0。雖然矩形158和扇形159在此被認(rèn)為是獨立的透光部分，但它們通常形成為一個連續(xù)的透光部分。表示在圖24B中的本發(fā)明的光闌作為一個優(yōu)選實施例。
將矩形158定位成四個矩形158的每一個受到斜入射照明，兩個衍射光束(0階衍射光束和±1階衍射光束中的一束)由此進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)30中的光瞳面320并在板400上形成干涉條紋。另一方面，扇形159提供的照明光能夠使得至少一束光入射到投影光學(xué)系統(tǒng)300中光瞳面320上的一個區(qū)域，并且該區(qū)域不遮擋第一照明光，在抑制假分辨率圖案的同時增強所需的接觸孔圖案。
前述孔徑光闌150A-150J的特征在于產(chǎn)生σ＝1的有效光源。根據(jù)本發(fā)明人的觀點，最好有效光源的最偏軸部分位于σ＞0.9的區(qū)域。例如，圖24B中所示光闌150J中的有效光源的尺寸定為外圓直徑對應(yīng)于σ＝0.92。外圓最好具有σ處于0.9＜σ＜1這一范圍的直徑。
為了從多種孔徑光闌150中選出理想的孔徑光闌150，例如可以把孔徑光闌150A-150J布置在端齒盤(未示出)上，并且當(dāng)切換到孔徑光闌時端齒盤轉(zhuǎn)動。此端齒盤可以安裝一個具有圓形孔徑的孔徑光闌，該光闌只提供峰接近光軸的照明光，端齒盤還可以安裝一個只提供峰偏離光軸的照明光的孔徑光闌(如圖18所示)。因此，照明裝置120可以用峰接近光軸的照明光或峰偏離光軸的照明光中的任何一種作為對掩模200的照明光，并且再用另一種照明掩模200。在使用由峰在光軸上的照明光和峰偏離光軸的照明光的合并產(chǎn)生的照明光中，曝光量調(diào)節(jié)器132可以改變曝光量的比例。
類似地，端齒盤可以配置一個具有交叉的四個矩形155和矩形158的孔徑的孔徑光闌，用于提供能使兩束衍射光入射到投影光學(xué)系統(tǒng)300光瞳面320上的照明光，或者端齒盤可以配置一個具有矩形156(矩形156A或圓157)和四個扇形159的孔徑的孔徑光闌，用于提供能使一束衍射光入射到光瞳面320上的照明光。因此，照明裝置120可以用能使兩束衍射光入射到投影光學(xué)系統(tǒng)300中光瞳面320的照明光或能使一束衍射光入射到光瞳面320的照明光中的一種作為對掩模200的照明光，并再用另一種照明掩模200。在使用由兩種照明光合并產(chǎn)生的照明光中，曝光量調(diào)節(jié)器132可以單獨地改變曝光量的相應(yīng)比例。
會聚透鏡160盡可能多地會聚從蠅眼透鏡140發(fā)出的光線，并且對掩模200科勒照明，使得主要光線變?yōu)槠叫泄?，即遠(yuǎn)心光。掩模200和蠅眼透鏡140的出射面140b設(shè)置成傅立葉變換關(guān)系。
可以單獨地使用一個棱鏡元件或與上述孔徑光闌中的一種結(jié)合使用棱鏡元件，該棱鏡元件有一個光偏轉(zhuǎn)面，用于形成一束光分布類似于前述孔徑光闌150a-150J中一種的孔徑(或有效光源)的光束。這種棱鏡元件例如可與用在光源和蠅眼透鏡140之間，從而在蠅眼透鏡140的光入射面上形成上述光量分布。
如果需要，曝光裝置可以有一個寬度可變的狹縫，用于控制不均勻的照明，或有一個遮光葉片(光闌或狹縫)，用于調(diào)節(jié)掃描期間的曝光區(qū)。如果設(shè)置遮光葉片，則遮光葉片和蠅眼透鏡140的出射面140b設(shè)置成傅立葉變換關(guān)系，并且放置在與掩模200的平面近似光學(xué)共軛的位置。透過遮光葉片敞開部分的光束用作對掩模200的照明光。遮光葉片是一個具有自動可變的敞開寬度的光闌，因而對板400產(chǎn)生垂直可變的轉(zhuǎn)印區(qū)(敞開狹縫的轉(zhuǎn)印區(qū))，這在后面將有描述。曝光裝置還可以有一個掃描葉片，結(jié)構(gòu)類似于上述遮光葉片，使得對板400的轉(zhuǎn)印區(qū)(作為一個瞄準(zhǔn)的掃描曝光區(qū))水平可變。該掃描葉片也是一個具有自動可變的敞開寬度的光闌，安裝在近似光學(xué)共軛的位置。因而曝光裝置可以使用兩個這種可變?nèi)~片來根據(jù)曝光瞄準(zhǔn)區(qū)的尺寸設(shè)置轉(zhuǎn)印區(qū)的尺寸。
掩模200例如是石英，其上建立待轉(zhuǎn)印的電路圖案，并且有一個掩模平臺(未示出)支撐并驅(qū)動。從掩模200發(fā)出的衍射光通過投影光學(xué)系統(tǒng)300并再投影到板400上。板400是一個待曝光的目標(biāo)，其上施加抗蝕劑。掩模200和板400的位置處于光學(xué)共軛的關(guān)系。本實施例中的曝光裝置是一種步進(jìn)-掃描型曝光裝置(即掃描器)，并且因此掃描掩模200和板400，從而把掩模200上的圖案轉(zhuǎn)印到板400上。當(dāng)采用步進(jìn)-重復(fù)型曝光裝置(即“步進(jìn)器”)時，掩模20和板400在曝光時保持靜止。
掩模臺支撐掩模200，與傳輸機構(gòu)(未示出)相連。掩模臺和投影光學(xué)系統(tǒng)300安裝在通過一個阻尼器支撐的平臺主體管表面板上，把基礎(chǔ)框架放置在地板上。掩模臺可以使用現(xiàn)有技術(shù)中任何已知的結(jié)構(gòu)。傳輸機構(gòu)(未示出)由線性電機等組成，在X-Y方向驅(qū)動掩模臺，由此移動掩模200。曝光裝置通過控制機構(gòu)(未示出)以同步狀態(tài)掃描掩模200和板400。
作為本發(fā)明一方面的掩模200形成二維分布的接觸孔圖案，并在一個所需的位置制成一個大于其它接觸孔直徑的接觸孔直徑。
為了描述本發(fā)明掩膜200上的圖案結(jié)構(gòu)，下面將對理想的接觸孔圖案給予說明。在此假設(shè)理想的接觸孔圖案例如如圖14所示的圖案。圖14是形成理想的接觸孔圖案的二元掩膜20A平面圖。二元掩膜20A具有透射率為1的透光部分和透射率為0的遮光部分24A，每個遮光部分22的相位相等。接觸孔22與間距Px＝2P水平(即X方向)對齊，其中孔直徑為P，并且與間距Py＝4P垂直對齊，由此形成接觸孔的二維線條。在此假設(shè)接觸孔22具有不大于0.15μm、如0.12μm的孔直徑。在此還假設(shè)投影光學(xué)系統(tǒng)300使用KrF(波長為248nm)和0.60的NA。在此情況下，上述方程中的因子k1為0.29。
