包括傅立叶光学系统的照明系统的制作方法

专利名称：包括傅立叶光学系统的照明系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用来自主光源的光照明一照明场的微光刻投射曝光设备的照明系 统，并且涉及包括这样的照明系统的微光刻投射曝光设备。此外，本发明涉及可以用于例如 作为微光刻投射曝光设备的一部分的傅立叶光学系统。
背景技术：
微光刻投射曝光方法现今被占主导地用于生产半导体器件和其它精细结构的器 件。这涉及使用携带要被成像的结构的图案的掩模(掩模母版)，例如半导体器件的层的 线图案。掩模被放入照明系统和投射物镜之间的投射曝光设备中，在投射物镜的物面的区 域中，并且以被照明系统所提供的照明辐射所照明。由掩模和图案改变了的辐射作为投射 辐射穿过投射物镜，其将掩模的图案成像于要被曝光的衬底上，衬底通常携带辐射敏感层 (光致抗蚀剂)。在投射微光刻的情形中，掩模在照明系统的帮助下被照明，照明系统将来自主光 源(具体而言激光器)的光成形为照明辐射，照明辐射被引导到掩模上并且被特定的照明 参数所界定。照明辐射照射在照明场内的掩模上(确定形状和尺寸的区，例如矩形场或者 弯曲的环场)，其中照明场的形状和尺寸通常是恒定的，也就是说不可变的。通常在照明场 内寻求尽可能均勻的强度分布，为了该目的，均勻化装置，例如光混合元件(例如蝇眼聚光 器和/或棒积分器)可以在照明系统内被提供。此外，根据要被成像的结构的类型，经常需要不同的照明模式(所谓“照明设 置”)，其可以由照明系统的光瞳面中照明辐射的不同的局部强度分布而表征。在该背景下， 这有时被称为“被构造的照明”或者“照明光瞳的构造”或者二次光源的构造。旨在设置特 定的、可界定的二维强度分布(二次光源)的照明系统的光瞳面在本申请中也被称为“光瞳 成形面”，由于照明辐射的基本特性在该强度分布的帮助下“被成形”。照明设置例如包括， 在传统照明设置的情形中，围绕照明系统的光轴为中心并且具有不同直径的圆照明点(通 常利用照明的相干性程度ο而被界定)并且，在非传统的情形中，即离轴型照明、圆环照明 (或者环状照明)和极强度分布，例如双极照明或者四极照明。产生离轴(倾斜)照明的非 传统照明设置尤其可以通过两个光束干涉来用于增加焦距深度并且用于增加分辨率。在结合入微光刻投射曝光设备的照明系统的情形中，照明系统的“光瞳成形面”可 以位于或者接近与下游的投射物镜的光瞳平面光学共轭的位置，照明系统的“光瞳成形面” 中旨在设置期望的二维强度分布(二次光源)。通常，光瞳成形面可以对应于照明系统的光 瞳面或者位于其附近。假定中间的光学器件不改变光线的角度分布，也就是说以保角方式 工作，则照射于掩模图案上的照明辐射的角度分布由照明系统的光瞳成形面中的空间强度 分布所确定。此外，假定中间的光学器件以保角方式工作，则投射物镜的光瞳中的空间强度 分布由照明系统的光瞳成形面中的空间强度分布(空间分布)所确定。被提供用于从主光源(例如激光器或者汞蒸气灯)接收光并且用于由其在照明系 统的“光瞳成形面”中产生期望的二维强度分布(二次光源)的照明系统的那些光学部件和组件联合形成光瞳成形单元，其应当通常是可变可调节的。本申请人的US 2007/0165202 Al (对应于WO 2005/026843 A2)披露了照明系统， 其中从主光源接收光的并且在照明系统的光瞳成形面中产生可变可调整的二维强度分布 的光瞳成形单元包括可单独驱动的单独反射镜的多镜阵列(MMA)，其以有目的的方式改变 入射与反射镜元件上的辐射的角度分布，从而在光瞳成形面中形成期望的照明强度分布。以取决于要被成像的掩模结构的方式计算照明系统的光瞳成形面中的强度分布 的最佳构造的方法，例如在US 6，563，556或者US 2004/(^65707披露。

发明内容
本发明的一目的是提供用于微光刻投射曝光设备的照明系统，其使得可以在不同 照明模式之间迅速地改变。本发明的另一目的是提供紧凑的光混合系统，适于集成入微光刻投射曝光设备的 照明系统中，并且在基本没有引入几何光通量的小几何光通量的情形中能够影响光混合。为了实现这些和其它目的，本发明提供包括权利要求1的特征的照明系统和包括 权利要求M的特征的傅立叶光学系统。此外还提供了包括权利要求沈特征的光混合系统 和包括权利要求观特征的投射曝光设备。在所附权利要求中规定了有利的发展。所有权利要求的用语在本说明书的上下文 中通过引用的方式被结合。本发明的一个方面提供了微光刻投射曝光设备的的照明系统，其采用来自主光源 的光照明一照明场。照明系统具有可变可调节的光瞳成形单元，用于从主光源接收光并且 用于在照明系统的光瞳成形面中产生可变可调节的二维强度分布。