200426389 (1) 玖、發明說明 此申請案基於在五年2003年5月14日提出之日本專 利申請案第2003 - 1 3 5 5 7 8號主張外國優先權之利益，其據 此全部以引用的方式倂入本文中，好像在此完全提出般。 【發明所屬之技術領域】 本發明大致上有關一種投射光學系統，且更特別有關 一種具有高數値孔徑（a N A 〃）之投射光學系統，其用 於曝光一物體，諸如半導體晶圓用之單晶基板及液晶顯示 器（> LCD〃 ）用之玻璃板。 【先前技術】 傳統上採用一減少投射曝光設備，其使用一投射光學 系統以將一光罩（遮罩）上之電路圖案當作第一表面投射 及轉印在一當作第二表面之晶圓等上，以於該微影技術中 製造諸如半導體記憶體及邏輯電路之精細半導體裝置。待 由該投射曝光設備所轉印之最小之臨界尺寸（a CD 〃 ) 、亦稱爲一解析度係與用於曝光之光線波長成正比，並與 該投射光學系統之NA成反比。該解析度品質在較短之波 長係較佳。 已提昇減少該曝光光線波長及增加該投射光學系統之 NA，以滿足近來對於更精細半導體裝置之需求。一早期 曝光設備以一 g -線步進機開始顯影，該步進機使用一 g -線超高壓水銀燈（具有約43 6奈米之波長）當作一光源 (2) (2)200426389 ，並包含一設有大約0· 3 NA之投射光學系統；然後用一 i -線步進機，該步進機使用一 i -線超高壓水銀燈（具有 約365奈米之波長）當作一光源；及一使用氟化氪準分子 雷射（具有約248奈米之波長）且包含一設有大約0.65 NA之投射光學系統之步進機。現在普及之投射曝光設備 以掃描器取代這些步進機，該掃描器使用一氟化氪準分子 雷射及氟化氬準分子雷射（具有約193奈米之波長）當作 一光源，及能包含一高NA投射光學系統。當前市售設有 最高ΝΑ之投射光學系統具有一 ΝΑ=0.8。該步進機係一 步進及重複曝光設備，對於胞元投射在該晶圓上之每一射 域，其逐步地移動一晶圓至下一射域用之曝光區。該掃描 器係一步進及掃描曝光設備，其藉著相對該光罩連續地掃 描該晶圓、及藉著在該曝光射域之後逐步地移動該晶圓至 待拍攝之下一曝光區將一光罩圖案曝光至一晶圓上。 吾人已廣泛地硏究使用氟分子雷射（具有約157奈米 之波長）當作一光源以及該氟化氪及氟化氬準分子雷射、 且包含一設有ΝΑ =0.85之投射光學系統之掃描器。在此 需要開發一種設有ΝΑ = 0.90之投射光學系統。 隨著此投射光學系統之開發，已開發一抗反射塗層供 於該投射光學系統中之光學元件之應用。用於傳統照相機 等之可見光所應用之抗反射塗層技術能顯影一抗反射塗層 ’而對一使用g -線超高壓水銀燈當作光源之曝光設備不 會有任何顯著之問題。用於使用g -線超高壓水銀燈之曝 光設備之抗反射塗層設計幾乎適用於一使用i -線超高壓 -5- (3) (3)200426389 水銀燈之曝光設備，雖然一些塗層材料係由於光吸收而不 適用於該抗反射塗層。 爲使用氟化氪及·化氬準分子雷射當作一光源之曝光 設備，吾人已提出沒有局折射率之材料（設有2.0或更高 之折射率），其對於光具有3 00奈米或更小之一波長具有 優異之透射特性（或一優異之透射比）。因此，抗反射塗 層材料係受限於低折射率材料（設有1.4至1.45之折射 率），諸如二氧化矽及氟化鎂；及中間折射率材料（設有 約1.6之折射率），諸如Al2〇3及LaF3。由於該塗層設計 及控制該塗層厚度之問題，其很難以開發該抗反射塗層。 與電腦開發有關而用於該抗反射塗層之改善多層設計 技術已解決該塗層設計問題，且對由低及中間折射率材料 製成之抗反射塗層提供傳統上可接受之設計値。既然此架 構用一由低及中間折射率材料製成之塗層取代一原始由高 折射率材料製成之塗層，以形成一同等塗層，所設計之塗 層厚度在使用g-線及i-線當作一光源之曝光設備中係 小於該抗反射塗層之厚度。 該塗層厚度控制問題之一解決方法係最近提出之塗層 厚度監控法，其除了傳統上使用之塗層厚度之光學監控以 外使用一石英諧振器。已建立該濺鍍塗層形成法，其於控 制塗層厚度及塗層品質一致性中優於該真空蒸氣塗層形成 法。 現在，可設計及製成一具有高達ΝΑ=〇·8之優異反 射特性之抗反射塗層（譬如看日本專利申請案公告第 -6 - (4) (4)200426389 2001-4803 及 2000-357654 號）。 然而，一使用氟分子雷射當作光源之曝光設備不能使 用氧化物當作塗層材料’因爲氧氣強烈地吸收具有接近 1 5 7奈米波長之光線’且具有有限之塗層材料，譬如低折 射率材料（設有約1·4至1.55之折射率），諸如氟化鎂 及氟化鋁，及中間折射率材料（設有約1 .70至1 .75之折 射率），而使該抗反射塗層之設計及製造變複雜。 此外，由於藉著該抗反射塗層於該氟化氬準分子雷射 及氟分子雷射之一波段中之光學吸收，一透射損失增加或 該透射比降低。由於該氟分子雷射波段中之光線擴散、降 低該產量、及使該解析度惡化，一塗層中之傳統上可以忽 略之透射損失變成有問題的。 如所討論者，該抗反射塗層之設計及製造於開發一設 有ΝΑ=0.8之投射光學系統中不會造成問題，反之當ΝΑ 變成0.85或更高時，其變得難以設計及製造具有優異反 射特性之抗反射塗層。其結果是，其不能提供一具有0.85 或更大ΝΑ及優異光學性能兩者之投射光學系統。 【發明內容】 據此，本發明之一示範目的提供一新穎及高ΝΑ之投 身寸光學系統，其具有優異之光學性能，諸如一產量及一解 析度。 