专利名称：投射曝光方法、投射曝光设备、激光辐射源以及用于激光辐射源的带宽窄化模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投射曝光方法，用于利用布置在投射物镜的物面的区域中的掩模的图案的至少一个像，曝光布置在投射物镜的像面的区域中的辐射敏感基底，并涉及一种适合执行该方法的投射曝光设备以及一种用于激光辐射源的带宽窄化模块。
背景技术：
现在，微光刻投射曝光方法是用于制造半导体元件以及其它精细结构器件的主导方法。在此情况下，使用承载了要被成像的结构的图案的掩模(掩模母版)，例如半导体元件的层的线图案。掩模被定位到投射曝光设备中，在照明系统与投射物镜之间，在投射物镜的物面的区域中，并利用照明系统提供的照明辐射照射掩模。被掩模和图案改变的辐射作为投射辐射穿过投射物镜，其将掩模的图案成像到要被曝光的基底上，基底通常承载辐射敏感层(光致抗蚀剂)。目前用于深紫外范围或极深紫外范围(DUV或VUV)的高分辨率微光刻的投射曝光设备通常使用激光作为初级光源。特别地，具有约248nm工作波长的KrF准分子激光器或者具有约193nm工作波长的ArF准分子激光器是常用的。F2激光器被用于157nm的工作波长，ArJf分子激光器可以用于U6nm。初级激光辐射源发射由激光构成的激光束，其被所连接的照明系统接收并被重新成形，以便产生引导到掩模的照明辐射。在此情况中，照明辐射以及投射辐射的频谱特性(即它们依赖于波长λ或角频率ω的特性)基本由初次激光辐射的频谱特性确定。在光刻工艺的设计中，掩模母版上的结构的线宽被适配为，在借助于投射物镜使用假定已知的照明成像之后，期望的结构尺寸被曝光在光敏层中。在此情况下，重要的是， 掩模的相同结构被相同地成像在光致抗蚀剂中而与基底上的位置无关。否则，在半导体元件的情况中，可能发生导致降价的速度损失，或者在最坏情形，甚至发生功能损失。因此，半导体制造中的一个关键变量是工艺所导致的临界结构(CD)的厚度变化，其也被表示为“临界尺寸的变化”或“CD变化”。因此，所成像的相同结构在场上的均勻宽度(所谓的CD均勻性)构成光刻工艺的基本质量标准。光致抗蚀剂中结构的宽度的一个决定因素是那里所累积的辐射能量。通常近似假定在特定累积量的辐射能量之上曝光光致抗蚀剂，而不在该量之下曝光。辐射能量的量的限值也被表示为“抗蚀剂阈值”。在此情况下，决定性的是基底上的某一位置处在总曝光时间期间积分的辐射强度。在光致抗蚀剂中的特定位置处累积的辐射能量的量值取决于许多影响变量，特别是依赖于光学像差，尤其是色差、曝光辐射的偏振态以及杂散光和双反射的影响。如果激光被用作初级光源，则当使用至少部分相干辐射时由于自干涉而引起的所谓斑纹(speckle)的影响可能被增加为CD变化的另一潜在来源。这是，所谓随时间变化的斑纹(动态斑纹、时变斑纹)是最关键的，它们由时间上的强度波动而引起，时间上的强度波动是由于如下事实引起使用了其相干时间不比激光脉冲的持续时间短很多的光源。相比较地，典型非相干光源的相干时间非常短，以致于在该情况下随时间变化的斑纹不是个问题。当为微光刻投射曝光设备选择合适的激光辐射源时，应当考虑许多影响因素。特别地，在具有大像场的高分辨率投射物镜的情况中，色差非常复杂。如果投射物镜的色差未被完全校正，则具有不同波长的辐射在投射物镜的像场中对于各个波长，产生不同的聚焦位置。为了避免所产生的不利后果，通常设法使用非常窄带的激光辐射源。传统的准分子激光器因此包含带宽窄化模块，其将几百pm的激光自然发射频谱窄化若干数量级，例如， 窄化至小于Ipm的带宽。