TWI288863B - Method and apparatus for variable polarization control in a lithography system - Google Patents

Description

<1288863 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明大致關係於微影系統，更明確地說，有關於微 影系統中之光的偏振。 【先前技術】 微影係爲一製程，用以在基材表面上建立特性。該基 Φ 材可以包含平面顯示器、電路板、各種積體電路、列印 頭、微/奈米流體裝置等等製造中所使用者。例如，半導 體晶圓可以使用作爲一基材，以製造一積體電路。 於例示微影製程中，一經常形成在光罩上之影像將想 要的圖案轉印至一基材上。於微影術中，一安置在晶圓機 台上之晶圓被曝光至投影至晶圓表面上之影像，以對應於 想要的影像圖案。 被投影的影像在一層，例如沉積在晶圓表面上之光阻 Φ層的特性中產生變化。這些變化對應於曝光時，投影至晶 圓上之特性。在曝光後，該層可以被蝕刻，以產生一有圖 案層。該圖案對應於曝光時，投影至晶圓的特性。該圖案 層然後用以移除或處理在晶圓內之下結構層的曝光部份， Λ 下結構層係例如導體層、半導體層或絕緣層。此製程然後 “配合其他步驟加以重覆，直到想要特性被形成在晶圓表面 上爲止。 微影製程以增加縮小化的程度，來生產愈來愈複雜的 裝置。微影系統可以以其數値孔徑（ΝΑ)加以說明，以及系 -4- (2) 1288863 統的ΝΑ增加，以促成更密集裝置的生產。於很高之ΝΑ 微影術中，製程的能力將被可用之成像準確性所限制。可 以以較高光學效率及對比度投影影像的系統可以在高ΝΑ 微影術中，生產更高積集度的裝置。 因此，有需要改良設備及方法，來增加微影系統中之 光學效率與對比度。 ρ 【發明內容】 本發明大致關係於改良之偏振控制光學。本發明係爲 隨附之申請專利範圍所定義，而不是爲用以揭示本發明之 例子所限制。 於此之本發明的較佳實施例中，一偏振控制裝置係被 設在一微影系統中，允許光的選擇偏振於水平、垂直及/ 或圓形指向中。偏振控制裝置可以包含一對四分之一波 片，其能彼此相對地旋轉以及進入偏振。當四分之一波片 馨的角度對進入線性偏振呈（0度、45度）時，輸出偏振爲圓 形。當四分之一波片的角度爲（0度，0度）時，輸出爲線 性平行於進入偏振。當四分之一波片的角度爲（4 5度，4 5 度）時’輸出爲正交於進入偏振的線性。 本發明人發現增加之光學效率可以基於予以投影之影 像的指向，藉由選擇一偏振加以取得。水平偏振較佳地用 於具有強水平指向的影像，及垂直偏振被選擇用於具有強 垂直指向的影像。當影像沒有強水平或垂直指向時，選擇 圓形指向。 (3) ' 1288863 本發明之其他實施例、特點及優點，及各實施例之，結 構與操作將參考附圖加以詳細說明如下。 【實施方式】 附圖係作爲本發明說明書的一部份，其顯示本發明， 、 附圖與說明一起作爲解釋本發明之原理，而使得熟習於本 技藝者可以完成及使用本發明。 本發明實施例提供一改良偏振系統及方法，以用於高 精確度微影術。例示實施例將參考附圖加以詳細說明，附 圖係以第1 A及1 B圖開始。 於高精確度微影系統中，一影像被投影至一阻抗材 料。產生此影像的干涉量決定對比度。更明確地說，一更 高百分比之干涉光將產生更大之對比。光只有當其相干及 電場平行時才會干涉。因此，振盪能量平行的元件可以提 供更高對比。因此，於微影系中，偏振向量的指向決定對 φ比並影響系統的效率。 弟1 A及1 B圖顯不在微影系統中成像的這些因素的 作用。第1 A圖顯示光學路徑配置，其產生相當低的對比 影像。如所示，當光通過物體104 (例如光罩）時，光被繞 射以產生0，- 1及+ 1階的路徑。在路徑1 0 0中之0階束 • 及在路徑101中+1階束係爲物鏡106所聚光並對焦在光 阻1 08上。