光瞳成形单元具有傅立 叶光学系统，用于将通过傅立叶光学系统的入口平面进入的入口光束转换为从傅立叶光学 系统的出口平面离开的出口光束，其中傅立叶光学系统具有焦距长度fF0S和沿光轴在入口 侧第一系统表面和出口侧最后系统表面之间测量的结构长度L并且条件(L/fras) < 1/6成 立。表达“傅立叶光学系统”在此表示将在傅立叶光学系统的入口平面中存在的辐射 功率分布转变为出口平面的辐射功率分布同时保持穿过的辐射的几何光通量(entendue) 的光学系统。在该情形中，出口平面是相对于入口平面的傅立叶变换后的平面。在该情形 中，穿过的光束在入口平面中界定特定形状和尺寸的入口面，例如圆形入口表面或者一些 其它方式的正方形或者矩形入口面。在傅立叶变换后的出口平面中，光束界定其形状和尺 寸由入口平面中的辐射的角度分布所确定的出口面。在该情形中，入口面的几何由穿过的 光线的光线高度所界定。入口面的几何在出口平面中通过傅立叶光学系统被转换为对应的 角度分布(光线角度的分布)。“入口面”和“出口面”在此分别被界定为穿过的光束与入 口平面和出口平面的交叉的区域，并且因而各自包括特定的表面面积。在入口平面和出口 平面之间发生的傅立叶变换过程中，入口面中个每个单独的表面元件在整个出口面上的功 率分布根据局部散度在出口面上而被分布。在该情形中，在出口侧被接收的所有的表面元 件在至少一个维度上被添加地叠置。真实光学系统内的光束包含具有不同传播方向的多个光线。光束的光线的角度分 布可以由光束的散度DIV所描述，它描述了光束内光线之间最大的角度差异。作为替代，还可以提供通过光束的数值孔径NA的描述，它在本申请中对应于散度角度的一半的正弦。在 近轴光学部件中，也就是说在相对与光学系统的光轴的小光线角度的情形中，数值孔径NA 因而对应于散度的一半，也就是说NA = DIV/2。傅立叶光学系统对于以给定输入散度(在 入口面上的散度)穿过的光束的影响可以以简化的方式被描述，使得在输入侧上的光线的 各光线角度RAe被分配一光线高度RHa，其正比于出口侧上的光线角度。光线高度在此被界 定为在相对于光轴的给定轴位置的光线的垂直距离。在入口侧上光线角度和在出口侧上光 线高度之间的正比性由傅立叶光学系统的焦距长度fras根据RHa = fF0S*sin(RAe)给出。因为傅立叶光学系统根据傅立叶光学系统的焦距长度将在其入口侧上的光线角 度相应地转换为在其出口侧上的光线高度，所以具有大焦距长度的傅立叶光学系统可以 例如将具有给定的小输入散度的输入束成形为具有对应的较大的截面面积的出口光束，其 中，对于给定的傅立叶光学系统的焦距长度，入口面和出口面之间的尺寸关系取决于输入 散度，并且输入散度越大则尺寸关系越小。在采用激光作为主光源工作的照明系统中，根据激光辐射的空间相干性，通常主 辐射在具有相对小束截面的光束中存在非常小的散度。另一方面，在照明系统中，要求在照 明系统内具有其中穿过的辐射具有相对大的束截面的至少一区。如果，在大束截面区中，例 如，光调制装置被使用以便可变地调整在照射光束内存在的辐射的角度分布，则可以改善 可变调整的空间分辨率，如果光调制装置位于具有相对大的束直径的区中并且包含具有许 多可单独驱动的单独的元件的阵列，每个元件以角度改变的方式各自影响照射光束的部分 光束。在光调制装置处束直径越大，提供足够大量的可控的单独的光调制装置的元件以便 使得角度调整的高空间分辨率则越简单。具有相对大焦距长度的傅立叶光学系统可以被用于产生具有相对大束截面的束， 尽管进入的光束的散度相对小。另一方面，在照明系统中，通常仅在有限程度上可获得用于 光瞳成形单元的光学子系统的结构空间。通过使用根据本发明的傅立叶光学系统，可以调 和一方面具有小散度的输入光束的有效束扩展和另一方面相对小的结构空间需求的冲突 的要求。优选，对于远距因子(telefactor)TF = L/fF0S 条件(L/fF0S) < 0. 166 成立。远距 因子可以是例如0. 125或更小、或者0. 1或更小、或者0. 075或更小。在一些实施例中，傅立叶光学系统的焦距长度fras是IOm或更大(例如15m或更 大、或者20m或更大、或者50m或更大)并且结构长度L小于細，例如3. 5m或更小或者: 或更小。傅立叶光学系统引起奇数傅立叶变换并且可以引起例如3或者5傅立叶变换。优 选在入口面和出口面之间仅发生单个傅立叶变换，由此适合短结构长度。具有与焦距长度相比的相对短的结构长度的傅立叶光学系统通常具有至少3个 透镜。在一些实施例中，傅立叶光学系统包括具有入口侧第一透镜和出口侧第二透镜的第 一透镜组，并且还包括布置于第一透镜组的下游的并且具有入口侧第一透镜和出口侧第二 透镜的第二透镜组，其中在第一透镜组的出口侧最后系统表面和第二透镜组的入口侧第一 系统表面之间存在组距离de。在该配置中，因而，至少提供4个透镜。可以包括多个单独的 透镜；一或者更多的透镜也可以作为被划分的透镜或者透镜组而配置。组距离通常大于第 一和第二透镜组的结构长度。
