專利名稱：起偏器、投影透鏡系統(tǒng)、曝光裝置及曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造技術(shù)，具體涉及曝光技術(shù)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置一直向精細(xì)化發(fā)展，為求得更高的精度，曝光機(jī)的數(shù)值孔徑NA(Numerical Aperture)進(jìn)一步增大。
但是，若數(shù)值孔徑NA增大，則對曝光對象例如光刻膠的入射角增大，致使一直被忽略的偏振光的影響顯著。這會導(dǎo)致光刻膠上的成像特性惡化。相關(guān)內(nèi)容例如在以下列舉的非專利文獻(xiàn)“BruceW.Smith，et.a1.，“高數(shù)值孔徑、偏振以及光刻膠提出的課題(Challengesin high NA，polarization，and photoresists)”，SPIE2002，4691-2，pp11-24”中有介紹。與本申請有關(guān)系的文獻(xiàn)還有非專利文獻(xiàn)“LCD用偏光片和相位差片”([on line]，日東電工主頁，[平成15年5月15日檢索]，網(wǎng)址<URLhttp//www.nitto.co.jp/product/industry/electronics/output/lcds/index.html>)以及日本專利文獻(xiàn)特開平5-226225號公報和特開2001-185476號公報。
一直以來，在通常的曝光機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)中，不能控制從光掩模圖案發(fā)生的衍射光的偏振光，其入射到光刻膠的偏振光中P偏振光和S偏振光的比例相同。而且，若增大曝光機(jī)的數(shù)值孔徑NA，則如上述對曝光對象即光刻膠的入射角增大，因此進(jìn)入光刻膠中的P偏振光和S偏振光的比例改變。另外，由于在P偏振光和S偏振光的光學(xué)像的對比度上也存在差異，由它們疊加而形成的光學(xué)像的對比度會變差。這樣，即使增大數(shù)值孔徑NA也不能提高清晰度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述技術(shù)背景而構(gòu)思，旨在提高光刻膠中形成的光學(xué)像的對比度，從而提高析像特性。
透過本發(fā)明的起偏器的光的振幅方向以偶數(shù)邊的正多邊形狀或者同心圓狀分布。
本發(fā)明的投影透鏡系統(tǒng)采用本發(fā)明的起偏器作為光瞳濾光片。
本發(fā)明的曝光裝置采用本發(fā)明的投影透鏡系統(tǒng)。
本發(fā)明的曝光方法是用設(shè)有遮光部的光掩模和光瞳濾光片進(jìn)行曝光的方法，使所述遮光部的延伸方向和透過所述光瞳濾光片的偏振光的振幅方向平行。


圖1是可采用本發(fā)明的投影曝光裝置的光學(xué)系統(tǒng)的示圖。
圖2是入射光Q的振幅方向J的示圖。
圖3是入射光Q的振幅方向J的示圖。
圖4是表示入射光Q的反射率的曲線圖。
圖5是表示在光刻膠中的光強(qiáng)度的曲線圖。
圖6是表示通過光掩模18的光路的示意圖。
圖7是表示通過光瞳面22a的光的位置的示意圖。
圖8是表示本發(fā)明實(shí)施例1的起偏器21的特征的示圖。
圖9是表示本發(fā)明實(shí)施例2的起偏器21的特征的示圖。
圖10是表示本發(fā)明實(shí)施例2的起偏器21的特征的示圖。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施例2的起偏器21的特征的示圖。
圖12是表示本發(fā)明實(shí)施例3的起偏器21的特征的示圖。
