CN1266543C - 用于改进相移掩模成像性能的装置和系统及其方法 - Google Patents

Abstract

在此公开了一种用于改进具有光瞳面并使用相移掩模的光刻系统中成像性能的方法。找出光瞳面上会聚从相移掩模发出的光的相位误差部分的部位。在光瞳面的找出部分放置一个孔径。一般地，从相移掩模发出的光的相位误差部分是光的零阶部分，通常被称作“零阶泄漏”。阻挡零阶泄漏缓解了对高于和低于标称焦平面的光致抗蚀剂曝光的光的强度变化。这从而也减小了形成在芯片上的线条宽度的变化。

Description

用于改进相移掩模成像性 能的装置和系统及其方法

相关申请的交叉参考

本申请要求享有于2002年3月5日提交的美国临时专利申请NO60/361,351的优先权，该申请在此引为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于改进具有光瞳面并利用相移掩模的光刻系统中成像性能的方法。

背景技术

制造具有逐渐减小的结构尺寸的器件的集成电路(IC)芯片以承受日益增大的密度要求的能力依赖于光刻法的不断发展。在一个IC芯片上，一般在几个阶段来制作器件及其连结件。几个阶段包括改进半导体衬底(即晶片)的多个部分的过程。对于每一个阶段，待处理的部分必须与晶片的其余部分隔离。通常这是通过在晶片的一个表面上施加一个膜层(即光致抗蚀层)并用光图案对光致抗蚀剂曝光来完成。该图案区分晶片待处理的部分和其余部分。光图案主要通过使光穿过一个掩模(即分划板)产生，掩模上的图案形成有不透明和透明部分。在光透过分划板(reticle)的透明部分处，相应的光致抗蚀剂部分被曝光。除去光致抗蚀剂的曝光部分或未曝光中的任何一部分(但不能是两部分)以显露待处理的晶片的下层部分。在处理过程中芯片的其余部分被剩余的光致抗蚀剂保护。

使光通过分划板以曝光晶片上的光致抗蚀剂的机器被称作晶片步进机或晶片扫描机。为了实现在光致抗蚀剂上以亚微米尺度精确表示分划板图案，需要使用可以支持高分辨率和大焦深的光源。这一要求导致使用激光器作为光刻应用的光源。

具有讽刺意味的是，对增大制作在IC芯片上的器件密度的挑战受到了其上较大密度所依据的同样较小特征尺寸的阻挡。分划板上较小的图案尺度、尤其是线条宽度导致通过图案的光束具有较为严重的衍射。在晶片上，光的这种较严重的衍射可以表示为其本身的“溢出”，由此，两个相邻特征的电磁能分布归并到一起，使得很难区分一个结构特征和另一个结构特征。

但是，通过使用相移掩模，两个相邻结构的电磁能分布变得彼此异相(outof phase)。因为光的强度与电磁能振幅的矢量和的平方成正比，所以相移掩模的使用增大了在两个相邻结构之间存在最小强度点的可能性，使得可以区分彼此。

另外，通过利用相移掩模，半阶光是相长干涉的方向而非用于传统光刻系统中的零阶光和一阶光。半阶光的利用使得分划板上各特征之间的间隔减小。减小分划板上各特征之间的间隔将增大半阶光的衍射角。只要半阶光被光刻系统的调节透镜捕获，就可以增大衍射角。

不幸的是，实现一种可行的相移掩模依赖于在具有一定深度(高度)、特定的宽度以及与分划板上相邻特征的精确间隔的分划板中(或分划板上)精确制造凹陷(或隆起)的能力，其中的深度(或高度)为光的半波长的奇数倍。与这些临界值的偏差会导致半阶光不能完全与其它光异相，使得零阶光不能被相消干涉完全消除。这种现象称作“零阶泄漏”。

零阶泄漏会导致对高于或低于标准焦平面的光致抗蚀剂曝光的强度变化。这种强度上的变化反过来会导致形成在晶片上的线宽的变化。这种形成在晶片上的线宽的变化会对正制作器件的电学或电子特性产生不利的影响。

因此需要一种防止零阶泄漏导致曝光光致抗蚀剂的光发生强度变化的方法。最好这种方法易于实施并且不昂贵。

发明内容

本发明涉及一种改进具有光瞳面并利用相移掩模的光刻系统中成像性能的方法。在对与利用相移掩模相关的零阶泄漏这一现象的研究中，本发明人认为，除了来自相移掩模制造中的制造公差的偏离，零阶泄漏的主要起源出自于相移掩模本身的形貌。相移掩模的形貌产生附加的衍射模式，这种衍射模式在零阶光的方向上发生相消干涉。还认识到，采用相移掩模时，半阶光是相消干涉的理想方向，不同阶的光在光瞳面内不同的区域会聚，本发明人设计了一种阻挡光瞳面上零阶泄漏光的方法，由此提高了相移掩模的成像性能。

在一个实施例中，本发明包括一种阻挡孔径。阻挡孔径有一个对光波半透明的实物和将该实物支撑在使用相移掩模的光刻系统光瞳面上的基本上零阶光部分的设施。用于支撑的设施包括、但不限于一个连结在实物和光刻系统之间的支撑臂，一个空气轴承装置和磁悬浮装置。最好该实物对光波不透明。

一般地，实物的面积大于或等于光瞳面上零阶部分的面积。最好该实物具有一种基本上与光瞳面上光的零阶部分形状对应的形状。面积可以是光刻系统调节透镜的数值孔径的函数，或是光刻系统的光的部分相干的函数。

阻挡孔径还可以包括一个对光波半透明的第二实物和将第二实物支撑在光瞳面上光的相位误差部分的设施。光瞳面上光的相位误差部分可以是光刻系统使用的分划板的图案间距的函数。

