CN102314096A - 制造长的微透镜阵列的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造用于微光刻投影曝光设备中的照射系统的长的微透镜阵列的方法，所述方法包括下述步骤：a)提供衬底(30)；b)提供包括切割刃(24)的切割工具(22)；c)在快速切割工艺中相对于所述衬底(30)重复移动所述切割工具(22)，从而使得所述切割刃能够切割入所述衬底(30)；d)在步骤c)中沿着平行于所述微透镜的纵向轴的纵向方向(X)移动所述衬底(30)；e)至少基本垂直于所述纵向方向(X)移动所述衬底(30)；f)重复所述步骤c)和d)。

Description

制造长的微透镜阵列的方法
本申请是申请日为2007年2月16日、申请号为200780005771.8(国际申请号为PCT/EP2007/001370)、发明名称为“用于微光刻投影曝光设备的照射系统的光学积分器”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年2月17日提交的美国临时申请US Ser.No.60/774,850以及2006年6月9日提交的US Ser.No.60/804,369的优先权。这些早期的申请的全部内容在此引用作为参考。
技术领域
本发明涉及一种制造用于微光刻投影曝光设备的照射系统中的长的微透镜阵列的方法。长的微透镜阵列通常包括在这种照射系统的光学积分器或散射板中。
背景技术
微光刻(也称作光刻法或者简单光刻)是用于制造集成电路、液晶显示器以及其他微结构装置的技术。微光刻工艺结合蚀刻工艺用于在薄膜叠层中构图特征，所述薄膜叠层形成在例如硅晶片的衬底上。在制造的每一层，首先用光致抗蚀剂涂敷晶片，所述光致抗蚀剂是对例如深紫外(DUV)光的辐照敏感的材料。下一步，将在顶部具有光致抗蚀剂的晶片通过投影曝光设备中的掩模曝光到投影光。掩模包括将被投影到光致抗蚀剂上的电路图形。在曝光之后，将光致抗蚀剂显影以产生对应于掩模中包含的电路图形的图形。然后通过蚀刻工艺将电路图形转移到晶片上的薄膜叠层中。最后，去除光致抗蚀剂。用不同的掩模重复该工艺获得多层微结构部件。
投影曝光装置通常包括照射系统、用于对准掩模的掩模平台、投影透镜以及用于对准以光致抗蚀剂涂敷的晶片的晶片对准平台。照射系统照射掩模上的场，所述场通常具有(长)矩形或者环片段的形状。
在现有的投影曝光设备中，在两个不同类型的设备之间存在区别。在一种类型中，晶片上的每个目标部分通过对整个掩模图形曝光所述目标部分的一次操作而被辐照；这种设备通常称作晶片分步投影光刻机(wafer stepper)。在另一种称作步进-扫描设备或者扫描器类型的设备中，每个目标部分通过在给定的参考方向中的投影光束下逐渐扫描掩模图形，同时同步地扫描平行于或者反平行于该方向的衬底而被辐照。晶片的速度与掩模速度的比例等于投影透镜的放大率，所述放大率通常小于1，例如1∶4。
随着制造微结构器件的技术发展，关于照射系统的要求也在增加。理想情况是，照射系统以具有良好限定的角度分布和辐照的投影光照射掩模上的照射场的每个点。通常投影光的角度分布对于照射场中的所有点应该相同。这在分步投影光刻机类型的装置中也应用于辐照，因为由于光致抗蚀剂的精确曝光阈值，在照射场中即使微小的辐照变化也会转换成晶片上的较大尺寸变化。
在扫描器类型的曝光装置中，在照射场中的辐照可沿着扫描方向变化。作为通过扫描运动获得的积分效果的结果，在光致抗蚀剂上的每个点仍然接受同样的光能量。例如，发现，在照射场的长边缘处具有弯曲或者倾斜斜坡的扫描方向的辐照作用对于抑制脉冲量子化效应是有效的。脉冲量子化效应在转让给本申请人的国际申请WO 2005/078522中具体描述。
投影光射到掩模上的角度分布通常适应于投影到光致抗蚀剂上的图形类型。例如，较大尺寸的特征比小尺寸的特征要求不同的角度分布。所使用的最通常的投影光的角度分布称作常规的、环形的、偶极和四极照射设置。这些术语指照射系统的瞳平面上辐照的分布。例如，用环形照射设置，在瞳平面上仅照射环形区域，因此在投影光的角度分布中仅仅有小范围的角度，使得所有光束以相似的角度倾斜地射到掩模上。
在设计用于波长小于200nm的照射系统中，通常使用激光作为光源。激光器发射的投影光束具有小的横截面和小的发散性，因此几何光通量也小。几何光通量也称作Lagrange不变量，是至少对于特定具体配置，与最大光角度和照射场尺寸的乘积成比例的数值。激光器光源的小几何光通量意味着，如果利用常规的透镜，则或者能够获得以小的照射角照射的大场，或者获得以大的照射角照射的小场。
为了同时获得以较大照射角照射的大场，大部分照射系统包含光学元件，所述光学元件对于元件上的每个点，增加了通过该点的光的发散性。具有这种特性的光学元件在下面将被称作光栅元件。这种光栅元件包括多个通常周期性设置的子元件，例如衍射结构或者微透镜。
包括玻璃棒或者类似光混合元件的照射系统通常获得在掩模面上较好的照射均匀性。然而，这些光混合元件较大程度地破坏投影光的偏振状态。这在一些情况下是不希望的，因为已经发现，使用具有特别选择的偏振状态的投影光照射掩模可显著地改善在光致抗蚀剂上的掩模图形的成像。
在美国专利6,583,937B1中公开了一种不利用玻璃棒或者类似光混合元件的而获得较好的辐照分布的典型的照射系统。第一光栅元件位于照射系统中包含的物镜的物平面中。物镜包括可变焦光学元件以及锥透镜对，其使得能够调节在物镜的出射光瞳中的辐照分布以及从而射入到掩模上的投影光束的角度分布。邻近物镜的出射光瞳平面设置有产生多个二次光源的复眼光学积分器。光学积分器包括两个积分器部件，每个包括柱面微透镜阵列，所述光学积分器增加几何光通量并且调节在掩模上的照射场的尺寸和几何形状。照射系统还包括直接设置在场光阑的前面的散射结构，所述场光阑确保在掩模上的照射场的清晰边缘。
然而，即使用这样复杂的照射系统，仍然难于满足用于未来的照射系统的射入到掩模上的投影光的希望辐照以及角度分布方面的严格的规范。
进一步影响辐照分布的一种方法是使用如欧洲0 952 491 A2中描述的可调节光阑装置。该装置包括两个相对行的小的邻近的叶片，其平行于扫描方向设置。每个叶片可选择地插入到投影光束中。通过调节相对的叶片之间的距离，能够在垂直于扫描方向的方向上控制曝光光致抗蚀剂的全部光能(剂量)。然而，使用光阑通常具有这样的影响，即大量的用于投影目地的投影光损失了。除此以外，这些可调光阑装置机械上复杂并且因此是昂贵的部件。因此，希望的是，利用更简单和更廉价的此类装置，利用这些装置仅仅用于微调，或者完全地免除这些装置。
用于改善辐照分布的另一种方法是改善光学积分器，所述光学积分器不仅确定照射场的几何形状而且对于掩模面上的辐照分布具有很大影响。用在这种光学积分器中的微透镜阵列产生宽广并且连续的角度分布。微透镜阵列的缺点在于辐照分布产生在远场和因此在掩模面上不够均匀。代替平坦的，所述辐照分布特征在于有多个波纹，而这在一些情况下是不能接受的。
国际申请WO 2005/078522 A公开了一种照射系统，在所述照射系统中，在微阵列的紧邻处设置有散射结构。散射结构增加了在扫描方向以及其垂直方向上的几何光通量，并且消除了微透镜阵列所产生的照射分布的波纹。该文件还公开了一种用于光学积分器的有利的设置，在该设置中，在一定程度上避免了在微透镜或者支持微透镜的衬底中的非常高的光辐照。这样高的光强度可能非常快的毁坏微透镜或者衬底。
美国专利申请2004/0036977 A1公开了一种用于照射系统的包括两个可单独调节的积分器部件的光学积分器。为此，至少一个积分器部件可沿着光轴(Z轴)或者垂直于扫描方向(X轴)移动，或者它可绕着Z轴、X轴或者垂直于Z和X轴的扫描方向(Y轴)旋转。在每个积分器部件的前面设置有用于减少不希望的辐照波动的校正过滤器。每个校正过滤器包括具有间距的随机构图条纹，所述间距与各个积分器部件的柱面透镜的间距相等。校正过滤器通过显微镜对准，使得随机构图条纹的边界线与柱面透镜的边界线精确一致。柱面透镜可具有非圆形的横截面以进一步改善掩模上的辐照分布。
