專利名稱：一種偏振光瞳器件及其在投影光刻系統中的應用的制作方法
技術領域：
本發明是一種用于高數值孔徑投影光刻系統的偏振光瞳器件及其在投影光刻系統中的應用，屬于超大規模集成電路生產設備分步重復投影光刻系統和步進掃描投影光刻系統技術領域。
背景技術：
對超大規模集成電路器件的迫切需求，促進了投影光學光刻技術的飛速發展，為了延長投影光學光刻技術的極限和壽命，人們提出了各種各樣的提高光刻分辨力及改善焦深的方法。根據瑞利公式，分辨力和焦深的公式表示如下分辨力＝k1(λ/NA)焦深＝k2(λ/NA2)其中λ為投影光刻系統的曝光波長，k1和k2為光刻工藝因子。
因此可以通過提高投影光刻物鏡的數值孔徑(NA)，縮短曝光波長(λ)來提高分辨力，但隨著數值孔徑的增大，曝光波長的縮短，焦深迅速減小。而且隨著數值孔徑的增大，曝光波長的縮短，光強分布沿著偏振方向而擴散，基于偏振性的矢量衍射效應對光刻圖形的影響越來越大。因此進行基于偏振性的矢量成像控制已經變得十分必要了。在高數值孔徑投影光刻系統中，可以通過控制成像光束的偏振態來提高光刻成像系統的分辨力。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，而提供一種用于高數值孔徑投影光刻系統的偏振光瞳器件，在高數值孔徑投影光刻系統中應用本發明，將改變投影光刻系統的光瞳函數，以及整個投影光刻光學系統的傳遞函數，把高數值孔徑的光刻成像調制成TE偏振成像，提高了光刻成像對比度，從而進一步提高短波長高數值孔徑投影光刻系統的光刻分辨力。
本發明的技術解決方案是偏振光瞳器件，其特點在于在石英基板分成了若干個扇形區域，每一個扇形區域上制作有偏振膜層，偏振膜層的偏振方向在光瞳徑向的切線方向，所有的制作有偏振膜層的扇形區域組成一個圓，而且制作有偏振膜層的扇形區域的頂點和所組成的圓圓心重合。
采用上述偏振光瞳器件的投影光刻系統，包括橢球鏡、光源、高能量高均勻照明部件、掩模板、投影光刻物鏡及硅片，其特點在于在所述的投影光刻物鏡的光瞳面上放置對成像光束進行偏振控制的偏振光瞳器件，光源所發射的光被橢球鏡收集，并將光聚集通過高能量高均勻照明部件照明掩模板，而掩模板上的超微細特征圖形通過投影光刻物鏡中的偏振光瞳器件投影成像于硅片上。
本發明與現有技術相比具有以下優點(1)本發明的用于高數值孔徑投影光刻系統的偏振光瞳器件能改變投影光刻系統的光瞳函數，以及投影光刻光學系統傳遞函數，對成像系統進行了偏振調制，改善了系統傳輸特性，達到了提高投影成像光刻分辨力的目的。
(2)在高數值孔徑投影光刻系統中加入本發明偏振光瞳器件，能克服了離軸照明和相移掩模低曝光容限、高鄰近效應的不足，能大幅度改善工藝窗口，提高生產能力。
(3)在高數值孔徑投影光刻系統中加入本發明偏振光瞳器件，不影響原投影光刻系統的技術參數，因此可在設計制造投影光刻成像物鏡時就考慮加入，使光刻成像系統的設計簡單方便。
圖1為本發明的結構剖視示意圖；圖2為本發明的結構主視示意圖；
圖3為本發明中的TE偏振成像示意圖；圖4為本發明中的TM偏振成像示意圖；圖5為本發明應用于高數值孔徑投影光刻系統的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1、2所示，本發明是在石英基板2分成了若干個扇形區域3，每一個扇形區域3上制作有偏振膜層1，偏振膜層1的偏振方向在光瞳徑向的切線方向，圖1中箭頭表示線偏振器的偏振方向，所有的制作有偏振膜層1的扇形區域3組成一個圓，而且制作有偏振膜層1的扇形區域3的頂點和所組成的圓圓心重合。扇形區域3的分割根據需要來選取，一般越小越好。
