專利名稱：改進照明系統(tǒng)、曝光裝置和形成線/間隔電路圖形的方法
改進照明系統(tǒng)、曝光裝置和形成線/間隔電路圖形的方法
本申請是分案申請，原案的申請?zhí)枮?00510108595.3，申請日為2005年10月11日，發(fā)明名稱為"用于曝光襯底的裝置、該裝置的光掩模和改進照明系統(tǒng)、以及利用該裝置在襯底上形成圖形的方法"。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及在半導體器件等制造中使用的光刻設(shè)備的曝光裝置。更為具體地，本發(fā)明涉及該曝光裝置的光掩模和照明系統(tǒng)。
半導體器件的集成電路的制造包括光刻工藝，在該工藝中，將光掩模轉(zhuǎn)錄到晶片的光致抗蝕劑層(WPR) ， §卩，涂敷晶片的光致抗蝕劑層。更為具體地，利用光源和照明系統(tǒng)照射光掩模以獲得光掩模圖形的圖像。光掩模的圖形相應于要形成在晶片上的電路圖形。
線/間隔(space)電路圖形代表通常形成在晶片上的電路圖形。在圖1和2中示出用于形成這種線/間隔電路圖形的光掩模。圖1的光掩模10的線/間隔圖形18由在水平方向(X軸方向)上彼此平行且通過間隔16來彼此分隔開的線14的圖形組成。線14由鉻制成且形成于石英襯底12上。另一方面，圖2的光掩模10的線/間隔圖形28由在垂直方向(Y軸方向)上彼此平行且通過間隔26來彼此分隔開的線24的圖形組成。線24由鉻制成且形成于石英襯底22上。
用于照射光掩模的光直接射在晶片上，以便于將WPR曝光成圖像。在選擇除去WPR的曝光或未曝光部分的工藝中顯影WPR，由此形成WPR圖形。由此通過光刻工藝形成的WPR圖形用作用于蝕刻設(shè)置在WPR下面的材料層的掩模。在該工藝中，WPR圖形的線寬是確定最終半導體器件的集成度的 最重要的技術(shù)變量。集成度確定半導體器件的價格。因此，在最小化
WPR圖形的線寬方面進行各種研究。
特別低，大量研究致力于增加曝光裝置的光學分辨率。雷利方程
式(下面的方程式l)建議出提高光學分辨率Wmin的方法。 [方程式1]
W她ki A /NA
其中，b是與曝光工藝相關(guān)的常數(shù)，入是由曝光裝置的光源發(fā)射 出的光的波長，而NA是曝光裝置的光學數(shù)值孔徑。
為了在曝光工藝中獲得高分辨率，因此需要最小化光的波長入和 常數(shù)kp并最大化數(shù)值孔徑(NA)。針對最小化光波長的努力已經(jīng)獲 得ArF激光器，其可以發(fā)射出波長從由在1982年的曝光裝置中流行的 G-線光源發(fā)射的436nm光波長下降至193nm的光。同樣，遲早將期望 實現(xiàn)能夠發(fā)射波長為157nm的光的F2激光器。此外，最近在光掩模、 曝光設(shè)備的透鏡系統(tǒng)、光致抗蝕劑的成分以及曝光工藝的控制方面的 改進使工藝常數(shù)、降低至0.45。
另一方面，最近在采用ArF激光器(193nm)的曝光設(shè)備中已經(jīng) 將NA增高到不小于0.7，超過了采用G-線光源的曝光設(shè)備中的0.3， 并超過了采用KrF激光器(248nm)的曝光設(shè)備中的0.6。隨著要使用 的光的波長接近遠紫外(EUV)帶U3.5nm)的波長，期望NA的進 一步增加。同樣，期望發(fā)射波長為193nm的光的光源長期用于采用所 謂的光浸法(immersion technology)的曝光設(shè)備中。
此外，如果要在晶片上形成具有穩(wěn)定輪廓和小線寬的微細圖形， 則由方程式2表示的自由度的散角度(DOF)必須高。[方程式2] DOF=k2*(Wmin)2/入
已經(jīng)使用改進照明系統(tǒng)來提供形成具有小線寬的穩(wěn)定微細圖形所 須的高DOF。改進照明系統(tǒng)聚集大量的光，其中已經(jīng)由光掩模引起干 涉，并將光射向WPR。因此，改進照明系統(tǒng)允許將由光掩模提供的電 路圖形上的更多信息傳送到WPR。
而且，WPR圖形的線寬的均勻度顯著影響產(chǎn)量；因此，減小WPR 的線寬而保持線寬的均勻度沒有優(yōu)勢。因此，已經(jīng)提議出各種技術(shù)用 于提高WPR圖形的線寬的均勻度。然而，如上所述，通過將光掩模的 圖形轉(zhuǎn)錄到光致抗蝕劑層上來制作WPR圖形。因此，WPR圖形的形 狀受到光掩模圖形的特性和形狀的影響。因此，在針對改善WPR圖形 線寬的均勻度的任何技術(shù)生效之前，光掩模圖形的線寬首先必須均勻。
