TW440925B - Methods and apparatus for integrating optical and interferometric lithography to produce complex patterns - Google Patents

Description

440925 ，， A 7 _ J__B7 __ 五、發明説明（i ) -技術範疇 本發明一般係關於在半.導镩製造之際，使用干涉計技 術製成重複性結構，尤指干渉計石印術和光學石电術的積 合，在晶圓上製成任意複雜圓型。 背景技藝和技術問題 採用大型積合（VLSI)生產積髖電路的過程，以特性尺 寸愈來愈小爲特徵·。電晶體特性的橫向維度從1 970年的~5 微米（4 K DRAM)降至今天的0.35微米（64 M DRAM)。特性 民寸的繼續改進在於Moove氏定律的整體部份，反映外提 特性尺寸降低，其特徵爲，每三年線型維度減少30%。此 定律基於半-體工業規割，在 < 半導體的國家技術道路圓 >(半導體工業協會，1994年〇裡有實洌，於此列入參考。 在此項過程當中，光學石印術诨留生產應用上的主宰 石印技術。在光學石印術方面進步很多，使規格大減。技 藝現狀的石印工具所用光學波長，從水銀G線（43〇ηιη)蹢至 水鋇I線（3 6 5nm)到24 8DUV(Kr；F畲射）。目前正開發193nm A)^雷射基質的步進器，撬續此歷史性趨向。同時，從0.2 至~0.6-0.7的無數洞孔（NA)改進光學系統。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項苒填寫本育) 有若干因數共同沿此方向ίΐ導額外的重要改進，實不 • 、 * 容易，而業界在石印技術上必須進行重大改變。此等因數 當Φ主要在鉍特性尺寸要降到可行光學波(瘥以下。另外， 在高速電路操作的線寬控制曰見優異，甚至規模減到波長 以下，使線寬控制更難。波長在l93nm ArF以下者，發射 光學材料咸信不可得，薷要過渡至全反射系統◊此項問題 —1 一 本紙張尺度通用中囡國家標準（〇阳）六4規格（210父297公漦） 440925 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 乃因現行多層反射器和非球形光學科技，尚未充分開發至 符合此等需要。最可能的是，過渡至反射性光圈會造成可 能NAs內的大降，減少較短波長的锋處。 高產量生產用充分平均功率的光渾，爲短於193nin波 長的另一主要問題EUV石印術是基於雷射產生電漿 源，和具有多雇反射器的5X縮小、非球形、全反射光圈之 保證策略。然而，·尙未明瞭的是此項計劃是否導致成本有 效的石印術工具，以及時符合工業需要，供下一代石印術 能力之用。 倡導石印技術實質變化的又一要素，圍繞赛未來ULSI 世代所需光罩的複雜性。此複雜性在定義上每一世代增加 四倍（即晶.片上電晶體數量爲Η倍）。此外，對光學石印術 問辑的許多潛在解決方案；集體稱爲析像度增進授南，導 致增加光罩複雜性（例如引進襯線、輔助桿、和其他次宴析 像度特點 >，或需要三維度光罩代替傳統的玻璃上絡笔二維 度光罩（枏移技術此筝趨勢增加高產率製造ULSI結構的 困難和成本。 許多變通石印技術正在研究中，包含X射槔、e射束、 離子射束和探針光技術。各有優缺點，但敢說尙無.一可做 爲光學石印術的滿意變通例。 ’干涉計石印術，即使用二或以上同調I光束產生的駐波 圖像，近來已證明可提供極簡單的技術，以製成以次數代 ULSI的必要規模，例如參見1995年5月16日發猞SteyenR.J. Bruec.k，Saleem Zaid〖和 An-Shyang Chu .的美國專利 -2 - 取紙張尺度通用中國囤家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先聞讀背面之注意事項再填弈本頁)

4T 4 40 92 5 at . _ B7 五、發明説明（3 ) 5,415,835號「押線千涉計石印術」；1 993年6月1曰發給 .... .... ,', StevenR.J.Brueck 和 SaieemH.Zaidi 的美 _專利 5,2i6,257 號「灰微米石印術特性之重®j ; 19S>4年8月30日發給 -StevenR.J. Brueck 和 SaleeinH. Zaidi 的美國尊利「次微米 石印特性之對準方法和裝置j; 年2月2白由Kenneth P.. Bishop, Steven； R. J. Brueck, Susan M. Gaspar, Kirt C.

Hickman, John R. McNeil, S. Sohail H, Naqui, Brian R.

Stallard和Qary D. Tipton提出的美國專利申請案 07/662,67$.號「來自曝光控制用光阻體內潛像的繞射光之 使用 j ; 995 年 2 月 24-..日由 Steven R.J· Brueck，Xiaolan

Chen , Saleem Zaidi 和 Diniel J. Devine 提出的美國·專利申 ' 請案08/399,38〗號「次微米特性的簡陋排列之石印術」； i 99.3 年 '9 月》1 日發給 Richard A. Myers, Nandini Mukhe.rjee 和Steven R.J‘ Bruec|f的美國專利.5,247,601號「含非晶性

Si〇2.h波導結構內大型二階光學非線性之製造配置」； 1993 年 8 月 24 日發給 StevenR.J.Brtieck，RichardA.. Myers, 經濟部t央標準局貝工消費合作社印装 (請先W讀背面之注意事項再嗔寫本頁)

Anadi Mtiskerjee 和 Adam Wu 的美國專利 5,239,407 號「溶 合衾化矽內大型二階非緙性用之方法和.势置」；1991年1 月’ 22 日發：給 Stev_en R.J. Brueck，S. Schubert, Kristin McArdle和Bill W· Mulli草s的美國專利4,987,461號「具有 整流fe觸的高位析像度察覺器j : 1_989年11月14曰發檢 -3 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CfiS > A4规格{ 210X沙7公釐） 440 92 5 A7 ___ Β7 .五、發明說明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再魂寫本頁)

Steven R,J. Brueck, Christian .F. Schauss, Marek A. Osinski, John G. Mclnerney, M. Yasin A. Raja, Thomas M. Brennan 和Burrell E. Hammons的美國專利+ 4,881，236號「波長共振 表面發射半導體雷射」；19 92年9月16日由Steven R.J. Brueck，Saleem Zaidi 和 An-Shyang Chu 提出的美國專利申 請案08/63 5,565號「細線干涉計石印術方法」；1995年3 月 16 日由 Steven R‘J. Brueck，Xiaola.n Chen, Saleem Zaidi 和Daniel J. Devine提出的美國專利部份接績申請案 08/407i〇67號「次微米特性的簡陋排列石印術方法和裝 置」；1993 年 9 月 _20 日由 Steven R.J. Brueck，An-Shyang Chu， Bruce L. Draper和Saleem H. Zaidi提出的美國專利申請案 08/1 23，543號「矽材料內量子大小的周期性結構之製法」； 1995 年 6 月 6 日由 Steven R.J. Brueck, An-Shyang Chu， Bruce L. Draper 和 Saleem Zaidi 提出的美國專利 5,705,321 號「矽材料內量子大小周期性結構之製法」；1996年9月 25 日由 Steven R.J. Brueck, An-Shyang Chu, Bruce L.

