CN1271473C - 优化至少两个光学元件成像特性的方法以及照相平版制造法 - Google Patents

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Abstract

在用来优化至少两个光学元件(9、10)的成像特性的方法中，其中为了优化光学成像相互调整光学元件(9、10)的相对位置，执行以下步骤：首先确定对于至少一个光学元件(9、10)的与偏振有关的干扰量。接着由对于至少一个可运动的光学元件所确定的干扰量和其它光学元件的干扰量计算出所述至少一个可运动的光学元件(9)的目标位置。在这个目标位置，所有光学元件(6)的由与偏振有关的和与偏振无关的干扰量合成的总量最小。最后使可运动光学元件(9)运动到目标位置。对与偏振有关的干扰量的考虑保证了成像特性精确的模型化，这是精确优化的前提条件。

Description

优化至少两个光学元件成像特性 的方法以及照相平版制造法
技术领域
本发明涉及一种优化至少两个光学元件成像特性的按权利要求1前序部分的方法，以及一种照相平版制造法。
背景技术
由EP 1 063 684 A1已知这种类型的方法。那里投影曝光设备投影物镜内的透镜的双折射分配确定为与偏振(Polarisation)有关的干扰量。这时透镜这样选择和设置在投影物镜内，从而得到一总的双折射，对于通过投影物镜的每条光路的其数值不超过一规定的极限值。这里总的双折射由所有单个测量透镜的双折射之和组成。如果透镜由于一不许可的双折射分配应该被剔除，那么这种方法是有帮助的，但是在实际上并不是始终促使，达到光学元件成像特性的规定值。
由专业论文“The development of microlithographic high-performanceoptics”，Int.J.of Optoelec.1989，545已知另一种优化方法。在优化带有由晶体材料制成的光学元件的光学系统的成像特性时，只有在这种晶体材料经过专门选择并且光学元件无应力地保持时这种方法才会产生令人满意的结果。这种措施费用高昂。
发明内容
因此本发明的一个第一目的是，这样地改进开头所述类型的优化方法，使得对于大多数实际应用场合可以大大减小由单个光学元件的成像误差合成为的总的成像误差。
按照本发明这个目的通过这样一种用来优化至少两个光学元件成像特性的方法来实现，其中为了优化光学成像相互调整光学元件的相对位置，具有以下步骤：
a)确定对于至少一个光学元件的与偏振有关的干扰量；
b)由干扰量计算至少一个可运动的光学元件的目标位置，此干扰量是对于这一个和至少一个另外的光学元件所确定的；
c)使可运动光学元件运动到目标位置；
所述方法的特征为：目标位置的计算这样进行，使得在目标位置所有光学元件的由与偏振有关和与偏振无关的干扰量合成的总干扰量最小。
按本发明的方法以以下认识为基础：
通常与偏振有关的和与偏振无关的干扰量形成总干扰量。与偏振有关的干扰量可以分成：固有的与偏振有关的干扰量，如固有的，亦即在均匀和无应力的材料中也出现的双折射；由于外部因素出现的与偏振有关的干扰量，如应力双折射；和由于内部的材料不均匀性出现的与偏振有关的干扰量，如由于晶体缺陷，特别是由于在材料内形成晶畴/块(Domne)而造成的双折射。
迄今为止用于确定光学元件成像误差的确定方法通常局限于与偏振无关的干扰量，因为假设对于常用的光学材料仅仅在例外情况下才出现偏振有关的干扰量。迄今为止考虑这种与偏振有关的干扰量，但不将其结合到目标位置的计算中。上面已经提到，这通过材料选择和专门的保持装置实现。
