CN1802711A

CN1802711A - 具有扩展的聚焦深度的光刻系统及方法

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Publication number: CN1802711A
Application number: CNA2004800149330A
Authority: CN
Inventors: 小爱德华·雷蒙德·道斯基; 格雷戈里·E·约翰逊; 肯尼思·斯科特·库贝拉; 小托马斯·卡斯·韦德
Original assignee: CDM Optics Inc
Current assignee: Omnivision Technologies Inc
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2024-06-01
Also published as: US20100259738A1; EP1687829A1; US7876417B2; US20040257543A1; JP4749332B2; EP1687829A4; EP2296041A2; WO2006001785A1; EP2296041A3; EP1687829B1; US7088419B2; JP2006528433A; CN100508074C

Abstract

一种具有扩展的聚焦深度光刻系统对涂布在晶片上的光刻胶进行曝光，所述光刻系统包括：照明子系统；光掩模；以及成像透镜，它具有光瞳面函数以形成所述光掩模的空间图像，所述空间图像邻近于所述光刻胶。所述光瞳面函数提供了扩展的聚焦深度，以使所述系统可在放松的允许偏差、减少的成本和/或增加的处理能力下得到制造或使用。即便是存在聚焦不准或失准时，也能够使用所述系统在集成线路中形成精确的通路。

Description

具有扩展的聚焦深度的光刻系统及方法

相关申请

本申请要求第60/474,318号美国临时申请的优先权，该文的全部内容并入本文以作为参考。

美国的政府权利

根据由美国陆军航空兵和导弹司令部(Missile Command)授予的DAAH01-03-C-R202，本发明受到政府的支持。政府对该发明享有确定的权利。

背景技术

例如集成线路的器件的半导体制造依赖于刻印术(lithography)以将图案复制到元件(例如，晶片、基底、微型芯片)上。传统的光刻系统包括曝光源、照明光学器件、物体掩模或光掩模(reticle)、光刻胶、以及将图案从掩模或光掩模转移到光刻胶并转移到上述元件上的处理方法。尽管存在几种类型的刻印术，但是由于光刻术在处理具有最小化的形体尺寸(feature size)的上述元件时所具有的准确性和处理能力，所以它仍然非常流行。目前的光刻术利用短的波长(例如，193nm的紫外线)和高的数值孔径(例如，拖培尔·奇塔使用0.9的数值孔径(NA))来提高曝光过程中的分辨率。

但是光刻术增加了大量成本来完成半导体部件，大约增加了总成本的三分之一。随着操作波长减小到193nm以生产减少的形体尺寸(例如为90nm)，光刻系统的曝光源和光学部件的复杂度和成本也增加了。在波长改变时，需要转用全新的设施(infrastructure)。

半导体工业严重地依赖于光刻术。光刻系统被用来通过将图案复制到元件(例如，晶片、基底、微型芯片)上以生产集成线路(IC)。随着IC复杂度的增加，产生了需要在元件(和因此在图案中)中生成更小特征的需求。因此，必须增加光刻系统的分辨率以允许产品不断增长。

在现有技术的光刻系统中，通过采用具有非常高的数值孔径(例如，NA＞1)的沉浸(immersion)和/或减少所使用的光学辐射的波长来提高全局分辨率。在沉浸光刻中，在透镜和上述元件之间使用液体(例如，超纯水)。

随着NA的增加，聚焦深度(DOF)以NA增加的平方减少。例如，从NA为0.85到NA为1.3的沉浸，DOF减少的因数为2.3。随着光学辐射的波长减少，DOF线性地随波长的减少而减少。因此，如果没有足够的DOF，增加分辨率是没有用的。

然而，随着DOF的减少，需要曝光工具将聚焦控制到约几十纳米的精度。减少DOF产生了其它的问题，包括晶片平坦度的问题、晶片卷曲的问题、光刻胶厚度的问题和光掩模平坦度的问题。显然，在分辨率增加的同时，如果要在没有显著增加成本的情况下增加光刻系统的性能，则DOF必须保持接近当前使用的值。例如，尽管光掩模平面度的容许偏差以任意缩小的平方减少，但在DOF中的减少需要更平的光掩模，这样就增加了制造“掩模件”(构图之前的光掩模)的成本。在对掩模件进行构图的过程当中，铬沉积产生的张力可使掩模件卷曲。DOF减少产生的另一个值得考虑的问题是光掩模和晶片上的重力效应。

在沉积的铬吸收辐射时，在使用光掩模的过程当中还会产生使其温度增加和产生不规则热胀的问题。周期地需要频繁对光掩模进行重新对准，因而减少了光刻系统的生产率。不可校正的对准错误对于100nm的节点和100nm之外的节点变得非常严重。

透镜构成了光刻系统成本的主要部分。佩兹沃(Petzval)曲线的像差和散光与NA的平方成比例地增加；由于可允许的场曲率量会因为DOF的减少而减少，因此，需要高品质(或更昂贵)的透镜来减少这些像差。透镜组件的容许偏差还由于高的NA而减少。因此，与像差有关的DOF和聚焦，例如场曲率，成为光刻的主要限制。例如，成像系统的视场以及由此光刻系统的处理量随着NA的增加而必然减少。

对于图像质量，传统透镜的两维调制传递函数(MTF)是对称的，并且不会与光掩模或被成像的光掩模的空间频率信息的分布匹配。具有曼哈顿(Manhattan)几何形状的集成线路光掩模的空间分布沿水平和垂直空间频率轴具有大量的空间频率信息。因此，最重要的空间频率的传递必须在光刻成像系统中得到最大化。

从20世纪80年代开始，光刻术试图使用相移掩模来改善与DOF关联的问题；然而，因为光刻系统中的曝光源和光学器件的增加复杂度，这种努力没有成功。因此，到目前为止，现有技术扩展聚焦深度的成果限于15％的提高。

可在第5,348,837号美国专利和第5,748,371美国号专利中找到对下面的说明有用的背景技术，这两个专利都被并入本文以作为参考。

发明内容

提供了系统和方法以与现有技术相比在光刻中提高聚焦深度和控制与聚焦有关的像差。在本文中的某些实施方案中，这些系统和方法还减少了光刻中的有害影响，这些影响与(a)聚焦不准(misfocus)，(b)半导体元件和/或掩模的失准；(c)热变化，和/或(d)例如场曲率(它限制了良好聚焦的范围)的光学像差有关。

提供了这样的系统和方法，它在大范围的聚焦不准上保持了空间图像中高于光刻记录媒介(例如光刻胶)的门限的所需特征形状，以此即便是组件和使用具有放松的容许偏差也能够保持所述系统的分辨率。在一些情况下，保持高于门限的所需空间图像形状。在其它的情况下，能够增加所述系统的数值孔径径(NA)而无需减少聚焦深度。在其它的情况下，所述成像系统的系统响应被调节成与所述期望空间图像的空间频率内容匹配。在其它的情况下，能够将透镜设计的NA增加到比原始设计高的值，以此增加分辨率而不会造成通常会发生的聚焦深度损失。

在一个实施方案中，一种具有扩展的聚焦深度的光刻系统对涂布在晶片中的光刻胶进行曝光，所述光刻系统包括：照明子系统；光掩模；以及成像透镜，它具有光瞳面函数以形成所述光掩模的空间图像，所述空间图像邻近于所述光刻胶。

在另一个实施方案中，一种用于为光刻系统构建光掩模的方法。选择相位函数以改变由所述光刻系统成像到晶片上的波前。确定所述光刻系统的空间图像。从所述空间图像生成掩模改变函数，从而使所述光刻系统可形成所需的空间图像。从所需的空间图像和实际的空间图像之间的差异确定所述掩模改变函数，以确定物体掩模的幅度和相位成分中的一个或两者。基于所述光刻系统对所述物体掩模进行的成像，确定预计的空间图像。将所述预计的空间图像应用到光刻胶模型以确定蚀刻图案。量化所述蚀刻图案和用于所述晶片的所需蚀刻图案之间的差异。如果所述差异不满足设计目标，则改变(a)所述相位函数，(b)所述光刻系统的光学规格(opticalprescription)和(c)所述光掩模中的一个或几个，并重复所述确定、生成、应用和量化的步骤，直到所述差异满足所述设计目标。如果所述差异满足所述设计目标，则利用所述物体掩模构建用于在所述光刻系统中使用的所述光掩模。

