TWI230323B - Projection exposure system for microlithography and method for generating microlithographic images - Google Patents

Description

1230323 ^ -一案 90101827 年 月_g_修正____ 五、發明說明（1) 本發明為一種以具有申請專利範圍第1 4項之特徵的極 化光線進行微影成像的方法，以及一種具有申請專利範圍 1 -1 1之特徵的投影曝光裝置。

這一類微影成像方法及投影曝光裝置在專利編號DE 1 95 35 392 A(US Ser· No· 09/35 2 408 )的專利及其專利 說明書中摘錄的專利中已有提及。 上述專利提出的徑向極化非常適用於具有典型成像侧 數值孔徑NA = 〇· 5-0. 7及沒有抗反射膜之抗蝕劑的物鏡， 可以有效減少入射角在布儒斯特角（極化角）範圍時，發生 在抗蝕劑上的極化選擇反射造成的干擾。 在專利編號US 5,365,371及US 5,436,76 1的專利中有 提出一種在投影物鏡的光瞳面（系統孔徑）設置徑向極化用 之極化選擇裝置。 在專利編號US 5, 691，802專利中提出一種反折射投影 物鏡，在這種反折射投影物鏡的光瞳面可以設置一片極化 板。此極化板具有一個内圓形區和一個外環形區，可以產 生彼此正交且具有不同折射率的線性極化光線。從而形成 兩道各自產生不同成像面的不相干擾的光束。此專利並未 說明反折射投影物鏡與曝光方式之間的關係。在此專利所 舉之實施例中，數值孔徑的最大值為〇. 6。 在專利編號US 4，755，027專利中提出數種可以產生徑 向及切線向極化光線的旋轉三稜鏡裝置。 本發明的目的在於提出一種以極化光線進行微影成像 的方法，以及該方法所需的裝置，以便將成像側數值孔徑 由0.7左右提高至大於0· 9的程度，使極化效果更為完美

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成像=之抗蝕劑(成像面上的感光層)及更大的 : = 具有垂直於入射面(縱向的，㈧之極性 a # /5 f /成則可以使干涉條的反差更為理想，大約可 以使反差增大7%。 “八j ^ 可、素=t有本發明中請專利範圍第14項之特徵的方法即 = 的㈣。在這種方法中，入射至成像面及射 ' "光束具有優先方向為垂直於入射面的極性。 、申請專利範圍第1項之裝置的曝光系統具有一個可以 形成極化光線的子系統，其形成的極化光線需有60%以上 (最好是70%以上）為切線向極化光線。 極化光線在其光程甲必須能夠保持其極性。 申請專利範圍第10項之裝置具有一反折射還原物鏡， 在其成像侧的最後一面反射鏡之後設有一個調整裝置，這 個裝置可以依據孔徑照明的形狀影響光束的極性，並造^ 成像光束的切線向極化。 其他申請專利範圍均為本發明之各種有利的實施方 申請專利範圍第3項至第4項分別需要形成環形孔徑照 明及偶極照明。本發明的裝置可以產生足夠的具有吾人^ 需極性的光線，並在光線的光程中保持此極性，因此可以 完全利用到大數值孔徑和極化光線的優點。 切線向極化對環形孔徑照明及偶極照明均適用。 申請專利範圍第5項的線性極化光線亦適用於偶極照明。 本發明使用四極照明並不具備優點。 銮號 90101827 1230323 五、發明說明（4) 以下配合圖式對本發明的特點作進一步的說明。 第一圖··一種投影曝光裝置的示意圖，這種投影曝光 裝置的反折射還原物鏡内裝有切線向極化鏡。 第二圖：一種投影曝光裝置的示意圖，這種投影曝光 裝置的照明糸統内裝有切線向極化鏡。 第三圖··在切線向極化之產生元件出口端的切線向極 化0 第四圖·成像光束在晶片上的位置。 第五圖：在光瞳面内的光束。 第一圖中的投影曝光裝置是由光源（1)、照明系統 (2 )、掩模定位系（3 ’ 3 1 )、還原物鏡（4 )、目標物定位系 統（5 ’5 )、計算機控制裝置（7)所構成、以及若干在圖式 中未繪出的一般性輔助裝置所構成。 在本例中光源（1 )是一種紫外線光源（尤以波長丨9 3nm 或157nm最適合）的激發物雷射。

