传达方向选择性光衰减的设备和方法与流程

本发明总体上涉及一种用于光刻工艺的精细光控制。更具体地，本发明涉及一种用于制造方向选择性光衰减器的设备和方法及其方向选择性光衰减器。关于向光掩模传达方向选择性光衰减描述了本发明的实施例。

背景技术：

随着光刻技术的发展，基板的光致抗蚀剂层上写入的图案的特征变得越来越小。

所用的辐照的波长以及缩小光学系统从照明的掩模捕捉足够衍射级的能力(受所用的光学透镜的数值孔径影响)限制在光刻工艺中将小的细节的清楚且精细的图案投射到晶片上的能力。

临界尺寸(cd)相对于它们的期望值的变化，即，所制造的晶片上的特征尺寸的变化，可能损害工艺窗口和产量。

引入了各种技术以克服cd的变化。例如，优化引导至光掩模上的辐照的曝光剂量，以使产生在晶片上的图案的不同部分的期望cd与实际cd之间更好地匹配。

处理cd变化的另一种方式涉及在光掩模基板内的在具有可变的光学密度的图案部分上方的特定位置中植入遮蔽元件。

技术实现要素：

根据一些实施例，提供了一种向光掩模传达方向选择性光衰减的方法。方法可以包含对不同入射方向的光线分配不同衰减等级。方法还可以包括计算遮蔽元件阵列，以取决于光线的入射方向，用分配的不同衰减等级来衰减光线。方法还可以包括在光掩模的基板内雕刻遮蔽元件阵列。

在一些实施例中，不同入射方向可以包括不同方位角方向。

在一些实施例中，不同入射方向可以包括不同入射角。

在本发明的一些实施例中，遮蔽元件阵列可以设计为对不同方向的入射光线呈现不同散射截面。

在本发明的一些实施例中，遮蔽元件阵列的一个或多个特性在遮蔽元件阵列上局部地变化。

在一些实施例中，遮蔽元件阵列的一个或多个特性可以选自由以下特性组成的组：像素尺寸、形状、像素取向、阵列的像素密度以及阵列中的遮蔽元件的布置。在本说明书的语境中，“像素”通常是指一种遮蔽元件阵列的元件。

根据一些实施例，遮蔽元件阵列可以包含至少两个移位的实质上平行的遮蔽元件的二维队形。

在一些实施例中，至少两个移位的实质上平行的遮蔽元件的二维队形可以包含三个遮蔽元件的二维队形。

在一些实施例中，三个遮蔽元件的二维队形可以包含两个外部的遮蔽元件的二维队形和外部队形之间的第三遮蔽元件的二维队形，并且两个外部队形可以实质上对齐，而第三队形可以相对于两个外部队形移位。

根据本发明的一些实施例，至少两个移位的实质上平行的遮蔽元件的二维队形可以相对于彼此移位。

在一些实施例中，二维队形的遮蔽元件可以为实质上非对称的。

在一些实施例中，遮蔽元件阵列的遮蔽元件中的一些或全部可以设置为距基板上的图案化涂层40至100微米内。

根据本发明的一些实施例，提供了一种向光掩模传达方向选择性光衰减的设备。所述设备可以包含激光源；光束传递系统和聚焦光学系统；以及控制单元，其配置为使用激光源、光束传递系统以及聚焦光学系统在光掩模的基板内雕刻遮蔽元件阵列，其中遮蔽元件阵列配置为取决于光线的入射方向，以不同衰减等级来衰减光线。

在一些实施例中，提供了光掩模，光掩模包含基板内具有遮蔽元件阵列的透明基板，其中元件中的每一个可以配置为取决于光线的入射方向，以不同衰减等级来选择性地衰减光线。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且理解其实际应用，提供了下面的附图并在后文中引用。应当注意的是，附图仅作为示例给出，而不以任何方式限制本发明的范围。相同部件由相同附图标记指代。

图1图示了根据本发明的一些实施例的用于传播穿过图案化的光掩模的光的选择性衰减的方法。

图2图示了光掩模的晶片曝光场上的cd变化。

图3a图示了使用遮蔽元件来衰减穿过光掩模的基板的光(现有技术)。

图3b图示了根据本发明的一些实施例的光掩模的基板，其具有用于穿过光掩模的光的方向选择性衰减的遮蔽元件阵列。

图3c图示了根据本发明的另一些实施例的光掩模的基板，其具有用于穿过光掩模的光的方向选择性衰减的遮蔽元件阵列。

图3d图示了根据本发明的一些实施例的引导至方向选择性光衰减器上的光束的光瞳面，具体地指代四个光束，它们具有相同的入射角但相对于遮蔽元件阵列来自不同方向。

图3e图示了根据本发明的另一些实施例的光掩模的基板，其具有用于穿过光掩模的不同方位角方向和入射角的光线的方向选择性衰减的遮蔽元件阵列307。

图3f图示了根据本发明的一些实施例的引导至方向选择性光衰减器上的光束340的光瞳面，用于不同方位角方向和入射角的光线。

图3g图示了根据本发明的一些实施例的具有遮蔽元件阵列的光掩模，其中遮蔽元件阵列的一部分设置为在吸收体区域之上较接近于吸收体，其中图案的一部分密集地填有精细的细节。

