CN102317868B - 投射曝光方法、投射曝光设备、激光辐射源以及用于激光辐射源的带宽窄化模块 - Google Patents

Abstract

对于一投射照明方法，该方法利用在投射物镜的面区域中的掩模图案的至少一个像，照明布置在投射物镜的屏幕区域中的辐射敏感基底，使用具有依赖于角频率ω的频谱强度分布I(ω)的激光辐射。激光辐射能够由根据(I)的像差参数α和根据(II)的相干时间τ表征。将激光辐射引入到照明系统中，用于产生引导到掩模上的照明辐射，并且借助于投射物镜将所述图案成像到基底上。将所述频谱强度分布设置为使得：对于线形参数ατ²，适用条件ατ²≤0.3。结果，与传统方法相比，可以降低随时间变化的斑纹对成像的影响，而不增大色差对成像的影响。

Description

投射曝光方法、投射曝光设备、激光辐射源以及用于激光辐射源的带宽窄化模块

技术领域

本发明涉及一种投射曝光方法，用于利用布置在投射物镜的物面的区域中的掩模的图案的至少一个像，曝光布置在投射物镜的像面的区域中的辐射敏感基底，并涉及一种适合执行该方法的投射曝光设备以及一种用于激光辐射源的带宽窄化模块。

背景技术

现在，微光刻投射曝光方法是用于制造半导体元件以及其它精细结构器件的主导方法。在此情况下，使用承载了要被成像的结构的图案的掩模（掩模母版），例如半导体元件的层的线图案。掩模被定位到投射曝光设备中，在照明系统与投射物镜之间，在投射物镜的物面的区域中，并利用照明系统提供的照明辐射照射掩模。被掩模和图案改变的辐射作为投射辐射穿过投射物镜，其将掩模的图案成像到要被曝光的基底上，基底通常承载辐射敏感层（光致抗蚀剂）。

目前用于深紫外范围或极深紫外范围（DUV或VUV）的高分辨率微光刻的投射曝光设备通常使用激光作为初级光源。特别地，具有约248nm工作波长的KrF准分子激光器或者具有约193nm工作波长的ArF准分子激光器是常用的。F₂激光器被用于157nm的工作波长，Ar₂准分子激光器可以用于126nm。初级激光辐射源发射由激光构成的激光束，其被所连接的照明系统接收并被重新成形，以便产生引导到掩模的照明辐射。在此情况中，照明辐射以及投射辐射的频谱特性（即它们依赖于波长λ或角频率ω的特性）基本由初次激光辐射的频谱特性确定。

在光刻工艺的设计中，掩模母版上的结构的线宽被适配为，在借助于投射物镜使用假定已知的照明成像之后，期望的结构尺寸被曝光在光敏层中。在此情况下，重要的是，掩模的相同结构被相同地成像在光致抗蚀剂中而与基底上的位置无关。否则，在半导体元件的情况中，可能发生导致降价的速度损失，或者在最坏情形，甚至发生功能损失。因此，半导体制造中的一个关键变量是工艺所导致的临界结构（CD）的厚度变化，其也被表示为“临界尺寸的变化”或“CD变化”。因此，所成像的相同结构在场上的均匀宽度（所谓的CD均匀性）构成光刻工艺的基本质量标准。

光致抗蚀剂中结构的宽度的一个决定因素是那里所累积的辐射能量。通常近似假定在特定累积量的辐射能量之上曝光光致抗蚀剂，而不在该量之下曝光。辐射能量的量的限值也被表示为“抗蚀剂阈值”。在此情况下，决定性的是基底上的某一位置处在总曝光时间期间积分的辐射强度。在光致抗蚀剂中的特定位置处累积的辐射能量的量值取决于许多影响变量，特别是依赖于光学像差，尤其是色差、曝光辐射的偏振态以及杂散光和双反射的影响。如果激光被用作初级光源，则当使用至少部分相干辐射时由于自干涉而引起的所谓斑纹（speckle）的影响可能被增加为CD变化的另一潜在来源。这是，所谓随时间变化的斑纹（动态斑纹、时变斑纹）是最关键的，它们由时间上的强度波动而引起，时间上的强度波动是由于如下事实引起：使用了其相干时间不比激光脉冲的持续时间短很多的光源。相比较地，典型非相干光源的相干时间非常短，以致于在该情况下随时间变化的斑纹不是个问题。

