CN1782881A - 光刻系统中用于可变偏振控制的方法与设备 - Google Patents

Abstract

一种用于光刻系统中的偏振控制装置，用以选择地偏振光于水平、垂直及/或圆形指向。一对相对可旋转的四分之一波片移动以提供想要的偏振。当该对四分之一波片呈相对45度角时，偏振为圆形。当该对四分之一波片均为零度或45度时，所得的偏振为垂直或水平。偏振基于予以投影的图像的指向加以选择。水平偏振较佳用于具有强水平指向的图像，垂直偏振系被选择用于具有强垂直指向的图像。当图像没有强的水平或垂直指向时，选择圆形指向。

Description

光刻系统中用于可变偏振控制的方法与设备

技术领域

本发明大致涉及光刻系统，更明确地说，涉及光刻系统中的光的偏振。

背景技术

光刻为用以在基底表面上建立各个特征的一种处理。该基底可以包含平面显示器、电路板、各种集成电路、打印头、微/纳米流体装置等等制造中所使用的。例如，半导体晶片可以使用作为一基底，以制造一集成电路。

于一种例示的光刻处理中，一经常形成在刻线板上的图像将想要的图案转印至一基底上。于光刻术中，一安置在晶片机台上的晶片被曝光至投影至晶片表面上的图像，以对应于想要的图像图案。

被投影的图像在一层，例如沉积在晶片表面上的抗蚀剂层的特性中产生变化。这些变化对应于曝光时，投影至晶片上的各个特征。在曝光后，该层可以被蚀刻，以产生一有图案层。该图案对应于曝光时，投影至晶片的各个特征。该图案层然后用以移除或处理在晶片内的下结构层的曝光部份，下结构层例如导体层、半导体层或绝缘层。此处理然后配合其它步骤加以重复，直到想要的各个特征被形成在晶片表面上为止。

光刻处理以增加缩小化的程度，来生产愈来愈复杂的装置。光刻系统可以以其数值孔径(NA)加以说明，以及系统的NA增加，以促成更密集装置的生产。于很高的NA的光刻术中，处理的能力将被可用的成像准确性所限制。可以以较高光学效率及对比度投影图像的系统可以在高NA光刻术中，生产更高积集度的装置。

因此，有需要改善设备及方法，来增加光刻系统中的光学效率与对比度。

发明内容

本发明大致涉及改善的偏振控制光学。本发明为随附的权利要求书所定义，而不是被用以揭示本发明的例子所限制。

在本发明的较佳实施例中，一偏振控制装置被设在一光刻系统中，允许光的选择偏振于水平、垂直及/或圆形取向中。偏振控制装置可以包含一对四分之一波片，其能彼此相对地旋转以及进入偏振。当四分之一波片的角度对进入线性偏振呈(0度、45度)时，输出偏振为圆形。当四分之一波片的角度为(0度，0度)时，输出为线性平行于进入偏振。当四分之一波片的角度为(45度，45度)时，输出为正交于进入偏振的线性。

本发明人发现增加光学效率可以基于予以投影之图像的指向，通过选择一偏振加以取得。水平偏振较佳地用于具有强水平指向的图像，及垂直偏振被选择用于具有强垂直指向的图像。当图像没有强水平或垂直指向时，选择圆形指向。

本发明的其它实施例、特点及优点，及各实施例的结构与操作将参考附图加以详细说明如下。

附图说明

图1A为一光学路径图，显示具有产生非平行电场的衍射角配置；

图1B为一光学路径图，显示具有相对于图1A配置产生改善对比的平行电场的配置；

图2显示用于本发明实施例中的两个相对可旋转四分之一波片的配置；

图3为本发明实施例的俯视图，其中光刻光学单元在其最后机台中，设有图2的四分之一波片；

图4为一流程图，显示用以选择地改变于光刻机中之光学输出的偏振；

具体实施方式

附图作为本发明说明书的一部份，其显示本发明本领域技术人员可以完成及使用本发明。

本发明实施例提供一改善偏振系统及方法，以用于高精确度光刻术。例示实施例将参考附图加以详细说明，附图以图1A及1B开始。

于高精确度光刻系统中，一图像被投影至一阻抗材料。产生此图像的干涉量决定对比度。更明确地说，一更高百分比的干涉光将产生更大的对比。光只有当其相干及电场平行时才会干涉。因此，振荡能量平行的组件可以提供更高对比。因此，于光刻系中，偏振向量的指向决定对比并影响系统的效率。

