專利名稱：投射曝光方法、投射曝光設(shè)備、激光輻射源以及用于激光輻射源的帶寬窄化模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投射曝光方法，用于利用布置在投射物鏡的物面的區(qū)域中的掩模的圖案的至少一個(gè)像，曝光布置在投射物鏡的像面的區(qū)域中的輻射敏感基底，并涉及一種適合執(zhí)行該方法的投射曝光設(shè)備以及一種用于激光輻射源的帶寬窄化模塊。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，微光刻投射曝光方法是用于制造半導(dǎo)體元件以及其它精細(xì)結(jié)構(gòu)器件的主導(dǎo)方法。在此情況下，使用承載了要被成像的結(jié)構(gòu)的圖案的掩模(掩模母版)，例如半導(dǎo)體元件的層的線圖案。掩模被定位到投射曝光設(shè)備中，在照明系統(tǒng)與投射物鏡之間，在投射物鏡的物面的區(qū)域中，并利用照明系統(tǒng)提供的照明輻射照射掩模。被掩模和圖案改變的輻射作為投射輻射穿過投射物鏡，其將掩模的圖案成像到要被曝光的基底上，基底通常承載輻射敏感層(光致抗蝕劑)。目前用于深紫外范圍或極深紫外范圍(DUV或VUV)的高分辨率微光刻的投射曝光設(shè)備通常使用激光作為初級(jí)光源。特別地，具有約248nm工作波長(zhǎng)的KrF準(zhǔn)分子激光器或者具有約193nm工作波長(zhǎng)的ArF準(zhǔn)分子激光器是常用的。F2激光器被用于157nm的工作波長(zhǎng)，ArJf分子激光器可以用于U6nm。初級(jí)激光輻射源發(fā)射由激光構(gòu)成的激光束，其被所連接的照明系統(tǒng)接收并被重新成形，以便產(chǎn)生引導(dǎo)到掩模的照明輻射。在此情況中，照明輻射以及投射輻射的頻譜特性(即它們依賴于波長(zhǎng)λ或角頻率ω的特性)基本由初次激光輻射的頻譜特性確定。在光刻工藝的設(shè)計(jì)中，掩模母版上的結(jié)構(gòu)的線寬被適配為，在借助于投射物鏡使用假定已知的照明成像之后，期望的結(jié)構(gòu)尺寸被曝光在光敏層中。在此情況下，重要的是， 掩模的相同結(jié)構(gòu)被相同地成像在光致抗蝕劑中而與基底上的位置無關(guān)。否則，在半導(dǎo)體元件的情況中，可能發(fā)生導(dǎo)致降價(jià)的速度損失，或者在最壞情形，甚至發(fā)生功能損失。因此，半導(dǎo)體制造中的一個(gè)關(guān)鍵變量是工藝所導(dǎo)致的臨界結(jié)構(gòu)(CD)的厚度變化，其也被表示為“臨界尺寸的變化”或“CD變化”。因此，所成像的相同結(jié)構(gòu)在場(chǎng)上的均勻?qū)挾?所謂的CD均勻性)構(gòu)成光刻工藝的基本質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。光致抗蝕劑中結(jié)構(gòu)的寬度的一個(gè)決定因素是那里所累積的輻射能量。通常近似假定在特定累積量的輻射能量之上曝光光致抗蝕劑，而不在該量之下曝光。輻射能量的量的限值也被表示為“抗蝕劑閾值”。在此情況下，決定性的是基底上的某一位置處在總曝光時(shí)間期間積分的輻射強(qiáng)度。在光致抗蝕劑中的特定位置處累積的輻射能量的量值取決于許多影響變量，特別是依賴于光學(xué)像差，尤其是色差、曝光輻射的偏振態(tài)以及雜散光和雙反射的影響。如果激光被用作初級(jí)光源，則當(dāng)使用至少部分相干輻射時(shí)由于自干涉而引起的所謂斑紋(speckle)的影響可能被增加為CD變化的另一潛在來源。