圖3是示出制造光掩模的一般工藝的流程圖。參考圖3，利用計 算機程序(諸如CAD或OPUS程序)來設(shè)計半導體器件的電路圖形。 將所設(shè)計的電路圖形作為電子數(shù)據(jù)D1存儲到預定存儲器中。然后，執(zhí) 行曝光工藝(S2)，在該工藝中，電子束或激光照射存在于石英襯底 上的鉻層上的光致抗蝕劑膜的預定部分。通過從所設(shè)計的電路圖形數(shù) 據(jù)D1中提取的曝光數(shù)據(jù)D2來確定由曝光工藝(S2)照射的區(qū)域。然 后顯影被曝光的光致抗蝕劑膜(S3)。顯影工藝(S3)除去光致抗蝕 劑膜的選擇部分，諸如被照射的部分，由此形成光致抗蝕劑圖形。光 致抗蝕劑圖形暴露出下層的鉻膜。然后利用光致抗蝕劑圖形做掩模來 對暴露的鉻膜進行等離子體干法蝕刻，已形成相應于電路圖形的掩模 (鉻)圖形，并依序暴露石英襯底(S4)。然后除去光致抗蝕劑圖形， 于是完成光掩模。
圖4示意性示出正交線/間隔電路圖形480，該線/間隔圖形480是 通常必須形成在晶片上以生產(chǎn)高集成度的半導體器件的另一種圖形。正交線/間隔電路圖形480由在水平方向(X軸方向)上取向的線/間隔 電路圖形480a和在垂直方向(Y軸方向)上取向的并且與線/間隔圖形 480a交叉的線/間隔電路圖形480b組成。線/間隔電路圖形480a、 480b 中的每一個由通過間隔460而彼此分隔開的一系列平行線440組成。
需要兩組掩模和曝光工藝來形成正交線/間隔電路圖形480。在圖 5A和5B中示出光掩模。圖5A示出包括在水平方向(X軸方向)上延 伸的線/間隔圖形58a的第一光掩模50a。線/間隔圖形58a包括在石英 襯底52a上彼此平行延伸且由間隔56a分隔開的鉻線54a的圖形。圖 5B示出包括在垂直方向(Y軸方向)上延伸的線/間隔圖形58b的第一 光掩模50b。線/間隔圖形58b包括在石英襯底52b上彼此平行延伸且 由間隔56b分隔開的鉻線54b的圖形。
首先，將晶片上的光致抗蝕劑層(WPR)暴露于經(jīng)由第一級曝光 工藝中的第一改進照明系統(tǒng)穿過第一光掩模50a所發(fā)射出的光中。然 后，將WPR暴露于經(jīng)由第二級曝光工藝中的第二改迸照明糸統(tǒng)穿過第 二光掩模50b所發(fā)射出的光中。然后，顯影WPR以形成相應于圖4的 正交線/間隔電路圖形480的光致抗蝕劑圖形。在這種情況下，必須將 改進照明系統(tǒng)的光投射區(qū)域定位在不同的相對位置，因為第一光掩模 50a和第二光掩模50b的線/間隔圖形彼此在不同方向上定向。例如， 如圖6A中所示，具有在垂直方向(Y軸方向)上布置的光投射區(qū)域61a 的偶極照明系統(tǒng)60a用于照射第一光掩模50a。另一方面，如圖6B中 所示，具有在水平方向(X軸方向)上布置的光投射區(qū)域61b的偶極 照明系統(tǒng)60b用于照射第二光掩模50b。
由于需要執(zhí)行上述第一級和第二級曝光工藝，因此嚴重限制了光 刻工藝的產(chǎn)量。此外，由于在第一級曝光與第二曝光工藝之間的延遲， 且由于在各曝光工藝期間發(fā)生的在第一光掩模和第二光掩模的相對位 置中的重疊，不可避免地會發(fā)生其它制造問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的限制。
更為具體地，本發(fā)明的目的是提供曝光裝置以及能夠用于僅通過 單個曝光工藝來形成正交線/間隔電路圖形的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供可以將具有小的臨界尺寸的線間隔圖形 的清晰圖像傳送到光致抗蝕劑層的光掩模。
本發(fā)明的又一目的是提供能夠促進僅通過單個曝光工藝來形成正 交線/間隔電路圖形的光掩模。
本發(fā)明的再一目的是提供能夠增強光掩模的正交線/間隔圖形到 光致抗蝕劑層的傳送的改進照明系統(tǒng)。
根據(jù)本友明的一個萬囬，提供一柙光掩模，該光掩模包f古透明 襯底、由襯底上的不透明材料構(gòu)成的線/間隔圖形、以及由占據(jù)線/間隔 圖形的間隔的不透明材料構(gòu)成的格狀圖形。該格狀圖形為垂直于線/間 隔圖形的線延伸的一組條帶，且該條帶的間距小于曝光波長的間距。 因此，格狀圖形起偏光器作用。因此，通過在平行于線/間隔圖形的線 的方向上偏振的光來獲取線/間隔圖形的圖像。例如，當線/間隔圖形在
X軸方向上定向時，格狀圖形的條帶在與X軸正交的Y軸方向上延伸。 格狀圖形在Y軸方向上的間距小于曝光波長。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，線/間隔圖形為包括在第一方向上取向的 第一線/間隔圖形和在與第一方向垂直的第二方向上取向的第二線/間 隔圖形的正交線/間隔電路圖形。在這種情況下，第一格狀圖形占據(jù)第 一線/間隔圖形的間隔，而第二格狀圖形占據(jù)第二線/間隔圖形的間隔。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種組合偏振照明系統(tǒng)，用于照明具有在第一和第二方向上取向的線/間隔圖形的光掩模。