因此，在色差方面大带宽是不利的。相对地，在动态斑纹的产生方面大带宽是相当有利的，这是因为表示为斑纹的不期望的干涉现象是由于该光的时间相干性。因为光越不相干，激光辐射中包含越不相同的波长，所以对于避免斑纹，大带宽是有利的。因此，合适带宽的选择总是低色差要求与少斑纹之间的取舍。最佳带宽的设置是技术问题，其必须在设计各个投射曝光设备时根据可获得的数据来决定，例如，针对投射物镜的色差校正。专利申请US 2006/01463IOAl和US 2008/022592IAl分别公开了投射曝光方法和
投射曝光设备，其中所使用的激光辐射源的频谱强度分布可以被设置或改变。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投射曝光方法和被设计来用于执行所述方法的投射曝光设备，其利用激光器作为初级光源而工作，并且被设计为与传统系统和方法相比，降低了随时间变化的斑纹对成像的影响，而没有同时增加色差对成像的影响。此外，本发明提供适合于执行该投射曝光方法的激光辐射源以及用于激光辐射源的带宽窄化模块。通过包括权利要求1的特征的投射曝光方法、通过包括权利要求6的特征的投射曝光设备、以及通过包括权利要求11的特征的激光辐射源和包括权利要求14的特征的带宽窄化模块实现此目的。从属权利要求中描述了有利发展。通过引用将所有权利要求的措词合并到说明的内容中。已经认识到通过合适地设置激光线的频谱形状，即通过设置初级激光辐射源发射的激光辐射的频谱强度分布，可以以有目标的方式影响激光辐射源对色差的影响与激光辐射源对动态斑纹的产生的影响之间的平衡。激光线的合适频谱形状的设置构成此前在设计光刻设备和工艺中未考虑的自由度。所使用的激光线的频谱强度分布对光刻工艺具有两个相反的影响宽激光线增加色差，而窄激光线可能产生长相干时间，并因此产生严重的动态斑纹。此外，在激光路线图中，基本上仅色差是驱动因素。因此，已付出了大量的精力来开发具有最窄可能的带宽的激光辐射源。现在已经认识到动态斑纹也必须被大大降低，以便以仅可接受的低CD变化获得原始真实的读取，从而这两个影响都必须被考虑。如上所指出的，本发明的方案描述了可以如何通过选用激光线的频谱形状来最小化动态斑纹，而在该过程中不恶化色差。这可以被如下理解。令Ι(ω)为激光线的频谱形状。为了表达简单，下文中使用角频率ω代替波长λ。基于以
权利要求
1. 一种投射曝光方法，用于利用布置在投射物镜的物面的区域中的掩模的图案的至少一个像，曝光布置在所述投射物镜的像面的区域中的辐射敏感基底，包括产生具有依赖于角频率ω的频谱强度分布I (ω)的激光辐射，其中所述激光辐射能够由像差参数α和相干时间τ表征，所述像差参数α依据 J/(a>) 2rf<y
2.如权利要求1所述的投射曝光方法，其中所述频谱强度分布被设置为使得对于所述线形参数α τ2，条件α τ2 <0.1适用。
3.如权利要求1或2所述的投射曝光方法，其中，所述频谱强度分布I(ω)对应于具有半高全宽ο的高斯曲线，其中，对于所述高斯曲线，α = σ2/2和τ=1/(ν^σ)适用。
4.如权利要求1或2所述的投射曝光方法，其中所述频谱强度分布I(ω)具有抛物线形。
5.如权利要求1或2所述的投射曝光方法，其中所述频谱强度分布的最大值位于紫外范围中，其波长小于260nm，尤其为193nm。