在另一个实施方案中，形成了一种用于光刻成像系统的光掩模。选择相位函数以改变由所述光刻系统成像到晶片上的波前。确定来自所述光刻成像系统的空间图像。从实际空间图像生成掩模改变函数，从而使所述光刻成像系统可形成所需的空间图像。在形成所需的空间图像时使用所述掩模改变函数来确定物体掩模的幅度和相位成分中的一个或两个。基于所述光刻系统对所述物体掩模进行成像，确定预计的空间图像。将所述预计的空间图像应用到光刻胶模型，以确定蚀刻图案。量化所述蚀刻图案和用于所述晶片的所需蚀刻图案之间的差异。如果所述差异不满足设计目标，则改变(a)所述相位函数，(b)所述光刻成像系统的光学规格，和(c)照明中的一个或全部，并重复所述确定、生成、应用和量化的步骤，直到所述差异满足所述设计目标。如果所述差异满足所述设计目标，则利用所述物体掩模构建用于在所述光刻系统中使用的所述光掩模。

在另一个实施方案中，一种包括存储于计算机可读的媒介中的指令的软件产品，其中，所述指令在被计算机执行时完成用于构建用于光刻系统的光掩模的步骤，所述软件产品包括：用于选择相位函数的指令，所述相位函数改变由所述光刻系统成像到晶片上的波前；用于确定由所述光刻系统产生的空间图像的指令；用于从所述空间图像生成掩模改变函数，从而使所述光刻系统可形成所需的空间图像的指令；用于将所述掩模改变函数应用到所需的空间图像以确定物体掩模的幅度和相位成分中的一个或两者的指令；用于基于所述光刻系统对所述物体掩模的成像确定预计的空间图像的指令；用于将所述预计的空间图像应用到光刻胶模型以确定蚀刻图案的指令；用于量化所述蚀刻图案和用于所述晶片的所需蚀刻图案之间的差异的指令；用于在所述差异不满足设计目标时，改变(a)所述相位函数，和(b)所述光刻系统的光学规格中的一个或两者的指令；用于重复所述确定、生成、应用和量化的步骤，直到所述差异满足所述设计目标的指令；以及用于在所述差异满足所述设计目标时利用所述物体掩模构建用于在所述光刻系统中使用的所述光掩模的指令。

在另一个实施方案中，装置增加了光刻系统中的聚焦深度。光学器件将光掩模或遮光模成像到具有曝光门限的光刻胶记录媒介中。光瞳面函数改变所述光刻成像系统的空间图像，以使得所述空间图像的一部分在扩展的聚焦深度上处在所述光刻胶记录媒介的记录门限之上。所述光瞳面函数通过影响所述光学器件成像的波前相位来改变系统响应函数和空间图像。

在另一个实施方案中，一种方法通过以下步骤增加光刻的处理窗口：照射光掩模；以及通过改变波前的相位将所述光掩模的所述波前成像为空间图像，从而使所述空间图像与在没有改变所述波前相位而形成的空间图像相比具有扩展的聚焦深度和增加的处理窗口尺寸。

在一个实施方案中，一种方法通过如下方式来形成通路：照射光掩模，所述光掩模具有厚度并定出用于所述通路的孔；以及通过改变所述光掩模的波前相位将所述波前成像为晶片上的图像，以使得所述图像在所述厚度上具有扩展的景深，其中后续的对光刻胶的蚀刻在所述晶片中形成具有基本均匀宽度的通路。

在一个实施方案中，提供了一种用于形成通路的方法，包括：照射光掩模，所述光掩模定出有用于所述通路的孔；以及通过改变所述光掩模的波前相位将所述波前成像为晶片处的图像，以使得所述图像在所述通路所需的厚度上具有扩展的聚焦深度，其中后续的对光刻胶的蚀刻在所述晶片中形成具有基本均匀宽度的通路。

附图简要说明

图1示出了具有扩展聚焦深度的光刻系统；

图2示出了图1中的光刻系统在聚焦不准变化量上的点扩散函数；

图3示出了现有技术的光刻系统在如图2所示的聚焦不准的变化量上的点扩散函数；

图4显示了图2中的点扩散函数的截面图，和图3中的点扩散函数的截面图；

图5显示了用于构建图1中的光刻系统的一个过程；

图6显示了用于设计图1中的光刻系统的元件的一个过程；

图7显示了一个特定的余旋形式表面，其中示出了多条等相位线；

图8显示了优化的余旋形式表面的一个实施例，所述优化的余旋形式表面被设计成对于+/-5个波的聚焦不准像差不变；

图9显示了常量分布路径元件的实施例；

图10显示了对理想光学投影透镜进行的一个改变的表面分布；

图11a显示出了第一组图像，它描述在传统的成像系统中的聚焦不准效应和相应的小孔(关于光路中的通路)的空间图像尺寸的增加，由此导致系统的分辨率因聚焦不准而下降；

图11b显示了小孔的空间图像，并且带有在图11a中显示的聚焦不准等价范围上增加的光瞳面相位函数；

图11c显示了在对专门用于特殊相位掩模的物体掩模进行成像时，用相位掩模/透镜组合产生的图像；

图12显示了用于各种离轴照明方案的理想化的光瞳映射图；

图13是描述对具有NA＝0.7的现有技术系统中的小孔进行全聚焦的空间图像的曲线图；

图14是描述用来提供小孔空间图像的一致高于曝光门限强度的光瞳面相位函数的曲线图；

图15是示出来自图1中的光刻系统的小孔的全聚焦的空间图像，并显示了扩展的聚焦深度；

图16是示出来自具有NA增加到0.8的现有技术光刻系统的小孔的全聚焦的空间图像的曲线图；

图17是描述来自图1中的NA增加到0.8的光刻系统的小孔的全聚焦的空间图像的曲线图；

图18是描述来自现有技术的光刻统的全聚焦的双孔空间图像1D的分布的曲线图；

图19的一组图像示出了现有技术光刻系统的全聚焦的双孔空间图像2D强度；

图20的一组图像示出了现有技术光刻系统的全聚焦的双孔记录图像2D的强度；

图21是描述来自图1中的光刻系统的全聚焦的双孔空间图像1D分布；

图22的一组图像示出了来自图1中的光刻系统的全聚焦的双孔空间图像2D强度；

图23的一组图像示出了来自图1中的光刻系统的全聚焦的双孔记录图像2D强度；

图24是显示现有技术的用于不同记录门限的孔尺寸、全聚焦的曲线图；

图25是显示现有技术的用于不同记录门限的处理窗口、横断孔尺寸、全聚焦的曲线图；

图26是描述在图1中的光刻系统中用于不同记录门限的孔尺寸、全聚焦的曲线图；

图27是描述在图1的光刻系统中用于不同记录门限的处理窗口曲线、横断孔尺寸、全聚焦的曲线图

图28示出了显示具有等相位轮廓线的透镜的四个光瞳面函数；

图29显示了从描绘于图30和31中常量分布路径表面、突出显示的交叉路径和平行路径线部分得到的中间结果；

图30是描述用于图29交叉路径分布的曲线图；

图31是描述用于图29平行路径分布的曲线图；

图32描述了在增加球项(spherical term)之后的常量分布表面的一个最终结果，所述球项提供了扩展的聚焦深度以及与曼哈顿几何光路图案的图像的空间频率信息内容匹配的光学传递函数(OTF)；

