专利名称：具有至少两个操作状态的微光刻投射曝光设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造微电子元件的、具有至少两个操作状态的微光刻投射曝光设备，以及涉及一种用于通过光刻制造微电子元件的方法。
背景技术：
引言中所提及的类型的微光刻投射曝光设备和方法被公开在例如US6，295, 119B1 和 US6, 526，118B2 中。用于制造微电子元件的微光刻投射曝光设备包括对结构承载掩模进行照明(所谓的掩模母版)的光源和照明系统以及将掩模成像到基底(晶片)上的投射光学单元，等等。所述基底包含光敏层，其在曝光时被化学地改变。这也被称为光刻步骤。在此情况下， 掩模母版被布置在物平面中，且晶片被布置在微光刻投射曝光设备的投射光学单元的像平面中。光敏层的曝光以及进一步的化学处理产生微电子元件。微光刻投射曝光设备通常被作为所谓的扫描曝光机操作。这意味着掩模母版被沿着扫描方向移动通过狭缝照明场，同时晶片被相应地在投射光学单元的像平面中移动。掩模母版和晶片的速度比对应于投射光学单元的放大率，其通常小于1。在此情况下，投射光学单元和照明系统的光学元件可以是折射或反射或衍射元件。折射、反射和衍射元件的组合也是可以的。同样可以以反射方式或透射方式实施掩模母版。特别地，当这种设备以具有小于约100nm(尤其是5nm和15nm之间)的波长的辐射操作时，其完全由反射元件构成。这种微光刻投射曝光设备具有受限的照明场以及可以被成像的受限的场。然而， 即使掩模大到既不能被完全地成像也不能被完全地照明，也可能仍期望将结构承载掩模成像到像平面中，在像平面中布置了具有光敏层的基底。如果掩模仅在一个方向可以大于被照明或成像的区域，则光刻投射曝光设备可以被作为扫描曝光机操作，从而掩模在所述方向上被移动通过狭缝照明场，同时晶片被相应地在投射光学单元的像平面中移动。这意味着至少原则上可以在所述方向上照明和成像任意尺寸的掩模。然而，如果掩模在两个方向上大于可以被成像和照明的区域，则其不能通过扫描纠正。在这种情况下，结构承载掩模被分为至少两个被单独成像或照明的部分区域。这可以有条件地与扫描处理组合。在此情况下，该至少两个部分区域的中点在与扫描方向垂直的距离处，从而该至少两个部分区域的组合大于每个单独部分区域。因此，通过与扫描方向上的移动组合，可以照明和成像相对大的结构承载掩模。然而，为了在光敏层中整体地给出掩模结构的完全像，有利的是部分区域至少部分交叠。这使得可以确保掩模中没有无意地不被成像或不被照明的区域。然而，这些交叠区域导致结构承载掩模的构造上的问题。尤其在掩模不被垂直照明的情况中，在掩模的制造中，必须考虑辐射的哪个质心方向出现在投射曝光设备中的掩模的一点上。辐射的质心方向偏离垂直照明越多，所述效应变得越糟。如果，在交叠区域的至少一个部分区域的每个点处，第一质心方向和垂直于掩模的垂直矢量之间的角度是3°或者更大，特别是6°或者更大，则必须考虑这些问题。入射辐射的质心方向被理解为入射辐射的平均方向。如果从光束锥的所有方向均勻地照明一点，则光束锥的对称轴与质心方向一致。在非均勻照明的情况下，通常形成能量加权平均，其中，每个方向用来自此方向的辐射的强度加权。则质心方向是平均能量加权方向。在掩模的制造中必须考虑质心方向，这是因为在倾斜照明期间可能发生使掩模的像畸变的阴影投影(casting)和投射效应。可能发生阴影效应，这是因为这种结构承载掩模不完全是平面的。在反射掩模的情况下，非反射区域被提高，因为在这些位置，一个或多个覆盖层已经被施加到一个或多个反射基层。因此，掩模的这种三维结构可能导致阴影效应。然而，可以在掩模的制造中考虑阴影和投射效应，从而在微光刻投射曝光设备的像平面中出现所期望的像。如果交叠区域被照明和成像两次，则这导致对第一和第二曝光的辐射的质心方向的特殊要求，以便仍然能够考虑阴影投影和投射效应。
发明内容