6.一种投射曝光设备，用于利用布置在投射物镜的物面的区域中的掩模的图案的至少一个像，曝光布置在所述投射物镜的像面的区域中的辐射敏感基底，包括初级激光辐射源，用于发射激光辐射；照明系统，用于接收所述激光辐射并用于产生引导到所述掩模上的照明辐射； 投射物镜，用于在所述投射物镜的像面的区域中产生所述图案的像； 其中，所述激光辐射源被设计用于产生具有依赖于角频率ω的频谱强度分布I (ω)的激光辐射，其中所述激光辐射能够由像差参数α和相干时间τ表征，所述像差参数α依据
7.如权利要求6所述的投射曝光设备，其中所述频谱强度分布被设置为使得对于所述线形参数α τ2，条件α τ2 <0.1适用。
8.如权利要求6或7所述的投射曝光设备，其中，所述频谱强度分布I(ω)对应于具有半高全宽ο的高斯曲线，其中，对于所述高斯曲线，
9.如权利要求6或7所述的投射曝光设备，其中所述频谱强度分布I(ω)具有抛物线形。
10.如权利要求6至9中的任一项所述的投射曝光设备，其中所述频谱强度分布的最大值位于深紫外范围中，其波长小于^K)nm，尤其为193nm。
11.一种激光辐射源，用于产生具有依赖于角频率ω的频谱强度分布I (ω)的激光辐射，以在如权利要求1至10中的任一项所述的投射曝光设备中使用，其中所述激光辐射能够由像差参数α和相干时间τ表征，所述像差参数α依据
12.如权利要求11所述的激光辐射源，其特征在于权利要求7至10中的至少一项的特征部分的特征。
13.如权利要求11或12所述的激光辐射源，其特征在于包括带宽窄化模块，所述带宽窄化模块包括反射光栅，该反射光栅用于所述激光辐射源的谐振器的激光辐射的波长选择性反射，使得所述激光辐射的频谱强度分布基本由所述反射光栅的反射谱确定，其中所述反射光栅的高度分布被确定为，产生具有线形参数α τ2的频谱强度分布I (ω)，对于所述线形参数α τ2，条件α τ2彡0.3适用。
14.一种用于如权利要求11至13中的任一项所述的激光辐射源的带宽窄化模块，包括反射光栅，该反射光栅用于所述激光辐射源的谐振器的激光辐射的波长选择性反射，使得所述激光辐射的频谱强度分布基本由所述反射光栅的反射谱确定，其特征在于，所述反射光栅的高度分布被确定为使得对于所述激光辐射，产生依赖于角频率ω的频谱强度分布 I (ω)，其中所述激光辐射能够由像差参数α和相干时间τ表征，所述像差参数α依据
15.如权利要求14所述的带宽窄化模块，其中所述反射光栅的高度分布被设计为使得所述频谱强度分布I (ω)基本对应于具有半高全宽σ的高斯曲线，其中，对于所述高斯曲线，α = σ2/2 和τ=1/(ν ^σ)适用。
16.如权利要求14所述的带宽窄化模块，其中所述反射光栅的高度分布被设计为使得所述频谱强度分布I (ω)基本具有抛物线形。
全文摘要
对于一投射照明方法，该方法利用在投射物镜的面区域中的掩模图案的至少一个像，照明布置在投射物镜的屏幕区域中的辐射敏感基底，使用具有依赖于角频率ω的频谱强度分布I(ω)的激光辐射。激光辐射能够由根据(I)的像差参数α和根据(II)的相干时间τ表征。将激光辐射引入到照明系统中，用于产生引导到掩模上的照明辐射，并且借助于投射物镜将所述图案成像到基底上。将所述频谱强度分布设置为使得对于线形参数ατ2，适用条件ατ2≤0.3。结果，与传统方法相比，可以降低随时间变化的斑纹对成像的影响，而不增大色差对成像的影响。
文档编号H01S3/225GK102317868SQ201080008062
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月4日 优先权日2009年2月17日
发明者迈克尔.帕特拉 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司