CN1510517A - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents
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Abstract
投射光束PB通过掩模MA投射到基底W上。通过穿过在光瞳平面前面的一组光学元件120a－b传送的光束来控制与基底W处光束强度的方向相关性。光强分布作为光瞳平面14内位置的函数确定基底W处的角度相关性。光学元件120a－b，优选为微透镜阵列，或更具体为衍射光学元件，每个限定光束PB的光强的角度相关性。光学元件120a－b都设置为使光束PB的主要部分基本上无偏转地通过以及使一小部分以与偏转角相关的强度通过。光束的主要部分在光学元件120a－b组之后在光束中被阻挡。从而实现在光瞳平面14的光强上的附加效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种光刻装置，包括：
用于提供辐射投射光束的照明系统，该照明系统包括用于限定光瞳平面内辐射光束的光强分布的光学元件，该光学元件以与该光学元件确定的光强分布相关的方向将光束偏转一个方向范围；
用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据所需的图案对投射光束进行构图；
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投射到基底的目标部分上的投射系统。
背景技术
这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的装置，其中所述图案与要在基底的目标部分上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在目标部分中形成的器件如集成电路或者其它器件的特殊功能层相对应(如下文)。这种构图部件的示例包括：
■ 掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性地被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束移动。
■ 可编程反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。程控反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此已寻址反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到未寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵定址。在上述两种情况中，构图部件可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在程控反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
■ 可编程LCD阵列，例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。
光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅晶片)的目标部分上(例如包括一个或者多个管芯(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻目标部分的整个网格，该相邻目标部分由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过将全部掩模图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分；这种装置通常称作晶片步进器。另一种装置(通常称作步进-扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一目标部分；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,729中获得，该文献这里作为参考引入。
在用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和弱烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，强烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学一机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯割技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些处理的进一步信息可从例如Peter Van Zant的
