CN101517491B - 投影曝光方法和投影曝光系统 - Google Patents

Abstract

在一种投影曝光方法中，具有中心波长λ的初级辐射被产生并且被引导沿照明路径通过照明系统并且沿投影路径通过投影系统。该中心波长在波长的变化范围Δλ内变化，该波长变化范围Δλ具有下限λ _MIN≤λ和上限λ _MAX＞λ。至少一个气体吸收物的特定吸收系数k(λ)在最小吸收系数k _MIN和最大吸收系数k _MAX之间变化，以致吸收比(k _MAX/k _MIN)超过10，该至少一个气体吸收物从包含氧气(O ₂)，臭氧(O ₃)和水汽(H ₂O)的组中选择，而且存在于沿着照明路径和投影路径的至少一个的至少一个充有气体的空间中。该充有气体的空间内的吸收物的浓度被控制为使得该吸收物对所有沿着不同的光线路径朝像场行进的光线所造成的总的吸收变化被保持在预定吸收变化阈值之下。

Description

投影曝光方法和投影曝光系统

技术领域

本发明涉及用于对辐射敏感衬底曝光的投影曝光方法和适用于执行该方法的投影曝光系统，该辐射敏感衬底布置在投影物镜的像面区域内，使掩模图案的至少一个图像布置在该投影物镜的物镜表面区域内。

背景技术

显微光刻投影曝光方法当前被用来制造集成半导体器件及其他微细结构部件。需要使用带有待成像结构的图案的掩模(标线)，该图案例如是半导体部件的层的线条图案。掩模被设置在位于照明系统和投影物镜之间的投影曝光系统中，在投影物镜的物镜表面区域内，并且该掩模由照明系统所提供的照明辐射照射。通过掩模和图案改变的该辐射，以投影辐射的形式通过该投影物镜，该投影物镜使该掩模的图案成像在待曝光的衬底上，该衬底通常带有辐射敏感层(光致抗蚀剂)。

通过提高投影物镜的图像侧的数值孔径(NA)和使用短波长的辐射可以提高具有逐渐精细图案的掩模的投射图像的空间分辨率。当前，常常使用波长小于约260nm的紫外线辐射。许多使用折射或者反折射投影物镜的曝光系统使用由中心波长λ≈193nm的ArF准分子激光器提供的初级辐射。

包括例如透镜之类的折射光学元件的投影系统的光学性能主要受出现在光学界面-例如是邻近气体填充空间的透镜表面-处的折射率差异的影响。光学系统的其它特征性设计元件，例如光学表面的弧度，光学表面之间的距离，光学表面的非球面形状等被优化以用于特定的设计参数组。折射率差异的每次变化会引起额外的成像像差。

如果邻近光学表面的一种光学材料是气体，那么压力的改变可能引起光学表面处的折射率差异的显著变化，这是因为气体的密度，以及与此相伴的该气体的折射率随气体压力而改变。同样，温度变化也将影响折射率差异。压力改变主要影响光学系统(a optical train)中的气态材料，而温度的改变通常影响气体和固体透明材料，例如玻璃或者晶体的氟化物，或者影响光学液体的光学性质，该光学液体例如是可选地用于光学系统中的浸液。

光学界面处的折射率差异还受所使用的辐射的波长的影响。造成该影响的光色散dn/dλ通常在固体材料和液体中比在气体材料中大。例如，在λ＝193,368nm附近，对于熔融硅石，色散dn/dλ约为-1.577×10^-6pm^-1，对于晶状氟化钙约为-0.989×10^-6pm^-1，对于水(有时用作浸液)，约为-2.139×10^-6pm^-1。由于色散，辐射的中心波长的细微改变导致光学系统内可觉察的折射率变化。

美国专利5,838,426公开了一种投影曝光系统和方法，其中由发射中心波长λ＝248.4nm的KrF准分子激光器提供的照明辐射的波长根据出现在该投影曝光系统周围的压力变化而改变。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有基本上与出现在投影曝光系统周围的压力变化无关的光学性能的投影曝光方法和系统。本发明的另一个目的是提供一种在成像像差修正和成像像差补偿方面高度可变的投影曝光方法和系统。本发明的又一个目的是提供一种使用具有中心波长约为193nm的初级辐射的投影曝光方法和系统，其具有基本上与出现在该投影曝光装置周围的大气变化无关的光学性能。

