專利名稱：曝光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種曝光系統(tǒng)，尤其是涉及一種具有光學(xué)濾波模塊的曝光系
統(tǒng)，以改善臨界尺寸均勻度(critical dimension uniformity)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，集成電路的尺寸也越來(lái)越小。在集成電路 的制造過(guò)程中，最關(guān)鍵的技術(shù)莫過(guò)于所謂的光刻制作工藝(lithography process),其肩負(fù)著將光掩模上圖案精確地轉(zhuǎn)移至晶片上不同元件層的重大 責(zé)任。當(dāng)半導(dǎo)體元件的尺寸不斷的縮小，以場(chǎng)效晶體管為例，其通道長(zhǎng)度、 接面深度和極極隔離層厚度等臨界尺寸(critical dimension, CD)都會(huì)隨制作工 藝而縮小，而這些臨界尺寸在半導(dǎo)體制造過(guò)程中必須精確的控制。
請(qǐng)參考圖1，圖1為現(xiàn)有曝光系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，曝光系統(tǒng)10 包含有一光源12、 一透鏡系統(tǒng)14、 一光掩模座16、 一投影透鏡系統(tǒng)18以及 一晶片座20,其中光源12用于產(chǎn)生曝光光線，例如i-line、 KrF激光(248nm) 或ArF激光(193nm)等，而透鏡系統(tǒng)14、光掩模座16、投影透鏡系統(tǒng)18以 及晶片座20依序設(shè)置于曝光光線的光路徑上。在進(jìn)行曝光制作工藝時(shí)，欲 曝光的一基板22置于晶片座20上，而具有欲投影圖案的一光掩模24則被 置于光掩模座16上。
在曝光光線進(jìn)入光掩模24前，曝光光線先會(huì)經(jīng)過(guò)具有許多光學(xué)裝置的 透鏡系統(tǒng)14，然而，由于透鏡系統(tǒng)14并非為理想的線性光學(xué)系統(tǒng)，而為非 線性的光學(xué)系統(tǒng)，因此當(dāng)曝光光線穿過(guò)透鏡系統(tǒng)14時(shí)，光與光之間會(huì)產(chǎn)生 耦合效應(yīng)，而造成色散(dispersion)現(xiàn)象，因而使曝光光線的光譜帶寬變寬。 而由于穿過(guò)光掩模24的曝光光線具有較寬的光譜帶寬，因此曝光光線再經(jīng) 由投影透鏡系統(tǒng)18投射于基板22上時(shí)，基板22上的臨界尺寸均勻度(CD uniformity)會(huì)隨著臨界尺寸縮小而變差。所以如何有效地提高臨界尺寸的均 勻度，實(shí)為業(yè)界極力改善的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有光學(xué)濾波模塊的曝光系統(tǒng)，以改善 臨界尺寸均勻度。
為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種曝光系統(tǒng)，用于將一光源所射出的一 光線照射于一光掩模上再投影于一基板。該曝光系統(tǒng)包含有一光學(xué)濾波模 塊，設(shè)置于該光線的光路徑上，且該光學(xué)濾波模塊用于縮小該光線的光譜帶寬。
本發(fā)明另提供一種曝光系統(tǒng)，用于將一圖案投影于一基板上。該曝光系
統(tǒng)包含有一光源，用于產(chǎn)生一曝光光線； 一光掩模座，設(shè)置于該曝光光線的 光路徑上，且該光掩模座用于置放一光掩模； 一聚焦透鏡系統(tǒng)，設(shè)置于該曝 光光線的光路徑上，且該聚焦透鏡系統(tǒng)用于聚焦該曝光光線；以及一光學(xué)濾 波模塊，設(shè)置于該曝光光線的光路徑上，且該光學(xué)濾波模塊用于縮小該曝光 光線的光譜帶寬；其中該光學(xué)濾波模塊設(shè)置于該聚焦透鏡系統(tǒng)與該光掩模座 之間。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí) 施方式，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。然而如下的較佳實(shí)施方式與附 圖僅供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制者。


