專利名稱：光刻裝置中的偏振輻射及器件制造方法
技術領域：
本發明涉及一種光刻裝置以及在諸如集成電路(IC)的器件的制造中使用該裝置的方法。特別是，盡管不一定，本發明涉及利用偏振輻射保持并延長光刻裝置中照明系統的壽命，同時仍然提供對于將空間尺寸范圍的特征傳遞到基底上的最佳的輻射。
背景技術：
光刻裝置是一種將所需圖案應用于基底上的裝置，通常是將所需圖案應用于基底的目標部分上的裝置。光刻裝置可以用于例如集成電路(IC)的制造。在這種情況下，構圖部件，其可選擇地稱作掩模或中間掩模版，可用于產生在IC一個單獨層上形成的電路圖案。該圖案可以傳遞到基底(例如硅晶片)的目標部分(例如包括一部分，一個或者多個管芯)上。通常是通過成像到基底上提供的一層輻射敏感材料(抗蝕劑)上來傳遞圖案。一般地，單一的基底將包含相繼構圖的相鄰目標部分的網格。已知的光刻裝置包括所謂步進器，通過將整個圖案一次曝光到目標部分上而輻照每一目標部分，已知的光刻裝置還包括所謂掃描器，通過輻射光束沿給定的方向(“掃描”方向)掃描圖案，并同時沿與該方向平行或者反平行的方向同步掃描基底來輻照每一目標部分。還可以通過使圖案印在基底上而將圖案從構圖部件傳遞到基底上。
美國專利US6392800涉及一種光學裝置，其中通過旋轉將入射光束轉變為具有基本上沿徑向線偏振的輻射的全部橫截面的出射光束。美國專利US6392800在此引入作為參考。
美國專利申請第2001/0019404號涉及一種用于以大孔徑微光刻投影曝光的方法和裝置，其通過與入射在抗蝕劑上的平面相垂直的輻射偏振來增大對比度。美國專利申請第2001/0019404號在此引入作為參考。
美國專利US6310679描述了一種光刻裝置，其中在掩模和基底之間的光學系統(optical train)中提供相干減小構件。該相干減小構件可以是用于改變輻射的偏振狀態的偏振控制構件。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種光刻裝置，其包括照明系統，該照明系統具有多個光學元件，其能夠調節輻射光束從而在橫截面中包括非偏振或圓偏振輻射的第一部分以及不同偏振的第二部分；支架，其構造為支承構圖部件，構圖部件能夠賦予照明輻射光束帶圖案的橫截面以形成帶圖案的輻射光束；基底臺，其構造為保持基底，以及投影系統，其配置為將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上。
本發明的各個實施例提供用于照亮構圖部件的輻射光束，其包含用于使相對較大分辨率的特征成像的線偏振輻射以及用于使相對較低分辨率的特征成像的圓偏振或非偏振輻射。
輻射光束的所述第二部分可以是線偏振的，例如具有單一線偏振或者具有兩種或多種不同的線偏振。可選擇的是，該輻射光束的所述第二部分可以包含切向(TE)或徑向(TM)偏振輻射。
這些光學元件可設置為在該輻射光束的中心部分產生圓偏振輻射或非偏振輻射，并在該輻射光束的外面部分產生線偏振輻射。所述第一部分可以是內圓形部分，所述第二部分可以是環繞該第一部分的環，或者反之亦然。
所述光學元件可以包括基本上位于例如調節器、積分器或聚光器中的照明系統的光瞳平面處的光學元件，用以產生所述圓偏振輻射或非偏振輻射。該光學元件可以是用于產生圓偏振的λ/4板；一對不同材料的相鄰的楔塊，第一楔塊由旋光材料形成，第二楔塊由非旋光材料形成，例如熔融硅石，所述楔塊設置為將一部分輻射光束轉變為非偏振輻射；或者包括多個部分的衍射光學元件，每一部分都產生不同的偏振。
設置為產生圓偏振輻射或非偏振輻射的光學元件可以與設置為提供所述第一部分輻射光束的線偏振的另一光學元件結合。所述另一光學部件可以是λ/2板。
根據本發明的第二方面，提供一種光刻裝置，其包括照明系統，其包括第一光學元件、一個或多個第二光學元件，以及第三光學元件，所述第一光學元件設置為調節輻射光束以便使其基本上僅包括沿著第一方向偏振的線偏振輻射和/或沿著與所述第一方向垂直的第二方向偏振的線偏振輻射，所述第二光學元件會產生雙折射，它具有沿所述第一方向的光軸，通過該第二光學元件傳輸線偏振輻射，所述第三光學元件用于隨后將至少一部分線偏振輻射轉換為非偏振輻射或圓偏振輻射；支架，其構造為支承構圖部件，該構圖部件能夠給照明輻射光束的橫截面賦予圖案，以便形成帶圖案的輻射光束；基底臺，其構造為保持基底；以及投影系統，其配置為將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上。
已經發現，按照根據本發明的方式使輻射光束線偏振可以保持并延長照明系統的壽命。將至少一部分線偏振輻射轉變為非偏振輻射或圓偏振輻射確保照亮構圖部件的輻射對于將各種尺寸的特征從構圖部件傳遞到基底是最佳的。