图33描述了图32中的分布，该分布具有等传输线(用于调制传递函数(MTF)的空间频率)以与曼哈顿(manhattan)几何线路图案的图像的空间频率信息内容匹配；

图34显示了示例性的增强的光掩模和照明器。

本发明的详细描述

图1示出了用于扩展聚焦深度(DOF)的光刻系统100。系统100被示为具有照明系统102、光掩模104、通过光瞳面函数(pupilplane function)108执行波前编码的成像透镜106、以及晶片110。照明系统102示为具有光学辐射源112和透镜组116。源112产生能够通过透镜组116、光掩模104和包括光瞳面函数108的成像透镜106的光学辐射114，以产生空间图像(aerial image)122。光掩模104被构建成能够在空间图像122中形成所需的图案，这将在下面进行详细的描述。成像透镜106可包括透镜组118和120，如图所示。成像透镜106通过对由辐射114照射的光掩模104进行成像，以生成空间图像122。在一个实施方案中，辐射114从紫外线光谱中选择。

透镜组116、118和120可包括例如：(a)一个或多个光学元件(例如，多个透镜和/或多个反射镜)，和/或(b)反射和折射媒介(例如，固体、液体和/或气体)。成像透镜106可包括折射表面，衍射光学器件、反射镜、数字反射镜(相对于光刻胶的整合时间快速地移动)、全息摄影和体全息照相。

晶片110涂刷有对光辐射114非线性敏感的光刻胶材料124。光刻胶材料124在光学辐射114强度低于曝光门限的情况下不会记录空间图像122中的部分，以及在光学辐射114强度高于曝光门限的情况下记录空间图像122的所有部分。光刻胶材料124因此要么是被“曝光”要么是未“曝光”。

光瞳面函数108用来改变来自成像透镜106的空间图像，从而即便是在空间图像122中具有聚焦不准(misfocus)，也可使空间图像122的较高强度部分(即，在空间图像122中，光学辐射的强度高于光刻胶材料124的曝光门限)不会由于聚焦不准而相当地改变。光瞳面函数108可以通过使用相位片(phase plate)或其它与源112产生的照明波长相兼容的光学元件而实现。因此，由相位片或光学元件实现的相位变化可例如通过改变折射系数、光学材料的厚度变化、空间光调制(例如，使用自数字反射镜调节器)、或全息摄影来实现。

在对扩展的物体进行成像时，对于物体中各点的响应的总交互作用形成对空间图像122的总作用，并因此形成光刻胶材料124的记录强度。总响应的上部分是将被限制以遵从所需形式的一些关心的量以及将被限制以通过聚焦不准和其它有聚焦特征的像差(它们将在下面进行详细的描述)而恒定地保持在曝光门限之上的量。

在一个实施例中，聚焦不准效应可以在光掩模104不平时产生；这可在例如光掩模104由温度效应产生卷曲、具有不平的基底、或用不足严格(tight)的容许偏差设置在系统100内时发生。聚焦不准效应还可因晶片110的不正确定位而产生，或如果晶片110具有不平的表面时产生。强度低于光刻材料124的曝光的空间图像122的下部分会随这些聚焦不准而变化。在需要减少低强度图像部分的聚焦不准变化的情况下，可改变光掩模104以减少空间图像122中的聚焦不准效应，例如通过对光掩模104应用等同的“图像处理”，而不是对空间图像122。

在一个实施方案中，成像透镜106的光瞳面函数108受到物体掩模(object mask)的编码，以使空间图像122中的高于门限强度部分基本相对于范围至少为K*λ*f#/2(其中，K≥1.5，f#是成像透镜106的f数值，λ是辐射114的波长)的聚焦不准而不变。

为了描述光瞳面函数108的波前编码效应，在用不相干的(incoherent)源112照射时，来自系统100的点的空间图像在图2中被示为聚焦不准的函数。为了比较，来自传统的光学成像系统的空间图像(用传统的不相干源照射，但不具有图1中的光瞳面函数以及不具有光刻胶处理)在图3中描述性地显示。图2和图3中的聚焦不准增加等价地代表了数值孔径的增加、光学像差(例如，场曲率)的增加和/或光学器件和组件失准的增加。因此，与图3中的空间图像相比，图2中的用于光刻系统100的空间图像明显是更好的，这是由于系统100是用宽松的(relaxed)允许偏差制造和/或对准的(相对于传统的光学成像系统而言)。因此，通过晶片110上的光刻胶能够看到图2中的各个空间图像。

应该显而易见的是，相对于图2中的点空间图像的相应光学系统函数在所感兴趣的空间频率带中是没有零值的，而相对于图3中的聚焦不准的传统光学成像系统的光学系统函数是具有大量的零值区域的。传统光学成像系统的光学系统函数中的这些零值导致了空间分辨率的损失。相反，系统100的光学系统函数不具有零值，并因此不会带来空间分辨率的损失。在聚焦不准的像差导致不可避免的空间分辨率损失的情况下，系统100可以获得增加的空间分辨率。具体地说，由于图2中的光学系统函数不具有零值，所以在物体掩模中检测到的空间频率在图像和光刻胶中被还原。这样，物体掩模被有效地重新补偿，从而使得所形成的图像为期望的图像。

图4显示了来自图2和图3中的、没有归一化的小孔空间图像的截面图，它显示出除了焦点没对准(out of focus)之外，图3中的具有中等和大程度的聚焦不准的空间图像峰值太低以至于不能够使图像曝光。从图3中可以显而易见地看出，传统光学成像系统的空间图像的横截面急剧地变化，而(来自系统100的)空间图像的横截面基本上是不变的。在具有用0.6的门限进行仿真的光刻处理的给定光刻模型(将在下面进行详细描述)中，图2的空间图像基本上不能与图3中的聚焦对准(in-focus)的图像区别开；空间图像(图2)的底部(base)处的扩展没有大到能够对峰值外边的光刻胶区域进行曝光。由于光刻胶基本上像阶梯函数一样作用，因此空间图像(图2)的被扩展的“底部”没有曝光，并在所得到的经过处理的晶片110中是不可见的。

由于图4中的空间图像是小孔(即，孔径)形成的，所以该实施例的图像还示出了系统100的点扩散函数(PSF)，如所标注所示。利用扩展的聚焦深度，该PSF在光刻材料124内的深度方向产生准确的孔，从而提供了一种可用的方式以在集成线路(IC)中构成电通路(例如，提供电源或接地)。

在一个实施方案中，并进一步参照图1，光刻成像系统100通过对与照明系统102、用来形成光掩模104的物体掩模、以及构成光瞳面函数108的相位掩模相关联的特性进行折衷而北设计出来。这种折衷及限制将在下面进行详细的描述。

物体掩模具有相位组件和幅度组件，从而使空间图像122在光刻胶处理后形成期望的图像。作为一个实施例，如果在物体掩模和相位掩模的设计和制造中没有限制，并且系统100的光学系统函数中没有零值，那么对于至少一些种类的照明来说(例如不相干照明)可通过以下来确定掩模的近似闭合形式的解决方案：计算需要用来从经过相位改变的光学成像系统形成衍射受限点空间图像的空间相位和幅度响应，并接着将该空间相位和幅度响应与所需图形的缩放(scaled)版本进行卷积。可以将该经过相位掩模改变的光学系统构建和排列成使所述系统的点空间图像具有增加的聚焦深度或景深(与不具有相位掩模的成像系统相比)，并且例如使相应的光学系统函数中不存在零值。利用不相干的照明，用来形成衍射受限的点图像的空间幅度系统响应可被认为是“空间滤波”，它能够改变物体掩模用于特殊的相位掩模。

对于部分相干的照明而言，物体掩模不是通过线性卷积来改变，而是根据空间相干性以能够形成适当空间图像的方式改变。还可以在部分相干的系统中使用表征物体掩模、理想函数和系统响应的互相干性函数，以模拟的方式合成经过改变的物体掩模。

如果在被检测的图像处给定空间图像所共享的零空间，则可确定许多形成合适空间图像并在光刻胶处理后产生所需图像的“空间滤波”。进而将该“空间滤波”应用到物体掩模，由此使该掩模的形式改变，并使得新的空间图像真正地形成正确的被检测图像，从而增加空间分辨率以及减少聚焦不准的负作用。前述的细化(refinement)导致对物体掩模改变的限制，从而仅允许小的固定数目的幅度和/或相位阶跃/电平。

