偏振膜高分辨力掩模板.pdf

偏振膜高分辨力掩模板，属于对投影光学光刻系统中掩模板结构的进一步优化改进，其特征是根据掩模板上的特征图形，在掩模上相应的区域覆盖一层偏振膜，偏振膜将使不透光区域相邻的透光区域上透过偏振方向相互垂直的线偏振成像光束(或旋向相反的圆偏振成像光束、旋向相反且长轴相互垂直的椭圆偏振成像光束)，将产生偏振光的偏振膜和传统掩模板结合为一体结构，使掩模板本身具有输出偏振光的功能，增加掩模图形的基本周期，能降低成像光束的衍射角，减邻近效应，提高光刻分辨力，而投影光刻设备不需作任何改动，用于深亚微米和100纳米级的投影光刻。

1、  偏振膜高分辨力掩模板，掩模板上有需要光刻的特征图形，其特征在于：根据掩模上的特征图形，在掩模板上的相应区域上覆盖一层偏振膜。

2、  根据权利要求1所述的偏振膜高分辨力掩模板，其特征在于：所述的偏振膜是能产生线偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过偏振方向相互垂直的线偏振成像光束，偏振方向平行线条与垂直于线条相间隔排列。

3、  根据权利要求1所述的偏振膜高分辨力掩模板，其特征在于：所述的偏振膜是能产生圆偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过旋向相反的圆偏振成像光束。

4、  根据权利要求1所述的偏振膜高分辨力掩模板，其特征在于：所述的偏振膜是能产生椭圆偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过旋向相反且长轴相互垂直的椭圆偏振的成像光束。

5、  根据权利要求1、2、3、4所述的偏振膜高分辨力掩模板，其特征在于：在掩模板上覆盖偏振膜的相间隔区域还加有使透射偏振光相位发生变化的相移层。

偏振膜高分辨力掩模板
所属技术领域
本发明是一种新型偏振膜高分辨力掩模板，属于对投影光学光刻系统中掩模板结构的进一步优化改进。
背景技术
传统的掩模板结构示意图如图1所示，透光区域8与不透光区域9相互交错排列，形成掩模图形，其对应的掩模振幅透过率如图1c所示。
近年来为了提高投影光学光刻分辨力，在掩模板透光的特定区域设计了使成像光束相位发生变化的相移层，这种相移掩模的种类很多。图2所示的就是一种相移掩模板结构示意图。在透光区域11处有一相移层，透过不透光区域9相邻透光区域10、11的成像光束的相位将有180度的变化。图2c表示了这种相移掩模的振幅透过率，通过透光区域10和透光区域11的成像光束的振幅是正负相反的。
但是，随着现代微电子技术向高集成度超微细化方向发展，不断提高制作微细图形的投影光刻设备所能达到的光刻分辨力水平，成为现代光刻技术急需解决的核心问题。相移掩模技术的应用，在某种程度上提高了分辨力，但随着光刻线条基本周期的减少，相移掩模就不能保证高质量的成像；而且最佳相移器的设计、位置放置难度大，制造成本高，上述不足难以满足需要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：克服上述技术的不足，利用成像光束的振幅和相位以外的第三信息一偏振，而提供一种将传统掩模和偏振膜结合为一体的新型偏振膜高分辨力掩模板，实现高分辩力。
本发明的技术解决方案是：根据掩模上的特征图形，在掩模板上的相应区域上覆盖一层偏振膜。
所述的偏振膜是能产生线偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过偏振方向相互垂直的线偏振成像光束，偏振方向平行线条与垂直于线条相间隔排列，即偏振方向对于线条边缘来说，一种是平行于线条的偏振成像光束，另一种是垂直线条的偏振成像光束。