“微芯片 制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guide toSemiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。照射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于引导、整形或者控制辐射投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。
照明系统必须确保在基底上实现作为横跨光束的位置的函数并且作为光束中不同光线的入射角的函数的所需光强分布。所需的位置相关性，除掩模产生的图案外，通常必须与作为基底上位置的函数的恒定光强一致，并且所需的角度相关性必须在某个角度到达最高点。该所需角度相关性取决于掩模上图案的特性。因为需要对不同图案成像，必须能够改变掩模照明的角度相关性。
欧洲专利申请EP1109067描述了这种照明系统的实例，在这里作为参考引入。在这里，照明系统有一个激光源，跟随激光源的是一个光学元件如衍射光学元件(DOE)和一个透镜。透镜之后是将光束传送到掩模的光学子系统。光学子系统采用在DOE和透镜之后的平面作为照明掩模的光瞳平面。光瞳平面在光学子系统的焦平面内，这样，光瞳平面内光束的空间强度分布决定了掩模和基底处的光束的角强度分布(在本文中“角度”是指相对于光束主方向的角度，以及围绕该主方向旋转的角度)。为了完整起见，应当注意照明系统还可以包括反射积分器，例如使光束经历若干次反射的石英棒，这样掩模处光束强度分布的角度相关性实际上取决于在反射积分器之前最初的光强分布的若干个反射像的重叠。
EP1109067采用DOE来控制光瞳平面内光束的空间光强分布，并且由此控制基底处的角强度分布。该文献描述了例如，轴棱镜(axicon)(在光瞳平面中心的一个圆中提供零光强)的函数如何与DOE结合。
DOE主要包括一个微透镜阵列，每个微透镜限定一个横截光束方向的区域，光束的辐射通过该区域传送。按照惯例，每个微透镜的区域具有圆形或六边形的形状，导致在光瞳平面内圆形或六边形的光强分布。但是，通过采用不同的形状，可以实现不同的分布。例如，通过使用仅传送穿过圆形一部分的辐射的饼状微型透镜，在光瞳平面可以实现饼状的光强分布。类似地，采用使自透镜中心在彼此相反方向发射的辐射通过的瓣区，可以在光瞳平面呈现偶极子形状的区域。通过使用一个横跨光束的相同微透镜的阵列，光束的不均匀性不会显著地影响光瞳平面的光强分布。
依靠加工中特殊的集成电路布局技术，或者甚至是特殊的加工步骤，需要光瞳平面内光强分布的不同位置相关性。为此，EP1109067提供了一个DOE交换单元，这样，在需要时可以将用于产生所需光强分布的DOE引入光束。
由于DOE在光瞳平面内实现所需光强分布中起到了关键的作用，通常需要对于不同可能的所需光强分布专门设计DOE，并且依所需分布改变DOE。但是，如果必须对于每个可能的所需光强分布设计和制造专门的DOE，每一次需要新的光强分布时会产生DOE设计和制造的不可忽视的延迟。同样，以这种方式需要非常大量的DOE。
EP1109067还描述了在输入光束中平行放置若干不同的DOE的各种方式。每个DOE改变光束横截面的一部分的方向，这样，光瞳处的光强为不同DOE的作用的总和。新的光强分布可以通过使用不同DOE的组合产生，无需制造新的DOE。
当然，这需要输入光束在不同DOE上的均匀分布。因此，牺牲了使用DOE的主要优点之一，以至于：实际上平行使用具有相同作用的微透镜阵列，这样，光束的不均匀性是无关紧要的。为了减轻这种不均匀性，需要在光束区域任意安装大量的平行DOE。这使安装和重新使用复杂化。
此外，EP1109067描述了在光路中依次放置不同DOE。例如，一个DOE产生环状光瞳(通常通过轴棱镜完成)，同时另一个DOE(依次放置)产生填充的圆形光瞳。依次放置的作用是将由不同的DOE所给予的光瞳平面中光强分布的位置相关性卷积(convolute)。第一和第二光强图案的卷积具有用由第二图案确定的分布展开第一光强图案的每个点的作用。这样，卷积可以用于例如，将环安一定图案扩展，在该图案中光强受限于光瞳平面环状区域中。但是，卷积通常不提供光强分布的精确控制，特别是当若干DOE依次放置时。因此，EP1109067为特殊目的(如上述环宽度的加宽)，采用依次放置的不同DOE的卷积(代替采用变焦光学器件)。另一个例子是一个DOE产生圆形光瞳，该圆形光瞳由于在x和y方向的不同光学损耗在分划板层面得到非圆形(如椭圆)。这也许会导致当与晶片上的垂直线相比时，水平线具有不同宽度。该椭圆率可以通过依次插入优选在一个方向辐射的第二DOE来补偿，第二DOE与第一DOE的卷积在分划板层面给出所需圆形光瞳。