为了达到本发明的这些目的及其他目的，根据本发明的一个构想，提供一种投影曝光方法，包括：

产生具有中心波长λ的初级辐射；

引导该初级辐射沿着照明路径通过照明系统以产生入射在带有图案的掩模上的照明场中的照明辐射；

使用投影辐射沿着投影路径将该图案的图像通过投影物镜投影在辐射敏感衬底上的像场上；

在波长变化范围Δλ内改变中心波长，该波长变化范围Δλ具有下限λ_MIN≤λ和上限λ_MAX≥λ；

其中在该波长变化范围内，至少一个气体吸收物的特定吸收系数k(λ)在最小吸收系数k_MIN和最大吸收系数k_MAX之间变化，以致吸收比(k_MAX/k_MIN)超过10，该至少一个气体吸收物从包含氧气(O₂)、臭氧(O₃)和水汽(H₂O)的组中选择，并且存在于沿着照明路径和投影路径中的至少一个的至少一个充有气体的空间中；

控制该充有气体的空间内的吸收物的浓度，以致该吸收物对所有沿着不同的光线路径朝像场行进的光线所造成的总的吸收变化被保持在预定吸收变化阈值之下。

该总的吸收变化应该基本上小于0.5％或者0.4％。在一些实施例中的吸收变化阈值小于0.3％或者小于0.2％。优选地，该吸收变化阈值是0.1％或者更小。如果满足该条件，吸收通常不会严重地影响场的均匀性。

如本申请的开头所述，大气压力变化影响该投影曝光系统的光学性能，因此将被考虑。一种方法是调节(或者改变)该初级辐射的中心波长λ，使得由压力导致的光学界面处的折射率差异的变化可以通过该光学介质中的波长色散来至少部分地补偿。然而，色散不是唯一要考虑的方面。在沿着该光学系统的充有气体的空间中的介质的吸收还是压力、温度和波长的函数。因此，为了实现可靠的补偿策略和不同环境中的光学性能，考虑该充有气体的空间内的吸收同样是有用的。

在许多目前使用的投影曝光系统中，照明系统和待照射的掩模之间的空间以及该掩模和投影物镜之间的空间充满空气或者包含不变氧气(O₂)量的其它气体。同样，如果在该投影物镜的出口表面和待曝光的衬底之间的空间中没有使用浸液，则该空间常常充满包含氧气的气体，例如空气。还可以存在一定量的其它包含氧原子的气体分子，例如臭氧(O₃)和/或水汽(H₂O)。

在由193.4nm附近的ArF准分子激光器提供的波长区域中，氧气对特定波长的紫外辐射呈现强烈的吸收(参见例如K.Yoshino，D.E.Freeman等，“High Resolution Absorption Cross SectionMeasurements and Band Oscillator Strengths of the(1，0)-(12，0)Schumann-Runge Bands of O₂”，Planet Space Sci.31(1983)，No.3，339-353)。

由Schumann-Runge带反映的吸收性能限制了中心波长约为193nm的现有系统只能利用中心波长λ，该中心波长λ从吸收带之间的低吸收区域中选择，例如从193.33nm到193.45nm之间的间隔中选择。相应的波长变化范围Δλ≈0.12nm已经被认为是足以解释许多应用，其中中心波长的变化是符合愿望的。例如，投影曝光系统通常应该适用于不同的高度，以便在海平面以及例如高于海平面2,000m或更高的高度处保持它们以足够的性能运行。而且，在大多数情况下依照天气导致的压力变化的变化可以被补偿。在所使用的波长变化范围内，由氧气所导致的特定吸收的绝对值(例如由吸收系数k或者吸收截面σ的值表示)的改变不大于2倍或者3倍。然而，如果该投影曝光系统的充有气体的空间内的诸如氧气的吸收物的浓度被控制为使得该吸收物对所有沿着不同的射线路径朝像场行进的射线所造成的总的吸收变化被保持为低于预定吸收变化阈值，那么前面的对该波长变化范围的限制就不再限制该波长变化范围Δλ的潜在宽度。例如，使用的最小波长λ_MIN可以被调节为低于193.30nm。该波长变化范围可以包括位于大约193.29nm处的吸收带的局部吸收最大值，并且可以小于该值。可替换地或者另外，如有要求，该波长变化范围的上限值λ_MAX可以向上延伸到另一个位于大约193.49nm或者更高处的有限局部吸收最大值。

在一些实施例中，对于波长变化范围的绝对值Δλ＝λ_MAX-λ_MIN，满足Δλ≥0.15nm的条件。在对依赖于压力和温度的性能变化的补偿方面，这允许更高的自由度。而且，所使用的固体透明光学材料的绝对折射率的更大的差异，例如高达5×10^-5的差异，可以被补偿。该增大的灵活性允许减少在昂贵测量上的开支并且允许在利用不同类型的光学材料方面的更高的灵活性。例如，在该光学系统内能够容许来自不同制造商的熔融硅石材料和/或晶体氟化物材料，它们的光学性质典型地稍有不同。对于利用材料的更高的灵活性允许进一步优化其它参数，例如寿命和成本。

