CN108604068B - 用于印刷特征阵列的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将期望周期图案印刷到基底上的光敏层中的方法，其包括：提供承载周期图案的掩模，该周期图案的周期是期望图案的周期的倍数，将基底设置成接近掩模，提供用于照亮所述掩模图案的至少一个射束以生成用塔尔博特距离描述的透射光场，在许多子曝光中通过在使基底和掩模之间的间隔改变达塔尔博特距离的至少某一分数且小于塔尔博特距离的同时利用至少一个射束照亮掩模图案来将该层曝光给时间积分强度分布，为不同子曝光配置照明或相对于掩模的基底，以使得该层被曝光给在某一方向上且相互横向偏移达某一距离的相同的时间积分强度分布。

Description

用于印刷特征阵列的方法和系统

背景技术

光刻制造实现微图案和纳米图案在表面上的形成。照相平版印刷技术通过将光敏表面暴露给具有与期望图案相对应的强度分布的光场来实现这一点。对于许多应用来说，需要包括在一个或两个维度上重复的图案特征的单位单元的图案，即周期图案。用于将这样的图案从掩模转印在基底上的专用照相平版印刷技术基于塔尔博特效应。当利用单色光的准直射束来照亮掩模中限定的周期图案时，透射光场中的衍射顺序在所谓的塔尔博特平面中在距掩模的规则距离处重建图案的“自图像”。根据下面的等式，这些自图像的间隔L_T（其被称为塔尔博特距离）取决于照明波长λ和图案的周期Λ：

等式（1）

在这里k是常数。

对于线和空间的一维周期图案，k = 2，而对于二维周期图案，k的值取决于图案的阵列对称性。尽管当Λ >> λ时（即当第一衍射阶的角度小时）该公式具有良好的准确度，但随着Λ的量值接近λ该公式的准确度就不太好了。将光刻胶涂覆的基底定位在自图像平面之一处导致掩模图案被印刷在光刻胶中（参见例如C. Zanke等, “Large area patterningfor photonic crystals via coherent diffraction lithography”, J. Vac. Sci.Technol. B 22, 3352 (2004)）。此外，在自图像平面之间的中间距离处，形成具有比掩模中的图案更高空间频率的塔尔博特子图像，可以通过将光刻胶涂覆的基底放置在这些子图像平面之一处来印刷它。当掩模图案的占空比（即作为特征周期的百分数的特征的尺寸）被选择成在塔尔博特或子图像平面中产生强度变化的高对比度时，使用这些技术实现的已印刷结果得以改进（参见美国专利号4,360,586）。在现有技术中还已知，可以通过使用移相材料在掩模中制造周期图案来进一步增强塔尔博特图像的对比度。鉴于用于印刷高分辨率图案的常规投影型照相平版印刷系统的成本，使用塔尔博特成像的照相平版印刷术尤其有利于印刷高分辨率周期图案。

然而，利用塔尔博特技术的一个问题是自图像和子图像的强度分布对距掩模的距离很敏感，也就是说它们具有有限的场深度。这意味着基底需要相对于掩模准确定位以便正确地印刷图案。因为自图像和子图像的场深度与图案周期的平方成比例，所以随着光栅周期减小，这变得越来越困难。此外，如果需要将图案印刷到不太平坦的基底表面上、或者已经具有高浮雕微结构的表面上、或者厚的光刻胶层中，则可能并不可能实现期望的结果。

国际专利申请PCT/EP2005/010986公开了用来克服该问题的塔尔博特成像的两种修改。第一，利用来自具有宽光谱带宽的源的一束准直光束照亮掩模中的周期图案，并且使晶圆位于距掩模一定距离之外（在那里图像变成“静止的”），也就是说，其强度分布基本上变成对距离的进一步增大保持不变。已经通过下面的等式示出在其之外图像为静止的距离与半最大带宽处的全宽度有关（Solak等，“Achromatic spatial frequencymultiplication: A method for production of nanometer-scale periodicfeatures”, J. Vac. Sci. Technol. B23(6), 2005）：

等式（2）

在这里k是常数。

该距离的精确值取决于光谱的精确形状并且可以如在现有技术中描述的那样来计算。该技术后来被命名为“消色差塔尔博特光刻术”（ATL）。第二，作为塔尔博特成像的备选修改，用单色光的准直射束来照亮掩模中的周期图案并且在曝光期间基底和掩模的间隔以与强度分布在与掩模正交的方向上的周期变化的周期的整数倍相对应的距离来变化，换言之，以塔尔博特距离的整数倍来变化。这将在塔尔博特平面之间的横向强度分布的平均值印刷在基底上的光敏层中，并且因为该平均值与掩模和基底的初始间隔无关，所以印刷的图案具有实际上无限的聚焦深度。根据该公开内容，产生期望结果所需的间隔的最小改变因此是塔尔博特距离（当整数=1时）。该公开内容进一步教导，间隔可以在曝光期间在该范围上连续变化，或者可以通过使基底在多个位置处曝光而以离散方式变化。该技术此后已经被命名为“位移塔尔博特光刻术”（DTL）。

使用ATL和DTL印刷的图案本质上是相同的并且这二者都使得高分辨率周期图案能够均匀地印刷在具有差表面平整度的基底上。对于某种阵列类型的周期图案，该技术将图案的“空间频率倍增”印刷在掩模中。例如，在线性光栅的情况下，被印刷的图案具有掩模中光栅的周期的一半（或空间频率的两倍）。然而，DTL具有优于ATL的某些优点：它允许基底和掩模之间的更小得多的间隔，这提高了周期图案的边缘的锐度并且便于用于生成高强度准直射束的激光源的使用，这实现了更高的特征分辨率和更短的曝光时间。

美国专利号8,368,871和9,036,133教导ATL和DTL技术的修改，在其中不是利用准直光而是利用具有扩展的角分布的光来照亮掩模图案的每个点。然而，与DTL技术一样，它们教导在曝光期间掩模和基底之间的间隔应该改变至少塔尔博特距离并且最优选地改变塔尔博特距离的整数倍。

然而，如果在曝光期间掩模和基底之间的间隔的改变不完全是塔尔博特距离的整数倍，则出现关于上述DTL和基于DTL的曝光方案的一个难点。这可能例如由位移致动器的有限步进分辨率或机械滞后或者由基底或掩模的纵向位移与掩模曝光的持续时间之间的不精确同步引起。如果发生这种情况，则印刷在基底上的时间积分强度分布确实取决于掩模和基底的初始间隔；而且由于掩模和基底通常不是平坦且平行的，所以产生非均匀图案。可以通过使该间隔以塔尔博特距离的大的整数倍改变来降低非均匀性，但这会带来其他问题，诸如特征分辨率的下降(如果照明射束没有很好准直)、特征形状的畸变(如果位移的方向不是准确纵向的)、图案边缘的退化(如果间隙变得太大)，以及在机械系统中不利地需要更大的行进范围。

通过引用合并于此的美国专利号8,525,973公开了对于该问题的一种解决方案。它教导DTL技术的一种修改，在其中在间隔的变化期间，在掩模与基底之间的间隔的每个增量变化下照亮掩模的曝光剂量不是恒定的，而是通过改变位移的速度或通过改变曝光射束的强度而变化的。特别地，它主张基底的每个增量位移的曝光剂量应该根据高斯或类似的分布图来变化，或者通过根据所需的分布图改变照明强度，或者通过根据分布图的逆来改变位移的速度。它教导对于间隔随着速度或强度的变化的改变应该大于塔尔博特距离。然而，DTL的该修改具有某些缺点：在曝光期间改变照明射束的强度必然意味着照明源的输出没有被最优地使用，这导致更长的曝光，而改变曝光期间的间隔速度对位移机制提出了额外的要求，这可能是提供起来困难且昂贵的，特别是在所需曝光时间短和/或基底大的情况下。

国际专利申请PCT/IB2011/055133描述了ATL和DTL技术的进一步修改，在其中采用各种各样的相移掩模的设计来印刷与掩模中的图案相比具有更小周期或不同阵列对称性的图案。在将相移掩模的不同设计与DTL技术相组合的那些实施例中，同样教导在曝光期间基底和掩模之间的间隔至少应该以通过掩模衍射的光场的塔尔博特距离来改变。

国际专利申请PCT/IB2011/055827描述了一种与DTL有关的曝光方法，在其中掩模中的周期图案相对于要被印刷的基底以所选角度倾斜，并且然后在曝光期间在倾斜方向上相对于基底位移以便将基底暴光给连续塔尔博特平面之间的横向强度分布范围。结果得到的印刷图案与由ATL和DTL技术产生的图案本质上相同，具有相同的优点。

国际专利申请PCT/IB2012/050128描述了一种相关技术，在其中用瞬时单色射束来照亮掩模中的周期图案，在接近该掩模布置的基底的曝光期间跨光谱带宽来对其波长进行扫描。带宽被布置成与基板和掩模的间隔有关以使得使基底曝光的平均强度分布等同于ATL产生的平均强度分布。

国际专利申请PCT/IB2012/052778描述了另一种相关技术，在其中采用在光谱带宽上以多个波长发射光的激光器阵列来照亮接近基底的掩模中的周期图案。将波长的带宽以及基底和掩模的间隔布置成使得基底的结果得到的曝光等同于由ATL产生的曝光。

尽管后面两种技术提供了用来获得ATL类型的曝光的备选方式，但是它们两个都添加了照明系统的复杂性以及相关联的成本，这可能是不希望的。

国际专利申请PCT/IB2014/059949描述了用于将期望的周期图案均匀地印刷在基底上的光敏层中的另外的两个相关曝光方案。在这两个方案中，将承载周期图案的掩模布置成接近基底并且利用一束准直单色光来照亮该掩模，并且选择与照明波长有关的掩模图案的周期以使得最优选地仅第0阶和第1阶被掩模衍射。

在第一曝光方案中，掩模的N个子曝光是在掩膜和基底的间隔在各子曝光之间改变的情况下执行的，以使得在第1次子曝光期间与其有关的第i次子曝光的间隔由塔尔博特距离的(m_i + n_i/N)倍数来给出，在这里对于不同的子曝光m_i是整数并且n_i采用从0至N-1的整数值中的每一个。例如，如果对于第2次子曝光N=2且m₁=0，则在两个子曝光之间该间隔改变塔尔博特距离的1/2；或者如果对于第2次和第3次子曝光N=3且m₁= m₂ =0，则在第一和第二子曝光之间该间隔改变塔尔博特距离的1/3并且在第二和第三子曝光之间该间隔改变塔尔博特距离的另外的1/3。