根據本發明一論點之投射光學系統將第一表面上之圖 案投射於第二表面上，及具有0.85或更高之數値孔徑， (5) 200426389 該投射光學系統包含一光學元件，且一抗反射塗層 光學元件，該抗反射塗層包含複數層，一終止 tan{sin_i ( NA ) }或更大之折射率，在此NA係該 學系統之數値孔徑。根據本發明另一論點之投射光 將第一表面上之圖案投射於第二表面上，且具有（ 更高之數値孔徑，並包含複數光學元件，該元件包 接近該第二表面之最後光學元件；及一抗反射塗層 至該最後之光學元件，該抗反射塗層對於入射之P 光及s-偏振光具有百分之2.5或更小之平均反射 據本發明另一論點之投射光學系統將第一表面上之 射於第二表面上，且具有0.9 0或更高之數値孔徑 含複數光學元件，該元件包含一最接近該第二表面 光學元件；及一抗反射塗層，其塗至該最後之光學 該抗反射塗層對於入射之p -偏振光及s -偏振光 分之3 · 5或更小之平均反射比。 該折射率譬如係1 · 6或更大。該光學元件係一 件’ δ者如透1¾、繞射先概、棱鏡或一密封件。該光 可爲最接近至該投射光學系統中之第二表面。 根據本發明另一論點之曝光設備包含上面之投 系統’及藉著經過該投射光學系統將光線照射於一 曝光該物體。該光線可譬如具有250奈米或更小之丨 根據本發明另一論點而使用一包含設有〇 . 8 5 數値孔徑之投射光學系統之曝光設備曝光一物體之 法包含在該物體上形成多層之步驟，該多層包含一 塗至該 層具有 投射光 學系統 ).85 或 含一最 ，其塗 -偏振 比。根 圖案投 ，並包 之最後 元件， 具有百 透光元 學元件 射光學 物體上 皮長。 或更高 曝光方 光阻層 -8- 200426389 C6) ，且對於入射之P -偏振光及s -偏振光，該多層具有 tanisiiT1 (NA) }或更高折射率之最上層，或該多層具有 一百分之1〇或更小之平均反射比之最上層，並使用該曝 光設備曝光該物體。該最上層係譬如該抗蝕劑層或一透光 層。 本發明另一論點之裝置製造方法包含以下步驟：藉著 使用上面之曝光設備曝光一板材，及爲該已曝光物體施行 一預定製程。用於施行與上面曝光設備類似操作之裝置製 造方法之申請專利範圍涵蓋當作中間及最後產品之裝置。 此等裝置包含半導體晶片，像LSI及VLSI、CCDs、LCDs 、磁性感測器、薄膜磁頭等。 本發明之其他目的及進一步特色將由較佳具體實施例 參考所附圖面之以下敘述輕易變得明顯。 【實施方式】 爹考所附圖面，現在將敘述根據本發明之一示範論點 之抗反射塗層及光阻蝕刻劑。於每一圖面中，該類似元件 係標以類似之參考數字，且將省略一重復之敘述。 硏究抗反射塗層之結果是提供新穎及高NA之投射光 學系統’其具有優異之光學性能，諸如產量及解析度，本 發明家已發現即使當該電腦輔助設計（CAD )技術增加該 抗反射塗層中之層數時，因爲該抗反射塗層之入射角關係 曲線，該反射比由接近5 5度之入射角急劇地增加。 圖3顯示該抗反射塗層A及B對不同光波長之反射 -9 - (7) (7)200426389 比特性。於圖3中，橫坐標係該光線之波長，且縱座標係 該反射比。該抗反射塗層A大致上具有複數層，亦即三 層，如圖3所示，用以對設有幾乎〇度入射角之光線減少 該反射比下達約百分之0.2。然而，該抗反射塗層a不考 慮在該光線之一大入射角之反射比。該抗反射塗層B具有 一般複數、亦即六層，如圖3所示，藉著確保該反射比之 此一 7 0奈米之寬廣波段在百分之1以下，用以減少在大 入射角之反射比，雖然該反射比對設有幾乎0度入射角之 光線係減輕至大約百分之0.5。 圖4顯示平均反射比對入射在圖3所示抗反射塗層A 及B上之p -偏振光及該s -偏振光之入射角關係曲線。 於圖4中，橫坐標係該光線之入射角，且縱座標係對該p -偏振光之反射比及對該s -偏振光之反射比間之一平均 値。參考圖4，該抗反射塗層B維持在〇度入射角之反射 比及在大入射角之反射比間之差値比該抗反射塗層 A較 小，但該抗反射塗層A及B兩者在55度或更大之入射角 同樣地增加該反射比。該抗反射塗層B在〇度入射角之反 射比係譬如百分之0.2 (對應於0之NA)，並少於在40 度入射角之百分之〇·5 (對應於0.65之NA )，少於在53 度入射角之百分之1.8 (對應於0.80之NA)，在58度入 射角之百分之3.2 (對應於0.85之NA)，及在64度入射 角之百分之5·5 (對應於0·90之NA )。此結果證明設計 以甚至在大入射角維持一低反射比之抗反射塗層Β不會達 成其目的。 -10- (8) (8)200426389 現在將敘述於一設有0.90 ΝΑ (對應於64度）之投 射光學系統中，當該抗反射塗層之反射比在5 5度或更大 之入射角急劇地增加時之問題。該投射光學系統將當作第 一表面之光罩（或遮罩）圖案投射於一當作第二表面之物 體（或基板、諸如晶圓）上，且包含複數、譬如二十至三 十片透鏡及鏡片。該投射光學系統可爲一僅只包含複數透 鏡之折光學系統，或一包含複數透鏡及至少一鏡片等之兼 反射及折射光學系統。 該投射光學系統大致上具有由四至五倍之縮放比，及 在轉印圖案之一晶圓側面具有此一 0.90之高NA。因此於 該投射光學系統中在該晶圓側面，光線通過複數透鏡之入 射或離開角度應等同於NA = 0.90 (對應於64度）或更大 〇 圖5顯示一最接近至該晶圓側面之透光光學元件〇M 之一槪要剖視圖，其於該投射光學表面中形成一最後表面 。爲簡化該敘述，該光學元件Ο Μ係一密封玻璃，如一平 行板。參考圖5，該抗反射塗層β係塗至該透光光學元件 ΟΜ之兩表面，且一光阻蝕刻劑pR係塗至一晶圓WP上 。