CN1942828A - 用于光刻的光源 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于光刻的混合光源。根据本发明的实施例，光源包括：头部，耦合到头部的第一组极，该第一组极设置在邻近于头部的外部边缘处，以及耦合到头部的第二组极，其位于所述外部边缘和头部中心之间。根据本发明进一步的实施例，可调整该极以改变光源的特性。

Description

用于光刻的光源

技术领域

本发明一般涉及到半导体处理，尤其涉及到用于光刻的光源。

背景技术

集成电路如微处理器通常包括具有形成于其中的很多半导体器件的硅或者其它衬底。该器件通过由掺杂、增加层等改变衬底的指定区域来形成。然后在衬底的顶部上形成几层氧化物、金属等，以提供器件之间的电互连。可使用公知为光刻的技术来产生用于器件和互连的图形。光刻通常包括在将被图形化的对象上沉积一层光致抗蚀剂、将光致抗蚀剂的一部分暴露到穿过图形化的掩模的光以将其软化、和移除抗蚀剂的暴露部分。然后使用选择性蚀刻来移除在移除的抗蚀剂下方的暴露材料，其中选择该选择性蚀刻以移除暴露的材料而不移除光致抗蚀剂。在蚀刻掉暴露区域之后，可移除剩下的光致抗蚀剂。

为了增加器件密度并降低整体器件尺寸，各个部件日益变小。结果，需要改善用于图形化抗蚀剂的光学元件，以允许更紧密的间距以及由此更小的器件尺寸。“间距”指的是在衬底上的部件中心到中心的距离，且通常表示为纳米(nm)。目前小器件在140nm间距范围内。衬底可包括形成于其上的几种不同尺寸的半导体器件。例如，闪存芯片可包括在140nm间距范围内图形化的闪存单元，以及在240-440nm间距范围内图形化的控制器。

为了图形化一层光致抗蚀剂，来自光源的光首先穿过掩模照射，然后穿过透镜，该透镜将入射光聚焦到光致抗蚀剂上。理想地，该光将直接聚焦到抗蚀剂的表面上，然而，由于各种原因，包括入射振动、温度和压力不规则性等，衬底将向着透镜移动和远离透镜移动，将焦点远离衬底表面移动。散焦指的是从聚焦点到衬底表面的距离。例如，如果将光源聚焦在衬底表面上方150nm处，则认为散焦是+150nm。“聚焦深度”(DOF)是可通过其形成半导体器件而没有误差的散焦容限的范围。通常，如果散焦超出DOF，则半导体器件由于未完成或者错误成像而导致生产故障。

掩模增强误差因数(MEEF)指的是当将掩模转移到抗蚀剂上时将增加的在掩模中存在的误差的数量。MEEF因数主要取决于光源和抗蚀剂工艺。例如，光源可具有3MEEF。通过使用该光源，如果在掩模上的特征错位1nm，则当将其转移到光致抗蚀剂上时，该特征将会错位3nm。降低光源的MEEF改善了光刻的分辨率，由此增加了产量。

图1示出了现有技术交叉四光源。该光源100包括其中设置了几个极104的头部102。极104是投射光的光源100中的区域。如所看到的，极104设置在头部102的边缘处，相互近似等间距。极104适合于指定间距范围内的最佳性能。例如，极104可构成为改善140nm处的DOF容限。交叉四光源在240nm间距处具有4和5之间的MEEF。而且，在散焦处交叉四光源经受特征倒置。当发生特征倒置时，例如，在掩模上图形化的线将变成光致抗蚀剂上的间隔。

图1中示出的交叉四设计只允许最优化单个间距范围。然而，在很多情况下，半导体器件具有形成于不止一个范围内的单独器件。当在衬底上图形化小的特征时，需要用在两个不同路径中的两个不同光源。例如，在图1中示出的光源可用于在140nm范围内图形化，然而，需要具有不同特性的第二光源用于提供在240-440nm范围内的可接受的DOF和MEEF特性。结果，需要制成两个路径来图形化在某一层中出现的多个间距。