圖1為現(xiàn)有曝光系統(tǒng)的示意圖； 圖2為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的曝光系統(tǒng)的示意圖； 圖3為曝光光線的光譜示意圖； 圖4為光柵的示意圖； .圖5為在具有不同光譜帶寬的曝光光線的情況下基板上接觸孔的孔徑大 小與臨界尺寸的靈敏度的關(guān)系示意圖6為本發(fā)明曝光系統(tǒng)的一實(shí)施樣態(tài)的示意圖。 主要元件符號(hào)說(shuō)明
10 曝光系統(tǒng) 12 14 透鏡系統(tǒng) 16 18 投影透鏡系統(tǒng) 20 22 基板 24
光源
光掩模座 晶片座 光掩模100 曝光系統(tǒng)
104 聚焦透鏡系統(tǒng)
108 光掩模座
112 晶片座
116 光掩模
120 光柵
124 #貞取孔洞
102 光源
106 光學(xué)濾波模塊
110 投影透鏡系統(tǒng)
114 基板
118 透鏡系統(tǒng)
122 條紋
126 浸濕介質(zhì)
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參考圖2,圖2為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的曝光系統(tǒng)的示意圖。如圖2 所示，本發(fā)明的曝光系統(tǒng)100包含有一光源102、 一聚焦透^:系統(tǒng)(condenser lens system) 104、 一光學(xué)濾波模塊(bandwidth filtering module) 106、 一光掩模 座(mask stage)l08、 一才殳影透4竟系統(tǒng)(projection lens system) 110以及一晶片座 112，其中聚焦透鏡系統(tǒng)104、光學(xué)濾波模塊106、光掩模座108、投影透鏡 系統(tǒng)110以及晶片座112是依序設(shè)置于光源102所產(chǎn)生的曝光光線的光路徑 上。
如圖2所示，在進(jìn)行曝光制作工藝時(shí)，欲顯影的一基板114會(huì)置于晶片 座112上，而具有所欲顯影圖案的一光掩模116則置放于光掩模座108上。 從光源102射出的曝光光線，先通過(guò)聚焦透鏡系統(tǒng)104,然后通過(guò)光學(xué)濾波 模塊106。之后，帶有光掩模圖案的曝光光線會(huì)進(jìn)入投影透鏡系統(tǒng)110,最 后投射于基板114上，使基板114上的光致抗蝕劑具有光掩模116的圖案。 其中，聚焦透鏡系統(tǒng)104用于聚焦曝光光線，投影透鏡系統(tǒng)IIO具有倍率縮 放的功用，可用于將具有光掩模圖案的曝光光線以 一 固定比例投射于基板 114上。
值得注意的是，光學(xué)濾波模塊106設(shè)置于聚焦透鏡系統(tǒng)104與光掩模座 108之間，且用于縮小曝光光線的光譜帶寬(bandwidth of wavelength),其中 光學(xué)濾波模塊106可以是光柵模塊(grating module)、法布里珀羅干涉儀 (Fabry-P6rot Interferometer)、分布反4赍式(Distributed FeedBack, DFB)濾波器 或分布式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector, DBR)等，但本發(fā)明并不 限于上述的光學(xué)濾波裝置，其它具有分光濾波功能的裝置也可以使用。
另外，光學(xué)濾波模塊106的位置并不限于設(shè)置于聚焦透鏡系統(tǒng)104與光掩模座108之間，而以曝光光線依序經(jīng)過(guò)聚焦透鏡系統(tǒng)104、光學(xué)濾波模塊 106與光掩模116為主，并且以光學(xué)濾波模塊106與光掩模116之間并無(wú)任 何光學(xué)元件為最佳的情況，因此，從光學(xué)濾波模塊106射出的曝光光線照射 于光掩模116上，可使曝光光線中所帶有的光掩模圖案具有較佳的解析度。