照明系統（2 )包括一個射束控制及成型系統（2丨）、一 個用來形成不同形狀的光瞳照明的可調整裝置（2 2 )，例如 以可调整的旋轉二稜鏡來形成環形孔徑照明（環狀照明）、 也可以再加上用於設定照明形狀（相干性各不相同的環 狀、雙極、四極、一般照明形狀）並具有調整驅動器（231) 的可調整光圈裝置（23)、一個光積分器（24，此處為一多 孔聚光透鏡）、一個限制掩模（3)的被照射範圍的肫鼬光圈 (25)、以及一個REMA物鏡（26)。這種照明系統為一種已知 的照明系統，並非本發明所獨有，請參照專利編號卯198 1230323 案號90101827_年月日 條正_ 五、發明說明（5) 用的文獻。 還原物鏡（4)是一種反折射物鏡，具有一面凹面鏡 (43)、偏轉鏡（41，44)、以及透鏡（44，45，46)。這種反 折射還原物鏡也是一種已知物鏡，並非本發明所獨有，如 專利編號US Ser· No· 〇9/364,382 (EP 0989434 A )的專 利提及的物鏡。另外一種可能方式是使用如專利編號DE 199 54 727 A的專利提及的分光物鏡。 本專利登記所使用的照明系統及物鏡係以上述專利及 其引用文獻提及的照明系統及物鏡為例。 反折射還原物鏡具有一個NA = 0· 8或更大的成像侧數 值孔徑。這種反折射還原物鏡的特殊處是，在光瞳面（系 統孔徑）的範圍内裝置了一個可以影響光線極化的元件 (6 )。元件（6 )會在位於其後的光程上造成切線向極化，由 類似於一般徑向極化用板的分段式雙重折射板構成。在使 用雙極照明，且照明系統（2)的元件（2 2，2 3)亦做好相應 調整的情況下，元件（6 )也可以形成線性極化光線。透過 一個調整器（6 ’）極化方向與雙極照明的方向配合。此處的 元件（6 )最好是一種低損耗的雙折射元件，也可以是一種 具有濾光作用的線性極化鏡。如果極化光線是由照明系統 (2 )循環形成，由於反射率係由極化決定，因此位於透鏡 ’ 45，46)之後的橢圓形極化會具有事先設定的形狀， 即經由厚度適當的雙折射板轉變為線性極化。在透鏡 (44 45，46)上最好塗有一層極位保持反射膜。 掩膜（3，或稱遮蔽罩）及目標物（5，晶片）係設置在物 @ #成像面内，並被定位系統（31，5,）導入、朝正確方向

1230323案號90101827 _年月日 修正 五、發明說明（6) 對準、以及以逐步掃瞄方式同步移動。 位於照明系統内的調整裝置（2 3 1 )、元件（6 )的調整器 (6’）、以及定位系統（31，5,）調整器（6,）都是由計算機控 制裝置（7 )加以控制。計算機控制裝置（7 )不但可以控制整 .個投影曝光系統，還可以監控其他信號和調整值。 第二圖為投影曝光裝置的另外一種構造方式，在這種 投影曝光裝置的照明系統内裝有切線向極化裝置（5 5)。專 利編號US 4，755，027的專利提出的旋轉三稜鏡裝置即可作 為此投影曝光裝置的切線向極化裝置，在這個專利中也有 提及如何使射來的光線的不同的預極化工作達到完美的程 度。除了這個切線向極化裝置之外，這種投影曝光裝置的 其他部分均為常見的装置。帶有透鏡（52)的光源（51)照亮 光圈（53) °光圈（53)之後有一面物鏡（例如專利編號!)£ 44 21 953 A的專利提出的變焦旋轉三稜鏡），可以作不同的 調整（例如選擇環形孔徑）。在裝置（5 5 )之後有一面多孔聚 光透鏡（56)和一個中繼及場學鏡組（57)。經由裝置（55)、 多孔聚光透鏡（5 6 )、以及中繼及場學鏡組（5 7 )的共同作用 使遮蔽罩（58)的照明達到最佳化，再經由還原物鏡（59)將 遮蔽罩（58)以最高的解析度（小於1 OOnm-70nm或50nm)縮小 成像在晶片（61)的抗蝕劑膜（6〇)上。由於光線在此處的入 射角很大’即位於布儒斯特角（極化角）的範圍，而且極化 方向垂直於入射面，故此處的抗蝕劑膜上必須有一層 抗反射，’否則光線就無法有效的進入抗蝕劑膜（6 0 )内。 第三圖顯示在極化器（55及/或6)出口端的切線向極 化’此切線向f化和本系統中後面的每一個光曈面的切線

