微光刻投射曝光设备的照明系统的制作方法

专利名称：微光刻投射曝光设备的照明系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及将掩模成像到光敏表面上的微光刻曝光设备的照明系统。更具体
地，本发明涉及包括镜或其他束偏转元件阵列的照明系统。本发明进一步涉及操作微光刻 投射曝光设备的方法。
背景技术：
微光刻(也称作光学光刻或仅称作光刻)是用于制作集成电路、液晶显示器和其 它的微结构装置的技术。更具体地，与蚀刻工艺相结合的微光刻的工艺用于构图形成于基 底(例如，硅晶片)上的薄膜叠层中的特征。当制作每一层时，首先晶片被涂覆以光刻胶， 该光刻胶为对诸如超紫外(DUV)光或极超紫外(EUV)光的辐射敏感的材料。之后，在顶部 具有光刻胶的晶片被暴露于投射曝光设备中的投射光。该设备将包含图案的掩模投射到光 刻胶上，从而后者仅在由掩模图案确定的特定位置处曝光。在曝光之后，光刻胶被显影以产 生与掩模图案对应的图像。蚀刻工艺接着将图案转移到晶片上的薄模层叠体。最后，去除 光刻胶。使用不同的掩模重复该工艺产生多层的微结构部件。 投射曝光设备典型地包括照明掩模的照明系统、对准掩模的掩模台、投射物镜以 及对准涂覆有光刻胶的晶片的晶片对准台。 现有的投射曝光设备中，可以在两种不同类型的设备之间做出区别。在一种类型 中，通过一次就将整个掩模图案曝光到目标部分上；这样的设备通常称为晶片步进曝光机。 在常被称作为步进-扫描设备或扫描曝光机的另一种类型的装置中，通过在投射光束下在 扫描方向上逐渐地扫描掩模图案而同步地平行于或反平行于该方向移动晶片台，辐照每一 目标部分。晶片的速度和掩模的速度比等于投射物镜的放大率，其通常小于l，例如l : 4。
照明系统照明掩模上例如可能具有矩形或弯曲的狭缝形状的区域。理想地，照明 系统利用具有良好限定的辐照度和角度分布的投射光，照明掩模上被照明区域的每一个 点。术语"角度分布"描述了向掩模平面中特定点会聚的光束的总体光能量如何在构成光 束的光线的各种方向中分布。 打到掩模上的投射光的角度分布通常适于要投射到光刻胶上的图案的类型。例 如，相对大尺寸的特征可能需要不同于小尺寸特征的角度分布。最常用的投射光的角度分 布被称为传统的环状、偶极或四极照明设置。这些术语指称照明系统的系统光瞳表面中的 辐照分布。例如，就环状照明设置而言，仅系统光瞳表面中的环状区域被照明。因此，在投射 光的角度分布中仅存在小范围的角度，且所有光线从而以相似的角度倾斜地打到掩模上。
已知本领域中不同的手段来改变掩模平面中的投射光的角度分布，从而获得期望 的照明设置。为了在掩模平面中产生不同角度分布的过程中获得最大的灵活性，已经提出 利用镜阵列(mirror array)照明光瞳表面。 在EP 1 262 836 Al中，镜阵列实现为包括多于1000个的微镜的微机电系统 (MEMS)。每一个镜可以关于两个正交的倾斜轴倾斜。因此，入射到这样的镜装置上的辐照 能够被反射成几乎任一期望的半球方向。布置在镜阵列和光瞳表面之间的聚光透镜将由镜产生的反射角转换成光瞳表面中的位置。该已知的照明系统使得可以用多个点照明光瞳表 面，其中每一个点与一个特定微镜相关并且通过倾斜该镜在整个光瞳表面上可自由地移动 每一个点。 从US 2006/0087634 Al、 US 7,061,582 B2和WO 2005/026843 A2中可知相似的 照明系统。也已经提出相似的用于EUV照明系统的可倾斜镜阵列。 因为由投射物镜产生的图像的质量非常敏感地依赖于系统光瞳表面中的辐照度 分布，所以期望能够产生非常小的辐照度分布的变化。这又只有借助于镜在在系统光瞳表 面中产生相当多数量的(小)点才可能。然而，制造和控制包括数以千计的镜的阵列是困 难的且需要大量的资源。

发明内容
因此，需要包括在系统光瞳表面中产生大量的点的镜阵列或其他光束偏转元件的
照明系统，其中，该数量的大小与光束偏转元件阵列的复杂度相当。 依照本发明的第一方面，该目的是通过包括反射或透射光束偏转元件的光束偏转 阵列的照明系统实现的。每一光束偏转元件适于将打入光束(impinging light beam)偏 转优选响应于控制信号而可变化的偏转角。照明系统进一步包括系统光瞳表面、以及布置 在光束偏转阵列和系统光瞳表面之间的光束多路器单元，以使系统光瞳表面中的光束数量 大于自光束偏转阵列出现的光束数量。 本发明基于如下考虑在给定时刻，通过多路复用产生系统光瞳表面中的点的光 束，能够增加系统光瞳表面中被照明的点的数量。从而，如果改变光束偏转元件的偏转角， 则系统光瞳表面中不是一个而至少是两个点将同时移动。由于很多系统光瞳表面中的目标 辐照分布具有特定对称性，例如镜对称或点对称，所以如果从光束多路器单元出现的经多 路复用的光束具有与目标辐照分布的对称性相适应的对称性，则能够在光瞳表面中产生复 杂的辐照分布。出自光束多路器单元的光束的对称性又由光束多路器单元的布局和其关于 光束偏转阵列以及照明系统的其他部件的布置确定。 光束多路器单元可以包括现有技术中用以将光束划分成两个或更多光束的任一 已知装置。例如，光束多路器单元可以包括多个紧密排列的光楔(wedge)。如果引导光束从 而使它们集中到光楔的边缘上，则由于光束的不同部分在不同取向的表面处被折射，它们 将被划分成两个部分光束。在类似的实施例中，小的角锥状(pyramidal)结构布置于在两 个维度中具有相似效应的支撑平板上，从而将打到锥状结构的角部上的光束分成四个部分 光束。然而，在这些情况中，通常需要将入射光束引导到光楔、锥状结构或类似的折射元件 装置的特定位置上。 如果光束多路器单元包括分束器，则可以避免该缺陷。可以设计分束器从而在分 束器的整个表面上获得相同的分束特性，并且某些类型的分束器甚至将入射光束分裂为两 个部分光束而无论入射角如何。 在本文中可以设想本领域中所有已知的分束器类型。例如，分束器可以包括将光 束分裂成具有正交偏转状态的寻常和非寻常光束的双折射材料。为了产生可距寻常光束一 些距离离开双折射材料的非寻常光束，双折射材料不得不相对薄。 因此，在这方面而言，包括分束表面的分束器更为优选。分束表面可以由发生受抑全内反射的表面来构成，如在传统分束器正六面体中的情况。发生干涉效应的分束表面具 有分束器体积比分束器正六面体小的优点，该分束表例如具有施加到支撑上的光学覆层或 光栅。在一些实施例中，分束表面(至少实质上)与偏振无关，从而其将入射光束分裂成反 射和透射光束，而无论入射光数的偏振状态如何。在其他实施例中，分束表面与偏振相关， 从而反射和透射部分光束的强度(强烈地)依赖入射光束的偏振态。 分束表面的透射率对反射率之比优选在100与0. 01之间，以及更优选在5与0. 2 之间。在许多实施例中，分束表面具有大约1的透射率对反射率比，或至少在0. 95和1. 05 之间。这确保了由分束表面产生的部分光束具有至少实质上相同的辐照。但是，也可以考 虑故意偏离该关系。如果透射率对反射率比不同于l，例如位于7/3与3/7之间，在系统光 瞳表面中产生的点将具有不同的辐照。这可以用于调整诸如远心和极平衡的特定的与光瞳 相关的量。 在优选实施例中，分束表面由施加到支撑上的分束涂层构成。如上已提及，这样的 光学涂层利用干涉效应将入射光束分裂成反射和透射光束。通常，分束涂层包括具有良好 定义的折射率和层厚度的多个薄层。通过小心地选择这些参数，可以制作对于具有特定波 长或波长范围的光具有良好定义的特性的分束涂层。 在一些实施例中，分束表面是平面并平行于照明系统的光轴延伸。照明系统的光 轴由透镜或具有旋转对称性的其他光学元件的对称轴定义。利用这样的平行于光轴延伸且 优选包括光轴的平面分束表面，可以产生系统光瞳表面中的镜对称，其使得可以在系统光 瞳表面中产生具有相似对称性的目标辐照分布。 如果分束表面具有沿光轴变化的透射率对反射率比，则利用这样的分束表面可以 是有利的。在典型的布置中，辐照的非平衡则将进一步增加系统光瞳表面中照明的点远离 光轴的程度。 在一些实施例中，提供移动分束表面的驱动器。如果期望产生具有不同对称特性 的目标辐照分布，则这是有利的。 可以移动分束表面从而也移动系统光瞳表面中的对称的平面。附加地或替代地，