在第二方案中，在第一子曝光中将光敏层曝光给在该层处由掩模图案形成的强度分布。如果周期掩模图案是线性光栅，则在第二子曝光中将光敏层曝光给相同的强度分布，相对于所述第一子曝光该强度分布在该层处被横向偏移达光栅的周期的一半的距离并且在与光栅线正交的方向上。如果用周期掩模图案来代替特征的六边形阵列，则在两个另外的子曝光的每一个中将该层曝光给与第一子曝光相同的强度分布，相对于所述第一子曝光该强度分布在该层处被横向偏移达某些指定距离并且在某些指定方向上。对于周期掩模图案是方形特征阵列的情况，教导了一个等效的程序。

在这两种曝光方案中，子曝光的强度分布的和印刷出对基底和掩模的初始间隔不敏感的图案；并且因此与DTL一样，使得周期图案能够被均匀地印刷在不是非常平坦的基底上。该公开内容教导，印刷图案对基底和掩模的初始间隔完全不敏感要求掩模仅衍射第0阶和第1阶。实际上，在所有的详细实施例中，掩模图案的周期是关于波长来选择的，以使得仅第0阶和第1阶被掩模衍射。进一步提到，被掩模衍射的光场中第二或更高衍射阶的存在导致印刷特征大小的变化（即不均匀性），尽管在变化小于特征大小的十分之一或二十分之一的情况下这是可以容忍的。

在PCT/IB2014/059949中公开的两种方案的优点是印刷图案的周期小于掩模中图案的周期：在线性光栅的情况下，印刷图案具有周期的一半，在二维六边形和方形阵列的情况下，印刷图案的周期分别是掩模中的图案的1/√3和1/√2。这意味着该掩模中所需的特征的大小比便于且相当大地降低掩模制造的成本的期望印刷图案中的那些显著更大。第二方案优于DTL的额外的优点是在曝光期间不需要使基底和掩模的间隔改变至少塔尔博特距离。

这两种方案的主要缺点是它们本质上仅限于其周期相对于波长而言足够小的掩模图案，因此仅第0阶和1阶被衍射。如果掩模图案是线性光栅，则该状况需要光栅周期小于照明波长的两倍，而如果该图案是特征的二维六边形阵列，则它需要阵列特征的最近邻距离小于照明波长的两倍，并且对于方形阵列该周期小于照明波长的两倍。其周期或最近邻距离相对于波长更大的图案导致高于第一衍射阶，这使印刷结果的均匀性降级。因为结果得到的印刷特征大小的变化的量值与更高阶的振幅之和与第一阶的振幅之和的比近似成比例，所以印刷图案的非均匀性对更高阶非常敏感：即使几个极弱的较高阶可能产生比特征大小的十分之一更大的特征大小的变化，这通常将被视为不可接受的非均匀性。因此，如果掩模图案的周期或最近邻距离比照明波长的两倍大得多以使得许多更高阶被掩模衍射，则印刷图案将是高度非均匀的并且不用于该领域中的任何应用。

另外，ATL技术的一个缺点是，它需要产生具有足够大光谱带宽的光的照明源（其可以在没有不可接受的射束强度损失的情况下被很好地准直）：良好的准直和大的带宽是避免印刷图案的不可接受的模糊所必需的。然而，这样的源不是容易可得的：来自LED的光例如具有大的光谱带宽但是在不牺牲射束强度的情况下不会获得良好准直的射束。因此，本发明的一个目的是提供一种用于印刷周期图案的方法，其具有与在PCT/IB2014/059949中公开的第二曝光方案相同或类似的优点，即在不需要使基底和掩模的间隔变化至少塔尔博特距离的情况下将图案均匀地印刷在不平坦基底上的能力，以及印刷具有比掩模中的图案的周期更小的周期的图案的能力；但是不具有该方案的主要缺点，即它对其周期相对于照明波长足够小的掩模图案的有效限制，以使得仅第0阶和第1阶被掩模衍射。特别地，本发明的一个目的是在被掩模透射的光场中存在更高衍射阶不会将特征大小的变化带入印刷图案中。

另一目的是提供一种方法和装置，其光源是单色的以使得可以采用具有针对工业应用的某些期望特性的激光源。

另一目的是可适用于一维和二维周期图案二者（尤其是线性光栅、特征的六边形和方形阵列）并且还可适用于其周期或最近邻距离跨图案缓慢变化的准周期图案的方法和装置。

还有的本发明的另一目的是降低对用于执行消色差塔尔博特光刻术的照明源的光谱带宽的要求以便于提供实现具有高强度的良好准直射束的源，以便在比使用现有技术可能的更短曝光时间内印刷更高分辨率图案。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于将期望的一维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载线性特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案的周期是期望的一维周期图案的周期的两倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）将基底设置成平行且接近掩模；

d）提供用于照亮所述掩模图案的准直单色光的至少一个射束以生成用塔尔博特距离描述的透射光场；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是通过在使基底和掩模之间的间隔改变达作为塔尔博特距离的至少四分之一且小于塔尔博特距离的距离的同时利用该至少一个射束照亮掩模图案而形成的；

f）为第一和第二子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第一和第二子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光在该层上在与线性特征正交的方向上相互横向偏移达掩模图案的周期的一半的距离，或达等效的距离；

其中该掩模图案的周期比照明射束的波长的两倍更大，以使得被照亮的掩模生成第0、第1以及更高的衍射阶。

由第一和第二子曝光对光敏层的曝光优选地在该层上在与线性特征正交的方向上相互横向偏移达掩模图案的周期的一半，因为这使所需的偏移距离最小化。然而，该掩模图案是周期的，所以可以备选地采用由光栅周期的（n+0.5）倍给出的等效偏移距离（在这里n是整数）。这样的等效偏移距离在基底上产生本质上相同的印刷结果。

根据本发明的第二方面，提供一种用于将六边形阵列中的特征的期望二维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载六边形阵列中的特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案具有的最近邻距离是期望二维图案的最近邻距离的√3倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）将基底设置成平行且接近掩模；

d）提供用于照亮所述掩模图案的准直单色光的至少一个射束以生成用塔尔博特距离描述的透射光场；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布、第二子曝光的时间积分强度分布和第三子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是通过在使基底和掩模之间的间隔改变达作为塔尔博特距离的至少三分之一且小于塔尔博特距离的距离的同时利用该至少一个射束照亮掩模图案而形成的；

f）为第一、第二和第三子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第二和第三子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光从由第一子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光在平行于掩模图案中的特征行的方向上横向偏移达掩模图案的最近邻距离的一半或达等效的距离，并且在与所述掩模特征行正交的方向上横向偏移达掩模图案的最近邻距离的相应1/(2√3)和-1/(2√3)倍或达等效的距离；

其中该掩模图案的最近邻距离比照明射束的波长的两倍更大，以使得被照亮的掩模生成第0、第1和更高衍射阶。

由第二和第三子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光优选地从由第一子曝光的强度分布的曝光横向偏移达上面指定的特定距离，但是关于本发明的第一方面，该掩模图案是周期的并且所以可以通过备选地使用在所关心的方向上与图案的相应周期性相对应的等效偏移距离来获得本质上相同的印刷结果。

根据本发明的第三方面，一种用于将方形阵列中的特征的期望二维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载方形阵列中的特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案的周期是期望二维图案的周期的√2倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）将基底设置成平行且接近掩模；

d）提供用于照亮所述掩模图案的准直单色光的至少一个射束以生成具有塔尔博特距离的透射光场；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是通过在使基底和掩模之间的间隔改变达作为塔尔博特距离的至少一半且小于塔尔博特距离的距离的同时利用该至少一个射束照亮掩模图案而形成的；

f）为第一和第二子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第一和第二子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光在该层上在与掩模图案中的特征行平行的方向上相互横向偏移达掩模图案的周期的一半或达等效的距离，并且在与所述掩模特征行正交的方向上相互横向偏移达掩模图案的周期的一半或达等效的距离；其中该掩模图案的周期比照明射束的波长的√2倍更大，以使得被照亮的掩模生成第0、第1以及更高的衍射阶。

对于本发明的所有上面的方面，可以在利用具有恒定强度的射束照亮的同时以恒定速度改变该间隔，以使得对于每个子曝光剂量随间隔的变化速率保持恒定。在这种情况下，优选地在确保间隔的变化小于塔尔博特距离的同时使针对线性光栅、六边形阵列和方形阵列的间隔改变达塔尔博特距离的相应四分之一、三分之一和一半的整数倍；因此在线性光栅的情况下该整数可以采用值1、2和3中的任一个，在六边形阵列的情况下它可以采用值1和2中的任一个，并且对于方形阵列该值被限于1。

然而，优选地，针对每一个子曝光改变间隔变化速率和照明射束的强度中的至少一个，以使得在间隔的变化内曝光剂量以间隔的增量改变来变化。最优选地，所述变化是截断的高斯、截断的正弦、截断的三角形或类似分布图；并且优选地在该分布图的最大值的一半处的全宽度是间隔的变化的一半。

可以按顺序执行不同的子曝光。在这种情况下照明射束优选地包括准直光的单个射束，并且或者通过改变射束在子曝光之间的入射角以使得角度变化的量值和方向在基底处产生时间积分强度分布的所需横向偏移，或者通过使基底和掩模中的至少一个在子曝光之间横向位移所需的横向偏移来获得由不同子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光的（一个或多个）横向偏移。

有利地，同时执行不同的子曝光。在这种情况下，照明射束由以不同入射角照亮掩模的准直光的多个射束组成，针对不同的子曝光来选择角度以便产生在光敏层处时间积分强度分布的（一个或多个）所需横向偏移。

对于本发明的所有方面，掩模中的图案特征可以是另外的不透明层中的透明特征或者可以是另外的透明掩模中的不透明特征。备选地，该特征和周围区域二者可以是透明或半透明的，并且以其在特征处的相对厚度和/或深度引起由特征透射的光相对于由周围区域透射的光的相移的一种或多种材料来形成，即可以在相移掩模中形成图案。

根据本发明的第四方面，提供一种用于将期望的一维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载线性特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案的周期是期望的一维周期图案的周期的两倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）提供准直光的具有光谱带宽或在光谱带宽内可以改变的波长的至少一个射束；

d）将基底设置成平行于掩模并且具有大于距离的四分之一且小于该距离的间隔，在该距离处将通过利用具有光谱带宽的至少一个射束中的一个照亮掩模图案来形成静止图像；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是或者通过利用准直光的具有光谱带宽的至少一个射束照亮掩模图案，或者通过利用准直光的具有波长的至少一个射束照亮掩模图案并且在光谱带宽上扫描该波长而形成的；

f）为第一和第二子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第一和第二子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光在该层上在与线性特征正交的方向上相互横向偏移达掩模图案的周期的一半的距离或达等效的距离；