該組合偏振照 明系統(tǒng)為具有作為偏振第一方向上的光的偏振器執(zhí)行的光透射區(qū)域的 第一改進照明系統(tǒng)和具有作為偏振第二方向上的光的偏振器執(zhí)行的光 透射區(qū)域的第二改進照明系統(tǒng)的組合物。優(yōu)選地，第二方向垂直于第 一方向。因此，組合偏振照明系統(tǒng)會在曝光工藝期間以最優(yōu)化于線/間 隔圖形的方式照射光掩模的正交線/間隔圖形。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，每一個光透射區(qū)域具有偶極形狀，或者 一個光透射區(qū)域具有偶極形狀而另一個光透射區(qū)域具有環(huán)形。同樣， 光透射區(qū)域可以重疊。在這種情況下，沒有被偏振的光從光透射區(qū)域 的重疊區(qū)域中透射出。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種曝光系統(tǒng)，該曝光系統(tǒng)包括 光源、具有對由光源發(fā)射的光透明的襯底的光掩模、在第一方向上取
向的第一線/間隔圖形、和在第二方向上取向的第二線/間隔圖形、以及 置于光源與光掩模之間的以照明光掩模的選擇區(qū)域的改進照明系統(tǒng)。 該改進照明系統(tǒng)包括分別在第一和第二方向上偏振入射于其上的光的 第一和第二偏振器。光掩模優(yōu)選還具有占據(jù)第一線/間隔圖形的間隔的 第一格狀圖形和占據(jù)第二線/間隔圖形的間隔的第二格狀圖形。第一格 狀圖形呈現(xiàn)垂直于第一方向延伸的一組條帶形式。同樣的，第二格狀 圖形呈現(xiàn)垂直于第二方向延伸的一組條帶形式。每一組條帶的間距小 于由光源發(fā)射出的光波長。
根據(jù)如上所示的本發(fā)明，可以僅使用一個光掩膜和單個曝光工藝 來形成例如正交線/間隔電路圖形的多向正交線/間隔電路圖形。


參考附圖從本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述中，將會更加全面地 理解本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點。其中
圖1和2是具有分別用于在晶片上形成微細電路圖形的線/間隔電路圖形的光掩模的平面視圖3是制造光掩模的現(xiàn)有技術(shù)工藝的流程圖4是形成在晶片上的正交線/間隔電路圖形的平面視圖5A和5B是分別用于形成圖4的正交線/間隔電路圖形的光掩模
的平面視圖6A和6B是偶極改進照明系統(tǒng)的各平面視圖7A是根據(jù)本發(fā)明的光掩模的實施例的平面視圖7B是沿圖7A的線I-I'的光掩模的橫截面圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明的光掩模的另一實施例的示出光掩模的正交線/ 間隔圖形的部分的平面視圖9至11是根據(jù)本發(fā)明的光掩模的其它實施例的平面視圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的制造光掩模的工藝的實施例的流程圖13示意性示出用于照射如圖8中所示的具有正交線/間隔電路 圖形的光掩模的根據(jù)本發(fā)明的組合偏振改進照明系統(tǒng)的實施例；
圖14示意性示出用于照射如圖8中所示的具有正交線/間隔電路 圖形的光掩模的根據(jù)本發(fā)明的組合偏振改進照明系統(tǒng)的另一實施例； 圖15是根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置的示意圖； 圖16A至16G示出具有各種立體輪廓的光束； 圖17A是根據(jù)本發(fā)明的光束整形器的全息圖形的平面圖； 圖17B示出利用具有圖17A中示出的全息圖形的光束整形器形成 的部分光束的空間強度分布；
圖18A至18C示出根據(jù)本發(fā)明的偏振控制器的第一實施例；和 圖19A至19B示出根據(jù)本發(fā)明的偏振控制器的第二實施例。
具體實施例方式
參考圖7A，根據(jù)本發(fā)明的光掩模70包括在第二方向(Y軸方向) 上取向的線/間隔圖形78和在第一方向(X軸方向)上取向的格狀圖形 79。線/間隔圖形78的線74和格狀圖形79不透明并形成于透明的石英 襯底72上。線/間隔圖形78由在第二方向上延伸的一組平行線74和限 定在線74之間的間隔76組成。格狀圖形79占據(jù)限定在線/間隔圖形78的線74之間的間隔76并由垂直于線74延伸的條帶組成。線/間隔 圖形78的間距Pi大于由曝光裝置的光源所發(fā)射的光的波長A ，其中為 該曝光裝置設(shè)計光掩模70。格狀圖形79的間距P2小于光源的波長入。 因此，格狀圖形79用作偏振器以僅傳輸在垂直于光柵圖形79的取向 的方向上振動的那些光分量。換句話說，格狀圖形79僅傳輸那些平行 于線/間隔圖形78的線74振動的光分量，如參考圖7B而更加詳細描 述的那樣。