图4a图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列的周期性二维布置的俯视图。

图4b图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列的非周期性二维布置的俯视图。

图4c图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列的非周期性二维布置的俯视图，其为图4b的阵列的相同布置但被旋转(90度)。

图4d图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列的非周期性二维布置的俯视图，其具有两个正交取向的成形的像素。

图4e图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列的非周期性二维布置的俯视图，其具有不同取向的成形的像素。

图4f图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列的非周期性二维布置的俯视图，其具有不同形状、尺寸和/或取向的成形的像素。

图5图示了根据本发明的一些实施例的用于制造方向选择性光衰减器的系统。

图6图示了根据本发明的一些实施例的由光掩模内的遮蔽元件遮蔽的“溢出(spilover)”效应。

图7图示了根据本发明的一些实施例的遮蔽元件阵列的不同部分对吸收体上的特定位置处的光衰减的贡献。

图8图示了根据本发明的一些实施例的衰减函数ai(p)和卷积(convolution)的简单几何类比。

图9图示了根据本发明的一些实施例的具有给定目标、光瞳分布、写入密度地图和产生的遮蔽的两个光瞳选择器。

图10图示了根据本发明的一些实施例的用于光瞳光线的散射示意图的示例。

图11图示了根据本发明的一些实施例的具有给定目标、光瞳分布、写入密度地图和产生的遮蔽的两个光瞳选择器，其中期望其具有圆形遮蔽。

应当理解，为了图示的简单和清晰，附图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚，可能相对于其他元件夸大了元件中的一些的尺寸。此外，在认为适当的情况下，在图中可能重复了附图标记，以指代对应的或类似的元件。

具体实施方式

在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以提供对本方法和设备的彻底理解。然而，本领域技术人员将明白，能够在没有这些具体细节的情况下实践本方法和设备。在其他情况下，未详细描述已知的方法、程序以及部件，以免使本方法和设备模糊。

尽管本文所公开和讨论的示例不以此受限制，如本文中使用的术语“多个”可以包含，例如，“多个”或“两个或更多个”。说明书通篇可能使用了术语“多个”来描述两个或更多个部件、装置、元件、单元、参数等等。除非明确说明，本文所描述的方法示例不限于特定的顺序或次序。此外，所描述的方法示例或其元件中的一些可在相同的时间点发生或执行。

尽管在后文中主要关于光掩模中的光衰减描述了本发明的实施例，应当注意，本发明可以有其他应用，其与光掩模无关。因此，本发明不应理解为仅与光掩模相关或限制为光掩模。

集成电路(ic)制造中使用的光掩模(有时也称为“掩模母版(reticle)”)由沉积在石英或熔融石英(fusedsilica)板上的铬层构成，随后将其图案化以用作光刻工艺中的“负片(negative)”，类似于传统摄影中的印刷工艺。

在光刻工艺中，紫外(uv)光穿过光掩模的铬层上雕刻的图案，并且在硅树脂(silicone)晶片顶部上的光致抗蚀剂层内形成图像。在一些情况下，将相移光掩模上的图案雕刻在铬氧化物(cr2o3)、铬氮化物(crn)或钼硅化物(mosi)层上。

附加的层，如保护层、抗反射层或嵌入的相移层(比如mosi)，有时可能伴随着铬层。

相似于ic的附加的应用是用于数据存储的硬盘驱动器中的薄膜磁读/写头的光刻工艺。

前沿ic工艺需要亚微米分辨率，典型地具有从掩模物体到硅树脂(silicone)晶片上的印刷图像的1∶4的光学缩倍(缩小)因子。

这样的亚微米工艺要求晶片上印刷的特征的临界尺寸(cd)均匀而具有严格的规格。

然而，半导体工业中已知的是，光刻工艺易于产生cd变化，其常常超出规格和要求。

cd变化并非全部为光掩模上的图案化自身的均匀性所固有的。实际上，cd变化的很大部分可能归因于外部因素，比如，例如光刻工艺中使用的光学机构(set-up)。存在cd变化的各种来源，其中一些为透镜像差、光掩模上的非均匀图案化、照明设计，光致抗蚀剂涂层和显影、蚀刻工艺及其他。

cd变化的彻底研究已经表明，在大多数情况下，变化分割为曝光场的特定区域。曝光场等同于掩模在晶片上的一个投射，因此单个晶片含有相同掩模的许多曝光场。好的统计模型可以指定每个区域的cd偏差的百分比数。

可以通过利用以下事实来改善cd变化：光致抗蚀剂的活化阈值随着曝光剂量的对数以不变的斜率线性变化。

如果变化为在特定值之上百分之几，uv辐照剂量的减小将改变cd值，比如印刷的线宽度(或接触孔直径)，并且使其更接近所需的值。

对光掩模在其背侧上施加剂量减小图案的一种可能的方式是通过在掩模的背侧表面上图案化沟槽或孔。

然而，这样的方法限制在其动态范围中，工艺缓慢，且设备成本高。

存在用于cd控制的其他方法，其通常用于半导体工业，如聚焦/曝光(剂量)工艺窗口优化，其确定晶片上的平均cd。然而，这样的方法通常不适用于在晶片上的曝光场内或曝光场上控制cd变化(内场cd变化)。