在扇形區域3上制作的偏振膜層1包含有多層相互交錯氟化物材料，而且偏振性光瞳器件透射的成像光束的波長是157nm。
多層相互交錯氟化物材料組成的偏振膜層1由第一種和第二種兩種薄層組成，薄層的厚度為四分之一波長，第一種薄層由具有在157nm波長下的折射系數的氟化鑭材料組成；第二種薄層也由具有在157nm波長下的折射系數一定折射系數的氟化鋁材組成，而且第一種薄層所具有的折射系數大于第二種薄層所具有的折射系數。
由多層相互交錯氟化物材料組成的偏振膜層1的第一種薄層和第二種薄層的每一層的厚度為四分之一波長。
本發明偏振光瞳器件的制作過程如下，首先將石英基板分成若干個扇形區域，選定一個扇形區域，在石英基板上沉積一層所選定的偏振膜層，偏振膜層的偏振方向在光瞳徑向的切線方向，除了所選定的扇形區域以外的偏振膜層被刻蝕掉，將所制作的偏振膜層的扇形區域保護，接著選定下一個扇形區域進行制作，這樣完成整個偏振光瞳器件的制作。
本發明的原理如圖3、4所示，代表的是兩種偏振成像TE偏振成像，如圖3所示，和TM偏振成像，如圖4所示。在硅片上的成像主要由0級和±1級三束衍射光之間的干涉而形成，三束衍射光的干涉效應如何，直接影響到成像的對比度。假設A+1級衍射光的傳播方向為(α，0，γ)，則TE偏振成像和TM偏振成像下的三束衍射光表示如下TE偏振成像A0=12exp(ikz)---(1)]]>A+1=1πexp[ik(αx+γz)]---(2)]]>A-1=1πexp[ik(γz-αx)]---(3)]]>TM偏振成像A0=12exp(ikz)---(4)]]>A+1=1π(γ-α)exp[ik(αx+γz)]---(5)]]>A-1=1π(α+γ)exp[ik(γz-αx)]---(6)]]>上面(1)～(6)式中的k是光波數，其值為2π/λ。
硅片上成像電場是由0級和±1級三束衍射光的電場的矢量和形成，則硅片上的像場表示為ATE=12exp(ikz)+1πexp(ikγz)[exp(ikαx)+exp(-ikαx)]---(7)]]>ATM=12exp(ikz)+γπexp(ikγz)[exp(ikαx)+exp(-ikαx)]]]>-απexp(ikγz)[exp(ikαx)-exp(-ikαx)]---(8)]]>由式(7)和(8)就可以得到硅片上空間像的強度分布，其表達式如下ITE(x)=14+2πcos(kαx)cos([k(1-γ)z]+4π2cos2(kαx)---(9)]]>ITM(x)=14+2γπcos(kαx)cos[k(1-γ)z]]]>4π2[α2+(γ2-α2)cos2(kαx)]---(10)]]>則TE偏振成像和TM偏振成像光強對數斜率值可以通過式(9)和(10)計算出。
LSTE=4λα---(11)]]>LSTM=4λα(1-α2)21+16α2/π2---(12)]]>從式(11)和(12)可以得到TE偏振成像比TM偏振成像有更高的光強對數斜率值，這是因為在式(12)中，除了具有4λ/α外，還有一個小于1的系數。在傳統的非偏振成像中，光強對數斜率值是TE偏振成像和TM偏振成像這兩種情況的光強對數斜率值的平均，因此S偏振成像比非偏振成像具有更高的光強對數斜率值。在TE偏振成像時，在硅片上成像的三束衍射光的電矢量振動方向都是相同的，如圖3、4所示，都垂直于入射面，因此三束衍射光之間的干涉效應達到最好，相應的光強對數斜率值也最高；而在TM偏振成像時，在硅片上成像的三束衍射光的電矢量的振動方向隨著每一衍射光束傳播方向的角度而改變，如圖3、4所示，三束衍射光之間的干涉效應就不如TE偏振成像時，相應的光強對數斜率值也不如TE偏振成像的。總之，在TE偏振成像、TM偏振成像和非偏振成像中，TE偏振成像具有最高的光強對數斜率值。