在另一个实施例中，本发明包括一个光刻系统。该光刻系统包括一个照明系统，一个第一调节透镜，一个阻挡孔径和一个第二调节透镜。照明光源能够使光通过相移掩模。第一调节透镜能够使来自相移掩模的光在光瞳面会聚。阻挡孔径基本上定位于光瞳面上，并且能够阻挡部分光。第二调节透镜能够将来自于光瞳面的光重新指向于光致抗蚀剂。

阻挡孔径可以由一个连结在阻挡孔径和另一部分光刻系统、空气轴承装置、差悬浮装置等之间的支撑臂支撑。阻挡孔径对光波半透明。最好阻挡孔径对光波不透明。

阻挡孔径定位在光瞳面上光的零阶部分处。一般地，阻挡孔径的面积大于或等于光瞳面上光的零阶部分的面积。最好阻挡孔径具有的形状基本上与光瞳面上光的零阶部分的形状相对应。该面积可以是第一调节透镜的数值孔径的函数，或是第一调节透镜和光瞳面之间光的部分相干性的函数。

在另一实施例中，本发明包括一种用于改进光刻系统的成像性能的方法。光瞳面上会聚从相移掩模发出的光的相位误差部分的部位被找出。在光瞳面的该找出部分放置一个孔径。光的相位误差部分可以是光的零阶部分。最好孔径对光波不透明。优选该孔径允许光的另一部分通过光瞳面。优选该孔径的面积与光瞳面的找出部分的面积相对应。优选孔径的形状与光瞳面的找出部分的形状相对应。

在另一实施例中，本发明包括一种用于改进光刻系统的成像性能的方法。选择一个带有图案的相移掩模的分划板，该图案能够在光波通过分划板时产生该光波的相位误差部分。相位误差能够在光瞳面的阻挡孔径处会聚。该波长的光透过选取的分划板。优选用透过选取的分划板的光对光致抗蚀剂曝光。

附图说明

所附的附图结合于此并形成说明书的一部分，图解了本发明，并与说明书一起进一步说明本发明的原理，而且使本领域的技术人员制作和使用本发明。

图1是光刻系统100实例的框图；

图2A和2B表示光108通过平面R118的第一透明部分202和第二透明部分204之后衍射图案如何成为其干涉的函数；

图3A和3B表示宽度为d1的第一透明部分202对衍射图案的贡献；

图4表示宽度为d2的第一透明部分202对衍射图案的贡献，d2＜d1；

图5A和5B表示晶片114上平面W120的点A122和点B124处的衍射图案；

图6表示当分划板112以一个交变相移掩模600实施时衍射图案的变化情况；

图7表示以交变相移掩模600实施的分划板112；

图8表示宽度为d2的相移透明部分602对衍射图案的贡献；

图9表示当第一透明部分202和相移透明部分602均具有d2的宽度、并且分开距离s3时晶片114上平面W120中的点A122和点B124处的衍射图案；

图10表示从相移透明部分602出射的部分光108的外形效果；

图11表示从作为分划板112的交变相移掩模600发出的正负半阶光、零阶泄漏光的路径；

图12表示碰撞到不同平面的晶片114上的正负半阶光、零阶泄漏光的路径；

图13A、13B和13C表示正负半阶光、零阶泄漏光的路径碰撞到不同平面的晶片114上时产生的衍射图案；

图14A、14B和14C是表示零阶泄漏在印刷线和间隔上的有害影响的扫描电子显微镜图象；

图15表示本发明的方式中光刻系统1500的框图；

图16是本发明方式中的阻挡孔径1600；

图17表示带有第二实物1702和第三实物1704以及将第二和第三实物1702和1704支撑在光瞳面116处光108的相位误差部分的设施的阻挡孔径1700；

图18表示用于改进光刻系统中成像性能的方法1800的流程图；

图19表示用于改进光刻系统中成像性能的方法1900的流程图；

在下面本发明优选实施例的描述中，相同的标号表示相同或功能类似的元件。另外，在附图中，每个标号最左边的数字表示标号首先使用的附图。

具体实施方式

本发明涉及一种在具有光瞳面并使用相移掩模的光刻系统中改进成像性能的方法。在关于与使用相移掩模有关的零阶泄漏的现象研究中，本发明人认为，除了相移掩模的制备中制造公差的偏离外，零阶泄漏的主要来源出自于相移掩模本身的形貌。相移掩模的形貌产生附加的衍射模式，在零阶光的方向相长干涉。还认识到，当使用相移掩模时，半阶光是相长干涉的理想方向，不同阶的光在光瞳面中的不同区域会聚，本发明人设计了一种在光瞳面阻挡零阶泄漏光的方法，由此改进了相移掩模的成像性能。

图1是光刻系统100的实例框图。光刻系统100包括一个照明源102，一个第一调节透镜104和一个第二调节透镜106。照明源102产生沿光轴110方向传播的光108。光108的一部分传过分划板112，以致于把待转移的图案复制到用于晶片114的光致抗蚀剂层上。第一和第二调节透镜104和106用于把该部分的光108聚焦成包含在IC中的特征的大小。通常光刻系统100包括一个光瞳面116，光108的所有部分通过该光瞳面。光瞳面116提供给用户一个便于以作用到光108的所有部分的方式调节光刻系统100的位置。

具有讽刺意味的是，对增大制作在IC芯片上的器件密度的挑战受到了其上较大密度所依据的同样较小特征尺寸的阻碍。分划板112上较小的图案尺度、尤其是线条宽度导致通过图案的光束108具有较为严重的衍射。衍射是波的一种属性，在波通过小孔或圆形障碍物时扩展或弯曲。我们所关心的是衍射如何影响平面“R”118的出射分划板112和平面“W”120的碰撞晶片114之间的部分光108的影响。

