專利名稱：干涉曝光設(shè)備、干涉曝光方法以及半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里描述的實(shí)施例總體涉及干涉曝光設(shè)備、干涉曝光方法、以及半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
公知EUV(超紫外)曝光設(shè)備為一種用于制造下一代半導(dǎo)體電路的光刻裝置，但是這樣的EUV曝光設(shè)備非常昂貴。從而，一種使用稱為干涉曝光技術(shù)的方法的低成本光刻裝置最近得到關(guān)注。該干涉曝光技術(shù)不需要復(fù)雜的投影光學(xué)系統(tǒng)，并且由于其不需要掩?；蛘呤菬o掩模的，因此可以實(shí)現(xiàn)較低制造成本。然而，在常規(guī)干涉曝光中，可以形成諸如LS (線和空間)圖形或柵狀圖形的簡(jiǎn)單周期圖形，但是難于形成諸如IC電路的復(fù)雜布局圖形。下文中將使用投影光學(xué)系統(tǒng)和掩模的常規(guī)光刻方法稱為光學(xué)光刻以與干涉曝光技術(shù)相區(qū)分。已經(jīng)提出若干方法用于解決上述問題。(I)提出一種以低成本形成復(fù)雜IC電路圖形的方法(通過與光學(xué)光刻混合且匹配的方法成像干涉光刻)，該方法通過組合常規(guī)低NA的光學(xué)光刻技術(shù)與干涉曝光技術(shù)而進(jìn)行構(gòu)圖。在該技術(shù)中，盡管低NA，但仍需要投影透鏡系統(tǒng)，并且還需要掩模，從而使得制造成本增加。(2)提出一種通過兩次或更多次地多次進(jìn)行干涉曝光而形成復(fù)雜圖形的方法(多次干涉曝光)。在該技術(shù)中，可以形成的圖形僅限于簡(jiǎn)單的二維圖形，諸如柵狀圖形，而許多光學(xué)系統(tǒng)需要重置以產(chǎn)生多個(gè)復(fù)雜的IC電路圖形。從而，流程變得更加復(fù)雜，并且處理TAT變大。(3)提出一種使用相干的三個(gè)或更多的多光束的干涉曝光方法。在該技術(shù)中，如果到達(dá)晶片的多光束的入射角未適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，景深(DoF)變得較小。從而，它不適合于在二維面上進(jìn)行構(gòu)圖的半導(dǎo)體電路的構(gòu)圖。需要重置多個(gè)光學(xué)系統(tǒng)以形成多個(gè)復(fù)雜IC電路圖形，從而流程變得復(fù)雜，并且處理TAT變大。因此，希望容易且低成本地形成各個(gè)圖形。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施例，總體提供了一種干涉曝光設(shè)備。該干涉曝光設(shè)備包括光路改變部分，其中改變?cè)换据S對(duì)稱(axisy_etrically)地設(shè)置,所述改變?cè)m于對(duì)彼此具有相干性的多個(gè)光束改變?cè)摱鄠€(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度，以及調(diào)節(jié)部分，與將在基底上形成的圖形形狀相對(duì)應(yīng)地對(duì)入射基底的光束的一部分進(jìn)行強(qiáng)度改變或相位改變，從而調(diào)節(jié)該光束的一部分。出自光路改變部分和調(diào)節(jié)部分的光束在基底上干涉以在基底上進(jìn)行干涉曝光。


圖I示出根據(jù)第一實(shí)施例的干涉曝光設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)；圖2示出根據(jù)第一實(shí)施例的干涉曝光設(shè)備的結(jié)構(gòu)實(shí)例；圖3A至3C分別示出針孔光圈、環(huán)形光圈以及入射區(qū)域限制部分的一個(gè)實(shí)例；圖4A和4B示出了光束坐標(biāo)系；圖5A至5C示出到每個(gè)光束的光軸的距離與DoF的關(guān)系；圖6示出根據(jù)第二實(shí)施例的干涉曝光設(shè)備的結(jié)構(gòu)； 圖7示出衍射柵的結(jié)構(gòu)；圖8A至8D示出光掩蔽部分和成像圖形的關(guān)系；圖9示出微反射鏡環(huán)的結(jié)構(gòu)；圖10是示出快門(shutter)部分的結(jié)構(gòu)實(shí)例的俯視圖；圖IlA和IlB示出圖形調(diào)節(jié)部分的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例；圖12A至12C是示出多個(gè)光路改變部分的結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖13示出根據(jù)第四實(shí)施例的光路改變部分的結(jié)構(gòu)；圖14示出根據(jù)第五實(shí)施例的偏振部分的結(jié)構(gòu)；圖15A和15B示出根據(jù)第六實(shí)施例的相位調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)；以及圖16A和16B示出根據(jù)第七實(shí)施例的入射角度過濾部分的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下文將參考附圖詳細(xì)描述干涉曝光設(shè)備、干涉曝光方法以及半導(dǎo)體器件的制造方法的示例實(shí)施例。