圖15為當(dāng)孔徑光闌150使用只有圓形孔徑151的光闌(即使用垂直入射的小σ照明)照明掩模20A時，出現(xiàn)在投影光學(xué)系統(tǒng)300光瞳面320上的衍射光分布平面圖。如果通過使用小σ照明來對二元掩模20A垂直照明，則如上所述，會產(chǎn)生0階和±1階衍射光束。因為接觸孔22有一個非常細(xì)的孔直徑，并且在兩倍于孔直徑的間距P0處在X方向?qū)R，只有0階衍射光到達(dá)圖16中X方向的光瞳320，并且±1階衍射光錯過光瞳320，因而沒有在曝光平面(和板400)上形成圖案。另一方面，接觸孔22在四倍于孔直徑P的間距Py處在Y方向?qū)R，并且因而對應(yīng)于該間距P1的±1階衍射光到達(dá)光瞳320。雖然如此，所有對應(yīng)于孔直徑P的衍射光偏離光瞳320，并且因而沒有形成所需的圖案。峰偏離光軸的照明光的使用在投影光學(xué)系統(tǒng)中的光瞳中產(chǎn)生衍射光并且總能夠形成圖象。雖然如此，還不能提供良好的圖象形狀和提高成像的焦深特性。
因此，通過給圖14所示的所需接觸孔22增加孔直徑與所需孔直徑22相同的假接觸孔26制備如圖16所示的二元掩模20B，使得接觸孔圖案而為分布所需的接觸孔圖案22和假接觸孔圖案26。此處，圖16是掩膜20B的平面圖。二元掩模20B具有透射率為1的透光部分和透射率為0的遮光部分24B，其中透光部分由接觸孔22和26組成。每個透光部分的相位設(shè)置為0°。
圖17A是通過用圖18所示的有四個圓形孔徑32的十字(四極)照明光闌15作為孔徑光闌150對掩膜20B照明(即通過斜入射偏離光軸的照明光)而在投影光學(xué)系統(tǒng)300的光瞳320中出現(xiàn)的衍射光分布的平面圖。此處，圖19是十字(四極)照明光闌30的平面圖。光闌30對應(yīng)于除去了中心圓的光闌150A，因而具有透射率為1的透光部分，該部分由與四個圓形152相同的四個圓形32組成。
圖17A和17B表示如果把垂直照明光變?yōu)槭终彰鞴?，則狀態(tài)從圖15變?yōu)閳D35。例如從圖15所示的實施可以理解，右側(cè)+1階衍射光(在X方向)通過斜入射照明移到左側(cè)，并且0階衍射光進(jìn)入光瞳320的左側(cè)，+1階衍射光進(jìn)入光瞳的右側(cè)(對應(yīng)于圖17A所示的320c)。
當(dāng)小σ的照明光垂直照明二元掩模20B時，產(chǎn)生如上所述的0階衍射光和+1階或-1階衍射光。0階衍射光和+1階或-1階衍射光通過四個孔徑152斜入射在四個方向二進(jìn)入光瞳面320a和320d。圖17B表示在光瞳面320上形成的光強分布。雖然峰偏離光軸的照明光可以對圖16所示的精細(xì)的接觸孔圖案曝光，但可以知道，此狀態(tài)不僅把所需的接觸孔圖案22轉(zhuǎn)印板400上，而且還把假接觸孔圖案轉(zhuǎn)印到板400上。
下面參照圖8對本實施例的掩模200給予描述。此處，圖8是掩膜200的平面圖。當(dāng)掩膜200只使得掩膜20B中所需接觸孔22的孔直徑較大時，如圖8所示，掩膜200具有二維分布所需的接觸孔圖案210和假接觸孔圖案220的接觸圖案。掩膜200是一個具有透射率為1的透光部分和透射率為0的遮光部分的二元掩模，其中透光部分由接觸孔210和220組成。另外，將每個透光部分的相位相同地設(shè)置為0°。所需接觸孔210具有比假接觸孔220大25％的孔直徑，因而增大了曝光量。
另外，本實施例使用孔徑光闌150(150A-150F)通過施加照明光對掩膜200曝光，其中施加的照明光組合了峰接近光軸的照明光和峰偏離光軸的照明光。照明掩膜200時峰偏離光軸的照明光將在板400上提供具有強對比度的周期性接觸孔圖案的強度分布。照明掩膜200時峰接近光軸的照明光將在板400上提供具有增強的所需接觸孔圖案22的周期性圖案的強度分布。另外，本發(fā)明的另一個實施例利用孔徑光闌150G-150J、第一照明光和第二照明光對掩膜200曝光。第一照明光使得掩膜200產(chǎn)生的衍射光束中的兩束能入射到投影光學(xué)系統(tǒng)300中的光瞳面320。第二照明光使得至少一束衍射光能入射到投影光學(xué)系統(tǒng)300中光瞳面320上的一個區(qū)域，該區(qū)域不遮擋第一照明光。兩束衍射光向光瞳面320上的入射導(dǎo)致兩光束之間的干涉條紋，給板400的表面提供了對比度增強的周期性的接觸孔圖案的強度分布。一束衍射光在光瞳面320上一個不遮擋第一照明光的區(qū)域的入射抑制了由第一照明光產(chǎn)生的假分辨率圖案，并形成一種強度分布，該分布增強了板400上所需的接觸孔圖案。
結(jié)果，通過合并兩類這些照明光并適當(dāng)選擇板400上抗蝕劑的閾值，可以在第一次曝光時高質(zhì)量的(即以均勻形狀的所需接觸孔圖案和在焦深之內(nèi)的漲落時有較高的成像特性)把所需的接觸孔22圖案轉(zhuǎn)印到板400上的抗蝕劑。
掩膜200可以用圖9所示的掩膜200A代替。此時，圖9A是掩膜200A的平面圖，圖9B是用于解釋掩膜200A中透光部分的相位狀態(tài)的平面圖。如圖9A所示，作為掩膜200，掩膜200A形成一個二維分布所需的接觸孔圖案210和假接觸孔圖案220的接觸孔圖案。因而如圖9B所示，掩膜200A中的接觸孔圖案交錯設(shè)置0°和180°的相位，與接觸孔240和250相鄰。使用時，相移掩膜將消除已通過相鄰的透光部分的0階衍射光，并且±1階衍射光有助于圖象形成。與使用0階衍射光和+1階或-1階衍射光相比，相等光強度的±1階衍射光增強了獲得的干涉條紋的圖案對比度，并且因而在板400上形成令人滿意的圖案。
參見圖12，對相移掩膜200A的衍射給予更詳細(xì)的描述。此處，圖12為把孔徑光闌150A用于照明相移掩模200A時由偏離光軸的照明光所致的出現(xiàn)在光瞳面320上的衍射光分布。
對于交叉的垂直入射，所有的衍射光偏離光瞳面320，如圖12所示，并且不形成圖象。但是，十字斜入射的照明光在箭頭方向把光瞳面320上每個衍射光束的位置移到由黑色圓形表示的位置。由兩個垂直衍射光束的干涉條紋形成的水平強度分布和由兩個水平衍射光束的干涉條紋形成的垂直強度分布在板400上重疊，并在交叉處形成所需的接觸孔圖案210。只有所需接觸孔210的較大孔直徑才使所需接觸孔的光強較強，并且通過設(shè)置抗蝕劑閾值形成所需的圖案，使得該部分可以成為一個圖象。
另一方面，峰接近光軸的照明光證實了在與峰偏離光軸的照明光合并時對所需接觸孔圖案凈化的作用。
圖12所示的狀態(tài)表示分辨率為1/ ，因為最初位于45°位置的衍射光已經(jīng)移到了1的位置。換言之，相移掩模200B與峰偏離光軸的照明光的結(jié)合實現(xiàn)了與L和S圖案的分辨率臨界尺寸相同的分辨率，而接觸孔圖案的分辨率極限為現(xiàn)有技術(shù)中L和S圖案的分辨率臨界尺寸的 倍。