驱动器可以配置以旋转分束表面。这导致系统光瞳表面中的对称平面的对应的旋转。这使
得通过借助于驱动器将单个分束表面旋转90° ，可以产生两个正交的对称平面。 根据再一实施例，驱动器能够将分束表面完全从光传播路径移除。这使得可以在
系统光瞳表面中添加或移除对称平面。 在又一实施例中，光束多路器单元包括以至少基本上等于90。的角度布置的至少 两个平面分束表面。如果关于光束偏转元件阵列适当布置，可以实现将每一入射光束分成 对称地经过镜通过系统光瞳表面的四个局部的光束。 在一个实施例中，以至少基本上等于90。的角度布置的至少两个平面分束表面布 置于在照明系统光轴处相交的平面中。因此，系统光瞳表面中的对称平面也在系统光瞳表 面的中心处相交，如通常所期望的。 依照另一实施例，分束器单元包括平面镜，其以至少基本上等于90。的角度关于 分束表面布置。首先打倒分束表面上的光束分裂成形成系统光瞳表面中的点的部分光束， 点由部分光束之一被镜反射而形成，在系统光瞳表面中形成点对称的布置。反之，首先打到 镜然后打到分束表面上的光束在系统光瞳平面中产生镜对称布置的点。因此，该实施例使
5得可以在系统光瞳表面中产生点对称布置的经多路化的点，以及也产生镜对称布置的点。 这极大地增加了借助于经多路化的光束能够产生的辐照分布的范围。 另外，在该实施例中，分束表面以及镜可以布置于在照明系统的光轴处相交的平 面中。因此，定义点对称基准的点与光轴相一致，定义镜对称的对称平面也包含光轴。
光束偏转阵列关于光轴居中，总体的系统对称性增加，其简化了光束偏转阵列的 布局和控制。 如果光轴将光束偏转阵列划分成以关于彼此倾斜的方式布置的至少两个子阵列， 则可以获得甚至更简化的布置。这可能需要从也被倾斜的多个方向引导光束偏转子阵列上 的光束。 如果光束多路器单元包括平面镜以及分束表面，则配置光束多路器单元以使每一 光束首先打到平面镜并接着打到分束表面上，或首先打到分束表面并接着打到平面镜上。 然后，确保将每一光束划分成形成系统光瞳平面中的点的两个部分光束，所述点为点对称 或者为镜对称布置。 如果布置n个平面分束表面，以使它们在沿公共线相交并在其间形成相同的角度 的平面中延伸，则系统光瞳表面中的经多路化点的布置将具有n-次(n-fold)对称性。一 般而言，配置光束多路器单元以在系统光瞳表面中产生关于原始辐照分布成镜对称、点对 称或n-次对称的经多路化的辐照分布，原始辐照分布在不存在光束多路器单元时在系统 光瞳表面中产生。 依照另一实施例，照明系统包括布置在光束偏转阵列和光束多路器单元之间的中 间光瞳表面。光束多路器单元包括建立中间光瞳表面和系统光瞳表面之间的成像关系的成 像系统。此外，配置光束多路器单元用以通过光束偏转阵列在中间光瞳表面的一部分中产 生辐照分布的经多路化的像。 尽管在该实施例中，光束也被多路化，但可以说该实施例使得不仅可以如此多路 化光束，还可以多路化光瞳表面中的完整的辐照分布。 如果成像系统是远心物镜，则从系统光瞳表面出现的光束将与从中间光瞳表面出 现的光束具有相同的角度分布。 光束多路器单元可以包括布置在中间光瞳表面的另一部分中的镜，其中配置光束 多路器单元用以在镜上产生辐照分布的像。因此，光束多路器单元通过在中间光瞳表面的 另一部分中形成该分布的像来多路化在中间光瞳表面的一部分中产生的辐照分布。然后， 通过成像系统将原始分布及其像成像到系统光瞳表面上。 为此，光束多路器单元可以包括布置在成像系统内的与偏振相关的分束器，例如 布置在构成成像系统的物镜的孔径平面中。然后，从与偏振相关的分束器反射的光可以在 中间光瞳表面中的镜上形成附加辐照分布。 为了能够将形成在镜上形成的附加辐照分布的像，光束多路器单元可以包括偏振 单元，偏振单元在从镜反射的光再次打到与偏振相关的分束器之前改变该光束的偏振状 态。作为偏振状态改变的结果，该光束(或至少其中的部分)能够经过与偏振相关的分束 器并在系统光瞳平面中形成在镜上形成的附加辐照分布的像。 光束偏转阵列的透射光束偏转元件例如可以通过光电或声光元件来构成。在这样 元件中，折射率通过将适当的材料分别暴露于电场或超声波能够被改变。能够采用这些效应来产生将打入的光引导到多个方向的折射率光栅。 但是，在优选实施例中，光束偏转阵列是能够关于至少一个倾斜轴倾斜的镜。如果 镜能够关于两个倾斜轴倾斜，则在这些倾斜轴之间形成的角优选为大约90° 。
依照本发明的再一方面，通过操作投射曝光设备的方法获得上述的目的，该方法 包括下面的步骤 a)提供照明系统，其包括 i)反射或透射光束偏转元件，其中，每一光束偏转元件适于将打入光束偏转一响 应于控制信号可变的偏转角，以及 ii)系统光瞳表面，光束偏转阵列在其中产生辐照分布； b)利用光脉冲照明掩模，其中控制光束偏转元件以使与系统光瞳表面中产生的辐 照分布相关的照明区域在掩模成像到光敏表面的曝光工艺期间在曝光工艺的两个连续的 光脉冲之间变化； c)将掩模成像到光敏感表面上。 依照本发明的这个方面，在系统光瞳表面中照明的点的数量在给定时刻等于光束
偏转元件的数量。但是，在将掩模成像到光敏感表面的曝光工艺期间，在系统光瞳表面中照
明的点的数量大于光束偏转元件的数量，因为这些点在曝光工艺期间移动。 目标辐照分布可以划分成与不同的照明区域相关联的多个局部辐照分布。接着控
制光束偏转元件从而在系统光瞳表面中连续地产生所有的局部辐照分布。换句话说，连续
地用期望的目标辐照分布填充系统光瞳表面。 如果在曝光工艺期间移动掩模和光敏感表面，从而在具有不同开始时间的曝光时 间间隔期间，照明掩模上沿扫描方向分离开的两个点，则对于掩模上的任意点，应当在与那 点相关联的曝光时间间隔期间在系统光瞳表面中产生所有的局部辐照分布。然后，在扫描 曝光机类型的投射曝光设备中，掩模上的所有点将接收到在曝光时间间隔期间在系统光瞳 表面中连续产生的相同的总体辐照分布。 在许多情况中，如果在相等的时间间隔期间在系统光瞳平面中产生局部辐照分 布，则将是优选的。例如，可以存在固定的周期，在该周期中系统光瞳表面中的辐照分布在 两个或更多的不同的配置之间变化。 与局部辐照分布相关联的照明区域可以限制到系统光瞳表面的一部分，具体地限 制到系统光瞳表面的半圆形或四分之一。 在另一实施例中，局部辐照分布交错。其优点是由光束偏转元件在系统光瞳表面 中产生的点必须仅移动小的距离。这简化了光束偏转元件的控制并减少了机械应变。