美国专利申请2005/0018294 A1公开了一种用于照射系统的包括第一和第二积分器部件的光学积分器，所述第一和第二积分器部件每个包括在正交的X和Y方向上延伸的柱面透镜阵列。每个柱面透镜阵列包括多个平行的凸弯曲柱面微透镜。在相邻的凸微透镜之间形成过渡区域，在所述区域中不能完全控制折射光线并且导致光散射。为了避免这样的区域，所述凸微透镜以小的凹弯曲柱面透镜隔开使得整个表面轮廓类似于起皱的板顶。窄凹柱面透镜以限定的方式反射光线使得可避免前述问题。然而，如果将两个相同的这种类型的微透镜阵列设置成一个在另一个后面，那么在远场的强度分布的侧面会出现强度峰值。为了避免这些峰值，已提出在一个微透镜阵列中，凸弯曲柱面透镜具有变化的间距。确定所述间距变化使得所述凸微透镜的顶线仍与设置在另一个微透镜阵列上的相应微透镜的顶线精确地重合。
微透镜间距的这种变化在远场中产生不希望的强度峰值。然而，因为所述微透镜的间距是非常小并通常在1mm以下，所以即使被精密抛光的折射表面也在远场强度分布中产生在精密照射系统中所不能忍受的波纹。
目前，用在微光刻投影曝光设备的照射系统中的微透镜阵列通常利用超声波震动研磨方法制造，如在美国专利6,416,237中所描述。研磨模具设置有与待形成的微透镜互补的阴压槽。在面向衬底的一侧，研磨模具涂敷有由研磨剂构成的涂层，例如粉碎的粉末。然后研磨模具以超声波范围内的机械震动激励并且压到衬底上。因此衬底的部分材料被单向切割去除，其中研磨剂用作切割材料。在研磨步骤后，所述表面用高能电子束抛光。电子轰击导致表面轻微地熔化，从而减少表面粗糙度。
从D.L.Decker等“Optical and Surface Physical Characteristics ofDiamond-machined Infrared Windows”(“The Science of Ceramic Machiningand Surface Finishing II”，B.J.Hockey和R.W.Rice，编辑，National Bureau ofStandards Special Publications(U.S.Government Printing Office，WashingtonD.C.1979)，第293到304页)中，已知施加金刚石车削工艺，以形成由氟石或者其他单晶材料形成的红外窗口。该文献描述了晶体方向的取向对利用金刚石车削工艺产生的表面粗糙度有影响。
类似的结果在J.B.Arnold等的“Machinability Studies of Infrared WindowMaterials and Metals”(SPIE vol.93，Advances in Precision Machining of Optics(1976)，第96-103页)中也有描述。
用于金刚石快速切割包括氟石的各种衬底以制造高精度的非球面和衍射表面的机器由Temmek Optics Ltd.提供。
与在快速切割形成微凹槽中形成毛刺相关的问题在F.Z.FANG等的“Burr Formation and Fly-cutting”中描述，其可通过www.simtech.a-star.edu.sg/research/technicalreports/tr0311.pdf在2007年1月29日获得。
用于制造微透镜阵列的另一种方法在D.Flamm等的“Fabrication ofMicrolens Arrays in CaF2 by Ion Milling”(Micromachining Technologies forMicro Optics，Proceeding SPIE vol.4179(2000))中描述。根据该方法，熔化抗蚀刻剂并且通过表面张力将其传输到非二元的抗蚀剂结构中。然而，该方法包括多个曝光和蚀刻步骤，所述步骤仅能够以限制的精度再现。结果，通过这种方法生成的微透镜阵列的表面轮廓具有经常超出规格的容差。
发明内容
本发明的目标是提供一种在微光刻投影曝光设备的照射系统中产生多个二次光源的光学积分器。所述光学积分器使得能够在掩模面中获得希望的辐照和角度远场分布。更特别是，应该获得减少了不希望的波纹的均匀的或者希望的非均匀的辐照分布。
本发明的另一个目标是提供一种用于精确制造用在微光刻投影曝光设备的照射系统中的长微透镜阵列的方法。
关于光学积分器，根据本发明的第一方面，通过包括第一阵列的长的凸弯曲的第一微透镜的光学积分器可达到该目标，所述微透镜并排设置在第一平面中并且具有第一顶线。光学积分器还包括第二阵列的长的凸面弯曲的第二微透镜，所述微透镜并排地设置在第二平面中并且具有第二顶线。在沿着光学积分器的光轴的投影中，至少一个第二顶线或者其部分不与任何第一顶线或者其部分重合。
已经发现，通过横向移动相应微透镜也能够横向偏移在远场中的强度分布。如果多个相应的微透镜的顶线在沿着光轴的投影中不重合，那么在远场中横向偏移的强度分布叠加到整体的强度分布，在所述整体强度分布中，作为平均效应的结果，单个微透镜产生的每个强度分布中出现的波纹被减少。
关于如何避免所有或者一些相应的微透镜对的顶线完全重合，有各种办法。例如，至少一个第二顶线可形成Z形或者蛇形线。在Z形线的情况中，所述至少一个第二顶线的相邻直线部分可相对于参考方向以角度δ倾斜。这确保在远场中的强度分布横向偏移的距离根据确保最佳平均效应的均分函数变化。
当然，第一和第二微透镜的顶线都可形成Z形或者蛇形线，或者仅仅在第一和/或第二微透镜中的部分具有与其他阵列中的相应微透镜的顶线不重合的顶线。应该注意到，光或者沿着从第一到第二微透镜的方向，或者沿着相反的方向穿过光学积分器传播。
代替或者除了引入在相应微透镜的顶线之间的倾斜角外，也可设想提供具有变化间距的第二微透镜。然后即使第一和第二顶线都是直线，也可避免在相应顶线之间的完全重合。
根据本发明的另一方面，通过包括并排设置在第一平面中的第一阵列的长的第一微透镜的光学积分器达到上面所述的目标。所述光学积分器还包括并排设置在第二平面中的第二阵列的长的第二微透镜。至少一个第二微透镜具有弯曲的表面轮廓，所述表面轮廓沿着至少一个第二微透镜的纵向轴变化。
这种微透镜的弯曲表面轮廓的变化使得能够改变由微透镜在分布于光学积分器的出射表面上的特定区域中产生的角度分布。例如，能够引入入射到掩模面中的投影光的远心性以及椭圆率特性的场相关变化。
弯曲表面轮廓的局部变化也有利于减少在远场强度分布中的波纹，因为不同的弯曲表面轮廓产生不同的远场强度分布，其如果叠加在研磨平面中就会导致更加平滑的整体强度分布。在这种情况中，优选对各个微透镜限制表面轮廓变化。
为了改进远场中的远心性以及椭圆率特性，通常优选设置相邻的多个第二微透镜，所述第二微透镜具有沿着多个第二微透镜的纵向轴变化的弯曲表面轮廓。例如，第二微透镜的第二阵列可包括至少一个第一区域，在所述区域中，第二微透镜具有第一弯曲表面轮廓。在至少一个第二区域中，第二微透镜具有第二弯曲表面轮廓，其不同于第一弯曲表面轮廓在于，原料已经被局部去除。如果例如通过抛光或者离子束蚀刻仅仅去除在所述至少一个第二区域中的原料，那么所述弯曲表面轮廓被局部改动，其导致照射系统的远心性和椭圆率特性的场相关变化。在原料被去除之前，第二弯曲表面轮廓可以全部相同，或者，例如关于曲率半径或者微透镜间距而彼此不同。
为了修改照射系统的远心性和椭圆率特性，至少两个第二微透镜设置为沿第一方向，并且至少另外两个第二区域可沿着至少与第一方向基本垂直的第二方向设置。然后，在沿着第一方向设置的第二区域中的第二微透镜具有不同于沿着第二方向设置的另外的第二区域中的第二微透镜的弯曲表面轮廓的弯曲表面轮廓。
与制造微透镜阵列的方法相关的目标通过提供衬底和包括切割刃的切割工具达到。在快速切割(fly cut)工艺中相对于所述衬底重复移动所述切割工具，从而使得所述切割刃能够切割入所述衬底。在该步骤中沿着平行于所述微透镜的纵向轴的纵向方向移动所述衬底。然后至少基本垂直于所述纵向方向移动所述衬底。然后重复移动切割工具以及同时移动衬底的步骤直到所有微透镜形成在所述衬底上。
原理上，也能够在弯曲表面上形成微透镜阵列。然而，通常优选平行于加工平面移动衬底。如果在快速切割工艺中衬底沿着直的平行线移动，那么形成的柱面微透镜都是平行设置。如果衬底沿着Z形或者蛇形线移动，那么微透镜的纵向轴也具有Z形或者蛇形线的形状。
在快速切割工艺中，优选所述切割工具绕旋转轴旋转。所述旋转轴至少基本平行于衬底表面延伸，在所述衬底表面上将形成所述微透镜。在快速切割工艺中，所述切割刃指向远离旋转轴并且至少与所述旋转轴间隔开至少5mm的距离，优选大于9mm并且小于11mm。在这样的距离上切割工具以超过5000l/min的旋转频率旋转，优选在8000l/min到10000l/min之间。
