CN101796460A

CN101796460A - 微光刻投射曝光设备中用于照明掩模的照明***

Info

Publication number: CN101796460A
Application number: CN200780100451.0A
Authority: CN
Inventors: 马库斯·德冈瑟; 迈克尔·莱
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: US10241416B2; JP2010537414A; US20150185621A1; CN101796460B; US9007563B2; US20100157269A1; WO2009026947A1

Abstract

扫描微光刻投射曝光设备(10)中用于照明掩模(16)的照明***具有物镜(52；152；252；352；452)，该物镜具有物平面(50；150；250；350；450)、至少一个光瞳面(60；160；360；460)和其中能布置掩模(16)的像平面(54；154；354；454)。提供反射或透射的光束偏转元件(M_ij；T_ij)的光束偏转阵列(40；140；340；440)，其中每一光束偏转元件(M_ij；T_ij)适于将打入光束偏转一偏转角，该偏转角响应于控制信号可变。依照本发明，该光束偏转元件(M_ij；T_ij)布置在物镜(52；152；252；352；452)的物平面(50；150；250；350；450)中或紧邻所述物平面。

Description

微光刻投射曝光设备中用于照明掩模的照明***

技术领域

本发明总体涉及微光刻投射曝光设备中用于照明掩模的照明***。更具体地，本发明涉及这样的***，其包括可以实现为微机电***(MEMS)的反射元件阵列。

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，从而光刻胶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膜叠层中。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***、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。照明***照明掩模上可以例如具有延长的矩形狭缝形状的场。

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设备中，通过在投射光束下在给定参考方向逐渐地扫描掩模图案而同步地平行于或反平行于该方向扫描基板台，辐照每一目标部分。晶片的速度和掩模的速度的比例等于投射物镜的放大率，其通常小于1，例如1∶4。

可以理解，术语“掩模”(或掩模母版)广泛地被解释为构图装置。通常使用的掩模包括透射或反射的图案并可以例如是二元的、交替相移、衰减相移或各种混合掩模类型。然而，也有主动掩模，例如实现为可编程镜阵列的掩模。这样的装置的示例为具有粘弹性控制层(viscoelastic control layer)和反射表面的矩阵可寻址表面。可以从例如US 5,296,891，US 5,523,193，US 6,285,488B1，US 6,515,257B1和WO 2005/096098A2收集到有关这样的镜的更多的信息。同样地，可编程LCD阵列可用作主动掩模，如US 5,229,872中所描述的。为简化起见，本文的其余部分可以特别涉及包括掩模和掩模台的设备；然而，在这样的设备中讨论的一般原理应当在如上所阐述的构图装置的更宽泛的情景中来领会。

随着微结构化器件制造技术的发展，对照明***的需求不断地增加。理想地，利用具有良好限定的辐照度和角度分布的投射光，照明***照明掩模上被照明场的每一个点。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光能量如何在构成光束的光线传播的各种方向分布。掩模平面中的角度分布常常简单称作照明设置。

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***的光瞳表面中的辐照分布。例如，就环状照明设置而言，仅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。

本领域中已知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。在最简单的情况中，包括一个或多个孔径的孔径光阑(光栏)位于照明***的光瞳表面中。由于光瞳表面中的位置转变成诸如掩模平面的傅立叶相关场平面中的角度，光瞳表面中的孔径(各孔径)的大小、形状和位置决定掩模平面中的角度分布。然而，照明设置的任何变化都需要移动光阑。这使得难以最终调整照明设置，因为这将需要具有大小、形状或位置略微不同的孔径(多个孔径)的相当大量的光阑。除此之外，这样的光阑吸收相当明显的光量。这减少整个投射曝光设备的产量。

因此，许多常见的照明***包括可调整元件，其使得可以至少一定程度上连续改变光瞳表面的照明。传统上，为此目的使用包括变焦物镜和一对轴锥元件的变焦轴锥***。轴锥元件是一侧具有圆锥表面而相对侧通常是平面的折射透镜。提供一对这样的元件(一个具有凸圆锥表面而另一个具有互补的凹圆锥表面)，可以径向移动光能量。该移动是轴锥元件之间距离的函数。变焦物镜使得可以改变光瞳表面中照明区域的大小。

然而，利用这样的变焦锥镜***，仅能够产生传统及环形照明设置。对于其他照明设置，例如偶极和四极照明设置，需要附加的光阑或光学光栅元件。光学光栅元件对于其表面上的每一个点产生角度分布，该角度分布在远场中相应于特定照明区域。这样的光学光栅元件往往实现为衍射光学元件，且具体地为计算机生成全息图(CGH)。通过将这样的元件布置在光瞳表面之前(可选地在其间有附加聚光透镜)，可以在光瞳表面中产生几乎任意的强度分布。附加变焦轴锥***可以用于有限程度地改变光学光栅元件在光瞳表面中产生的照明分布。

然而，变焦轴锥***只提供有限的照明设置调整度。例如，它不可能将四极照明设置的四个极的仅一个沿任意方向移位。为此，必须使用另一光学光栅元件，该光学光栅元件特定设计用于光瞳表面中的该具体强度分布。这样的光学元件的设计、生产和运输是一个费时费钱的过程，因此使得光瞳表面中的光强度分布适于投射曝光设备的操作者的需要仅有小的灵活性。

