CN114114847A - 曝光装置、曝光方法、以及用于制造半导体装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了曝光装置、曝光方法、以及用于制造半导体装置的方法。曝光装置包括照明光学系统、投影光学系统、以及控制器，所述照明光学系统用于照明包括周期图案的原版，所述投影光学系统用于在基板上形成所述原版的图像，所述控制器被配置为使来自所述照明光学系统的光斜入射在所述原版上使得由衍射光束在所述投影光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，并且控制所述基板的曝光使得所述基板的投射区域中的每个点在不少于两个聚焦状态下被曝光，所述光强度分布相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述周期图案的周期方向正交的线线对称，所述衍射光束包括来自所述周期图案的不低于2阶的衍射光。

Description

曝光装置、曝光方法、以及用于制造半导体装置的方法
技术领域
本发明涉及曝光装置、曝光方法、以及用于制造半导体装置的方法。
背景技术
作为增加曝光装置的焦点深度的方法，已知FLEX(Focus Latitude EnhancementExposure)方法。FLEX方法可以被定义为在多个散焦状态下曝光基板的方法、或者曝光基板使得在投影光学系统的像面附近由原版(original)形成的光强度在光轴方向上重叠的方法。日本专利特开No.7-153658描述了用于令人满意地解析诸如孔图案或微细图案的孤立图案的曝光方法。在这种曝光方法中，执行多阶段曝光，其中基板在合焦点和多个散焦点中的每一个处曝光。对于在合焦点处的曝光，相干因子(σ)的值被设置为小于在多个散焦点中的每一个处的曝光。
发明内容
本发明提供了有利于提高曝光装置的焦点深度的技术。
本发明的第一方面提供了一种曝光装置，所述曝光装置包括照明光学系统和投影光学系统，所述照明光学系统被配置为照明包括周期图案的原版，所述投影光学系统被配置为在基板上形成所述原版的图像。所述装置包括控制器，所述控制器被配置为使来自所述照明光学系统的光斜入射在所述原版上使得由多个衍射光束在所述投影光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，并且控制所述基板的曝光使得所述基板的投射区域中的每个点在不少于两个聚焦状态下被曝光，所述光强度分布相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述周期图案的周期方向正交的直线线对称，所述多个衍射光束包括来自所述周期图案的不低于2阶的衍射光。
本发明的第二方面提供了一种曝光装置，所述曝光装置包括照明光学系统和投影光学系统，所述照明光学系统被配置为照明原版，所述投影光学系统被配置为在基板上形成所述原版的图像，其中在所述照明光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，所述光强度分布包括至少两个高光强度部分，所述至少两个高光强度部分相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述照明光学系统的光轴正交的线线对称地布置，每个高光强度部分具有比其余部分高的光强度，并且令r是所述光瞳区域的半径，则所述高光强度部分的中心位置位于距所述光瞳区域的原点不多于r/3的范围内。
本发明的第三方面提供了一种使用照明光学系统和投影光学系统曝光基板的曝光方法，所述照明光学系统被配置为照明包括周期图案的原版，所述投影光学系统被配置为在所述基板上形成所述原版的图像，所述方法包括使来自所述照明光学系统的光斜入射在所述原版上，使得由多个衍射光束在所述投影光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，所述光强度分布相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述周期图案的周期方向正交的直线线对称，所述多个衍射光束包括来自所述周期图案的不低于2阶的衍射光，并且控制所述基板的曝光，使得所述基板的投射区域中的每个点在不少于两个聚焦状态下被曝光。
本发明的第四方面提供了一种制造半导体装置的方法，所述方法包括在基板中形成凹槽并且在所述凹槽中形成像素分离部分，其中形成所述凹槽包括通过多个衍射光束在不少于两个聚焦状态下曝光半导体基板的投射区域中的每个点，所述多个衍射光束包括来自原版中提供的周期图案的不低于2阶的衍射光并且经过投影光学系统的光瞳区域，并且在所述投影光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，所述光强度分布包括至少两个高光强度部分，所述至少两个高光强度部分相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述周期图案的周期方向正交的直线线对称地布置，每个高光强度部分具有比其余部分高的光强度。
本发明的第五方面提供了一种制造半导体装置的方法，所述方法包括在基板中形成凹槽并且在所述凹槽中形成像素分离部分，其中在基板中形成凹槽包括根据根据本发明的第三方面所述的曝光方法曝光所述基板的操作。
从参考附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1是示意性地示出根据第一实施例的曝光装置的布置的图；
图2是用于解释根据第一实施例的曝光装置中的FLEX曝光的图；
图3是示例性地示出可以在原版中提供的周期图案的图；
图4A是示例性地示出示例1中的照明光学系统的光瞳区域中的光强度分布的图；
图4B是示例性地示出投影光学系统的光瞳区域中的光强度分布的图；
图5A至5C是各自示例性地示出在投影光学系统的像面附近形成的光强度分布的图；
图6A和6B示例性地示出了单个曝光中散焦量与光强度分布之间的关系；
图7A是示例性地示出示例2中的照明光学系统的光瞳区域中的光强度分布的图；
图7B是示例性地示出示例2中的投影光学系统的光瞳区域中的光强度分布的图；
图8是示例性地示出可以在原版中提供的二维周期图案的图；
图9是示例性地示出示例3中的照明光学系统的光瞳区域中的光强度分布的图；
图10是示例性地示出示例4中的照明光学系统的光瞳区域中的光强度分布的图；
图11A至11C是各自示例性地示出照明光学系统的光瞳区域中的光强度分布与在投影光学系统的像面附近形成的光强度分布之间的关系的图；
图12A至12C是各自示例性地示出照明光学系统的光瞳区域中的光强度分布与在投影光学系统的像面附近形成的光强度分布之间的关系的图；
图13是用于解释根据第二实施例的曝光装置中的FLEX曝光的图；
图14是用于解释根据第三实施例的曝光装置中的FLEX曝光的图；
图15是示例性地示出根据第三实施例的曝光装置中的投影光学系统的像面附近形成的光强度分布的图；
图16是示意性地示出根据第四实施例的曝光装置的布置的图；
图17是用于解释根据第四实施例的曝光方法的图；
图18A和18B是用于解释根据第五实施例的曝光方法的图；
图19是用于解释根据第六实施例的曝光方法的图；
图20是用于解释根据第六实施例的曝光方法的图；
图21A是示出根据第七实施例的曝光装置的布置的图；
图21B是用于解释根据第七实施例的曝光方法的图；
图22A是示例性地示出照明光学系统的光瞳区域中的光强度分布的图；