沒有了最佳偏振，如箭頭所示之在光阻的繞射 路徑100及101中的電場並不會平行。於第1B圖中，電 場係被指進及指出紙張。因此，該場對於沿著路徑1 02之 -6- (4) 1288863 零階束及沿著路徑1 03的+ 1階束係爲平行，該等束係爲 物鏡106所聚光並對焦在光阻108上。在光束中之圓圈代 表由紙張射出之箭頭，用來表示電場。因爲電場係被如此 指向，使得對於多數繞射路徑而言，它們仍是平行。第 1 B圖相對於第1 A圖的配置，已經改良影像對比。 於本發明之一較佳實施例中，一新穎偏振控制法藉由 增加干涉程度，而改良了在晶圓處的影像對比。干涉程度 φ 係加以選擇，以對於所投影影像類型，完成最佳的影像對 比。於一實施例中，最後，物件及照明可以加以選擇，使 得影像形成係等效於二束干涉，但本發明並不限定於此實 施例。 用於本發明中之設備的一例示實施例係顯示於第2 圖。於本發明實施例中，在微影系統中之對比係藉由加入 偏振控制的機構加以加強，該偏振控制機構係爲偏振控制 裝置200的形式。偏振控制裝置200可以由一或多數可變 φ偏振的主動電子控制裝置所構成，或者，可以由一或多數 被動偏振光學元件所構成。 於使用被動元件的例示實施例中，偏振控制裝置200 包含兩個具有獨立可變旋轉的四分之一波片202及204。 ' 例如，藉由使得至少之一或最好兩波片202及204爲可 • 動，而提供有可變之指向。於第2圖所示之例子中，波片 2 02及2 04可以繞個在波片202及204中心的Z軸。 用以移動波片202及204的移動機構206係大致如第 2圖所示，因爲此機構的細節對於本發明並不重要。重要 -7- (5) 1288863 的是，有一些機構，用以改變波片202及204 振效果。於所提供之例子中，兩波片均爲可旋 用以旋轉光學元件的裝置均可以用於本發明中 簡單實施例中，一具有手動或馬達驅動之圓形 置以選擇地繞著Z軸旋轉波片202及204。於 中，螺線管或其他電機移動裝置可以用以指示 進入想要的相對位置。熟習於本技藝者將了解 p件，以取得在光學路徑中之想要定位及指向係 所常用，並且，任意用以旋轉光學元件之裝置 知或予以在未來開發均可以用於本發明之內。 四分之一波片202及204較佳地由應力 成。此材料藉由施加在材料上的負載而變成雙 於折射率較大之光係相對於具有較小折射率者 延滯90度（四分之一波長）。此等波片係被形 平行於波片的前及後片。除了線性偏振平行於 φ光外，所有碰撞波片的光將被分成兩具有不同 份。 應了解的是，本發明並不限定於任意四分 特定結構或形成法，任意之具有適當光學特性 他光學元件均可以用以替代於此所述之四分之 第3圖顯示偏振控制裝置2 0 0 (如第2圖戶 安裝在微影系統之透鏡系統3 00中。透鏡系統 例如美國康州威頓之ASML所製造之高NA的 於此例子中，透鏡系統3 00包含一第一光學機 的組合的偏 轉。任何之 。例如，在 齒輪係被設 其他實施例 一或兩波片 移動光學元 爲本技藝中 ，不論爲已 融熔石英作 折射。有關 ，在相位上 成使得光軸 雙折射軸的 折射率的成 之一波片的 之波片或其 一波片。 斤示），其被 3 00可以是 透鏡系統。 台3 02及一 (6) 1288863 第二光學機台304。於本例子中之包含兩個四分之 的偏振控制裝置200被安裝在第一光學機台3 02及 學機台3 04之間。偏振控制裝置200將出現在傳統 鏡系統中的相同位置的單一四分之一波片替換掉。 於偏振控制裝置200中之四分之一波片的指向 地取決於予以成像的幾何形狀加以改變。於本發明 實施例中，四分之一波片係用以選擇地取決於影像 | 狀，而建立水平、垂直或圓形偏振。一般而言，在 向影像中，水平線性偏振將加強對比。對於垂直 像，則想要垂直線性偏振。如果目標不是水平或垂 圓形偏振係較佳的。 