專(zhuān)利名稱(chēng)：用偏振光的光刻印刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高數(shù)值孔徑的和浸沒(méi)式的光刻。
背景技術(shù)：
高分辨率的印刷圖形不斷增加對(duì)光刻工具和技術(shù)的要求。例如，在半導(dǎo)體印?；蛐酒?、電路特性圖形如線(xiàn)路、接觸孔的制造中，常常需要高分辨率的印刷，以改進(jìn)電路單元的組裝密度，降低圖形中的孔距。某些電路特性，如接觸孔或叫通孔，是特別難制造的。
涉及光刻分辨率的熟知的參數(shù)，是臨界尺寸(CD)。當(dāng)用給定技術(shù)制造半導(dǎo)體裝置和電路時(shí)，CD是能夠形成的最小幾何特性的大小。臨界尺寸可以按下面所示函數(shù)描述CD＝k(λ/NA)這里λ是光刻中使用的波長(zhǎng)，NA是數(shù)值孔徑，而k是介電常數(shù)。在光刻的發(fā)展趨勢(shì)中，是通過(guò)降低使用的波長(zhǎng)，增加數(shù)值孔徑，和縮減k值，來(lái)降低CD。
在低k值的應(yīng)用中，印刷是困難的。例如，當(dāng)k小于0.5時(shí)，難以印刷接觸孔。對(duì)包括如接觸孔陣列的多組接觸孔，要印刷有足夠質(zhì)量的高反差圖形，是特別困難的。
已經(jīng)使用非常高的NA和離軸照明來(lái)增強(qiáng)反差的技術(shù)，但是，這些技術(shù)不能用于小的孔距。例如，在波長(zhǎng)為157nm，NA為0.93時(shí)，極限孔距(根據(jù)分辨率)粗略為135nm(k＝0.4)-這對(duì)某些應(yīng)用是太大了。還有，可能出現(xiàn)禁戒孔距。禁戒孔距是指，如果照明對(duì)給定孔距是最佳的，那么可能不能同時(shí)印刷別的孔距。在低的歸一化圖像對(duì)數(shù)斜率(normalized image log slope，NILS)中或缺乏對(duì)禁戒孔距的CD控制中，禁戒孔距表現(xiàn)得很明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的系統(tǒng)和方法，是用偏振光改進(jìn)光刻印刷。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用偏振光(例如徑向偏振、切向偏振、或定制偏振)照明相移掩模(PSM)，并產(chǎn)生曝光的光束。然后，在該曝光光束中使負(fù)的光致抗蝕劑層曝光?？梢允褂脽o(wú)鉻的PSM。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，結(jié)合無(wú)鉻PSM、Cartesian四極照明(C-quad)、和負(fù)光致抗蝕劑，使用徑向偏振光。即使在低k的應(yīng)用中，印刷各種孔距的接觸孔，也獲得非常高的像質(zhì)量。避免了禁戒孔距。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，使用徑向偏振光照明掩模，并產(chǎn)生曝光的光束。然后，在該曝光光束中使正的光致抗蝕劑層曝光。該掩?？梢允撬p的PSM或二進(jìn)制掩模。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，結(jié)合衰減的相移掩模或二進(jìn)制掩模、標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)角四極照明、和正光致抗蝕劑，使用徑向偏振光。即使在低k的應(yīng)用中，印刷各種孔距的接觸孔，也獲得非常高的像質(zhì)量。
為進(jìn)一步改進(jìn)印刷質(zhì)量，可以使用定制的偏振光。該定制的偏振光例如可以是徑向和切向偏振光的組合。此外，也可以使用交錯(cuò)的PSM來(lái)改進(jìn)印刷質(zhì)量。
本發(fā)明另外的實(shí)施例、特性、和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和工作原理，將在下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明。


結(jié)合本文并形成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖，說(shuō)明本發(fā)明并與說(shuō)明一起，解釋本發(fā)明原理和使本領(lǐng)域熟練人員能制造和使用本發(fā)明。
圖1是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光刻系統(tǒng)。
圖2是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光刻系統(tǒng)。
圖3A是晶片上抗蝕劑中接觸孔的放大像。
圖3B是晶片上抗蝕劑中接觸孔的頂視圖的像。
圖4A和4B按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，分別畫(huà)出以同軸和離軸照明時(shí)，2D衰減PSM掩模的px＝py＝p頻譜。
圖5的像表明非偏振光的極限孔距，圖上的C0和C45分別是垂直方向和對(duì)角線(xiàn)方向的反差。
圖6畫(huà)出模擬實(shí)驗(yàn)的一個(gè)例子(畫(huà)出的是徑向偏振光)。
圖7A和7B表明徑向和切向偏振光對(duì)像質(zhì)量的作用。
圖8A-8C表明在125-nm孔距(45度旋轉(zhuǎn)掩模)例子中，三種偏振模式的比較。
圖9A-9C表明偏振對(duì)像質(zhì)量的作用。圖9A表明用非偏振光獲得成組接觸孔的不良反差的像。圖9B表明用切向偏振光獲得成組接觸孔的不良反差的像。圖9C表明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用徑向偏振光獲得成組接觸孔的高反差的像。
圖10A畫(huà)出切向偏振對(duì)光中電場(chǎng)矢量的作用。