依照本发明的该第二方面的微光刻投射曝光设备的照明系统配置为利用光脉冲 照明掩模，并包括反射或透射光束偏转元件的光束偏转阵列。每一光束偏转元件适于将打 入光束偏转一响应于控制信号可变的偏转角。照明系统进一步包括系统光瞳表面，光束偏 转阵列在其中产生辐照分布；以及控制单元，其中控制单元配置为控制光束偏转元件，以使 与系统光瞳表面中产生的辐照分布相关联的照明区域在曝光工艺的两个连续的光脉冲之 间变化，在曝光工艺期间，将掩模成像到光敏感表面上。 依照本发明的总体方面，微光刻曝光设备的照明系统包括光束偏转阵列，光束偏 转阵列包括大量的反射或透射光束偏转元件。每一光束偏转元件适于将打入光束偏转一响应于控制信号可变的偏转角。照明系统进一步包括系统光瞳表面，在系统光瞳表面中从光 束偏转元件反射的光束照明点。依照本发明，在将掩模成像到光敏感表面的曝光工艺期间， 在系统光瞳表面中照明的点的数量大于光束偏转元件的数量。 这或者可以在时域中实现，S卩，通过在曝光工艺期间在系统光瞳表面中连续产生 不同的辐照分布。可选地或附加地，在曝光工艺期间，在系统光瞳表面中照明的点的数量在 给定时刻大于光束偏转元件的数量。这需要使用多路化从光束偏转阵列出现的光束的数量 的光束多路器单元。 在两者情况中，这产生照明系统，其中对于光束偏转元件的给定数量，系统光瞳表 面中的有效的辐照分布(即，在曝光时间间隔积分的辐照分布)具有非常高的分辨率。可 以使用该优点，或者提高在给定数量的光束偏转元件情况下的系统光瞳表面中的辐照分布 的分辨率，或者如果需要获得系统光瞳表面中的辐照分布的预定分辨率，减少光束偏转元 件的数量。


参照下面结合附图的具体描述，将更容易理解本发明的各种特征和优势，其中 图1是依照本发明的投射曝光设备的示意且相当简化的图； 图2是包含在图1所示的投射曝光设备中的照明系统的子午截面图； 图3是包含在图2的照明系统的镜阵列的示意图； 图4是依照第一实施例的包括平面分束表面的分束单元的子午截面图； 图5示出由图4所示的分束单元产生的系统光瞳表面中的辐照分布； 图6是依照第二实施例的包括两个正交平面分束表面的分束单元的示意图； 图7是图6所示的分束单元的俯视图； 图8示出由图6和图7所示的分束单元产生的系统光瞳表面中的辐照分布； 图9是与图7相似的其中分束表面能够从光路中移除的替换实施例的俯视图； 图10示出由图9所示分束单元产生的系统光瞳表面中的辐照分布； 图11是与图9相似的其中分束表面能够旋转的替换实施例的俯视图； 图12示出两个不同的分束表面位置中的由图ll所示的分束单元所产生的系统光
瞳表面中的辐照分布； 图13是依照第三实施例的包括平面分束表面和平面镜的分束单元的示意图； 图14是与图7相似的由图13所示的分束单元的俯视图； 图15示出由图13和14所示的分束单元产生的系统光瞳表面中的辐照分布； 图16是与图14相似的其中分束表面和平面镜将镜阵列划分成四个象限的替换实 施例的俯视图； 图17是图16所示的替换实施例的侧视图； 图18是依照第四实施例的分束单元的子午截面图，其中将形成于中间光瞳表面 中的辐照分布复用，接着将其成像到系统光瞳表面上； 图19示出由图18所示的分束单元产生的中间光瞳表面中的辐照分布； 图20示出由图18所示的分束单元产生的系统光瞳表面中的辐照分布； 图21依照第五实施例的分束单元的子午截面图，其中分束单元包括双折射元件；
图22是图21所示的分束单元的俯视图； 图23a示出依照本发明的另一方面的在第一周期期间产生的系统光瞳表面中的 第一局部辐照分布； 图23b示出在第二周期期间产生的系统光瞳表面中的第二局部辐照分布； 图24示出用于说明步进曝光机类型的投射曝光设备的掩模平面中的两个不同点
的辐照的时间依赖性的两幅图； 图25示出用于说明扫描曝光机类型的投射曝光设备的掩模平面中的两个不同点 的辐照的时间依赖性的两幅图； 图26a至26d示出四个在系统光瞳表面中连续产生的第一示例的局部辐照分布；
图27a和27b示出两个在系统光瞳表面中连续产生的第二示例的局部辐照分布；
图28a和28b示出两个在系统光瞳表面中连续产生的第三示例的局部辐照分布。
具体实施例方式
I.投射曝光设备的总体结构 图1是包括用于产生投射光束的照明系统12的DUV投射曝光设备10的透视且经 高度简化的视图。透射光束照明含有微结构18的掩模16上的场14。在该实施例中，照明 场14具有近似环形带的形状。然而，也可以设想例如矩形的照明场14的其他形状。
投射物镜20将照明场14中的结构18成像到沉积于基底24上的例如光刻胶的光 敏层22。可以由硅晶片形成的基底24布置在晶片台(未示出)上，从而光敏层22的上表 面精确地位于投射物镜20的像平面中。借助于掩膜台(未示出)，将掩模16布置在投射 物镜20的物平面中。由于投射物镜的放大率小于l，所以照明场14内的结构18的縮小像 14'被投射到光敏层22上。 在投射期间，掩模16和基底24沿与Y方向相一致的扫描方向移动。从而照明场 14扫过掩模16，以使大于照明场14的结构化区域能够连续地被投射。这种类型的投射曝光 设备常被称作"步进_和_扫描设备"或简单称作"扫描曝光机"。掩模16和基底24的速 度比等于投射物镜20的放大率。如果投射物镜20倒置图像，则掩模16和基底24以相反 的方向的移动，如图1中由箭头A1和A2所示。但是，本发明也可在步进曝光工具中使用， 其中在掩模投射期间，掩模16和基底24不移动。 在所示的实施例中，照明场14不关于投射物镜20的光轴26居中。这样的离轴照 明场14对特定类型的投射物镜20是需要的。在其他的实施例中，照明场14关于光轴26 居中。 EUV投射曝光设备具有同样的基本结构。但是，因为不存在对EUV辐射是可透射的
光学材料，所以仅镜用作光学元件，并且掩模也是反射类型。
II.照明系统的总体结构 图2是图1所示的DUV照明系统12的更具体的子午截面图。为了简洁起见，图2
的图示相当简化且没有按比例。这具体地包含仅由非常少的光学元件表示的不同的光学单
元。实际中，这些单元可以包括显著更多的透镜以及其他的光学元件。 照明系统12包括壳体28和在所示实施例中实现为准分子激光器30的光源。准
分子激光器30发射波长大约为193nm的投射光。也可以设想其他类型的光源以及其他的波长，例如248nm或157nm。 在所示的实施例中，准分子激光器30发射的投射光进入扩束单元32，在扩束单元 32中扩展光束而不改变几何光通量。扩束单元32可以例如如图2所示包括一些透镜，或者 可以实现为镜阵列，出自扩束单元32的投射光为基本平行光束34。在另一实施例中，该光 束可以具有显著的发散性。平行光束34打到所提供用于减少照明系统12的整体尺寸的平 面折叠镜36上。 从折叠镜36反射后，光束34打到微透镜40的阵列38上。镜阵列46布置在微透 镜40的后焦面或其附近中。如下面将更具体解释地，镜阵列46包括多个小的单个的镜Mij， 其能够通过优选地布置为彼此垂直的两个倾斜轴彼此独立倾斜。镜Mij的总数量可能超过 IOO或甚至超过数千。镜Mij的反射表面可以是平面，但如果期望附加的反射能力反射表面 也可以被弯曲。除此之外，镜表面可以支持衍射结构。在该实施例中，镜Mij的数量等于包 含在微透镜阵列38中的微透镜40的数量。从而，每一微透镜40将会聚光束引导到镜阵列 46的每一个镜Mij上。 单个镜My的倾斜运动由与照明系统12的总体系统控制52相连接的镜控制单元 50控制。用于设置镜Mu的期望的倾斜角的驱动器从镜控制单元50接收控制信号，以使每 一单个镜Mij能够将打入光线以响应于控制信号可变的反射角反射。在所示的实施例中，存 在单个镜Mij能够布置的倾斜角的连续范围。在另一实施例中，配置驱动器以使仅能够设置 有限数量的离散倾斜角。 图3是镜阵列46的透视图，为简化起见，其仅包括8 *8 = 64个镜M『根据镜 的倾斜角，打到镜阵列46上的光束54a被反射到不同方向。在该示意图示中，假设特定镜 M35相对于另一镜M77关于两个轴56x、56y倾斜，从而由镜M35和M77反射的光束54b、54b'分 别反射到不同的方向。 