CN102799079B - 用于微光刻投影曝光设备的照射*** - Google Patents

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Abstract

一种用于微光刻投影曝光设备的照射***，包括光源（30）和光学积分器（56）。后者具有第一光学子元件（561X、561Y、562X、562Y）并且产生每个发射光束的多个二次光源（82）。聚光器使得所述光束在掩模面（70）中重叠。至少一个散射结构（58、60）包括设置在所述二次光源前面或者后面的多个单独设计的第二光学子元件。所述第一和第二光学子元件被配置使得由相同的辐照分布照射的光学子元件被隔开5mm以上。

Description

用于微光刻投影曝光设备的照射***
本申请是申请日为2007年2月14日、申请号为200780005542.6（国际申请号为PCT/EP2007/001267）、发明名称为“用于微光刻投影曝光设备的照射***”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体涉及用于微光刻投影曝光设备的照射***。更具体地，本发明涉及包括一个或者多个散射结构的照射***和产生多个二次光源的光学积分器。
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***、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***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。
可以理解的是，术语“掩模”（或者分度线）更广泛地解释为构图装置。通常所使用的掩模包含可透射或者可反射的图形，并且可具有，例如二元的、交替相移的、衰减相移的或者各种混合掩模类型。然而，还存在有源掩模，例如，掩模实现为可编程反射镜阵列。这种装置的实例是具有粘弹性控制层和反射表面的阵列-可寻址的表面。关于这种反射镜阵列的更多信息可从例如美国专利5,296,891以及美国专利5,523,193中获得。如在美国专利5,229,872中所描述的，还可使用可编程的LCD阵列用作有源掩模。为了简单，本文的其他部分可能具体涉及包括掩模和掩模平台的设备；然而，在这种设备中所讨论的一般原理应该如上所述的构图装置的更广范围中。
随着制造微结构器件的技术发展，关于照射***的要求也在增加。理想情况是，照射***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***的光瞳面上辐照的分布。例如，用环形照射设置，在光瞳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***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***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***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***。第一光栅元件位于照射***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。邻近物镜的出射光光瞳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。由于该特性，光学积分器也称作场限定元件。
在光学积分器的前面设置另外的光栅元件。该另外的光栅元件确保第二积分器部件的光栅元件被完全照射。照射***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***，仍然难于满足用于未来的照射***的在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片，其平行于扫描方向设置。每个叶片可选择地***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场限定元件，所述场限定元件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。场限定元件不是必须作为微透镜阵列的设置实现，而是可包含衍射光学元件。