第三光學元件可以位于例如調節器、積分器或聚光器的照明系統的基本上光瞳平面的位置。
第三光學元件可以設置為在輻射光束的一部分中產生圓偏振輻射或非偏振輻射，并在輻射光束的另一部分中產生線偏振輻射。
第三光學元件可以設置為僅僅將輻射光束的中心部分轉變為非偏振輻射或圓偏振輻射，并保留外環的線偏振輻射。
第三光學元件可以是λ/4板，用于將一部分輻射光束轉變為圓偏振輻射。
第三光學元件可以包括一對不同材料的相鄰楔塊，第一楔塊由旋光材料形成，第二楔塊由非旋光材料形成，例如熔融硅石，所述楔塊設置為將一部分輻射光束轉變為非偏振輻射。
本發明中具有基本上彼此垂直的第一和第二方向的偏振光束有時一般稱作XY偏振輻射。因此，在下文中提到的XY偏振輻射意在表示具有第一和第二偏振的輻射，所述第二偏振基本上垂直于第一偏振。
通常，可以在照明系統中使用任何適當的照明方式。這些照明方式可以具有多極照明。通常，可以選擇多極照明中的極從而使光瞳中衍射輻射的量最大，而每極的X或Y偏振輻射的選擇可以使TE(即橫向電)偏振的含量最大，因此使對比度最大。
照明方式可以是任何分段的點對稱照明方式或非對稱照明方式。例如，這些照明方式包括下面任何一種常規、偶極、非對稱(asymmetric)、四極、六極(即六個極)以及環形。
通常，輻射光束的基本上所有線偏振部分都被第一光學元件偏振為第一或第二方向偏振方式。剩余(不是線偏振的)輻射可以是非偏振或圓偏振的。優選的是，使至少95％的偏振輻射光束沿第一或第二方向偏振。沿第一和第二方向偏振的輻射之比可以取決于光學設備的偏振性質。一般來說，大約50％的輻射可以沿第一方向偏振，大約50％的輻射沿第二方向偏振。可選擇的是，沿第一或第二方向的偏振可以占優勢。
通常，第一光學元件可以包括一組旋光板或雙折射板，如兩個半波片。
半波片可以是任何合適的形狀，優選的是，半波片可以基本上是三角形。半波片可以位于聚光器(CO)、調節器(AD)或積分器(IN)的任何一個中。通常，半波片可以位于聚光器(CO)、調節器(AD)或積分器(IN)的兩個中。半波片可以位于聚光器(CO)、調節器(AD)或積分器(IN)的任何一個的光瞳平面中或附近。可選擇的是，在聚光器(CO)、調節器(AD)或積分器(IN)的任何一個中可以有一個半波片。
半波片可以由石英硅石或者在光化波長處具有固有或外部誘發的雙折射光學性質的任何其他材料形成。可以將半波片定向，使其將所需的光學偏振輻射加于入射輻射上。偏振取向的旋轉可以基于線性雙折射(半波片)或圓雙折射(旋光性(optical rotary activity))的物理原理。
線性雙折射單軸結晶物質的特征在于稱為光軸的對稱的單一軸，其對輻射光束在晶體內的傳播加以限制。兩種方式是允許的，如在垂直于光軸的平面內偏振的尋常光束，或者如在包含光軸的平面內偏振的異常光束。每個光束都具有相關聯的折射率，因此電場(波面法線)速度和光束(光線)折射角是不同的。后面的性質使適當切割和取向的雙折射材料的雙折射棱鏡能夠充當延遲器、旋轉器、偏振器和偏振光束分離器。
如果平面偏振的光束沿著展示出圓雙折射的材料的光軸向下傳播，那么可以將其分解為兩個共線的圓偏振光束，每一個圓偏振光束都以輻射的(radiationally)不同速度傳播。當這兩個分量從材料中出現時，它們重新結合成平面偏振的光束，其偏振面從入射光束的偏振面發生旋轉。根據路徑長度產生偏振面的漸進旋轉的效應稱為旋光性，并將其用于生產光旋轉器。
通常，可以改進的成像性質包括下面任何一種圖像對比度的增強、曝光寬容度的逐步改進、較低的掩模誤差增強因子(MEEF)以及減小的線-邊緣粗糙度。
照明系統的壽命可以延長到大約30×109發射次(即30G發射次)、大約35×109發射次(即35G發射次)、大約40×109發射次(即40G發射次)，或者達到約110×109發射次(即110G發射次)。利用45°偏振(即存在彼此成45°的兩個偏振)，可以使照明器的壽命小于20×109發射次(即20G發射次)。優選的是，照明系統的壽命基本上可以是無限的。因此，在一定數量的發射次(發射次)之后，形成照明系統的材料實際上在非常低的誘發雙折射處達到飽和。
光刻裝置可以包括大于大約1.0的數值孔徑(NA)。
通常，至少一部分光刻裝置可以浸入浸液中，如水。
根據本發明的另一方面，提供一種器件制造方法，其包括提供一基底；利用照明系統提供經調節的輻射光束；賦予該輻射一圖案；以及將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上；其中，提供經調節的輻射光束的步驟包括對輻射光束進行調節從而在橫截面上包括非偏振或圓偏振輻射的第一部分和不同偏振的第二部分。
