专利名称：用于无掩模光刻的聚焦斑点优化的制作方法
技术领域：
在产生聚焦斑点的可控图案的系统中，例如用于无掩模光刻的投影系统中，本发 明涉及聚焦斑点的优化。
背景技术：
空间光调制器连同所谓的“无掩模”光刻(maskless lithographic)系统的适应 投影系统取代传统光刻系统的刻线，以用来在光敏基板上成像图案，该图案不受刻线的物 理边界或具体图案的限制。与在刻线内成像静态图案不同，无掩模光刻系统成像聚焦斑点 的动态图案，动态图案可在平移跨过光敏基板的同时独立地在开、关状态之间切换。空间光调制器包括元件阵列，这些元件可被独立地寻址以充当控制光的空间分布 的光开关。相关联的投影系统将由每个元件调整的光聚焦成聚焦斑点图案，该图案被中继 (或直接成像)在光敏基板上。典型地，投影系统在微透镜阵列的相应微透镜上形成各可独 立寻址元件中的每一个的放大图像，并且微透镜阵列的各个微透镜汇聚来自各个可寻址元 件并通过聚焦斑点的光。尽管聚焦和放大功能两者都能导致聚焦斑点分隔开，然而聚焦斑点的图案包括多 行聚焦斑点并取向在相对于基板的平移方向成一微小夹角，以使连续行的聚焦斑点用来有 选择地照射基板上的任何期望点。图案印刷在基板上所具有的分辨率关联于聚焦斑点的大 小和形状以及光在聚焦斑点内的径向分布。
发明内容
在其聚焦斑点图案化系统的优选实施例中，本发明用来优化在第一次形成斑点的 位置和将斑点成像在光敏基板上的位置之间的聚焦斑点。斑点可通过在中继透镜光瞳中施 加的多种变迹或调相技术来统一优化，该中继透镜用来将聚焦斑点的图案成像在光敏基板 上。聚焦斑点的成像图案内聚焦斑点的一些差分优化可通过偏离中继器的光瞳施加的相似 变迹或调相技术来实现。优化技术可用来校正斑点的总体形状或重分布斑点中的能量以实 现例如锐化斑点边界的目的。斑点的优化也可通过用散焦减小斑点变化而提高斑点的聚焦 深度。本发明作为聚焦斑点图案化系统的一种表现包括照射图案发生器的可寻址元件 的发光器。成像器将图案发生器的可寻址元件成像在相应聚焦元件上，该相应聚焦元件形 成可由图案发生器控制的图案中的聚焦斑点。中继器将聚焦斑点的图案的图像中继到光敏 基板上，每个聚焦斑点包含某一范围的空间频率。在中继器光瞳附近的频率调制器统一地 调制聚焦斑点的选定空间频率。
频率调制器可以是围绕中继器光轴非对称地衰减某些空间频率上的光的变迹器， 以径向地平衡中继器光瞳内的空间频率分布或至少减小光在中继器光瞳内的某一范围的 空间频率上的非对称光分布。非对称衰减也可用来改变聚焦斑点的形状。或者，变迹器可 被配置成围绕中继器的光轴对称地衰减特定空间频率上的光以减小聚焦斑点的大小、聚焦 深度或成像在基板上的聚焦斑点的旁瓣。频率调制器也可以是位于中继器光瞳附近的相位片，用来延迟聚焦斑点特定空间 频率的相位。相位片可配置成(a)围绕中继器光轴非对称地延迟特定空间频率的相位以 整形成像在基板上的聚焦斑点；或(b)围绕中继器光轴对称地延迟特定空间频率的相位以 减小成像在基板上的聚焦斑点的旁瓣或散焦的变化。另外，作为衰减器或相位片的频率调 制器可偏离沿中继器光轴的中继器光瞳，以相对于成像在基板上的聚焦斑点图案的另一部 分，不成比例地调制成像在基板上的聚焦斑点图案的一部分的聚焦斑点。本发明的另一表现是一种重构可控的聚焦斑点图案内的聚焦斑点的方法。用发光 器照射图案发生器的可独立寻址元件。将图案发生器的可寻址元件成像在相应聚焦元件 上，以形成图案可由图案发生器控制的聚焦斑点。各自包含某一范围空间频率的聚焦斑点 的图案通过中继透镜中继通过共同光瞳并在像平面处落在基板上。聚焦斑点的选定空间频 率在共同光瞳中统一调制，以使基板上像平面处的聚焦斑点的图像包含光的经重构的角度 分布。例如，特定空间频率可围绕中继器的光轴非对称地衰减，以径向地平衡中继器光 瞳内的空间频率分布或以其它方式减小中继器光瞳内的空间频率的非对称分布。特定空间 频率可围绕中继器光轴对称地衰减，以减小成像在基板像平面上的聚焦斑点的旁瓣。除此 之外或作为替代，特定空间频率可围绕中继器光轴非对称地作相位延迟以对成像在基板像 平面上的聚焦斑点整形，或对称地作相位延迟以减小成像在基板像平面上的聚焦斑点的旁 瓣或散焦变化。用于衰减或延迟特定空间频率的相位的频率调制器可偏离于中继器光瞳， 以相对于成像在基板像平面上的聚焦斑点图案的另一部分，不成比例地调制成像在基板像 平面上的聚焦斑点图案的一部分的聚焦斑点。可确定成像斑点在基板像平面处被拉长的取 向，并可衰减中继器光瞳内的正交取向中的空间频率以将成像斑点整形成拉长程度较小的 形状。附图简述
