CN100562801C - 光栅偏振掩模板及其在投影光刻系统中的应用 - Google Patents

光栅偏振掩模板及其在投影光刻系统中的应用 Download PDF

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Abstract

光栅偏振掩模板，属于对投影光学光刻系统中掩模板结构的进一步优化设计，其特征是根据掩模板上特征图形的特征线宽，在掩模特征图形上刻蚀一定宽度和深度的光栅偏振结构，将产生偏振光的光栅结构和传统掩模板结合为一体，使掩模板本身具有输出偏振光的功能，光栅偏振掩模通过控制电场矢量的矢量方向来控制电场的空间相干，达到提高分辨力的目的，而且光栅偏振掩模板上的光栅偏振结构将使不透光区域相邻的透光区域上透过偏振方向相互垂直的线偏振成像光束，则相邻图形的像在硅片上不会产生干涉效应，故邻近效应小，可进一步提高投影光学光刻成像光刻分辨力，进一步挖掘短波长高数值孔径投影光学光刻成像系统的光刻分辨能力，而投影光刻设备不需作任何改动，用于超深亚微米和百纳米级的投影光学光刻。

Description

光栅偏振掩模板及其在投影光刻系统中的应用
所属技术领域
本发明是一种光栅偏振掩模板，属于分步重复投影光学光刻系统和步进扫描投影光学光刻系统中掩模板结构的进一步优化设计。
背景技术
随着现代微电子技术向高集成度超微细化方向发展，不断提高制作微细图形的投影光刻设备所能达到的光刻分辨力水平，成为现代光刻技术急需解决的核心问题。由于“下一代”光刻技术(如EUV光刻技术、电子束投影光刻技术、X射线光刻技术等等)仍处于研究阶段，并且其技术、设备和工艺十分昂贵，加之光学光刻技术的成熟性以及设备的进步和广泛应用，所以，研究、开发和应用光刻分辨力增强技术对于推进光刻极限和促进光刻技术、设备和IC工业的发展具有十分重要的意义。相移掩模技术的应用，在某种程度上提高了分辨力，但随着光刻线条基本周期的减少，投影光刻物镜数值孔径的增大，曝光波长的缩短，基于偏振性的矢量衍射效应对光刻图形的影响越来越大，相移掩模就不能保证高质量的成像；而且最佳相移器的设计、位置放置难度大，制造成本高，上述不足难以满足需要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：克服上述技术的不足，利用成像光束的振幅和相位以外的第三信息-偏振，而提供一种将传统掩模和光栅偏振结构结合为一体的光栅偏振掩模板，通过控制电场矢量的矢量方向来控制电场的空间相干，从而达到提高分辨力的目的。
本发明的目的技术解决方案为：光栅偏振掩模板，其特点在于：在石英基底上覆盖一层不透光的金属膜，在金属膜上刻蚀有需要光刻的特征图形，根据掩模上的特征图形，在掩模特征图形上刻蚀相应宽度和深度的光栅偏振结构，光栅偏振结构的光栅周期P为(0.25～0.5)λ，其中λ为投影光学光刻系统的曝光波长，光栅偏振结构的刻蚀深度相同，其值h为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期。
根据掩模上的特征图形，在掩模特征图形上刻蚀有同特征图形线条方向平行或垂直的光栅偏振结构；或在掩模特征图形的不透光区域相邻的透光区域上一方刻蚀有同特征图形线条方向平行的光栅偏振结构，另一方刻蚀有同特征图形线条方向垂直的光栅偏振结构。
采用上述的光栅偏振掩模板的投影光刻系统，包括光源、椭球镜、照明光源、照明光学系统、投影光刻物镜和硅片，其特征在于：照明光学系统和投影光刻物镜之间加入所述的光栅偏振掩模板，照明光源发出的照明光由椭球镜收集，通过照明光学系统，照射在光栅偏振掩模板上，光栅偏振掩模板上的特征图形产生不同级次的衍射成像光束，而且在光栅偏振掩模板上的不同光栅偏振结构产生不同偏振方向的成像光束，成像光束由投影光刻物镜收集并投影成像在硅片上。
本发明与已有技术相比，具有以下优点：
(1)将产生偏振光的光栅偏振结构和传统掩模板结合为一体结构，使掩模板本身具有输出偏振光的功能，保证了掩模对成像光束有足够的透过率，而且能使成像光强的分布随着线条方向而扩散，提高了分辨力，而投影光刻设备不需作任何改动。
(2)光栅偏振掩模板利用偏振方向相互垂直的成像光束不产生干涉效应，使掩模上相邻图形透过偏振方向互相垂直的光，能减小邻近效应，提高光刻分辨力。
(3)在超深亚微米和百纳米级的投影光学光刻中，可以应用本发明光栅偏振掩模板，提高分辨力，在接近式光刻中应用也可提高光刻分辨力。
附图说明
图1为本发明光栅偏振掩模板实施例1的主视示意图；
图2为本发明光栅偏振掩模板实施例1的剖视示意图；
图3为本发明光栅偏振掩模板实施例2的主视示意图；
图4为本发明光栅偏振掩模板实施例2的剖视示意图；
图5为本发明光栅偏振掩模板实施例3的主视意图；
图6为本发明光栅偏振掩模板实施例3的剖视示意图；
图7是本发明应用于投影光学光刻系统结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示为本发明实施例1，在石英基底7上覆盖了一层不透光的金属膜8，金属膜为铬、钼等，金属膜的厚度h为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期。在金属膜8上刻蚀有需要光刻的线条特征图形，根据掩模上的线条特征图形，在掩模线条特征图形内刻蚀有光栅偏振结构，光栅偏振结构的光栅周期P为(0.25～0.5)λ，其中λ为投影光学光刻系统的曝光波长；光栅周期P具体确定为mλ/(n±sinθ)，其中m为衍射光束的衍射级次，λ为投影光学光刻系统的曝光波长，n为所叙述的金属膜的折射率，θ为入射角度。光栅偏振结构的刻蚀深度h为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期，而且刻蚀的光栅偏振结构同掩模的特征图形线条方向平行。这样的光栅偏振掩模板不但具有输出偏振光的功能，还能控制电场矢量的矢量方向来控制电场的空间相干，使成像光束的光强分布随着线条方向而扩散，保证了掩模对成像光束有足够的透过率，提高了分辨力。
如图3、4所示为本发明实施例2，在石英基底7上覆盖了一层不透光的金属膜8，金属膜为铬、钼等，金属膜的厚度h为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期。在金属膜8上刻蚀有需要光刻的线条特征图形，根据掩模上的线条特征图形，在掩模线条特征图形内刻蚀有光栅偏振结构，光栅偏振结构的光栅周期P为(0.25～0.5)λ，其中λ为投影光学光刻系统的曝光波长；光栅周期P具体确定为mλ/(n±sinθ)，其中m为衍射光束的衍射级次，λ为投影光学光刻系统的曝光波长，n为所叙述的金属膜的折射率，θ为入射角度。光栅偏振结构的刻蚀深度h为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期，而且刻蚀的光栅偏振结构同掩模的特征图形线条方向垂直。这样的光栅偏振掩模板不但具有输出偏振光的功能，还能控制电场矢量的矢量方向来控制电场的空间相干，使成像光束的光强分布随着线条方向而扩散，保证了掩模对成像光束有足够的透过率，提高了分辨力。
图5、6所示为本发明实施例3，在石英基底7上覆盖了一层不透光的金属膜8，金属膜为铬、钼等，金属膜的厚度h为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期。在金属膜8上刻蚀有需要光刻的线条特征图形，根据掩模上的线条特征图形，在掩模线条特征图形内刻蚀有光栅偏振结构，光栅偏振结构的光栅周期P为(0.25～0.5)λ，其中λ为投影光学光刻系统的曝光波长。光栅周期P具体确定为mλ/(n±sinθ)，其中m为衍射光束的衍射级次，λ为投影光学光刻系统的曝光波长，n为所叙述的金属膜的折射率，θ为入射角度。光栅偏振结构的刻蚀深度h为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期，而且在掩模特征图形的不透光区域相邻的透光区域上刻蚀有不同方向的光栅偏振结构，一方刻蚀有同特征图形线条方向平行的光栅偏振结构，另一方刻蚀有同特征图形线条方向垂直的光栅偏振结构。这样的光栅偏振掩模板将使不透光区域相邻的透光区域上透过偏振方向相互垂直的线偏振成像光束，由于相邻图形的像在硅片上不会产生干涉效应，故邻近效应小，可进一步提高投影光学光刻分辨力。
如图7所示，为本发明光栅偏振掩模板应用于投影光学光刻系统的结构示意图，照明光源2发出的照明光由椭球镜1收集，通过照明光学系统3，照射在光栅偏振掩模板4上，光栅偏振掩模板4上的特征图形产生不同级次的衍射成像光束，而且在光栅偏振掩模板4上的不同光栅偏振结构产生不同偏振方向的成像光束。成像光束由投影光刻物镜5收集并投影成像在硅片6上。投影光学光刻系统所用的本发明光栅偏振掩模板，由于掩模特征图形上刻蚀一定宽度和深度的光栅偏振结构，使掩模板本身具有输出偏振光的功能，而且能通过控制电场矢量的矢量方向来控制电场的空间相干，达到提高分辨力的目的。光栅偏振结构将使不透光区域相邻的透光区域上透过偏振方向相互垂直的线偏振成像光束，则相邻图形的像在硅片上不会产生干涉效应，邻近效应小，可进一步提高投影光学光刻成像光刻分辨力。