当为微光刻投射曝光设备选择合适的激光辐射源时，应当考虑许多影响因素。特别地，在具有大像场的高分辨率投射物镜的情况中，色差非常复杂。如果投射物镜的色差未被完全校正，则具有不同波长的辐射在投射物镜的像场中对于各个波长，产生不同的聚焦位置。为了避免所产生的不利后果，通常设法使用非常窄带的激光辐射源。传统的准分子激光器因此包含带宽窄化模块，其将几百pm的激光自然发射频谱窄化若干数量级，例如，窄化至小于1pm的带宽。因此，在色差方面大带宽是不利的。相对地，在动态斑纹的产生方面大带宽是相当有利的，这是因为表示为斑纹的不期望的干涉现象是由于该光的时间相干性。因为光越不相干，激光辐射中包含越不相同的波长，所以对于避免斑纹，大带宽是有利的。

因此，合适带宽的选择总是低色差要求与少斑纹之间的取舍。最佳带宽的设置是技术问题，其必须在设计各个投射曝光设备时根据可获得的数据来决定，例如，针对投射物镜的色差校正。

专利申请US2006/0146310A1和US2008/0225921A1分别公开了投射曝光方法和投射曝光设备，其中所使用的激光辐射源的频谱强度分布可以被设置或改变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投射曝光方法和被设计来用于执行所述方法的投射曝光设备，其利用激光器作为初级光源而工作，并且被设计为：与传统系统和方法相比，降低了随时间变化的斑纹对成像的影响，而没有同时增加色差对成像的影响。此外，本发明提供适合于执行该投射曝光方法的激光辐射源以及用于激光辐射源的带宽窄化模块。

通过包括权利要求1的特征的投射曝光方法、通过包括权利要求6的特征的投射曝光设备、以及通过包括权利要求11的特征的激光辐射源和包括权利要求14的特征的带宽窄化模块实现此目的。从属权利要求中描述了有利发展。通过引用将所有权利要求的措词合并到说明的内容中。

已经认识到通过合适地设置激光线的频谱形状，即通过设置初级激光辐射源发射的激光辐射的频谱强度分布，可以以有目标的方式影响激光辐射源对色差的影响与激光辐射源对动态斑纹的产生的影响之间的平衡。

激光线的合适频谱形状的设置构成此前在设计光刻设备和工艺中未考虑的自由度。

所使用的激光线的频谱强度分布对光刻工艺具有两个相反的影响：宽激光线增加色差，而窄激光线可能产生长相干时间，并因此产生严重的动态斑纹。此外，在激光路线图中，基本上仅色差是驱动因素。因此，已付出了大量的精力来开发具有最窄可能的带宽的激光辐射源。现在已经认识到动态斑纹也必须被大大降低，以便以仅可接受的低CD变化获得原始真实的读取，从而这两个影响都必须被考虑。

如上所指出的，本发明的方案描述了可以如何通过选用激光线的频谱形状来最小化动态斑纹，而在该过程中不恶化色差。这可以被如下理解。

令I(ω)为激光线的频谱形状。为了表达简单，下文中使用角频率ω代替波长λ。基于

（c₀为光速），对于这里涉及的所有情形，dλ和dω成比例（da|dω|＜＜ω），从而，角频率和波长是完全等价的表示。此外，下面假设激光线的中心在角频率ω＝0处，因为否则在下面描述的等式（1）等中，每次将不得不写为(ω-ω₀)²而不是ω²。

像差（或它们对光刻工艺的影响）与频谱分布的二次矩成比例，即

$a:=\frac{\∫I\left(\mathrm{\ω}\right){\mathrm{\ω}}^2\mathrm{d\ω}}{\∫I\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{d\ω}}---\left(1\right)$

相对的，动态斑纹由时间自相关μ(Δt)确定。相干时间τ由下式产生

$\mathrm{\τ}=\∫\mathrm{\μ}{\left(\mathrm{\Δt}\right)}^2\mathrm{d\Δt}---\left(2\right)$

如果相干时间τ较小，则动态斑纹变得更弱，这是因为则可以在激光脉冲内的更多静态独立的辐射分布上进行平均。可以通过傅立叶变换（FT）根据归一化的频谱强度分布计算该自相关，

$\mathrm{\μ}\left(\mathrm{\Δt}\right)\stackrel{\mathrm{FT}}{\←}\frac{I\left(\mathrm{\ω}\right)}{\∫I\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{d\ω}}---\left(3\right)$

正如已知的，因为傅立叶变换包含L₂范数，所以等式（2）等价于

$\mathrm{\τ}=\frac{\∫I{\left(\mathrm{\ω}\right)}^2\mathrm{d\ω}}{{[\∫I\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{d\ω}]}^2}---\left(4\right)$