图5中显示了用于构建图1中的光刻系统100的一个过程130。该过程130开始于对成像容积之上的空间图像进行计算131，成像容积可包括视场、动态或静态像差和/或景深/聚焦深度。通过将光束从照明源133(例如，图1中的源112)传播132通过物体掩模134和光学器件135到达晶片面来完成对空间图像的计算131。可以使用物理的传播模式而不是几何模式来准确地处理衍射、干涉和偏振效应。接着，基于空间图像的强度分布，确定出136在对光刻胶处理后的记录图像。如果由非线性光刻胶响应引致的图像匹配137图像目标，则优化完成。如果不匹配，改变138空间图像以满足目标，并且使用包含在空间图像中的信息改变139照明133、光瞳函数(例如，形成图1中的光瞳面函数108的相位掩模)、和/或物体掩模134。重复循环处理130，直到找到满意的分辨率为止。

结合图5中的优化处理130具有许多有益的效果。例如，通过用参数表示光学成像系统模型、相位掩模和相关的物体掩模变化，就可以用少量的参数来描述设计问题。在一个实施方案中，光瞳函数108(或相位掩模)被设计成使光刻系统100产生的聚焦基本相对于一定范围的系统的失准和/或光学像差(例如，场曲率)保持不变。像差的不变性被用来确定的场的增加、对准允许偏差的增加、和/或数值孔径的增加以用于系统100的设计。使用具有数值孔径的增加到第四级的像差模型，系统100的像差不变性能够在数值孔径中获得至少百分之20到30的增加(与现有技术的传统光学成像系统相比)。使用二阶的场曲率模型，系统100的瞬间场增加(与现有技术相比)了至少1.5的因数(甚至例如高达约为8的因数)，这与图2所示的系统聚焦深度增加的平方根成比例。这增加了图1中的系统可实现的总体处理量。

更具体地说，图6显示了一个用于设计系统100的元件的过程140。在步骤141，选择用于光刻系统100的照明系统(例如系统102)。如果需要的话，该照明系统可作为对处理140优化而得到改变。选择照明系统例如包括：选择源配置、相干度、照明角、物体掩模处的辐照度、和/或其它因子。在步骤142，通过对所需的最终图像缩放(scale)以系统放大倍数，从而计算初始物体掩模。物体掩模在之后被改变为使光刻系统100产生效应的“消除(undo)”，以实现相对于某些会限制性能的像差的所需的不变性。在步骤143，选择相位函数族群(family)和相位掩模的初始参数。步骤143的一个实施例是选择用来操作以扩展景深/聚焦深度和聚焦不准像差以及光刻系统100预期的允许偏差的光学器件和相位掩模(总言之，指图1中的透镜组106和光瞳面相位函数108)。在步骤143中选择的相位掩模可作为优化处理140的一部分改变，如果需要的话。一旦选择了初始的光刻系统，在步骤144中确定空间图像，这通过来自照明系统的通过物体掩模和成像透镜(包括相位掩模)的光束传播来限定。确定空间图像可包括与照明源相关联的偏振和相干效应。在步骤145，通过将非线性门限化(光刻胶“模型”)应用到空间图像以计算光刻胶响应。在步骤146，使用品质因数(用于量化光刻系统的优化程度)确定所曝光的图像是否足以接近理想的图像；品质因数例如可包括最小平方分析。如果所需优化程度是足够的(“是”)，则优化处理140结束；如果不是足够的(“否”)，则优化处理140继续到步骤147、148和149。基于在前面迭代中计算的变量，以及基于空间图像，计算新的系统变量。例如，在步骤148，改变照明源、物体掩模和/或光学器件(透镜组106)，并确定新的品质因数(步骤144、145和146)。在进一步的可选步骤149中，可对变量加以限制。例如，在步骤149的一个实施例中，允许物体掩模仅具有有限的相位和幅度阶跃(step)。

在阅读和充分理解本文公开的内容后，本领域的技术人员应该认识到，可以改变图6中的步骤顺序以产生类似的结果，但这并不会背离本发明的范围。

在另外一个实施例中，对图1中的光刻系统100进行的优化可包括下面的步骤：

1)选择光瞳面相位函数(例如，通过从下面描述的相位函数“族群”中选择相位函数)。

2)选择成像光学器件(用以将物体掩模成像为空间图像)和照明系统102的光学规格(optical prescription)。

3)确定光学规格的系统响应。

4)根据步骤3的系统响应确定物体掩模改变函数。选择所述物体掩模改变函数以使得在给定的特殊系统响应下，在空间图像122中形成基本的图像，例如点、线、边缘等。

5)将物体掩模改变函数(来自步骤4)应用到所需的空间图像以确定经过改变的物体掩模。步骤5可依赖于所使用的照明。

6)确定由步骤5中的经过改变的物体掩模所形成的空间图像114。

7)将步骤6中的空间图像应用到光刻胶模型，以确定晶片中的蚀刻图案(即，空间图像114照射光刻材料124以使其曝光并形成蚀刻图案；在这种情况下，由于在光刻材料124的曝光中的非线性影响，空间图像114和蚀刻图案是不一致的)。

8)将步骤7中的蚀刻图案与所需的图案相比，例如通过使用将蚀刻图案与期望的最终图像进行比较的误差矩阵(例如，最小平方确定)。

9)改变(例如，迭代)步骤1中的相位函数和/或步骤2中的光学规格，并执行步骤3-8，直到误差矩阵在可接受的界限内(例如，直到蚀刻图案充分地接近所需的图案)。

在步骤6，确定空间图像122可例如包括确定从物体掩模到空间图像的波前相干程度。例如，可使用互相干函数(mutual coherencefunction)确定空间图像，如同例如通过照明源112和谱宽的物理形式来确定那样。这种处理优化还能够得到提高以包括例如对于物体掩模的限制(相似于图6中的步骤149)。相应地，下面是用于在图1中的设计系统100中使用的另一个优化处理：

1)选择相位函数(例如，通过从将在下面进行描述的相位函数“族群”中选择相位函数)。

2)选择成像光学器件(用以将物体掩模成像为空间图像)和照明系统(例如系统102)的光学规格。

3)确定光学规格的系统响应。

4)根据步骤3的系统响应确定改变掩模函数。

5)将改变掩模函数(来自步骤4)应用到所需的最终图案，以确定经过改变的物体掩模。步骤5可依赖于所使用的照明形式。

6)量化步骤5中的物体掩模，以将实际的限制应用到物体掩模的制造中(例如，限制物体掩模从而离散相位和/或幅度阶跃)。

7)确定由步骤6中的物体掩模形成的空间图像。

8)将步骤7中的空间图像应用到光刻胶模型，以确定晶片中的蚀刻图案。

9)将步骤8中的蚀刻图案与所需的最终图案相比，例如通过使用将蚀刻图案与所需图像进行比较的误差矩阵(例如，最小平方确定)。

10)改变(例如，迭代)步骤1中的相位函数和/或步骤2中的光学规格，并执行步骤3-9，直到误差矩阵在可接受的界限内(例如，直到蚀刻图案充分地接近期望的图案)，和/或直到物体掩模可以在实际界限内进行构造。

在步骤7中，确定空间图像例如还可包括确定从物体掩模到空间图像的、形成波前的波长相干度。例如，可使用互相干函数来确定空间图像。

在上述的处理中，确定空间图像例如还可包括需要考虑与照明系统102关联的照明方案。例如，该照明方案包括偏轴的照明、四重(quadruple)照明或其它的照明技术。

本文中描述的系统和方法可以实现某些有益的效果。例如，通过扩展聚焦深度，成像系统的可用视场可通过减少场曲率系统影响而得到增加。增加视场增加了与光刻系统100(例如，处理能力可增加约为(K)^1/2的因数，这是因为从物体掩模到空间图像122的成像容积可增加因数K)关联的处理能力(每单位时间的晶片数)。此外，由于聚焦深度增加，物体掩模、光学器件、和/或照明系统的制造和/或对准可以减少的容许偏差(与现有技术比较而言)而实现。相似地，还可以降低晶片110和/或光掩模104在光刻系统中的移动精度，以允许更快的速度(例如，与步进电机和使晶片和/或物体掩模转移的类似物关联)和增加晶片处理能力。在一个实施例中，K等于1.5。使k超过2、3、4、5、6、7、8或更大能够获得更进一步的改进；但是，增加K可能使相位掩模(用来形成光瞳面函数108)和物体掩模(用来形成光掩模104)的制造复杂化。光掩模或光掩模的改变可依赖于照明源的形式、以及照明(由源112产生)是否相干、是否部分相干或偏振。