Claims (3)

1、光栅偏振掩模板，其特征在于：在石英基底上覆盖一层不透光的金属膜层，金属膜层的厚度为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期；在该金属膜上刻蚀有需要光刻的特征图形，根据掩模上的特征图形，在掩模特征图形上刻蚀相应宽度和深度的光栅偏振结构，光栅偏振结构的光栅周期P为(0.25～0.5)λ，其中λ为投影光学光刻系统的曝光波长，光栅偏振结构的刻蚀深度相同，其值h为(0.25～0.85)P，其中P为光栅偏振结构的光栅周期；光栅偏振结构的刻蚀深度与金属膜层厚度相等。
2、根据权利要求1所述的光栅偏振掩模板，其特征在于：根据掩模上的特征图形，在掩模特征图形上刻蚀有同特征图形线条方向平行或垂直的光栅偏振结构；或在掩模特征图形的不透光区域相邻的透光区域上一方刻蚀有同特征图形线条方向平行的光栅偏振结构，另一方刻蚀有同特征图形线条方向垂直的光栅偏振结构。
3、采用权利要求1所述的光栅偏振掩模板的投影光刻系统，包括光源、椭球镜、照明光源、照明光学系统、投影光刻物镜和硅片，其特征在于：照明光学系统和投影光刻物镜之间加入权利要求1所述的光栅偏振掩模板，照明光源发出的照明光由椭球镜收集，通过照明光学系统，照射在光栅偏振掩模板上，光栅偏振掩模板上的特征图形产生不同级次的衍射成像光束，而且在光栅偏振掩模板上的不同光栅偏振结构产生不同偏振方向的成像光束，成像光束由投影光刻物镜收集并投影成像在硅片上。
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