在使用相移掩模的小σ照明情形中，當(dāng)接觸孔的間距較小時，衍射光束偏離投影光學(xué)系統(tǒng)300中的光瞳面320。因而，當(dāng)接觸孔間距較小時，衍射光束移到圖25中黑色圓形所示的位置1-4，并且不形成圖案。此處，圖25是對于相移掩模200A上的小σ照明衍射光束在光瞳面320上的衍射光束的位置以及用于斜入射照明的衍射光束移動位置的典型示圖。
因此，需要該照明能使衍射光束進(jìn)入光瞳。例如，為了能使兩束衍射光2和4進(jìn)入圖25中矩形實線所示的光瞳面320上的一個區(qū)域，對作為圖26A中有效光源平面上的暗矩形的一個區(qū)域“a”設(shè)置斜入射照明。由此把標(biāo)有2’和4’的衍射光束移到作為亮矩形的區(qū)域“b”。衍射光束2和4進(jìn)入圖25中實線所示的矩形區(qū)并且因而進(jìn)入光瞳。兩束衍射光進(jìn)入帶有由一個矩形表示的有效光源的光瞳，并且導(dǎo)致干涉，在板400上以規(guī)律的間隔形成干涉條紋。四個矩形有效光源區(qū)“a”合并成圖26B所示的區(qū)域，線性干涉條紋導(dǎo)致較強強度的部分和較弱強度的部分二維周期性地出現(xiàn)在重疊到板400上的光強度的交叉處，其中線性干涉條紋有一種線條形狀，在縱向和橫向有規(guī)律的間距。有效光源有一種十字矩形分布，在圖26C所示的徑向延伸。此處，圖26是用于解釋有效光源分布的典型示圖。
如同在相移掩模200A中，當(dāng)接觸孔的孔直徑做得大于掩模上的所需圖案的孔直徑時，只有該部位具有大于周圍的強度，分辨所需的接觸孔。但是，十字斜入射的照明(即，能使兩束衍射光進(jìn)入光瞳的照明)將提供板400上的曝光量，如圖27中的細(xì)實線所示。結(jié)果，所需圖案之間的假分辨率圖案P2處于所需直徑的曝光量水平(或抗蝕劑閾值)。圖27表示曝光量和板400上對應(yīng)于十字斜入射照明的曝光量的圖象以及本發(fā)明改進(jìn)的照明。
作為對抑制假分辨率的方法的研究結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以通過增加有效光源分布來消除圖28所示的假分辨率，其中有效光源分布能只使一束衍射光進(jìn)入光瞳面320上，除了由直線表示的兩條衍射光束位置代表的光瞳面上的區(qū)域“c”之外。此處，圖28是入射到光瞳面320上的衍射光束位置的典型示圖。此照明例如是通過使一束衍射光2或4進(jìn)入圖28中黑色扇區(qū)所示的光瞳面320而實現(xiàn)的，并且該照明可以設(shè)置成圖29A中有效光源平面上的暗的矩形區(qū)“a”。結(jié)果，標(biāo)有2’或4’的衍射光移到成為亮矩形的區(qū)域“b”。因為衍射光束2或4進(jìn)入由一條實線表示的包括圖28中黑色扇區(qū)的矩形區(qū)，所以衍射光束進(jìn)入光瞳面320。四個矩形有效光源區(qū)“a”合并成圖29B所示的區(qū)域，并且此時的有效光源分布形成如圖29C所示的矩形有效光源。此處圖29是用于解釋有效光源分布的典型示圖。
由此可見，圖30所示的十字照明是一種在其中心部位有一個矩形有效光源的改進(jìn)的照明，它加入了一個能使兩束光進(jìn)入光瞳(見圖26C)的有效光源分布和一個能使一束光進(jìn)入光瞳(見圖29C)的有效光源分布。具有這種有效光源分布的改進(jìn)的照明給板400上提供由一條實線表示的曝光量。由此在消除假分辨率的同時只能獲得所需的圖案P3，因為在所需直徑的曝光量水平(或抗蝕劑的閾值)中增強了對應(yīng)于掩模200A上所需圖案的曝光量。圖30是用于說明有效光源形狀的示圖。
如上所述，只有一束衍射光例如通過能使一束衍射光2或4進(jìn)入圖28中的黑色扇區(qū)所示的光瞳面320的照明進(jìn)入光瞳面320，并且該照明可以設(shè)置成圖31A中有效光源平面上的暗圓形區(qū)“a”。結(jié)果，標(biāo)有2’或4’的衍射光分別移到作為亮矩形的區(qū)域“b”。因為衍射光束2或4進(jìn)入圖28中所示的黑色扇區(qū)，所以衍射光束進(jìn)入光瞳面320。四個圓形有效光源區(qū)“a”合并成圖31B，并且此時有效光源分布形成如圖31C所示的一個圓形有效光源。此處圖30是用于解釋有效光源分布的典型示圖。
以此方式，圖32所示的十字照明是一種在其中心部位有一個矩形有效光源的改進(jìn)的照明，它加入了一個能使兩束光進(jìn)入光瞳(見圖26C)的有效光源分布和一個能使一束光進(jìn)入光瞳(見圖31C)的有效光源分布，并且矩形的中心部分有一個近似菱形中空的有效光源。此有效光源嚴(yán)格且有效地限定了一個只能一束衍射光進(jìn)入并且沒有一束光進(jìn)入無用區(qū)的區(qū)域。此處，圖32是用于展示有效光源形狀的示圖。
如上所述，只有一束衍射光例如通過能使一束衍射光2或4進(jìn)入圖28中的黑色扇區(qū)所示的圓形的照明進(jìn)入光瞳面320，并且該照明可以設(shè)置成圖33A中有效光源平面上的暗矩形區(qū)“a”。結(jié)果，標(biāo)有2’或4’的衍射光分別移到圓形區(qū)“b”，與區(qū)域“a”重疊。因為衍射光束2或4進(jìn)入圖28中所示的黑色扇區(qū)，所以衍射光束進(jìn)入光瞳面320。四個矩形有效光源區(qū)“a”合并成圖33B，并且此時有效光源分布形成如圖33C所示的一個矩形有效光源。此處圖33是用于解釋有效光源分布的典型示圖。
以此方式，圖34所示的十字照明是一種在其中心部位有一個圓形有效光源的改進(jìn)的照明，它加入了一個能使兩束光進(jìn)入光瞳(見圖26C)的有效光源分布和一個能使一束光進(jìn)入光瞳(見圖33C)的有效光源分布。此有效光源可以很容易地把一束衍射光進(jìn)入光瞳的區(qū)域設(shè)置成一個有效光源。此處，圖34是用于展示有效光源形狀的示圖。
如同參照圖25-34對經(jīng)過相移掩模200的衍射光束的描述，可以理解，上述孔徑光闌150G-150I提供這種改進(jìn)的照明，但自然需要考慮衍射光束的特性之后決定孔徑光闌150G-150I的形狀和大小。
在利用掩模200(或具有不同透射率的半色調(diào)掩模)的小σ照明的情形中，當(dāng)接觸孔之間的間距較小時，除了0階衍射光束之外，其余的衍射光束均偏離投影光學(xué)系統(tǒng)300的光瞳面320。如圖35所示，0階衍射光通過光瞳的中心。光瞳面上其它階的衍射光位于一個與相移掩模上不同的位置，即圖衍射光束11-18所示。因此，如圖19所示，除0階之外的衍射光偏離投影透鏡的光瞳，并且在此情況下不形成圖案。此處，圖35是表示圖9所示光瞳面320上衍射光束位置的典型示圖，還表示斜入射照明的衍射光束移動位置。
