专利名称：干涉曝光设备、干涉曝光方法以及半导体器件制造方法
技术领域：
这里描述的实施例总体涉及干涉曝光设备、干涉曝光方法、以及半导体器件的制造方法。
背景技术：
公知EUV(超紫外)曝光设备为一种用于制造下一代半导体电路的光刻装置，但是这样的EUV曝光设备非常昂贵。从而，一种使用称为干涉曝光技术的方法的低成本光刻装置最近得到关注。该干涉曝光技术不需要复杂的投影光学系统，并且由于其不需要掩模或者是无掩模的，因此可以实现较低制造成本。然而，在常规干涉曝光中，可以形成诸如LS (线和空间)图形或栅状图形的简单周期图形，但是难于形成诸如IC电路的复杂布局图形。下文中将使用投影光学系统和掩模的常规光刻方法称为光学光刻以与干涉曝光技术相区分。已经提出若干方法用于解决上述问题。(I)提出一种以低成本形成复杂IC电路图形的方法(通过与光学光刻混合且匹配的方法成像干涉光刻)，该方法通过组合常规低NA的光学光刻技术与干涉曝光技术而进行构图。在该技术中，尽管低NA，但仍需要投影透镜系统，并且还需要掩模，从而使得制造成本增加。(2)提出一种通过两次或更多次地多次进行干涉曝光而形成复杂图形的方法(多次干涉曝光)。在该技术中，可以形成的图形仅限于简单的二维图形，诸如栅状图形，而许多光学系统需要重置以产生多个复杂的IC电路图形。从而，流程变得更加复杂，并且处理TAT变大。(3)提出一种使用相干的三个或更多的多光束的干涉曝光方法。在该技术中，如果到达晶片的多光束的入射角未适当地设置，景深(DoF)变得较小。从而，它不适合于在二维面上进行构图的半导体电路的构图。需要重置多个光学系统以形成多个复杂IC电路图形，从而流程变得复杂，并且处理TAT变大。因此，希望容易且低成本地形成各个图形。
发明内容
根据实施例，总体提供了一种干涉曝光设备。该干涉曝光设备包括光路改变部分，其中改变元件被基本轴对称(axisy_etrically)地设置,所述改变元件适于对彼此具有相干性的多个光束改变该多个光束的光路方向和光路长度，以及调节部分，与将在基底上形成的图形形状相对应地对入射基底的光束的一部分进行强度改变或相位改变，从而调节该光束的一部分。出自光路改变部分和调节部分的光束在基底上干涉以在基底上进行干涉曝光。
图I示出根据第一实施例的干涉曝光设备的示意结构；图2示出根据第一实施例的干涉曝光设备的结构实例；图3A至3C分别示出针孔光圈、环形光圈以及入射区域限制部分的一个实例；图4A和4B示出了光束坐标系；图5A至5C示出到每个光束的光轴的距离与DoF的关系；图6示出根据第二实施例的干涉曝光设备的结构； 图7示出衍射栅的结构；图8A至8D示出光掩蔽部分和成像图形的关系；图9示出微反射镜环的结构；图10是示出快门(shutter)部分的结构实例的俯视图；图IlA和IlB示出图形调节部分的另一结构实例；图12A至12C是示出多个光路改变部分的结构的俯视图；图13示出根据第四实施例的光路改变部分的结构；图14示出根据第五实施例的偏振部分的结构；图15A和15B示出根据第六实施例的相位调节器的结构；以及图16A和16B示出根据第七实施例的入射角度过滤部分的结构。
具体实施例方式下文将参考附图详细描述干涉曝光设备、干涉曝光方法以及半导体器件的制造方法的示例实施例。本发明不限于下面的实施例。(第一实施例)图I示出根据第一实施例的干涉曝光设备的示意结构。这里示出干涉曝光设备100X的截面结构的示意图。该实施例的干涉曝光设备100X具有这样的光学装置(光路改变部分2X)，其用于改变在环形中的具有相干性的单波长的多光束(相干光束)Ib的前进方向。使用干涉图形而进行在抗蚀剂上的构图，所述干涉图形通过向晶片WA(待处理的基底)入射从安排成环形的光路改变部分2X出射的多光束Ib而形成。根据该结构，干涉曝光设备100X形成在足够的景深处具有高自由度的图形变化。干涉曝光设备100X被配置为包括光路改变部分2X和图形调节部分3X。