为了增加在掩模平面中产生不同角度分布的灵活性，已经提出了使用照明光瞳表面的镜阵列。

在EP 1 262 836 A1中，这样的镜阵列实现为包括多于1000个微镜的微机电***(MEMS)。每一个镜能够在彼此垂直的两个不同平面中倾斜。因此，入射到这样的镜装置的辐照能够被(大体上)反射到半球的任一期望方向。布置在镜阵列和光瞳表面之间的聚光镜将镜产生的反射角转换成光瞳表面中的位置。诸如石英棒的光学积分器用于光束均匀化。这个已知的照明***使得可以利用多个圆斑照明光瞳表面，其中每个光斑与一个特定微镜相关联并且通过倾斜该镜每个光斑可在光瞳表面上自由移动。

从诸如US 2006/0087634 A1和US 7,061,582 B2的其他的专利文件中可知相似的照明***。

WO 2005/026843 A2公开了一种照明***，其中衍射光学元件布置在镜阵列和照明***的光瞳表面之间的光束路径中。衍射光学元件产生附加角度分布，该附加角度分布与镜阵列的镜产生的角度分布相叠加。光瞳表面中的强度分布则可以描述为镜阵列产生的强度分布与衍射光学元件产生的强度分布的卷积。诸如蝇眼透镜和石英棒的光学积分器布置在镜阵列和掩模之间。光学积分器确保掩模的均匀照明并还至少近似定义照明场的几何形状。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于在微光刻投射曝光设备中照明掩模的照明***。照明***应当使投射曝光设备的操作者能够设置很多种不同的照明设置，而具有减少的***复杂度。

根据本发明，通过包括物镜的照明***实现这一目的，该物镜具有物平面、至少一个光瞳表面和其中能够布置掩模的像平面。该照明***还包括反射或透射光束偏转元件的光束偏转阵列，其中每一个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。根据本发明，光束偏转元件布置在物镜的物平面中或紧邻物镜的物平面。

在根据本发明的照明***中，光束偏转阵列“直接地”(即不利用位于光瞳表面中或紧邻光瞳表面的中间光学积分器)照明掩模。因此，打到掩模上特定点的光的角度分布主要基于打入光束经由各个光束偏转元件偏转的偏转角度。从而，在扫描操作期间的给定时刻，掩模上的每一个点仅由具有极其受限的角度分布的光照明。但是，在扫描操作期间，掩模上的每一个点由多个不同光束偏转元件照明，该多个不同的光束偏转元件可以产生很多种的不同角度分布。扫描操作完成后所产生的角度分布因此通过对单个光束偏转元件产生的角度分布进行积分获得。因此，依照本发明的照明***甚至使得可以产生场依赖角度分布，即可以利用不同的角度分布照明掩模上的不同点。

根据本发明的照明***可以具有非常简单的整体构造，因为它仅需要使得光束偏转阵列与掩模平面共轭的物镜作为不可缺少的部件。

场定义光栅元件可以布置在照明***的光源和光束偏转阵列之间。该场定义光栅元件产生至少部分地确定场的形状的二维远场强度分布，该场在光束偏转阵列上被照明，并且作为光束偏转的平面和掩模平面之间光学共轭的结果，该场因此也在掩模上被照明。聚光镜可以布置在场定义光栅元件和光束偏转阵列之间，从而提高***性能并减少照明***的总长。

打到掩模上的光的角度分布由与每一光束偏转元件相关联的偏转角确定。为了进一步增加操纵角分布的可变化性，可以提供布置在场平面中的附加光瞳定义光栅元件(场平面与物镜的像平面光学共轭)。该场平面可以是物镜的物平面、物镜的中间像平面或物镜前的场平面。在后一情况中，需要附加光学***，该附加光学***使得该场平面与物镜的物平面相共轭。

光瞳定义光栅元件可以包括或微透镜阵列或衍射结构阵列。在后一种情况下，甚至可以在光束偏转元件的表面上直接形成光瞳定义光栅元件。

如果使用光瞳定义光栅元件，则物镜光瞳表面中的两维远场强度分布是光束偏转阵列产生的远场强度分布和光瞳定义光栅元件产生的远场强度分布的卷积。

每个光束偏转元件可以适于或者处于“开启”状态或者处于“关断”状态，其中确定“开启”状态以使偏转光束经过光瞳表面。确定“关断”状态以使偏转光不经过光瞳表面。利用这样的光束偏转元件的配置，可以通过简单地打开和关断对掩模上特定点的照明作贡献的光束偏转元件，调整照明剂量，即完成扫描操作后掩模上的特定点接收到的总光能量。

为了沿至少一个方向获得掩模照明场的锐利边缘，可以提供场光阑。场光阑可以布置在物平面或与物平面共轭的任何其他平面(例如，物镜的中间像平面)中或与其紧邻。

由于光束偏转元件会不可避免地被间隙分离，因此在形成这些间隙的像的地方没有光将打到掩模上。因此，要采取措施以确保掩模的均匀照明。一项措施是错排光束偏转元件，使至少一个光束偏转元件在光束偏转阵列的相对端之间平行于扫描方向延展的任意线上被照明。那么这确保了掩模上不存在在扫描操作期间完全接收不到任何光的点。理想地，间隙垂直于扫描方向均匀分布，以使掩模上的所有点在扫描操作期间都能“遇到”相同数量的间隙。

