CN1698011B

CN1698011B - 用偏振光的光刻印刷

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Publication number: CN1698011B
Application number: CN2004800001390A
Authority: CN
Inventors: 纳毕拉·巴巴阿里; 贾斯汀·克鲁瑟; 哈里·希威尔
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: WO2004077154A3; EP1532484A4; CN1698011A; US20040180294A1; KR100642169B1; US7445883B2; JP2006511967A; US7090964B2; TW200503069A; WO2004077154A2; JP4488521B2; JP4864932B2; US20060275708A1; JP2008258637A; TWI247339B; KR20050006174A; EP1532484A2

Abstract

本发明提供用偏振光改进光刻印刷的系统和方法。在本发明的实施例中，用偏振光(径向或切向偏振的)照明相移掩模(PSM)并产生曝光光束。然后用曝光光束中的光，使负的光致抗蚀剂层曝光。可以用无隔的PSM。在本发明另外的实施例中，用径向偏振光照明掩模，并产生曝光光束。然后用曝光光束中的光，使正的光致抗蚀剂层曝光。掩模可以是衰减的PSM或二进制掩模。即使在低k应用中在各种孔距上印刷接触孔，也能获得非常高的像质量。

Description

用偏振光的光刻印刷

技术领域

本发明涉及高数值孔径的和浸没式的光刻。

背景技术

高分辨率的印刷图形不断增加对光刻工具和技术的要求。例如，在半导体印模或芯片、电路特性图形如线路、接触孔的制造中，常常需要高分辨率的印刷，以改进电路单元的组装密度，降低图形中的孔距。某些电路特性，如接触孔或叫通孔，是特别难制造的。

涉及光刻分辨率的熟知的参数，是临界尺寸(CD)。当用给定技术制造半导体装置和电路时，CD是能够形成的最小几何特性的大小。临界尺寸可以按下面所示函数描述：

CD＝k(λ/NA)

这里λ是光刻中使用的波长，NA是数值孔径，而k是介电常数。在光刻的发展趋势中，是通过降低使用的波长，增加数值孔径，和缩减k值，来降低CD。

在低k值的应用中，印刷是困难的。例如，当k小于0.5时，难以印刷接触孔。对包括如接触孔阵列的多组接触孔，要印刷有足够质量的高反差图形，是特别困难的。

已经使用非常高的NA和离轴照明来增强反差的技术，但是，这些技术不能用于小的孔距。例如，在波长为157nm，NA为0.93时，极限孔距(根据分辨率)粗略为135nm(k＝0.4)-这对某些应用是太大了。还有，可能出现禁戒孔距。禁戒孔距是指，如果照明对给定孔距是最佳的，那么可能不能同时印刷别的孔距。在低的归一化图像对数斜率(normalized image log slope，NILS)中或缺乏对禁戒孔距的CD控制中，禁戒孔距表现得很明显。

发明内容

本发明提供的系统和方法，是用偏振光改进光刻印刷。

在本发明的一个实施例中，使用偏振光(例如径向偏振、切向偏振、或定制偏振)照明相移掩模(PSM)，并产生曝光的光束。然后，在该曝光光束中使负的光致抗蚀剂层曝光。可以使用无铬的PSM。在一个示例性实施例中，结合无铬PSM、Cartesian四极照明(C-quad)、和负光致抗蚀剂，使用径向偏振光。即使在低k的应用中，印刷各种孔距的接触孔，也获得非常高的像质量。避免了禁戒孔距。

在本发明的再一个实施例中，使用径向偏振光照明掩模，并产生曝光的光束。然后，在该曝光光束中使正的光致抗蚀剂层曝光。该掩模可以是衰减的PSM或二进制掩模。在一个示例性实施例中，结合衰减的相移掩模或二进制掩模、标准的对角四极照明、和正光致抗蚀剂，使用径向偏振光。即使在低k的应用中，印刷各种孔距的接触孔，也获得非常高的像质量。

为进一步改进印刷质量，可以使用定制的偏振光。该定制的偏振光例如可以是径向和切向偏振光的组合。此外，也可以使用交错的PSM来改进印刷质量。

本发明另外的实施例、特性、和优点，以及本发明各个实施例的结构和工作原理，将在下面参照附图详细说明。

附图说明

结合本文并形成本说明书一部分的附图，说明本发明并与说明一起，解释本发明原理和使本领域熟练人员能制造和使用本发明。

图1是按照本发明一个实施例的光刻系统。

图2是按照本发明一个实施例的光刻系统。

图3A是晶片上抗蚀剂中接触孔的放大像。

图3B是晶片上抗蚀剂中接触孔的顶视图的像。

图4A和4B按照本发明一个实施例，分别画出以同轴和离轴照明时，2D衰减PSM掩模的p_x＝p_y＝p频谱。

图5的像表明非偏振光的极限孔距，图上的C₀和C₄₅分别是垂直方向和对角线方向的反差。

图6画出模拟实验的一个例子(画出的是径向偏振光)。

图7A和7B表明径向和切向偏振光对像质量的作用。

图8A-8C表明在125-nm孔距(45度旋转掩模)例子中，三种偏振模式的比较。

图9A-9C表明偏振对像质量的作用。图9A表明用非偏振光获得成组接触孔的不良反差的像。图9B表明用切向偏振光获得成组接触孔的不良反差的像。图9C表明按照本发明的一个实施例，用径向偏振光获得成组接触孔的高反差的像。

