CN111936935A

CN111936935A - 用于通过重叠曝光场来印刷大周期性图案的方法和系统

Info

Publication number: CN111936935A
Application number: CN201980026346.XA
Authority: CN
Inventors: F·克鲁贝; H·索拉克
Original assignee: Eulitha AG
Current assignee: Eulitha AG
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2039-04-18
Also published as: EP3781989B1; US11422471B2; US20210103222A1; WO2019202551A1; EP3781989A1; CN111936935B; KR102467826B1; KR20200131304A; JP7044901B2; JP2021518930A

Abstract

一种用于将线性特征的周期性图案印刷到感光层中的方法，所述方法包括：提供承载线性特征的图案的掩模，平行于掩模布置衬底，生成用于照射掩模的细长射束，该细长射束在平行于线性特征的平面中具有某一范围的入射角，并且沿着射束的长度除了在其端部处之外具有均匀的每增量距离的功率，在其端部处，根据第一和第二轮廓，每增量距离的功率在下降距离之上下降至零，在第一和第二子曝光中扫描所述射束，以印刷期望图案的第一和第二部分，使得第一和第二部分重叠了下降距离，其中选择第一和第二轮廓，使得它们跨下降距离的总和产生均匀的每增量距离的功率。

Description

用于通过重叠曝光场来印刷大周期性图案的方法和系统

美国专利号8,841,046公开了两个基于塔尔博特效应（Talbot effect）的相关光刻方法，其用于将具有高均匀性的高分辨率特征的周期性阵列印刷到非平坦衬底上。在这些中的第一中，掩模中的周期性图案被一束来自具有宽光谱带宽的源的准直光束照射，并且晶片被定位在距掩模一定距离之外，在该距离处图像变得“静止”，也就是说，其强度分布对于距离的进一步增加变得大体上不变。在其之外图像静止的距离已经示出（Solak等人，“Achromatic spatial frequency multiplication: A method for production ofnanometer-scale periodic features”，J. Vac. Sci. Technol. B23(6), 2005）通过下式与半最大带宽处全宽度

相关，

其中

是图案的周期，并且k是常数。

在第二个方法中，掩模中的周期性图案替代地被准直的一束单色光照射，并且在曝光期间衬底与掩模之间的间隔变化一距离，所述距离对应于强度分布在正交于掩模的方向上的周期性变化的周期的整数倍，换言之，所述间隔变化塔尔博特距离的整数倍。这将塔尔博特平面之间的横向强度分布的平均值印刷到衬底上的感光层中，并且因为该平均值与掩模和衬底的初始间隔无关，所以印刷的图案具有实际上无限的聚焦深度。本公开进一步教导了在曝光期间，通过在多个位置处对衬底进行曝光，可以在该范围内连续地或者以离散的方式使所述间隔变化。

这两个方法现在通常分别被称为“消色差塔尔博特光刻法”（ATL）和“位移塔尔博特光刻法”（DTL）。

对于某些类型的周期性阵列，使用ATL或DTL印刷的图案相对于掩模中的图案是“空间频率倍增的”。例如，在线性光栅的情况下，印刷图案的周期是掩模中光栅的周期的一半。

美国专利号8,368,871和9,036,133教导了对ATL和DTL技术的修改，其中掩模图案的每个点都被具有扩展角分布的光照射，也就是说，不是被准直光照射，而是被具有不同入射角的强度分量的光照射。它们教导了各种实施例，其中选择分量的角度，使得印刷特征具有与掩模中特征的分辨率、形状或阵列对称性不同的特定分辨率、形状或阵列对称性。

美国专利号8,525,973公开了一种方法，其用于降低DTL和基于DTL的曝光方案解决方案对曝光期间掩模与衬底之间的间隔改变与塔尔博特距离的精确整数倍的偏差的灵敏度。它教导了每次掩模与衬底的间隔的增量改变的照射掩模的曝光剂量在间隔改变期间不是恒定的，而是以特定的方式变化的。特别地，它主张每次衬底的增量位移的曝光剂量应当根据高斯轮廓、或者通过改变照射强度或通过改变位移速度而变化。它教导了速度或强度在其之上变化的间隔的改变应当大于塔尔博特距离。

美国专利号8.904,316描述了对ATL和DTL技术的进一步修改，其中采用多种相移掩模设计来印刷相对于掩模中的图案具有较小周期或不同阵列对称性的图案。

美国专利号9,182,672描述了一种与DTL相关的曝光方法，其中限定周期性图案的掩模相对于要被印刷的衬底倾斜一所选的角度，并且在曝光期间衬底平行于倾斜平面横向位移。这使衬底暴露于连续塔尔博特平面之间的横向强度分布范围，并且因此印刷出与ATL和DTL技术实质相同的图案，并且提供相同的优点。

美国专利号9,280,056描述了一种相关技术，其中在曝光期间，设置在衬底附近的掩模中的周期性图案被准直束照射，跨光谱带宽之上扫描该准直束的波长。带宽是相对于衬底和掩模的间隔来布置的，使得对衬底进行曝光的平均强度分布等同于由ATL产生的平均强度分布。

美国专利申请号14/123,330描述了另一种相关技术，其中采用在光谱带宽之上发射多个波长的光的激光器阵列来照射在衬底附近的掩模中的周期性图案。波长的带宽以及衬底和掩模的间隔被布置成使得衬底的结果所得的曝光类似地等同于由ATL产生的曝光。

美国专利号9,658,535描述了另外两个与DTL相关的曝光方案，其用于向衬底上印刷具有均匀性的周期性图案。在两个方案中，掩模图案的周期是相对于照射波长来选择的，使得掩模仅衍射第0阶和第1阶。在第一个方案中，执行掩模的N次子曝光，其中掩模与衬底之间的间隔在子曝光之间以塔尔博特距离的一定部分改变。在第二个方案中，衬底在多次子曝光中被曝光为由掩模图案形成的相同强度分布，其中在子曝光之间衬底以图案周期的一定部分而横向移位。使用这两个方案，子曝光的累积强度分布印刷出等同于使用DTL可获得的图案的图案。

美国专利号8,524,443和9,007,566描述了与ATL和DTL相关的另外的曝光方案，其用于将线性光栅图案印刷到衬底上的感光层中。在这些方案中，掩模中的光栅图案被利用单色光照射，该单色光在平行于光栅线的平面中具有某一范围的入射角。特定入射角的光形成具有特定间隔的塔尔博特像平面，并且选择角度范围使得由不同入射角形成的塔尔博特像平面叠加，以在衬底处产生在正交于掩模的方向上恒定的强度分布；由此等同于由DTL或ATL产生的强度分布。本公开描述了用于以所要求的入射角范围来同时或顺序地均匀照射掩模的各种光学布置。它们描述了一种方案，在该方案中，具有高斯强度轮廓的光以所要求的角度范围会聚或发散到掩模上，并且使得掩模处的射束具有比掩模中的图案小得多的直径。曝光是通过在掩模之上以光栅图案扫描高斯轮廓射束来执行的，其中连续的扫描通道部分重叠，使得时间累积的曝光能量密度将均匀的光栅印刷到衬底上。在另一个实施例中，形成细长的射束，该射束的光以均匀的强度在伸长方向上被准直，并且以正交平面中所要求的入射角范围会聚到掩模上。曝光是通过在光栅的长度之上在光栅线的方向上用单次通道扫描射束来执行的，这也在衬底上产生了均匀的光栅。在美国专利号9,007,566中描述的另外实施例中，一种类似地细长的射束，该细长的射束沿着射束长度以均匀的强度被准直，并且在正交平面中以所要求的角度范围会聚，替代地照射掩模中的细长光栅图案。在这种情况下，曝光是通过在光栅线的方向上扫描涂覆有光致抗蚀剂的衬底来执行的，由此产生相同的印刷结果。本公开进一步提到，在曝光之后，衬底可以在光栅伸长的方向上移位掩模光栅的长度，然后执行第二次相同的曝光，以便在第一光栅图案的旁边印刷第二光栅图案，从而在衬底上印刷具有两倍掩模光栅长度的复合光栅。然而，由于下面解释的原因，结果所得的复合光栅跨两次曝光之间的边界之上根本不是连续的或“无缝”的。