但是，对于其他合成卷积类型就不太合适了。因此，光瞳平面内特殊的新的光强分布，例如，通常还需要平行放置DOE或者需要漫长并且昂贵的新DOE的制造。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光刻装置，其中在光瞳平面光束的光强分布可以很快地组成并更改，无需依赖光束的均匀性。
另一个目的是以这种方式控制作为围绕光瞳平面中心旋转的角度的函数的光强。
本发明的另一个目的是提供一种光刻装置，其中，当预先制造的DOE依次放置时，提供更多和更快光瞳平面中的光强分布的控制。
依据本发明，本文开始段落中描述的光刻装置可以实现该目的和其它目的，其特征在于权利要求1的特征部分。
依据本发明，光瞳平面中的光强分布通过若干光学元件的依次设置组成，每个光学元件以与方向相关的光强分布将光束在一个方向范围偏转。光学元件已经设计成每个光学元件无偏转地让光束主要部分通过，只有较少的一部分被根据光学元件以与方向相关的光强分布偏转。光束的主要部分意味着大于光束功率一半的光束。优选无偏转地通过甚至大于80％或甚至90％或98％的光束功率。传统的用于偏转辐射光束的光学元件是以100％效率的目标来制造的，即基本上0％的光束无偏转地通过。因而有意制造具有比较低的效率的依据本发明的光学元件。无偏转地通过所有光学元件的光束的部分在到达基底之前被遮蔽。因而，光瞳平面的光强分布近似于单个光学元件给予的图案的总和，而不是卷积。
在一个实施例中，光学元件包括至少一个并且优选至少两个其自身可以引入光瞳平面的光强分布的光学元件，这样，图案变化作为围绕主光束方向的旋转角的函数。通过组合这样的光学元件，可以组成与图案相关的不同旋转角。
优选地，每个依次设置的光学元件包括微透镜阵列，该微透镜阵列全部设计为在由光学元件加上光束无偏转部分限定的光瞳中提供所需光强图案。因而，光学元件使光束空间均匀地穿过，并且对于光束的不均匀性不灵敏。在阵列中(优选在阵列的每个单元中)可以包括散置在微透镜“平坦”光学部分中的微粒，以无偏转地通过光束的主要部分。
在一个实施例中，通过在微透镜厚度中引入固定尺寸的梯度，将微透镜设计成衍射光学元件，以限制微透镜的厚度值的范围。通常地，梯度尺寸等于辐射源辐射波长(单色)的整数倍，因为这样的梯度会产生最佳的效率。依据本发明可以使用为不同于光束波长的波长而设计的微透镜，即光束波长不同于微透镜最佳有效波长。该波长与最佳波长的差异非常大，以致于使投射光束的主要部分无偏转地通过。
优选地，主要由已经依次放置的光学元件中相应的一个控制光瞳平面若干相应范围中的每一个的光强。这样，可以使用不同光学元件，每个控制与光瞳平面相应环的光强(或者在该环中的光强至少比其它那些光学元件更起决定性的作用)相关的旋转角。优选地，光学元件旋转到一个可选的角度以控制光瞳平面相关旋转角的偏移。光学元件可以控制其它形状范围而不是环状范围内光强分布，例如光瞳平面内的矩形“像素”。优选地，可以对于每个范围提供一组光学元件，这样，可以基本上独立于其它范围地选择光瞳平面的每个范围内的光强分布。
上面提及的光学元件可以通过沿光轴连续地定位来依次放置，即非常接近地并排放置。或者，可以放置在光学共轭平面内，通过例如在两个连续的光学元件之间提供1∶1的中继光学器件来实现。这显示出两个光学元件都可以精确地放置在焦平面的优点，因此在连续放置中，只有一个光学元件可以精确地放置在焦平面。作为1∶1中继光学器件的一个选择，可以使用具有大于1的放大系数的成像系统。
在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“分划板”，“晶片”或者“管芯(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“目标部分”代替。
在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)和粒子束，如离子束或者电子束。
附图说明
现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施方案，在图中相应的附图标记表示相应的部件，其中：
图1表示依据本发明一实施方案的光刻投射装置；
图2示出光路；
图3表示相对于主光束方向的方向；
图4示出微透镜阵列；
图5示出一系列微透镜的局部横截面；
图6示出光瞳平面的一系列环。
具体实施方式
图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置。该装置包括：
辐射源LA和扩束器Ex；