I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Draper和Saleem H. Zaidi提出的美國專利分案申請案 08/7 1 9,896號「矽材料內量子大小周期性結構之製造」； 1992 年 3 月 5 0*Κβηη6ΐ;ΙιΡ.Βί3]ιορ，Ι^8&Μ.Μί1·ηει·，3· Sohail H. Naqui，John R. McNeil 和 Bruce L. Draper 提出的· 美國專利申請案07/847,61 8號「來自光阻體內潛像的繞射 光使用於最適圖像對比」；1995年9月8日由Steven R.J. Brueck和 Xi'ang-Cun Long提出的美國專利申請案 08/525,960號「偶極電光學纖維段的製作技術」；5年 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公爱) 經濟部中央標準局男工消費合作社印製 440 92 5 八 A7 ___ B7 _. . 五、發明説明（5 ) 6 P 20 0 ¾^ Steven R.J. Brueck, David B. Burckel, Andrew Frauengla.ss 和 881661112&丨<1丨的_美國專利 5»4g6,498 號「物像 表面應變或移位用真時Speckle干渎計用方法和裝.置」； SIA〈半#體用國彖科技道路圄> (1994) ; J.W. Goodman 〈傅立葉光學入門>第2版（McGrawHill，紐約，i996) ; J.W· Goodman(統計光，學〉(John Wiley，紐約，ί985)_; . Xiaolan Ch+en， S.H. Zaidi，S.R.J. Br-ueck 和 D.J. Devine :〈場射顯示臌用 - ! 的次微米簡陋洞孔^列之干涉計石印術〉，（Jour. Vac. S<ii. Tech.·Β14，3339.3349，>996) ; S.H. Zaidi 和 S-R.J. Brueek 〈多次曝光干涉計石印術> (Jour· Vac· Scif Tech. B1 1，65S， 19 92) ; A· Yariv 〈光學電子學入門〉（Holt. Reinhard 和 Winsto?!,紐約·，1971)。前述全部內容均於此列入參考。 干涉計石印術內的限制空間頻率一般稱爲-λ/2,其中λ 爲雷射波長，而1 : 1綠和間隔的臨界維度（CD)鳥λ/4,與 造像光學系統的限制CD成對比，後者常稱爲kA/NA，、其 中h爲生產公差以及光學系統之函數，λ爲嗶光系統的中 心波長，而ΝΑ离造像光學系統之數量洞孔。L的典型值 在ι.α降至~0.6範圍。此迤於簡化說明喝制規模，但可甩 來解釋重點。193nm波長光學右印術工具用之投射爲0.6 的NA，導致限制CD爲〜0.19微米。栢對地，I線（365ilm) 干畚計石印術的限制析像度爲~〇.〇彡微米（。使用H3nm狻 萇，干涉計石印術的限制析觳度爲~〇.05微米。這已優於 EUV石印辩的現有投射（波萇I3nm, &.1 NA _致ki爲0.6 時的0.08微米CD)。 —5 — φ 民張尺度適用中國國家標準（〇^)八4規格<2丨0><297公釐) ^ {讀先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 線、 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 440925 .； A7 . B7 _. 五、發明说明（6 ) 與干涉計石印術相關的主要阻礙，圔繞充分圖型可行 ^ . 性的碰展，在VLSI和ULSI脈絡中產生有用昀電路®型、 p射^束干涉計曝光在整場貞有產生線和間隔的周.期性圖 型。.複數射束（4或5)曝光產生二維度結構，但也有Μ或柱 等較簡軍重複圓型。使用多重干涉計曝光製成的更複雜_ 構，見於例如1995年5月16日發給S.R.J. Brueck和Saleem Zaidi的美國專利5,415,83 5蹿「細線干渉計石印術之方 法和裝置 j ，以及 Jour. Vac. Sci. Tech, B11，658 (1992)， 另一可行性是合併午涉計和光學右印術達成，如4述專利 所載，迄今證明的是包含較簡單實施例，例如利用千涉計 石印術形成線的排列，利用第二次光學曝光以脚分場域ο 多重曝光已證明產生更複雜，但仍真重裨性結構。 除有限圓型可行性外，目前已知干涉計右印術缺芝獲 得所需結構的充分明確合成痙序。 因此，亟需技術特別在於克服萌案技術相關的前述缺 點。 發明槪要 本發明提供光學石印術和干涉計石印術之積合方法和 裝置t其方式在於克服前案的許多缺點。 本發明較佳艮體例在於提供光學和干渉計石印技'術間 分#石印任務之方法和裝置。按照特佳具、體例，提供一種 光事系統，便利干涉計石印椒和光學石印術的積合，在钶 如半導體晶圓等^同一工作件上產生複雜結構。在較佳實碑 具_例中，二光罩的造型對利用光學系統在晶暉上造像的 二 6 - iT------線.J - j · > j (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 440925 A7 B7 經濟部中央樣率局貝工消費合作社印製 五、發明詳明（7 ) 均；句瞄準光束撕截二部玲。在裝置內加設干涉計光學系 統，以相對於晶圓，法線面的實質上相等而對立角度，將二 光軍像帶到晶圓上。按照此較佳具豳例，米罩相對於光軸 適麁傾斜，產生.像面，在通過干涉計光圈後，與晶圓齒相 符？ 按照本發明次一要旨，g於倡議一種正式分析程序， :以便將任意所需圓:型分成許多特定千涉計和光學石印術·曝 光。 按照本發明另一要旨，多光束干渉計石印術延伸包含 許多單獨的空間頻率，或另類的連續空間頻率範圍，因而 以一次曝#即可方便書寫更複雜的重樺性或非重複性圖 型。 · 按照本發明又一要旨，提供方法和裝置，將延伸多光 束干涉計石印術與光學石命術組合，產生任意結構，析像 度較現行單用已知光學石印術者爲高。 按照本發明又一要旨，提供方法和裝置，在光學上形 成干涉計曝光所用先罩。 本發明又一要旨，在於焊供方法和裝置，以減少組合 光學和干涉計石印洧曝光之光學石印瓣部份內所用光軍之 複雜性。 '圖示簡單說明 < 件： 本發明參照附圖說明如下，其中同樣符號指同樣元 1^41 p圖障幸Si 特定結構分解成長方形以方便傅立葉轉型之簡 -7 - 泰紙張/ί度適用中國國家標準（CNS ) 規格（2丨0X297公嫠） (諳先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 4 40 92 5 A7 ， ______ B7__. 五、發明說明（8 ) 囲，所示長方形稍偏以便圖示清晰； 圄2爲同調和不同調照明的光學轉移功能曲線庙； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 晒3爲利用繞射限制光學石印術工具在規定波長和 NAs所書寫在0.18微米CD的前案VLSI圖型之圖例；左 欄代表不同調照明結果，而右欄代表同調照明結果； 圖4爲使用米學和干渉計曝光組合所書寫在0.18微米 CD之VLSI圖型例； 圖5爲積合光學和干涉計石印術技術脈絡中光罩結構之簡化； 圖6爲按照本發明較佳具氍例，可用於場闌在晶圓上 造像昀光學系統例之簡匾； 圖7爲圖6光學系統的簡豳，延伸至包含干渉計石印技術； 圖8A和固8B爲可用於產生偏向高空間頻率的光罩圖 像之另類干涉計光學系統簡圖； 圓9A机圖9B分別表示使用圖8A光學系統造像的長 方形通孔之焦點內和焦點外SEM顯微照片； 圖，呈現組合造像光學和干涉計曝光之空間頻率 的空間#圖； 經濟部智慧財產局員工消費"合t社印製 圖11 A爲本發明較佳具體例中離開零中心頻率的圖像 偏向空間頻率內容所用光學系統簡圖； 圖11B爲圖11A所示之變通具懺例； β 12A爲使用完全圖型的光罩連同三稜鏡使頻率組件 偏離低頻之次光罩造像所用光學系統簡圖； 圖12B爲12A所示之變通具體例； 圖13爲使用圖11配置的干渉計石印術和造像光學石 . —8 — - 本紙張尺度適用尹困囡家摞準（CNSM4规格（2〗〇χ297公) 經濟部智慧財產局員工消費'合作社印製 j 4 4 0 9 2 5 A7 B7 五、發明說明.（9 ) 印，術（Π L)i!^在波長365 nm書寫於0.18微米CD之VLSI 晒型簡單。 圖使用上述方法和裝置付之實施。 鮫腊例之詳細說明 在詳述本發明之前，先複習傅立葉光學。參見J-W. Goodman著（傅立葉光學概論> 第2版（John Wiley出版， 紐約，1996)，全部內容於此列入參考。 爲簡化起見，下述假設不同調照明，故圖像的各傅立葉 組件可單獨處理和評估。討論可延伸到同調照明的限制，各 組件指渉電場，結果平方以確定曝光面的强度。實務上，實 際光學石印術工具典型上採用部份同調照明。部份同顯的詳 細討論，可參見例如J.W.‘ Goodman〈統計光學> (John Wiley, 紐約，1 985)。雖然使用部份同調照明會增加數學分析的電算 複雜性，另外對本發明所述不會有重大衝擊。 光學石印術系統可分成照明分系、光罩、造像光學分 系、和光阻體光學響應。照明分系之目的，在於提供光罩 的均勻照明。通過光罩時，光束繞射入許多平面波，相當 於光罩圖型的傅立葉組件。各平面波組份在不同的空間方 向傳播，其特徵爲波向量的kx和ky組份。在數學上，記 載於光罩的平面內，成爲： (1) 其中合計超過容許的空間頻率，k广η/Ρχ : 11 = 0,:1:1, ±2…； ky = m/Py ; m = 0，±l，±2…，而Px和Py分別爲圖型在X和y -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂·---------ίλ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 4-0 92 5 A7 B7 五、發明説明（丨9 方向的重複周期。P*和Py可大到印重複囫型的曝光模大 小。由於玻璃上络光罩具有二_透射函雖（备圖素不是1就 是〇)，在式（1)內的傅立葉轉型合計醑好超過sin(x)/x函 • · . .· . 數，適當相移相當於所需圊型分解成長方形。即： (2) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 其中aKbi)爲x(y)內各長方形的內容，而Ci(4i)爲長方形中 心在x(y)偏離座標原點。 k時參看斷1，前述所需圓型分解成長方形，如典型 VLSI閘結構的簡單圖示。尤其是典型閘11的圖示具體例 所示圖型例，是分解成寧數長·方形12-16，在菌丨內錯開 表示以求清晰。 ： 造像光學分系對傅立葉組份傳播於圖像（晶圓）面上， 施以調變轉移函數（MTF)·。爲了具有圓形對稱的有限光圈 之繞射，轉移函數之特徵爲空間頻率，ket?t = NAM，其:中 NA鳥數值孔徑，λ爲中心波長。在不同調照明的限制中， MTF可參見Goodman《傅立葉光第二胺（McGrawHill， 紐約，1996)得之： (3) 2 ’ k、 卜T π cos Xpt j for Jc ^ 其中]i^Vk^ + ky2:而對於 k> 2k〇pt而言， 對同調光學系統，轉移囪數齒單： 〜10 - 本紙張尺度適用中國囡家標準< CNS ) Λ4規格C 2丨0X297公釐） {請先閱讀背面之注項再填寫本頁) -線— 4 4 0 92 經濟部智慧財產局具工消費奋A社印製 A7 B7 五、發明說明（11 ) (4) = \fork < k^andT^ {kxtky) = Ofor> kopl, 其中如上所述，此轉移函數適用於光學竜場，再評估架空 圖像强度。 茲參見圖2,表示此二轉移函數連同干涉計石印術用 的轉移函數，詳後。規模由Ιρ,=；ΝΑ/λ設定，其中NA爲 光學分系數値孔徑，而λ爲照明系統的中心波長。對於不 同調照明21，轉移函數T„k是在光罩施加於强度圖型之各 傅立葉組份。對同調照明22而言，轉移函數T。^在光罩 施加於電場之傅立葉組份，而强度是在晶圓面評估。另表 示干渉計石印術（23)用之光學轉移函數，延伸至2/λ。描 繪圖2所用參變數爲λ = 3 65ηιη和ΝΑ=0.65。圖2的曲線圖 正常化至k/ky,除去對λ的任何明顯依賴性。 最後，在晶圓面的圖像强度即移至阻體，典型上顯示 非線型睿應。在此方面，正調和負調阻體爲業界所常用。 爲明確起見，在此所示計算是就負調阻體而言（即阻體的照 明區保留顯像，而非照明區則除去），須知計算可同樣應用 於正調阻髖，只要將光罩顚倒，使照明和非照明區反榑即 可，爲使計算簡單，光阻體響應可約略做爲步驟函數。即 對低於臨界値的局部强度而言，光阻體可假設在顯像時完 全清理，而對超出臨界値的局部强度而言，阻體厚度不受 顯像過程的影響。實際上，阻體有明確對比，而非局部强