另一项措施是使用具有光阑边缘的场光阑，该光阑边缘至少大体上沿垂直于扫描方向的X方向延展。边缘有凹口(indentation)，其中每个凹口对应于相邻光束偏转元件之间的间隙。凹口增加共轭点处打到掩模上的光剂量并因此可以补偿间隙效应。这样的场光阑可以配置有由多个叶片形成的光阑边缘，其中至少某些叶片的形状和/或位置可借助于操纵器来调整。

提高照明均匀性的再一措施是在距离物平面的距离A(|A|＞A_min)处布置光束偏转元件，其中A_min是距物平面的最短距离，在该最短距离处物平面中的可用场能够通过偏转元件被完全照明。另一方面，光束偏转元件不应该远离物平面布置。优选地，|A|＜A_max，其中所述距离A_max是距物平面的最短距离，从偏转元件的相对端发出的两束光在此处相交叉。

光束偏转元件可以是将经过透射元件的光束进行偏转的透射元件。这样的透射元件可以实现为电光或声光元件。但是，该偏转元件优选地为能够关于物平面倾斜的镜。

为了减少由斜照明光束偏转阵列导致的畸变，物平面和像可以彼此倾斜。在该情况中，物镜的光轴应当关于物平面的法线和像平面的法线两者倾斜。即，从定性上讲，其本质通常被称为Scheimpflug条件。

附图说明

参照结合附图的以下具体描述，可以更容易地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透视且相当简化的图；

图2是包含在图1所示的投射曝光设备中的照明***的子午截面图；

图3是包含在图2的照明***中的镜阵列的透视图；

图4是通过图3的镜阵列的横截面图；

图5是包含在图2所示的照明***的物镜中的光瞳平面的俯视图；

图6是用于偶极照明设置的镜阵列(或其在掩模上的像)的示意图；

图7是与图6相似的图，但用于环形照明设置；

图8是通过依照另一实施例的照明***的简化子午截面图，其中物镜的物平面和像平面不平行；

图9是示出通过掩模上相邻镜元件之间形成的间隙的成像的照明***的物镜的子午截面图；

图10是可调整场光阑的示意俯视图；

图11以横截面示出布置在物镜的物平面外侧的两个镜元件；

图12与图11相似的图，但物镜的物平面与镜元件之间具有更大的距离；

图13是通过依照本发明的另一实施例的照明***的子午截面图，其中场光阑布置在中间像平面中；

图14是通过依照再一实施例的照明***的子午截面图，其中提供附加光瞳定义元件；

图15示出在光瞳平面中获得的作为两个远场强度分布卷积结果的强度分布。

具体实施方式

1、投射曝光设备的总体结构

图1是投射曝光设备10的透视且相当简化的图，该投射曝光设备10用于制作集成电路和其他的微结构化部件。该投射曝光设备包括包含用于生产投射光的光源的照明***12、以及将投射光转变成具有精心限定特性的投射光束的照明光学***。投射光束照明包含微小结构18的掩模16上的场14。在该实施例中，照明场14具有近似环扇形的形状。但是，也可以设想例如矩形的照明场14的其他形状。

投射物镜20将在照明场14内的结构18成像到施加于基底24上的光敏层22(例如光刻胶)。可以由硅晶片形成的基底24布置在晶片台(未示出)上，以使光敏层22的上表面精确地位于投射物镜20的像平面中。掩模16借助掩模台(未示出)定位在投射物镜20的物平面中。因为投射物镜20具有小于1的放大率，例如1∶4，所以在光敏层22上形成在照明场14内的结构18的缩小像14’。

2、照明***

图2是通过图1所示的照明***12的第一实施例的更详细的子午截面图。为简洁起见，图2的图示相当简化并未按比例。这具体意味着不同的光学单元仅通过非常少的光学元件来表示。实际上，这些单元可以包括明显更多的透镜和其他的光学元件。

照明***12包括壳体28和光源(在所示实施例中，其实现为准分子激光器30)。准分子激光器30发射波长约为193nm的投射光。也可以设想其他类型的光源和例如248nm或157nm的其他波长。

在所示实施例中，准分子激光器30发射的投射光进入扩束单元32，在该扩束单元中扩展光束而不改变其几何光学通量。扩束单元32可包括如图2所示的几个透镜，或可以实现为镜排列。投射光经过扩束单元32后打到场定义光学光栅元件34上。

场定义光学光栅元件34可以配置成产生多个次光源的光学积分器。通常情况下，这种光学积分器包括一个或多个微透镜阵列，如果被大体平行光束照明，该一个或多个微透镜阵列产生良好限定的角度分布。如果光学积分器包括至少两个正交的圆柱微透镜阵列，那么可以沿微透镜延展的方向可以产生不同的角度分布。对于进一步的细节，参照给予本申请人的国际申请PCT/EP2007/001267。

