CN101782721A

CN101782721A - 光刻装置和方法

Info

Publication number: CN101782721A
Application number: CN200910045979A
Authority: CN
Inventors: 刘庆炜
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-07-21

Abstract

一种光刻装置和方法，其中，光刻装置包括：照明单元，用于提供原始入射光线；掩模单元，用于提供转移图案，所述原始入射光线在所述转移图案上发生衍射，产生包含零级光和一级光的多级衍射光；透镜，用于聚焦所述多级衍射光；光阑，用于与所述透镜相配合，在第一平面形成关于所述转移图案的像；其中，在所述透镜和所述光阑之间，还包括：调整单元，用于对从所述透镜出射的多级衍射光进行光路调整，使进入所述光阑成像的至少包括一级光。本发明提高了成像的准确性，有效地提升了生产效率。

Description

光刻装置和方法

技术领域

本发明涉及光刻工艺技术，特别是光刻技术中提高分辨率的光刻装置和方法。

背景技术

随着半导体制造技术的发展，特征尺寸越来越小，对光刻工艺技术中分辨率的要求就越来越高。

光刻分辨率是指通过光刻机在硅片表面能曝光的最小特征尺寸，是光科技重要的性能指标之一。分辨率越小，光刻机性能越好。对透镜而言，光刻分辨率与入射光的波长成正比、与透镜的数值孔径或透镜的折射率成反比。具体来说，对于光刻分辨率R，存在这样的关系：，其中，λ为入射光波长，NA为透镜的数据孔径，σ为透镜的折射率。

现有技术中有很多种提高光刻分辨率的方法，其中有一类，为减小所采用的入射光波长λ，也就是采用波长更短的光源，比如采用g线、I线、KrF、ArF等。这种方法对光源的要求比较高，而且随着入射光的波长变短，其衍射效应增强，使得无论是在掩模板的制作过程中以及光刻的过程中，都不得不考虑到其所带来的衍射效应的影响，增加了后序工艺的复杂度，另外，由于受到材料本身的限制，获取越来越短波长的光源的难度越来越大，对R的改变有限。

另一类方法为，通过改变透镜自身的材料以增加其数值孔径NA或者折射率σ。对于非浸没式光刻来说，由于NA小于1，增加NA也就是尽可能地使其值接近于1，受到透镜自身材料的限制，这种方法对R改变有限；而对于浸没式光刻来说，虽然可以得到大于1的NA，但是这种方法尚处于研究阶段，不能满足实际生产需要，并且无法与非浸没式光刻机台相兼容，往往需要更换整个光刻系统，成本很高。

因此，采用上述两类现有技术，要不就是对光刻分辨率R的改变有限，要不就是需要对非浸没式光刻系统或相关工艺步骤做较大调整，都不理想。

目前较常用的一种光刻分辨率增强技术为离轴照明方法(OAI)。在传统的光刻成像系统中，参考图1，根据光学原理，掩模101上的转移图案经过投影系统成像时，由于数值孔径大小有限，高频部分，即+1级光和-1级光，不能进入光阑102，对成像103无贡献，导致对比度降低并影响成像质量。而OAI改变了传统照明的方法。参考图2，在采用OAI的曝光系统中，掩模上的照明光线都与投影物镜主光轴202有一定的夹角，入射光经掩模201发生衍射，参与成像。通过OAI的应用，可以提高光刻系统的光刻分辨率、焦深与成像对比度。

OAI应用中，零级光和高频部分需要满足以对称的入射角进入透镜，但是随着半导体器件的小型化，转移图案的关键尺寸越来越小，零级光和高频光无法满足这样的入射条件时，将影响成像质量，甚至无法成像。申请号为98124037.2、名称为“离轴照明掩模板”的中国发明专利申请中通过在掩模板上表面刻蚀相应宽度和形状的相位光栅或图形，使掩模板本身具有离轴照明功能，然而当转移图案尺寸变得很小时，仍然无法避免成像质量受到影响。

发明内容

本发明解决的问题是在离轴照明方法中，由于转移图案的关键尺寸变小，入射光线无法满足离轴照明成像的入射条件，而影响成像。

为解决上述问题，本发明提供了一种光刻装置，包括：照明单元，用于提供原始入射光线；掩模单元，用于提供转移图案，所述原始入射光线在所述转移图案上发生衍射，产生包含零级光和一级光的多级衍射光；透镜，用于聚焦所述多级衍射光；光阑，用于与所述透镜相配合，在第一平面形成关于所述转移图案的像；其中，在所述透镜和所述光阑之间，包括：调整单元，用于对从所述透镜出射的多级衍射光进行光路调整，使进入所述光阑成像的光至少包括零级光和一级光。