其中该掩模图案的周期比照明射束的中心波长的两倍更大，以使得被照亮的掩模生成第0、第1以及更高的衍射阶。

根据本发明的第五方面，提供一种用于将六边形阵列中的特征的期望二维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载六边形阵列中的特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案具有的最近邻距离是期望二维图案的最近邻距离的√3倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）提供准直光的具有光谱带宽或在光谱带宽内可以改变的波长的至少一个射束；

d）将基底设置成平行于掩模并且具有大于距离的三分之一且小于该距离的间隔，在该距离处将通过利用具有光谱带宽的至少一个射束中的一个照亮掩模图案来形成静止图像；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是或者通过利用准直光的具有光谱带宽的至少一个射束照亮掩模图案，或者通过利用准直光的具有波长的至少一个射束照亮掩模图案并且在光谱带宽上扫描该波长而形成的；

f）为第一、第二和第三子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第二和第三子曝光的强度分布对光敏层的曝光从由第一子曝光的强度分布对光敏层的曝光在平行于掩模图案中的特征行的方向上横向偏移达掩模图案的最近邻距离的一半或达等效的距离，并且在与所述掩模特征行正交的方向上横向偏移达掩模图案的最近邻距离的相应1/(2√3)和-1/(2√3)倍或达等效的距离；

其中该掩模图案的最近邻距离比照明射束的波长的两倍更大，以使得被照亮的掩模生成第0、第1和更高衍射阶。

根据本发明的第六方面，提供一种用于将方形阵列中的特征的期望二维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载方形阵列中的特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案的周期是期望二维图案的周期的√2倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）提供准直光的具有光谱带宽或在可以光谱带宽内扫描的波长的至少一个射束；

d）将基底设置成平行于掩模并且具有大于距离的一半且小于该距离的间隔，在该距离处将通过利用具有光谱带宽的至少一个射束中的一个照亮掩模图案来形成静止图像；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是或者通过利用准直光的具有光谱带宽的至少一个射束照亮掩模图案，或者通过利用准直光的具有波长的至少一个射束照亮掩模图案并且在光谱带宽上扫描该波长而形成的；

f）为第一和第二子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第一和第二子曝光的强度分布对光敏层的曝光在与掩模图案中的特征行平行的方向上相互横向偏移达掩模图案的周期的一半或达等效的距离，并且在与所述掩模特征行正交的方向上相互横向偏移达掩模图案的周期的一半或达等效的距离；

其中该掩模图案的周期比照明射束的波长的√2倍更大，以使得被照亮的掩模生成第0、第1以及衍射阶。

在所有上面的方面中，不存在对更高衍射阶相对于第0阶和第1阶的数目或相对强度的限制。

附图说明

图1图示在本发明的第一、第二、第三、第五、第六、第七、第八和第九实施例中采用的不同装置。

图2示出针对曝光第一实施例中的光刻胶涂覆的晶圆的时间集成强度分布的计算结果。

图3图示截断的高斯分布图的形状，在第二实施例中的间隔的变化期间间隔的每个增量变化的曝光剂量根据该形状来改变。

图4图示在本发明的第四实施例中采用的装置。

图5图示在第五实施例中采用的掩模中的孔的六边形阵列。

图6示出曝光第五实施例中的光刻胶涂覆晶圆的时间积分强度分布的计算机模拟。

图7图示在第七实施例中采用的掩模中的孔的方形阵列。

图8示出曝光第七实施例中的光刻胶涂覆晶圆的时间积分强度分布的计算机模拟。

图9图示在本发明的第十实施例中采用的装置。

具体实施方式

参考图1，其示出本发明的第一示例性实施例，氩离子激光器1发射具有363.8nm的波长和约2mm的直径的基本上单色光的射束2。该射束2处于TEM00横模（即具有高斯强度分布图）并且是平面偏振的。在通过电子操作快门3之后，该射束的直径被扩展器4放大，该扩展器4包括例如平凹透镜，之后是用于使光再准直的平凸透镜。扩展射束然后入射在将射束的高斯强度分布图转换成基本上矩形分布的（场映射类型的）折射式射束变换器5上。商业上可从比如Moltech GmbH（其piShaper产品范围专用于该应用）的这样的公司得到这样的射束变换器。来自变换器5的准直光的均匀射束6入射在第二射束扩展器8上，其进一步放大该射束以使得其横截面比要被曝光的图案13更大。来自扩展器8的输出射束被反射镜9反射，以使得它以法向入射或近法向入射照亮掩模12。优选地将该反射镜9安装至具有用于使垂直于掩模的反射射束成角度对齐的调整装置的倾斜载台10。

如使用塔尔博特效应或基于其的技术（诸如DTL）来印刷周期图案的技术人员公知的，有必要使照亮掩模图案的射束很好地准直并且使掩模与晶圆之间的间隔要足够小，以使得很好地分辨印刷特征。折射射束变换器5有利地产生很好准直的输出射束，所以使得照亮掩模图案13的每个点的射线的角范围要非常小，诸如<0.2mR。

在掩模12的下面是一维周期图案13，即已经使用标准方法制造的处于相位光栅的形式的具有4µm周期的线与空间结构。线/空间比最佳地为1并且由蚀刻线引起的透射光的相移最优地为π。该光栅的线平行于y轴取向，即与该图的平面正交。而图1示出掩模图案13中的仅几条线和几个空间，应该理解存在许多更多的线和空间并且以厘米来测量图案13的尺寸。被照亮的光栅13不仅仅产生第0和第1衍射阶而且产生高达第十阶。该衍射阶在掩模12之后干涉以生成塔尔博特图像和子图像的序列。使用等式（1）计算的干涉图样的塔尔博特距离是88微米。将该掩模12刚性安装至机械支撑物（没有在图中示出），诸如安装至真空吸盘的下面。

在掩模12下面的是硅晶圆14，在其上表面上涂覆有标准的高对比度i线敏感光刻胶层15。该层15的厚度是约1µm。该晶圆14被安装至真空吸盘16，其被附接至具有用于在子曝光期间准确地改变掩模12和晶圆14的间隔的致动器的定位系统18。适当的致动器是压电换能器（PZT）。优选地，每个PZT都具有用来允许闭环控制以使得可以可靠地获得准确位移的集成位置传感器。该定位系统18另外包括用于使晶圆14在x和y方向上准确位移的致动器。适当的致动器是PZT，其具有20µm的行进范围，优选地还具有用来确保准确位移的闭环控制。该定位系统18进一步包括用于使得能够关于掩模12手动调平晶圆14并且用于在曝光之前手动调整其间隔的粗定位机构。该定位系统18和快门3连接至控制系统20。

通过使用用来手动探测并测量掩模12和晶圆14之间的间隙的已知厚度的基准间隔（该图中未示出），并且通过使用用来调整该间隔的定位系统18将该晶圆14布置成平行于掩模12并且具有约200μm的间隔。

该晶圆14曝光于两个子曝光中。对于第一子曝光，打开快门3以便利用准直光的均匀射束11照亮掩模图案13，并且在曝光期间采用定位系统18的精细定位致动器来以恒定速度以与DTL类似的方式（除了在子曝光期间使该间隔减小（或备选地增大）达仅透射光场的塔尔博特距离的四分之一（即22µm的距离））改变该间隔。与照亮掩模12的射束的强度有关地选择位移的速度以使得由两个子曝光递送的总曝光剂量适用于在所采用的特定光刻胶材料层15中形成期望微结构。当曝光后续晶圆时，可以优化曝光时间。在曝光期间间隔的变化促使照亮光刻胶层的强度分布改变。该层15在完整子曝光中接收的能量密度的空间分布对应于照亮层15的强度分布的时间积分。

在第一子曝光结束时，快门3关闭并且使用晶圆定位载台18中的致动器使掩模12和晶圆14之间的间隔准确地返回至其初始值。还通过使用定位载台18，使晶圆14在x（或-x）方向上移位达掩模光栅13的周期的一半的距离（即达2µm）。

然后通过打开快门3并且针对相同的曝光时间在相同的方向上以相同的恒定速度改变晶圆-掩模间隔来使该第二子曝光与第一子曝光完全相同地进行。由此如在第一子曝光中那样，将光刻胶15暴露于本质上相同的时间积分强度分布，除了在与光栅线正交的方向上使该时间积分强度分布关于第一子曝光的时间积分强度分布横向移位达掩模光栅13的周期的一半。在曝光之后，关闭快门3，从曝光系统移除晶圆14并且使用标准程序来使光刻胶15显影。

可以通过下面的等式给出，可以在数学上呈现两个子曝光的两个相互偏移的时间积分强度分布的叠加：

等式（3）

在这里A_i是从掩模光栅13衍射的第i阶的振幅，并且n是最高衍射阶数。

要注意的是，结果得到的分布不依赖于距掩模12的距离，所以印刷图案具有实际上无限的聚焦深度，由此使得能够将图案均匀地印刷在具有差表面平坦度的晶圆上。

首先计算针对所关心的线性光栅13的各个衍射阶的振幅，并且然后I(x, z)产生如在图2中示出的强度分布图。所绘制的强度与掩模上的该入射有关。如可以看到的，该强度分布具有占掩模光栅13的周期的一半且具有约100%的对比度的基本上三角形分布图，这使得能够在显影的光刻胶15中形成具有良好分布图的线-空间结构。为线性光栅13选择为1的线/空间比和为π的相移，因为它们使I(x, z)的对比度最大化。然而，线/空间比和相移与这些值的显著偏差是可以容忍的，因为具有生产价值的光刻术工艺不一定需要这样的高对比度。

因此，印刷结果等同于由DTL曝光技术产生的结果，但是它是通过使晶圆-掩模间隔改变DTL所需要的仅四分之一来产生的。因此，这允许采用具有更短得多的行进范围的致动器，或者相反地允许使用具有特定行进范围的致动器印刷图案的更大得多的周期。间隔的更小的变化还减小了还可能在纵向移位期间出现的不期望的横向位移的量值，由此提高印刷特征的分辨率。

因为该实施例的掩模图案13在x方向上是周期性的，所以在该实施例中可以通过使在两个子曝光之间的晶圆14在x方向上移位达由 (n + ½)Λ（在这里n是整数）给定的距离来更一般地获得相同的印刷结构（忽略印刷图案的边缘）。因此可以将与第二子曝光的时间积分强度分布的结果得到的横向偏移相对应的这些位移描述为相等的。然而，有利的是，该位移被最小化成Λ/2（或-Λ/2），因为这使光刻胶的两个曝光区域的重叠最大化，并且还使均匀印刷的图案的区域最大化。考虑到掩模和晶圆之间非完美的平行性，使横向位移最小化还对获得与针对第一子曝光基本上相同的针对第二子曝光的掩模-晶圆间隔在图案区域上的局部值的分布有利，以使得两个子曝光在光刻胶层处的时间积分强度分布是基本上相同的。在掩模中的周期图案为一维（即线性光栅）的该和其他实施例中，x方向上（与光栅线正交）所需的横向偏移(n + ½)Λ可以伴随有y方向上（平行于光栅线）的某一任意位移，就图案在该方向上的尺寸而言该任意位移优选是可忽略的。因为光栅线在该方向上的连续性质，这样的正交位移对印刷图案具有可忽略的影响。