但是由互联网出版物“Preliminary Determination of an IntrinsicBirefringence in CaF2”J.H.Burnett，G.L.Shirley和Z.H.Levine，NISTGaithersburg MD 20899 USA(2001年5月7日发表)已知，CaF2单晶也具有非应力诱发的，亦即固有的双折射。这例如适用于沿(110)-晶格取向的射线传输。相反在沿(100)-晶格取向和(111)-晶格取向传输射线时CaF2没有固有双折射。也就是说出现的双折射与射线方向有关。它既不能通过光学元件的材料选择也不能通过其无应力的固定消除。
因为带有固有双折射的CaF2和其它晶体材料越来越多地用作特别是与紫外光源相结合的光学材料，忽略与偏振有关的干扰量导致用已知优化方法无法测出的成像误差。
与偏振有关的干扰量导致，正交偏振的光线在不同的位置进行成像。同时偏振效应可能造成各个偏振元件得到不同的成像误差。
上面提到的EP 1 063 684 A1虽然考虑了与偏振有关的干扰量，也就是双折射，但是在光学元件相互布置的优化的范围内没有注意到其它干扰量，由此(一些)可避免的误差值可能形成总的成像误差。
按照本发明在目标位置计算中既考虑与偏振有关的也考虑与偏振无关的干扰量。用这种方法光学元件在其成像特性上可以精确和充分地模型化。
根据本发明的一个实施形式，应力双折射属于与偏振有关的干扰量。这里与偏振有关的干扰量考虑光学材料中的内部应力的影响。这种内部应力也许可能在制造过程中滞留在材料内，或者由于光学元件的机械夹持(框架)而出现。考虑应力双折射即使在不具有固有应力双折射的光学元件中也改善成像特性优化的效果。
根据本发明的一个实施形式，其与偏振有关的干扰量被确定的所述至少一个光学元件由晶体材料制成，并且由应力双折射造成的干扰量的确定包括至少一个晶轴的位置的确定。在最有利的情况下，如果不存在其它与偏振有关的干扰量，那么按照上述方式确定至少一个晶轴的位置使进一步测量与偏振有关的干扰量成为多余，因为在确定晶轴位置后便可以计算固有双折射。
根据本发明的一个实施形式，所述至少一个可运动的光学元件可绕其光轴旋转。一个由于不存在与光学元件的固定装置较大的作用而可比较简单地实现的运动自由度是至少一个光学元件的这种可旋转性。
根据本发明的一个实施形式，所述至少一个可运动的光学元件可相对于其它的光学元件直线移动。这种可直线移动的光学元件的移动对至少两个光学元件的成像特性的影响可以例如借助于光学设计程序精确地预测，这使目标位置的计算更容易。
根据本发明的一个实施形式，所述可运动的光学元件可垂直于光轴移动。利用所述可移动的光学元件可以补偿特别是对中误差。
根据本发明的一个实施形式，所述可运动的光学元件可相对于光轴翻转。这种可翻转的光学元件允许例如光学元件的晶轴与包括至少两个光学元件的整个光学装置的光轴对齐。
根据本发明的一个实施形式，在夹紧的光学元件上进行与偏振有关的干扰量的确定。这样来确定与偏振有关的干扰量促使，在确定与偏振有关的干扰量时也考虑由框架引起的应力双折射的作用。这提高了优化方法的精度。
本发明另一个目的是，提供一种具有改善的光学品质的照相平版制造法。
按照本发明这个目的通过这样的一种方法实现，所述方法在利用其成像特性用按上面所述的方法优化的光学元件的情况下用于半导体构件的照相平版制造。由上面讨论的优化方法的优点得到该制造方法的优点。
在所述方法的一个实施形式中，一具有一小于200nm波长的投影曝光。在这样曝光波长时，在许多光学材料中存在与偏振有关的比例如在用可见光曝光时对光学元件的成像特性有更大的影响的干扰量。因此在用小于200nm波长曝光时，按本发明的优化方法很有效。
附图说明
下面借助于附图对本发明的一个实施例作较详细的说明；附图表示：
图1微型平版印刷术的投影曝光设备；
图2作为用于图1中的投影曝光设备的光学投影装置的透镜的初始材料的一单晶的剖面；
图3一由单晶制成的图1中的投影曝光设备的光学投影装置的由一单晶制成的光学片的固有双折射的示意图；
图4用来定义图1中的投影曝光设备的投影光束的射线的孔径角和方位角的坐标系；和
