雙極(Dipole)照明是離軸照明的一種,分為水平雙極(X-Dipole)和垂直雙極(Y-Dipole),如圖1所示。使用兩個參數來定量描述雙極照明:σc和σi。σc定義光源中心和主光軸之間的距離;σi定義光源的大小。σc越大表示光源離主光軸越遠,離軸照明的效應就越明顯。水平雙極照明對於垂直的密集線條有很高的解析度,但是對於水平線條的解析度很差。與之相反,垂直雙極照明對於水平的密集線條有很高的解析度,但是對於垂直線條的解析度很差 。
圖1 水平雙極(左圖)和垂直雙極(右圖)
雙極照明的解析度和線條取向的關係可以用圖2來說明。當雙極的取向和掩模上線條的取向垂直時,如圖2(a)所示,在垂直與線條的方向上(X方向)光源實現了離軸照明,即光源沿X軸方向偏離了主光軸。這時,曝光系統對X方向圖形的細節有最佳的解析度。也就是說,掩模版上沿X方向的周期變化圖形可以在晶圓表面成像。而在平行於掩模版線條的方向上(Y方向),光源和主軸的距離是0;也就是說,在Y方向光源並沒有實現離軸照明,對掩模版上Y方向圖形的解析度不夠。如果此時掩模版上的線條是沿X方向的,如圖2(b)所示,沿Y方向變換的周期結構就不能被曝光系統很好地分辨 。
圖2 雙極照明的解析度和線條取向的關係
傳統光刻一般使用的在軸照明,其光源發出的光經掩模衍射後,由光瞳收集衍射圖形,經投影鏡頭在光刻膠表面還原出掩模圖形。隨著圖形尺寸的不斷減小,衍射斑間的距離不斷增大,在軸照明不再能夠收集足夠多的衍射級次,因此,離軸照明(OAI)的技術成為提升光刻解析度的一種辦法。如圖3(a)和圖3(b)所示,OAI將入射光線偏轉一定的角度,在光瞳孔徑不變的情況下能夠比在軸照明收集更多的衍射級次,從而增強解析度。OAI所採用的光源如圖3(c)所示,考慮到圖形的對稱性,故在左右兩邊各有一個點光源,這樣的光源通常被稱為雙極型光源。OAI在光瞳面上形成的像如圖3(d)所示,0級衍射斑不再位於光瞳中心,而是在偏離軸心的位置上,與之對稱的是1級(或-1級)條紋 。
雙極型光源是在X方向上有一對對稱的光源點,這樣的光源對於掩模上Y方向的一維圖形有較高的解析度 。
圖3 離軸照明解析度增強技術原理圖