在该实施例的一个变体中，掩模-晶圆间隔不会在第一子曝光之后返回到其初始值，而是作为代替在第二子曝光期间在与第一子曝光所采用的相反的方向的上以恒定速度来改变。通过切换针对第二子曝光的改变间隔方向并且采用与针对第一子曝光的相同的随着间隔的曝光剂量变化速率的改变，结果得到的曝光光敏层的时间积分强度分布是相同的。可以将该程序修改类似地应用于其他实施例。

在该实施例的又一变体中，可以备选地通过在每次子曝光期间以恒定速度改变间隔以使得以塔尔博特距离的四分之一的整数倍（在这里整数> 1）但以小于一个塔尔博特距离改变该间隔（即以使得以44微米或66微米改变该间隔）来获得本质上相同的结果。假设采用相同的射束强度和光刻胶工艺，还应该使间隔的改变速度相应地增加2倍或3倍以使得在两个子曝光中递送至光刻胶的曝光剂量仍适用于形成期望微结构。

当然，很明显在该实施例的其他变体中，可以由掩模12而不是晶圆14来执行在子曝光之间在x上的位移：重要的是二者的相对位移。

在该实施例的还有的另一变体中，作为代替该掩模承载具有相同或另一周期以及优选为1的线/空间比的振幅型光栅。它是使用标准激光射束或电子射束掩模制成技术来制造的。该曝光程序与针对具有相同周期的相位掩模的相同，并且印刷结果同样是具有掩模光栅的周期的一半的光栅。然而，在振幅型掩模的情况下，两个子曝光的时间积分强度分布的和的对比度显著小于可利用相位掩模获得的对比度，这可能是需要具有高纵横比的光刻胶结构的应用不希望的。

该第一实施例具有与现有技术的DTL和基于DTL的技术相同的缺点，在DTL和基于DTL的技术中在曝光期间以恒定速度来改变间隔；印刷结果对在掩模照明期间并不恰好是期望距离的整数倍的间隔的改变敏感。如果例如在晶圆的纵向位移中存在滞后或者快门没有与位移准确同步，则可以发生这样的不准确。

在第二实施例中，再次参考图1，作为代替激光源1是二极管管泵浦固态激光器，其产生在波长355 nm处具有高斯强度分布图的三倍频射束2。如在第一实施例中那样，该射束2通过快门3、射束扩展器4并且然后通过折射式射束变换器5（其使射束的强度分布均化）。然后它类似地进一步通过扩展器8扩展并且由反射镜9反射以使得经过反射的准直射束11以正交入射照亮掩模12。

在该实施例中，在掩模12的下面是线性相位光栅13，其具有对于所关心的波长的约π的相位深度、约1的线/空间比和3.2µm的周期。该线的方向与该图的平面正交。

被照亮的线性光栅13不仅仅产生第0和第1衍射阶而且产生高达第九阶，其在掩模12之后干涉以生成塔尔博特图像和子图像的序列，其塔尔博特距离被计算成58微米。

如在第一实施例中那样，该曝光程序由两个按顺序的子曝光组成。然而，不是在每个子曝光期间以恒定速度来改变间隔，而是以变速来改变间隔，使得根据由下面的等式给出的截断的高斯分布在间隔的变化期间间隔的每个增量改变的照亮掩模12的曝光能量密度改变：

其中

等式（4）

在这里E₀是常数，exp{}表示指数函数，w是高斯分布的最大值一半处的半宽度，并且

定义在子曝光期间在其均值d₀的任一侧的间隔的最大允许偏差。

因此在子曝光中该间隔改变的最小距离是L_T/4并且最大距离是L_T。该下限确保以一定程度的均匀性来印刷图案而上限满足在不使该间隔改变达塔尔博特距离或更多的情况下获得良好均匀性的目标。优选地，尽管在子曝光中该间隔改变的距离至少是L_T/2以便实现非常好的均匀性，并且小于0.9L_T以便它比塔尔博特距离明显更小。对于更小的间隔改变（从L_T/2下降至L_T/4），印刷图案的均匀性越来越差但对于要求较低的应用来说它可仍是足够的。优选地，高斯分布的半最大值全宽度（FWHM）被选择成使得

，以便

在间隔的最大值和最小值处降至其峰值的约6%。因此，该FWHM优选地在L_T/8至L_T/2的范围中并且最优选地在L_T/4至0.45L_T的范围中。在

的情况下，在图3中示出描述对于间隔的每个增量变化的曝光剂量的归一化变化的结果得到的截断高斯分布。沿着图3中的绘图的横坐标轴的间隔值被表述为与平均间隔的偏差并且单位是塔尔博特距离L_T。

通过将控制系统20编程为使得定位系统18中的致动器在曝光期间使晶圆14以速度v朝向或远离掩模12移位以获得随着间隔的增量改变的曝光剂量的变化，该速度v以根据下面的等式的逆方式改变：

其中

等式（5）

在这里v₀是在间隔的均值处的速度。

鉴于上面的内容，将在该实施例中该间隔在子曝光期间改变的距离

选择成L_T/2（即29微米），并且将高斯分布的FWHM（2w）选择成L_T/4（即14.5微米）。

直接从等式（5）导出描述作为时间的函数的致动器的所需位移的等式。与射束强度相组合地选择v₀的值以使得在两个子曝光中递送至光刻胶15的总曝光剂量适用于形成期望的微结构。为了使光刻胶15仅暴露给由等式（5）定义的在曝光期间由掩模12透射的光场，通过控制系统20来使快门的打开和关闭与致动器的位移同步。

在第一子曝光结束时，快门3关闭，掩模12和晶圆14之间的间隔准确地返回至其初始值，并且使用晶圆定位载台18中的致动器使晶圆在x方向上移位达掩模光栅13的周期的一半的距离（即达1.6µm）。

然后通过打开快门3并且在子曝光期间改变间隔以便利用间隙施加曝光剂量变化速率的相同变化来使该第二子曝光以与第一子曝光相同的方式进行。然后从曝光系统移除晶圆14，对其显影并检查。然后可以通过曝光后续的晶圆（或通过调整射束强度或在平均间隔处速度的值v₀）来优化曝光剂量。

两个子曝光的时间积分强度分布与两个分布之间掩模光栅的周期的一半的横向偏移的总和得到与图2中图示的基本相同的三角形分布，除了具有掩模光栅的周期的一半的周期（即1.6µm）。然而，通过根据截断的高斯分布来在每个子曝光中改变对于间隔的每个增量变化的曝光剂量，大大降低了印刷图案对基底14的纵向位移以及晶圆位移与掩模照明的不精确同步的敏感性，由此实现比可以通过以曝光剂量的变化速率（在间隔的变化过程中其保持恒定）随着间隔进行曝光而获得的更好的均匀性和可重现性。

可以通过备选地将控制系统20编程为在曝光期间调制致动器的位移速度以使得对于间隔的每个增量变化的曝光剂量以类似于高斯分布图的方式（例如根据如在现有技术中、尤其在美国专利号8,525,973中描述的截断的正弦函数或截断的三角形分布图）改变来类似地获得对印刷图案的均匀性和可重现性的类似改进。对于这样的备选分布图，在每个子曝光期间应该改变间隔的距离的上限和下限、描述对于间隔的每个增量变化的曝光剂量的变化的曲线的FWHM的优选相对值，并且间隔应该改变的优选范围与上述为截断的高斯分布图所主张的相同。

在该第二实施例的一个变体中，可以通过在以恒定速度改变晶圆14和掩模12之间的间隔的同时作为代替根据等式（4）改变照亮掩模12的射束的强度来等效地获得对于高斯分布图由等式（4）描述的对于间隔的每个增量变化的曝光剂量的变化。如果用截断的正弦或截断的三角形分布图来描述曝光剂量随间隔的改变速率的变化，则同样地它可以以其他方式等效地获得。可以通过将分量或分量的组合包括在射束路径中来使用图1的装置获得在改变间隔的情况下射束强度的这样的变化，可以通过控制系统20在每个子曝光期间或者连续地或者以步进、准连续的方式改变其透射率（或反射率）。例如，可以将安装至电动旋转载台的圆形连续可变中性密度滤光器包括在光束路径中，仅在快门3之后，并且在曝光期间由控制系统20来连续调整滤光器的取向，以便获得增量曝光剂量随着晶圆-掩模间隔的期望变化。然而，第二实施例的该变体具有没有最优地使用激光器的输出功率所以可能导致更长的曝光时间的缺点。

在第三实施例中，可以采用图1的基本上相同的装置，除了晶圆定位载台18没有必要拥有用于使晶圆在x(或y)方向上移位的致动器。

首先将掩模12和晶圆14之间的间隔调整至约300µm。然后以与第二实施例中的基本上相同的方式来进行两个子曝光中的第一个，其中在减小间隔的方向上以变速使掩模12和晶圆14之间的间隔在距离L_T/2 = 29µm内改变，以使得对于间隔的每个增量变化的曝光能量密度根据截断的高斯分布图来改变。然后快门3关闭并且使用晶圆定位载台18中的致动器使掩模12和晶圆14之间的间隔准确地返回至其初始值。不是在子曝光之间使晶圆14移位，而是使用倾斜载台10来调整反射镜9的角度以便照亮掩模12的射束11的角度在xz平面中改变达：

弧度 等式（6）

在这里Λ是掩模光栅13的周期，L是在每个子曝光期间平均晶圆-掩模间隔。

所以，对于所采用的值（Λ = 3.2µm且L = 286µm），Δω = 5.6mR。然后执行与第一子曝光完全相同的第二子曝光。

使掩模照明的角度在xz平面中改变Δω造成在距掩模12距离s处的瞬时强度分布横向移位达距离sΔω。所以，如果在子曝光期间间隔的改变相对于平均间隔小（优选地Δs/2L < 10%），则使子曝光之间的照明的角度改变由等式（6）限定的角度在光敏层15上基本上产生相同的时间积分强度分布，但是在与光栅线正交的方向上从在第一子曝光中印刷的图案横向偏移Λ/2。事实上，如果对于第一和第二子曝光的照明射束11的入射角的二等分线在xz平面中垂直于掩模12，则在两个子曝光中印刷的时间积分强度分布是相同的。因此，在该实施例中印刷的图案与在第二实施例中印刷的图案实质上相同，在第二实施例中通过使晶圆14移位来在两个子曝光的时间积分强度分布之间产生Λ/2的横向偏移。

