[发明专利]采用离轴照明用来光刻布线图案的掩模版

说明书

本发明涉及照相光刻制版(光刻法)领域，特别是与离轴照明条件下的光刻法有关。

光刻法是一种众所周知的工艺过程，它使呈现在一掩模版上的几何图形转印到一硅薄片表面上，在IC(集成电路)光刻工艺领域中，一种被称为光敏抗蚀剂(光刻胶)的光敏聚合物薄膜通常加在一硅基片上并使之干燥。利用一曝光器具在光源或辐射源的照射下通过一掩模版使具有适当几何图案的硅薄片曝光。曝光之后硅薄片经过显影处理使掩模版的图案转印到光敏材料上，这类掩模图案用来形成电路内的器件特征图形。

对任何一种曝光器具而言，一个重要的限定性特点是其分辨极限。所谓曝光器具的分辨极限是指曝光器具能反复地曝光在硅薄片上最细微的特征图形。目前，对于最先进的光学曝光器具的分辨极限约为0.4微米，即接近于当前许多IC布线设计的最小尺寸(称为临界尺寸或CD)。因此曝光器具的分辨率会对IC电路的最终大小和密度产生影响。

曝光器具的另一重要特点在于其焦深(DOF)，曝光器具的DOF定义为空间图象(该空间图象具有接近其分辨率尺寸的特征图形)能留在焦点内的范围。在一使图象转印到抗蚀剂到(光刻胶)层上的光刻工艺过程中需有一最小的DOF。该最小DOF能充分确保遍布在整个抗蚀剂(光刻胶)层内的图像保持在焦点内，所以最小DOF范围通常大于或等于抗蚀剂层的厚度。

曝光器具的DOF决定了曝光器具所设定的“可用分辨率”。例如，若一曝光器具有分辨0.4微米特征图形的能力但具有的DOF范围小于所需要的能在遍布整个抗蚀剂层上将此特征图形进行清晰聚焦的范围，此种情况下就无法实现所设定的0.4微米的分辨率。可见若能延长曝光器具的DOF范围，“可用”分辨极限可得以缩小从而可印制更小的图象。

一常规曝光器具的简图在图1中示出，从图中可见光源200射出的光波208穿过一孔径光阑(简称孔阑)201的开口202。开口202通常指孔阑的光瞳。聚光(焦)镜205聚集来自光瞳202的光线并聚焦在掩模版206上而使掩模版得到均匀的照明。当照射光束203穿过掩模版206时形成成象光束209。成象光束209投射经过透镜207从而使掩模版图案的图象被聚焦于硅薄片上。

如图1中可见，光瞳202位于孔阑201的中心处。由此照射光束203沿光轴(虚线204)从光瞳202投射到聚光镜205和掩模版206上，这种照明方法称为“轴上照明”，该名称的含义是表明照明光束是“在”光轴上的。图3示出了一轴上照明孔阑201的平面图，在图3中可见，轴上孔阑的特征是其光瞳开孔设置在中心。

为使器件的尺寸缩小，当前半导体工业正探求一种通过延伸相应的DOF范围而使曝光器具的“可用”分辨率进一步改善的新途径。最近，已注意到一曝光器具的DOF范围可通过改变掩模版图案受照射的方式而得以延伸，特别是已发现通过按一定角度投射照射光束而不是按沿光轴投射的方法可延伸曝光器具的DOF，这种照明技术可称之为“离轴照明”。

图2描绘出一提供离轴照明的曝光器具的简图。光源200射出光波208抵达孔阑201’，从图中可见，孔阑201’与孔阑201(图1)不同，孔阑201’具有两个偏心的光瞳开孔，这种改变的孔阑使从聚光镜205射出的照射光束203不是沿光轴204而是按一角度投射到掩模版206上。

图4和5示出了两种最佳离轴孔阑的平面图。图4所示是提供一种四极式照明类型的孔阑，图5所示是提供一种环形照明类型的孔阑。

由于集成电路的布线设计尺寸不断缩小，布线设计的临界尺寸常常会接近曝光器具的分辨极限，当发生这种情况时，掩模版的图案与在光敏抗蚀剂上实际形成的图案之间存在的不一致性不论对于轴上还是离轴照明的曝光器具都十分明显，这种不一致性是由多种因素造成的。

在光刻领域已引起显著关注的占首位的偏差因素是邻近效应。当相邻的特征图形相互影响作用而发生图形相关改变时就会产生邻近效应。例如，所设计的一些线条尺寸相同，但在布置设计中它们邻近于其他特征图形的程度不同(孤立的与密集的相比较)，显影出的尺寸是不同的。于是，一组密集布置的线条与孤立的(或分离的)线条相比有趋于改变尺寸的倾向。很明显，在一集成电路(IC)中当线条的宽度(线宽)不能在复制中保持一致性就会导致严重的问题。