因此，需要該照明能使衍射光束11-18進(jìn)入光瞳。例如，為了使作為舉例的兩束衍射光10和15進(jìn)入圖35所示光瞳面320上的一個對角區(qū)，對圖36中有效光源平面上的暗矩形區(qū)“a”設(shè)置斜入射照明。標(biāo)有10’和15’的衍射光束由此移到由刻線和對角線表示的區(qū)域b1和b2，并均進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)300中光瞳的兩端上。兩束衍射光進(jìn)入帶有由一個矩形表示的有效光源的光瞳，并且導(dǎo)致干涉，在板400上以規(guī)律的間隔形成干涉條紋。類似地，甚至對用于說明光束10和15的兩束衍射光10和17設(shè)置斜入射照明。四個矩形有效光源區(qū)“a”合并成圖37所示的區(qū)域，線性干涉條紋導(dǎo)致較強強度的部分和較弱強度的部分二維周期性地出現(xiàn)在重疊到板400上的光強度的交叉處，其中線性干涉條紋有一種線條形狀，在縱向和橫向有規(guī)律的間距。此時的有效光源如圖40A所示，為一種交叉的四矩形分布，在垂直于光瞳徑向的方向延伸。
掩模200將所需的部分放大成接觸孔210，并且因而該部分具有大于周圍的強度，形成所需的接觸孔圖案。但是，僅有十字斜入射照明將會在板400上產(chǎn)生假分辨率圖案，如圖38A和38B所示，它是一個無用的圖案，不是所需的接觸孔圖案。此處，圖38是十字孔徑光闌和本實施例的孔徑光闌，表示利用孔徑光闌和斜入射照明在板400上的模擬分辨率圖案。
因此，如圖35所示，除了光瞳面320上由兩束衍射光的線性連結(jié)位置限定的區(qū)域“c”，加入一個只能使一束衍射光進(jìn)入光瞳面320的有效光源分布。在此情況下，0階衍射光0階衍射光適于作為一束衍射光，因為斜入射角可以做得很小。圖39表示有效光源分布的一個例子。此照明例如可以通過使一束衍射光10’進(jìn)入有效光源平面的暗扇形區(qū)“a”而得到。由10’標(biāo)注的衍射光由此移到亮扇形區(qū)b，并且因而衍射光進(jìn)入光瞳面320。對應(yīng)于這種狀態(tài)的有四個組件，它們形成如圖40B所示的有效光源。
以此方式，能使兩束光進(jìn)入光瞳(見圖40A)的一種有效光源分布與能使一束光進(jìn)入光瞳(見圖40B)的另一有效光源分布的相加形成一種改進(jìn)的照明，該照明在其中心部位有一個十字中空的有效光源，如圖40C所示。具有這種有效光源分布的改進(jìn)照明在消除圖38C所示的假分辨率的同時給板400上提供所需的圖案。
如參照圖35-40所述，可以理解，上述孔徑光闌150J提供這種改進(jìn)的照明，但當(dāng)然需要考慮衍射光束的特性之后決定孔徑光闌150J的形狀和尺寸。根據(jù)圖案的間距，十字中空的最佳長度不同，并且優(yōu)選這種改進(jìn)的照明系統(tǒng)，即光學(xué)系統(tǒng)中縱向的十字中空部分具有避免圖案產(chǎn)生的±1階衍射光進(jìn)入光瞳的大小。
掩模200可以用圖10所示的掩模200B代替。此處，圖10是掩模200B的平面圖。掩模200B是一個透光部分具有相同相位的二元掩模，但與掩模200的不同之處在于所需接觸孔210周圍的假接觸孔260(用X標(biāo)注)具有小于其它假接觸孔220的孔直徑。接觸孔260的較小孔直徑可以增強所需的接觸孔210圖案而非假接觸孔220。當(dāng)然，掩模200B可以形成象掩模200A的相移掩模。
投影光學(xué)系統(tǒng)300包括一個孔徑光闌320，用于由穿過形成在掩模200上的接觸孔圖案的衍射光在板400上形成圖象。投影光學(xué)系統(tǒng)300可以使用一種只由多個透鏡元件組成的光學(xué)系統(tǒng)，或是由多個透鏡元件和至少一個凹反射鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)(反射光學(xué)系統(tǒng))，或是由多個透鏡元件和至少一個衍射光學(xué)元件如顯象式光學(xué)元件組成的光學(xué)系統(tǒng)，或是全反射鏡式光學(xué)系統(tǒng)。任何對色差的必須校正都可以采用多個不同色散值(阿貝值)的玻璃材料制成的透鏡單元，或是布置衍射光學(xué)元件，使得在與透鏡單元相反的方向上色散。如上所述，形成在投影光學(xué)系統(tǒng)300光瞳面上的有效光源的形狀與圖2-7所示的相同。
板400在本實施例中是一個晶片，但它可以包括一種液晶片和范圍很廣的其它待曝光物體。在板400上施加光致抗蝕劑。光致抗蝕劑的應(yīng)用步驟包括預(yù)處理、粘結(jié)劑加速器應(yīng)用處理、光致抗蝕劑應(yīng)用處理和預(yù)烘干處理。預(yù)處理包括清潔、干燥等。粘結(jié)劑加速器應(yīng)用處理是一個表面增強過程(即通過施加表面活性劑增大疏水性)，從而通過一個涂層或使用有機膜如HMDS(六甲基-乙硅烷)增強光致抗蝕劑層和基底之間的粘結(jié)。預(yù)烘干處理是一個烘干(焙燒)步驟，比顯影之后軟，去除了溶劑。
板400由晶片臺450支撐。平臺450可以使用任何已知的結(jié)構(gòu)，并且因而在此省去對其的詳細(xì)描述。例如，平臺400使用一種線性電機在X-Y方向移動板400。掩模200和板400例如同步掃描，并且例如通過激光干涉儀等監(jiān)視掩模臺和晶片臺450(未示出)的位置，使得二者以恒定的速度比被驅(qū)動。平臺450例如通過一個阻尼器安裝在支撐于地板等上的臺表面板上，并且掩模臺和投影光學(xué)系統(tǒng)300例如通過阻尼器安裝在主體管表面板(未示出)上，其中主體管表面板支撐在置于地板上的基礎(chǔ)框架上。
連結(jié)到平臺450的成象位置調(diào)節(jié)器500在Z方向(圖1中所示)的焦深范圍內(nèi)與平臺450一起移動板400，由此調(diào)節(jié)板400的成象位置。曝光裝置對設(shè)置在Z方向不同位置的板400執(zhí)行多次曝光，由此消除焦深范圍內(nèi)成象性能中的色散。成象位置調(diào)節(jié)器500可以采用任何已知的技術(shù)，如在Z方向可延伸的齒條(未示出)，連結(jié)到平臺450和齒條上可動裝置的小齒輪(未示出)，用于旋轉(zhuǎn)小齒輪等的裝置，因而省去對它們的詳細(xì)描述。