图1A及1B显示在光刻系统中成像的这些因素的作用。图1A显示光学路径配置，其产生相当低的对比图像。如所示，当光通过物体104(例如刻线板)时，光被衍射以产生0，-1及+1阶的路径。在路径100中的0阶束及在路径101中+1阶束为物镜106所聚光并对焦在抗蚀剂108上。没有了最佳偏振，如箭头所示在抗蚀剂的衍射路径100及101中的电场并不会平行。于图1B中，电场被指进及指出纸张。因此，该场对于沿着路径102的零阶束及沿着路径103的+1阶束为平行，这些束为物镜106所聚光并对焦在抗蚀剂108上。在光束中的圆圈代表由纸张射出的箭头，用来表示电场。因为电场被如此指向，使得对于多数衍射路径而言，它们仍是平行。图1B相对于图1A的配置，已经改善图像对比。

于本发明之一较佳实施例中，一新颖偏振控制法通过增加干涉程度，而改善了在晶片处的图像对比。干涉程度被加以选择，以对于所投影图像类型，完成最佳的图像对比。于一实施例中，最后，对象及照射可以加以选择，使得图像形成为等效于二束干涉，但本发明并不限定于此实施例。

用于本发明中的设备的一例示实施例显示于图2。于本发明实施例中，在光刻系统中对比是通过加入偏振控制的机构加以加强，该偏振控制机构为偏振控制装置200的形式。偏振控制装置200可以由一或多数可变偏振的有源电子控制装置所构成，或者，可以由一或多数无源偏振光学组件所构成。

于使用无源组件的例示实施例中，偏振控制装置200包含两个具有独立可变旋转的四分之一波片202及204。例如，通过使得至少之一或最好两波片202及204为可动，而提供有可变之取向。于图2所示的例子中，波片202及204可以绕个在波片202及204中心的Z轴。

用以移动波片202及204的移动机构206为大致如图2所示，因为此机构的细节对于本发明并不重要。重要的是，有一些机构，用以改变波片202及204的组合的偏振效果。于所提供的例子中，两波片均为可旋转。任何用以旋转光学组件的装置均可以用于本发明中。例如，在简单实施例中，一具有手动或马达驱动的圆形齿轮被设置以选择地绕着Z轴旋转波片202及204。于其它实施例中，螺线管或其它电机移动装置可以用以指示一或两波片进入想要的相对位置。本领域技术人员将了解移动光学组件，以取得在光学路径中的想要定位及指向为本领域中所常用，并且，任意用以旋转光学组件的装置，不论为已知或予以在未来开发均可以用于本发明之内。

四分之一波片202及204较佳地由应力融熔石英作成。此材料通过施加在材料上的负载而变成双折射。与较大折射率联系的光相对于具有较小折射率的光，在相位上延滞90度(四分之一波长)。这些波片被形成使得光轴平行于波片的前及后片。除了线性偏振平行于双折射轴的光外，所有碰撞波片的光将被分成两具有不同折射率的成份。

应了解的是，本发明并不限定于任意四分之一波片的特定结构或形成法，任意具有适当光学特性的波片或其它光学组件均可以用以替代于此所述的四分之一波片。

图3显示偏振控制装置200(如图2所示)，其被安装在光刻系统的透镜系统300中。透镜系统300可以是例如美国康州威顿的ASML所制造的高NA的透镜系统。于此例子中，透镜系统300包含一第一光学机台302及一第二光学机台304。于本例子中的包含两个四分之一波片的偏振控制装置200被安装在第一光学机台302及第二光学机台304之间。偏振控制装置200将出现在传统光刻透镜系统中的相同位置的单一四分之一波片替换掉。

于偏振控制装置200中的四分之一波片的指向较佳地取决于予以成像的几何形状加以改变。于本发明的较佳实施例中，四分之一波片被用以选择地取决于图像几何形状，而建立水平、垂直或圆形偏振。一般而言，在水平指向图像中，水平线性偏振将加强对比。对于垂直指向图像，则想要垂直线性偏振。如果目标不是水平或垂直，则圆形偏振为较佳的。

对于水平指向图像，本发明表示具有强水平组件的图像，例如任何水平指向轨迹，并且，相较于水平组件，垂直组件明显较少及不显著。垂直指向图像则相反，具有强垂直线性组件及较不显著的水平组件。本领域技术人员可以于检视时，决定是否一图像主要为水平或垂直指向。如果因为某些原因而很难决定图像的指向，则可以通过以三个可用偏振(水平、垂直、及圆形)测试该图像，并决定哪一偏振产生最佳光刻结果，而加以实验决定指向。

本发明可以在与用来选择用于光学路径中的光刻图案或图像的方法无关的情况下加以操作。更明确地说，本发明也可以用于任一类型的光刻系统。于传统光刻系统中，光刻图案掩模被形成在刻线板基片上并且光通过该掩模，以在该表面上，建立予以形成组件的投影图像。也已经发展了一种无掩模光刻系统。无掩模系统可以使用各种组件，包含例如有源器件、空间光调变器、液晶显示器、及/或各种反射装置，来选择地阻挡光，以在光源及予以形成有投影图案的表面间，建立一光刻图案。本发明的偏振特性可以应用至任何光刻程序，包含有掩模及无掩模程序。