可选的，所述调整单元包括与所述透镜同光轴的直角棱镜。

可选的，所述对从透镜出射的多级衍射光进行光路调整包括：通过直角棱镜，使所述多级衍射光线产生了聚敛。

可选的，所述照明单元为强UV光源。

本发明还提供了一种光刻方法，包括：提供原始入射光线；使所述原始入射光线在所述转移图案上发生衍射，获得包含零级光和一级光的多级衍射光；聚焦所述多级衍射光；所述聚焦的光线在第一平面成像；其中，在所述聚焦的光线在第一平面成像之前，还包括：对所述聚焦的多级衍射光进行光路调整，使进行成像的光线至少包括一级光。

可选的，所述对所述聚焦的多级衍射光进行光路调整包括：使所述多级衍射光进行聚敛。

可选的，所述使多级衍射光进行聚敛包括：使一级光进一步聚焦。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过在透镜和光阑之间设置调整单元，对聚焦的多级衍射光进行光路调整，使进入光阑成像的至少包括一级光，从而提高了成像的准确性，有效地提升了生产效率。

附图说明

图1是传统光刻成像系统结构及系统中光路的示意图；

图2是现有离轴照明光刻系统结构及系统中光路的示意图；

图3是转移图案的关键尺寸很小时，现有离轴照明光刻系统中光路的示意图；

图4是本发明提高光刻分辨率的光刻装置实施方式的结构示意图；

图5是本发明提高光刻分辨率的光刻装置具体实施例的结构示意图；

图6是采用传统光刻设备对转移图案进行曝光所获得的关于截线距离的亮度分布图；

图7是采用本发明光刻装置具体实施例对转移图案进行曝光所获得的关于截线距离的亮度分布图；

图8是本发明提高光刻分辨率的光刻方法实施方式的流程示意图。

具体实施方式

参考图3，入射光线经过转移图案301发生衍射。对于相同波长的光，转移图案的关键尺寸越小，其衍射角越大。当转移图案具有非常小的关键尺寸时，衍射之后的+/-1级光以及更高阶的衍射光由于具有较大的衍射角，经物镜聚焦之后，被光阑所遮挡，而零级光则仍然能进入光阑，参与成像。但是由于零级光为不包含任何空间信息的平面波，转移图案的空间信息包含在一级光中，因此，在晶片上无法形成转移图案。

参考图4，本发明提供了一种光刻装置，包括：照明单元401，用于提供原始入射光线；掩模单元402，用于提供转移图案，所述原始入射光线在所述转移图案上发生衍射，产生包含零级光和一级光的多级衍射光；透镜403，用于聚焦所述多级衍射光；光阑404，用于与透镜403相配合，在第一平面形成关于所述转移图案的像；其中，在透镜403和光阑404之间，还包括：调整单元405，用于对从透镜403出射的多级衍射光进行光路调整，使进入光阑404成像的至少包括一级光。

下面结合附图和具体实施例，对本发明实施方式进行进一步说明。

具体来说，调整单元405接收从透镜403出射的会聚的零级光、一级光以及更高阶的衍射光，调整这些多级衍射光的光路，使零级光和一级光经过光路调整，出射光线进入光阑404。

在具体实施例中，调整单元405可为直角棱镜。参考图5，所述直角棱镜502光心在经过透镜501光心，并且垂直于光阑503平面的直线上，即所述直角棱镜502与透镜501同光轴。经透镜501聚焦的多级衍射光由直角棱镜502的斜面入射，由直角棱镜502的底边出射。根据光学原理，光线在棱镜内部产生至少两次折射，使得出射光线较入射光线更为靠近光轴，也就是说，通过所述直角棱镜502，使多级衍射光线产生了聚敛。

根据实际情况，例如光阑大小、透镜折射率、透镜与光阑间距等参数，可对直角棱镜的材料、大小、位置进行调整。举例来说，通过增加透镜的折射率，可增大棱镜所能接受的光的入射角，从而增加折射角，使得更多的折射光能通过固定的光阑大小。

在其它实施例中，调整单元还可为不同形状的棱镜，其光心在经过所述透镜501中心，且垂直于所述光阑503平面，即与所述透镜501同光轴。在其它实施例中，可采用其它形状的透镜，接收零级光和一级光。

以对具有160nm空间周期的转移图案进行曝光为例。

采用传统光刻设备对所述转移图案进行曝光，并沿着截线距离，对亮度值进行采集和拟合，获得关于截线距离的亮度分布图。参考图6，曲线峰段为透光部分，谷段为不透光部分。随着截线距离的增加，亮度变化不明显，透光处和不透光处的光强差别不大，也造成了所成图像的解析度不够，无法反应所述转移图案的信息。