附图说明

图1示出了现有技术交叉四光源。

图2示出了根据本发明实施例的八极混合光源。

图3A是示出了用于混合八极光源和交叉四光源可容许的DOF的图。

图3B示出了当使用交叉四光源时的特征倒置。

图3C示出了当使用混合光源时没有特征倒置。

图4示出了根据本发明可选实施例的六极混合光源。

图5示出了用于确定在混合光源中极的适当定位的工艺。

图6示出了在光刻期间使用混合光源以改善分辨率和对比度的多级衍射的组合。

具体实施方式

在此描述的是用于光刻的光源。在以下的描述中，列举出很多具体细节。然而，应理解，没有这些具体细节也可以实施各实施例。例如，公知的等同材料可代替在此描述的那些，相似地，公知的等同技术可代替公开的特定半导体处理技术。在其它情况下，为了不模糊本公开的理解，没有详细示出公知的结构和技术。

根据本发明的第一实施例，公开了一种用于光刻的光源。该光源是具有八极设置的混合光源，包括在光源头部的边缘处具有弧形形状的四个极，和设置于接近该头部中心的四个椭圆形或圆形极。可改变混合光源的极，以适合不同器件的不同间距范围。该设置允许在单个路径中两个不同间距范围的图形化，这是由于光源可适合于改善在两种间距范围内的聚焦深度(DOF)容限。改善的DOF容限允许衬底进一步远离预定的聚焦点移动，并仍可精确印相，由此导致较少的误差。结果，存在较少的成品率损失。向着头部中心的第二组极在第零级和第一级衍射之间产生更多的交互作用。结果，产生更大的对比度和分辨率，并且可以在较宽范围的DOF内更精确地成像。而且，由于该改善的工艺水平，降低了在240nm间距处光源的MEEF，并且降低了特征倒置的影响范围。

根据本发明的另一实施例，使用六极光源。该六极光源包括在接近光源边缘处相互相对的两个弧形形状的极，和具有设置在光源头部中心附近的近似椭圆形或圆形形状的四个极。该六极设计可进一步降低较小间距范围内的MEEF。与同八极混合光源相同，可改变这些极以提供具体半导体器件所需的最好特性的具体间隔范围。

图2示出了根据本发明实施例的八极混合光源。混合光源200可以是适合于光刻的任一类型光源，如气体放电灯或准分子激光器。可基于印相的特征类型来选择该光源。通常，较小波长的光可印相较小特征。例如，193纳米(nm)的准分子激光器可以印相在100-130nm间距范围内的特征。

混合光源200包括含有几个极204和206的光源头部202。光源200具有八极结构，该结构包括其每一个具有四个极的两个组。光源200的该八极结构允许用户构造光源200，以使可最优化两个不同间距范围以具有高的DOF容限。因为不仅穿过更宽范围的散焦更加精确地成像，而且由于在两个间距范围处DOF高，对使用两个间距范围的器件只需要一个光源路径，因此这将会导致更高的器件产量。

器件如闪存芯片具有形成于两个不同间距范围内的单独部件。例如，闪存芯片可具有形成于140nm间距范围内的闪存单元，同时还具有形成于240-440nm间距范围内的解码器。外部极204用于图形化在小间距范围内或该例子中的140nm间距范围内的特征。而内部极206用于最优化在大间距范围内或该例子中的240-440nm间距范围内的DOF容限。之前，或者需要具有不同光源的两个路径以最优化在两个间距范围内的DOF容限，或者一个间距范围具有低DOF容限，从而导致更大的产量损失。

外部极204具有弧形形状，并可构造其以使它们改善关于形成在较小间距范围内的器件的成像。内部极206为椭圆形或圆形，并可调整其以使它们增加在较大间距范围内的DOF容限。八极混合光源200也显示出改善的掩模误差增强因数(MEEF)，与交叉四光源的4-5相比，对于混合光源200其接近2。而且，混合光源200可与工业标准的嵌入相移掩模(EPSM)一起使用，由于仅需的改变是对光源的改变，因此降低了实施成本。