如果衬底在单个微透镜的形成之间基本以所述微透镜的间距的倍数横向移动，那么可获得交叉的微透镜制造序列。这是有利的，因为切割刃通常会磨损，随后在快速切割工艺中所形成的微透镜的表面轮廓将具有微小的变化。通过应用交叉的制造序列，变化分布在衬底的整个表面上，而这对于远场强度分布的均匀性具有积极影响。
为了改变至少一个微透镜的表面轮廓，可再加工至少一个微透镜表面的至少部分。这可通过例如重复用具有不同切割刃的切割工具的快速切割完成。可简单地旋转180车削一个且同样的切割工具，获得具有不同切割特性的切割刃。
也可通过抛光至少一个微透镜或者将至少一个微透镜或者其至少部分暴露于离子束再加工所述表面。所述离子束的横截面的最大尺寸大于所述至少一个微透镜的间距。然后将多个微透镜暴露于平行入射在微透镜表面上的相同的离子流。因为在离子束方向和表面间形成的角度在垂直于微透镜纵向轴的横截面上剧烈变化，所述蚀刻速率也在横截面中剧烈变化。这就使得能够用同质的离子束修改微透镜的弯曲表面轮廓，而不需要将非常细的离子束引导到单个微透镜的部分上，以及使得通过控制蚀刻时间改变蚀刻速率。为了影响蚀刻速率，可改变在所述至少一个微透镜或者其部分与所述离子束之间的取向，例如，利用倾斜的台，在所述台上附接有具有微透镜阵列的衬底。
可选地或是附加地，可在微透镜上沉积由仔细选择的材料构成或者包括不同原料层的涂层。然后所述涂层的材料可提供额外的设计自由度，当确定用于获得希望的表面处理所需的工艺参数时可使用所述设计自由度。如果材料是例如CaF2的各向异性的晶体，那么蚀刻速率R也取决于晶体取向。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造用于微光刻投影曝光设备中的照射系统的长的微透镜阵列的方法，所述方法包括下述步骤：a)提供衬底；b)提供包括切割刃的切割工具；c)在快速切割工艺中相对于所述衬底重复移动所述切割工具，从而使得所述切割刃能够切割入所述衬底；d)在步骤c)中沿着平行于所述微透镜的纵向轴的纵向方向(X)移动所述衬底；e)至少基本垂直于所述纵向方向(X)移动所述衬底；f)重复所述步骤c)和d)。
根据本发明的再一方面，提供了一种再加工用于微光刻投影曝光设备的照射系统中的具有最大间距的长的微透镜阵列的方法，所述方法包括将至少一个微透镜或者其至少部分暴露于离子束，其中所述离子束的横截面的最大尺寸大于所述至少一个微透镜的最大间距。
附图说明
结合附图参考下面的具体描述，可以更加容易地理解本发明的各种特点和优点，其中：
图1示出了根据本发明的光学积分器的透视图；
图2是微光刻投影曝光设备的照射系统的光学积分器的一些微透镜、聚光器透镜以及掩模面的示意性的子午截面图；
图3是利用快速切割工艺用于加工图1中所示的光学积分器的机器的示意性侧视图；
图4是用于快速切割工艺的工具的保持件的侧视图；
图5是所述工具的透视图；
图6是所述工具的俯视图；
图7是CaF2衬底的俯视图；
图8和图9示出了用于在衬底的相对侧上的微透镜阵列的图7中所示的衬底的晶体取向；
图10是具有其中微透镜的表面轮廓不同的区域的微透镜阵列的俯视图，这种不同导致用圆圈表示的强度分布；
图11是示出对于离子束磨边，蚀刻速率与入射角度的相关性；
图12是设置用于离子束磨边微透镜的一般步骤的透视示意性图示；
图13示出了术语方位角和孔径角；
图14类似于图11地示出了另一种用于离子束磨边的设置，但是具有方位角β＝0°；
图15示出了蚀刻速率与孔径角以及与微透镜的顶线的距离的相关性；
图16类似于图12地示出了另一种用于离子束磨边的设置，但是具有方位角β＝90°；
图17是类似于图15的用于图16中所示的设置的图形；
图18是类似于图17的图形，但是离子束被对称地导向到微透镜的两侧；
图19是两个相对微透镜阵列的侧视图，其中一个阵列的微透镜具有变化的间距；
图20是示出在掩模面中由单个微透镜产生的强度分布的图形；
图21是示出在掩模面中通过图19中所示的微透镜阵列的所有微透镜的强度分布的叠加获得的整体强度分布的图形；
图22a到22l示出了用单个切割工具制造具有变化间距的微透镜；
图23是根据另一个实施例的微透镜阵列的俯视图，在所述实施例中，微透镜的纵向轴平行于Z形线；
图24是图23中所示微透镜的侧视图；
图25a到25e示出了具有交叉微透镜形成的微透镜阵列的制造；
图26是示出根据第一实施例的再加工工艺的微透镜阵列的侧视图；
图27是根据第二实施例的类似于图26的侧视图；
图28是通过微透镜阵列的截面，在所述微透镜阵列中，微透镜具有不同圆曲率的表面轮廓；
图29是根据第一实施例的多刃切割工具的示意性正视图；
图30是根据第二实施例的多刃切割工具的示意性正视图；以及
图31是包括图1所示的光学积分器和两个散射板的光学配置的透视图。
具体实施方式
1.光学积分器
下面将描述根据本发明的光学积分器的一般结构和功能。
1.1一般结构
图1是简化的光学积分器的透视图，其整体用10表示。该实施例的光学积分器10由第一积分器部件12和第二积分器部件14组成。第一积分器部件12包括第一柱面微透镜12Y阵列，所述阵列具有沿着X方向对准的平行的纵向轴。第一积分器部件12还包括第二柱面微透镜12X阵列，所述阵列具有沿着垂直于X方向的Y方向对准的平行纵向轴。因为微透镜12X、12Y的纵向轴是直线，所以第一微透镜12Y仅沿着Y方向具有折射光焦度，而第二微透镜12X仅在X方向具有折射光焦度。
第二积分器部件14是第一积分器部件12的相同复制，但是在绕着X轴或者Y轴旋转180°后安装。因此第三微透镜14X面向第二微透镜12X，而第四微透镜14Y面向离开第一积分器部件12。
在所示的实施例中，选择微透镜12X、12Y、14X、14Y的焦距以及沿着光轴OA的积分器部件12、14之间的距离，使得第二微透镜12X产生的焦线位于第三微透镜14X的顶点上。因为第三微透镜14X具有与第二微透镜12X相同的焦距，所以这意味着第三微透镜14X的焦线位于第二微透镜12X的顶点上。同理，同样的条件也分别应用到第一和第四微透镜12Y和14Y。
在可选实施例(未示出)中，第二和第三微透镜12X和14X分别不同。更特别地，第二微透镜12X的焦距比第三微透镜14X的焦距大。然后优选选择积分器部件12、14之间的距离，使得第三微透镜14X的焦线仍然在第二微透镜12X的顶点上或者附近。第二微透镜12X的焦线在第四微透镜14Y中或者甚至远离，例如，在第二积分器部件14的外面。
每个微透镜12Y、12X、14X、14Y通过它的，例如，纵向轴、间距，即垂直于它的纵向轴的宽度、以及折射表面的弯曲表面轮廓几何地限定。术语“轮廓”涉及在垂直于微透镜的纵向轴的(任何)截面中的表面形状。
表面轮廓主要确定微透镜的光学特性。例如，如果第二微透镜12X具有圆形的弯曲表面轮廓，那么在XZ平面中第二微透镜具有球面透镜的效果。如果弯曲表面轮廓不是圆形的，那么在该平面中第二微透镜具有非球面透镜的效果。
微透镜12Y、12X、14X、14Y的间距应该小于5mm或者最好在2mm以下。在所示的实施例中，间距在几个微米到几百微米的范围内，例如500μm。通常优选比穿过光学积分器10传播的光的波长大的间距，例如乘以因子3。
在国际专利申请No.PCT/EP2007/001267中描述了各种其他可选的光学积分器的结构，其要求也由本发明所要求的在2006年2月17日提交的相同美国临时申请60/774,850的优先权。例如，第一、第二、第三以及第四微透镜12Y、12X、14X、14Y可分布到两个以上的积分器部件，也可改变所述微透镜的顺序。
1.2功能
光学积分器10用于在微光刻投影曝光设备的照射系统中产生多个二次光源。每个二次光源完全照射掩模上的照射场。这将参考图2解释；在上述的国际专利申请No.PCT/EP2007/001267中可找到该功能的更具体的解释。
图2示出了照射系统的三个微透镜14X、聚光器16以及将由光学积分器10照射的掩模面18(或者中间场平面)。每个微透镜14X被相应的第二微透镜12X照射并产生发散的光束。所述光束的角度分布由微透镜14X的弯曲表面轮廓确定。聚光器透镜16将角度分布转换成掩模面18中的强度分布。
