用于印刷周期性圖案的方法和系統的制作方法
【專利說明】用于印刷周期性圖案的方法和系統
[0001] 平板印刷制作使得能夠在表面上形成微米圖案和納米圖案。光刻技術通過將光敏 表面曝光于具有對應于期望圖案的強度分布的光場來實現運一點。光敏表面通常是諸如光 致抗蝕劑之類的敏感材料的薄層，其直接涂敷在襯底表面上或者間接涂敷在其它材料的中 間層之上。作為曝光的結果而發生在光敏層中的化學或物理改變使用在隨后的過程中W獲 得襯底材料中或另一材料的中間層中的期望圖案。在最常使用的光刻技術中，使用光學系 統將掩模中所定義的圖案的圖像投影到襯底表面上。一般在運樣的常規系統中所采用的 掩模是振幅掩模，其中圖案特征定義為透明襯底上的不透明材料(通常為銘）層中的開口區 域。可替換地使用移相掩模（PSM)，其中使用材料的某個厚度或材料中的凹陷深度來定義圖 案特征，使得傳播通過哪些特征的光在相位上關于其它傳播光漂移，其然后在圖像平面中 相互干擾W形成期望的圖案。在投影、接觸、接近或常規泰伯平板印刷中采用的PSM的情況 下，通過考慮掩模和任何光學器件透射的所有衍射級之間的干擾來設計掩模。在一維圖案 的情況下，PSM可W使最小可印刷周期關于振幅掩模減小到二分之一。運主要通過抑制第0 級衍射射束，從而消除由其與第1級衍射射束的干擾所產生的強度調制來實現。
[0002] 對于許多應用而言，要求包括在一個或兩個維度上重復的圖案特征的單位單元的 圖案，也就是說，周期性圖案。用于將運樣的圖案從掩模轉移到襯底上的專用光刻技術是基 于泰伯效應。當在掩模中定義的周期性圖案利用單色光的準直射束光照時，透射光場中的 衍射級在所謂的泰伯平面中從掩模重構正則距離處的圖案的"自圖像"。運些自圖像的分離 U舊知為泰伯距離）根據W下而取決于光照波長A，W及圖案的周期P:
其中k為常量。
[0003] 對于線和間隔的一維周期性圖案，k=2,而對于二維周期性圖案，k的值取決于圖 案的陣列對稱性。盡管該公式在P〉〉^時（即在第一衍射級的角度小時）具有良好的精度， 但是其在P的幅度逼近A時不太良好地近似。將光致抗蝕劑涂敷的襯底定位在一個自圖 像平面處導致將掩模圖案印刷到光致抗蝕劑中（參見例如C.Zanke等人的"Largearea patterningforphotoniccrystalsviacoherentdiffractionlithography"，]".Y過亡. Sci.Technol.B22，3352 (2004))。另外，在自圖像平面之間的中間距離處，形成具有比 掩模中的圖案更高空間頻率的泰伯子圖像，其可W通過將光致抗蝕劑涂敷的襯底放置在運 些子圖像平面中的一個處而印刷。使用運些技術實現的印刷結果在將掩模圖案的占空比 (即作為特征周期的分數的特征維度）選擇成產生泰伯或子圖像平面中的強度變化的高對 比度時得W改進(參見美國專利No. 4, 360, 586)。在現有技術中還已知的是，泰伯圖像的對 比度可W通過使用相移材料在掩模中制作周期性圖案來進一步增強。鑒于用于印刷高分辨 率圖案的常規、投影類型光刻系統的成本，使用泰伯成像的光刻對于印刷高分辨率周期性 圖案特別有利。
[0004] 然而，泰伯技術的主要缺點是自圖像和子圖像的強度分布對距掩模的距離的敏感 性，也就是說，它們具有有限的場深度。運意味著襯底需要關于掩模精確地定位W便正確地 印刷圖案。當光柵周期減小時，運變得越來越困難，因為自圖像和子圖像的場深度與圖案周 期的平方成比例。另外，如果圖案需要印刷到并不非常平坦的襯底表面上，印刷到已經在其 表面上具有高突起微圖案的表面上，或者印刷到光致抗蝕劑的厚層中，則實現期望的結果 可W是不可能的。