图3A-C示出了与交叉四光源的特性相比的混合光源的特性。这些图示范了与当前使用的光源相比混合光源的优良特性，包括较佳的DOF容限和特征倒置的降低。

图3A是示出了用于混合八极光源和交叉四光源的可容许的DOF的图300。线图302示出了在几种不同间距处交叉四光源的DOF容限。如可看到的，交叉四光源在低间距范围内如140nm间距范围内具有高DOF容限。相反，交叉四光源可容许的DOF在包括大于240nm的间距的较大间距范围内非常低。线图304示出了根据本发明实施例的混合八极光源的DOF容限。如所看到的，混合光源在140nm和240-440nm处都示出了高DOF容限。第二组极206增加了穿过透镜投射的光的分辨率和对比度。禁区效应导致在线图304中的尖峰，且即使存在这些尖峰，甚至在其最低DOF容限处，混合光源的DOF容限也会比交叉四光源的大很多。如可看到的，对于低于440nm的所有间距，混合光源200显示出优良DOF容限。

可调整混合光源200以适合不同的间距范围。例如，如可在图3A中看到的，混合光源200在140nm或者240-440nm之间都显示出高DOF容限。当对将包括在140nm范围和240-440nm范围内形成的特征的器件进行光刻时，这是有用的，其中所述器件例如是包括控制器和分开的闪存单元阵列的闪存器件。然而，可以调整极204和206以适合于其它间距范围。可改变该极，并然后实验性地检验该改变以确定是否改善了在所需间距范围内的DOF容限。通常，可移动极204和206接近头部202的中心，用于在较大间距区内的改善，并将其移向边缘，用于在较小间距区内的改善。也可调整与掩模取向有关的极204和206的角度，用于DOF和MEEF的改善。例如，增加极的半径以增加MEEF和DOF容限，降低极的半径以降低DOF容限和MEEF，但是增加了旁瓣(side-lobe)和特征倒置的影响范围。根据具体应用，用户可以作出改变以找出某些特性之间的适当平衡。例如，如果对于特定应用DOF容限非常重要，则用户希望容许MEEF增加。如所需要的，这些改变可有效地将图304转换为其它间距范围。

图3B和3C示出了交叉四光源怎样显示出“特征倒置”。当发生特征倒置时，当将掩模上的特征转移到抗蚀剂时其倒置。例如，使用交叉四光源，在某间距范围内，在某散焦值处，被图形化为掩模上的线的特征将作为光致抗蚀剂上的空间出现，由此破坏了器件。由于提供了增加的DOF容限，因此在此描述的各种混合光源都降低了特征倒置的影响范围。

图3B示出了当使用交叉四光源时的特征倒置。图320示出了几个不同的散焦值。在图320的x轴322上示出的距离表示被图形化的特征的间距，y轴324表示特征的相对密度。根据一个实施例，该密度应该大于30％，以确保不会发生特征倒置。几条线示出了当散焦改变时在某间距处的密度。例如，顶部散焦线326可表示零散焦值，而底部线328表示散焦的散焦值。如可看到的，当使用交叉四光源时，当工艺是散焦时，密度显著下降至30％以下并特征倒置。

图3C示出了当使用混合光源时没有特征倒置。由于DOF容限提高了，因此散焦可以更大，且光源可以印相非倒置的特征。轴342和344与轴322和324相同。顶部线346和底部线348表示与顶部326和底部线328相同的相对散焦值。如可看到的，即使当混合光源是散焦(如通过底部线348所示出的)时，密度保持在30％，并由此不会发生特征倒置。

图4示出了根据本发明可选实施例的六极混合光源。六极混合光源400包括头部402、两个外部极404和四个内部极406。六极混合光源400可用在涉及光源400的MEEF的地方。通过移掉两个外部极404，与八极混合光源相比可改善MEEF。如上所述，降低极的半径或整体尺寸以降低整体MEEF。通过移掉两个极，降低了光源400的整体投射区并由此降低了MEEF。这在使用非常紧密的间距或常见掩模不规则性的应用中是有益的，由此需要精确成像。然而，也如上所述，在光源400上的照明区尺寸的降低会增加旁瓣和特征倒置的影响范围。

图5示出了用于确定在混合光源中极的适当定位的工艺。上面示出的光源200和400的结构可使用示出的工艺500来确定。根据一个实施例，可使用软件应用程序来设计混合光源，以定位极以及确定获得的光源的特性。一旦确定了适当的结构，就可制造光源。