圖10B畫(huà)出徑向偏振對(duì)光中電場(chǎng)矢量的作用。
圖11A和11B是圖解，按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，表明用徑向偏振光和無(wú)鉻交錯(cuò)PSM的全孔距性能。
圖12畫(huà)出一種衰減的PSM。
圖13畫(huà)出一種二進(jìn)制的PSM。
圖14A-14C是像，表明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，在衰減PSM、125nm孔距的情形下，偏振對(duì)像質(zhì)量的作用。
圖15畫(huà)出一種交錯(cuò)的PSM。
圖16畫(huà)出一種無(wú)鉻交錯(cuò)PSM掩模布局。
圖17A和17B對(duì)2D無(wú)鉻交錯(cuò)PSM，分別畫(huà)出同軸和離軸照明時(shí)的衍射花樣。圖5的像表明非偏振光的極限孔距，圖上的C0和C45分別是垂直方向和對(duì)角線(xiàn)方向的反差。
圖18A和18B以無(wú)鉻交錯(cuò)PSM為例，畫(huà)出在空氣中(a)和在抗蝕劑中(b)的像。
圖19A、19B和19C表明用無(wú)鉻交錯(cuò)PSM和C-quad.的徑向偏振光，以最佳的焦距對(duì)孔距關(guān)系，得到的六個(gè)空氣中的像。
圖20A和20B是曲線(xiàn)，畫(huà)出空氣中像的特征對(duì)孔距關(guān)系。
圖21A和21B是定制偏振圖的例子。
圖22是浸沒(méi)像，情形是用對(duì)角四極的非偏振光和在n＝1.5上衰減6％的PSM。
圖23是在極遠(yuǎn)紫外輻射(EUV)條件下，以最佳焦距得到的空氣中的像。
本發(fā)明將參照所附各圖說(shuō)明。圖中首次出現(xiàn)的單元，通常用對(duì)應(yīng)的參考號(hào)碼中最左邊的數(shù)字表示。
具體實(shí)施例方式
目錄表1.系統(tǒng)總述2.討論和模擬結(jié)果A.引言B.分辨率B.1.理論的分辨率極限B.2.離軸照明光刻的分辨能力C.偏振C.1.模擬實(shí)驗(yàn)C.2.偏振對(duì)像質(zhì)量的作用C.3.偏振光，無(wú)鉻PSM，負(fù)光致抗蝕劑C.4.徑向偏振光，衰減相移掩模或二進(jìn)制掩模，和正光致抗蝕劑D.偏振與無(wú)鉻交錯(cuò)PSMD.1.與徑向偏振光、套疊的100-nm孔距的接觸孔結(jié)合的無(wú)鉻交錯(cuò)PSMD.2.全孔距性能，無(wú)鉻接觸孔與徑向偏振光D.3.定制偏振E.浸沒(méi)光刻F.EUV雖然討論的是特定的配置和安排，但應(yīng)當(dāng)指出，這只是為說(shuō)明的目的。本領(lǐng)域熟練人員將認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，可以使用其他的配置和安排。本領(lǐng)域熟練人員顯然知道，本發(fā)明同樣可以用于其他的各種應(yīng)用。
本發(fā)明提供用偏振光改進(jìn)光刻印刷的系統(tǒng)和方法。
1.系統(tǒng)總述圖1是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光刻系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括照明光源102。在一個(gè)實(shí)施例中，照明光源102沿光路發(fā)射預(yù)偏振的照明光。雖然本發(fā)明在本文中是參照預(yù)偏振照明光說(shuō)明的，但本領(lǐng)域熟練人員知道，非偏振照明光也可以使用。作為預(yù)偏振光的例子，照明光源102可以是發(fā)射激光束的激光器，該激光束具有成為近似線(xiàn)偏振的趨勢(shì)?；蛘撸梢园哑鹌骷釉谄裾彰鞴庠?02的激光發(fā)生器內(nèi)。
之后，預(yù)偏振光通過(guò)模式起偏裝置104。如在本文中使用的，模式起偏裝置104的定義，涵蓋任何起偏裝置，包括，但不限于，傳統(tǒng)的和定制的起偏器和波片。如果照明光源發(fā)射預(yù)偏振光，模式起偏裝置104可以是任何起偏裝置，諸如一個(gè)或多個(gè)起偏器或波片。如果照明光源發(fā)射非偏振光，模式起偏裝置104是起偏器而不是波片。
模式起偏裝置104把預(yù)偏振照明光整理為各種預(yù)定的方案，諸如偏振模式方案和強(qiáng)度模式方案。例如，模式起偏裝置104可以把預(yù)偏振照明光整理為徑向偏振光、切向偏振光、或有定制偏振的光。在一個(gè)實(shí)施例中，照明光是四極照明，如Cartesian四極(C-quad)照明。雖然本文使用四極照明作為例子，但本領(lǐng)域熟練人員知道，任何光源形式的照明都可以使用。
照明光照明掩模106。掩模106產(chǎn)生某種照明光中的設(shè)計(jì)。本領(lǐng)域熟練人員知道，掩模106可以是任何類(lèi)型的掩?；蜓谀０?。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，掩模106是二進(jìn)制掩模。在其他實(shí)施例中，掩模106是相移掩模(PSM)，例如無(wú)鉻PSM、交錯(cuò)PSM、或衰減PSM。
然后，包含掩模設(shè)計(jì)的光通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)108，該光學(xué)系統(tǒng)108進(jìn)一步調(diào)整和處理通過(guò)的光。投影光學(xué)系統(tǒng)108包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)單元。投影光學(xué)系統(tǒng)108產(chǎn)生的曝光光束，繼續(xù)沿光路傳播。