所述的偏振膜还是能产生圆偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过旋向相反的圆偏振成像光束，即一种是右旋的圆偏振成像光束，另一种是左旋的圆偏振成像光束。
所述的偏振膜还是能产生椭圆偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过旋向相反且长轴相互垂直的椭圆偏振的成像光束，即一种是右旋、长轴平行于线条的椭圆偏振成像光束，另一种是左旋、长轴垂直于线条的椭圆偏振成像光束。
在上述掩模板上覆盖的各种偏振膜的相间隔区域还加工了使透射偏振光相位发生变化的相移层。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、将产生偏振光的偏振膜和传统掩模板结合为一体结构，使掩模板本身具有输出偏振光的功能，增加掩模图形的基本周期，能降低成像光束的衍射角，减少邻近效应，提高光刻分辨力，而投影光刻设备不需作任何改动。
2、新型偏振膜高分辨力掩模板结构简单，各种偏振膜的设计随掩模图形而定，制作方便。
3、新型偏振膜高分分辨力掩模板利用成像光束的偏振特性，通过扩大掩模图形的周期L来提高成像分辨力。
4、在深亚微米范围内的超微细图形光刻中，可以应用本发明新型偏振膜高分辨力掩模板，提高分辨力，在接触、接近式光刻中应用也可提高光刻分辨力。
附图说明
图1a、图1b是传统掩模板的俯视和主视结构示意图，图1c是传统掩模板振幅透过率；
图2a、图2b是现有技术中相移掩模板的俯视和主视结构示意图，图2c是掩模板振幅透过率；
图3a、图3b是本发明实施例1掩模板俯视和主视结构示意图，图3c、图3d是该掩模板振幅透过率；
图4a、图4b是本发明实施例2掩模板俯视和主视结构示意图，图4c、图4d是该掩模板振幅透过率；
图5a、图5b是本发明实施例3掩模板俯视和主视结构示意图，图5c、图5d是该掩模板振幅透过率；
图6a、图6b是本发明实施例4掩模板俯视和主视结构示意图，图6c、图6d是该掩模板振幅透过率；
图7a、图7b是本发明实施例5掩模板俯视和主视结构示意图，图7c、图7d是该掩模板振幅透过率；
图8a、图8b是本发明实施例6掩模板俯视和主视结构示意图，图8c、图8d是该掩模板振幅透过率；
图9是本发明应用于投影光学光刻系统结构示意图。
具体实施方式
下面本发明将结合附图作进一步详述：
如图1a、1b和1c所示为传统掩模板。透光区域8与不透光区域9相互交错排列，形成掩模图形，其对应的掩模振幅透过率如图1c所示；振幅透过率在透光区域8比较高，而在不透光区域9很低(振幅透过率＝0)，则相邻的一对透光区域8和不透光区域9组成了掩模图形的基本周期L₁。
如图2a、2b为相移掩模板结构示意图。在透光区域11处有一相移层，透过不透光区域9的相邻透光区域10、11的成像光束相位将有180度的变化，图2c表示了这种相移掩模的振幅透过率，通过透光区域10和透光区域11的成像光束的振幅是正负相反的，由透光区域10-不透光区域9-透光区域11-不透光区域9组成了这种相移掩模图形的基本周期L₂。