图1是包含中继器内的变迹器以优化成像在基板上的聚焦斑点的无掩模光刻系 统的示意图。图2A是示出在中继孔径光阑内的空间频率非对称分布的中继器光瞳放大图。图2B是起因于非对称空间频率分布的中继器像平面内的聚焦斑点的类似放大 图。图3A是示出配置成非对称地衰减中继孔径光阑内的空间频率不平衡的变迹器的 中继器光瞳放大图。图;3B是起因于经校正空间频率分布的中继器像平面内的经整形聚焦斑点的类似 放大图。图4A是示出对称地衰减中继孔径光阑内的特定空间频率的又一改型变迹器的中 继器光瞳放大图。
图4B是起因于经对称校正的空间频率分布的中继器像平面内的又一经整形聚焦 斑点的类似放大图。图5是示出变迹器与中继孔径光阑偏离以差动地影响聚焦斑点间能量分布的中 继器分离图。图6是用来延迟围绕光轴排布的特定空间频率的相位的相位片的横截面侧视图。图7是以图6的相位片提供的球面像差形式绘出波阵面形状修改的曲线图。图8是来自物平面上单个点在像平面上的强度分布的曲线图，比较了与图6的相 位片类似的相位片在正、负球面像差之间的效果。图9是来自像平面下的一聚焦深度的同一点的强度分布的相似曲线图。
具体实施例方式作为活动斑点阵列投影系统的一个例子的微型光刻投影系统10根据本发明适配 成投影成形良好的斑点的图案。包括可独立寻址元件16的图案发生器14从发光器12接 收均勻光，将光的各离散部分要么弓I导至投影仪18要么引导至光束收集器20，这取决于元 件16的可寻址状态。投影仪18的成像器22将图案发生器14的可寻址元件16成像在微透镜阵列M 的相应微透镜沈上。为成像器22选择足够的数值孔径(例如.08或更高)以在微透镜沈 上精确地再现可寻址元件16的放大图像，而在相邻微透镜沈上没有显著的串扰或重叠。视 场光阑观围绕微透镜沈的入射孔径以阻挡从可寻址元件16边缘散射的光。中继器30将 微透镜沈的焦点32作为聚焦斑点34的图案成像在光敏基板38的表面36上。台40相对 于聚焦斑点34的图案沿一个或多个正交轴相对平移光敏基板38。尽管未示出，投影仪18 优选地可以沿投影仪18的光轴42相对于台40平移，以将聚焦斑点34调整至基板表面36 上的目标位置(即将中继器的像平面定位在基板表面36上)。优选为一种空间光调制器的图案发生器14可采取多种形式，以基于包括相移、衍 射、偏振调制、遮光或定向反射的数种不同机制来调制透射或反射。描述为可编程镜阵列， 图案发生器14优选为由德州仪器公司(Texaslnstruments Incorporated)出售的作为 “ DLP ”技术的一类数字微镜器件。发光器12包括(a)射出扩散光束52的扩散光源50 ； (b)进一步成形光束52的轮 廓仪(profiler) M ； (c)用于整合光束52中的光的均勻器56 ；以及(d)将光束52的整合 光传至图案发生器14的组合器58。扩散光源50优选地包括光发射器簇，该光发射器簇排 成纵横比与图案发生器14的纵横比匹配的阵列。例如，多个激光二极管(未示出)能耦合 于一组多模光纤(未示出)，这组多模光纤具有捆扎成所需阵列的光发射端。替代地，单个 光源或光源的其它组合可用来将光注入发光器12。轮廓仪M可包括散射器62，该散射器 62与在发光器孔径光阑44的面积上将光耦合入均勻器56的聚光透镜63相协作。均勻器 56优选为由两个蝇眼阵列64、65组装而成的成像型均质器。微型光刻系统的优选发光器的 附加细节披露在2008年5月30日的共同转让的题为“Illumination System for Sizing Focused Spots of a Patterning Systemfor Maskless Lithography (用于石角定无掩模平 板印刷的图案化系统的聚焦斑点的尺寸的发光系统)，，的美国专利申请61/130，363中，该 文献通过引用包含于此。