最后，曝光光束按該曝光光束載有的設(shè)計(jì)，使晶片曝光。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，晶片110涂敷了負(fù)光致抗蝕劑層。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，結(jié)合無(wú)鉻PSM、C-quad照明、和負(fù)光致抗蝕劑，使用徑向偏振光。即使在低k的應(yīng)用中，印刷各種孔距的接觸孔，也獲得非常高的像質(zhì)量。避免了禁戒孔距。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，晶片110涂敷了正光致抗蝕劑層。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，使用徑向偏振光照明掩模106，并產(chǎn)生曝光的光束。然后，在該曝光光束中使正的光致抗蝕劑層曝光。在另一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合衰減的相移掩?；蚨M(jìn)制掩模、標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)角四極照明、和正光致抗蝕劑，使用徑向偏振光。即使在低k的應(yīng)用中，印刷各種孔距的接觸孔，也獲得非常高的像質(zhì)量。
圖2是能實(shí)施本發(fā)明的另一個(gè)光刻系統(tǒng)例子200。偏振的照明光源102和掩模106實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)100說(shuō)明的相同功能。但是，在系統(tǒng)200中，模式起偏裝置202包括在投影光學(xué)系統(tǒng)之中。如同模式起偏裝置104一樣，模式起偏裝置202把預(yù)偏振照明光整理成各種預(yù)定的方案，諸如徑向偏振方案、切向偏振方案、或定制的偏振方案。進(jìn)一步整理和調(diào)整照明光的光學(xué)部件，可以放在模式起偏裝置202之前和/或之后。這些部件以投影光學(xué)裝置204A和投影光學(xué)裝置204B表示，這些光學(xué)部件產(chǎn)生的曝光光束繼續(xù)沿光路傳播。
經(jīng)過(guò)模式起偏裝置202和投影光學(xué)裝置204A和204B之后，偏振光使晶片110按掩模106產(chǎn)生的設(shè)計(jì)曝光。如參照?qǐng)D1所述，晶片110可以用正的或負(fù)的光致抗蝕劑層涂敷。
2.討論和模擬結(jié)果為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的各方面和特性，下面給出討論和模擬結(jié)果，但這不是對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明對(duì)若干用ProlithTM7.1光刻模擬系統(tǒng)印刷套疊的50/50-nm接觸孔的情況，作了比較，該P(yáng)rolithTM7.1光刻模擬系統(tǒng)可從KLA-Tencor公司購(gòu)得。使用的情況包括離軸四極照明及有最佳照明偏振的衰減相移掩模；結(jié)合特定偏振方案的交錯(cuò)相移掩模(CAPSM)；在157-nm波長(zhǎng)上有極高數(shù)值孔徑(NA)的浸沒(méi)光刻技術(shù)；和EUV光刻技術(shù)。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，離軸照明技術(shù)的極限能夠用徑向偏振推移，和如何能夠用掩模偏置(背景傳輸)使像優(yōu)化。分辨率的極限還能用2D無(wú)鉻交錯(cuò)PSM與徑向偏振的組合推移。利用本發(fā)明各實(shí)施例的徑向偏振增強(qiáng)，能夠獲得高反差的像，還能夠用負(fù)光致抗蝕劑以100-nm孔距印刷高質(zhì)量的接觸孔。按照本發(fā)明各實(shí)施例的徑向偏振，能在浸沒(méi)的應(yīng)用例子中進(jìn)一步增強(qiáng)像的質(zhì)量。本發(fā)明還把這些發(fā)現(xiàn)與遠(yuǎn)紫外輻射(EUV)波長(zhǎng)得到的結(jié)果比較，確認(rèn)在EUV波長(zhǎng)與低NA的像，也能給出印刷100-nm孔距接觸孔的優(yōu)良條件。
A.引言目前，制作有100-nm孔距的50-nm接觸孔，代表對(duì)光刻技術(shù)的挑戰(zhàn)。對(duì)半導(dǎo)體裝置工業(yè)，預(yù)計(jì)2008年要求能提供50nm的接觸孔。在EUV成為廣泛可用之前，為獲得該能力，要求當(dāng)前光刻技術(shù)有明顯的推進(jìn)。即使用157-nm波長(zhǎng)的高NA光學(xué)裝置，傳統(tǒng)的反差增強(qiáng)技術(shù)，如離軸照明和衰減PSM，不足以印刷足夠高質(zhì)量的100-nm孔距的接觸孔。對(duì)印刷100-nm孔距的接觸孔，除了以衰減PSM的四極照明外，還需要使用分辨率增強(qiáng)技術(shù)。為供參考，圖3A是有接觸孔的晶片例子的放大圖。抗蝕劑層302附著在晶片304表面304。光刻系統(tǒng)(未畫(huà)出)使抗蝕劑層302曝光，制作接觸孔306。圖3B是從晶片上面觀(guān)察的接觸孔圖形的像。
對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例的成組接觸孔，用模擬考察了本優(yōu)化印刷技術(shù)。本發(fā)明人使用ProlithTM7.1探索改進(jìn)接觸窗印刷能力的技術(shù)。首先，本發(fā)明人對(duì)高數(shù)值孔徑157-nm系統(tǒng)模擬常規(guī)光刻條件，并建立能夠以適當(dāng)?shù)南穹床钣∷⒌淖钚】拙唷Ｆ浯?，本發(fā)明人逐步修改該技術(shù)，改進(jìn)分辨能力。這樣，通過(guò)首先優(yōu)化照明的偏振，探索無(wú)鉻相移掩模，和之后引入縮短波長(zhǎng)方法如浸沒(méi)光刻和EUV光刻技術(shù)，從而，與離軸照明和衰減6％的相移掩模(PSM)的開(kāi)始條件相比，本發(fā)明演示了改進(jìn)的結(jié)果。