图10A画出切向偏振对光中电场矢量的作用。

图10B画出径向偏振对光中电场矢量的作用。

图11A和11B是图解，按照本发明一个实施例，表明用径向偏振光和无铬交错PSM的全孔距性能。

图12画出一种衰减的PSM。

图13画出一种二进制的PSM。

图14A-14C是像，表明按照本发明一个实施例，在衰减PSM、125nm孔距的情形下，偏振对像质量的作用。

图15画出一种交错的PSM。

图16画出一种无铬交错PSM掩模布局。

图17A和17B对2D无铬交错PSM，分别画出同轴和离轴照明时的衍射花样。图5的像表明非偏振光的极限孔距，图上的C₀和C₄₅分别是垂直方向和对角线方向的反差。

图18A和18B以无铬交错PSM为例，画出在空气中(a)和在抗蚀剂中(b)的像。

图19A、19B和19C表明用无铬交错PSM和C-quad.的径向偏振光，以最佳的焦距对孔距关系，得到的六个空气中的像。

图20A和20B是曲线，画出空气中像的特征对孔距关系。

图21A和21B是定制偏振图的例子。

图22是浸没像，情形是用对角四极的非偏振光和在n＝1.5上衰减6％的PSM。

图23是在极远紫外辐射(EUV)条件下，以最佳焦距得到的空气中的像。

本发明将参照所附各图说明。图中首次出现的单元，通常用对应的参考号码中最左边的数字表示。

具体实施方式

目录表

1.系统总述

2.讨论和模拟结果

A.引言

B.分辨率

B.1.理论的分辨率极限

B.2.离轴照明光刻的分辨能力

C.偏振

C.1.模拟实验

C.2.偏振对像质量的作用

C.3.偏振光，无铬PSM，负光致抗蚀剂

C.4.径向偏振光，衰减相移掩模或二进制掩模，和正光致抗蚀剂

D.偏振与无铬交错PSM

D.1.与径向偏振光、套叠的100-nm孔距的接触孔结合的无铬交错PSM

D.2.全孔距性能，无铬接触孔与径向偏振光

D.3.定制偏振

E.浸没光刻

F.EUV

虽然讨论的是特定的配置和安排，但应当指出，这只是为说明的目的。本领域熟练人员将认识到，在不偏离本发明的精神和范围下，可以使用其他的配置和安排。本领域熟练人员显然知道，本发明同样可以用于其他的各种应用。

本发明提供用偏振光改进光刻印刷的系统和方法。

1.系统总述

图1是按照本发明一个实施例的光刻系统100。系统100包括照明光源102。在一个实施例中，照明光源102沿光路发射预偏振的照明光。虽然本发明在本文中是参照预偏振照明光说明的，但本领域熟练人员知道，非偏振照明光也可以使用。作为预偏振光的例子，照明光源102可以是发射激光束的激光器，该激光束具有成为近似线偏振的趋势。或者，可以把起偏器加在偏振照明光源102的激光发生器内。

之后，预偏振光通过模式起偏装置104。如在本文中使用的，模式起偏装置104的定义，涵盖任何起偏装置，包括，但不限于，传统的和定制的起偏器和波片。如果照明光源发射预偏振光，模式起偏装置104可以是任何起偏装置，诸如一个或多个起偏器或波片。如果照明光源发射非偏振光，模式起偏装置104是起偏器而不是波片。

模式起偏装置104把预偏振照明光整理为各种预定的方案，诸如偏振模式方案和强度模式方案。例如，模式起偏装置104可以把预偏振照明光整理为径向偏振光、切向偏振光、或有定制偏振的光。在一个实施例中，照明光是四极照明，如Cartesian四极(C-quad)照明。虽然本文使用四极照明作为例子，但本领域熟练人员知道，任何光源形式的照明都可以使用。

照明光照明掩模106。掩模106产生某种照明光中的设计。本领域熟练人员知道，掩模106可以是任何类型的掩模或掩模版。在本发明的一个实施例中，掩模106是二进制掩模。在其他实施例中，掩模106是相移掩模(PSM)，例如无铬PSM、交错PSM、或衰减PSM。

然后，包含掩模设计的光通过投影光学系统108，该光学系统108进一步调整和处理通过的光。投影光学系统108包括一个或多个光学单元。投影光学系统108产生的曝光光束，继续沿光路传播。