发光器12在图案发生器14处的数值孔径小于成像器22在图案发生器14处的数 值孔径。发光器孔径光阑44共轭于(a)成像器22的孔径光阑46，(b)微透镜阵列M的 焦点32以及(c)基板表面36上的聚焦斑点34。如此，发光器孔径光阑44以小于成像器孔 径光阑46尺寸的尺寸成像在成像器孔径光阑46中。发光器12以称为可寻址元件16的部 分相干参数ο的孔径比(发光孔径直径与成像器孔径直径之比)未充满成像器22的孔径 光阑46。尽管发光器12未充满成像器孔径光阑46，然而光因图案发生器14的可寻址元件 16的不规则性和周缘边界而进入成像器孔径光阑46的剩余部分。例如，数字微镜器件的微 镜包括反射表面，这些反射表面包含从平坦的偏离和边缘形式的边界。从平坦的偏离容易 分接光的局部反射分布以使其包括更高的反射角，并且光通过较高范围的角从边缘衍射。 通过较高的反射角和衍射角进入成像器22的光填充成像器孔径光阑46中本来由发光器孔 径光阑44的图像填充的区域之外的区域。微透镜阵列M的焦平面内的空间滤波器66消除了高空间频率以及不适当地通过 焦点32汇聚的杂散光。空间滤波器66可形成为孔阵列。中继器30将空间滤波器66的输 出成像在基板表面36上，该输出包括聚焦斑点的图案。在表现为中继器30光瞳的中继器30孔径光阑68处或附近，变迹器70优选地以 变迹器形式可变地调制中继器孔径光阑68内的光。对聚焦斑点34的形成有贡献的空间频 率沿径向排序在孔径光阑68内，其较低空间频率靠近光轴42而较高空间频率接近孔径光 阑68的周缘72。需要较宽范围的空间频率以将聚焦斑点34再现成较小尺寸。可独立寻址元件16 的不规则性或投影仪18中任何位置的异常可能使横跨孔径光阑68的不同方向上的空间频 率间的光分布不平衡，从而导致畸形的聚焦斑点。对聚焦斑点的锐度有贡献的空间频率径 向分布也可能因投影仪18的各种不规则性或异常而受到破坏。例如，图2A和2B示出中继器孔径光阑68内的空间频率的不均勻分布对基板表面 36处的像平面76内的聚焦斑点形成的影响。如图2A所示，光以椭圆图案分布在中继孔径 光阑68中，这意味着跨过孔径光阑68的任意X轴方向相比跨过孔径光阑68的正交Y轴方 向可获得更宽范围的空间频率以形成聚焦斑点74。如图2B所示，跨过孔径光阑68的X轴 方向的较宽范围空间频率有助于沿像平面76的相应X轴方向形成较窄的聚焦斑点74。相 反，跨过孔径光阑68沿Y轴方向的较窄范围空间频率有助于沿像平面76的相应Y轴方向 形成较宽的聚焦斑点74。总的来说，聚焦斑点34或74优选地在维度上更加对称(例如圆)，以将沿不同正 交方向具有更均一分辨率的图案投影到基板38的表面36上。优选形式的本发明用来调制 经过孔径光阑68直至像平面76的光，以平衡在光轴42周围不同方向上的空间频率范围。尽管可使用振幅调制或相位调制，然而图3A示出变迹器80，它具有用于使沿横跨 孔径光阑68的X轴方向的扩展范围的空间频率衰减的衰减图案82。所得到的聚焦斑点84 沿X轴方向对应地放大以匹配沿其Y轴方向的基本不受影响的尺寸。尽管经调制的斑点84 占据比聚焦斑点74更大的总面积，然而斑点84的形状更接近所需的圆形。所需的校正量可通过模拟或凭经验测量而确定。例如，斑点形状可从传统透镜设 计软件预测得，或从基板38的光敏表面36中产生的静态图像或以此为目的的另一配置测
除了产生对称形状，斑点34的能量分布也优选地产生斑点的陡峭边界，以使斑点 能在基板38的光敏表面36中形成清晰限定的图像。然而，从聚焦斑点74、84的图案中还 可以清楚看出，起因于不同空间频率间光分布的径向强度变化。例如，随着聚焦斑点74、84 接近受衍射限制的尺寸，衍射环或“旁瓣”容易形成聚焦斑点74、84的近边界86、88，这降低 了斑点74或84能在基板38的光敏表面36中形成清晰限定的图像的锐度。如图4A和4B所示，作为变迹器80的改型的替代变迹器90可配置成包括环形衰 减图案92，该环形衰减图案92包括一个或多个衰减环从而以基本径向对称的方式衰减特 定空间频率。去除的空间频率减小了斑点94中的能量分布的环形或旁瓣，如若不然便会伴 随全范围的空间频率。如此，经修改的聚焦斑点94具有更为陡峭的边界96，用来将光能聚 集在聚焦斑点的期望尺寸内。可施加类似的对称变迹图案以使光能更均勻地分布在聚焦斑 点94内。对中继器孔径光阑68中的空间频率分布的对称和非对称修改可如图4A的变迹 器90所示那样单独或结合地作出。