對於水平指向影像，本發明表示具有強水平元 像，例如任何之水平指向軌跡，並且，相較於水平 垂直元件明顯較少及不顯著。垂直指向影像則相反 強垂直線性元件及較不顯著之水平元件。熟習於本 _^可以於檢視時’決定是否一影像主要爲水平或垂直 如果因爲某些原因而很難決定影像的指向，則可以 三個可用偏振（水平、垂直、及圓形）測試該影像， 哪一偏振產生最佳微影結果’而加以實驗決定指向 本發明可以在無關於用來選擇用於光學路徑中 圖案或影像的方法下，加以操作。更明確地說，本 可以用於任一類型之微影系統。於傳統微影系統中 圖案罩被形成在光罩材上及光通過該罩，以在該表 建立予以形成元件的投影影像。也已經發展了一種 一波片 第二光 微影透 係較佳 之較佳 幾何形 水平指 指向影 直，則 件的影 元件， ，具有 技藝者 指向。 藉由以 並決定 〇 之微影 發明也 ，微影 面上， 無罩微 -9 - (7) 1288863 影系統。無罩系統可以使用各種元件，包含例如主動裝 置、空間光調變器、液晶顯示器、及/或各種反射裝置， 來選擇地阻擋光，以在光源及予以形成有投影圖案的表面 間，建立一微影圖案。本發明的偏振特性可以應用至任何 微影程序，包含有罩及無罩程序。 當輸入光被線性偏振爲水平，及想要水平偏振時，四 分之一波片202及204係被指向以在一水平指向中，提供 一線性偏振（例如，藉由將四分之一波片202及204安排 成爲相對於光軸呈零度）。於此指向中，兩四分之一波片 202及204的偏振特性係被對準及組件並未嚴重地延滯通 過其間之光。當想要垂直偏振時，四分之一波片202及 2 04係被指向以在垂直指向中，提供一線性偏振（例如， 藉由相對於光軸，旋轉四分之一波片202及204至45度 角）。於此模式中，四分之一波片202及204的偏振特性 係被指向，使得組件作動爲半波延滯器。 於本例子中，對於兩個四分之一波片，所述之水平、 垂直及圓形偏振只需要三組分立設定。用於該裝置的其他 設定允許其他偏振狀態。例如，在可用於第一四分之一波 片的〇度及45度（相對於進入線性偏振光）設定時，對於 第二四分之一波片，可以產生用於每一可用調整角的線性 偏振。 於此所用之π水平’，及’，垂直’’的指示係任意的’在部份 情形下係可以互換的。即，不管任一方向均可以被指定爲 ’’水平’，方向，只要裝置光學件、四分之一波片及予以投影

-10- 1288863 * (8) * 的影像的指向相符於前述指定即可。其他典型正交於指定 的水平方向的可用偏振指向將被指定爲垂直方向。可以了 解的是，四分之一波片202之位置的零度及45度指定爲 相對的指定。取決於系統的其他元件，及參考圖框，四分 之一波片202及204的各種角度位置係有可能的。於所揭 示實施例中，系統產生一被指定爲水平之呈第一四分之一 波片指向（在本例子中指定爲0度）的偏振及呈第二四分之 φ 一波片指向（在本例子中指定爲45度）之指定爲垂直的偏 振。 典型地，用於水平偏振的四分之一波片202的位置將 爲離開其垂直偏振位置45度。然而，本發明並未如何設 限，並且，在本發明範圍內之部份實施例中，標稱水平及 垂直位置可能具有不同指向。 當想要圓形偏振時，四分之一波片202及204係被指 向，以配合動作爲四分之一波延滯器，將線性偏振光轉換 爲圓形偏振光。於此模式中，四分之一波片2〇2係被相對 於光軸呈約45度角，而四分之一波片204則在零度的指 向。入射光通過四分之一波片202及204，並且，由於其 相對指向，而產生具有相等振幅之〇-及e-波’但〇-波在 ' 相位上落後90度，產生圓形偏振光。 • 有可能藉由在微影系統之光學件內的各種位置處’提 供偏振控制裝置，來控制偏振。本發明的範圍包含以在光 源及予以處理表面間之任意位置處之偏振裝置來控制偏 振。例如，偏振裝置可以位在投影光學件中、在發光源的 -11 - (9) 1288863 機構中、或甚至在微影圖案及予以處理的表面間，但這些 位置係較差的。