在曝光操作中，從激光器112發(fā)出的光束被光束整形系統(tǒng)114重新變成所需的光束形狀，并且再進(jìn)入照明光學(xué)系統(tǒng)120。聚光系統(tǒng)130將從其經(jīng)過的光束有效地導(dǎo)向光學(xué)積分器140。屆時，曝光量調(diào)節(jié)器312調(diào)節(jié)照明光的曝光量。光學(xué)積分器140使照明光變得均勻，并且孔徑光闌150形成的照明光合并了峰接近光軸的照明光和峰偏離光軸的照明光。此照明光通過聚光透鏡160對掩模200以最佳狀態(tài)照明。
在掩模200上形成一個接觸圖案，該圖案中二維分布著所需的接觸孔圖案210和假接觸孔圖案220。因為所需接觸孔210的孔直徑做得大于假接觸孔220的孔直徑，所以曝光量增大。
由于投影光學(xué)系統(tǒng)300的成象操作，已通過掩模200的光束以特定的放大率被微縮并投射到板400上。步進(jìn)-掃描型曝光裝置將固定光源部分110和投影光學(xué)系統(tǒng)300，并且同步掃描掩模200和板400，然后曝光整個瞄準(zhǔn)區(qū)。另外，板400的平臺450移步到下一個瞄準(zhǔn)區(qū)，由此曝光并轉(zhuǎn)印板400上的大量瞄準(zhǔn)區(qū)。如果曝光裝置是一種步進(jìn)-重復(fù)型，則掩模200和板400將以靜態(tài)執(zhí)行曝光。
峰偏離光軸的照明光將照明掩模200，并在板400上形成對比度增大的周期性接觸孔圖案的強度分布。該照明光將對掩模200照明，并在板400上形成具有增強的所需接觸孔圖案210的非周期性圖案的強度分布。結(jié)果，通過適當(dāng)選擇板400上抗蝕劑的閾值，可以把所需接觸孔210的圖案形成到板400上。結(jié)果，曝光裝置可以高精度地執(zhí)行圖案向抗蝕劑上的轉(zhuǎn)移，由此提供高質(zhì)量的器件(如半導(dǎo)體器件、LCD器件、攝影器件(如CCD等)、薄膜磁頭等)。
參見圖19和20，下面對利用上述曝光裝置的器件制造法實施例給予說明。圖19是用于解釋如何制造器件(即半導(dǎo)體器件，如IC和LSI，LCD和CCD)的流程圖。此處以制造半導(dǎo)體芯片為例給予說明。步驟1(電路設(shè)計)設(shè)計半導(dǎo)體器件電路。步驟2(掩模制造)形成具有設(shè)計的電路圖案的掩模。步驟3(晶片制備)利用硅等材料制備晶片。步驟4(晶片處理)也稱作預(yù)處理，通過本發(fā)明利用掩模和晶片的光刻法在晶片上形成實際電路。步驟5(組裝)，也稱作后處理，用在步驟4以及組裝步驟(如切片、粘結(jié))、封裝步驟(芯片密封)中形成的晶片制成一個半導(dǎo)體芯片。步驟6(檢查)對在步驟5中制成的半導(dǎo)體器件進(jìn)行各種測試，如有效性測試和耐用性測試。通過這些步驟，完成并裝運半導(dǎo)體器件(步驟7)。
圖20是步驟4中晶片處理的詳細(xì)流程圖。步驟11(氧化)氧化晶片的表面。步驟12(CVD)在晶片表面上形成絕緣膜。步驟13(電極形成)通過氣相沉積等在晶片上形成電極。步驟14(離子注入)把離子注入到晶片中。步驟15(抗蝕劑處理)將光敏材料施加到晶片上。步驟16(曝光)利用曝光裝置對掩模上的電路圖案曝光到晶片上。步驟17(顯影)對曝光的晶片曝光。步驟18(蝕刻)蝕刻除顯影的抗蝕劑圖象以外的部分。步驟19(抗蝕劑去除)蝕刻之后去除未使用的抗蝕劑。重復(fù)這些步驟，并且在晶片上形成多層電路圖案。
例1例1采用圖8所示的二元掩模200，以KrF準(zhǔn)分子激光器(波長為248nm)作為激光器112，并用NA＝0.6的投影光學(xué)系統(tǒng)作為曝光裝置。掩模200將所需接觸孔210的孔直徑設(shè)置為150nm，該孔直徑只比假接觸孔220的孔直徑大30nm?？讖焦怅@150使用圖2所示的孔徑光闌150A，同時把峰接近光軸(換言之，由圓151導(dǎo)致)的照明光的σ設(shè)置為0.2，把峰偏離光軸(換言之，由四個圓152A導(dǎo)致)的照明光的σ設(shè)置為0.9。通過曝光量調(diào)節(jié)器132把小σ照明光和大σ照明光的強度比設(shè)置為0.9～1。
此時產(chǎn)生的曝光如圖11所示。該圖表示成象位置調(diào)節(jié)器500在Z方向DOF范圍內(nèi)從-0.4μm～+0.4μm移動，對板400曝光。可以理解，在離開焦點-0.2μm～+0.2μm的范圍內(nèi)獲得良好狀態(tài)的所需接觸孔。
例2實施例2采用圖9所示的相移掩模200A。其它方面(換言之，曝光裝置的結(jié)構(gòu)、照明條件、曝光量等)，與例1中使用的相同。此時的結(jié)果示于圖13?？梢灾?，與二元掩模200相比已有很大的改進(jìn)。
例3實例3與實例1或2相同，除了采用圖10所示的掩模200B之外。本例使與所需接觸孔210相鄰的假接觸孔260的孔直徑比其它假接觸孔230的孔直徑約小20nm(因此約為100nm)。對所需接觸孔210圖案之間的假圖案強度的控制提高了曝光量。對改進(jìn)成象性能以自動減小與所需接觸孔210相鄰的假接觸孔260的孔直徑相當(dāng)有效，但最佳化可以根據(jù)相鄰接觸孔的數(shù)量以及它們之間的距離。
例4實例4重復(fù)連續(xù)曝光，同時通過成象位置調(diào)節(jié)器500在曝光時改變在圖1所示的Z方向上的成象位置。曝光裝置的結(jié)構(gòu)、掩模分布等基本上與例1-3中的相同。此例通過曝光期間在Z方向上移動晶片臺450并重復(fù)多次曝光而在距焦點位置不同的距離處執(zhí)行多次曝光。此曝光改進(jìn)了在焦深范圍內(nèi)不同位置處的成象特性。
例5實例5使用圖9所示的相移掩模200A，以KrF準(zhǔn)分子激光器(波長為248nm)作為激光器112，并用NA＝0.60的投影光學(xué)系統(tǒng)作為曝光裝置。掩模200A將所需接觸孔210的孔直徑設(shè)置為150nm，該孔直徑只比假接觸孔220的孔直徑大30nm?？讖焦怅@150使用圖2所示的孔徑光闌150G，并采用能使兩束衍射光進(jìn)入投影光學(xué)系統(tǒng)400中的光瞳面的第一照明光(或由四個矩形155導(dǎo)致的照明光)和由矩形156或一個區(qū)域?qū)е碌牡诙彰鞴?，其中該區(qū)域不遮擋第一照明光并除光瞳面320上一個區(qū)域以外的區(qū)域，它由一條連結(jié)兩束衍射光位置的直線表示。通過曝光量調(diào)節(jié)器132把小σ照明光和大σ照明光的強度比設(shè)置為0.9～1。
此時產(chǎn)生的曝光如圖41所示。該圖表示成象位置調(diào)節(jié)器500在Z方向DOF范圍內(nèi)從-0.4μm～+0.4μm移動，對板400曝光?？梢岳斫猓陔x開焦點-0.2μm～+0.2μm的范圍內(nèi)獲得良好狀態(tài)的所需接觸孔210。