图2A和2B表示光108通过平面R118的第一透明部分202和第二透明部分204之后衍射图案如何成为其干涉的函数。干涉是一种在相干光束重叠或交叉时发生的现象。光由电磁能的振荡波组成。当光束重叠或交叉时，交叉点处光的强度是多个点的电磁波能量之间相互作用的函数。交叉光束有较高相干度的地方，交叉点处光的强度正比于电磁波能量振幅的矢量和平方。如果相干光基本上在交叉点同相，则光强大于单独每个光束的贡献。交叉点显得比其周围要亮。这称作相长干涉。但如果相干光束显著地在交叉点异相，则光强小于单独每个光束的贡献。交叉点显得比其周围要暗。这称作相消干涉。

在图2A中，光108的波长为“λ”。第一和第二透明部分202和204每个的宽度为“d1”。第一和第二透明部分202和204被分开“s1”的距离。从第一透明部分202发出第一波形206，从第二透明部分204发出第二波形208。衍射导致第一和第二波形206和208在传播时扩展。第一和第二波形206和208扩展时相交。

从间隔距离s1的中点处平面R118上的点“O”210看，显示了三个方向：第一方向212，第二方向214和第三方向216。沿第一、第二和第三每一个方向212、214和216，第一和第二波形206和208相交，使得它们的波形彼此同相。第一方向212垂直于平面R118。如第一虚线218所示，第一和第二波形206和208彼此同相，以致于沿第一方向212相长干涉。如第二虚线220所示，第二波形208领先第一波形206一个波长λ的距离。此处第一和第二波形206和208彼此同相，以致于它们沿垂直于第二虚线220的第二方向214相长干涉。类似的，如第三虚线222所示，第一波形206领先第二波形208一个波长λ的距离。第一和第二波形206和208还是同相，以致于它们沿垂直于第三虚线222的第三方向216相长干涉。一般地，相长干涉的方向可以由下列方程(1)决定：

方程(1)(s)(sin(θ))＝(m)(λ)

此处，“θ”是形成在相长干涉的方向和第一方向212之间的点O 210处的角度，m是一个整数。

相长干涉的每一方向都被称作光的一个“阶”，此处m表示阶号。按照惯例，当从传播方向看时，第一方向212左边的各阶光为负阶，而第一方向212右边的各阶光为正阶。因此，在图2A中，第一方向212是“零阶”光，第二方向214是“负的第一阶”光，第三方向216是“正的第一阶”光。正负第一阶光每个的角度“θ1”由方程(1)取m＝1时确定。其它阶光的方向可以类似地确定。

在图2B中，第一和第二透明部分202和204分开“s2”的距离，其中s2＜s1。与图2A相比，图2B表示衍射图案如何随第一和第二透明部分202和204之间的间隔距离变化。通过应用方程(1)，正负第一阶光与零阶光在点O 210处形成角度“θ1’”，其中θ1’＞θ1。

图2B还表示从点O210看的第四方向224和第五方向226。沿第四和第五224和226每一方向，第一和第二波形206和208相交，以致于它们的波形彼此异相。如第四虚线228所示，第二波形208领先波形206半波长的距离。此处，第一和第二波形206和208彼此异相，以致于它们沿垂直于第四虚线228的第四方向224相消干涉。类似地，如第五虚线230所示，第一波形206领先第二波形208半波长的距离。此处第一和第二波形206和208还是彼此异相，以致于它们沿垂直于第五虚线的第五方向226相消干涉。相消干涉的每一方向都被称作“半阶”光。因此，在图2B中，第四方向224是“负的半阶”光，第五方向226是“正的半阶”光。正负半阶光的每个的角度“θ_1/2”由方程(1)取m＝1/2时决定。

参见图1，图中示出了从第一和第二透明部分202和204出射的光108的零阶光、正负第一阶光的路径。为了区分光108从第一透明部分出射的部分和从第二透明部分204出射的光，采用下标。因此，分别用“-1_a”、“0_a”和“+1_a”表示从第一透明部分202出射的光108的零阶、负一阶和正一阶部分。同样，分别用“-1_b”、“0_b”和“+1_b”表示从第二透明部分204出射的光108的零阶、负一阶和正一阶部分。第一和第二调节透镜104和106将光108的这些阶部分重新指向晶片114。在晶片114处，光108从第一透明部分202出射的部分碰撞到点“A”122处，光108从第二透明部分204出射的部分碰撞到点“B”124处。点A122和点B124分开“s₁”的距离，此处s₁’＜s₁。通过这种方式，分划板112的图案被减小到亚微米尺度并转移到晶片114上。

衍射图案也是第一和第二透明部202和204的每个宽度“d”的函数。图3A和3B表示宽度为d1的第一透明部分202对衍射图案的贡献。为了图示的目的，第一透明部分202对衍射图案的贡献表示在平面“L”302处

在图3A中，第一光束“r1”304从平面R 118上第一透明部分202的上部发出，第二光束“r2”306从平面R 118的第一透明部分202的下部发出。第一和第二光束r1 206和r2 208碰撞到平面L302的点“PO”308处。点PO 308直接与第一透明部分202的中心处的点“Z”310相对。要到达点PO 308，第一光束r1 304和第二光束r2 306穿行同样的距离。第一光束r1 304和第二光束r2 306的波彼此同相并发生相长干涉，使得它们电磁能振幅的矢量和在点PO 308处产生最大的电磁能，如曲线312所示。光108部分的强度正比于电磁能振幅的矢量和。因此，点PO 308也是一个主要最大强度，如曲线314所示。

在图3B中，第三光束“r3”316从平面R 118上第一透明部分202的上部发出，第四光束“r4”318从平面R 118的第一透明部分202的下部发出。第三和第四光束r3 316和r4 318碰撞到平面L302的点“P_min1 ^-”320处。要到达点“P_min1 ^-”320，第三和第四光束r3 316和r4 318穿行不同的距离。第三和第四光束r3 316和r4 318穿行的距离之差是半波长的奇数倍。第三和第四光束r3316和r4 318的波彼此异相并发生相消干涉，使得它们电磁能振幅的矢量和在点P_min1 ^-320处产生最小的电磁能，如曲线312所示。P_min ^-320处也是一个最小强度，如曲线314所示。