於較佳實施例中，偏振控制係位在投影光 學件中。在投影光學件中，偏振可以在光容易準直在最終 放大前的區域中加以執行。 現將參考第4圖詳細說明選擇最佳偏振的較佳方法。 第4圖顯示一偏振選擇程序400，其中，輸入偏振被假定 爲線性水平。程序400開始於步驟402，其中，決定是否 p 有關影像爲主要水平指向。如果是，則控制進行至步驟 404，及兩四分之一波片被定位於零度，以提供水平偏 振。然後，執行微影程序，及程序400被再啓動，進行下 一被處理的影像。 如果指向並不是水平，則控制進行至步驟4 0 6。在步 驟4 06中，程序決定是否影像具有主要垂直指向。如果有 一主要垂直指向，則控制進行至步驟4 0 8，及兩可動四分 之一波片被旋轉至一 45度位置。在執行微影程序後，程 φ序400再被啓動，進行下一被處理的影像。 如果在執行步驟406中，決定指向不是垂直，則指向 不是強水平或強垂直。則於此時，較佳指向爲圓形，及控 制進行至步驟4 1 〇，其中，四分之一波片彼此相對旋轉至 45度指向，產生一圓形偏振配置。一旦，完成微影程 序，則程序400開始決定下一予以處理影像的偏振。 於程序400中，決定影像具有水平方向、垂直方向或 不是強垂直或強水平的方向，可以藉由檢視影像加以完 成，或自動經由電子影像處理加以取得。更明確地說，影 -12- (10) •1288863 像可以被數位化並爲一計算裝置所處理，以決定影像的線 性元件爲主要水平指向，或垂直指向，或非水平也非垂直 指向。 雖然本發明之各種實施例已經加以說明，但應了解的 是，實施例只作爲顯示目的，非限定用。熟習於本技藝者 a 可以了解，在形式及細節上之各種變化可以在不脫離本發 明的精神及範圍下加以完成。因此，本發明之範圍不是爲 Φ 上述實施例所限定，而只爲以下之申請專利範圍及其等效 所界定。 【圖式簡單說明】 第1A圖爲一光學路徑圖，顯示具有產生非平行電場 的繞射角配置； 第1 B圖爲一光學路徑圖，顯示具有相對於第1 A圖 配置產生改良對比的平行電場的配置； 第2圖顯示用於本發明實施例中之兩個相對可旋轉四 分之一波片的配置； 第3圖爲本發明實施例的俯視圖，其中微影光學單元 在其最後機台中，設有第2圖之四分之一波片； 第4圖爲一流程圖，顯示用以選擇地改變於微影機中 之光學輸出的偏振； 【主要元件符號說明】 100 路徑 -13- 1288863

(11) 10 1 路 徑 102 路 徑 103 路 徑 1 04 物 體 106 物 鏡 108 光 阻 200 偏 振 控 制 裝 置 202 四 分 之 一 波 片 204 四 分 之 — 波 片 206 移 動 機 構 300 透 鏡 系 統 302 光 學 機 台 304 光 學 機 台

Claims (1)

1288863 十、申請專利範圍 附件2A : 第94 1 3 7 1 26號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國95年8月16日修正 1 ·—種以圖案來圖案化來自光源的光與將圖案化的光 投影至一基材表面的微影系統，包含： •-照明系統，供給光； Φ —圖案化裝置，依據該圖案來圖案化該光； 一投影系統，將圖案化光投影至該表面的目標部份； 及 一具有第一及第二四分之一波片的可變偏振元件，位 在照明系統與該表面之間；及 一旋轉裝置，架構以在該第一與第二四分之一波片間 建立一相對旋轉運動， 其中該可變偏振元件選擇地操作於至少兩模式中之一 ® 模式中，該等模式係由一第一線性偏振方向、一正交該第 一線性偏振方向的第二線性偏振方向、及一圓形偏振的組 別中選出及其中該旋轉裝置根據該圖案之特性，將該第一 與第二四分之一波片定位成爲一預定關係。 2 .如申請專利範圍第1項所述之微影系統，其中該可 變偏振元件選擇地操作於至少三個偏振模式中。 3 .