因为掩模图案14在x方向上是周期的，所以在该实施例中可以通过使在两个子曝光之间照明射束11在xz平面中的角度改变(n + ½)Λ/L（在这里n是整数）来更一般地获得基本上相同的印刷结果。然而，有利的是，将角度位移最小化至Λ/2L (or -Λ/2L)，因为这使光刻胶的两个曝光区域的重叠最大化，并且因此使均匀印刷图案的区域最大化。

很明显，在该实施例中，备选地可以根据与截断的高斯类似的分布图（诸如截断的正弦或截断的三角形分布图）来在每个子曝光中改变对于间隔的每个增量变化的曝光剂量以产生基本上相同的印刷结果。

在第四实施例中，参考图4，二极管泵浦的固态激光器30在355nm波长处发处三倍频的射束。该射束是平面偏振的并且处于TEM00模式。该射束通过快门31、射束扩展器32和（场映射类型的）折射式射束变换器33以产生具有基本上矩形强度分布的约6mm直径准直射束。这被反射镜34反射到分束器35（其在正交方向上部分反射射束）上，并且被分束器35部分透射的射束由反射镜36在相同的正交方向上反射。两个反射射束通过一对滤光器37、38，可以调整其相应的透射以便使两个透射射束的强度均等。适当的滤光器是商业上可从比如Thorlabs有限公司的这样的公司得到的连续可变中性密度滤光器。如果从分束器部分反射以及部分透射的射束具有至约±2%的相同强度（而且一个这样的滤光器可能是足够的），则在曝光系统中这样的曝光器不是必需的。然后通过滤光器37、38透射的两个射束被在z中横向偏移的一对透镜39、40聚焦，并且在每个射束的聚焦之外的发散光被反射镜41反射在准直透镜42上。在透镜42的前焦平面中的两个焦点的横向偏移会在透镜42之后产生准直光的两个重叠的射束，它们在xz平面中有角度的偏移。通过将偏移距离布置成7.5mm并且选择焦距为1.2米的透镜42，结果得到的角偏移是6.25mR。两个准直射束汇聚接近于法线入射以照亮掩模44。优选地，调整反射镜41的倾斜以使得两个射束的二等分线垂直于掩模44。通过将从分束器35至掩模44的两个射束的光径长度的差布置成比光的相干距离更大，两个射束不会干涉以便在掩模44处产生不希望的条纹图案。

该掩模44承载线性相位光栅45，其具有对于所关心的波长的约π的相位深度、约1的线/空间比和5µm的周期。该线的方向与该图的平面正交。被照亮的光栅45不仅仅产生第0和第1衍射阶而且产生高达第14阶，其在掩模44之后干涉以生成塔尔博特图像和子图像的序列。使用等式（1）计算对于干涉图案的塔尔博特距离为141微米。

在掩模44下面是涂覆有光刻胶层47的晶圆46。该晶圆46被安装至真空吸盘48，该真空吸盘48被附接至包括精细定位致动器的定位系统49，该精细定位致动器在闭环控制下用于在曝光期间使晶圆纵向移位。适当的致动器是压电换能器。该定位系统49和快门31连接至控制系统50。该定位系统49进一步包括用于在曝光之前便于掩模44和晶圆46的间隔和平行的调整的粗定位机构。

在该实施例中，准直光的两个有角度的偏移射束同时照亮掩模44中的周期图案，并且每个都使晶圆曝光给时间积分强度分布。因此，由两个射束中的每一个的曝光可以被视为子曝光，这两个同时发生而不是如在以前的实施例中那样按顺序发生。然而，如在以前的实施例中那样，使晶圆和掩模之间的间隔在掩模曝光期间改变达塔尔博特距离的至少四分之一但小于塔尔博特距离。为了使印刷图案对晶圆在曝光期间的不准确纵向位移的敏感性最小化，类似地选择对于间隔的每个增量变化的曝光剂量以便在间隔的变化期间根据截断的高斯分布来改变。就在以前的实施例中采用的截断的高斯分布来说，优选地是使间隔改变至少L_T/2以便实现非常好的均匀性，但小于0.9L_T；但是进一步地截断的高斯分布的FWHM是间隔的完全改变的一半。因此，对于该实施例，期望的间隔改变是L_T/2（即70µm），并且截断的高斯分布的期望FWHM是L_T/4（即35µm）。

为了使通过两个照明射束产生的时间积分强度分布在光刻胶层47处相互偏移达掩模光栅45的周期的一半（即达2.5µm），有必要使用等式（6），即在曝光期间晶圆46和掩模44的平均间隔是400μm。考虑到在曝光期间间隔的改变的期望值（以及使其在增大间隔的方向上改变的意图），最初使用晶圆定位系统将该间隔设置成约400 - L_T/4（即约365μm）。该曝光通过打开快门31并且根据等式（5）利用上面阐述的参数值以及所选的v ₀ 改变增大间隔的速度来执行以使得在曝光中向光刻胶47递送的时间积分曝光剂量适用于形成期望的微结构。在曝光结束时，关闭快门31并且从吸盘48移除晶圆46以用于显影。

因为掩模图案45在x方向上是周期的，所以在该实施例中可以通过在照亮掩模44的准直光的两个重叠射束之间布置由(n + ½)Λ/L（在这里n是整数）给定的角度偏移来更一般地获得基本上相同的印刷结果。因此，这些角度偏移以及第二子曝光的时间积分强度分布相对于第一子曝光的时间积分强度分布的结果得到的横向偏移是等同的。然而，有利的是角度偏移被最小化成Λ/2L，因为这使光刻胶47的两个曝光区域的重叠程度最大化，并且因此使均匀印刷图案的区域最大化。

在该单个曝光实施例的一个变体中，代替如在第一实施例中晶圆46和掩模44之间的间隔以恒定速度在距离L_T/4上改变。在该实施例的一个变体中，来自激光源的光可以被分成两个射束，除了被经典的分束器分开之外，例如该光可以被偏振分束器或被衍射元件分开。备选地，可以从（相同波长的）分开的激光源得到这两个射束。

应该理解，仅仅示意性地图示与该装置的其他特征一样的图4中图示的透镜，并且事实上该透镜中的每一个可以都例如是双凸透镜或者不一定紧密接近的许多透镜元件、被设计成与曝光系统的其他光学元件组合以根据应用的特定要求来优化照亮掩模的射束的均匀性和准直的特定透镜（如本领域中的技术人员使用光学设计的标准原理可以容易从事的）。

在第五实施例中，采用与如在图1中针对第一实施例图示的基本上相同的装置，除了将四分之一波片包括在射束路径中，刚好在快门3之后，并且作为代替掩模12由已经在熔融二氧化硅基底上的铬层中形成的直径为2µm且最近邻距离为4µm的孔的六边形阵列组成。在图5中示出孔的该图案的单位单元。应该注意，在平行于3个轴（x轴以及关于x轴成±60°的轴）取向的行中布置六边形阵列的特征。在曝光系统中将掩模图案取向成使得图5中标记的x轴在图1中示出的x轴的方向上。利用所关心的波长对该阵列的照明不仅仅产生第0和第1衍射阶而且产生高达第九阶（注意：在六边形阵列的情况下，如果最近邻距离比波长的两倍更大，则除了第0阶和第1阶之外至少有一组双衍射阶传播）。在掩模之后衍射阶干涉以便在距掩模的周期距离处产生掩模图案的塔尔博特图像。该四分之一波片将线性偏振入射射束转换成圆偏振的射束，这确保被掩模衍射的阶强度的分布具有三重对称性，以使得曝光光刻胶的时间积分强度峰相应地对称，这是通常期望的。然而，对于一些应用，这样的对称强度峰可能不重要，在这种情况下可以从曝光系统中排除四分之一波片（或等效元件）。

可以根据等式（1）来计算对于六边形阵列的塔尔博特距离L_T，其中k=1.5并且Λ指代阵列特征的最近邻距离。在利用λ = 364nm和Λ = 4µm进行评估的情况下，产生L_T = 66µm。

对于六边形阵列，该曝光序列包括等剂量的3个子曝光。如在第一实施例中，该晶圆14首先被定位成平行于掩模12并且在约200μm的距离处。如在第一实施例中在每个子曝光期间以恒定速度来改变间隔，但是因为掩模图案13是六边形阵列，使该间隔改变距离L_T/3（即22μm）。与照亮掩模12的射束的强度有关地选择位移的速度以使得由三个子曝光递送的总曝光剂量适用于在所采用的特定光刻胶层15中形成期望微结构。在第一子曝光之后，使晶圆14在x方向上移位距离Λ/2（即2μm），并且在y方向上移位距离

（即1.15μm），并且将晶圆14和掩模12之间的间隔返回至其初始值；并且在第二子曝光之后，使晶圆14移位以使得它在x方向上关于其对于第一子曝光的位置偏移Λ/2（即2μm），并且在y方向上偏移

（即-1.15μm），并且再次将该间隔返回至其初始值。可以通过使用本领域中的技术人员熟悉的标准方法的计算机模拟来确定具有这些横向偏移距离的3个时间积分密度分布的总和。例如，通过确定被掩模12中的六边形阵列衍射的各个阶的振幅和相位（这可以基于标量理论来分析地完成或者使用基于例如FDTD分析的商业上可得的软件来完成），计算由在距掩模12的不同距离（该距离对应于在子曝光的每一个期间使间隔改变的范围）处的这些衍射阶的干涉产生的强度分布以及这些分布的平均值，并且最后对具有上面限定的横向偏移的这些平均分布中的三个进行求和。在图6中示出针对掩模中的图案的单位单元的结果，所计算的在曝光期间的平均间隔的三个值分别是175、195和215µm。如可以看到的，3个分布的总和是具有良好对比度（约75%）的强度峰值以及最近邻距离为掩模12中的1/√3的六边形阵列。最重要的是，可以看到，该强度分布在所模拟的值（即40µm）的范围（其大于塔尔博特距离的一半）上与平均间隔无关。该分布使得能够在正色调光刻胶中形成孔的六边形阵列，或者备选地能够在负色调光刻胶中形成柱的六边形阵列。然而，关于第一实施例，间隔以恒定速度的变化要求间隔在每个子曝光期间以期望的距离准确地改变，否则会得到一些不均匀的结果。在该实施例的变体中，掩模中孔的直径与最近邻距离的比不同于1:2，以便根据所关心的应用的特定要求来修改并优化在3个时间积分强度分布的总和中强度峰值的分布图；例如，其大于1：2以便提高相对于图中6所示的强度峰值的圆度。