光路改变部分2X是用于改变多光束Ib的光路方向和光路长度的装置，并且具有关于多光束Ib的光轴的基本轴对称的结构。光路改变部分2X被配置为包括衍射栅、反射镜(微反射镜)、以及棱镜。衍射栅和反射镜被配置为在例如离光轴的基本相等的距离处基本轴对称。光路改变部分2X的配置元件(微反射镜环等)被设置在距离多光束Ib的光轴的相等距离处，从而每个配置元件被设置在环形中。图形调节部分3X是用于改变多光束Ib的强度或光束的相位的装置，并具有改变光束的一部分的强度或相位的功能。图形调节部分3X被配置为使用可自由打开和关闭的多个快门(光掩蔽体)、两个偏振片或光路长度改变装置(相位调节器)等。快门和一对偏振片调节光束的强度，并且光路长度改变装置通过改变光路长度改变光束的相位。每个快门被配置为通过被打开或关闭而调节是否使其中光路通过光路改变部分2X而被改变的多光束Ib前进至晶片台(未示出)的晶片WA。可通过调节图形调节部分3X(例如打开/关闭快门)而确定将在晶片WA上形成的图形变化。可在晶片WA与图形调节部分3X之间设置圆柱形棱镜。从而可使得晶片WA与图形调节部分3X之间的距离较长，并且可以防止从晶片WA产生的物质影响图形调节部分3X。在干涉曝光设备100X中，可以将光路改变部分2X和图形调节部分3X中的任一个设置在光路的上游侧(光源侧)。通过预定光学元件(例如下面描述的针孔光圈11)将从光源(未示出)出射的单个波长的电磁波(相干光束)转换成平面波、球面波等。转换之后的多光束Ib具有通过光 路改变部分2X改变的光路，以及通过图形调节部分3X改变的光束的相位或强度。从而仅位于快门打开的位置处的多光束Ib到达晶片WA。其光路通过光路改变部分2X改变的多光束Ib从而在光束(多光束)(其光路被改变)干涉时在晶片WA上形成干涉条纹。图2示出根据第一实施例的干涉曝光设备的结构实例。这里示出干涉曝光设备100A的截面结构的不意图。干涉曝光设备100包括针孔光圈11、环形光圈12A、掩模部分6A、以及入射区域限定部分13。组合针孔光圈11和环形光圈12A的机构对应于下面描述的入射角度过滤部分。针孔光圈11将来自光源的电磁波Ia转换成具有相干性的多光束Ib (球面波等)。来自光源的电磁波Ia的波长可以是ArF光、KrF光或EUV光中的一个。例如，当形成微细图形时，使用短波长的电磁波la。环形光圈12A仅通过具有预定入射角的来自针孔光圈11的多光束lb。图3A至图3C分别示出针孔光圈、环形光圈以及入射区域限定部分的一个实例。在图3A至图3C中，示出针孔光圈11、环形光圈12A和入射区域限定部分13的俯视图。图3A所示的针孔光圈11通过示意板状部件构成，并基本在中心包括具有预定半径的针孔11a。在针孔光圈11中，以透射电磁波Ia的透射材料形成针孔11a，并且除针孔Ila之外的周缘部分Ilb以不透射电磁波Ia的非透射材料形成。图3B所示的环形光圈12A通过示意板状部件构成,并包括具有与针孔Ila中心同轴的环形透射部分12a。在环形光圈12A中，透射部分12a通过透射多光束Ib的透射材料形成，而除透射部分12a之外的周缘部分12b以及中心部分12c通过不透射多光束Ib的非透射材料形成。针孔光圈11和环形光圈12A被配置为使得透射部分12a的内直径大于针孔Ila的半径。来自针孔光圈11的多光束Ib中具有预定入射角的多光束Ib从环形光圈12A出射。如图3C所示的入射区域限定部分13通过示意板状部件构成，并包括圆形区域13a，其在与针孔Ila相同的中心处具有预定半径。在入射区域限定部分13中，圆形区域13a通过透射多光束Ib的透射材料形成，而除圆形区域13a之外的周缘部分13b通过不透射多光束Ib的非透射材料形成。入射区域限定部分13被配置为使得圆形区域13a的半径大于针孔Ila的半径。掩模部分6A对应于光路改变部分2X和图形调节部分3X。掩模部分6X例如被配置为包括设置为环形的微反射镜阵列和快门。