光束、a〃係一在該晶圓WP上具有〇度入射角之光束 ，且光束、b 〃，、e 〃，、' d 〃及、e 〃係那些在該晶圓 wp 上分別具有40度、53度、58度及60度入射角之光束。 這些光束、b 〃，〜c 〃，'、d 〃及、e 〃係那些具有對應於 0.65、0.80、0.85及〇·9〇之NA之最大入射角之光束。 當該投射光學系統係一折光學系統（包含僅只透光元 -11 - (9) (9)200426389 件、諸如透鏡）時，於該晶圓WP側面上具有0度入射角 之光束>a〃 （或NA= 0 )大致上通過該投射光學系統中 所有透鏡之中心。在另一方面，當在該投射光學系統中之 晶圓WP側面通過複數透鏡時，於該晶圓WP側面上具有 64度入射角之光束” e〃 （或NA=0.90)形成等於或大於 64度（或ΝΑ =0.90)之入射及離開角度。 爲敘述方便，於該晶圓WP側面上具有64度入射角 之光束〜e〃 （或NA= 0.90 )在該投射光學系統中之晶圓 WP側面以64度（或ΝΑ=0.90)之入射及離開角度通過 複數（六片）透鏡表面。同理，於該晶圓WP側面上具有 58 度（或 NA=0.85) 、53 度（或 NA=0.80)、及 40 度 (或NA= 0.65 )入射角之光束'' cT，、c〃及'' b〃以58 度、53度及40度之入射及離開角度通過複數（六片）透 鏡表面。 這些（全部六片）透鏡表面對該光束'' a 〃至'' e 〃之 透射比係藉著由1 〇〇減去該反射比（百分比）計算之。根 據上文參考圖4所敘述之抗反射塗層B之反射比，既然每 透鏡之透射比係百分之99.8，由該六表面至在該晶圓WP 側面上具有〇度入射角之光束” a〃（或NA= 0 )之總透 射比係大約百分之99。同理，由該六表面至在該晶圓WP 側面上具有40度入射角之光束''b〃（或NA= 0.65)之 總透射比係大約百分之97，因爲每透鏡之透射比係百分 之9 9.5。由該六表面至在該晶圓WP側面上具有53度入 射角之光束''c〃（或NA= 0.80)之總透射比係大約百分 -12· (10) 200426389 之90，因爲每透鏡之透射比係百分之98.2。由該六 至在該晶圓WP側面上具有5 8度入射角之光束'' d 〃 NA= 0.85 )之總透射比係大約百分之80，因爲每透 透射比係百分之96.8。由該六表面至在該晶圓WP側 具有64度入射角之光束、e〃 （或NA=0.90)之總 比係大約百分之7 0，因爲每透鏡之透射比係百分之 〇 如所討論者，當該抗反射塗層之反射比在5 5度 大之入射或離開角度（NA = 0.82 )急劇地增加時， 射光學系統對應於64度具有0.90 ΝΑ之透射比顯示 同ΝΑ値之不同透射比。 當根據該ΝΑ値具有不同透射比之投射光學系統 於同時將在一光罩上具有不同節距之二圖案型式轉印 有抗蝕劑之晶圓上時，該投射光學系統之透射比根據 案之節距而不同，因爲該繞射光之方向或角度根據該 之節距而不同。這造成至該抗蝕劑之曝光劑量變化， 該CD —致性惡化。 甚至用於相同之圖案節距，在一重複圖案上之中 周邊部份於不同方向中產生繞射光，於對該中心部分 周邊部份間之抗蝕劑之最佳曝光劑量中造成一差値， 該C D —致性惡化。
上面之討論僅只處理該投射光學系統中之軸上光 通過該投射屏幕之中心）。將敘述該離軸光線（通過 射屏幕之周邊）。當在該投射光學系統中之晶圓WP 表面 (或 鏡之 面上 透射 94.5 或更 該投 在不 係用 至塗 該圖 圖案 並使 心及 及該 並使 線（ 該投 側面 -13- (11) (11)200426389 通過複數透鏡時，圖5所示具有64度入射角（對應於ΝΑ = 0.90)之光束〃及具有—64度入射角（對應於ΝΑ = 0.90)之光束/ 〃具有不同之入射及離開角度，並於 該投射光學系統之透射比中造成一差値。換句話說，在具 有64度入射角（對應於NA二0.90)之光束、e〃及具有 _ 64度入射角（對應於NA= 0.90 )之光束'' e / 〃之間， 於抵達該抗蝕劑之光線強度中有一差値，且該轉印圖案具 有一不對稱性，諸如一慧形象差。 透射比對該投射光學系統NA中之差値不只根據光罩 圖案而不同，而且亦根據用於照明該光罩圖案之照明光之 相干因數σ而不同。當該照明光具有一大相干因數σ時， 諸如σ = 0.85，該繞射光環繞著由該圖案之節距所決定之 方向或角度以對應於該照明光之相干因數σ之一數量寬廣 地散佈。因此，該照明光之大相干因數σ可由於該投射光 學系統之ΝΑ消除及減輕透射比中之差値之影響。 在另一方面，當該照明光具有小相干因數σ時，諸如 σ = 0.3 0，或當該照明光係修正照明，諸如環狀照明、四 極照明、及偶極照明時，該繞射光狹窄地散佈及由於該投 射光學系統之ΝΑ遭受透射比中之一差値。 設有0.85或更高ΝΑ、據稱該微影限制之投射光學系 統必需利用該修正照明技術及相位偏移及半色調光罩技術 (具有小σ之照明光），以改善該臨界之解析能力。因此 ，透射比中之ΝΑ導致之差値於具有0.85或更高ΝΑ之投 射光學系統中變成一更重要之問題。雖然大σ照明條件能 -14- (12) 200426389 使該CD差値及圖案不對稱性向下減少至數個百 有小σ之照明條件及一修正照明可盡可能地造成 値及圖案不對稱性之百分之20之影響。 據此，本發明家首先硏究爲什麼該反射比於 塗層之入射角關係曲線中由5 5度之入射角急劇 圖6顯示反射比對入射在圖3所示抗反射塗層A -偏振光之入射角關係曲線。圖7顯示反射比對 3所示抗反射塗層A及B之s-偏振光之入射角 。於圖6中，橫坐標係光之入射角，且縱座標係 偏振光之反射比。