在上述的处理和优化中，选择与相位掩模关联的光瞳面函数可包括从相位函数族群中选择相位函数，例如一下将要描述的余旋形式族群或常量分布路径(constant profile path)族群。

余旋形式族群-来自余旋形式族群中的表面允许对聚焦不准像差进行精确控制。此外，余旋形式系统能够具有圆形对称的MTF，这将导致高度均匀的MTF。余旋形式函数的通常公式为：P(r，θ)＝∑α_irⁱcos(w_iθ+φ_i)，其中，在极坐标中r和θ为半径和角度，为角度相位偏移。弧度相位系数w_i对于一些系统可以都为零。另一个特殊的形式是P(r，θ)＝f(r)cos(wθ+φ)。例如，一个特殊的余旋形式表面150在图7中显示，其中显示了等相位(constant phase)线151。在图8中显示了被设计成对于+/-5个波的聚焦不准像差保持不变的优化余旋形式表面153。在图8中示出了优化余旋形式表面153的性能，其中图8示出了：传统光学成像系统的PSF 154、使用余旋形式表面153和传统物体掩模的系统100的PSF155、以及使用余旋形式表面153和经过改变的物体掩模(例如，通过上述优化处理实现的经过改变的掩模)的系统100的PSF 156。

常量分布路径(CPP)族群-与余旋形式的表面相比，常量分布路径表面可在复杂的光学数字设计中需要更多控制的情况下使用。该特性能够设计成在对物体掩模进行改变后能最佳地工作。CPP表面的表面高度沿着在其中表面的函数形式或分布与沿着该路径的归一化版本相似的路径被限定。实际表面高度从路径到路径进行变化，但沿着归一化路径的函数形式或分布则无需随路径到路径而变化。CPP元素的实施例显示在图9中；例如一个CPP元素157具有平方函数形式。使用CPP族群来设计系统的一个影响是：使用CPP光瞳面相位掩模的系统能够产生这样的结果，即，它对聚焦不准类像差和紧凑的(compact)PSF具有低的变化。

图10、11a、11b和11c示出了在具有聚焦深度为K*λ*f#/2(其中k等于8)的光刻系统中，使用用于通路(via)或孔的物体掩模的一个实施例。在该实施例中聚焦不准范围为0到+2个波。对于聚焦不准范围为0到-2个波也具有相同的结果。具体而言，图10显示了对理想光学投影透镜(例如，用于作为光刻系统100的成像透镜106使用)进行的经过改变的表面分布158。这种改变能够认为是在理想透镜的孔径光阑处或其附近增加了理想的“相位掩模”，以例如形成图1的光瞳面函数108。相位掩模的函数形式被提供为P(r)，该函数可通过对相位函数族群进行优化(例如，图6)以将容许偏差增加到+/-2λ的聚焦不准而生成。曲线图159显示了分布158(作为透镜的归一化半径的函数)的光学路径差异(OPD)。

图11a-11c显示了使用光刻系统的线性系统模型在用不相干源照射时，对空间图像进行的理想化仿真，其中成像透镜被模型化为在最佳聚焦处衍射受到限制。具体地说，图11a示出了描述传统光学成像系统中的聚焦不准效应以及相应增加了点空间图像的宽度(其结果是由于聚焦不准而使系统的分辨率下降)的第一组图像。图11b中的第二组图像显示了在聚焦不准的等价范围上增加了相位掩模(P(r))的点空间图像。图11c中的第三组图像显示了在对专门用于特殊相位掩模的物体掩模进行成像时，用相位掩模/透镜组合产生的最佳图像；物体掩模的空间图像基本与传统成像系统在最佳聚焦时的点空间图像一致。即便是具有大量的聚焦不准，但专用的物体掩模的图像基本上和来自传统系统的得到最佳聚焦的点空间图像一样好。图11c描述了对于聚焦不准的不变性，和在+/-2(的聚焦不准范围上对特定物体的衍射受限成像。

图12显示了用于各种在轴(on-axis)和离轴(off-axis)照明方案的一系列被理想化的光瞳映射图(a)-(h)。例如，光瞳映射图h对应于需要双曝光和双掩模的两个光瞳图。

图13是描述在具有NA等于0.7的现有技术系统中的全聚焦(through-focus)的点空间图像。曲线图160显示了在传统光刻系统中由于聚焦不准导致的强度变化。曲线图160的每根线表示给定聚焦不准距离的点空间图像。点空间图像的宽度以纳米的形式显示在X轴，并且聚焦不准以纳米显示。如果曝光门限被设置在例如0.6，则所记录的“点(spot)”的大小将作为聚焦不准函数急剧变化；在某些情况下，记录不会显示。如曲线图160所示，聚焦深度(例如，在形成可使用图像的聚焦不准范围)太小以至于蚀刻的图像对于当前光刻系统的容许偏差是没有对准焦点的。

除了已注明的情况之外，在下面的某些描述性仿真中使用具有193纳米(nm)波长和NA为0.7的透镜的旋转四极照明器(见图34)。旋转四极照明器(因为典型或非旋转的四极照明具有设置在它们对角线中的孔，所以被称为旋转)被设计成256×256大小的格栅，并且在格栅点(4，128)、(252，128)、(128，252)和(128，4)处设置(居中)有小孔(或“孔”)，其中点(1，1)被定为“原点”，并且在矩阵的左上角，其中，在这些特殊仿真中的“孔”被定义为具有零相位和透射率：

孔＝

0 0 0 1 0 0 0

0 1 1 1 1 1 0

1 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 0

0 0 0 1 0 0 0

可以使用可选的照明器设计-例如环形、指定的或不规则的几何形状的照明器设计。在这里包括的仿真采用光学研究协会(OpticalResearch Associate)的编码V来实现。使用具有部分相干(PAR)模型的编码V干涉图(interferogram)文档输入来对照明进行模型化。该文档用序列命令“SRC<文档名>2.0”来使用，其中，2.0表示照明器的相对大小(参照编码V对于“相对的”的定义)。其它具有各种角度方向和窗口几何形状的照明器设计(包括极化、相位和幅度控制)可被等同地使用。

图14是描述图1中的光瞳面函数108的余旋形式的一个实施例的曲线图161，光瞳面函数108采用了波前编码以扩展光刻系统100的聚焦深度。下面显示的是用于光瞳面函数108的表面的等式(包括在编码V中使用的相干参数)，其中，第一个等式用于数值孔径为0.7的情况，第二个等式用于数值孔径为0.8的情况。

光瞳函数公式：P(r，θ)＝(Y/R)∑a_nrⁿ，其中，n＝1...9，半径|r|＜＝1.0，角度θ＝0.....2π，其中，a_n＝[4.6967-2.7162 1.7921-0.7771-0.5688-1.3528 0.87170.2985 0.0236]NA 0.7：元件半径Y＝119mm，归一化半径R＝35000

光瞳面相位函数公式：P(r，θ)＝(Y/R)∑a_nrⁿ，其中，n＝1...9，半径|r|＜＝1.0，角度θ＝0.....2π，其中，a_n＝[4.6967-2.7162 1.7921-0.7771-0.5688-1.3528 0.87170.2985 0.0236]NA 0.8：元件半径Y＝130mm，归一化半径R＝45000

光瞳面函数108可通过在成像透镜106的光瞳面中引入并入有相位掩模的额外物理光学组件来实现。在其它的实施方案中，光瞳面函数108可通过改变接近于光瞳面的透镜表面(例如，透镜118和120)来引入。