在该实施例的一个变体中，备选地可以通过在每个子曝光期间以恒定速度改变间隔以使得间隔被改变塔尔博特距离的三分之一的整数倍（在这里整数>1）但小于一个塔尔博特距离（换言之被改变塔尔博特距离的三分之二，对于所关心的特定掩模图案和照明波长其是44µm）来获得相同的结果。

鉴于掩模图案13的周期性质，如果另外在第一和第二子曝光之间以及第二和第三子曝光之间使晶圆在掩模图案的3个轴中的一个（例如x轴）的方向上移位达掩模图案的整数个最近邻距离以及在其他轴中的一个（例如与x轴成60°）的方向上移位达整数个最近邻距离，则可以获得相同的印刷结果（忽略印刷图案的边缘）。因此结果得到的第二和第三子曝光的时间积分强度分布关于第一子曝光的时间积分强度分布的横向偏移可以被视为与在该实施例中采用的那些完全等同。第二和第三子曝光所需的横向偏移因此可以更一般地表述为在x方向上分别(2m+n+1)Λ/2和(2p+q+1)Λ/2，并且在y方向上分别(n+⅓)√3Λ/2和(q-⅓)√3Λ/2，在这里m、n、p和q是整数（它们中的任一个都可以具有相同的值）并且a是掩模图案的最近邻距离。然而，优选地，使m、n、p和q最小化以便使光刻胶的三个曝光区域的重叠最大化，并且因此使均匀印刷图案的区域最大化。

在第六实施例中，采用与以前的实施例中相同的曝光系统和掩模。该曝光序列同样包括等同曝光剂量的3个子曝光并且在子曝光之间使晶圆14移位相同的横向偏移。在第一子曝光之前，类似地将晶圆14定位成平行于掩模12并且在约200μm的距离处。然而，在子曝光期间，作为代替使晶圆14和掩模12的间隔以变速来改变以使得对于间隔的每个增量变化的曝光剂量在间隔的变化期间根据截断的高斯分布来改变。该分布的分布图与针对第二实施例通过等式（4）描述的相同，除了由于掩模图案12是六边形阵列，间隔在其均值d₀的任一侧的最大偏差遵守下面的限制：

等式（7）。

优选地，在子曝光中该间隔改变的距离

是至少2L_T/3以便实现非常好的均匀性，并且小于0.9L_T以便它明显小于塔尔博特距离。对于更小的间隔改变（从2L_T/3下降至L_T/3），印刷图案的均匀性越来越差但对于要求较低的应用来说它仍可以是足够的。优选地，高斯分布的半最大值全宽度（FWHM）被选择成使得

，以便

在间隔的最大值和最小值处降至其峰值的约6%。因此，该FWHM优选地在L_T/6至L_T/2的范围中并且最优选地在L_T/3至0.45L_T的范围中。在该实施例中，相应地将在每个子曝光期间间隔改变的距离选择成2L_T/3（即44μm），并且将高斯分布的FWHM（2w）选择成L_T/3（即22μm）。通过以利用上面阐述的对于

和w的值以及利用结合射束强度选择的v ₀ 的根据等式（5）的变速改变间隔来获得对于间隔的每个增量变化的曝光剂量的期望变化，以使得在三个子曝光中递送至光刻胶15的总曝光剂量适用于形成期望的微结构。同样可以通过计算机模拟来确定由三个横向偏移的子曝光在光刻胶层15处产生的积分强度分布。可以遵循如在以前的实施例中概述的类似数学程序，除了应该计算在每个子曝光期间强度分布在间隔的值范围内的加权平均，在这种情况下加权对应于截断的高斯分布。该结果基本上示出与在图6中如针对第五实施例图示的相同的强度分布。关于第二实施例，该实施例优于以前实施例的优点是在间隔的改变期间对于间隔的每个增量变化的曝光剂量的截断的高斯变化大大降低了印刷图案对基底在曝光期间的不准确纵向位移以及晶圆位移与掩模照明的不精确同步的敏感性，并且因此实现印刷图案的更好均匀性和可重现性。还与第二实施例相似的是，可以在该实施例中备选地通过根据截断的正弦、截断的三角形或类似分布图改变在相同的间隔范围内对于间隔的每个增量变化的曝光剂量来获得对均匀性和可重现性的类似改进。

在第七实施例中，采用与在第五实施例中基本上相同的装置，除了作为代替掩模12由已经在熔融二氧化硅基底上的铬层中形成的直径为1.8µm且周期为3µm的孔的方形阵列组成。在图7中示出孔的该图案的单位单元。利用所关心的波长对该阵列的照明不仅仅产生第0和第1衍射阶而且产生高达第8阶（注意：在方形阵列的情况下，如果周期是波长的√2倍，则除了第0阶和第1阶之外至少有一组双衍射阶传播）。在掩模之后衍射阶干涉以便在距掩模的规则间隔处产生掩模图案的塔尔博特图像。可以在k=2的情况下根据等式（1）来计算针对方形阵列的塔尔博特距离L_T。利用λ = 364nm和Λ = 3µm进行评估产生L_T = 49.5µm。

对于方形阵列，曝光序列由等剂量的2个子曝光组成。关于第一实施例，该晶圆14首先被定位成平行于掩模12并且在约200μm的距离处。如在第一实施例中在每个子曝光期间以恒定速度来改变掩模12和晶圆14之间的间隔，但是因为掩模图案12是六边形阵列，使该间隔改变距离L_T/2（即25μm）。与照亮掩模的射束的强度有关地选择位移的速度以使得由两个子曝光递送的总曝光剂量适用于在所采用的特定光刻胶层15中形成期望微结构。在两个子曝光之间，使晶圆14在x和y两个方向上移位距离Λ/2（即1.5μm），并且将晶圆14和掩模12之间的间隔返回至其初始值。可以以与之前的实施例相同的方式通过计算机模拟来确定具有这些横向偏移的2个时间积分密度分布的总和。在图8中示出针对掩模图案13的单位单元的结果，所计算的在每个曝光期间平均间隔的三个值分别是175、195和215µm。在每幅图的右边示出已经被归一化（即最大值为1）的三幅图的每一个中的强度分布以及强度标度。如可以看到的，2个分布的总和是具有良好对比度（约85%）的强度峰值以及周期为掩模13的周期的1/√2的方形阵列，并且其中阵列轴关于掩模图案13的阵列轴旋转45°。最重要的是，可以看到，该强度分布在所模拟的值（即40µm）（其比由掩模透射的光场的塔尔博特距离还小）的范围上与曝光期间的平均间隔无关。该曝光方案因此使得孔的方形阵列能够被均匀且可再现地印刷到正色调光刻胶层中，或者备选地使得柱的方形阵列能够类似地印刷到负色调光刻胶层中。然而，关于第一实施例，要求间隔在曝光期间以期望的距离准确地改变，否则会得到一些不均匀的结果。

因为掩模图案的周期性质，在该实施例中，可以通过使晶圆14在子曝光之间在x方向上移位距离(m+½)Λ并且在y方向上移位(n+½)Λ（在这里m和n是整数，它们可以具有相同的值）来更一般地获得相同的印刷结果（忽略印刷图案的边缘）。因此，这些位移以及结果得到的第二子曝光的时间积分强度分布的横向偏移是等同的。然而，优选地，使m和n最小化以便使光刻胶的两个曝光区域的重叠最大化，并且因此使均匀印刷图案的区域最大化。

在该实施例的变体中，掩模中孔的直径与周期的比不同于0.6:1，以便根据所关心的应用的特定要求来修改并优化在2个时间积分强度分布的总和中强度峰值的分布图。

在第八实施例中，采用与在以前的实施例中相同的曝光系统和掩模。该曝光序列同样包括等曝光剂量的2个子曝光并且在子曝光之间晶圆14被移位相同的横向偏移。在第一子曝光之前，该晶圆14同样被定位成平行于掩模12并且在约200μm的距离处。然而，在子曝光期间，作为代替以变速来改变晶圆14和掩模12的间隔以使得对于间隔的每个增量变化的曝光剂量根据截断的高斯分布来改变。该变体的分布图与通过等式（4）描述的相同，除了由于该掩模图案是方形阵列，间隔在其均值d₀的任一侧的最大偏差遵守下面的限制：

等式（8）。

优选地，在子曝光中该间隔改变的距离

是至少3L_T/4以便实现良好的均匀性，并且小于0.9L_T以便它明显小于塔尔博特距离。对于更小的间隔改变（从3L_T/4下降至L_T/2），印刷图案的均匀性越来越差但对于要求较低的应用来说它仍可以是足够的。优选地，高斯分布的半最大值全宽度（FWHM）被选择成使得

，以便

在间隔的最大值和最小值处降至其峰值的约6%。因此，该FWHM优选地在L_T/4至L_T/2的范围中并且最优选地在3L_T/8至0.45L_T的范围中。在该实施例中，相应地将在每个子曝光期间间隔改变的距离选择成0.8L_T（即41μm），并且将高斯分布的FWHM（2w）选择成0.4L_T（即20μm）。通过以利用上面阐述的对于

和w的值以及利用结合射束强度选择的v ₀ 的根据等式（5）的变速改变间隔来获得对于间隔的每个增量变化的曝光剂量的期望变化，以使得在两个子曝光中递送至光刻胶15的总曝光剂量适用于形成期望的微结构。通过与图8中针对第七实施例图示的基本上相同的计算机模拟来确定由两个横向偏移子曝光在光刻胶层处产生的总时间积分强度分布。与第二实施例相似，该实施例的优点在于对于间隔的每个增量变化的曝光剂量的截断的高斯变化大大降低了印刷图案对基底14在曝光期间的不准确纵向位移以及晶圆位移与掩模照明的不精确同步的敏感性，并且因此实现印刷图案的更好均匀性和可重现性。