还如图3B所示，第五光束“r5”322从平面R 118上第一透明部分202的上部发出，第六光束“r6”324从平面R 118的第一透明部分202的下部发出。第五和第六光束r5 322和r6 324碰撞到平面L302的点“P_LMAX1”326处。要到达点“P_LMAX1”326，第五和第六光束r5 322和r6 324穿行不同的距离。第五和第六光束r5 322和r6 324穿行的距离之差是半波长的偶数倍。第五和第六光束r5 322和r6 324的波彼此同相并发生相长干涉，使得它们电磁能振幅的矢量和在点P_LMAX1 ⁺326处产生局部最大的电磁能，如曲线312所示。点P_LMAX1 ⁺326处也是一个局部最大强度，如曲线314所示。

图314所示的强度图案关于点PO 308处的最大强度点对称。因此，有一个与点P_min ^-320对称对应的点P_min1 ⁺328，还有一个与点P_LMAX1 ⁺326对称对应的点P_LMAX1 ^-330。一般地，最小强度点可以由方程(2)决定：

方程(2)(d)(sin())＝(n)(λ)

此处，“”表示形成在最小强度点的方向和点PO 308之间的点Z 310处的角度，n为非零整数。例如，P_min ^-320出于角度“_min1”。

图4表示宽度为d2的第一透明部分202对衍射图案的贡献，其中d2＜d1。与图3A和图3B相比，图4表示衍射图案如何随第一透明部分202的宽度变化。通过应用方程(2)，正负第一最小强度点在最小强度点的方向和点PO 308之间的点Z 310处形成角度“_min1’”，其中_min1’＞_min1。因此，光108从第一透明部分202发出的部分的电磁能分布示于曲线402，光108从第一透明部分202发出的部分的强度分布示于曲线404。注意，曲线312和314上的峰比曲线402和404上的峰更尖锐。

图5A和5B表示晶片114上的平面W 120中点A 122和点B 124处的衍射图案。如上所述，第一和第二调节透镜104和106将光108重新指向晶片114。在晶片114处，光108从第一透明部分202发出的部分碰撞到点A 122，从第二透明部分204发出的部分碰撞到点B 124。

图5A表示第一和第二透明部分202和204每个具有宽度d1、并被分开s1距离时的衍射图案。光108从第一透明部分202出射的部分的电磁能分布示于图3A和3B中的曲线312。最大电磁能点示于相对的点A 122。类似地，光108从第二透明部分204出射的部分的电磁能分布示于曲线502。最大电磁能点示于相对的点B 124。曲线312和502具有相同的形状，但偏离s1’的距离。光108的强度正比于电磁能振幅的矢量和平方。因此，晶片114上光108的部分的光强分布示于曲线504，它是曲线312和502所示电磁能振幅的矢量和的平方。

图5B表示第一和第二透明部分202和204每个具有宽度d2、并被分开s1距离时的衍射图案。光108从第一透明部分202出射的部分的电磁能分布示于图4中的曲线402。最大电磁能点示于相对的点A 122。类似地，光108从第二透明部分204出射的部分的电磁能分布示于曲线502。最大电磁能点示于相对的点B 124。曲线402和506具有相同的形状，但偏离s1’的距离。晶片114上光108的部分的光强分布示于曲线508，它是曲线402和506所示电磁能振幅的矢量和的平方。

曲线504和508之间的比较表明，曲线504上的峰比曲线508上的峰更尖锐。另外，在曲线504中，更容易从光108从第二透明部分204出射的部分对应的峰中识辨光108从第一透明部分202出射的部分对应的峰。相反，在曲线508中，两个峰以难于彼此分辩的方式趋于归并。这种情形被称作“溢出(spillover)”。溢出降低分辨率，而这种分辨率原本可以在分划板112图案的结构变小并被转移到晶片114上时获得。另外，检查前面的附图表明，如果将分开距离s例如从s1减小到s2，则发生更多的溢出。因此，前面的附图表明，增大制作在IC上的器件密度的挑战受到较大密度所依据的同样较小的特征尺寸的阻碍。

减少溢出的一种方法是通过使用交变相移掩模减小分划板112图案中相邻特征的电磁能振幅的矢量和。图6表示当分划板112以交变相移掩模600实施时衍射图案如何变化。在图6中，光108具有λ的波长。交变相移掩模600包括第一透明部分202和相移透明部分602。第一透明部分202和相移透明部分602每个具有d2的宽度。第一透明部分202和相移透明部分602被分开距离s1。相移透明部分602的特征还在于形成在平面R 118中的一个凹陷。该凹陷深入到平面R中半波长的奇数倍。(或者，相移透明部分602的特征还可以在于形成在平面118中的透明隆起，该隆起伸出平面R 118半波长的奇数倍)。

在图6中，第一波形206从第一透明部分202发出，第二波形208从相移透明部分602发出。从相隔距离s1中点处的平面R 118上的点O 210看，显示有三个方向：第一方向212，第四方向224和第五方向226。第一方向212垂直于平面R 118。如第一虚线218所示，第二波形208领先第一波形206半波长。此处第一波形和第二波形206和208彼此异相，以致于它们沿第一方向212相消干涉。如第四虚线228所示，第一和第二波形206和208彼此同相，以致于沿垂直于第四虚线228的第四方向224相长干涉。如第五虚线230所示，第一和第二波形206和208彼此同相，以致于它们沿垂直于第五虚线230的第五方向226相长干涉。正负半阶光在点O 210形成的角度“θ_1/2”由方程(1)取m＝1/2时决定。

