[發明專利]采用雙極曝光方式的光刻裝置、通光單元及光刻方法

有效

• 申請號: 201310211966.5
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103309174A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 毛智彪
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;H01L21/02
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術領域

本發明涉及半導體微電子器件制造設備領域，尤其涉及一種采用雙極曝光方式的光刻裝置、通光單元及光刻方法。

背景技術

半導體器件制作通常采用光刻曝光方式形成所需的圖形，其基本步驟如下：首先，在硅片上涂光刻膠，隨后，強光通過一塊刻有電路圖案的掩膜版，照射在硅襯底上，被照射到部分的光刻膠發生變質，之后用腐蝕性液體清洗硅片，去除變質光刻膠，在硅襯底上刻下與光掩膜相同電路圖案光刻膠圖形，最后，經過烘焙和顯影等工序，形成成品晶圓。

在整個光刻曝光的過程中，光刻裝置的性能直接影響到晶圓的成品率。請參閱圖1和圖2，圖1為采用傳統雙極通光曝光方式的偏軸(Off-Axis)光刻曝光系統示意圖，圖2為圖1所示雙極通光單元12的俯視圖。如圖所示，入射光線11沿與軸線一定偏離通過雙極通光單元12和聚光透鏡13，在光掩模14圖形處形成衍射，0級和+1級衍射光經過投影透鏡15后在硅襯底16表面干涉形成器件圖形。其中，相干系數σ是描述圓形光圈大小的一個重要參數，它表示投影透鏡被光源占據的程度，σ=聚光透鏡的孔徑/投影透鏡的孔徑，相干系數σin和σout及開口角度α是描述雙極透光孔大小及寬度的重要參數，σin至σout距離為透光孔寬度，α決定通光孔尺寸。

雙極曝光是偏軸曝光的一個特殊例，相比一般的偏軸曝光，在小線寬尺寸的圖形上具有更大對比度，更高的分辨率及更好的工藝寬容度。但是繼續隨著制造工藝的進步，簡單的雙極曝光逐漸的不能滿足技術對分辨率需求，而且不能保證不同尺寸的圖形都有足夠的分辨率，導致一部分圖形無法被顯像，形成所謂的禁止空間間距(Forbidden?Pitch)區域。請參閱圖3，圖3為雙極通光單元大小對不同空間間距圖形線寬尺寸的影響，其中關鍵尺寸（Critical?Dimension，簡稱CD）越接近于零,成品精度越高，技術越先進。如圖所示，圖中顯示的曲線在空間間距約為150nm，偏離零點較大，關鍵尺寸誤差最大，導致某一個或幾個區間顯像困難。

請參閱圖4，圖4為一種現有改進技術示意圖，其采用兩對沿透光單元中心軸對稱的雙極透光孔的光刻曝光方法。該方法通過兩對內外排布的雙極透光孔有效地減少了線寬尺寸在較大空間間距區域內的波動，降低了形成禁止空間間距區域的風險。

然而，上述兩對雙極透光孔仍在平衡各種圖形的線寬尺寸和工藝窗口方面缺少靈活性，難以對不同尺寸的圖形達成最佳工藝平衡。綜上所述，如何達成各種圖形的線寬尺寸和工藝窗口的最佳工藝平衡，不僅需要合適尺寸的雙極透光孔，而且需要與各種圖形的線寬尺寸相匹配的曝光量。這是目前業界所需要追求的目標。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺陷，通過包含多灰度組合的雙極透光孔照明灰度差異平衡曝光量，使得雙極透光孔照明發揮最佳的分辨率增強和工藝窗口平衡等多重功能。

為達成上述目的，本發明的技術方案如下：

一種采用雙極曝光方式的光刻裝置，包括：光源、至少具有一對透光孔的雙極通光單元，聚光透鏡、光掩膜及投影透鏡，從上至下依次排布。其中，上述通光單元中的至少一個透光孔內中包含多個灰度區，聚光透鏡聚集光源光線通過具有衍射功能的光掩膜、投影透鏡將衍射光聚焦在位于其下部的硅襯底上。

優選地，雙極通光單元的透光孔內包含灰度區的數量為兩個或兩個以上不同灰度的區域，多個灰度區的灰度差異為過渡式差異，或為跳躍式差異。

優選地，所述雙極通光單元內透光孔為一組，其形狀為部分圓環型段、扇形、圓形、橢圓形、多邊形或他們的組合之一，其排列方向為X方向或Y方向。

優選地，透光孔內的灰度區形狀為條狀、圓形、環狀、或他們的組合之一。

優選地，透光孔內的灰度區沿通光單元中心軸對稱排布。

優選地，當透光孔為圓形或橢圓形，灰度區為圓形、環形或橢圓形時，透光孔內的灰度區與透光孔同軸。

優選地，所述雙極通光單元內通光孔的外圈部分相干系數σ_out的范圍是0.7～0.9;內圈部分相干系數σ_in的范圍是0.3～0.5。

優選地，所述雙極通光單元內透光孔的開口角度α的范圍是15°～50°。

優選地，所述光源光線波長為436納米、365納米、248納米、或193納米。

為達成上述目的，本發明提供一種器件，技術方案如下：

一種具有雙極透光孔的通光單元；通光單元至少具有一組沿通光單元中心軸對稱的雙極透光孔；至少一個透光孔包含多個灰度區。