如圖5所示，為本發明應用于高數值孔徑投影光刻系統，它由橢球鏡4、光源5、高能量高均勻照明部件6、掩模板7、投影光刻物鏡8、偏振光瞳器件9及硅片10等構成，光源5所發射的光被橢球鏡4收集，并將光聚集通過高能量高均勻照明部件6照明掩模板7，而掩模板7上的超微細特征圖形通過投影光刻物鏡8投影成像于硅片10上。在高數值孔徑投影光刻物鏡的光瞳面放置對成像光束進行偏振控制的偏振光瞳器件9，偏振光瞳器件改變了投影光刻系統的光瞳函數，以及投影光刻系統光學系統的傳遞函數，把光刻成像調制成S偏振成像，即不同級數的衍射光束的電場振動方向相同，干涉效果最好，提高了光刻成像對比度，進一步挖掘短波長大數值孔徑投影光學光刻成像系統的光刻分辯力。
權利要求
1.一種偏振光瞳器件，其特征在于在石英基板分成了若干個扇形區域，每一個扇形區域上制作有偏振膜層，所制作的偏振膜層的偏振方向在光瞳徑向的切線方向，所有制作有偏振膜層的扇形區域組成一個圓，而且制作有偏振膜層的扇形區域的頂點和所組成的圓圓心重合。
2.根據權利要求1所述的偏振光瞳器件，其特征在于所述的偏振膜層由包含有多層相互交錯氟化物材料構成。
3.根據權利要求2所述的偏振光瞳器件，其特征在于所述的多層相互交錯氟化物材料由第一種和第二種兩種薄層組成，第一種薄層由具有在157nm波長下的折射系數的氟化物組成，第二種薄層也由具有在157nm波長下的折射系數折射系數的氟化物組成，而且第一種薄層所具有的折射系數大于第二種薄層所具有的折射系數。
4.根據權利要求3所述的偏振光瞳器件，其特征在于所述的第一種薄層至少包含有一層氟化鑭材料，所述的第二種薄層至少包含有一層氟化鋁材料。
5.根據權利要求4所述的偏振光瞳器件，其特征在于所述的第一種薄層和第二種薄層的每一層的厚度為四分之一波長。
6.采用上述偏振光瞳器件的投影光刻系統，包括橢球鏡、光源、高能量高均勻照明部件、掩模板、投影光刻物鏡及硅片，其特征在于在所述的投影光刻物鏡的光瞳面上放置對成像光束進行偏振控制的偏振光瞳器件，光源所發射的光被橢球鏡收集，并將光聚集通過高能量高均勻照明部件照明掩模板，掩模板上的超微細特征圖形通過投影光刻物鏡中的偏振光瞳器件投影成像于硅片上。
全文摘要
一種偏振光瞳器件，由石英基板和石英基板上的偏振膜層組成，偏振膜分成了若干個扇形區域，每個扇形區域上的偏振膜層都形成一個線偏振器，線偏振器的偏振方向在光瞳徑向的切線方向；偏振光瞳器件在高數值孔徑投影光刻系統的應用，包括橢球鏡、光源、高能量高均勻照明部件、掩模板、投影光刻物鏡及硅片，在投影光刻物鏡的光瞳面上放置對成像光束進行偏振控制的偏振光瞳器件，將改變投影光刻系統的光瞳函數，以及整個投影光刻光學系統的傳遞函數，把高數值孔徑的光刻成像調制成TE偏振成像，提高了光刻成像對比度，從而進一步挖掘短波長高數值孔徑投影光刻系統的光刻分辨力。
文檔編號G02B5/30GK1664703SQ20051001137
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月3日 優先權日2005年3月3日
發明者余國彬, 姚漢民, 邢廷文, 胡松, 唐小萍 申請人:中國科學院光電技術研究所