根據本發明的又一方面，提供一種器件制造方法，其包括以下步驟提供一基底；利用照明系統提供經調節的輻射光束；賦予該輻射一圖案；以及將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上；其中提供經調節的輻射光束的步驟包括對輻射光束進行調節從而基板上僅包括沿第一方向偏振的線偏振輻射和/或沿垂直于所述第一方向的第二方向偏振的線偏振輻射，通過產生雙折射的光學元件傳輸該輻射，該光學元件具有沿所述第一方向的光軸，以及隨后將至少一部分線偏振輻射轉變為非偏振或圓偏振輻射。
根據本發明的再一方面，提供一種根據本發明上述方面之一的方法制造的器件。所制造的器件可以是例如集成電路(IC)、集成光學系統、用于磁疇存儲器的引導和檢測圖案、液晶顯示器(LCD)或薄膜磁頭。
現在僅通過舉例的方式，參照附圖描述本發明的各個實施例，在圖中相應的附圖標記表示相應的部件，其中圖1表示根據本發明一具體實施例的光刻裝置；圖2示出利用光刻裝置成像到基底上的幾種結構；圖3表示根據本發明實施例利用兩個半波片將環形照明方式中的線偏振轉變為沿基本上彼此垂直的第一和第二方向的偏振輻射；圖4a-4c表示兩個半波片在根據本發明實施例的裝置中的布置；圖5表示偏振的益處，其示出根據本發明實施例通過使TE偏振輻射的部分最大來增大圖像對比度；圖6表示根據本發明實施例在偶極照明中偏振輻射的圖像；圖7表示非偏振輻射和偏振輻射的衰減相移掩模的曝光寬容度(EL)與數值孔徑(NA)的關系曲線，其中對于偏振輻射和非偏振輻射都使用圖5的偶極照明，偏振方向選擇為平行于該圖的Y方向；圖8a和8b表示代表偏振度(DoP)和偏振純度(PP)的圖表；圖9表示代表將偏振度(DOP)和偏振純度組合成優選偏振態(IPS)的強度的偏振度(DOP)和偏振純度的表格，其中IPS測量選定偏振方向的強度；圖10表示根據本發明實施例的雙折射與不同照明器材料的壽命之間的關系曲線；圖11表示具有x偏振輻射的老化雙折射；圖12表示IPS的變化如何影響曝光寬容度(EL)；圖13表示根據本發明實施例的各種照明方式；圖14表示根據本發明實施例的其他照明方式；圖15表示根據本發明實施例的偏振輻射和45°偏振輻照的偏振壽命影響；圖16示出適合于執行線偏振到圓偏振變換的光學部件；圖17示出具有分段的線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種常規照明方式；圖18示出具有分段的偏振(切向(TE)或徑向(TM))以及非偏振或圓偏振部分的幾種環形照明方式；圖19示出具有線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種混和的常規和環形照明方式；圖20示出具有切向(TE)或徑向(TM)偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種混合的常規和環形照明方式；圖21示出具有線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種對稱的多極照明方式；圖22示出具有線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種旋轉多極照明方式；圖23示出具有線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種多極照明方式；圖24示出具有線偏振或切向(TE)或徑向(TM)偏振部分以及非偏振或圓偏振部分的幾種軟-quasar(soft-quasar)照明方式；以及圖25示出輻射光束在透過楔形的Hanle消偏振器(左側板)和λ/4板(右側板)之后的合成偏振，所述消偏振器和λ/4板都由線偏振輻射光束來照射。
具體實施例方式
圖1示意性地表示了一種光刻裝置，該裝置包括照明系統(照明器)IL，其用于調節輻射光束B(例如UV輻射或DUV輻射)。
支撐結構(例如掩模臺)MT，其構成為支撐構圖部件(例如掩模)MA，并與用于按照一定參數精確定位該構圖部件的第一定位裝置PM連接；基底臺(例如晶片臺)WT，其構成為保持基底(例如涂敷抗蝕劑的晶片)W，并與用于按照一定參數精確定位基底的第二定位裝置PW連接；以及投影系統(例如折射投影透鏡系統)PS，用于將通過構圖部件MA賦予輻射光束B的圖案投射到基底W的目標部分C(例如包括一個或多個管芯)上。
照明系統可以包括用于引導、整形或控制輻射的各種類型的光學部件，如折射、反射、磁、電磁、靜電或其他類型的光學部件，或其任何組合。