最后，曝光光束按该曝光光束载有的设计，使晶片曝光。在本发明的一个实施例中，晶片110涂敷了负光致抗蚀剂层。在一个示例性实施例中，结合无铬PSM、C-quad照明、和负光致抗蚀剂，使用径向偏振光。即使在低k的应用中，印刷各种孔距的接触孔，也获得非常高的像质量。避免了禁戒孔距。

在本发明的其他实施例中，晶片110涂敷了正光致抗蚀剂层。例如，在一个实施例中，使用径向偏振光照明掩模106，并产生曝光的光束。然后，在该曝光光束中使正的光致抗蚀剂层曝光。在另一个实施例中，结合衰减的相移掩模或二进制掩模、标准的对角四极照明、和正光致抗蚀剂，使用径向偏振光。即使在低k的应用中，印刷各种孔距的接触孔，也获得非常高的像质量。

图2是能实施本发明的另一个光刻系统例子200。偏振的照明光源102和掩模106实现对系统100说明的相同功能。但是，在系统200中，模式起偏装置202包括在投影光学系统之中。如同模式起偏装置104一样，模式起偏装置202把预偏振照明光整理成各种预定的方案，诸如径向偏振方案、切向偏振方案、或定制的偏振方案。进一步整理和调整照明光的光学部件，可以放在模式起偏装置202之前和/或之后。这些部件以投影光学装置204A和投影光学装置204B表示，这些光学部件产生的曝光光束继续沿光路传播。

经过模式起偏装置202和投影光学装置204A和204B之后，偏振光使晶片110按掩模106产生的设计曝光。如参照图1所述，晶片110可以用正的或负的光致抗蚀剂层涂敷。

2.讨论和模拟结果

为进一步说明本发明实施例的各方面和特性，下面给出讨论和模拟结果，但这不是对本发明的限制。本发明对若干用Prolith^TM 7.1光刻模拟系统印刷套叠的50/50-nm接触孔的情况，作了比较，该Prolith^TM7.1光刻模拟系统可从KLA-Tencor公司购得。使用的情况包括：离轴四极照明及有最佳照明偏振的衰减相移掩模；结合特定偏振方案的交错相移掩模(CAPSM)；在157-nm波长上有极高数值孔径(NA)的浸没光刻技术；和EUV光刻技术。

本发明人发现，离轴照明技术的极限能够用径向偏振推移，和如何能够用掩模偏置(背景传输)使像优化。分辨率的极限还能用2D无铬交错PSM与径向偏振的组合推移。利用本发明各实施例的径向偏振增强，能够获得高反差的像，还能够用负光致抗蚀剂以100-nm孔距印刷高质量的接触孔。按照本发明各实施例的径向偏振，能在浸没的应用例子中进一步增强像的质量。本发明还把这些发现与远紫外辐射(EUV)波长得到的结果比较，确认在EUV波长与低NA的像，也能给出印刷100-nm孔距接触孔的优良条件。

A.引言

目前，制作有100-nm孔距的50-nm接触孔，代表对光刻技术的挑战。对半导体装置工业，预计2008年要求能提供50nm的接触孔。在EUV成为广泛可用之前，为获得该能力，要求当前光刻技术有明显的推进。即使用157-nm波长的高NA光学装置，传统的反差增强技术，如离轴照明和衰减PSM，不足以印刷足够高质量的100-nm孔距的接触孔。对印刷100-nm孔距的接触孔，除了以衰减PSM的四极照明外，还需要使用分辨率增强技术。为供参考，图3A是有接触孔的晶片例子的放大图。抗蚀剂层302附着在晶片304表面304。光刻系统(未画出)使抗蚀剂层302曝光，制作接触孔306。图3B是从晶片上面观察的接触孔图形的像。

对本发明各实施例的成组接触孔，用模拟考察了本优化印刷技术。本发明人使用Prolith^TM 7.1探索改进接触窗印刷能力的技术。首先，本发明人对高数值孔径157-nm系统模拟常规光刻条件，并建立能够以适当的像反差印刷的最小孔距。其次，本发明人逐步修改该技术，改进分辨能力。这样，通过首先优化照明的偏振，探索无铬相移掩模，和之后引入缩短波长方法如浸没光刻和EUV光刻技术，从而，与离轴照明和衰减6％的相移掩模(PSM)的开始条件相比，本发明演示了改进的结果。

B.分辨率

首先，就印刷接触孔方面，考察分辨率的理论。该理论有助于解释为何能够提高系统对接触孔阵列的分辨率。

B.1.理论的分辨率极限

对x方向孔距p_x和y方向孔距p_y的2D周期图形，掩模频谱在反比于孔距的x和y分量的离散空间频率上非零：

(f_{x}, f_{y}) = (\frac{n}{p_{x}}, \frac{m}{p_{y}})