B.分辨率首先，就印刷接觸孔方面，考察分辨率的理論。該理論有助于解釋為何能夠提高系統(tǒng)對(duì)接觸孔陣列的分辨率。
B.1.理論的分辨率極限對(duì)x方向孔距px和y方向孔距py的2D周期圖形，掩模頻譜在反比于孔距的x和y分量的離散空間頻率上非零(fx,fy)=(npx,mpy)]]>這里n和m是整數(shù)(0，+/-1，+/-2，+/-3，等等)。
為對(duì)工作更為有利，常常用歸一化空間頻率(f^x,f^y)=(nλpx·NA,mλpy·NA)]]>至少，除零級(jí)外，透鏡必須捕獲頭三個(gè)衍射級(jí)，即(0，0)、(0，1)、(1，0)、和(1，1)級(jí)，確保足夠的分辨率。
對(duì)同軸照明，這一要求等價(jià)于f^x2+f^y2≤1]]>就是說(shuō)，把正方形裝進(jìn)單位半徑圓的一個(gè)象限內(nèi)(見(jiàn)圖4A中的衍射圖形)即，如果px＝py＝p，則p≥λNA·2]]>而對(duì)對(duì)角的離軸照明f^x2+f^y2≤2]]>就是說(shuō)，把正方形裝進(jìn)整個(gè)單位半徑圓內(nèi)(見(jiàn)圖4B中的衍射圖形)，即，如果px＝py＝p，則p≥λNA·22]]>利用該理論可以確定，在157-nm波長(zhǎng)和0.93NA，并對(duì)成組的接觸孔，能夠成像的理論上的極小孔距(在x和y方向)，對(duì)同軸照明是240nm，對(duì)離軸照明是120nm。本發(fā)明人進(jìn)行模擬，進(jìn)一步探索離軸的情形。
B.2.離軸照明光刻的分辨能力從常規(guī)的同軸照明改為離軸照明，能夠改進(jìn)分辨率。產(chǎn)生像的能力本身，沒(méi)有充分滿(mǎn)足某些質(zhì)量判據(jù)，以保證抗蝕劑中有足夠的處理曝光時(shí)間。要印刷套疊的接觸孔，假定反差和歸一化圖像對(duì)數(shù)斜率(NILS)分別必須大于0.5和1.5。請(qǐng)見(jiàn)Graeupner，P.，et al.，“Solutionsfor Printing sub-100nm contact with ArF”，SPIE 4691503(2002)。
對(duì)這些要求，本發(fā)明人確定在本例中能夠印刷套疊接觸孔的最小孔距。首先，考慮高質(zhì)量印刷低k的、成組接觸孔條件的例子。這些條件包括-0.9/0.1有對(duì)角線(xiàn)極的四極照明(這里0.9是各極離中心的距離，而0.1是極的半徑)-0.93NA-6％1∶1衰減PSM-非偏振光入射掩模版上通過(guò)逐步遞減孔距，只要圖形孔距是134nm(即67nm接觸孔和間隔)，空氣中像在孔距方向(C0)的反差能夠停在0.5以上。它與～1.5的NILS一致。得到的像示于圖5。
通過(guò)從同軸照明改變?yōu)殡x軸照明，接觸孔的印刷分辨率孔距，能夠從240nm改進(jìn)到134nm。顯然，當(dāng)使用略為不同的NA或四極時(shí)，上面定義的最小可分辨孔距應(yīng)有某種改變。該定義沒(méi)有考慮焦深(DOF)；預(yù)料最低可印刷孔距會(huì)更大。這個(gè)例子充分表明，必須使用頗不常規(guī)的手段，把分辨率極限推至100-nm孔距以下。
C.偏振文獻(xiàn)中有些參考文獻(xiàn)涉及“偏振匹配”，其中說(shuō)明，電場(chǎng)矢量重疊并導(dǎo)致最大干涉，最終導(dǎo)致最大的像質(zhì)量。請(qǐng)見(jiàn)Ma，Z.，et al，.“Impactof illumination coherence and polarization on the imaging ofattenuated phase shift masks”，SPIE 43461522(2001)。曾經(jīng)用線(xiàn)偏振來(lái)改進(jìn)適當(dāng)取向線(xiàn)條的像質(zhì)量，但對(duì)如本發(fā)明實(shí)施例的接觸孔，沒(méi)有建議特定的偏振方案。
下面的討論，揭示使用徑向和切向偏振光的效應(yīng)。這兩種偏振類(lèi)型增強(qiáng)了接觸孔的像質(zhì)量。雖然這里討論了徑向和切向偏振，本領(lǐng)域熟練人員利用本公開(kāi)的內(nèi)容知道，其他的偏振，包括定制的偏振，也能用于增強(qiáng)像的質(zhì)量。
下面除非另有說(shuō)明，均指NA為0.93、照明是0.9/0.1對(duì)角四極、和波長(zhǎng)是157.6nm。
C.1.模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)本工作使用的ProlithTM7.1模擬系統(tǒng)，提供三種偏振模式選擇，即x偏振光、y偏振光、和非偏振光。通過(guò)把x偏振和y偏振模式的空氣像相加，獲得非偏振模式的像。
模擬切向或徑向偏振光，是用ProlithTM7.1施行簡(jiǎn)單的掩模取向處理。取向處理的一個(gè)例子示于圖6。假定極足夠小，本發(fā)明人首先旋轉(zhuǎn)圖形45°。然后以x或y偏振光(對(duì)徑向用x偏振，對(duì)切向用y偏振)，用x取向的偶極照明，計(jì)算第一個(gè)像。其次，以x或y偏振光(對(duì)切向用y偏振，對(duì)徑向用x偏振)，用y取向的偶極照明，計(jì)算第二個(gè)像。最后，兩個(gè)像相加，獲得最后的像。
C.2.偏振對(duì)像質(zhì)量的作用為了比較，圖7A和7B按照本發(fā)明，分別表明用徑向和切向偏振的像。切向偏振和徑向偏振之間的差別，示于圖10A和圖10B。當(dāng)光是非偏振時(shí)，如視圖1002所示，偏振矢量的方向隨機(jī)改變。但是，一旦非偏振光通過(guò)切向起偏器1004，光成為切向偏振，如視圖1006所示。一旦它們成為切向偏振，偏振矢量是圍繞中心位置的均勻的圓。
徑向偏振的表現(xiàn)略有不同。如圖10B所示，當(dāng)非偏振光1002通過(guò)徑向起偏器1008時(shí)，光成為徑向偏振光1010。一旦徑向偏振化，偏振矢量均勻地從中心位置發(fā)出。
