专利名称：投影光学光刻偏振成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超大规模集成电路生产设备分步重复投影光刻机和步进扫描投影光刻机高分辨力投影成像技术领域中的投影光学光刻偏振成像系统。
背景技术：
对超大规模集成电路器件的迫切需求，促进了投影光学光刻技术的飞速发展，为了延长投影光学光刻技术的极限和寿命，近年来，常采用短波长、大数值孔径、以及离轴照明技术等等。然而随着数值孔径的增大，曝光波长的缩短，基于偏振性的矢量衍射效应对光刻图形的影响越来越大，如光刻的最小特征尺寸接近和低于曝光波长；高数值孔径的投影光学系统的使用导致了入射光波严重倾斜；反射和由硅片空间形状造成的各种影响；以及照明光在光刻胶中的散射效应等等。
现在我国还没有投影光学光刻偏振成像系统，只有一般的投影光学光刻成像系统。现有投影光学光刻成像系统的不足随着数值孔径(NA)的增大、波长的缩短，基于偏振特性的矢量衍射效应对光刻图形的影响越来越大，不能进行精细的线条图形制作。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，而提供一种投影光学光刻偏振成像系统，在光刻掩模上直接制作对成像光束进行偏振调制的偏振膜，既保证偏振光成像，又能提高成像对比度，较大地提高投影光学成像光刻分辩力，同时也能增大焦深。
本发明的技术解决方案是投影光学光刻偏振成像系统，包括椭球镜、光源、高强度高均匀照明部件、投影光刻物镜及硅片，其特征在于在投影光刻物镜的物面上放置了可对成像光束进行偏振调制的偏振掩模板。
所述的偏振掩模板由石英基板，和在石英基板上的不透光部位相邻的透光部位制作有对成像光束进行不同线偏振调制的两种偏振膜层。
所述的两种偏振膜层所调制的线偏振光相互垂直交叉，而且两种偏振膜层所调制的线偏振光都与光刻特征线条边缘有45°夹角。
所述偏振掩模板的石英基板上还制作了使透射偏振光相位发生180°改变的相移层。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、在本发明中，成像光束的偏振方向影响系统的传递函数，将掩模产生的高空间频率信号转换成有限数值孔径的物镜能接受的底空间频率信号，然后由物镜将这些低频信息在像面转换回其原始频率，精确成像，进一步了提高分辨率。
2、本发明中的物面放置偏振掩模板实现偏振光成像，针对不同的特征线条，可以制作不同的偏振掩模板，而不需对传统投影成像系统做任何改变。
3、本发明加入了偏振掩模板改变了原来成像系统三束光成像为两束光成像，进一步提高了分辨力，由于二束光成像，光程差为零，成像焦深也得到了提高。
4、在深亚微米和超深亚微米级范围内超微细图形中，都可以应用投影光刻投影光学光刻偏振成像系统，提高分辨力和焦深。
图1为本发明的结构示意图；图2A为发明中偏振掩模板实施例1的结构示意图；图2B为图2A中偏振掩模板透过率曲线图；图2C为图2A中偏振掩模板透过率曲线图；图3A为本发明偏振掩模板实施例2的结构示意图；图3B为图3A中偏振掩模板透过率曲线图；图3C为图3A中偏振掩模板透过率曲线图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明由椭球镜1、光源2、高能量高均匀照明部件3、偏振掩模板4、投影光刻物镜5、及硅片6等构成，光源2所发射的光被椭球镜1收集，并将光聚集通过高能量高均匀照明部件3照明偏振掩模板4，而偏振掩模板4上的超微细特征图形通过投影光刻物镜5投影成像于硅片6上，其中偏振掩模板4由石英基板9和在其上制作的可对成像光束进行不同线偏振调制的偏振膜层7和偏振膜层8组成，偏振膜层7所调制的线偏振光和偏振膜层8所调制的线偏振光相互垂直交叉。
本发明的原理是这两种偏振膜层制作在偏振掩模板上，偏振膜层调制成像光束而影响系统的传递函数，将掩模产生的高空间频率信号转换成有限数值孔径的物镜能接受的低空间频率信号，然后由物镜5将这些低频信息在硅片6面转换回其原始频率，精确成像，可在保证足够曝光容限的情况下进一步提高系统成像分辨能力；而且由于偏振方向相互垂直的光不产生干涉效应，若使掩模上相邻特征线条透过偏振方向相互垂直的光，则相邻线条的像在硅片上不会产生次峰，故邻近效应小，可进一步提高分辨率，进一步挖掘短波长大数值孔径投影成像系统的光刻分辨力能力。