支撐結構支撐構圖部件，即承載該構圖部件的重量。其根據構圖部件的定向、光刻裝置的設計以及其他條件來保持該構圖部件，所述其他條件例如該構圖部件是否保持在真空環境中。該支撐結構可以利用機械、真空、靜電或其他夾緊技術來保持該構圖部件。支撐結構可以是框架或者工作臺，例如所述結構根據需要可以是固定的或者是可移動的。該支撐結構可以確保構圖部件例如相對于投影系統位于所需的位置。這里任何術語“中間掩模版”或者“掩模”的使用可以認為與更普通的術語“構圖部件”同義。
這里使用的術語“構圖部件”應廣義地解釋為能夠給投射光束的截面賦予圖案從而在基底的目標部分中形成圖案的任何裝置。應該注意，賦予輻射光束的圖案可以不與基底目標部分中的所需圖案精確一致，例如如果該圖案包括相移特征或所謂的輔助特征。一般地，賦予輻射光束的圖案與在目標部分中形成的器件如集成電路的特殊功能層相對應。
構圖部件可以是透射的或者反射的。構圖部件的示例包括掩模，可編程反射鏡陣列，以及可編程LCD板。掩模在光刻中是公知的，它包括如二進制型、交替相移型、和衰減相移型的掩模類型，以及各種混合掩模類型。可編程反射鏡陣列的一個示例采用微小反射鏡的矩陣排列，每個反射鏡能夠獨立地傾斜，從而沿不同的方向反射入射的輻射光束。這些傾斜的反射鏡給該反射鏡矩陣反射的輻射光束賦予圖案。
這里所用的術語“投影系統”應廣義地解釋為包含任何類型的投影系統，包括折射、反射、反折射、磁、電磁和靜電光學系統，或其任何組合，如適合于所用的曝光輻射，或者適合于其他方面，如使用浸液或真空的使用。這里任何術語“投影透鏡”的使用可以認為與更普通的術語“投影系統”同義。
如這里指出的，該裝置屬于透射型(例如采用透射掩模)。可替換的是，該裝置可以屬于反射型(例如采用上面提到的一種類型的可編程反射鏡陣列，或采用反射掩模)。
光刻裝置可以是具有兩個(二級)或者多個基底臺(和/或兩個或者多個掩模臺)的這種類型。在這種“多級式”裝置中，可以并行使用這些附加臺，或者可以在一個或者多個臺上進行準備步驟，而一個或者多個其它臺用于曝光。
光刻裝置也可以是這樣一種類型，其中至少一部分基底由具有相對較高折射率的液體如水覆蓋，從而填充投影系統與基底之間的空間。浸液也可以應用于光刻裝置中的其他空間，例如，掩模與投影系統之間。浸沒法在本領域是公知的，用于提高投影系統的數值孔徑。這里所用的術語“浸沒”不表示如基底的結構必須浸沒在液體中，而僅僅是表示在曝光過程中液體位于投影系統和基底之間。
參考圖1，照明器IL接收來自輻射源SO的輻射光束。輻射源和光刻裝置可以是獨立的機構，例如當輻射源是受激準分子激光器時。在這種情況下，不認為輻射源是構成光刻裝置的一部分，輻射光束借助于光束輸送系統BD從源SO傳輸到照明器IL，所述光束輸送系統包括例如合適的定向反射鏡和/或擴束器。在其它情況下，輻射源可以是裝置的組成部分，例如當源是汞燈時。源SO和照明器IL，如果需要的話連同光束輸送系統BD可被稱作輻射系統。
照明器IL可以包括調節器AD，用于調節輻射光束的角強度分布。一般地，至少可以調節在照明器光瞳面上強度分布的外和/或內徑向范圍(通常分別稱為σ-外和σ-內)。此外，照明器IL可包括各種其它部件，如積分器IN和聚光器CO。照明器可用于調節該輻射光束，以在其橫截面上具有所需的均勻度和強度分布。
輻射光束B入射到保持在支撐結構(例如掩模臺MT)上的構圖部件(例如掩模MA)上，并由該構圖部件對其進行構圖。橫向穿過掩模MA后，輻射光束B通過投影系統PS，該投影系統將光束聚焦在基底W的目標部分C上。在第二定位器PW和位置傳感器IF(例如干涉測量裝置、線性編碼器或電容傳感器)的輔助下，基底臺WT可以精確地移動，例如在輻射光束B的光路中定位不同的目標部分C。類似地，例如在從掩模庫中機械取出掩模MA后或在掃描期間，可以使用第一定位器PM和另一個位置傳感器(圖1中未明確示出)將掩模MA相對輻射光束B的光路進行精確定位。一般地，借助于長行程模塊(粗略定位)和短行程模塊(精確定位)，可以實現掩模臺MT的移動，該長行程模塊和短行程模塊構成第一定位器PM的一部分。類似地，利用長行程模塊和短行程模塊可以實現基底臺WT的移動，該長行程模塊和短行程模塊構成第二定位器PW的一部分。在步進器(與掃描器相對)的情況下，掩模臺MT只與短行程致動裝置連接，或者固定。掩模MA與基底W可以使用掩模對準標記M1、M2和基底對準標記P1、P2進行對準。盡管如所示那樣，基底對準標記占據專用的目標部分，但是這些基底對準標記也可以位于目標部分之間的空間中(這些被稱作劃線通道(scribe-lane)對準標記)。類似地，在掩模MA上提供多于一個管芯的情況下，這些掩模對準標記可以位于這些管芯之間。