_ 1230323 -- ~盡號9〇ioim_牟月日 條正 五、發明說明（7) 向極化均對中於光學轴0A。 第四圖顯示成像光束（81，82)輸入抗蝕劑膜（6〇)的位 置。按照本發明的方式，以很大的入射角（以光學軸〇A為 準）入射的成像光束（81，82)具有垂直於入射面（即第四圖 的繪圖平面）的極化方向。由於抗反射膜（62)的關係，成 像光束（81，82)可以有效的進入抗蝕劑膜（6〇)内，並在 像”點’’（40)處由於其電場内彼此平行的向量產生有效的干 涉作用’因此在曝光的點（4 〇 )和未曝光的點之間會形成很 明顯的反差。在第四圖中，抗蝕劑膜（6〇)、抗反射膜

(62)、以及晶片（61)的厚度並非按比例繪製，而且三者之 間交界處的折射也沒有繪出。

第五圖係模擬還原物鏡之光瞳面内的光線分佈情況， 例如第一圖中元件（6)出口端的光線分佈情況。由環形孔 徑照明照亮的區域（〇 )位於光瞳直徑p的範圍内。環形區域 (〇)同時也是一個沿著G方向設置於第一圖之遮蔽罩（3)内 的光栅的第零衍射級，而環形區域（―υ及環形區域（+ 1)則 是一個光柵週期位於極限分辨率範圍内的光柵的第—丨及第 +1衍射級的分佈。部分範圍彼此重疊的環形區域（—i，〇， +1)共同形成圖像。從第五圖中我們很容易就可以看出， 箭號T代表的切線向極化表示兩道光束在重疊區域具有極 同的極化，所以能夠產生正干涉。 Μ 在間隙為lOOnm的1 : 1光栅、用於波長193111〇之投影曝 光裝置、成像侧數值孔徑N A = 〇· 5-0. 8、折射率η = 1. 8的條 線可以比未經極化的光線獲得

0 · 7 5、環形孔徑照明σ = 件下’使用本發明的極化光 更高的反差（增加7%)。如果

第10頁 發明說明（8) 是使用環形照明，反差增加的效果不受結構方向的夯塑 而且這種方法對於各種結構（如緊密的線、通路孔）=;， 用’尤其是使用較低反差要求（k值介於〇· 3 — 0· 5)的曝^ 法的時候。雙極照明的方向應按照待成像結構的方 整。如果極化方向能夠與結構方向配合，亦即極化= 直線，則在成像面内除了切線向極化之外， =t 性極化。 1也』以使用線

第11頁 1230323 _案號90101827_年月日_修正 圖式簡單說明 1、51 :光源 2 :照明系統 3、 31 :掩模定位系 4、 59 :還原物鏡 5、 5’ ··目標物定位系統 6 :元件 6 ’ ：調整器 7 :計算機控制裝置 21 成 型 系 統 22 可 調 整 裝 置 23 可 調 整 光 圈 裝 置 24 ： 光 積 分 器 25 : ：REMA 光 圈 26 ： ：REMA 物 鏡 40 ： :點 41、 ‘44 ·· 偏 轉 鏡 43 : :凹 面 鏡 44、 _ 45 46 52 • 參 透鏡 53 光 圈 55 極 化 裝 置 56 多 孔 聚 光 透 鏡 57 中 繼 及 場 學 鏡 組 60 抗 劑 膜 61 晶 片 62 抗 反 射 膜

第12頁

1230323 _案號90101827_年月日_修正 圖式簡單說明 8 1、8 2 :成像光束 2 3 1 :調整驅動器

lilil 第13頁

Claims (1)