再参照图2，从镜Mij反射的光束打到光束多路器单元57上，如图2所示，其中光束 的数量增加。下面，将更具体地解释光束多路器单元57的各种实施例。在所示实施例中， 光束接着通过第一聚光器58，第一聚光镜58确保略微发散光束现在作为至少基本平行的 光束，打到产生多个次光源的光学积分器72上。光学积分器72增加光线和照明系统12的 光轴OA之间所形成的角的范围。在另一实施例中，省去第一聚光器58从而打到光学积分 器72上的光束具有较大的发散度。在又一实施例中，光束多路器单元57布置在第一聚光 器59和光学积分器72之间。 在所示实施例中，光学积分器72实现为包括两个基底74、76的蝇眼透镜，该两 个基底74、76的每一个都包括平行柱透镜的两个正交的阵列。也设想光学积分器的其 他配置，例如包括具有旋转对称表面而边界为矩形的微透镜的阵列的积分器。参照WO 2005/078522 A、US 2004/0036977 Al以及US 2005/0018294 Al，其中描述了适用于照明系 统12的多种类型的光学积分器。 参考标记70表示照明系统12的系统光瞳表面，其基本上限定了打到掩模14上的 光的角分布。系统光瞳表面70通常为平面或略微弯曲，并布置在光学积分器72中或其近 邻附近中。由于系统光瞳表面70中的角的光分布直接转换成随后场平面中的强度分布，光 学积分器72基本上确定掩模16上的照明场14的基本几何形状。由于光学积分器72在X 方向上增加的角的范围远大于扫描方向Y，照明场14沿X方向比沿扫描方向Y具有更大的尺寸。 光学积分器72产生的次光源发出的投射光进入到第二聚光器78中，在图2中为 了简化起见，仅由单个透镜表示该第二聚光器78 。第二聚光器78保证系统光瞳表面和随后 的其中布置场阑82的中间场平面80之间的傅立叶关系。第二聚光器78叠加中间场平面 80中的由次光源产生的光束，从而获得中间场平面80的非常均匀的照明。场阑82可以包 括多个可动的叶片并确保掩模16上照明场14的锐利边缘。 场阑物镜84提供中间场平面80和其中布置掩模16的掩模平面86之间的光学共 轭。从而通过场阑物镜84将场阑82锐利地成像到掩模16上。
III.光束多路器单元
1、第一实施例 图4是由图2的放大切出，以子午截面显示依据第一实施例的光束多路器单元。 如图2中同样示出，光束多路器单元57布置在镜阵列46和第一聚光器58之间的路径中， 第一聚光器58布置在距系统光瞳表面70的前端某一距离处。在该实施例中，光束多路器 单元57包括由具有平的平面表面和施加到这些表面之一的分束涂层92的薄支撑板90形 成的分束器88。在该实施例中，分束涂层92由具有交替的折射率的薄的绝缘层94的叠层 形成。确定折射率和层的厚度，从而对于光源20产生的投射光而言，分束涂层92具有T = R" 50X的透射率T和反射率R。在其他实施例中，T/R的比可以不同于1。
分束器88在含有照明系统12的光轴OA的平面中延伸。光轴OA是照明系统12 的透镜以及其他旋转对称光学元件的旋转对称轴。 下面为简化起见，由阵列38的微透镜40产生且朝镜Mij引导的光束在以下仅用它 们的主光线来表示。在图4中，两条这样的光束96、98自阵列46的镜Mij反射并打到分束器 88上。在分束涂层92处，光束96、98分别分裂成两个部分光束96T、96R和98T、98R。除因 支撑平面90处的折射导致的小的位移外，经透射的部分光束96T、98T分别是入射光束96、 98的扩展。反射部分光束96R、98R的传播方向由反射定律确定，即反射角等于入射平面中 的入射角。透射及反射部分光束96T、98T、96R、98R接着传播通过第一聚光器58并与系统 光瞳表面70相交。 图5示出在图4所示的条件下在系统光瞳表面70中获得强度分布。能够看到，反 射部分光束96R、98R在系统光瞳表面70中产生的点关于由透射部分光束96T、98T所产生 的点成镜对称布置，使用100表示系统光瞳表面70中的对称平面。这是分束涂层92的平 面配置的结果。由于分束器88包含光轴，系统光瞳表面70中的对称平面也包含光轴OA。
光束多路器单元57从而使得可以从每一入射光束96、98中产生一对出射光束，其 照明系统光瞳表面70中的关于对称平面100镜对称布置的点。通过倾斜阵列46的特定的 镜Mij，从而可以在系统光瞳表面70中移动一对点，其总是保持它们关于对称平面100的镜 对称性。例如，如果朝向光轴OA移动透射光束96T产生的点，则由部分光束96R产生的对 称点也将朝向光轴OA移动。 更总体来讲，依照该实施例的光束多路器单元57使得可以仅利用N个镜Mij在系 统光瞳表面70中产生2N个光点。与现有照明系统相比，能够利用该效应来减少镜Mij的总 数而保持系统光瞳表面70中的点的数量(下面称之为设置分辨率)相同。或者，保持镜Mij 的数量与现有系统相同，而设置分辨率成倍。
图4所示的光束多路器单元57理想地用于产生具有镜对称的照明设置。多数常 规照明设置，即传统的、环形、偶极和四极照明设置具有这样的镜对称性。如果系统光瞳表 面70中的对称平面100被变化，则分束器88可以耦接到驱动器102。配置驱动器102用以 将分束器88关于与光轴OA相一致的旋转轴旋转。通过将分束器88旋转90° ，系统光瞳表 面70中的对称平面100也将倾斜90° 。 光束多路器单元57的另一优势是需要镜Mij的较小倾斜角，以能够照明系统光瞳 表面70中的任意位置。较小倾斜角简化镜Mij的结构和控制。
2、第二实施例 图6是依照第二实施例的光束多路器单元57的透视图。该实施例与图4所示的 实施例不同之处在于，光束多路器单元57包括第二分束器89，其具有与第一分束器88相同 的总体结构，但垂直于光轴OA布置。从而，两个分束器88、89之间形成直角，光轴OA通过 其中布置有分束器88、89的平面交叉的线。 图7是沿设定为与光轴OA平行的Z方向的光束多路器单元57的俯视图。在该俯 视图中，可以看到分束器88、89定义了四个象限，它们中的一个中布置有镜阵列46。作为这 种布置的结果，从镜My反射的每一光束打到分束器上两次，即，首先打到第一分束器88上 接着打到第二分束器89上，反之亦然。在图7中，假设从镜My反射的光束96首先打到第 一分束器88上并分裂成透射部分光束96T和反射部分光束96R。透射部分光束96T打到第 二分束器89上并分裂成反射部分光束96TR和透射部分光束96TT。 已由第一分束器88产生的反射部分光束96R打到第二分束器89上并分裂成透射 部分光束96RT和反射部分光束96RR。结果，入射光束96分裂成四个部分光束96TT、96TR、 96RT和96RR。 图8以与图5相似的图示示出在系统光瞳表面70中获得辐照分布。由经两次透 射的部分光束96TT(S卩，光束多路器单元57不存在时也会存在的光束)产生的点位于由垂 直的第一和第二对称平面100、104分别定义的系统光瞳表面70的一个象限中。光束多路 器单元57在系统光瞳表面70的其余的三个象限中产生由部分光束96TR、96RT和96RR照 明的三个附加的点。图8所示的系统光瞳表面中的四个点关于第一和第二对称平面100、 104对称地布置。如果将光束96从其反射的镜Mu倾斜，以使部分光束96TT产生的点朝向 光轴OA移动，则其他三个点也将朝向光轴OA移动，而保持它们的镜对称布置。