再者，為了爭(zhēng)取制作更小的半導(dǎo)體元件，在曝光制作工藝中用于將光掩 模圖案轉(zhuǎn)移至基板上的曝光光線的波長(zhǎng)越小越佳，目前用于產(chǎn)生曝光光線的 光源可為KrF激光(248nm)、 ArF激光(193nm)或F2激光(157nm)，但不限于 此，可依實(shí)際需求來(lái)調(diào)整光源的波長(zhǎng)。請(qǐng)參考圖3，圖3為曝光光線的光譜 示意圖。如圖3所示，曝光光線并非僅具有單一波長(zhǎng)，而是具有一光譜曲線 的光線，在此光譜曲線中，曝光光線具有一中心波長(zhǎng)Xo，其中心波長(zhǎng)Xo即位 于光譜曲線中曝光光線的強(qiáng)度為最大值的位置，而光譜曲線內(nèi)的面積即代表 著曝光光線的能量。其中定義E95為在包含95%曝光光線的能量時(shí)的光譜帶 寬，亦即95%積分光譜曲線內(nèi)的面積的光譜帶寬。
此外，由于位于光源102與聚焦透鏡系統(tǒng)104間的曝光系統(tǒng)100另包含 有透鏡系統(tǒng)118,且透鏡系統(tǒng)118與聚焦透鏡系統(tǒng)104并非為理想的線性光 學(xué)系統(tǒng)，而為非線性的光學(xué)系統(tǒng)，因此當(dāng)曝光光線穿越具有非線性光學(xué)特性 的透鏡系統(tǒng)118與聚焦透鏡系統(tǒng)104時(shí)，光與光之間會(huì)產(chǎn)生耦合效應(yīng)，所以 在經(jīng)過(guò)透鏡系統(tǒng)118與聚焦透鏡系統(tǒng)104之后，曝光光線會(huì)有色散(dispersion) 現(xiàn)象，雖然中心波長(zhǎng)不會(huì)改變，但其E95會(huì)變寬，且中心波長(zhǎng)Xo的強(qiáng)度也 會(huì)減弱。因此，本發(fā)明通過(guò)在聚焦透鏡系統(tǒng)104與光掩模116之間設(shè)置光學(xué) 濾波模塊106，可將曝光光線區(qū)分為不同波長(zhǎng)且光譜帶寬較窄的光線，然后 通過(guò)擷取具有中心波長(zhǎng)的光線來(lái)作為入射光掩模的曝光光線，以有效縮'J 、曝 光光線的光譜帶寬。
本實(shí)施例的光學(xué)濾波模塊以光柵(grating)為例，來(lái)加以說(shuō)明濾波的功效， 但本發(fā)明并不限于光柵，而可為其他具有分光濾波功能的裝置。請(qǐng)參考圖4， 并一并參考圖3，圖4為光柵的示意圖。如圖4所示，光柵120包含有多條 條紋122。當(dāng)曝光光線從聚焦透鏡系統(tǒng)104射出之后，以入射角0i入射至光 柵120，在經(jīng)過(guò)條紋122后，具有相同波長(zhǎng)的光線間會(huì)產(chǎn)生干涉(interference) 效應(yīng)，而互相干涉的光線會(huì)以出射角0m射出，入射角0j與出射角0m的關(guān)系 可表示為下式
m ^A(sin(0i)+sin(0m))
7其中X為光線波長(zhǎng);A為光柵120上的條紋122周期長(zhǎng)度;而m為一整數(shù)。 由于入射的曝光光線包含有不同波長(zhǎng)的光線，并且不同波長(zhǎng)的光線經(jīng)過(guò)光對(duì)冊(cè) 120所產(chǎn)生干涉條紋的位置不同，因此可依據(jù)所欲擷取的波長(zhǎng)，調(diào)整擷取孔 洞124的位置至欲擷取波長(zhǎng)的光線產(chǎn)生建設(shè)性干涉的位置，或者，旋轉(zhuǎn)光柵 120，使欲擷取波長(zhǎng)的曝光光線得以射至擷取孔洞124的位置。由此，即可 擷取到光譜帶寬較窄的曝光光線。所以通過(guò)光學(xué)濾波模塊106使曝光光線在 中心波長(zhǎng)Xo不變的情況下E95得以縮小。
另外，為了清楚說(shuō)明光線的光譜帶寬較小可具有較小的臨界尺寸，請(qǐng)參 考圖5,并一并參考圖3。圖5為在具有不同光譜帶寬的曝光光線的情況下 基板上接觸孔的孔徑大小與臨界尺寸的靈敏度的關(guān)系示意圖。
