專(zhuān)利名稱(chēng)：高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置，屬于超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)設(shè)備分步重復(fù)投影光刻機(jī)和步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)光刻成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)超大規(guī)模集成電路器件的迫切需求，促進(jìn)了投影光學(xué)光刻技術(shù)的飛速發(fā)展，為了延長(zhǎng)投影光學(xué)光刻技術(shù)的極限和壽命，人們提出了各種各樣的提高光刻分辨力及改善焦深的方法。目前主要通過(guò)提高投影光刻物鏡的數(shù)值孔徑(NA)，縮短曝光波長(zhǎng)(λ)，提高工件臺(tái)的定位精度，再結(jié)合離軸照明、相移掩模、光瞳濾波、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正等波前工程技術(shù)，已經(jīng)使投影光刻達(dá)到了很高的分辨力。然而隨著數(shù)值孔徑的增大，曝光波長(zhǎng)的縮短，基于偏振性的矢量衍射效應(yīng)對(duì)光刻圖形的影響越來(lái)越大。基于偏振性的矢量成像控制已經(jīng)變得十分必要了。如光刻的最小特征尺寸接近和低于曝光波長(zhǎng)；高數(shù)值孔徑的投影光學(xué)系統(tǒng)的使用導(dǎo)致了入射光波嚴(yán)重傾斜；反射和由硅片空間形狀造成的各種影響；以及照明光在光刻膠中的散射效應(yīng)等等。因此在高數(shù)值孔徑投影光學(xué)光刻系統(tǒng)中，可以通過(guò)控制成像光束的偏振態(tài)來(lái)提高光刻成像系統(tǒng)的分辨力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置，在投影光刻物鏡光瞳面放置偏振光瞳器件對(duì)成像光束進(jìn)行偏振調(diào)制，提高光刻成像對(duì)比度，較大地提高投影光學(xué)成像光刻分辯力，同時(shí)也能增大焦深。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置包括橢球鏡、光源、高能量高均勻照明部件、掩模板、投影光刻物鏡及硅片，其特點(diǎn)在于在所述的投影光刻物鏡的光瞳面位置放置有對(duì)成像光束可進(jìn)行偏振調(diào)制的偏振光瞳器件。
所述的偏振光瞳器件為在石英基板上制作了若干個(gè)扇形區(qū)域構(gòu)成，每個(gè)扇形區(qū)域上制作了對(duì)成像光束進(jìn)行偏振調(diào)制的偏振膜層；偏振光瞳器件上的每一扇形區(qū)域都形成線偏振器，其偏振方向在光瞳的徑向。
本發(fā)明的原理是偏振光瞳器件使成像光束不受阻擋，改變了投影光學(xué)光刻成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳函數(shù)，以及光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，把光刻成像調(diào)制成S偏振成像，進(jìn)一步提高了成像質(zhì)量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明在投影光刻機(jī)的成像光刻物鏡光瞳面上直接加入偏振光瞳器件，改變了投影成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳函數(shù)，以及光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，對(duì)成像系統(tǒng)進(jìn)行了偏振調(diào)制，改善了系統(tǒng)傳輸特性，達(dá)到了提高投影成像光刻分辯力的目的。
(2)本發(fā)明克服了離軸照明和相移掩模低曝光容限、高鄰近效應(yīng)的不足，大幅度提高了投影光刻成像對(duì)比度。
(3)本發(fā)明在投影光刻成像系統(tǒng)中加入偏振光瞳器件，不影響原投影光刻機(jī)成像系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，因此可在設(shè)計(jì)制造光刻成像物鏡時(shí)就考慮加入，使光刻成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便；在超深亞微米級(jí)以及納米級(jí)范圍內(nèi)的微細(xì)圖形制作中，都可以應(yīng)用高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置，提高分辯力和焦深。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的偏振光瞳器件具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明成像光束在硅片面的S偏振成像示意圖；