比较图6与图2A和图2B表明，图6中的衍射图案是图2A和图2B所示衍射图案的反演。在图2B中，零阶光(第一方向212)是相长干涉的方向，正(第五方向226)负(第四方向224)半阶光是相消干涉的方向。相反，在图6中，零阶光(第一方向212)是相消干涉的方向(如同正负第一阶光，图中未示出)，正(第五方向226)负(第四方向224)半阶光是相长干涉的方向。

另外，总的来看，图1、2A和2B以及图6表现了交变相移掩模600的第一优点。图1表示从第一和第二透明部分202和204发出的第一阶光(即-1_a，+1_a，-1_b和+1_b)均以θ₁的角度出射分划板112。第一阶光是相长干涉的方向。图6表示通过利用交变相移掩模600，第一阶光变为相消干涉的方向，而半阶光变为相长干涉的方向。在图6中，每个半阶光均具有θ_1/2的角度，该角度是对应的第一阶光每个角度θ₁’的一半。图2A和2B表示当分开距离s从s1减小到s2时，角度θ从θ₁增大到角度θ₁’。因此，在图1中，如果分划板112以交变相移掩模600实施，则可以减小分开距离s，使得θ增大。只要半阶光碰撞第一调节透镜104，则角度θ就可以增大。因为零阶光和第一阶光此时是相消干涉的方向，所以角度θ的增大可能排除一些第一阶光(即-1_a和+1_b)碰撞到第一调节透镜104就没有关系。当分划板112以交变相移掩模600实施时，成为相长干涉方向的半阶光用于把分划板112的图案转移到晶片114上。以交变相移掩模600实施的这种结构的分划板112示于图7。在图7中，第一透明部分202和相移透明部分602分开“s3”的距离，其中S3＜S1。

图8表示宽度为d2的相移透明部分602对衍射图案的贡献。在图8中，光108从相移透明部分602出来的部分的电磁能分布示于曲线802。曲线802是图4中曲线402的镜面图象。但是，因为该部分光108的强度正比于电磁能振幅的矢量和平方，所以光108从相移透明部分602发出的部分的强度分布与图4中的曲线404相同。

图9表示当第一透明部分202和相移透明部分602均具有d2的宽度、并且分开距离s3时晶片114上平面W 120中的点A 122和点B 124处的衍射图案。光108从第一透明部分202出射的部分的电磁能分布示于图4中的曲线402。最大电磁能点示于相对的点A 122。类似地，光108从第二透明部分602出射的部分的电磁能分布示于曲线802。最大电磁能点示于相对的点B 124。曲线402和802具有镜像形状并偏离“s3’”的距离，与第一和第二调节透镜104和106产生的间距s3的减小相对应。该部分光108的强度正比于电磁能振幅的矢量和平方。因此，光108在晶片114上的部分的强度分布示于曲线902，它是曲线402和802中所示电磁能振幅的矢量和的平方。

曲线902(图9)和508(图5B)之间的比较表明，曲线902上的峰比曲线508上的峰更尖锐。另外，在曲线902中，更容易从光108从相移透明部分602出射的部分对应的峰中识辨光108从第一透明部分202出射的部分对应的峰。相反，在曲线508中，来自第一和第二透明部分202和204的两个峰以难于彼此分辩的方式趋于归并。另外，曲线902上的峰被分开s3’的距离，短于曲线508上的峰分开的距离s1’。因此，曲线902表现出比曲线508所示更大的分辨率。这种较大的分辨率是相移掩模600的第二优点。

虽然理论上交变相移掩模600对增大制作在IC芯片上的器件密度更有前景，但对制造能力的限制会降低此方法的效率。可行的交变相移掩模600的实现依赖于精确制造在分划板112中(或上面)具有深度(或高度)为半波长的奇数倍、宽度为d的凹陷(或隆起)的相移透明部分602的能力，其中该相移透明部分602与相邻的透明部分202间隔距离s。

再来看关于图6的解释，如果与这些准则有偏差，则第一和第二波形206和208就不会完全异相(如第二波形208会领先第一波形206并非精确的半波长的距离)。因此，不会完成交变相移掩模600中零阶光(如第一方向212)的相消干涉。在此情况下，零阶光会具有不是很显著的强度。零阶光中这种不显著的强度被称作“零阶泄漏”。

另外，即使很好地制造了交变相移掩模600，最终的形貌也会带来附加的衍射模式，会导致零阶光具有不可忽视的强度。这种显象被称作“形貌效应”或“透射线效应”。因此，一定量的零阶泄漏对于使用交变相移掩模600是必然固有的。图10表示光108的一部分从相移透明部分602发出时产生的形貌效应。

在图10中，示出了从相移透明部分602的后壁1002发出的六条光束：第一光束“r_a”1004，第二光束“r_b”1006，第三光束“r_c”1008，第四光束“r_d”1010，第五光束“r_e”1012，第六光束“r_f”1014。第一、第二和第三光束“r_a”1004、“r_b”1006和“r_c”1008在负方向上衍射，第四、第五和第六光束“r_b”1010、“r_e”1012和“r_b”1014在正方向上衍射。第一和第四光束“r_a”1004、“r_d”1010以图8所示的相同的方式从相移透明部分602传播。相反，第二和第三光束“r_b”1006和“r_c”1008碰撞到负侧壁1016并重新指向正向。类似地，第五和第六光束“r_e”1012和“r_f”1014碰撞到正侧壁1018并重新指向负向。第二和第五光束“r_b”1006和“r_e”1012在它们的交叉点相长干涉。同样，第三和第六光束“r_c”1008和“r_f”1014在它们的交叉点相长干涉。第二、第三、第五和第六光束“r_b”1006、“r_c”1008、“r_e”1012和“r_f”1014重新定向的净结果是具有不可忽略的强度的光在箭头1020所示的零阶方向传播。这是形貌效应。