如图2所示为本发明的偏振掩模板实施例1，在不透光区域10相邻的透光区域覆盖了一层能使成像光束的偏振方向互相垂直正交，而且偏振方向对于光刻特征线条边缘来说，具有45°的倾斜角的偏振膜层7和偏振膜层8，在图2A中用箭头方向表示通过光束的偏振方向。
如图3所示为本发明的偏振掩模板实施例2，在不透光区域10相邻的透光区域覆盖了一层能使成像光束的偏振方向互相垂直正交，而且偏振方向对于光刻特征线条边缘来说，具有45°的倾斜角的偏振膜层7和偏振膜层8，在图3A中用箭头方向表示通过光束的偏振方向；而且在本实施例中，在不透光区域10相邻的透光区域11和12附加上使成像光束相位产生180°变化的相移层13，再在相移层13上覆盖了一层能使成像光束的偏振方向互相垂直正交，而且偏振方向对于光刻特征线条边缘来说，具有45°的倾斜角的偏振膜层7和偏振膜层8，加入此相移层，可实现极高的分辨力，同时增大焦深。
本发明上述实施例中，针对特征线条的边缘，把两种偏振光的偏振方向倾斜45°的理由主要是在线偏振光中，电场的振动方向，对入射面而言，垂直的TE(transverse electric)偏振状态和电场的振动方向在入射面内有TM(transverse magnetic)偏振状态；假如仅使TE偏振光和TM偏振光透过不透光部10的相邻透光部位，将会引起以下的问题，即照明光透过偏振掩模板，将会产生各种级数的衍射光束，衍射级数不同的成像光束，通过入射面内的不同光路到达硅片面成像。对于TE偏振光，即使衍射光束级数不同，电场的振动方向垂直于入射面，因此，衍射光束的干涉效果最好，而对于TM偏振光，由于不同级数的衍射光束有不同的衍射角度，所以不同级数的衍射光束的电场振动方向将不同，这时衍射光束的干涉效果将最小。因此，在硅片面成像时，TE偏振光透过的部分光强度将变大，TM偏振光透过的部分光强度将变小，在整个投影光刻成像范围内将产生各处亮度不同。本发明实施例为了回避这种亮度差的产生，所以偏振掩模板上不透光部位10相邻的透光部位透过偏振方向相对于光刻特征线条边缘来说，具有45°的倾斜角的偏振光束，在偏振掩模板的透光部位就可以获得TE偏振光和TM偏振光的中间光强度。
权利要求
1.投影光学光刻偏振成像系统包括椭球镜(1)、光源(2)、高强度高均匀照明部件(3)、投影光刻物镜(5)及硅片(6)，其特征在于在投影光刻物镜(5)的物面上放置了可对成像光束进行偏振调制的偏振掩模板(4)。
2.根据权利要求1所述的投影光学光刻偏振成像系统，其特征在于所述的偏振掩模板(4)由石英基板(9)和在其上制作的可对成像光束进行不同线偏振调制的偏振膜层(7)和偏振膜层(8)组成。
3.根据权利要求2所述的投影光学光刻偏振成像系统，其特征还在于所述的偏振膜层(7)所调制的线偏振光和偏振膜层(8)所调制的线偏振光相互垂直交叉。
4.根据权利要求2所述的投影光学光刻偏振成像系统，其特征还在于所述的偏振膜层(7)所调制的线偏振光和偏振膜层(8)所调制的线偏振光都与光刻特征线条边缘有45°夹角。
5.根据权利要求1所述的投影光学光刻偏振成像系统，其特征还在于所述偏振掩模板(4)的石英基板(9)上还制作了使透射偏振光相位发生180°改变的相移层。
全文摘要
一种投影光学光刻偏振成像系统包括椭球镜、光源、高强度高均匀照明部件、投影光刻物镜及硅片等构成，其特征在于在投影光刻物镜的物面位置，放置对成像光束可进行偏振调制的偏振掩模板，在偏振掩模板上不透光部位相邻的透光部位透过调制了不同偏振态的成像光束，它们的电场振动方向相互垂直交叉，而且电场振动方向对于光刻特征线条边缘来说，具有45°的倾斜角。由于偏振方向相互垂直的光不产生干涉效应，若使掩模上相邻特征线条透过偏振方向相互垂直的光，则相邻线条的像在硅片上不会产生次峰，故邻近效应小，可进一步提高分辨率，这样本发明既能提高成像对比度，又能减少邻近效应，而且可进一步挖掘短波长大数值孔径投影光学光刻成像系统的光刻分辨能力，较大地提高投影光学光刻成像光刻分辨力和大幅度增大焦深。
文档编号H01L21/02GK1621944SQ20031011550
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月28日 优先权日2003年11月28日
发明者余国彬, 姚汉民, 胡松, 刘业异 申请人:中国科学院光电技术研究所