关于DTL和DTL相关技术的现有技术的教导的一个困难是它们对非常大的周期性图案（诸如其x/y尺寸大于~300x300mm的图案）的适用性，如对于诸如脉冲压缩光栅、分光计光栅、光伏/太阳能电池和大型显示器的偏振器之类的应用可被要求的。为了执行这样的图案的“全场”ATL或DTL曝光，即没有照射射束的任何扫描，要求其尺寸大于印刷图案大小的良好准直的曝光射束。获得足够质量的合适大小的准直透镜可能是不可能的，或者可能过分地昂贵。替代地，利用部分重叠的扫描通道跨大的图案扫描具有高斯强度轮廓的射束，如在美国专利号8,524,443中所描述，使能使用小得多的准直光学器件；但是该策略可能要求非常大量的扫描通道，如果对于生产过程要求短曝光时间和高吞吐量，则这是不合期望的。此外，如果不可能产生具有足够高斯强度轮廓的射束，如对于在深UV波长下操作的受激准分子激光器，情况可以是这样，则该策略是不合适的。替代地，跨掩模图案在单个通道中沿着其长度扫描具有恒定强度的细长射束，如也在美国专利号8,524,443中所描述，使能准直光学器件在一个方向上小得多，但没有放松在正交方向上的要求，因此对于透镜制造而言也可能是个问题。如下也是不可行的，使用现有技术的教导，跨较大的掩模图案在光栅图案中扫描这样的细长射束，其中在连续扫描的区域之间具有重叠并且重叠的距离对应于在其之上在射束伸长的方向上、在细长射束的端部处强度下降到零的距离。这是因为现有技术中公开的细长射束端部处的强度以不受控制和任意的方式下降到零，并且因此重叠曝光的叠加将导致跨重叠区域的累积曝光能量密度的不可接受地高的变化。所处理的应用领域通常要求<±3%的非常好的曝光均匀性。如下也将是没有帮助的，例如通过插入孔径来在下降区域之前截断该细长的射束从而产生沿着射束具有完美的矩形强度轮廓的射束，然后光栅扫描该截断的射束，其中在连续的扫描通道之间没有重叠或间隙。这将是不成功的，因为DTL和DTL相关的曝光方法依赖于由掩模透射的衍射射束的干涉，并且因此要求衍射射束在涂覆有光致抗蚀剂的衬底处的均匀重叠以产生均匀的结果。然而，衍射射束在掩模之后发散，并且因此在射束朝向衬底传播时，由截断的细长射束的每个端部产生的衍射射束的边缘横向分离，这因此导致在细长射束的端部处光致抗蚀剂中衍射射束的不完美重叠和不均匀干涉。

关于光栅扫描细长射束，其中在连续扫描通道之间具有重叠的附加问题在于，对于任何重叠区域中连续通道的两次扫描，射束在来自光栅的衍射平面中、在掩模处的局部入射角需要准确地相同。如果入射角不准确地相同，那么由两次曝光印刷的周期性图案的特征将不在重叠区域中被准确地对准，以确保印刷光栅的期望均匀性。现有技术中描述的细长射束扫描系统和过程没有讨论或控制光在掩模处在细长射束的一个端部处的重叠区域中相对于射束的另一端部处的那个的相对入射角。虽然它们提到光在伸长平面中是准直的，但这更是指代并且限制照射掩模的任何特定点的入射角的范围，其对于确保仅由细长射束的单次扫描印刷的光栅中的线被很好地分辨是重要的。

本发明的一个目的是提供一种方法和装置，以提供一种用于使用DTL或DTL相关技术印刷具有高均匀性的非常大的周期性图案的方法和装置。

另外的目的是该方法和装置既适用于一维周期性图案和二维周期性图案二者，特别是线性光栅、六边形和正方形特征阵列，并且还适用于准周期性图案，也就是说，适用于其周期性跨图案缓慢变化的图案。

本发明的另外的目的是该方法和系统使能在短曝光时间中印刷非常大的周期性图案，从而使能对于生产过程的印刷衬底的高吞吐量。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于将线性特征的期望的均匀周期性图案印刷到衬底上的感光层中的方法，该方法包括：

a）提供承载线性特征的掩模图案的掩模，所述线性特征平行于第一方向并且具有两倍于期望图案的周期的周期；

b）平行于掩模并且与掩模图案间隔地布置衬底；

c）生成单色光的细长射束，并且将其引导至掩模，使得细长射束的光在正交于伸长方向并且平行于第一方向的平面内以某一范围的入射角照射掩模，并且使得细长射束的光在平行于伸长方向的平面中被很好地准直，并且沿着细长射束的长度除了在射束的两端部处之外具有均匀的每增量距离的功率，其中每增量距离的功率根据第一轮廓在下降距离之上在射束的一个端部处下降到零并且根据互补的第二轮廓在下降距离之上在射束的另一端部处下降到零，其中角度范围被相对于光的波长、掩模和衬底的间隔以及掩模光栅的周期来选择使得被掩模衍射的光在衬底处形成在正交于掩模平面的方向上均匀的强度分布；

d）在第一子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨所述掩模图案的第一部分扫描所述细长射束，以便在衬底上印刷所期望光栅的第一部分；

e）在第二子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨在射束伸长方向上偏离第一部分的所述掩模图案的第二部分扫描所述细长射束，使得掩模图案的第一和第二部分重叠了下降距离，并且使得射束在平行于伸长方向的平面中的入射角在掩模图案的其中第一和第二部分重叠的区域中与第一子曝光中相同，以便印刷与期望光栅的第一部分重叠的期望光栅的第二部分；

其中选择第一轮廓和互补的第二轮廓，使得在两个子曝光中对掩模图案进行曝光的曝光能量密度的总和在掩模图案的其中第一和第二部分重叠的区域中是均匀的，并且与在掩模图案的由具有均匀的每增量距离的功率的细长射束的截面所曝光的区域中的那个相同。

互补被定义为当轮廓在第一和第二子曝光中重叠了下降距离时，细长射束两端部处的强度下降轮廓相加，以跨重叠区域产生均匀的强度。

优选地，根据相同的第一和第二轮廓，细长射束的每增量距离的功率在细长射束的端部处下降到零。有利地，轮廓是余弦轮廓的线性函数或180°截面，轮廓的梯度在轮廓的起始和结束处大体上为0。

沿着细长射束的长度的每增量距离的功率指代在连续波激光源的情况下每增量距离的瞬时功率，或者指代在脉冲激光源的情况下每增量距离的准瞬时功率（即在多个激光脉冲之上平均），或者在采用振荡移动孔径以在射束的端部处产生每增量距离的功率的限定下降的情况下，它替代地指代在孔径振荡的时间周期持续时间之内每增量距离的时间平均功率。

有利的是，该方法附加地包括在第三子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨所述掩模图案的第三部分扫描所述细长射束，所述第三部分在射束伸长的方向上偏离第一和第二部分，使得掩模图案的第三部分与第一或第二部分重叠了下降距离，并且使得射束在平行于伸长方向的平面中的入射角在掩模图案的其中第三部分和第一或第二部分重叠的区域中是相同的，以便印刷与期望光栅的第一或第二部分重叠的期望光栅的第三部分。更有利的是，期望光栅的多个另外的部分在另外的子曝光中被印刷，使得它们叠加以在衬底上形成更大的期望光栅。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于将线性特征的期望周期性图案印刷到感光层中的系统，该系统包括：

a）掩模，其承载线性特征的掩模图案，所述线性特征平行于第一方向并且具有两倍于期望图案的周期的周期；

b）装置，其用于平行于掩模并且与掩模图案间隔地布置感光层；

c）装置，其用于生成单色光的细长射束并且将其引导至掩模，使得细长射束的光在正交于伸长方向并且平行于第一方向的平面中以某一范围的入射角照射掩模，并且使得细长射束的光在平行于伸长方向的平面中被很好地准直，并且沿着细长射束的长度除了在射束的两个端部之外具有均匀的每增量距离的功率，其中每增量距离的功率根据第一轮廓在下降距离之上在射束的一个端部处下降到零并且根据互补的第二轮廓在下降距离之上在射束的另一端部处下降到零，其中角度范围被相对于光的波长、掩模和衬底的间隔以及掩模光栅的周期来选择使得被掩模衍射的光在衬底处形成在正交于掩模平面的方向上均匀的强度分布；

d）装置，其用于在第一子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨所述掩模图案的第一部分扫描所述细长射束，以便在衬底上印刷期望光栅的第一部分；

e）装置，其用于在第二子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨在射束伸长方向上偏离第一部分的所述掩模图案的第二部分扫描所述细长射束，使得掩模图案的第一和第二部分重叠了下降距离，并且使得射束在平行于伸长方向的平面中的入射角在掩模图案的其中第一和第二部分重叠的区域中与第一子曝光中相同，以便印刷与期望光栅的第一部分重叠的期望光栅的第二部分；