尽管变迹器80、90旨在衰减出现在中继器孔径光阑68中的各对称或非对称方向 中的选定空间频率，以共同整形聚焦斑点；34、84和94，然而变迹器80、90可沿光轴42的一 个方向或沿光轴42的另一方向偏离中继孔径光阑68，从而差动地影响像平面76的不同部 分内的聚焦斑点34。对像平面76上的不同位置的聚焦斑点34的差动影响可通过光线跟 踪来表示。变化的衰减图案和从孔径光阑68偏离的组合可以在传统透镜设计软件中进行 测试，例如加利福尼亚的帕萨迪纳的光学研究协会(Optical Research Associates)的代 码V;来自亚利桑那州的图森的聚焦软件(Focus Software)的ZEMAX光学设计代码；或来 自马萨诸塞州的利特尔顿的Lambda研究公司(Lambda Research Corporation)的OSLO光 学设计软件。一般来说变迹器70、特别是变迹器80或90的建议偏移也能在聚焦斑点34之间产 生预期或非预期的强度变化。可修改发光器12以补偿或补充聚焦斑点34间的强度变化， 例如通过将场滤波器(未示出)定位在与均勻器56的输出共轭的平面内。作为使用变迹器调制传播通过中继器孔径光阑68的光波振幅的代替，也可通过 使用相位片调制传播通过中继器孔径光阑68的光波的相位来获得聚焦斑点内的光的斑点 形状和分布的类似效果。例如，如图6所示位于中继器30光瞳内的相位片100可通过减少 旁瓣或延长斑点；34的聚焦深度来改进斑点34的形成。相位片100包括相比其它径向区而 言更多地延迟沿光瞳一些径向区中的光传播的非球形表面102。该相位延迟也称光程差(OPD)。图7绘制出通过相位片100施加在意欲会聚的光 瞳内的波阵面上以形成每个聚焦斑点34的光程差104。光程差104施加旋转对称的三阶球 面像差，并能使用泽尔尼克(Zernike)多项式的旋转对称项数学表述如下OPD = Zsph3 (6r4-6r2+l) -Zsph3其中坐标“r”是从光瞳中心的0延伸至光瞳周缘处的1的径向度量，而Zsph3是从 三阶泽尔尼克项扣除的泽尔尼克系数，用来在光瞳中心处将光程差(OPD)设置0。相位片100的非球面102的旋转对称轮廓直接涉及遍及光瞳的目标光程差(OPD)。 与半径坐标“!·”处的平面表面的偏差“d”表示如下
权利要求
1.一种活动斑点阵列投影系统，包括发光器，用于照射图案发生器的可寻址元件；成像器，用于将图案发生器的可寻址元件成像在相应聚焦元件上，所述相应聚焦元件 形成可由图案发生器控制的图案中的聚焦斑点；中继器，用于将聚焦斑点的图案的图像中继到光敏基板上，每个聚焦斑点包含一范围 的空间频率；以及在中继器光瞳附近的频率调制器，用于统一调制聚焦斑点的选定空间频率。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述频率调制器是用于衰减聚焦斑点的特 定空间频率的变迹器。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述变迹器围绕中继器光轴非对称地衰减 特定空间频率，以径向地平衡中继器光瞳内的空间频率分布。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述变迹器围绕中继器光轴非对称地衰减 特定空间频率，以减小中继器光瞳内空间频率的非对称分布。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述变迹器围绕中继器光轴对称地衰减特 定空间频率，以减小成像在所述基板上的聚焦斑点的旁瓣。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述频率调制器是位于中继器光瞳附近的 相位片，用以延迟聚焦斑点的特定空间频率的相位。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述相位片围绕中继器光轴非对称地延迟 特定空间频率的相位，以将成像在基板上的聚焦斑点整形。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述相位片围绕中继器光轴对称地延迟特 定空间频率的相位，以减小成像在所述基板上的聚焦斑点的旁瓣或散焦的变化。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述频率调制器沿中继器光轴从中继器光 瞳偏离，以相对于成像在基板上的聚焦斑点图案的另一部分，不成比例地调制成像在基板 上的聚焦斑点图案的一部分中的聚焦斑点。
