专为照明设计的模式

在3.1节曾指出，非相干照明的使用将相干照明情况下的分辨率极限（理论上的）从k=0.5拓展到完全非相干照明情况下的k=0.25。当接近极端低k的成像时，图像调制将减小，而较小的图像调制将引起各种各样的负效应。改善图像调制的任何方式都是我们热切期望的，并且像下面将要说明的，这也是使用专门照明设置的主要动机。采用衍射图形与照明光的卷积结果，可以很好地理解空间像调制的改善机制。通过透镜的衍射光决定了形成图形的调制，而照明光对衍射没有贡献，仅形成了一个均匀的背景，并使对比度衰减。图3-19所示为在大σ常规照明情况下密集间距成像最严重的缺点是相当的光仅仅起到增加均匀背景的作用，图形中仅仅交叉区域的光对调制有贡献，其余部分并没有携带任何空间信息。因此，去除照明光的中心圆部分是非常有利的，因为它去除了仅对均匀背景强度有贡献的大部分零级光，而或多或少地保持了对空间调制有贡献的部分。调整后的照明被称作环形照明，已成为大多数曝光工具的标准照明模式^[12，13]。像常规照明一样，环形照明仍然是完全旋转对称的，如果版图对各个方向的图形均有要求，就要求照明具有这种完全旋转对称的特性。如果将照明的附加部分也去掉，就会得到更好的效果。一般的照明模式是四极或者偶极照明，分别对应于将整个环面分为四个（四极）或两个（偶极）部分。但是照明设备中这些部分的确切形状以及使用的名称互不相同，与设备生产商有关。简单的对称概念说明，在四重对称的四极照明情况下，仅Manhattan型几何形状图形才可以获得很好的光刻效果。与0°和90°方位图形相比，45°图形在成像特性上将会有最大的偏差。因此，为了利用经过改善的四极照明成像能力的优点，得到最小的基本规则，至少必须将版图限制为Manhattan型几何形状。如果45°走向的线条尺寸较大，也是可以接受的。

图3-19 a）常规照明下密集间距线条图形的衍射图形（光瞳面中只有交叉阴影区域对形成图像有贡献。光瞳面内部的阴影区域只对统一背景有贡献。将早期的照明方式改为环形照明，可以减少对成像没有用的零级光的总数） b）使用环形照明后减少零级光的贡献

在讨论过的所有照明模式中，偶极照明的对称性最差，因此这种照明仅能对一个方向的线条成像就不足为怪了。对密集间距线条图形成像时，尽管目前在分辨率极限情况下也还采用偶极照明方式，但是由于它仅能对一个方向上的图形成像，就严重地限制了其应用。人们曾尝试使用两块掩膜突破这些限制，其中一块掩膜是水平方向，另一块是垂直方向。遗憾的是，两次曝光极大地增加了光刻工具的工作量，因此就增大了制造成本。(www.xing528.com)

定制照明模式具有其他一些优点，这将结合偶极案例加以说明。一个重要的特征是两束一级衍射光中只有一束穿过透镜，与传统照明中两个光束都有贡献的典型情况不同。这两种不同的情况被称作双光束和三光束干涉。双光束干涉足以完成空间调制。更重要的是，双光束干涉是唯一可以实现非常大的聚焦深度的一种方式。较大的聚焦深度只能发生在一级衍射光与照明灯的一极一致而零级衍射光与照明灯的另一极一致的情况。这种情况下，一级与零级光束有相同的入射角。遗憾的是，当图形间距增加时，零级和一级衍射光的入射角将不再相同，并且当间距偏离最佳间距范围时，焦距不易受影响的特性将削弱。

正如我们看到的，对非常特殊的版图情况，可以将特殊照明模式调谐到使成像性能最优的情况，而这将以牺牲一般图形的性能为代价。版图限制可能与方向和节距有关。因此，对于这种分辨率增强技术来说，版图选择将变成一个关键的使能因素。在有限的版图范围内，使光刻工艺具有一定的曝光和焦距容限。