因此，对于光刻工艺，如果使用其中等式（1）和等式（4）尽可能小的频谱线形状I(ω)，则其是最佳的。从单位考虑，很明显无量纲积ατ²是相关变量，换言之，积ατ²越小，线形越适合于光刻工艺。因为该积参数化了激光线的频谱形状，所以该积在下文中也被表示为“线形参数”或者简单地称为“形状参数”ατ²。

在某些实施例中，对于线形参数ατ²，条件ατ²<0.1适用。特别地，可以满足条件ατ²≤0.09或ατ²≤0.08。

为了进一步地理解背景，将首先提及涉及频谱线的线宽和分布的一些原理。在基于原子系统的两个能级之间的跃迁的电磁辐射的发射中，对应的频谱线的频率不是严格单色的。所发射的强度围绕中心频率的强度频率分布被观察到。强度下降到位于中心频率处的强度最大值的一半时的两个频率之间的频率间隔被称为半高全宽（FWHM）。在本申请中，术语“带宽”也被用于半高全宽。一般地，半高全宽内的频谱范围被表示为线核（line core），而线核外的两侧上的区域被表示为线翼（line wing）。

激发的原子的电子可以再次发射电磁辐射形式的激发能（自发辐射）。在自发辐射期间，原子不严格单色地发射辐射，而是所发射的辐射具有频率相关内部分布。在没有外部影响的情况下，原子发射具有所谓“自然线形”的辐射，其由洛仑兹分布描述。洛仑兹分布的半高全宽是该发射过程的所谓自然线宽。

然而，对于激光物理领域，洛仑兹分布仅是粗糙近似，其在线中心的直接邻域中（即围绕中心频率）有效。在激光物理中广为使用的实际近似是修改的洛仑兹曲线，其可以用作不同激光线形的比较的实际参考。这将在优选示例实施例的描述中更详细地描述。

与修改的洛仑兹曲线的情况中的线形参数相比，当频谱强度分布I(ω)基本对应于宽度为σ的高斯曲线时，可以获得线形参数ατ²的显著降低，其中，在高斯曲线的情况下α=σ²/2和

适用。尤其是当在将高斯曲线拟合到所测量的强度分布时仅发生小偏差或误差（例如小于10％或小于8％或小于5％或小于2％的误差）时，频谱强度分布I(ω)基本对应于高斯曲线。

当频谱强度分布I(ω)基本具有抛物线形状时，线形参数ατ²的进一步减低是可能的。尤其是当在将抛物线拟合到所测量的强度分布时仅发生小偏差或误差（例如小于10％或小于8％或小于5％或小于2％的误差）时，频谱强度分布I(ω)基本对应于抛物线形状。与高斯曲线或修改的洛仑兹曲线相比，在抛物线形状的情况中，在线翼的区域中存在更少的辐射能量，相应地在线核的区域中存在更多的辐射能量，这已被证明对于有关色差和斑纹的优化很有利。特别地，抛物线强度分布的侧翼在分布I(ω)中没有拐点，这使得很明显：在抛物线分布的情况下，相对多的能量位于线核的区域中，相对少的能量位于线翼的区域中。

本发明还涉及一种投射曝光设备，其包括用于发射激光辐射的初级激光辐射源，对于该激光辐射，条件ατ²≤0.3适用。

本发明还涉及一种激光辐射源，其用于发射激光辐射，对于该辐射，条件ατ²≤0.3适用。

本发明还涉及一种用于激光辐射源的带宽窄化模块，其中，该带宽窄化模块被设计为使得其中配备的激光辐射源发射激光辐射，对于该激光辐射，条件ατ²≤0.3适用。

以上和其它特征不仅来自权利要求，而且来自说明书和附图，其中，各个单独特征分别可以由它们自身实现，或者以本发明的实施例中和其它领域中的子组合的形式组合实现，并且可以构成有益且本质上可保护的实施例。本发明的示例实施例在附图中图示，并下文更详细地说明。

附图说明

图1示意性地示出了用于微光刻的投射曝光设备的构造；

图2在2A中示出了激光的示意性频谱线分布，在2B中示出了当使用未完全校正色差的投射物镜时激光辐射源的有限频谱带宽对聚焦位置的影响；

图3是示出有关传统激光器的激光辐射的频谱特性的图；

图4示意性地示出了激光辐射的不同可能的频谱线形；以及

图5示意性地示出了具有带宽窄化模块的准分子激光器的构造。

具体实施方式

图1示出了微光刻投射曝光设备100的示例，其可以用在半导体元件和其它精细结构器件的制造中，并以来自深紫外（VUV）的光或电磁辐射工作，以便获得小至亚微米的分辨率。具有约193nm的工作波长的ArF准分子激光器用作初级光源102，该激光器的线偏振激光束与照明系统的光轴103同轴地耦合到照明系统190。同样可以使用其它UV激光辐射源，例如具有157nm工作波长的F₂激光器，或者具有248nm工作波长的KrF准分子激光器。