图22B是示例性地示出投影光学系统的光瞳区域中的光强度分布的图；以及
图23A至23C是示例性地示出图像传感器的制造步骤的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述实施例。注意，以下实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但是不限制要求所有这样的特征的发明，并且多个这样的特征可以适当地组合。此外，在附图中，相同的附图标记被给予相同或类似的配置，并且省略其冗余描述。
在以下描述中，将在XYZ坐标系上指示方向。XYZ坐标系被定义为使得与基板的表面平行的表面是X-Y平面，并且与基板的表面的法线方向平行的轴是Z轴。X方向、Y方向和Z方向分别是与XYZ坐标系的X轴、Y轴和Z轴平行的方向。
图1示意性地示出了根据第一实施例的曝光装置EXP的布置。曝光装置EXP被形成为通过将原版2的图案投影到基板7上来曝光基板7的投影曝光装置。另外，曝光装置EXP可以被形成为在扫描原版2和基板7的同时对基板7执行扫描曝光的扫描曝光装置。曝光装置EXP可以包括照明光学系统1、原版驱动机构3、投影光学系统4、基板驱动机构8、调整器AD和控制器CN。原版2可以包括周期图案。原版驱动机构3保持并在扫描方向(Y方向)上驱动原版2。照明光学系统1照明由原版驱动机构3保持的原版2。调整器AD可以被配置为通过控制器CN控制器。调整器AD可以结合到控制器CN中。
投影光学系统4在基板7上形成由照明光学系统1照明的原版2的图案的图像。替代地，投影光学系统4将由照明光学系统1照明的原版2的图案投影到基板7上。由照明光学系统1照明的原版2的图案产生多个衍射光束。来自原版2的图案的多个衍射光束在投影光学系统4的像面附近形成原版2的图案的图像(与原版2的图案对应的光强度分布)。这里，像面附近包括像面及其附近。基板驱动机构8保持并在扫描方向(Y方向)上驱动基板7。基板驱动机构8也可以在非扫描方向(X方向)上驱动基板7。
基板7可以包括多个投射区域。投射区域可以包括已经在光刻步骤中形成的图案(层)，或者可以不包括这样的图案(层)。基板7包括由半导体或非半导体形成的构件(例如，晶片)上的光致抗蚀剂层，除非另外提及。一个或多个层可以布置在该构件和光致抗蚀剂层之间。
照明光学系统1包括光瞳区域。照明光学系统1的光瞳区域是照明光学系统1的光瞳面之中的、来自光源(未示出)的光可以进入的区域。投影光学系统4包括光瞳区域。投影光学系统4的光瞳区域是投影光学系统4的光瞳面之中的、来自照明光学系统1的光可以进入的区域。令σ是曝光装置EXP的相干因子、NA1是从原版2观看时照明光学系统1的数值孔径、并且NA2是从原版2观看时投影光学系统4的数值孔径，则σ通过以下定义：
σ＝NA1/NA2
调整器AD或控制器CN可以调整照明光学系统1，使得来自原版2的周期图案的多个衍射光束在投影光学系统4的光瞳区域中形成包括至少两个高光强度部分的光强度分布。这里，多个衍射光束包括2阶或更高阶衍射光。这里，高光强度部分意指光强度分布中光强度高于其余部分(高光强度部分以外的部分)的部分。高光强度部分的形状不限于诸如圆形的特定形状，并且可以是例如矩形。高光强度部分可以是被光强度低于高光强度部分的区域完全包围的区域，或者是被光强度低于高光强度部分的区域和光瞳区域的边界完全包围的区域。另外，至少两个高光强度部分相对于平行于与周期图案的周期方向正交的方向的线(直线)线对称地布置。调整器AD可以根据例如原版2的周期图案的信息调整照明光学系统1，使得在投影光学系统4的光瞳区域中形成包括相对于平行于与周期图案的周期方向正交的方向的线线对称地布置的至少两个高光强度部分的光强度分布。原版2的周期图案的信息可以包括例如诸如周期图案的间距和周期图案的周期方向的信息。
在另一观点中，调整器AD或控制器CN可以被配置为使来自照明光学系统1的光斜入射在原版2上，使得由包括来自原版2的周期图案的不低于2阶的衍射光的多个衍射光束在光瞳区域中形成预定的光强度分布。预定的光强度分布可以是相对于经过投影光学系统4的光瞳区域的原点并与原版2的周期图案的周期方向正交的直线线对称的光强度分布。
调整器AD可以由例如诸如FPGA(Field Programmable Gate Array的缩写)的PLD(Programmable Logic Device的缩写)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit的缩写)、嵌入有程序的通用或专用计算机、或者这些组件中的全部或一些的组合形成。在以下描述中，高光强度部分也被称为极(pole)。在使用术语“极”的情况下，其形状也不限于诸如圆形的特定形状，并且可以是例如矩形。
例如，根据原版2的周期图案的信息(例如，周期图案的间距、周期图案的周期方向等)，调整器AD可以从多个照明模式中选择一个照明模式，并且调整照明光学系统1使得设置选择的照明模式。调整器AD可以参考例如预设表选择与原版2的周期图案的信息对应的照明模式。该表可以定义原版2的周期图案的信息与照明模式之间的对应关系。照明模式定义要在照明光学系统1的光瞳区域中形成的光强度分布。多个照明模式可以包括例如通常照明(圆形照明)、小σ照明、极照明(偶极、四极等)、环形照明等。照明模式的设置或选择可以通过例如旋转其中布置有多个孔径光阑的转台或旋转其中布置有多个CGH(计算机产生的全息图)的转台来执行。调整器AD可以基于例如用户指令来确定照明模式。
控制器CN可以控制基板7的曝光，使得基板7的投射区域中的每个点在两个或更多个聚焦状态(或者，两个或更多个散焦状态)下曝光。更具体地，控制器CN可以控制基板7的曝光，使得在投影光学系统4的光瞳区域中形成上面提到的预定的光强度分布的状态下，基板7的投射区域中的每个点在两个或更多个聚焦状态(或者，两个或更多个散焦状态)下曝光。这样的曝光方法在下文中被称为FLEX方法。控制器CN可以由例如诸如FPGA(FieldProgrammable Gate Array的缩写)的PLD(Programmable Logic Device的缩写)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit的缩写)、嵌入有程序的通用或专用计算机、或者这些组件中的全部或一些的组合形成。控制器CN的全部或一部分可以与调整器AD的全部或一部分共享或集成。
FLEX方法可以通过各种实施方法来实施。在第一实施例中，控制器CN控制基板7的曝光，使得在基板7的表面的法线方向相对于投影光学系统4的光轴(平行于Z轴)倾斜的状态下执行基板7的扫描曝光。图2示意性地示出了根据第一实施例的曝光方法。点线10a和10b指示进入基板7的曝光光(由狭缝定义的曝光光)的范围。在扫描曝光中，沿着相对于X-Y平面绕X轴倾斜的平面在扫描方向(Y方向)上扫描基板7。当基板7的投射区域中的一个点从点线10b移动到点线10a时，这一个点在移动夹着投影光学系统4的最佳焦平面9的两个平面之间的距离Z1的同时被曝光。
换句话说，在应用有FLEX方法的扫描曝光中，基板7的投射区域中的任意点被曝光以便从第一聚焦状态(或者，第一散焦状态)到达第二聚焦状态(或者，第二散焦状态)。第一聚焦状态(第一散焦状态)下的任意点的位置与第二聚焦状态(第二散焦状态)下的任意点的位置之间的投影光学系统4的光轴方向上的距离Z1是该任意点处的散焦量的范围。距离Z1是有助于通过FLEX方法增加焦点深度的距离或量，并且这在下文中也称为FLEX量。