照明系统IL，用于提供辐射投射光束PB(例如EUV辐射)；
第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如分划板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置连接；
第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置连接；
投射系统(“镜头”)PL，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯(die))上。
如这里指出的，该装置属于透射型(例如具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图部件，如上述涉及的程控反射镜阵列型。
辐射源LA(例如激光器)产生辐射光束。该光束直接或在横穿过如扩束器Ex等调节装置后，馈送到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有所需的均匀度和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。
光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的目标部分C。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片步进器中(与步进-扫描装置相对)，掩模台MT可与短冲程致动装置连接，或者固定。掩膜MA与基底W可以使用掩膜对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2进行对准。
所示的装置可以按照二种不同模式使用：
1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到目标部分C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的目标部分C能够由光束PB照射。
2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是给定的目标部分C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB在掩模图像上扫描；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的目标部分C，而没有牺牲分辨率。
图2示出包括照明系统的光刻装置光路的一个实施例的更详细的示意图。光束PB从辐射源LA通过由成形单元12、棒16、聚光光学器件18、掩模MA、投射透镜PL确定的角度传送到基底W上。在这里和下文中术语“透镜”应当理解为泛称，不单单指单片光学成形的玻璃，而是更普遍地包括各种类型的光学有源系统，包括折射光学器件、反射光学器件和由单个元件或组合元件构成的折反射系统。此外，应当理解，尽管为简化起见所示为直光路，但是该光路中可以包括不偏离本发明的各种反射镜，以使得在实际中将角度引入光路。
角度相关成形单元12包含投射束PB路径中依次设置的DOE装置120a-b(衍射光学元件)。作为例子，所示为两个这样的DOE120a-b依次设置，但是，应当理解，可以采用更多数量这样的元件依次设置。在光束PB的路径中跟随依次设置的DOE装置为变焦透镜124、阻挡元件125、轴棱镜122和耦合透镜126。光路限定用于照明掩模MA的光瞳平面14。光瞳平面14位于变焦透镜124和耦合透镜126之间。DOE交换单元24用于例如作为一对转盘(carrousel)实现DOE120a、b与来自交换单元24的不同DOE的交换。
在工作中，角度相关成形单元12控制光瞳平面14中光束PB光强的位置相关性。位置相关性反过来确定掩模MA处的光束强度依赖入射角度的方式。在本文中，术语“角度”指相对于光束PB主方向的方向。
图3表示有关两个角度值θ和φ的方向。θ表示辐射方向30从光束PB主方向32偏转的角度，并且φ表示从参考方向34绕光束主方向32旋转的角度。
对于半导体加工来说，除了别的以外，需要能够控制作为在构图部件MA处和在基底W附近处θ和φ的函数的光束PB的光强分布。轴棱镜122和变焦透镜124用于选择可调整环，即限制基底W处光强的θ值范围，这与光瞳平面14内限定在环状位置的光强相应。DOE120a、b用于选择至少φ的相关性，以提供例如偶极子状图案，其中，光强集中在例如正负45度之间和135和225之间的φ值范围内，这与光瞳平面14内限定在这些方向的瓣区和位置的光强相应。