在一些实施例中，在具有超过1mm的最大轴向延伸的每个充有气体的空间中，优选地在与轴向尺寸无关的每个充有气体的空间中，氧浓度c_ox被维持为c_ox＜10％和/或c_ox＜1％和/或c_ox＜1％的值。

存在问题的充有气体的空间也就是那些在不同的光线之间存在大的光学距离的空间。这样的关键性的充有气体的空间可以由在相邻的光学表面处入射角的大的变化来表征。在这些情况下，对不同光线的吸收依赖于入射角而有显著差别。因此，总的来说，靠近该光学系统的场表面或与该场面邻接处的充有气体的空间可能是关键性的。那些空间包括靠近物镜表面的空间和靠近投影物镜的像面的空间。如果投影物镜具有至少一个中间图像，由于不同光线之间的光程的大的变化，靠近该中间图像的空间可能也是关键性的。

在一些实施例中，邻近掩模的充有气体的空间被密封以形成密封空间，该密封空间对与该掩模相互作用的辐射来说是透明的。该密封空间可以被抽空到这样的程度以致氧浓度低于临界值(例如＜10％或者＜1％的氧气)。还可以通过将诸如氧气的吸收物的浓度有效降低到临界浓度之下的净化气体引入充有气体的空间来净化该充有气体的空间。虽然不密封关键性的充有气体的空间可能对该净化造成影响，但是，如果需要，该净化气体优选地被引导进该密封空间中以移除该吸收物。在这种情况下，净化气体能被经济地使用。

不同的净化气体可以单独使用，或者彼此组合使用。例如，氮(N₂)或者二氧化碳(CO₂)或者氦(He)或者氩(Ar)可以用于净化。

净化气体用在密封空间内。优选地将该净化气体保持在相对于包围该密封的空间的环境中的气体压力来说的过压力，由此能够防止存在于该环境中的吸收物以任何显著的量进入该密封空间。例如，该更高的压力可以在50到1,000Pa的范围内。

如有要求，在投影物镜的出口表面和衬底之间的区域中可以施加类似的测量。在浸没系统中，在该投影曝光系统工作期间，该投影物镜的出口表面和该衬底的入口表面之间的空间充满折射率基本上大于1的浸液，由此从该空间移除气体吸收物。

如果为了调节该投影物镜的成像性能以适应不同的环境条件，要改变该辐射的中心波长λ，则沿该照明系统中的照明路径的光路也被改变。这可能使得该照明系统的光学性能降低。具体地，所需要的远心度可能变差。在一些实施例中，该影响通过响应于该中心波长的变化来调节该照明辐射的远心度以便获得低于预定的照明辐射远心度误差阈值的远心度误差来考虑。适当的远心度操纵装置可以被相应地启动。

该投影曝光方法还可以包括步骤：响应于中心波长的变化来调节该投影辐射的远心度，使得获得低于预定投影辐射远心度误差阈值的远心度误差。

调节该投影曝光系统的远心度的步骤可以包括以下步骤中的至少一个：相对于投影物镜的光轴移动该投影物镜的孔径光阑；相对于该投影物镜调节衬底的位置；相对于投影物镜调节待成像的掩模的位置；和相对于产生照明辐射的照明系统的第二部件调节该照明系统的第一部件的位置。

完全消除该投影曝光系统内的气体吸收物也许不总是必需的，只要由吸收所导致的剩余效应对于特定应用来说是可容忍的就行了。一个剩余效应是由吸收的变化导致的，该吸收的变化是由于投影曝光系统内的不同光线而依赖于与光轴所成的各自光线角沿不同的光线路径行进。通常，沿光线路径所遭受的总吸收将依赖于在朝像场行进的途中充满气体吸收物的空间的绝对长度。在某些情况下，有益的是响应于中心波长的变化调节投影物镜的出射光瞳中的空间强度分布，使得获得低于预定辐射强度分布误差阈值的强度分布变化误差。为此目的，适当的滤光元件可以被引入该投影物镜的出射光瞳的区域(或者与其光学共轭的区域)以补偿该强度变化，该滤光元件具有适用于该空间强度分布的透射空间变化。可替换地，具有与该空间透射分布相对应的角度-选择透射特性的滤光元件可以被引入到靠近场平面中关于该出射光瞳进行了傅里叶变换的位置或者就引入到该位置。申请人提交的德国专利申请DE 10218989A1公开了适当的滤光元件和方法，其能够适用于该目的。该申请的公开通过引用并入此处。