在图2中，在基板7的表面的法线方向相对于投影光学系统4的光轴方向(平行于Z轴)倾斜的状态下执行基板7的扫描曝光。然而，可以在原版2的表面的法线方向相对于投影光学系统4的光轴方向(平行于Z轴)倾斜的状态下执行基板7的扫描曝光。
图3示例性地示出了在原版2中提供的周期图案11。P指示周期图案11的间距(周期)，S指示透射部分的线宽，并且L指示遮光部分的线宽。在这个示例中，周期图案11的周期方向是X方向。
图4A示意性地示出了根据第一实施例的曝光装置EXP的照明光学系统1的光瞳区域21中的示例1中的曝光光的光强度分布(有效光源分布)。σx和σy是指示光瞳区域21中的位置的光瞳坐标，并且两个坐标轴分别平行于X轴和Y轴。光瞳坐标的原点与照明光学系统1的光轴匹配。图4A示出了偶极照明的示例，并且D1和D2中的每一个指示极。极D1和D2布置在相对于σy轴(Y轴)线对称的位置处。
图4B示意性地示出了当在原版2中提供的图3中所示的周期图案11被图4A中所示的光强度分布照明时由来自周期图案11的多个衍射光束在投影光学系统4的光瞳区域31中形成的光强度分布(衍射光分布)。POx和POy是指示光瞳区域31中的位置的光瞳坐标，并且两个坐标轴分别与X轴和Y轴平行。光瞳坐标的原点与投影光学系统4的光轴匹配。D10指示来自极D1的0阶衍射光。D11指示来自极D1的+1阶衍射光，并且D1-1指示来自极D1的-1阶衍射光。D1-2指示来自极D1的-2阶衍射光。在这个示例中，+2阶衍射光以及3阶和更高阶衍射光束不进入投影光学系统4的光瞳区域31。
尽管在图4B中未示出，但是来自极D2的衍射光也进入投影光学系统4的光瞳区域31。更具体地，来自极D2的0阶衍射光D20进入D1-1的位置。另外，来自极D2的+1阶衍射光D21进入D10的位置，并且来自极D2的-1阶衍射光D2-1进入D1-2的位置。此外，来自极D2的+2阶衍射光D22进入D11的位置。由衍射光束D10、D11、D1-1、D1-2、D20、D21、D2-1和D22在基板7上形成周期图案11的图像。
在投影光学系统4的光瞳区域31中形成的光强度分布包括至少两个极，更具体地，相对于平行于与周期图案11的周期方向正交的方向(Y方向)的线(POy轴)线对称地布置的四个极。四个极的位置和区域由D10、D11、D1-1和D1-2指示。
这里，将描述图3中所示的周期图案11的间距P、图4A中所示的光瞳区域21中的极D1和D2、以及图4B中所示的光瞳区域31中的衍射光束D10、D1-1、D11和D1-2之间的关系。令NA是投影光学系统4的数值孔径、并且λ是曝光光的波长。首先，图4A中所示的极D1和D2中的每一个的中心的坐标(位置)被表达为：
D1:σx＝λ/(2×P×NA)
D2:σx＝-λ/(2×P×NA)
类似地，图4B中所示的光瞳区域31中的衍射光束D10、D1-1、D11和D1-2中的每一个的中心的坐标(位置)被表达为：
D10:POx＝λ/(2×P×NA)
D11:POx＝3λ/(2×P×NA)
D1-1:POx＝-λ/(2×P×NA)
D1-2:POx＝-3λ/(2×P×NA)
例如，如果像面上的周期图案11的间距P是800nm、NA＝0.55、并且λ＝248nm，那么σx＝0.282。
图5A示出了在将像面上的周期图案11的透射部分的线宽S设置为200nm且将其遮光部分的线宽L设置为600nm并且使用图4A中所示的有效光源分布的同时执行图2中所示的FLEX曝光时获得的光学图像。图4A中所示的有效光源分布中的极D1和D2的中心的位置被设置为σ＝±0.282，并且通过将极D1和D2中的每一个的半径转换成σ值而获得的值被设置为0.05。另外，对于基板7的曝光中的设置的焦平面的位置(Z方向)在FLEX方法中要散焦的量(FLEX量)被设置在±1.2μm的范围内(Z1＝2.4μm)。
图5A的横坐标表示在将周期图案11的透射部分S的中心设置在0处时与图案的一个周期对应的±400nm的范围内的光强度分布。距中心±100nm与周期图案11的透射部分S对应。设置的焦平面从投影光学系统4的最佳焦平面9的移位量(散焦量)以0.3μm间隔从0μm变到2.7μm。如从图5A可以看到的，即使当设置的焦平面从最佳焦平面9的移位量(散焦量)设置为2.7μm时，光强度分布也几乎不改变。因而，可以看到焦点深度大大增加。
图5B和5C示出了比较示例。图5B示出了通过使用σ＝0.7的圆形照明执行通常的扫描曝光获得的结果。图5C示出了通过使用σ＝0.7的圆形照明、同时将对于设置的焦平面的位置(Z方向)在FLEX方法中要散焦的量(FLEX量)设置在±1.2μm的范围内(Z1＝2.4μm)执行FLEX曝光获得的结果。
在图5B中所示的比较示例中，在设置的焦平面从最佳焦平面9的移位量(散焦量)超过0.9μm的条件下，光强度分布变得几乎平坦。因而，焦点深度不大于±1μm。在图5C中所示的比较示例中，最佳聚焦处的光强度由于平均化而降低，但是光强度分布由于散焦而改变的方式变得缓和，并且焦点深度可以增加至±1.2μm或更大。
图5A和5B中的每一个示出了FLEX曝光的结果，但是可以看到，通过在图4A和4B中所示的照明条件下执行照明而获得的增加焦点深度的效果是巨大的。如上所述增加焦点深度在例如使用厚膜抗蚀剂的工艺等中是有利的。
这里，将描述周期图案11的间距P、投影光学系统4的NA、以及曝光光的波长λ之间的关系。在图4A和4B中所示的示例中，包括来自周期图案11的2阶或更高阶衍射光的多个衍射光束在投影光学系统4的光瞳区域31中形成包括相对于平行于与周期图案11的周期方向正交的方向的线线对称地布置的至少两个极的光强度分布。因此，光瞳坐标上的D11和D1-2的位置需要位于±1内。在图4B中，由于在D1-2的POx坐标变为-1的条件下D10的中心在光瞳坐标上的(1/3,0)处，因此周期图案11的间距P为P＝(3/4)×(λ/NA)。因而，周期图案11的间距P需要满足式(1)：
P>(3/4)×(λ/NA)...(1)
另外，在图4A和4B中所示的示例中，调整器AD调整照明光学系统1，使得在照明光学系统1的光瞳区域21中形成的光强度分布中包括的极D1和D2中的每一个的中心位置的σ值等于或小于1/3。在另一个观点中，调整器AD可以被配置为调整照明光学系统1，使得，令r是照明光学系统1的光瞳区域21的半径，则在光强度分布中包括的极D1和D2中的每一个的中心位置位于距光瞳区域21的原点r/3或更小的范围内。
图22A示意性地示出了根据第一实施例的曝光装置EXP的照明光学系统1的光瞳区域21中的曝光光的光强度分布(有效光源分布)的另一个示例。σx和σy是指示光瞳区域21中的位置的光瞳坐标，并且两个坐标轴分别与X轴和Y轴平行。光瞳坐标的原点与照明光学系统1的光轴匹配。图22A示出了偶极照明的示例，并且D1和D2中的每一个指示极。极D1和D2布置在相对于σy轴(Y轴)线对称的位置处。
图22B示意性地示出了当在原版2中提供的图3中所示的周期图案11被图22A中所示的光强度分布(偶极照明)照明时由来自周期图案11的多个衍射光束在投影光学系统4的光瞳区域31中形成的光强度分布。POx和POy是指示光瞳区域31中的位置的光瞳坐标，并且两个坐标轴分别与X轴和Y轴平行。光瞳坐标的原点与投影光学系统4的光轴匹配。D10指示来自极D1的0阶衍射光。D1-1指示来自极D1的-1阶衍射光。D1-2指示来自极D1的-2阶衍射光。D1-3指示来自极D1的-3阶衍射光。