I 度衝擊顯像。此等現實顧慮的衝擊，是在下述結果中除去 一 1 1 一 本紙張尺度適用中困國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公私) --------------------訂---- fi tt i i I It - 1-, - (請先閱讀背面之注意事項再填容本頁) A7 B7 440925 五、發明說明（12) 若干高空間頻率變數》以產生有限側壁斜度，而非由此簡 單模型預見的陡峭侧壁。然而’此等效果不會衝擊本發明 的範圍或內容。 茲參見圚3,前案技術例表示應用此項已知傅立葉分 析，以光學石印術工具於365，248和193 (分別由底往頂 在0.18微米CD印刷典型的VLSI閘圖型。所需圖型在各 晶胞內以虛線表示。只有光學工具印刷的圖案周邊才顯 示。在此等周邊內，阻體曝光，在顯像時保持完整無缺； 1 周邊外，阻體未曝光，並在顯像時除去（負阻體）°如上所 述，對分析只是簡單修飾，將此對正阻體的響應反轉。圖 型爲周期性；因此，在實際曝光中，各晶胞會重複多次， 當然，割分各晶胞的框不會印出。在圖3上爲提供更多資 料，相鄰晶胞顯示不同曝光工具和照明條件的結果。NAs 對365nm(I線）設定在0.65，對248nm(KrF雷射源）和 193nm(ArF雷射.源_>在0.6。左欄表示不同調照明結果，右 欄爲同調照明。由背景段內呈現的簡單分析可預計，I線 光學石印術工具不能方便書寫0.18微米CD結構（例如最 低析像度~1^11/^人〜0.8\.3 65 /.65~0.45微米）。印刷形狀顯 示由可得有限頻率組份造成嚴重失眞；當然，同調照明圖 像並非均勻二個分開特點，而是併入單一結構。雖然圖3 上未示，圖型對製法變化亦極敏感，顯示光學曝光水平內 小變數的大變化。由248 nm光學工具可得圖型有重大改 進；然而，仍然顯示邊緣的明顯圓滑、偏離所需結構》連 1 93nm 土具可得圖型也離理想甚遠。 f - 12- 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------— II I — I ----- I I I 訂 — 分 <請先閱讀背面之注§項再氣寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合t社印製 4 40 9-2 5 A7 B7 五、發明說明（13) 前述程序可用來分析光學和干渉計石印術間之石印任 務。此項分析技術爲本發明之核心。 (請先閱讀背面之注意事項再填"各頁) 在詳述標的分析技術之前，先說明干渉計石印術用的 MTF之評估。 更具體言之，最簡單型IL使用二同調光束，以晶圃垂 直面上同等而相反的方位角（Θ )入射於基材上。在晶圓的 强度爲： (5) IIL(x) = 2I0[l+cos(.4Kksin(e )x + tp)] 其中各光束强度分別爲I。，hl/λ，λ係同調光束的波長， 而柑因數φ說明圖型相對於晶圖座標系.統的位置。在多次曝 光（即內曝光對準）中必須適當調節此相因數，以便形成所 需最後圖型。此爲整數MTF，即强度最低時到〇。空間頻 率爲： (6) kx = 2ksin(0) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而最大空間頻率爲λ，此需與造像光學系統的 最大空間頻率，即= 相較。再者，對所有 k<kIt，干涉計曝光用的調變轉移函數典型上爲整數，此 爲圖2所示，連同同調和不同調照明光學造像系統二者之 相對應MTF，重要的是要記得同調照明用之MTF係應用於 電場的傅立葉組份，而非强度。採取强度涉及的非線型 一 13 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 440 925 A7 B7 五、發明說明（14) 平方操作，產生頻率組份向外延伸到2X k。,，。 因此，按照本發明所需圖型的明確曝光程序，圍繞著 光學和干涉計石印術。按照特佳具體例，光學石印術主要 用於提供低頻組份，而干涉計石印術主要用於提供較高空 間頻率組份。臨限値在頻.率（即最大和最小空間頻率）和振 幅（消除傅立葉振幅低於預設水準的任何頻率組份）二方 面，均設定在干涉計曝光。對前案實施例（圖3)所用同樣 VLSI圖型，如圖4所示。 繼績參見囫4,左欄顯示設定頻率限制之例。左上格 使用干涉計石印術可得之整個頻率空間，因而在此情況 下，不需光學石印術步驟。所得圖型爲任何前案例所需圖 型的較近圖示，甚至是實質上較短波長；然而在此例中需 要51次曝光。左櫥下方二格是光限制低頻，再低頻和高頻 之例。在各情況下，低頻組份是由光學曝光所提供。右欄 表示在干涉計石印術曝光强度上設定臨限値的結果。逐渐 提高臨限値（頂到底）逐淅產生較少干涉計石_術曝光，並 逐漸減少所需結構的理想近似値。此現象强調曝光數之間 的平衡，此涉及曝光時間的生產成本，和圖型傳眞度。此 平衡按照本發明敎示，可在各水平的特殊脈絡內有利最適 化0 如上所述，面對光學石印術主要難之一是增加所需光 罩的複雜性。由於在此概述的分析程序，宜實現圖像的低 空間頻率組份用之光學石印術，並利用干渉計石印術供應 高空間頻率組份，即可劇降光罩複雜性。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ϋ ϋ ϋ n n I n I I I ft 1 I 1 { I^eJ· n *1 I n f# 1· 1 I I - - .-. - _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鯉濟部中央樣準局員工消费合作社印裂 '440925 , A7 _._ B7___ 五、發明説明（15) β茲參見圖5,使用前例再春示囫4所示之類似VLSI圖 型，其中光學石印術爲達低空間頻率組份之目的，而午涉 計石印術則用於光罩的高空間頻率組份。更具髏言之，圓 5的左格義示使用完全光章結構（虛線所示），只印刷（木同 調造像）低空間頻率份（達kwPNA/λ)所得圓像◊右上格 表示加51次干涉計皞光(貧線）（見圖4左上格），和以簡單 振幅臨限值（虛線、限制干涉計石印術只有七次曝希的結 果。此等結瑪寘質上等於寧4所示。圓5左中格表更簡單 光罩（標示之簡化光罩A，以虚線表示），以及當此光罩通 過造像系統，對超過造像系統內固有的空間頻率無所限制 時，所得強度造型。此光罩遠較完全圓型爲簡單，但在光 學工具的限制頻率空間內，可製成極爲相似的結果。光罩 圓型A是由上格內低頻率結果，利用試誤法導辦，令A圓 型通過上段所述造像模擬而得。須知由於重複性圓型，圖 型AR是每重複單位有單一長方形通孔。 繼續參見圖5，.右中格表示使用光學曝光所用鲔化圖 型A，並增加干渉計石印術曝光（無臨限值，全範圍的可得 空間頻率）之結果，和完全光罩極爲近.似。斷線曲線表示七 .次干涉計石印術曝光。低頻光罩甚至可進一步簡化至左下 格所示簡單直線段。因爲是婁複性圖型，剛好是跬伸於模 具壳全髙度的寬線。 < 圖5的右下格表示使用51次（實線）和7次（斷線）干渉 If石印術曝光，增加高頻組份的結果。此結果極接近完全 光罩所得，且遠較甚至193nm光學曝光工具可得者爲佳。 —1 3 — 本纸张尺度適用t囡國家橾準（CNS > Λ4規格U10X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填f頁)