可选地，场定义光学光栅元件34可配置成衍射光学元件(DOE)，例如计算机生成全息图(CGH)。衍射光学元件具有可以产生几乎任意的角度分布并因此可以产生几乎任意的期望远场强度分布的优点。

一般来说，场定义光学光栅元件34可以实现为增加几何光学通量的任何光学元件。更直观地说，这意味着增加打到元件的任意表面区域的任何光束的发散度的任何光学元件都适合。

场定义光学光栅元件34产生的角度分布转变成远场中的局部变化强度分布。在远场中，观察光学光栅元件产生的强度分布的距离与包含在元件中的结构的典型宽度相比是大的。在衍射光学元件的情况中，远场强度分布基于复变函数的傅立叶变换，复变函数描述了包含在衍射光学元件中的衍射结构对波前的影响。

主要为了减少照明***12的纵向尺寸，在场定义光学元件34后布置聚光透镜36。为了简便起见，图2中示出聚光透镜36作为单个透镜。在真实***中，而是使用包括多个单个透镜的透镜***。布置聚光透镜36以使其前焦平面与其中布置场定义光学元件34的平面相吻合。

聚光透镜36将从场定义光学元件34出现的发散光束改变为具有由场定义光学元件34确定的空间强度分布的基本上准直的光束38。如果由场定义光学元件34引入的发散性在垂直于光轴OA的正交方向X和Y上不同，那么从聚光透镜36出现的准直光束38的横截面可能具有矩形狭缝的形状。狭缝的纵横比由场定义光学元件34沿X和Y方向产生的发散度确定。

准直光束38打到镜阵列40上，在所示实施例中，该镜阵列40包括多个矩形镜元件M_ij。作为镜阵列40的透视图的图3示出镜元件M_ij如何形成仅在相邻镜元件M_ij之间被窄的间隙阻断的矩形反射表面。每个单独的镜元件M_ij能够通过两个优选垂直于彼此的倾斜轴而彼此独立地被倾斜。图3中，对于单个镜元件M₃₅，倾斜轴由虚线42、44表示。通过倾斜个别镜元件M_ij，可以将打入光束引导到由镜元件M_ij的倾斜范围所限制的方向范围内的任何任意方向。

作为镜元件M_ij中的一些的简化侧视图的图4示出如何通过镜元件M_ij将准直光束38分成多个单独的子光束，其中通过倾斜镜元件M_ij可以将子光束引导到各种方向。

两个驱动器(未示出)被连接到每个单独的镜元件M_ij，以将其绕两个正交倾斜轴42、44倾斜。驱动器被连接到控制单元46，该控制单元46产生驱动器的适当的控制信号。因而，控制单元46确定镜元件M_ij的倾斜角并从而还确定打入光束通过该镜元件M_ij偏转的角度。控制单元46连接到总体***控制48，该总体***控制48协调投射曝光装置10的各种操作。

镜子阵列40，或严格上讲，镜元件M_ij的反射表面，被布置在物镜52的物平面50中或紧邻物镜52的物平面50，在图2的简化图示中，该物镜52包括两个透镜52a和52b。如下面将参照图12讨论的，可以具有一个或多个中间像平面的物镜52具有与物平面50光学共轭的像平面54。像平面54与曝光操作期间布置有掩模16的掩模平面相吻合。物镜52具有至少一个光瞳平面60，其与相邻的场平面(这里为光学平面50和像平面54)具有傅立叶关系。

由于镜阵列40布置在物镜52的物平面50中或紧邻物镜52的物平面50，镜元件M_ij的像形成在像平面54中的掩模16上。因此，镜元件M_ij上的每个点和像平面54中的共轭点之间有一对一的关系。图2中通过从镜元件M_ij上的两个点62a、64a发出并分别会聚到位于像平面54中的共轭像点62b、64b的略微发散光束62、64示出该共轭。

由于物点62a、64a所位于的镜元件具有不同的倾斜角，光束62、64在不同位置与光瞳平面60相交。因此，掩模16上的像点62b、64b以不同的角度分布照明。在图2所示的配置中，光束62、64从相反方向倾斜照明像点62b、64b。

对于特定镜元件M_ij上的所有物点，相应地施加相同的考虑，至少只要这些物点以完全相同方式由准直光束38照明。因此，从特定镜元件M_ij反射的所有光线与光瞳平面62相交在相同光斑处。这也意味着，在给定时刻，对于特定镜的所有像点的角度分布大体相同。

如果所有镜元件M_ij都具有相同的倾斜角，那么仍然可以观察到角度分布的略微偏离。这是因为准直光束38倾斜照明镜阵列40，而物点因此未以完全相同方式被照明。为了避免这种偏差，可以改变场定义光学元件34，以使在所有镜元件M_ij上有完全相同的照明条件。

图2所示的配置中，假设镜像元件M_ij倾斜以使从镜元件M_ij反射的所有光束都经过光瞳平面60中的相同圆形区域，如图5的示意图中所示。下面称作极P₁和P₂的两个区域沿Y方向关于X-Z平面成镜对称布置。这样的光瞳平面的照明是偶极照明设置的典型，其特别有利于对沿X方向排列的结构进行成像。极P₁、P₂的直径由打到镜阵列40上的光束38的残余发散度确定。该残余发散度可以是光源30和场定义光学元件34产生的。