在一些实施例中，对于组距离de，条件de>0.60*L成立。组距离可以因而可以占 据总结构长度L的显著的比例。条件de>0.65礼或者de>0.7*L也可以成立。因而第一 和第二透镜组的相互面对的透镜应当在相对大的距离，这例如对于这些透镜的能量负载而 言是有利的。与焦距长度相比组距离可以相对小。在一些示范性实施例中，条件de<0. 12*fF0S 成立。具体地，dG < 0. 10*fFOS 或者 de < 0. 08*fFOS 或者 de < 0. 06*fFOS 成立。对于透镜元件的辐射负载优化的傅立叶光学系统的结构的结构原理与示范性实 施例结合被彻底地解释。如果傅立叶光学系统被设计以传输给定几何光通量H下的单位时间的辐射能量 E，Pa是第一透镜组的出口侧第二透镜的可以预先确定的最大能量负载，并且是第二透镜 组的入口侧第一透镜的可以预先确定的最大能量负载，则在一些示范性实施例中，提供第 一透镜组的出口侧最后系统表面和第二透镜组的入口侧第一系统表面之间的组距离de不 小于最小组距离demin，其中对于最小组距离下式成立dGmin = n/H*E/ (PaPb)1/2如果该条件符合，可以实现的是由辐射负载所具体危害的透镜不被过量加载，结 果没有透镜退化的连续操作是可能的。另一方面，为了保持总结构长度L适当，可以提供demin和3*demin之间的组距离de。在一些实施例中，光瞳成形单元具有布置于傅立叶光学系统的上游的光混合装 置。该光混合装置因而被布置于主光源和傅立叶光学系统之间。如果光混合装置混合进入 的辐射使得在角域中存在基本均勻的分布，则该分布通过布置于下游的傅立叶光学系统而 被转换为在出口面区中的空间域中均勻的光分布，这就是说出口面的大的均勻的照明。该 光混合装置可以包括至少一蝇眼聚光器。面对傅立叶光学系统的蝇眼聚光器的后焦平面可 以与傅立叶光学系统的入口面基本一致或者相对于入口面被稍稍移动。通过在角域中具有 均勻效果的光混合装置与布置于下游的傅立叶光学系统的结合，可以混合或者均勻化具有 相对低几何光通量的输入光，例如来自激光束的光，而基本不引入几何光通量。在一变型中，傅立叶光学系统具有至少一对十字圆柱透镜系统，其中一对十字圆 柱透镜系统具有第一圆柱透镜系统和第二圆柱透镜系统，第一圆柱透镜系统具有弯曲为第 一曲率面的至少一第一圆柱表面，第二圆柱透镜系统具有弯曲为第二曲率面的至少一第二 圆柱表面，其中第一和第二曲率面相互垂直。在某些负载条件下，负载优化的傅立叶光学系 统的结构长度采用十字圆柱透镜系统可以比采用旋转对称透镜更小。具有不同取向的曲率面的多个圆柱透镜可以被交错，这就是说以交替的顺序布 置。还可以将不同取向的圆柱透镜分组为“纯”子系统。在一变型中，傅立叶光学系统具有 第一圆柱透镜组，和布置在下游的第二圆柱透镜组，第一圆柱透镜组具有多个第一圆柱透 镜，第二圆柱透镜组具有与曲率面正交取向的多个第二圆柱透镜。本发明还涉及傅立叶光学系统，用于将进入傅立叶光学系统的入口平面的入口光 束转变为离开傅立叶光学系统的出口平面的出口光束，其中傅立叶光学系统具有焦距长度 fras和沿光轴在入口侧第一系统表面和出口侧最后系统表面之间测量的结构长度L，并且条 件(L/fFos) < 1/6 成立。傅立叶光学系统可以被用于如所述或者其它的微光刻的投射曝光设备的照明系统中。作为替代，还可以用于其它辐射导向系统中，例如在激光处理机中。本发明还涉及用于从主光源接收光线并且用于在照明表面中产生基本均勻的二 维强度分布的光混合系统，其中光混合系统具有所述类型的傅立叶光学系统，并且在角域 中有效的光混合装置被布置于傅立叶光学系统的上游。可以由此提供具有适当空间要求的 紧凑的光混合系统，它能够在小几何光通量的情形下带来光混合，而基本不引入几何光通 量。本发明还涉及一种微光刻投射曝光设备，采用掩模图案的至少一个像曝光布置于 投射物镜的像面的区域中的辐射敏感衬底，掩模图案的至少一个像布置于所述投射物镜的 物面的区域中，所述设备包括主光源；照明系统，从所述主光源接收光并且成形引导到所 述掩模的图案上的照明辐射；投射物镜，成像所述掩模结构于光敏衬底上，其中照明系统包 括至少一在本申请中描述的类型的傅立叶光学系统。表达“辐射”和“光”在本申请的含义内应当被广义解释，并且旨在尤其包括来自 深紫外范围的电磁辐射，例如在大约365nm、248nm、193nm、157nm或者U6nm的波长。上述和进一步的特征不仅从权利要求而且还从说明书和附图显见，其中单独的特 征可以在各情形中通过其自身被实现，或者以本发明的实施例中和其它领域的子组合的形 式被实现多个，并且可以代表有利的和固有的可被保护的实施例。