当输入光被线性偏振为水平，及想要水平偏振时，四分之一波片202及204被指向以在一水平指向中，提供一线性偏振(例如，通过将四分之一波片202及204安排成为相对于光轴呈零度)。于此指向中，两四分之一波片202及204的偏振特性被对准及组件并未严重地延滞通过其间的光。当想要垂直偏振时，四分之一波片202及204被指向以在垂直指向中，提供一线性偏振(例如，通过相对于光轴，旋转四分之一波片202及204至45度角)。于此模式中，四分之一波片202及204的偏振特性被指向，使得组件作动为半波延滞器。

于本例子中，对于两个四分之一波片，所述的水平、垂直及圆形偏振只需要三组分立设定。用于该装置的其它设定允许其它偏振状态。例如，在可用于第一四分之一波片的0度及45度(相对于进入线性偏振光)设定时，对于第二四分之一波片，可以产生用于每一可用调整角的线性偏振。

于此所用的”水平”及”垂直”的指示为任意的，在部份情形下是可以互换的。即，不管任一方向均可以被指定为”水平”方向，只要装置光学件、四分之一波片及予以投影的图像的指向相符于前述指定即可。其它典型正交于指定的水平方向的可用偏振指向将被指定为垂直方向。可以了解的是，四分之一波片202的位置的零度及45度指定为相对的指定。取决于系统的其它组件，及参考图框，四分之一波片202及204的各种角度位置是有可能的。于所揭示实施例中，系统产生一被指定为水平的呈第一四分之一波片指向(在本例子中指定为0度)的偏振及呈第二四分之一波片指向(在本例子中指定为45度)的指定为垂直的偏振。

典型地，用于水平偏振的四分之一波片202的位置将为离开其垂直偏振位置45度。然而，本发明并未如何设限，并且，在本发明范围内的部份实施例中，标称水平及垂直位置可能具有不同指向。

当想要圆形偏振时，四分之一波片202及204被指向，以配合动作为四分之一波延滞器，将线性偏振光转换为圆形偏振光。于此模式中，四分之一波片202被相对于光轴呈约45度角，而四分之一波片204则在零度的指向。入射光通过四分之一波片202及204，并且，由于其相对指向，而产生具有相等振幅的o-及e-波，但o-波在相位上落后90度，产生圆形偏振光。

有可能通过在光刻系统的光学件内的各种位置处，提供偏振控制装置，来控制偏振。本发明的范围包含以在光源及予以处理表面间的任意位置处的偏振装置来控制偏振。例如，偏振装置可以位于投影光学件中、在发光源的机构中、或甚至在光刻图案及予以处理的表面间，但这些位置是较差的。于较佳实施例中，偏振控制是位于投影光学件中。在投影光学件中，偏振可以在光容易准直在最终放大前的区域中加以执行。

现将参考图4详细说明选择最佳偏振的较佳方法。图4显示一偏振选择程序400，其中，输入偏振被假定为线性水平。程序400开始于步骤402，其中，决定是否有关图像为主要水平指向。如果是，则控制进行至步骤404，及两四分之一波片被定位于零度，以提供水平偏振。然后，执行光刻程序，及程序400被再激活，进行下一被处理的图像。

如果指向并不是水平，则控制进行至步骤406。在步骤406中，程序决定是否图像具有主要垂直指向。如果有一主要垂直指向，则控制进行至步骤408，及两可动四分之一波片被旋转至一45度位置。在执行光刻程序后，程序400再被激活，进行下一被处理的图像。

如果在执行步骤406中，决定指向不是垂直，则指向不是强水平或强垂直。则于此时，较佳指向为圆形，及控制进行至步骤410，其中，四分之一波片彼此相对旋转至45度指向，产生一圆形偏振配置。一旦，完成光刻程序，则程序400开始决定下一予以处理图像的偏振。

于程序400中，决定图像具有水平方向、垂直方向或不是强垂直或强水平的方向，可以通过检视图像加以完成，或自动经由电子图像处理加以取得。更明确地说，图像可以被数字化并为一计算装置所处理，以决定图像的线性组件为主要水平指向，或垂直指向，或非水平也非垂直指向。

虽然本发明的各种实施例已经加以说明，但应了解的是，实施例只作为显示目的，非限定用。本领域技术人员可以了解，在形式及细节上的各种变化可以在不脱离本发明的精神及范围下加以完成。因此，本发明的范围不是为上述实施例所限定，而只为以下的权利要求书及其等效物所界定。