优选地，用于生成细长射束的装置沿着细长射束的长度生成功率分布，该功率分布根据第一轮廓在射束的一个端部处下降到零，并且根据与第一轮廓相同的第二轮廓在射束的另一端部处下降到零。有利的是，第一和第二轮廓是相同的线性轮廓或相同的余弦轮廓。

优选地，用于在细长射束的每一端部处产生每增量距离的功率的下降的装置是透射滤波器，该透射滤波器跨射束的宽度之上布置，并且其吸收或反射在下降距离之上以线性方式变化。

有利的是，用于在细长射束的每一端部处产生每增量距离的功率的下降的装置是半色调掩模，其跨射束的宽度之上被布置并且由周期性的一系列孔径组成，每个孔径具有大体上小于细长射束的宽度的宽度，使得多个孔径与射束相交，并且其中孔径的形状被设计成使得该系列孔径在射束伸长方向上跨下降区域在特定距离处的均值透射根据所选择的第一或第二轮廓随着所述特定距离而变化，并且使得大体上所有由孔径阵列的周期性结构所衍射的阶次的光都对感光层进行曝光。

替代地，用于在射束的每一端部处产生每增量距离的功率的下降的装置由第0阶半色调掩模产生，该第0阶半色调掩模跨射束的宽度之上被布置并且由二维单元阵列组成，其中每个是具有周期的光栅，该周期的占空比和/或填充因子在每个单元内或从单元到射束伸长方向变化，从而生成由光栅阵列透射的以第0阶的每增量距离的功率的下降的所选择的第一或第二轮廓函数。选择单元中光栅的周期为相对于照射波长、并且考虑到用于射束生成和扫描的装置的几何形状是足够小的，使得第一阶和更高的衍射阶次在空间上与第0衍射阶次分离，并且在它们照射掩模中的图案之前可以被阻挡。

替代地，用于在细长射束的每一端部处产生每增量距离的功率的下降的装置包括具有正交于射束伸长方向的直边的孔径，其被安装到平移载物台，以用于在射束伸长方向上移位该孔径。载物台由计算机控制，该计算机优选地根据三角形/锯齿形或正弦曲线产生孔径位置的振荡，使得由振荡孔径透射的每增量距离的功率的时间平均下降在射束伸长方向上以线性或余弦方式变化。平移载物台优选地是线性马达，其使得孔径相对于细长射束的扫描速度以足够高的频率振荡，使得掩模中的图案在扫描方向上的时间累积曝光能量密度具有所要求的均匀性。

又替代地，用于在细长射束的每一端部处产生每增量距离的功率的线性下降的装置包括安装到旋转载物台的孔径，孔径的形状被设计成使得孔径的边缘距旋转轴的半径以线性方式随着旋转角度的增加而变化，所述旋转角度除了如下角度之外：在所述角度处半径立即恢复回到其初始值或线性地返回到其初始值。马达的旋转速度被选择为相对于细长射束的扫描速度足够高，使得掩模中的图案在扫描方向上的时间累积曝光能量密度具有所要求的均匀性。替代地，孔径的形状可以被设计成产生根据余弦轮廓降至零的强度轮廓。为此，在旋转孔径时，孔径边缘距旋转轴的距离应当根据反余弦轮廓而变化。

优选地，用于第二子曝光的扫描装置包括用于在平行于射束伸长的方向上移位用于生成细长射束的装置的一部分或全部的装置，或者替代地包括用于在平行于射束伸长的方向上移位掩模和感光层的装置，以便在第一和第二子曝光中曝光的光致抗蚀剂的区域重叠了下降距离。

图1示意性地图示了本发明的第一实施例。

图2示出了通过在第一实施例中采用的变迹滤波器的透射的变化。

图3示意性地图示了入射在第一实施例中采用的变迹滤波器上的射束的强度分布。

图4图示了在第一实施例中生成的细长射束两个端部处的每增量距离的相对强度的下降。

图5图示了在第一实施例中生成的细长射束的端部处的强度的下降及其对掩模中的周期性图案的照射。

图6图示了通过两次子曝光跨重叠区域之上产生的DTL曝光图像的对比度变化，其中细长射束在子曝光之间步进，并且其中具有在重叠区域中细长射束的端部处、在10mm的下降距离之上的强度的线性或余弦下降，如在第一和第二实施例中所述。

图7图示了在第二实施例中采用的细长射束两个端部处的强度的余弦下降。

图8图示了在细长射束端部处的强度的余弦下降的情况下，跨重叠区域的对比度变化对下降区域宽度的依赖性。

图9图示了在余弦下降轮廓的情况下，跨重叠区域产生的DTL曝光图像中的峰值强度对在第二子曝光中采用的细长射束距理想位置的横向偏移的灵敏度。图10图示了半色调掩模的设计及其相对于在第三实施例中采用的照射射束的布置。

图11a和图11b分别图示了在第四实施例中被采用来在细长射束的一个端部处产生强度的下降的第0阶半色调掩模的区域中的全局设计和单个单元设计。

图12图示了在第四实施例中采用的第0阶半色调掩模设计中，单元的局部透射率对单元的局部占空比和填充因子的依赖性。

图13图示了如在第五实施例中采用的在射束伸长方向上移位的孔径。

图14图示了如在第六实施例中采用的正交于射束伸长方向移位的孔径。

图15图示了在第七实施例中采用的旋转孔径。

图16图示了第一实施例的变型，其中照射掩模的射束替代地在两个平面中被准直，并且通过根据位移塔尔博特光刻而使掩模与感光层之间的间隔变化，或者通过使用至少与根据消色差塔尔博特光刻形成静止图像所要求的距离一样大的恒定间隙，从而在每个子曝光中印刷图案。

参照图1，三倍频二极管泵浦固态激光器1发射355nm波长的高频（许多kHz）脉冲射束，其具有在xz平面中偏振的高斯强度轮廓。射束在穿过快门2之后，首先入射到xz平面扩束器3上，扩束器3包括使光在xz平面中折射的圆柱形凹透镜4和使光在该平面中重新准直以产生具有~10mm的1/e²直径的射束的圆柱形凸透镜5。然后，射束入射到xy平面射束变换器6上，该变换器6首先包括线性漫射器7，该线性漫射器7在xy平面中的窄角度之内散射光。漫射器7安装在载物台8上用于在曝光期间在y方向上移位漫射器。来自漫射器7的线性散射光照射一对一前一后的圆柱形微透镜阵列9a和9b，该对一前一后的圆柱形微透镜阵列9a和9b根据射束均匀化的标准原理被布置，以便在xy平面中产生均匀的强度分布。这样的圆柱形微透镜可从诸如高级微光学系统之类的公司获得。圆柱形透镜组合10使来自圆柱形微透镜9a、9b中的发散光重新准直，以在>13cm的长度之上产生具有大体上矩形强度轮廓的细长射束。在细长射束的每个端部处，在该长度之外，强度以任意不受控制的方式下降到零。