圖13是表示本發(fā)明實(shí)施例3的起偏器21的特征的示圖。
圖14是表示本發(fā)明實(shí)施例4的起偏器21的特征的示圖。
圖15是表示本發(fā)明實(shí)施例4的起偏器21的特征的示圖。
圖16是表示本發(fā)明實(shí)施例4的起偏器21的特征的示圖。
(符號說明)18 光掩模；18a 遮光部；21 起偏器；22a 光瞳面；22b 光瞳面的中心；D 中心；J、J1～J4、J11～J18 偏振光的振幅方向；S1～S4、S11～S18、S21～S24、S31～S38 區(qū)域。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1圖1是可采用本發(fā)明的投影曝光裝置的光學(xué)系統(tǒng)的示圖。光源11發(fā)射的照明光在反射鏡12反射，依次經(jīng)過復(fù)眼微透鏡13、孔徑部件14、中繼透鏡15A、遮光板(blind)16，再由反射鏡17反射。
復(fù)眼微透鏡13被分為多個透鏡區(qū)域13a，從透鏡區(qū)域13a出射的光通過孔徑部件14的開口部。在光掩模18面上重疊來自各透鏡區(qū)域13a的光，透鏡區(qū)域13a對照明的均勻性作出貢獻(xiàn)。
反射鏡17反射的照明光，經(jīng)由會聚透鏡15B到達(dá)形成了電路圖案的光掩模18。通過光掩模18的光(包含衍射光)經(jīng)過投影透鏡系統(tǒng)19到達(dá)晶片20。在晶片20的投影透鏡系統(tǒng)19一側(cè)的表面上，設(shè)有光刻膠(未作圖示)，由經(jīng)過投影透鏡系統(tǒng)19的照明光曝光。
投影透鏡系統(tǒng)19中設(shè)有孔徑光闌22，其光瞳面上配置了使S偏振光透過、遮擋P偏振光的起偏器21作為光瞳濾光片。以下，就本發(fā)明中使S偏振光透過的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。
圖2與圖3分別表示對入射對象的入射光Q為P偏振光、S偏振光時光的振幅方向J的示意圖。如圖2所示，當(dāng)入射光Q為P偏振光時，光的振幅方向J與包含入射對象的法線方向R和入射光Q的平面平行。當(dāng)入射光Q為S偏振光時，如圖3所示，光的振幅方向J垂直于該平面。
圖4是表示入射對象為光刻膠時的入射光Q的反射率的曲線圖。橫軸采用法線方向R和入射光Q形成的角度即入射角θ，縱軸表示反射率。S偏振光和P偏振光在反射率對入射角θ的相依性上不同。尤其是，P偏振光的反射率對入射角θ的相依性較大。由于數(shù)值孔徑NA越大入射角θ的分布更寬，基于這一理由最好在曝光中采用S偏振光。
圖5是將光刻膠中的光學(xué)像用光強(qiáng)度表示的曲線圖。本例中以數(shù)值孔徑NA為0.707、光刻膠的折射率為1.5而計(jì)算。其強(qiáng)度分布基于透過光刻膠的光的干涉。與P偏振光相比S偏振光的分布更陡，基于這種理由最好在曝光中采用S偏振光。
接著，就起偏器21使S偏振光透過、遮擋P偏振光上理想的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖6是表示通過光掩模18的光路的示意圖。入射光掩模18的入射光Li通過光掩模18上的圖案的端部時，不衍射的0級光L0以外，發(fā)生衍射光。圖2中僅示出1級衍射的1級光L1。0級光L0、1級光L1通過光瞳面22a到達(dá)晶片20上的光刻膠。
圖7是表示通過光瞳面22a的光的位置的示意圖。圖3中示出0級光L0和1級光L1。光瞳面22a的中心22b、0級光的通過位置P0、1級光的通過位置P1處在同一直線M上。其它等級的衍射光也在該直線M上。
因此，為了使透過起偏器21的光成為S偏振光，只讓與通過中心22b的直線垂直的偏振光透過即可。例如使起偏器21的偏光方向以中心22b為中心分布成同心圓狀即可。