本發(fā)明不限于下面的實(shí)施例。(第一實(shí)施例)圖I示出根據(jù)第一實(shí)施例的干涉曝光設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)。這里示出干涉曝光設(shè)備100X的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。該實(shí)施例的干涉曝光設(shè)備100X具有這樣的光學(xué)裝置(光路改變部分2X)，其用于改變?cè)诃h(huán)形中的具有相干性的單波長(zhǎng)的多光束(相干光束)Ib的前進(jìn)方向。使用干涉圖形而進(jìn)行在抗蝕劑上的構(gòu)圖，所述干涉圖形通過向晶片WA(待處理的基底)入射從安排成環(huán)形的光路改變部分2X出射的多光束Ib而形成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，干涉曝光設(shè)備100X形成在足夠的景深處具有高自由度的圖形變化。干涉曝光設(shè)備100X被配置為包括光路改變部分2X和圖形調(diào)節(jié)部分3X。光路改變部分2X是用于改變多光束Ib的光路方向和光路長(zhǎng)度的裝置，并且具有關(guān)于多光束Ib的光軸的基本軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。光路改變部分2X被配置為包括衍射柵、反射鏡(微反射鏡)、以及棱鏡。衍射柵和反射鏡被配置為在例如離光軸的基本相等的距離處基本軸對(duì)稱。光路改變部分2X的配置元件(微反射鏡環(huán)等)被設(shè)置在距離多光束Ib的光軸的相等距離處，從而每個(gè)配置元件被設(shè)置在環(huán)形中。圖形調(diào)節(jié)部分3X是用于改變多光束Ib的強(qiáng)度或光束的相位的裝置，并具有改變光束的一部分的強(qiáng)度或相位的功能。圖形調(diào)節(jié)部分3X被配置為使用可自由打開和關(guān)閉的多個(gè)快門(光掩蔽體)、兩個(gè)偏振片或光路長(zhǎng)度改變裝置(相位調(diào)節(jié)器)等?？扉T和一對(duì)偏振片調(diào)節(jié)光束的強(qiáng)度，并且光路長(zhǎng)度改變裝置通過改變光路長(zhǎng)度改變光束的相位。每個(gè)快門被配置為通過被打開或關(guān)閉而調(diào)節(jié)是否使其中光路通過光路改變部分2X而被改變的多光束Ib前進(jìn)至晶片臺(tái)(未示出)的晶片WA?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)圖形調(diào)節(jié)部分3X(例如打開/關(guān)閉快門)而確定將在晶片WA上形成的圖形變化?？稍诰琖A與圖形調(diào)節(jié)部分3X之間設(shè)置圓柱形棱鏡。從而可使得晶片WA與圖形調(diào)節(jié)部分3X之間的距離較長(zhǎng)，并且可以防止從晶片WA產(chǎn)生的物質(zhì)影響圖形調(diào)節(jié)部分3X。在干涉曝光設(shè)備100X中，可以將光路改變部分2X和圖形調(diào)節(jié)部分3X中的任一個(gè)設(shè)置在光路的上游側(cè)(光源側(cè))。通過預(yù)定光學(xué)元件(例如下面描述的針孔光圈11)將從光源(未示出)出射的單個(gè)波長(zhǎng)的電磁波(相干光束)轉(zhuǎn)換成平面波、球面波等。轉(zhuǎn)換之后的多光束Ib具有通過光 路改變部分2X改變的光路，以及通過圖形調(diào)節(jié)部分3X改變的光束的相位或強(qiáng)度。從而僅位于快門打開的位置處的多光束Ib到達(dá)晶片WA。其光路通過光路改變部分2X改變的多光束Ib從而在光束(多光束)(其光路被改變)干涉時(shí)在晶片WA上形成干涉條紋。圖2示出根據(jù)第一實(shí)施例的干涉曝光設(shè)備的結(jié)構(gòu)實(shí)例。這里示出干涉曝光設(shè)備100A的截面結(jié)構(gòu)的不意圖。干涉曝光設(shè)備100包括針孔光圈11、環(huán)形光圈12A、掩模部分6A、以及入射區(qū)域限定部分13。