由在彼此垂直的平面內(nèi)振動的兩種分量的和來表示光。在光入射 到光掩模的情況下，受考慮的分量將為在平行于入射平面的平面內(nèi)振 動的分量和在垂直于入射平面的平面內(nèi)振動的分量。在平行于入射平 面的平面內(nèi)振動的分量將被稱之為P偏振光(P模式)而在垂直于入射 平面的平面內(nèi)振動的分量將被稱之為S偏振光(S模式)。
參考圖7B，格狀圖形79僅傳輸S偏振光(S模式)，因為格狀 圖形79的間距P2小于光701的波長A。結(jié)果，且根據(jù)本發(fā)明，能夠僅 用光的S模式來獲得線/間隔圖形78的圖像。因此，可以將線/間隔圖 形78的精確圖像轉(zhuǎn)錄到晶片上。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的包括正交線/間隔圖形88的光掩模80。正 交線/間隔圖形88包括在不同方向上取向的線/間隔圖形88a和88b。更 為具體地，線/間隔圖形88a在第一方向(X軸方向)上取向而線/間隔 圖形88b在垂直于第一方向的第二方向(Y軸方向)上取向。由在第 二方向(Y軸方向)上延伸的條帶組成的第一格狀圖形89a占據(jù)線/間 隔圖形88a的線84a之間的間隔86a。由在第一方向(X軸方向)上延 伸的條帶組成的第二格狀圖形89b占據(jù)線/間隔圖形88b的線84b之間 的間隔86b。
在第二方向上取向的第一光柵圖形89a僅傳輸在第一方向上振動 (在X軸方向上偏振)的光分量。在第一方向上取向的第一光柵圖形89b僅傳輸在第二方向上振動(在Y軸方向上偏振)的光分量。因此， 通過光的S模式來獲得線/間隔圖形88a和線/間隔圖形88b的清晰圖像。 相應地，根據(jù)本發(fā)明僅需要執(zhí)行一個曝光工藝來產(chǎn)生與通過執(zhí)行根據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)的兩個曝光工藝而產(chǎn)生的效果相同的效果。
圖9至11示出根據(jù)本發(fā)明的各種光掩模。參考圖9，光掩模90 包括在不同方向(彼此垂直的第一和第二方向)上取向的線/間隔圖形 98a和98b;然而，與圖8中的光掩模不同，線/間隔圖形98a和98b彼 此分隔開(分離)。參考圖10，光掩模100包括由在彼此正交的第一 和第二方向上取向的線/間隔圖形組成的正交線/間隔圖形108、在第一 方向上取向的分離的線/間隔圖形108a、以及在第二方向上取向的分離 的線/間隔圖形108b。參考圖ll，光掩模110包括矩形線/間隔圖形118。
現(xiàn)在將描述設(shè)計和制造上述光掩模的方法。作為實例，將參考圖 8和12描述設(shè)計和制造具有圖8中示出的正交線/間隔圖形的光掩模的 方法。設(shè)計和制造具有其它線/間隔圖形的光掩模的方法相似于圖12的 方法。因此，將省略其詳細描述。
參考圖12，利用諸如CAD或OPUS程序的計算機程序來設(shè)計半 導體器件的正交線/間隔電路圖形。將所設(shè)計的正交線/間隔電路圖形以 及曝光裝置的數(shù)據(jù)，例如由光源發(fā)射的光的波長，作為電子數(shù)據(jù)存儲 在存儲器件中。根據(jù)本發(fā)明，處理電子設(shè)計數(shù)據(jù)以產(chǎn)生光掩模的設(shè)計 數(shù)據(jù)D1。設(shè)計數(shù)據(jù)Dl包括表示線/間隔圖形88a的第一數(shù)據(jù)、表示線/ 間隔圖形88b的第二設(shè)計數(shù)據(jù)、表示占據(jù)限定于線/間隔圖形88a的線 84a之間的間隔86a的第一格狀圖形89a的第三設(shè)計數(shù)據(jù)、以及表示占 據(jù)限定于線/間隔圖形88b的線84b之間的間隔86b的第一格狀圖形89b 的第四設(shè)計數(shù)據(jù)。
然后，進行曝光工藝S2。在該曝光工藝S2中，利用電子束照射 設(shè)置在石英襯底上的光致抗蝕劑層的預定區(qū)域。由從設(shè)計數(shù)據(jù)D1中提取的曝光數(shù)據(jù)D2來確定在曝光工藝S中被照射的區(qū)域。被曝光的光致
抗蝕劑層然后經(jīng)歷顯影工藝S3以形成暴露設(shè)置在光致抗蝕劑層下面的
鉻層的光致抗蝕劑圖形。然后，對被暴露的鉻層進行等離子體干法蝕
刻(S4)以形成暴露石英襯底的鉻圖形。利用光致抗蝕劑圖形作為蝕 刻掩模來執(zhí)行干法蝕刻工藝S4，并在蝕刻工藝之后除去光致抗蝕劑圖 形。因此，形成包括用作偏振器的衍射圖形的正交線/間隔圖形。
然后，利用改進照明系統(tǒng)照射該線/間隔圖形，以便于將線/間隔圖 形的圖像轉(zhuǎn)錄到晶片上的光致抗蝕劑層(WPR)。