圖4為本發(fā)明成像光束在硅片面的P偏振成像示意圖；圖5為本發(fā)明的成像對(duì)比度與數(shù)值孔徑的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明由橢球鏡1、光源2、高能量高均勻照明部件3、掩模板4、投影光刻物鏡5、偏振光瞳器件6及硅片7等構(gòu)成。光源2所發(fā)射的光被橢球鏡1收集，并將光聚集通過(guò)高能量高均勻照明部件3(均勻能夠達(dá)到±2.5％)照明掩模板4，而掩模板4上的超微細(xì)特征圖形通過(guò)投影光刻物鏡5投影成像于硅片7上。在投影光刻物鏡的光瞳面放置對(duì)成像光束進(jìn)行偏振控制的偏振光瞳器件。偏振光瞳器件使成像光束不受阻擋，改變了投影光學(xué)光刻成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳函數(shù)，以及光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，把光刻成像調(diào)制成S偏振成像，即不同級(jí)數(shù)的衍射光束的電場(chǎng)振動(dòng)方向相同，干涉效果最好，提高了光刻成像對(duì)比度，進(jìn)一步挖掘短波長(zhǎng)大數(shù)值孔徑投影光學(xué)光刻成像系統(tǒng)的光刻分辯力。
如圖2所示，偏振光瞳器件6是在石英基板9上制作的，偏振光瞳器件6上制作了若干個(gè)扇形區(qū)域10，每個(gè)扇形區(qū)域10上制作了對(duì)成像光束進(jìn)行偏振調(diào)制的偏振膜層8，偏振膜層的材料和厚度需要根據(jù)投影光刻曝光波長(zhǎng)來(lái)選擇，首先把石英板分成若干扇形，選定一個(gè)扇形，將偏振膜按所選定的扇形的徑向的切線作為線偏振方向沉積在石英板上，除了所選擇的扇形以外的偏振膜層被刻蝕掉。將制作好偏振膜層的扇形保護(hù)起來(lái)，再依次這樣鍍制下一扇形區(qū)域，直到制作好整個(gè)偏振光瞳器件。每一扇形區(qū)域10都形成一線偏振器，這樣將使投影光刻成像是S偏振成像，使投影光刻成像的光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值也最高，提高了成像對(duì)比度，其偏振方向在整個(gè)光瞳的徑向的切線方向，在圖2中用箭頭表示線偏振器的偏振方向。
如圖3、4所示，為在硅片面的偏振成像示意圖，代表的是兩種偏振成像，即S偏振成像、P偏振成像。在硅片上的成像主要由0級(jí)和±1級(jí)三束衍射光之間的干涉而形成，三束衍射光的干涉效應(yīng)如何，直接影響到成像的對(duì)比度。假設(shè)A+1級(jí)衍射光的傳播方向?yàn)?α，0，γ)，則S偏振成像和P偏振成像下的三束衍射光表示如下S偏振成像A0=12exp(ikz)---(1)]]>A+1=1πexp[ik(αx+γz)]---(2)]]>A-1=1πexp[ik(γz-αx)]---(3)]]>P偏振成像A0=12exp(ikz)---(4)]]>A+1=1π(γ-α)exp[ik(αx+γz)]---(5)]]>A-1=1π(α+γ)exp[ik(γz-αx)]---(6)]]>上面(1)～(6)式中的k是光波數(shù)，其值為2π/λ。
硅片上成像電場(chǎng)是由0級(jí)和±1級(jí)三束衍射光的電場(chǎng)的矢量和形成，則硅片上的像場(chǎng)表示為AS=12exp(ikz)+1πexp(ikγz)[exp(ikαx)+exp(-ikαx)]---(7)]]>AP=12exp(ikz)+γπexp(ikγz)[exp(ikαx)+exp(-ikαx)]]]>-απexp(ikγz)[exp(ikαx)-exp(-ikαx)]---(8)]]>由式(7)和(8)就可以得到硅片上空間像的強(qiáng)度分布，其表達(dá)式如下IS(x)=14+2πcos(kαx)cos([k(1-γ)z]+4π2cos2(kαx)---(9)]]>IP(x)=14+2γπcos(kαx)cos[k(1-γ)z]]]>4π2[α2+(γ2-α2)cos2(kαx)]---(10)]]>則S偏振成像和P偏振成像光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值可以通過(guò)式(9)和(10)
計(jì)算出。
