專利名稱：優(yōu)化至少兩個光學元件成像特性的方法以及照相平版制造法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)化至少兩個光學元件成像特性的按權利要求1前序部分的方法，以及一種照相平版制造法。
背景技術：
由EP 1 063 684 A1已知這種類型的方法。那里投影曝光設備投影物鏡內的透鏡的雙折射分配確定為與偏振(Polarisation)有關的干擾量。這時透鏡這樣選擇和設置在投影物鏡內，從而得到一總的雙折射，對于通過投影物鏡的每條光路的其數(shù)值不超過一規(guī)定的極限值。這里總的雙折射由所有單個測量透鏡的雙折射之和組成。如果透鏡由于一不許可的雙折射分配應該被剔除，那么這種方法是有幫助的，但是在實際上并不是始終促使，達到光學元件成像特性的規(guī)定值。
由專業(yè)論文“The development of microlithographic high-performanceoptics”，Int.J.of Optoelec.1989，545已知另一種優(yōu)化方法。在優(yōu)化帶有由晶體材料制成的光學元件的光學系統(tǒng)的成像特性時，只有在這種晶體材料經(jīng)過專門選擇并且光學元件無應力地保持時這種方法才會產生令人滿意的結果。這種措施費用高昂。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的一個第一目的是，這樣地改進開頭所述類型的優(yōu)化方法，使得對于大多數(shù)實際應用場合可以大大減小由單個光學元件的成像誤差合成為的總的成像誤差。
按照本發(fā)明這個目的通過具有在權利要求1中所述特征的方法實現(xiàn)。
按本發(fā)明的方法以以下認識為基礎通常與偏振有關的和與偏振無關的干擾量形成總干擾量。與偏振有關的干擾量可以分成固有的與偏振有關的干擾量，如固有的，亦即在均勻和無應力的材料中也出現(xiàn)的雙折射；由于外部因素出現(xiàn)的與偏振有關的干擾量，如應力雙折射；和由于內部的材料不均勻性出現(xiàn)的與偏振有關的干擾量，如由于晶體缺陷，特別是由于在材料內形成晶疇/塊(Domne)而造成的雙折射。
迄今為止用于確定光學元件成像誤差的確定方法通常局限于與偏振無關的干擾量，因為假設對于常用的光學材料僅僅在例外情況下才出現(xiàn)偏振有關的干擾量。迄今為止考慮這種與偏振有關的干擾量，但不將其結合到目標位置的計算中。上面已經(jīng)提到，這通過材料選擇和專門的保持裝置實現(xiàn)。
但是由互聯(lián)網(wǎng)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日發(fā)表)已知，CaF2單晶也具有非應力誘發(fā)的，亦即固有的雙折射。這例如適用于沿(110)-晶格取向的射線傳輸。相反在沿(100)-晶格取向和(111)-晶格取向傳輸射線時CaF2沒有固有雙折射。也就是說出現(xiàn)的雙折射與射線方向有關。它既不能通過光學元件的材料選擇也不能通過其無應力的固定消除。
因為帶有固有雙折射的CaF2和其它晶體材料越來越多地用作特別是與紫外光源相結合的光學材料，忽略與偏振有關的干擾量導致用已知優(yōu)化方法無法測出的成像誤差。
與偏振有關的干擾量導致，正交偏振的光線在不同的位置進行成像。同時偏振效應可能造成各個偏振元件得到不同的成像誤差。
上面提到的EP 1 063 684 A1雖然考慮了與偏振有關的干擾量，也就是雙折射，但是在光學元件相互布置的優(yōu)化的范圍內沒有注意到其它干擾量，由此(一些)可避免的誤差值可能形成總的成像誤差。