圖8示意表示透過起偏器21的偏振光的振幅方向J。透過起偏器21的偏振光的振幅方向?qū)ξ恢肈同心圓狀分布。這是由于設(shè)有以位置D為公共中心的多個透過區(qū)域，透過各區(qū)域的光的振幅方向以同心圓狀分布。例如在聚乙烯醇薄膜上染色或吸附碘或有機(jī)染料，并加以拉伸，能夠形成使預(yù)定方向的偏振光透過的濾光片(例如參照上述第二個非專利文獻(xiàn))，能夠通過將該薄膜從中心向各方向拉伸來制作起偏器21。
起偏器21配置于光瞳面22a，以使該位置D與中心22b一致。從而，使透過起偏器21的照明光的光束，對光軸形成同心圓狀的偏光面而會聚于晶片20上。因此，照明光對光刻膠以S偏振光入射。
通過采用這樣的起偏器21，在投影透鏡系統(tǒng)19中照明光對晶片20上的光刻膠以S偏振光入射，因此，透過光刻膠的光量不易依賴入射角θ。因而，即使投影透鏡系統(tǒng)19的數(shù)值孔徑NA增大而使入射角θ的分布范圍變寬，也可抑制曝光裝置的曝光特性的偏差。并且，在光刻膠中的光學(xué)像也很陡，使對比度上升，從而提高了析像特性。
實(shí)施例2本實(shí)施例中例示了起偏器21的其它形態(tài)。圖9是例示光掩模18的圖案的示圖。該圖案中一個方向延伸的多個遮光部18a隔著間隔互相平行排列。入射光透過該間隔到光掩模18，而由遮光部18a遮擋該入射光。
圖10是表示經(jīng)光掩模18的衍射光的光路的示意圖，是從平行于遮光部18a延伸的方向觀看的圖。
若入射光Li透過遮光部18a的間隔，則得到0級光L0、1級光L1(或者更高等級的衍射光)。由于遮光部18a一個方向延伸，衍射光除了在遮光部18a的延伸方向的端部以外，具有與遮光部18a的延伸方向平行的分量的偏光方向。
因此，如圖9所示，基于一個方向延伸的遮光部18a的曝光，若作為起偏器21只讓遮光部18a的延伸方向的偏振光透過，則能夠使透過的光成為S偏振光。圖11是示意表示透過起偏器21的偏振光的振幅方向J的示圖。透過起偏器21的偏振光的振幅方向J向一個方對齊。
因而，若使透過起偏器21的偏振光的振幅方向平行于遮光部18a的延伸方向地將起偏器21配置于光瞳面22a(圖6)，則在基于遮光部18a的曝光中可得到與實(shí)施例1同樣的效果。
本實(shí)施例的效果在光掩模18中同一方向延伸的遮光部18a的所占比例越多就越顯著。但是，在光掩模18中的圖案的延伸方向?yàn)檠囟喾较驎r，如實(shí)施例1的圖8的例示那樣，最好采用使透過光的振幅方向成為同心圓狀的起偏器21。
實(shí)施例3圖12是示意表示透過本實(shí)施例的起偏器21的偏振光的振幅方向J1、J2的示圖。起偏器21以位置D為中心被分為4個相等的區(qū)域S1～S4。透過互相對置的區(qū)域S1、S3的偏振光的振幅方向J1和透過互相對置的區(qū)域S2、S4的偏振光的振幅方向J2垂直。
因而，在光掩模18的圖案中存在兩組同一方向延伸的遮光部，當(dāng)各組的延伸方向以90(＝360/4)度相交時，可得到與實(shí)施例2同樣的效果。起偏器21在光瞳面22a(圖6)中的配置，最好使振幅方向J1、J2和兩組的遮光部的延伸方向分別相一致。
圖13是示意表示透過本實(shí)施例的起偏器21的偏振光的振幅方向J1～J4的示圖。起偏器21以位置D為中心被分為8個相等區(qū)域S11～S18。透過互相對置的區(qū)域S11、S15的偏振光的振幅方向J11與透過互相對置的區(qū)域S12、S16的偏振光的振幅方向J12以45度相交。透過互相對置的區(qū)域S13、S17的偏振光的振幅方向J13與振幅方向J12以45度相交。透過互相對置的區(qū)域S14、S18的偏振光的振幅方向J14與振幅方向J13以45度相交。振幅方向J11、J14以45度相交。