两个DOE120a、b依次设置的布置用于构成所需的与角度相关的光强分布以照明基底W。每个DOE120a、b设计成使光束PB大体上不受影响地通过，以预定的角度相关性阻挡光束内一部分辐射的方向。光束PB大体上共线地到达第一DOE120a，这样，光束的第一部分在由第一DOE120a确定的第一方向范围偏转。大部分光束PB共线地通过第一DOE120a并到达第二DOE120b，在第二DOE120b光束PB的第二部分在由第二DOE120b确定的第二方向范围内偏转。第一部分大多不受第二DOE120b影响地通过。第一部分较少的另一部分再次改变方向。从而，光束PB部分不受影响并且部分偏转地离开依次设置DOE：第一部分在由第一DOE120a确定的第一范围偏转，第二部分在由第二DOE120b确定的第二范围偏转，并且另一部分偏转两次。
变焦透镜124可调节地缩放环并将其成像在光瞳平面14。轴棱镜122将已经通过DOE120a、b的辐射向外重新设置一个可调距离，这样，光强环保持在径向位置可调。阻挡元件125阻断光束PB的无偏转部分。从而作为光瞳平面14内位置的函数的光强是已经分别被第一和第二DOEa、b偏转的光束PB的第一部分和第二部分以及另一部分的总和，但是后者只是很小的部分。
这样，通过选择第一和第二DOE120a、b的不同组合，可以在光瞳平面构成不同的光强分布。例如，装置可以具有一组DOE，用于光瞳平面内若干环的每一个。图6表示这样的一系列环60a-d，包括光瞳平面内的中心圆盘。优选地，提供一个或多个DOE(或其它光学元件)的组用于每个环60a-d，用于特定的环60a-d的组中相应的DOE(或其它光学元件)限定受限于该特定的环60a-d的相应光强分布，每个例如仅在围绕环中心其自身的角度范围内具有光强(例如，一个DOE从0-22.5度、90-112.5度、180-202.5度和270-290.5度具有光强，并且其它DOE具有不同的范围)。可以理解，在不偏离本发明的情况下，一组中的光学元件可以在另一组的范围内贡献一些光强，但是，每一组中的光学元件比其它组中的光学元件对在其范围内的位置相关性的贡献更多。通过为每个环选择一个DOE并且对于不同的环依次放置所选择的DOE，可以组成所需图案。此外，可以随意地旋转每个DOE以旋转所选范围。
显然，可以使用其它DOE组，例如，每个具有对于光瞳平面14内不同行和列相应的光强分布。或者一组DOE，每个DOE在光瞳平面14的栅格区域的相应区域内提供光强。
还可以依次放置DOE，从而在光瞳平面14的重叠区域内提供光强。这样，可以实现呈现除零光强之外一个以上值的光强图案。
DOE120a、b优选设置为每个微透镜在垂直于主光束方向的平面内具有相同形状的微透镜阵列。图4示出偶极子形状的这种微透镜阵列40a-j的一部分。所有微透镜40a-j具有围绕光学中心(用十字42标记)的偶极子形状。当然图4的偶极子形状仅仅是一个例子。在另一个实施例中，可以使用环形段形状的元件。光束PB精确地在光学中心42处无偏转地通过。光束PB与光学中心42距离越远，典型地，向微透镜40a-j的中心轴的偏转越大，这样，所有射线汇聚在一个共同的焦点。光束PB中的辐射通过仅在与围绕光束90～120度的旋转范围以及270～300度范围相应的所选区域内由每个透镜偏转超过最小量。这产生了光强集中在光瞳平面14内相应的位置范围。为了将偏转部分的发散量减小到小于可以制造的具有恒定厚度的每个微透镜中心部分的最小值。在这种情况下，所有由圆形中心部分引起的光强基本上被集中在光瞳平面14的一个点，光强从该点阻断。
DOE通常从作为在透镜平面的位置r的函数的所需厚度外形d(r)开始实现。但是，希望限制厚度变化的范围。为此，已知的方法是使DOE的厚度d’(r)作为位置r的函数变化，近似于该厚度d(r)以与光束PB的辐射波长有关的基本厚度d0为模，也就是说，通过从d(r)减去由基本厚度d0的整数倍确定的位置r以获得d’(r)，这样，d’保持在有限的范围内(在该例中为一个基本厚度d0范围内)。因此，当d(r)连续增加时，每次d(r)通过基本厚度的整数倍时d’(r)减小一个基本厚度。优选地，为获得最佳效率，选择基本厚度d0使得由厚度减小引起的衍射光栅作用在斜面d(r)使辐射折射的方向导致相长干涉。对于小斜面d(r)，d0可以选择基本上等于辐射波长。
应当可以认识到这种DOE的要点为用与波长整数倍相关的厚度梯度削弱连续增加的厚度降低，以将厚度保持在某个所需范围内。采用波长相关梯度和将梯度限制为位置r，其中d(r)采用为基本厚度值的整数倍的一组值中的值，以确保最小范围的厚度变化，但是并不是必需的。在不同实施例中，任何基本厚度值的整数倍都可以用于梯度，这样，d’(r)由许多基本厚度值拉小。同样，无论何处这种减小都可以发生。这并不显著影响透镜的工作。
当采用为获得对于辐射源LA波长(基本上单色)的最佳效率而选择的梯度设计时，不管用何种方法，这样的DOE对本发明是无益的，因为它不能无影响地使光束的主要部分通过。在这种情况下，依次放置若干这样的DOE导致被单个DOE赋予的光瞳平面14内光强位置相关性的卷积并且不附加这些位置相关性。