所示的裝置可以按照下面至少一種模式使用在步進模式中，掩模臺MT和基底臺WT基本保持不動，賦予輻射光束的整個圖案被一次投射到目標部分C上(即單次靜態曝光)。然后基底臺WT沿X和/或Y方向移動，從而可以曝光不同的目標部分C。在步進模式中，曝光區(exposure field)的最大尺寸限制了在單次靜態曝光中成像的目標部分C的尺寸。
在掃描模式中，當賦予輻射光束的圖案被投射到目標部分C時，同步掃描掩模臺MT和基底臺WT(即單次動態曝光)。基底臺WT相對于掩模臺MT的速度和方向通過投影系統PS的放大(縮小)和圖像反轉特性來確定。在掃描模式中，曝光區的最大尺寸限制了在單次動態曝光中目標部分的寬度(沿非掃描方向)，而掃描移動的長度確定目標部分的高度(沿掃描方向)。
在其他模式中，當賦予輻射光束的圖案投射到目標部分C上時，掩模臺MT基本保持不動，支撐可編程構圖部件，而此時移動或掃描基底臺WT。在該模式中，一般采用脈沖輻射源，并且在基底臺WT每次移動之后，或者在掃描期間兩個相繼的輻射脈沖之間根據需要更換可編程構圖部件。這種操作模式可以很容易地應用于采用可編程構圖部件的無掩模光刻中，所述可編程構圖部件例如是上面提到的一種類型的可編程反射鏡陣列。
還可以采用在上述所用模式的組合和/或變化，或者采用與所用的完全不同的模式。
光刻的常規方法已經使用了偏振輻射，因為其提供的圖像對比度增強。通過利用偏振輻射也可以獲得曝光寬容度(EL)的逐步改進、較低的掩模誤差增強因子(MEEF)以及減小的線-邊緣粗糙度。使用偏振輻射的優點與結構的衍射級的散射方向有直接關系。一般來說，與中間掩模版上的密集節距結構平行的衍射級在其偏振時將對圖像對比度有益。但是，在包括例如多個節距和2D(例如X和Y)取向的復雜中間掩模版圖案的情況下，并且為了使行尾或陣列尾的振鈴效應減為最小，需要考慮在其他方向上的衍射方式。對于這些衍射方式，線偏振照明方式通常遠不是最佳的，增加具有其他偏振狀態的二級照明方式來增強特殊結構位置的圖像對比度。附加照明方式的偏振狀態可以是非偏振的或圓偏振的。
考慮例如圖2，該圖示出可用在集成電路器件中的一些結構。這些結構包括具有高空間頻率的密集線(densely packed lines)(A)和具有低空間頻率的(半)隔離線(B)。存在的一些線具有與主特征(例如密集的垂直線和附加的水平半隔離特征)不同的取向。對于器件的接觸層，將出現多個節距(密集、半隔離和一些完全隔離的觸點)。注意，任何結構都將具有有限的尺寸，因此需要預先考慮特定的行尾和陣列尾的影響。利用線偏振輻射以及圓偏振或非偏振輻射的組合使圖2中所示的這種類型的結構最佳成像。
這種技術中存在的問題是由于偏振引起的壓縮，使雙折射形成于(burnt into)形成一部分照明系統的熔融硅石材料中。已經發現，如果入射在這些部件上的輻射光束的偏振取向與雙折射取向不平行或不垂直，那么改變偏振取向，因此產生臨界尺寸(CD)誤差。實際上，這種效應嚴重限制了照明系統的壽命。通過形成沿雙折射方向和/或與之垂直的方向取向的線偏振輻射，可以減輕這一問題，并且增大該裝置的壽命。這種偏振輻射一般可以稱作XY偏振輻射。
如圖3中所示，形成具有沿第一和第二方向線偏振的輻射的環形照明，所述第一和第二方向基本上彼此垂直。第一和第二方向的偏振輻射之比為1∶1。至少95％的輻射沿第一和第二方向之一偏振。
圖4a表示位于根據本發明的裝置的聚光器(CO)中的兩個半波片(即，確定為旋轉器)。圖4b表示位于調節器(AD)中的兩個半波片(即，即旋轉器)。圖4c表示位于積分器((IN)中的兩個半波片。
圖5表示偏振的益處，示出其大數值孔徑(NA)具有顯著的成像偏振效應。圖5示出對于TE(橫向電)偏振來說，圖像對比度不會隨著數值孔徑(NA)的增大而減小。但是，圖5示出，對于非偏振和TM(橫向磁性)偏振來說，隨著數值孔徑(NA)增大，圖像對比度減小。因此，圖5示出當利用TE偏振時，可以改進圖像對比度和掩模誤差因子(MEF)。
圖6表示根據本發明利用衰減相移掩模(att-PSM)的實施例的偶極照明方式的光瞳圖像。
圖7示出與非偏振輻射相比偏振輻射的曝光寬容度(EL)更高。對于偏振和非偏振輻射來說，可以使用圖6的偶極，將偏振方向選擇為與該圖的Y方向平行。
圖8a和8b是說明偏振輻射的一般表示。利用兩個值來定義偏振輻射的質量。第一，可以使用偏振度(DOP)來確定偏振輻射的數量，其說明發生偏振的輻射的百分數(fraction)。第二，也可以使用偏振純度(PP)，該偏振純度指的是沿正確方向的偏振輻射的百分數。