用于cd控制的其他方法包含，例如，dosicom(沿扫描仪狭缝运动的剂量控制)和unicom(交叉于狭缝的剂量控制)。这样的方法不允许剂量控制的高空间分辨率，且能够用于可以分解为沿着狭缝方向和交叉于狭缝方向的cd变化部分的校正。

之前证实的是，可以在光掩模的基板内与cd变化大于预定目标值的晶片曝光场的区域相关的区域中提供激光雕刻的遮蔽元件，可以局部地衰减辐射剂量，从而在晶片曝光场的适当区域中补偿cd变化。

遮蔽元件形成光掩模基板的相关区域上的校正图案，并且包含像素阵列，每个阵列在区域中的一个上延伸。为了多种目的，像素阵列为二维的，指定的校正地点处在单个层中形成。如例如关于后文中本发明的各种实施例所描述的，“遮蔽元件”在本说明书的语境中可以指代形成遮蔽元件阵列的阵列元件的一个像素或像素组。

通常，光掩模包含不同cd分布的特征(后文中的cd特征)。因此，当施加在晶片的曝光场上均匀地提供到各位置的构成辐射衰减的cd校正(cdc)时，由于不同cd变化分布，对cdc的性能有不可避免的折衷。

过去曾提议提供具有预定的像素尺寸、预定的横向尺寸、像素密度，层数和产生的遮蔽等级的遮蔽元件阵列，以补偿光掩模的曝光场上的cd变化。

本发明的一些实施例针对选择性地衰减具有不同方位角方向但相同入射角的光线。

本发明的其他实施例针对选择性地衰减具有不同入射角的光线。

图1图示了根据本发明的一些实施例的用于向光掩模传达方向选择性光衰减的方法100。方法100可以包含对不同入射方向的光线分配102不同衰减等级。方法100还可以包括计算104遮蔽元件阵列，以取决于光线的入射方向，用所分配的不同衰减等级来衰减光线。方法100还可以包括在光掩模的基板内雕刻106遮蔽元件阵列。

“入射方向的光线”在本说明书的语境中总体上是指具有相对于光掩模的光线引导到其上的面对表面的不同入射方向的光线。“光”总体上是指关于光掩模所用的任何电磁辐照。

根据本发明的一些实施例，在计算遮蔽元件阵列中，可以考虑各种像素和遮蔽元件阵列设计，其中一些在后文中描述。

“计算”在本发明的语境中是指通过计算，且尤其是自动化计算(比如使用处理单元)，确定与遮蔽元件阵列相关的各种特性和性质，例如遮蔽元件阵列的遮蔽元件的形状、尺寸、取向、遮蔽元件中的每一个的位置、遮蔽元件阵列的形状、尺寸、覆盖、取向以及位置，等等。

图2示出了光掩模的晶片曝光场上的cd变化。光掩模200包含基板202和包含雕刻图案206的涂层204。图案的临界特征变化，并且因此，当光220(比如，紫外(uv)光)辐照在光掩模200上时，从光掩模出现的产生的光图案包含光峰的变化，一些光峰210窄，其他光峰212稍宽，而一些其他的光峰214宽得多，并非如不存在cd变化而呈现均匀宽度。

图3a图示了使用遮蔽元件来衰减穿过光掩模的基板的光(现有技术)。由完全或部分透明(对于指定光学特性的光，比如，指定波长)材料制成的基板202包含遮蔽元件301的阵列305。为了简洁未示出图案化涂层，但其应典型地位于基板的底部处。根据本发明的一些实施例，遮蔽元件301为基板内写入的像素，写入是通过例如聚焦在每个像素的指定位置的激光光束(比如，飞秒激光光束)，造成该位置处的损伤，损伤产生基板在该像素的指定位置处的折射率和透明度的改变。此图中所示的像素的形状以泪滴状拉长，但实际上是某种更复杂的形状。图中所示的仅为遮蔽元件的单个行，但典型地，遮蔽元件阵列布置为遮蔽元件301的二维队形，限定行和列的周期性结构。在一些其他的实施例中，例如，遮蔽元件阵列布置为遮蔽元件的二维队形，限定非周期性伪随机结构或空间无谱(spatialspectrumfree)结构。

遮蔽元件(像素)可以设计用于cdc目的或其他目的。例如，典型地，用于cdc的遮蔽元件通过相对低能量的聚焦的激光光束制造，且为轴对称的。这样的遮蔽元件的长度与宽度比之间的纵横比典型地是小的。因此，这样的遮蔽元件将在给定的光衰减等级引起像素的指定位置处的基板材料的最小化的膨胀。