衍射光学元件具有不能充分抑制零衍射级的缺点。结果，掩模面上的辐照分布包括亮点阵列。除此以外，超过大约18°的衍射角度要求只能通过电子束光刻获得的小特征尺寸的衍射结构。这种微小衍射结构的闪耀侧面必须通过非常少的例如两个步骤近似。这就显著地将装置的衍射效率降低到小于70%的值。此外，通过电子束光刻的制造是非常慢的工艺，使得这些元件非常昂贵。
与此相比，微透镜阵列和其他的折射光学元件产生宽广并且连续的角度分布。然而，折射光学元件的主要缺点在于在远场和因此在掩模面上产生的辐照分布不够均匀。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 2005/078522A公开了一种照射***，在所述照射***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。
国际申请WO 2005/076083A公开了一种包括散射元件的照射***，所述散射元件被设置在场平面的紧邻处，即设置照射***的场光阑的平面中。
美国专利申请2004/0036977 A1公开了一种用于照射***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***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。在积分器部件中的平行柱面透镜具有不同的球面或者非球面形状。结果，第一积分器部件的柱面透镜的顶线与第二积分器部件的柱面透镜的顶线不一致。这使得能够消除在远场分布中的不希望的辐照峰值。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于微光刻投影曝光设备的照射***，使得能够在掩模面上获得希望的辐照和角度分布。更特别地，应该获得基本上独立于照射设置的均匀的或者希望的非均匀的辐照分布。
根据本发明的第一方面，通过包括光源和光学积分器的照射***获得该目标和其他目标。光学积分器包括第一光学子元件并且产生多个每个发射光束的二次光源。聚光器影响在掩模面中光束的重叠。至少设置有一个散射结构，所述散射结构包括多个设置在二次光源前或者后面的第二光学子元件。第一和第二光学子元件配置为使得用相同辐照分布照射的光学子元件间隔5mm以上。该配置减少了在至少一个散射结构和光学积分器之间的不希望的交互作用，所述交互作用可导致在照射***掩模面上所获得的辐照分布中有起伏。
根据本发明的第二方面，照射***设置为包括光学积分器以及至少一个散射结构。后者具有多个子元件，所述子元件产生具有不同角度宽度的矩形角度分布。
这样的散射结构产生具有半值宽度的高斯角度分布，所述半值宽度可通过选择产生具有合适的角度宽度的角度分布的子结构容易地限定。这样的散射结构可以有利地设置在光学积分器和聚光器之间，所述聚光器重叠通过光学积分器产生的二次光源。
根据本发明的第三方面，照射***设置为包括光源和产生二次光源的光学积分器。第一散射结构在一个方向上产生基本为矩形的角度分布。第二散射结构在两个正交的方向上产生基本为高斯型的角度分布。这样的照射***特别适合用于产生缝隙状的照射场，所述照射场用于步进扫描类型的投影曝光设备。
附图说明
参考结合附图的下述具体描述，可更加容易地理解本发明的各种特征和优点，其中：
图1是根据本发明的投影曝光设备的透视图和简化图；
图2是通过包含在图1所示的投影曝光设备中的照射***的子午截面；
图3是包含在图2所示的照射***中的光学积分器和两个散射板的透视图；
图4是平行于X-Z平面通过图3所示的光学积分器的截面；
图5是平行于Y-Z平面通过图3所示的光学积分器的截面；
图6是通过光学积分器产生的二次光源的示图；
图7是图3所示的光学积分器的侧视图；
图8到12示出了类似于图7的用于光学积分器的可选实施例；
图13是平行于X-Z平面通过光学积分器和第一散射板的截面；
图14示出通过图13中所示的第一散射板产生的角度分布；
图15示出当利用图13中所示的第一散射板时产生的类似于图6的二次光源；
图16是图13的放大的剪切图；
图17是用于可选实施例的类似于图16的视图，在所述实施例中，第一散射板设置在两个积分器部件之间；
图18示意性示出多个Talbot干涉图形；
图19是类似于16的另一放大的剪切图；
图20是用于示出优选实施例的特点的两个光栅的俯视图；
图21是第一散射板的透视图；