如申請專利範圍第2項所述之微影系統，其中該等 至少三個偏振模式包含水平偏振、垂直偏振、及圓形偏 振。 1288863 4 .如申請專利範圍第1項所述之微影系統，更包含一 馬達，可驅動連接至該第一及第二四分之一波片的至少一 波片。 5 .如申請專利範圍第1項所述之微影系統，其中該旋 轉裝置包含一定位裝置，其選擇地定位第一及第二四分之 一波片於至少三個位置中之一位置’使得第一及第二四分 之一波片之組合依據該至少三個位置之一選定位置，操作 φ爲非延滯器、四分之一波延滯器、或半波延滯器。 6. 如申請專利範圍第1項所述之微影系統，其中該旋 轉裝置包含一電機致動裝置。 7. 如申請專利範圍第1項所述之微影系統，其中該旋 轉裝置將第一及第二四分之一波片定位成爲一預定關係， 以建立相符於該圖案指向的偏振。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之微影系統，其中該可 變偏振元件的模式係基於該圖案的指向加以選擇。 • 9 ·如申請專利範圍第8項所述之微影系統，其中該可 變偏振元件在當該圖案主要沿著第一偏振方向指向時，產 生第一偏振方向，並且，當該圖案主要沿著第二偏振方向 指向時，產生與第一偏振方向不同的第二偏振方向。 1 0 ·如申請專利範圍第9項所述之微影系統，其中該 第一偏振方向爲正交該第二偏振方向。 1 1 · 一種操作一微影系統的方法，包含步驟： 基於一圖案，圖案化輻射束； 將圖案化束投影至基材的目標部丨分；及 -2- 1288863 根據該圖案之特性，將一可變偏振元件的第一與第二 四分之一波片彼此相對定位，以偏振該束，其中該可變偏 振元件係可操作於至少兩模式之一模式，該至少兩模式係 由一第一線性偏振方向、一正交於第一線性偏振方向的第 二線性偏振方向、及圓形偏振的組別中選出。 12·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該偏振 步驟中，該可變偏振元件可選擇地操作於至少三偏振模式 φ中。 1 3 ·如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該等至 少三模式包含水平偏振、垂直偏振及圓形偏振。 1 4 ·如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該相對 定位該等第一及第二四分之一波片的步驟包含，以一電機 裝置驅動該第一四分之一波片的步驟，以相對於該第二四 分之一波片，選擇地移動該第一四分之一波片。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中該相對 鲁定位該等第一及第二四分之一波片的步驟更包含選擇地定 位該等第一及第二四分之一波片於至少三位置之一位置， 使得該等第一及第二波片的組合，取決於該等三位置之 一，而操作爲一非延滯器、四分之一波延滯器、或半波延 滯器。 1 6 ·如申請專利範圍第1 1項所述之方法’其中該想要 相對位置係被選擇，以建立符合該圖案指向的偏極化。 1 7 ·如申請專利範圍第1 1項所述之方法’更包含基於 該圖案的指向，而選擇該可變偏振元件的模式之步驟。 -3- 1288863 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述之方法’其中 擇該模式的步驟中，當該圖案主要沿著該第一偏振 向時，選擇第一偏振方向’及當該圖案主要沿者弟 方向指向時，選擇不同於該第一偏振方向的一第二 向。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中 偏振方向係正交於該第二偏振方向。 在該選 方向指 二偏振 偏振方 該第一

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