在本发明的其他实施例中，当在用于记录/覆盖控制(registration/overlaycontrol)的基板中植入像素时，典型地使用比生成用于光掩模的遮蔽元件的能量更高的能量的激光光束来生成这样的像素。它们的形状典型地比用于cdc的像素更长，它们的纵横比更大，并且它们在其嵌入的基板中导致基板体积膨胀。膨胀(在一些情况下是压紧)是由光辐照这些像素引起的基板形态改变的结果。此外，可以成形产生的激光光束，以获得特定形状的像素，以实现非对称的膨胀。

光束310(比如，uv光)在总方向(由箭头指示)上辐照到光掩模的基板202上。处理进入的光束以仅允许所选入射方向的光线到达光掩模，例如，光线302和304，其共面且具有相对于基板202的不同方位角方向(如光线302和304的箭头所指示)，但具有对遮蔽元件阵列的横向尺寸相同的入射角306(相对于垂线(虚线，也称为表面法线或法线)来测量)。存在照明控制的各种已知方式。通常在微光刻中，期望高等级的场均匀度，且光瞳照明的分布受控制。简单的方式是使用衰减掩模，其阻挡共轭光瞳平面中的不期望方向上的全部光线，但这导致光的大量损耗，且因此降低扫描仪吞吐量。替代的方式是一种衍射光学元件(doe)，其将来自光源的一束光线分为所期望的特定方向的多个光线。

显而易见的是，垂直于遮蔽元件阵列的横向尺寸的光线(此图中未示出)中的大部分不与遮蔽元件相互作用，或几乎不受遮蔽元件影响，因此造成可忽略的衰减或无衰减。另一方面，具有关于遮蔽元件阵列的垂线的入射角的光线(例如，光线302和304)，受遮蔽元件影响，导致这些光线的衰减。

图3b示出了根据本发明的一些实施例的光掩模的基板，其具有用于穿过光掩模的光的方向选择性衰减的遮蔽元件阵列307。

在此图所示的示例中，遮蔽元件阵列307包含实质上对称的遮蔽元件(像素)的两个移位的二维队形301和303，其对称性是关于每个遮蔽元件的纵轴。图中所示仅为每个遮蔽元件的队形的单个行，但遮蔽元件阵列的每个队形典型地布置为遮蔽元件301的二维布置。在本说明书的语境中，“移位的”是指一个遮蔽元件的二维队形的遮蔽元件相对于其他二维队形的遮蔽元件稍微偏移。“稍微”是指偏移小于同一队形中的两个相邻遮蔽元件之间的距离。移位实际上取决于希望得到较少遮蔽的光线的角度。在现代扫描仪中，晶片处的最大照明角度由na晶片＝sin(角度)＝1.35给出，其中“na”为数值孔径，且“角度”为照明角度。在掩模级，其为四分之一，且na掩模＝na晶片/4＝0.34。在玻璃中，na玻璃＝na掩模/r＝0.22(其中r为熔融石英在工作波长的折射率1.5。这是最大角度，但通常照明角度稍小，比如对于典型的偶极照明为0.2。因此在此情况下，与对应的像素的角度需为sin(角度)＝0.2→角度为0.2×180/3.141592＝11°)。在本发明的实施例中，在每个队形的行中遮蔽元件以等距(即呈现不变的相(phase))分隔的情况下，移位小于该相。

辐照到基板202上的光310中的垂直于遮蔽元件阵列的横向尺寸的大部分光线，不与遮蔽元件相互作用，或几乎不受遮蔽元件影响，这产生可忽略的衰减或无衰减。另一方面，具有关于遮蔽元件阵列的垂线的入射角的光线(例如，光线302和304)受遮蔽元件影响，导致这些光线的衰减。然而，与如图3a中所示的情况相反，遮蔽元件阵列307的布置导致对光线302和304的不同效应。

光线302和光线304实质上相互共面，且还与阵列307的遮蔽元件301和303的两个行实质上共面。

由于非对称布置，光线304比光线302受影响程度小。光线304被遮蔽元件队形301的单个遮蔽元件散射，而光线302被两个遮蔽元件散射——遮蔽元件队形301的单个遮蔽元件和遮蔽元件队形303的单个遮蔽元件。这使得光线302比光线304衰减得更多。从而获得了光的方向选择性衰减，其中特定方向和入射角的光线比与这些光线共面的其他光线衰减得更多，且与形成遮蔽元件阵列的遮蔽元件队形中的每一个的遮蔽元件的行共面。

图3c图示了根据本发明的另一些实施例的光掩模的基板，其具有用于穿过光掩模的光的方向选择性衰减的遮蔽元件阵列307。在此，遮蔽元件阵列319包含三个遮蔽元件队形301、303以及309，其中队形301和309实质上水平地对准，而队形303包含相对于队形301和309的像素的对应位置偏移的像素对的行。由于遮蔽元件的对称布置引起相似散射效应(在穿过的不同方向上)且因此产生相同衰减，此布置使得相互共面且还与遮蔽元件阵列的对应的行共面的光线302和304相似地衰减。