本发明旨在提供一种用于制造微电子元件的微光刻投射曝光设备和方法，其中满足所述特殊要求。根据本发明，通过用于制造微电子元件的微光刻投射曝光设备实现此目的，该微光刻投射曝光设备具有至少两个操作状态，包括物平面上的反射掩模。在此情况下，所述微光刻投射曝光设备被构造为使得在第一操作状态中，所述掩模的第一部分区域由第一辐射照明，所述第一辐射在所述第一部分区域的每个点处具有所分配的具有第一质心方向矢量的第一质心方向，以及在第二操作状态中，所述掩模的第二部分区域由第二辐射照明，所述第二辐射在所述第二部分区域的每个点处具有所分配的具有第二质心方向矢量的第二质心方向，其中所述第一和所述第二部分区域具有公共交叠区域。在所述交叠区域的至少一个部分区域的每个点处，归一化的第一质心方向矢量、归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于0. 05，优选地小于0. 05，特别优选地小于 0. 01。这确保由所述第一和第二质心方向矢量平均的质心方向矢量垂直于所述掩模，从而不需要考虑交叠区域中的投射和阴影效应，或者确保所述第一和第二质心方向矢量在它们的方向上没有显著区别，从而可以毫无问题地考虑投射和阴影效应，这是因为它们在两个操作状态中相同。在第一种情况中，第一和第二质心方向矢量的差积基本垂直于掩模上的归一化矢量，从而所述标量三重积小于0. 05，优选小于0. 03，特别优选小于0. 01。在第二种情况中，第一和第二质心方向矢量具有基本相同的方向，从而差积的幅度已经是小的，由此所述差积与垂直于所述掩模之间的归一化矢量之间的标量积也小于0. 05，优选小于0. 03， 特别优选由于0.01。所述投射曝光设备被如此构造，使得所述交叠区域小于所述第一部分区域并且小于所述第二部分区域，其具有以下效应第一和第二部分区域的组合分别大于第一和第二部分区域。这意味着可以照明和成像更大的结构承载掩模。
如果所述投射曝光设备被附加地构造为使得所述反射掩模在所述第一操作状态中的取向与所述掩模在所述第二操作状态中的取向相差关于与所述物平面垂直的轴的 180°的旋转，则这种投射曝光设备可以以特别简单的方式实现。因此可以使用其入瞳距物平面不过远的投射光学单元。这种投射光学单元可以利用旋转对称的反射元件实施，其比没有这种旋转对称性的投射光学单元更容易制造和测量。本发明还涉及一种用于制造微电子元件的、具有至少两个操作状态的微光刻投射曝光设备。在此情况下，所述微光刻投射曝光设备包括物平面上的反射掩模，其中，所述反射掩模在所述第一操作状态中的取向与所述掩模在所述第二操作状态中的取向相差关于与所述物平面垂直的轴的180°的旋转。这具有如下优点在所述掩模上的照明方向在两个操作状态中相差相同的旋转。由此获得的是可以补偿在反射掩模的情况中考虑倾斜照明时所发生的效应。在根据本发明的微光刻投射曝光设备中，具体地可以使用具有5nm和15nm之间的波长的辐射。其具有如下优点可以借助于这种设备成像特别小的结构。此外，本发明涉及一种用于通过光刻制造微电子元件的方法，其中物平面中的反射结构承载掩模被成像到像平面中的基底上。此方法包括以下步骤由第一辐射对所述掩模的第一部分区域进行的第一曝光，所述第一辐射在所述第一部分区域的每个点处具有第一质心方向，第一质心方向具有第一质心方向矢量；以及由第二辐射对所述掩模的第二部分区域进行的第二曝光，所述第二辐射在所述第二部分区域的每个点处具有第二质心方向，第二质心方向具有第二质心矢量，其中所述第一和所述第二部分区域具有公共交叠区域。在所述交叠区域中，在每个点处，归一化的第一质心方向矢量、归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于0. 05，优选小于0. 03，特别优选小于0.01。此方法具有可以使用容易制造的结构承载掩模等优点。这是因为以下事实由于部分区域的第一和第二曝光的质心方向矢量的特定关系，可以以简单的方式考虑投射和阴影效应。在根据本发明的方法中，可以具体地使用具有5nm和15nm之间的波长的辐射。这具有可以借助于这种辐射成像特别小的结构的优点。此外，根据本发明的方法还可以被构造为使得第一和第二曝光通过扫描处理进行，在所述扫描处理中，所述掩模在所述第一曝光期间被沿着第一扫描方向移动通过照明场，在所述第二曝光期间被沿着第二扫描方向移动通过照明场。通过此附加的扫描处理，可以照明和成像甚至更大的结构承载掩模。如果根据本发明的投射曝光设备被操作为扫描曝光机，则在相邻部分区域的曝光期间的扫描方向可以平行或反平行。平行扫描方向具有如下优点因为所述掩模在曝光期间总是被从起始位置移动到终止位置，所以所有曝光步骤是相同的，并且在回起始位置的返回路径上不发生曝光。这意味着回起始位置的返回路径不一定要满足相同的精度，所以对投射曝光设备的机械复杂性的要求较不严格。另一方面，反平行的扫描方向具有如下优点曝光也在返回路径上发生，从而可以进行更快的曝光操作。如果所述方法或投射曝光设备具有如下特征两个任意第一质心方向矢量之间或两个任意第二质心方向矢量之间的最大角度小于1°，则在交叠区域内仅存在质心方向矢量的较小变化。这具有如下优点交叠区域中的阴影和投射效应的强度也仅小程度地改变。