組合針孔光圈11和環(huán)形光圈12A的機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)于下面描述的入射角度過濾部分。針孔光圈11將來自光源的電磁波Ia轉(zhuǎn)換成具有相干性的多光束Ib (球面波等)。來自光源的電磁波Ia的波長(zhǎng)可以是ArF光、KrF光或EUV光中的一個(gè)。例如，當(dāng)形成微細(xì)圖形時(shí)，使用短波長(zhǎng)的電磁波la。環(huán)形光圈12A僅通過具有預(yù)定入射角的來自針孔光圈11的多光束lb。圖3A至圖3C分別示出針孔光圈、環(huán)形光圈以及入射區(qū)域限定部分的一個(gè)實(shí)例。在圖3A至圖3C中，示出針孔光圈11、環(huán)形光圈12A和入射區(qū)域限定部分13的俯視圖。圖3A所示的針孔光圈11通過示意板狀部件構(gòu)成，并基本在中心包括具有預(yù)定半徑的針孔11a。在針孔光圈11中，以透射電磁波Ia的透射材料形成針孔11a，并且除針孔Ila之外的周緣部分Ilb以不透射電磁波Ia的非透射材料形成。圖3B所示的環(huán)形光圈12A通過示意板狀部件構(gòu)成,并包括具有與針孔Ila中心同軸的環(huán)形透射部分12a。在環(huán)形光圈12A中，透射部分12a通過透射多光束Ib的透射材料形成，而除透射部分12a之外的周緣部分12b以及中心部分12c通過不透射多光束Ib的非透射材料形成。針孔光圈11和環(huán)形光圈12A被配置為使得透射部分12a的內(nèi)直徑大于針孔Ila的半徑。來自針孔光圈11的多光束Ib中具有預(yù)定入射角的多光束Ib從環(huán)形光圈12A出射。如圖3C所示的入射區(qū)域限定部分13通過示意板狀部件構(gòu)成，并包括圓形區(qū)域13a，其在與針孔Ila相同的中心處具有預(yù)定半徑。在入射區(qū)域限定部分13中，圓形區(qū)域13a通過透射多光束Ib的透射材料形成，而除圓形區(qū)域13a之外的周緣部分13b通過不透射多光束Ib的非透射材料形成。入射區(qū)域限定部分13被配置為使得圓形區(qū)域13a的半徑大于針孔Ila的半徑。掩模部分6A對(duì)應(yīng)于光路改變部分2X和圖形調(diào)節(jié)部分3X。掩模部分6X例如被配置為包括設(shè)置為環(huán)形的微反射鏡陣列和快門。微反射鏡陣列具有多個(gè)微反射鏡，該多個(gè)微反射鏡被設(shè)置在具有預(yù)定高度的環(huán)形部件的內(nèi)壁表面上，其中多光束Ib被每個(gè)微反射鏡的反射鏡表面反射?？扉T被設(shè)置為多個(gè)，從而在微反射鏡的下部(晶片WA側(cè))被排列為環(huán)形。在由多光束Ib反射的多光束Ib中，僅僅在快門打開的位置處的多光束Ib到達(dá)晶片WA?？扉T被設(shè)置為多個(gè)，從而在微反射鏡的上部(光源側(cè))被排列為環(huán)形。在該情況下，僅僅在快門打開的位置處的多光束Ib被微反射鏡陣列反射而到達(dá)晶片WA。環(huán)形光圈12A可設(shè)置在掩模部分6A與入射區(qū)域限定部分13之間。環(huán)形光圈12A還可以同時(shí)設(shè)置在針孔光圈11與掩模部分6A之間、以及掩模部分6A與入射區(qū)域限定部分13之間。環(huán)形光圈12A的配置可以忽略。現(xiàn)在將描述光束坐標(biāo)系的定義。圖4A和圖4B示出了光束坐標(biāo)系。圖4A所示的 x-y平面設(shè)為晶片平面。在該情況中入射晶片WA的多光束Ib以入射光束71示出。如圖4A所示，入射光束71的入射角由θ、φ限定。這里，φ是入射光束71與X軸形成的角，Θ是入射光束71與z軸形成的角?？赏ㄟ^公式(I)表示入射光束71的入射方向矢量。[公式I]
k = (cos Θ cos φ, cos Θ sin φ, Vl - cos2 θ)(I)到入射光束71的光軸的距離為cos Θ。在入射光束71的ζ = O處的振幅(包括強(qiáng)度信息和相位信息)定義為光束振幅4。在圖4Β所示的光束空間坐標(biāo)系中，以點(diǎn)坐標(biāo)(cos Θ cos Φ , cos Θ sin Φ)表示入射光束71的入射方向?，F(xiàn)在將描述當(dāng)多光束Ib入射晶片WA時(shí)在晶片WA上形成的圖形形狀。假設(shè)一種情況，其中n(n是自然數(shù))個(gè)多光束入射晶片WA。如果每個(gè)光束的入射方向矢量和振幅分別如下定義，[公式2]
k,=入射角[公式3]A1 =振幅其中 I = 1，2，. . . η關(guān)于晶片坐標(biāo)，以下面的公式(2)表示在晶片WA上形成的干涉條紋的強(qiáng)度I。[公式4]X[公式5]
——2/(X)= Σ A1 exp(
I = I^為(exp 卜 _ Μ叫(2)
hm