为了仅照明光瞳平面60中的极P₁和P₂，必须通过控制单元46单独地控制每个镜元件M_ij或某些镜元件M_ij。对于每个镜元件M_ij，控制单元46确保打到各个镜元件M_ij的一部分准直光束38被反射，以使其经过光瞳平面60中的极P₁、P₂。通常这将需要所有的镜元件M_ij有不同的倾斜角。控制单元46可以包含一个查找表，其中对于特定照明设置，存储所有镜元件M_ij的倾斜角。照明设置的选择通常在***控制48手动进行，考虑包含在要投射的掩模16中的结构的具体配置。

但是，应当注意到，在给定时刻，掩模16上的每个特定像点仅被出自镜阵列40的镜元件M_ij之一的共轭物点的光束照明。在偶极照明设置的情况下，这意味着在投射曝光设备10的扫描操作期间，在给定时刻，掩模16上的每个点或者被经过极P₁的光照明或者被经过极P₂的光照明。

作为扫描操作的结果，掩模16沿扫描方向Y移动通过照明场。因此，通过积分来自照明场中所有物点的贡献，获得掩模16上特定点的曝光，掩模16上的特定点沿该照明场中的所有物点经过。例如，如果掩模上的点通过扫描操作的第一半从一侧(极P₁)被照明而在扫描操作的另一半期间从另一侧(极P₂)被照明，则获得偶极照明，其中掩模上的特定点在完成扫描操作之后从两侧被对称照明。

这在图6中示出，图6的上半部分示出镜阵列40的一些行R₁、R₂...，其中倾斜镜元件M_ij以使反射光经过极P₁。图6的左部示意示出光瞳平面60。在图6的底部，假设镜元件M_ij的其他行R_i倾斜以使反射光束全部经过极P₂。

由于镜阵列40通过物镜52在掩模16上成像，图6中所示的栅格也被认为代表像平面54中的镜阵列40的像。因此，在扫描操作期间特定时刻，位于该栅格上半部的掩模16上的所有点从一侧(极P₁)被照明而位于栅格另一半部中的所有点从相反侧(极P₂)被照明。如果掩模16上的点沿扫描方向Y移动通过照明场(图6中通过箭头70所表示)，则其首先仅被已经经过极P₁的光照明而接着仅被已经经过极P₂的光照明。扫描操作完成之后，掩模16上的特定点已经从两侧(极P₁和P₂)被照明，如左下符号“＝”所表示。

从该描述清楚的是，照明***12使得可以不仅近似连续改变扫描操作完成后掩模16上的任何特定点将接收到的光的总强度，还能近似连续改变该光的总角度。例如，如果期望从一侧(极P₁)相比从相反侧(极P₂)更多地照明掩模，则沿X方向延伸的一个或多个的镜元件M_ij的头R₁可以简单地切换到关断状态，在该关断状态中反射光完全不经过光瞳平面60。可选地，可以改变这些镜元件的倾斜角，以使反射光不仅经过极P₁而且经过极P₂。

它甚至可以在掩模16上的不同位置处获得不同的强度和不同的角度分布。在该情况中，控制单元46控制沿Y方向延伸的镜元件M_ij的列C_j，以使对于由该镜元件M_ij的列C_j照明的掩模上的所有点，获得不同的总强度和/或不同的角度分布。

例如，可以使该列中的单个镜元件M_ij处于关断状态，或者可以由该列中的一个或多个镜元件M_ij照明光瞳平面60中的其他区域。甚至可以考虑连续或突然改变包含在特定列C_j中的镜元件的倾斜角，从而由该特定列照明的掩模16上的点接收到不同的角度分布。

从以上还应该清楚的是，可以在掩模16上获得投射光的几乎任意的角度分布。图7以类似图6的图示示出镜元件M_ij的配置，所述镜元件M_ij倾斜从而实现环形照明设置。更具体地，镜阵列40的每一行R_i反射打入光以使其经过光瞳平面60中的特定区域，该区域在左手边由P_i表示。区域P_i可以部分重叠、组合以形成近似环形图案P_a，如图7左下角符号“＝”下所示。

如果掩模16上的点被特定列C_j的镜元件连续照明，则其将随后在扫描操作光期间被暴露于倾斜打入但来自不同立体角的投射光。完成扫描操作后，所述点将已经暴露于来自与图7左下部分所示的环形区域P_a相关的所有方向的投射光。

同样，角度分布可以通过倾斜镜阵列40的单个镜M_ij来改变。除此之外，可能对于被一个或多个列C_j照明的掩模上的点，以上述方式实现环形照明设置，以及对于被不同列C_j的镜元件M_ij照明的掩模上的其他点，实现不同的照明设置，例如偶极或四极照明设置。

利用不同角度分布照明掩模16上不同点的可能性可用于改进掩模16上不同结构的成像。另一应用是补偿由照明***12的其他部件产生的场依赖干扰。在后一情况中，目的在于对于掩模16上的所有点获得相同的角度分布，尽管某些光学部件可能对该均匀性产生有害的影响。