按照本發(fā)明在目標位置計算中既考慮與偏振有關的也考慮與偏振無關的干擾量。用這種方法光學元件在其成像特性上可以精確和充分地模型化。
按照權利要求2的與偏振有關的干擾量考慮光學材料中的內部應力的影響。這種內部應力也許可能在制造過程中滯留在材料內，或者由于光學元件的機械夾持(框架)而出現(xiàn)?？紤]應力雙折射即使在不具有固有應力雙折射的光學元件中也改善成像特性優(yōu)化的效果。
在最有利的情況下，如果不存在其它與偏振有關的干擾量，那么按照權利要求3確定至少一個晶軸的位置使進一步測量與偏振有關的干擾量成為多余，因為在確定晶軸位置后便可以計算固有雙折射。
一個由于不存在與光學元件的固定裝置較大的作用而可比較簡單地實現(xiàn)的運動自由度是至少一個光學元件的按權利要求4的可旋轉性。
一按權利要求5可直線移動的光學元件的移動對至少兩個光學元件的成像特性的影響可以例如借助于光學設計程序精確地預測，這使目標位置的計算更容易。
用按權利要求6的可移動的光學元件可以補償特別是對中誤差。
一按權利要求7的可翻轉的光學元件允許例如光學元件的晶軸與包括至少兩個光學元件的整個光學裝置的光軸對齊。
按權利要求8確定與偏振有關的干擾量促使，在確定與偏振有關的干擾量時也考慮由框架引起的應力雙折射的作用。這提高了優(yōu)化方法的精度。
本發(fā)明另一個目的是，提供一種具有改善的光學品質的照相平版制造法。
按照本發(fā)明這個目的通過具有在權利要求9中所述特征的方法實現(xiàn)。由上面討論的優(yōu)化方法的優(yōu)點得到該制造方法的優(yōu)點。
在按權利要求10的曝光波長時，在許多光學材料中存在與偏振有關的比例如在用可見光曝光時對光學元件的成像特性有更大的影響的干擾量。因此在用小于200nm波長曝光時，按本發(fā)明的優(yōu)化方法很有效。


下面借助于附圖對本發(fā)明的一個實施例作較詳細的說明；附圖表示圖1微型平版印刷術的投影曝光設備；圖2作為用于圖1中的投影曝光設備的光學投影裝置的透鏡的初始材料的一單晶的剖面；圖3一由單晶制成的圖1中的投影曝光設備的光學投影裝置的由一單晶制成的光學片的固有雙折射的示意圖；圖4用來定義圖1中的投影曝光設備的投影光束的射線的孔徑角和方位角的坐標系；和圖5圖3中的光學片的固有雙折射隨方位角的變化曲線。
具體實施例方式
在圖1中總體用1表示的投影曝光設備用來將一掩模(Maske)2的結構(圖案)傳遞到一圖1中未畫出的晶片(Wafer)上。
為此光源3，例如波長為157nm的F2激光器產生一投影光束4。為了成形，首先穿過光學照射裝置5，接著穿過掩模2。一光學投影裝置6將掩模2上存在的結構(圖案)形成到晶片上。
在圖1中光學投影裝置6分成一可繞光學投影裝置6的光軸旋轉的部分7和一靜止不動的部分8。在實際上在光學投影裝置6中常常存在多個可旋轉的部分；但是為了說明限于一個可旋轉部分7就足夠了。
在圖1中示出一雙凸透鏡9代表可旋轉部分7的光學元件和一平面平行的光學片10代表固定不動的部分8的光學元件。此外如在圖1中通過一笛卡兒坐標系20所示的那樣，透鏡9既可沿光學投影裝置6的光軸又可垂直于光軸移動，以及如圖1中通過雙箭頭21所示，還可相對于光學投影裝置6的光軸翻轉。這里雙箭頭21表示兩個可能的并相互垂直的相對于光軸的翻轉運動之一。光學投影裝置6在圖1中未明確示出的其它光學元件也可以具有所述的運動自由度。
為了測量本身對光學投影裝置6的成像特性有影響的干擾量設有一位置敏感的傳感器11。該傳感器可垂直于光學投影裝置6的光軸在一在圖1中所示的測量位置和一未示出的偏離投影光束4射線通路的投影曝光位置之間移動(參見圖1中的雙箭頭12)。傳感器11通過一信號線13與一計算機14連接。