这里n和m是整数(0，+/-1，+/-2，+/-3，等等)。

为对工作更为有利，常常用归一化空间频率：

({\hat{f}}_{x}, {\hat{f}}_{y}) = (\frac{nλ}{p_{x} \cdot NA}, \frac{mλ}{p_{y} \cdot NA})

至少，除零级外，透镜必须捕获头三个衍射级，即(0，0)、(0，1)、 (1，0)、和(1，1)级，确保足够的分辨率。

对同轴照明，这一要求等价于：

\sqrt{{\hat{f}}_{x}^{2} + {\hat{f}}_{y}^{2}} \leq 1

就是说，把正方形装进单位半径圆的一个象限内(见图4A中的衍射图形)

即，如果p_x＝p_y＝p，则

p &GreaterEqual; \frac{λ}{NA} \cdot \sqrt{2}

而对对角的离轴照明：

\sqrt{{\hat{f}}_{x}^{2} + {\hat{f}}_{y}^{2}} \leq 2

就是说，把正方形装进整个单位半径圆内(见图4B中的衍射图形)，

即，如果p_x＝p_y＝p，则

p &GreaterEqual; \frac{λ}{NA} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2}

利用该理论可以确定，在157-nm波长和0.93NA，并对成组的接触孔，能够成像的理论上的极小孔距(在x和y方向)，对同轴照明是240nm，对离轴照明是120nm。本发明人进行模拟，进一步探索离轴的情形。

B.2.离轴照明光刻的分辨能力

从常规的同轴照明改为离轴照明，能够改进分辨率。产生像的能力本身，没有充分满足某些质量判据，以保证抗蚀剂中有足够的处理曝光时间。要印刷套叠的接触孔，假定反差和归一化图像对数斜率(NILS)分别必须大于0.5和1.5。请见Graeupner，P.，P.，al.，“Solutionsfor Printing sub-100nm contact with ArF”，SPIE 4691：503(2002)。

对这些要求，本发明人确定在本例中能够印刷套叠接触孔的最小孔距。首先，考虑高质量印刷低k的、成组接触孔条件的例子。这些条件包括：

-0.9/0.1有对角线极的四极照明(这里0.9是各极离中心的距离，而0.1是极的半径)

-0.93NA

-6％1∶1衰减PSM

-非偏振光入射掩模版上

通过逐步递减孔距，只要图形孔距是134nm(即67nm接触孔和间隔)，空气中像在孔距方向(C0)的反差能够停在0.5以上。它与～1.5的NILS一致。得到的像示于图5。

通过从同轴照明改变为离轴照明，接触孔的印刷分辨率孔距，能够从240nm改进到134nm。显然，当使用略为不同的NA或四极时，上面定义的最小可分辨孔距应有某种改变。该定义没有考虑焦深(DOF)；预料最低可印刷孔距会更大。这个例子充分表明，必须使用颇不常规的手段，把分辨率极限推至100-nm孔距以下。

C.偏振

文献中有些参考文献涉及“偏振匹配”，其中说明，电场矢量重叠并导致最大干涉，最终导致最大的像质量。请见Ma，Z.，et al，.“Impactof illumination coherence and polarization on the imaging ofattenuated phase shift masks”，SPIE 4346：1522(2001)。曾经用线偏振来改进适当取向线条的像质量，但对如本发明实施例的接触孔，没有建议特定的偏振方案。

下面的讨论，揭示使用径向和切向偏振光的效应。这两种偏振类型增强了接触孔的像质量。虽然这里讨论了径向和切向偏振，本领域熟练人员利用本公开的内容知道，其他的偏振，包括定制的偏振，也能用于增强像的质量。

下面除非另有说明，均指NA为0.93、照明是0.9/0.1对角四极、和波长是157.6nm。

C.1.模拟实验

对本工作使用的Prolith^TM 7.1模拟系统，提供三种偏振模式选择，即x偏振光、y偏振光、和非偏振光。通过把x偏振和y偏振模式的空气像相加，获得非偏振模式的像。

模拟切向或径向偏振光，是用Prolith^TM 7.1施行简单的掩模取向处理。取向处理的一个例子示于图6。假定极足够小，本发明人首先旋转图形45°。然后以x或y偏振光(对径向用x偏振，对切向用y偏振)，用x取向的偶极照明，计算第一个像。其次，以x或y偏振光(对切向用y偏振，对径向用x偏振)，用y取向的偶极照明，计算第二个像。最后，两个像相加，获得最后的像。

C.2.偏振对像质量的作用

为了比较，图7A和7B按照本发明，分别表明用径向和切向偏振的像。切向偏振和径向偏振之间的差别，示于图10A和图10B。当光是非偏振时，如视图1002所示，偏振矢量的方向随机改变。但是，一旦非偏振光通过切向起偏器1004，光成为切向偏振，如视图1006所示。一旦它们成为切向偏振，偏振矢量是围绕中心位置的均匀的圆。