在扫描类型的投影曝光设备中，掩模上的照射场通常具有沿着X方向的大尺寸而沿着Y方向小得多的尺寸。这也示出了微透镜12Y、12X、14X和14Y的折射光焦度。第一微透镜12Y和第四微透镜14Y仅要求小的折射光焦度，因为照射场沿着Y轴具有小的尺寸。第二微透镜12X和特别是第三微透镜14X必须具有更大的折射光焦度，因为它们必须产生具有更大的最大发散角度的光束。
理想地，角度分布是完全平滑的，并且每个微透镜14X用完全同质或者均匀的强度分布照射掩模面18。如果微透镜的表面轮廓与它的理想形状不一致，例如，作为明显表面粗糙度的结果，角度分布将不是非常平滑，并且随后在掩模面18中将可观测到波纹。因为所有微透镜14X产生的强度分布重叠在掩模面18中，所以作为平均效应的结果所述波纹会平滑，所述平均效应与巨大数量的强度分布的叠加相关。然而，这要求每个微透镜14X产生的强度分布不是完全相同的。通常微透镜14X的制造工艺确保在微透镜之间有一定的变化。然而，这些变化可能是不够的。
光学积分器10特征在于引入(即，特意地引入)设计的变化。即，第三微透镜14X或者在第三微透镜中的不同部分，关于间距和/或纵向轴和/或弯曲曲面轮廓彼此不同。这将在下面3.3部分中详细解释。
2.2光学积分器的制造
下面将参考图3到16描述制造光学积分器10的方法。优选方法包括在快速切割机器上进行快速切割工艺。
2.1快速切割机器的一般概要
图3是快速切割机器的示意性侧视图，其整体表示为20。为清晰起见图3的图示不是成比例的。
机器20用于通过快速切割工艺在合适的衬底上产生微透镜12Y、12X、14X和14Y。快速切割工艺不同于常规的车削工艺在于，工件缓慢移动而工具旋转或者以另一方式快速移动，所述常规车削工艺中工件相对于缓慢移动的工具旋转。
为了实现快速切割工艺，快速切割机器20包括具有切割刃24的切割工具22。切割工具22被附接到保持件25上，所述保持件在所示的实施例中，可调节地安装到绕旋转轴28旋转的主轴26上。所述切割刃与旋转轴间隔优选至少5mm的距离，通常大于9mm并且小于11mm。通过超过5000l/min、优选在8000l/min到10000l/min之间的旋转频率，切割刃24以相对于表示为30的衬底非常高的速度移动。这使得它能够在缓慢移动的衬底30上产生非常光滑并且精确的表面轮廓。
待加工的衬底被接纳在工件保持件32上，所述保持件通过适配器部件34附接到升降台36。所述升降台36使得能够沿着Z方向相对于切割刃24调节衬底30，所述Z方向通常与垂直方向一致。
升降台36被安装到倾斜台38上，所述倾斜台38使得能够绕着两个正交的X方向和Y方向倾斜衬底30，如图3中箭头40和42所表示的一样。倾斜台38安装到旋转台44上，所述旋转台44使得能够绕着旋转轴46(参考双箭头48)旋转衬底30，所述旋转轴46优选与主轴26的旋转轴28交叉。旋转台44安装到定位台50上，所述定位台50使得能够沿着正交的X和Y方向在垂直于Z方向的平面中移动衬底30。定位台50可具有相对于主轴26并且因此相对于旋转的切割刃24的10nm或更好的定位精度。
通过升降台36、倾斜台38、旋转台44以及定位台50的各种移动的组合使得能够相对于快速旋转的切割刃24产生衬底的任意运动。这又能够在衬底上产生各种不同的甚至具有不规则形状的结构。
图4是保持件25的示意性侧视图，所述保持件25包括轴52，其上例如通过焊接附接有切割工具22。优选轴52相对于主轴26精确可调以相对于主轴26的旋转轴28获得工具22的正确取向。可选地或者另外，可在工具22和轴52之间提供调节机构。
图5和6分别以透视图和俯视图示出了工具22。工具22基本上是月牙型，切割刃24形成在月牙的内侧上。
从图6的俯视图中可见，工具22具有在其上形成切割刃24的较大的前表面54以及较小的后表面56，使得工具22在切割刃24的后面缩减。切割刃24的曲率小于后表面56的相邻的弯曲边缘58的曲率，所述切割刃24的曲率决定了待生成的微透镜的表面轮廓。在快速切割中，选择主轴26(看箭头50)的旋转方向使得具有切割刃24的前表面54朝衬底移动，并且切割刃24首先切割到衬底表面中。相邻的弯曲边缘58在快速切割工艺中通常不与衬底接触。
在所示的实施例中，切割刃24限定为圆形的凹弓。用这样的切割刃24，可在快速切割工艺中制造出在垂直于微透镜的纵向轴的平面中具有球面透镜效果的柱面凸曲弯曲表面。在切割刃24的两端之间的宽度W限定了用工具22可产生的微透镜的最大间距。在所示的实施例中，宽度W等于1.500mm，精度0.001mm。
优选工具22由单晶金刚石构成。根据衬底的材料，也可考虑其他的材料，例如常规金刚石、硬金属或者陶瓷。
2.2制造工艺
下面将简单地描述利用快速切割机器20的快速切割工艺。
首先，将优选具有平行平面板状的衬底安装到工件保持件32上并且利用倾斜台38调节使得它指向主轴26的上表面精确垂直于Z方向。利用倾斜台36沿着Z方向移动衬底30使得切割刃24完全切割到衬底30的表面中。在主轴26的旋转中，在定位台50的帮助下，沿着限定待制造的微透镜的纵向轴的第一方向缓慢移动衬底30。用如图5和6所示的工具，快速切割工艺产生具有直线纵向轴的第一凸面形状的柱面微透镜。
如果达到了微透镜的希望长度，那么升降台36降低衬底30，然后在升降台36再次升高衬底30之前，定位台50在横向上移动衬底30。通过再次缓慢移动衬底30，但是现在是相反于第一方向，可产生平行于之前生成的第一微透镜延伸的第二微透镜。如果希望更加均匀的微透镜表面，那么在快速切割工艺中，衬底30的移动不仅是平行的，而且是指向同一方向。这是因为对于在同一方向中移动或者在相反的方向中移动的衬底30中的切割刃24的切割会存在差异。
重复该工艺直到在衬底30上产生预定数量的平行微透镜。如果如光学积分器部件12和14的情况一样，在衬底30的相对侧也要制造微透镜，那么将衬底从工具保持件32中释放，然后翻转并且以翻转后的取向固定在工件保持件32中。然后重复所述工艺。为了在衬底的相对两侧生成两个正交的微透镜阵列，在快速切割工艺中在两侧的衬底的缓慢移动是正交的。
代替通过升降台36沿着Z轴移动衬底30，主轴26可连接到调节单元，所述调节单元使得能够沿着Z方向以小的，但是非常精确可控的距离移动主轴26，以及切割刃24。
2.3快速切割工艺的一般特性
因为快速切割工艺不涉及蚀刻步骤，所以也能够制造由CaF2构成的微透镜，所述蚀刻步骤在一些常规的生产微透镜的方法中包括。这是非常有利的，因为CaF2是用于在波长小于200nm时使用的光学积分器的非常重要的光学材料。
快速切割工艺也使得能够生成具有优良边缘锐度的微透镜。这对于其中相邻的微透镜直接接触的微透镜阵列尤其重要。在图12的放大的剪切图中可见，相邻微透镜沿着直线边缘62邻接，其中曲率是理想情况为零。然而，因为用快速切割工艺可获得良好的边缘锐度，从而能够将沿着边缘62的理想形状近似到非常好的程度。因此，可将在光学上不可用或者将光折射到不希望的方向的区域保持为非常小。
边缘锐度可通过用该工艺能获得的最小半径定义。在图12中，该半径通过Rmin表示。实验显示在由CaF2构成的衬底上用快速切割工艺能够获得小于200nm的边缘半径Rmin。
作为在切割刃24和衬底30之间高速相对速度的结果，微透镜可获得非常光滑的表面。然而该表面通常并不是完全光滑，而是会显示微小的粗糙度。这种微小粗糙度取决于衬底30的材料特性，以及工具22的质量和磨损条件。例如CaF2衬底的晶体缺陷可能导致在直径上数微米以及在深度上数纳米的材料损坏。
为了减少这样的微小粗糙度或者局部损坏，用快速切割机器20制造的表面可在额外的抛光步骤中抛光。各种抛光方法都适用于这个目的，例如包括利用抛光布或者抛光悬浮液的方法。也可考虑在机器人的帮助下或者通过应用magnetorheologid流体或者流体喷射进行抛光步骤。可选择地或者另外，可利用旋转抛光柱面获得抛光，所述柱面具有在其外的与阵列的表面轮廓互补的轮廓。这种抛光柱面可安装到快速切割机器20的主轴26。这具有最小化由于抛光步骤导致的关于微透镜表面形状的缺陷的优点。
还可以利用快速切割工艺在涂敷的衬底上形成微透镜。例如，可利用如抗蚀剂、其他清漆或者例如铝或者镍的金属的较柔软的材料涂敷CaF2。微透镜被直接切割至仅仅所述涂层中或者既进入所述涂层也进入衬底材料中。然后在蚀刻步骤中，优选利用恒定的去除速率，蚀刻所加工的表面以去除残留的涂层。