图1示出了具有光瞳成形单元的微光刻投射曝光设备的示意性整体图。图2示意性地示出了光瞳成形单元的实施例的基本器件，其中图2A是整体图并且 图2B、2C示意性的示出了在光瞳成形单元中所使用的多镜阵列；图3在3A和;3B中示出了具有蝇眼聚光器的光混合系统和布置在下游的傅立叶光 学系统。图4在4A中示出了具有蝇眼聚光器和布置在下游的折叠的傅立叶光学系统的光 瞳成形单元的示意图，并且在图4B中示出了具有不同光混合装置和布置于下游的折叠傅 立叶光学系统的光瞳成形单元。图5示出通过可以在光瞳成形单元中所使用的傅立叶光学系统的实施例的子午 线透镜截面。图6示意性地示出了穿过傅立叶光学系统的近轴光线的路径；图7示意性地示出了穿过光学系统的近轴光线路径的图和相关的Delano图；图8示出了 Delano图中两点之间的距离D的图；图9示出了光学系统的光学元件的能量负载模型；图10示出了仅具有1个透镜和屈光度b的傅立叶光学系统的Delano图；图11示出了具有3个屈光度的傅立叶光学系统的Delano图；图12示出了具有4个透镜和屈光度的傅立叶光学系统的Delano图；图13示出了对于傅立叶光学系统的不同的表面，面积相关的辐射功率密度S的半 定量图；图14示出了在各情形中具有4个单独透镜和不同的屈光度顺序的傅立叶光学系 统的简化的Delano图，即图14A中的pppp，图14B中的pnpp和图14C中的ppnp ；
图15示出了具有圆柱透镜的傅立叶光学系统的示意性透视图；图16示出了具有相关的输入场和输出场的傅立叶光学系统的示意图。图17示出了相似于图12的示出透镜的负载优化布置的简化的Delano图。图18示出了具有4个透镜和透镜顺序pnnp的旋转对称傅立叶光学系统的Delano 图。图19示出了具有长输出峰焦距长度的第一圆柱透镜组的Delano图，第一圆柱透 镜组在辐射方向被布置于第二圆柱透镜组(图20)的前面。图20示出了第二圆柱透镜组的Delano图，第二圆柱透镜组在辐射方向被布置于 第一圆柱透镜组(图19)的后面。
具体实施例方式图1示出了的微光刻投射曝光设备100的示例，其可以在半导体器件和其它精细 结构的器件的生产中使用，并且采用来自深紫外范围(DUV)的光或者电磁辐射工作以便获 得低至微米的分数的分辨率。具有大约193nm的工作波长的ArF受激准分子激光用作主光 源102，所述激光的线性偏振的激光束被耦合进入与照明系统190的光轴103同轴的照明系 统。其它UV光源，例如具有157nm工作波长的F2激光，具有248nm的工作波长的ArF受激 准分子激光，或者例如具有368nm或者436nm的工作波长的汞蒸气灯，和具有小于157nm的 波长的主光源，同样是可能的。来自光源102的偏振光首先进入束扩展器104，它可以被具体实施为例如根据 US5, 343，489的镜阵列并且用作减小束的相干性并且放大束截面。被扩展的激光束具有包含例如IOOmm2和IOOOmm2之间的范围内的特定截面面积和 例如正方形截面形状的特定截面形状。扩展的激光束的散度通常小于束扩展之前的非常小 的激光束的散度。散度可以例如在大约Imrad和大约3mrad之间。扩展的激光束进入光瞳成形单元150，光瞳成形单元150包含多个光学器件和组 并且被设计以在照明系统190的下游光瞳成形面110中产生界定的、局部(二维)照明强 度分布，它有时也被称为二次光源或者“照明光瞳”。光瞳成形面110是照明系统的光瞳面。光瞳成形单元150是可变可调节的，使得不同的局部照明强度分布(也就是说不 同结构的二次光源)可以根据光瞳成形单元的驱动而被设置。图1以例举的方式示意性地 示出了圆照明光瞳的各种照明，即具有居中的圆形照明点的传统设置CON、双极照明DIP或 者四极照明QUAD。布置得直接紧邻光瞳成形面110的是光学光栅元件109。布置于光学光栅元件 109下游的内耦合光学单元125传输光线于中间场平面121上，其中掩模母版/掩模系统 (REMA) 122被布置，它用作可调节场光阑。光学光栅元件109具有衍射或者折射光学元件的二维布置并且具有多个功能。首 先，光栅元件成形进入的辐射，使得其在穿过下游的内耦合光学单元125之后在场平面121 的区域中照明矩形照明场。光栅元件109-也被称为场界定元件(FDE)-在该情形中具有 矩形特征，产生几何光通量的主要部分，并且在场平面121中匹配其至期望的场尺寸和场 形状，场平面121与掩模平面165是光学共轭的。光栅元件109可以被实现为棱镜阵列，其 中以二维阵列布置的单独的棱镜引入局部的特定角度，以便根据期望照明场平面121。