图15是示出来自图1中的光刻系统100的全聚焦的点空间图像，并显示了扩展的聚焦深度的曲线图162。曲线图162显示出，例如对于在曝光门限0.6之上的点空间图像强度，图像大小随大的聚焦不准改变很少。尽管曝光门限之下的点空间图像强度更多地变化，但是它们很少影响所记录的图像。此外，通过使用分辨率提高技术(RET)或光学接近修正(OPC)来对光掩模104进行进一步的改变可消除驻留效应。因此，还可以通过改变光掩模104以将通过光瞳面函数108产生的点空间图像考虑在内，从而控制低于曝光门限的PSF强度。

在低于曝光门限的点空间图像强度的组合效果相加、相干或叠加以形成实质性的贡献用以记录所组合的强度的某些情况下，可以使用采用对光掩模104进行图像处理的可选方案，并且可以使用RET和OPC技术。所选择的方法和相关的设计规则依赖于照明的类型、图像的特色和具体的应用。光瞳面函数108和光掩模104可被设计成这样，即，重叠空间图像的互相影响正面地(或负面地)但以高度受控的方式，在周期间隔、连续区域或特殊的几何线路设计中对所有的图像强度起作用。

与聚焦有关的像差随NA的增加而平方地增加；设计和构成具有大的NA的光刻系统因此变得困难和昂贵。在一个实施例中，通过增加光学元件(或改变已有的光学元件的表面)以结合光瞳面函数108，就可将最初设计的具有一个NA的成像透镜改变成以较大的NA进行操作。光瞳面函数108的增加使聚焦深度增加，并因此减少了与聚焦有关的像差的负面影响。

为了比较的目的，图16是示出来自具有NA增加到0.8的现有技术的、并对透镜元件的形状和间距没有作任何改变的光刻系统的全聚焦的点空间图像的曲线图163。因此，像差对于增加的NA没有被重新平衡。与图13中的曲线图160比较，曲线图163显示出分辨率像期望的那样随增加的NA而增加(应该注意曲线图162的横轴比例相对于曲线图160发生的变化)。然而，在曲线图163中的聚焦深度还小于曲线图160中的聚焦深度，这是因为聚焦深度随NA的增加成平方地减少。

另一方面，图17是描述来自图1中的NA增加到0.8的光刻系统100的全聚焦的点空间图像。图17显示出，由于增加了光瞳面函数108，透镜的NA可随聚焦深度的增加而增加到0.8。曲线图170中的点空间图像的强度大于曝光门限的部分基本上与图16中的曲线图163的聚焦对准的PSF相同。这样，即便是在增加NA并不对光掩模进行改变时，将光瞳面函数108引入成像透镜106也提高了景深。

图34显示了用来形成图18、19、20、21、22和23的数据和/或图像的一个光掩模350和一个照明器360。照明器360是具有四个孔径362的旋转四极照明器，光掩模350包括相位(例如，孔352包括180度的相移)和强度信息(例如，孔352和354都是80nm的方块并分隔开130nm的356)。

图18是描述全聚焦双孔空间图像1D的分布的曲线图180，该分布由现有技术的光刻光学成像系统从照明器360和光掩模350产生。具体地说，图18显示了由具有NA为0.8的采用双孔或通路的光掩模350和具有照明波长为193nm的照明器360产生的仿真空间图像的截面图。通路例如被用来在集成线路的不同级之间进行连接。除了增加可获得的分辨率，光掩模350的孔352具有π相位偏移，该相位偏移被增加到通过上述孔(参见图34)的光的相位。曲线图180示出上述两个孔的空间图像在聚焦对准时是良好的，但是该图像随聚焦不准迅速劣化。图19的一组图像描述了全聚焦的双孔空间图像2D的强度(由现有技术的光刻光学成像系统通过照明器360和光掩模350产生)。具体地讲，图19显示了用于-300nm、-200nm、-100nm、+0nm、+100nm、+200nm、+300nm和+400nm焦距的图像，其中标注有+0nm的图像表示聚焦对准的图像。两个孔的空间图像的强度随聚焦的变化而变化。图20显示了被记录入高度非线性光刻胶的图19的图像。可以注意到，孔仅在200nm的范围上被记录下来，并且在聚焦不准时仅在100nm上记录下具有正确大小的孔。

图21、22和23通过图1中的光刻系统100使用照明器360和光掩模350产生，并用来与图18、19和20进行比较。具体地说，图21显示了描述全聚焦的双孔空间图像1D分布，它由图1中的光刻系统100从照明器360和光掩模350产生。可以理解，和图18的曲线图180比较，曲线图210显示了增加的景深。图22显示了用来产生曲线图210的空间图像的强度。图23显示了通过具有高度非线性灵敏度的光刻胶记录下来的光掩模350的两个孔的图像。

可以理解，图21、22和23示出可允许的聚焦不准极大地得到增加，但却没有损失分辨率，这是因为在大范围的聚焦不准范围上，空间图像的被记录的部分具有和如图20所示的聚焦对准的图像相同的分布。图23显示出，孔在300nm到400nm的聚焦不准范围上被记录，并具有在两倍范围上发生的不变大小和形状(显示于图20)。这样，由于光掩模的不平、晶片的不平、在任意光刻系统组件布置中的错误或其它原因而带来的聚焦不准，在光瞳面函数108包括于成像透镜106中时增加了容许偏差。因此，与传统的光刻成像系统相比，系统100增加了视场，并因此改进了处理能力。同样，与传统的光刻成像系统相比，系统100增加了的数值孔径，并因此提高了分辨率。

由于使用光瞳面函数108从而允许在大的聚焦不准范围之上记录良好的图像，因此可以建立大的处理窗口，这就增加了可接受地曝光的晶片的处理率。增大的处理窗口的一个实施例被显示成具有泊松(Bossung)曲线以及如图24、25、26和27所示的窗口曲线。光刻技术中的处理窗口通常包括在晶片(例如，图1中的晶片110)中执行的所有处理。然而，在下面的实施例中，处理窗口曲线和泊松曲线是基于具有归一化的强度的门限化的抗蚀模型和空间图像。

图24显示了描述用于现有技术的光刻系统的泊松曲线的曲线图240，其中，曝光门限从0.65到0.85变化，空间图像归一化到1.0的最大强度。图25显示了描述由在可接受的孔尺寸从95nm到115nm变化时，现有技术的光刻系统的处理窗口的曲线图250。

图26显示了描述与在图24中所使用相同的门限和归一化特性的、使用用于图1中的光学光刻系统100的泊松曲线的曲线图260。图27显示了描述与在图25中所使用相同的门限和归一化特性的、用于图1中的光学光刻系统100的处理窗口曲线的曲线图270。因此，可以对图26和27分别与图24和25进行比较。关于图1，增加的处理窗口意味者对下述相关的容许偏差要求可以放松并且不会降低分辨率：(a)光刻系统100的组件；(b)步进电机的精度；(c)光掩模114或形成光掩模114的物体掩模的平整度，和/或(d)晶片110的平整度。

对于可接受的100nm到110nm的孔尺寸而言，处理窗口252显示于曲线图250，处理窗口272显示于曲线图270。尽管处理窗口272在高度上稍微小于处理窗口252，但是处理窗口272包围的面积大于处理窗口252包围的面积。处理窗口272是200nm宽度的窗口，而处理窗口252的宽度小于100nm。因此，在该实施例中，处理窗口272显示了比处理窗口252更大的散焦(defocus)能力。

光瞳面函数108并不局限于图14中示出的光瞳面函数，还可以使用其他的光瞳面函数增加光学系统中的聚焦深度。例如，可使用三种光学表面来增加聚焦深度(其每一个都具有不同的效果)：(a)立方体表面；(b)余旋形式表面；以及(c)常量分布路径表面。这些表面可被包括在单独光学元件的成像透镜(例如透镜106)中，或者被包括作为对现有元件表面的改变，以形成光瞳面函数108。例如，族群(c)“常量分布路径表面”族群产生与族群(a)和(b)相比非常不同的相位函数。图28示出了显示具有常量分布路径表面的、四个示例性的光瞳面函数108(a)-108(d)。可以组合使用这些族群。