如果所述方法被附加地或替代地构造为使得在所述交叠区域的每个点处，第一和第二质心方向矢量之间的角度小于1°，则投射和阴影效应在第一和第二曝光期间基本相同，从而在结构承载掩模的制造期间可以以相对简单的方式补偿所述效应。在所述方法被附加构造为使得在所述交叠区域的每个点处由所述第一和所述第二质心方向矢量形成的平面与垂直于所述掩模的归一化矢量之间的角度小于1°的情况中，这提供了如下优点在该两个曝光上平均的曝光辐射的方向基本垂直于所述掩模。这确保仅很少的阴影和投射效应出现在交叠区域。具体地，所述方法还可以包括所述物平面上的结构承载掩模在所述第一和所述第二曝光之间被旋转180°。这具有如下优点由于该旋转，所述掩模上的照明方向在第一和第二曝光期间不同。由此获得的是可以补偿在反射掩模的情况下由于倾斜照明而发生的效应。
参照附图更详细地说明本发明。图1 反射构造中的投射光学单元图2 从结构承载掩模摘取的部分的正视3 在掩模母版处的光束，具有角度α和β的定义图如要被成像的弓形场的平面4b 诸如由现有技术已知的投射曝光设备的情况中的质心方向矢量的角度分布图fe 诸如由现有技术中已知的并列的部分区域图恥根据图如的实施例的情况中的质心方向矢量的角度分布，诸如由现有技术已知的图6a 根据本发明的一个实施例的并列的部分区域图6b 根据图6a的本发明的实施例的情况中的质心方向矢量的角度分布图7a 根据本发明的另一实施例的并列的部分区域图7b 根据图7a的本发明的实施例的情况中的质心方向矢量的角度分布图8 从物侧远心的投射光学单元
具体实施例方式如此选择附图标记使得图1中所示的对象已被提供了单个数字的或两个数字的标号。其它附图中所示的对象具有包含三个或更多数字的附图标记，其中最后两位数字指定该对象，位于它们之前的数字指定其中示出该对象的附图的号码。因此，多个附图中示出的相同对象的附图标记在最后两位数字上相同。例如，附图标记3和403标识图1和图4 中的对象3，在此情况下是物场。因此，一个附图标记的对象的说明可以在涉及在前附图中对应附图标记下的对象的描述中找到。图1示出了诸如由现有技术中已知的微光刻投射曝光设备的反射投射光学单元1 的图示。投射光学单元1将布置在物平面5中的物场3成像到像平面7中。还在物平面5 中的物场3的位置处布置结构承载掩模(该图中未示出)，即所谓的掩模母版。还示出了笛卡尔坐标系，该系统的X轴指入该图面。在此情况下，X-y坐标平面与物平面1 一致，Z轴垂直于物平面1并指向下。投射光学单元具有光轴9，其不穿过物场。投射光学单元1的反射镜11具有关于光轴旋转对称的光学表面。在此示例实施例中，孔径光阑13被布置在光路上的第二反射镜上。借助三个光线(物场中心处的主光线15以及两个孔径边缘光线17和 19)示出了投射光学单元1的效果。物场中心处的主光线15关于物平面的法线具有6°的角度，其与孔径光阑13的平面中的光轴相交。如从物平面5所看出的，主光线15表现为与入瞳平面21中的光轴相交。孔径光阑13的虚像(入瞳)因此位于入瞳平面21中。物场 3的中心在与光轴9相距距离R处，从而在投射光学单元的反射构造的情况下，不发生从物场行进的辐射的不期望渐晕。图2示意性地示出了结构承载掩模的一部分的正视图。该掩模包括基底225上的反射基层223以及仅施加在第一部分区域229中的吸收性覆盖层227。覆盖层227具有厚度h，通常在约IOOnm的范围中。第一部分区域227具有尺度D。第一部分区域的中心由 231标识。如果辐射接着以相对于掩模的垂直方向具有角度Y的质心方向矢量235入射在掩模上，则覆盖层227将阴影投影在反射基层上，结果第二部分区域232未被整体照明。然而，第二部分区域大于部分区域231。此外，第二部分区域的中点相对于第一部分区域的中点231被偏移。因此由于投射和阴影效应发生了非反射区域的变宽和偏移。图3示例性地示出了笛卡尔坐标系中，在掩模母版上反射之前的辐射的质心方向矢量335。为了更好地说明空间取向，该图示出了质心方向矢量335在x-z平面中的投影 337以及质心方向矢量335在y-z平面上的投影339。质心光线角度α表示投影337与ζ 轴之间的角度，质心光线角度β表示投影339与ζ轴之间的角度。可以借助于这两个角度唯一地描述归一化的质心方向矢量。如果反射之前的质心方向矢量 在所示的坐标系中由下式描述
