CN102749811A - 以倾斜掩膜板或晶片进行多焦点扫描 - Google Patents

以倾斜掩膜板或晶片进行多焦点扫描 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种以倾斜掩膜板或晶片进行多焦点扫描的方法，于光刻步进及扫描投影系统中实现于两或多个失焦位置之两或多个失焦晶片图像之分离重叠的方法。该方法包含使掩膜板及晶片中之一个相对于扫描方向倾斜，以及将光束分开于位于该掩膜板之不同失焦区中之至少两个发光区域。

Description

以倾斜掩膜板或晶片进行多焦点扫描
本申请为申请号为200510078229.8、申请日为2005年06月03日、最早优先权日为2004年06月04日、发明名称为“以倾斜掩膜板或晶片进行多焦点扫描”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺之光刻技术。更具体地说，本发明涉及用以改良光刻步进及扫描投影系统之晶片图像聚焦深度(DOF)的扫描方法。
背景技术
在制造工艺中已公知有光刻步进及扫描投影系统。图1为公知的光刻步进及扫描投影系统10的示意图。步进及扫描系统10包含光源12，用以产生光束；面镜及透镜系统16，用以控制光束；光学狭缝24，用以限制光束；以及成像透镜26，用以使受限制的光束聚焦于欲印刷之涂光刻胶的晶片20上。步进及扫描系统10亦可包含倾斜的晶片台18，用以支持及使欲印刷的晶片20倾斜；与/或一倾斜的掩膜板托架22，用以托住及使具有掩膜板图案之掩膜板倾斜。
图1之光刻步进及扫描投影系统10原本适用于自给定的掩膜板图案失焦之范围中重叠图像，因而造成DOF之改良。当图像重叠时，于聚焦图像中之较高对比可补偿失焦图像中之较低对比。因此，当聚焦平面上之图像对比更充足时，有提高结合图像的对比至线宽控制所需对比之空间。相对于扫描期间之光路径O，通过倾斜掩膜板22(图1)或晶片20(图2)，可简单地达成连续的失焦图像重叠。
然而，以此失焦图像之连续重叠改良DOF比简单地重叠两个分开的失焦图像更没有效果。更特别地，图3表示具有DOF约0.236微米(于9.5%曝光宽容度下)之连续重叠的接触孔晶片图像之曝光-失焦图。曝光条件设定为数值孔径(NA)=0.2，σ(sigma)=0.5(针对间距=70纳米之接触孔而言，系于曝光辐射波长(λ)=13.4纳米下)，且名义临界尺寸(CD)=35纳米。参数σ为孔径比，即聚光透镜的NA对成像透境的NA之比例，此代表发光及图像系统部分同调性之程度。由图3可发现，以倾斜掩膜板或晶片扫描，产生约0.96微米范围之连续失焦晶片图像。就另一方面而论，图4表示使用两个接触孔晶片图像(位于不同的失焦位置)之分离重叠曝光之接触孔图像的曝光-失焦图。可发现使用失焦距离(即两个失焦位置之间的距离)为0.48微米之图像分离重叠之扫描，于大体上相同的能量宽容度下，产生约0.415微米之DOF。
因此，需要一种于光刻步进及扫描投影系统中实现于不同失焦位置之两或多个失焦晶片图像之分离重叠的方法。
发明内容
本案公开一种于光刻步进及扫描投影系统中实现两或多个失焦晶片图像之分离重叠的方法。该方法包含使掩膜板及晶片中之一个相对于扫描方向倾斜，以及将光束分裂为位于该掩膜板之不同失焦区中之至少两个发光区域。
本案亦公开一种可于不同失焦位置分离重叠两或多个失焦晶片图像之光刻步进及扫描投影系统。系统包含光源，用以产生光束，以及倾斜晶片台，用以托住欲印刷的晶片。系统使掩膜板及晶片中之一个相对于扫描方向倾斜，以及将光束分开于位于该掩膜板之不同失焦区中之至少两个发光区域。
附图说明
为让本发明之上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图之详细说明如下：
图1是依倾斜掩膜板模式扫描之光刻步进及扫描投影系统之一例示实施例的示意图。