4 4 0 9 2 5 A7 B7 五、發明說明（16) (請先閱讀背面之注意事項再填#本頁) 所得曝光之間極少差異，表示簡化光軍可用於光學石印術 步驟，減少光罩造成困難，仍能保有良好的圖型傳眞度。 如上所述，對於個別水平、曝光次數（生產量）與圖_型傅眞 度之間需小心平衡。 在單一曝光時組合多數（二以上）光束，亦可減少干渉 計曝光數。此簡單實施例在Steven R.J. Brueck，Xiaolan Chen, Saleem Zaidi 和 Daniel J. Devine 在 1 995 年 2 月 24 日提出的相關美國專利申請案08 / 3 99,3 8 1號「次微米特性 的簡陋排列石印術之方法和裝置」稍有論及。此先提出的 申請案提供一系列技術，以供書寫特殊二維度曝光，尤其 是正光阻體層內之洞孔簡陋排列（孔徑：內孔距> 1 : 3)， 其中提供三、四和五光東曝光之特例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 干涉計石印術曝光場域，常需要而且常必須劃分。單 一曝光的典型模具尺寸（目前爲2〇X3〇tnm2程度），遠較晶 圓尺寸（20 0 mm至3 00mm直徑）爲小。爲了模具全面獲得均 勻曝光，光束乃跨越場域大小擴張並轉型爲均勻强度。然 而，光束邊綠必須非均勻，而如果容許晶圖曝光，會導致 實質上圓型不均勻性。對此設址之一項技術是，在剛好晶 圓上方增加場闌（光罩）通孔，以劃分曝光面積。然而，此 項策略的重大問題是圍繞通孔的繞射效應。由繞射理論， 此等延伸~1〇^1進入圖型，其中L爲場闌至晶圓的距離。 對實際贫離距離L〜lmm而言，此項繞射振鈴延伸~〇.3mm 進入圖型。在許多應用方面，此項結果不能接受。消除此 項振鈴的一種技術是，使通孔邊緣隨機粗略爲波長的規 —16 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 440925 A7 B7 經濟部中央標準局員工，消费合作社印裝 五、發明説明（17 ) 的。場，不會同調增加背離邊緣’ 更能保持懞統石印術骓提供增進可行性的另一變通 例，是使場蘭運動離開晶圓，並增如光學系_，同時具有 二項功能：（υ將場閬造像於晶圓上，（2)將入射於場闌的 暗準光束轉型爲晶圓上的瞄準光束° 參見圖6,場酹31在晶圓S2上造像所用光學系統的較 « 佳具體例，包括ώ鏡33,34，焦距分別爲心和，光罩31 放在第一凸鏡33前的距離h，其中凸鏡間分離以fi + f2爲 適度·，而晶圓32放在第二凸，鏡34後的距離G _像放大 ,。場闌適放置放在第一凸鏡33之前，以瞄準筘雷射 源（即波陣面具芦極大曲率半徑）照明，並·在場閑全面大約 均句。在此組態中，波陣p的’曲率實貧上不受此光學系統 的影響。在晶圓的場閬圊像之繞射有痕邊緣限制，與波長 呈適當比例，而與光學系統的數值孔徑呈反比。此只是光 學系統之一類，用來兼轉移光罩圖像，同時保持總體波:陣 面平坦性，特定適當光學系統的一般'條怦，是描述光學系 統的總體ABCD射線轉移矩陣之B和C項條件爲0。參見 A. Yariv (光學電子學槪論 > (HoHs Reinhart 和 Winston,紐 約，1叨1)，討論到ABCD射線追蹤轉移矩陣6 此項造像系統的數學描述，直接針對上述導引的傅立 菓充學概念。由於光罩照明是用同調均勻,先束，p用同調 造像分析。剛好光罩後的電場衬以寫成： (7) = iZmxtky)en^xei2sk>y 17 本紙張尺度適用中國围家標準（CNS ) ΑΊ说格（21〇X297公釐） 請 先 閲 面 之 注 事 項 再

iT 經濟部中央榡準局舅工消費合作社印^ 4 4 0 9 2 5 at B7 革、發明説明（18) 其中M(k*，ky)爲半罩透射函举昀傅立葉轉型，假馘分開爲 對非周期性光罩圖型而言，kx，ky的總和改以薄常方式 的镇分6通過光黌系統賦有調變轉移函數： T£(kxtky) = \ for ^k]+kl <kept ξ ΝΑ/λ (8) =〇 for 批+k2y>kopl 其中Ε附註在於瘥醒此轉移函斡應用於雩場而非強度。在 晶圓的電場爲： (9) Emcak(x,y) = 而萍度爲：· (10) =ΣΣΣΣ 禅聯;*，（)·，〇 严 *； *；· *； *； = ΣΣ《（，0〆、21^·'. *： *； 其中I爲強度的傅立葉轉型，對簡單透射光m爲真，而k〆 和k/上的撇號表示平方運算的結果，由電場傅立葉轉型的 1^和ky適當合計組成，並延伸至2x1^^。 由光罩限定的_頻圓型可藉分裂光徑<和引進干涉計光 學，而移到較高空間頻率。菝參見鼸7，本:_柄較佳具體 例義示圄6的光學系統，延伸到包含在右印術系統內稹合 千涉計技術之裝置。寅真體而言，各光罩41,42不一定 _ 18 — 本紙張尺度適用中囷园家標準（CNS ) Λ4現格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

-.1T 4 4092 5 # A7 ._ . _ B7 __ 五、發明説明（19 ) 相同，適於引入於光束的二部份（例如二半），睡示呈上下9 爲補正最後光學元件在相陣.面引起任何傾斜> 此等光罩宜 放斜，使最後_像面在晶圓：平辱上。光學系統包含凸鏡 33,34，其位置.參見囫6。最後，引進干涉計光學，以提供 高親偏向。 囿7所示干涉計光學系統適度包括複數（例如四個）鏡 子（45,46,4.7,4 8)，將光束分裂成各段（例如二段），在晶圓 15面干擾。在圖示具體例中，干涉計光學系統適於構成把 - ' . y 光罩崮像帶到晶圓上，以對晶圓法線呈實質上相等而對立 角度。此系統的優.點包含二光束有同等中心途徑長度，而 無感應像散現象。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閏讀背面之注f項再填寫本頁) 茲參見圖8，可採用各種變通具饈例，產生偏向高空 間頻率的光罩圖像。具體言之，囫8A採用簡單的Fresnel 組態，包括Fresne丨透鏡34和鏡子51，其造型可將光罩圖 像應用於工作件（例如晶圓）32。雖然圖8A的造型有吸引 力，其造型更簡單到只涉及一鏡子（51)，二中心途徑長度 不等，需要二光罩用的不同光罩面。圖8B表示三椟鏡（52) 造.型，其中中心途徑長度相等，但三稜鏡引準像散現象， 在X線和y線需要不同的光罩面。 此等系統的數學描述茲由圓7衍導，需要不影響基本 結：燊的小變化，以適用此項描述於圖&的<另類光學程序， 操用方程式9於圖7的光拳系統，得： 本紙張尺度適用中国國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） MO 92 5 A7 B7 -i2«m〇c 經濟部中央標準局貞工消费合作社印¾ 五、發明説明（20 (11) ΣΣΜ(Κ·)τ^，\.)#ν2 其中附註u，i加在光罩傅i葉轉萼，表示不一定柄同； W = Sine/X爲利用干渉訐光學加於各光束的空間頻率偏 向。採用強度得光:阻體law上印出的圖像： f^r(^y) = = ΣΣ*. (Ckiy'-^e12^ + ΣΣ^^Χ)βί2πί：χε2Ά*> k'· k\ t: *; (12). . V *，*， *, *; 而在特殊情況下，二光罩相當，可改寫成： (13) = 2ΣΣ) 方程式（13)相當於高頻干涉計圚型調變的光罩圖罈。例如 若光罩圓型只是場闌，則所得印刷阖型爲髙空間頻率線： 空間圄型，在邊緣利用場闌劃分V如上所緙，場閬的邊緣 * ·- 典型上利用光學系統的限制，限定在~λ/ΝΑ距離內。更辑 雜的光罩圓型顯然可拧；當然，以引進本發明'干渉計光學 系統的額外高空間頻率調變，在光學系統<的空間頻率限度