权利要求
1.用于制造微电子元件的、具有至少两个操作状态的微光刻投射曝光设备，包括物平面(5、805)上的反射掩模，其中在第一操作状态中，所述掩模的第一部分区域(604a、7(Ma)由第一辐射照明，所述第一辐射在所述第一部分区域(604a、7(Ma)的每个点处具有所分配的具有第一质心方向矢量的第一质心方向，以及在第二操作状态中，所述掩模的第二部分区域(604b、704b)由第二辐射照明，所述第二辐射在所述第二部分区域(604b、704b)的每个点处具有所分配的具有第二质心方向矢量的第二质心方向，并且其中所述第一和所述第二部分区域(6(Ma、704a、604b、704b) 具有公共交叠区域(641、741)，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的至少一个部分区域的每个点处，归一化的第一质心方向矢量、归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于 0. 05。
2.如权利要求1所述的微光刻投射曝光设备，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的至少一个部分区域的每个点处，所述归一化的第一质心方向矢量、所述归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于0. 03。
3.如权利要求1所述的微光刻投射曝光设备，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的至少一个部分区域的每个点处，所述归一化的第一质心方向矢量、所述归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于0.01。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的微光刻投射曝光设备，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的至少一个部分区域的每个点处，所述第一质心方向与垂直于所述掩模的归一化矢量之间的角度是3°或更大。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的微光刻投射曝光设备，其特征在于所述交叠区域(641、741)小于所述第一部分区域(6(Ma、704a)并且小于所述第二部分区域(604b,704b)。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的微光刻投射曝光设备，其特征在于所述反射掩模在所述第一操作状态中的取向与所述掩模在所述第二操作状态中的取向相差关于与所述物平面( 垂直的轴的180°的旋转。
7.用于制造微电子元件的、具有至少两个操作状态的微光刻投射曝光设备，包括物平面(5)上的反射掩模，其特征在于所述反射掩模在第一操作状态中的取向与所述掩模在第二操作状态中的取向相差关于与所述物平面(5)垂直的轴的180°的旋转。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的微光刻投射曝光设备，包括用于将物场成像到像场上的投射光学单元，其特征在于所述像场具有13mm的最大尺度。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的微光刻投射曝光设备，其特征在于可以利用具有5nm和15nm之间的波长的辐射操作所述微光刻投射曝光设备。