圖9代表具有不同偏振度和偏振純度(PP)的不同偏振情況的表格。在該表格中，將偏振度和偏振純度(PP)結合來形成優選偏振狀態中的強度(IPS)。該IPS測量在選定偏振方向的強度。
圖10表示對于采用偏振輻照的不同照明器材料來說，雙折射與年為單位的壽命之間的關系曲線。其示出作為不同材料級別的函數的熔融硅石劣化(即雙折射老化)。
圖11表示具有x偏振輻射的老化雙折射。
圖12表示IPS的變化如何影響曝光寬容度。對于全偏振(IPS變化＝0)，通過利用偏振而存在一定的EL增益。當像場上有IPS變化時，那么每個場點都需要不同的絕對能量使特征曝光。這導致所有場點的重疊曝光窗口小于沒有變化的最大增益。
圖13表示根據本發明的不同的照明方式，如常規、偶極、四極、環形和不對稱。如圖13中所示，四極照明具有以圓形方式取向的四個分段；這種安排有時稱作C-Quad。而且，圖13示出被稱為Quasar(商品名稱)的照明方式，其具有四個分段。該圖示出Quasar照明的兩種不同構形，一種構形是H偏振，另一種是Y偏振。
圖14表示其他可能的照明方式。該圖示出C-Quad、Quasar(商品名稱)、六極和客戶照明方式。
圖15表示利用XY偏振(即該輻射沿第一和第二方向偏振，所述第二方向基本上垂直于第一方向)和45°偏振輻照的照明器材料A和B的偏振壽命影響。圖15清楚地示出，利用XY偏振，照明器材料中效率的純度損失明顯降低，即照明系統的壽命增大。該圖示出兩種不同的硅石類型(A和B)在45°偏振時的偏振純度損失，這是最壞的情況。與利用XY偏振相比，當利用XY偏振時照明系統的壽命增大了5倍。很明顯，當利用45°偏振時，照明系統的壽命小于20×109發射次(即20G發射次)，利用XY偏振，照明系統的壽命大于大約35×109發射次(即35G發射次)，優選大于大約100×109發射次(即100G發射次)。例如，圖15中的材料B表現出在非常低的誘發雙折射等級處達到飽和。應該注意，圖15中所示的數據經歷因材料改進的發展而引起的變化、模擬條件的變化，因此僅僅表示為啟示性的和示范性的。
但是，為了延長照明系統的壽命而使光沿形成雙折射或與之垂直的方向偏振的要求與利用線偏振輻射以及圓偏振或非偏振輻射(如上所述)照射中間掩模版的要求不一致。應該得出一種折衷的方案，以至少部分滿足這些目的同時提供包含線偏振輻射以及非偏振或圓偏振輻射的照明光束。這里采用的方法是提供透過光學系統的某個上面部件的完全線偏振的輻射光束，然后將該光束的一部分變為在照射構圖部件之前的圓偏振或非偏振光。
圖16中示出適合于進行線偏振到圓偏振轉變并用于進行線偏振到純非偏振轉變的光學部件。利用四分之一波長雙折射板實現向圓輻射的轉變，該四分之一波長雙折射板的光軸與入射偏振方向成小于45°角。利用由兩個光學接觸的楔塊組成的Hanle消偏振器實現向純非偏振輻射的轉變，這兩個楔塊中的一個是雙折射的，并在不同位置不同地影響偏振狀態。消偏振由旋轉的偏振的局部疊加而產生。第二楔塊補償棱鏡的偏差。消偏振器影響輻射的偏振，因此平均偏振度為零。
圖17示出具有分段的線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種常規照明方式，其中，后者可以包括圖16中所示類型的部件。這些偏振照明方式對于沿兩個方向具有不相似節距的Manhattan型Y和Y取向結構是潛在相關的。
圖18示出具有分段的偏振(切向(TE)或徑向(TM))以及非偏振或圓偏振部分的幾種環形照明方式。這些偏振照明方式對于沿兩個方向具有不相似節距的Manhattan型Y和Y取向結構是潛在相關的。
圖19示出具有線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種混合的常規和環形照明方式。這些偏振照明方式對于沿兩個方向具有不相似節距的Manhattan型Y和Y取向結構是潛在相關的。這些偏振照明方式對于沿多個方向具有不相似節距的接觸層也是潛在相關的。
圖20示出具有切向(TE)或徑向(TM)偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種混合的常規和環形照明方式。這些偏振照明方式對于沿多個方向具有不相似節距的接觸層是潛在相關的。
圖21示出具有線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種對稱的多極照明方式。這些偏振照明方式對于單向密集特征來說是潛在相關的，并對于行尾或陣列尾的振鈴效應是最佳的。
圖22示出具有線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種旋轉的多極照明方式。這些偏振照明方式對于旋轉的單向密集特征來說是潛在相關的，并對于行尾或陣列尾的振鈴效應是最佳的。