這是，所謂隨時(shí)間變化的斑紋(動(dòng)態(tài)斑紋、時(shí)變斑紋)是最關(guān)鍵的，它們由時(shí)間上的強(qiáng)度波動(dòng)而引起，時(shí)間上的強(qiáng)度波動(dòng)是由于如下事實(shí)引起使用了其相干時(shí)間不比激光脈沖的持續(xù)時(shí)間短很多的光源。相比較地，典型非相干光源的相干時(shí)間非常短，以致于在該情況下隨時(shí)間變化的斑紋不是個(gè)問題。當(dāng)為微光刻投射曝光設(shè)備選擇合適的激光輻射源時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮許多影響因素。特別地，在具有大像場(chǎng)的高分辨率投射物鏡的情況中，色差非常復(fù)雜。如果投射物鏡的色差未被完全校正，則具有不同波長(zhǎng)的輻射在投射物鏡的像場(chǎng)中對(duì)于各個(gè)波長(zhǎng)，產(chǎn)生不同的聚焦位置。為了避免所產(chǎn)生的不利后果，通常設(shè)法使用非常窄帶的激光輻射源。傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光器因此包含帶寬窄化模塊，其將幾百pm的激光自然發(fā)射頻譜窄化若干數(shù)量級(jí)，例如， 窄化至小于Ipm的帶寬。因此，在色差方面大帶寬是不利的。相對(duì)地，在動(dòng)態(tài)斑紋的產(chǎn)生方面大帶寬是相當(dāng)有利的，這是因?yàn)楸硎緸榘呒y的不期望的干涉現(xiàn)象是由于該光的時(shí)間相干性。因?yàn)楣庠讲幌喔?，激光輻射中包含越不相同的波長(zhǎng)，所以對(duì)于避免斑紋，大帶寬是有利的。因此，合適帶寬的選擇總是低色差要求與少斑紋之間的取舍。最佳帶寬的設(shè)置是技術(shù)問題，其必須在設(shè)計(jì)各個(gè)投射曝光設(shè)備時(shí)根據(jù)可獲得的數(shù)據(jù)來決定，例如，針對(duì)投射物鏡的色差校正。專利申請(qǐng)US 2006/01463IOAl和US 2008/022592IAl分別公開了投射曝光方法和
投射曝光設(shè)備，其中所使用的激光輻射源的頻譜強(qiáng)度分布可以被設(shè)置或改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種投射曝光方法和被設(shè)計(jì)來用于執(zhí)行所述方法的投射曝光設(shè)備，其利用激光器作為初級(jí)光源而工作，并且被設(shè)計(jì)為與傳統(tǒng)系統(tǒng)和方法相比，降低了隨時(shí)間變化的斑紋對(duì)成像的影響，而沒有同時(shí)增加色差對(duì)成像的影響。此外，本發(fā)明提供適合于執(zhí)行該投射曝光方法的激光輻射源以及用于激光輻射源的帶寬窄化模塊。通過包括權(quán)利要求1的特征的投射曝光方法、通過包括權(quán)利要求6的特征的投射曝光設(shè)備、以及通過包括權(quán)利要求11的特征的激光輻射源和包括權(quán)利要求14的特征的帶寬窄化模塊實(shí)現(xiàn)此目的。從屬權(quán)利要求中描述了有利發(fā)展。通過引用將所有權(quán)利要求的措詞合并到說明的內(nèi)容中。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到通過合適地設(shè)置激光線的頻譜形狀，即通過設(shè)置初級(jí)激光輻射源發(fā)射的激光輻射的頻譜強(qiáng)度分布，可以以有目標(biāo)的方式影響激光輻射源對(duì)色差的影響與激光輻射源對(duì)動(dòng)態(tài)斑紋的產(chǎn)生的影響之間的平衡。