γ . =■= ( i(kj - )· (xx + V V + ζζ)Λ= Yj AlAm exp-L
hm^^j
假設(shè)[公式6]z是z方向的單位矢量，獲得下面的公式(7)。從而，如果每個(gè)光束到光軸的距離(cos Θ )都是相等的距離，依賴于z方向的分量在干涉條紋的強(qiáng)度I中不存在，從而可以充分地確保關(guān)于圖形形成的聚焦容限度。[公式7]
權(quán)利要求
1.一種干涉曝光設(shè)備，包括 光路改變部分，其中改變?cè)换据S對(duì)稱地設(shè)置，所述改變?cè)m于對(duì)彼此具有相干性的多個(gè)光束改變?cè)摱鄠€(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度；以及 調(diào)節(jié)部分，其被配置為與將在基底上形成的圖形形狀相對(duì)應(yīng)地對(duì)入射基底的光束的一部分進(jìn)行強(qiáng)度改變或相位改變，從而調(diào)節(jié)該光束的一部分，其中 從光路改變部分和調(diào)節(jié)部分出射的光束在基底上干涉以在基底上進(jìn)行干涉曝光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的干涉曝光設(shè)備，其中所述光路改變部分被配置為包括衍射柵，所述衍射柵在基本垂直于光束的平面中被設(shè)置為環(huán)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的干涉曝光設(shè)備，其中 所述光路改變部分被配置為包括多個(gè)微反射鏡，以及 所述微反射鏡被設(shè)置在環(huán)形中以通過每個(gè)反射鏡表面構(gòu)成管狀內(nèi)壁表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的干涉曝光設(shè)備，其中 所述光路改變部分被配置為包括圓錐形的第一棱鏡和多角錐形的第二棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的干涉曝光設(shè)備，還包括過濾部分，所述過濾部分被配置為過濾光束入射基底的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的干涉曝光設(shè)備，其中所述過濾部分被配置為包括以下元件之一光圈、法布里-珀羅干涉系統(tǒng)、具有圓錐形的第三棱鏡、以及具有多角錐形的第四棱鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的干涉曝光設(shè)備，其中所述光路改變部分包括多個(gè)環(huán)，在所述環(huán)中設(shè)置衍射柵，多個(gè)環(huán)中的每個(gè)環(huán)被同心設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的干涉曝光設(shè)備，其中所述光路改變部分包括多個(gè)環(huán)，在所述環(huán)中設(shè)置微反射鏡，所述多個(gè)環(huán)中的每個(gè)環(huán)被同心設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的干涉曝光設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)部分是以下之一兩個(gè)偏振片、能夠自由打開/關(guān)閉的快門、能夠移動(dòng)的微反射鏡陣列、以及掩模，或者是以上的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的干涉曝光設(shè)備，其中所述第一或第二棱鏡具有包括頂點(diǎn)部分的遠(yuǎn)端部分，所述頂點(diǎn)部分通過反射部件構(gòu)成，所述反射部件被配置為反射多個(gè)光束。
11.一種干涉曝光方法，包括以下步驟 通過光路改變部分改變多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度，在所述光路改變部分中，改變?cè)换据S對(duì)稱地設(shè)置，所述改變?cè)m于對(duì)彼此具有相干性的所述多個(gè)光束改變其光路方向和光路長(zhǎng)度； 通過調(diào)節(jié)部分調(diào)節(jié)所述光束的一部分，所述調(diào)節(jié)部分被配置為與將在基底上形成的圖形形狀相對(duì)應(yīng)地對(duì)入射基底的光束的一部分進(jìn)行強(qiáng)度改變或相位改變，從而調(diào)節(jié)該光束的一部分；以及 使得從所述光路改變部分和所述調(diào)節(jié)部分出射的光束在基底上干涉以在基底上進(jìn)行干涉曝光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的干涉曝光方法，其中所述光路改變部分被配置為包括衍射柵，所述衍射柵在基本垂直于光束的平面中被設(shè)置為環(huán)形，以及 所述多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度通過所述衍射柵改變。