由内耦合光学单元125产生的傅立叶转换具有在光栅元件的出口的各特定角度对应于场平 面121中的位置的效果，而光栅元件的位置，也就是说其对应于光轴103的位置，决定场平 面121中的照明角。从单独的光栅元件发出的光束在该情形中被叠加在场平面121中。还 可以以具有微圆柱透镜和扩散屏的多级蝇眼聚光器的方式配置场界定元件。通过光栅元件 109或者其单独的元件的合适的设计可以被实现的是场平面121中的矩形场被基本均勻地 照明。光栅层109因而作为场成形和均勻化元件，还用于均勻化场照明，结果，分立的光混 合元件，例如利用多内部反射的积分器棒，或者蝇眼聚光器可以被省却。作为这样的结果， 在该区中光学构造轴向变得尤为紧凑。下游成像物镜140 (也称为REMA物镜)采用场光阑122成像中间的场平面121于 掩模母版160(掩模，原始光刻的)上，以可以在2 1和1 5之间的比例，例如，并且在所 述实施例中是大约1 1。实现成像，而没有中间图像，使得精确地一个光瞳面145位于中 间场平面121和成像物镜的像面165之间，光瞳面145是对于照明系统的出口平面165的 经傅立叶转换的表面，中间场平面121对应于成像物镜140的物面，像面165对于所述物面 是共轭的并且对应于照明系统的出口平面，并且同时对于下游的投射物镜170的物面。在 其它实施例中，至少一中间图像在成像物镜中产生。布置于所述光瞳面145和像面之间并 且对于光轴103倾斜45°的偏转镜146使得可以水平结合相对大的照明系统(长度有几米 长)，并且水平地安装掩模母版160。辐射影响元件，例如用于设置照明辐射的界定的偏振 状态的偏振影响元件，可以被布置于中间场平面121和成像物镜的像面165之间。这些从激光器102接收光并且从引导到掩模母版160上的光照明辐射成形的光 线器件属于投射曝光设备的照明系统190。布置于照明系统下游的是固定和操纵掩模母版 160的装置171，使得布置于掩模母版上的图案位于投射物镜170的物面165中，并且可以 在该平面中移动该图案，用于在扫描驱动的帮助下在垂直于光轴103(z方向)的扫描方向 (y方向)上进行扫描操作。在掩模母版平面165的下游跟随着投射物镜170，它作为减小物镜并且以减小的 比例(例如1 4或者1 5的比例)将布置于掩模160上的图案成像于涂覆以光抗蚀剂 层的晶片180上，所述晶片的光敏表面位于投射物镜170的像面175中。折射、折反射或者 反射投射物镜是可能的。其它减小的比例，例如高达1 20或者1 200的较大的减小是 可能的。被曝光的衬底，在示例的情形中是半导体晶片180，衬底被装置181夹持，装置181 包括扫描曝光机驱动器以便与垂直于光轴的与掩模母版160同步移动晶片。根据投射物镜 170的设计(例如，折射、折反射或者反射，没有中间的图像或者具有中间的图像，折叠或者 未折叠)，这些移动以相互平行或者反平行的方式来实现。装置181也被称为“晶片台”，装 置171也被称为“掩模母版台”，装置181和装置171是利用扫描控制装置控制的部分扫描 曝光机装置。光瞳成形面110位于或者接近与最接近的下游的光瞳面145以及投射物镜170的 像侧光瞳面172光学共轭的位置。结果，投射物镜的光瞳172中的空间(局部)光分布由照 明系统的光瞳成形面110中的空间光分布(空间分布)所确定。在光瞳面110、145、172之 间，相对于各光瞳面被傅立叶转换的场面分别位于光束路径中。这意味着，具体地，光瞳成 形面110中照明强度的界定的空间分布产生下游场面121的区中照明辐射的特定角分布，这继而对应于入射于掩模母版160上的照明辐射的特定的角分布。图2示意性地示出了光瞳成形单元150的实施例的基本部件。进入的、扩展的激 光辐射束105由平面偏转镜151偏转到蝇眼聚光器(蝇眼透镜)152的方向，蝇眼聚光器分 解到达的辐射束为部分照明光束，其随后通过傅立叶光学系统500被传输至透镜阵列155 上，也就是说至透镜系统的二维阵列布置上。透镜阵列155集中部分照明光束156于多镜 阵列300(MMA)的可单独驱动的镜元件上，这将结合图2B和2C被更为详细地解释。这里多 镜阵列作为反射性光调制装置工作，用于可控改变入射于光调制装置上的辐射束的角度分 布，利用其单独的镜102的取向，提供一照明角度分布，该照明角度分布可以在多镜阵列的 帮助下界定，并且叠加于光瞳成形面110中，从而形成该光瞳面中的强度分布。多镜阵列单 独的镜302被安装于公共载体元件301上，镜302可以围绕一或者更多的轴被倾斜，以改变 入射的部分照明光束156的传播角度。从单独的镜300发出的部分照明光束穿过扩散屏 157，并且利用下游的聚光器光学单元158被成像到光瞳成形面110上。透镜阵列155和/ 或微镜阵列300可以基本以在本申请人的US 2007/0165202 Al所描述的方式被构造。