图11表示从作为分划板112的交变相移掩模600发出的正负半阶光、零阶泄漏光的路径。在图11中，第一透明部分202和相移透明部分602分别具有d2的宽度并被分开s3的距离。为了区分光108从第一透明部分202出射的部分和从相移透明部分602出射的光，采用下标。因此，分别用“-1/2_a”和“+1/2_a”表示从第一透明部分202出射的光108的负半阶和正半阶部分。每一负半阶和正半阶部分“-1/2_a”和“+1/2_a”从第一透明部分202以θ_1/2’角出射。同样，分别用“-1/2_b”、“+1/2_b”和“O_1b”表示从相移透明部分602出射的光108的负半阶、正半阶部分和零阶泄漏部分。每一负半阶光和正半阶光“-1/2_a”和“+1/2_a”从相移透明部分602以θ_1/2”角出射。

虽然至此已对光108碰撞到平面W 120中晶片114上的部分进行了解释，但本领域的技术人员可以理解，对于几百纳米量级的波长λ，施加到晶片114的光致抗蚀剂层的厚度变化可以大到足以使模制作为一个单平面的光致抗蚀剂层无效。可行的光刻系统必须能够还原分划板112的图案并将图案转移到晶片114上，甚至当光致抗蚀剂层相当大偏离平面W 120时。

图12表示碰撞到不同平面的晶片114上的正负半阶光、零阶泄漏光的路径。在图12中，平面W 120示作聚焦标称面。展示的平面“X”1202平行于平面W 120，但距离“D”更接近照明源102。类似地，展示的平面“Y”1204平行于平面W 120，但距离“D”更远离照明源102。

沿负半阶光“-1/2_a”、正半阶“+1/2_a”、负半阶光“-1/2_b”、正半阶光“+1/2_b”和“O_1b”表示的点代表该部分的光108波长周期的相位。这些点标有：“f”(从零降低)、“m”(最小)、“r”(从零升高)和“M”(最大)。波长λ对应于光108的各阶部分之一上的两个公共相位点(即f至f)之间的距离。

为了区分光108从相移透明部分602出射的部分和光108从第一透明部分202出射的部分，采用下标。因此，对于正半阶光“+1/2_a”，波长λ的轨迹为从“f_+1/2a”到“m_+1/2a”到“r_+1/2a”到“M_+1/2a”到f_+1/2a。同样，对于负半阶光“-1/2_a”，波长λ的轨迹为从“f_-1/2a”到“m_-1/2a”到“r_-1/2a”到“M_-1/2a”到f_-1/2a。类似地，对于正半阶光“+1/2_b”，波长λ的轨迹为从“f_+1/2a”到“m_+1/2b”到“r_+1/2b”到“M_+1/2b”到f_+1/2b。同样对于负半阶光“-1/2_b”，波长λ的轨迹为从“f_-1/2b”到“m_-1/2b”到“r_-1/2b”到“M_-1/2b”到f_-1/2b。最后，对于零阶泄漏光“O_1b”，波长λ的轨迹为从“r_O1b”(未示出)到“M_O1b”到“f_O1b”到“m_O1b”到“r_O1b”(未示出)。

检查图12表明，负正半阶光“-1/2_a”和“+1/2_a”彼此同相，负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”也彼此同相。从第一透明部分202发出的负正半阶光“-1/2_a”和“+1/2_a”与从相移透明部分602发出的负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”彼此异相。这样符合图9中曲线402和802的形状。

但是，比较零阶泄漏光“O_1b”与从相移透明部分602发出的负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”表明，这三个部分的光在X 1202平面上基本彼此同相，但零阶泄漏光“O_1b”与负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”在平面Y 1204基本异相。

图13A、13B和13C表示正负半阶光、零阶泄漏光的路径碰撞到不同平面的晶片114上时产生的衍射图案。

图13A显示从相移透明部分602发出的零阶泄漏光“O_1b”对平面W 120处衍射图案的贡献。从第一透明部分202发出的半阶光“-1/2_a”和“+1/2_a”的电磁能分布示作图4的曲线402。类似地，从相移透明部分602发出的半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”的电磁能分布示作图8的曲线802。另外，从相移透明部分602发出的零阶泄漏光“O_1b”的电磁能分布示作曲线1302。光108部分的强度正比于电磁能振幅的矢量和平方。因此，光108的部分在平面W 120的强度分布示于曲线1304，它是曲线402、802、1302所示电磁能振幅的矢量和平方。

因为当负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”彼此接近时产生曲线802中所示的电磁能分布(见图12)，所以曲线1302中所示的电磁能分布对曲线1304所示的平面W 120处的光108部分的光强分布影响很小。曲线1304(图13A)和902(图9)的比较表明，两条曲线具有类似的形状，特征在于两个峰：峰“K”1306和“L”1308。每个峰具有“h”的高度。

图13B表示从相移透明部分602发出的零阶光“O_1b”对平面W 1202处衍射图案的贡献。如图13A所示，从第一透明部分202发出的半阶光“-1/2_a”和“+1/2_a”的电磁能分布示作图4的曲线402；从相移透明部分602发出的半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”的电磁能分布示作图8的曲线802；并且，从相移透明部分602发出的零阶泄漏光“O_1b”的电磁能分布示作曲线1302。光108部分的强度正比于电磁能振幅的矢量和平方。因此，光108部分在平面X 1202的强度分布示于曲线1310，它是曲线402、802、1302所示电磁能振幅的矢量和平方。