径向偏振的表现略有不同。如图10B所示，当非偏振光1002通过径向起偏器1008时，光成为径向偏振光1010。一旦径向偏振化，偏振矢量均匀地从中心位置发出。

孔距方向，在图7A和7B上以对角线表示。沿孔距方向的反差十分高，即对径向偏振是0.88，而对切向偏振则十分低(0.19)。与孔距方向成45度上的反差，对两种类型偏振都是高的。

对径向偏振光，通过改变接触孔的宽度(即掩模偏置)，直至反差在垂直和对角线方向上相同(对切向偏置，没有观察到这种改进)。在一个优选实施例中，85nm的接触孔宽度(即18-nm的掩模偏置)，在134nm的孔距上产生均匀的反差(约等于对角线和垂直反差)。

另外，修改掩模的背景透射率，可以获得相同的效果。本发明人发现，即使在离焦时，径向偏振光得到的像质量也优于非偏振光产生的像质量。

对优化的照明偏振提供的分辨率改进，进行了考察。最小孔距能够降低到125nm，并找到最佳的接触孔宽度。对径向偏振，可以在小的接触孔宽度上观察到强的旁瓣。该旁瓣随着接触孔宽度从50nm逐渐增加到75nm时消失。接着是围绕接触孔的更均匀分布的反差。这些结果表明，与非偏振光情形的30％NILS改进相比，径向偏振情形提供更多的改进。图8A-8C表明按照本发明的三种偏振状态的比较。在这些图的每一个中，都画出孔距方向。图8A是用非偏振四极照明，在75nm接触孔宽度的空气中的像。图8B是用切向偏振四极照明，具有75nm接触孔宽度的空气中的像。最后，图8C是用径向偏振四极照明，再次在75nm接触孔宽度的空气中的像。

使照明偏振化，能够改进分辨率极限，从134nm降至125nm。这些图都基于径向偏振光的使用和0.5的最小反差要求(1.5的NILS要求)。

C.3.偏振光，无铬PSM，负光致抗蚀剂

在本发明的实施例中，用偏振光(径向的或切向的偏振)照明相移掩模(PSM)，并产生曝光光束。然后，通过曝光光束中的光，使负光致抗蚀剂曝光。可以使用无铬PSM。在一个实施例的例子中，结合无铬PSM、Cartesian四极(C-quad)照明、和负光致抗蚀剂，使用径向偏振光。即使在低k的应用中，印刷成组的或套叠的接触孔，也获得非常高的像质量。避免了禁戒孔距。

在一个例子中，结合无铬PSM、Cartesian四极照明、和负光致抗蚀剂，使用径向偏振光，把分辨率推到k＝0.29。本发明不限于Cartesian四极照明。还有的例子包括，但不限于，类星体照明、有四重对称的照明、或任何其他近似于四极照明的照明。按照本发明人在PROLITH^TM 7.1系统上进行的模拟，当使用负光致抗蚀剂和径向偏振照明时，出现近乎完美的像反差。

图9A-9C表明，在本发明人获得的模拟结果中，偏振对像质量的作用。图9A-9C所示结果，是使用157nm波长、0.93的NA、和折射率1.78的抗蚀剂，对100nm孔距、无铬PSM接触孔模拟的。图9A表明用非偏振光和四极照明获得接触孔不良反差的像。图9B表明用切向偏振光和四极照明获得接触孔不良反差的像。图9C表明按照本发明的一个实施例，用径向偏振光和四极照明获得接触孔高反差的像。

在本例中，三种偏振类型的最小反差归纳于下：

偏振状态	最小反差
		非偏振	0.67
切向偏振	0.44
		径向偏振	1.0

此外，本技术有潜在的能力，可用于甚至更低的k因子(如，k等于0.26而反差大于0.75)

本情况表现出没有禁戒孔距，如图11A和11B所示。图11A和11B是曲线，按照本发明一个实施例，在100nm到900nm的孔距范围上，分别画出CD(以nm为单位)和NILS。图11A和11B表明，对所有模拟的孔距(100nm到900nm，步长25nm)，NILS不低于2.9，这一事实表明，所有孔距能够同时以良好的曝光感光度范围印刷。

在本发明还有的实施例中，用径向偏振光照明相移掩模(PSM)并产生曝光光束。然后，通过曝光光束中的光，使正光致抗蚀剂曝光。掩模可以是衰减PSM或二进制掩模。

衰减PSM 1200的例子示于图12。为便于解释，只说明衰减PSM1200的方格1202。方格1202的中心部分1204是100％透射的面积，就是说，使某些相位的所有光通过。例如，中心部分1204透射所有0°相位的光。方格1202的靠外部分1204产生衰减，方式是使较低百分比的另一相位的光透射。例如，如图12所示，靠外部分1206只允许6％的180°相位的光通过。