快速切割工艺具有额外的优势，即用相同的工具形成的所有微透镜是基本相同的。这至少在切割刃24的材料磨损在单个微透镜阵列的制造工艺过程中能够忽略不计的情况下是成立的。虽然切割刃24会轻微地偏离理想形状，然而所有的微透镜将具有相同(非理想的)形状。在许多情况下这是有利的，因为它导致在掩模面中获得的强度分布的对称误差。这种对称误差比不相关的误差更加容易校正，所述不相关的误差通常存在于利用其他制造技术生产的微透镜阵列。
另一方面，因为微透镜独立地制造(或者小组地，下面将做进一步解释)，所以快速切割工艺能够在单个微透镜阵列的微透镜中或者甚至在单个微透镜中有选择地引入几何偏差。通过仔细设计这些偏差，能够获得平均效应，其导致在掩模面中更加平滑的强度分布。这将在下面的第3部分中更加具体地解释。
快速切割工艺适合制造各种类型的长微透镜，例如用在光学积分器中或者散射板中的微透镜。原理上也可设想利用快速切割工艺，通过在衬底的同一侧上切割两个正交组的柱面透镜生产复曲面微透镜阵列。
下面将具体描述快速切割工艺的某些改进。
2.4衬底取向
表面的微小粗糙度导致散射，并且要求更多的成本用于抛光表面。散射光通常会导致系统性能的下降。
在非各向同性的光学材料中，例如，在CaF2中，表面粗糙度还取决于切割刃切割到衬底中所沿的方向。该切割方向必须与在快速切割工艺中衬底缓慢移动的方向区分开。
在CaF2的情况中，晶轴通常相对于光轴取向，使得{111}晶面垂直于光轴设置。这里表达式{111}表示一组利用Miller指数形式的等同晶面。在例如CaF2的立方晶体中，每个{111}面垂直于等同晶体方向(111)之一。在(111)中的圆括号表示一组所有的等同晶体方向<111>、<-1-1-1>、<-1-11>、<1-1-1>、<11-1>、<-111>、<1-11>以及<11-1>。关于Miller指数、晶体方向以及晶体平面的具体内容可参考转让给本申请人的US 2004/0105170 A1。
如果CaF2晶体被取向，使得晶体平面{111}取向垂直于光学表面，即，平行于在其上将形成微透镜的衬底的加工表面，那么晶体将呈现关于切割方向的三重对称性，对于所述切割方向将获得根据表面粗糙度的最佳结果。
图7示出了具有平行于{111}晶面的加工表面的衬底30上的俯视图。虚线60表示三个等同的{100}晶面与{111}晶面的交线，所述{111}晶面平行于衬底30的加工表面。虚线66形成了具有角68的三角形。箭头70表示垂直于所述三个{100}晶面的理想切割方向。意外地是，理想切割方向并不仅仅是取向，而是这样的方向，在所述方向中，如果切割刃24沿着箭头70的方向切割到衬底中，可唯一获得最佳结果。用任意的相反切割方向，如图7虚线箭头72所表示的，被加工的表面都将变得明显粗糙多了。
如果待加工的微透镜仅仅在{111}CaF2晶体的一侧上，那么晶体的衬底30简单地关于旋转切割刃24取向使得切割刃沿着箭头70所表示的三个理想切割方向之一切割到衬底30中。旋转台44可用于旋转衬底30，直到到达理想的角度位置。
如果两个正交的微透镜阵列应该在{111}CaF2晶体的相对侧上制造，如积分器部件12和14的情况，那么不可能都用理想的切割方向制造两个阵列。在这种情况中能够进行折衷，其中两个实际的切割方向尽可能的接近理想切割方向。
这种状况在图8和图9中示出，图8和9分别示出了积分器部件12的上表面和下表面的俯视图。在两侧的实际的切割方向对应于沿着微透镜12Y、12X延伸的纵向轴。如图8和9中所表示的，对于两个表面能够在实际的切割方向和理想的切割方向70之间获得15°的偏差。因为在理想切割方向和实际的切割方向之间的偏差上升到20°通常也是可忍受的，所以仍然可生成具有小的表面粗糙度的微透镜12Y和12X，虽然没有一个微透镜是用理想切割方向制造的。
在扫描器类型的投影曝光设备中，掩模上的照射场通常具有沿着X方向的大尺寸而沿着Y方向小得多的尺寸。这也示出了微透镜12Y、12X、14X和14Y的折射光焦度。第一微透镜12Y和第四微透镜14Y仅要求小的折射光焦度，因为照射场沿着Y轴具有小的尺寸。第二微透镜12X和特别是第三微透镜14X必须具有更大的折射光焦度因为它们必须产生具有更大的最大发散角度的光束。
如上所述，第二微透镜12X和第三微透镜14X具有比第一微透镜12Y和第四微透镜14Y更大的折射光焦度。这导致对于加工公差和表面微粗糙度，第二微透镜12X和第三微透镜14X具有增大的敏感性。因此有利的是，利用理想的切割方向70、或者仅仅用偏离理想切割方向70一定程度的方向，生成第二微透镜12X和第三微透镜14X，然而以与理想切割方向70的较大偏差制造敏感性较低的第一微透镜12Y和第四微透镜14Y。如上所述，与理想切割方向70的偏差超过大约20°通常会导致关于表面粗糙度的明显恶化。然而，在许多情况中，对于轻微弯曲的第一微透镜12Y和第四微透镜14Y，这种增加的表面粗糙度是可以忍受的。
2.5表面轮廓处理
通常希望能够修改用快速切割工艺制造的微透镜的弯曲表面轮廓。一种原因是难于制造具有非圆形表面轮廓的微透镜。这是因为非圆形的切割刃24的制造是非常复杂的工艺，并且可能包括，例如，能够在10nm级别上确定边缘的曲率和波纹的测量设备的使用。与之相比，具有圆形切割刃24的工具22的制造更加简单而且廉价。因此在快速切割工艺中制造具有圆形表面轮廓的微透镜，并且然后用其他方法修改该轮廓是有利的。
修改表面轮廓的另一个原因是有选择地改变入射在掩模面18上的光的角度分布。例如，角度分布确定了照射系统的远心特性，并且可通过仅修改第二积分器部件14表面上的某些区域中的第三微透镜14的弯曲表面轮廓而修改。
参考图10将解释这点，图10示出了第二积分器部件14的俯视图。为了清楚，仅仅在左上角示出了一些第三微透镜14X。在区域72中，第三微透镜14X的弯曲表面轮廓被修改，使得区域72中更多的光能会聚在微透镜14X发射的光束中心。结果，更多的光能会聚在掩模面18的中心，如图10中通过区域72中的连续线所表示。通过将第三微透镜14X的顶点区域平化可生成这样被修改的角度分布。
在第二区域74中，第三微透镜14X的弯曲表面轮廓用不同的方式修改。这里进行所述修改使得更多的光能折射到更大的角度，这导致在掩模面18中的强度分布中，在X方向的光能从中心偏移到照射场的边缘(见区域74中的连续线)。可通过去除材料使得曲率朝向第三微透镜14X的侧边减小而进行这种修改。
因为第一区域72和第二区域74形成两对垂直于彼此设置的相对的极，所以掩模面18的中心的点从与第一区域72相关的方向接收到更多的光，而从与第二区域74相关的方向接收到较少的光。对于照射场边缘的点(X方向中)也是同样的，反之亦然。这使用了这样的事实，即对于每条光线，在一方面的掩模面18上的入射角度和另一方面的到光线穿过第二积分器部件14的光轴OA的距离之间存在关联(也可看图2)。作为通过在区域72和区域74中的微透镜生成的互补的强度分布的结果，而在掩模面中的每个点收到同样量的光能。
当然，在图10中示出的特定修改仅仅是示例性的。可以在第二积分器部件14上的特定区域进行对微透镜的表面轮廓的各种其他修改，以获得角度分布的场相关修改。例如，在区域72、74中的微透镜可产生不同的角度强度分布，或者区域的数量和/或位置可变化。当然，也可将所有微透镜14X的表面轮廓修改到不同的程度。因此，在特定区域进行的或者在所有微透镜14X的表面上变化的表面轮廓修改是有选择地生成角度分布的场相关的修改的优良方法。角度分布直接确定了远心性以及通常的照射系统的瞳孔椭圆率。
然而，另一个有选择地修改表面轮廓的原因是改善掩模面中的强度均匀性。这将在下面的3.3部分中进一步具体解释。
下面描述的各种方法使得能够选择性地修改通过快速切割工艺形成的微透镜的弯曲表面轮廓。
2.5.1抛光
在上面2.3部分中描述的抛光方法也可用于修改阵列的所有微透镜的弯曲表面轮廓，例如，以在垂直于微透镜的纵向轴的平面中，或者仅仅在阵列的某些区域中获得非球面透镜的效果。例如，用抛光布，能够将微透镜的顶点区域变平。通过其他的抛光方法，例如，magnetorheologig流体，甚至能够从微透镜的侧边有选择地摩擦材料。
2.5.2离子束