图3d图示了根据本发明的一些实施例的引导到方向选择性光衰减器上的光束310的光瞳面，具体地指代具有相同的入射角但相对于遮蔽元件阵列来自方位角不同方向的四个光束。

光束310中的光线(比如a、b、c、d)具有相对于遮蔽元件阵列相同的入射角但来自不同方向。光线a和b分别对应于光线304和302(参见图3a、图3b以及图3c)，其相互共面且还与遮蔽元件队形301的遮蔽元件的行共面(参见图3a)，或与基板中的遮蔽元件阵列的队形301、303以及309的遮蔽元件的行共面(参见图3b和图3d)。光线c和d也相互共面，但不与基板中的遮蔽元件阵列的遮蔽元件队形301的(或队形301、303以及309的)遮蔽元件的行共面。

如图3a、图3b以及图3c所示，遮蔽元件阵列的每个布置的衰减效应为如下：

图3a的遮蔽元件阵列对全部光线a、b、c和d将具有相同效应(未在图上示出，参见图3d)，因为遮蔽元件阵列的在阵列上的散射截面对于具有相同入射角但来自不同入射方向的全部光线相同。

图3b的遮蔽元件阵列将对光线a、c以及d具有相同效应(无衰减或可忽略的衰减)，但将不同地影响光线b，将其衰减到比光线a、c以及d的等级更低的等级。这是因为遮蔽元件阵列在阵列上的散射截面比其散射光线a、c以及d更多地选择性地散射(并且从而衰减)光线b。

图3c的遮蔽元件阵列将对光线c和d具有相同效应(无衰减或可忽略衰减)，但将不同地影响光线a和b，将这些光线衰减到比光线c和d的等级更低的等级。这是因为遮蔽元件阵列在阵列上的散射截面比其散射光线c和d更多地选择性地散射(且从而衰减)光线a和b。

有时，光掩模上辐照的光必须包含不同入射角的光线。这种情况是，例如，当规划包含不同周期的细节(比如，线的系列，线的每个系列在线之间具有不同间隔距离)的光掩模的辐照时。

图3e图示了根据本发明的另一些实施例的光掩模的基板，其具有用于穿过光掩模的不同方位角方向和不同入射角的光线的方向选择性衰减的遮蔽元件阵列307。处理光束340使得仅允许光线400、402、404以及406到达光掩模。此处，遮蔽元件阵列317包含三个遮蔽元件队形303和309，其中队形303包含像素对的行，其相对于队形309的像素的对应位置偏移。由于遮蔽元件的对称布置(在穿过的不同方向上)引起相似的散射效应和因此相同的衰减，此布置使得相互共面其还与遮蔽元件阵列的对应行共面的光线400和404被相似地衰减。光线402和406尽管与光线400和404共面，但具有与光线400和404不同的方位角方向和入射角。光线400和404更加受遮蔽元件阵列317的影响，且经历更大的衰减。

图3f图示了根据本发明的一些实施例的引导到方向选择性光衰减器上的光束340的光瞳面，用于不同方位角方向和入射角的光线，具体地指示四个光线-两对光线a-b和a’-b’，每对具有相同入射角，但来自相对于遮蔽元件阵列不同的方位角方向。此外，一对光线a-b的方位角入射角与另一对光线a’-b’的入射角不同。

遮蔽元件阵列317的效应为将光线a和b衰减至某强度等级，且将光线a’(对应于图3e的光线404)和b’(对应于图3e的光线400)进一步衰减到更低的强度等级。

通过将遮蔽元件阵列设计为对不同方向的入射光线呈现选择性散射截面(比如，阵列的一个或多个遮蔽元件队形中的遮蔽对应元件的对称的或非对称的布置)，对于与遮蔽队形的一个或多个对应行或遮蔽元件的队形共面的光线，可以实现遮蔽元件阵列的大量(substantial)衰减效应。

根据本发明的一些实施例，例如，通过使用成形的写入光束，可以将遮蔽元件制造为各种形状。在一些实施例中，像素可以具有轴对称性。在其他实施例中，像素可以不具有轴对称性。像素可以具有拉长的尺寸，其取向在xy平面(在光掩模上)或空间(三维)中的一个或多个方向上。可以通过改变写入光束形状来控制像素的取向。

在一些实施例中，遮蔽元件的一个或多个特性可以局部地变化。

通过选择遮蔽元件阵列的一个或多个特性——像素尺寸、形状、像素取向、阵列的像素密度以及阵列中的遮蔽元件的布置，可以选择性地控制来自不同方位角方向的光的衰减。

遮蔽元件阵列的所选特性的组合(比如具有不同像素形状的三维像素布置)可以提供更多的自由度，并且对于入射光的不同方位角方向允许获得较高的衰减对比度。在大多数情况下，由激光光束写入的遮蔽元件不吸收光。光在具有改变的折射率的区域上被散射。当提到遮蔽元件衰减光线，指的是此光线中传播的光的量变小。在一些情况下，由入射光的散射产生的次极(secondary)光线也到达像平面，从而参与产生的图像形成，且因此应被优选地考虑。遮蔽控制的另一方面源自于掩模基板内部的遮蔽元件的位置。由相同遮蔽元件遮蔽的来自不同方位角方向的光线有效地照明不同的图案位置。与此同时，这些位置中的一个处的衰减也可能是其他遮蔽元件的遮蔽的结果。在受影响的遮蔽的缓慢空间变化的情况下，这可以忽略。在其他情况下，必须解决确定遮蔽元件分布的问题，遮蔽元件分布在图案等级处产生所需遮蔽。