透鏡9和光學片10由CaF2單晶體制成，它具有立方的晶體對稱性。為了制造，從晶體塊切割出這些光學元件9、10并進行拋光。
對于透鏡9在圖2中舉例表示了一個這種晶體塊15。該晶體塊這樣取向，使(100)-晶體平面16這樣地垂直于附圖平面，使其與圖紙平面的交線形成水平分布的直線。透鏡9由晶體塊15這樣加工出來，使其元件軸EA，即透鏡9的光軸和與(100)-晶體平面垂直的(100)-晶格取向重合。
在圖3中單獨表示的光學片10也這樣取向地由一晶體塊加工出來。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頭，其中在表示晶格取向時在本說明書中的負號等同于在附圖中的附圖標記的“上橫杠”。光學片10的固有雙折射通過四個“波瓣”17表示，其表面積給出對于投影光束4的一光線的相應照射方向(參見圖1)的固有雙折射的大小。分別在(101)-，(110)-，(10-1)-和(1-10)-晶格取向得到光學片10最大的固有雙折射。
投影光束4的一光線18的照射方向通過孔徑角θ和方位角α限定。在圖4中表示這兩個角的位置在那里示出投影曝光設備1的笛卡兒坐標系，其Z軸與光學投影裝置6的光軸重合?？讖浇铅仁枪饩€18和Z軸之間的夾角。方位角α是X軸和光線18在XY-平面上的投影之間的夾角。
在下面的說明中光學元件9、10這樣取向，使得(100)-晶格取向與Z軸重合，而(101)-晶格取向在XY-平面上的投影與X軸重合。
圖5表示在孔徑角θ＝45°時光學片10的固有雙折射(IDB)隨方位角α的變化曲線。得到四次對稱，其中對于其照射方向與(101)-，(110)-，(10-1)-，和(1-10)-晶格取向(圖3)重合的光線，亦即對于孔徑角θ為45°和方位角α為0°、90°、180°和270°的光線得到固有雙折射的最大值。在孔徑角等于0°時，亦即照射方向沿在(100)-晶格取向上的光學投影裝置6的光軸時，固有雙折射消失(參見圖3)。作為最大固有雙折射(例如光線沿(110)-晶格取向--亦即θ＝45°，α＝90°—傳輸)，在對于CaF2波長為156.1nm時測得(11.0+/-0.4)nm/cm的值。
在具有出現(xiàn)固有雙折射的方位角時(參見圖5)，對于小于45°的孔徑角固有雙折射隨孔徑角連續(xù)減小(參見圖3)。
除這種雙折射的固有分量(Beitrge)外，透鏡9和光學片10根據(jù)其在光學投影裝置6內安裝狀態(tài)的不同具有附加的疊加到固有雙折射上的應力雙折射分量。其它雙折射分量例如可能由于晶體缺陷特別是由于形成晶疇產生。在不具有固有雙折射的光學材料中也可能存在非固有雙折射分量。
用來優(yōu)化光學投影裝置6的成像特性的方法按以下方式進行首先單獨求出光學投影裝置6中所有光學元件的光學干擾量。這種用來確定上述作為對于與偏振有關的干擾量的例子的雙折射分量和與偏振無關的干擾量的測量方法對于專業(yè)人員是已知的。這里例如如在圖1中通過傳感器11所表示的那樣，可以在光學投影裝置6的不同調整狀態(tài)下進行光學投影裝置6總的成像特性的測量。
可選地或附加地可以借助于已知測量方法相互獨立地測量光學投影裝置6的各光學元件。這里必須注意，在這種獨立測量期間盡可能精確地模擬光學元件在光學投影裝置6內的安裝狀態(tài)，使得不會由于光學元件的裝入投影曝光設備1內產生附加的損害光學投影裝置6成像特性的優(yōu)化的干擾分量。
當涉及晶體材料時，雙折射分量的確定可以包括例如確定被測量光學元件晶軸的位置。
測量結果由計算機14處理。計算機求出光學投影裝置各個光學元件相應的干擾分量大小，并將這些分量與各個和偏振有關的和與偏振無關的干擾量相對應。接著計算機14計算和優(yōu)化一目標函數(shù)(優(yōu)化(Merit)函數(shù))。所有光學元件的干擾分量大小與這些光學元件的運動自由度(旋轉、傾斜、對中)的相關關系引入這個目標函數(shù)中。