3、替代实施例

应该清楚地认识到，目前所设想的各种替代实施例仍落入本发明的范围。

3.1 Scheimpflug布置

图8以类似图2的另一简化图示示出替代实施例。图8中，与图2中的部件相应的图8中的部件的参考标记增加了100。这些部件的大部分将不再详细解释。

在图8所示的实施例中，物镜152的物平面150和像平面154不平行而是彼此倾斜。为了在像平面154上形成倾斜的物平面150的锐利像，须布置物镜152以使其光轴OA与物平面150的法线和像平面154的法线两者形成角度。

这样的配置与通常称作Scheimpflug条件的配置相一致。该条件需要物镜的物平面和物主平面(图8中由H_o表示)至少应当几乎沿直线中相交。同样应当适用于像方主平面H_i和像平面154。如果Scheimpflug条件成立，则倾斜的物平面150被锐利地成像到像平面154上。镜阵列140的像在像平面154中发生畸变，而该畸变不会对打到掩模16上的光强度或角度分布产生不利影响。

满足Scheimpflug条件有利于使得物平面50(其中布置有镜阵列40)与聚光透镜36的光轴之间的角度变得较小。这减小了通过准直光束38的镜阵列的照明畸变。

3.2镜元件之间的间隙

如果镜元件M_ij精确地布置在物镜52的物平面50中，那么相邻镜元件M_ij之间不可避免的间隙将被锐利地成像到掩模16上。这在图9的示意子午截面中示出，图9示出分别从镜元件M₂和M₃反射并打到掩模16上的两束光B₂和B₃。如图9清晰可见，相邻镜元件M₂、M₃之间的间隙被成像到掩模16上的72处。间隙像的宽度取决于物镜52的放大率。

如果这样的间隙72垂直于扫描方向Y延展，那么因为利用扫描操作所获得的积分效应，不必担心这样的间隙。但是，平行于扫描方向Y延展的间隙72(这里称为Y间隙)可能造成掩模16的非均匀照明，其将最终转化成晶片24上不期望的结构尺寸的变化。

该问题的一种解决方案是确保Y间隙不沿扫描方向Y排成一行，但沿X方向或多或少均匀分布在照明场上。

如果Y间隙没有沿X方向均匀分布，则将有沿Y方向延展并在没有其他补偿措施下接收较少的光能量的多个条纹。但是，应用适当的补偿措施之后，仍然可以在扫描操作期间实现均匀的能量分布。这样的补偿措施可以涉及，例如减少这些条纹之间的其余区域的强度。为此，可以使得单个镜元件M_ij处于关断状态。

减少条纹之间其余区域中的强度的另一种方法是在物平面50、像平面54或中间像平面中布置特殊的场光阑。图10以简化俯视图示出适合的场光阑装置74，该场光阑装置74包括能够借助于驱动器78沿Y方向移动的多个相邻叶片76。叶片76的短边缘80确定照明场沿Y方向的尺寸。这些短边缘80组合以形成矩形狭缝的两个长边。在短边缘80缩回的位置，这些长边具有凹口。凹口(那里相对叶片76之间的距离较大)对应于Y间隙成像的位置。这确保了期望的补偿。

避免沿扫描方向Y延展的暗条的另一方法是在物平面50略外侧布置镜元件M_ij。这利用了从镜元件M_ij反射的光束至少具有小发散度的事实。例如，如果镜元件M_ij布置在物平面50的后面，那么反射光将就好像从完全亮的物平面发出。如果镜元件M_ij布置在物平面50的前面，那么发散光束在物平面50中重叠以使物平面被完全照明。

图11示出后一种情况，图11以截面图示出两个镜元件M₁、M₂。为了简单起见，假设反射面821、822布置(至少近似)在一个平面83中，该平面83与物镜52的物平面分开了距离A_min。两个相邻镜元件M₁、M₂之间的间隙的宽度记为D。

反射的发散光束在图10中由圆锥体84表示。如果倾斜镜元件M₁、M₂，如对于镜元件M₂由虚线所表示的，反射光束84改变其方向，但由于有限的最大倾斜角仍将保持在具有孔径角α的圆锥或立体角85内。因此，从镜表面822上的点86发出的光线可以沿圆锥体85内的任一条线经过。

图10的中心中，所示出的两个圆锥体851、852分别与镜元件M₁和M₂的相邻边缘上的两个点861、862相关联。在距平面83的最小距离A_min，从点861、862发出的光线可能相交，从而在间隙的附近不存在没有照明的物平面50的区域。优选地，物平面50和镜表面821、822的平面83之间的距离A应当超过A_min，以确保对于所有倾斜角而言物平面50都能被发散光束84完全照明。

对于小的圆锥角α，最小距离A_min可以根据间隙的宽度D和角度α确定：

A_min＞D/α

另一方面，反射表面821、822的平面83和物平面50之间的距离不应当过分地大。如果镜阵列40距物平面50太远，则反射光束的方向将不被正确地转换成掩模16上的期望角度分布。

距离A的有用的上限可以是从单一镜元件M_ij发出的光束不在物平面50中相交。这在图12中示出，图12示出宽度为L的两个镜元件M₁’和M₂’。从镜元件M₁’的相对边缘上的点821a’、821b’发出的光束的孔径角记作δ。光束884a’、884b’在距离A_max处相交。距离A_max可以通过下式根据宽度L和孔径角δ确定：