图4a图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列500的周期性二维布置的俯视图。在本说明书的语境中，“俯视图”是指从引导到光掩模的基板中且到雕刻的图案上的入射光的总方向上看的视图。当使用单个层遮蔽元件阵列时，因为在此示例中像素502的拉长的形状，获得取决于光的入射光束相对于遮蔽元件阵列的方向的选择性衰减。与阵列的像素的纵轴(像素的较长方向)共面的入射光线比引导到与像素的纵轴不共面的其他方向上的光线经历较大衰减。后者情况下，与垂直于像素的纵轴的平面共面的光线经历最小衰减。总衰减分布也总体上是周期性的，对应于遮蔽元件阵列的周期布置。

图4b图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列501的非周期性二维布置的俯视图。此处，像素502的预定的位置确定阵列的遮蔽分布。此布置中的像素的衰减的选择性由每个像素的形状确定。

图4c图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列503的非周期性二维布置的俯视图，其为与图4b的阵列相同的布置但被旋转(90度)。阵列503的像素504相对于阵列501的像素502(图4b)旋转90度。旋转布置使得该阵列的方向选择性衰减的分布也相对于图4b的阵列的衰减分布旋转。

图4d图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列505的非周期性二维布置的俯视图，其具有两个正交取向的成形像素502和504。在此布置中，受垂直取向的像素502影响的方向选择性衰减与受水平取向的像素504影响的方向选择性衰减不同。与阵列的像素502的垂直纵轴共面的入射光线经历比引导到不与像素502的垂直轴共面的其他方向上的光线更大的衰减，而与阵列的像素504的水平纵轴共面的入射光线经历比引导到不与像素502的水平轴共面的其他方向上的光线更大的衰减。

图4e图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列507的非周期性二维布置的俯视图，所述遮蔽元件阵列507具有不同取向的成形像素502和504。在此布置中，方向选择性衰减受垂直取向的像素502、水平取向的像素504以及对角取向的像素506的不同影响。

图4f图示了根据本发明的一些实施例的用于遮蔽元件阵列509的非周期性二维布置的俯视图，遮蔽元件阵列509具有不同形状、尺寸和/或取向的成形像素502和504。以上文解释的方式，方向选择性衰减受垂直取向的像素502、水平取向的像素504以及对角取向的像素506的不同影响。还包含圆形像素510，以在遮蔽元件阵列内的这些圆形像素的位置处提供局部非选择性衰减。像素504a和506a对应于像素504和506，但其尺寸上不同。像素的尺寸越大，其越影响光的衰减(和散射)。

给出图4a-图4f中所示的像素形状和阵列布置仅作为示例。根据本发明的一些实施例，可以选择像素的形状和遮蔽元件的布置以及阵列的其他特性，以符合所期望的方向选择性衰减分布。像素和阵列特性可以包含例如，像素尺寸、形状、阵列中的像素密度、一维、二维或三维中的像素的取向和阵列的取向以及阵列的像素的具体布置。

出于多种目的，可以将遮蔽元件阵列定位为约在基板的中心。典型地，在许多情况下，遮蔽元件可以定位为距吸收体(图案化的涂层)大约2500-3500微米(比如，3175微米，其为光掩模的典型厚度的一般)。此布置意味着遮蔽元件阵列的每个遮蔽元件遮蔽吸收体的不同位置。当吸收体上的图案的细节缓慢变化(低空间分辨率)时，这是可接受的且适于其目的。然而，当需要较高的空间分辨率时，建议将遮蔽元件设置为较接近吸收体，以减小每个遮蔽元件的空间覆盖。例如，在一些情况下，遮蔽元件阵列的遮蔽元件中的一些或全部可以定位在距吸收体几十微米(比如，40-100微米)内。这在图3g中示出，其图示了具有遮蔽元件阵列330的光掩模。在吸收体中图案的一部分密集地填有精细的细节处的区域204a之上，遮蔽元件阵列330的部分330a定位为较接近吸收体204。在本发明的其他实施例中，当吸收体上的图案包含精细细节时，可以将整个遮蔽元件阵列定位为较接近吸收体。

现参考图5，其图示了根据本发明的一些实施例的用于制造方向选择性光衰减器的系统。可以将基板7(在此示例中，光掩模)设置在可移动xyz台9上的托架上。

系统可以包含激光源，例如超短脉冲飞秒激光器1，其中中央计算机化控制单元21可以控制光源的脉冲的定时。

可以通过谐波发生器2将激光脉冲的基本频率乘到较高次谐波(higherharmonic)，其还可以伴有用于控制输出能量的可变衰减器3。

将衰减的激光光束引导到光束传递系统中，光束传递系统可以包含光束成形仪和扫描仪，例如检流扫描仪(galvo-scanner)或压电致动器型扫描仪或声光偏转器5，其通过中央计算机化控制单元21与激光脉冲定时同步且与三轴移动台9同步。