內，可複製任何光拿商型Q 茲參見圄9，表示複數微照片，呈現初期實驗 證明，使用圖8A的光學配置，在限定場內印出均每線：空 一 2 0 — 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先Μ讀背面之注$項再填寫本頁)

^ 40 92 5 1 A7 _____B7_ 五、發明説明（21 ) 間圓型。光源爲在364iim的氬離子雷射。此爲極低NA光 學系統（〜〇.〇6)，使用唯一單元件的未校正球形透鏡，使繞 射限制的邊緣限定只有〜6微米，可能從透鏡像差有重大貢 獻。上方二SEM(圖9A)表示焦點內情況。場闌的垂直邊（與 干涉計光柵線平行）和水平邊（與干渉計光柵線垂直）二者 都限定在〜10微米內。此邊緣限定在理論繞射限度 (11>^八〜4微米)的2_〜3因數內。須知〇.9111111的光柵周期，基 本上提供隱藏式測量裝置。相對地，下方SEM(圓9B)表示 焦點外情況的類似結果◊在邊緣的強度邊緣是繞射所致； 與第一邊緣相距〜30微米，可用校正與焦面的距離（即去焦） 約 3,5mm 〇 方程式〗3可重寫，以強調與此圓像相關的空間頻率貢 獻之分佈： Q力，少）口 2ΣΣι 吃叮1+c〇 物收)〕 (14) “ .· =2ΣΣ丨（CI)〆+ΣΣι (t Ο〆*严…(21"々+e训卜。 經濟部中央標準局負工消費合作社印装 (請先聞讀背面之注意事邛再填寫本頁) 詳究方程式（14)，有三區頻率空間，具饊重大頻率內容： 低頻區，以透鏡系統改變，並以強度條件呈現，而此強度 圖型有二複製，一移動+2 wx，一移動-2 wx，爲干涉計光 學命結果。此種情形如圖I 0 A所示，爲全，程頻率空間的適 當模式，使用諸如圖8A所示光學系統例，以方程式14所 述曝光掩蓋。具體而言，可得頻率空間的全程，造型爲大 圓圈104，半徑k1L=2/\，三個小實圈1〇6，108，110，代表 -21 — 本纸張尺度適用中國國家榡率（€奶）以规格（2】(^ 297公浼> 440925 A7 B7 五、發明説明（22) 前述三區頻率空間，有重要頻率內容。對圓9證明所用光 學系統而言，低頻率區包含在半徑2kept42NAM的圓圈內， ΝΑ = 0.06，以干涉計方式產生的二區，對0.9¾間距的光 柵，偏離2w = 2sin(e)M和sin(弓）= 0.2。各偏離區的半徑與 低頻區者相等。由方程式3，光學系統的MTF沿各頻率區 的徑向單調地降低，到圚10A所示圓圈邊緣爲0。須知單 憑透鏡光學系統（圓6)無法產生0_9_周期先柵，而與透鏡 系統組含的干涉計系統（圓8 A)，移敷圖像的頻率內容至產 生光柵所必鼙的較高頻率，又能保持低頻區内容，形成圖 像面積。重要的是組合光學系統所#圖像，其頻率內容涵 蓋頻率空間的連續區；相對地，上述周期性結構的討論中， 頻率空間內只有點爲了小周期圓案分離較寬（在X爲12 X CD，在y爲5X CD)，才需複製圄型（參見上述就圖1、圓 3、圖4和圓5所論）。 爲此第一次證明，使用樺中庸的光學系統。由圓10A 可知，所得圖型只涵蓋可得頻率空·間的很小區域。團丨PB 表示以少數曝光和中庸光學系統，例如0.33的透鏡ίίΑ， 租蓋更多空間頻率空間的可能性，頻率空間內的偏離菡， 顯示於1^和ky方向。凡此可使類似圖7和園8所示光學系 統的二次曝光，或以就平面波情形（例如頻率空間內的寧 點）'所論四光束干涉計系統的一次曝光爲之，後者見Steven R.J. Brueck, Xiaolan Chea, Saleem Zaidi SJ Daniel J. Devine 在1995年2月24曰提出的美國專利申請案08/399,381號 f'次微米特性的簡陋'排列石印術』。因爲頻率組份沿I和 -22 - 本紙張尺度適用中囡國家搮準（CNS ) Λ4说格U丨0 X 297公釐） 請 先 閱 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本、 頁 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 r、440 92 5 A7 B7 五、發明説明(23 ) ky軸線的栢對相，逐一圓型有異，很可能需要二次曝光。 建Μλ/3的NA，因爲這瘥坶三圓圈中間的直徑，可達成頻 率空間連續涵蓋的最小NA J由於先學系統在圓圈邊鉍的 親率#應不充分，不是增加曝光便是需加大ΝΑ光學系統， 以達成堯全涵耋。直辕圓型的頻率內容大部份集中在接近 kx和ky軸線；故此氣率空間涵蓋，可令人滿意。杏則岢鳾 需要採用增加曝光，增加光束途徑，或二者兼備。 即使以足夠大的NA充分曝光，確保頻率空間的完全 涵蓋，此項配置仍然不宜容許任意圖型的造像。因爲各強 度圖型代表真實光罩圖像；對傅立葉組份有若干拘束。尤 其是例如對方程式1〇所述簡單透射光罩而言，光罩爲實像 而且正像後的強度需： (15) I(kx,ky)=I ^ (-kx,-ky) 對最後圖像必須保持此相同關係。然而，干涉if光學系統 賦予更拘束關擦，例如： (16) =1(^+ 2w,ky) = I \~kx - 2w-ky) ~i(kx -2w7ky)~i'(~kx + 2w,~ky) 對_後圖像而言，還是必須保持各線上所(示成對關係，但 此荸對偶間保持的關係需芦度拘束最後圖像。 按照本發明，至少有三個措施方案調解前述拘束：（1) 重疊多次曝光，以打破此對稱；（2)使角相光罩或其他三維 —2 3 _ •m * 本紙浪尺度適用中国國家標準（<：Ν5)Λ4規格（210X29?公釐}

面 之 注

I

頁 4 40 92 5 A7 B7 五、發明説明（24) 度-光罩，打破.方程式15铕述整髖對稱；（3)改變光學系統， 在上、下臂使用不同光罩，.並引進另外光圈，將頻率響應 中心移離kx=ky = 0，庳正、負頻率條件利用透鏡MTF不同 權衡。 重大實際重要性的（上述）（3).的特殊情況，可在一臂， 例如干涉計系統的上臂，兒放置場闌通孔，而在下臂放置 更複雜光罩得之。方程式12可寫成： r(^.y) = ΣΣh(K.Oel2'ίt^Ie'2^lt^'^yc〇s(4mw：) *； *； . ρ： * - · (17) --·ι+ΣΣ^(Κ^Ο^η〇^ κ κ κ ' , = ι+ΣΣιχΚΧ)^β<2κΐ>+ΣΣ^(κ^(ΚΑ·^^^ ky kf Jt, ^ 卞 方程式17是假設場閬充分大到與]^相關的傅立葉組份頻 率違較爲小所導衍。更具體言之，方程式17總計中时 各頻率可改爲適當函政，把圓型限制到場闌限定的面積。 即： 經濟部申央標準局負工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) sin:-A:>/-kxik'y-ky)d^ 其中a栢b爲場蘭的直線維度，使用傅立1葉轉型對偶中取 大和迴旎間之等值。 此項結果仍未完全解涞有闕方程式16所徉意的拘束 論題。 一 2 4 — 本紙張尺度適用中國园家梯準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 440925 Α7 Β7 經濟部中央標準局I工消費合作社印製 五、發明说明（25) 具體Μ言，對傅立秀係數有所拘束，例如 MidhhMd-kx.-ky)，輿徉意最後圓像不一致。如上所 示，此可藉光學系統中心頻率響應移離|i|=0而避免。完成 此舉之.一種可能光學程序，如圖11所示。 兹參見蹕Η，.採用有效光章41，42，光罩41適度包括 簡軍開啓場闌_孔。三稜_ 71適度放'在光覃42後面，提 . / · 供頻率組份的角位偏差。圖示中心光束7 2,73提供額外資 訊。三棱·鏡72宜選用光罩42出來的零__組份指向透鏡 33通孔邊緣。在此造垫中，三糙鏡71有琢触予整體傾斜或 偏向w,iu透鏡系統所接受的頻率組份。在圖示具體例中， 三稜鏡角度遴擇把光¥42出來的零空間頻率射束傾斜，使 其剛好錯過第一透鏡（33)的羅孔。將結果特定簡單場闌通 孔，一如上光罩，再簡略化，則此通孔的非零傅立葉係數， 頻率遠較光輋者爲低，起初可略而不計，光罩的總場變成： A1〆 , 而強度爲： ·· . /(x,y) = |£(.r,^)|- = l^Z^t(K，ky)TE(kx~w,lnky)e12^ k r 乂 ·', (20) +ΣΣ ^',(Κ>Κ)Τε{Κ - wIilnky)e-llxik^+lv)xen^y ky < . +ΣΣ v L k· kr 藉調铈wmt，使例如p有正kx被透鏡系統所接受，最後拘 —μ 2 5 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210>α97公釐） (請先聞讀背面之注f項再填寫本頁) 訂 .LilLUUU: 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 440925 · A7 _. . _ B7_____ 五、發明説明（26 ) 束於形成住意囫_則被除去。須知使用圖11所示三稜鏡可 有許多變數。例如，三烤辑可放在光罩前面；可改用透射 或反肘中所用適當繞射光柵；可甩傅立葉平面濾波器（例如 在光學架統內第一透鏡（33)的焦點），只遵擇光罩透射的適 當支組。 使用此構想可發生的圖型計算，如圖13所示。左上格 (標示Al〖freq·)^示使用全部合理可得干涉計曝光的結 桌。包含此格用來比較，表示多次曝光可得之最佳圖型， 基本上與圖4左上格相同。左中格表示二次曝光（造像干涉 計曝光和不同調照明、的光學曝光）的結果。此左中格表示單 一造像干涉計石印術（II L)曝光，使用圓11配置，在y或 垂直方向偏離*以及傳統不同調照明时光學曝光，組合之 結果，二者均用0.4的中度透銳NA。左中格所示例中，造 像干涉計曝光宜利用圖Η的三稜鏡71，例如在y空間頻率 0.5處備壓。按照較隹具體例，此項偏壓再以干涉計光圈(例 如圖7之鏡子45-48)有效隱藏，終於產生圖型甩的適當頻 率分佈。具有所_圓型的光罩適度放在光學系統之一臂， 把場劃分的開啓通孔則適度放在另一臂。例如圖1 3所示， 圓型在水平（X)方向以周期Px=12 CD，而在垂直（y)方向以