尽管在图22B中未示出，但是来自极D2的衍射光也进入投影光学系统4的光瞳区域31。更具体地，来自极D2的0阶衍射光D20进入D1-3的位置。另外，来自极D2的+1阶衍射光D21进入D1-2的位置。此外，来自极D2的+2阶衍射光D22进入D1-1的位置。来自极D2的+3阶衍射光D23进入D10的位置。
接下来，将描述焦点深度由于其中包括2阶或更高阶衍射光的多个衍射光束在投影光学系统4的光瞳区域中形成线对称的光强度分布的照明条件与FLEX曝光的组合而增加的原因。图6A和6B示出了在使用图5A中所示的计算中使用的周期图案和有效光源执行通常曝光而不是FLEX曝光时形成的光强度分布。在图6A和6B中，F的值指示散焦量。例如，F＝0示出散焦量为0时(即，最佳焦平面)获得的光强度分布。F＝3.6示出散焦量为3.6μm时获得的光强度分布。图6A和6B示出了通过将散焦量改变0.6μm间距获得的结果。图6A和6B中的每个图的横坐标与图5A的横坐标类似，并且表示在将周期图案11的透射部分S的中心设置在0处时与图案的一个周期对应的±400nm的范围内的光强度分布。
如从图6A和6B可以看到的，类似的光强度分布以2.4μm作为一个周期周期性地出现。因而，通过在与周期的整数倍对应的散焦量的范围内对根据散焦量的改变而周期性改变的光强度分布平均化，可以获得如图5A中所示光强度分布几乎不由于散焦而改变的光学图像。这里，在第一实施例中，通过使用FLEX方法的扫描曝光来实现这样的平均化。在图6A和6B中，光强度分布在F＝0.6与F＝3.0之间略有不同，并且在F＝1.2与F＝3.6之间也略有不同。以这种方式，同一相位的两个光强度分布彼此略有不同。这是因为如图4A中所示的有效光源中的极不是点而是具有适当的半径(例如，当转换成σ值时为0.05)。
接下来，将描述周期图案11的间距P、曝光光的波长λ、以及通过FLEX曝光执行平均化的最优散焦量范围(FLEX量)之间的关系。如上面参考图6A和6B已描述的，周期图案11的光学图像根据散焦量周期性地改变。因此，计算其中由如图4B中所示的投影光学系统4的光瞳范围31中的线对称的衍射光分布形成的光学图像根据散焦量的改变而改变的周期。
由于在来自投影光学系统4的光瞳区域31中的线对称位置的两个衍射光束之间没有因散焦而产生相位差，因此由两个衍射光束产生的光强度分布不由于散焦量的改变而改变。在图4B中所示的示例中，D10和D1-1的组合以及D11和D1-2的组合与这个条件对应。另一方面，D10和D11的组合以及D11和D1-1的组合中的每一个不是光瞳区域31中的线对称位置的组合。因此，由于散焦量的改变而产生相位差，并且光强度分布由于散焦量的改变而改变。衍射光束之间的相位差由于散焦而改变，并且相位差在预定的散焦量处变为零。相位差变为零的散焦量的间隔是周期PP，并且光强度分布的形状由于散焦量的改变而周期性地改变。
在图4B中所示的示例中，D10和D1-1布置在光瞳区域31中的线对称位置处，并且D11和D1-2布置在光瞳区域31中的线对称位置处。因而，可以计算D10与D11之间的相位差。令λD10和λD11分别为D10和D11在光轴方向上的波长分量：
λD10＝λ/(1–λ2/P2/4)1/2
λD11＝λ/(1–9×λ2/P2/4)1/2
这里，周期PP由等式(2)给出：
PP＝λD10×λD11/(λD11-λD10)
＝λ/[(1–λ2/P2/4)1/2-(1–9×λ2/P2/4)1/2]...(2)
通过将P＝800nm和波长λ＝248nm代入等式(2)，获得PP＝2417nm。因此，如上面在图6A和6B中已描述的，光强度分布以散焦量＝大约2.4μm的周期改变。因此，通过对由等式(2)定义的周期PP的整数倍的范围内的光强度分布平均化，形成相对于散焦量的改变具有小的改变的图像。
当增加焦点深度时，通过执行其中散焦量在与根据等式(2)从周期图案的间距P和曝光光的波长λ计算的周期PP的整数倍对应的范围内(FLEX量)改变的FLEX曝光，焦点深度被最大化。
另一方面，作为FLEX方法中的散焦量的范围的小距离Z1(FLEX量)在简化曝光装置EXP的布置上是有利的。因此，距离Z1优选地由等式(2')给出：
Z1＝λ/[(1–λ2/P2/4)1/2-(1–9×λ2/P2/4)1/2]...(2')
即使在距离Z1是由等式(2')给出的距离Z1的70％的情况下，焦点深度也增加，因此距离Z1不是必然等于周期PP。
图7A示意性地示出了根据第一实施例的曝光装置EXP的照明光学系统1的光瞳区域22中的示例2中的曝光光的光强度分布(有效光源分布)。在图7A中所示的示例中，定义矩形极D3和D4，其宽度被设置得小以获得通过FLEX曝光而平均化的效果，但是其长度在σy轴方向上长，因为σy轴方向上的位置不影响周期方向上的成像。令P是图3中所示的周期图案11的间距，则D3和D4的中心处的σx轴方向上的坐标为±λ/(2×P×NA)。图7B示意性地示出了当周期图案11被图7A中所示的极D3照明时在投影光学系统4的光瞳区域32中形成的光强度分布(衍射光分布)。尽管在图7B中未示出，但是来自极D4的衍射光也进入投影光学系统4的光瞳区域32。更具体地，来自极D4的0阶衍射光D40进入D3-1的位置。另外，来自极D4的+1阶衍射光D41进入D30的位置，并且来自极D4的-1阶衍射光D4-1进入D3-2的位置。此外，来自极D4的+2阶衍射光D42进入D31的位置。因此，如示例1中那样，可以获得通过FLEX曝光增加焦点深度的效果。
示例2与示例1的不同在于所有的0阶衍射光D30和所有的-1阶衍射光D3-1进入光瞳区域32，但是+1阶衍射光D31的一部分和-2阶衍射光D3-2的一部分不进入光瞳区域32并且无助于图像形成。因此，示例2中在像面附近形成的光强度分布与示例1中的不同。然而，示例2中通过FLEX曝光增加焦点深度的效果与示例1中的类似。在示例2中，照明光学系统的光瞳区域中的极(有效光源)的面积大于示例1中的面积。这在提高照度和提高照度均一性上是有利的。
图8示出了根据第一实施例的曝光装置EXP的照明光学系统1的光瞳区域22中使用的要在示例3中使用的周期图案12。示例3中使用的原版2包括二维周期图案12。二维周期图案12在X方向上具有间距P2的周期性，并且在Y方向上也具有间距P2的周期性。
图9示意性地示出了根据第一实施例的曝光装置EXP的照明光学系统1的光瞳区域23中的示例3中的曝光光的光强度分布(有效光源分布)。图9中所示的光强度分布可以在使用图8中所示的周期图案12的基板曝光中使用。当使用包括图8中示例性示出的周期图案12的原版2曝光基板7时，调整器AD可以基于周期图案12的信息调整照明光学系统1，使得在照明光学系统1的光瞳区域23中形成图9中示例性示出的光强度分布。
在光瞳区域23中形成的光强度分布包括极D5、D6、D7和D8。在极D5、D6、D7和D8中的每一个的中心处的σx和σy的绝对值(σx＝σy)可以是λ/(2×P2×NA)。调整照明光学系统1，使得在光瞳区域23中形成如上所述的光强度分布，并且可以在使用通过将P2代入等式(2)中的P获得的光轴方向上的距离Z1作为FLEX量的同时执行FLEX曝光。由此，在使用二维周期图案的情况下，如使用一维周期图案的情况那样，也可以获得增加焦点深度的效果。
图10示意性地示出了根据第一实施例的曝光装置EXP的照明光学系统1的光瞳区域24中的示例4中的曝光光的光强度分布(有效光源分布)。在示例4中，在照明光学系统1的光瞳区域24中形成通过将极D9添加到示例2中包括极D3和D4的光强度分布所获得的光强度分布。极D3和D4彼此分隔开并且相对于平行于与周期图案的周期方向正交的方向的线线对称地布置，并且它们有助于增加焦点深度。另一方面，极D9布置在照明光学系统1的光轴上。极D9无助于增加焦点深度，但是可以有助于提高最佳焦平面及其附近的图像质量。