如果微透镜暴露于均匀的离子束，那么多个离子入射到微透镜的表面或者其部分。所述离子通过摩擦或者蚀刻速率R从微透镜的表面去除原子，所述速率R在各种量中取决于微透镜的材料以及离子的能量和流密度。并且，蚀刻速率R是入射的局部角度的强函数。
图11所示的图形示出了对于500eV的离子能量，蚀刻速率R与CaF2(连续线)作为比较的抗蚀剂(虚线)的入射的局部角度
Figure BDA0000089783290000191
的相关性。
选择离子束的横截面使得它的最大尺寸比微透镜的间距大，优选是其5倍以上。因为离子移动都(至少基本上)平行于共同的离子束方向，该条件确保离子入射到表面上的局部角度
Figure BDA0000089783290000201
沿着垂直于微透镜的纵向轴的方向变化。这从以透视图示出多个微透镜14X的图12中可见。在该实施例中，离子束源76产生具有离子束方向78的均匀的离子束。这里术语“均匀的”表示在离子束的横截面上离子束的离子流密度(至少基本上)是恒定的。如果离子束源76产生的离子束的离子流密度向束的外部明显减小，那么可利用隔膜作为离子阑阻挡这些部分。离子束源76能够绕着两个正交轴80、82旋转，所以离子束可引导到第三微透镜14X上的任意角度。如果只蚀刻在共同平面中延伸的微透镜，那么利用保持衬底30倾斜台旋转衬底30来代替旋转离子束源76通常更加简单。
将其顶部形成有第三微透镜14X的衬底30固定到定位台，所述定位台使得能够分别沿着正交的方向X和Y移动微透镜14X，如双箭头84和86所指示的。用这种方式可变化第三微透镜14X上的暴露于离子束的区域87。当然，曝光区域87可具有任意的几何形状，并且可以比图12中示意性所示的更小或者更大。例如，如果离子束的直径比第二积分器部件14的整个表面大，那么在给定的时间所有第三微透镜14X同时暴露于离子束。如果离子束的横截面具有小于第二积分器的整个表面的最大尺寸，那么仅该表面的部分同时暴露于离子束。如在上面2.5部分参考图10所解释的，如果第三微透镜14X的不同区域应该不同地再加工，这是有利的。这可用于通过使用平均效应去除在掩模面中强度分布中的波纹，如下面的具体说明。
如果α表示在离子束方向和Z方向之间形成的孔径角，而β表示在离子束方向78和Y方向之间的方位角(图13)，那么在微透镜14X的弯曲表面上的局部入射角
Figure BDA0000089783290000202
可通过以下公式(1)获得：
Figure BDA0000089783290000203
函数f(x)定义微透镜的弯曲表面轮廓。
如果将离子束引导到一个或者多个微透镜上，那么蚀刻速率R与局部入射角
Figure BDA0000089783290000204
的相关性，以及与表面轮廓f(x)上该角度的相关性确保蚀刻速率R在微透镜的表面上变化。这又使得能够在一次操作中修改微透镜的表面轮廓。特别是，不需要将非常细的离子束引导到单个微透镜的部分上，以及不需要通过控制蚀刻时间改变蚀刻速率。代替的是，表面轮廓的修改主要由角度α和β确定，在所述角度下将离子束引导到微透镜14X上。
因为蚀刻速率R也依赖于离子入射的材料(图11)，所以可在第三微透镜14X上沉积包括仔细选择的材料的涂层，或者包括不同材料层的涂层。然后所述涂层的材料可提供额外的设计自由度，当确定用于获得希望的表面处理所需的工艺参数时，可使用所述设计自由度。如果材料是例如CaF2的各向异性的晶体，那么蚀刻速率R也取决于晶体取向。当确定用于离子蚀刻工艺的参数时应该考虑到这点。
图14示出了其中方位角β＝0°的第一示例性设置。离子束方向78位于平行于Y方向而垂直于第三微透镜14X延伸的XY平面的入射面中。这种设置确保在每个第三微透镜14X的两侧由离子束导致的摩擦是对称的。然而，用这种设置，即使用更大的孔径角α，也难于在每个微透镜的顶点区域获得显著的摩擦。这在图15的图形中示出，图15示出了对于不同的孔径角α，蚀刻速率R与单个微透镜的间距的相关性。孔径角α＝75°是例外，此时蚀刻速率R随着在X方向到微透镜的顶线的增加的距离X而增加。
因此，这种方位角β＝0的设置主要适用于这种表面轮廓修改，其中材料主要应从微透镜的侧边去除。通常这种修改使轮廓更加接近三角形状。
然而，通常，希望使顶点区域更平以给表面轮廓更加接近矩形形状。在这种情况中，使用图16中方位角β＝90°的第二示例性设置更好。那么离子束方向78在垂直于Y方向的入射面中。
如图17的图形中所示，蚀刻速率现在更大地变化，并且当具有大的孔径角α＝75°时，在接近微透镜顶线处(x＝0)获得了最大蚀刻速率R。然而，对于孔径角α≠0°，蚀刻速率R并不关于顶线(x＝0)对称。这意味着第三微透镜14X的表面轮廓将关于顶线非对称地变形。因为这至少通常是不希望的，所以必须用具有同样方位角β＝90°且同时具有孔径角-α的离子束进行另外的离子束蚀刻工艺。在图16中，具有相反孔径角α的两个离子束的离子束方向78a、78b用点划线示出。
可利用单个的离子束源76先后将微透镜暴露于两个具有不同离子束方向78a、78b，所述离子束源76在两个蚀刻工艺之间倾斜或者另外调节。用另外适当地设置在第三微透镜14X上方的离子束源也可获得同样的效果。准备两个离子束源使得能够获得将加工时间缩短一半。
图18的图形示出了如果将两个离子束从两侧引导到第三微透镜14X上所获得的整体蚀刻速率R。现在整体蚀刻速率R对于孔径角α≠0°也是对称的，并且对于更大的孔径角α＞50°，在微透镜的顶线上的蚀刻速率R比远离顶线处要大。因此如果微透镜应该在它们的顶点区域变平，通常这种方位角β＝90°的设置是优选的。
还可以在微透镜的暴露期间改变孔径角α。这提供了额外的设计自由度，当确定对于获得希望的表面处理所需的工艺参数时可使用所述设计自由度。
应该注意到，前面示例性的离子束蚀刻工艺的描述涉及第三微透镜14X。当然，其他的微透镜，特别是第二微透镜12X也可用上面描述的同样的方式利用离子束再加工。
3.几何变化
下面将描述微透镜的特定几何变化。这些变化可利用快速切割工艺形成，以用于部分地消除在第二和第三微透镜12X、14X之间的严格几何相关性。如果不是所有的第二微透镜12X都精确地以同样的方式照射相应的第三微透镜14X，那么在掩模面18中由第三微透镜14X产生的强度分布将沿X方向轻微地偏移。这在掩模面中强度分布中获得改善的均匀性，下面将具体描述。
当然，在做必要的调整后，也可将同样的方法应用于第一和第四微透镜12Y、14Y。然而，沿着Y方向的强度分布均匀性通常不重要，因为掩模的扫描以动总会产生平均效应。因此，下面的描述总是涉及第二和第三微透镜12X、14X，它们产生沿着X方向的强度分布。
3.1间距变化
图19示出根据另一实施例的穿过第一和第二积分器部件112、114的放大横截面。在该实施例中，假设第一积分器部件112的第二微透镜112X以相等的间距p1规则排列，并且都具有相同的表面轮廓。设置在第二积分器部件114上的第三微透镜114X包括具有相同曲率半径的的圆形表面轮廓。然而，第三微透镜114X的间距p21、p22、...、p2n变化。在该实施例中，间距p21、p22、...、p2n的变化为均分函数，因此所有在特定范围中的间距p21、p22、...、p2n有相同的出现几率。因为间距p21、p22、...、p2n的平均值和第一积分器部件12的间距p1相同，然而，在相对的第二和第三微透镜112X、114X之间存在一一对应。间距变化的结果是，第二微透镜112X的顶线V通常不与任何对应的第三微透镜114X的顶线V1、V2、...、Vn重合。代替的是，在相应顶线之间的距离也根据均分函数变化。
图20是示出通过单个第三微透镜114X产生的在掩模面18中作为X坐标的函数的强度分布E(x)。确定第三微透镜114X的表面轮廓使得在掩模面18中沿着X方向的强度分布至少在照射场中(例如，x坐标在-x0和+x0之间)，几乎是平的。
然而，由于各种原因，例如微透镜114X的残余表面粗糙度，强度分布并不是非常的平，而是呈现出具有小振幅以及高频率的波纹，如图20中示意示出。如果假设所有的第三微透镜如图20中所示产生相同的强度分布，那么重叠的强度分布将导致整体的强度分布，在所述整体的强度分布中，由于叠加，波纹的绝对值甚至比单个第三微透镜更强。然而，因为制造公差，第三微透镜不可能完全相同，因此在掩模面18中第三微透镜产生的强度分布也轻微地变化。这种轻微变化的强度分布的叠加导致平均或者模糊效应，所述平均或者模糊效应部分地消除了在每个单个第三微透镜114X的强度分布中观察到的波纹。