例6實例6使用圖8所示的二元掩模200。在其它方面(換言之，曝光裝置結(jié)構(gòu)、照明條件、曝光量等)采用與實例1相同的條件。此時的結(jié)果示于圖42中。可以理解，在離開焦點-0.2μm～+0.2μm的范圍內(nèi)獲得良好狀態(tài)所需接觸孔210。
例7例7與實例5或6相同，除了采用圖10所示的掩模200B之外。本例使與所需接觸孔210相鄰的假接觸孔260的孔直徑比其它假接觸孔230的孔直徑約小20nm(因此約為100nm)。對所需接觸孔210圖案之間的假圖案強度的控制提高了曝光量。對改進(jìn)成象性能以自動減小與所需接觸孔210相鄰的假接觸孔260的孔直徑相當(dāng)有效，但最佳化可以根據(jù)相鄰接觸孔的數(shù)量以及它們之間的距離。
例8實例8重復(fù)連續(xù)曝光，同時通過成象位置調(diào)節(jié)器500在曝光時改變在圖1所示的Z方向上的成象位置。曝光裝置的結(jié)構(gòu)、掩模分布等基本上與例5-7中的相同。此例通過曝光期間在Z方向上移動晶片臺450并重復(fù)多次曝光而在距焦點位置不同的距離處執(zhí)行多次曝光。此曝光改進(jìn)了在焦深范圍內(nèi)不同位置處的成象特性。
因此，此實例可以良好的成象特性把具有0.80-0.15μm最小臨界尺寸的細(xì)接觸孔圖案轉(zhuǎn)印到焦深范圍內(nèi)不同位置的板400上，不用互換掩模200。在本實例中，利用KrF準(zhǔn)分子激光器和NA＝0.6的曝光裝置可以分辨最小臨界尺寸和最小間隔均為0.12μm的接觸孔圖案。如果分辨率臨界尺寸是標(biāo)準(zhǔn)的，則k1＝0.29，并且間距為0.29×2＝0.58。
下面將對第一透光部分和第二透光部分的孔徑區(qū)之比給予說明，其中第一透光部分對所需圖案的分辨率有作用，第二透光部分增強了照明光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光闌上所需圖案的光強分布。
做為一個例子，考慮孔徑光闌150J。圖24B所示的孔徑光闌150J可以被功能性地分成兩個子光闌150J1和150J2，如圖43所示。圖43A表示子光闌150J1的平面圖，圖43B表示子光闌150J2的平面圖?？讖?58對應(yīng)于第一透光部分，而孔徑159A對應(yīng)于第二透光部分。
孔徑158A有效地允許0階衍射光束和+1階或-1階中任一衍射光束進(jìn)入到投影光學(xué)系統(tǒng)300中的光瞳面，因此對精細(xì)圖案的分辨率有用。另一方面，孔徑159A允許0階衍射光束進(jìn)入光瞳，但不允許+1階或-1階中任一衍射光束進(jìn)入到光瞳。因為孔徑159A只允許一束衍射光進(jìn)入光瞳，所以不能形成所需的圖案。
圖44是模擬結(jié)果。具體地說，圖44A將子光闌150J1與圖8所示的掩模200合并，其中所需的接觸孔具有110nm×110nm的大小，并且半間距設(shè)置為110nm。下面的圖案做為兩束光干涉的結(jié)果而獲得，其中包括接觸孔210的所需圖案和接觸孔220的假圖案。另一方面，圖44B將子光闌150J2與圖8所示的掩模200合并，其中所需的接觸孔具有110nm×110nm的大小，并且半間距設(shè)置為110nm。下面的圖案由一束衍射光獲得。雖然圖44b中的圖案增強了所需接觸孔210的圖案，但它甚至不能分辨所需的接觸孔210圖案。
子光闌150J1和150J2的組合、即圖24B所示的光闌150J成功地只分辨所需的接觸孔210圖案。圖45是光闌150J與掩模200組合時的圖案，其中a＝0.7，b＝0.5，最大σ為0.92。圖45清楚地表示了沒有假接觸孔圖案220的所需接觸孔圖案210。
根據(jù)本發(fā)明人的觀點，第一和第二透光部分之間太大的孔徑區(qū)之比將不能分辨所需的圖案。另一方面，第一和第二透光部分之間太小的孔徑區(qū)之比將導(dǎo)致除所需圖案以外的不需要的圖案的分辨率。
實例9參見圖8，投影曝光裝置具有248nm的波長和0.73的NA。當(dāng)把所需的接觸孔210圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，所需的接觸孔圖案210在橫向有120nm的間隔，在縱向有360nm的間隔。每個接觸孔210具有120nm×120nm的大小。這意味著所需的接觸孔圖案210在轉(zhuǎn)變到板400上時橫向有240nm的周期，縱向有480nm的周期。假接觸孔220的圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，在橫向和縱向兩方向上有240nm的周期。每個假孔220具有90nm×90nm的大小。接觸孔220的假圖案延伸到所需圖案210之外的三個孔。本實例使用孔徑光闌150J，其中a＝0.6，b＝0.5，最大σ為0.92。獲得如圖46A所示的良好的實驗結(jié)果。
另一個實驗也使用圖8所示的掩模200。當(dāng)把圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，所需的接觸孔圖案210在橫向具有220nm的周期，在縱向具有440nm的周期，該處所需的接觸孔210具有110nm×110nm的大小。轉(zhuǎn)變到板400上時，假接觸孔220圖案在橫向和縱向上均具有220nm的周期，該處每個假接觸孔具有90nm×90nm的大小。本例使用孔徑光闌150J，其中a＝0.7，b＝0.5，最大σ為0.92。圖24B中孔徑區(qū)158A和159A之比為0.20。
另一個實驗也使用圖8所示的掩模200。當(dāng)把圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，所需的接觸孔圖案210在橫向具有200nm的周期，在縱向具有400nm的周期，該處所需的接觸孔210具有100nm×100nm的大小。轉(zhuǎn)變到板400上時，假接觸孔220圖案在橫向和縱向上均具有200nm的周期，該處每個假接觸孔具有80nm×80nm的大小。本例使用圖21中的孔徑光闌150G，其中a＝0.8，b＝0.6，最大σ為0.92。獲得如圖46C所示的良好的實驗結(jié)果。圖21中孔徑區(qū)155和156之比為0.06。
在本例中，調(diào)節(jié)所需接觸孔210的形狀和大小。即，隔離的接觸孔210的大小做得稍大，其光強變小。