图11A至11C中的每一个示出了当极D9的光量与图10中所示的照明光学系统1的光瞳区域24中的整个光强度分布的光量的比率改变时获得的像面附近的光强度分布的改变。这里，在使用图3中所示的周期图案11并且将透射部分的线宽S设置为200nm且将间距P设置为800nm的同时计算图11A至11C中的每一个中的光强度分布。图11A示出了极D9的光量与光瞳区域24中的整个光强度分布的光量的比率为0的示例，图11B示出了该比率为15％的示例，并且图11C示出了该比率为30％的示例。如图11A中所示，当极D9的光量的比率为0时，在将散焦量从0μm变为2.7μm时在像面附近形成的光强度分布几乎不改变。另一方面，如图11B中所示，当极D9的光量的比率被设置为15％时，最佳聚焦(散焦量＝0μm)中的中心部分的光量增加，但是图像性能随着散焦量被改变而改变。另外，如图11C中所示，当极D9的光量的比率被设置为30％时，最佳聚焦(散焦量＝0μm)中的中心部分的光量进一步提高，但是根据散焦量的改变的图像性能的改变量进一步增加。
这里，相对于光瞳区域24中的整个光强度分布的光量增加极D9的光量意味着减小极D3和D4的光量与光瞳区域24中的整个光强度分布的光量的比率。相反，相对于光瞳区域24中的整个光强度分布的光量减小极D9的光量意味着增加极D3和D4的光量与光瞳区域24中的整个光强度分布的光量的比率。增加极D3和D4的光量与光瞳区域24中的整个光强度分布的光量的比率有助于增加焦点深度。另一方面，减小极D3和D4的光量与光瞳区域24中的整个光强度分布的光量的比率有助于提高最佳聚焦中的图像性能。从提高焦点深度的观点来看，极D3和D4(彼此分隔开并且相对于平行于与周期方向正交的方向的线线对称地布置的至少两个极)的光量与光瞳区域24中的整个光强度分布的光量的比率优选地等于或高于50％。在图10中所示的示例中，极D9的中心与光轴匹配，但是极D9的中心可以布置在例如σy轴上σy≠0的位置处。
图12A至12C中的每一个示出了当图4A中所示的照明光学系统1的光瞳区域21中的光强度分布中包括的极D1和D2的大小改变时获得的像面附近的光强度分布的改变。这里，在使用图3中所示的周期图案11并且将透射部分的线宽S设置为200nm且将间距P设置为800nm的同时计算图12A至12C中的每一个中的光强度分布。设置的焦平面从投影光学系统4的最佳焦平面9的移位量(散焦量)以0.3μm间隔从0μm变为2.7μm。极D1和D2中的每一个的半径在转换为σ值的值(光瞳坐标)上被设置为0.05、0.10或0.15。图12A示出了当极D1和D2中的每一个的半径为0.05时获得的结果，图12B示出了当极D1和D2中的每一个的半径为0.10时获得的结果，并且图12C示出了当极D1和D2中的每一个的半径为0.15时获得的结果。改变极D1和D2中的每一个的半径等同于改变极D1和D2中的每一个在周期图案的周期方向上的宽度(直径)。
从增加焦点深度的观点来看，极D1和D2中的每一个的半径优选地小。从提高基板上的照度均一性的观点来看，极D1和D2中的每一个的半径优选地大。换句话说，从增加焦点深度的观点来看，极D1和D2中的每一个在周期图案的周期方向上的宽度优选地小，并且从提高基板上的照度均一性的观点来看，极D1和D2中的每一个在周期图案的周期方向上的宽度优选地大。极D1和D2中的每一个在周期图案的周期方向上的宽度例如在转换成σ值的值上优选地等于或小于0.3。
在以下实施例中的每一个中，将描述FLEX方法的另一种实施方法。注意的是，在以下实施例中的每一个中没有提及的事项可以遵循第一实施例。
图13示出了根据第二实施例的曝光装置EXP中的FLEX曝光期间基板的移动。根据第二实施例的曝光装置EXP可以具有与图1中所示的根据第一实施例的曝光装置EXP的布置类似的布置，但是曝光方法与第一实施例中的曝光方法不同。图13中所示的根据第二实施例的曝光装置EXP是步进重复顺序移动曝光装置。
在根据第二实施例的曝光装置EXP中，在原版2和基板7静止的状态下执行基板7的曝光。因而，在根据第二实施例的曝光装置EXP中，如图13中示意性所示，通过在从Z方向上的第一位置P1到Z方向上的第二位置P2的距离Z1的范围内以恒定速度移动基板7的同时曝光基板7来执行FLEX曝光。
第二实施例与第一实施例的不同仅在于基板7的FLEX曝光方法，并且用于增加焦点深度的照明条件的设置和增加焦点深度的效果与第一实施例中完全相同。在第二实施例中，如果原版的周期图案的间距P与第一实施例中相同，那么基板7在光轴方向上的移动量Z1具有与第一实施例中相同的值。
图14示出了根据第三实施例的曝光装置EXP中的FLEX曝光期间基板的移动。根据第三实施例的曝光装置EXP中的FLEX曝光期间基板的移动与根据第二实施例的曝光装置EXP类似。在第三实施例中，控制器CN控制基板7的曝光，使得基板7的投射区域在第一聚焦状态(或者，第一散焦状态)和第二聚焦状态(或者，第二散焦状态)下曝光。在第一聚焦状态(第一散焦状态)下，投射区域以通常曝光量的一半曝光。然后，第一聚焦状态(第一散焦状态)变为第二聚焦状态(第二散焦状态)，并且投射区域以通常曝光量的一半进一步曝光。
令Z2是投影光学系统4的光轴方向(Z方向)上的第一聚焦状态(第一散焦状态)下的基板7的位置P1'与投影光学系统4的光轴方向上的第二聚焦状态(第二散焦状态)下的基板7的位置P2'之间的距离(FLEX量)，则存在由Z2＝Z1/2表达的关系。即，距离Z2可以由等式(3)给出：
Z2＝λ/[(1–λ2/P2/4)1/2-(1–9×λ2/P2/4)1/2]/2...(3)
下面将描述通过由根据第三实施例的曝光装置EXP执行的FLEX方法增加焦点深度。这里，将描述其中使用图3中所示的周期图案11和图4A中所示的有效光源的示例。当不执行FLEX曝光时，在像面附近形成已经描述的图6A和6B中所示的光强度分布。在第一实施例中，图6A和6B中所示的光强度分布在Z方向(光轴方向)上的2.4μm的宽度中被平均化(积算)。这是因为在第一实施例中，由于在倾斜基板7的同时执行FLEX曝光，因此光强度分布在以设置的焦平面的位置作为中心的±1.2μm的范围内被平均化。相反，在第三实施例中，在Z方向(光轴方向)上分隔开距离Z2的两个Z方向位置处执行曝光。周期性地改变的光强度分布的平均值可以通过计算分隔开与周期PP的一半对应的距离的两个Z方向位置处的光强度分布的平均值来获得。这可以获得与通过对与整个周期对应的范围内的光强度分布平均化所获得的结果类似的结果。
图15示出了通过从图6A和6B中所示的多个光强度分布中选择散焦量相差1.2μm的两个光强度分布并且对选择的两个光强度分布平均化所获得的光强度分布。例如，散焦量＝0μm处的光强度分布可以通过对散焦量＝-0.6μm处的光强度分布和散焦量＝+0.6μm处的光强度分布平均化来获得。散焦量＝6μm处的光强度分布可以通过对散焦量＝0μm处的光强度分布和散焦量＝-1.2μm处的光强度分布平均化来获得。图15中所示的光强度分布与图5A中所示的光强度分布类似。因而，可以理解到，可以获得增加焦点深度的效果。
图16示意性地示出了根据第四实施例的曝光装置EXP的布置。在第四实施例中，通过改变曝光光的中心波长来改变散焦量，从而执行FLEX曝光。