於圖7中，橫坐標係光之入射 座標係對該s -偏振光之反射比。 參考圖6，當該p—偏振光具有0度入射角 反射塗層A具有大約百分之0.2之反射比，且該 層B具有大約百分之0.5之反射比。當該入射角 與在〇度入射角之反射比作比較，該反射比傾向 譬如，該抗反射塗層A接近35度之入射角具有 之反射比，而該抗反射塗層B接近45度之入射 分之〇之反射比。 當該入射角進一步增加時，該反射比亦增加 該抗反射塗層A接近5 5度之入射角之反射比係 ，且該抗反射塗層B接近5 8度入射角之反射比 1。該反射比接近64度之入射角（對應於NA = 劇地增加。譬如，該抗反射塗層A及B之反射比 百分之4及百分之3。 分比，具 該CD差 該抗反射 地增加。 及B之p 入射在圖 關係曲線 對該P — 角，且縱 時，該抗 抗反射塗 增加時， 於降低。 百分之〇 角具有百 。譬如， 百分之1 係百分之 0 · 9 0 )急 分別變成 -15- (13) (13)200426389 在另一方面，參考圖7，當該s—偏振光具有〇度入 射角時，該抗反射塗層A具有大約百分之0.2之反射比， 且該抗反射塗層B具有大約百分之0.5之反射比。當該入 射角增加時，該抗反射塗層A及B之反射比傾向於完全增 加：該抗反射塗層A接近42度之入射角具有百分之1之 反射比，而該抗反射塗層B接近30度之入射角具有百分 之1之反射比。當該入射角進一步增加至64度（對應於 NA = 0.90 )時，該反射比顯示一較大趨勢以增加：該抗 反射塗層A及B兩者之反射比變成大約百分之9。 根據上面之結果，對增加該s -偏振光之入射角之反 射比特徵上遵循一簡單之增加，及比對該p -偏振光之入 射角之反射比具有對該入射角較大之反射比。在另一方面 ，對增加該P -偏振光之入射角之反射比特徵上首先減少 ，及顯著地增加超出一最小値。對該p -偏振光之反射比 比對該s -偏振光之反射比更大幅地增加超過該最小値。 現在將敘述該反射比之最小値對該p -偏振光之可變 入射角之硏究。圖8顯示當該光線由空氣進入具有1.45 折射率之媒介Y時，對p -偏振光及s -偏振光之反射比 。於圖8中，橫坐標係光線由該空氣層進入該低折射率層 之一入射角，且縱座標係在該空氣層及該低折射率層間之 介面之反射比。 參考圖8，該反射比對增加入射角之行爲係類似於那 些在圖6及7中所示者。當該反射比對該p—偏振之角度 係〇度時，該入射角係稱爲一布魯斯特（Brewster)角度 -16- (14) (14)200426389 或一偏振角度。 方程式1表示該布魯斯特角Θ，在此nl及n2係媒介 X及Y之折射率： Θ = tan'1 ( n2/n1 ) ( 1 ) 當然由方程式1當該媒介X及Y之折射率間之比値 較小時，該布魯斯特角變得較小。 現在將敘述爲何圖6所示之抗反射塗層Α及Β不具有 相同之最小値（或該反射比對該p -偏振光之角度），雖 然唯一地決定由當作媒介X之空氣至1 . 4 5折射率之媒介 Y之布魯斯特角。 該抗反射塗層係由形成在諸如二氧化矽及氟化鈣之玻 璃基板上之數層製成之薄膜層。爲單純故，現在將敘述單 層之抗反射塗層之範例。由於該單層薄膜之一光學路徑長 度’發生在該空氣及該單層薄膜間之介面之反射、及發生 在該單層薄膜及玻璃基板間之介面之反射在某一角度互相 抵消，而向下減少該反射比至約百分之0，但在其他角度 不會完全互相抵消，並留下譬如大約百分之1之反射比。 當然該抗反射塗層A及B具有不同光學路徑長度，且如此 其對圖6所示p -偏振光之反射比在不同角度變成〇度。 因此當然該抗反射塗層A及B之厚度之改變能夠將 反射比對該P偏振光之一最小値設定至一任意之入射角。 據此，現在將敘述多少該最小値能轉變至一較大入射角之 一報告。 如所討論者，於氟化氪準分子雷射（具有約248奈米 -17- (15) (15)200426389 之波長）、氟化氬準分子雷射（具有約1 93奈米之波長） 、及氟分子雷射（具有約157奈米之波長）之範圍中，該 低折射率材料（具有大約1.4及大約1 . 5 5間之折射率） 及中間折射率材料（具有大約1.60及大約1.75間之折射 率）能使用當作該抗反射塗層之一材料。於以下之敘述中 ’ 一由該低折射率材料製成之薄膜層將稱爲一低折射率層 ’及一由該中間折射率材料製成之薄膜層將稱爲一高折射 率層。 一抗反射塗層之傳統設計大致上製成一低折射率層之 最後層（或接觸空氣之最上層）。此架構比較有助於該抗 反射薄膜之一設計：譬如，一低折射率之最後層能減少在 該最後層及該空氣間之介面之反射，及以一具有少數層之 塗層減少在寬廣入射角之反射比。因此，除了該抗反射塗 層及該空氣間之介面以外，該傳統抗反射薄膜具有以下四 種介面： 圖9至12於該抗反射塗層中之四種介面顯示對p — 偏振光及s -偏振光之反射比。當具有N A = 0.9 0 (對應於 64度之入射角）之光線進入該抗反射塗層時，計算在每 一介面之入射角及在每一介面所決定之布魯斯特角，在此 該低折射率、該高折射率、該透鏡板材係設定至1.45、 1 ·75 及 1 .50。 圖9顯示在一介面之反射比，在此該光線由一低折射 率層進入一高折射率層。於圖9中，橫坐標係由該低折射 率層進入該高折射率層之光線之入射角，且縱座標係在該 -18- (16) (16)200426389 介面之反射比。參考圖9，在該介面，該最大入射角係 38.4度及該布魯斯特角係50.4度。 圖1〇顯不在一介面之反射比，在此該光線由一高折 射率層進入一低折射率層。於圖1 0中，橫坐標係由該高 折射率層進入該低折射率層之光線之入射角，且縱座標係 在該介面之反射比。