下文中，將詳細描述根據(jù)本發(fā)明的這種改進照明系統(tǒng)。為光掩模 的線/間隔圖形最優(yōu)化該改進照明系統(tǒng)。例如，當光掩模具有在第一方 向(X軸方向)上取向的線/間隔電路圖形時，使用偶極改進照明系統(tǒng)， 在該照明系統(tǒng)中，將系統(tǒng)的兩個光傳輸區(qū)排列在第一方向(X方向上) 并用作傳輸在第一方向上偏振的光的偏振器。相似地，當光掩模具有 在第二方向(Y軸方向)上取向的線/間隔電路圖形時，使用偶極改進 照明系統(tǒng)，在該照明系統(tǒng)中，將系統(tǒng)的兩個光傳輸區(qū)排列在第二方向 (Y方向上)并用作傳輸在第二方向上偏振的光的偏振器。
另一方面，當光掩模具有彼此垂直取向的線/間隔圖形時，可以使 用環(huán)形改進照明系統(tǒng)和偶極改進照明系統(tǒng)。在這種情況下，環(huán)形改進 照明系統(tǒng)的環(huán)形光傳輸區(qū)用作傳輸在第一方向上偏振的光的偏振器， 而偶極改進照明系統(tǒng)的兩個光傳輸區(qū)排列在第一方向或第二方向上并 用作傳輸在第二方向上偏振的光的偏振器。其中環(huán)形和偶極改進照明 系統(tǒng)的光傳輸區(qū)重疊的區(qū)域優(yōu)選傳輸沒有被偏振的光。選擇地，可以 使用四極改進照明系統(tǒng)。在該情況下，兩個光傳輸區(qū)被排列在第一方 向上并用做傳輸在第一方向上偏振的光的偏振器，并且將兩個光傳輸 區(qū)排列在第二方向上并用做傳輸在第二方向上偏振的光的偏振器。可 以將這些照明系統(tǒng)以組合偏振照明系統(tǒng)的形式實現(xiàn)?，F(xiàn)在將更加詳細 地描述根據(jù)本發(fā)明的改組合偏振照明系統(tǒng)。參考圖13，組合偏振照明系統(tǒng)130由具有排列在遮蔽(不透明) 區(qū)134a中的第一方向(X方向)上的兩個光傳輸區(qū)132a—1和132a_2 的第一偶極改進照明系統(tǒng)130a和具有排列在遮蔽(不透明)區(qū)134b 中的第二方向(Y方向)上的兩個光傳輸區(qū)132b一l和132b_2的第一 偶極改進照明系統(tǒng)130b組成。在圖13中，參考數(shù)字134表示最終的 遮蔽(不透明)區(qū)。
第一偶極改進照明系統(tǒng)130a的光傳輸區(qū)132a—1和132a—2用作傳 輸在第一方向(X軸方向)上偏振的光的偏振器。另一方面，第二偶 極改進照明系統(tǒng)130b的光傳輸區(qū)132b_l和132b—2用作傳輸在第二方 向(Y軸方向)上偏振的光的偏振器。因此，當由通過組合偏振照明 系統(tǒng)130傳輸?shù)墓鈦碚丈鋱D8的光掩模時，在第一方向上偏振的光分 量，即，穿過光傳輸區(qū)132aJ和132&_2的光分量，被光掩模80的第 二格狀圖形89b阻擋。在第二方向上偏振的光分量，即，穿過光傳輸 區(qū)132b—1和132b—2的光分量，被光掩模80的第一格狀圖形89a阻擋。 因此，在曝光工藝中，通過穿過光傳輸區(qū)132a_l和132a—2的光來獲取 線/間隔圖形88a的圖像，并通過穿過光傳輸區(qū)132b_l和132b_2的光 來獲取線/間隔圖形88b的圖像。
可以使用四極改進照明系統(tǒng)來代替兩個偶極改進照明系統(tǒng)。四極 改進照明系統(tǒng)具有排列在第一方向(X軸方向)上的兩個光傳輸區(qū)和 排列在第二方向(Y軸方向)上的兩個光傳輸區(qū)。在第一方向上的光 傳輸區(qū)用作傳輸在第一方向(X軸方向)上偏振的光的偏振器。另一 方面，在第二方向上的光傳輸區(qū)用作傳輸在第二方向(Y軸方向)上 偏振的光的偏振器。
這種組合偏振照明系統(tǒng)130可以用于曝光沒有格狀圖形的正交線/ 間隔電路圖形。在這種情況下，穿過排列在第二方向上的光傳輸區(qū) 132b 1和132b 2傳輸?shù)墓鈺绊懺诘谝环较蛏隙ㄏ虻木€/間隔圖形的圖像的獲取。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的組合偏振改進照明系統(tǒng)的另一實施例。根
據(jù)該實施例的組合偏振改進照明系統(tǒng)140由用作傳輸在不同方向上偏 振的光的偏振器的兩個改進照明系統(tǒng)140a和140b組成。第一改進照 明系統(tǒng)140a具有在遮蔽(不透明)區(qū)144a內(nèi)的環(huán)形傳輸區(qū)142a。環(huán) 形傳輸區(qū)用作傳輸在第一方向(X軸方向)上偏振的光的偏振器。第 二改進照明系統(tǒng)140b為具有在遮蔽(不透明)區(qū)144b內(nèi)的第二方向 (Y軸方向)上排列的兩個傳輸區(qū)142b一l和142b_2的偶極改進照明 系統(tǒng)。傳輸區(qū)142b_l和142b_2用作傳輸在第二方向(Y軸方向)上 偏振的光的偏振器。其中光傳輸區(qū)142a與光傳輸區(qū)142b_l和142b一2 重疊的區(qū)域146傳輸未被偏振的光(或來自普通光源的光)。重疊的 光傳輸區(qū)146傳輸?shù)墓鈴姸仁怯善胀ü庠窗l(fā)射的光強度兩倍。同樣， 雖然，在附圖中示出的四極照明系統(tǒng)和偶極照明系統(tǒng)的光傳輸區(qū)為圓 形，但是本發(fā)明不受此限制。當然，光傳輸區(qū)可以具有各種形狀。