因而，在光掩模18的圖案中存在4組同一方向延伸的遮光部，當(dāng)各組的延伸方向以45(＝360/8)度相交時，可得到與實(shí)施例2同樣的效果。起偏器21在光瞳面22a(圖6)中的配置，最好使振幅方向J11～J14和4組的遮光都的延伸方向分別相一致。
一般，透過起偏器21的偏振光的振幅方向?yàn)镹個，則可考慮各振幅方向形成的最小角度為(360/2N)度的情況。這時，起偏器21被分為2N個相等區(qū)域，使透過互相對置的區(qū)域的偏振光的振幅方向相同。就是說，透過起偏器21的光的偏光方向的分布成為正2N邊形狀。
在光掩模18的圖案中存在N組的同一方向延伸的遮光部，且各組的延伸方向以所形成的最小角度(360/2N)相交時采用相關(guān)起偏器21，可得到與實(shí)施例2相同的效果。
實(shí)施例4圖14是示意表示透過本實(shí)施例的起偏器21的偏振光的振幅方向J的示圖。起偏器21具有以位置D為中心的環(huán)狀區(qū)域S0。區(qū)域S0是夾于以中心D為中心的兩個同心圓之間的區(qū)域。區(qū)域S0包圍的范圍不進(jìn)行偏振光的選擇，讓入射光透過。
偏振光的振幅方向J與圖8所示的方向相同，對位置D呈同心圓狀。起偏器21使位置D與中心22b一致地配置于光瞳面22a。起偏器21也可以只包含區(qū)域S0。
如圖4所示，入射角θ約40度以下時，其入射角越大S偏振光和P偏振光的反射率的相差越大。因而，可以入射角大的入射光為界限遮住P偏振光。圖14所示的區(qū)域S0是從中心D觀看的周圍，是入射角增大的區(qū)域。因而，與實(shí)施例1一樣，采用本實(shí)施例的起偏器21，對于以析像特性惡化明顯的入射角入射的照明光，可提高對比度。
圖15與圖16示意表示透過本實(shí)施例的其它起偏器21的偏振光的振幅方向的示圖。圖15是將圖12所示的起偏器21的區(qū)域S1～S4，以中心D到某一距離的范圍為界限而改形為區(qū)域S21～S24的結(jié)構(gòu)。圖16是將圖13所示的起偏器21的區(qū)域S11～S18，以中心D到某一距離的范圍為界限而改形為區(qū)域S31～S38的結(jié)構(gòu)。
如本實(shí)施例那樣，將透過光的振幅方向限制在環(huán)狀區(qū)域內(nèi)，則與實(shí)施例3一樣，對于以析像特性惡化明顯的入射角入射的照明光也能提高對比度。
(發(fā)明效果)依據(jù)本發(fā)明的起偏器，通過將預(yù)定位置配置在曝光裝置的投影透鏡系統(tǒng)的光瞳面的中心，使曝光裝置的照明光的S偏振光透過、遮擋P偏振光。因而，通過用透過該起偏器的光來曝光，能夠提高光學(xué)像的對比度，從而提高析像特性。
依據(jù)本發(fā)明的投影透鏡系統(tǒng)，即使數(shù)值孔徑增大且入射角分布范圍變寬也可抑制曝光特性的偏差。
依據(jù)本發(fā)明的曝光裝置，通過用照明光的S偏振光曝光，能夠提高光學(xué)像的對比度，從而提高析像特性。
依據(jù)本發(fā)明的曝光方法，使曝光時的照明光的S偏振光透過、遮擋P偏振光。因而，通過用透過該起偏器的光來曝光，能夠提高光學(xué)像的對比度，從而提高析像特性。
權(quán)利要求
1.一種起偏器，其特征在于包括在中心周圍相鄰地配置的偶數(shù)個區(qū)域；透過所述偶數(shù)個區(qū)域的各區(qū)域的光的振幅方向分布成具有偶數(shù)邊的正多邊形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的起偏器，其特征在于所述偶數(shù)個區(qū)域配置成環(huán)狀。
3.一種起偏器，其特征在于包括具有公共中心的多個透過區(qū)域；透過所述多個區(qū)域的各區(qū)域的光的振幅方向分布成同心圓狀。