在波动光学中，掩模图形的基本周期为L，衍射角度θ在充满Lsinθ＝nλ...(1)的方向中出现，这里λ表示曝光波长，n表示衍射光束的级数。从(1)式可以得到：周期L越大，衍射角度θ越小。结合前面所述的掩模板(如图1所示、如图2所示)进行比较，在相移掩模(如图2所示)上，掩模图形地基本周期L₂是传统掩模板(如图1所示)的基本周期L₁的2倍大。因此如图2所示的相移掩模板产生衍射光束的衍射角度比如图1所示的掩模板小，能使更高级数的衍射光束被投影光学光刻系统投影到硅片面成像，所以掩模图形基本周期大的相移掩模板能得到更高的分辨力。
如图3所示：是本发明偏振膜高分辨力掩模板实施例1，在不透光区域9相邻的透光区域12和13，覆盖了一层能使成像光束的偏振方向互相垂直正交的偏振膜，在图3中用箭头方向表示通过光束的偏振方向，通过透光区域12的成像光束称为S偏振光，通过透光区域13的成像光束称为P偏振光。
对于S偏振光，虽然透光区域12可以原样通过，但透光区域13却不能通过；透光区域13对S偏振光而言，是不透光的。为此，以S偏振光来考察图3所示的掩模图形的振幅透过率，如图3c所示。由透光区域12-不透光区域9-透光区域13-不透光区域9组成了这种掩模图形的基本周期为L₃。
同样，对于P偏振光，透光区域13是可以通过的，但透光区域12对p偏振光而言是不透光的。为此，以P偏振光来考察图3所示的掩模图形的振幅透过率，如图3d所示。由透光区域13-不透光区域9-透光区域12-不透光区域9组成了这种掩模图形的基本周期也是L₃。
从以上分析可以看出，图3所示的掩模图形的基本周期L₃是传统掩模图形基本周期L₁的2倍。这样即使投影光学光刻系统的数值孔径(NA)一样大，覆盖了偏振膜的掩模板比传统掩模板获得更高分辨力的成像。
如图4所示，本发明偏振膜高分辨力掩模板实施例2，在不透光区域9的相邻的透光区域14、15、16和17中覆盖了一层能使成像光束的偏振方向互相垂直正交的偏振膜，在图4中用箭头方向表示通过光束的偏振方向，通过透光区域14和16的成像光束称为S偏振光，通过透光区域15和17的成像光束称为P偏振光。而且在本实施例中，在不透光区域相邻的透光区域16和17附加上使成像光束相位产生180度变化的相移层。
首先，对于S偏振光来讲，只能通过透光区域14和16，透光区域15和17对S偏振光来说是不透光的，这样构成的偏振膜高分辨力掩模振幅透过率如图4c所示，由透光区域14(没有相移层)-不透光区域9-透光区域15(没有相移层)-不透光区域9-透光区域16(有相移层)-不透光区域9-透光区域17(有相移层)-不透光区域9组成了掩模图形的基本周期L₄。
而对于P偏振光来讲，只能通过透光部区域15和17，透光区域14、和16对P偏振光来说是不透光的，这样构成的新型偏振膜高分辨力掩模振幅透过率如图4d所示，由透光区域15(没有相移层)-不透光区域9-透光区域16(有相移层)-不透光区域9-透光区域17(有相移层)-不透光区域9-透光区域14(没有相移层)-不透光区域9组成了掩模图形的基本周期也是L₄。
与前述如图1所示的传统掩模板比较，掩模图形的基本周期L₄将变为L₁的4倍，与前述如图2所示的相移掩模板相比较，掩模图形的基本周期L₄将变为L₂的2倍，因此如果使用图4所示的偏振膜高分辨力掩模板，即使使用同样数值孔径的投影光学光刻系统，与图1所示的传统掩模板和图2所示的相移掩模板比较，图4所示的偏振膜高分辨力掩模板就能得到更高分辨力的成像。
上述本发明实施例1和2中的偏振膜是能产生线偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过偏振方向相互垂直的线偏振成像光束，偏振方向平行线条与垂直于线条相间隔排列，即偏振方向对于线条边缘来说，一种是平行于线条的偏振成像光束，另一种是垂直线条的偏振成像光束。