圖15示出根據(jù)本發(fā)明的曝光裝置150。曝光裝置150包括用于產(chǎn) 生具有預定波長入的光束的光源151、用于聚焦由光源151發(fā)射的光束 的聚焦透鏡153、改進照明系統(tǒng)155、顯示與電路圖形相應的圖形的光 掩模157、在光掩模157前面的縮影投影透鏡159以及在其上安裝涂敷 有光致抗蝕劑層161的晶片163的晶片臺架165。
照明系統(tǒng)155用作在不同方向上偏振由光源155發(fā)射出的光的偏 振器。將參考圖16A-16G來描述空間控制光的偏振狀態(tài)的方法和用于 該方法的系統(tǒng)。
照明系統(tǒng)155包括用于將由光源151產(chǎn)生的光束轉(zhuǎn)換成具有立體 輪廓的局部光束L'(相應于光傳輸區(qū))的光束整形器，諸如圖16A至 16G中任意一幅中所示出的。例如，在四極照明系統(tǒng)中將光束轉(zhuǎn)換成 四個部分。優(yōu)選地，光束整形器衍射光束以將光束轉(zhuǎn)換成局部光束。光束整形器因此可以包括衍射光學部件(DOE)或全息光學部件
(HOE)。
圖17A是示出由根據(jù)本發(fā)明的光束整形器(例如HOE)采用的全 息圖形的平面視圖。該全息圖形用于形成具有在圖16E或圖17B中示 出的形狀的局部光束L'。如圖18A中所示(圖17A的區(qū)99的放大)， 全息圖形包括具有不同物理特性的局部區(qū)域10a、 10b的空間分布。例 如，全息圖形由具有不同厚度的第一局部區(qū)域10a和第二局部區(qū)域10b 組成，如圖18A和18B中所示。
通過分別計算穿過局部區(qū)域的光的那些部分的光學特性來確定局 部區(qū)域10a和10b的厚度。通常通過利用傅立葉變換的計算機來執(zhí)行 這種類型的計算。然后在如此計算局部區(qū)域的厚度之后，通過使襯底 200經(jīng)受光刻/蝕刻工藝來制造光束整形器。所計算的厚度用于確定蝕 刻與局部區(qū)域相應的襯底200的各區(qū)域的深度。
參考圖18B，第一局部區(qū)域10a各自具有第一厚度t,，而第二局部 區(qū)域10b各自具有大于第一厚度^的第二厚度t2。然而，局部區(qū)域10a 和10b可以具有兩個以上的厚度。
光束整形器構(gòu)成用于將入射光束轉(zhuǎn)換成被偏振的局部光束的偏振 控制器。為此，光束整形器包括在襯底200的表面上的偏振圖形210。 更為具體地，偏振圖形210為形成在局部區(qū)域10a、 10b上的單向圖形。 結(jié)果，由光束整形器傳輸?shù)木植抗馐黄瘛?br> 偏振圖形210可以包括一組具有高度h和預定間距P的柵條(bar)， 如圖18B和18C中所示。柵條優(yōu)選由具有大約1.3至2.5的折射率和大 約0至0.2的消光率k的材料形成。例如，偏振圖形210的柵條由選自 由ArF光致抗蝕劑、SiN和SiON組成的組中的材料構(gòu)成。圖19A和19B示出根據(jù)本發(fā)明的用于形成具有在彼此垂直的方向 上偏振的兩部分的局部光束的偏振控制器303?？梢詫⑵窨刂破?03 實現(xiàn)為能夠產(chǎn)生在第一預定方向上偏振的局部光束的第一部分的第一 虛擬偏光控制器301和能夠產(chǎn)生在與第一方向垂直的第二預定方向上 偏振的局部光束的第二部分的第二虛擬偏振控制器302的組合，如圖 19A中所示。第一和第二虛擬偏振控制器301和302的每一個由第一 局部區(qū)域10a和比第一局部區(qū)域10a厚的第二局部區(qū)域10b組成(如圖 18B中所示)。因此，可以以與圖18A和18B的光束整形器相同的方 式形式制造第一和第二虛擬偏振控制器301和302。然而，偏振控制器 303不必由虛擬偏振控制器301和302制造。
更為具體地，偏振控制器303具有多個局部區(qū)域30。偏振控制器 303的各局部區(qū)域30中的每一個為位于第一和第二虛擬偏振控制器 301和302的相應部分中的局部區(qū)域10a和/或10b的組合，如圖19A 中所示。
與采用圖18A和18B的光束整形器一樣，第一和第二虛擬偏振控 制器301和302的厚度分布分別確定穿過第一和第二虛擬偏光控制器 301和302的局部光束的輪廓。第一和第二虛擬偏振控制器301和302 上的偏振圖形的方向確定局部光束的偏振極性。因此，穿過偏振控制 器303的各局部區(qū)域30的光束部分展現(xiàn)出局部光束的物理特性(例如， 輪廓(profile)和偏振極性)，其中該局部光束可以通過第一和第二虛擬 偏振控制器301和302來分離產(chǎn)生。