采用本发明光刻装置具体实施例对所述转移图案进行曝光，并同样地，沿着截线距离，对亮度值进行采集和拟合，获得关于截线距离的亮度分布图。参考图7，曲线峰段为透光部分，谷段为不透光部分。随着截线距离的增加，亮度变化比较明显，很明显区别出透光处和不透光处。可以看到，采用本发明光刻装置具体实施例，即使转移图案具有很小的关键尺寸，仍然能保持较好的成像效果，从而提高了光刻过程中图形转移的准确性。

此外，在其它的实施例中，照明单元401可包括双级照明或四级照明，当转移图案为单一方向的密集线条时，可采用双级照明，而当转移图案包含两个相互垂直方向上的线条时，可采用四级照明，获得更好的效果。对于具有固定栅距以及任意方向的线条的转移图案，通常可采用环形照明。具体来说，所述照明单元401可采用强UV光源。

掩模单元402可为掩模板，用以提供待转移的转移图案。常见的掩膜板包括：铬版、干版，凸版、液体凸版，主要分为基板和不透光材料两个组成部分。基板通常是高纯度，低反射率，低热膨胀系数的石英玻璃。不透光材料视不同种类的掩模板而有所不同，具体来说，铬版的不透光层是通过溅射的方法镀在玻璃下方厚约0.1um的铬层。干版涂附的为乳胶，此外，也还有包膜和超微颗粒干版。照明单元401提供的原始入射光线照射在掩模板上，由于转移图案的存在，光线产生衍射效应。进一步地，可产生多级衍射光，其中至少包括零级光、一级光。

本发明具体实施例可适用于各种投影式光刻装置。

参考图8，本发明还提供一种光刻方法，包括：步骤S100，提供原始入射光线；步骤S200，所述原始入射光线在所述转移图案上发生衍射，获得包含零级光和一级光的多级衍射光；步骤S300，聚焦所述多级衍射光；步骤S400，所述聚焦的光线在第一平面成像；其中，在步骤S300和步骤S400之间，还包括：步骤S310，对所述聚焦的多级衍射光进行光路调整，使进行成像的光线至少包括一级光。

其中，步骤S310中，所述光路调整包括使多级衍射光进行聚敛，尤其是使一级光进一步聚焦。

经过步骤S200之后，获得多级衍射光，但是各级衍射光具有不同的衍射方向，因此当经过步骤S300对多级衍射光进行聚焦的过程中，由于入射角的差异，各级衍射光的出射光线也具有不同的出射角。由于各级衍射光的出射光线透过光阑，在像素阵列上进行成像。而当衍射光太过分散时，将被光阑遮挡，从而无法传递完整的图像信息，导致无法成像，或所成像与实际图像不相符。

因此，通过步骤S310，对各级衍射光进行聚敛，特别是对一级光进行进一步聚焦，至少使一级光能进入光阑。由于一级光包含了转移图案的空间信息，因此将使得所成像与转移图案相符。

相对于现有技术，本发明通过在透镜和光阑之间设置调整单元，对聚焦的多级衍射光进行光路调整，使进入光阑成像的至少包括一级光，从而保证了成像的准确性，提高了生产效率。并且本发明在基本不改变现有机台结构的基础上，使成像效果得到显著的提高，节约了成本。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但这些较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种改正和补充，因此，本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

Claims

1.一种光刻装置，包括：照明单元，用于提供原始入射光线；掩模单元，用于提供转移图案，所述原始入射光线在所述转移图案上发生衍射，产生包含零级光和一级光的多级衍射光；透镜，用于聚焦所述多级衍射光；光阑，用于与所述透镜相配合，在第一平面形成关于所述转移图案的像；其特征在于，在所述透镜和所述光阑之间，包括：

调整单元，用于对从所述透镜出射的多级衍射光进行光路调整，使进入所述光阑成像的光至少包括零级光和一级光。

2.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述调整单元包括与所述透镜同光轴的直角棱镜。

3.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述对从透镜出射的多级衍射光进行光路调整包括：通过直角棱镜，使所述多级衍射光线产生了聚敛。

4.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述照明单元为强UV光源。

5.一种光刻方法，包括：提供原始入射光线；使所述原始入射光线在所述转移图案上发生衍射，获得包含零级光和一级光的多级衍射光；聚焦所述多级衍射光；所述聚焦的光线在第一平面成像；其特征在于，在所述聚焦的光线在第一平面成像之前，还包括：对所述聚焦的多级衍射光进行光路调整，使进行成像的光线至少包括一级光。

6.如权利要求5所述的光刻方法，其特征在于，所述对所述聚焦的多级衍射光进行光路调整包括：使所述多级衍射光进行聚敛。

7.如权利要求6所述的光刻方法，其特征在于，所述使多级衍射光进行聚敛包括：使一级光进一步聚焦。