另外，本发明可以使用二进制PSM。图13画出二进制PSM 1300的例子。为便于解释，只说明二进制PSM 1300的方格1302。十分类似于衰减PSM 1200的中心部分1204，二进制PSM 1300的中心部分1304允许光100％通过。但是，代替允许某一衰减度的光通过，靠外部分1306阻止所有光通过。换句话说，靠外部分1306有0％的透射率。

在一个实施例例子中，结合衰减相移掩模或二进制掩模、标准对角线四极照明、和正光致抗蚀剂，使用径向偏振光。即使在低k的应用中印刷各种孔距的接触孔，仍获得非常高的像质量。

本发明人使用6％的衰减PSM和对角四极(0.9/0.1)照明，在125nm孔距的接触孔上进行模拟，当用径向偏振光时表明像的改进。该模拟的结果示于图14A-14C。图14所示结果也概括在下表中：

偏振状态	最小反差	最小NILS^＊
			非偏振	0.64	1.85

切向偏振	0.58	1.77
			径向偏振	0.69	1.94

^＊NILS表示归一化图像对数斜率

本发明不限于四极照明。还有的例子包括，但不限于，类星体照明、有四重对称的照明、或任何其他近似于四极照明的照明。

D.偏振与无铬交错PSM

对接触孔可分辨孔距的进一步改进，能够通过把衰减相移掩模改变为交错相移掩模，同时保持偏振光的使用实施。

本例的研究选择的无铬交错PSM布局，属于棋盘型，其中的相位是在例如0°和180°之间交错。无铬交错PSM 1500的图解示于图15。PSM 1500的中心部分被增强亮度，凸现不同的部分和相位。部分1502和1504是允许有相位例如0°的光100％通过的面积。部分1506和1508是允许与部分1502和1504有相位差的光100％通过的面积。例如，部分1506和1508可以有相位180°。涂黑的面积1510不允许任何光通过。因此，它的透射率是0％。

印刷100-nm孔距接触孔的重复的图形，由100nm有交错相位的透明正方形组成，如图16所示。掩模的布局，可参考Levenson，M.D.，et al.，“The vortex mask：making 80nm contacts with a twist！”，SPIE 4889(2002)和Grassman，A.，et al.，“Contact hole production bymeans of crossing sudden phase shift edges of a single phase mask”，国际专利WO 01/22164 A1(2001)。对无铬掩模用同轴照明得到的该接触孔阵列的衍射图形，示于图17A。

对同轴照明，没有衍射级被透镜捕获，因为(0，0)、(1，0)、和(0，1)级是消光的。对离轴照明，按照本发明一个实施例，衍射级(1，1)的一族被移进光瞳内，如图17B所示。利用这种布置能够得到像。利用一个极，像等价于1D光栅。通过组合x极和y极，产生2D像。图18A和18B表明该2D像。通过对来自每一极的两个干涉衍射级(在图17B所示情形，x偏振光是最佳的)，使用最佳的偏振，能够增强该像。类似于用Cartesian四极的径向偏振极。

在空气中和抗蚀剂中的模拟(图18A-B)是对0.93的NA、波长157.6nm、和Cartesian四极照明(对角四极没有优点，但可以使用)。四个极是径向偏振的。只要接触孔是用负光致抗蚀剂印刷，空气中和抗蚀剂中两种模拟都表现出近似完美的反差。NILS(只计算空气中的)非常高(大于3，如图18A所示)。

D.2.全孔距性能，无铬接触孔与径向偏振光

已经说明了光刻中的“禁戒”孔距。可见Socha，R.，etal.，“Forbidden pitch for 130nm lithography and below”，SPIE4000：1140(2002)，和Shi，X.，et al.，“Understanding the forbidden pitchphenomenon and assist feature placement”，SPIE 4689：985(2002)。对给定的照明角，禁戒孔距是在邻近特征产生的场与主特征场干涉相消的位置。当试图以不同孔距印刷给定大小的接触孔时会遇到困难。可见Graeupner等人的论述。本发明人使用普通的照明条件和普通的阈值，模仿同时曝光和估计任何重叠处理窗的界限。

为了该组模拟，构成无铬掩模的透明相位正方形(见图16)的大小，以步长25-nm，从100nm逐渐增加到1000nm。图19A、19B、和19C表明按最佳焦距，对200-nm、300-nm、400-nm、500-nm、600-nm、和1000-nm孔距，从模拟获得的各个像。

作为本发明的结果，接触孔一般保持特别锐，且在大小上不随孔距显著改变。这是因为接触孔是在相位正方形的角上形成。已经计算了在100-nm孔距上印刷50nm接触孔必需的阈值，并发现是0.28。在该阈值上，可见旁瓣在400nm到500nm之间的孔距上发展(见图19B)，从而需要辅助特征来阻止旁瓣印刷在这些特定的孔距上。在其他孔距上不出现旁瓣，因而也不需要辅助特征。