10.一种改型聚焦斑点的可控图案内的聚焦斑点的方法，包括以下步骤用发光器照射图案发生器的可独立寻址元件；将图案发生器的可寻址元件成像在相应聚焦元件上，以在由图案发生器控制的图案中 形成聚焦斑点；中继通过共同光瞳并落在基板像平面上的聚焦斑点的图案，每个聚焦斑点包含一范围 的空间频率；以及统一调制在共同光瞳中的聚焦斑点的选定空间频率，以使基板像平面上的聚焦斑点的 图像包含光的经重构的角度分布。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述统一调制的步骤包括围绕中继器光 轴非对称地衰减特定空间频率，以径向平衡中继器光瞳内的空间频率分布。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述统一调制的步骤包括围绕中继器光 轴非对称地衰减特定空间频率，以限制中继器光瞳内空间频率的非对称分布。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述统一调制的步骤包括围绕中继器光 轴对称地衰减特定空间频率，以减少成像在所述基板像平面上的聚焦斑点的旁瓣。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述统一调制的步骤包括围绕中继器光轴非对称地延迟特定空间频率的相位，以对成像在所述基板像平面上的聚焦斑点进行整 形。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述统一调制的步骤包括围绕中继器光 轴对称地延迟特定空间频率的相位，以减少成像在所述基板像平面上的聚焦斑点的旁瓣或 散焦变化。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包括以下步骤使频率调制器偏离中继器 光瞳，以相对于成像在基板像平面上的聚焦斑点图案的另一部分，不成比例地调制成像在 基板像平面上的聚焦斑点图案的一部分中的聚焦斑点。
17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包括以下步骤确定成像斑点在基板像平 面上拉长的方向，并且所述统一调制的步骤包括在中继器光瞳内的正交方向调制空间频率 以使成像斑点重构成拉长较小的形状。
18.在一种产生聚焦斑点的可控阵列以将图案成像在光敏基板上的无掩模微型光刻投 影系统中，改进点包括位于投影透镜的中继器内的频率调制器，所述中继器将聚焦斑点阵列的图像中继至光 敏基板上；以及所述频率调制器配置成统一调制出现在中继器光瞳内的选定位置中的聚焦斑点的选 定空间频率。
19.如权利要求18所述的投影系统，其特征在于，所述频率调制器围绕中继器光轴非 对称地调制选定空间频率，以统一地校正成像在光敏基板上的聚焦斑点的形状。
20.如权利要求18所述的投影系统，其特征在于，所述频率调制器围绕中继器光轴对 称地调制选定空间频率，以统一地重分布聚焦斑点内的光。
21.如权利要求18所述的投影系统，其特征在于，所述频率调制器偏离中继器的孔径 光阑，以差动地调制聚焦斑点阵列的聚焦斑点间的空间频率。
22.如权利要求18所述的投影系统，其特征在于，所述频率调制器被配置成变迹器，用 于围绕中继器光轴非对称地衰减特定空间频率。
23.如权利要求18所述的投影系统，其特征在于，所述频率调制器被配置成相位片，用 于围绕中继器光轴非对称地延迟特定空间频率的相位。
全文摘要
在投影系统的中继器(30)中优化诸如无掩模光刻投影系统的活动斑点阵列投影系统(18)的聚焦斑点(32)。频率调制器(70)位于中继器光瞳(68)附近，以重构聚焦斑点(32)并同时将聚焦斑点(32)成像在光敏基板(36)。
文档编号G03F7/20GK102132215SQ200980134104
公开日2011年7月20日 申请日期2009年7月21日 优先权日2008年7月31日
发明者P·F·米开罗斯基 申请人:康宁股份有限公司