如圖5所示，若欲制作一孔徑為0.09微米0xm)的接觸孔，在提供光源為 E95在0.35皮米(pm)的曝光光線的情況下，當(dāng)曝光光線的E95光譜帶寬增加 O.lpm時(shí)，可得到臨界尺寸的靈壽文度降低約略1.5奈米(nm)(CD sensitivity--1.5nm/(0.1pm))，而在提供光源為E95在0.5pm的曝光光線的情況下，當(dāng)曝 光光線的E95光譜帶寬增加O.lpm時(shí)，其臨界尺寸的靈敏度則下降約略 2nm(CD sensitivity =-2nm/(0.1pm))。因此在制作孔徑為0.09pm的接觸孔的 情況下，使用E95為0.35pm與0.5pm的曝光光線并無(wú)太大的靈敏度差異。 但若欲制作孔徑為0.04pm的接觸孔時(shí)，在提供光源為E95在0.35pm的曝光 光線的情況下，當(dāng)曝光光線的E95光譜帶寬增加O.lpm時(shí)，可得到臨界尺寸 的靈敏度降低約略3nm(CD sensitivity = -3nm/(0.1pm))，而在提供光源為E95 在0.5pm的曝光光線的情況下，當(dāng)曝光光線的E95光譜帶寬增加O.lpm時(shí)， 其臨界尺寸的靈敏度則下降約略6nm(CD sensitivity = -6nm/(0.1pm))。
由此可知，在制作孔徑為越小的接觸孔的情況下，當(dāng)光譜帶寬越寬時(shí)，
臨界尺寸的靈敏度隨著光譜帶寬的增加而降低的越快。因此，當(dāng)光線通過(guò)光
學(xué)濾波模塊縮d、曝光光線的光譜帶寬時(shí)，臨界尺寸的靈敏度隨著制作接觸孔
的尺寸越小下降幅度減緩。因此，通過(guò)光學(xué)濾波模塊將曝光光線的光譜帶寬
縮小將有助于提高臨界尺寸的均勻度，也表示可有效地縮小臨界尺寸，以提 高半導(dǎo)體芯片的解析度。
請(qǐng)參考圖6，圖6為本發(fā)明曝光系統(tǒng)的一實(shí)施樣態(tài)的示意圖。如圖6所 示，本實(shí)施例的曝光系統(tǒng)110另可包含有一濕浸介質(zhì)(immersion medium)126, 設(shè)置于投影透鏡系統(tǒng)110與基板114之間，并且濕浸介質(zhì)126接觸投影透鏡系統(tǒng)110與基板114，其中濕浸介質(zhì)126的折射率大于空氣的折射率。通過(guò) 將投影透鏡系統(tǒng)110與基板114之間的空氣介質(zhì)以浸濕介質(zhì)126取代，然后 利用光通過(guò)浸濕介質(zhì)126后，所產(chǎn)生的縮短曝光光線波長(zhǎng)的現(xiàn)象，以提高其
解析度。
根據(jù)光線通過(guò)不同介質(zhì)的公式"=^/11，"為通過(guò)浸濕介質(zhì)126后的波長(zhǎng)； X為在空氣中的波長(zhǎng)；n為浸濕介質(zhì)126的折射率。因此以193nm的光源為 例，在投影透鏡系統(tǒng)110與基板114之間加入純水為浸濕介質(zhì)126(水的折射 率約為1.43),其波長(zhǎng)可縮短為132nm。值得注意的是，由于浸濕介質(zhì)126 具有較高的折射率，容易使曝光光線產(chǎn)生色散效應(yīng)，因此通過(guò)在光掩模116 前加入光學(xué)濾波模塊106將有效減緩此色散效應(yīng)的影響。
綜上所述，在光掩模與聚焦透鏡系統(tǒng)之間加入具有分光濾波功能的光學(xué) 濾波模塊將有效的改善曝光光線的色散效應(yīng)，并且通過(guò)降低曝光光線的光譜 帶寬，將可提高臨界尺寸均勻度。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變 化與修_飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種曝光系統(tǒng)，用于將一光源所射出的一光線照射于一光掩模上再投影于一基板，該曝光系統(tǒng)包含有光學(xué)濾波模塊(bandwidth filtering module)，設(shè)置于該光線的光路徑上，且該光學(xué)濾波模塊用于縮小該光線的光譜帶寬。
2. 如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)，其中另包含有一光掩^t座(photomask stage),設(shè)置于該光線的光路徑上，且該光學(xué)濾波模塊設(shè)置于該光源與該光 掩模座之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的曝光系統(tǒng)，其中另包含有一聚焦透鏡系統(tǒng) (condenser lens system),設(shè)置于該光線的光路徑上，且該光學(xué)濾波模塊設(shè)置 于該聚焦透鏡系統(tǒng)與該光掩模座之間。