已经在0.28的阈值上，对所有孔距计算了NILS和接触孔宽度(分别见图20A和20B)。接触孔宽度是在目标阈值(在本情形是0.28)上图形的宽度，而NILS是在同一阈值上图形宽度的对数斜率。

如在图20B中所示，接触孔宽度几乎随小孔距(约200nm)的孔距线性变化；这是该像正好等于正交ID光栅之和的范畴。超出该范围，更多的衍射级被收纳在光瞳中。虽然这里没有证明，但当更多的衍射级对像有贡献时，焦深(DOF)表现出从无限大(对理想的掩模、点光源、和波前)到有限的变化。

如在图20A中所示，对本例考虑的所有孔距，NILS很好地保持在2.5以上。这一点表明，对所有孔距有良好的曝光感光度范围。相反，接触孔宽度从50nm变化到105nm(坏的孔距)并稳定在约65nm上。这一点十分值得注意，它有利于掩模布局的简化、不依赖于孔距的图形、和照明的优化。请与Graeupner等人、Socha，R.，等人、和Shi，X.，等人的论述比较。

D.3.定制偏振

在一个实施例中，用定制偏振光代替简单的径向或切向偏振光。图21A是示例性定制偏振模式的图，图上每一箭头代表场矢量在光束特定部分的方向。图21B是示例性定制偏振模式的另一个图。与径向偏振或切向偏振不同，定制偏振图有非一致的偏振矢量排列。这些偏振矢量以图21A和图21B中的箭头表示。在一个实施例中，定制偏振光以及径向和切向偏振，能够通过模式起偏装置产生，例如模式起偏装置104或202。在模式起偏装置中的模式，是预先确定的，并且该模式起偏装置可按需要改变，产生需要的偏振。照明的配置或照明光源上照明光的形状，也能够定制化。提供定制化照明，以及定制化的偏振及强度，可使印刷优化。

E.浸没光刻

另一种光刻技术，即浸没光刻技术，也可以用于本发明的接触孔印刷。在浸没光刻技术中，至少在如投影光学系统108的投影光学系统和如晶片110的晶片之间的空间，以液体填充。使用浸没光刻技术，能够把孔距分辨率极限从125nm扩展到100nm。对模拟浸没光刻技术，波长被浸没液体的折射率(如1.5)缩小。液体的NA能以适当的透镜设计达到1.395。图22按照本发明，模拟浸没光刻技术，图上画出100-nm孔距上50-nm接触孔的像。超过1.74的NILS表明，这是对100-nm孔距上50-nm接触孔的一种有生命力的光学光刻技术。

F.EUV

还考察了EUV，因为它提供非常短的波长，因此在100-nm孔距上有高的k因子。使用典型的EUV条件(0.6PC，0.25NA，和用非偏振光的二进制接触孔掩模)，模拟空气中的像确认，EUV能够印刷非常高质量的100nm孔距上的50nm接触孔像。按照本发明使用EUV的模拟结果，示于图23。

已经发现，NILS和反差两者，在0.4微米DOF上分别大于0.7和2.5；这表明，在正确的条件下，EUV可以提供牢靠的成像技术。

本发明人考虑了印刷100-nm孔距套叠接触孔的若干情况，并发现，157-nm和高NA能以良好的像质量印刷134-nm孔距的接触孔。此外，径向偏振，结合157nm的最新技术(衰减PSM、四极、等等)，与使用非偏振光比较，能够得到引人注目的改进。利用该技术分辨的最小孔距，是125nm。利用径向偏振、C-四极、无铬交错PSM、和负的光致抗蚀剂，人们能够在157nm上，获得100-nm孔距接触孔的近乎完美反差的像。本发明人发现，在157nm上，这一情况是最好的。像质量在全部孔距上保持几乎恒定，且本发明人没有观察到禁戒孔距。本发明人发现，在157nm上和用1.5折射率的假设液体的浸没技术，可以在100-nm孔距上得到高质量的像，同时，EUV条件对100-nm孔距的接触孔，可导致非常高质量的像。

模拟结果归纳在下面的表中。

方法	波长(nm)	NA	孔距(nm)	反差	NILS
						衰减PSM和非偏振光	157.6	0.93	134	0.5	1.55
衰减PSM和径向偏振	157.6	0.93	125	0.51	1.47
						无铬PSM和径向偏振	157.6	0.93	100	0.99	3.08
浸没	157.6	1.395	100	0.62	1.74
						EUV	13.4	0.25	100	0.99	5.27

虽然上面已经说明本发明的各种实施例，但应指出，这些实施例仅作例子，而非限制。本领域熟练人员清楚，在不偏离本发明的精神和范围下，能够改变本发明的形式和细节。因此，本发明的广度和范围不受前述示例性实施例的限制，只能按照随后的权利要求书及其等价叙述规定。