激光線的合適頻譜形狀的設(shè)置構(gòu)成此前在設(shè)計(jì)光刻設(shè)備和工藝中未考慮的自由度。所使用的激光線的頻譜強(qiáng)度分布對(duì)光刻工藝具有兩個(gè)相反的影響寬激光線增加色差，而窄激光線可能產(chǎn)生長(zhǎng)相干時(shí)間，并因此產(chǎn)生嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)斑紋。此外，在激光路線圖中，基本上僅色差是驅(qū)動(dòng)因素。因此，已付出了大量的精力來開發(fā)具有最窄可能的帶寬的激光輻射源?，F(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到動(dòng)態(tài)斑紋也必須被大大降低，以便以僅可接受的低CD變化獲得原始真實(shí)的讀取，從而這兩個(gè)影響都必須被考慮。如上所指出的，本發(fā)明的方案描述了可以如何通過選用激光線的頻譜形狀來最小化動(dòng)態(tài)斑紋，而在該過程中不惡化色差。這可以被如下理解。令Ι(ω)為激光線的頻譜形狀。為了表達(dá)簡(jiǎn)單，下文中使用角頻率ω代替波長(zhǎng)λ?；谝?br> 權(quán)利要求
1. 一種投射曝光方法，用于利用布置在投射物鏡的物面的區(qū)域中的掩模的圖案的至少一個(gè)像，曝光布置在所述投射物鏡的像面的區(qū)域中的輻射敏感基底，包括產(chǎn)生具有依賴于角頻率ω的頻譜強(qiáng)度分布I (ω)的激光輻射，其中所述激光輻射能夠由像差參數(shù)α和相干時(shí)間τ表征，所述像差參數(shù)α依據(jù) J/(a>) 2rf<y
2.如權(quán)利要求1所述的投射曝光方法，其中所述頻譜強(qiáng)度分布被設(shè)置為使得對(duì)于所述線形參數(shù)α τ2，條件α τ2 <0.1適用。
3.如權(quán)利要求1或2所述的投射曝光方法，其中，所述頻譜強(qiáng)度分布I(ω)對(duì)應(yīng)于具有半高全寬ο的高斯曲線，其中，對(duì)于所述高斯曲線，α = σ2/2和τ=1/(ν^σ)適用。
4.如權(quán)利要求1或2所述的投射曝光方法，其中所述頻譜強(qiáng)度分布I(ω)具有拋物線形。
5.如權(quán)利要求1或2所述的投射曝光方法，其中所述頻譜強(qiáng)度分布的最大值位于紫外范圍中，其波長(zhǎng)小于260nm，尤其為193nm。
6.一種投射曝光設(shè)備，用于利用布置在投射物鏡的物面的區(qū)域中的掩模的圖案的至少一個(gè)像，曝光布置在所述投射物鏡的像面的區(qū)域中的輻射敏感基底，包括初級(jí)激光輻射源，用于發(fā)射激光輻射；照明系統(tǒng)，用于接收所述激光輻射并用于產(chǎn)生引導(dǎo)到所述掩模上的照明輻射； 投射物鏡，用于在所述投射物鏡的像面的區(qū)域中產(chǎn)生所述圖案的像； 其中，所述激光輻射源被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生具有依賴于角頻率ω的頻譜強(qiáng)度分布I (ω)的激光輻射，其中所述激光輻射能夠由像差參數(shù)α和相干時(shí)間τ表征，所述像差參數(shù)α依據(jù)
7.如權(quán)利要求6所述的投射曝光設(shè)備，其中所述頻譜強(qiáng)度分布被設(shè)置為使得對(duì)于所述線形參數(shù)α τ2，條件α τ2 <0.1適用。
8.如權(quán)利要求6或7所述的投射曝光設(shè)備，其中，所述頻譜強(qiáng)度分布I(ω)對(duì)應(yīng)于具有半高全寬ο的高斯曲線，其中，對(duì)于所述高斯曲線，