图5图3中的光学片的固有双折射随方位角的变化曲线。
具体实施方式
在图1中总体用1表示的投影曝光设备用来将一掩模(Maske)2的结构(图案)传递到一图1中未画出的晶片(Wafer)上。
为此光源3，例如波长为157nm的F2激光器产生一投影光束4。为了成形，首先穿过光学照射装置5，接着穿过掩模2。一光学投影装置6将掩模2上存在的结构(图案)形成到晶片上。
在图1中光学投影装置6分成一可绕光学投影装置6的光轴旋转的部分7和一静止不动的部分8。在实际上在光学投影装置6中常常存在多个可旋转的部分；但是为了说明限于一个可旋转部分7就足够了。
在图1中示出一双凸透镜9代表可旋转部分7的光学元件和一平面平行的光学片10代表固定不动的部分8的光学元件。此外如在图1中通过一笛卡儿坐标系20所示的那样，透镜9既可沿光学投影装置6的光轴又可垂直于光轴移动，以及如图1中通过双箭头21所示，还可相对于光学投影装置6的光轴翻转。这里双箭头21表示两个可能的并相互垂直的相对于光轴的翻转运动之一。光学投影装置6在图1中未明确示出的其它光学元件也可以具有所述的运动自由度。
为了测量本身对光学投影装置6的成像特性有影响的干扰量设有一位置敏感的传感器11。该传感器可垂直于光学投影装置6的光轴在一在图1中所示的测量位置和一未示出的偏离投影光束4射线通路的投影曝光位置之间移动(参见图1中的双箭头12)。传感器11通过一信号线13与一计算机14连接。
透镜9和光学片10由CaF2单晶体制成，它具有立方的晶体对称性。为了制造，从晶体块切割出这些光学元件9、10并进行抛光。
对于透镜9在图2中举例表示了一个这种晶体块15。该晶体块这样取向，使(100)-晶体平面16这样地垂直于附图平面，使其与图纸平面的交线形成水平分布的直线。透镜9由晶体块15这样加工出来，使其元件轴EA，即透镜9的光轴和与(100)-晶体平面垂直的(100)-晶格取向重合。
在图3中单独表示的光学片10也这样取向地由一晶体块加工出来。在那里除了(100)-晶格取向外(101)-，(110)-，(10-1)，和(1-10)-晶格取向也表示成箭头，其中在表示晶格取向时在本说明书中的负号等同于在附图中的附图标记的“上横杠”。光学片10的固有双折射通过四个“波瓣”17表示，其表面积给出对于投影光束4的一光线的相应照射方向(参见图1)的固有双折射的大小。分别在(101)-，(110)-，(10-1)-和(1-10)-晶格取向得到光学片10最大的固有双折射。
投影光束4的一光线18的照射方向通过孔径角θ和方位角α限定。在图4中表示这两个角的位置：在那里示出投影曝光设备1的笛卡儿坐标系，其Z轴与光学投影装置6的光轴重合。孔径角θ是光线18和Z轴之间的夹角。方位角α是X轴和光线18在XY-平面上的投影之间的夹角。
在下面的说明中光学元件9、10这样取向，使得(100)-晶格取向与Z轴重合，而(101)-晶格取向在XY-平面上的投影与X轴重合。
图5表示在孔径角θ＝45°时光学片10的固有双折射(IDB)随方位角α的变化曲线。得到四次对称，其中对于其照射方向与(101)-，(110)-，(10-1)-，和(1-10)-晶格取向(图3)重合的光线，亦即对于孔径角θ为45°和方位角α为0°、90°、180°和270°的光线得到固有双折射的最大值。在孔径角等于0°时，亦即照射方向沿在(100)-晶格取向上的光学投影装置6的光轴时，固有双折射消失(参见图3)。作为最大固有双折射(例如光线沿(110)-晶格取向—亦即θ＝45°，α＝90°—传输)，在对于CaF2波长为156.1nm时测得(11.0+/-0.4)nm/cm的值。
在具有出现固有双折射的方位角时(参见图5)，对于小于45°的孔径角固有双折射随孔径角连续减小(参见图3)。