在 这方面该专利申请的公开通过引用的方式被结合入本说明书中。透射性光调制装置也是可 能的。图3A、;3B示意性地示出了位于光学偏转镜151和多镜阵列300之间的一些光瞳成 形单元150。可选择的透镜阵列155的图已经被省略。图3A示出了穿过蝇眼聚光器152的 通道的单独的部分照明光束是如何在蝇眼聚光器和下游的傅立叶光学系统500的帮助下 成像于多镜阵列300上的。在此傅立叶光学系统作为聚光器工作，并且被布置使得蝇眼聚 光器的第二蝇眼通道板152A位于傅立叶光学系统500的入口侧(前)焦平面中，并且多镜 阵列300位于傅立叶光学系统500的出口侧(后)焦平面中。为了图示的目的，部分照明 光束的被选择的光线的路径以实线和虚线的形式被示出；光轴103是点划线。实线表示在 最大可能的角度照射于蝇眼聚光器152的对应的蝇眼通道上的那些部分照明光束的光线。 相反，虚线表示平行于光轴并且因而以最小的可能的角度照射于单独的蝇眼通道上的那些 部分照明光束的光线。结果，蝇眼聚光器上游的部分照明光束的散度由实线的成像光线路 径之间的全孔径角给出。在图3A中入口侧散度DIVE通过实心圆被象征性地表示，其被填 充的区旨在是部分照明光束的散度的量度。在辐射穿过方向的蝇眼聚光器152的下游，也就是说在蝇眼聚光器之后，是虚线 的成像光线路径确定部分照明光束的散度。该出口侧散度DIVA继而以实心圆的形式被象 征性地表示，其面积大于表示入口侧散度的圆的面积，其结果是蝇眼聚光器152的散度增 加效果被示出。图:3B示出了，与图3A形成对比，穿过蝇眼聚光器的不同蝇眼通道的两部分照明光 束的图。两个部分照明光束路径都表示平行于光轴传播并且因而垂直照射于蝇眼聚光器上 的成像光线路径。可以认识到穿过不同蝇眼通道的部分曝光光束在傅立叶光学系统500的 帮助下而在多镜阵列300的区中被叠加。成像光线路径在多镜阵列300上相同的位置被叠 加，既便它们来源于两个不同的蝇眼通道。如果示出的两个部分照明光束相互具有空间相干性，则在高空间相干性的情形 中，这可以具有来自多镜阵列的叠加的效果，周期性强度波动跨过多镜阵列发生，它通过强 度函数310被示意性地示出。因而，一或者多个相干性减小的元件可以被插入光束路径，例如在蝇眼聚光器的区中的合适的相位元件153。相位元件可以被设计使得它在蝇眼聚光器 的区中不同地影响不同部分曝光光束的相对相位，并且因而影响其彼此相对的相位移动， 结果在多镜阵列的叠加的区中，发生许多周期函数的叠加，这整体导致在多镜阵列的区中 强度波动的显著减小。相位元件的使用例如在本申请人的美国临时申请No. 61/015918中所解释的，它 提交于2007年12月21日并且其公开的内容通过引用的方式被合并在本说明书的内容中。为了优化光刻工艺，通常期望在照明系统的光瞳面中以高精度和高空间分辨率设 置二维强度分布。如果照明光瞳使用具有可以用于改变照射辐射的角分布的多个可单独驱 动的单独的元件的二维阵列布置(例如多镜阵列300)的光调制装置而被构造，则空间分 辨率可以通过对应的具有匹配的动作特性的大量单独的元件而被实现。因而，例如，多镜 阵列可以包括多于500、或者多于1000、或者多于2000、或者多于4000个可驱动的单独的 元件。另一方面，构造变得更为复杂并且结构尺寸变得更大，更多的单独的元件要被容纳， 使得由于实际原因单独元件数量的上限经常是几万单独的元件，例如小于80000、或者小于 60000、或者小于40000个单独的元件。具有高空间分辨率的光调制装置因而通常具有达到 至少一或者多个平方厘米并且可以是例如在大约2cm2和SOcm2之间至IOOm2或更大的面积 范围。为了实现被提供的所有光调制装置的单独的元件的完全的照明，因而，照明光束 的截面需要与要被照明的光调制装置的截面区匹配。在进入光瞳成形单元并且具有典型的 例如10至IOOmm2的截面面积的激光光束的情形中，要求束截面与要被照明的光调制装置 的尺寸匹配。该任务通过所述实施例中的傅立叶光学系统500进行，该系统下面更为详细 地描述。在该方面，图4在4A中示出了光瞳成形单元的示意图，该光瞳成形单元具有蝇眼 聚光器152、傅立叶光学系统500、透镜阵列155和微镜阵列300。因为结构空间的原因，傅立 叶光学系统以Z形方式折叠，对于该目的，具有平面反射偏转镜表面的两个偏转棱镜501、 502被布置于束路径中。图4B示出了其中蝇眼聚光器被不同的光混合装置152A替代的变 型，光混合装置152A可以包括例如棒积分器或者光纤或者对应的光纤束。傅立叶光学系统 500被设计使得能够将具有小散度的输入光束转换为具有相对大截面的光束。为了该目的， 相对小的输入侧光线角度在傅立叶光学系统的出口侧被转换为光线高度。