与图4中所示的第一实施例相似，可以通过分别改变第一和第二分束器88和89 的位置来分别改变第一和第二对称平面100、104的位置。分束器88和/或89的支架沿垂 直于光轴OA的至少一个方向是可移动的。在其他实施例中，配置分束器88、89中的至少一 个关于与光轴OA —致的或平行于光轴OA延伸的轴旋转。在两者中的任一情形中，两个分 束器88、89之一的可调整性使得可以在系统光瞳表面70中产生具有不同镜对称性的辐照 分布。 图9和图10示出其中第二分束器包括两个部分89a、89b的实施例，这两个部分 89a、89b可以借助于驱动器106U08单独地从传播路径中移除。提供类似的驱动器110，以 从光传播路径中移除第一分束器88。在图9所示的配置中，假设已经操作驱动器106以使 第二分束器的左部89a移除，从而不再暴露于任何光束。 图10以类似图8的图示显示在这样的条件下在系统光瞳表面70中获得的辐照分布。与图8所示的辐照分布相比，部分光束96RR产生的点不见了。此外，如果也在该实施 例中所有分束器88、89具有等于反射率R的透射率T，由仅反射一次的部分光束96R产生的 点的辐照度是部分光束96TT和96TR产生的点的辐照度的两倍。 另外，在图9所示的实施例中已经假设镜My被控制，从而从镜My反射的全部光束 首先打到第一分束器88。然后，可以省去图7所示的第一分束器88的下部。
图11示出仅包括借助于驱动器112绕光轴OA可旋转的单个分束器88的光束多 路器单元57。如果分束器88从图11中用实线示出的位置旋转到用虚线表示的位置，从而 其平行于YZ平面延伸，则如图12所示，系统光瞳表面70中的对称平面104改变为平行于 YZ平面延伸的对称平面100。该对称平面的改变在图12中对于部分光束96T、96R(对于XZ 平面中延伸的分束器88)和部分光束98T、98R(对于YZ平面中延伸的经旋转的分束器88) 而示出。 3、第三实施例 图13是依照第三实施例的镜阵列46和光束多路器单元57的透视图。图13所示 的光束多路器单元57与图4所示的光束多路器单元不同之处在于提供附加的平面镜114。 镜114具有接近100%的反射率R并且与光轴0A平行而垂直于分束器88布置，从而将镜阵 列46划分成相等大小的两等份。 图14是图13所示的布置的沿平行于光轴0A的方向Z的俯视图。首先打到分束 器88的光束96将分裂成透射部分光束96T和反射部分光束96R。反射部分光束96R打到 镜114上，从而其关于透射部分光束96T完全相反地离开光束多路器单元57。
在图15所示的系统光瞳表面70中，由透射和反射部分光束96T、96R产生的点因 此关于定义对称轴的光轴0A成点对称地布置。 同样的也应用到已经从在镜阵列46的另一半中的镜Mij反射的光束99，但引导光 束99再朝向分束器88，以使其分裂成两个部分光束99T、99R。由这些部分光束99T、99R产 生的点在系统光瞳表面70中也点对称地布置。 但是，如果镜Mu反射光束98以使其首先打到镜114上，则反射光束98打到分束 器88上，从而在分束器88处反射的部分光束98R不会打到镜114上。结果，部分光束98T、 98R在系统光瞳表面70中产生的点不是点对称而是关于图15中再次由100表示的对称平 面成镜对称。 因此，该实施例的光束多路器单元57使得可以在系统光瞳表面70中产生辐照分 布，该辐照分布可以不必须为完全镜对称或点对称，而可以包括点对称的部分和镜对称的 其他部分。这拓宽了借助于光束多路器单元57能够产生的辐照分布的范围。
图16是依照又一替换实施例的光束多路器单元57的俯视图。其中，分束器88和 镜114彼此相交，若沿Z方向俯视其导致似十字的布置。分束器88和镜114延伸的平面沿 与光轴0A —致的线相交并关于镜阵列46居中。因此，该实施例的光束多路器单元57将镜 阵列46划分为不仅如图13和14所示的实施例的情况中的两个等份，而是优选等大小的四 个象限46a、46b、46c和46d。从而获得高度对称的布局。 在该实施例中，可能需要设计镜114沿Z方向具有相比分束器88的减少的尺寸。 这保证经透射部分光束96T、99T在镜114的上部处不再被反射。 图17是图16所示的替换实施例的侧视图。可见，镜阵列46的四个象限46a、46b、46c和46d以彼此相倾斜的方式布置。利用如在图17中箭头116、118所表示的具有不同偏 移方向的光束单独照明每一象限46a、46b、46c和46d。照明系统12中需要附加的光学系 统，以利用具有不同偏移角的光束获得象限46a、46b、46c和46d的这种照明。
在上述所有实施例中，已经假设分束器88和/或89的透射率T等于它们的反射 率R。这保证系统光瞳表面70中由光束照明的点也具有等同的辐照。但是，也可以设想故 意偏离该情况，以使经多路化的点具有不同的辐照。这对于例如图13至17所示的实施例 是有利的，其中从不同镜Mij反射的光束能够朝向系统光瞳表面70中的同一位置引导。如 果分束器88的T/R比在分束器88的不同部分中与1不同，则这提供了进行精细调整系统 光瞳表面70中的辐照分布的自由度。 图6至17所示的实施例也尤其适用于EUV照明系统。EUV分束器可以实现为反射 衍射元件，其将入射光束至少沿不同方向衍射。例如，可以设计这样的衍射元件，从而除了 0、 +1和-1的所有衍射级被抑制。
4、第四实施例 图18是依照第四实施例的通过光束多路器单元的子午截面图。其中，光束多路器 单元57包括中间光瞳表面120和建立中间光瞳表面120以及随后系统光瞳表面70之间的 成像关系的物镜122。中间光瞳表面120由阵列46的镜Mij直接地照明，或者由虚线所表示 的附加聚光器124用于将从镜Mij反射的光束的角度转换成中间光瞳表面120中的位置。
物镜122包括分别具有焦距^和f2的第一正透镜126和第二正透镜128。第一透 镜126和第二透镜128之间的距离等于f一&，即，第一透镜126的后焦平面与第二透镜128 的前焦平面在孔径平面129中相吻合。因而，物镜122在物侧和像侧两者中是远心的，从而 物侧和像侧上的主光线平行于光轴OA传播。中间光瞳表面120布置在第一透镜126的前 焦平面中，以及系统光瞳平面布置在第二透镜128的后焦平面中。可以理解，在其他实施例 中，第一和第二透镜126U28可以由包括两个或更多透镜或其他光学元件的物镜替代。
在孔径平面129中布置有与偏振相关的分束器130。配置与偏振相关的分束器 130，从而其对于第一偏振态具有接近100%的透射率T而对于与第一偏振态正交的第二偏 振态具有接近100X的反射率R。在所示实施例中，配置与偏振相关的分束器130，从而由双 箭头表示的P-偏振光被透射，而由圆形中心点表示的s-偏振光被反射。
中间光瞳表面120的一半中布置有可具有环形带轮廓的平面镜132。在与偏振相 关的分束器130和镜132之间的光路中，布置有四分之一波长板134。在所示实施例中，第二 透镜128和系统光瞳表面70之间，存在配置用以旋转线偏振光的偏振方向的可选的延迟器 板136。该旋转特性可以在延迟器板136的表面上局部变化。在专利申请US 2002/0176166 Al和US2006/0055909 Al中描述了这样的延迟器的示例(参看图23)。
光束多路器单元57如下面工作 在操作期间，倾斜阵列46的镜从而经反射的光束96打到可选的会聚透镜124 上并产生中间光瞳表面120的下半部分中的点。中间光瞳表面120中由光束96产生的示 例辐照分布在图19中示出。假设当光束96通过中间光瞳表面120时它们是非偏振的。如 果不满足该假设，则在与偏振相关的分束器130前端的光学路径中的某处可以布置附加的 去偏振器。 已经通过第一透镜126的光束96朝其中布置有与偏振相关的分束器130的第一