在一些实施例中，响应于中心波长的变化调节投影物镜的出射光瞳中的空间强度分布，以获得低于1％的强度分布变化误差。例如，该误差例如可以是0.8％或者更小，或者0.5％或者更小。优选地，该强度分布变化误差低于0.1％，例如0.08％或者更小，或者0.05％或者更少。在很多情况下约为0.01％的值是可以接受的。

一些实施例被配置成允许测量在至少一个充有气体的空间中的吸收物的浓度以产生浓度信号，并且响应于该浓度信号控制初级辐射的发射。在这种情况下，投影曝光系统能够在短的时间段内对环境的改变做出反应，例如环境压力的增加或减小，或者响应光学系统的误差条件。该系统可以被配置为使得对发射的控制包括：如果被监视的一个空间或者多个空间中的浓度信号表明吸收物的浓度超过该充有气体的空间中的预定浓度阈值，则切断初级辐射的发射。通过这些额外的安全细节可以获得更稳定的进程(process)。

这些独立的特征可以单独实施或者组合实施来作为本发明的实施例，或者可以在其它应用领域实施。此外，它们可以代表凭它们自身的权利就可获得专利权的有利的实施例，对于这些实施例，在提交的申请中要求得到保护，或者在该申请待决期间要求得到保护。

附图说明

图1示出被配置成根据本发明实施例执行投影曝光方法的投影曝光系统的实施例的示意图；

图2示出根据文献值和不同的波长变化范围测量的Schumann-Runge带中的吸收截面所产生的图，该不同的波长变化范围适应于该吸收带；

图3示出掩模所在的照明系统和投影物镜之间的空间中的几何条件的放大示意图。

具体实施方式

图1示出显微光刻图案投影曝光系统的实施例的示意图，该显微光刻图案投影曝光系统被配置为晶片扫描仪WSC，该晶片扫描仪WSC用于通过浸润光刻制造高集成度的半导体部件。该系统包括由ArF准分子激光器构成的初级光源LS，用于产生具有中心波长λ≈193.4nm的初级辐射PR。初级辐射PR的出射光束由气密性的引导系统GS引导到照明系统ILL的入口，该照明系统ILL被配置成将该初级辐射转换为入射到掩模M上的照明辐射，该掩模M带有将在光敏衬底W上成像的图案。该照明系统ILL包括大量允许选择各种照明模式的光学部件和光学单元，以便该照明模式能够例如在具有期望的相干度的传统照明、环形场照明和偶极或者四极照明之间转换。该照明系统产生具有很大程度上均匀照明的大的、锐的有限照明场，该照明场与布置在该掩模的光学下游的投影物镜PO的远心度要求相匹配。照明系统的光学部件被适当的密封结构以基本上气密性的方式密封为与引导系统GS以气体相通。

用于固定并操作掩模M的装置RS(标线载物台)通常被布置在照明系统的出口侧和投影物镜的入口侧之间的区域中，使得在掩模M上提供的图案PAT位于该投影物镜的物镜表面OS，该物镜表面OS与照明系统的出口平面EP重合(图3)。装置RS包括扫描驱动器，该扫描驱动器允许该掩模在垂直于照明系统和投影物镜的光轴的扫描方向上移动，该投影物镜平行于物镜表面OS。

平面OS，也被称为掩模平面(或者标线平面)的后面是投影物镜PO，该投影物镜PO被配置成将掩模的图像以缩减比例，例如4∶1，成像在涂有光致抗蚀剂层的半导体晶片W形式的辐射敏感衬底上。除4∶1之外，例如5∶1，10∶1或更多的缩减比例也是可能的。投影物镜PO可以是纯折射的，例如在申请人的美国专利6,891,596B2中所公开的，或者可以是包括一个或多个凹镜的反折射光学系统，例如在申请人的申请WO2005/098506或者US2005/0190435A1中所公开的，这些申请的公开内容通过引用并入本申请中。

涂有光致抗蚀剂层的用作光敏衬底的晶片W被布置为使得平面的衬底表面SS和涂在该衬底表面上的光致抗蚀剂层与投影物镜PO的平面的像面IS基本上重合。晶片由装置WS(晶片载物台)固定，该装置WS包括扫描仪驱动器，用于对于扫描操作，在相反的方向上与掩模M同步并且与该掩模平行地移动该晶片。为了在平行于该投影物镜的光轴的z方向上和与该轴成直角并且彼此成直角的x和y方向上移动该晶片，该晶片载物台还包括操纵器。集成了倾斜装置，该倾斜装置具有至少一个与该投影物镜的光轴成直角的倾斜轴。可以提供用于操作的额外的自由度。