微反射镜阵列具有多个微反射镜，该多个微反射镜被设置在具有预定高度的环形部件的内壁表面上，其中多光束Ib被每个微反射镜的反射镜表面反射。快门被设置为多个，从而在微反射镜的下部(晶片WA侧)被排列为环形。在由多光束Ib反射的多光束Ib中，仅仅在快门打开的位置处的多光束Ib到达晶片WA。快门被设置为多个，从而在微反射镜的上部(光源侧)被排列为环形。在该情况下，仅仅在快门打开的位置处的多光束Ib被微反射镜阵列反射而到达晶片WA。环形光圈12A可设置在掩模部分6A与入射区域限定部分13之间。环形光圈12A还可以同时设置在针孔光圈11与掩模部分6A之间、以及掩模部分6A与入射区域限定部分13之间。环形光圈12A的配置可以忽略。现在将描述光束坐标系的定义。图4A和图4B示出了光束坐标系。图4A所示的 x-y平面设为晶片平面。在该情况中入射晶片WA的多光束Ib以入射光束71示出。如图4A所示，入射光束71的入射角由θ、φ限定。这里，φ是入射光束71与X轴形成的角，Θ是入射光束71与z轴形成的角。可通过公式(I)表示入射光束71的入射方向矢量。[公式I]
k = (cos Θ cos φ, cos Θ sin φ, Vl - cos2 θ)(I)到入射光束71的光轴的距离为cos Θ。在入射光束71的ζ = O处的振幅(包括强度信息和相位信息)定义为光束振幅4。在图4Β所示的光束空间坐标系中，以点坐标(cos Θ cos Φ , cos Θ sin Φ)表示入射光束71的入射方向。现在将描述当多光束Ib入射晶片WA时在晶片WA上形成的图形形状。假设一种情况，其中n(n是自然数)个多光束入射晶片WA。如果每个光束的入射方向矢量和振幅分别如下定义，[公式2]
k,=入射角[公式3]A1 =振幅其中 I = 1，2，. . . η关于晶片坐标，以下面的公式(2)表示在晶片WA上形成的干涉条纹的强度I。[公式4]X[公式5]
——2/(X)= Σ A1 exp(
I = I^為(exp 卜 _ Μ叫(2)
hm
γ . =■= ( i(kj - )· (xx + V V + ζζ)Λ= Yj AlAm exp-L
hm^^j
假设[公式6]z是z方向的单位矢量，获得下面的公式(7)。从而，如果每个光束到光轴的距离(cos Θ )都是相等的距离，依赖于z方向的分量在干涉条纹的强度I中不存在，从而可以充分地确保关于图形形成的聚焦容限度。[公式7]
权利要求
1.一种干涉曝光设备，包括 光路改变部分，其中改变元件被基本轴对称地设置，所述改变元件适于对彼此具有相干性的多个光束改变该多个光束的光路方向和光路长度；以及 调节部分，其被配置为与将在基底上形成的图形形状相对应地对入射基底的光束的一部分进行强度改变或相位改变，从而调节该光束的一部分，其中 从光路改变部分和调节部分出射的光束在基底上干涉以在基底上进行干涉曝光。
2.根据权利要求I的干涉曝光设备，其中所述光路改变部分被配置为包括衍射栅，所述衍射栅在基本垂直于光束的平面中被设置为环形。
3.根据权利要求I的干涉曝光设备，其中 所述光路改变部分被配置为包括多个微反射镜，以及 所述微反射镜被设置在环形中以通过每个反射镜表面构成管状内壁表面。
4.根据权利要求I的干涉曝光设备，其中 所述光路改变部分被配置为包括圆锥形的第一棱镜和多角锥形的第二棱镜。
5.根据权利要求I的干涉曝光设备，还包括过滤部分，所述过滤部分被配置为过滤光束入射基底的角度。
6.根据权利要求5的干涉曝光设备，其中所述过滤部分被配置为包括以下元件之一光圈、法布里-珀罗干涉系统、具有圆锥形的第三棱镜、以及具有多角锥形的第四棱镜。
7.根据权利要求2的干涉曝光设备，其中所述光路改变部分包括多个环，在所述环中设置衍射栅，多个环中的每个环被同心设置。
8.根据权利要求3的干涉曝光设备，其中所述光路改变部分包括多个环，在所述环中设置微反射镜，所述多个环中的每个环被同心设置。