图29、30和31示出了如何通过两个函数来描述用于常量分布路径表面的相位函数，其中一个函数描述了沿水平轴(见线302)的偏离中心变化，而另一个函数描述了沿距原点给定距离的路径的变化(见线304)。本文引入了共同拥有并悬而未决的、美国申请序列号为10/376,924、题目为“用于波前编码成像系统的优化图像处理”的申请以作为参考，从而用于给出更多的关于专用相位函数的说明和设计的信息。图29显示了用于示出交叉路径线302和平行(along)路径线304的示例性光瞳面函数的常量分布路径表面300。图30是用于常量分布路径表面300的、描述交叉路径线302的幅度的曲线图310。图31是描述波的高度的曲线图，用于常量分布路径表面300的平行路径线304。

使用沿路径具有常量分布的光学表面以设计专门的光学传递函数(OTF)或其幅度(幅度传递函数(MTF))的处理在图29、30、31、32和33中示出。在图30中，用于沿各路径的分布的倍数(multiplier)以幅度曲线的形式示出，以作为沿水平轴距离原点距离的函数。图31显示了沿一个路径304的表面高度中的变化。分布300显示了给予这些多项式的中间两维相位分布。分布300接着乘以二阶的径向函数以产生最终的分布330，如图32所示。分布330提供了对于成像系统的相位改变用以增加聚焦深度。分布330被显示为具有用于相位函数的等相位轮廓，该相位函数用于改变光学系统以增加其聚焦深度，并且其MTF在图33中的分布340中显示。分布340被显示为具有等传输(constant transmission)的轮廓。作为两维空间频率的这些等传输轮廓显示出经过改变的光学系统沿垂直和水平轴，以高于离轴空间频率的电平传递空间频率。由于大部分的集成线路具有平行于x和y轴(曼哈顿几何)的线，所以图像中的大部分信号能量沿相应的轴处于两维空间频域中。可选的几何能够通过不同的光瞳面函数(被优化用于它们特殊的几何)来最优地进行还原。在实践中，使用集成到单个光学元件或多个光学元件中的多个相位表面来进行高度的系统优化。光瞳面函数108可被实现为使得与光掩模或光掩模关联的空间频率在系统的两维光学传递函数中被最大化。

用于图29、30和31中的上述表面形式组件的等式在半径方向(曲线312)和垂直以及水平方向(曲线322)被多项式化。用于曲线312的多项式为：

P(r)＝-0.0784r³-0.1094r²-0.8245r+0.8220

其中，r＝0到1

并且用于曲线322的多项式是：

P(y)＝2.8776y²+0.7908

其中，y＝-1到1

通过两个形状的哈德马德(hadamard)乘法(元素乘元素)，其中P(r)是具有上面定义的r的一个形状，P(y)为第二形状，它通过将第二阶的多项式缩放比例以使其适合于相邻的对角线而形成，就可获得表面300。线304表示出由p(y)生成的在其被缩放以适合在对角线之间的多项式形状；线302表示出由P(r)生成的多项式形状。将表面300增加到其他的表面S(x，y)＝0.8034(x²+y²)(该表面在1.0＜sqrt(x²+y²)以外为零)可获得最终的光瞳面相位函数330，如图32所示。用于光瞳面相位函数340的相应MTF 340在图33中显示。

图1中的系统100例如在形成集成线路中的通路时是有用的。具体地将，空间图像122可形成一个或多个随聚焦不准变化很小的锐点图像(基本上是点扩散函数)(并进而延伸到系统100的对准和/或制造容许偏差)，以建立光刻胶材料122中的通路。这部分地成为可能，这是由于系统100的光学系统响应函数在有用的聚焦不准范围上具有零值。聚焦不准的这个范围还提供了更宽的、更有用的光刻胶处理窗口。通过公开技术中的光刻胶处理，可以获得一定程度的非线性特征，这在例如设置具有上述光刻胶的空间图像的门限时是有用的。系统100的扩展聚焦深度还允许在光刻胶中使用更深的孔。

可以对上述方法和系统进行变化而不会背离它们的范围。因此，应该注意到包含在上述说明和显示于相应附图中的主题应该解释为描述性的，并没有限制的意思。下面的权利要求区域覆盖在本文中描述的通用和专门的特征，以及为了描述起见，对本发明的方法和系统的范围的陈述可以被描述为落在这些权利要求中。

Claims

1.一种用于对涂布在晶片上的光刻胶进行曝光的光刻系统，包括：

照明子系统；

光掩模；

成像透镜，它具有光瞳面函数并形成所述光掩模的空间图像，所述空间图像邻近于所述光刻胶并具有扩展的聚焦深度。

2.如权利要求1所述的光刻系统，所述光掩模被构造成使所述光刻胶记录下来自所述空间图像的所需图案。

3.如权利要求1所述的光刻系统，其中，所述光瞳面函数操作以对来自所述光掩模的波前进行编码，从而增加所述聚焦深度。

4.如权利要求3所述的光刻系统，其中，所述聚焦深度至少是K*λ*f#/2，其中，K大于或等于1.5，f#是所述成像透镜的f值，λ是由所述照明子系统产生的光辐射的波长。

5.如权利要求4所述的光刻系统，其中，所述K是大于2、3、4、5、6、7或8中的一个。

6.如权利要求1所述的光刻系统，所述光瞳面函数包括来自于余旋形式族群或常量分布路径族群的相位函数。

7.如权利要求1所述的光刻系统，所述空间图像在所述聚焦深度上基本不改变。

8.如权利要求1所述的光刻系统，所述照明子系统包括照明源，所述照明源从选自由不相干的、环形的、四重的、分离的、四极的、CQUEST、QUASAS以及双极的照明源组成的群组。

9.如权利要求8所述的光刻系统，其中，所述光掩模依赖于所述照明的类型。

10.一种用于为光刻系统构建光掩模的方法，包括：

选择用于改变由所述光刻系统成像到晶片上的波前的相位函数；

确定所述光刻系统的点物体的图像；

从所述点物体的图像生成掩模改变函数，从而使所述光刻系统能够形成所需空间图像；

将所述掩模改变函数应用到所述的所需空间图像，以确定物体掩模的幅度和相位成分之一或两者；

基于所述光刻系统对所述物体掩模进行的成像，确定预计的空间图像；

将所述预计的空间图像应用到光刻胶模型以确定蚀刻图案；

量化所述蚀刻图案和用于所述晶片的所需蚀刻图案之间的差异；

如果所述差异不满足设计目标，则改变以下之一或两者：(a)所述相位函数，及(b)所述光刻系统的光学规格，并重复所述确定、生成、应用和量化的步骤，直到所述差异满足所述设计目标为止；以及

如果所述差异满足所述设计目标，则利用所述物体掩模构建用于在所述光刻系统中使用的所述光掩模。

11.如权利要求10所述的方法，还包括在所述应用所述掩模改变函数的步骤之后，根据所述光掩模的工艺性来量化所述物体掩模。

12.如权利要求10所述的方法，所述确定预计的空间图像的步骤包括：使用与所述光刻系统的成像相关联的相干度。

13.如权利要求10所述的方法，所述量化差异的步骤包括确定所述光刻系统的分辨率。

14.如权利要求10所述的方法，所述量化差异的步骤包括确定所述光刻系统的聚焦深度。

15.如权利要求14所述的方法，所述设计目标将所述聚焦深度定为K*λ*f#/2，其中，K大于或等于1.5，f#是所述光刻系统的f值，λ是照明所述晶片的波长。

16.如权利要求10所述的方法，所述选择相位函数的步骤包括：从相位函数族群中选择相位函数。

17.如权利要求16所述的方法，所述相位函数族群包括余旋形式族群和常量分布路径族群中的一个或多个。

18.如权利要求10所述的方法，所述量化差异的步骤包括估计所述光掩模的工艺性。

19.如权利要求18所述的方法，所述设计目标利用有限数目的幅度阶跃来定出所述光掩模。

20.如权利要求19所述的方法，所述设计目标利用有限数目的相位阶跃来定出所述光掩模。

21.如权利要求10所述的方法，所述掩模改变函数包括空间滤波。

22.如权利要求10所述的方法，所述设计目标包括最大化的分辨率。

23.如权利要求10所述的方法，所述选择所述相位函数的步骤包括：选择具有形式为P(r)＝∑a_irⁱ的相位函数，其中，i是大于2的数。

24.如权利要求23所述的方法，其中，i＝3，4...7，|r|≤1，并且a＝[11.3908 -4.0017 -6.1467 7.6237 -3.9481]。

25.如权利要求23所述的方法，其中，i＝3，4...7，|r|≤1，并且a＝[4.6967，-2.7162，1.7921 -0.7771，-0.5688，-1.3528，0.8717，0.2985，0.0236]。