Py=5 CD重複。傅立葉系列的圖型表現具有頻率組份 » (ns/Px + my/Py)。正常化爲C卩的相< 對-應空間頻率爲 00/?, = 0.083. m CD/Py = 0.2，而可實際實現午涉計石印術 所支铮（n，m)最.大值之電流爲（II，5)，即naax = Int ，其中1111函數回到幅角的犛數部 -26 - 本纸張尺度通用中囡國家標準（CNS > A4規格（2!OX297公釐〉 ---------βII .. 一 .. (請先聞讀背面之注意事項再填斯木育) 訂 440 925 Α7 Β7 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印裂 五、發明説明（27) 份。選用三稜鏡卞1 ’使全部頻率傾斜Wlilt=0.5。所以，高 空間規率傳立葉組份’例.4 ’移至透鏡3 3的聚光錐 體內。選Μ例如圖7所示_子45-48等干涉計光會引進的 偏向Wil，使2 ，偏離傾向正好取消干涉計光圈增 加的偏向' 繼續參見圓，左T格表示0.7的透鏡NA之類似計 算。有趣时是，雖然圓型时_左和極右邊更充滿較高NA， 惟底部特性中心的標記，在較高ΝΑ比較本明確。大部份 是因爲此特性在X方向需荽較高空間頻率組份，未由干涉 計或造像光學曝光所最適供應。此可在右上格修正'，該格 表示二秀途像干涉計曝光，一次在向同樣wtnt=o.5， 一次在X偏向同S，供提更滿运明確此#性所必要盼空間 鎮率，加上不同調照明撢準光學曝光的結果，全部都用0.4 的透鏡NA。顯然對此曝光的標記更爲明確。水平铐的波 紋結杲，乃因較低頻率組份未確實呈現正確振_和相。此 等組份由各造像干涉計曝光（方程式1 9的第2項）以及光學 曝光所致。由於最現實的微電子圖型不免在二方向都有小 1 ! 特性，大多必須二次干涉計曝光。右中格表示以單一低頻 率曝光（在頻率λ/Ρχ)，代替傳統光學曝光的結赛。此結果 很像上一格，但所需曝光遠較簡單。最後，右下格表示使 甩ΝΑ = 0.7透鏡的二次造像干涉計曝光，建同在Ρχ的攀一 、 干涉計曝光之圖像計算。此項結果幾可與左上矫示可能蕞 隹圓型媲美伹需三次曝光，並可興微電子盧理的完全繪 雜性相容。此等實施例用來說明造像干涉計和缚統造像曝 —2 7 — 本紙張尺度適用中國囤家標率（CNS ) Λ4規格（2丨ΟΧ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填??·:本頁) 訂 '440925 A7 • ___ . _B7 _____ 五、發明説明（28 ) 光組合所容許的可行性。有許多方式可達成所需結果 極爲重要的·是，造像干涉計曝光不限於結律的周期性 排列。此可由非重複性場蘭的較早造像例證明，任何Μ意 圖型可描述爲傅立葉滚列，其中重複性周期爲曝光場。對 典型的ULSI規模兩言，意即有極多數的傅立莾組份必須包 含在內(例如潛在性在1億之譜），如果個別傅立葉組份要 分開曝光，顯然不切實際；但對造像干涉計曝光不成問題， 兼具處理大量頻率組份的簿像光圏和干涉計之能力，容許 高空間頻率。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製， 有若千最適化可能性，可在本發明脈絡禋進^步開 發。例如，全部曝光分成若干副曝光，成爲率直程序以調 節此等曝光之相對強度》再者，造像千涉計曝光涉及二（或 許更多）光學途徑，還可在此等途徑調節光束的強度。另 外，上述（圖ί 3)最後二格，有時對於在各種副曝光之間調 節透鏡ΝΑ有益。即不同調光學曝光用之透鏡ΝΑ可減至只 通過簡單干涉計曝光中所用單一頻率組份之點。干渉計曝 光中二光束強度栢等，而每次曝光的強度亦等於全部造释 曝兜，對簡單干涉計曝光（即只有二光束；各臂有場閬辑 孔）而言，強度調至具有最符合所需圖型之品質。 保持特定程序，以特定和製作限定任意圖像所需的光 罩。須知如今此爲系列副光罩，因爲頻率^空問的不同區需 要不同副光罩以形成完全圖像，副光罩阶總置特別由囪像 的空間頻率內容，障光中所用光學系統之ΝΑ，以及所需 圖像傳真度決定。上述數學產生函數性設計裝賣。然而， —2 8 ^ — 本紙張尺度適用中國囡家標準（CNS)A4说格（210X297公嫠） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製· 4 40 92 5 、· A7 _______B7_' ___ 五、發明說明（29) 眞實ULSI囫型的複雜性使此成爲困難的任務。原則上， 要複製的空間頻率數，可與圖像中的囫素數一樣多，爲2 Χ3〇η 2圓像，而〇18微米的CD可多達2Χ1〇μ! 茲參見圖I2,另一措施是使用光圈，由完全形成釀型 的原有光罩製成光罩。以不同調光照明利用現有光罩製造 程序，例如電子射束直接書寫圖型，書寫完整圖型光罩 (8 1)，不需任何析像度增進，諸如襯線、輔助桿或相移。 光罩後面是三稜鏡（82)，使出現的波陣面傾斜，功用與圖 11Α內三稜鏡相似。另外如圖11Β所示，三稜鏡（82)放在 光罩（8 1)前方。此舉在光學系統（透鏡33，34)所造像的空間 頻率引進偏向wbiiS。在晶圓面的强度圖型以下式表示： (21) J(x,y) =

I 此强度圖型除晶圓造像外，可用於光罩胚材（83)曝 光，隨後顯像和圖型化，形成副光罩。準確而言，此副光 罩宜用於圖11之配置，在晶圓製成所需傅立葉組份。坦率 言之，滿足此關係： (22) 2w = wbijs 可方便在晶圓面上製造適當空間頻率° -29 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公芨） --------訂--------線 II..': 1 ! (請先閱讀背面之注意事項再#·#本頁) 440925 . , A7 ____ B7_；_'.. 五、發明說明（3 0)

I 圖I4舉例表示使用上述方法和裝匱付之實施，顯示實 驗與造型間之優異相符，而使造型正當。結果明顯示前 述發明導致對指定透鏡系統解析之極大改進。對此等實驗 而言，本發明人等使用廉價無色的双合透鏡。透鏡縮小光 圈到NA只有0·04，以確保較無像差的影像。圖案含有五 個相套的L字形，中心特點加長以提供分離線，而大10x10 CD2盒直接靠近密集線。重複圖型利用40 CD分開，提供 大爲曝光的影像，供嚴格測試散射光的效果。由此圖，諸 特點係在2-p mCD。左上圖（圓MA)爲習知影像（同調 照明）的結果。在CD的小特點（高度空間頻率〉並未解 析。左下圖（圖14F)表示造型.結果。有極佳的配合。 中上圖（晒14C>表示二次順序偏差曝光的結果，一 次在X方向，第二次在y方向。捕捉到相當於密集線：空 間圖型之高度空間頻率資訊，但缺少低頻資訊。造型結果 仍然有良好配合，特別注意L字形的角隅未與實驗配合印 出。 .. 最後，左囫（圖14A和圖MB)顯示完全三個順序曝 光影像干涉計（IIL)的結果，印出完全圖型》與模型仍然 . · · 經濟部智慧財產局貝工消費'合作社印製 配合很好。 一 3 0 — 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐）