来自光源102的偏振光首先进入光束扩展器104中，光束扩展器104用于例如降低相干性和提高光束截面。经扩展的激光束进入到光瞳成形单元150，其包括多个光学组件和组件组，并被设计为在照明系统190的下游光瞳成形面110中产生规定的局部（二维）照明强度分布，该照明强度分布有时也被表示为二次光源或“照明光瞳”。光瞳成形面110是照明系统的光瞳面。

可以以可变的方式设置光瞳成形单元150，从而根据光瞳成形单元的驱动可以设置不同局部照明强度分布（即不同结构化的二次光源）。图1通过示例示意性示出了圆照明光瞳的各种照明，即具有居中的圆照明光斑的传统设置CON、双极照明DIP、或四极照明QUAD。

与光瞳成形面110直接紧挨布置的是光栅元件109。布置在光栅元件109下游的耦合入（coupling-in）光学单元125将光传输到中间场平面121上，在场平面121中布置了掩模母版/掩模系统（REMA）122，其用作可调节的场光阑。也被表示为场限定元件FDE的光栅元件109具有衍射或折射光学元件的二维布置，并成形入射辐射，使得其在穿过下游的耦合入光学单元125之后在场平面121中照明矩形照明场。通过部分光束的叠加进一步使该辐射均匀化，从而FDE用作场成形和均匀化元件。

下游成像物镜140（也被称为REMA物镜）将利用场光阑122将中间场平面121以例如2:1与1:5之间的比例成像到掩模母版160（掩模、光刻原版）上，在本实施例中约为1:1。

从激光器102接收光并对引导到掩模母版160上的光照明辐射进行成形的光学组件属于投射曝光设备的照明系统190。

布置在照明系统的下游的是用于支撑和操纵掩模母版160的装置171，从而布置在掩模母版上的图案位于投射物镜170的物平面165中，并且可以在此平面中借助于扫描驱动器在垂直于光轴103（z方向）的扫描方向（y方向）上移动，用于扫描操作。

掩模母版平面165的下游跟随着投射物镜170，其作为缩小物镜，并将布置在掩模160上的图案的像以缩小的比例（例如1:4或1:5的比例）成像到镀有光致抗蚀剂层的晶片180上，所述晶片的光敏表面位于投射物镜170的像平面175中。可以使用折射、折反射、或反射投射物镜。可以应用其它的缩小比例，例如高至1:20或1:200的更大缩小比例。

要被曝光的基底（在此示例中是半导体晶片180）由装置181支撑，该装置181包括扫描驱动器，以便垂直于光轴与掩模母版160同步地移动晶片。根据投射物镜170的设计（例如，折射、折反射或反射，没有中间像或有中间像，折叠或非折叠），可以以彼此平行或反平行的方式进行这些移动。装置181（也被表示为“晶片台”）以及装置171（也被表示为“掩模母版台”）是由扫描控制装置控制的扫描装置的一部分。

光瞳成形面110位于或靠近与最近的下游光瞳面145光学共轭并且与投射物镜170的像侧光瞳面172光学共轭的位置处。因此，投射物镜的光瞳面172中的空间（局部）光分布由照明系统的光瞳成形面110中的空间光分布（空间分布）确定。在光瞳面110、145、172之间，分别作为各个光瞳面的傅立叶变换面的场面位于光束路径中。具体地，这意味着光瞳成形面110中的照明强度的限定空间分布在下游场面121的区域中产生照明辐射的特定角分布，其继而对应于入射在掩模母版160上的照明辐射的特定角分布。

激光辐射源102发射具有依赖于波长λ或依赖于角频率ω的特定频谱强度分布I(ω)的激光辐射。参照图2示意性地说明当使用未被完全校正色差的投射物镜时，使用具有有限带宽的光源对像质量的影响。

为此目的，图2A示意性地示出了激光辐射源LS的频谱强度分布I(ω)。强度的最大值I₀位于中心频率ω₀处。强度落到最大值的一半处的两个频率ω₁和ω₂之间的频率间隔Δω=|ω₂-ω₁|被称为半高全宽（FWHM）。很明显，激光线包括对总信号贡献不同强度的不同波长。半高全宽内的频谱范围也被表示为线核，而外部区域被表示为线翼。