孔距方向，在圖7A和7B上以對(duì)角線(xiàn)表示。沿孔距方向的反差十分高，即對(duì)徑向偏振是0.88，而對(duì)切向偏振則十分低(0.19)。與孔距方向成45度上的反差，對(duì)兩種類(lèi)型偏振都是高的。
對(duì)徑向偏振光，通過(guò)改變接觸孔的寬度(即掩模偏置)，直至反差在垂直和對(duì)角線(xiàn)方向上相同(對(duì)切向偏置，沒(méi)有觀(guān)察到這種改進(jìn))。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，85nm的接觸孔寬度(即18-nm的掩模偏置)，在134nm的孔距上產(chǎn)生均勻的反差(約等于對(duì)角線(xiàn)和垂直反差)。
另外，修改掩模的背景透射率，可以獲得相同的效果。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，即使在離焦時(shí)，徑向偏振光得到的像質(zhì)量也優(yōu)于非偏振光產(chǎn)生的像質(zhì)量。
對(duì)優(yōu)化的照明偏振提供的分辨率改進(jìn)，進(jìn)行了考察。最小孔距能夠降低到125nm，并找到最佳的接觸孔寬度。對(duì)徑向偏振，可以在小的接觸孔寬度上觀(guān)察到強(qiáng)的旁瓣。該旁瓣隨著接觸孔寬度從50nm逐漸增加到75nm時(shí)消失。接著是圍繞接觸孔的更均勻分布的反差。這些結(jié)果表明，與非偏振光情形的30％NILS改進(jìn)相比，徑向偏振情形提供更多的改進(jìn)。圖8A-8C表明按照本發(fā)明的三種偏振狀態(tài)的比較。在這些圖的每一個(gè)中，都畫(huà)出孔距方向。圖8A是用非偏振四極照明，在75nm接觸孔寬度的空氣中的像。圖8B是用切向偏振四極照明，具有75nm接觸孔寬度的空氣中的像。最后，圖8C是用徑向偏振四極照明，再次在75nm接觸孔寬度的空氣中的像。
使照明偏振化，能夠改進(jìn)分辨率極限，從134nm降至125nm。這些圖都基于徑向偏振光的使用和0.5的最小反差要求(1.5的NILS要求)。
C.3.偏振光，無(wú)鉻PSM，負(fù)光致抗蝕劑在本發(fā)明的實(shí)施例中，用偏振光(徑向的或切向的偏振)照明相移掩模(PSM)，并產(chǎn)生曝光光束。然后，通過(guò)曝光光束中的光，使負(fù)光致抗蝕劑曝光?？梢允褂脽o(wú)鉻PSM。在一個(gè)實(shí)施例的例子中，結(jié)合無(wú)鉻PSM、Cartesian四極(C-quad)照明、和負(fù)光致抗蝕劑，使用徑向偏振光。即使在低k的應(yīng)用中，印刷成組的或套疊的接觸孔，也獲得非常高的像質(zhì)量。避免了禁戒孔距。
在一個(gè)例子中，結(jié)合無(wú)鉻PSM、Cartesian四極照明、和負(fù)光致抗蝕劑，使用徑向偏振光，把分辨率推到k＝0.29。本發(fā)明不限于Cartesian四極照明。還有的例子包括，但不限于，類(lèi)星體照明、有四重對(duì)稱(chēng)的照明、或任何其他近似于四極照明的照明。按照本發(fā)明人在PROLITHTM7.1系統(tǒng)上進(jìn)行的模擬，當(dāng)使用負(fù)光致抗蝕劑和徑向偏振照明時(shí)，出現(xiàn)近乎完美的像反差。
圖9A-9C表明，在本發(fā)明人獲得的模擬結(jié)果中，偏振對(duì)像質(zhì)量的作用。圖9A-9C所示結(jié)果，是使用157nm波長(zhǎng)、0.93的NA、和折射率1.78的抗蝕劑，對(duì)100nm孔距、無(wú)鉻PSM接觸孔模擬的。圖9A表明用非偏振光和四極照明獲得接觸孔不良反差的像。圖9B表明用切向偏振光和四極照明獲得接觸孔不良反差的像。圖9C表明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用徑向偏振光和四極照明獲得接觸孔高反差的像。
在本例中，三種偏振類(lèi)型的最小反差歸納于下

此外，本技術(shù)有潛在的能力，可用于甚至更低的k因子(如，k等于0.26而反差大于0.75)本情況表現(xiàn)出沒(méi)有禁戒孔距，如圖11A和11B所示。圖11A和11B是曲線(xiàn)，按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，在100nm到900nm的孔距范圍上，分別畫(huà)出CD(以nm為單位)和NILS。圖11A和11B表明，對(duì)所有模擬的孔距(100nm到900nm，步長(zhǎng)25nm)，NILS不低于2.9，這一事實(shí)表明，所有孔距能夠同時(shí)以良好的曝光感光度范圍印刷。
C.4.徑向偏振光，衰減相移掩?；蚨M(jìn)制掩模，和正光致抗蝕劑在本發(fā)明還有的實(shí)施例中，用徑向偏振光照明相移掩模(PSM)并產(chǎn)生曝光光束。然后，通過(guò)曝光光束中的光，使正光致抗蝕劑曝光。掩?？梢允撬pPSM或二進(jìn)制掩模。
衰減PSM 1200的例子示于圖12。為便于解釋?zhuān)徽f(shuō)明衰減PSM1200的方格1202。方格1202的中心部分1204是100％透射的面積，就是說(shuō)，使某些相位的所有光通過(guò)。例如，中心部分1204透射所有0°相位的光。方格1202的靠外部分1204產(chǎn)生衰減，方式是使較低百分比的另一相位的光透射。例如，如圖12所示，靠外部分1206只允許6％的180°相位的光通過(guò)。
另外，本發(fā)明可以使用二進(jìn)制PSM。圖13畫(huà)出二進(jìn)制PSM 1300的例子。為便于解釋?zhuān)徽f(shuō)明二進(jìn)制PSM 1300的方格1302。十分類(lèi)似于衰減PSM 1200的中心部分1204，二進(jìn)制PSM 1300的中心部分根毛細(xì)管，其直徑”D”為0.008英寸(大約0.20毫米)。