根据第四实施例的曝光装置EXP可以包括将曝光光供给到照明光学系统1的光源41。一般地，曝光装置的光源的示例是使用汞的g线(436nm)光或i线(365nm)光的汞灯、以及使用KrF(248nm)光或ArF(193nm)光的准分子激光器。在使用汞灯作为光源的曝光装置中，一般可以将光源布置在照明光学系统的内部。在使用准分子激光器作为光源的曝光装置中，一般可以将光源布置在照明光学系统的外部。
在第四实施例中，由于需要改变曝光光的波长的功能，因此采用准分子激光器作为光源41。准分子激光器的发射光谱的半值宽度一般在100与300nm之间。然而，通过在光源41的激光谐振器中布置光谱窄带单元，可以使频带变窄以具有1pm或更小的半值宽度。另外，为了校正由投影光学系统的曝光历史造成的光学特性的改变和由大气压力造成的光学特性的改变，光源41还具有控制中心波长的功能。控制器CN具有控制由光源41产生的曝光光的波长的功能。
图17示例性地示出了根据第四实施例的曝光装置EXP中的FLEX曝光方法。在图17中，横坐标表示时间，并且纵坐标表示由光源41产生的曝光光的中心波长。“一个投射曝光时段”是对一个投射区域执行扫描曝光的时段。在扫描曝光装置中，基板7的投射区域中的点在该点经过图2中所示的点线10a与点线10b之间的区段时被曝光。因此，有必要在该点经过该区段的时段中将波长从λ0+Δλ/2变为λ0-Δλ/2。由于用作光源41的准分子激光器是脉冲激光器，因此曝光光的中心波长可以在λ0+Δλ/2和λ0-Δλ/2的两个波长之间对于每个脉冲以相等的间隔改变。λ0是在不执行FLEX曝光时由光源41产生的曝光光的中心波长。
令C是投影光学系统4的轴向色差，则在FLEX曝光期间在Z方向上驱动基板7的投射区域中的每个点时与驱动量Z1对应的中心波长的改变量Δλ由Δλ＝Z1/C表达。这里，令P是周期图案11的间距，如果通过在一个周期的波长改变中根据波长改变对光强度分布的改变平均化来增加焦点深度，那么定义Δλ的等式(4)可以从等式(2')获得。这里，λ0是曝光光的峰值波长，并且λ由λ0近似：
Δλ＝λ0/[(1–λ02/P2/4)1/2-(1–9×λ02/P2/4)1/2]/C...(4)
参考图18A和18B，将描述根据第五实施例的曝光装置EXP中的FLEX曝光。根据第五实施例的曝光装置EXP可以具有与图16中所示的根据第四实施例的曝光装置EXP的布置类似的布置。在第五实施例中，代替随时间改变由光源41产生的曝光光的中心波长，曝光光的发射光谱的FWHM(半峰全宽)被增加。图18A示出了当根据第五实施例的曝光装置EXP执行通常曝光时由光源41产生的曝光光的发射光谱。图18B示出了当根据第五实施例的曝光装置EXP执行FLEX曝光时由光源41产生的曝光光的发射光谱的示例。在图18A和18B中的每一个中，横坐标表示波长，并且纵坐标表示光谱强度。在FLEX曝光中，控制器CN控制光源41，使得发射光谱的FWHM变为Δλ。通过将发射光谱的FWHM设置为Δλ的值，可以在不改变波长的情况下获得与第五实施例中的FLEX曝光中的效果类似的效果。Δλ期望由等式(4)给出，以便满足用于将焦点深度增加到最大值的条件。
参考图19，将描述根据第六实施例的曝光装置EXP中的FLEX曝光。根据第六实施例的曝光装置EXP可以具有与图16中所示的根据第四实施例的曝光装置EXP的布置类似的布置。在第六实施例中，由光源41产生的曝光光的中心波长以不同于第四实施例中的方式的方式改变。在图19中，横坐标表示时间，并且纵坐标表示由光源41产生的曝光光的中心波长。作为由光源41产生的曝光光，交替地使用分别具有λ0+Δλ2/2和λ0-Δλ2/2的两个中心波长的光束。λ0是在不执行FLEX曝光时由光源41产生的曝光光的中心波长。Δλ2是两个中心波长之间的差，用于获得与如第三实施例中描述的将FLEX量设置为距离Z2的FLEX曝光中的效果类似的效果。
令C是投影光学系统4的轴向色差，则波长差Δλ2可以由从等式(3)获得的等式(5)给出：
Δλ2＝Z2/C
＝λ0/[(1–λ02/P2/4)1/2-(1–9×λ02/P2/4)1/2]/2/C...(5)
在图19中所示的示例中，具有两个波长的曝光光束对于每个脉冲交替地振荡。然而，在步进重复曝光装置中，可以在曝光的前一半和后一半之间改变波长的同时曝光基板。
图20示出了第六实施例的修改。在参考图19描述的方法中，光源41交替地产生具有λ0+Δλ2/2和λ0-Δλ2/2的两个中心波长的曝光光束。然而，如图20中所示，可以同时地产生具有两个中心波长的曝光光束。两个中心波长之间的间隔为Δλ2，并且两个中心波长之间的中心为λ0。
在第一至第三实施例中的每一个中，通过驱动基板来实现FLEX曝光使得基板的投射区域中的每个点在两个或更多个聚焦状态(或者，两个或更多个散焦状态)下被曝光。在第四至第六实施例中的每一个中，通过改变曝光光的波长来实现FLEX曝光使得基板的投射区域中的每个点在两个或更多个聚焦状态(或者，两个或更多个散焦状态)下被曝光。在第七实施例中，控制器CN执行驱动基板的操作和改变曝光光的波长的操作，使得基板的投射区域中的每个点在两个或更多个聚焦状态(或者，两个或更多个散焦状态)下被曝光。
驱动基板的操作可以包括连续地改变基板的位置的操作。替代地，驱动基板的操作可以包括将第一聚焦状态(或者，第一散焦状态)变为第二聚焦状态(或者，第二散焦状态)以在第一聚焦状态(第一散焦状态)下的曝光之后执行第二聚焦状态(第二散焦状态)下的曝光的操作。
控制器CN可以对一个投射区域执行第一操作和第二操作，使得基板的投射区域中的每个点在两个或更多个聚焦状态(或者，两个或更多个散焦状态)下被曝光。第一操作可以是在将投影光学系统4的光轴方向上基板7的位置设置为第一位置并且将曝光光的波长设置为第一波长的同时曝光投射区域的操作。第二操作可以是在将投影光学系统4的光轴方向上基板7的位置设置为与第一位置不同的第二位置并且将曝光光的波长设置为与第一波长不同的第二波长的同时曝光投射区域的操作。
在改变光源41的中心波长的方法中，脉冲之间的中心波长的改变量为Δλ。由于当前主流的准分子激光器的振荡频率为4KHz，因此脉冲间隔为0.25msec。在维持中心波长的精确性的同时在0.25msec期间可以改变的波长是有限的。
参考图21A和21B，将描述第七实施例。图21A示意性地示出了根据第七实施例的曝光装置EXP执行的FLEX方法中基板7的驱动量(距离Z3)。图21B示出了根据第七实施例的曝光装置EXP执行的FLEX方法中曝光光的波长的改变量(Δλ3)。在光轴方向上的两个位置(第一位置P1"和第二位置P2")处曝光基板7时使焦点深度最大化的条件可以由等式(3)给出。在利用两个波长曝光基板7时使焦点深度最大化的条件可以由等式(5)给出。如果FLEX方法中曝光光的波长的最大改变量为Δλ3，其中Δλ3<Z2/C，那么焦点深度不能被最大化。
当投影光学系统4是折射系统时，由于轴向色差，对于长波长(即，λ0+Δλ3/2)，像面在-Z轴方向上移动，并且对于短波长(即，λ0-Δλ3/2)，像面向+Z轴方向移动。为了增加像面从基板7的移动量，在靠近投影光学系统4的第一位置P1"处将波长设置为λ0+Δλ3/2、并且在远离投影光学系统4的第二位置P2"处将波长设置为λ0-Δλ3/2是有利的。在这种情况下，令C是投影光学系统4的轴向色差的值，则当满足等式(6)时焦点深度可以被最大化：
Z3+Δλ3×C＝Z2...(6)
在上述实施例中的每一个中，当在预定的散焦范围内对一个投射区域执行FLEX曝光时，可以将预定的散焦范围划分为多个小范围，并且可以对每个小范围执行FLEX曝光。