图2是依倾斜晶片模式扫描之图1的光刻步进及扫描投影系统的示意图。
图3是表示连续重叠接触孔晶片图像之曝光-失焦图的图示。
图4是表示使用两个分离的接触孔晶片图像之分离重叠扫描之接触孔图像之曝光-失焦图的图示。
图5是经由图1之光刻步进及扫描投影系统产生之光束如公知方式扫描时之示意图。
图6是经由图1之光刻步进及扫描投影系统产生之光束依照本发明一实施例扫描时之示意图。
图7是经由图1之光刻步进及扫描投影系统产生之光束依照本发明另一实施例扫描时之示意图。
图8是经由图1之光刻步进及扫描投影系统产生之光束依照本发明又一实施例扫描时之示意图。
图9是经由图1之光刻步进及扫描投影系统产生之光束依照本发明再一实施例扫描时之示意图。
图10是经由图1之光刻步进及扫描投影系统产生之光束依照本发明又另一实施例扫描时之示意图。
图11是经由图1之光刻步进及扫描投影系统产生之光束依照本发明又另一实施例扫描时之示意图。
图12A是光学狭缝的平面视图。
图12B是说明本发明之光束挡板一例示实施例的平面视图。
图13A是经由图1之光刻步进及扫描投影系统产生之光束依照本发明又一实施例扫描时之示意图。
图13B是说明本发明之灰阶滤光片一例示实施例的平面视图。
主要元件标记说明
10：光刻步进及扫描投影系统            12：光源
14、14a及14b：光束                    16：面镜及透镜系统
16a：圆形图像范围                     18：晶片台
20：晶片                              22：掩膜板托架
24：光学狭缝                          26：成像透镜
30a、30b及30c：光束                   40：光束挡板
40a及40b：狭缝                        51及52：第一对面镜
53及54：第二对面镜                    55及56：第三对面镜
70：穿透式透镜                        80：灰阶滤光片
O：光路径
具体实施方式
本发明为一种改良光刻步进及扫描投影系统之晶片图像聚焦深度(DOF)的扫描方法。本发明之扫描方法结合倾斜掩膜板或倾斜晶片扫描与失焦晶片图像之分离重叠。本方法以较小的倾斜角度保留于公知的倾斜模式中所提供之DOF改良，例如2x10-4弧度(公知)对1x10-4弧度(本发明)。另外，以相同的倾斜角度，本发明以分离重叠实现了DOF之进一步改良。本方法亦使步进及扫描投射系统容易地转换于分离失焦晶片图像重叠及公知扫描(无掩膜板或晶片倾斜)之间。
本发明之方法可用于光刻步进及扫描投影系统，其中一实施例表示于图1中。当以倾斜掩膜板或倾斜晶片扫描模式依公知方式操作图1之步进及扫描投射系统，以于自给定的掩膜板图案失焦之范围中连续地重叠晶片图像时，光学狭缝将光束限制于掩膜板的小图像区域，俾有助于涂光刻胶的晶片上方之此等图像区域的扫描。
倾斜掩膜板操作模式表示于图5中。可发现当以公知的光束14同步(于压缩系统中，”同步”一词代表以晶片速率之n倍扫描掩膜板，其中n为掩膜板的放大倍数)扫描掩膜板22及晶片20(为两维转移的)时，掩膜板22相对于其中掩膜板22为一维转移的平面倾斜。当同步扫描掩膜板22及晶片20时，借着使投射系统10的晶片台18相对于其中晶片台18为两维转移之平面倾斜时，亦可达到连续重叠作用。
根据本发明之扫描方法，以倾斜位置之掩膜板或晶片进行扫描，且通过光学狭缝之光束于扫描方向分开或分裂(借着将光学狭缝分开为两或多个较小狭缝)，以于两或多个不同的失焦区中提供发光区域(即于两或多个焦点处之晶片图像)。倾斜掩膜板结合分开的光学狭缝或倾斜晶片结合光学狭缝，产生了两或多个失焦区。失焦区的数目经由较小光学狭缝的数目测得。举例来说，倘若光学狭缝分开为两个小狭缝，则所产生之失焦区数目为两。