25.如权利要求10所述的方法，所述设计目标包括增大视场。

27.如权利要求10所述的方法，所述设计目标包括增加处理能力。

28.如权利要求10所述的方法，所述设计目标包括通路深度和宽度。

29.如权利要求10所述的方法，其中，所述光掩模具有定出用于通路的孔的厚度。

30.一种用于光刻成像系统的光掩模，通过以下步骤来形成：

利用所述光刻成像系统确定点物体的图像；

从所述点物体的图像生成掩模改变函数，从而使所述光刻成像系统能够形成所需空间图像；

在形成所需空间图像时使用所述掩模改变函数确定物体掩模的幅度和相位成分之一或两者；

基于所述光刻成像系统对所述物体掩模进行的成像，确定预计的空间图像；

将所述预计的空间图像应用到光刻胶模型以确定蚀刻图案；

如果所述差异不满足设计目标，则改变以下之一或两者：(a)所述相位函数，及(b)所述光刻成像系统的光学规格，并重复所述确定、生成、应用和量化的步骤，直到所述差异满足所述设计目标为止；以及

如果所述差异满足所述设计目标，则利用所述物体掩模构建所述光掩模。

31.如权利要求30所述的方法，所述设计目标包括通路深度和宽度。

32.如权利要求30所述的方法，其中，所述光掩模具有定出用于通路的至少一个孔的厚度。

33.一种包括存储于计算机可读的媒介中的指令的软件产品，其中，所述指令在被计算机执行时完成构建用于光刻系统的光掩模的步骤，所述软件产品包括：

用于选择相位函数的指令，所述相位函数改变由所述光刻系统成像到晶片上的波前；

用于确定所述光刻系统的点扩散函数的指令；

用于从所述点扩散函数生成掩模改变函数，从而使所述光刻系统能够形成所需的空间图像的指令；

用于将所述掩模改变函数应用到所需的空间图像以确定物体掩模的幅度和相位成分之一或两者的指令；

用于基于所述光刻系统对所述物体掩模的成像确定预计的空间图像的指令；

用于将所述预计的空间图像应用到光刻胶模型以确定蚀刻图案的指令；

用于量化所述蚀刻图案和用于所述晶片的所需蚀刻图案之间的差异的指令；

用于在所述差异不满足设计目标时改变(a)所述相位函数；和(b)所述光刻系统的光学规格中的一个或两者的指令；

用于重复所述确定、生成、应用和量化的步骤直到所述差异满足所述设计目标的指令；以及

用于在所述差异满足所述设计目标时利用所述物体掩模构建用于在所述光刻系统中使用的所述光掩模的指令。

34.如权利要求33所述的软件产品，还包括用于根据所述光掩模的工艺性来量化所述物体掩模的指令。

35.如权利要求33所述的软件产品，用于确定所述预计的空间图像的指令包括：用于使用与所述光刻系统的成像相关联的相干度的指令。

36.如权利要求33所述的软件产品，用于量化差异的指令包括：用于确定所述光刻系统的分辨率的指令。

37.如权利要求33所述的软件产品，用于量化差异的指令包括用于确定所述光刻系统的聚焦深度的指令。

38.如权利要求33所述的软件产品，所述设计目标将所述聚焦深度定为K*λ*f#/2，其中，K大于或等于1.5，f#是所述光刻系统的f值，λ是照明所述晶片的波长。

39.如权利要求33所述的软件产品，用于选择相位函数的指令包括：用于从相位函数族群中选择相位函数的指令。

40.如权利要求39所述的软件产品，所述相位函数族群包括余旋形式族群和常量分布路径族群中的一个或多个。

41.如权利要求40所述的软件产品，所述用于量化差异的指令包括用于估计所述光掩模的工艺性的指令。

42.如权利要求33所述的软件产品，所述设计目标利用有限数目的幅度阶跃来定出所述光掩模。

43.如权利要求33所述的软件产品，所述设计目标利用有限数目的相位阶跃来定出所述光掩模。

44.如权利要求33所述的软件产品，所述掩模改变函数包括空间滤波。

45.如权利要求33所述的软件产品，所述设计目标包括最大化的分辨率。

46.如权利要求33所述的软件产品，所述用于选择所述相位函数的指令包括：用于选择具有形式为P(r)＝∑a_irⁱ的相位函数的指令，其中，i是大于2的数。

47.如权利要求46所述的软件产品，其中，i＝3，4...7，|r|≤1，并且a＝[11.3908 -4.0017 -6.1467 7.6237 -3.9481]。

48.如权利要求46所述的软件产品，其中，i＝3，4...7，|r|≤1，并且a＝[4.6967，-2.7162，1.7921 -0.7771，-0.5688，-1.3528，0.8717，0.2985，0.0236]。

49.如权利要求33所述的软件产品，所述设计目标包括增大视场。

50.如权利要求33所述的软件产品，所述设计目标包括增加的处理能力。

51.如权利要求33所述的软件产品，所述设计目标包括通路深度和宽度。

52.如权利要求33所述的软件产品，其中，所述用于光掩模的指令包括定出用于通路的孔的厚度。

53.一种用于增加光刻系统中的聚焦深度的装置，包括：

光学器件，用于将光掩模或遮光模成像到具有曝光门限的光刻记录媒介上；

光瞳面函数，它改变所述光刻成像系统的空间图像，以使得所述空间图像的一部分在扩展的聚焦深度上处在所述光刻记录媒介的记录门限之上，所述光瞳面函数通过影响所述光学器件成像的波前的相位来改变系统响应函数和空间图像。

54.如权利要求53所述的装置，其中，所述光瞳面函数和所述光掩模或遮光模改变系统响应函数。

55.如权利要求53所述的装置，还包括照明源，所述照明源选自由不相干的源、环形的源、四重的源、分离的源、四极的源、CQUEST源、QUASAS源和双极子的源组成的群组。

56.如权利要求55所述的装置，所述照明源生成相干的或部分相干的照明。

57.一种用于增加光刻的处理窗口的方法，包括：

照射光掩模；以及

通过改变波前的相位将所述光掩模的所述波前成像为空间图像，从而使所述空间图像与在没有改变所述波前相位而形成的空间图像相比具有扩展的聚焦深度和增加的处理窗口尺寸。

58.如权利要求57所述的方法，执行所述成像的步骤以在整个所述被扩展的聚焦深度上将点物体空间图像保持为基本上是聚焦对准的。

59.如权利要求57所述的方法，执行所述成像的步骤以使所述空间图像在所述聚焦深度上为光刻记录媒介提供基本不变的门限。

60.如权利要求59所述的方法，执行所述成像的步骤以使得所述点物体空间图像对于整个光掩模基本不变。

61.一种形成通路的方法，包括：

照射光掩模，所述光掩模具有厚度并定出用于所述通路的孔；以及

通过改变光掩模的波前相位将所述波前成像为晶片上的图像，以使得所述图像在厚度上具有扩展的景深，其中后续的对光刻胶的蚀刻在所述晶片中形成具有基本均匀的宽度的通路。