Claims

1.一种在晶片上印刷的方法，包括：

(a)按照确定的偏振分布把光偏振，以产生偏振曝光光束，所述确定的偏振分布基于将要以径向偏振模式、切向偏振模式和非偏振模式印刷在所述晶片上的图案的模拟；

(b)沿通向掩模的光路输出所述偏振曝光光束；

(c)在所述光路中以所述偏振曝光光束照明所述掩模，以在所述曝光光束中产生像；和

(d)在所述光路中，用曝光光束中的光，使晶片上的光致抗蚀剂层曝光。

2.按照权利要求1的方法，其中所述步骤(a)还包括产生偏振的四极照明。

3.按照权利要求1的方法，还包括：在所述模式偏振步骤(a)之前，在照明光源处把光预偏振。

4.按照权利要求1的方法，其中所述步骤(c)包括，照明掩模，以产生包括接触孔的像。

5.按照权利要求1的方法，其中所述步骤(d)发生在液体中。

6.按照权利要求1的方法，其中的掩模至少是下面一组掩模之一：无铬相移掩模、衰减相移掩模、和交错相移掩模。

7.按照权利要求1的方法，其中的掩模是二进制掩模。

8.一种在晶片上印刷的方法，包括：

(b)沿光路输出该偏振曝光光束；

(c)在所述光路中，以所述偏振曝光光束照明无铬相移掩模，以在曝光光束中产生像；及

(d)在所述光路中，用曝光光束中的光，使晶片上的负光致抗蚀剂层曝光。

9.一种在晶片上印刷的方法，包括：

(b)沿光路输出该偏振曝光光束；

(c)在所述光路中，以所述偏振曝光光束照明衰减相移掩模，以在曝光光束中产生像；和

(d)在所述光路中，用曝光光束中的光，使晶片上的正光致抗蚀剂层曝光。

10.一种在晶片上印刷的方法，包括：

(b)沿通向掩模的光路输出该偏振曝光光束；

(c)在所述光路中，以所述偏振曝光光束照明二进制掩模，以在曝光光束中产生像；和

11.一种在晶片上印刷的方法，包括：

(a)以预偏振光照明相移掩模，以在预偏振光中产生像；

(b)沿光路从所述相移掩模输出所述预偏振光；

(c)在所述光路中用投影光学系统中的模式起偏器整理所述预偏振光，以产生曝光光束，其中，按照确定的偏振分布和强度模式，整理该预偏振光，所述确定的偏振分布基于将要以径向偏振模式、切向偏振模式和非偏振模式印刷在所述晶片上的图案的模拟；和

(d)在所述光路中，用曝光光束使晶片上的光致抗蚀剂层曝光。

12.一种光刻系统，包括：

(a)照明光源，它沿光路发射照明光；

(b)模式起偏装置，它把所述照明光源来的所述照明光，转换为具有确定的偏振分布的曝光光束，并且把该曝光光束输出到所述光路中，所述确定的偏振分布基于将要以径向偏振模式、切向偏振模式和非偏振模式印刷在所述晶片上的图案的模拟；

(c)掩模，它在所述曝光光束中产生像，其中该掩模包含具有孔距的接触孔特征；及

(d)投影光学系统，它继续传播曝光光束，用于在晶片上印刷。

13.按照权利要求12的光刻系统，其中所述照明光是预偏振的照明光，且其中所述模式起偏装置是波片。

14.按照权利要求12的光刻系统，其中所述照明光是预偏振的照明光，且其中所述模式起偏装置是起偏器。

15.按照权利要求12的光刻系统，其中所述照明光是非偏振的照明光，且其中所述模式起偏装置是起偏器。

16.按照权利要求12的光刻系统，还包括：

(e)晶片，被配置成由所述曝光光束曝光。

17.按照权利要求16的光刻系统，还包括填充在所述投影光学系统与所述晶片之间空间中的液体。

18.按照权利要求12的光刻系统，其中所述模式起偏装置包括在投影光学系统之中。

19.按照权利要求12的光刻系统，其中所述掩模是下面一组掩模之一：无铬相移掩模、衰减相移掩模、二进制掩模、和交错相移掩模。

20.一种在晶片上产生接触孔的方法，包括：

(a)产生具有确定的偏振分布的偏振的照明光束，所述确定的偏振分布基于将要以径向偏振模式、切向偏振模式和非偏振模式印刷在所述晶片上的图案的模拟；

(b)用所述偏振照明光束照明掩模，以建立曝光光束，其中所述掩模在所述曝光光束中产生具有孔距的接触孔特征；和

(c)用所述曝光光束使晶片曝光。

21.按照权利要求20的方法，其中所述步骤(b)还包括照明相移掩模。