Claims (26)

1.一种光刻系统，用于以一个图案来图案化来自光源的光，并且将图案化的光投影至一表面，该系统包含：

一照射系统，供给辐射的投影束；

一图案装置，依据一想要图案来图案化该投影束；

一投影系统，将图案化束投影至一基底的目标部份；以及

一可变偏振组件，位于照射系统与该表面之间；

其中该可变偏振组件选择地操作于至少两种模式中的一个模式中，这些模式从第一线性偏振方向、正交该第一线性偏振方向的第二线性偏振方向、以及圆形偏振组成的组中选出。

2.如权利要求1的光刻系统，其中该可变偏振组件选择地操作于至少三个偏振模式中。

3.如权利要求2的光刻系统，其中所述至少三个偏振模式包含水平偏振、垂直偏振、及圆形偏振。

4.如权利要求1的光刻系统，其中该可变偏振组件包含第一及第二四分之一波片。

5.如权利要求4的光刻系统，其中该第一及第二四分之一波片可彼此相对移动。

6.如权利要求5的光刻系统，还包含一马达，可驱动连接至该第一及第二四分之一波片的至少一波片。

7.如权利要求5的光刻系统，还包含旋转机构，用以在该第一及第二四分之一波片之间，建立一相对旋转动作。

8.如权利要求1的光刻系统，其中该旋转机构包含一定位装置，其选择地定位第一及第二四分之一波片于至少三个位置中的一个位置，使得第一及第二波片的组合依据该至少三个位置中的一选定位置，作为非延滞器、四分之一波延滞器、或半波延滞器而工作。

9.如权利要求7的光刻系统，其中该旋转机构包含一电动机械致动装置。

10.如权利要求7的光刻系统，其中该旋转机构基于该图案的各个特征，而将该第一及第二四分之一波片定位成为一预定关系。

11.如权利要求10的光刻系统，其中该旋转机构将第一及第二四分之一波片定位成为一预定关系，以建立相符于该图案指向的偏振。

12.如权利要求1的光刻系统，其中该可变偏振组件的模式基于该图案的指向加以选择。

13.如权利要求12的光刻系统，其中该可变偏振组件在当该图案主要沿着第一偏振方向指向时，产生第一偏振方向，并且，当该图案主要沿着第二偏振方向指向时，产生与第一偏振方向不同的第二偏振方向。

14.如权利要求13的光刻系统，其中该第一偏振方向为正交该第二偏振方向。

15.一种操作一光刻系统的方法，包含步骤：

基于一已限定的图案，图案化一投影辐射束；

将图案化束投影至基底的目标部份；以及

通过在至少两模式中的一个模式中，选择地操作在该束与基底之间的可变偏振组件，而偏振该被投影束，这些模式从第一线性偏振方向、正交于第一线性偏振方向的第二线性偏振方向、以及圆形偏振所组成的组中选出。

16.如权利要求15的方法，其中该偏振步骤中，该可变偏振组件可选择地操作于至少三个偏振模式中。

17.如权利要求16的方法，其中所述至少三个模式包含水平偏振、垂直偏振及圆形偏振。

18.如权利要求15的方法，其中该偏振步骤还包含在该可变偏振组件中，设置第一及第二四分之一波片的步骤。

19.如权利要求18的方法，还包含相对定位所述第一及第二四分之一波片的步骤，以选择地提供所述操作模式。

20.如权利要求19的方法，其中该相对定位所述第一及第二四分之一波片的步骤包含：以一电动机械装置驱动该第一四分之一波片的步骤，以相对于该第二四分之一波片，选择地移动该第一四分之一波片。

21.如权利要求20的方法，其中该相对定位所述第一及第二四分之一波片的步骤还包含在至少三个位置中的一个位置中选择地定位所述第一及第二四分之一波片，使得所述第一及第二波片的组合，取决于所述三个位置中的所述一个位置，而作为一非延滞器、四分之一波延滞器、或半波延滞器工作。

22.如权利要求20的方法，还包含基于该图案的各个特征，而决定所述第一及第二四分之一波片的想要相对位置的步骤。

23.如权利要求22的方法，其中该想要相对位置被选择，以建立符合该图案指向的偏振。

24.如权利要求15的方法，还包含基于该图案的指向，而选择该可变偏振组件的模式的步骤。

25.如权利要求24的方法，其中在该选择该模式的步骤中，当该图案主要沿着该第一偏振方向指向时，选择第一偏振方向，及当该图案主要沿着第二偏振方向指向时，选择不同于该第一偏振方向的一第二偏振方向。

26.如权利要求25的方法，其中该第一偏振方向正交于该第二偏振方向。

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