图2B示意性地示出了具有关于光轴OA共轴布置的两个透镜元件L1、L2的投射物镜PO，其表示将位于投射物镜的物面OS中的图案PAT成像到与该物面光学共轭的像面IS的区域中的成像系统。孔径光阑AS定义该成像的有效像侧数值孔径NA，且被布置在物镜的光瞳面的附近。掩模的图案PAT被示意性地图示为衍射光束，其将照明系统提供的照明光衍射为沿着光轴的0阶以及位于由孔径光阑限制的光束路径的外边缘处的－1阶和＋1阶。

宽带激光辐射源LS发射具有不同强度的不同波长的辐射，其中，依据可见光频谱范围中的光的颜色，由用于“绿色”的“g”表示平均波长，用于“红色”的“r”表示最长的波长，用于“蓝色”的“b”表示最短波长。不言而喻，应当针对来自低于260nm的深紫外范围的波长相应地应用所述比例。在像差未完全校正的系统的情况中，相对最短波长（b）的焦平面则最接近于光学系统，而相对较长的波长（g）和（r）被聚焦得逐渐远离投射物镜。然而，要被曝光的基底（例如半导体晶片）仅可以被精确地放置到关于一个波长的聚焦位置中，而其它波长的聚焦位置则位于要被曝光的表面之外。

在一次近似中，聚焦位置随着波长线性变化（在校正了色差的物镜的情况中，此效应与波长仅是二次关系）。因此，临界尺寸的变化（ΔCD）与波长的变化成二次关系地发生。由此很显然，色差或它们对光刻工艺的影响与频谱分布的二次矩成比例，为了本申请的目的，通过像差参数α对其参数化，其中下式适用：

$a:=\frac{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right){\mathrm{\&omega;}}^2\mathrm{d\&omega;}}{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}}---\left(1\right)$

除了这里所详细说明的聚焦位置的波长依赖性，色差还包括放大比例的波长依赖性。该效应也被像差参数α包含。

这里考虑的影响光刻工艺的第二影响变量是动态斑纹。斑纹来自于激光束的不同部分之间的未控制或不可控干涉的结果。干涉在某些位置处产生对应于100％的对比度的光消光比。斑纹图案的精确形状取决于激光束的不同部分的相位关系，其随着时间而改变。这些时间强度波动在技术文献中被称为“时间斑纹”或“动态斑纹”。如果考虑在这些情况中降低对比度的唯一可能性在于激光脉冲的持续时间期间许多不同斑纹图案的叠加，则这导致斑纹图案变化有多快的问题。独立斑纹图案的数量来自于激光脉冲的持续时间除以激光辐射的相位相关时间。相关时间继而来自于激光辐射中的光的不同频率，即，其与发射的强度频谱的线性关联。为了本申请的目的，所述相关时间或相干时间τ来自于以下等式：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\&Integral;I{\left(\mathrm{\&omega;}\right)}^2\mathrm{d\&omega;}}{{[\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}]}^2}---\left(4\right)$

以上等式显示在光源的时间相干性于其频谱带宽之间存在关系。如果这两个变量都被有效地定义，则很明显所述变量彼此成反比例。另一更深入的分析显示光源发射的辐射的频谱形状也影响此关系。

像差参数α与带宽的平方成比例，而相干时间τ与带宽的倒数成比例。来自此认识的一个重要结论是积ατ²与带宽无关。这继而意味着可以基于技术参数，选择用于光刻工艺的激光辐射源的带宽，以及利用线形参数ατ²参数化的频谱线形保持为自由参数，以便获得辐射源对色差的影响与辐射源对动态斑纹的产生的影响之间的优化。

现在将针对各种激光线形更详细地说明线形参数的量值。

在教科书中，通常说明激光线的频谱形状是洛仑兹分布：

$I\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{1+{|\mathrm{\&omega;}/2\mathrm{\&Delta;}|}^2}---\left(6\right)$

然而，这仅是粗略的近似，其在紧密靠近线的中心处有效。在激光物理中广泛使用的更相称的近似是修改的洛仑兹曲线。

$I\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{1+{|\mathrm{\&omega;}/2\mathrm{\&Delta;}|}^v},v>2---\left(7\right)$

为了像差α不发散，即为了起码可以进行光刻，必须满足ν>3。对于该色差，则很明显

$a=4{\mathrm{\&Delta;}}^2\frac{\sin (\mathrm{\&pi;}/v)}{\sin (3\mathrm{\&pi;}/v)}---\left(8\right)$

以及对于相干时间

$\mathrm{\&tau;}=\frac{[v-1]\sin (\mathrm{\&pi;}/v)}{4\mathrm{\&pi;\&Delta;}}---\left(9\right)$