然而，更大的波纹会通过切割刃24的缺陷或者磨损产生，例如，所述更大的波纹可出现在所有的第三微透镜中，并且在掩模面18中在所有第三微透镜的整体强度分布中获得的波纹将清晰地可探测到。即使没有更大的波纹，平均效应也不足以消除在所有第三微透镜的强度分布中的波纹。
因为在图19所示的实施例中第三微透镜114X的间距p21、p22、...、p2n变化，所以如上所解释的，在相应的顶线之间的距离也变化。结果，第三微透镜114X被第二微透镜112X以不同的方式照射，即用沿着X方向横向偏移到不同程度的照射光束照射。这又将导致每个第三微透镜114X产生的强度分布沿着X方向被偏移微小的距离。该距离与第三微透镜114X的顶线V2k关于相应第二微透镜112X的顶线V横向偏移的距离成比例。
在图21中如图20中所示的多个强度分布用点线表示。所述强度分布沿着X方向偏移通过均分函数获得的距离。因此，在给定的范围内，每个距离以同样的几率出现。由90表示的粗连续线表示通过叠加所有由各个第三微透镜114X产生的强度分布所获得的整体强度分布。可见，由于轻微偏移强度分布的平均效应，整体强度分布90现在差不多在照射场中(x坐标在-x0和+x0之间)是完全平的。掩模面18中强度分布的横向偏移的结果是，一些光损耗了。这在图21中通过在照射场外测的更广范围的整体强度分布90所表示。例如，这种光的损耗可通过略微增加每单位时间由照射系统的光源产生的光能进行补偿。
当然，除了第三微透镜114X，如果第二微透镜112X具有变化的间距，也能获得同样的效果。并且，第二和第三微透镜112X、114X能够同时具有变化间距。为了简单起见，下面关于如何生成具有变化间距的微透镜的描述仅仅指第三微透镜114X。
下面将描述如何利用快速切割工艺生成具有变化间距的第三微透镜114X。图22a到22l示出了在第三微透镜114X的制造中，不同顺序步骤中穿过衬底30的横截面。假设在这些步骤中衬底沿着垂直于切割刃24的方向移动。
在图22a中示出具有切割刃24的工具22如何向着衬底30移动。在图22b中示出工具22在绕着旋转轴28的旋转过程中下降入到衬底30时如何切割到衬底30中。图22c示出通过工具22去除衬底的材料，从而形成第一微透镜114X1。
在完全形成第一微透镜114X1后，向侧面移动衬底30，使得能够形成下一个与微透镜114X1并排设置的微透镜。
图22e和22f对应于图22b和22c。在图22f中可见，已经形成具有与第一微透镜114X1相同间距的第二微透镜114X2。
在第二微透镜114X2已经形成后，衬底30再次向侧面移动，但是现在移动更小的距离。结果工具22部分地切割到第二微透镜114X2中，这导致在第二微透镜114X2和第三微透镜114X3之间形成W形状的凹槽92。
在第三微透镜114X3的制造完成后，衬底30再次向侧面移动，但是移动大于之前距离的距离。结果，通过工具22生成的第四微透镜114X4现在通过具有三角轮廓的脊94与第三微透镜114X3间隔开。
从图22a到22l可以清楚，制造具有变化间距的微透镜在相邻的微透镜之间产生了不希望的槽92或脊94，所述凹槽或者脊原理上会恶化微透镜阵列的性能。然而，为了清楚，凹槽92和脊94明显被扩大。在实际的微透镜阵列中，间距变化非常小，优选不超过平均间距的1％。因此，凹槽92和脊94非常小，使得任何光学特性上的不利影响都可通过在掩模面18中叠加轻微移动的强度分布所获得的改善而明显地抵消。在这种情况下应该注意到，在相邻微透镜邻接的边缘处，总是存在与理想形状的差异，如上面参考图12所解释的。
3.2.纵向轴变化
图23和24分别以俯视图和侧视图示出了根据另一实施例的第三微透镜214X的阵列。在该实施例中，第三微透镜214X平行于彼此延伸，但是它们的纵向轴相对于第二微透镜12X的纵向轴倾斜。在图24中通过点边线96表示第二微透镜12X的规则阵列，在所述边线96处相邻的第二微透镜12X邻接。
可考虑第三微透镜214X包括前后对准的多个不同部分。所述部分具有形成Z形线的纵向轴和顶线。因为所有第三微透镜214X平行排列，这意味着沿着它们的全部长度所有微透镜具有相等的间距，所以相邻的第三微透镜214X邻接处的边线97也形成Z形线。可清楚看到，第三微透镜214X的Z形边线97“缠绕”着相应第二微透镜12X的直线边线96。
对于第三微透镜214X的顶线关于第二微透镜12X的顶线的情况也是相同的。因此在图23中所示的边线96和97可等同地表示横向偏移一半的微透镜间距的微透镜阵列的顶线。那么图23的俯视图可作为沿着光学积分器10的光轴(例如Z方向)的第二微透镜12X和第三微透镜214X的顶线投影。
这种Z形配置确保在第二微透镜12X和第三微透镜214X之间保持一一对应。因为Z形线具有规则的倾斜角度δ，所以第三微透镜214X的顶线关于相应第二微透镜12X的顶线的横向偏移也遵循均分函数。因为第三微透镜214X关于第二微透镜12X的横向偏移，所以第三微透镜214X被第二微透镜12X以不同的方式照射，即用沿着X方向横向偏移到不同程度的照射光束照射。所述偏移的程度沿着Y方向对于每个单个的成对的对应微透镜连续变化。这又将导致每个第三微透镜214X产生的强度分布沿着X方向被偏移微小的距离。因此可获得与对于图19中所示的实施例的第三微透镜114X的图21中所示的效果基本相同的效果。
当然，如果第三微透镜的轴不形成Z形线，而是蛇形(即，连续弯曲线)，或者具有比图23所示的更复杂形式的Z形线，也可获得类似的效果。并且应该注意到，同样在该实施例中，仅第二微透镜12X、或者第二和第三微透镜12X、214X一起，包括具有形成不同形状的Z形线或者蛇形线的各种形状的纵向轴的相邻部分。
为了制造这种微透镜，也可利用快速切割工艺。例如，为了制造具有蛇形纵向轴的微透镜，仅需要在快速切割工艺中缓慢绕旋转轴46旋转旋转台44。
3.3表面轮廓变化
已经提到，在上面2.5部分中描述的轮廓形状的修改可有利地用于改善掩模面18中的强度分布的均匀性。通过抛光或者离子束蚀刻单个的微透镜或者其部分，能够有选择地生成表面轮廓的变化，使得增加由于制造公差已经出现的变化。通过仔细设计这些变化，能够将通过在掩模面18中叠加不同强度分布所获得的平均效应增加到某一程度，使得获得近似完全均匀的强度分布。
下面解释如何用非常简单的方法有选择地变化表面轮廓的可选方法。
3.3.1交叉的微透镜制造序列
在微透镜阵列的制造中，切割工具22通常会磨损，这将影响切割刃24的几何外形和切割质量。通常微透镜一个接一个的制造，因此新的微透镜相邻于已经有的微透镜立即被制造。那么相邻微透镜的表面轮廓几乎是相同的，但是因为切割工具22的磨损增加而在阵列的整个表面上轻微地变化。这就在均匀分布中引入了系统误差，所述误差不能通过其他方法容易地校正。
可通过使用其中微透镜以交叉制造序列制造的制造工艺避免这些不利的效果。所述意思在图25a到25e中示出，所述图以横截面示出了在制造工艺中在不同顺序阶段的衬底30和工具22。
在形成第一微透镜314X11后(图25a)，在形成第二微透镜314X12之前衬底30被横向移动微透镜间距的倍数(图25b)。在第二微透镜314X12制造完成后，对于第三微透镜314X13也是同样如此(图25c)，等等。
在衬底的整个表面已经被间隔微透镜间距的倍数314X11、314X12、314X13、...、314X1n所覆盖后，以同样的方式制造等间距的第二微透镜阵列314X21、314X22、314X23、...、314X2n，如图25d和25e中所示。
这种交叉制造序列确保在相邻微透镜的表面轮廓之间的差异足以获得类似于在上面3.1部分和3.2部分中所解释的平均效应。然而，在垂直于微透镜的纵向方向上没有表面轮廓的对称变化。
3.3.2用切割工具再加工
在衬底30上制造完整的微透镜阵列后，一些，例如每个第二或者第三微透镜可利用相同的，或者优选轻微不同的切割工具22再加工，从而产生表面轮廓变化。
图26示出了如何利用工具122对每个第二或第三微透镜再成形，所述工具122不同于第一轮形成第三微透镜412X的工具。当然，微透镜412X也可用超过一个的额外的工具122再加工。