如图5所示：是本发明偏振膜高分辨力掩模板实施例3，在不透光区域9相邻的透光区域18和19，覆盖了一层能使成像光束的旋向相反的圆偏振膜，在图5中用箭头方向表示通过光束的旋向，通过透光区域18的成像光束称为右旋圆偏振光，通过透光区域19的成像光束称为左旋圆偏振光。
对于右旋圆偏振光，虽然透光区域18可以原样通过，但透光区域19却不能通过；透光区域19对右旋圆偏振光而言，是不透光的。为此，以右旋圆偏振光来考察图5所示的掩模图形的振幅透过率，如图5c所示。由透光区域18-不透光区域9-透光区域19-不透光区域9组成了这种掩模图形的基本周期为L₅。
同样，对于左旋圆偏振光，透光区域19是可以通过的，但透光区域18对左旋圆偏振光而言是不透光的。为此，以左旋圆偏振光来考察图5所示的掩模图形的振幅透过率，如图5d所示。由透光区域19-不透光区域9-透光区域18-不透光区域9组成了这种掩模图形的基本周期也是L₅。
从以上分析可以看出，图5所示的掩模图形的基本周期L₅是传统掩模图形基本周期L₁的2倍。这样即使投影光学光刻系统的数值孔径(NA)一样大，覆盖了偏振膜的掩模板比传统掩模板获得更高分辨力的成像。
如图6所示，本发明偏振膜高分辨力掩模板实施例4，在不透光区域9的相邻的透光区域20、21、22和23中覆盖了一层能使成像光束的旋向相反的圆偏振膜，在图6中用箭头方向表示通过光束的旋向，通过透光区域20和22的成像光束称为右旋圆偏振光，通过透光区域21和23的成像光束称为左旋圆偏振光。而且在本实施例中，在不透光区域相邻的透光区域22和23附加上使成像光束相位产生180度变化的相移层。
首先，对于右旋圆偏振光来讲，只能通过透光区域20和22，透光区域21和23对右旋圆偏振光来说是不透光的，这样构成的偏振膜高分辨力掩模振幅透过率如图6c所示，由透光区域20(没有相移层)-不透光区域9-透光区域21(没有相移层)-不透光区域9-透光区域22(有相移层)-不透光区域9-透光区域23(有相移层)-不透光区域9组成了掩模图形的基本周期L₆。
而对于左旋圆偏振光来讲，只能通过透光部区域21和23，透光区域20、和22对左旋圆偏振光来说是不透光的，这样构成的新型偏振膜高分辨力掩模振幅透过率如图6d所示，由透光区域21(没有相移层)-不透光区域9-透光区域22(有相移层)-不透光区域9-透光区域23(有相移层)-不透光区域9-透光区域20(没有相移层)-不透光区域9组成了掩模图形的基本周期也是L₆。
与前述如图1所示的传统掩模板比较，掩模图形的基本周期L₆将变为L₁的4倍，与前述如图2所示的相移掩模板相比较，掩模图形的基本周期L₆将变为L₂的2倍，因此如果使用图6所示的偏振膜高分辨力掩模板，即使使用同样数值孔径的投影光学光刻系统，与图1所示的传统掩模板和图2所示的相移掩模板比较，图6所示的偏振膜高分辨力掩模板就能得到更高分辨力的成像。
上述本发明实施例3和4中的偏振膜还是能产生圆偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过旋向相反的圆偏振成像光束，即一种是右旋的圆偏振成像光束，另一种是左旋的圆偏振成像光束。
如图7所示：是本发明偏振膜高分辨力掩模板实施例5，在不透光区域9相邻的透光区域24和25，覆盖了一层能使成像光束的旋向相反且长轴相互垂直的椭圆偏振膜，在图7中用箭头方向表示通过光束的旋向和长轴方向，通过透光区域24的成像光束称为长轴平行于线条的右旋椭圆偏振光，通过透光区域25的成像光束称为长轴垂直于线条的左旋椭圆偏振光。