參考圖10，在該介面，該最大入射 角係30.9度及該布魯斯特角係39.6度。 圖1 1顯不在一介面之反射比，在此該光線由一低折 射率層進入一透鏡板材。於圖1 1中，橫坐標係由該低折 射率層進入該透鏡板材之光線之入射角，且縱座標係在該 介面之反射比。參考圖11，在該介面，該最大入射角係 3 8.4度及該布魯斯特角係4 6 · 9度。 圖1 2顯示當該光線由一高折射率層進入一透鏡板材 時在一介面之反射比。於圖1 2中，橫坐標係由該高折射 率層進入該透鏡板材之光線之入射角，且縱座標係在該介 面之反射比。參考圖12，在該介面，該最大入射角係 3 〇 · 9度及該布魯斯特角係4 1 . 5度。 上面抗反射塗層中之所有這四種介面指示用於具有 N A = 0 · 9 0之光線之最大入射角係比該布魯斯特角較小。 僅只該空氣及該抗反射塗層中之最後層間之介面具有NA =〇 · 9 0之光線之最大入射角係比該布魯斯特角較大。爲比 較之目的，當具有ΝΑ= 0.65 (對應於40度之入射角）之 光線進入該抗反射塗層時，計算在每一介面之入射角。當 該光線由該空氣進入該低折射率氣層時，該介面之最大入 -19- (17) (17)200426389 射角係40度。當該光線由該低折射率進入該高折射率層 時，該介面之最大入射角係26.3度。當該光線由該高折 射率進入該低折射率層時，該介面之最大入射角係21.5 度。當該光線由該低折射率進入該透鏡板材時，該介面之 最大入射角係26.3度。當該光線由該低折射率進入該透 鏡板材時，該介面之最大入射角係2 1 .5度。 當一光束具有ΝΑ=0·65之最大入射角、及如圖8所 示由該空氣進入該低折射率氣層時，在該介面對該ρ偏振 光之反射比僅只在〇度及40度間之入射光範圍中減少。 同理，當該光束由該低折射率層進入該高折射率層或該透 鏡板材時，如圖9及1 1所示，在該介面對該ρ偏振光之 反射比僅只在0度及26.3度間之入射光範圍中減少。當 該光束由該高折射率層進入該低折射率層或該透鏡板材時 ，如圖1 0及1 2所示，在該介面對該ρ偏振光之反射比僅 只在〇度及2 1 .5度間之入射光範圍中減少。 換句話說，用於設有0.65 ΝΑ之投射光學系統之抗反 射塗層指示在每一介面對該Ρ -偏振光之反射比中之一簡 單減少，及每一介面對該s -偏振光之反射比中之一簡單 增加。由在該介面之反射特徵，藉著最佳化層數及該多層 中之每一層之厚度，該抗反射塗層能在每一介面於由0度 至最大入射角之一入射角範圍中對該Ρ—偏振光及該s — 偏振光維持低反射比。 在另一方面，用於設有ΝΑ= 0.90之投射光學系統之 抗反射塗層在每一介面遵循對該s -偏振光之反射比之一 -20- (18) (18)200426389 簡單增加，及在異於該空氣及該最後層間之介面對該p一 偏振光之反射比之一簡單減少。在該最後層上對該P 一偏 振光之反射比僅只減少至該布魯斯特角，但顯著地增加超 過該布魯斯特角。對於此一在該介面之反射特徵，即使當 每一層中之層數及厚度係在該多層中最佳化，用於該最後 層之反射比不能於超過該布魯斯特角之入射角範圍中維持 低。 如所討論者，譬如，爲了使用於設有NA= 0.90之投 射光學系統之抗反射塗層之反射特徵與使用於設有NA = 〇·65之投射光學系統之抗反射塗層之反射特徵變相等，其 已發現需要對該最後層提供一高折射率及ΝΑ=0.90或更 大之布魯斯特角。 現在將敘述對圖4所示抗反射塗層Α及Β之Ρ -偏振 光及s -偏振光對該入射角之一平均反射比。該抗反射塗 層A及B製成其設有n=l.45之低折射率層之最後層，且 如此該最後層具有55.4度之布魯斯特角。 既然該抗反射塗層A及B用於其最後層具有相同之折 射率n = 1.45，該抗反射塗層A及B在55.4度之布魯斯特 角對該P-偏振光及s-偏振光分別具有百分之2.2及百 分之2 · 5之大約類似平均反射比。此外，該抗反射塗層A 及B超過55.4度之布魯斯特角急劇地增加對該ρ偏振光 及該s -偏振光之平均反射比，而不管不同之塗層設計値 〇 如所討論者，其熟知形成該抗反射塗層之結構’以致 -21 - (19) (19)200426389 該最後層係該低折射率層。該低折射率層具有一於大約 1.4 0及2 5大約1 · 5 5間之折射率。於氟化氪準分子雷射（ 具有約248奈米之波長）、氟化氬準分子雷射（具有約 193奈米之波長）、及氟分子雷射（具有約157奈米之波 長）之波段中，藉著製成該低折射率層之最後層所決定之 布魯斯特角係於大約5 5度及大約5 7度之間。 因此當然該抗反射塗層之傳統設計（將該最後層製成 低折射率層）係可適用，而對一包含設有高達 0.8 NA ( 對應於5 3度之最大入射角）之投射光學系統之曝光設備 沒有任何問題，因爲一入射角決不會超過該布魯斯特角。 然而，於一包含具有0.80至0.85 NA之投射光學系統之 曝光設備中，一入射角可能超過布魯斯特角。特別地是， 一包含具有 0.85(對應於58度之最大入射角）或更大 NA之投射光學系統之曝光設備，一入射角能超過該布魯 斯特角，如所討論者，且該抗反射塗層之傳統設計係不可 適用。以其它方式，該解析度將由於該降級之CD —致性 及不對稱之轉印圖案等而惡化。 據此，於一具有〇·85或更大NA之高NA投射光學系 統中，本發明之抗反射塗層1 0 0係如圖1所示塗至一光學 元件OM以致下面之方程式2應用於該多層110中之一最 後層1 1 2之折射率η及該投射光學系統之n A之間。該光 學元件OM係一透光構件，諸如一透鏡、繞射光柵、稜鏡 及密封玻璃。