如在关于DTL和DTL相关曝光方案的现有技术中很好地描述的，照射掩模中的光栅图案的任何特定点的射束的准直程度需要在衍射平面中足够好，以便印刷在涂覆有光致抗蚀剂的衬底上的图案被很好地分辨。所要求的程度取决于掩模图案的周期以及掩模和衬底的间隔。由于在该实施例中要印刷的光栅的周期为0.25µm，并且要使用的掩模-衬底间隔为360µm，因此所要求的准直为~0.1mR。因此，根据标准光学原理来设计图1中所示的光学系统，以便实现此，以及沿着细长射束的长度产生所要求的强度均匀性。在本发明的这个和所有其他实施例中，另外重要的是，在射束端部的掩模处，即在产生重叠曝光的射束区域中，光的入射角在衍射平面中准确地相同，否则在两个重叠子曝光中印刷的光栅线将不准确地对准，因此可产生不可接受的不均匀性。所要求的角度对准的准确度是所要求的准直的一小部分，典型地是1/10，因此对于该实施例应当是~±10µR。因此，图1的光学系统、特别是圆柱形透镜组合10，是根据标准光学原理、尤其是关于最小化球面像差来设计、组装和调整的。为了促进光学器件的对准，并且验证射束两个端部处的光角度准确地相同，可以使用以色列的杜马（Duma）光电子学有限公司制造的类型的“激光分析望远镜”。望远镜将照射准直射束聚焦到高分辨率的CCD阵列上的斑点，并且从阵列上的斑点位置以<± 5µR的测量准确度确定射束的角度。因此，可以通过利用安装在足够平坦的表面上的望远镜观察光，并且将其跨表面移位以测量射束的两个端部，从而测量射束的两个端部处的“重叠区域”中的光的相对角度。在每次子曝光之前，可以替代地相对于掩模测量细长射束的重叠区域中的光的角度（通过测量从掩模反射的射束的角度），以便确保叠加的印刷光栅的线在重叠区域中被准确地对准。

xy平面变换器6的输出射束然后入射在变迹滤波器11上，变迹滤波器11的透射以图2中图示的方式在y方向上在~13cm长度之内变化。这样的变迹或线性可变中性透射滤波器可以从例如美国的Reynard公司获得。透射率的变化是由熔融石英衬底上的金属或金属合金的厚度以及因此的吸收中的变化而产生的。滤波器（以及在后面的实施例中使用的变迹滤波器）可以另外涂覆有抗反射涂层，以增强总体透射。因此，由变迹滤波器透射的射束在长度~90mm的中心截面之上是均匀的，并且其强度在射束两个端部处~10mm的距离之上线性下降到零。图3图示了在照射射束中的滤波器的位置。然后，透射射束通过圆柱形凸透镜12聚焦在xz平面中，使得1/e²强度值下的光线以~±1.5°的角度会聚。会聚射束被倾斜的反射镜13反射，使得射束以在xz平面中θ_i = 5°的均值入射角并且在yz平面中大体上法线的入射而入射在掩模16上。在掩模16的底表面上是相位光栅图案17，该相位光栅图案17由具有0.5μm周期和~1线/间距比的平行线组成，这些平行线被蚀刻到熔融石英衬底中，以便为355nm的光提供高的第一阶效率。光栅面积为~200mm x 200mm，并且图案17以光栅线在x方向上取向。这样的掩模可以使用标准电子束光刻来产生，以在铬掩模中形成图案，然后RIE将空间蚀刻到衬底中，并且最后剥离铬。掩模图案可以替代地通过全息曝光或通过来自主掩模的DTL曝光来形成，所述主掩模具有两倍的周期，也就是说1µm。在掩模16下方是涂覆有标准的i线敏感光致抗蚀剂层的衬底18。衬底18位于真空吸盘19上，该真空吸盘19附接到x方向扫描载物台21的滑架20上，该滑架20安装到y方向步进载物台22上。选择载物台，使得它们的俯仰、偏航和滚转特性适合于获得在重叠子曝光区域中光栅线所要求的重叠准确度。特别地，它们的大小应当优选地小于在细长射束的重叠区域中关于光的角度对准准确度的要求，因此应当优选地<±10µR。如上所述，重叠区域中掩模上（在光栅图案的衍射平面中）的光的入射角可以替代地在每次子曝光之前被测量和调整，这放松了关于扫描和步进阶段的偏航、俯仰和滚转运动的要求。掩模16由真空吸盘和掩模定位系统（图解中未示出）从上方支撑，该掩模定位系统使得掩模16能够被布置成与涂覆有光致抗蚀剂的衬底18平行并相距所选择的距离。掩模定位系统也安装到x方向扫描载物台21的滑架20。使用在美国专利号8,368,871中描述的类型的掩模定位系统和间隙测量设备，掩模16与衬底18之间的间隔被调整到~360 µm的值。根据美国专利号8,524,443和9,007,566的教导，在距掩模16的该距离处，由不同入射角产生的塔尔博特像平面形成具有增加距离的闭联集，并且因此横向强度分布随着离掩模的距离的进一步增加而变得恒定。

在曝光之前，扫描载物台21上的滑架20的位置和y方向步进载物台22上的滑架20的位置被布置成使得具有均匀强度的细长射束15的截面可以跨掩模图案的上半部分（-y）扫描。通过打开快门2并且移位x方向载物台21的滑架20来执行第一子曝光，使得照射射束15以恒定的速度跨掩模图案17的长度被扫描，使得掩模图案17的上半部分跨其整个长度接收均匀的时间累积曝光。扫描速度是关于射束15的每单位长度的功率和光致抗蚀剂的灵敏度来选择的，使得对光致抗蚀剂进行曝光的时间累积能量密度适合于在光致抗蚀剂显影之后在衬底18上形成所期望的微结构。在曝光期间，线性漫射器7通过载物台8以足够的速度在y方向上向后和向前移位，使得在光致抗蚀剂的时间累积曝光中抑制强度散斑。在第一子曝光之后，关闭快门2，并且x方向载物台21在y方向载物台22上移位一个偏移距离，该偏移距离对应于在其之上细长射束的强度为均匀的细长射束的长度与在其之上强度在射束端部处下降至零的距离之和，即移位90+20 = 110mm。现在以与第一子曝光相同的方式执行第二子曝光，以便掩模图案17的底部（+y）一半跨其整个长度接收均匀的时间累积曝光。

由于在两个子曝光之间选择的在y中的偏移距离，因此在两个子曝光中扫描的掩模图案17的区域重叠了10mm的下降距离。对于两个子曝光，跨重叠区域的下降方向是相反的，并且因此叠加的能量密度相加以产生跨重叠的均匀掩模曝光。如图4中图示的，对于10mm的锥形宽度的情况，射束两个端部处的强度下降的互补性导致跨重叠区域的均匀强度。然而，因为掩模16中的光栅图案17在y方向上衍射光，所以均匀的掩模曝光不确保对光致抗蚀剂进行曝光的强度分布跨重叠的子曝光是均匀的。

对光致抗蚀剂进行曝光的航拍图像的强度分布由掩模16中的光栅图案17衍射的射束产生，如图5中示意性图示的。该图顶部处的图表示出了照射用于曝光射束的边缘处掩模中的光栅的强度的线性下降。强度下降或锥形区域的宽度为w。从掩模光栅上的点A和点C传出的第1衍射阶次和通过来自点B的第0阶光来照射光致抗蚀剂上的点D。照射点A、B和C的光和射束的均匀截面的相对强度分别为I₀、I_A、I_B和I_C，如图表中所注释的。

通过计算由掩模衍射的第1、第2和更高阶中的每对所形成的干涉强度分布、然后将它们与第0阶分布一起相加，可以确定在该实施例中通过每个子曝光（并且实际上通过任何DTL或ATL相关曝光方案）在光致抗蚀剂处形成的时间累积航拍图像的能量密度分布。累积分布的对比度然后由（I_max-I_min）/（I_max+I_min）给出，其中I_max和I_min是跨累积分布的最大和最小值。