圖7與第二種構(gòu)形類(lèi)似，差別在于為了試驗(yàn)，頂端136僅只有單一的出口孔112，而不是在圖7中的兩個(gè)出口孔。為了試驗(yàn)的目的，將這兩種構(gòu)形標(biāo)記為“EMD噴嘴”。
用來(lái)確定液體的顆粒尺寸和速度的儀器是Aerometrics phase-doppler particle analyzer。采用標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)流量計(jì)確定流速。用來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)的液體是2號(hào)柴油燃料，它的密度為0.81g/ml，粘度為2.67centistokes。
在壓力250，1000和2000psi下超聲電源接通和關(guān)斷的條件下獲得數(shù)據(jù)。在下面的表I可以找到這些實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表。標(biāo)記為“合力(N/1000)”的那列數(shù)據(jù)是由速度和質(zhì)量流速的讀數(shù)計(jì)算出來(lái)的。
表1 AEROMETRICS試驗(yàn)的最后結(jié)果的匯總

的透明正方形組成，如圖16所示。掩模的布局，可參考Levenson，M.D.，et al.，“The vortex maskmaking 80nm contacts with a twist！”，SPIE 4889(2002)和Grassman，A.，et al.，“Contact hole production bymeans of crossing sudden phase shift edges of a single phase mask”，國(guó)際專(zhuān)利WO 01/22164A1(2001)。對(duì)無(wú)鉻掩模用同軸照明得到的該接觸孔陣列的衍射圖形，示于圖17A。
對(duì)同軸照明，沒(méi)有衍射級(jí)被透鏡捕獲，因?yàn)?0，0)、(1，0)、和(0，1)級(jí)是消光的。對(duì)離軸照明，按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，衍射級(jí)(1，1)的一族被移進(jìn)光瞳內(nèi)，如圖17B所示。利用這種布置能夠得到像。利用一個(gè)極，像等價(jià)于1D光柵。通過(guò)組合x(chóng)極和y極，產(chǎn)生2D像。圖18A和18B表明該2D像。通過(guò)對(duì)來(lái)自每一極的兩個(gè)干涉衍射級(jí)(在圖17B所示情形，x偏振光是最佳的)，使用最佳的偏振，能夠增強(qiáng)該像。類(lèi)似于用Cartesian四極的徑向偏振極。
在空氣中和抗蝕劑中的模擬(圖18A-B)是對(duì)0.93的NA、波長(zhǎng)157.6nm、和Cartesian四極照明(對(duì)角四極沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)，但可以使用)。四個(gè)極是徑向偏振的。只要接觸孔是用負(fù)光致抗蝕劑印刷，空氣中和抗蝕劑中兩種模擬都表現(xiàn)出近似完美的反差。NILS(只計(jì)算空氣中的)非常高(大于3，如圖18A所示)。
D.2.全孔距性能，無(wú)鉻接觸孔與徑向偏振光已經(jīng)說(shuō)明了光刻中的“禁戒”孔距?？梢?jiàn)Socha，R.，etal.，“Forbidden pitch for 130nm lithography and below”，SPIE40001140(2002)，和Shi，X.，et al.，“Understanding the forbidden pitchphenomenon and assist feature placement”，SPIE 4689985(2002)。對(duì)給定的照明角，禁戒孔距是在鄰近特征產(chǎn)生的場(chǎng)與主特征場(chǎng)干涉相消的位置。當(dāng)試圖以不同孔距印刷給定大小的接觸孔時(shí)會(huì)遇到困難。可見(jiàn)Graeupner等人的論述。本發(fā)明人使用普通的照明條件和普通的閾值，模仿同時(shí)曝光和估計(jì)任何重疊處理窗的界限。
為了該組模擬，構(gòu)成無(wú)鉻掩模的透明相位正方形(見(jiàn)圖16)的大小，以步長(zhǎng)25-nm，從100nm逐漸增加到1000nm。圖19A、19B、和19C表明按最佳焦距，對(duì)200-nm、300-nm、400-nm、500-nm、600-nm、和1000-nm孔距，從模擬獲得的各個(gè)像。
作為本發(fā)明的結(jié)果，接觸孔一般保持特別銳，且在大小上不隨孔距顯著改變。這是因?yàn)榻佑|孔是在相位正方形的角上形成。已經(jīng)計(jì)算了在100-nm孔距上印刷50nm接觸孔必需的閾值，并發(fā)現(xiàn)是0.28。在該閾值上，可見(jiàn)旁瓣在400nm到500nm之間的孔距上發(fā)展(見(jiàn)圖19B)，從而需要輔助特征來(lái)阻止旁瓣印刷在這些特定的孔距上。在其他孔距上不出現(xiàn)旁瓣，因而也不需要輔助特征。
已經(jīng)在0.28的閾值上，對(duì)所有孔距計(jì)算了NILS和接觸孔寬度(分別見(jiàn)圖20A和20B)。接觸孔寬度是在目標(biāo)閾值(在本情形是0.28)上圖形的寬度，而NILS是在同一閾值上圖形寬度的對(duì)數(shù)斜率。
如在圖20B中所示，接觸孔寬度幾乎隨小孔距(約200nm)的孔距線(xiàn)性變化；這是該像正好等于正交ID光柵之和的范疇。超出該范圍，更多的衍射級(jí)被收納在光瞳中。雖然這里沒(méi)有證明，但當(dāng)更多的衍射級(jí)對(duì)像有貢獻(xiàn)時(shí)，焦深(DOF)表現(xiàn)出從無(wú)限大(對(duì)理想的掩模、點(diǎn)光源、和波前)到有限的變化。