(物品的制造方法)
将描述使用根据这个实施例的代表性曝光装置制造半导体装置(诸如存储器或图像传感器的光电转换装置)的方法。根据这个实施例的曝光装置优选地在包括厚膜工艺的半导体装置制造方法中被使用。厚膜工艺是需要厚抗蚀剂膜的工艺。作为厚膜工艺的示例是图像传感器(光电转换装置)中的像素分离部分的形成步骤。
将参考图23A至23C描述图像传感器的制造步骤中的像素分离部分的形成步骤。在步骤S101中，准备具有作为相对面的第一面S1和第二面S2的半导体基板101。半导体基板101通常是硅基板或硅层。接下来，在步骤S102中，在半导体基板101的第一面S1上形成绝缘膜(例如，氧化硅膜)102。
接下来，在步骤S103中，在半导体基板101的第一面S1上、更具体地在半导体基板101的第一面S1上的绝缘膜102上，施加抗蚀剂103。另外，在步骤S104中，如在上述实施例中已描述的，执行曝光操作，使得在投影光学系统的光瞳面中形成预定的光强度分布的状态下，半导体基板101的投射区域中的每个点在两个或更多个聚焦状态(或者，两个或更多个散焦状态)下被曝光。由此，在抗蚀剂103中形成图案图像，并且经由蚀刻处理等形成凹槽(沟槽)104。通过在焦点深度增加的状态下执行曝光操作，可以在抗蚀剂103中形成具有期望的形状的图案图像。
接下来，在步骤S105中，通过干蚀刻方法等对半导体基板101进行蚀刻，从而在半导体基板101的第一面S1侧形成凹槽105。为了在这个蚀刻中保护半导体基板101的第一面S1，有必要施加厚抗蚀剂103。
然后，在步骤S106中，移除抗蚀剂103，并且将离子通过凹槽105注入到半导体基板101中，从而形成吸杂区域106。即，在步骤S106中，在半导体基板101的第一面S1之中除了具有凹槽105的区域之外的区域被绝缘膜102掩蔽的状态下，将离子通过凹槽105注入到半导体基板101中。吸杂区域106可以包括定位在凹槽105的底部下方的第一部分和定位在凹槽105的侧面的第二部分。作为示例，第一部分中的第14族元素浓度高于第二部分中的第14族元素浓度。如果半导体基板101是硅基板，那么离子可以是除了硅之外的第14族元素离子。离子注入装置可以被用于注入离子。可以确定用于注入离子的加速能量，使得离子不通过用作硬掩模的绝缘膜102注入并且不到达半导体基板101。例如，如果在注入离子时绝缘膜102的厚度为300nm并且加速能量为大约20keV，那么离子不通过绝缘膜102注入。
如果半导体基板101由硅基板制成，那么形成要在步骤S106中注入到半导体基板101中的离子的材料优选地为碳。可以采用含碳的碳氢分子。如果半导体基板101由硅基板制成，那么形成要在步骤S106中注入到半导体基板101中的离子的材料可以是锗、锡或锌。如果在用作半导体基板101的硅基板中注入碳、锗、锡或锌离子，那么对硅基板给予局部应变并且这个局部区域用作吸杂部位。通过将离子通过凹槽105注入到半导体基板101中，即使加速能量相对低，也可以在半导体基板101的深位置处形成吸杂区域106。
接下来，在步骤S107中，移除绝缘膜102。在步骤S108中，通过诸如减压CVD方法的膜形成方法在凹槽105中和半导体基板101的第一面S1上形成绝缘膜(例如，氮化硅膜)107，以便在凹槽105中布置或填充绝缘体。随后，在步骤S109中，通过CMP方法等移除绝缘膜107的存在于半导体基板101的第一面S1上的部分。因而，绝缘膜107的存在于凹槽105中的部分被留下，作为布置或填充在凹槽105中的像素分离部分108。
注意的是，不需要执行步骤S108和S109。如果不执行步骤S108和S109，那么留下凹槽105作为可以用作像素分离部分的气隙。布置在凹槽105中的像素分离部分108不需要完美地填充在凹槽105中，并且在凹槽105中可以存在气隙。像素分离部分108可以仅由绝缘体形成，但是可以由绝缘体和非绝缘体(半导体或导体)的组合形成。在这种情况下，为了避免非绝缘体与半导体基板101之间的接触，绝缘体可以布置在非绝缘体与半导体基板101之间。
如上面已描述的，经由在半导体基板101中形成凹槽105的第一形成步骤和在凹槽105中形成像素分离部分108的第二形成步骤，像素分离部分108被形成。此后，在多个像素分离部分之间的区域中形成电荷蓄积区域、栅电极等，从而形成图像传感器。根据这个实施例的制造物品的方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个上优于传统方法。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过读出并执行记录在存储介质(其也可以被更完整地称为‘非暂时性计算机可读存储介质’)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述实施例中的一个或多个的功能和/或包括用于执行上述实施例中的一个或多个的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机、以及通过由系统或装置的计算机通过例如读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个的功能和/或控制一个或多个电路以执行上述实施例中的一个或多个的功能而执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独的计算机或单独的处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储设备、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备、存储卡等中的一个或多个。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已参考示例性实施例描述了本发明，但是要理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围要被赋予最广泛的解释以便涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (24)

1.一种曝光装置，所述曝光装置包括照明光学系统和投影光学系统，所述照明光学系统被配置为照明包括周期图案的原版，所述投影光学系统被配置为在基板上形成所述原版的图像，所述装置包括
控制器，所述控制器被配置为使来自所述照明光学系统的光斜入射在所述原版上使得由多个衍射光束在所述投影光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，并且控制所述基板的曝光使得所述基板的投射区域中的每个点在不少于两个聚焦状态下被曝光，所述光强度分布相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述周期图案的周期方向正交的直线线对称，所述多个衍射光束包括来自所述周期图案的不低于2阶的衍射光。
2.根据权利要求1所述的装置，其中由所述多个衍射光束形成的光强度分布包括至少两个高光强度部分，每个高光强度部分具有比其余部分高的光强度。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括
调整器，所述调整器被配置为调整所述照明光学系统，使得在所述投影光学系统的光瞳区域中形成光强度分布。
4.根据权利要求3所述的装置，其中