[0005] 最近引入了作為用于W成本有效的方式印刷高分辨率周期性圖案的新方 法的消色差泰伯平板印刷（4化）（參見H.H.Solak等人的"Ac虹omaticSpatial FrequencyMultiplication:AMethodforProductionofNanometer-ScalePeriodic Structures",J.Vac.Sci.Technol.，23，pp. 2705-2710 (2005)，W及U.S專利申請 no. 2008/0186579)。其提供了用于平板印刷引用的兩個顯著優點：首先，其克服了使用經 典泰伯方法所遭遇的場深度問題；并且其次，對于許多圖案類型，其執行空間頻率乘法，也 就是說，其關于掩模中的圖案的分辨率而增加所印刷的特征的分辨率。在ATL中，利用來自 具有寬頻譜帶寬的光源的準直射束光照掩模，并且在距掩模的某個距離之外，透射光場形 成所謂的靜止圖像，其強度分布對距離中的進一步增加大體不變。在線和間隔的一維圖案 的情況下（即線性光柵)，運發生在的距掩模的最小距離cL。通過W下設及掩模中的圖案的 周期P和射束的頻譜輪廓的半高全寬A入：
[0006] 在該距離之外，針對不同波長的泰伯圖像平面隨著距掩模的距離增加而W連續的 方式分布，運引起靜止圖像。因此，通過將光致抗蝕劑涂敷的襯底放置在該區中，向形成在 針對特定波長的相繼泰伯平面之間的橫向強度分布的整個范圍曝光襯底。印刷到襯底上的 圖案因此是橫向強度分布的該范圍的平均或積分，其對襯底關于掩模的縱向放置大體不敏 感。因此該技術使得能夠實現比就標準泰伯成像而言大得多的場深度，W及比就常規投影、 接近或接觸印刷而言大得多的場深度。
[0007] 來自特定掩模圖案的ATL圖像中的強度分布可W使用模擬電磁波傳播通過掩模 和在掩模之后的建模軟件來確定。運樣的模擬工具可W用于優化掩模中的圖案的設計W用 于獲得襯底表面處的特定印刷圖案。
[0008] A化方法已經主要發展成印刷包括在至少一個方向上W恒定周期重復的單位單元 的周期性圖案。然而，該技術也可W成功地應用于其周期W足夠"緩慢"、漸進的方式跨掩模 在空間上變化的圖案，使得形成靜止圖像的特定部分的衍射級通過其中周期大體恒定的掩 模的部分而生成。運樣的圖案可W描述為準周期性的。
[0009] A化的缺陷在于其要求具有顯著空間帶寬的光源W便掩模與襯底之間所要求的分 離不會不利地是大的。從掩模傳播的不同衍射級的角度發散產生襯底表面處的不同級之間 的空間偏移，運導致圖案邊緣處的不完美的圖像重構，其隨著分離增加而變得更糟。衍射級 邊緣處的菲涅爾衍射也使所印刷的圖案的邊緣降級，并且運同樣隨著分離增加而更糟。處 于運些原因，具有相對小的空間帶寬的激光源在大多數情況下不適合于ATL。
[0010] 就將諸如弧燈或發光二極管之類的非激光源應用于ML而言的困難之處是產生 具有用于確保生產過程中的高吞吐量的高功率和用于成像高分辨率特征的高準直度的組 合的所要求的維度的曝光射束。通過空間濾波，來自運樣的源的射束的準直度可W改進到 所要求的水平，但是運一般導致射束功率的不可接受的損失。