如图6所示，于倾斜掩膜板或晶片扫描期间，借着将光束挡板40放在光学狭缝24上方，可于图1所示之光刻步进及扫描投影系统中进行本发明之扫描方法，俾使通过光学狭缝24之光束14于扫描方向(即掩膜板及晶片移动之方向)分裂。光束挡板40系设置以分开地挡住光学狭缝24的选择区域，使得远更小的失焦距离范围之两(或多个)分开的连续重叠失焦掩膜板图像被光束14a及14b照射在涂光刻胶晶片20上，因而以投射系统之倾斜操作模式进一步改良DOF。
图12A及12B为共同说明本发明之光束挡板40例示具体例之平面视图。图12A表示透镜系统16(例如图1)之圆形图像范围16a以及位于图像范围16a内之光学狭缝24。图12B表示位于图12A之光学狭缝24上方之光束挡板40。如图12B图所示，光束挡板可具体呈现为具有两个平行相隔的狭缝40a及40b(每一个小于狭缝24)之矩形平面构件。阻挡区域的大小经由狭缝40a及40b之间之宽度WA测得。宽度WA愈大，则与来自两狭缝40a及40b之图像之间的失焦距离愈大，使得DOF延伸更为有效。然而，更多光线将被阻挡，因而降低光学效率。
另外，如图7所示，于倾斜掩膜板或晶片扫描期间，借着将光束挡板40放在掩膜板22之共轭平面处，可于图1所示之光刻步进及扫描投影系统中进行本发明之扫描方法，俾于掩膜板22底部与光学狭缝24之间得到空间，以及提供更准确的阻挡。光束挡板40于光束14通过成像透镜26之前于扫描方向分裂光束14，借以于掩膜板22产生光束挡板40的图像。如同于先前之方法实施，远更小的失焦距离范围之两或多个分开的连续重叠失焦掩膜板图像被光束14a及14b照射在涂光刻胶晶片上。
此刻请看图8，包含第一对面镜51及52以及第二对面镜53及54之面镜组件可用于光束挡板40，以维持图1之投射系统的发光系统之效率，因为被动阻挡可能消耗一些发光。面镜51、52、53及54中的每一个以相对于光路径O测量之个别角度设置。第一对面镜51及52将光束14分裂为两个较小、分开的连续区或光束30a及30b，且第二对面镜53及54将光束30a及30b重新导向光学狭缝24(如图所示，被光束挡板40阻挡)，借以使光损失达到最少。本实施例之光束挡板40仅适用于较佳定义光束30a及30b之边界。通过改变个别面镜51、52、53及54的角度，可控制每一连续区或光束30a及30b之角度。举例来说，可调整面镜角度，使得第一对面镜51及52大体上平行于第二对面镜53及54。此一结构保留原始光束14的空间频谱。因此，可自光路径O插入或取出整个面镜组件，而不会影响原始光束14的频谱频率。
于图9中，可使用第三对面镜55及56以提供进一步控制光束30a及30b之角度及位置。
如图10所示，亦可使用穿透式透镜70进一步控制光束30a及30b之角度及位置。
亦可定位第一对面镜，以便分裂光束14为超过两个光区。举例来说，于图11中，面镜组件50的第一对面镜51及52彼此相隔，使得光束14分裂为三个更小、分开的连续区或光束30a、30b、30c。
图8、9及11之面镜实施例是关于制造与需要全反射组件之光学系统(例如于未发现穿透式材料之极端UV光刻中)兼容之发光系统的目的。
如图13A及13B图共同地所示，于挡板40之未被阻挡区域(狭缝40a及40b)内，可使用灰阶滤光片80，或挡板可有不透光区域以阻挡光线及灰阶区域，俾修正进入的光线强度。于未被阻挡区域内，根据灰阶滤光片80的光学密度分布修正光强度。更多光线传送于每一狭缝的中央，且朝边缘逐渐地减少，且当其到达选择区域时完全地被阻挡。
虽然本发明已以一较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1.一种扫描方法，其特征是包含：
使掩膜板及晶片中的一个相对于扫描方向倾斜；