9.根据权利要求I的干涉曝光设备，其中所述调节部分是以下之一两个偏振片、能够自由打开/关闭的快门、能够移动的微反射镜阵列、以及掩模，或者是以上的组合。
10.根据权利要求4的干涉曝光设备，其中所述第一或第二棱镜具有包括顶点部分的远端部分，所述顶点部分通过反射部件构成，所述反射部件被配置为反射多个光束。
11.一种干涉曝光方法，包括以下步骤 通过光路改变部分改变多个光束的光路方向和光路长度，在所述光路改变部分中，改变元件被基本轴对称地设置，所述改变元件适于对彼此具有相干性的所述多个光束改变其光路方向和光路长度； 通过调节部分调节所述光束的一部分，所述调节部分被配置为与将在基底上形成的图形形状相对应地对入射基底的光束的一部分进行强度改变或相位改变，从而调节该光束的一部分；以及 使得从所述光路改变部分和所述调节部分出射的光束在基底上干涉以在基底上进行干涉曝光。
12.根据权利要求11的干涉曝光方法，其中所述光路改变部分被配置为包括衍射栅，所述衍射栅在基本垂直于光束的平面中被设置为环形，以及 所述多个光束的光路方向和光路长度通过所述衍射栅改变。
13.根据权利要求11的干涉曝光方法，其中 所述光路改变部分被配置为包括多个微反射镜，所述微反射镜被设置在环形中以通过每个反射镜表面构成管状内壁表面，以及 所述多个光束的光路方向和光路长度通过所述微反射镜改变。
14.根据权利 要求11的干涉曝光方法，其中 所述光路改变部分被配置为包括圆锥形的第一棱镜和多角锥形的第二棱镜，以及 所述多个光束的光路方向和光路长度通过所述第一或第二棱镜改变。
15.根据权利要求11的干涉曝光方法，还包括通过过滤部分过滤所述光束的步骤，所述过滤部分被配置为过滤光束入射基底的角度。
16.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤 通过光路改变部分改变多个光束的光路方向和光路长度，在所述光路改变部分中，改变元件被基本轴对称地设置，所述改变元件适于改变彼此具有相干性的多个光束的光路方向和光路长度； 通过调节部分调节所述光束的一部分，所述调节部分被配置为与将在基底上形成的图形形状相对应地对入射基底的光束的一部分进行强度改变或相位改变，从而调节该光束的一部分； 使得从所述光路改变部分和所述调节部分出射的光束在基底上干涉以在基底上进行干涉曝光；以及 处理通过上述步骤的所述基底，其中通过干涉曝光在所述基底上形成抗蚀剂图形，从而形成对应于所述抗蚀剂图形的基底图形。
17.根据权利要求16的制造半导体器件的方法，其中 所述光路改变部分被配置为包括衍射栅，所述衍射栅在基本垂直于光束的平面中被设置为环形，以及 所述多个光束的光路方向和光路长度通过所述衍射栅改变。
18.根据权利要求16的制造半导体器件的方法，其中 所述光路改变部分被配置为包括多个微反射镜， 所述微反射镜被设置在环形中以通过每个反射镜表面构成管状内壁表面，以及 所述多个光束的光路方向和光路长度通过所述微反射镜改变。
19.根据权利要求16的制造半导体器件的方法，其中 所述光路改变部分被配置为包括圆锥形的第一棱镜和多角锥形的第二棱镜，以及 所述多个光束的光路方向和光路长度通过所述第一或第二棱镜改变。
全文摘要
提供了干涉曝光设备和方法。根据一个实施例，该实施例的干涉曝光设备，包括光路改变部分，其中改变元件被基本轴对称地设置，所述改变元件适于对彼此具有相干性的多个光束改变该多个光束的光路方向和光路长度；以及调节部分，其用于与将在基底上形成的图形形状相对应地对入射基底的光束的一部分进行强度改变或相位改变，从而调节该光束的一部分。从光路改变部分和调节部分出射的光束在基底上干涉以在基底上进行干涉曝光。
文档编号H01L21/027GK102880005SQ20121007006
公开日2013年1月16日 申请日期2012年3月16日 优先权日2011年7月15日
发明者小寺克昌, 田中聪 申请人:株式会社东芝