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的干涉曝光方法，其中 所述光路改變部分被配置為包括多個(gè)微反射鏡，所述微反射鏡被設(shè)置在環(huán)形中以通過每個(gè)反射鏡表面構(gòu)成管狀內(nèi)壁表面，以及 所述多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度通過所述微反射鏡改變。
14.根據(jù)權(quán)利 要求11的干涉曝光方法，其中 所述光路改變部分被配置為包括圓錐形的第一棱鏡和多角錐形的第二棱鏡，以及 所述多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度通過所述第一或第二棱鏡改變。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的干涉曝光方法，還包括通過過濾部分過濾所述光束的步驟，所述過濾部分被配置為過濾光束入射基底的角度。
16.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟 通過光路改變部分改變多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度，在所述光路改變部分中，改變?cè)换据S對(duì)稱地設(shè)置，所述改變?cè)m于改變彼此具有相干性的多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度； 通過調(diào)節(jié)部分調(diào)節(jié)所述光束的一部分，所述調(diào)節(jié)部分被配置為與將在基底上形成的圖形形狀相對(duì)應(yīng)地對(duì)入射基底的光束的一部分進(jìn)行強(qiáng)度改變或相位改變，從而調(diào)節(jié)該光束的一部分； 使得從所述光路改變部分和所述調(diào)節(jié)部分出射的光束在基底上干涉以在基底上進(jìn)行干涉曝光；以及 處理通過上述步驟的所述基底，其中通過干涉曝光在所述基底上形成抗蝕劑圖形，從而形成對(duì)應(yīng)于所述抗蝕劑圖形的基底圖形。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述光路改變部分被配置為包括衍射柵，所述衍射柵在基本垂直于光束的平面中被設(shè)置為環(huán)形，以及 所述多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度通過所述衍射柵改變。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述光路改變部分被配置為包括多個(gè)微反射鏡， 所述微反射鏡被設(shè)置在環(huán)形中以通過每個(gè)反射鏡表面構(gòu)成管狀內(nèi)壁表面，以及 所述多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度通過所述微反射鏡改變。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述光路改變部分被配置為包括圓錐形的第一棱鏡和多角錐形的第二棱鏡，以及 所述多個(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度通過所述第一或第二棱鏡改變。
全文摘要
提供了干涉曝光設(shè)備和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例的干涉曝光設(shè)備，包括光路改變部分，其中改變?cè)换据S對(duì)稱地設(shè)置，所述改變?cè)m于對(duì)彼此具有相干性的多個(gè)光束改變?cè)摱鄠€(gè)光束的光路方向和光路長(zhǎng)度；以及調(diào)節(jié)部分，其用于與將在基底上形成的圖形形狀相對(duì)應(yīng)地對(duì)入射基底的光束的一部分進(jìn)行強(qiáng)度改變或相位改變，從而調(diào)節(jié)該光束的一部分。從光路改變部分和調(diào)節(jié)部分出射的光束在基底上干涉以在基底上進(jìn)行干涉曝光。
文檔編號(hào)H01L21/027GK102880005SQ20121007006
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者小寺克昌, 田中聰 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