在用于本发明的DOE120a、b中，优选采用为不同波长而不是辐射光束PB的波长(单色)设计的DOE。DOE的效率，更具体的为在由于透镜作用在适当方向偏转的辐射强度与未偏转的辐射强度之间的比值，对于最佳基本厚度梯度获得最大值。当为每次检查厚度的连续增加或减少而产生基本上比波长更小或更高的厚度梯度时产生更低的效率。具有这种“错误”厚度梯度，DOE120a、b仅部分地作为透镜工作，并且基本上无影响地使光束PB的主要部分通过。这使获得依次设置的连续DOE120a、b的作用相加成为可能。一个“错误”波长633nm(例如红色激光指示器)已经给出了对于193nmDOE无影响传输的符合要求的水准。当然，该影响不限于小于波长的梯度。还可以使用更大的梯度。
无论如何应当认识到，尽管优选采用为更小波长设计的DOE，可以用不同方式实现无影响地部分传送光束PB和部分偏转光束PB。例如，可以使用微透镜阵列，其中每个微透镜包括一个恒定光学厚度部分，该部分覆盖微透镜的主要部分，例如在微透镜中央。或者，微透镜阵列包括散置有微透镜的恒定厚度元件。
不偏离本发明，可以采用穿过中心区域传送光束PB主要部分的微透镜阵列，该微透镜阵列使辐射偏转小于阈值水平，光束PB的较少部分以依照图案(例如依照偶极子图案)的角度偏转更多。在依次设置的120a、b中，由第一DOE120a引起的主要部分的小偏转导致第二DOE120b产生的许多图案的扩展，但是，只要其保持在阈值以下，是可以接收的。在该实施例中，DOE的组合传送扩展的光束PB的中心部分到光瞳平面14，该部分随阈值增加。
在这个例子中，通过采用透镜中心中透镜区域的相应主要部分来使光束PB主要部分通过。这需要当主要部分增加时阻断越来越大面积的光瞳平面。这使得不能在光瞳平面14中心区域提供光强。为减少该“排除在外”的区域，希望光束PB的主要部分通过时偏转最小，优选小于通过采用透镜区域相应的主要部分获得的偏转量。例如通过在透镜区域的主要部分采用恒定厚度区域，或者通过在微透镜之间散布恒定厚度区域(优选在微透镜阵列的每个单元中)，或者通过采用为更小波长而不是辐射源LA的波长设计的DOE来实现。
此外，优选使用由离散厚度梯度，例如最大厚度梯度的分数，来近似厚度连续变化的微透镜阵列。这里，典型地，由具有是最大厚度梯度的分数的梯度的阶梯厚度外形来近似连续变化外形，阶梯在某些位置退回最大厚度梯度以限制离散厚度水平的数量。这样的外形可以采用与半导体制造技术类似的光刻加工步骤方便地制造。可以采用它来对“错误”波长进行设计，以在光瞳平面14获得附加的位置相关性。
图5示出一系列不同微透镜50a-c的局部横截面，其具有连续厚度外形52、具有限定微透镜厚度值范围的梯度大小为h的模厚度外形54和具有分别采用一系列离散高度提供的厚度变化的量化厚度外形56。优选地，用于DOE120a、b中的微透镜的梯度大小h小于辐射源LA的波长。
在已经描述本发明的特殊实施例后，可以理解，本发明可以用不同于所描述的方式来实施。该描述无意限定本发明。例如，可以采用比两个DOE120a、b更多数量的DOE依次设置以提供更复杂的光瞳平面14内的光强分布的控制。作为另一个例子，尽管已经示出了轴棱镜122和变焦透镜124，这些元件中任何一个的函数当然可以用DOE的方法实现。
此外，尽管所示阻挡元件125位于轴棱镜122的前面，实际上阻挡元件可以放置在任何光瞳平面内或任何光瞳平面附近的任何方便的位置，阻挡元件125在无偏转地通过依次设置的DOE120a、b的辐射到达基底之前，阻断该辐射。原则上阻挡元件125的直径可以非常小，特别是如果阻挡元件精确地位于光瞳平面内，因为它需要仅阻断光瞳平面的一个点加上对应于无意偏转误差容限的环绕区域的辐射。但是，当透镜的中心部分用于通过偏转小于阈值的光束时，阻挡元件125应当采用相应的更大的直径。
Claims (17)
1.一种光刻装置，包括：
用于提供辐射投射光束的照明系统，该照明系统限定光瞳平面内辐射光束的光强分布，该照明系统包括用于将投射光束以与由该光学元件确定的与方向相关的光强分布在一定方向范围内偏转；
用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据所需的图案对投射光束进行构图；
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投射到基底的目标部分上的投射系统；
其特征在于，该装置包括：
在投射光束的光路中跟随所述光学元件设置的附加光学元件，所述光学元件和所述附加光学元件都设置为使投射光束的主要部分基本上无偏转地通过，所述附加光学元件以与方向相关的光强分布将通过所述光学元件的光束的主要部分在另一个方向范围偏转；