4.如權(quán)利要求3所述的起偏器，其特征在于所述多個區(qū)域各自呈環(huán)狀。
5.一種采用起偏器作為光瞳濾光片的投影透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述起偏器包括在中心周圍相鄰地配置的偶數(shù)個區(qū)域；透過所述偶數(shù)個區(qū)域的各區(qū)域的光的振幅方向分布成具有偶數(shù)邊的正多邊形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的投影透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述偶數(shù)個區(qū)域配置成環(huán)狀。
7.一種采用起偏器作為光瞳濾光片的投影透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述起偏器包括具有公共中心的多個透過區(qū)域；透過所述多個區(qū)域的各區(qū)域的光的振幅方向分布成同心圓狀。
8.如權(quán)利要求7所述的投影透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述多個區(qū)域各自呈環(huán)狀。
9.一種設(shè)有采用起偏器作為光瞳濾光片的投影透鏡系統(tǒng)的曝光裝置，其特征在于所述起偏器包括在中心周圍相鄰地配置的偶數(shù)個區(qū)域；透過所述偶數(shù)個區(qū)域的各區(qū)域的光的振幅方向分布成具有偶數(shù)邊的正多邊形狀。
10.如權(quán)利要求9所述的曝光裝置，其特征在于所述偶數(shù)個區(qū)域配置成環(huán)狀。
11.一種設(shè)有采用起偏器作為光瞳濾光片的投影透鏡系統(tǒng)的曝光裝置，其特征在于所述起偏器包括具有公共中心的多個透過區(qū)域；透過所述多個區(qū)域的各區(qū)域的光的振幅方向分布成同心圓狀。
12.如權(quán)利要求11所述的曝光裝置，其特征在于所述多個區(qū)域各自呈環(huán)狀。
13.一種用設(shè)有遮光部的掩模和光瞳濾光片進(jìn)行曝光的方法，其特征在于所述遮光部的延伸方向和透過所述光瞳濾光片的偏振光的振幅方向平行。
14.如權(quán)利要求13所述的曝光方法，其特征在于所述光瞳濾光片采用起偏器，所述起偏器包括在中心周圍相鄰地配置的偶數(shù)個區(qū)域，透過所述偶數(shù)個區(qū)域的各區(qū)域的光的振幅方向分布成具有偶數(shù)邊的正多邊形狀。
15.如權(quán)利要求14所述的曝光方法，其特征在于所述偶數(shù)個區(qū)域配置成環(huán)狀。
16.如權(quán)利要求13所述的曝光方法，其特征在于所述光瞳濾光片采用起偏器，所述起偏器包括具有公共中心的多個透過區(qū)域，透過所述多個區(qū)域的各區(qū)域的光的振幅方向分布成同心圓狀。
17.如權(quán)利要求16所述的曝光方法，其特征在于所述多個區(qū)域各自呈環(huán)狀。
全文摘要
透過起偏器(21)的偏振光的振幅方向相對于位置(D)成同心圓狀。位置(D)與光瞳面的中心一致地配置起偏器(21)。由起偏器(21)變換成偏振光的照明光的光束，相對于光軸形成同心圓狀的偏光面而會聚于晶片上。因此，照明光以S偏振光入射到光刻膠。由此，透過光刻膠的光量不易依賴入射角。從而，提高了在光刻膠中形成的光學(xué)像的對比度，并改善了析像特性。
文檔編號G03B27/72GK1576908SQ20041006287
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者山田哲也, 上野敦史, 岡川崇 申請人:株式會社瑞薩科技