該最後層112係一層接觸該空氣層氬氣，除 了空氣以外，其能包含氧氣、二氧化碳、氮氣、氨、水等 -22- (20) (20)200426389 。在此，圖1係根據本發明一論點之抗反射塗層〗〇〇之一 槪要剖視圖。 tan { sin"1 ( 0.8 5 ) }< n (2) 換句話說’下面之方程式3應用於該多層11〇中之一 最後層1 1 2之折射率n及該抗反射塗層丨〇 〇之間。 1.6 S η ( 3 ) 當一高折射率材料係可用於具有0.85或更大ΝΑ之 问ΝΑ投射光學系統中之抗反射塗層時，下面之方程 式4最好應用於該多層110中之一最後層112之折射率η 及該投射光學系統ΝΑ之間： tanisin·1 ( ΝΑ ) } < η 0.85 < ΝΑ ( 4 ) 圖2顯示當該光線由該空氣層氬氣進入該抗反射塗層 100中之最後層112時’該最後層112對該p—偏振光之 反射比。於圖2中，橫坐標係由該空氣層氬氣進入該抗反 射塗層1 00中之最後層1 1 2之光線之入射角，且縱座標係 在該最後層112上之反射比。圖2亦顯示用於每一折射率 之布魯斯特角及對應於該布魯斯特角之投射光學系統之 NA。本具體實施例將該抗反射塗層1〇〇中之最後層112 之折射率設定至1.60、1.75及2.05。 圖4所示抗反射塗層具有1.45折射率之最後層。當 該光線由該空氣層進入該最後層時，該布魯斯特角係55.4 度。在由此最後層所決定之大約5 5度之布魯斯特角，該 PS平均反射比係維持大約百分之2.5或更小。因此，當 設計該抗反射塗層，以致該最後層之折射率具有1.6、 •23- (21) (21)200426389 1 . 7 5及2.0 5時，如圖2所示，該P S平均反射比能在對應 於個別最後層之折射率之約58度、60度及64度之布魯 斯特角維持百分之2.5或更小。 既然對應於0.85、0.87及〇·90之NA値之最大入射 角分別係58度、60度及64度，當該抗反射塗層係用於 具有NA二0.85或更大之投射光學系統時，及假如根據該 投射光學系統之NA選擇該抗反射塗層100中之最後層之 反射比，該反射比能維持小至該最大ΝΑ。 換句話說，該最後層之最佳化反射比能對該投射光學 系統分別提供0.85、0.87及0.90之ΝΑ値，具有如於該 投射光學系統中之抗反射塗層特性，該投射光學系統具有 0.82之ΝΑ及使用該傳統光學薄膜。 然而，在此無具有2或更大折射率之高折射率材料存 在於該氟分子及氟化氬波段中，且其不可能根據該投射光 學系統之ΝΑ最佳化該最後層之折射率。此案例使用具有 可用於該波長、諸如1 .6及2之間之最大折射率之薄膜材 料。 當一設有ΝΑ= 0.9 (對應於64度之入射角）之投射 光學系統係用作一範例，且該最後層使用一具有1 · 7 5折 射率之薄膜材料時，該布魯斯特角變成60度，並與在0.9 ΝΑ之64度之最大入射角相差4度。在此於圖4中，既然 該布魯斯特角係55度，其中該最後層具有1·45之折射率 ，於圖4中在59度之百分之3.5之PS平均反射比對應於 當該折射率係1.75時在64度之PS平均反射比。當使用 -24- (22) (22)200426389 本發明時，設有ΝΑ = 0.9之投射光學系統能獲得等同於 具有〇·86之NA及使用一傳統光學薄膜之投射光學系統 之抗反射塗層特性。 在使用於設有〇·85或更大ΝΑ之高ΝΑ投射光學系統 之本發明抗反射塗層100中，不需要將其塗至在所有光學 元件上之透光表面。反之，該抗反射塗層100可僅只塗至 一表面，入射於該光學元件上之光線在該表面之最大入射 角超過0.85(對應於87度）之NA。單層薄膜係可適用 。即使當該空氣層氬氣係以氮氣、氨、及另一氣體取代時 ，該抗反射塗層1 〇〇呈現類似效果。 雖然上面之敘述處理用於高NA投射光學系統中之一 光學元件之抗反射塗層（或光學薄膜），本發明係有效地 當作一用於轉印圖案之光阻蝕刻劑。 圖1 3顯示反射比對入射在一塗有光阻蝕刻劑之晶圓 上之光線之入射角關係曲線。於圖1 3中，橫坐標係入射 於該光阻蝕刻劑上之光線之入射角，且縱座標係該反射比 。該光阻蝕刻劑塗佈製程大致上將該抗反射塗層塗至該晶 圓，且然後塗上該抗鈾劑，以便減少來自一晶圓基板之反 射。既然該正加工抗蝕劑大致上具有一高折射率，譬如大 約1.73 (雖然圖13中之光阻蝕刻劑具有1.71之折射率） ，該布魯斯特角變成大約60度。因此於0度及60度間之 一寬廣入射角範圍中’其可能將該Ρ -偏振光及該s —偏 振光間之平均反射比減少至百分之1 0或更小。沒有一抗 反射塗層，依該光阻蝕刻劑之一厚度而定，該Ρ -偏振光 -25- (23) (23)200426389 及該s -偏振光間之平均反射比可抵達大約百分之40。 因此，當該投射光學系統之N A變成0.8 5 (對應於 5 8度之最大入射角）或更大時，本發明之光阻蝕刻劑係 有效的。如圖1 4所示，該光阻蝕刻劑200係塗佈至一晶 圓WP上，以致下面之方程式5滿足該光阻蝕刻劑200之 折射率η ’及該投射光學系統N A之間。在此，圖1 4係根 據本發明另一論點之光阻蝕刻劑200之一槪要剖視圖。 tan {sin'1 ( 0.85) }<n' ( 5) 換句話說，該光阻蝕刻劑200之折射率：滿足下 面方程式6 : 1.6 < nf ( 6 ) 圖14A直接將該光阻蝕刻劑200塗佈至該晶圓WP上 ，且該光阻蝕刻劑200滿足方程式5及6。 圖14B將該抗反射塗層210塗佈至該晶圓WP上，且 然後塗上一抗蝕劑層220，以形成該光阻蝕刻劑200。