14透镜的后焦点会聚。其中，光束96的s-偏振光的部分完全朝向第一透镜126的另半部反 射。经反射的光束96R传播通过四分之一波长板134并打到镜132上。由于镜132布置在 第一透镜126的前焦平面中，所以其中布置有镜132的表面120的上半部分中产生在中间 光瞳表面120的下半部分中的辐照分布的像。在镜132上形成的这个像关于光束96在中 间光瞳表面120的下半部中产生的辐照分布成镜对称，在图19中同样示出的。
从镜132反射的光束96R选择相同的道路返回到与偏振相关的分束器130，S卩，它 们经过四分之一波长板134和第一透镜126。由于反射光束96R经过四分之一波长板134 两次，偏振态从s偏振转变成p偏振。由于偏振态的这种转变，与偏振相关的分束器130现 在透射反射光束96R，其接着还通过第二透镜128和可选延迟器板136。因此，在镜132上 形成的辐照分布的像本身是入射光束96在中间光瞳表面120的下半部中形成的辐照分布 的像。由于每个像关于物是点对称的，所以反射光束96R在系统光瞳表面70的下半部中产 生的辐照分布等于入射光束96产生的中间光瞳表面120的下半部中的辐照分布。这也在 图20中示出，图20示出系统光瞳表面70中的辐照分布，其利用图19所示的中间光瞳表面 120中的示例辐照分布获得。 系统光瞳表面70中辐照分布的上半部由已经通过分束器130透射的p-偏振光束 96T形成。该透射光束96T还通过第二透镜128和可选的延迟器板126，并形成光束96在 中间光瞳表面120的下半部中产生的辐照分布的点对称像。 因而，光束多路器单元57在中间光瞳表面120的其他半部上添加在中间光瞳表
面120的一半中产生辐照分布的点对称像，接着将该组合辐照分布成像到系统光瞳表面70
上。如果第二透镜128的焦距f2大于第一透镜126的焦距f"则该图像被放大。 光束多路器单元57产生的效应因此不同于图4所示的第一实施例，因为通过光束
多路器单元57添加的辐照分布是镜对称的，而图18所示的第四实施例的光束多路器单元
57添加点对称的辐照分布。 图18所示的光束多路器单元57还具有如下的优点作为某种副作用，其能够从入 射非偏振光束96在系统光瞳表面70中产生s-或p-偏振光束96R， 96T。根据该定义的偏 振态，容易借助于延迟器板136产生几乎任何的线偏振分布。 另一优势在于，光束多路器单元57实际上多路化中间光瞳表面120中产生的辐照 分布，而不仅是单独的光束。因此，利用该实施例的光束多路器单元57，不需要镜阵列46及 其控制单元50的任何重新设计，如上述多数实施例的情况。 对于图18所示的实施例，关键元件是与偏振相关的分束器130。与偏振相关的分 束特性通常仅能够针对入射角的有限范围获得，例如50。和70°之间的角。对于入射光束 96'(在图18中其用点线表示且靠近物镜122的光轴OA传播)，分束器130的与偏振相关 的分束特性可能是不可获得的。因此，该实施例较不适用于产生其中要照明系统光瞳表面 70中的中心区域的照明设置。
5、第五实施例 图21是依照第五实施例的通过光束多路器单元57的子午截面图。其中，光束多 路器单元57包括偏振分束器，在所示实施例中，其包括以如图22的俯视图中所示的规则图 案布置的四个板140a、 140b、 140c、 140d。板140a至140d在它们侧面处无缝地结合，或如图 21和22中所示分开小的间隔。
板140a至140d中的每一个由双折射材料制成，从而其将入射光束96、98分裂成 寻常光束96o、98o以及非常光束96e、98e。如图21中用也在图18中使用的符号表示的，寻 常光束96o、98o以及非常光束96e、98e具有正交的偏振态。出射光束96o、96e之间的距离 尤其依赖于板140a至140d沿光轴0A定义的方向的厚度。在所示的实施例中，所有板140a 至140d具有相同的厚度，但每一板140a至140d的双折射材料的慢双折射轴取向不同。因 此，非常光束96e、98e产生的点分别布置在距寻常光束96o和98o产生的点的等距离处，但 角度取向不同。 例如四分之一波长板的附加的偏振操纵部件可以用于产生在整个系统光瞳表面 70上具有均匀的偏振态的光。
IV、时域中的光束多路化 在上述的全部实施例中，光束在曝光工艺期间在系统光瞳表面中产生的点的数量 大于阵列46的镜My的数量。这对于将掩模16成像到光敏表面22上的曝光工艺期间的任 何给定时刻适用。 然而，对于成功的曝光工艺，不需要在相同时刻从全部期望的方向照明掩模16上 的任意点。而是，在曝光工艺完成之后，掩模16上的每一点利用来自所有期望的方向的投 射光已经被照明就足够。换句话说，系统光瞳表面70中产生的点的加倍也可以先后地即在 时域中发生。 这在图23a和23b中表示，其分别示出在第一时间间隔和连续的第二时间间隔期 间保持的系统光瞳表面70中的示例局部辐照分布。每一局部辐照分布对应于打到掩模的 照明场14上的光线的特定角度分布。
1、晶片步进曝光机类型 在下面，首先假设投射曝光设备10是晶片步进曝光机类型。在曝光工艺期间，掩 模16和光敏感表面22从而对总共的曝光时间T保持静止。例如，如果在系统光瞳表面70 中产生图23a和23b中所示的局部辐照分布的时间间隔具有等长T/2，则将利用与图23a所 示的局部辐照分布相对应的角度分布，照明掩模16上的所有点持续时间间隔长度T/2，以 及利用与图23b所示的局部辐照分布相对应的角度分布，照明掩模16上的所有点持续接连 的等长的时间间隔T/2。另一种描述该效应的方式是这样说的不一次性填满系统光瞳表 面70，而利用期望的目标总体辐照分布连续地填满。 由于投射曝光设备的多数光源30产生光脉冲，连续光脉冲之间的间隔可以用于 改变系统光瞳表面70中的局部辐照分布。利用镜控制单元50的适当布局，例如应用在2008 年12月19日申请的国际专利申请PCT/EP2008/010918中描述的控制方案，可以足够快地 倾斜镜Mij，以使在两个连续的光脉冲之间改变局部辐照分布。在晶片步进曝光机中，当然 照样可以在两个连续的光脉冲之间进行较长的中断，以使有足够的时间改变系统光瞳表面 70中的局部辐照分布。
2、扫描曝光机类型 在扫描曝光机类型的投射曝光设备中，在整个曝光工艺期间完全填充系统光瞳表 面70是不足够的，而要利用投射光在(较短)曝光时间间隔期间照明掩模上的每个点。这 些曝光时间间隔对于掩模上的所有点是相等的，但具有不同的起始(以及后续完成也是) 时间，如果掩模上的点沿扫描方向分开。由于这个原因，在系统光瞳表面70中产生的局部
16辐照分布的次序被重复直到整个曝光工艺终止。 图24示出两幅图，其中表现沿扫描方向分开的掩模16上的两个点的辐照度IJt) 和IJt)的时间依赖性。在上图中，假设在曝光工艺期间第一点将于时刻t。移动到照明场 14中。I将在稍后时刻t。+AT离开照明场14， AT是对于掩模16上的全部点都相等的曝光 时间间隔并表示曝光工艺期间照明一点的时刻。为简化起见，还假设系统光瞳表面70中产 生局部辐照分布将在时刻t。被改变为如23a所示的配置。该局部辐照分布维持时间A T/2， 如由在图24上下图之间的局部辐照分布的小的图示表示。 在曝光时间间隔AT的第一半之后，局部辐照分布在两个接连的光脉冲LPn和 LP^之间变化。在曝光时间间隔AT的第二半期间，在系统光瞳表面70中产生如图23b所 示的局部辐照分布。当曝光时间间隔结束时，第一点接收相等数量的具有图23a所示的局 部辐照分布和具有图23b所示的局部辐照分布的光脉冲。在上图的顶部上示出时刻t。+AT 系统光瞳表面70中的有效的总辐照分布。 图24的下图中示出对于迟于第一点、在时刻tj^ > t。)进入到照明场14的第二 点的相同过程。在与第二点相关的曝光时间间隔AT期间，系统光瞳表面70中的辐照分布 改变两次，即光脉冲LPn和LPn+1之间的第一次以及光脉冲LPn+15和LPn+15+1之间的第二次。 然而，在系统光瞳表面70中产生图23a所示的局部辐照分布的时间间隔期间以及在系统光 瞳表面70中产生图23b所示的局部辐照分布的时间间隔期间，打到第二点上的光脉冲的数 量再次相等。于是同样地，第二点在器曝光时间间隔结束之后，将由与第一点相同的系统光 瞳表面70中的有效的总辐照分布照明。 设计一些照明系统，从而在与该点相关的曝光时间间隔AT的开始和结束处用减