艮卩，根據(jù)圖19A中示出的本發(fā)明的實施例，偏振控制器303的局 部區(qū)域30由第一子區(qū)域30a和第二子區(qū)域30b組成。第一子區(qū)域30a 的厚度等于位于第一虛擬偏振控制器301的相應部分中的局部區(qū)域的 厚度，而第二子區(qū)域30b的厚度等于位于第二虛擬偏振控制器302的 相應部分中的局部區(qū)域的厚度。結(jié)果，穿過偏振控制器303的局部光 束的輪廓與通過合并分別穿過第一和第二虛擬偏振控制器301和302的局部光束而獲得的輪廓相同。
同樣，第一子區(qū)域30a和第二子區(qū)域30b包括在與位于第一和第 二虛擬偏振控制器301和302的相應部分處的局部區(qū)域10a和/或10b 的偏振圖形相同的方向定向的第一偏振圖形210a和第二偏振圖形 210b。因此，穿過第一子區(qū)域30a的光束部分的偏振狀態(tài)與穿過第一 虛擬偏振控制器301的光束相同，且穿過第二子區(qū)域30b的光束部分 的偏振狀態(tài)與穿過第二虛擬偏振控制器302的光束相同。
可以如下概括根據(jù)本發(fā)明的偏振控制器，以便于可以制造用于更 復雜情況的偏振控制器。更為具體地，可以將根據(jù)本發(fā)明的偏振控制 器構(gòu)思為包括n(iel)個局部區(qū)域30。每一個局部區(qū)域30由m(m^1) 個子區(qū)域組成。因此，偏振控制器由nxm個子區(qū)域組成。
在這種情況下，子區(qū)域30的數(shù)量為需要用于形成具有期望輪廓的 局部光束的數(shù)量。子區(qū)域因此將具有各種厚度，以便于產(chǎn)生具有不同 輪廓的光束部分。根據(jù)本發(fā)明，第k (l￡k5m)個較低區(qū)域的厚度是建 立穿過第k個子區(qū)域的局部光束部分的輪廓的參數(shù)。同樣，根據(jù)本發(fā) 明，在第i (15i5n)個局部區(qū)域的第j個子區(qū)域(15J^n)和第k (k^ i且1SkSn)個局部區(qū)域的第j個子區(qū)域處設(shè)置提供相同偏振方向的偏 振圖形。因此，在各局部區(qū)域中設(shè)置相似的柵條圖形210。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠僅執(zhí)行一個曝光工藝來獲得與通過 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行兩個曝光工藝而獲得的效果相同的效果。因此，通 過實踐本發(fā)明來顯著提高光刻工藝的產(chǎn)量。
最后，雖然己經(jīng)示出并參考其優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解在不脫離如附屬權(quán)利要求限定的本發(fā)明的真 實精神和范圍下，對其作出各種形式和細節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種組合偏振改進照明系統(tǒng)，用于利用來自光源的光照射光掩模，其中照明系統(tǒng)包括相對于光基本不透明的遮蔽區(qū)和多個限定在遮蔽區(qū)的領(lǐng)域內(nèi)的多個光傳輸區(qū)，所述光傳輸區(qū)相對于光基本透明并且包括分別在不同方向上偏振入射于其上的光的偏振器。
2. 如權(quán)利要求l所述的組合偏振改進照明系統(tǒng)，其中光傳輸區(qū)重疊，且光傳輸區(qū)重疊的區(qū)域傳輸沒有被偏振的入射光。
3. 如權(quán)利要求2所述的組合偏振改進照明系統(tǒng)，其中偏振器在彼此垂直的方向上偏振入射到傳輸區(qū)上的光。
4. 如權(quán)利要求3所述的組合偏振改進照明系統(tǒng)，其中光傳輸區(qū)彼此重疊，且光傳輸區(qū)重疊的區(qū)域傳輸沒有被偏振的入射光。
5. 如權(quán)利要求l所述的組合偏振改進照明系統(tǒng)，其中光傳輸區(qū)包括在第一方向上相互間隔開的遮蔽區(qū)的領(lǐng)域內(nèi)的第一對開口和在第二方向上相互間隔開的遮蔽區(qū)域的領(lǐng)域內(nèi)的第二對開口，偏振器分別占據(jù)兩對開口。
6. 如權(quán)利要求5所述的組合偏振改進照明系統(tǒng)，其中第一和第二方向彼此垂直，且占據(jù)第一對開口的偏振器在所述第一方向上偏振入射于其上的光，以及占據(jù)第二對開口的偏振器在所述第二方向上偏振入射于其上的光。
7. 如權(quán)利要求l所述的組合偏振改進照明系統(tǒng)，其中光傳輸區(qū)包括在遮蔽區(qū)領(lǐng)域內(nèi)的第一環(huán)形開口和在第一方向上相互間隔開的遮蔽區(qū)的領(lǐng)域內(nèi)的一對開口，偏振器分別占據(jù)環(huán)形開口和該對開口。