如在圖20A中所示，對(duì)本例考慮的所有孔距，NILS很好地保持在2.5以上。這一點(diǎn)表明，對(duì)所有孔距有良好的曝光感光度范圍。相反，接觸孔寬度從50nm變化到105nm(壞的孔距)并穩(wěn)定在約65nm上。這一點(diǎn)十分值得注意，它有利于掩模布局的簡(jiǎn)化、不依賴(lài)于孔距的圖形、和照明的優(yōu)化。請(qǐng)與Graeupner等人、Socha，R.，等人、和Shi，X.，等人的論述比較。
D.3.定制偏振在一個(gè)實(shí)施例中，用定制偏振光代替簡(jiǎn)單的徑向或切向偏振光。圖21A是示例性定制偏振模式的圖，圖上每一箭頭代表場(chǎng)矢量在光束特定部分的方向。圖21B是示例性定制偏振模式的另一個(gè)圖。與徑向偏振或切向偏振不同，定制偏振圖有非一致的偏振矢量排列。這些偏振矢量以圖21A和圖21B中的箭頭表示。在一個(gè)實(shí)施例中，定制偏振光以及徑向和切向偏振，能夠通過(guò)模式起偏裝置產(chǎn)生，例如模式起偏裝置104或202。在模式起偏裝置中的模式，是預(yù)先確定的，并且該模式起偏裝置可按需要改變，產(chǎn)生需要的偏振。照明的配置或照明光源上照明光的形狀，也能夠定制化。提供定制化照明，以及定制化的偏振及強(qiáng)度，可使印刷優(yōu)化。
E.浸沒(méi)光刻另一種光刻技術(shù)，即浸沒(méi)光刻技術(shù)，也可以用于本發(fā)明的接觸孔印刷。在浸沒(méi)光刻技術(shù)中，至少在如投影光學(xué)系統(tǒng)108的投影光學(xué)系統(tǒng)和如晶片110的晶片之間的空間，以液體填充。使用浸沒(méi)光刻技術(shù)，能夠把孔距分辨率極限從125nm擴(kuò)展到100nm。對(duì)模擬浸沒(méi)光刻技術(shù)，波長(zhǎng)被浸沒(méi)液體的折射率(如1.5)縮小。液體的NA能以適當(dāng)?shù)耐哥R設(shè)計(jì)達(dá)到1.395。圖22按照本發(fā)明，模擬浸沒(méi)光刻技術(shù)，圖上畫(huà)出100-nm孔距上50-nm接觸孔的像。超過(guò)1.74的NILS表明，這是對(duì)100-nm孔距上50-nm接觸孔的一種有生命力的光學(xué)光刻技術(shù)。
F.EUV還考察了EUV，因?yàn)樗峁┓浅６痰牟ㄩL(zhǎng)，因此在100-nm孔距上有高的k因子。使用典型的EUV條件(0.6PC，0.25NA，和用非偏振光的二進(jìn)制接觸孔掩模)，模擬空氣中的像確認(rèn)，EUV能夠印刷非常高質(zhì)量的100nm孔距上的50nm接觸孔像。按照本發(fā)明使用EUV的模擬結(jié)果，示于圖23。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，NILS和反差兩者，在0.4微米DOF上分別大于0.7和2.5；這表明，在正確的條件下，EUV可以提供牢靠的成像技術(shù)。
本發(fā)明人考慮了印刷100-nm孔距套疊接觸孔的若干情況，并發(fā)現(xiàn)，157-nm和高NA能以良好的像質(zhì)量印刷134-nm孔距的接觸孔。此外，徑向偏振，結(jié)合157nm的最新技術(shù)(衰減PSM、四極、等等)，與使用非偏振光比較，能夠得到引人注目的改進(jìn)。利用該技術(shù)分辨的最小孔距，是125nm。利用徑向偏振、C-四極、無(wú)鉻交錯(cuò)PSM、和負(fù)的光致抗蝕劑，人們能夠在157nm上，獲得100-nm孔距接觸孔的近乎完美反差的像。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在157nm上，這一情況是最好的。像質(zhì)量在全部孔距上保持幾乎恒定，且本發(fā)明人沒(méi)有觀(guān)察到禁戒孔距。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在157nm上和用1.5折射率的假設(shè)液體的浸沒(méi)技術(shù)，可以在100-nm孔距上得到高質(zhì)量的像，同時(shí)，EUV條件對(duì)100-nm孔距的接觸孔，可導(dǎo)致非常高質(zhì)量的像。
模擬結(jié)果歸納在下面的表中。

雖然上面已經(jīng)說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)指出，這些實(shí)施例僅作例子，而非限制。本領(lǐng)域熟練人員清楚，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，能夠改變本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不受前述示例性實(shí)施例的限制，只能按照隨后的權(quán)利要求書(shū)及其等價(jià)敘述規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種在晶片上印刷的方法，包括(a)以偏振的照明光產(chǎn)生曝光光束，其中的照明光是按照預(yù)定的偏振模式偏振的；(b)照明掩模，在曝光光束中產(chǎn)生像；和(c)用曝光光束中的光，使晶片上的光致抗蝕劑層曝光。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(a)還包括，按照徑向偏振模式，產(chǎn)生偏振的照明光。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(a)還包括，按照切向偏振模式，產(chǎn)生偏振的照明光。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(a)還包括，按照定制的偏振模式，產(chǎn)生偏振的照明光。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(a)還包括產(chǎn)生偏振的四極照明。