少的辐照度照明掩模上的点。这可以被实现，例如通过使用具有多个可移动叶片的场光阑
82，其具有沿其纵向方向的透射率梯度，如在US2006/0244941 Al中所描述的。 图25示出与图24中所示的图相似的两幅图，除了假设光脉冲在每一曝光时间间
隔AT的开始和结束具有增加和减少的辐照度。在该情形中，系统光瞳表面70中的辐照分
布改变的周期P必须小于曝光时间间隔AT，并且在曝光时间间隔的开始和结束的光脉冲
的辐照度的上升和下降应当对称。 如示出第二点上辐照的时间依赖性的图25的下部分中可最好看到的，与系统光 瞳表面70中的特定局部辐照分布相关的光脉冲的数量不同。然而，如果除了数量外还考虑 光脉冲的辐照度，则可以看到，在曝光时间间隔AT期间打到掩模上的点上的总辐照度对 于系统光瞳表面70中的每一辐照分布相同。
3、局部辐照分布的其他示例 当然，该构思不限制于连续在系统光瞳表面70中产生的仅两个局部辐照分布。
图26a至26d示出在曝光工艺期间在系统光瞳表面70中连续产生的四个不同的 局部辐照分布P1至P4。在每一周期P期间，在系统光瞳表面70中产生极P1至P4。 4个周 期之后，掩模16上的每一点已经由来自与四个极点P1至P4相关的方向的光有效地照明， 如在图26d中所示。曝光时间间隔AT必须等于或大于4P。 图27a和27b示出在系统光瞳表面70中连续产生的其他的局部辐照分布。在该 实施例中，在每一周期期间，被照明的总区域显著不同。如果假定中心极PO接收与在其他 周期期间产生的四个极点P1、P2、P3和P4相同的辐照，则阵列46中的镜Mi,.中的一些不得不进入到截止状态，在该截止状态中，它们不能引导任何光朝向系统光瞳表面70。
图28a和28b示出依照又一实施例在系统光瞳表面70中连续产生的两个局部辐 照分布。其中，局部辐照分布不被限制于系统光瞳表面的特定部分，而是以交错的方式布 置。为了简化起见，假设每一镜Mij在系统光瞳表面70中产生的点为正方形。在两个的局 部辐照分布中，这些正方形以类似棋盘的方式布置，但将偏移一个正方形。两个局部辐照分 布的组合产生具有均匀照明的圆形区域的传统照明设置。尽管镜Mij的数量少，但获得高的 边缘分辨率。该局部辐照分布的交错配置还具有当辐照分布改变时仅需要略微调整镜My 的优点。这简化了镜Mij的控制并减少了镜上以及用于调整倾斜角的驱动器上的机械应变。
已经通过示例的方式给出优选实施例的上述描述。从所给公开的内容，本领域的 技术人员将不仅理解到本发明及其伴随的优势，也将知道所公开的结构和方法的多种变化 和改变。因此，申请人试图覆盖落入本发明精神和范围内的全部这样的变化和改变，本发明 精神和范围如所附权利要求及其等价体所限定。
V、经总结的各方面 下面编号的句子总结了本发明的许多方面，其中的一些也被所附权利要求覆盖。
申请人保留将权利要求引导到由这些句子所覆盖的主题中的任一者的权利。 1、微光刻投射曝光设备(10)的照明系统，包括 a)反射或透射的光束偏转元件(My)的光束偏转阵列(46)，其中每一光束偏转元 件(Mij)适于将打到光束偏转一偏转角，
b)系统光瞳表面(70)， c)布置在光束偏转阵列(46)与系统光瞳表面之间的光束多路器单元(57)，以使
系统光瞳表面(70)中的光束(96T、96R ;98T，98R ;96TT，96TR、96RT，96RR ;98T，98R，99T，
99R)的数量比出自光束偏转阵列的光束(96、98、99)的数量大。 2、如句子1所述的照明系统，其中，所述光束多路器单元包括分束器(88)。 3、如句子2所述的照明系统，其中，所述分束器(88)包括分束表面(92)。 4、如句子3所述的照明系统，其中，分束表面(92)具有大约1的透射率/反射率比。 5、如句子3或4所述的照明系统，其中，通过在支撑上施加分束涂层形成分束表面 (92)。 6、如句子3至5之一所述的照明系统，其中，分束表面(92)是平面且平行于照明 系统的光轴(OA)延伸。 7、如句子6所述的照明系统，其中，分束表面具有沿光轴(OA)变化的透射率对反 射率比。 8、如句子3至7之一所述的照明系统，包括移动分束表面的驱动器(106、108、110 ; 112)。 9、如句子8所述的照明系统，其中，所述驱动器(112)配置用以旋转分束表面。
10、如句子8或9所述的照明系统，其中，所述驱动器(106、108、110 ;112)能够将
分束表面完全从光学传播路径移除。 11、如句子3至10之一所述的照明系统，其中，光束多路器单元(57)包括至少两 个平面分束表面(88、89，89a、89b)，该两个平面分束表面以至少大体等于9(T的角度布置。 12、如句子11所述的照明系统，其中，至少两个平面分束表面(88、89，89a、89b)布 置于在照明系统的光轴(OA)处相交的平面中。 13、如句子3至12之一所述的照明系统，其中，光束多路器单元(57)包括平面镜 (114)，其以关于分束表面(88)至少基本等于90。的角度布置。 14、如句子13所述的照明系统，其中，所述分束表面(88)和镜(114)布置于在照 明系统的光轴(OA)处相交的平面中。 15、如句子14所述的照明系统，其中，所述光束偏转阵列(46)关于光轴(OA)居 中。 16、如句子15所述的照明系统，其中，光轴(OA)将光束偏转阵列划分成至少两个 子阵列(46a至46d)，该两个子阵列以关于彼此倾斜的方式布置。 17、如句子13至16之一所述的照明系统，其中，配置光束多路器单元(57)以使每 一光束首先打到平面镜(114)上并接着打到分束表面(88)上，或首先打到分束表面(88) 上并接着打到平面镜(114)上。 18、如前述句子之一所述的照明系统，其中，没有光束多路器单元(57)时，光束偏 转阵列(46)在系统光瞳表面(70)中产生第一辐照分布，以及其中配置光束多路器单元 (57)以在系统光瞳表面(70)中产生第二辐照分布，该第二辐照分布关于第一辐照分布为 镜对称、点对称或n-次对称。 19、如句子1所述的照明系统，包括布置在光束偏转阵列(46)和光束多路器单元 (57)之间的中间光瞳表面(120)，其中光束多路器单元 a)包括成像系统(122)，其建立中间光瞳表面(120)和系统光瞳表面(70)之间的 成像关系，以及其中光束多路器单元 b)配置用来产生辐照分布的经多路化的像，该辐照分布由光束偏转阵列(46)在 中间光瞳表面(120)的一部分中产生。 20、如句子19所述的照明系统，其中，成像系统是远心物镜(122)。 21、如句子19或20所述的照明系统，其中，光束多路器单元(57)包括布置在中间
光瞳表面(120)的另一部分中的镜(132)，以及其中光束多路器单元配置为在镜(132)上产