圖23示出具有線偏振以及非偏振或圓偏振部分的幾種多極照明方式。左邊的偏振照明方式對于2D密集特征來說是潛在相關的，并對于行尾或陣列尾的振鈴效應是最佳的。右邊的四個偏振照明方式對于沿兩個方向具有不相似節距的Manhattan型Y和Y取向結構是潛在相關的。
圖24示出具有線偏振或切向(TE)或徑向(TM)偏振部分以及非偏振或圓偏振部分的幾種軟-quasar(soft-quasar)照明方式。這些偏振照明方式對于沿多個方向具有不相似節距的接觸層是潛在相關的。
圖25示出輻射光束在透過楔形的Hanle消偏振器(左側板)和λ/4板(右側板)之后的合成偏振，所述消偏振器和λ/4板都由線偏振輻射光束照射。Hanle消偏振器包括不相似材料的兩個楔塊。第一楔塊包括旋光材料，例如結晶硅石，而第二楔塊包括非旋光材料，例如熔融硅石。在另一個可選擇的方法中，利用由多個部件構成的衍射光學元件實現從線偏振輻射向非偏振輻射的轉變，所述多個部件的每一個都提供不同的偏振。
轉變光學元件應該位于照明系統的光瞳平面或接近該光瞳平面。參考圖3a、3b和3c，該部件可以代替這些圖中示出的半波片，其中僅僅利用該光束的線偏振部分的X偏振。如果利用X和Y偏振，那么可以保留半波片，使圓偏振部件(或提供非偏振輻射的部件)直接位于半波片下面。也可以提供能夠引入Y線偏振和圓偏振(或產生非偏振輻射)的單一光學部件。轉變光學元件的優選位置是調節器和積分器的界面。
在本申請中，本發明的光刻裝置具體用于制造IC，但是應該理解，這里描述的光刻裝置可能具有其它應用，例如，它可用于制造集成光學系統、用于磁疇存儲器的引導和檢測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等等。本領域的技術人員將理解，在這種可替換的用途范圍中，任何術語“晶片”或者“管芯”的使用應認為分別可以與更普通的術語“基底”或者“目標部分”同義。在曝光之前或之后，可以利用例如涂布顯影裝置(一種通常將抗蝕劑層涂敷于基底并將已曝光的抗蝕劑顯影的工具)、計量工具和/或檢驗工具對這里提到的基底進行處理。在可應用的地方，這里公開的內容可應用于這種和其他基底處理工具。另外，例如為了形成多層IC，可以對基底進行多于一次的處理，因此這里所用的術語基底也可以指的是已經包含多個已處理層的基底。
在本申請中，本發明的實施例具體用于光學光刻裝置，但是應該理解，本發明也可以用在其他應用中，例如壓印光刻，并且在上下文允許的范圍內，不限于光學光刻技術。在壓印光刻中，構圖部件中的外形限定了在基底上形成的圖案。構圖部件的外形可以被壓制到供給基底的一層抗蝕劑中，通過應用電磁輻射、熱、壓力或其組合來固化基底上面的抗蝕劑。在固化抗蝕劑之后將構圖部件移出抗蝕劑從而留下圖案。
這里使用的術語“輻射”和“光束”包含所有類型的電磁輻射，包括紫外(UV)輻射(例如具有365，355，248，193，157或者126nm的波長)和遠紫外(EUV)輻射(例如具有5-20nm的波長范圍)以及粒子束，如離子束或者電子束。
本文中允許的術語“透鏡”可以涉及各種類型的光學部件的任一種或任何組合，包括折射、反射、磁、電磁和靜電光學部件。
盡管上面已經描述了本發明的各個具體實施例，但是應該理解，本發明可以按照不同于上面的方式來實施。例如，本發明可采取計算機程序的形式，其包含描述上述方法的一個或多個機器可讀的序列，或者將這種計算機程序存儲在其中的數據存儲媒體(例如半導體存儲器、磁盤或光盤)。
上面的說明書意在說明而非限制。因此，很明顯，本領域的普通技術人員可以在不背離下面闡述的權利要求的范圍的情況下對所述發明進行多種修改。
權利要求
1.一種光刻裝置，其包括照明系統，該照明系統具有多個光學元件，所述光學元件能夠調節輻射光束從而在橫截面中包括非偏振或圓偏振輻射的第一部分以及不同偏振的第二部分；支架，其構造為支承構圖部件，構圖部件能夠給照明輻射光束的橫截面賦予圖案以形成帶圖案的輻射光束；基底臺，其構造為保持基底，以及投影系統，其配置為將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上。
2.根據權利要求1的裝置，其中輻射光束的所述第二部分是線偏振的。
3.根據權利要求1的裝置，其中該輻射光束的所述第二部分包括切向(TE)或徑向(TM)偏振輻射。
4.根據權利要求1的裝置，這些光學元件設置為在該輻射光束的中心部分產生圓偏振輻射或非偏振輻射，并在該輻射光束的外面部分產生線偏振輻射。
5.根據權利要求1的裝置，其中所述第一和第二部分中的每一個都包括光束橫截面的一個或多個分段。