9.如權(quán)利要求6或7所述的投射曝光設(shè)備，其中所述頻譜強(qiáng)度分布I(ω)具有拋物線形。
10.如權(quán)利要求6至9中的任一項(xiàng)所述的投射曝光設(shè)備，其中所述頻譜強(qiáng)度分布的最大值位于深紫外范圍中，其波長(zhǎng)小于^K)nm，尤其為193nm。
11.一種激光輻射源，用于產(chǎn)生具有依賴于角頻率ω的頻譜強(qiáng)度分布I (ω)的激光輻射，以在如權(quán)利要求1至10中的任一項(xiàng)所述的投射曝光設(shè)備中使用，其中所述激光輻射能夠由像差參數(shù)α和相干時(shí)間τ表征，所述像差參數(shù)α依據(jù)
12.如權(quán)利要求11所述的激光輻射源，其特征在于權(quán)利要求7至10中的至少一項(xiàng)的特征部分的特征。
13.如權(quán)利要求11或12所述的激光輻射源，其特征在于包括帶寬窄化模塊，所述帶寬窄化模塊包括反射光柵，該反射光柵用于所述激光輻射源的諧振器的激光輻射的波長(zhǎng)選擇性反射，使得所述激光輻射的頻譜強(qiáng)度分布基本由所述反射光柵的反射譜確定，其中所述反射光柵的高度分布被確定為，產(chǎn)生具有線形參數(shù)α τ2的頻譜強(qiáng)度分布I (ω)，對(duì)于所述線形參數(shù)α τ2，條件α τ2彡0.3適用。
14.一種用于如權(quán)利要求11至13中的任一項(xiàng)所述的激光輻射源的帶寬窄化模塊，包括反射光柵，該反射光柵用于所述激光輻射源的諧振器的激光輻射的波長(zhǎng)選擇性反射，使得所述激光輻射的頻譜強(qiáng)度分布基本由所述反射光柵的反射譜確定，其特征在于，所述反射光柵的高度分布被確定為使得對(duì)于所述激光輻射，產(chǎn)生依賴于角頻率ω的頻譜強(qiáng)度分布 I (ω)，其中所述激光輻射能夠由像差參數(shù)α和相干時(shí)間τ表征，所述像差參數(shù)α依據(jù)
15.如權(quán)利要求14所述的帶寬窄化模塊，其中所述反射光柵的高度分布被設(shè)計(jì)為使得所述頻譜強(qiáng)度分布I (ω)基本對(duì)應(yīng)于具有半高全寬σ的高斯曲線，其中，對(duì)于所述高斯曲線，α = σ2/2 和τ=1/(ν ^σ)適用。
16.如權(quán)利要求14所述的帶寬窄化模塊，其中所述反射光柵的高度分布被設(shè)計(jì)為使得所述頻譜強(qiáng)度分布I (ω)基本具有拋物線形。
全文摘要
對(duì)于一投射照明方法，該方法利用在投射物鏡的面區(qū)域中的掩模圖案的至少一個(gè)像，照明布置在投射物鏡的屏幕區(qū)域中的輻射敏感基底，使用具有依賴于角頻率ω的頻譜強(qiáng)度分布I(ω)的激光輻射。激光輻射能夠由根據(jù)(I)的像差參數(shù)α和根據(jù)(II)的相干時(shí)間τ表征。將激光輻射引入到照明系統(tǒng)中，用于產(chǎn)生引導(dǎo)到掩模上的照明輻射，并且借助于投射物鏡將所述圖案成像到基底上。將所述頻譜強(qiáng)度分布設(shè)置為使得對(duì)于線形參數(shù)ατ2，適用條件ατ2≤0.3。結(jié)果，與傳統(tǒng)方法相比，可以降低隨時(shí)間變化的斑紋對(duì)成像的影響，而不增大色差對(duì)成像的影響。
文檔編號(hào)H01S3/225GK102317868SQ201080008062
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者邁克爾.帕特拉 申請(qǐng)人:卡爾蔡司Smt有限責(zé)任公司