10.用于通过光刻制造微电子元件的方法，其中物平面中的反射结构承载掩模被成像到像平面中的基底上，其中通过第一辐射在第一曝光的背景中曝光第一部分区域(604a、7(Ma)，所述第一辐射在所述第一部分区域的每个点处具有第一质心方向，所述第一质心方向具有第一质心方向矢量，以及通过第二辐射曝光在第二曝光的背景中曝光所述掩模的第二部分区域(604b、704b)， 所述第二辐射在所述第二部分区域的每个点处具有第二质心方向，所述第二质心方向具有第二质心矢量，其中所述第一和所述第二部分区域具有公共交叠区域(641、741)，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的每个点处，归一化的第一质心方向矢量、归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于0. 05。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的每个点处，所述归一化的第一质心方向矢量、所述归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于0. 03。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的每个点处，所述归一化的第一质心方向矢量、所述归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于0. 01。
13.如权利要求10-12中的任一项所述的方法，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的至少一个部分区域的每个点处，所述第一质心方向与垂直于所述掩模的归一化矢量之间的角度是3°或更大。
14.如权利要求10-13中的任一项所述的方法，其特征在于所述辐射具有5nm和15nm之间的波长。
15.如权利要求10-14中的任一项所述的方法，其特征在于第一和第二曝光通过扫描处理进行，在所述扫描处理中，所述掩模在所述第一曝光期间被沿着第一扫描方向移动通过照明场，在所述第二曝光期间被沿着第二扫描方向移动通过照明场。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于第一和第二扫描方向平行或反平行。
17.如权利要求10-16中的任一项所述的方法，其特征在于两个任意第一质心方向矢量(235、33幻之间或两个任意第二质心方向矢量(235、335) 之间的最大角度小于1°。
18.如权利要求10-16中的任一项所述的方法，其特征在于在所述交叠区域的每个点处，第一和第二质心方向矢量之间的角度小于1°。
19.如权利要求10-16中的任一项所述的方法，其特征在于在所述交叠区域(641、741)的每个点处，由所述第一和所述第二质心方向矢量形成的平面与垂直于所述掩模的归一化矢量之间的角度小于1°。
20.如权利要求10-16中的任一项或权利要求19所述的方法，其特征在于在所述第一和所述第二曝光之间，所述物平面( 上的结构承载掩模被旋转180°。
21.根据如权利要求10-20之一所述的方法制造的微电子元件。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造微电子元件的、具有至少两个操作状态的微光刻投射曝光设备。该微光刻投射曝光设备包括物平面上的反射掩模。在第一操作状态中，所述掩模的第一部分区域由第一辐射照明，所述第一辐射在所述第一部分区域的每个点处具有所分配的具有第一质心方向矢量的第一质心方向。在第二操作状态中，所述掩模的第二部分区域由第二辐射照明，所述第二辐射在所述第二部分区域的每个点处具有所分配的具有第二质心方向矢量的第二质心方向。所述第一和所述第二部分区域具有公共交叠区域。所述微光刻投射曝光设备被构造为使得在所述交叠区域的至少一个部分区域的每个点处，归一化的第一质心方向矢量、归一化的第二质心方向矢量以及与所述掩模垂直的归一化矢量的标量三重积小于0.05。
文档编号G03F7/20GK102171614SQ200980137510
公开日2011年8月31日 申请日期2009年8月22日 优先权日2008年9月29日
发明者汉斯-于尔根.曼, 温弗里德.凯泽 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司