於 此案例中，該抗蝕劑層2 2 0中之最上層（配置成最接近至 該光線入射側及接觸該空氣層氬氣之層）滿足方程式5及 6 〇 另一選擇係，該抗反射塗層2 1 0係塗佈至該晶圓W P 上，然後塗上該抗鈾劑層220、及一滿足方程式5及6之 上層230，如圖14C所示。於此案例中，該上層230不會 呈現一抗蝕劑特色，及可爲一高折射率之透光層。在曝光 之後，該高折射率之上層23 0係剝除，及對於該抗蝕劑層 220進行一普通之顯影製程。當然，只要該上層23〇在該 •26- (24) (24)200426389 通常之顯影劑中溶解，該上層23 0不須剝除。此案例需要 該光阻蝕刻劑200中之上層塗佈至該晶圓WP上，並接觸 該空氣層氬氣，以滿足方程式5及6。該光阻鈾刻劑200 呈現類似效果，即使當該空氣層氬氣係以諸如氮氣及氨之 氣體取代時。 當一高折射率材料係可用於該光阻蝕刻劑200時，下 面之方程式7最好係滿足一接觸該光阻蝕刻劑200中空氣 層氬氣之層之折射率η’及設有0.85或更大NA之高NA投 射光學系統之ΝΑ之間： tan { sin'1 ( NA ) } < η1 0.85 < ΝΑ ( 7 ) 如此，本發明之抗反射塗層1 0 0及/或光阻蝕刻劑 2 00能對具有0.85或更大ΝΑ之投射光學系統提供抗反射 特性，及實現一改善CD —致性及圖案對稱性之曝光設備 〇 參考圖1 5，現在將敘述一包含投射光學系統5 3 0之 曝光設備5 0 0，該投射光學系統5 3 0具有一光學元件，而 本發明之抗反射塗層1 00係塗佈至該光學元件上。圖1 5 係根據本發明一論點之曝光設備5 00之槪要結構。如圖 15所示’該曝光設備5 00包含一照明設備510、將由一照 明光罩圖案所產生之繞射光投射於該晶圓WP上之投射光 學系統5 3 0、及一用以支撐該晶圓WP之晶圓架台5 4 5。 該曝光設備5 00係一譬如以步進及重複或步進及掃描 之方式將該光罩5 20上之電路圖案曝光至該晶圓WP上之 投射曝光設備。此曝光設備係適合用於一次微米或四分之 -27- (25) (25)200426389 一微米之微影鈾刻製程’及此具體實施例示範地敘述一步 進及掃描曝光設備（亦稱爲 ''掃描器〃）。 該照明設備5 1 0照明形成一待轉印電路圖案之光罩 520，及包含一光源單元512及一照明光學系統514。 該光源單元512使用當作一光源，譬如一具有193奈 米波長之氟化氬準分子雷射、及一具有248奈米波長之氟 化氪準分子雷射。該光源型式不限於該準分子雷射，及能 使用一具有大約153奈米波長之氟分子準分子雷射。不限 制雷射單元之數目。一用於減少散斑之光學系統可線性地 或旋轉式移動。當該光源單元512使用一雷射時，其想要 的是採用一波束成形光學系統，其將來自一雷射光源之平 行波束成形至一想要之波束形狀，及一把相干雷射光束轉 變成不相干之不相千轉動光學系統。適用於該光源單元 5 1 2之一光源不限於一雷射，及可使用一或多個燈泡，諸 如水銀燈及氙氣燈。 該照明光學系統5 1 4係一照明該光罩5 2 0之光學系統 ，且包含一透鏡、一鏡片、一光學積分器、一光闌等，並 以此順序配置譬如一聚光透鏡、一復眼透鏡、一孔徑光闌 、一聚光透鏡、一狹縫、及一成像光學系統。該照明光學 系統5 1 4能使用任何光線，不論其是否軸上或離軸光線。 該光學積分器可包含一復眼透鏡或一藉著堆疊二組圓柱形 透鏡列陣板（或雙凸透鏡）所形成之積分器，及可用一光 學桿或一繞射元件取代。 該光罩5 2 0係由石英製成，譬如，形成一待轉印之電 -28- (26) (26)200426389 路圖案（或影像），及係藉著一光罩架台（未示出）所支 撐及驅動。由該光罩5 2 0所放射之繞射光線通過該投射光 學系統5 3 0，如此及然後係投射於該晶圓Wp上。該光罩 5 20及該晶圓WP係位於一光學配對之關係中。既然該具 體實施例之曝光設備5 00係一掃描器，該光罩52〇及該晶 圓WP係在該投射光學系統530之一縮微倍率之速度比下 掃瞄，如此將該光罩520上之圖案轉印至該晶圓WP。假 如其係一步進及重複曝光設備（稱爲 ''步進器〃），該光 罩5 2 0及該晶圓WP仍然保留供曝光。 該投射光學系統5 3 0將反射該光罩520上之一圖案、 當作一物體表面之光線投射於該晶圓WP上當作一影像表 面，且具有〇·85之NA。色象差之任何需要修正能使用由 具有不同色散値（Abbe値）之玻璃材料製成之複數透鏡 單元，或能配置一繞射之光學元件，使得其在一相向於該 透鏡元件之方向中分散。 本發明之抗反射塗層100係塗至一光學元件，如該投 射光學系統5 3 0中之一透鏡。該抗反射塗層1 〇 〇能減少具 有甚至〇·85或更大NA之投射光學系統5 3 0中之透射比 之擴散，及對該解析度提供優異之CD —致性及圖案對稱 性 該晶圓WP可爲一液晶面板及另一待曝光之物體。該 光阻蝕刻劑係塗至該晶圓WP上。該光阻蝕刻劑能使用本 發明之光阻蝕刻劑200，藉此減少該曝光光線在該晶圓 WP上之反射，及以優異之解析度轉印該光罩520上之圖 -29- (27) (27)200426389 案。 該晶圓架台545支撐該晶圓WP。該晶圓架台WP可 使用該技藝中習知之任何結構，且其結構及操作之一詳細 敘述係省略。該架台5 4 5可例如使用一線性馬達，以於 XY方向中移動該晶圓WP。該光罩520及晶圓WP係譬如 同步掃瞄，且監控該晶圓架台545及一光罩架台（未示出 )之位置’譬如藉著一雷射干擾儀等，以致兩者係在一不 變之速度比下驅動。