工艺500始于起始框502。在框504中，将包括外部极的第一组极设置在光源头部上。根据使用的是八极还是六极结构，外部极可包括两个或四个极，如上所述。外部极通常用于图形化半导体器件的紧密间距区。最初可使用极的标准结构，且对于具体应用可改变外部极的尺寸和位置，以产生需要的DOF容限，如以下所说明的。

在框506中，确定是否可接受所选择的外部极的结构的DOF容限。通常，认为300nm的DOF容限是临界值，并如果可以的话希望具有大很多的DOF容限。然而，基于具体应用的要求可使用任一容限。为了确定外部极的定位是否导致可接受的DOF容限，使用实验检验。计算机模拟可用于实验性地确定具体混合光源结构的DOF容限。DOF容限也可通过使用混合光源印相到晶片上来物理验证。例如，可远离公知为一定量散焦的物镜一段距离来设置衬底。如果光刻仍导致可接受的容限，则认为外部极的设置是可接受的。从这一点上说，光源的其它特性如MEEF等也可实验验证。

如果外部极的设置是不可接受的，则工艺500继续到框508，在框508处可以改变极的尺寸、形状、倾斜和位置。通常，可向光源头部的中心靠近地移动极，以增加在较高间距应用中的DOF容限。同样地，向内移动极以增加在较低间距应用中的容限。而且，可以改变极的半径以影响DOF容限和MEEF以及特征倒置的影响范围等。

在框510中，将第二组内部极设置在光源头部上。第二组极是上面的图中示出的椭圆形或圆形极206和406。这些极通常用于提供大间距范围如在240-440nm间距范围内的照明。这些极最初根据标准结构来定尺寸和定位，并基于获得的光源特性来改变，如以下说明的。

在框512中，确定第二组极获得的DOF容限是否可接受。如上所述，可使用计算机模拟或实际印相晶片进行检查结果来确定容限。也可确定光源的MEEF和其它特性。如果光源的结构不可接受，则工艺500继续到框514，在该框处改变第二组极。该改变可以包括极的尺寸、位置等的改变。在改变之后，工艺转向框512，该框512处再次确定对于具体应用该容限是否可接受。如果该容限可接受，则工艺500在框516处结束。

在完成工艺500之后，然后将完成的光源用于印相用于任何半导体器件的图形，包括具有在两个间距范围内、在单独路径中的各个特征的那些。这是在两个间距范围内增加DOF容限的结果，如图3A中所示。在一个路径中印相也消除了在完成了两个分开的印相之后连接两个区的需要。例如，闪存芯片可包括在一个间距范围内的闪存单元和在另一个间距范围内的解码器的组。如果两个路径用于分别印相单元和解码器，则单元和解码器必须在完成印相之后物理连接。而且，增加的DOF降低了特征倒置的影响范围，并改善了整体临界尺寸控制。

图6示出了使用混合光源以改善光刻期间分辨率和对比度的多级衍射组合。存在几种不同类型的光刻印相，包括接触印相、接近式印相和投射印相。投射印相工艺通常包括投射自光源的光穿过包括第一透镜、掩模和第二透镜的投射光学元件，并将其投射到光致抗蚀剂上。以下将结合上述的混合光源来说明投射印相工艺。

投射印相***600包括混合光源602、第一透镜604、掩模606、第二透镜608和包括一层光致抗蚀剂612的衬底610。混合光源602可以是上面讨论的设计中的一种，且可以是气体放电灯、准分子激光器或其它公知类型的光源。混合光源602将来自各个极的几束光束614输出穿过透镜604，并将其输出到掩模606上。掩模606可以是图形化用于具体半导体应用的铬和玻璃EPSM。光束614可穿过掩模606中的小狭缝616照射。狭缝616表示需要制作在光致抗蚀剂612中的开口。如所示出的狭缝616与透镜604和608以及光源602相比通常大很多，以示范出穿过狭缝616的衍射。当穿过狭缝616照射时，光束614在掩模606的另一侧上分散成几级衍射。

光束614衍射到零级衍射618、第一级衍射620、第二级衍射622、第三级衍射624等。然后，在透镜608中聚焦衍射光并将其聚焦到光致抗蚀剂612上。根据本发明的实施例，混合光源602包括几个光极，配置该光极以使在透镜606中组合第一级618上的第零级616，以改善分辨率和对比度。结果，在光致抗蚀剂610上的成像更加精确，导致更大的DOF容限，更低的MEEF等。之前，交叉四光源不能有效地组合这些级的衍射，结果具有较低分辨率、较低对比度和更差的DOF容限。