ν的值可以根据FWHM（半高全宽）和E95值（95％的能量在此频率范围内）计算。这些值继而可以通过频谱测量技术获得。

根据针对作为参考激光器的XLA-360激光器的测量数据，发现例如ν=3.2。如果将线形参数ατ²绘为ν的函数，则产生图3中所示的曲线。图中的点标记商业上可获得的“真实”激光器的值ν=3.2，其对应于约ατ²=0.38的线形参数的值。对于ν→∞，ατ²的极限是ατ²=1/12(或者ατ²≈0.083)，从而超过ν=4.5仅可以获得少量改进。

甚至在将修改的洛仑兹函数限制为可能的频谱线形时，ατ²也因此可以相对参考激光器提高超过3倍。

如果允许其它频谱线形，尤其是抛物形，则可以获得更大的提高，下面将说明这一点。

对不同的商业可得激光，存在对ν的不同指示，更精确地，在ν=3.2到ν=3.75的范围中。假定所述差别仅可以部分归结于激光器，而其它部分可以归结于测量和估值。因此，仍要评估各个单独激光器的提高潜力实际有多大。对XLA-360的测量激光分布的直接积分产生ατ²≈0.26，而经由ν的计算拟合的迂回路线（detour）产生大约ατ²=0.36（见图3）。

这些数值必须与针对修改的洛仑兹函数的极限值1/12≈0.083以及针对抛物形的9/125≈0.072进行计算。

为了使本发明的优点更清楚，这里将参照图4显示简单的示例。

图4A中显示的线形I(ω)将被认为是具有宽度Δ的（频谱）平顶。从而其是这样的情况：α=Δ²/12来自于等式（1），并且τ=1/Δ来自于等式（4）。所述积或线形参数则是ατ²=1/12(≈0.083)。

如果替代地假定使用具有宽度σ的高斯曲线（作为频率的函数）作为I(ω)（图4B），则α=σ²/2来自于等式（1），并且

来自于等式（4）。所述积或线形参数ατ²则是ατ²=1/(4π)≈0.080。

因此，积ατ²对于高斯曲线比对于平顶略小。因此，在给定的色差的情况下，对于高斯曲线可以获得略短的相干长度，因而获得更少的斑纹。替代地，在相同斑纹的情况下，如果使用高斯曲线代替平顶可以降低色差。换言之：如果与传统系统和方法相比降低随时间变化的斑纹对成像的影响而不同时增大色差对成像的影响很重要，则具有高斯形的激光线比平顶形更适合于光刻。旨在最小化依据等式（1）和等式（4）的积ατ²的条件产生了一个数学上清楚定义的问题。以下优化的线形通过蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟确定。在此优化的变型中的激光线具有截断抛物线的形状（还参见图4C）。

$I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\left\{\begin{array}{cc}c[1-{(\mathrm{\&omega;}/\mathrm{\&Delta;})}^2]& \left|\mathrm{\&omega;}\right|\&le;\mathrm{\&Delta;}\\ 0& \left|\mathrm{\&omega;}\right|\&GreaterEqual;\mathrm{\&Delta;}\end{array}\right.---\left(10\right)$

对于此曲线形状，α=Δ2/5以及τ=3/(5Δ)，并且所产生的积ατ²是ατ²=9/125，对应于ατ²≈0.072。因此，针对不同曲线形状的积（线形参数）ατ²是

平顶：ατ²=1/12≈0.083

高斯曲线：ατ²=1/(4π)≈0.080

抛物线形：ατ²=9/125≈0.072

因此，抛物线形实际上好于高斯分布或平顶分布。

所述示例显示出：对于这里所说明的问题，在强度分布的侧翼区域中发生了什么很重要。如果例如在侧翼内改变了总能量的1％，则其具有的影响比在线核内改变总能量的1％的情况大若干数量级。因此，激光线形应当具有最小可能的侧翼贡献，这里，术语“侧翼”基本表示线核和线翼之间的转变区域。在这样的理解中，高斯曲线比抛物线具有更宽的侧翼，在高斯曲线的情况中侧翼理论上延伸到无限，而在抛物线的情况中它们仅具有有限的范围。相比较地，如果，侧翼被完全截断，如平顶的情况，则一部分核现在变为侧翼，这是因为外侧的任何东西毕竟都是一种侧翼。因此，在平顶的情况中，具有非常高强度的区域变为侧翼。因此，抛物线是针对所讨论的问题的背景的很好折衷。