图27示出了可选的方法，在所述方法中，全部或者仅一些微透镜512X利用在第一轮中用于制造微透镜512X的相同工具22再加工。然而，衬底28相对于主轴26定位，使得待再加工的微透镜相对于工具22轻微地横向偏移。这导致类似于在上面参考图19描述的间距变化。
3.3.3不同的工具
一种非常简单的产生具有不同表面轮廓或者间距的微透镜的方式是利用不同的切割工具，所述切割工具具体适于希望的表面轮廓和/或间距。图28示出了通过微透镜阵列的横截面，其中，第三微透镜614X都具有同样的间距，但是不同的曲率半径，其表示为r1到r4。为了清楚，在图28中的曲率都明显放大了，在实际的微透镜阵列中，所述曲率半径的变化可能是1％。如果用规则的第二微透镜12X的阵列照射这样的微透镜614X的阵列，那么四个具有不同宽度的强度分布将在掩模面18中重叠。这将显著地减少在整体强度分布中的不希望的波纹。
为了制造第三微透镜614X，可以应用上面在3.3.1部分参考图25a到25e所解释的交叉制造序列，其中用不同的切割工具22形成每个平行的和间隔开的微透镜的阵列。
3.3.2多刃工具
代替使用仅具有单个切割刃的工具，可使用在其上并排设置有几个切割刃的工具。在多刃工具上提供越多的切割刃，用于制造微透镜阵列的整体加工时间就越短。
提供多刃工具使得能够在单个快速切割循环中产生多个具有不同表面轮廓和/或间距的微透镜。例如，为了制造图28中所示的第三微透镜614X，可在一个快速切割循环中使用四刃切割工具形成四个相邻的微透镜614X。
图29示出了包括两个不同切割刃224a、224b的工具222的示意性正视图。这里切割刃224a、224b相隔一个微透镜间距。这种设置对于以类似于图27所示的方式再加工微透镜阵列是有利的。
图30是具有三个相邻切割刃324a、324b、324c的多刃工具322的正视图。多刃工具322优选用于制造相邻微透镜组的周期阵列，其中在一组中的微透镜具有不同的表面轮廓。利用工具322，在制造工艺中无需工具变化。
4.散射板
如上所述，在第2和3部分中描述的具有不同实施例的快速切割工艺对于制造其他类型的长的微透镜也是有利的。例如，国际专利申请PCT/EP2007/001267提出，在微光刻投影曝光设备的照射系统中使用具有平行微透镜阵列的散射板，其整体内容在此的引入作为参考。
图31是在类似于图1的光学积分器10的透视图。在该实施例中，在光学积分器10的前面和后面分别设置有两个散射板98和100。散射板98和100也包括微透镜阵列，所述微透镜阵列具有类似于上面已经描述的微透镜的变化的几何形状。
通过示例给出了优选实施例的上述描述。根据本发明的公开，本领域的技术人员不仅将理解本发明以及其他优点，而且也将发现对于公开的结构和方法的明显的各种变化以及修改。因此，本申请人旨在覆盖落入由所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围中的所有这种变化和修改。

Claims (32)

1.一种制造用于微光刻投影曝光设备中的照射系统的长的微透镜阵列的方法，所述方法包括下述步骤：
a)提供衬底(30)；
b)提供包括切割刃(24)的切割工具(22)；
c)在快速切割工艺中相对于所述衬底(30)重复移动所述切割工具(22)，从而使得所述切割刃能够切割入所述衬底(30)；
d)在步骤c)中沿着平行于所述微透镜的纵向轴的纵向方向(X)移动所述衬底(30)；
e)至少基本垂直于所述纵向方向(X)移动所述衬底(30)；
f)重复所述步骤c)和d)。
2.根据权利要求1的方法，其中平行于加工平面移动所述衬底(30)。
3.根据权利要求1或2的方法，其中在步骤d)中沿直线平行线移动所述衬底(30)。
4.根据权利要求1或2的方法，其中在步骤d)中沿Z形线或蛇形线移动所述衬底。
5.根据权利要求1到4中任一项的方法，其中所述切割工具(22)绕旋转轴(28)旋转。
6.根据权利要求5的方法，其中所述旋转轴至少基本平行于衬底表面延伸，在所述衬底表面上将形成所述微透镜。
7.根据权利要求5或6的方法，其中所述切割刃(24)指向远离所述旋转轴(28)的方向。
8.根据权利要求5到7中任一项的方法，其中所述切割刃(24)与所述旋转轴(28)间隔开至少5mm。
9.根据权利要求8的方法，其中所述切割刃(24)与所述旋转轴(28)间隔开大于9mm并且小于11mm的距离。
10.根据权利要求1到9中任一项的方法，其中所述切割工具(22)以超过5000l/min的旋转频率旋转。
11.根据权利要求10的方法，其中所述切割工具(22)以在8000l/min到10000l/min之间的旋转频率旋转。
12.根据权利要求1到11中任一项的方法，其中所述切割刃(24)凹入或者凸出地弯曲。
13.根据权利要求1到12中任一项的方法，其中所述衬底(30)在步骤e)中基本以所述微透镜的间距的倍数移动。
14.根据权利要求1到13中任一项的方法，包括再加工至少一个微透镜(14X)的表面的至少部分的步骤，从而改变所述至少一个微透镜的表面轮廓。
15.根据权利要求14的方法，其中所述再加工表面的至少部分的步骤包括以具有不同切割刃的切割工具(122)重复步骤c)和d)的步骤。
16.根据权利要求14的方法，其中所述再加工表面的至少部分的步骤包括以同样的切割工具(22)重复步骤c)和d)的步骤，但将所述切割工具旋转180°。
17.根据权利要求1到16中任一项的方法，包括抛光至少一个微透镜或者其至少部分的另外的步骤。
18.根据权利要求1到17中任一项的方法，包括将至少一个微透镜(14X)或者其至少部分暴露于离子束的另外的步骤。
19.根据权利要求18的方法，其中所述离子束中的全部离子至少基本平行于离子束方向(78；78a、78b)移动。
20.根据权利要求18或19的方法，包括在暴露于所述离子束前，在至少一个微透镜或者其部分上施加覆层的步骤。
21.根据权利要求18到20中任一项的方法，其中所述离子束的横截面的最大尺寸大于所述至少一个微透镜的间距。
22.根据权利要求18到21中任一项的方法，其中所述离子束的横截面的最大尺寸大于所述至少一个微透镜的间距的5倍。
23.根据权利要求18到22中任一项的方法，其中改变所述至少一个微透镜(14X)或者其部分与所述离子束之间的取向，以调节所述至少一个微透镜的表面轮廓的变化。
24.根据权利要求18到23中任一项的方法，其中所述微透镜(14X)平行于Y方向延伸，并且其中入射到所述微透镜上的离子束具有在入射面中的方向，所述入射面平行于所述Y方向并且垂直于所述微透镜延伸的平面。
25.根据权利要求18到23中任一项的方法，其中所述微透镜(14X)平行于Y方向延伸，并且其中入射到所述微透镜上的所述离子束具有在垂直于所述Y方向的入射面中的方向。
26.根据权利要求25的方法，其中将所述微透镜暴露于另一离子束，所述离子束具有在所述入射面中但是相对于所述衬底的表面法线对称的方向。
27.根据权利要求18到26中任一项的方法，其中仅再加工设置在阵列的不同区域(74)中的所述微透镜的那些部分。
28.根据权利要求1到27中任一项的方法，其中所述衬底
(i)是具有将被所述切割工具加工的表面的CaF2晶体，所述表面至少基本平行于{111}晶面，并且其中所述衬底
(ii)相对于所述移动切割工具取向，使得所述切割刃沿着实际的切割方向切入所述衬底，所述实际切割方向与理想的切割方向(72)形成小于20°的偏离角度，所述理想切割方向(72)
-垂直于所述三个(100)晶面(60)之一，并且
-指向三角形的角(68)，所述三角形通过所述{111}晶面与所述三个{100}的晶面(60)相交形成。
29.根据权利要求28的方法，其中，随后在所述衬底的相对侧上制造平行微透镜的阵列，其中在制造两个阵列中条件(ii)是主要的。
30.根据权利要求28或29的方法，其中对于两个阵列，所述偏离角度在13°到17°之间。
31.根据权利要求30的方法，其中对于两个阵列，偏离角度基本上等于15°。
32.一种再加工用于微光刻投影曝光设备的照射系统中的具有最大间距的长的微透镜阵列的方法，所述方法包括将至少一个微透镜或者其至少部分暴露于离子束，其中所述离子束的横截面的最大尺寸大于所述至少一个微透镜的最大间距。
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