6.按照權(quán)利要求1的方法，在所述步驟(a)之前，還包括發(fā)射預(yù)偏振的光，以產(chǎn)生照明光。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(b)包括，照明掩模，以產(chǎn)生包括接觸孔的像。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(c)發(fā)生在液體中。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其中的掩模至少是下面一組掩模之一無(wú)鉻相移掩模、衰減相移掩模、和交錯(cuò)相移掩模。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其中的掩模是二進(jìn)制掩模。
11.一種在晶片上印刷的方法，包括(a)以偏振的照明光產(chǎn)生曝光光束，其中的照明光是按照預(yù)定的偏振模式偏振的；(b)照明無(wú)鉻相移掩模，在曝光光束中產(chǎn)生像；和(c)用曝光光束中的光，使晶片上的負(fù)光致抗蝕劑層曝光。
12.一種在晶片上印刷的方法，包括(a)以偏振的照明光產(chǎn)生曝光光束，其中的照明光是按照預(yù)定的偏振模式偏振的；(b)照明衰減相移掩模，在曝光光束中產(chǎn)生像；和(c)用曝光光束中的光，使晶片上的正光致抗蝕劑層曝光。
13.一種在晶片上印刷的方法，包括(a)以偏振的照明光產(chǎn)生曝光光束，其中的照明光是按照預(yù)定的偏振模式偏振的；(b)照明二進(jìn)制掩模，在曝光光束中產(chǎn)生像；和(c)用曝光光束中的光，使晶片上的正光致抗蝕劑層曝光。
14.一種在晶片上印刷的方法，包括(a)以預(yù)偏振光照明相移掩模；(b)整理所述預(yù)偏振光，產(chǎn)生曝光光束，其中，按照預(yù)定的偏振模式和強(qiáng)度模式，整理該預(yù)偏振光；和(c)用曝光光束使晶片上的光致抗蝕劑層曝光。
15.一種光刻系統(tǒng)，包括(a)發(fā)射沿光路的照明光的照明光源；(b)模式起偏裝置，把照明光源來(lái)的照明光，轉(zhuǎn)換為具有預(yù)定偏振模式的曝光光束；(c)在曝光光束中產(chǎn)生像的掩模；(d)重新傳播曝光光束的投影光學(xué)系統(tǒng)，以便在晶片上印刷。
16.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述照明光是預(yù)偏振的照明光，且其中所述模式起偏裝置是波片。
17.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述照明光是預(yù)偏振的照明光，且其中所述模式起偏裝置是起偏器。
18.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述照明光是非偏振的照明光，且其中所述模式起偏裝置是起偏器。
19.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，還包括(e)由曝光光束曝光的晶片。
20.按照權(quán)利要求19的光刻系統(tǒng)，還包括填充在所述投影光學(xué)系統(tǒng)于所述晶片之間的液體。
21.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述模式起偏裝置包括在投影光學(xué)系統(tǒng)之中。
22.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述預(yù)定偏振模式，是徑向偏振模式。
23.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述預(yù)定偏振模式，是切向偏振模式。
24.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述預(yù)定偏振模式，是定制的偏振模式。
25.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述掩模是下面一組掩模之一無(wú)鉻相移掩模、衰減相移掩模、二進(jìn)制掩模、和交錯(cuò)相移掩模。
26.按照權(quán)利要求15的光刻系統(tǒng)，其中所述像包括用于晶片的接觸孔。
27.一種在晶片上產(chǎn)生接觸孔的方法，包括(a)產(chǎn)生偏振的照明光束；(b)用偏振照明光束照明掩模，以建立曝光光束，其中所述掩模在曝光光束中產(chǎn)生接觸孔的像；和(c)用曝光光束使晶片曝光。
28.按照權(quán)利要求27的方法，其中所述步驟(b)還包括照明相移掩模。
29.按照權(quán)利要求27的方法，其中所述步驟(a)還包括產(chǎn)生徑向偏振的照明光束。
30.按照權(quán)利要求27的方法，其中所述步驟(a)還包括產(chǎn)生切向偏振的照明光束。
31.按照權(quán)利要求27的方法，其中所述步驟(a)還包括產(chǎn)生定制偏振的照明光束。
全文摘要
本發(fā)明提供用偏振光改進(jìn)光刻印刷的系統(tǒng)和方法。在本發(fā)明的實(shí)施例中，用偏振光(徑向或切向偏振的)照明相移掩模(PSM)并產(chǎn)生曝光光束。然后用曝光光束中的光，使負(fù)的光致抗蝕劑層曝光?？梢杂脽o(wú)隔的PSM。在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，用徑向偏振光照明掩模，并產(chǎn)生曝光光束。然后用曝光光束中的光，使正的光致抗蝕劑層曝光。掩模可以是衰減的PSM或二進(jìn)制掩模。即使在低k應(yīng)用中在各種孔距上印刷接觸孔，也能獲得非常高的像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G03F9/00GK1698011SQ200480000139
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
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