将通过光学狭缝的光束分裂成进入该掩膜板的不同失焦区中的至少两个发光区域，其中该分裂包括使用位于该掩膜板与该晶片之间的挡板来阻挡该光束之不想要的部分；
放置滤光片在该挡板中未被阻挡的区域，所述滤光片具有光学密度分布；
使用该滤光片修正所述至少二个发光区域的光强度，其中该滤光片的光学密度分布会使该未被阻挡区域内的光强度由该未被阻挡区域的中心朝边缘逐渐地减少；以及
使用该调整后的入射光来产生晶片影像，其中该调整后的入射光利用所述入射光重叠造成失焦。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述挡板包含至少两个比所述光束所通过的光学狭缝更小的狭缝。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述滤光片为灰阶滤光片。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是将所述光束分裂的步骤还包括：在使用所述挡板进行所述光束分裂之前，先利用一个面镜、多个面镜、一个面镜和一个透镜、一个面镜和多个透镜、或多个面镜和多个透镜对所述光束进行光束分裂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是将所述光束分裂的步骤还包括：在使用所述挡板进行所述光束分裂之前，先利用多个面镜进行所述光束分裂，其中部分面镜彼此平行。
6.一种扫描方法，其特征是包含：
使光罩和晶片之一相对于扫描方向倾斜；
放置滤光片在所述光罩和晶片间，其中该滤光片具有光学密度分布；
使用所述滤光片调整通过狭缝的光在该扫描方向上的光强度，其中所述滤光片的光学密度分布会让通过所述狭缝的光强度从一中心点朝边缘逐渐地减少；以及
使用该调整后的入射光来产生晶片影像，其中该调整后的入射光利用该入射光重叠造成失焦。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是通过该狭缝的光包括光束，且还包括利用多个面镜分裂该光束，其中一些面镜彼此平行。
8.根据权利要求6所述之方法，其特征是通过该狭缝的光包括光束，且还包括阻挡该光束的不想要的部分来将该光束分裂。
9.根据权利要求6所述之方法，其特征是所述阻挡是将挡板放置在所述光罩的共轭平面处。
10.一种光刻步进及扫描投射系统，其特征是包含：
光源，用以产生光束；
托架，用以托住倾斜晶片和掩膜板中的一个，该托架使该晶片和该掩膜板中的一个相对于扫描方向倾斜；
挡板，用以将通过光学狭缝的光束分裂为位于该掩膜板之不同失焦区中的至少两个发光区域，其中该挡板位于该掩膜板及该晶片之间；以及
滤光片，放置在该挡板未被阻挡的区域，所述滤光片具有光学密度分布，所述滤光片可修正所述至少二个发光区域的光强度，所述滤光片的光学密度分布会降低于该未被阻挡区域内的光强度且朝边缘逐渐地减少，使用该调整后的入射光来产生晶片影像，所述调整后的入射光利用该入射光重叠来造成失焦。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征是所述挡板包含至少两个比该光束所通过的光学狭缝更小的狭缝。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征是所述滤光片包含灰阶滤光片。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征是还包括利用多个面镜和多个透镜之一，在使用该挡板进行该光束分裂之前，先进行该光束分裂。
14.根据权利要求10所述的系统，其特征是还包括利用多个面镜将该光束分裂至所述至少二个发光区域，其中部分面镜彼此平行。
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