[发明专利]光刻成像系统及其投影曝光方法

说明书

本发明公开了一种光刻成像系统及其投影曝光方法，该光刻成像系统包括：光源、照明组件、掩模和投影物镜，所述照明组件与掩模之间和/或投影物镜与硅片之间设置有偏振补偿装置，所述投影物镜的像面上设置有远心检测装置，所述偏振补偿装置和远心检测装置分别连接至偏振控制单元。本发明通过在照明组件与投影物镜和/或投影物镜与像面之间直接加入偏振补偿装置，改变了投影物镜的偏振输入，对光刻成像系统进行偏振补偿，改善了系统传输特性，达到了提高投影成像光刻分辨率的目的；此外，在光刻成像系统中加入偏振补偿器件，不影响原照明组件和投影物镜的技术参数，因此可以在设计制造光刻曝光系统时就考虑加入，使光刻成像系统的设计简单方便。

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种光刻成像系统及其投影曝光方法。

背景技术

随着投影光刻技术的发展，光刻机的投影光学系统性能逐步提高，目前光刻机已成功应用于亚微米和深亚微米分辨率的集成电路制造领域。用光刻机制造集成电路芯片时，要求投影物镜(PO)具有较高的分辨率，以实现高集成度芯片的制备。为了满足对投影物镜的较高分辨率的要求，需要提高投影物镜的像方数值孔径(NA)。然而，采用大数值孔径的投影物镜导致偏振光对光刻结果的影响变得明显，对不同方向的线条使用不同的偏振态光进行曝光，可以极大的提高光刻效果。为了描述实际偏振态与理想期望偏振态的差别，引进期望偏振光强(IPS，Intensity in Preferred State)的概念。期望偏振光强(IPS)是期望偏振态的光强占总光强的比例。

将参与光刻成像的光分为TE和TM两个分量，分别考察TE和TM的成像效果，如图1-1所示，则像方总体光强分布可定义为：I＝I_TE+I_TM；或者将TE、TM分量按照如图1-2所示进行x，y，z分解。

如图1-3所示，当NA较小时，各种不同偏振态空间像的对比度接近，故偏振的影响可以忽略不计。

当NA>0.75时，不同偏振态各自空间像的对比度差异较大，存在一对正交的光瞳偏振模式，使得其中一种偏振态分布的空间成像对比度最大化而另一种偏振态分布的空间成像对比度最小化。通常，一维图形成像中的X，Y偏振是这样一对正交的偏振模式；如图1-4所示，二维图形成像中的TE、TM偏振也是这样一对正交的偏振模式，其中，TE偏振成像具有最大对比度，TM偏振对比度最小。

照明偏振的作用是产生与曝光图形特征相适应的偏振模式，使得空间成像对比度最大化。

IPS＝1时空间像对比度效果如图1-5所示。当系统的IPS<1时，对比度下降，投影物镜本身会造成IPS的下降，如图1-6所示。

投影物镜光瞳上任意一点均可描述为若干光强、相位、波片的组合，具体地，该光瞳点可以用Jones矩阵描述为：

其中，Jxx，Jxy，Jyx，Jyy均为复数，整个Jones矩阵共8个参数，描述了以下五类物理效果，

第一类：光瞳衰减器(截止)：描述光瞳透过率；

第二类：相位延迟器：描述波像差；

第三类：偏振相位延迟器(波片)：描述双折射，不同的偏振态具有不同的波像差；

第四类：偏振衰减器：描述不同偏振态的透过率；

第五类：相位旋转器：描述两个正交偏振态之间的转换(偏振方向旋转变化)。

偏振成像的计算正是基于该Jones矩阵8参数的定义方式。考虑到Jones矩阵在光瞳上的分布，可以将Jones矩阵每个参数在光瞳上的分布用Zernike多项式(泽尔尼克多项式)展开表示(并非最有效的方法)。