对于每个子曝光跨10mm宽的锥形区域执行该计算，并且将两个分布相加在一起产生图6中所示的蓝色虚线。如可以看到的，在锥形开始和结束的过渡区域中存在对比度的一定的坠落（dip），但是跨重叠区域，对比度保持在90%以上，表明了该技术的有效性。20mm宽的锥形进一步减小了坠落，并且被发现将均匀性提高了两倍以上。因此，在细长射束端部处的锥形宽度应当根据印刷图案所要求的均匀性来选择。

在第二子曝光之后，从曝光系统中移除衬底18，并且使用标准技术显影光致抗蚀剂。根据美国专利号8,368,871的教导，结果所得的无缝光栅具有0.6µm的周期，即掩模中光栅周期的一半。取决于应用的要求，可以执行使用另外的涂覆有光致抗蚀剂的衬底进行的另外的曝光，以优化曝光条件。

尽管图1示意性地示出了用于生成细长均匀的射束并且将其引导在掩模16处的光学器件的特定布置，但是应当理解，这仅仅是示例，并且光学设计领域中的普通技术人员可以想到许多等同的变化。例如，主光学系统可以被垂直配置，在反射镜13之前示出的圆柱形透镜12可以替代地在反射镜之后，z方向扩展模块3和y方向变换模块6可以在内部光学部件具有或没有适当修改的情况下互换，沿着伸长方向的射束均匀化可以借助于除了微透镜阵列9a、9b之外的装置来被执行，模块3中的z方向射束扩展可以替代地由两个凸圆柱形透镜来被执行，由凸圆柱形透镜12引入的xz平面中的角度范围可以替代地由凹圆柱形透镜引入，该凹圆柱形透镜产生朝向掩模的光的发散而不是会聚，并且y方向射束扩展可以包括在微透镜阵列9a、9b之前。还应当进一步理解，光学元件及其相对大小和位置仅在图1中示意性地示出。例如，作为单个透镜示出的圆柱形透镜组合12优选地由多个圆柱形透镜元件组成，以便最小化球面像差，其选择可以由光学设计领域中的普通技术人员根据应用的确切要求来常规地确定和优化。

在第二实施例中，除了使用不同的变迹滤波器之外，采用与第一实施例中实质上相同的曝光系统和过程，其透射率根据余弦轮廓在每个射束处变化，并且具有10mm的相同下降距离。图7中图示了在射束两个端部处的余弦强度下降的互补性，其导致跨重叠区域的均匀强度。使用相同的理论方法计算跨两个子曝光的重叠区域的对比度变化，产出在图6中所示的具有红色虚线的曲线。如可以看到的，对比度方面的总体变化显著小于利用线性下降滤波器获得的变化，并且在锥形的两个端部处存在更平滑的过渡，即没有在图6的蓝色曲线中存在的坠落。具有类似平滑过渡轮廓的其他变迹滤波器可以被预期类似地减少对比度变化。诸如这里描述的模拟之类的模拟可以用来优化该轮廓。当选择锥形轮廓时，人们必须确保两个射束的强度总和在接缝区域之上保持恒定（并且等于未干扰（untampered）区域）。取决于所执行曝光的均匀性要求，可以允许该总和的变化，例如最高1%、5%或10%。

图8图示了在余弦锥形轮廓的情况下，跨重叠区域的均匀性对锥形宽度的依赖性。照射波长和掩模属性与先前示例中使用的照射波长和掩模属性相同。三个曲线图示出了锥形区域的三个不同宽度（2mm、5mm和10mm）的图像对比度。如图所示，对比度的降级随着增加的锥形宽度而强烈下跌。取决于曝光的要求，人们可以选择所要求的锥形宽度。

图9图示了对于余弦锥形轮廓的情况，跨重叠区域的强度对在两个暴露区域距理想相对位置的偏移的灵敏度。掩模的参数和波长与先前示例中描述的相同，并且锥形宽度再次是10mm。示出了对应于两个曝光在接缝区域的两侧上的三个不同定位的三个曲线图。在第一个完全对准的情况下（偏移量=0um），两个锥形被定位成使得总照射射束强度保持恒定。在第二和第三个情况下，锥形在横向方向（平行于掩模表面且垂直于图5中的光栅线的方向）上移位了一定的量。在第二个情况下（偏移量=100um），两个曝光彼此相向移动（即射束重叠增加）100um。这导致重叠区域中峰值图像强度的增加。在第三个情况下（偏移量=-100um），两个锥形射束彼此远离移动（即射束重叠减小）100um。在这种情况下，计算重叠区域中峰值图像强度的减小。曲线图示出了，对于100um的射束定位中的误差，对曝光强度的影响近似为1%。基于这样的结果和针对特定应用所要求的印刷均匀性，可以适当地确定在两个子曝光之间照射射束的步进所要求的准确度，其由图1中的y步进载物台22等同地执行。

在第三实施例中，除了使用不同类型的变迹滤波器之外，采用与第一实施例中实质上相同的曝光系统和过程，其在细长射束的每个端部处的透射率的线性变化替代地由半色调掩模产生。使用标准铬掩模制造技术在熔融石英衬底上形成图案。参照图10，用于使细长射束每个端部变迹的图案是“锯齿”图案，其包括跨细长射束整个宽度（即，在z方向上）延伸的三角形孔径的周期性序列。由于孔径的三角形形状，因此孔径阵列的切片的平均透射率在y方向上从孔径的顶点到它们的基部线性变化。所选择的孔径的周期应当大体上小于照射细长射束的宽度，使得跨射束宽度的透射强度的变化良好地逼近高斯轮廓。优选地，锯齿周期应当≤照射高斯射束的1/e²射束直径的1/10，因此~1mm适合于该实施例。周期应当比波长非常大得多，使得由周期性孔径阵列生成的衍射阶次（以及照射射束在z方向上的大空间相干性）以小角度（优选地< 1°）发散，使得它们通过后续光学器件传播到曝光平面。出于相同的原因，锯齿图案的切片中的最小空间（在该最小空间处切片的均值强度对于确保重叠区域中的良好均匀性是重要的）应当优选地至少是波长的20倍，因此在该实施例中，最小空间优选地>7µm（具有10 m宽空间的切片产生10µm/1mm =1%的均值强度）。尽管该实施例中的个体孔径具有三角形形状，以便在射束的端部处产生强度的线性下降，但是清楚的是可以采用其他形状的孔径来获得其他下降轮廓，例如可以使用余弦形状来获得余弦下降。

在该实施例的修改中，锯齿变迹滤波器在曝光期间通过孔径阵列的至少一个周期另外在z方向上（参见图10中的轴）振荡，以便透射射束的z方向强度分布具有更高斯的轮廓。

在第四实施例中，除了使用不同类型的半色调变迹滤波器之外，采用与第三实施例中实质上相同的曝光系统和过程。而在第三实施例中，实质上由滤波器的周期性质生成的所有衍射阶次都传播到曝光平面，在该实施例中，使用第0阶半色调掩模，使得仅第0衍射阶次传播到曝光平面。如在先前的实施例中，使用标准的掩模制作光刻技术将滤波器形成为熔融石英板上的铬图案。图11a和图11b示意性地图示了在细长射束左端部处的滤波器的设计。滤波器定位在入射到滤波器上的射束的均匀部分的端部处（即不在其中在滤波器之后强度下降至零的区域中）。该滤波器由单元阵列组成，每个单元的尺寸为a_y x a_z（y轴和z轴与图1中所示的y轴和z轴一致）。在每个单元内存在具有相同周期p的振幅光栅，其线和间距平行于y轴，以便由光栅衍射的第1阶和更高阶正交于射束伸长的方向地被衍射。每个单元中光栅的周期被选择为10µm，使得第一衍射阶次的结果所得的角度（~2°）能够使它们和更高阶次在变迹滤波器之后的~50cm的距离处被阻挡，在该距离处它们已经与主射束（其~1/e²宽度为~10mm）分离，使得仅第0阶传播到曝光平面。每个单元内的光栅线和间距的长度是相同的，并且对应于单元的长度a_y，并且光栅的宽度b在z方向上从单元到单元是相同的，但是在y方向上从单元到单元是变化的。比b/a_z在下文中被称为单元填充因子。铬线的宽度沿着每个单元内的线的长度变化，变化在z方向上从单元到单元是相同的（因此滤波器的透射率在z方向上是恒定的），但是在y方向上从单元到单元是变化的。铬的宽度与光栅周期的比w/p在下文中被称为占空比。