在图5中的傅立叶光学系统500的示范性实施例的基础上，下面给出设计用作在 微光刻投射曝光设备中的照明系统中的光束匹配系统的傅立叶光学系统500的构造和功 能的更为详细的解释。傅立叶光学系统将存在于傅立叶光学系统的入口平面510或者在发 射平面中的非常小的几何光通量和高功率的辐射功率分布，在保持所述几何光通量的情况 下，转换到出口平面520中，出口平面520是对于入口平面傅立叶转换的，并且还可以被称 为接收平面。在傅立叶光学系统被结合入照明系统的情形中，接收平面520例如可以位于 透镜阵列155附近。在该情形中，穿过的光束界定入口平面中的入口面511和出口平面中 的出口面521，所述出口面通过傅立叶变换与入口面相关。在该情形中，入口面511中各单 独的表面元件的局部辐射功率分布在出口面的整个表面上分布，结果来源于多个入口侧表 面元件的辐射功率在各情形中被加性地叠加在出口面中。这导致局部辐射功率的均勻化。傅立叶光学系统500，以下也被简称为“F光学单元”，具有5个透镜并且没有其它具有屈光度的光学元件，也就是说傅立叶光学系统500被纯折射地构造。透镜被布置于相 互间隔开的两个透镜组LG1、LG2中。入口侧第一透镜组LGl具有入口侧第一透镜Ll-I和 出口侧第二透镜L1-2，第一透镜Ll-I具有正屈光度(正透镜，ρ透镜)和双凸透镜形式，出 口侧第二透镜L1-2具有负屈光度(负透镜，η透镜)和在出口侧上凹入的负弯月面透镜形 式。距L1-2的下游的大距离d的第二透镜组LG2具有双凹透镜形式的具有负屈光度的入 口侧第一透镜L2-1和两个出口侧第二透镜，即在入口侧上凹入的正弯月面透镜L2-2和下 游的双凸正透镜L2-3，双凸正透镜L2-3在出口侧上形成傅立叶光学系统的最后的透镜。
系统数据在表A中列出，列“半径”指示对应表面的曲率半径；列“厚度”指示光轴 上的中心厚度。
权利要求
1.一种采用来自主光源的光照明一照明场的微光刻投射曝光设备的照明系统，包括 可变可调节光瞳成形单元，从所述主光源接收光并且在所述照明系统的光瞳成形面中产生可变可调节的二维强度分布，其中所述光瞳成形单元具有傅立叶光学系统，将通过所述傅立叶光学系统的入口平面 进入的入口光束转换为从所述傅立叶光学系统的出口平面离开的出口光束，其中所述傅立叶光学系统具有焦距长度fras和沿光轴在入口侧第一系统表面和出口侧 最后系统表面之间测量的结构长度L并且条件(L/fras) < 1/6成立。
2.根据权利要求1的照明系统，其中所述条件(L/fras)< 0. 1成立。
3.根据权利要求1或者2的照明系统，其中所述傅立叶光学系统的焦距长度fFQS是IOm 或更大并且所述结构长度L小于細。
4.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统包括具有入口侧第一 透镜和出口侧第二透镜的第一透镜组并且还有布置于所述第一透镜组下游并且具有入口 侧第一透镜和出口侧第二透镜的第二透镜组，其中在所述第一透镜组的出口侧最后系统表 面和所述第二透镜组的入口侧第一系统表面之间存在组距离de。
5.根据权利要求4的照明系统，其中在第一透镜组的出口侧最后系统表面和第二透镜 组的入口侧第一系统表面之间存在对于条件de > 0. 6*L成立的组距离de。
6.根据权利要求4或者5的照明系统，其中在第一透镜组的出口侧最后系统表面和第 二透镜组的入口侧第一系统表面之间存在对于条件de < 0. 12*fras成立的组距离de。
7.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统被设计用于传输给定 几何光通量H下的每单位时间的辐射能量E，Pa是所述第一透镜组的出口侧第二透镜的可 预先确定的最大能量负载，并且I3b是所述第二透镜组的入口侧第一透镜的可预先确定的最 大能量负载，并且所述第一透镜组的出口侧最后系统表面和所述第二透镜组的入口侧第一 系统表面之间的组距离de不小于最小组距离demin，其中对于所述最小组距离下式成立dGmin = n/H*E/(PaPb)1 气
8.根据权利要求7的照明系统，其中所述组距离de在demin和3Xdemin之间。
9.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统被设计用于0.Olmm < H ^ 0. 2mm的几何光通量，其中H是入口光瞳的半径EPD/2、入口侧数值孔径NAq和入口 侧折射率如的乘积。
10.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统具有4、5或者6个透^Mi ο