用于固定该晶片W的装置WS被设计为允许浸润光刻。该装置WS可以包括平的不透液体的固定结构，该固定结构在面向投影物镜的顶端是敞开的，并且该固定结构被设计为合适的尺寸以容纳浸液IL，使得当该浸液被引入该固定结构时，该浸液至少在待曝光的区域中完全覆盖衬底表面SS，而且使得投影物镜PO的出口表面能够浸没在该浸液中，以致该投影物镜的出口表面和衬底表面之间的整个工作间距都充满了该浸液。整个曝光系统由中央处理器CPU控制。

该投影曝光系统安装有波长改变系统WVS，该波长改变系统WVS被配置来改变由激光源LS发射的初级辐射PR的中心波长λ，使其在最大波长变化范围Δλ≥0.15nm的范围内变化，例如在大约193.27nm和193.46nm之间变化。该光源包括激光谐振器和与该激光谐振器协同工作的波长调节元件WA。该波长调节元件例如可以包括光栅，借助该光栅将离开激光器的辐射的带宽变窄。通过改变该光栅相对于该谐振器的倾角，该发射的中心波长λ能够在该激光谐振器的固有波长带的范围内变化。该可倾斜的光栅被连接到驱动器(未示出)，该驱动器被集成到中央处理器CPU中的波长改变控制单元控制。还可以使用其它可变地调节所发射的激光波长的装置。

提供密封结构E，以允许该照明系统的出口端和投影物镜的入口端之间的间距以基本上气密的方式被密封。为此目的，该密封结构采取这样的容器的形式，该容器具有照明侧的开口，该开口适配为密封地咬合该照明系统的出口侧的端口的外部，并且在该容器的另一端具有另一个开口，该另一个开口密封地容纳投影物镜的入口侧的端口。该密封结构E被设计合适的尺寸，以致标线载物台RS的所有可移动的机构部件能够被包括在该密封结构中，从而只需将电力线引导通过该密封结构的壁。用来响应于在该密封结构内部检测到的氧的量而发射电传感器信号的气体传感器SENS，被安装在该密封结构内或者在其壁上并电连接到中央处理器CPU。中央处理器的选择的部分被配置成响应于由气体传感器SENS提供的传感器信号而产生对光源LS的切断信号，该传感器信号表明该密封结构E内的氧分压超过了临界阈值。

该投影物镜PO具有可变孔径光阑AS，该可变孔径光阑AS布置在该投影物镜的光瞳表面或者接近该投影物镜的光瞳表面。提供孔径光阑操纵器ASM以调节该孔径光阑的有效直径(或者确定所使用的NA值)，并且该孔径光阑操纵器还允许通过横向位移运动和/或倾斜来移动该孔径光阑相对于该光轴的位置，借此能够调节图像侧的远心度条件。该孔径光阑操纵器ASM电连接到中央处理器。连接到照明系统ILL的远心度操纵器TM也连接到该中央处理器，并且允许通过该照明系统的所选择的光学元件彼此相对地移动和/或倾斜来调节入射到掩模M上的照明辐射的远心度。

供气系统GSUP通过气体管线GL被连接到引导系统GS、照明系统ILL、密封结构E和投影物镜PO的内部。在该实施例中，该供气系统被配置成连续地使用基本上不含氧的气体，例如氮或者氩来净化所有提到的该光学系统内的空间。可以在其它实施例中提供多于一个的供气系统，以允许馈送不同的净化气体给该辐射所经过的光学路径的不同部分。

由于在工作于大约193nm波长的投影曝光系统的光学路径中存在氧而产生的一些问题将结合图2和图3加以解释。图2示出在300K时O₂的吸收横截面σ[cm²]和193.0nm和193.6nm之间的真空波长λ[nm]的关系的实验数据(来自：K.Yoshino，D.E.Freeman等，“HighResolution Absorption Cross Section Measurements and BandOscillator Strengths of the(1，0)-(12，0)Schumann-Runge Bandsof O₂”，Planet Space Sci.31(1983)，No.3，339-353)。在该波长间隔中，对于O₂的吸收横截面存在三个局部最大值M1、M2、和M3(所谓的Schumann-Runge带)。可以预期，ArF激光器的最大激光效率(受激光器功率的全局最大值和较小的O₂吸收值影响)在波长A0＝193.368nm(对应于σ＝3.01×10^-23cm²或者k＝8.1×10^-4cm^-4atm^-1)处获得。从图2中明显看出：在局部吸收最大值M2和M3附近处的横截面值明显地大于更低λ侧和更高λ侧的横截面值。例如，在该局部吸收最大值M2处的吸收横截面大约是在更低λ侧大约193.29nm处的吸收横截面的50倍(这里k≈3.2×10^-2cm^-4atm^-1)。