每个单元的y坐标y_c处的元素区域的均值透射率T取决于该区域衍射的第0阶的局部效率和单元中光栅的填充因子。它可以从下式计算：

。

图12示出了出自从0到1改变占空比和从0.1到1改变填充因子的可能的透射率范围。由此可以看到的是，利用占空比和填充因子的适当选择，并且不要求占空比太小（例如<0.025）或太大（例如>0.975）以至于在掩模中形成铬的线宽成为问题，可获得从0到100%的所有透射率的值。a_z值相对于照射射束的1/e²宽度应当小，但相对于滤波器中滤光光栅的周期应当大。典型地，可以使用1/e²射束宽度的1/10，因此针对这里考虑的情况为~1mm。a_z的值应当比波长大得多，以确保单元在y方向上产生可忽略的衍射，其将降级印刷图像的分辨率。在该实施例的变型中，第0阶半色调掩模中的光栅元件替代地是相位光栅。

在该第四实施例的变型中，在细长射束的每个端部处形成强度分布的下降的半色调掩模的结构是第三实施例中采用的类型的一维光栅，也就是说，其中占空比沿着在射束伸长方向上的线而变化，但是该周期被选择为比第三实施例中采用的周期小得多，以便第1阶和更高阶的透射射束以大得多的角度衍射，使得它们可以在它们照射曝光平面中的周期性掩模图案之前被阻挡，并且沿着半色调掩模的线的占空比的变化被设计成使得第0阶衍射射束的相对强度在下降距离之上变化，以产生所要求的强度变化轮廓（或每增量距离变化的功率）。在该实施例的其他变型中，可以采用第0阶半色调掩模的其他设计，所述设计在细长射束端部处的下降区域中产生所要求的第0阶强度的变化，同时阻挡或偏转掉第1和更高衍射阶次的射束。

在另外的实施例中，采用与第一实施例实质上相同的装置，除了在细长射束的每个端部处的强度下降替代地是由相对于射束的端部周期性移位的不同类型的孔径产生的。在射束伸长方向上沿着射束的一点处透射的结果所得有效强度准确地说指代在孔径的周期性运动之上的时间平均强度。该孔径可以由不透明材料或散射材料制成，其有效地阻挡射束到达衬底。该孔径可以放置在衬底附近或者沿着射束路径的某个其他地方。

图13图示了在第五实施例中采用的这样的孔径的示例。该孔径具有直边，并且重复移位或振荡入和出细长射束的一个端部某一距离w。照射射束在垂直方向上具有宽度d，并且在水平方向上是细长的。计算直边的振荡运动的轮廓（即速度对位置的依赖性），以获得所要求的强度锥形。线性马达可以用于提供具有足够速度和加速度的致动。诸如干涉仪或编码器之类的位置传感器可以用来测量孔径的位置，其然后可以用来控制致动，以在闭环操作中获得期望的运动轮廓。移动速度应当根据曝光时间进行调整，以当对它在曝光持续时间之内取平均时提供所期望的强度锥形。如果照射射束是脉冲式的，则时间取平均操作也应当考虑射束的脉冲结构。如果这样的照射射束在固定掩模之上被扫描，则在时间取平均操作之后，在获得所期望的强度分布（锥形）中，也应当考虑扫描速度，以及如果存在的话，照射射束的脉冲频率。如果照射是脉冲式的，则在曝光期间有利地调整或改变孔径的振荡频率，以便避免曝光中的频闪效应。在曝光期间，移动孔径可以（例如向后和向前）移动一次或多次。

图14图示了第六实施例中在细长射束的每个端部处周期性位移的孔径的另一个示例。在这种情况下，孔径在垂直方向上跨细长射束端部的宽度之上的振荡运动中重复移动，以产生所期望的强度锥形。这里孔径的形状确定了锥形轮廓。通过考虑锥形区域中的一定点P，并且计算孔径在其上移动时的打开与关闭时间比，可以很容易地计算所要求的形状。例如，为了获得正弦分布，可以使用类似于反余弦函数的孔径。可以利用诸如激光切割或线放电加工之类的目前的制造技术来制作这样的孔径。应当调整孔径移动的速度，使得在时间取平均操作之后可以以期望的准确度获得期望的强度轮廓。同样在这种情况下，在执行时间取平均时，需要考虑关于射束的曝光时间、扫描速度和脉冲结构的参数。

图15图示了第六实施例中在细长射束的每个端部处周期性移位的孔径的另一个示例。在这种情况下，成形的孔径在细长的端部附近旋转，以产出所期望的强度锥形。同样在这种情况下，孔径的形状确定了锥形轮廓。这可以容易地通过再次考虑照射射束中一定点的打开和关闭时间的比例来被计算。为了再次获得正弦轮廓，可以使用类似于反余弦函数的形状，但是由于圆周运动，这将被修改。因此孔径的直径在这种情况下也起作用。该方法具有的优点是，利用旋转电机可以容易地快速移动孔径（便于准确的时间平均轮廓）。同样在这种情况下，如果照射是脉冲式的，则旋转频率优选在曝光期间应当进行调整或改变以避免曝光中的频闪效应。

尽管图1中所示的变迹滤波器11位于圆柱形光学器件12之前的射束路径中，用于在正交于射束伸长方向的平面中引入入射角范围，但是在本发明的其他实施例中，变迹滤波器，无论其类型如何（即吸收、半色调掩模、移动孔径等），都可以替代地位于圆柱形光学器件12之后，或者在射束伸长平面中使光准直的透镜10之前的射束路径中。后者在非常长的细长射束的情况下可以是有利的，因为它能够在小得多的衬底上实现滤波器，因此便于制造。

理想情况下，滤波器的精确下降轮廓应当考虑到通过射束从滤波器传播到曝光平面而产生的轮廓的扰动，尤其是如果射束随后穿过在射束准直平面中使光准直的透镜的话。这样的扰动可以使用标准的光学设计方法来确定，诸如使用光线轨迹S/W。因此，在滤波器中设计的下降轮廓应当优选地还补偿由滤波器与曝光平面之间的射束路径和光学器件产生的对透射强度分布的扰动。

尽管在上面第一实施例中仅执行了两个子曝光，但在其他实施例中，可以通过重复实施例的过程并且在掩模中使用相同大小的周期性图案和较短长度的细长射束，或者优选地通过使用具有大得多的周期性图案的掩模来执行三个或更多个子曝光，以便将更大的均匀图案印刷到衬底上。

而在上面第一实施例中，激光器发射355nm波长的光，在其他实施例中，激光器可以是例如发射例如248nm或193nm的深UV波长的光的受激准分子激光器。

尽管在上述实施例中，正是掩模和涂覆有光致抗蚀剂的衬底和掩模它们在子曝光期间相对于静态照射射束而被扫描并且在子曝光之间还相对于静态射束步进，但是在本发明的其他实施例中，机械系统被设计和配置成使得正是照射射束其在每个子曝光期间相对于固定掩模和衬底被扫描和/或在子曝光之间相对于固定掩模和衬底步进。这些实施例中的照射和平移载物台被配置成使得要么在子曝光期间和子曝光之间分别扫描和/或步进整个照射系统，要么仅在子曝光期间和子曝光之间分别扫描和/或步进光学器件（即，利用静止的激光器）或光学器件的一部分，诸如图1中所示的变迹滤波器11、圆柱形透镜12和反射镜13、或执行等同功能的其他光学器件。