但是，因为当负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”二者之间具有一定的间隔(见图12)时产生如曲线802所示的电磁能分布，所以图1302所示的电磁能分布确实对曲线1310所示的光108部分在平面X 1202的强度分布有影响。此处，因为从相移透明部分602发出的零阶泄漏光“O_1b”及负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”基本上彼此同相，所以曲线802和1302中所示的电磁能振幅的矢量和大于曲线1302中所示的电磁能振幅。比较曲线1310(图13B)和1304(图13A)表明，两条曲线的特征在于两个峰。但是，在曲线1310中，峰L 1308具有高度“h’”，而峰K 1306具有高度h，h’＞h。

图13C表示从相移透明部分602发出的零阶光“O_1b”对平面Y 1204处衍射图案的贡献。如图13A和13B所示，从第一透明部分202发出的半阶光“-1/2_a”和“+1/2_a”的电磁能分布示作图4的曲线402；从相移透明部分602发出的半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”的电磁能分布示作图8的曲线802；并且，从相移透明部分602发出的零阶泄漏光“O_1b”的电磁能分布示作曲线1302。光108部分的强度正比于电磁能振幅的矢量和平方。因此，光108部分在平面X 1202的强度分布示于曲线1312，它是曲线402、802、1302所示电磁能振幅的矢量和平方。

但是，因为当负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”二者之间具有一定的间隔(见图12)时产生如曲线802所示的电磁能分布，所以图1302所示的电磁能分布确实对曲线1308所示的光108部分在平面Y 1204的强度分布有影响。此处，因为从相移透明部分602发出的零阶泄漏光“O_1b”及负正半阶光“-1/2_b”和“+1/2_b”基本上彼此异相，所以曲线802和1302中所示的电磁能振幅的矢量和小于曲线1302中所示的电磁能振幅。比较曲线1312(图13C)和1304(图13A)表明，两条曲线的特征在于两个峰。但是，在曲线1312中，峰L 1308具有高度“h””，而峰K 1306具有高度h，h”＜h。

图14A、14B和14C是表示零阶泄漏在印刷线和间隔上的有害影响的扫描电子显微镜图象。图14A对应于由平面W 120处曝光的光致抗蚀剂层形成的线条。线条1402对应于在对应于曲线1304上的峰K 1306的强度下曝光的光致抗蚀剂。线条1404对应于在对应于曲线1304上的峰L 1308的强度下曝光的光致抗蚀剂。线条1402和1404具有均匀的宽度。图14B对应于由平面X 1202处曝光的光致抗蚀剂形成的线条。线条1402对应于在对应于曲线1310上的峰K 1306的强度下曝光的光致抗蚀剂。线条1404对应于在对应于曲线1310上的峰L 1308的强度下曝光的光致抗蚀剂。线条1402具有比线条1404更窄的宽度。图14C对应于由平面Y 1204处曝光的光致抗蚀剂层形成的线条。线条1402对应于在对应于曲线1312上的峰K 1306的强度下曝光的光致抗蚀剂。线条1404对应于在对应于曲线1312上的峰L 1308的强度下曝光的光致抗蚀剂。线条1402具有大于线条1404的宽度。本领域的技术人员将会理解，形成在晶片114上的线条宽度的变化对制造的器件的电学或电子特性会有有害的影响。我们特别关注的是依据曝光的光致抗蚀剂层是否处于标称焦平面之上或之下的位置变化的改变。

图15表示本发明的方式中光刻系统1500的框图。光刻系统1500包括照明源102，第一调节透镜104，阻挡孔径1502，第二调节透镜106。照明源102能够使光通过分划板112的交变相移掩模600。第一调节透镜104能够使来自交变相移掩模600的光108在光瞳面116会聚。阻挡孔径1502基本上位于光瞳面116上并能够阻挡光108的一部分。第二调节透镜106能够将来自光瞳面116的光重新指向光致抗蚀剂(在此表示在晶片116上)。

阻挡孔径1502可以由连结在阻挡孔径1502和光刻系统1500的另一部分之间的支撑臂(未示出)、空气轴承(未示出)、磁悬浮装置(未示出)等支撑。阻挡孔径1502半透过波长λ的光108。最好阻挡孔径1502对光108的波长λ不透明。

阻挡孔径1502定位在光瞳面116处的光108的零阶部分。一般地，阻挡孔径1502的面积大于或等于光瞳面116上光108的零阶部分(如O_1b)的面积。最好阻挡孔径1502具有的形状基本上与光瞳面116上光108的零阶部分的形状对应。此面积可以是第一调节透镜104的数值孔径的函数或第一调节透镜104和光瞳面116之间的光108的部分相干的函数。

图16是本发明方式中的阻挡孔径1600。阻挡孔径1600包括一个对波长λ的光108半透明的物体1602和一个实质上将物体1602支撑在使用交变相移掩模600的光刻系统(如光刻系统1500)光瞳面116上光108的零阶部分(如O_1b)上的设施。用于支撑的此设施可以包括但不限于连结于物体1602和光刻系统(未示出)之间的支撑臂1604、空气轴承(未示出)、磁悬浮装置(未示出)等。最好物体1602对光108波长λ不透明。

一般地，物体1602的面积大于或等于光瞳面116上光108的零阶部分(如O_1b)的面积。最好物体1602具有的形状基本上对应于光瞳面116上光108的零阶部分的形状。此面积可以是光刻系统调节透镜(如第一调节透镜104)的数值孔径或光刻系统的光108的部分相干的函数。

图17表示带有第二物体1702和第三物体1704以及支撑第二和第三物体1702和1704和将第二和第三物体1702和1704支撑在光瞳面116处光108的相位误差部分的设施的阻挡孔径1700。第二和第三物体1702和1704对光108的波长λ为半透明。本领域的技术人员将会理解，作为光刻系统使用的分划板112图案的间距的函数，可能会有附加的相位误差。这些其它的相位误差可以与光的其它分数阶、如四分之三阶光相关。图中所示的阻挡孔径1700用于一种在270nm的间距处具有90nm线条宽度的图案。随着间距的增大，第二和第三物体1702和1704移近物体1602。