对于右旋椭圆偏振光，虽然透光区域24可以原样通过，但透光区域25却不能通过；透光区域25对右旋椭圆偏振光而言，是不透光的。为此，以右旋椭圆偏振光来考察图7所示的掩模图形的振幅透过率，如图7c所示。由透光区域24-不透光区域9-透光区域25-不透光区域9组成了这种掩模图形的基本周期为L₇。
同样，对于左旋椭圆偏振光，透光区域25是可以通过的，但透光区域24对左旋椭圆偏振光而言是不透光的。为此，以左旋椭圆偏振光来考察图7所示的掩模图形的振幅透过率，如图7d所示。由透光区域25-不透光区域9-透光区域24-不透光区域9组成了这种掩模图形的基本周期也是L₇。
从以上分析可以看出，图7所示的掩模图形的基本周期L₇是传统掩模图形基本周期L₁的2倍。这样即使投影光学光刻系统的数值孔径(NA)一样大，覆盖了偏振膜的掩模板比传统掩模板获得更高分辨力的成像。
如图8所示，本发明偏振膜高分辨力掩模板实施例6，在不透光区域9的相邻的透光区域26、27、28和29中覆盖了一层能使成像光束的旋向相反且长轴相互垂直的椭圆偏振膜，在图8中用箭头方向表示通过光束的旋向，通过透光区域26和28的成像光束称为右旋椭圆偏振光，通过透光区域27和29的成像光束称为左旋椭圆偏振光。而且在本实施例中，在不透光区域相邻的透光区域28和29附加上使成像光束相位产生180度变化的相移层。
首先，对于右旋椭圆偏振光来讲，只能通过透光区域26和28，透光区域27和29对右旋椭圆偏振光来说是不透光的，这样构成的偏振膜高分辨力掩模振幅透过率如图8c所示，由透光区域26(没有相移层)-不透光区域9-透光区域27(没有相移层)-不透光区域9-透光区域28(有相移层)-不透光区域9-透光区域29(有相移层)-不透光区域9组成了掩模图形的基本周期L₈。
而对于左旋椭圆偏振光来讲，只能通过透光部区域27和29，透光区域26、和28对左旋椭圆偏振光来说是不透光的，这样构成的新型偏振膜高分辨力掩模振幅透过率如图8d所示，由透光区域27(没有相移层)-不透光区域9-透光区域28(有相移层)-不透光区域9-透光区域29(有相移层)-不透光区域9-透光区域26(没有相移层)-不透光区域9组成了掩模图形的基本周期也是L₈。
与前述如图1所示的传统掩模板比较，掩模图形的基本周期L₈将变为L₁的4倍，与前述如图2所示的相移掩模板相比较，掩模图形的基本周期L₈将变为L₂的2倍，因此如果使用图8所示的偏振膜高分辨力掩模板，即使使用同样数值孔径的投影光学光刻系统，与图1所示的传统掩模板和图2所示的相移掩模板比较，图8所示的偏振膜高分辨力掩模板就能得到更高分辨力的成像。
本发明实施例5和6中的偏振膜是能产生椭圆偏振的偏振膜，并满足在不透光区域相邻的透光区域上透过长轴相互垂直且旋向相反的椭圆偏振的成像光束，椭圆的长轴平行线条与垂直于线条相间隔排列，即对椭圆的长轴对于线条边缘来说，一种是平行于线条的椭圆偏振成像光束，另一种是垂直线条的椭圆偏振成像光束。
如图9所示：是本发明新型偏振膜高分辨力掩模板应用于投影光学光刻系统的结构示意图，照明光源2发出的照明光经椭球镜1和照明光学系统3，照射在偏振膜高分辨力掩模板4上，照明光产生不同级次的衍射，在掩模板4上的偏振膜根据不同的特征图形产生不同偏振方向的成像光束，成像光束由投影光刻物镜5收集并投影成像在硅片6上。投影光学光刻系统所用的本发明偏振膜高分辨力掩模板4，由于在掩模板的相应透光区域覆盖了一层偏振膜和相移层，使透过掩模板的成像光束的偏振方向相互垂直，偏振方向互相垂直的成像光束不产生干涉，故邻近效应小，可进一步提高分辩力。