1. ?;年"月日___修正Φ 案號 9〇ΐ〇1?^7 六、申請專利範圍 1 · 一種微影投影曝光裝置，包括以下的組件： 一個光源（51 ); 一個照明系統，具有一個可以形成極化光的子系統（5 5 ) 和一個可以調整照明孔徑的子系統（54); 一個掩膜定位系統（58); 一面還原物鏡（59)，具有一個大小為〇· 7-0· 9的成像側 數值孔徑，以及一個成像面；以及 一個目標物定位系統（6 0，6 1); 其中，該可以形成極化光的子系統（5 5)所形成的極化光線 需有6 0 %以上為切線向極化光線。 2·如申請專利範圍第1項的微影投影曝光裝置，其中該可 以形成極化光的子系統（5 5)所形成的極化光線較佳是需有 7 0 %以上為切線向極化光線。 3 ·如申請專利範圍第1項的微影投影曝光裝置，其中該調 整照明孔徑的子系統（5 4)形成一環形孔徑照明。 4 ·如申請專利範圍第1項的微影投影曝光裝置，其中該調 整照明孔徑的子系統（54)形成一雙極照明。 5·如申請專利範圍第4項的微影投影曝光裝置，其中該可 以形成極化光的子系統（55)所形成的極化光線並非切線向 極化光線’而是極化方向垂直於雙極照明的兩個光點之間 的連線的線性極化光線。 6 ·如申請專利範圍第1項的微影投影曝光裝置，其中該還 原物鏡（59 )係為一投影物鏡（59 )。 7·如申請專利範圍第6項的微影投影曝光裝置，其中位於

   第14頁 1230323案號90101827 年月曰 修正__ 六、申請專利範圍 光線之光程上的投影物鏡（59)的結構具有旋轉對稱性。 8 ·如申請專利範圍第7項的微影投影曝光裝置，其中該投 影物徑（59 )係為折射物鏡或旋轉對稱物鏡。 9 ·如申請專利範圍第1項至第8項中任一項的投影曝光裝 置’其中為了使極化分佈均勻，該可以形成極化光的子系 統（55)具有一超前量，可將光學元件（56-59)造成的干擾 影響在成像面（5，6 1 )抵消掉。 10· 一種微影投影曝光裝置，包括以下的組件： 甲、一個光源（1 )，波長位於紫外線範圍； 乙、一個照明系統（2 )，具有一個可以形成不同形狀之光 曈照明的可調整裝置（2 2); 丙、一個掩膜定位系統（3 1 );以及 丁、一面反折射還原物鏡（4)，具有一個大小為〇· 7一〇. 9的 成像侧數值孔徑、一面成像側的最後透鏡（44 )、以及位於 透鏡（44)之後的形成極化裝置（6); 其中，可以依據所設定的光曈照明形狀調整或移動形成極 化裝置（6) ’以便使成像面（5，6〇)内的成像光束（8ι，82) 被極化至與入射面垂直的方向。 11·如申請專利範圍第1 〇項所述的微影投影曝光裝置，其 中4光目里照明係為各種不同的環形孔徑照明或雙極照明。 12·如申凊專利範圍第1 〇項所述的微影投影曝光裝置，其 中該光源（1)的波長範圍係為1 5〇nm — 2〇〇nm ^^間。 13·如申請專利範圍第1〇項至第12項中任一項的投影曝光 裝置，其中為了使極化分佈均勻，該形成極化裝置（6 )具 iHii mm 第15頁 1230323 _t 號 90iniR97 曰 六 申請專利範圍 有一超前量，可將光學元件（46)造成的干擾影響在成像面 (5，6 1)抵消掉。 U· —種使用申請專利範圍第1項至第1 3項中任一項的投 衫曝光裝置以進行微影成像的方法’其包含下列步驟·· 提供一光束（81，82 )以射入成像面（5，61 )並朝圖像 干涉以形成具有垂直於入射面的優先極化方向之光束； 於掩膜定位系統（31)中設置一片極化中和微影掩膜（3); 以及 、 提供一個帶有感光層（61)的目標物（5，61)在目標物定位 系統（5，）中，其中該感光層（61)上有一層抗反射膜（62)以 使極化方向垂直於入射面的光束達到理想的透射率。 15.如申凊專利範圍第1 4項的方法，其中該極化中和微影 掩膜（3)，係為一種在光線通過時其基片幾乎不會產生雙 折射的透射掩模。