在描述本发明至特征的二维周期图案的应用的上面的第五至第八实施例中，可以通过在子曝光之间间使晶圆14移位来获得对于不同子曝光时间积分强度分布在光刻胶处的横向偏移。显然地，关于在之前的实施例中采用的一维光栅图案，可以在其他实施例中通过改变从一个子曝光至下一个的照亮掩模的射束11的角度或者通过在单个曝光中利用准直射束以不同的入射角同时照亮掩模来备选地且基本上等同地获得相同的偏移（或者可以采用这些等同技术的混合，例如在子曝光之间使晶圆移位以用于获得在x上的横向偏移并且在子曝光之间改变照明射束的角度以用于获得在y上的横向偏移）。就前者来说，可以采用与在图1中针对第三实施例图示的基本上相同的掩码照明系统，除了用于反射镜11的倾斜载台10应该使得能够在xz和yz平面二者中以约0.1mR的角度分辨率来调整照亮掩模34的射束33的入射角。然后采用类似于第三实施例中的那个的曝光程序，在其中在子曝光之间调整反射镜11的角度以便在光刻胶15处获得在不同子曝光的时间积分强度分布的x和y方向二者上的所需横向偏移。就以不同角度对掩模的同时照明来说，可以采用与在图4中针对第四实施例图示的基本上相同的掩模照明系统，除了应该修改在反射镜34和大的反射镜41之间的光学配置以便形成对于六边形阵列的光的3个射束或者对于方形阵列的2个射束，并且将它们聚焦于到准直透镜42的前焦平面中在x和y方向二者上偏移的点，以使得分别利用在xz和yz平面二者中角度偏移的准直光的3个或2个射束来同时照亮掩模44。在六边形阵列的情况下，这样的修改可以包括添加另外的分束器、另一反射镜、另一连续可变滤光器和另一聚焦透镜，并且如本领域中的技术人员容易确定的那样配置它们，以使得光的三个射束被聚焦至在透镜42的前焦平面中的等边三角形的顶点处的3个点，该三角形的大小和取向使得在透镜42之后结果得到的准直光的3个射束以在xz和yz平面中的角偏移照亮掩模图案45是用于在光刻胶47处获得时间积分强度分布的期望横向偏移所必需的。在方形阵列的情况下，在图4中示出的相同光学部件的重新布置使得透镜39、40将两个射束聚焦至在x和y方向二者上满足偏移相同距离的点，该距离使得在透镜42之后结果得到的准直光的2个射束以在xz和yz平面中的角偏移照亮掩模图案45是用于在光刻胶47处获得时间积分强度分布的期望横向偏移所必需的。对于六边形和方形阵列二者，可以采用与在第四实施例中描述的相同的曝光程序。

很明显，在上面的实施例的任一个的变体中，可以通过使掩模而不是晶圆沿纵向移位来备选且等同地获得在曝光期间间隔的变化。这可以通过将所关心的实施例的装置修改成使得例如由真空吸盘来保持掩模来实现，该真空吸盘被安装至具有连接至控制系统的相同或类似精细定位致动器的定位系统。

在上面的实施例中的任一个的其他变体中，可以针对子曝光使在子曝光期间该间隔以恒定速度或变速的改变重复一次或多次（其中优选地将掩模和晶圆之间的间隔返回其在子曝光之间的初始值），或者备选地针对每个子曝光使改变间隔的方向颠倒。在这样的变体中，照亮掩模的射束的强度应该与重复的次数成反比地降低以使得由完全曝光产生的时间积分强度分布适用于在光刻胶中形成期望的微结构。

还很显然，在第一、第二、第五、第六、第七和第八实施例的变体中，可以通过使掩模沿横向移位来备选且等效地获得在子曝光之间晶圆关于掩模的横向位移。这可以通过将所关心的实施例的装置修改成使得例如由真空吸盘来保持掩模来实现，该真空吸盘被安装至具有用于横向位移的相同或类似精细定位致动器的定位系统。

鉴于在上面的实施例中，仅采用两种类型的激光器，它们二者都在近UV波长发射，在本发明的其他实施例中与适当的光学器件、掩模和光刻胶组合可以备选地采用在相同或其他光谱区中的其他波长发射的其他激光源。备选地可以使用其他基本上单色光源，诸如EUV源或放电灯（例如汞/氙）（其输出在频谱上被滤波成产生一条单窄线）。

在第九实施例中，采用与图1中针对第一实施例图示的基本上相同的装置，除了激光源1是波长可调钛蓝宝石激光振荡器（例如由Newport/Spectra-Physics制造的Mai Tai系统，其包括用于对振荡器进行泵浦的Millennia系列二极管泵浦固态激光器）和通过二次谐波生成（SHG）将射束的波长减半的倍频模块（例如还由Newport/Spectra-Physics制造的激发蓝色模块）。来自激光振荡器的射束具有约1mm直径以及高斯强度分布图的近似圆形的横截面，并且以频率为80MHz的脉冲来递送该光。该激光器的特定特征是其波长可以在690-1040nm的范围上调谐，所以在倍频模块之后它在345-520nm的范围上可调。激光振荡器和倍频模块连接至控制系统5，从而使得能够跨该范围的一部分或整体来自动扫描或阶越射束的波长。来自激光源1的在约400nm波长的倍频射束通过与在图1中描绘的本质上相同的光学系统，以使得具有基本上均匀强度的扩展射束以法向入射照亮掩模12。如在第一实施例中，掩模具有在其下表面的周期为4µm的相位光栅，并且在掩模下面是在真空吸盘上的光刻胶涂覆的晶圆，该真空吸盘被安装至具有使得晶圆能够在x方向上准确移位的精细定位致动器的定位系统。

首先将该晶圆布置成平行于掩模并且与其间隔约400µm。如在第一实施例中，然后执行两个子曝光，其中该晶圆在两个子曝光之间在垂直于光栅线的方向上横向移位掩模光栅的周期的一半（即2µm）。然而，在每个子曝光期间，不会改变掩模-晶圆间隔，而是作为代替以恒定速率跨某一范围来扫描振荡器1的激光波长。改变掩模照明的波长会改变由周期掩模图案衍射的阶的角度，这改变在掩模之后光场中的自图像平面之间的塔尔博特距离（如由等式（1）描述的）；换言之，这促使光场中的横向强度分布关于掩模在纵向上移位。因此，从晶圆的角度来看，改变波长和改变掩模-晶圆间隔是等同的。通过下面的等式给出实现与通过使掩模-晶圆间隔改变N个塔尔博特距离产生的相同的晶圆处的强度分布的变化所需的波长的变化Δλ：

等式（9）。

所以，对于光栅周期Λ = 4µm和晶圆-掩模间隔d = 400µm，使用等式（9）将用来产生与在第一实施例（在其中该间隔在每个子曝光期间改变N=四分之一）中获得的相同的印刷结果所需的波长的变化计算成20nm（应该注意，所以如通过等式2给出的现有技术的ATL所需的仅波长的四分之一更容易实现）。相应地在子曝光的每一个期间以恒定速度从390nm至410nm对激光器1的输出波长进行扫描，该速度被选择成使得时间积分曝光剂量适用于在显影的光刻胶中形成所需的周期微结构。

在该实施例的一个变体中，备选地可以利用变速跨更大的范围（但是小于由等式（2）给出的值（并且优选地小于由等式（2）给出的值的0.9倍））来对波长进行扫描，以使得对于波长的每个增量变化的曝光剂量根据等同于在第二实施例中描述的分布图的高斯或类似分布图来改变，以便类似地降低在子曝光之前印刷图案对波长扫描的不精确扫描或掩模-晶圆间隔的不准确调整的敏感性。可以直接从等式（4）和（5）以及在等式（9）中限定的等价关系导出对于波长的每个增量变化的曝光剂量所需的变化。

在该实施例的其他变体中，可以备选地采用类似地跨一个范围对其波长进行扫描的其他类型的激光源，例如激光二极管，可以通过调整该激光二极管的驱动电流或温度来在某种程度上改变其发射波长。

在相关的第十实施例中，参考图5，照明源51包括每一个都具有其自己的驱动器电路（未被示出）的四个二极管激光器的阵列。该激光器发射具有椭圆横截面的射束，每一个都具有1nm的光谱宽度并且具有相应403nm、404nm、405nm和406nm的中心波长。来自激光器52中的每一个的射束都被透镜53耦合至光学纤维55（其具有50µm的芯直径和0.2的NA）中（仅在图中示意性地示出该透镜：可以使用例如多元件透镜、畸变透镜或GRIN透镜来耦合光）。纤维54的输出端形成一个束并且来自四个纤维54的经过组合的发射光耦合至具有400µm的更大芯直径和0.2的NA的单个纤维55中。使用四个激光器52的驱动器电路单独地调整它们的输出功率以使得从纤维55耦合出来的总的光的功率的光谱分布基本上平坦，具有4nm的FWHM。纤维55是盘绕的以使得输出射束的角度分布与近似高斯强度分布图以及约10°的FWHM在轴向上对称。该发散射束通过具有约1°的小散射角的扩散器56，其被安装至电动机（未被示出）以用于在曝光期间使扩散器围绕其法线旋转。由扩散器透射的光由透镜57准直并且然后入射在折射射束变换器59上，该折射射束变换器59产生具有基本上均匀强度分布的准直输出射束。然后其被射束扩展器60放大、被反射镜61反射并且以法向入射照亮掩模64。该射束扩展器60的扩展被选择成使得照亮掩模的每个点的射线的角度范围的FWHM<0.35mR。由于由激光器52中的每一个发射的光的相干性质，通过精细斑点图案来调制射束在纤维55的输出端处的强度分布以及照亮掩模的射束的瞬时强度分布。将旋转扩散器58包括在射束路径中用来使在曝光期间的斑点图案达到平均值，以使得照亮掩模61的时间积分强度分布是无斑点的。在掩模的下表面上是具有1.6µm的周期的线性相位光栅，并且在掩模下面的是在真空吸盘上的光刻胶涂覆的晶圆，该真空吸盘被安装至具有使得晶圆能够在x方向上移位的精细定位致动器的定位系统。

如在以前的实施例中，执行两个子曝光，其中该晶圆在两个子曝光之间在与光栅线正交的方向上横向移位达掩模光栅的周期的一半（即0.8µm），并且在每个子曝光期间掩模和晶圆之间的间隔保持恒定。然而，因为照亮掩模的光的光谱宽度，所以在该实施例中可以瞬时地产生在以前的实施例中通过在每个子曝光期间扫描照明射束的波长而获得的在晶圆处的时间积分强度分布。因此等式（9）也适用，除了作为代替Δλ指代照明射束的光谱宽度。由于射束的4nm光谱宽度和光栅的1.6µm周期（以及如在以前的实施例中N=0.25），对于两个子曝光将晶圆和掩模之间的间隔预调整成约320µm，以使得照亮晶圆的强度分布对间隔与该值的偏差具有期望的不敏感性。应该注意，如由等式2给出的，该距离仅是ATL所需的距离的四分之一，所以显著降低了由掩模照明的不完全准直引起的印刷图案的模糊，由此实现印刷特征的相对应的更高分辨率。

在该实施例的一个变体中，选择光源中二极管激光器的数目、中心波长、光谱宽度和相对输出功率以使得总输出功率的光谱分布具有等同于在第二实施例中采用的分布图的适当宽度的高斯或类似分布图（使用等式9的等价关系），以使得照亮晶圆的强度分布对晶圆-掩模间隔的不精确调整和光谱功率的期望分布的不精确生成具有更大的不敏感性。

很显然，在第九和第十实施例的变体中，在与光栅线正交的方向上在光敏层处的两个子曝光的时间积分强度分布之间的横向偏移可以备选地是(n+½)Λ，在这里n是整数（即与第一实施例的变体类似）。