A_max＜L/δ

3.3场光阑

图1至图7所示的实施例中已经假设掩模16上的照明场14具有近似环扇形的形状。例如可以通过配置为适当衍射光学元件的场定义光学元件34实现这样的几何形状。但是，难以实现远场中的锐利边缘。在照明场14中，通常至少沿扫描方向Y延展的边缘应当是锐利的。

为了至少沿扫描方向Y实现锐利边缘，可以使用场光阑元件94、96(参看图2和图3)来覆盖那些不应被成像到掩模16上的镜阵列40的部分。如果垂直于扫描方向Y延展的边缘也应当锐利地被成像到掩模16上，则可以提供附加场光阑。在图3中，这样的场光阑元件以虚线表示并记作98。另外，如图10所示的更复杂的场光阑装置可以位于物镜52的物平面50中。这尤其如此，如果镜元件40位于距物平面50的距离A处，如上面已经参照图11和图12所解释的。

图13以类似图2的子午截面图示出根据本发明的照明***的替代实施例。与图2所示的部件相对应的部件的参考标记增加了300；将不再解释这些部件中大部分。

在照明***312中，物镜352具有其中布置有场光阑374的中间像平面391。场光阑374可以是如上已经参照图10所解释的可调整类型。附加中间像平面391提供更多的自由度以在照明***312中安装体积更大的场光阑装置。

3.4透射偏转元件

图14以类似与图2的子午截面图示出依照本发明的照明***的另一替代实施例。与图2所示的部件相对应的部件的参考标记增加了400；将不再解释这些部件中大部分。

照明***412主要在两个方面不同于图2所示的照明***12：

首先，镜阵列40由包括多个透明折射元件T_ij的折射阵列440代替。这些折射元件T_ij可以例如配置为电光或声光元件。在这样的元件中，折射率能够通过将适当的材料分别暴露到超声波或电场来改变。能够利用这些效应产生折射率梯度，该折射率梯度将打入光偏转到不同的方向。该方向能够响应于适当的控制信号而改变。

3.4附加光瞳定义元件

另一个不同之处是场定义光学元件434不直接照明折射阵列440，而是通过光瞳定义光学元件493，该光瞳定义光学元件493位于借助物镜499而与物平面450光学共轭的平面450’中。光瞳定义光学元件493(其可以配置为诸如微透镜的光学光栅元件或衍射光学元件)产生角度分布，该角度分布借助物镜499成像到折射阵列440上。结果，从折射元件T_ij发出的光束的方向不仅依赖于由各个折射元件T_ij产生的偏转角，还依赖于光瞳定义元件493产生的角度分布。光瞳定义元件可以包括与各个折射元件T_ij相关联的域，其中所述域产生不同的远场强度分布。例如，这可以用来对某些透射元件T_ij赋予共有的或不同的固定偏离角。如果使用镜元件而不是折射元件T_ij，则这样的偏离角可以是尤其有用的。

物镜452的光瞳平面460中的强度分布则可以描述为光瞳定义元件493产生的远场强度分布和折射阵列440产生的远场强度分布的卷积。

这在图15中示出，图15在其上部中示出光瞳定义元件493产生的示例性远场强度分布D_PDE。这里，假设该远场强度分布具有正则六角形的形状。图15的中部示出折射阵列440产生的示例性远场强度分布D_RA。D_RA由多个单个远场强度分布D_ij集合而成，其中每个单个的远场强度分布D_ij由单个折射元件T_ij产生。这些单个的远场强度分布为小光斑。

这两个远场强度分布D_PDE和D_RA的卷积(图15中由符号CONV表示)产生远场强度分布D_tot，其中多个六角形分布D_PDE依照点分布D_RA集合。在该示例性情况中，这产生光瞳平面460中被照明的两个相对极P₁’、P₂’。因为可以集合六角形以使其间没有间隙，极P₁’、P₂’差不多被连续照明。通过改变折射元件T_ij产生的偏转角，可以将六角形的远场强度分布D_PDE集合成布置在不同位置处或具有不同的总强度的其他的几何形状，例如不同形状的极。

当然，也可以结合镜阵列使用附加光瞳定义元件。除此之外，光瞳定义元件也可以布置在另一场平面中。例如，在图13所示的实施例中，中间场平面391理想上适于此目的。此外，还可以提供相比光瞳定义光学光栅元件494产生相同效应的具有衍射结构的透明的反射或折射元件。

通过示例已经给出优选实施例的上述描述。从所给公开，本领域的技术人员将不仅理解到本发明和其所附优点，还将得到有关所公开的结构和方法的明显的各种变化和改变。因此，申请人要求保护落入本发明的精神和范围内的所有这些变化和改变，而本发明的精神和范围由所附权利要求和其等价物限定。

Claims

1.一种在扫描微光刻投射曝光设备(10)中用于照明掩模(16)的照明***，包括：

a)物镜(52；152；252；352；452)，该物镜具有物平面(50；150；250；350；450)、至少一个光瞳面(60；160；360；460)和其中能布置掩模(16)的像平面(54；154；354；454)，

b)反射或透射的光束偏转元件(M_ij；T_ij)的光束偏转阵列(40；240；340；440)，其中每一光束偏转元件(M_ij；T_ij)适于将打入光束偏转一偏转角，该偏转角响应于控制信号可变，