参考图5，基于示例，给出在准分子激光器的情况中影响频谱线形的一个可能性。准分子激光器当前是主要用于DUV和VUV范围中的光刻的初级光源。准分子激光器以许多不同的空间模式振荡，并且与其它类型的激光器相比具有较低的空间相干度。此外，发射相对较宽的频谱，这意味着较低的时间相干性。另一因素是比UV范围中的传统非激光源具有显著更高的发射功率。准分子激光器自然带宽可以在几百pm的范围中，并因此必须被大大地窄化，以便产生适合于微光刻的窄带宽。因此，用于微光刻的准分子激光器配备了所谓的带宽窄化模块。在图5的激光辐射源的情况中，带宽窄化模块510形成激光器的背向谐振器终端，并具有通过波长选择性反射来降低所发射的激光辐射的带宽的功能。与放大或气体放电腔520的后耦合出窗口相邻的是光束扩展单元，其包括一个接着一个适当布置的四个棱镜。经扩展的激光束入射在利特罗（Littrow）结构的阶梯光栅530上，从而入射的扩展激光束在其本身上被反射。此基本结构本身是已知的。现在基本由阶梯光栅530的反射谱确定激光的频谱线分布。通过光栅的闪耀刻线，或者其它方式，可以在制造期间限定光栅的高度分布，以便在出射的激光束550中产生期望的频谱强度分布。

在示例实施例中，阶梯光栅530的高度分布被设计为使得激光器500发射的激光辐射550具有向下开口的抛物线的频谱线形，该抛物线可以基本由等式（10）中所指示的描述参数化。

在制造用于带宽窄化模块的反射光栅530期间预先确定所发射的激光束的期望频谱线形。通过反演计算由其确定反射光栅的高度分布，该反射光栅的高度分布导致此线形。反射光栅接着通过本身已知的制造方法制造，例如通过闪耀刻线。

已经显示了如何通过合适地设置频谱线形来改进光刻工艺。在相同色差的情况下，4倍的线形参数ατ²意味着短两倍的相干时间，因此斑纹减少

倍。也可以通过脉冲拉伸器将脉冲长度加倍来获得相同的斑纹减少，但这将减约20％的透过率。相比较地，为了减小相干时间目的而将带宽增加则必须使用昂贵的手段来更好地校正物镜中的色差。相比较地，所建议的激光频谱线形的设置是相对没有负面效果的技术手段。

Claims (18)

1.一种投射曝光方法，用于利用布置在投射物镜的物面的区域中的掩模的图案的至少一个像，曝光布置在所述投射物镜的像面的区域中的辐射敏感基底，包括：

产生具有依赖于角频率ω的频谱强度分布I(ω)的激光辐射，其中所述激光辐射能够由像差参数α和相干时间τ表征，所述像差参数α依据：

$\mathrm{\&alpha;}:=\frac{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right){\mathrm{\&omega;}}^2\mathrm{d\&omega;}}{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}}$

并且所述相干时间τ依据：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\&Integral;I{\left(\mathrm{\&omega;}\right)}^2\mathrm{d\&omega;}}{{[\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}]}^2};$

将所述激光辐射引入到照明系统中，用于产生引导到所述掩模上的照明辐射；

借助于投射物镜将所述图案成像到所述基底上；

其中将所述频谱强度分布设置为使得：对于线形参数ατ²，条件ατ²≤0.3适用。

2.如权利要求1所述的投射曝光方法，其中所述频谱强度分布被设置为使得：对于所述线形参数ατ²，条件ατ²≤0.1适用。

3.如权利要求1或2所述的投射曝光方法，其中，所述频谱强度分布I(ω)对应于具有半高全宽σ的高斯曲线，其中，对于所述高斯曲线，α=σ²/2和 $\mathrm{\&tau;}=1/\left(\sqrt{2\mathrm{\&pi;}}\mathrm{\&sigma;}\right)$ 适用。

4.如权利要求1或2所述的投射曝光方法，其中所述频谱强度分布I(ω)具有抛物线形。

5.如权利要求1或2所述的投射曝光方法，其中所述频谱强度分布的最大值位于紫外范围中，其波长小于260nm。

6.如权利要求1或2所述的投射曝光方法，其中所述频谱强度分布的最大值位于紫外范围中，其波长为193nm。

7.一种投射曝光设备，用于利用布置在投射物镜的物面的区域中的掩模的图案的至少一个像，曝光布置在所述投射物镜的像面的区域中的辐射敏感基底，包括：

初级激光辐射源，用于发射激光辐射；

照明系统，用于接收所述激光辐射并用于产生引导到所述掩模上的照明辐射；

投射物镜，用于在所述投射物镜的像面的区域中产生所述图案的像；

其中，所述激光辐射源被设计用于产生具有依赖于角频率ω的频谱强度分布I(ω)的激光辐射，其中所述激光辐射能够由像差参数α和相干时间τ表征，所述像差参数α依据：

$\mathrm{\&alpha;}:=\frac{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right){\mathrm{\&omega;}}^2\mathrm{d\&omega;}}{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}}$