随后，根据本发明的一些实施例，通过聚焦光学系统(比如主物镜6)将光束聚焦到光掩模7的基板中，以在基板内写入具有方向选择性衰减性质的遮蔽元件阵列。

相同的物镜6可以用于原位机器视觉(in-situmachinevision)系统，其充当具有高放大倍数的显微镜。此显微镜可以用于测量像素尺寸和形状以及监测基板内部的激光击穿过程(breakdownprocess)。其还可以用来相对于基板内的指定位置精确定位遮蔽元件。

光源13经由光导10和可变孔径光阑(variableaperturestop)11照明光掩模。

选择像素区域、形状和位置以匹配最终使用光掩模的光刻工艺的数值孔径和照明模式。

可以经由会聚透镜将光准直到光掩模的图案化层8上。

最终经由物镜6、分束器4以及将光引导到ccd相机19的管透镜18形成图像。

可以由连续帧抓取器20抓取图像，并且在中央计算机化控制单元21处处理图像。

uv源16和检测系统17测量和读取基板内部图案化的每个遮蔽区域的uv辐照衰减等级。

可以将具有低放大倍数的附加成像系统15(使用光源14)用于在光掩模上导航和用于确定对准标记的坐标，从而可以将含有xy对准坐标的cd变化表载入到计算机，cd变化表匹配激光图案化工艺。

根据本发明的一些实施例，后文给出了计算的示例。

通过添加入射角衰减依赖性，将局部光瞳照明控制关联到局部强度控制。这可以开放可能对于结构化照明重要的几个更多的自由度。此外，可以获得高空间分辨率控制，其由于一个光线近似(onerayapproximation)之前在cdc中是概念上不可能的。

在设计产生目标衰减的遮蔽元件阵列的问题的公式化中，后文描述了一种方式，其提供了简单计算方案。

在单个像素和像素组的衰减/散射的许多情况下，如果不是不可能，实际上也很难解析地描述，因此使用了数值矩阵描述，其可以适用于计算方法。

为了简洁，本文考虑了例如具有用于遮蔽效应的几何近似的低空间分辨率过程的cdc的简单示例以及连同散射效应的复杂光瞳衰减效应的更多综合性示例。作为目标考虑了标准6”掩模，其在193nm微光刻法中使用。

选择的遮蔽元件类似于典型regc像素的组，其尺寸为x和y上约0.8-1.2μ且在z上约3-10μ(x、y以及z为正交轴)。考虑的照明类型涉及193微光刻法中所用的标准照明。为了简单起见没有考虑偏振效应。

用于低空间分辨率的计算方法

忽略了每个遮蔽元件影响不同图案位置的照明的事实。在例如cdc过程的情况下的像素写入密度的缓慢变化的情况下，此近似成立。此假设使得计算相当简单。产生的照明效应为全部遮蔽元件的贡献的线性组合。如果考虑不同照明光线状态的n个目标，则提供具有线性不相关效应的n个不同遮蔽元件，对应于n个目标。作为示例，设想简单的四极照明(参见图3d)，且假设期望极的水平对(a、b)比极的垂直对(c、d)以1.2倍更强烈地衰减。考虑对于水平偶极(a、b)目标5％的衰减和对于垂直偶极(c、d)目标6％的衰减。换而言之，对于光线(a、b)和(c、d)有两个目标。

考虑以图3c中呈现的方式分组的写入像素。像素尺寸大于照明波长，且因此可以应用遮蔽效应的几何评估。可以说光线c和d(图3d)的衰减小于光线a和b的衰减50％。让我们称此为遮蔽元件p。

选择作为像素的互补组，将遮蔽元件p绕z轴旋转90°，则其将如衰减光线3和4两倍强烈地衰减光线2和3。让我们称其为遮蔽元件s。这造成两个遮蔽元件对目标光线提供线性不相关的效应。

假定具有密度为1的遮蔽元件p对于光线a、b引起衰减1％和对于光线c、d引起0.5％衰减。因此相同写入量的遮蔽元件s引起对于光线c、d的1％衰减和对于光线a、b的0.5％的衰减。通过求解线性方程的系统，得到遮蔽元件p的14/3写入密度和遮蔽元件s的8/3写入密度的重叠将产生对于光线a、b的5％衰减和对于光线c、d的6％衰减。

对于高空间分辨率的计算方法

在许多情况下，当所需遮蔽的目标空间变化要求比溢出更精细的分辨率时，必须考虑“溢出”效应。

考虑图6，图示了光掩模600内的遮蔽元件的遮蔽的“溢出(spilover)”效应，光掩模600由透明基板604制成，其折射率r为1.5608(比如，熔融石英，对于193nm的光)。在基板604内实质上位于中间、在与光掩模的吸收体606距离d为3175nm处提供遮蔽元件阵列602。

单个像素贡献产生跨越吸收体的图案的遮蔽——这被认为是“溢出(spilover)”s。对于晶片处的照明等级(称为数值孔径——na)na(w)＝1.35，且光掩模处的照明等级na(m)＝na(w)/4＝0.34，且其中基板内部na(g)＝na(m)/r，溢出(spilover)长度s为s＝2×na(m)×d/r，其对于上面给定的参数计算为1373nm。