8. 如權(quán)利要求7的組合偏振改進照明系統(tǒng)，其中第一和第二方向彼此垂直，且占據(jù)該對開口的偏振器在所述第一方向上偏振入射于其上的光，而占據(jù)環(huán)形開口的偏振器在與第一方向垂直的第二方向上偏振入射于其上的光。
9. 如權(quán)利要求8所述的組合偏振改進照明系統(tǒng)，其中在遮蔽區(qū)的領(lǐng)域內(nèi)第一對開口中的每一個與環(huán)形開口重疊，且該重疊區(qū)域傳輸沒有被偏振的入射光。
10. —種曝光裝置，包括光源，發(fā)射給定波長的光；光掩模，設(shè)置在曝光裝置中以便于由光源發(fā)出的光入射于其上，該光掩模包括相對于由光源發(fā)射的光透明的襯底、含有在第一方向上相互平行延伸以便于在其間限定間隔的第一組線的第一線/間隔圖形、含有在第二方向上相互平行延伸以便于在其間限定間隔的第二組線的第二線/間隔圖形，第一和第二線/間隔圖形的線相對于光源發(fā)射的光基本不透明；以及設(shè)置在曝光裝置中的光源與光掩模之間的改進照明系統(tǒng)，以利用光源發(fā)射的光來照射光掩模的區(qū)域，該改進照明系統(tǒng)包括分別在所述第一和第二方向上偏振入射于其上的光的第一和第二偏振器。
11. 如權(quán)利要求IO的曝光裝置，其中該改進照明系統(tǒng)包括具有相對于光基本不透明的遮蔽區(qū)和限定在遮蔽區(qū)的領(lǐng)域內(nèi)的多個光傳輸區(qū)的組合偏振改進照明系統(tǒng)，所述光傳輸區(qū)相對于光基本透明且含有分別在所述第一和第二方向上偏振入射于其上的光的第一和第二偏振器。
12. 如權(quán)利要求11的曝光裝置，其中光傳輸區(qū)重疊，且光傳輸區(qū)重疊的區(qū)域傳輸沒有被偏振的入射光。
13. 如權(quán)利要求11的曝光裝置，其中每一個光傳輸區(qū)具有偶極子形狀。
14. 如權(quán)利要求11的曝光裝置，其中一個光傳輸區(qū)具有偶極子形狀，而另一個光傳輸區(qū)具有環(huán)形形狀。
15. 如權(quán)利要求11的曝光裝置，其中光掩模還包括占據(jù)在第一線/間隔圖形的線之間限定的間隔的第一格狀圖形和占據(jù)在第二線/間隔圖形的線之間限定的間隔的第二格狀圖形，第一格狀圖形由相對于光基本不透明且垂直于在其中第一線/間隔圖形的線延伸的方向延伸的一組第一條帶構(gòu)成，第一條帶的間距小于光波長，而第二格狀圖形由相對于光基本不透明且垂直于在其中第二線/間隔圖形的線延伸的方向延伸的一組第二條帶構(gòu)成，第二條帶的間距小于光波長。
16. 如權(quán)利要求15的曝光裝置，其中光傳輸區(qū)重疊，且光傳輸區(qū)重疊的區(qū)域傳輸沒有被偏振的入射光。
17. 如權(quán)利要求15的曝光裝置，其中每一個光傳輸區(qū)具有偶極子形狀。
18. 如權(quán)利要求15的曝光裝置，其中一個光傳輸區(qū)具有偶極子形狀，而另一個光傳輸區(qū)具有環(huán)形形狀。
19. 如權(quán)利要求IO的曝光裝置，其中第一和第二方向彼此垂直。
20. —種形成線/間隔電路圖形的方法，所述方法包括提供在其上具有光致抗蝕劑層的襯底；產(chǎn)生具有給定波長的光；將光通過光掩模射向光致抗蝕劑層，該光掩模包括相對于光透明的襯底、含有在第一方向上相互平行延伸以便于在其間限定間隔的第一組線的第一線/間隔圖形、含有在第二方向上相互平行延伸以便于在其間限定間隔的第二組線的第二線/間隔圖形，第一和第二方向不平行且第一和第二線/間隔圖形的線相對于光源發(fā)射的光基本不透明，由此通過光獲取光掩模的線/間隔圖形的圖像并將其轉(zhuǎn)錄到光致抗蝕劑層上；在從光掩模中透射出光之前在第一和第二方向上偏振光；顯影被曝光的光致抗蝕劑層，由此形成光致抗蝕劑圖形；以及利用光致抗蝕劑圖形作為掩模蝕刻襯底。
全文摘要
公開了一種改進照明系統(tǒng)、曝光裝置和形成線/間隔電路圖形的方法。一種曝光裝置和該曝光裝置的光掩模，能夠僅通過一個曝光工藝來形成正交線/間隔電路圖形。該光掩模包括在第一方向上取向的第一線/間隔圖形、在第二方向上取向的第二線/間隔圖形和用作偏振器的占據(jù)線/間隔圖形的間隔的格狀圖形。該曝光裝置還包括改進照明系統(tǒng)。該改進照明系統(tǒng)可以為具有相對于光基本不透明的遮蔽區(qū)和限定在遮蔽區(qū)的領(lǐng)域內(nèi)的多個光傳輸區(qū)的組合偏振改進照明系統(tǒng)。光傳輸區(qū)用作分別在第一和第二方向上偏振入射于其上的光的偏振器。
文檔編號G03F1/68GK101634813SQ200910164158
公開日2010年1月27日 申請日期2005年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月11日
發(fā)明者金淏哲 申請人:三星電子株式會社