在其他实施例中，子曝光由两个或更多个照射系统同时执行，每个照射系统从一个或更多个激光源产生细长射束，用于跨掩模和衬底进行扫描。

在其他实施例中，扫描射束的形状不是细长的，但是其在掩模处的尺寸在扫描和正交方向上是相同或相似的。这样的射束可以例如通过与图1中所示类似的配置从相同或其他激光源生成，通过使用球面光学器件和球面微透镜阵列来形成具有正方形横截面的射束，并且使用如图1中的圆柱形透镜来在掩模处在xy平面中引入所要求的入射角范围。在又其他的实施例中，扫描方向上的射束大小大于正交方向上的射束大小。这可以如下来实现：通过另外使用凹圆柱形透镜来产生在掩模处所要求的角度范围，使得射束的横截面从正方形横截面伸长到在扫描方向上更长的横截面。

在其他实施例中，掩模上的结构可以是1D光栅或二维周期图案，并且使用DTL、ATL或现有技术的DTL等同技术中的另一种来执行扫描曝光，在所述现有技术中，照射掩模的射束替代地在两个入射平面中被准直，而不是在一个平面中具有某一范围的入射角。用于DTL曝光的合适曝光系统如图16中所图示。该系统与图1中相同，除了在反射镜13之前没有圆柱形透镜用于引入在xz平面中的角度范围使得掩模被细长射束照射，所述细长射束具有沿其长度均匀的强度，以及例如在两个端部处强度的线性下降，以及在正交方向上的带有10mm的1/e²宽度的高斯强度。此外，反射镜13替代地倾斜，使得细长射束在两个平面中以法线入射照射掩模。另外，掩模的定位系统包括压电致动器，该压电致动器使能在曝光期间在z方向上掩模17的高精度位移。使用与先前实施例相同的过程并且使用在那些先前实施例中采用的任何变迹滤波器（固定的或移动的）来执行重叠的子曝光，除了以下之外，在两个子曝光的每一个期间，掩模与涂覆有光致抗蚀剂的衬底之间的间隙以恒定的速度变化，使得由射束扫描对应于掩模图案的长度L_x的距离所致的间隙改变由下式给出：

其中L_T是被曝光的周期性图案的塔尔博特距离，并且W_FWHM是照射射束的半最大值处全宽度（在x方向上）。

如果掩模中的图案是具有为0.6µm最近邻距离的孔的六边形阵列，并且照射波长为355nm，则塔尔博特距离计算为~1.5µm。如果L_x为200mm，并且射束的1/e²全宽度为10mm（因此W_FWHM ≈ 6mm），则Δ间隙 ≥ 50µm。

其中在细长射束跨图案尺寸L_x扫描时该间隙大小改变、当射束跨掩模图案的任何特定部分扫描时间隙改变至少塔尔博特距离的两倍，并且因此根据美国专利号8,525,973的教导，一种周期性图案以高均匀性印刷到衬底上。利用该实施例，可以印刷任何二维周期性图案，其中以与上述相同的方式确定每个子曝光期间所要求的间隙位移速度。

DTL曝光可以使用不同的过程利用图16的装置来执行。在每个子曝光中，当细长射束跨掩模扫描时，不是在相同的方向上缓慢改变间隙，而是间隙可以替代地以足够高的频率振荡，并且对于每个振荡具有合适的位移幅度和轮廓（鉴于美国专利号8,525,973的教导），使得扫描射束将均匀的图案印刷到衬底上。

ATL型曝光可以替代地使用与图16中图示的曝光系统类似的曝光系统来进行。采用具有足够大的光谱线宽的激光源，其使得能够在离掩模相当小的距离处形成静止图像，这对于印刷高分辨率图案是合期望的。例如，可以采用在405nm波长下操作的激光二极管，其线宽典型地为~0.5nm。因此，应当使用标准光学设计原理来适当地选择射束成形和均匀化光学器件，以产生如下细长射束：沿着其长度具有均匀强度，并且优选地，跨其宽度之上具有高斯强度轮廓。射束被引导至掩模和涂覆有光致抗蚀剂的衬底，使得它如图16中那样以法线入射照射掩模。可以采用在先前实施例中描述的任何类型的变迹滤波器，尽管应当被设计用于405nm处的波长。特别地，采用于第一实施例的吸收型滤波器的材料及其厚度变化应当适合于该波长。该过程可以与第一实施例中采用的大体相同，除了掩模与涂覆有光致抗蚀剂的衬底之间的间隔应当根据美国专利号8,841,046的教导。例如，如果掩模中的图案是具有600nm周期的光栅，则间隙应当调整为≥ 1.44mm，使得有静止图像，如果在光致抗蚀剂处形成。两个或更多个子曝光可以利用具有线性或其他轮廓的下降区域的重叠来实行，以便在衬底上，包括其中跨子曝光重叠的区域印刷均匀的图案。

在其他实施例中，使用矩形或正方形横截面的曝光光束来执行每个曝光，该曝光光束在两个平面中都是准直的，并且在每个子曝光期间在掩模上替代地是静止的。在这些实施例中，变迹滤波器在射束的所有四个边缘处产生限定的强度分布的互补下降，并且在不同的子曝光之间，射束相对于掩模和衬底在x和/或y方向上步进，使得在不同的子曝光中印刷的图案沿着x方向和y方向的边缘二者重叠，以跨重叠区域产生具有高均匀性的复合图案。每个子曝光可以使用DTL、ATL或等同方法中的任一个来执行，其中基于上面较早实施例中的教导来适当进行激光源的选择和照射光学器件的选择。

在其他实施例中，根据美国专利号9,182,672的教导，细长的照射射束和细长的掩模一起跨待印刷的衬底被扫描。为了印刷具有比掩模长度更宽的面积的图案，执行两个或更多个子曝光，其中掩模和照射射束在连续的子曝光之间在掩模和射束伸长的方向上步进，使得在具有受控强度下降的细长射束端部处的区域在连续的子曝光之间重叠，以印刷均匀的复合图案。在连续曝光之间的掩模步进被足够准确地执行，使得在重叠区域中印刷的叠加光栅的线和间距被准确地对准以形成期望的均匀光栅。

Claims

1.一种用于将线性特征的期望的均匀周期性图案印刷到衬底上的感光层中的方法，该方法包括：

b）平行于掩模并且与掩模图案间隔地布置衬底；

c）生成单色光的细长射束，并且将其引导至掩模，使得细长射束的光在正交于伸长方向并且平行于第一方向的平面内以某一范围的入射角照射掩模，并且使得细长射束的光在平行于伸长方向的平面中被准直，并且沿着细长射束的长度具有每增量距离的功率，所述每增量距离的功率除了在细长射束的两个端部处之外是均匀的，在细长射束的两个端部中，每增量距离的功率分别根据第一轮廓在下降距离之上下降到零并且根据第二轮廓在下降距离之上下降到零，其中角度范围被相对于光的波长、掩模和衬底的间隔以及掩模光栅的周期来选择使得被掩模衍射的光在衬底处形成在正交于掩模平面的方向上均匀的强度分布；

d）在第一子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨所述掩模图案的第一部分扫描所述细长射束，以便在衬底上印刷所期望图案的第一部分；

e）在第二子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨在射束伸长方向上偏离所述掩模图案的第一部分的所述掩模图案的第二部分扫描所述细长射束，使得所述掩模图案的第一和第二部分重叠了下降距离，并且使得在第一和第二子曝光中，射束在平行于伸长方向的平面中的入射角在掩模图案的其中第一和第二部分重叠的区域中是相同的；并且