参考其具体示意性实施例公开了本发明。然而，对于受益于本公开的人员来讲，对这些实施例作出各种修改变化而不脱离本发明更宽的精神和范围是明显的。因此，认为说明和附图是说明性的而不是限制性的。

Claims (29)

1.一种光源，包括：

光源头部；

第一组极，其耦合到头部；和

第二组极，其耦合到头部，该第二组极设置在第一组极和头部的中心之间。

2.根据权利要求1的光源，其中调整第一和第二组极以改变光源的特性。

3.根据权利要求1的光源，其中第二组极包括彼此近似等距的四个极。

4.根据权利要求3的光源，其中四个极具有椭圆形状。

5.根据权利要求1的光源，其中第一组极具有弧形形状。

6.根据权利要求5的光源，其中第一组极包括四个极。

7.根据权利要求5的光源，其中第一组极包括两个极。

8.根据权利要求1的光源，其中光源是准分子激光器。

9.根据权利要求2的光源，其中光源用于光刻。

10.根据权利要求9的光源，其中调整第一和第二组极以最优化聚焦深度(DOF)容限。

11.一种方法，包括：

在光源上设置第一组极；

确定第一间距范围的第一聚焦深度(DOF)容限是否可以被接受，且如果第一DOF容限不可接受，则调整第一组极；

在光源上设置第二组极；和

确定第二间距范围的第二DOF容限是否可以被接受，且如果第二DOF容限不可接受，则调整第二组极。

12.根据权利要求11的方法，还包括确定光源的掩模误差增强因数(MEEF)是否可以被接受，且如果MEEF不可接受，则调整第一和第二组极。

13.根据权利要求11的方法，其中确定DOF容限是否可以被接受包括使用计算机模拟。

14.根据权利要求11的方法，还包括使用用于光刻的光源。

15.根据权利要求11的方法，其中第一组极包括外部组的弧形形状极，且其中第二组极包括内部组的椭圆形极。

16.根据权利要求15的方法，

其中调整第一组极包括移动第一组极并调整第一组极的尺寸；和

其中调整第二组极包括移动第二组极并调整第二组极的半径。

17.一种装置，包括：

混合光源，其包括第一组极和第二组极，该第二组极在第一组极的内部；

掩模，其在混合光源的下方，该掩模包括图案；和

第一透镜，其在光源和掩模之间，以及第二透镜，其在掩模和衬底之间，该衬底包括将要用图案进行图形化的光致抗蚀剂层。

18.根据权利要求17的装置，其中第一组极将在衬底上图形化小间距区，第二组极在衬底上图形化大间距区。

19.根据权利要求17的装置，其中掩模是嵌入移相掩模(EPSM)。

20.根据权利要求17的装置，其中第一组极具有弧形形状，和其中第二组极具有椭圆形形状。

21.根据权利要求17的装置，其中调整第一和第二组极以改变混合光源的特性。

22.根据权利要求17的装置，其中第二组极包括四个极。

23.根据权利要求22的装置，其中第一组极包括两个极。

24.根据权利要求22的装置，其中第一组极包括四个极。

25.根据权利要求17的装置，其中第一组极设置在混合光源的边缘附近。

26.一种方法，包括：

使用光源产生光，该光源包括第一组极和比第一组极更接近光源中心的第二组极；以及

穿过投射光学元件将光投射到光致抗蚀剂层上，以在该光致抗蚀剂层上形成图案。

27.根据权利要求26的方法，还包括：

在光源边缘处设置包括四个弧形形状极的第一组极；和

在第一组极和光源中心之间设置包括四个椭圆形极的第二组极。

28.根据权利要求26的方法，还包括：

在光源的边缘处设置包括两个弧形形状极的第一组极；和

在第一组极和光源中心之间设置包括四个椭圆形极的第二组极。

29.根据权利要求26的方法，其中投射包括：

穿过第一透镜、掩模和第二透镜投射光，并将光投射到光致抗蚀剂上。

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