Claims (1)

1. A 4〇 92 δ A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部中央標準局貝工消費合冷社印装 ./} 1. 一種基材上光敏性材料內之二維度空間晒下 述製法所得： 使用第一光學配置將該光敏性材料第一次曝光，該 配置包含第一次照明系統，提供第一光罩之照明，其特徵 爲，和該基材上的第一光罩圖型，和在該光敏性材料上供 該第一光罩圖型造像用的第一造像系統，該第一次曝光具 有第一强度圖型； 使用第二光學配置將該光敏性材料第二次曝光，具 有第二强度圚型； 其中各該第一和第二强度圖型，具有形成該二維度 空間圓型所必要的空間頻率之支組； 將該第一和第二强度圖型組合，因而在該光敏性材 料內形成該二維度空間圖型；和 處理該光敏性材料，具體呈現該二維度空間圖型 者。 2. 如申請專利範圍第1項之製法，其中該光敏性材料 爲光阻體層者' 3. 如申請專利範圍第1項之製法，其中該基材爲晶圓 4. 如申請專利範圍第1項之製法，其中該處理造成該 光敏性材料的物理變化，使該光敏性籽料有光罩的作用， 按照該二維度空間造型改變該基材之適當性質者。 5. 如申請專利範圍第1項之製-法，其中該第二光學配 置包含第二照明系統，以提供第二光罩之照明，其特徵爲， —3 1 — 本紙張尺度遑用中固國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請 先 閲 讀 背 ι6 之 注 % h 頁 裝 訂 ，線 440925 A8 B8 C8 D8 經濟部中央椟準局貝工消費合作社印製 六、申請專利範圍 在該基材上之巔二光軍圓型，以及在該光敏性材料上供.該 第二光罩圖翠造像用之第二造像系統者& 6. 如申請_利範圍第5 ¾¾¾¾，吴申該箄亡光拿酝 ... 二y . . . ; H ；' 置又铒含第Η照明系統，提供第三光早的照明，其特徴爲， 茬該基材上之第三光軍圄型，以及該第三光軍圖型造像用 之第三造像系統.，使用相當於該第二光單圖型和該第三光 圈圖型之電場，同調干搔*在該光敏性材料上提供强度圖 型者。 7. 如申請專利範圍第6項之製法，其中該第兰光軍實 質上與該第二光軍一致者。 8. 如申請專利範圍第1項之製法，其中該第一和第二 曝光步媒在時間上順序進行者。 9. 如申請専利範園第ί項之製法，其中該組合步驟包 含的製法是，使用正交極化的照明源，實質上同時增加該 曝光之該第一和第二强度囫型者。 10. 如申請專利範囪第1項之弊法，其中該組合步驟包 含的製法是，使用彼此不同調的照明璩，實質同時增加該 曝光之該第一和第二强度囫型考。 11. 如申請專利範_第1項之製法，其中該第一次曝光 步驟包含製法是，使用具有在第一波長λ,的照明源之第一 個光學石印術曝羚系統加以曝光，其特徵爲第一數傅孔徑 ΝΑ把該二維度空間圖型的較低空間頻率組份，提供給該光 敏样材料，其中該鲮低空間頻率組份之空間頻率幅度低於 大約ΝΑ,/λ,者。 • 一 3 2 — 各紙張尺度逋用中國國家標率（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） (請先W讀背面之注$項再^^4頁) 訂 440 925 if ， C8 _ _ D8_ . 六、申請專利範圍 12. 如申請專利範圍第1項之製法，其中該第二次曝光 包含製_法是，使用多光束干涉計曝光，對該光敏性材料提 供該二維度空間圖型之較髙空間頻率組份，其中該較髙空 間頻率組份的空間頻率幅度，較大約NA,/Xi爲大，其中該 第二次曝光之特徵爲： 在該基材的强度鼷型具有空間頻率，係由該多光束 入射於該基材之該光敏性材料上的角度所確立； 該光敏性材料內該强度圓型之振幅，係由該第.二曝 光所用曝光劑所確立；以及 I ' 該强度面型相對於該基材上參考基準之相者。 13. 如申請專利範圍第1項之製法，其中該第二次曝光 包含製法是，使用造像干涉計曝光，對該光敏性材料提供 該二維度空間圖型之較高空間頻率組份，其中該較高空間 頻率組份的空間頻率幅度，較大約ΝΑ,/λ，爲大，其中該第 二次曝光之特徵爲： 在中心空間頻率之中心空間頻率組份： 該中心空間頻率組份之振幅，由該第二曝光所用曝 光劑量所確立； 該中心空間頻率組份之相； 該較高空間頻率組份之範圍，定中於該中心空間頻 率的至少一部份圈內之空間頻率，調節其振幅和相，使在 該基材上之該光敏性材料內限定該二維度空間圚型者。 14. 如申請專利範圍第13項之製法，其中該造像干涉 及曝光是利用造像干渉計光學系統所產生，該光學系統包栝： -33 - 本紙張尺度逍用中國國家梯準（CNS ) Α4洗格（210Χ297公釐） ~~ (請先閲讀背面之注$項再填ί頁) 訂 線 經濟部中央糅準局負工消费合^:社印装 5 2 9 ο 4 ABCD 經濟部中央揉準局貝工消费合；^社印装 六、申請專利範固 ' 在波長λ2的空間同調照明源； 第二光學造像系統，數値孔徑να2和放大μ2: 該第二光罩計數機構，相對於固定在該第=造像光 學系統的座標系統之極角〔arcsin〔M2sin(e2)〕，<l>2〕； 照明該第二光罩甩之光學機構，在相對於該座標系 輞的極角（arcsin〔Sin(e3)/M2〕，φ2)有實質上均勻平面波； 基材安裝機構，在相對於該座標系統的極角 (-Θ3,Φ2)； 光學機構，引導參考平面波通過第三光罩，以剌分 在該基材上的曝光面積，並在該基材上造像該第三光罩， 以該造像的零階空間頻率相對於該座標系統的極角 (·θ3,φ2)入射於該基材上，與從該第二光罩的照明和該第二 光學造像系統所得光場同調； 對準機構，供調節基材或光學系統的相對光徑長 度，確保該第一和第二次曝光的頻率組份間有適當相關 係； 在該基材上造成該第二次曝光，其特徵爲： 沿Φ2所示方向有二偏離中心空間頻率，在 +〔 sin(e2) + sin(e3-92)〕/λ2 和-〔sin(e2) +sin(e3-e2)〕/λ2 ; 空間頻率組份，在定中於各該偏離中心空間頻率的 空間頻率空間內半徑ΝΑ2/ λ2圈之該至少部份內；其中在該 圈至少一部份內的空間頻率組份之振幅和相，實質上將所 需圖型複製於該基材上者。 15.如申請專利範圍第14項之製法，其中該角度02固 —* 3 4 ~ 本紙法尺度適用中«國家梂準（CNS ) A4現格（2丨0X297公釐) ---------^ II , 、 -(請先Μ讀背面之注意事項再填W4頁) 訂 440925 B8 C8 D8 / 經濟部中央揉牟局員工消费合冷社印«. 六、申請專利範園 定於β3/2，因而造成該光敏性材料對稱照明於該基材上，其 中該第二光學造像系統的中心線對該基材的角度爲·θ3/2， 而該造像光學機構之中心線對該基材的角度爲+θ3/2，又該 中心空間頻率沿φ2所示方向分別爲+28ίη(θ3/2)/λ2和 1 •2sin(e3/2) /λ2 者 〇 16. 如申請專利範圍第14項之製法，其中該角度02固 定於〇,因而該第二光罩和該基材即垂直於該第二光學造 像系統之中心線，又該中心空間頻率沿φ2所示方向分別爲 + 25ίη(θ3)/λ2 和-2sin(63)/X2 者。 17. 如申請專利範圍第I3項之製法，其中該造像干渉 計曝光係利用造像干涉計光學系統産生，包括： 部份空間同調照明源，在具有同調性〇 2的波長λ2; 第二光學造像系統，有數値孔徑ΝΑ2和倍數Μ2; 第二光罩安裝機構，相對於固定在該第二造餘光學 系統的座標系統之極角（-arcsin〔M2sin(02)〕，φ2); 在極角照明該第二光罩用之光學機構，定中在相對 於該座標系統之約（-arcsin〔sin (Θ3)/Μ2〕，φ2); 基材安裝機構，安裝在相對於該座標系統之極角 (θ2,φ2); 指導參放波通過第三光罩用之光學機構，以剌定該 基材上之曝光面積，並在該基材上造像該第三光罩，以相 對於該座標系統之極角（θ3，φ2)，入射於該基材的該造像之 零階空間頻率，對該第二光罩之照明和該第二光學造像系 統所得光場加以干擾； —35 - 本纸張尺度逍用中國國家揉率（CNS ) Α4规格（210X297公釐} I.