該晶圓架台545係譬如經由一阻尼器 安裝在一支撐在該地板等上之架台托板上。該光罩架台及 該投射光學系統5 3 0係安裝在一透鏡鏡筒托板（未示出） 上’且譬如經由一阻尼器支撐至放在該地板上之基座機架 〇 於曝光中，由該光源單元512、例如Koehler所放射 之光線經由該照明光學系統5 1 4照明該光罩5 2 0。通過該 光罩520及反射該光罩圖案之光線係藉著該投射光學系統 5 3 0成像於該晶圓W P上。滿足方程式4之一材料係選擇 用於塗至該曝光設備5 00之投射光學系統5 3 0中之一光學 元件上之抗反射塗層，且配置成最接近至該曝光光線之入 射側面。如此，該曝光設備5 00能提供高品質裝置（諸如 半導體裝置、LCD裝置、攝影裝置（諸如CCDs等）、薄 膜磁頭等）。同理，滿足方程式7之一材料係選擇用於塗 至該曝光設備5 00中之晶圓WP上之光阻蝕刻劑，且配置 成最接近至該曝光光線之入射側面。 現在參考圖16及17，將敘述一使用上面曝光設備 -30- (28) (28)200426389 5 00之裝置製造方法之具體實施例。圖16係一流程圖， 用以說明裝置（亦即半導體晶片，諸如1C及LSi、LCDs 、CCDs等）之製造。現在將敘述半導體晶片之製造當作 一範例。步驟1 (電路設計）設計一半導體裝置電路。步 驟2(光罩製造）形成一具有設計電路圖案之光罩。步驟 3 (晶圓製備）使用諸如砂之材料製造一晶圓。步驟4( 晶圓處理）在該晶圓上經由微影術使用該光罩及晶圓形成 實際電路圖，其稱爲一預處理。步驟5 (組裝）將步驟4 所形成之晶圓形成一半導體晶片及包含一組裝步驟（例如 晶粒切割、接合）、一封裝步驟（晶片密封）等，其亦稱 爲一後處理。步驟6 (檢查）對於步驟5中所製成之半導 體裝置施行各種測試，諸如一有效性測試及耐用性測試。 經過這些步驟，一半導體裝置係完成及裝運（步驟7)。 圖1 7係圖1 6步驟4中之晶圓處理之一詳細流程圖。 步驟1 1 (氧化作用）氧化該晶圓之表面。步驟12 ( CVD )在該晶圓之表面上形成一絕緣薄膜。步驟13 (電極形 成）在該晶圓上藉著蒸氣沈積等形成電極。步驟14(離 子植入）將離子植入該晶圓。步驟1 5 (曝光）將上面具 體實施例中所敘述之感光性材料塗至該晶圓上，並使用該 曝光設備5 00以將該光罩上之一電路圖案曝光於該晶圓上 。步驟1 6 (曝光）使該曝光之晶圓顯影。步驟1 7 (蝕刻 )蝕刻異於一已顯影抗蝕劑影像之部份。步驟1 8 (抗蝕 劑剝除）在蝕刻之後移除該不使用之抗蝕劑。這些步驟係 重複，且多層電路圖案係形成在該晶圓上。此製造方法能 -31 - (29) (29)200426389 比該傳統方法製造較高品質之裝置。如此，使用該曝光設 備5 00及該裝置當作合成產品之裝置製造方法構成根據本 發明之一論點。 再者’本發明不限於這些較佳具體實施例，但可作各 種修改及變化，卻未脫離本發明之精神及範圍。譬如，本 發明之抗反射塗層係適用於具有0 · 8 5或更高N A之照明 光學系統中之光學元件。 如此’本發明能提供一具有優異光學性能、諸如產量 及解析度之新穎及高NA投射光學系統。 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明一論點之抗反射塗層之槪要剖視圖 〇 圖2係一曲線圖，其顯示當該光線由一空氣層進入該 最後層時，一抗反射塗層中之最後層對該p-偏振光之反 射比。 圖3係一曲線圖，其顯示抗反射塗層A及B對不同 光波長之反射比特性。 圖4係一曲線圖，其顯示平均反射比對該抗反射塗層 A及B中之p —偏振光及s —偏振光之入射角關係曲線。 圖5係一槪要剖視圖，其顯示於投射光學系統中最接 近至一晶圓之最後表面上之透光光學元件。 圖6係該反射比對入射於圖3所示抗反射塗層A及B 上之p —偏振光之入射角關係曲線之一曲線圖。 -32- (30) (30)200426389 圖7係該反射比對入射於圖3所示抗反射塗層A及B 上之s —偏振光之入射角關係曲線之一曲線圖。 圖8係一曲線圖，其顯示當該光線由空氣（媒介X ) 進入設有1.45折射率之媒介Y時對p一偏振光及s一偏振 光之反射比。 圖9係一曲線圖，其顯示當該光線由一低折射率層進 入一高折射率層時在一介面之反射比。 圖1 0係一曲線圖，其顯示當該光線由一高折射率層 進入一低折射率層時在一介面之反射比。 圖1 1係一曲線圖，其顯示當該光線由一低折射率層 進入一透鏡板材時在一介面之反射比。 圖1 2係一曲線圖，其顯示當該光線由一高折射率層 進入一透鏡板材時在一介面之反射比。 圖1 3係一曲線圖，其顯示該反射比對入射於塗有光 阻蝕刻劑晶圓上之入射角關係曲線。 圖1 4係當作根據本發明一論點之光阻蝕刻劑之槪要 剖視圖。 圖1 5係當作根據本發明一論點之曝光設備之槪要結 構。 圖1 6係一用以說明如何製造裝置（諸如半導體晶片 、諸如IC s及L C D、C C D s等）之流程圖。 圖1 7係如圖1 6所示步驟4之晶圓製程之一詳細流程 圖。 -33- (31)200426389 主要元件對照表 A 塗層 a 光束 b 光束 c 光束 d 光束 e 光束 e. 光束 OM 光學元件 PR 光阻蝕刻劑 WP 晶圓 X 媒介 Y 媒介 100 塗層 110 多層 1 1 2 最後層 200 光阻蝕刻劑 2 10 塗層 220 抗融劑層 230 上層 500 曝光設備 5 10 照明設備 5 12 光源單元 5 14 照明光學系統 -34- 200426389 (32) 520 光罩 5 3 0 投射光學系統 5 4 5 晶圓架台