在研究過各種圖案之后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)圖案改變擋光區(qū)的大小是有效的。在圖24B所示的孔徑光闌150J中，當(dāng)a＝0.8，b＝0.4，最大σ為0.90時，孔徑區(qū)158A和159A之比為1.30。當(dāng)a＝0.8，b＝0.6，最大σ為0.92時，孔徑區(qū)158A和159A之比為0.06。對于光闌150A-150C，比值為0.25。
所得的比值用于半色調(diào)掩模和圖47所示的光闌150K、150L和150M。每個光闌150K、150L和150M在縱向和橫向有不同的周期，并且關(guān)于180°的旋轉(zhuǎn)對稱。
例10雖然例9使用二元掩模，但本例使用圖9所示的相移掩模200A。投影曝光裝置具有248nm的波長，0.73的NA。當(dāng)把圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，所需的接觸孔圖案210在橫向具有200nm的周期，在縱向具有400nm的周期，該處所需的接觸孔210具有100nm×100nm的大小。轉(zhuǎn)變到板400上時，假接觸孔220圖案在橫向和縱向上均具有200nm的周期，該處每個假接觸孔具有80nm×80nm的大小。本例使用圖21中的孔徑光闌150G，其中a＝0.2，b＝0.1，最大σ為0.92。獲得如圖48所示的良好的實驗結(jié)果。圖21中孔徑區(qū)155和156之比為0.28。其它的條件與例9的相同。
通常，對于大多數(shù)相移掩模a≤0.3，b≤0.2。當(dāng)最大σ處于0.9～1.0的范圍時，第一和第二透光部分的孔徑區(qū)之比約為0.13～0.75。
為了分辨所需的接觸孔圖案，例9和例10表明，0.06～1.30的范圍對于第一和第二透光部分之間的孔徑區(qū)之比是合適的，其中第一透光部分對所需圖案的分辨率有用，第二透光部分增強照明光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光闌上所需圖案的光強分布。在上述各種孔徑光闌中，優(yōu)選改變擋光區(qū)，因為上述比值變得易于控制。
接下來對所需接觸孔和假接觸孔之間的孔直徑關(guān)系進(jìn)行說明。當(dāng)假接觸孔的孔直徑太大或太接近所需的接觸孔直徑時，假接觸孔圖案不能被理想的分辨。另一方面，當(dāng)假接觸孔的孔直徑太小時，假圖案提供所需圖案的周期性將喪失。一般是假接觸孔的孔直徑越大，光利用率以及因而光出射量越好。因此，所需接觸孔和假接觸孔之間的孔直徑關(guān)系很重要。
例11參見圖8，投影曝光裝置具有248nm的波長和0.73的NA。當(dāng)把所需的接觸孔210圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，所需的接觸孔圖案210在橫向有120nm的間隔，在縱向有360nm的間隔。每個接觸孔210具有120nm×120nm的大小。這意味著所需的接觸孔圖案210在轉(zhuǎn)變到板400上時橫向有240nm的周期，縱向有480nm的周期。假接觸孔220的圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，在橫向和縱向兩方向上均有240nm的周期。每個假孔220具有90nm×90nm的大小，對應(yīng)于接觸孔210的大小的75％。假接觸孔220圖案延伸到所需圖案210之外的三個孔。本實例使用圖24B中的孔徑光闌150J，其中a＝0.6，b＝0.5，最大σ為0.92。獲得如圖49A所示的良好的實驗結(jié)果。本實驗改變假接觸孔的大小從70nm到100nm(約對應(yīng)于接觸孔210的大小的58％～83％)，并且證明所需接觸孔210圖案的良好的分辨率。
另一個實驗也使用圖8所示的掩模200。當(dāng)把圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，所需的接觸孔圖案210在橫向具有220nm的周期，在縱向具有440nm的周期，該處所需的接觸孔210具有110nm×110nm的大小。轉(zhuǎn)變到板400上時，假接觸孔220圖案在橫向和縱向上均具有220nm的周期，該處每個假接觸孔具有90nm×90nm的大小，對應(yīng)于接觸孔210的大小的82％。本例使用圖24B中的孔徑光闌150J，其中a＝0.7，b＝0.5，最大σ為0.92。獲得如圖49B所示的良好的實驗結(jié)果。本實驗改變假接觸孔的大小從70nm到90nm(約對應(yīng)于接觸孔210的大小的64％～82％)，并且證明所需接觸孔210圖案的良好的分辨率。
另一個實驗也使用圖8所示的掩模200。當(dāng)把圖案轉(zhuǎn)變到板400上時，所需的接觸孔圖案210在橫向具有200nm的周期，在縱向具有400nm的周期，該處所需的接觸孔210具有100nm×100nm的大小。轉(zhuǎn)變到板400上時，假接觸孔220圖案在橫向和縱向上均具有200nm的周期，該處每個假接觸孔具有80nm×80nm的大小，對應(yīng)于接觸孔210的大小的80％。本例使用圖24B中的孔徑光闌150J，其中a＝0.8，b＝0.6，最大σ為0.92。獲得如圖49C所示的良好的實驗結(jié)果。本實驗改變假接觸孔的大小從70nm到90nm(約對應(yīng)于接觸孔210的大小的70％～90％)，并且證明所需接觸孔210圖案的良好的分辨率。
在本例中，調(diào)節(jié)所需接觸孔210的形狀和大小。即，隔離的接觸孔210的大小做得稍大，其光強變小。
在研究過各種圖案之后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選設(shè)置假接觸孔具有所需接觸孔55％～90％的孔直徑。該最終比值用于半色調(diào)和相移掩模。
另外，本發(fā)明不限于這些優(yōu)選實施例，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)和范圍的前提下可以對本發(fā)明做各種改變和變化。
工業(yè)實用性本發(fā)明的掩模、曝光方法和裝置可以高分辨率地一次曝光具有細(xì)小孔直徑(如不大于0.15μM)的接觸孔圖案和隔離的接觸孔與接觸孔線條的混合。另外，利用本曝光方法和曝光裝置的器件制造法可以高質(zhì)量地制造器件。
權(quán)利要求
1.一種曝光方法，包括步驟提供一個掩模，該掩模上分布著一個接觸孔圖案和多個均小于接觸孔圖案的較小圖案；通過一個投影光學(xué)系統(tǒng)并利用多種光源對掩模照明，從而分辨一個靶上的所述接觸孔圖案，而不分辨所述較小圖案。