很显然，可以将第九和第十实施例的教导应用于二维周期图案。在特征的六边形和方形阵列的情况下，用来获得与在第五和第七实施例中基本上相同的印刷结果的等式（9）中的N所需的对应值分别是三分之一和一半。

尽管在第九和第十实施例中通过使晶圆在两个子曝光之间相对于掩模移位来获得在晶圆处的两个子曝光的时间积分强度分布之间的横向偏移，但是很显然，在其他实施例中作为替代可以通过以与在第三实施例中采用的相类似方式改变子曝光之间的照明射束的角度或者备选地通过以与在第四实施例中采用的相类似的方式利用准直光的两个射束以不同的入射角同时照亮掩模来获得横向偏移。

尽管在所有上面的实施例中，仅描述并描绘了用于使照亮掩模的射束的强度均化的一种装置（即折射射束变换器），但是应该理解可以在其他实施例中备选地采用均化的其他标准装置以获得掩模的基本上均匀曝光。例如，可以采用光管或扫描系统。另一方面，如果由光源发射的强度分布是足够均匀的，则均质装置将不是必需的。

在图1、4和5中示出的仅仅在掩模之前的或仅仅在最后准直透镜之前的反射镜不是本质特征，而是用于调整照亮掩模的射束的角度（特别地将其布置成法向入射或近法向入射）并用于改变射束在子曝光之间的角度的方便装置。在没有此类反射镜的其他实施例中可以备选地通过例如使用适当的倾斜装置使完全照明子系统关于掩模和晶圆子系统倾斜或反过来，或者通过使最终准直透镜在透镜的平面中移位来实现照明射束的角度的调整。

尽管在所有上面的实施例中，将相同的曝光剂量用于每个子曝光，但是在本发明的其他实施例中可以通过不同子曝光的（一个或多个）相对剂量的某一精细调谐来获得最优的印刷结果。例如，从一个子曝光到下一个可以稍稍增加该剂量以便补偿对由每个子曝光产生的光敏层的光化学、吸收或敏感性的小变化。可以通过调整射束强度或间隔的变化的平均速度来获得曝光剂量在子曝光之间的变化。

尽管上面的实施例中采用的所有二维阵列中的特征是圆形孔，但是在其他实施例中该孔可以具有其他形状，例如方形。进一步地，不一定将周期阵列的每个要素限制成单个特征，而是可以是跨阵列随着周期一起重复的特征的组合。还进一步地，在振幅掩模的情况下，该周期特征不一定是铬层中的孔，而是可以具有相反的极性（即是透明基底上的铬特征）。另外，尽管在各个实施例中针对掩模中的周期图案的周期和最近邻距离阐述了特定的值，但是这些仅仅是示例并且备选地可以与关于照明长度选择的状况一起使用其他的值以使得不仅仅第0和第1阶被掩模衍射。此外，尽管在各个实施例中针对光栅的线/空间比并且针对与二维图案的最近邻距离或周期有关的孔的大小阐述了特定的值，但是这些仅仅是推荐并且备选地可以使用其他的值。

Claims (13)

1.一种用于将期望的一维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载线性特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案的周期是期望的一维周期图案的周期的两倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）将基底设置成平行且接近掩模；

d）提供用于照亮所述周期掩模图案的准直单色光的至少一个射束以生成用塔尔博特距离描述的透射光场；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是通过在使基底和掩模之间的间隔改变达作为塔尔博特距离的至少四分之一且小于塔尔博特距离的距离的同时利用该至少一个射束照亮周期掩模图案而形成的；

f）为第一和第二子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第一和第二子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光在与线性特征正交的方向上相互横向偏移达周期掩模图案的周期的一半的距离，或达等效的距离；

其中该周期掩模图案的周期比照明射束的波长的两倍更大。

2.一种用于将六边形阵列中的特征的期望二维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载六边形阵列中的特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案具有的最近邻距离是期望二维周期图案的最近邻距离的√3倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）将基底设置成平行且接近掩模；

d）提供用于照亮所述周期掩模图案的准直单色光的至少一个射束以生成用塔尔博特距离描述的透射光场；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布、第二子曝光的时间积分强度分布和第三子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是通过在使基底和掩模之间的间隔改变达作为塔尔博特距离的至少三分之一且小于塔尔博特距离的距离的同时利用该至少一个射束照亮周期掩模图案而形成的；

f）为第一、第二和第三子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第二和第三子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光二者从由第一子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光在平行于周期掩模图案中的掩模特征行的方向上横向偏移达周期掩模图案的最近邻距离的一半或达等效的距离，并且在与所述掩模特征行正交的方向上横向偏移达周期掩模图案的最近邻距离的相应1/(2√3)和-1/(2√3)倍或达等效的距离；

其中该周期掩模图案的最近邻距离比照明射束的波长的两倍更大。

3.一种用于将方形阵列中的特征的期望二维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载方形阵列中的特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案的周期是期望二维周期图案的周期的√2倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）将基底设置成平行且接近掩模；

d）提供用于照亮所述周期掩模图案的准直单色光的至少一个射束以生成具有塔尔博特距离的透射光场；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是通过在使基底和掩模之间的间隔改变达作为塔尔博特距离的至少一半且小于塔尔博特距离的距离的同时利用该至少一个射束照亮周期掩模图案而形成的；

f）为第一和第二子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第一和第二子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光在与周期掩模图案中的掩模特征行平行的方向上相互横向偏移达周期掩模图案的周期的一半或达等效的距离，并且在与所述掩模特征行正交的方向上相互横向偏移达周期掩模图案的周期的一半或达等效的距离；

其中该周期掩模图案的周期比照明射束的波长的√2倍更大。

4.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的方法，其中按顺序执行该子曝光，该至少一个射束是单个射束，并且该基底相对于掩模的横向位置是通过在子曝光之间改变它来配置的。

5.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的方法，其中按顺序执行该子曝光，该至少一个射束是单个射束，在子曝光之间改变该单个射束在掩模上的入射角。

6.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的方法，其中同时执行该子曝光并且该至少一个射束是在掩模处叠加并且具有不同入射角的准直光的多个射束。

7.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的方法，其中使基底和掩模之间的间隔分别改变塔尔博特距离的四分之一、塔尔博特距离的三分之一和塔尔博特距离的一半，并且在子曝光期间以恒定速度来改变基底和掩模之间的间隔。

8.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的方法，其中使基底和掩模之间的间隔分别改变塔尔博特距离的至少四分之一、三分之一和一半，并且在子曝光期间以变速来改变基底和掩模之间的间隔。

9.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的方法，其中使在子曝光之间的间隔分别改变塔尔博特距离的至少四分之一、塔尔博特距离的三分之一和塔尔博特距离的一半，并且在子曝光期间以变速来改变基底和掩模之间的间隔以使得对于间隔的每个增量变化的曝光能量密度在间隔的改变期间根据实质上高斯分布来改变。

10.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的方法，其中在子曝光期间以变速来改变基底和掩模之间的间隔以使得对于间隔的每个增量变化的曝光能量密度在间隔的改变期间根据实质上高斯分布来改变，该高斯分布的半最大值全宽度相应地是塔尔博特距离的至少八分之一、六分之一和四分之一。

11.一种用于将期望的一维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载线性特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案的周期是期望的一维周期图案的周期的两倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）提供准直光的具有光谱带宽或在光谱带宽内可以改变的波长的至少一个射束；

d）将基底设置成平行于掩模并且具有大于在其处将通过利用具有光谱带宽的至少一个射束中的一个照亮周期掩模图案来形成静止图像的距离的四分之一且小于该距离的间隔；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是或者通过利用准直光的具有光谱带宽的至少一个射束照亮周期掩模图案，或者通过利用准直光的具有波长的至少一个射束照亮周期掩模图案并且在光谱带宽上扫描该波长而形成的；

f）为第一和第二子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第一和第二子曝光的时间积分强度分布对光敏层的曝光在与线性特征正交的方向上相互横向偏移达周期掩模图案的周期的一半的距离或达等效的距离；

其中该周期掩模图案的周期比照明射束的中心波长的两倍更大。

12.一种用于将六边形阵列中的特征的期望二维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载六边形阵列中的特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案具有的最近邻距离是期望二维周期图案的最近邻距离的√3倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）提供准直光的具有光谱带宽或在光谱带宽内可以改变的波长的至少一个射束；

d）将基底设置成平行于掩模并且具有大于在其处将通过利用具有光谱带宽的至少一个射束中的一个照亮周期掩模图案来形成静止图像的距离的三分之一且小于该距离的间隔；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布、第二子曝光的时间积分强度分布和第三子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是或者通过利用准直光的具有光谱带宽的至少一个射束照亮周期掩模图案，或者通过利用准直光的具有波长的至少一个射束照亮周期掩模图案并且在光谱带宽上扫描该波长而形成的；

f）为第一、第二和第三子曝光配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第二和第三子曝光的强度分布对光敏层的曝光从由第一子曝光的强度分布对光敏层的曝光在平行于掩模图案中的掩模特征行的方向上横向偏移达周期掩模图案的最近邻距离的一半或达等效的距离，并且在与所述掩模特征行正交的方向上横向偏移达周期掩模图案的最近邻距离的相应1/(2√3)和-1/(2√3)倍或达等效的距离；

其中该周期掩模图案的最近邻距离比照明射束的波长的两倍更大。

13.一种用于将方形阵列中的特征的期望二维周期图案印刷到光敏层中的方法，该方法包括：

a）提供承载方形阵列中的特征的周期掩模图案的掩模，该周期掩模图案的周期是期望二维周期图案的周期的√2倍；

b）提供承载光敏层的基底；

c）提供准直光的具有光谱带宽或在光谱带宽内可以改变的波长的至少一个射束；

d）将基底设置成平行于掩模并且具有大于在其处将通过利用具有光谱带宽的至少一个射束中的一个照亮周期掩模图案来形成静止图像的距离的一半且小于该距离的间隔；

e）将光敏层曝光给第一子曝光的时间积分强度分布和第二子曝光的时间积分强度分布，其中所述时间积分强度分布是基本上相同的并且是或者通过利用准直光的具有光谱带宽的至少一个射束照亮周期掩模图案，或者通过利用准直光的具有波长的至少一个射束照亮周期掩模图案并且在光谱带宽上扫描该波长而形成的；

f）配置至少一个射束或基底相对于掩模的横向位置，以使得由第一和第二子曝光的强度分布对光敏层的曝光在与周期掩模图案中的掩模特征行平行的方向上相互横向偏移达周期掩模图案的周期的一半或达等效的距离，并且在与所述掩模特征行正交的方向上相互横向偏移达周期掩模图案的周期的一半或达等效的距离；

其中该周期掩模图案的周期比照明射束的波长的√2倍更大。

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