用于阻挡无偏转地通过所述光学元件和所述附加光学元件的所述投影光束的光强部分传输到基底的阻挡元件。
2.根据权利要求1的光刻装置，包括多个附加光学元件，在投射光束的光路中相继跟随所述光学元件，每个附加光学元件使投射光束的主要部分基本上无偏转地通过，并且每个附加光学元件用于以相应的另一与方向相关的强度分布将从前面的光学元件接收的投射光束的主要部分在相应方向范围内偏转。
3.根据权利要求1或2的光刻装置，其中，光学元件和附加光学元件提供作为围绕标准光束方向的旋转角度的函数的彼此不同的与方向相关的光强分布。
4.根据权利要求3的光刻装置，其中，光学元件提供具有作为围绕标准光束方向的旋转角度的函数的第一级光强或者零级光强的光强分布，附加光学元件提供具有作为围绕标准光束方向的旋转角度的函数的不同于第一级光强或零级光强的第二级光强的光强分布。
5.根据前面任何一项权利要求所述的光刻装置，其中，每个光学元件包含横跨光束横截面的微透镜阵列。
6.根据权利要求5所述的光刻装置，其中，辐射源在第一波长基本上为单色，每个微透镜包括厚度梯度以将微透镜的厚度值保持在预定的范围内并且将微透镜在第二波长的效率最佳化，所述第一波长偏离所述第二波长一个范围，使得在第一波长时的效率很低，从而使投射光束的主要部分无偏转地通过。
7.根据前面任何一项权利要求所述的光刻装置，包括光学元件交换单元，所述交换单元包括多个用于预先制造的光学元件的位置，每个光学元件提供相应的与方向相关的光强分布，所述交换单元设置用于将所选择的可用光学元件移动至跟随所述光学元件的位置，以用作所述附加光学。
8.根据权利要求7的光刻装置，包括多个相应的光学元件组，每个相应的组包含一个或多个根据相应组在相应位置范围内确定光瞳平面内光强的光学元件，所述交换单元设置为独立地将可选择的相应组的光学元件放置在按顺序设置的光学元件相连续的不同位置。
9.一种器件制造方法，包括：
提供至少部分地覆盖有一层辐射敏感材料的基底；
采用照明系统提供投射辐射光束；
使投射光束通过光学元件，用于将光束偏转以由该光学元件确定的与方向相关的光强分布在一方向范围内偏转；
利用构图部件来使投射光束的横截面具有图案；和
在具有该层辐射敏感材料的目标部分上投射带图案的辐射光束；
其特征在于：
使投射光束通过在投射光束的光路中跟随所述光学元件设置的附加光学元件，所述光学元件和所述附加光学元件都设置为使投射光束的主要部分基本上无偏转地通过，所述附加光学元件将通过所述光学元件的光强的主要部分以与方向相关的光强分布在另一个方向范围偏转；和
阻挡无偏转地通过所述光学元件和所述附加光学元件的投射光束部分传输到基底。
10.根据权利要求9的器件制造方法，包括是投射光束通过多个附加光学元件，所述附加光学元件在投射光束的光路中相继跟随所述光学元件，每个附加光学元件使投射光束的主要部分基本上无偏转地通过，并且每个附加光学元件用于将从前面的光学元件接收的投射光束的主要部分分别以相应的另一与方向相关的光强分布在相应的方向范围内偏转。
11.根据权利要求9或10的器件制造方法，其中，光学元件和附加光学元件提供作为围绕标准光束方向的旋转角度的函数的彼此不同的与方向相关的光强分布。
12.根据权利要求11的器件制造方法，其中，光学元件提供具有作为围绕标准光束方向的旋转角度的函数的第一级光强或者零级光强的光强分布，附加光学元件提供具有作为围绕标准光束方向的旋转角度的函数的不同于第一级光强或者零级光强的第二级光强的光强分布。
13.根据权利要求9-12中任何一项的器件制造方法，其中，每个光学元件包含横跨光束横截面的微透镜阵列。
14.根据权利要求13的器件制造方法，其中，辐射在第一波长基本上为单色，每个微透镜包括厚度梯度以将微透镜的厚度值保持在预定的范围内并且将微透镜在第二波长的效率最佳化，所述第一波长偏离所述第二波长一个范围，使得在第一波长时的效率很低，从而使投射光束的主要部分无偏转地通过。
15.根据权利要求9-14中任何一项的器件制造方法，包括提供多个相应的光学元件组，每个相应的组包含一个或多个根据相应组在相应的位置范围内确定光瞳平面内的光强的光学元件，选择一组光学元件，每个光学元件从相应的一组中选择，并且在投射光束中按顺序放置所选择的光学元件。
16.根据权利要求9-14中任何一项的器件制造方法，其中，所述光学元件和所述附加光学元件为一组光学元件的一部分，每个光学元件使大部分投射光束无偏转地通过，该组中的每个光学元件确定围绕光瞳平面中心的相应环中与旋转角度相关的光强分布。
17.根据权利要求16的器件制造方法，该方法包括旋转该组中的光学元件，使得相应环中与旋转角度相关的光强分布旋转。
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