并且所述相干时间τ依据：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\&Integral;I{\left(\mathrm{\&omega;}\right)}^2\mathrm{d\&omega;}}{{[\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}]}^2}$

其中将所述频谱强度分布设置为使得：对于线形参数ατ²，适用条件ατ²≤0.3。

8.如权利要求7所述的投射曝光设备，其中所述频谱强度分布被设置为使得：对于所述线形参数ατ²，条件ατ²≤0.1适用。

9.如权利要求7或8所述的投射曝光设备，其中，所述频谱强度分布I(ω)对应于具有半高全宽σ的高斯曲线，其中，对于所述高斯曲线，α=σ²/2和 $\mathrm{\&tau;}=1/\left(\sqrt{2\mathrm{\&pi;}}\mathrm{\&sigma;}\right)$ 适用。

10.如权利要求7或8所述的投射曝光设备，其中所述频谱强度分布I(ω)具有抛物线形。

11.如权利要求7或8中的任一项所述的投射曝光设备，其中所述频谱强度分布的最大值位于深紫外范围中，其波长小于260nm。

12.如权利要求7或8中的任一项所述的投射曝光设备，其中所述频谱强度分布的最大值位于深紫外范围中，其波长为193nm。

13.一种激光辐射源，用于产生具有依赖于角频率ω的频谱强度分布I(ω)的激光辐射，以在如权利要求7至12中的任一项所述的投射曝光设备中使用，其中所述激光辐射能够由像差参数α和相干时间τ表征，所述像差参数α依据：

$\mathrm{\&alpha;}:=\frac{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right){\mathrm{\&omega;}}^2\mathrm{d\&omega;}}{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}}$

并且所述相干时间τ依据：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\&Integral;I{\left(\mathrm{\&omega;}\right)}^2\mathrm{d\&omega;}}{{[\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}]}^2}$

其中将所述频谱强度分布设置为使得：对于线形参数ατ²，条件ατ²≤0.3适用。

14.如权利要求13所述的激光辐射源，其特征在于满足以下至少一项：

所述频谱强度分布被设置为使得：对于所述线形参数ατ²，条件ατ²≤0.1适用;

所述频谱强度分布I(ω)对应于具有半高全宽σ的高斯曲线，其中，对于所述高斯曲线，α=σ²/2和

适用;或所述频谱强度分布I(ω)具有抛物线形;

所述频谱强度分布的最大值位于深紫外范围中，其波长小于260nm;

所述频谱强度分布的最大值位于深紫外范围中，其波长为193nm。

15.如权利要求13或14所述的激光辐射源，其特征在于包括带宽窄化模块，所述带宽窄化模块包括反射光栅，该反射光栅用于所述激光辐射源的谐振器的激光辐射的波长选择性反射，使得所述激光辐射的频谱强度分布基本由所述反射光栅的反射谱确定，其中所述反射光栅的高度分布被确定为，产生具有线形参数ατ²的频谱强度分布I(ω)，对于所述线形参数ατ²，条件ατ²≤0.3适用。

16.一种用于如权利要求13至15中的任一项所述的激光辐射源的带宽窄化模块，包括反射光栅，该反射光栅用于所述激光辐射源的谐振器的激光辐射的波长选择性反射，使得所述激光辐射的频谱强度分布基本由所述反射光栅的反射谱确定，其特征在于，所述反射光栅的高度分布被确定为使得：对于所述激光辐射，产生依赖于角频率ω的频谱强度分布I(ω)，其中所述激光辐射能够由像差参数α和相干时间τ表征，所述像差参数α依据：

$\mathrm{\&alpha;}:=\frac{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right){\mathrm{\&omega;}}^2\mathrm{d\&omega;}}{\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}}$

并且所述相干时间τ依据：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\&Integral;I{\left(\mathrm{\&omega;}\right)}^2\mathrm{d\&omega;}}{{[\&Integral;I\left(\mathrm{\&omega;}\right)\mathrm{d\&omega;}]}^2},$

其中，对于线形参数ατ²，条件ατ²≤0.3适用。

17.如权利要求16所述的带宽窄化模块，其中所述反射光栅的高度分布被设计为使得所述频谱强度分布I(ω)基本对应于具有半高全宽σ的高斯曲线，其中，对于所述高斯曲线，α=σ²/2和适用。

18.如权利要求16所述的带宽窄化模块，其中所述反射光栅的高度分布被设计为使得所述频谱强度分布I(ω)基本具有抛物线形。

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