图22是在X-Z平面通过图21中所示的第一散射板的截面；
图23到28以侧视图类似于图22示出了用于第一散射板的各个可选实施例；
图29是具有可变宽度的微透镜的另一实施例的俯视图；
图30到32以截面图类似于图22地示出了第一散射板的其他实施例；
图33是根据另一优选实施例的第一散射板的透视图；
图34是沿线XXXIV-XXXIV通过图33中所示的第一散射板的截面；
图35是根据包括多个旋转对称微透镜的另一实施例的第一散射板的俯视图；
图36是沿线XXXVI-XXXVI通过图35中所示的第一散射板的截面；
图37是用于第一散射板中的衍射单元的俯视图；
图38a和38b为形成具有不同曲率的Fresnel透镜的衍射单元的示意性俯视图；
图39a和39b为形成具有不同横向位置的柱面透镜的衍射单元的示意性俯视图；
图40到43是用于第一散射板的单元设置的示意性俯视图；
图44是示出由第二散射板产生的角度分布的图形；
图45示出通过重叠不同宽度的矩形分布形成的高斯角度分布；
图46和47分别是不具有和具有第二散射板的在图2所示的照射***中包含的光学积分器和聚光器的部分的示意性图；
图48示出在不具有第二散射板的图2中所示的照射***的光瞳面中的示例强度分布；以及
图49示出了在***第二散射板后图48的强度分布。
具体实施方式
1.投影曝光设备的总体结构
图1示出了投影曝光设备10的透视图和高度简化的图，所述投影曝光设备10包括用于产生投影光束的照射***12。投影光束照射掩模16上包含微小结构18的场14。在该实施例中，照射场14具有近似环形段的形状。然而，也可考虑其他照射场14的形状，例如矩形。
投影物镜20将在照射场14中的结构18成像到光敏层22上，所述光敏层，例如光致抗蚀剂，被沉积在衬底24上。衬底24可用硅晶片形成，并被设置在晶片台（未示出）上，使得光敏层22的上表面精确地位于投影物镜20的像平面中。掩模16通过掩模台（未示出）的方式定位在投影物镜20的物平面中。因为后者具有小于1的放大率，所以在照射场14中的结构18的缩小了的图形14’投影到光敏层22上。
在投影过程中，掩模16和衬底24沿着与Y方向一致的扫描方向移动。因此照射场14在掩模16上扫描使得能够连续地投影大于照射场14的结构化的区域。这种类型的投影曝光设备通常称作“步进-扫描工具”或者简单地称作“扫描器”。在掩模16和衬底24的速度之间的比例等于投影物镜20的放大率。如果投影物镜20颠倒了图像，那么掩模16和衬底24沿着相反的方向移动，如在图1中通过箭头A1和A2所示。然而，本发明也可用于分步工具中，在所述分步工具中掩模16和衬底24在投影期间不移动。
在所示的实施例中，照射场14没有相对于投影物镜20的光轴26对中。这样的偏轴照射场14可能必须与特定类型的投影物镜20一起，例如，物镜包含一个或者多个截光反射镜。当然，本发明也可用于具有居中的照射场的照射***中。
2.照射***的总体结构
图2是通过图1中所示的照射***12的更具体的子午截面。为了清楚，图2所示也是大大简化的，并且不是成比例的。这尤其表示，仅仅通过少数几个光学元件代表了不同的光学单元。实际上，这些单元可包括明显更多的透镜和其他光学元件。
照射***12包括外壳28和光源，所述光源如在实施例中所示实现为激基激光器30。激基激光器30发射具有大约193nm波长的投影光。也可考虑其他类型和其他波长的光源，例如248nm或者157nm。
在所示的实施例中，激基激光器30发射的投影光进入扩束单元32，在所述扩束单元32中扩展光束。在通过扩束单元32后，投影光入射到第一光栅元件34上。第一光栅元件34被接纳在第一交换保持器36中，使得所述第一光栅元件34能够被容易地移走或者被其他具有不同特性的光栅元件代替。在所示的实施例中，第一光栅元件34包括一个或者多个衍射光栅，其偏斜每个入射光，从而引入发散性。这意味着在光栅元件34上的每个位置，光在特定角度范围内衍射。该范围可以是例如从-3°到+3°。在图2中这示意性地表示为两个离轴光38a、38b，它们分离成多个发散光38。因此，第一光栅元件34轻微地增加了几何光通量并且修改了在随后的光瞳面上的局部辐照分布。其它类型的光栅元件，例如微透镜阵列或者相位跃变阵列或者灰色调菲涅耳透镜，可替代地或者附加地使用。