11.根据权利要求4至10的任一的照明系统，其中所述入口侧第一透镜组精确地具有 两个透镜。
12.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统具有至少一具有至 少一非球面形状透镜表面的透镜。
13.根据前述任一权利要求的照明系统，其中最接近于所述出口平面的所述傅立叶光 学系统的出口侧透镜表面具有非球面形状。
14.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统在所述输入侧上和 输出侧上是远心的。
15.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统包括至少一平面偏转镜。
16.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统以Z形方式被折叠。
17.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述傅立叶光学系统具有至少一对十字 圆柱透镜系统，其中一对十字圆柱透镜系统具有第一圆柱透镜系统和第二圆柱透镜系统， 所述第一圆柱透镜系统具有弯曲为第一曲率面的至少一第一圆柱表面，所述第二圆柱透镜 系统具有弯曲为第二曲率面的至少一第二圆柱表面，其中所述第一曲率面与第二曲率面相 互垂直。
18.根据权利要求17的照明系统，其中所述傅立叶光学系统具有第一圆柱透镜组，和 被布置于下游的第二圆柱透镜组，第一圆柱透镜组具有多个第一圆柱透镜，第二圆柱透镜 组具有多个第二圆柱透镜。
19.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述光瞳成形单元具有布置于所述傅立 叶光学系统上游的光混合装置。
20.根据权利要求19的照明系统，其中所述光混合装置包括蝇眼聚光器。
21.根据前述任一权利要求的照明系统，其中所述光瞳成形单元具有光调制装置，用于 可控改变入射于所述光调制装置上的光束的角度分布，并且所述傅立叶光学系统被布置于 所述主光源和所述光调制装置之间。
22.根据权利要求21的照明系统，其中所述光调制装置包括可以用于改变所述入射辐 射的角度分布的可单独驱动的单独元件的二维阵列布置。
23.根据权利要求21或22的照明系统，其中所述光调制装置包括具有多个可单独驱动 的单个镜的多镜阵列(MMA)。
24.—种用于将通过傅立叶光学系统的入口平面进入的入口光束转换为从傅立叶光学 系统的出口平面离开的出口光束的傅立叶光学系统，其中所述傅立叶光学系统具有焦距长 度fras和沿光轴在入口侧第一系统表面和出口侧最后系统表面之间测量的结构长度L并且 条件(L/fFos) < 1/6 成立。
25.根据权利要求M所述的傅立叶光学系统，其特征为权利要求2至18任一的特征部分。
26.一种用于从主光源接收光线并且在照明表面中产生基本均勻的二维强度分布的光 混合系统，其中所述光混合系统具有在权利要求M和25任一项中所述的傅立叶光学系统 和在布置于所述傅立叶光学系统的上游的角域中有效的光混合装置。
27.根据权利要求沈的光混合系统，其中所述光混合装置包括蝇眼聚光器。
28.一种微光刻投射曝光设备，采用掩模图案的至少一个像曝光布置于投射物镜的像 面的区域中的辐射敏感衬底，所述掩模图案的至少一个像布置于所述投射物镜的物面的区 域中，所述设备包括主光源；照明系统，从所述主光源接收光并且成形引导到所述掩模的图案上的照明辐射；投射物镜，成像所述掩模结构于光敏衬底上，其中所述照明系统以在权利要求1至23任一中所述的方式被构造。
全文摘要
采用来自主光源(102)的光照明一照明场(165)的用于微光刻投射曝光设备(100)的照明系统(190)，具有可变可调节光瞳成形单元(150)，其从主光源(102)接收光并且在所述照明系统的光瞳成形面(110)中产生可变可调节的二维强度分布。所述光瞳成形单元(150)具有傅立叶光学系统(500)，其将通过傅立叶光学系统的入口平面进入的入口光束(105)转换为从所述傅立叶光学系统的出口平面离开的出口光束。所述傅立叶光学系统有焦距长度fFOS和沿光轴在入口侧第一系统表面和出口侧最后系统表面之间测量的结构长度L并且条件(L/fFOS)＜1/6成立。
文档编号G03F7/20GK102084298SQ200980125981
公开日2011年6月1日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年5月9日
发明者迈克尔·莱, 阿图尔·赫格尔, 马库斯·德冈瑟, 马库斯·施瓦布 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司