现在考虑由氧引起的吸收ABS，其能够由吸收系数k根据下式导出：

ABS＝1-(I/I₀)＝e^-kL，

其中(I/I₀)是透射T，L代表出现吸收的光线路径的几何长度。假定是使用理想气体方程的理想气体条件，该吸收系数k能够使用吸收横截面σ计算：

k＝σn，

其中n＝μn*P/RT，其中n等于气体物的密度[cm^-3]，n*等于该气体物在空气中的比重，P等于压力[巴]，T等于环境温度[℃]+273.16，R等于通用气体常数，μ等于量纲的转换常数。因此，图2所示的该吸收横截面σ(λ)的条件直接转换为(依赖于波长的)吸收系数k(λ)的条件，其中温度与压力是常数。

现在考虑传统的投影曝光系统，被辐射穿过的充有气体的空间的至少一部分充有通常包含大约20％氧气的空气。为了避免由吸收导致的性能损失，期望选择系统的中心波长λ使得由氧的吸收被大部分避免。因此，可以使用接近于λ₀的中心波长λ。如果期望中心波长变化，例如以补偿由气压变化所导致的像差，波长变化范围Δλ仍将仅仅包括这样的波长，在该波长处吸收水平比较低，例如在大约193.4nm附近的宽的局部最小值内的值。指出了可能的波长变化范围Δλ₀，其大约从λ_MIN＝193.33nm延伸到λ_MAX＝193.45nm。在该范围内，由氧气所导致的吸收值的变化不大于三倍。而在该区域内可能的绝对范围Δλ＝0.12nm对于许多应用来说足以来解决由于环境压力变化等等所导致的像差变化，更大的Δλ绝对值是可取的。

在图1的曝光系统中，通过将基本上不含氧的气体引入光源LS和待曝光的衬底W之间的所有充有气体的空间中，由辐射穿过的整个光学路径被保持为基本上不含氧。虽然氧浓度从大约20％降低到大约10％对于一些情况来说是足够的，但是实际获得的降低使得在充有气体的空间中仍存在小于1％的氧气，由此氧气的吸收效果被大大的降低了。在这些条件下中心波长λ可以移动到与特定吸收的较高值(分别由吸收系数k(λ)或者吸收横截面σ(λ)表示)相对应的值。在图2中示意性地指出三个示例性的可用的波长变化范围Δλ₁、Δλ₂和Δλ₃。在Δλ₁情况下，该波长变化范围LS的最小值λ_MiN低于大约193.23nm的下波长吸收带M2，，并且包括在193.29nm处的局部吸收最大值。因为Δλ₁的最大波长值λ_MAX是193.45nm，所以获得的绝对值Δλ₁＝0.19nm。如第二波长变化范围Δλ₂所指示的那样，最大波长值λ_MAX可以延伸到超过上吸收最大值M3的值，以致例如λ_MAX＝193.52。如有需要，波长变化范围Δλ₃可以包括在λ₀两侧的两个局部吸收最大值M2、M3。通常，希望波长变化范围尽可能的宽，因为宽的波长变化范围允许容忍更大的折射率变化值，该折射率变化例如是由于气压变化或者光学材料的变化所导致的。在192.2nm和193.5nm之间的波长变化范围(Δλ＝0.3nm)可能是有用的。可以获得更宽的波长变化范围，例如在193.0nm和193.6nm之间(Δλ＝0.6nm)。