除这种双折射的固有分量(Beitrge)外，透镜9和光学片10根据其在光学投影装置6内安装状态的不同具有附加的叠加到固有双折射上的应力双折射分量。其它双折射分量例如可能由于晶体缺陷特别是由于形成晶畴产生。在不具有固有双折射的光学材料中也可能存在非固有双折射分量。
用来优化光学投影装置6的成像特性的方法按以下方式进行：
首先单独求出光学投影装置6中所有光学元件的光学干扰量。这种用来确定上述作为对于与偏振有关的干扰量的例子的双折射分量和与偏振无关的干扰量的测量方法对于专业人员是已知的。这里例如如在图1中通过传感器11所表示的那样，可以在光学投影装置6的不同调整状态下进行光学投影装置6总的成像特性的测量。
可选地或附加地可以借助于已知测量方法相互独立地测量光学投影装置6的各光学元件。这里必须注意，在这种独立测量期间尽可能精确地模拟光学元件在光学投影装置6内的安装状态，使得不会由于光学元件的装入投影曝光设备1内产生附加的损害光学投影装置6成像特性的优化的干扰分量。
当涉及晶体材料时，双折射分量的确定可以包括例如确定被测量光学元件晶轴的位置。
测量结果由计算机14处理。计算机求出光学投影装置各个光学元件相应的干扰分量大小，并将这些分量与各个和偏振有关的和与偏振无关的干扰量相对应。接着计算机14计算和优化一目标函数(优化(Merit)函数)。所有光学元件的干扰分量大小与这些光学元件的运动自由度(旋转、倾斜、对中)的相关关系引入这个目标函数中。
在所示实施例中对于光学元件9和10进行这种计算：
如上所述，透镜9可相对于光学片10绕光轴旋转。在测量干扰分量以后，对于透镜9和光学片10得到其贡献给与偏振有关的和与偏振无关的干扰量的相应分量。优化函数除含有透镜9和光学片10的干扰量以外还包含透镜9的干扰分量与该透镜绕光轴转动的依赖关系。
接着通过改变光学投影装置6的可运动部分的运动自由度优化该优化函数。在按图1的实施形式中计算在光学投影装置6的可旋转部分7的每个旋转位置处的优化函数。接着求出优化函数具有最佳值的旋转位置。
最后使可运动的光学元件运动到求出的目标位置。在按图1的实施形式中带有透镜9的可旋转部分7旋转到求出的目标位置。

Claims (10)

1.用来优化至少两个光学元件成像特性的方法，其中为了优化光学成像相互调整光学元件的相对位置，具有以下步骤：
a)确定对于至少一个光学元件(9、10)的与偏振有关的干扰量；
b)由干扰量计算至少一个可运动的光学元件(9)的目标位置，此干扰量是对于这一个和至少一个另外的光学元件所确定的；
c)使可运动光学元件(9)运动到目标位置；
其特征为：
目标位置的计算这样进行，使得在目标位置所有光学元件(9、10)的由与偏振有关和与偏振无关的干扰量合成的总干扰量最小。
2.按权利要求1所述的方法，其特征为：应力双折射属于与偏振有关的干扰量。
3.按权利要求2所述的方法，其特征为：其与偏振有关的干扰量被确定的所述至少一个光学元件(9、10)由晶体材料制成，并且由应力双折射造成的干扰量的确定包括至少一个晶轴的位置的确定。
4.按权利要求1所述的方法，其特征为：所述至少一个可运动的光学元件(9)可绕其光轴旋转。
5.按权利要求1所述的方法，其特征为：所述至少一个可运动的光学元件可相对于其它的光学元件直线移动。
6.按权利要求5所述的方法，其特征为：所述可运动的光学元件可垂直于光轴移动。
7.按权利要求4至6之任一项所述的方法，其特征为：所述可运动的光学元件可相对于光轴翻转。
8.按权利要求1所述的方法，其特征为：在夹紧的光学元件上进行与偏振有关的干扰量的确定。
9.在利用其成像特性用按权利要求1所述的方法优化的光学元件的情况下用于半导体构件的照相平版制造方法。
10.按权利要求9所述的照相平版制造法，其特征为：一具有一小于200nm波长的投影曝光。
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