其中，选择第一和第二轮廓，使得跨其中轮廓在第一和第二子曝光中重叠的下降距离两个轮廓的总和产生均匀的每增量距离的功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一和第二轮廓要么两者都是线性的要么两者都是余弦的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，生成细长射束包括在入射细长射束中插入可变透射变迹滤波器，入射细长射束沿着入射细长射束的长度具有均匀的每增量距离的功率，入射细长射束的长度大于细长射束的长度，其中根据第一和第二轮廓在由变迹滤波器透射的细长射束的两个端部处的每增量距离的功率的下降是通过透明衬底上的部分吸收层的厚度变化而产生的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，生成细长射束包括在入射细长射束中插入半色调掩模变迹滤波器，所述入射细长射束沿着入射细长射束的长度具有均匀的每增量距离的功率，所述入射细长射束的长度大于细长射束的长度，其中由变迹滤波器透射的细长射束的每个端部处的每增量距离的功率的下降是通过变迹滤波器的周期性系列孔径而产生的，所述变迹滤波器的周期性系列孔径的周期大体上小于细长射束的宽度，使得多个孔径与射束的宽度相交，并且其中孔径的形状被设计成使得该系列孔径在射束伸长方向上跨下降区域的特定距离处的均值透射根据所选择的第一或第二轮廓而随着所述特定距离变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，生成细长射束包括在入射细长射束中插入第0阶半色调掩模，入射细长射束沿着入射细长射束的长度具有均匀的每增量距离的功率，入射细长射束的长度大于细长射束的长度，其中由半色调掩模透射的细长射束的每个端部处的每增量距离的功率的下降是通过一个或多个线性光栅而产生的，所述一个或多个线性光栅的占空比和/或填充因子跨每个光栅变化，并且其周期被选择为使得由半色调掩模透射的第1和更高衍射阶次以如此大的角度衍射，使得它们可以在照射线性特征的图案之前被阻挡。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，生成细长射束包括：插入包括周期性系列的孔径的半色调掩模变迹滤波器或第0阶半色调掩模，所述第0阶半色调掩模包括一个或多个线性光栅，所述一个或多个线性光栅具有用于在透射的细长射束的每个端部处生成每增量距离的功率的下降的周期，并且在第一和第二子曝光期间，在相应孔径或光栅的周期性的方向上移位半色调掩模变迹滤波器或第0阶半色调掩模。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在细长射束的每个端部处生成每增量距离的功率的下降是通过在细长射束的每个端部处具有直边的不透明孔径的平移振荡而产生的，其中每个孔径的振荡运动的轮廓生成每增量距离的功率的下降的相应的第一或第二轮廓。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在细长射束的每个端部处生成每增量距离的功率的下降是通过孔径围绕轴的旋转而产生的，所述轴的孔径的边缘距旋转轴的半径随着增加旋转角度而以线性方式变化，所述旋转角度除了在其处半径立即恢复回到其初始值或线性返回到其初始值的角度之外。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法另外包括生成第二细长射束并且将其引导至掩模，并且与在第一子曝光中扫描细长射束同时地或顺序地在第二子曝光中替代地扫描该第二细长射束。

10.一种用于将线性特征的期望均匀周期性图案或二维周期性图案印刷到衬底上的感光层中的方法，所述方法包括：

b）平行于掩模并且与掩模图案间隔地布置衬底；

c）生成准直单色光的细长射束并且将其引导至掩模，使得细长射束的光以法线入射照射掩模，并且沿着细长射束的长度具有每增量距离的功率，所述每增量距离的功率除了在细长射束的两个端部处之外是均匀的，在细长射束的两个端部中，每增量距离的功率分别根据第一轮廓在下降距离之上下降到零并且根据第二轮廓在下降距离之上下降到零；

d）在第一子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨所述掩模图案的第一部分扫描所述细长射束，以便在改变掩模与衬底之间的间隔的同时在衬底上印刷所期望光栅的第一部分；

e）在第二子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨在射束伸长方向上偏离掩模图案的第一部分的所述掩模图案的第二部分、在改变掩模与衬底之间的间隔的同时扫描所述细长射束，使得掩模图案的第一和第二部分重叠了下降距离，并且使得在第一和第二子曝光中，射束在平行于伸长方向的平面中的入射角在掩模图案的其中第一和第二部分重叠的区域中是相同的；

其中，选择第一和第二轮廓，使得跨其中轮廓在第一和第二子曝光中重叠的下降距离，两个轮廓的总和产生均匀的每增量的功率；并且

其中，改变掩模与衬底的间隔的速度相对于细长射束的扫描速度被布置，使得在每个子曝光中印刷的图案使用位移塔尔博特光刻而形成。

11.一种用于将线性特征的期望的均匀图案或二维周期性图案印刷到衬底上的感光层中的方法，所述方法包括：

b）平行于掩模并且与掩模图案具有间隙地布置衬底；

c）生成具有光谱带宽的准直光的细长射束并且将其引导至掩模，使得细长射束的光以法线入射照射掩模，并且沿着细长射束长度具有每增量距离的功率，每增量距离的功率除了在细长射束的两个端部处之外是均匀的，在在细长射束的两个端部中，每增量距离的功率分别根据第一轮廓在下降距离之上下降到零并且根据第二轮廓在下降距离之上下降到零；

d）在第一子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨所述掩模图案的第一部分扫描所述细长射束，以便在改变掩模与衬底之间的间隔的同时在衬底上印刷所期望的光栅的第一部分；

e）在第二子曝光中、在平行于第一方向的方向上、跨在射束伸长方向上偏离掩模图案的第一部分的所述掩模图案的第二部分、在改变掩模与衬底之间的间隔的同时扫描所述细长射束，使得掩模图案的第一和第二部分重叠了下降距离，并且使得在第一和第二子曝光中，射束在平行于伸长方向的平面中的入射角在掩模图案的其中第一和第二部分重叠的区域中是相同的；并且

其中，选择第一和第二轮廓，使得跨掩模图案的其中在第一和第二子曝光中轮廓重叠了下降距离的区域，两个轮廓的总和产生均匀的每增量距离的功率；

并且其中，间隙相对于照射的光谱带宽来选择，使得在每个子曝光中印刷的图案使用消色差塔尔博特光刻被形成。

12.一种用于将线性特征的期望周期性图案印刷到感光层中的系统，所述系统包括：

c）装置，其用于生成光的细长射束并且将其引导至掩模，使得细长射束的光在正交于伸长方向并且平行于第一方向的平面中以某一范围的入射角照射掩模，并且使得细长射束的光在平行于伸长方向的平面中被很好地准直，并且沿着细长射束的长度除了在射束的两个端部处之外具有均匀的每增量距离的功率，在射束的两个端部中，每增量距离的功率分别根据第一轮廓在下降距离之上下降到零并且根据第二轮廓在下降距离之上下降到零，其中角度范围被相对于光的波长、掩模和衬底的间隔以及掩模光栅的周期来选择使得被掩模衍射的光在衬底处形成在正交于掩模平面的方向上是均匀的强度分布；

其中，选择第一和第二轮廓，使得跨其中在第一和第二子曝光中轮廓重叠了下降距离的掩模图案的区域，两个轮廓的总和产生均匀的每增量距离的功率。

13.根据权利要求12所述的系统，所述生成装置包括被插入在入射细长射束中的可变透射变迹滤波器，所述入射细长射束沿着入射细长射束的长度具有均匀的每增量距离的功率，入射细长射束的长度长于细长射束的长度，其中根据第一和第二轮廓在由变迹滤波器透射的细长射束的两个端部处的每增量距离的功率的下降是通过透明衬底上的部分吸收层的厚度变化而产生的。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述生成装置包括被插入在入射细长射束中的半色调掩模变迹滤波器，所述入射细长射束沿着入射细长射束的长度具有均匀的每增量距离的功率，入射细长射束的长度长于细长射束的长度，其中由变迹滤波器透射的细长射束的每个端部处的每增量距离的功率的下降是通过变迹滤波器上的周期性系列孔径而产生的，所述变迹滤波器上的周期性系列孔径的周期大体上小于细长射束的宽度，使得多个孔径与射束相交，并且其中孔径的形状被设计成使得该系列孔径在射束伸长方向上跨下降区域的特定距离处的均值透射根据所选择的第一或第二轮廓而随着所述特定距离变化。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述生成装置包括被插入在入射细长射束中的第0阶半色调掩模，所述入射细长射束沿着入射细长射束的长度具有均匀的每增量距离的功率，入射细长射束的长度长于细长射束的长度，其中由半色调掩模透射的细长射束的每个端部处的每增量距离的功率的下降是通过光栅阵列而产生的，所述光栅阵列的占空比和/或填充因子沿着每个光栅变化，并且其周期被选择为使得由半色调掩模透射的第1和更高衍射阶次以如此大的角度被衍射，使得它们可以在照射线性特征的图案之前被阻挡。