其特征在于，

该光束偏转元件(M_ij；T_ij)布置在物镜(52；152；252；352；452)的物平面(50；150；250；350；450)中或紧邻所述物平面。

2.如权利要求1所述的照明***，其特征在于，光源(30；330；430)和布置在该光源(30；330；430)和该光束偏转阵列(40；240；340；440)之间的场定义光栅元件(34；134；334；434)。

3.如权利要求2所述的照明***，其特征在于，该场定义光栅元件(34；334；434)产生两维远场强度分布，其至少部分地确定在掩模(16)上被照明的场(14)的形状。

4.如权利要求3所述的照明***，其特征在于，该场定义光栅元件产生的远场强度分布具有矩形的或弯曲的狭缝的几何形状。

5.如权利要求4所述的照明***，其特征在于，该狭缝的长度至少是其横向宽度两倍。

6.如权利要求2至5中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，该场定义光栅元件(34；134；334；434)是衍射光学元件。

7.如权利要求2至5中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，该场定义光栅元件(34；134；334；434)包括至少一个微透镜阵列。

8.如前述权利要求之一所述的照明***，其特征在于，布置在该场定义光栅元件(34；134；334；434)和该光束偏转阵列(40；140；340；440)之间的聚光镜(36；136；336；436)。

9.如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，光瞳定义光栅元件(493)布置在场平面中，其与物镜(452)的像平面(454)光学共轭。

10.如权利要求9所述的照明***，其特征在于，获得物镜(452)的光瞳表面(460)中的两维远场强度分布(D_tot)，其中所述分布(D_tot)是该光束偏转阵列(440)产生的远场强度分布(D_RA)和该光瞳定义光栅元件(493)产生的远场强度分布(D_PDE)的卷积。

11.如权利要求9或10所述的照明***，其特征在于，该光瞳定义光栅元件(493)产生远场强度分布(D_PDE)，该远场强度分布(D_PDE)至少大体上具有包括n个角的多边形形状，其中n＝2，3，4，...。

12.如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，每个光束偏转元件(M_ij；T_ij)适于或者处于“开启”状态或者处于“关断”状态，其中确定“开启”状态以使偏转光束经过光瞳表面(60；160；360；460)，而确定“关断”状态以使偏转光不经过光瞳表面(60；160；360；460)。

13.如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，场光阑(94、96、98、374)。

14.如权利要求13所述的照明***，其特征在于，该场光阑(94、96、98)布置在该物平面(50)中。

15.如权利要求13所述的照明***，其特征在于，该物镜(352)具有其中布置有该场光阑(374)的中间像平面(391)。

16.如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，该光束偏转元件以错排方式布置以使至少一个光束偏转元件在光束偏转阵列的相对端之间的平行于扫描方向延展的任意线上被照明。

17.如权利要求13至15中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，所述场光阑(74)具有光阑边缘，该光阑边缘

a)至少大体上沿垂直于扫描方向的X方向延展以及

b)具有凹口，其中每个凹口对应于相邻光束偏转元件之间的间隙。

18.如权利要求16所述的照明***，其特征在于，所述光阑边缘由多个叶片(80)形成，其中至少一些叶片(80)的形状和/或位置可利用驱动器(78)调整。

19.如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，光束偏转元件(M₁，M₂)布置在距所述物平面(50)的距离A，|A|＞A_min，其中所述距离A_min是距物平面(50)的最短距离，在该最短距离所述物平面中的可用场能够通过所述光束偏转元件完全照明。

20.如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，所述光束偏转元件(M₁’，M₂’)布置在距所述物平面(50)的A＜A_max距离处，其中所述距离A_max是距所述物平面(50)的最短距离，在该最短距离，自偏转元件(M₁’)的相对端出现的两束光(884a′，884b′)在此处相交叉。

21.如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，所述光束偏转元件是将经过透射元件的光束进行偏转的透射元件。

22.如权利要求21所述的照明***，其特征在于，所述透射元件(T_ij)是电光或声光元件。

23.如权利要求1至20中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，所述光束偏转元件是能够关于物平面(50；150；350；450)倾斜的镜(M_ij)。

24.如权利要求23所述的照明***，其特征在于，所述镜(M_ij)能够关于其间形成角度的两个倾斜轴(42、44)倾斜。

25.如权利要求24所述的照明***，其特征在于，所述角度为90°。

26.如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***，其特征在于，所述物平面(150)和所述像平面(154)彼此相倾斜。

27.如权利要求26所述的照明***，其特征在于，所述物镜(152)具有光轴(OA)，该光轴(OA)关于物平面(50)上的法线和像平面(54)上的法线两者倾斜。

28.如权利要求27所述的照明***，其特征在于，所述物平面(150)和所述物镜(152)的物侧主平面(H_o)至少大体上沿第一直线交叉，以及特征在于所述像平面(154)和所述物镜(152)的像侧主平面(H_i)至少大体上沿第二直线交叉。

29.一种微光刻投射曝光设备，其包括如前述权利要求中任一权利要求所述的照明***(12；412；512)和将掩模(16)成像到光敏层(22)上的投射物镜(20)。