生所述辐照分布的像。 22、如句子21所述的照明系统，其中，光束多路器单元(57)包括布置在成像系统 (122)之内的与偏振相关的分束器(130)。 23、如句子20和句子22之一所述的照明系统，其中，物镜(122)具有孔径平面 (129)，与偏振相关的分束器(130)布置在孔径平面(129)中。 24、如句子21至23之一所述的照明系统，其中，配置光束多路器单元(57)以使从 与偏振相关的分束器(130)反射的光打到镜(132)上。 25、如句子21所述的照明系统，其中光束多路器单元包括偏振单元(134)，偏振单 元(134)在从镜(132)反射的光再次打到与偏振相关的分束器(130)之前改变所述从镜 (132)反射的光的偏振状态。 26、如前述句子之一所述的照明系统，其特征在于，光束偏转元件是能够关于至少 一个倾斜轴(56y、56x)倾斜的镜(Mj 。
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27、操作投射曝光设备的方法，包括下述步骤
a)提供照明系统(12)，其包括: i)反射或透射光束偏转元件(Mij)，其中，每一光束偏转元件(Mij)适于将入射光束 偏转一响应于控制信号可变的偏转角，以及 ii)系统光瞳表面(70)，光束偏转阵列在其中产生辐照分布； b)利用光脉冲照明掩模(16)，其中控制光束偏转元件以使与系统光瞳表面(70) 中产生的辐照分布相关的照明区域在掩模成像到光敏表面的曝光工艺期间在两个连续的 光脉冲之间变化。 c)将掩模(16)成像到光敏感表面(22)上。 28、如句子27所述的方法，其中，将目标辐照分布划分成与不同的照明区域相关 联的多个局部辐照分布，以及其中，控制光束偏转元件从而在系统光瞳表面(70)中连续地 产生所有的局部辐照分布。 29、如句子27或28所述的方法，其中，在曝光工艺期间，移动掩模(16)和光敏感 表面(22)，从而在具有不同开始时间的曝光时间间隔(AT)期间照明掩模(16)上沿扫描方 向分离开的两个点，以及其中，对于掩模(16)上的任意一点，在与那点相关联的曝光时间 间隔期间在系统光瞳表面(70)中产生全部的局部辐照分布。 30、如句子28或29所述的方法，其中，在系统光瞳表面中产生局部辐照分布的时 间间隔(P)均相等。 31、如句子28至30中任一句子所述的方法，其中，将与局部辐照分布相关联的照 明区域限制到系统光瞳表面的一部分，具体地限制到系统光瞳表面的半圆形或四分之一。
32、如句子28至30中任一句子所述的方法，其中，所述局部辐照分布交错。
33、微光刻投射曝光设备的照明系统，其中，照明系统被配置以利用光脉冲照明掩 模(16)并包括: a)反射或透射光束偏转元件(Mij)，其中，每一光束偏转元件(Mj适于将打入光束 偏转一响应于控制信号可变的偏转角， b)系统光瞳表面(70)，光束偏转阵列在其中产生辐照分布， c)控制单元(50)，其中，配置控制单元以控制光束偏转元件，以使与系统光瞳表 面(70)中产生的辐照分布相关的照明区域在掩模(16)成像到光敏表面(22)的曝光工艺 期间在两个连续的光脉冲(LPn， LPn+1)之间变化。 34、如句子31所述的照明系统，其中，配置控制单元以将目标辐照分布划分成与 不同的照明区域相关的多个局部辐照分布，以及其中进一步配置控制单元(50)以控制光 束偏转元件(Mij)，以使在系统光瞳表面(70)中连续地获得所有的局部辐照分布。
35、微光刻投射曝光设备(10)的照明系统，包括 a)光束偏转阵列(46)，包括大量的反射或透射光束偏转元件(Mij)，其中每一光
束偏转元件(Mij)适于将打入光束偏转一响应于控制信号可变的偏转角， b)系统光瞳表面(70)，其中，从光束偏转元件的反射的光束照明点。 其中，在将掩模成像到光敏感表面的曝光工艺期间，在系统光瞳表面(70)中照明
的点的数量大于光束偏转元件(Mi,.)的数量。
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权利要求
微光刻投射曝光设备(10)的照明系统，包括a)反射或透射的光束偏转元件(Mij)的光束偏转阵列(46)，其中每一光束偏转元件(Mij)适于将打入光束偏转一偏转角，b)系统光瞳表面(70)，c)布置在光束偏转阵列(46)与系统光瞳表面之间的光束多路器单元(57)，以使系统光瞳表面(70)中的光束(96T、96R；98T，98R；96TT，96TR、96RT，96RR；98T，98R，99T，99R)的数量比出自光束偏转阵列的光束(96、98、99)的数量大。
2. 如权利要求l所述的照明系统，其中，所述光束多路器单元包括分束器(88)。
3. 如权利要求2所述的照明系统，其中，所述分束器(88)包括分束表面(92)。
4. 如权利要求3所述的照明系统，其中，分束表面(92)具有大约1的透射率/反射率比。
5. 如权利要求3或4所述的照明系统，其中，通过在支撑上施加分束涂层形成分束表面 (92)。
6. 如权利要求3至5之一所述的照明系统，其中，分束表面(92)是平面且平行于照明 系统的光轴(0A)延伸。
7. 如权利要求6所述的照明系统，其中，分束表面具有沿光轴(0A)变化的透射率对反 射率比。
8. 如权利要求3至7之一所述的照明系统，包括移动分束表面的驱动器(106、108、 110 ;112)。
9. 如权利要求8所述的照明系统，其中，所述驱动器(112)配置用以旋转分束表面。
10. 如权利要求8或9所述的照明系统，其中，所述驱动器(106、108、110 ;112)能够将 分束表面完全从光学传播路径移除。
11. 如权利要求3至IO之一所述的照明系统，其中，光束多路器单元(57)包括至少 两个平面分束表面(88、89，89a、89b)，该两个平面分束表面以至少基本等于90。的角度布 置。
12. 如权利要求ll所述的照明系统，其中，至少两个平面分束表面(88、89，89a、89b)布 置于在照明系统的光轴(0A)处相交的平面中。
13. 如权利要求3至12之一所述的照明系统，其中，光束多路器单元(57)包括平面镜 (114)，其以关于分束表面(88)的至少基本等于90。的角度布置。
14. 如权利要求13所述的照明系统，其中，所述分束表面(88)和镜(114)布置于在照 明系统的光轴(0A)处相交的平面中。
15. 如权利要求14所述的照明系统，其中，所述光束偏转阵列(46)关于光轴(0A)居中。
全文摘要
微光刻投射曝光设备(10)的照明系统包括光束偏转阵列(46)，光束偏转阵列(46)包括大量的例如镜(Mij)的光束偏转单元。每一光束偏转元件(Mij)适于将打入光束偏转一响应于控制信号可变的偏转角。从光束偏转元件反射的光束在系统光瞳表面(70)中产生点。将掩模成像到光敏表面的曝光工艺期间，在系统光瞳表面(70)中被照明的点的数量大于光束偏转元件(Mij)的数量。这可以借助于将从光束偏转元件(Mij)反射的光束多路化的光束多路器单元(57)来实现。在另一实施例中，控制光束偏转元件(Mij)以使在系统光瞳表面(70)中产生的辐照分布在曝光工艺的两个连续光脉冲之间变化。
文档编号G03F7/20GK101762987SQ20091026220
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月23日
发明者安德拉斯·梅杰, 拉尔夫·米勒, 达米安·菲奥尔卡 申请人:卡尔蔡司Smt股份公司