接下来，考虑图7，其图示了遮蔽元件阵列702的不同部分对吸收体704上的特定位置的光衰减的贡献。

每个光瞳光线的贡献与对应的像素位置的有效衰减相乘，且加和这些贡献，如下：

其中δi(r，p)是产生的照明变化，i(p)是实际光瞳照明强度，di是i型像素的密度，ai(p)是光瞳的p光线由i型像素的衰减。在公式(1)中，p为光瞳坐标，r为图案坐标且x(r，p)由几何遮蔽限定

其中d为像素层到图案的距离。

图8图示了衰减函数ai(p)和卷积(convolution)(1)的简单几何类比。在图8所示的示例中，呈现环形照明802且遮蔽元件的系统贡献位置的遮蔽队形。光瞳面标记为804。像素坐标x(r，p)标记为806。有效衰减核心矩阵(kemelmatrix)a(p)标记为808。像素化平面(其上布置遮蔽元件阵列)标记为810。图案坐标r标记为812。图案平面标记为814。

逆问题公式化为像素密度di的定义，其给出对于给定的衰减函数ai(p)产生的照明变化。对于所需目标δit(r，p)，问题的精确解在数学上可能不存在。因此寻求给出接近于目标的结果的最优解。

可以使用不同方法找到问题(2)的解。为了简单起见，考虑用于线性优化的共轭梯度的方法。为使用计算方法，可以选择像素层处所需的空间分辨率。这将自动地限定光瞳面分辨率，因为x和y光瞳网格必须与图案等级处的x和y计算网格匹配。该匹配由上面限定的几何投射x(r，p)描述。目标δit(r，p)取为对于每个所选的光瞳光线的矩阵的集或由选择器矩阵所描述的它们的组合。光瞳函数i(p)也表现为矩阵且由光瞳照明类型限定，在此近似中，假定光瞳函数不取决于图案位置(均匀照明)。可以测量或模拟对于写入模式i的衰减分布ai，且其也表现为矩阵。此公式中，可以建立矩阵di的集，其最小化目标函数φ。

这可以通过简单示例阐述。设想仅期望控制全部光瞳光线中的光线的两个集。这些可以表现为光瞳面中的选择器矩阵(光瞳选择器a和b)。设想目标为具有对于选择器a的衰减阶梯和对于选择器b的恒定。设想提供像素遮蔽元件的一对组合，其衰减初始光瞳，从而获得两个不同的产生的光瞳分布1和2。然后通过解问题(2)可以获得最佳像素写入密度地图1和地图2，给出对于选择器a和选择器b的产生的遮蔽。

通过允许问题偏差，我们可以减轻对负写入密度的约束。图9图示了根据本发明的一些实施例的具有给定目标、光瞳分布、写入密度地图和产生的遮蔽的两个光瞳选择器。

像素密度地图1和地图2提供产生的遮蔽分布实际上与目标相同，但偏差到3％的值。

在上面的讨论中，假设了光散射的贡献可忽略，且由纯光衰减支配。在许多情况下，由于其不够精确，不能进行此假设。

如果考虑到像素不仅通过散射出投射光瞳来衰减光，还将光中的一些散射到不同光瞳方向，等式(1)需要添加积分分量

其中，再一次地，逆问题需要限定密度函数di(x)，其对于给定的光瞳强度、衰减函数ai和给定的散射函数si(p，p′)给出照明函数的与所需变化最接近的变化。

由于无法取样像素的精确形状和穿过像素体的折射率梯度，无法使用解析等式推导散射算子s(p，p′)。

图10图示了根据本发明的一些实施例的光瞳光线的散射示意图。为了示例的简单，可以假设散射算子s(p，p′)仅取决于差值(p-p′)且能够被高斯函数近似。

为展示宽谱选项，圆形作为第二目标和三倍光瞳衰减函数(threefoldpupilattenuationfunction)——参见图11。

图11图示了根据本发明的一些实施例的具有给定目标、光瞳分布、写入密度地图和产生的遮蔽的两个光瞳选择器，其中期望具有圆形遮蔽。

在偏振照明的情况下，引入依赖于偏振的衰减和散射矩阵算子。

本文公开和讨论了本发明的一些实施例。某些实施例的特征可以与其他实施例的特征组合；因此某些实施例可以为多个实施例的特征的组合。为阐述和说明的目的，已经提出了本发明前述实施例的说明。其不意图穷举或限制本发明为所公开的精确形式。本领域技术人员应认识到，鉴于以上教导，可以有许多修改、变化、替换、改变以及等同。因此，应理解的是，所附权利要求意图覆盖落入本发明的真实精神内的全部这样的修改和改变。

尽管本文已经图示和描述了本发明的某些特征，本领域普通技术人员现将想到许多修改、替换、改变以及等同。因此，应理解的是，所附权利要求意图覆盖落入本发明的真实精神内的全部这样的修改和改变。