图18表示用于改进光刻系统中成像性能的方法1800的流程图。在方法1800中的步骤1802时，找出一个光瞳面上从相移掩模出来的光的相位误差部分在该处会聚的部分。在步骤1804，将一个孔径放置在光瞳面的该找出部分。光的相位误差部分可以是光的零阶部分。最好该孔径对一种波长的光不透明。最好该孔径允许光的其它部分通过光瞳面。最好孔径的面积对应于光瞳面定位部分的面积。最好孔径的形状对应于光瞳面定位部分的形状。

图19表示用于改进光刻系统中成像性能的方法1900的流程图。在方法1900中的步骤1902时，选择一个带有图案的相移掩模的分划板，该图案能够在具有一波长的光波通过分划板时产生该波长光波的相位误差部分。相位误差能够在光瞳面的阻挡孔径处会聚。在步骤1904，使该波长的光通过选取的分划板。优选在步骤1906时用通过选取的分划板的光对光致抗蚀剂曝光。

结论

虽然以上对本发明的实施例做了描述，但应该理解，以上的实施例只是出于举例说明的目的，不构成限定。本领域的技术人员在不脱离本发明由权利要求限定的实质和范围的前提下可以做各种形式和细节上的改变。因此，本发明的范围不应由上述的实施例限定，而只由下列的权利要求及等同物限定。

Claims (15)

1.一种用于光刻系统的阻挡孔径，该光刻系统使用相移掩膜和能够产生某个波长的光的照射源，该阻挡孔径包括：

第一物体，其阻挡所述波长的光的第一部分，该第一物体位于光刻系统的光瞳面上和该光的零阶部分；和

第二物体，其与第一物体隔离，阻挡所述波长的光的第二部分，该第二物体位于光瞳面上和该光的分数阶部分，该分数阶部分对应于作为与光刻系统一同使用的分划板的图案的间距的函数的相位误差；

其中相移掩膜具有在相移掩膜的表面内形成的凹陷和在该表面上形成的隆起中的至少一个。

2.如权利要求1所述的阻挡孔径，其特征在于第一物体具有第一面积，并且光在光瞳面上的零阶部分具有第二面积，第一面积大于或等于第二面积。

3.如权利要求2所述的阻挡孔径，其特征在于第一物体具有第一形状，并且在光瞳面上光的零阶部分具有第二形状，第一形状基本上与第二形状对应。

4.如权利要求2所述的阻挡孔径，其特征在于第一面积是该光刻系统的调节透镜的数值孔径的函数。

5.如权利要求2所述的阻挡孔径，其特征在于第一面积是该光刻系统的光的部分相干的函数。

6.一种光刻系统，包括：

一照明源，能够使某个波长的光通过相移掩模；

一第一调节透镜，能够使来自相移掩模的光在光瞳面会聚；

一阻挡孔径，位于该光瞳面上，具有在光的零阶部分阻挡所述波长的光的第一部分的第一物体和与第一物体隔离的第二物体，第二物体在光的分数阶部分阻挡所述波长的光的第二部分，该分数阶部分对应于作为与光刻系统一同使用的分划板的图案的间距的函数的相位误差，和

一第二调节透镜，能够将来自于光瞳面的所述光重新指向于光致抗蚀剂；

其中相移掩膜具有在相移掩膜的表面内形成的凹陷和在该表面上形成的隆起中的至少一个。

7.如权利要求6所述的光刻系统，其特征在于该第一物体具有第一面积，并且该光的零阶部分具有第二面积，所述的第一面积大于或等于第二面积。

8.如权利要求7所述的光刻系统，其特征在于该第一物体具有第一形状，并且该光的零阶部分具有第二形状，第一形状基本上与第二形状对应。

9.如权利要求8所述的光刻系统，其特征在于该第一面积是该第一调节透镜的数值孔径的函数。

10.如权利要求8所述的光刻系统，其特征在于该第一面积是该第一调节透镜和该光瞳面之间的光的部分相干的函数。

11.一种用于在使用相移掩膜和能够产生某个波长的光的照明源的光刻系统中改进成像性能的方法，该方法包括步骤：

(1)找出光瞳面上来自相移掩模的光的相位误差部分会聚的部位；和

(2)在光瞳面的所述找出部位处放置一个阻挡孔径；

其中该阻挡孔径具有阻挡所述波长的光的第一部分的第一物体和与第一物体隔离、阻挡所述波长的光的第二部分的第二物体，第一物体位于光瞳面上和该光的零阶部分，第二物体位于光瞳面上和该光的分数阶部分，该分数阶部分对应于作为与光刻系统一同使用的分划板的间距的函数的特定相位误差，并且其中相移掩膜具有在相移掩膜的表面内形成的凹陷和在该表面上形成的隆起中的至少一个。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于孔径的面积与光瞳面的所述部位的面积相对应。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述孔径的形状与光瞳面的所述部位的形状相对应。

14.一种用于在光刻系统中改进成像性能的方法，包括步骤：

(1)选择一个带有图案的相移掩模的分划板，该图案在某个波长的光通过分划板时产生该波长的光的相位误差部分，其中该相位误差部分在光瞳面的一个阻挡孔径处会聚；和

(2)使该波长的光通过该分划板；

其中该阻挡孔径具有阻挡所述波长的光的第一部分的第一物体和与第一物体隔离、阻挡所述波长的光的第二部分的第二物体，第一物体位于光瞳面上和该光的零阶部分，第二物体位于光瞳面上和该光的分数阶部分，该分数阶部分对应于作为与光刻系统一同使用的分划板的间距的函数的特定相位误差，并且其中相移掩膜具有在相移掩膜的表面内形成的凹陷和在该表面上形成的隆起中的至少一个。

15.如权利要求14所述的光刻系统，还包括：

(3)用通过该分划板的光对光致抗蚀剂曝光。

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