[0011] A化技術的優點可w使用在美國專利申請no. 2008/0186579中公開的不同但相關 的技術來獲得。在該方案中，掩模中的周期性圖案由單色光的準直射束光照，并且在曝光期 間，襯底距掩模的距離在對應于相繼泰伯圖像平面之間的分離的整數倍的范圍之上變化W 便將泰伯平面之間的強度分布的平均印刷在襯底上。可W采用的最小位移因此等于相繼泰 伯平面的分離（當整數=1時)。在曝光期間利用該位移，印刷在襯底上的圖案與使用ML技 術印刷的圖案大體相同。所公開的是可W通過曝光該范圍之上的多個離散定位處的襯底來 W連續或離散的方式執行位移。一般技術可W稱為位移泰伯平板印刷（DTL)。
[0012] 使用ML和0化技術在襯底處生成的平均強度分布在本質上是等同的，并且二者 使得能夠實現針對所印刷的圖案的大場深度和空間頻率乘法。〇化方案可W在比ML方案 小得多的襯底和掩模分離的情況下使用。運減小圖案邊緣的降級并且由于對準直度的不太 苛刻的要求而允許來自光源的輸出的更高效的利用。另外，DTL技術使得能夠使用激光源， 其對于生產過程而言可能是優選的。來自運樣的源的光可W形成到具有可忽略的功率損失 的良好準直的射束中，因此最小化特定分辨率的損失并且最大化圖像對比度。
[0013] 從特定掩模圖案使用DTL印刷的圖案的結果也可W使用模擬軟件在理論上確定。
[0014] 在美國專利申請no. 2008/0186579中描述的ETTL技術的限制在于在曝光期間襯底 相對于掩模的縱向位移應當精確地對應于泰伯距離的整數倍。當位移精確地為整數倍時， 對襯底曝光的平均強度分布獨立于襯底和掩模的初始分離，并且因此產生襯底上的圖案特 征的均勻曝光，即使掩模和襯底并不精確地為平坦和平行的。另一方面，如果位移由于例如 機械滯后或位移致動器的有限步進分辨率或者由于通過光照系統的曝光的持續時間與襯 底位移之間的不精確同步而并不是泰伯距離的精確整數倍，則平均強度分布取決于初始分 離。在運種情況下，如果掩模和襯底不是精確平坦和平行的，則將特征尺寸的空間變化引入 到所印刷的圖案中；或者如果掩模和襯底是精確平坦和平行的，但是其分離對于不同襯底 是不同的，則所印刷的特征的尺寸隨襯底的不同而變化；運二者對于某些應用而言可能成 問題。特征尺寸的運些變化可W通過使襯底相對于掩模縱向位移大量泰伯距離而減小，但 是運可W引入其它問題，諸如特征分辨率的降級巧日果光照射束不良好準直的話)、特征形 狀的失真巧日果位移方向不精確縱向的話)、圖案邊緣的降級巧日果間隙變得過大的話)，并 且不利地要求機械系統中的較大行進范圍。
[0015] 通過引入并入本文的美國申請no. 13/035, 012教導了用于克服該限制W便使得 能夠均勻且可再生產地印刷周期性或準周期性圖案而不要求在曝光期間精確地對應于泰 伯距離的整數倍的襯底的縱向位移的〇化技術的修改。其還使得能夠在來自掩模的透射光 場中的第2級或更高衍射級的存在防止精確的泰伯成像和精確的泰伯距離時均勻且可再 生產地印刷周期性圖案。其此外使得能夠在圖案的周期沿不同軸而不同時將特征的二維周 期性圖案均勻且可再生產地印刷到襯底上。其另外使得能夠在掩模中的圖案周期不恒定 而是跨掩模如在調嗽光柵中那樣連續地或者步進式地變化時將特征圖案均勻且可再生產 地印刷到襯底上。該申請教導襯底相對于掩模的每遞增位移的曝光劑量通過改變位移速 度或者通過使曝光射束的強度變化而在位移期間變化。特別地，其提倡襯底的每遞增位移 的曝光劑量應當通過使光照強度根據所要求的變化或者通過使位移的速度根據分布輪廓 (profi1e)的反轉而變化來根據高斯或類似的分布輪廓而變化。
[0016] 但是，運種經修改的0化技術同樣具有某些缺點。在襯底相對于掩模的位移期間 使光照射束的強度變化意味著光照源的輸出并未被最優地使用，運導致較長的曝光，運對 于生產過程是不合期望的；而使襯底相對于掩模的位移速度變化使得其對應于高