以相对于光轴的不同的光线角穿过该曝光系统的不同的光线在到达像面的途中通常将遭受不同的绝对吸收ABS，由此可能对诸如远心度的成像特征产生负面影响。现在结合图3给出一些估计，图3示出该照明系统ILL的出口端和投影物镜PO的入口端之间的几何空间，其中布置带有图案PAT的掩模M，该图案PAT被设置在投影物镜PO的物镜表面OS上。从照明系统行进到投影物镜的辐射由基本上沿投影物镜的光轴AX行进的中心光线CR和朝投影物镜的孔径光阑AS的边缘行进的边缘光线MR表示。包括在边缘光线和光轴之间的角度α由投影物镜的图像侧的数值孔径和投影物镜的缩减比例确定。在具有NA＝1.35和4∶1的缩减比例的浸没系统的示例性情况中，当掩模周围空间充有空气(n＝1)时，物体侧的数值孔径(对应sinα)是0.3375。在这些几何条件下，中心光线和边缘光线之间的几何路径长度的差异在该充有气体的空间内大约为6％。显然，NA值越小，该差异越小，例如在NA＝0.93、缩减比例相同时该差异约为3％。进一步考虑由于弯曲的透镜表面所造成的几何效应(与中心光线相比，提高了边缘光线的横向空间)，在此处所考虑类型的典型的大孔径投影物镜中，中心光线和边缘光线之间的几何路径差约为10％。

现在考虑照明系统和投影物镜之间的空间的典型尺寸，其典型地约为10毫米或更多，例如至少20mm，至少40mm，至少60mm，至少80mm或者至少100mm。如果中心波长λ对应于吸收曲线中的局部最小值(见图2)，那么该区域中的吸收的代表值可以是ABS＝0.15％。考虑上述的几何路径差，当考虑最低吸收(低k值或者低σ值)时，中心光线和边缘光线之间的典型吸收变化应该约为0.015％。然而，如果该中心波长λ被选择为使得充有气体的空间中的对应吸收对应于局部最大值，例如图2中的M2，那么吸收的效果可能高50倍，这导致中心光线和边缘光线之间的吸收差异约为0.75％。

另一个数值示例是具有图像侧的数值孔径NA＝1.35和4∶1的缩减比例的投影物镜，其中照明系统的出口表面和该投影物镜的入口表面之间的间距是90mm。在那种情况下，在以最大NA行进的最长光线和平行于光轴行进的最短光线之间的几何路径差PD是 $\mathrm{PT}=90\mathrm{mm}(1/\sqrt{(1-{(1.35/4)}^2)}-1)=5.4\mathrm{mm}.$ 根据该一般化的几何关系，这对应于这样一种光瞳变迹，该光瞳变迹基本上独立于场并且具有与各自的充有气体的空间中的气体吸收相对应的幅度。在这些条件下，在投影物镜的出射光瞳中的强度分布的典型变化约为0.01％，在多数情况下这是可以接受的。

明显大于该差异的差异，例如高出10倍或者100倍的变化(即大于0.1％或者大于1％)通常不能被忽略，这是因为在该投影物镜的出射光瞳表面内(孔径光阑位于此处)的辐射的对应强度分布将变得不均匀，其中相比于接近于光轴穿过该系统的光线，在以较长几何光线路径通过充有气体的空间的光线所经过的区域内具有更低的强度。由吸收导致的出射光瞳中的强度变化典型地转变为由吸收导致的投影物镜的出口处的远心度误差，这是因为远心度误差可以被认为是中心光线(或者主光线)的图像侧的倾角，理想情况下该中心光线在图像侧远心光学系统的像面处平行于光轴行进。换句话说：引起不同光线不同地穿过光学系统的吸收通常将移动从投影物镜射出的辐射的能量中心，从而导致远心度误差。

在本发明实施例中，通过从该系统中任何充有气体的空间中移除了具有强烈吸收性的氧气而基本上避免了由吸收导致的远心度误差。如上所解释的，这能够通过用氮或者其它在期望的波长范围内具有低的吸收或者不吸收的气体来净化辐射所使用的整个路径来实现。依赖于涉及远心度误差的技术要求，在一些空间中可以容许少量的吸收物，特别是在小尺寸的空间中，使得在该区域中不存在显著的吸收。例如，仅仅净化那些轴向延伸达到多于某个给定值例如1mm或者2mm的空间可能就足够了。因为，在该实施例中掩模周围的空间是辐射所穿过的最大的开放空间，从该区域移除氧气(及其他吸收物，例如水和臭氧)是特别有效的。无论如何，吸收的消极效果能够被基本上消除到这样的程度，即依赖于技术要求任何剩余的吸收都是可接受的。