4. 如權(quán)利要求2所述的曝光系統(tǒng)，其中另包含有一投影透鏡系統(tǒng) (projection lens system), i殳置于該光掩沖莫座與該基一反之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的曝光系統(tǒng)，其中另包含有一濕浸介質(zhì)(immersion medium),設(shè)置于該投影透鏡系統(tǒng)與該基板之間，且該濕浸介質(zhì)接觸該投影 透鏡系統(tǒng)與該基板。
6. 如權(quán)利要求5所述的曝光系統(tǒng)，其中該濕浸介質(zhì)的折射率大于空氣的 折射率。
7. 如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)，其中該光學(xué)濾波模塊為一光柵模塊 (grating module)。
8. 如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)，其中該光學(xué)濾波模塊為一法布里珀羅 干涉儀(Fabry-P6rot Interferometer)。
9. 如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)，其中該光學(xué)濾波模塊為一分布反饋式 (Distributed FeedBack, DFB)濾波器。
10. 如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)，其中該光學(xué)濾波模塊為一分布式布 拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector, DBR)。
11. 一種曝光系統(tǒng)，用于將一圖案投影于一基板上，該曝光系統(tǒng)包含有 光源，用于產(chǎn)生一曝光光線；光掩模座，設(shè)置于該曝光光線的光路徑上，且該光掩模座用于置放一光 掩模；聚焦透鏡系統(tǒng)，設(shè)置于該曝光光線的光路徑上，且該聚焦透鏡系統(tǒng)用于聚焦該曝光光線；以及光學(xué)濾波模塊，設(shè)置于該曝光光線的光路徑上，且該光學(xué)濾波模塊用于 縮'j 、該曝光光線的光譜帶寬；其中于該曝光光線的光路徑上，該光學(xué)濾波模塊設(shè)置介于該聚焦透鏡系 統(tǒng)與該光掩才莫座之間。
12. 如權(quán)利要求11所述的曝光系統(tǒng)，其中該光學(xué)濾波模塊為一光柵模塊。
13. 如權(quán)利要求11所述的曝光系統(tǒng)，其中該光學(xué)濾波模塊為一法布里珀 羅干涉4義。
14. 如權(quán)利要求11所述的曝光系統(tǒng)，其中該光學(xué)濾波模塊為一分布反饋 式濾波器。
15. 如權(quán)利要求11所述的曝光系統(tǒng)，其中該光學(xué)濾波模塊為一分布式布 拉格反射鏡。
16. 如權(quán)利要求11所述的曝光系統(tǒng)，另包含有一投影透鏡系統(tǒng)，設(shè)置于 該光掩模座與該基板之間。
17. 如權(quán)利要求16所述的曝光系統(tǒng)，另包含有一濕浸介質(zhì)，設(shè)置于該投 影透鏡系統(tǒng)與該基板之間，且該濕浸介質(zhì)接觸該投影透鏡系統(tǒng)與該基板。
18. 如權(quán)利要求17所述的曝光系統(tǒng)，其中該濕浸介質(zhì)的折射率大于空氣 的折射率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種曝光系統(tǒng)，其包含有一用于產(chǎn)生一曝光光線的光源、一用于置放一光掩模的光掩模座、一用于聚焦曝光光線的聚焦透鏡系統(tǒng)以及一用于縮小曝光光線的光譜帶寬的光學(xué)濾波模塊，其中光掩模座、聚焦透鏡系統(tǒng)與光學(xué)濾波模塊皆設(shè)置于曝光光線的光路徑上，且光學(xué)濾波模塊設(shè)置于聚焦透鏡系統(tǒng)與光掩模座之間。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101592868SQ200810108808
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者林佳蔚, 黃登煙 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司