6.根據權利要求1的裝置，其中所述第一和第二部分中的每一個都包括光束橫截面的一個或多個環形圈。
7.根據權利要求6的裝置，其中所述第一部分是內圓部分，所述第二部分是環繞該第一部分的環。
8.根據權利要求1的裝置，其中所述光學元件包括基本上位于照明系統的光瞳平面處的光學元件，用以產生所述圓偏振輻射或非偏振輻射。
9.根據權利要求1的裝置，其中用于產生所述圓偏振或非偏振輻射的光學元件位于聚光器(CO)、調節器(AD)或積分器(IN)之一中。
10.根據權利要求1的裝置，其中所述光學元件包括用于產生圓偏振的λ/4板；一對不同材料的相鄰的楔塊，第一楔塊由旋光材料形成，第二楔塊由非旋光材料形成，所述楔塊設置為將一部分輻射光束轉變為非偏振輻射；或者包括多個部分的衍射光學元件，每一部分產生不同的偏振。
11.根據權利要求1的裝置，設置為產生圓偏振輻射或非偏振輻射的光學元件與設置為提供所述第一部分輻射光束的線偏振的另一光學元件結合。
12.根據權利要求11的裝置，所述另一光學元件是λ/2板。
13.根據權利要求1的裝置，包括大于大約1.0的數值孔徑(NA)。
14.根據權利要求1的裝置，其中至少一部分光刻裝置可以進入浸液中，例如水中。
15.一種光刻裝置，其包括照明系統，包括第一光學元件、一個或多個第二光學元件以及第三光學元件，所述第一光學元件設置為調節輻射光束以便使其基本上僅包括沿著第一方向偏振的線偏振輻射和/或沿著與所述第一方向垂直的第二方向上偏振的線偏振輻射，所述第二光學元件會產生雙折射，它具有沿所述第一方向的光軸，通過所述第二光學元件傳輸線偏振輻射，所述第三光學元件用于隨后將至少一部分線偏振輻射轉換為非偏振輻射或圓偏振輻射；支架，其構造為支承構圖部件，該構圖部件能夠給照明輻射光束的橫截面賦予圖案，以便形成帶圖案的輻射光束；基底臺，其構造為保持基底；以及投影系統，其配置為將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上。
16.根據權利要求15的裝置，所述第三光學元件基本上位于照明系統的光瞳平面的位置。
17.根據權利要求15的裝置，第三光學元件設置為僅僅將輻射光束的中心部分轉變為非偏振輻射或圓偏振輻射，并保留外環的線偏振輻射。
18.根據權利要求15的裝置，其中第三光學元件是λ/4板，用于將一部分輻射光束轉變為圓偏振輻射。
19.根據權利要求15的裝置，其中第三光學元件包括一對不同材料的相鄰楔塊，第一楔塊由旋光材料形成，第二楔塊由非旋光材料形成，所述楔塊設置為將一部分輻射光束轉變為非偏振輻射。
20.根據權利要求15的裝置，其中第一光學元件包括一組旋光板或雙折射板。
21.根據權利要求20的裝置，其中旋光板或雙折射板是位于聚光器(CO)、調節器(AD)或積分器(IN)的任一個中的半波片。
22.根據權利要求20的裝置，其中旋光板或雙折射板是位于光瞳平面中或附近的半波片。
23.一種器件制造方法，其包括提供基底；利用照明系統提供經調節的輻射光束；給該輻射賦予圖案；以及將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上；其中，提供經調節的輻射光束包括對輻射光束進行調節從而在橫截面上包括非偏振或圓偏振輻射的第一部分和不同偏振的第二部分。
24.一種器件制造方法，其包括提供基底；利用照明系統提供經調節的輻射光束；給該輻射賦予圖案；以及將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上；其中提供經調節的輻射光束包括對輻射光束進行調節從而基本上僅包括沿第一方向偏振的線偏振輻射和/或沿垂直于所述第一方向的第二方向偏振的線偏振輻射，通過產生雙折射的光學元件傳輸該輻射，所述光學元件具有沿所述第一方向的光軸，以及隨后將至少一部分線偏振輻射轉變為非偏振或圓偏振輻射。
25.一種根據權利要求23的方法制造的器件。
全文摘要
一種光刻裝置，其包括照明系統，該照明系統具有多個光學元件，其能夠調節輻射光束從而在橫截面中包括線偏振輻射的第一部分以及非偏振或圓偏振輻射的第二部分。該裝置進一步包括構造為支承構圖部件的支架，構圖部件能夠給照明輻射光束的橫截面賦予圖案以形成帶圖案的輻射光束。提供一基底臺來保持基底，同時提供投影系統，并將其配置為將帶圖案的輻射光束投射到基底的目標部分上。
文檔編號H01L21/00GK1896876SQ20061010149
公開日2007年1月17日 申請日期2006年7月10日 優先權日2005年7月11日
發明者W·P·德博伊杰, C·瓦格納 申請人:Asml荷蘭有限公司