在所示實施例中對于光學元件9和10進行這種計算如上所述，透鏡9可相對于光學片10繞光軸旋轉。在測量干擾分量以后，對于透鏡9和光學片10得到其貢獻給與偏振有關的和與偏振無關的干擾量的相應分量。優(yōu)化函數(shù)除含有透鏡9和光學片10的干擾量以外還包含透鏡9的干擾分量與該透鏡繞光軸轉動的依賴關系。
接著通過改變光學投影裝置6的可運動部分的運動自由度優(yōu)化該優(yōu)化函數(shù)。在按圖1的實施形式中計算在光學投影裝置6的可旋轉部分7的每個旋轉位置處的優(yōu)化函數(shù)。接著求出優(yōu)化函數(shù)具有最佳值的旋轉位置。
最后使可運動的光學元件運動到求出的目標位置。在按圖1的實施形式中帶有透鏡9的可旋轉部分7旋轉到求出的目標位置。
權利要求
1.用來優(yōu)化至少兩個光學元件成像特性的方法，其中為了優(yōu)化光學成像相互調整光學元件的相對位置，具有以下步驟a)確定對于至少一個光學元件(9、10)的與偏振有關的干擾量；b)由干擾量計算至少一個可運動的光學元件(9)的目標位置，此干擾量是對于這一個和至少一個另外的光學元件所確定的。c)使可運動光學元件(9)運動到目標位置；其特征為目標位置的計算這樣進行，使得在目標位置所有光學元件(9、10)的由與偏振有關和與偏振無關的干擾量合成的總干擾量最小。
2.按權利要求1所述的方法，其特征為應力雙折射屬于與偏振有關的干擾量。
3.按權利要求2所述的方法，其特征為其與偏振有關的干擾量被確定的所述至少一個光學元件(9、10)由晶體材料制成，并且由應力雙折射造成的干擾量的確定包括至少一個晶軸的位置的確定。
4.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特征為所述至少一個可運動的光學元件(9)可繞其光軸旋轉。
5.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特征為所述至少一個可運動的光學元件可相對于其它的光學元件直線移動。
6.按權利要求5所述的方法，其特征為所述可運動的光學元件可垂直于光軸移動。
7.按權利要求4至6之任一項所述的方法，其特征為所述可運動的光學元件可相對于光軸翻轉。
8.按上述權利要求之任一項所述的方法，其特征為在夾緊的光學元件上進行與偏振有關的干擾量的確定。
9.在利用其成像特性用按上述權利要求之任一項所述的方法優(yōu)化的光學元件的情況下用于半導體構件的照相平版制造方法。
10.按權利要求9所述的照相平版制造法，其特征為一具有一小于200nm波長的投影曝光。
全文摘要
在用來優(yōu)化至少兩個光學元件(9、10)的成像特性的方法中，其中為了優(yōu)化光學成像相互調整光學元件(9、10)的相對位置，執(zhí)行以下步驟首先確定對于至少一個光學元件(9、10)的與偏振有關的干擾量。接著由對于至少一個可運動的光學元件所確定的干擾量和其它光學元件的干擾量計算出所述至少一個可運動的光學元件(9)的目標位置。在這個目標位置，所有光學元件(6)的由與偏振有關的和與偏振無關的干擾量合成的總量最小。最后使可運動光學元件(9)運動到目標位置。對與偏振有關的干擾量的考慮保證了成像特性精確的模型化，這是精確優(yōu)化的前提條件。
文檔編號H01L21/027GK1606715SQ02825556
公開日2005年4月13日 申請日期2002年10月2日 優(yōu)先權日2001年12月20日
發(fā)明者B·梅金, T·格魯納, A·科爾 申請人:卡爾蔡司Smt股份有限公司