所述调整器调整所述照明光学系统，使得在所述投影光学系统的光瞳区域中形成的光强度分布包括相对于所述直线线对称地布置的四个高光强度部分。
5.根据权利要求3所述的装置，其中
所述调整器调整所述照明光学系统，使得在所述投影光学系统的光瞳区域中形成的光强度分布包括布置在所述直线上的极。
6.根据权利要求3所述的装置，其中
所述调整器调整所述照明光学系统使得在所述照明光学系统的光瞳区域中形成第二光强度分布，所述第二光强度分布包括至少两个第二高光强度部分，所述至少两个第二高光强度部分相对于平行于与所述周期方向正交的方向的线线对称地并且彼此分隔开地布置，并且所述至少两个第二高光强度部分中的每一个具有比所述第二光强度分布中的其余部分高的光强度。
7.根据权利要求6所述的装置，其中
令r是所述照明光学系统的光瞳区域的半径，则所述调整器调整所述照明光学系统，使得在所述照明光学系统的光瞳区域中形成的光强度分布中包括的所述至少两个第二高光强度部分中的每一个的中心位置的σ值不多于r/3。
8.根据权利要求6所述的装置，其中
所述照明光学系统的光瞳区域中的所述至少两个高光强度部分的光量与在所述照明光学系统的光瞳区域中形成的整个光强度分布的光量的比率不低于50％。
9.根据权利要求2所述的装置，其中
通过将在所述投影光学系统的光瞳区域中形成的光强度分布中包括的所述至少两个高光强度部分中的每一个在所述周期方向上的宽度转换成σ值而获得的值不大于0.3。
10.根据权利要求2所述的装置，其中
令P是所述周期图案在所述周期方向上的间距、λ是曝光光的波长、并且NA是所述投影光学系统的数值孔径，则如果满足P>(3/4)×(λ/NA)，那么所述照明光学系统允许所述多个衍射光束在所述投影光学系统的光瞳区域中形成包括所述至少两个高光强度部分的光强度分布。
11.根据权利要求1所述的装置，其中
所述控制器控制所述基板的曝光，使得在所述基板的表面的法线方向相对于所述投影光学系统的光轴方向倾斜的状态下执行所述基板的扫描曝光。
12.根据权利要求11所述的装置，其中
在所述扫描曝光中，曝光所述投射区域使得所述投射区域中的任意点从第一聚焦状态到达第二聚焦状态，并且令Z1是所述第一聚焦状态下的所述任意点与所述第二聚焦状态下的所述任意点之间的所述光轴方向上的距离、P是所述周期图案在所述周期方向上的间距、并且λ是曝光光的波长，则满足Z1＝λ/[(1–λ2/P2/4)1/2-(1–9×λ2/P2/4)1/2]。
13.根据权利要求1所述的装置，其中
所述控制器控制所述基板的曝光，使得所述投射区域在第一聚焦状态和第二聚焦状态中的每一个聚焦状态下被曝光。
14.根据权利要求13所述的装置，其中
令Z2是所述第一聚焦状态下所述投影光学系统的光轴方向上所述基板的位置与所述第二聚焦状态下所述光轴方向上所述基板的位置之间的距离、P是所述周期图案在所述周期方向上的间距、并且λ是曝光光的波长，则满足Z2＝λ/[(1–λ2/P2/4)1/2-(1–9×λ2/P2/4)1/2]/2。
15.根据权利要求1所述的装置，其中
曝光光的中心波长在两个波长之间连续地改变，并且
如果所述两个波长是λ0-Δλ/2和λ0+Δλ/2并且令C是所述投影光学系统的轴向色差的值、P是所述周期图案在所述周期方向上的间距，那么满足Δλ＝λ0/[(1–λ02/P2/4)1/2-(1–9×λ02/P2/4)1/2]/C。
16.根据权利要求1所述的装置，其中
令C是所述投影光学系统的轴向色差的值、P是所述周期图案在所述周期方向上的间距、Δλ是曝光光的半峰全宽、并且λ0是曝光光的峰值，则满足Δλ＝λ0/[(1–λ02/P2/4)1/2-(1–9×λ02/P2/4)1/2]/C。
17.根据权利要求1所述的装置，其中
使用具有两个波长的曝光光束，所述两个波长的中心波长彼此不同，并且
如果所述两个波长是λ0-Δλ/2和λ0+Δλ/2并且令C是所述投影光学系统的轴向色差的值、P是所述周期图案在所述周期方向上的间距，那么满足Δλ＝λ0/[(1–λ02/P2/4)1/2-(1–9×λ02/P2/4)1/2]/2/C。
18.根据权利要求1所述的装置，其中
所述控制器执行驱动所述基板的操作和改变曝光光的波长的操作，使得所述基板的投射区域中的每个点在不少于两个聚焦状态下被曝光。
19.根据权利要求18所述的装置，其中
驱动所述基板的操作包括连续地改变所述基板的位置的操作。
20.根据权利要求1所述的装置，其中
所述控制器执行在将所述投影光学系统的光轴方向上所述基板的位置设置为第一位置并且将曝光光的波长设置为第一波长的同时曝光所述投射区域的操作、以及在将所述投影光学系统的光轴方向上所述基板的位置设置为第二位置并且将曝光光的波长设置为第二波长的同时曝光所述投射区域的操作，使得所述投射区域中的每个点在不少于两个聚焦状态下被曝光，所述第二位置与所述第一位置不同，所述第二波长与所述第一波长不同。
21.一种曝光装置，所述曝光装置包括照明光学系统和投影光学系统，所述照明光学系统被配置为照明原版，所述投影光学系统被配置为在基板上形成所述原版的图像，其中
在所述照明光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，所述光强度分布包括至少两个高光强度部分，所述至少两个高光强度部分相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述照明光学系统的光轴正交的线线对称地布置，每个高光强度部分具有比其余部分高的光强度，并且
令r是所述光瞳区域的半径，则所述高光强度部分的中心位置位于距所述光瞳区域的原点不多于r/3的范围内。
22.一种使用照明光学系统和投影光学系统曝光基板的曝光方法，所述照明光学系统被配置为照明包括周期图案的原版，所述投影光学系统被配置为在所述基板上形成所述原版的图像，所述方法包括
使来自所述照明光学系统的光斜入射在所述原版上，使得由多个衍射光束在所述投影光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，所述光强度分布相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述周期图案的周期方向正交的直线线对称，所述多个衍射光束包括来自所述周期图案的不低于2阶的衍射光，并且
控制所述基板的曝光，使得所述基板的投射区域中的每个点在不少于两个聚焦状态下被曝光。
23.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括在基板中形成凹槽并且在所述凹槽中形成像素分离部分，其中
形成所述凹槽包括通过多个衍射光束在不少于两个聚焦状态下曝光半导体基板的投射区域中的每个点，所述多个衍射光束包括来自原版中提供的周期图案的不低于2阶的衍射光并且经过投影光学系统的光瞳区域，并且
在所述投影光学系统的光瞳区域中形成光强度分布，所述光强度分布包括至少两个高光强度部分，所述至少两个高光强度部分相对于经过所述光瞳区域的原点并且与所述周期图案的周期方向正交的直线线对称地布置，每个高光强度部分具有比其余部分高的光强度。
24.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括在基板中形成凹槽并且在所述凹槽中形成像素分离部分，其中
在基板中形成凹槽包括根据根据权利要求22所述的曝光方法曝光所述基板的操作。
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