[发明专利]用于微光刻投影曝光设备的照射系统的光学积分器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年2月17日提交的美国临时申请US Ser.No.60/774,850以及2006年6月9日提交的US Ser.No.60/804,369的优先权。这些早期的申请的全部内容在此引用作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于在微光刻投影曝光设备的照射系统中产生多个二次光源的光学积分器。本发明还涉及一种制造用于这种照射系统中的长的微透镜阵列的方法。长的微透镜阵列通常包括在这种照射系统的光学积分器或散射板中。

背景技术

微光刻(也称作光刻法或者简单光刻)是用于制造集成电路、液晶显示器以及其他微结构装置的技术。微光刻工艺结合蚀刻工艺用于在薄膜叠层中构图特征，所述薄膜叠层形成在例如硅晶片的衬底上。在制造的每一层，首先用光致抗蚀剂涂敷晶片，所述光致抗蚀剂是对例如深紫外(DUV)光的辐照敏感的材料。下一步，将在顶部具有光致抗蚀剂的晶片通过投影曝光设备中的掩模曝光到投影光。掩模包括将被投影到光致抗蚀剂上的电路图形。在曝光之后，将光致抗蚀剂显影以产生对应于掩模中包含的电路图形的图形。然后通过蚀刻工艺将电路图形转移到晶片上的薄膜叠层中。最后，去除光致抗蚀剂。用不同的掩模重复该工艺获得多层微结构部件。

投影曝光装置通常包括照射系统、用于对准掩模的掩模平台、投影透镜以及用于对准以光致抗蚀剂涂敷的晶片的晶片对准平台。照射系统照射掩模上的场，所述场通常具有(长)矩形或者环片段的形状。

在现有的投影曝光设备中，在两个不同类型的设备之间存在区别。在一种类型中，晶片上的每个目标部分通过对整个掩模图形曝光所述目标部分的一次操作而被辐照；这种设备通常称作晶片分步投影光刻机(waferstepper)。在另一种称作步进-扫描设备或者扫描器类型的设备中，每个目标部分通过在给定的参考方向中的投影光束下逐渐扫描掩模图形，同时同步地扫描平行于或者反平行于该方向的衬底而被辐照。晶片的速度与掩模速度的比例等于投影透镜的放大率，所述放大率通常小于1，例如1∶4。

随着制造微结构器件的技术发展，关于照射系统的要求也在增加。理想情况是，照射系统以具有良好限定的角度分布和辐照的投影光照射掩模上的照射场的每个点。通常投影光的角度分布对于照射场中的所有点应该相同。这在分步投影光刻机类型的装置中也应用于辐照，因为由于光致抗蚀剂的精确曝光阈值，在照射场中即使微小的辐照变化也会转换成晶片上的较大尺寸变化。

在扫描器类型的曝光装置中，在照射场中的辐照可沿着扫描方向变化。作为通过扫描运动获得的积分效果的结果，在光致抗蚀剂上的每个点仍然接受同样的光能量。例如，发现，在照射场的长边缘处具有弯曲或者倾斜斜坡的扫描方向的辐照作用对于抑制脉冲量子化效应是有效的。脉冲量子化效应在转让给本申请人的国际申请WO 2005/078522中具体描述。

投影光射到掩模上的角度分布通常适应于投影到光致抗蚀剂上的图形类型。例如，较大尺寸的特征比小尺寸的特征要求不同的角度分布。所使用的最通常的投影光的角度分布称作常规的、环形的、偶极和四极照射设置。这些术语指照射系统的瞳平面上辐照的分布。例如，用环形照射设置，在瞳平面上仅照射环形区域，因此在投影光的角度分布中仅仅有小范围的角度，使得所有光束以相似的角度倾斜地射到掩模上。

在设计用于波长小于200nm的照射系统中，通常使用激光作为光源。激光器发射的投影光束具有小的横截面和小的发散性，因此几何光通量也小。几何光通量也称作Lagrange不变量，是至少对于特定具体配置，与最大光角度和照射场尺寸的乘积成比例的数值。激光器光源的小几何光通量意味着，如果利用常规的透镜，则或者能够获得以小的照射角照射的大场，或者获得以大的照射角照射的小场。

为了同时获得以较大照射角照射的大场，大部分照射系统包含光学元件，所述光学元件对于元件上的每个点，增加了通过该点的光的发散性。具有这种特性的光学元件在下面将被称作光栅元件。这种光栅元件包括多个通常周期性设置的子元件，例如衍射结构或者微透镜。

包括玻璃棒或者类似光混合元件的照射系统通常获得在掩模面上较好的照射均匀性。然而，这些光混合元件较大程度地破坏投影光的偏振状态。这在一些情况下是不希望的，因为已经发现，使用具有特别选择的偏振状态的投影光照射掩模可显著地改善在光致抗蚀剂上的掩模图形的成像。