[发明专利]改进照明系统、曝光装置和形成线/间隔电路图形的方法

说明书

本申请是分案申请，原案的申请号为200510108595.3，申请日为 2005年10月11日，发明名称为“用于曝光衬底的装置、该装置的光 掩模和改进照明系统、以及利用该装置在衬底上形成图形的方法”。

发明背景

本发明涉及在半导体器件等制造中使用的光刻设备的曝光装置。 更为具体地，本发明涉及该曝光装置的光掩模和照明系统。

半导体器件的集成电路的制造包括光刻工艺，在该工艺中，将光 掩模转录到晶片的光致抗蚀剂层(WPR)，即，涂敷晶片的光致抗蚀 剂层。更为具体地，利用光源和照明系统照射光掩模以获得光掩模图 形的图像。光掩模的图形相应于要形成在晶片上的电路图形。

线/间隔(space)电路图形代表通常形成在晶片上的电路图形。在 图1和2中示出用于形成这种线/间隔电路图形的光掩模。图1的光掩 模10的线/间隔图形18由在水平方向(X轴方向)上彼此平行且通过 间隔16来彼此分隔开的线14的图形组成。线14由铬制成且形成于石 英衬底12上。另一方面，图2的光掩模10的线/间隔图形28由在垂直 方向(Y轴方向)上彼此平行且通过间隔26来彼此分隔开的线24的 图形组成。线24由铬制成且形成于石英衬底22上。

用于照射光掩模的光直接射在晶片上，以便于将WPR曝光成图 像。在选择除去WPR的曝光或未曝光部分的工艺中显影WPR，由此 形成WPR图形。由此通过光刻工艺形成的WPR图形用作用于蚀刻设 置在WPR下面的材料层的掩模。

在该工艺中，WPR图形的线宽是确定最终半导体器件的集成度的 最重要的技术变量。集成度确定半导体器件的价格。因此，在最小化 WPR图形的线宽方面进行各种研究。

特别低，大量研究致力于增加曝光装置的光学分辨率。雷利方程 式(下面的方程式1)建议出提高光学分辨率W_min的方法。

[方程式1]

W_min＝k₁λ/NA

其中，k₁是与曝光工艺相关的常数，λ是由曝光装置的光源发射 出的光的波长，而NA是曝光装置的光学数值孔径。

为了在曝光工艺中获得高分辨率，因此需要最小化光的波长λ和 常数k₁，并最大化数值孔径(NA)。针对最小化光波长的努力已经获 得ArF激光器，其可以发射出波长从由在1982年的曝光装置中流行的 G-线光源发射的436nm光波长下降至193nm的光。同样，迟早将期望 实现能够发射波长为157nm的光的F2激光器。此外，最近在光掩模、 曝光设备的透镜系统、光致抗蚀剂的成分以及曝光工艺的控制方面的 改进使工艺常数k₁降低至0.45。

另一方面，最近在采用ArF激光器(193nm)的曝光设备中已经 将NA增高到不小于0.7，超过了采用G-线光源的曝光设备中的0.3， 并超过了采用KrF激光器(248nm)的曝光设备中的0.6。随着要使用 的光的波长接近远紫外(EUV)带(13.5nm)的波长，期望NA的进 一步增加。同样，期望发射波长为193nm的光的光源长期用于采用所 谓的光浸法(immersion technology)的曝光设备中。

此外，如果要在晶片上形成具有稳定轮廓和小线宽的微细图形， 则由方程式2表示的自由度的散角度(DOF)必须高。

[方程式2]

DOF＝k₂*(W_min)²/λ

已经使用改进照明系统来提供形成具有小线宽的稳定微细图形所 须的高DOF。改进照明系统聚集大量的光，其中已经由光掩模引起干 涉，并将光射向WPR。因此，改进照明系统允许将由光掩模提供的电 路图形上的更多信息传送到WPR。

而且，WPR图形的线宽的均匀度显著影响产量；因此，减小WPR 的线宽而保持线宽的均匀度没有优势。因此，已经提议出各种技术用 于提高WPR图形的线宽的均匀度。然而，如上所述，通过将光掩模的 图形转录到光致抗蚀剂层上来制作WPR图形。因此，WPR图形的形 状受到光掩模图形的特性和形状的影响。因此，在针对改善WPR图形 线宽的均匀度的任何技术生效之前，光掩模图形的线宽首先必须均匀。