2.如權(quán)利要求1所述的曝光方法，其特征在于掩模上的接觸孔圖案具有不同于將要形成在靶上的原始直徑。
3.如權(quán)利要求1所述的曝光方法，其特征在于多種照明光包括強度分布具有接近光軸的峰的第一照明光和強度分布具有遠(yuǎn)離光軸的峰的第二照明光。
4.如權(quán)利要求1所述的曝光方法，其特征在于多種照明光包括大σ的照明光和小σ的照明光。
5.如權(quán)利要求1所述的曝光方法，其特征在于多種照明光包括第一和第二照明光，第一照明光能使得由所需圖案產(chǎn)生的兩個衍射光束入射到投影光學(xué)系統(tǒng)的光瞳面上，第二照明光防止任何衍射光入射到光瞳面上由線性連結(jié)兩個衍射光束限定的區(qū)域上。
6.如權(quán)利要求5所述的曝光方法，其特征在于第二照明光設(shè)置成只有一束衍射光入射到光瞳面上。
7.如權(quán)利要求1至6任一所述的曝光方法，其特征在于多種照明光形成一個σ大于0.9的有效光源。
8.如權(quán)利要求3至7任一所述的曝光方法，其特征在于掩模用于相移掩模，對所需的圖案設(shè)置交錯0°和180°的相位。
9.如權(quán)利要求2、4至7任一所述的曝光方法，其特征在于有多種輔助圖案作為較小的圖案，與所需圖案相鄰的輔助圖案的大小做成小于其它的輔助圖案。
10.如權(quán)利要求1所述的曝光方法，其特征在于多種照明光包括一個基本上為環(huán)形的有效光源和外圓周σ大于0.9的四極光源。
11.一種曝光方法，包括步驟在一個掩模上形成這樣一種分布，即該分布包括一個接觸孔圖案和多個均小于接觸孔圖案的較小圖案；利用構(gòu)成一個有效光源的光通過一個投影光學(xué)系統(tǒng)對所述掩模進(jìn)行照明，從而分辨一個靶上的所述接觸孔圖案，而不分辨所述較小的圖案，其中該有效光源在其中心部分有一個非圓形陰暗部分。
12.如權(quán)利要求4所述的曝光方法，其特征在于小σ的照明形成一個σ不大于0.3的圓形有效光源。
13.如權(quán)利要求4所述的曝光方法，其特征在于大σ的照明光形成一個十字的四組結(jié)構(gòu)的有效光源。
14.如權(quán)利要求4所述的曝光方法，其特征在于大σ的照明光形成一個環(huán)形有效光源。
15.如權(quán)利要求13所述的曝光方法，其特征在于四組結(jié)構(gòu)具有相同σ的照明光。
16.如權(quán)利要求4所述的曝光方法，其特征在于大σ的照明光在照明光的中心有等于或大于0.6的σ。
17.如權(quán)利要求5至7任一所述的曝光方法，其特征在于第一σ的照明光形成一個十字的四組結(jié)構(gòu)的有效光源。
18.如權(quán)利要求5至7任一所述的曝光方法，其特征在于掩模采用一種相移掩模，第二照明有一個具有中空矩形、圓形或近似平行四邊形的矩形有效光源。
19.如權(quán)利要求5至7任一所述的曝光方法，其特征在于掩模采用二元或半色調(diào)掩模，第二照明有一個四扇形交叉的有效光源。
20.如權(quán)利要求5至7任一所述的曝光方法，其特征在于掩模采用相移掩模，并且有效光源具有下列形狀圖21所示的形狀，圖22所示的形狀或圖23所示的形狀。
21.如權(quán)利要求5至7任一所述的曝光方法，其特征在于掩模采用二元或半色調(diào)掩模，并且有效光源具有下列形狀圖24A所示的形狀或圖24B所示的形狀。
22.如權(quán)利要求11所述的曝光方法，其特征在于有效光源在外圓周具有大于0.9的σ，并且有效光源在圓形光源的中心形成十字陰暗部分。
23.如權(quán)利要求11所述的曝光方法，其特征在于有效光源在外圓周有大于1.0的σ。
24.如權(quán)利要求1至23任一所述的曝光方法，其特征在于在改變靶和所需圖案的圖象之間在投影光學(xué)系統(tǒng)光軸上的位置關(guān)系的同時重復(fù)多次曝光。
25.如權(quán)利要求1至23任一所述的曝光方法，其特征在于所需的圖案和輔助圖案可以二維分布成一個矩陣。
26.如權(quán)利要求1至25任一所述的曝光方法，其特征在于輔助圖案的形狀類似于所需的圖案。
27.一種曝光裝置，包括可以執(zhí)行權(quán)利要求1至23中任一方法的曝光模式。
28.如權(quán)利要求27所述的曝光裝置，還包括一個包含孔徑光闌的照明光學(xué)系統(tǒng)，所述的孔徑光闌具有第一和第二透光部分以及一個阻光部分，第一透光部分對第二圖案的分辨率起作用，第二透光部分增強對第二圖案的光強分布，第一和第二透光部分的面積之比處于0.06～1.30的范圍。
29.如權(quán)利要求27所述的曝光裝置，還包括一個包含孔徑光闌的照明光學(xué)系統(tǒng)，所述的孔徑光闌有一個透光部分和一個阻光部分，阻光部分的面積可以變化。
30.一種曝光裝置，包括一個用于調(diào)節(jié)第一照明和第二照明之間照明光量之比的機構(gòu)，第一照明有一個具有對應(yīng)于接觸孔陣列的縱向和橫向的刻線組結(jié)構(gòu)的有效光源，第二照明有另一個有效光源。
31.一種器件制造方法，包括步驟利用權(quán)利要求27至30任一所述的曝光裝置對靶曝光；和對曝光的靶執(zhí)行特定的處理。
32.一種掩模，其上二維分布著一個接觸孔圖案和多種均小于接觸孔圖案的輔助圖案，其特征在于與接觸孔圖案相鄰的輔助圖案的大小做得小于另一個輔助圖案的大小。
33.如權(quán)利要求32所述的掩模，其特征在于輔助圖案具有對應(yīng)于所需圖案中孔直徑的大約55％～90％的大小。
34.一種掩模，其上二維分布著一個接觸孔圖案和多種均小于接觸孔圖案的輔助圖案，其特征在于所述的掩模用于相移掩模，通過設(shè)置交錯0°和180°的相位形成二維分布的所需圖案。
35.一種投影曝光方法，包括步驟提供一個分布著一種接觸孔圖案和多種均小于接觸孔圖案的圖案的掩模；和利用用于分辨接觸孔圖案的第一照明和用于防止較小圖案所導(dǎo)致的偽分辨率的第二照明對掩模照明。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曝光方法，包括在掩模上形成這樣一種分布，即一個接觸孔圖案和多個均小于接觸孔圖案的圖案；并利用多種光對掩模照明，從而通過投影光學(xué)系統(tǒng)分辨靶上沒有較小圖案的接觸孔圖案。
文檔編號G03F7/20GK1703656SQ0280186
公開日2005年11月30日 申請日期2002年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月24日
發(fā)明者齊藤謙治, 鈴木章義, 山添賢治 申請人:佳能株式會社