LSS=4λα---(11)]]>LSP=4λα(1-α2)21+16α2/π2---(12)]]>從式(11)和(12)可以得到S偏振成像比P偏振成像有更高的光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值，這是因?yàn)樵谑?12)中，除了具有4λ/α外，還有一個(gè)小于1的系數(shù)。在傳統(tǒng)的非偏振成像中，光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值是S偏振成像和P偏振成像這兩種情況的光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值的平均，因此S偏振成像比非偏振成像具有更高的光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值。在S偏振成像時(shí)，在硅片上成像的三束衍射光的電矢量振動(dòng)方向都是相同的(如圖3所示)，都垂直于入射面，因此三束衍射光之間的干涉效應(yīng)達(dá)到最好，相應(yīng)的光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值也最高；而在P偏振成像時(shí)，在硅片上成像的三束衍射光的電矢量的振動(dòng)方向隨著每一衍射光束傳播方向的角度而改變(如圖4所示)，三束衍射光之間的干涉效應(yīng)就不如S偏振成像時(shí)，相應(yīng)的光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值也不如S偏振成像的?？傊赟偏振成像、P偏振成像和非偏振成像成像中，S偏振成像具有最高的光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值。
如圖5所示，為的成像對(duì)比度與數(shù)值孔徑的關(guān)系曲線，從圖5可知，P偏振成像時(shí)，隨著數(shù)值孔徑的增加，對(duì)比度下降是很顯著的；S偏振成像時(shí)，對(duì)比度明顯比P偏振高，而且隨著數(shù)值孔徑的增加而有所提高；由于傳統(tǒng)的非偏振光照明成像中，光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值是S偏振光和P偏振光的光強(qiáng)對(duì)數(shù)斜率值的平均，其對(duì)比度處于兩者之間。
權(quán)利要求
1.高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置，包括橢球鏡(1)、光源(2)、均勻照明部件(3)、掩模板(4)、投影光刻物鏡(5)、偏振光瞳器件(6)及硅片(7)，其特征在于在投影光刻物鏡(5)的光瞳面放置有對(duì)成像光束進(jìn)行偏振調(diào)制的偏振光瞳器件(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置，其特征在于所述的偏振光瞳器件(6)為在石英基板(9)上制作若干個(gè)扇形區(qū)域(10)構(gòu)成，每個(gè)扇形區(qū)域(10)上制作有對(duì)成像光束進(jìn)行偏振調(diào)制的偏振膜層(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置，其特征還在于所述的偏振光瞳器件(6)的石英基板(9)上的每一扇形區(qū)域(10)都形成一個(gè)線偏振器，其偏振方向在光瞳的徑向。
全文摘要
高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置，包括橢球鏡、光源、高強(qiáng)度高均勻照明部件、投影光刻物鏡及硅片等，其特征在于在投影光刻物鏡的光瞳面位置，放置對(duì)成像光束可進(jìn)行偏振控制的偏振光瞳器件，偏振光瞳器件使成像光束不受阻擋，改變了投影光學(xué)光刻成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳函數(shù)，以及光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，把光刻成像調(diào)制成S偏振成像，進(jìn)一步提高了成像質(zhì)量。本發(fā)明的高數(shù)值孔徑光刻成像偏振控制裝置對(duì)光刻成像系統(tǒng)的成像特性進(jìn)行了調(diào)制，提高了光刻成像對(duì)比度，進(jìn)一步挖掘短波長(zhǎng)高數(shù)值孔徑投影光學(xué)光刻成像系統(tǒng)的光刻分辨力。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1645258SQ200510011240
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者余國(guó)彬, 姚漢民, 邢廷文, 胡松, 唐小萍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所