通过从光路中移除吸收物，特别是氧气，图1中的曝光系统允许由波长改变系统WVS进行中心波长λ的大的改变。如果改变了中心波长λ，例如为了调节投影物镜的成像性能以适应大气压力和/或温度的改变，则该系统内的光线路径也被改变。这典型地导致该光学系统偏离了为最初设计的波长所优化的光学性能。具体地，所需要的照明系统的远心度可能变差。在该实施例中，这通过响应于中心波长的变化而调节照明辐射的远心度以使得远心度误差不超过所选择的远心度误差阈值来得到补偿。为此目的，为了调节远心度，照明系统的光学部件可以通过远心度操纵装置TM相对彼此地移动和/或者倾斜。在由申请人于2004年12月13日提交的美国申请序列号60/634,993中公开了用于调节照明系统的远心度的适当的装置和方法，该公开通过引用并入此处。可替换地，或者附加地，在光瞳表面可以使用至少一个灰色滤光片以补偿剩余强度的不均匀性。该灰色滤光片的局部(空间)透射分布应该是可变的，和/或该灰色滤光片应该与交换装置相关联，以用于选择将具有不同透射分布的灰色滤光片插入该光路中或从该光路中移除。在许多实施例中，本发明实施例也许不需要灰色滤光片或者类似装置。

已经以例子的方式给出了对优选实施例的上述描述。根据该给出的公开，本领域技术人员不仅将理解本发明及其相伴的优势，而且还将发现对所公开的结构和方法的各种明显的改变和修改。因此申请人寻求涵盖所有这样的改变和修改及其等价物，其均落入由所附权利要求规定的本发明的精神和范围内。

Claims (15)

1.一种投影曝光方法，包括：

产生具有中心波长λ的初级辐射；

引导该初级辐射沿着照明路径通过照明系统，以产生入射在带有图案的掩模上的照明场中的照明辐射；

使用投影辐射沿着投影路径将该图案的图像通过投影物镜投影在辐射敏感衬底上的像场上；

在波长的变化范围Δλ内改变中心波长，该波长变化范围Δλ具有下限λ_MIN≤λ和上限λ_MAX≥λ；

其中在该波长变化范围内，至少一个气体吸收物的特定吸收系数K(λ)在最小吸收系数k_MIN和最大吸收系数k_MAX之间变化，使得吸收比(k_MAX/k_MIN)超过10，该至少一个气体吸收物从包含氧气(O₂)、臭氧(O₃)和水汽(H₂O)的组中选择，并且存在于沿着照明路径和投影路径中的至少一个的至少一个充有气体的空间中；

控制所述充有气体的空间内的吸收物的浓度，使得所述吸收物对沿着不同的光线路径朝像场行进的所有光线所造成的总的吸收变化被保持在预定吸收变化阈值之下。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸收变化阈值是0.1％或者更小。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中对于波长变化范围的绝对值Δλ＝λ_MAX-λ_MIN，满足Δλ≥0.15nm的条件。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中λ_MIN＜193.30nm和/或其中λ_MAX＞193.50nm。

5.根据权利要求4所述的方法，其中193nm＜λ_MIN＜193.30nm和193.50nm＜λ_MAX＜194nm。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述吸收物是氧气。

7.根据权利要求6所述的方法，其中氧浓度c_ox在所述照明系统的出口表面和所述投影物镜的入口表面之间的充有气体的空间中被维持为c_ox＜10％的值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中氧浓度c_ox在每个充有气体的空间中被维持为c_ox＜10％的值。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征为：

响应于所述中心波长的变化来调节所述照明辐射的远心度，以获得低于预定的照明辐射远心度误差阈值的远心度误差，和/或以获得低于预定的投影辐射远心度误差阈值的远心度误差。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征为：

响应于所述中心波长的变化来调节所述投影物镜的出射光瞳中的空间强度分布，以获得低于预定的辐射强度分布误差阈值的强度分布变化误差。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述强度分布变化误差低于1％。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述强度分布变化误差低于0.1％。。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征为：

测量至少一个充有气体的空间中的吸收物的浓度以产生浓度信号；

响应于所述浓度信号控制所述初级辐射的发射，其中优选地，控制所述发射包括：如果所述浓度信号表明所述吸收物的浓度超过所述充有气体的空间中的预定浓度阈值则切断初级辐射的发射。

14.根据权利要求1或2的权利要求所述的方法，其特征为：

密封邻近所述掩模的充有气体的空间，以形成密封的充有气体的空间，所述密封的充有气体的空间对与所述掩模相互作用的辐射来说是透明的；

从所述密封的空间中移除吸收物，使得所述吸收物的浓度低于临界浓度，其中优选地，移除吸收物包括通过将所述吸收物的浓度有效降低到临界浓度之下的净化气体引入充有气体的空间来净化所述充有气体的空间，其中优选地所述净化气体以相对于包围所述密封的空间的环境中的气体压力来说的过压力而保持在所述密封的空间内。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征为：

用折射率大于1的浸液填充所述投影物镜的出口表面和所述衬底的入口表面之间的空间。

Images