^__一-------像------1Τ------斤 (請先W讀背面之注意事項再填ί頁) 經濟部中央揉牟局貝工消费合作社印策 •440 925 as , B8 C8 D8 六、申請專利範圍 對準機構，以調節基材位置或相對光徑長度，確保 該第一和該第二曝光之頻率組份間的適當相翮係； 造成該基材上之該第二次曝光，其特徵爲： 二偏離中心空間頻率沿φ2所示方向在+ C sin(e2) + sin(e3-02)〕/人2和-Csin(02) +sin(e3-02)〕/λ2: 空間頻率組份，在定中於各該偏離中心空間頻率的 空間頻率空間內半徑（1 + σ 2)ΝΑ2/λ2圈之至少一部份內；其 中在該圈至少該部份內的空間頻率組件之相對幅度和相， 實質上重視該基材上之所需圖型者。 IS.如申請專利範圍第17項之方法，其中該角度θ2固 定於θ3/2，因而造成該光敏性材料對稱照明於該基材上，其 中該第二光學造像系統的中心線對該基材的角度爲-θ3/2， 而該造像光學機構之中心線對該基材的角度爲+β3/2，又該 中心空間頻率沿φ2所示方向分別爲+28ίη(θ3/2)/λ2和 -2sin(03/2)/X2 者 〇 19. 如申請專利範圍第14項之製法，其中該角度以2固 定於0,因而該第二光罩和該基材即垂直於該第二光學造 像系統之中心線，又該中心空.間頻率沿φ2所示方向分別爲 + 25111(03)/\2和-23111(93)/人2 者。 · 才 20. 如申請專利範圍第Μ項之製法，其中該第二光罩和 該第三光罩含有實質上同樣空間圖型，又該第二光學造像系 統和該光學機構提供實質上等效數値孔徑，使該基材上該光 敏性材料上之該二維度圖型特徵爲，該光罩之縮小空間圖 型，以在空間頻率23ίη(θ2/ϊ)的髙度空間頻率組份盤旋者。 -30 — 本紙張尺度通用中國因家揲準（CNS ) Α4現格（210X297公釐） ~ (請先閲讀背面之注意事項再填Ϊ頁) 訂 線 4 4092 5 A8 B8 C8 D8 經 央 標 準 局 貝 工 消 費 合- 社 六、申請專利範園 21.如申請專利範圍第17項之製法，其中該第二光罩 和該第三光罩含有實質上同樣空間圖型，又該第二光學造 像系統和該光學機構提供實質上等效數値孔徑，使該基材 上該光敏性材料上之該二維度圖型特徵爲，該光軍之縮小 空間圖型，以在空間頻率的髙度空間頻率組份盤 旋者。 22·如申請專利範圍第14項之製法，又含有外殼，其 中該第二和第三光罩構造爲，該光罩經該照明所得空間頻 率組份之振幅和相，與該頻率空間區域內之最後圖像內所 述實質上相同，而無該第二光學系統及該光學機構所未集 的其他頻率空間區域內所得空間頻率組份的振幅和相之任 何拘束者。 23. 如申請專利範圍第17項之製法，又包含外殻，其 中該第二和第三光軍構造爲，該光軍經該項照明所得空間 頻率組份的振幅和相，與該頻率空間區域內最後圖像內所 述實質上相同，而無該第二光學系統及該光學機構所未集 的其他頻率空間區域內所得空間頻率組份的振幅和相之任 何拘束者。 24. 如申請專利範圍第14項之製法，又含有外殼，其中 該第二和第三光罩構造爲，該光罩經該照明所得空間頻率組 份之振幅和相，與該頻率空間區域內之最後圖像內所述實質 上相同，但空間頻率有移動，而該光學造像系統經調節，使 該空間頻率印在該基材上的所需頻率空間區域內，而不在該 頻率空間區域內的空間頻率組份則無拘束者。 -37- . 本紙張尺度埴用中國囤家梯芈（CNS M4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填r本頁) AS 4 40 92 5 ___ gs _ 六、申請專利範固 25. 如申請專利範圍第17項之製法，又含有外殼，其 中該第二和第三光罩構造爲，該光罩經該照明所得空間頻 率組份之振幅和相，與該頻率空間區域內之最後圖像內所 述實質上相同，但空間頻率有移動，而該光學造像系統經 調節，使該空間頻率印在該基材上的所需頻率空間區域 內，而不在該頻率空間區域內的空間頻率組份則無拘束 者。 26. 如申請專利範圍第14項之製法，又包含該光罩之 光學製造方法，使用完整光罩和該同調照明之造像干涉計 光學系統，該光學製造步驟包含下列製法： 在胚材上，塗佈光阻體的光軍胚材上，造像該頻率 空間的所需區域，其至少一部份係位於基材面上； 然後，處理該光罩胚材，將該光阻體顯像，並將該 光學上.製成的圖型轉移至該光罩上者。 27·如申請專利範圍第14項之製法，其中該第二光罩 之該二維度圖型包含之結構，其邊緣主要沿正交方向X和 y定向，因而使其有利於沿該X方向對準該極角叭，包容 具有小維度之小結構沿相對應X軸線發生之高度空間頻 率；又沿正交y軸線第三次曝光對準Φ2，包含具有小維度 之小結構沿相對應y軸線引發之高度空間頻率，使對直線 佈署的空間圖型之空間頻率覆蓋達最大者。 28.如申請專利範圍第14項之製法，其中該第二光罩 之該二維度圖型包含之結構，其邊緣主要沿正交方向X和 y定向，因而使其有利於沿該X方向對準該極角φ2,包容 —3 8 — 本紙張尺度適用中國國家梂準（CMS ) A4*t格（210Χ297公ίΰ ' 經濟部中央標率局βς工消費合々社印«. 4 40 92 5 A» · B8 C8 D8 _ . 六、申請專利範圍 具有小維度之小結構沿相對應X軸線發生之高度空間頻 率；又沿正交y軸線第三次曝光對準Φ2，包含具有小維度 之小結構沿相對應y軸線引發之髙度空間頻率，使對直線 佈署的空間圖型之空間頻率覆蓋達最大者。 29. 如申請專利範圍第22項之製法，又包括： 令該第二次曝光的該偏離中心空間頻率，沿X頻率 軸線對準，包容沿小維度在相對應X空間軸線的小結構所 引發之高空間頻率；以及 令該第三次曝光的該偏離中心空間.頻率，沿正交y 頻率軸線對準，包容沿小維度在相對應y空間軸線的小結 構所引發之高空間頻率，使直線佈署的空間圖型之空間頻 率涵蓋率最大者。 30. 如申請專利範圍第23項之製法，又包括： 令該第二次曝光的該偏離中心空間頻率，沿X頻率 軸線對準，包容沿小維度在相對應X空間軸線的小結構所 引發之髙空間頻率；以及 令該第三次曝光的該偏離中心空間頻率，沿正交y 頻率軸線對準，包容沿小維度在相對應y空間軸線的小結 構所引發之高空間頻率，使直線佈署的空間圖型之空間頻 率涵蓋率最大者。 3 1.如申請專利範圍第24項之製法，又包括： 令該第二次曝光的該偏離中心空間頻率，沿X頻率 軸線對準，包容沿小維度在相對應X空間軸線的小結構所 引發之髙空間頻率；以及 —3 9 — * 響 _ ϋ張尺度埴用中a國家搞率（CNS ) A4说格（210><297公釐) ' (請先聞讀背面之注意事項再填t頁) -=& 線 4 40^2 5 Aj ., C8 _ D8 六、申請專利範圍 令該第三次曝光的該偏離中心空間頻率，沿正交y 頻率軸線對準，包容沿小維度在相對應y空間軸線的小結 構所引發之髙空間頻率，使直線佈署的空間囫型之空間頻 率涵蓋率最大者。 32·如申請專利範圍第25項之製法，又包括： 令該第二次曝光之該偏離中心空間頻率，沿X頻率 軸線對準，包容小維度在沿相對應X空間軸線的小結構所 引發之高空間頻率；以及 令該第三次曝光之該偏離中心空間頻率，沿正交y 頻率軸線對準，包容小維度在相對應y空間軸線的小結構 所引發之髙空間頻率，使對直線佈署的空間圖型之空間頻 率覆蓋率達最大者。 33.如申請專利範圍第1項之製法，其中該.第一次曝光 和該第二次曝光係衍生自單一同調輻射源者。 ---------裝------訂------線-/! .X).. . i J - - (請先閱讀背面之注意事項再填寫方負) 經濟部t央揉率局®:工清費合^社印«. 一 40 — 本紙張尺度逍用中國國家橾準（C»S ) A4说格（210X297公釐）