第一光栅元件34位于物镜44的物平面42中，所述物镜44包括可调焦透镜组46和一对48具有相对的锥面的轴锥元件50、52。如果两个轴锥元件52如图2所示相互接触，那么轴锥体对48为具有平行表面的板的效果。如果元件50、52被分离，那么在轴锥元件50、52之间的间隔将导致光能径向向外偏移。因为在现有技术中已知轴锥元件，所以这里不再进一步解释。
参考数字54表示物镜44的出射光瞳面。光学积分器位于物镜44的出射光瞳面54中或者其附近，所述光学积分器由56整体地表示并且下面将参考图3到5具体解释。被接纳在交换保持器57中的光学积分器56调节在光瞳面54中的角度分布。因为以相同角度通过光瞳面的所有光束在随后的傅立叶相关场平面中会聚于一点，所以在这样的场平面中，光瞳面54中的角度分布直接转换成辐照分布。因此光学积分器56的设计对于掩模16上的辐照分布和照射场14的几何形状具有很大影响。如果照射场14具有如图1所示的曲线型缝隙形状，那么光学积分器56的出射侧数值孔径，作为非限定的例子，可以是在X方向从0.28到0.35的范围内以及在Y方向从0.07到0.09的范围内。光学积分器产生多个每个发射光束的二次光源。
在光学积分器56的前面和后面，设置有分别表示为58和60的散射板，并且下面将说明它们的结构和功能。
从二次光源发射的投影光进入到聚光器62，为简单起见，所述聚光器在图2中通过单透镜元件表示。聚光器62的入射光瞳面与物镜44的出射光瞳面54重合。聚光器62将从二次光源发射的光束重叠在聚光器62的视场光阑面64中，在所述视场光阑面64中放置有视场光阑66。视场光阑物镜68将视场光阑66成像到其中放置有掩模16的掩模面70上。视场光阑66确保照射场14的至少沿Y方向延伸的短侧边的清晰边缘。例如，视场光阑可通过两个正交的叶片组实现。然而，也可能如在EP 0 952 491 A2中所公开的一样，利用可调节的光阑装置。
3．光学积分器
下面将参考图3到5具体描述用于照射***12的光学积分器56的总体结构和功能。图3以透视图的方式示出了光学积分器56和散射板，以及图4和5分别示出了平行于X-Z平面和Y-Z平面的光学积分器56的截面。
3.1光学积分器的一般结构
光学积分器，从转让给本申请人的国际申请Wo 2005/078522 A2中已知，包括第一积分器部件561和第二积分器部件562。第一积分器部件561包括第一阵列的柱面微透镜561Y，所述柱面微透镜561Y具有沿着X方向对准的平行的纵向轴。因此，第一微透镜561Y仅仅在Y方向有后焦距为f1的正折射光焦度。
第一积分器部件561还包括第二阵列的柱面微透镜561X，其具有沿着Y方向对准的平行的纵向轴。因此，第二微透镜561X仅仅在X方向具有后焦距为f2<f1的正折射光焦度。
第二积分器部件562是与第一积分器部件561相同的复制，不同的是，在绕X轴或Y轴旋转180°后被安装。因此，第三微透镜562X面向第二微透镜561X，并且第四微透镜562Y面向第二散射板60。
在图4和5中可见，选择焦距f1和f2以及在积分器部件561、562之间的距离，使得第二微透镜561X产生的焦线位于第三微透镜562X的顶点上。因为第三微透镜562X具有与第二微透镜561X一样的焦距f2，所以这意味着第三微透镜562X的焦线位于第二微透镜561X的顶点上。在图4中，以虚线通过光线81示出了这些相互对应。
从图5可清楚地看到，相同的条件也分别应用到具有相等焦距f1的第一和第四微透镜561Y、562Y。因为焦线位于第三和第四微透镜562X、562Y的弯曲表面上，而不在这些微透镜内，所以不可能出现能够破坏微透镜或者支持微透镜的衬底的材料的非常高的强度。
在图3到5中，微透镜561Y、561X、562Y、562X表示为具有平面背表面并且附接到邻近微透镜的平面背表面的子元件。然而，积分器部件561、562通常不从单独的子元件组装，而是以更有效的方式制造，例如，通过模制或者通过加工具有初始平面和平行表面的衬底。用于制造积分器部件561、562的技术也取决于微透镜561X、561Y、562X、562Y的间距，所述间距可能在一个或者几个毫米的范围内。然而，由于下面参考图6进一步解释的原因，可能希望具有小于1mm的间距，例如500μm。所述间距通常表示微透镜沿着它具有折射光焦度的方向的宽度。在柱面透镜的情况中，间距等于垂直于微透镜纵向长度的微透镜尺寸。
从这些描述可以清楚，图3到5的演示被极大地简化并且没有成比例缩放。例如，如果积分器部件561、562具有25mm的横向尺寸并且微透镜的间距等于500μm，那么每个阵列由50个微透镜组成。然而，可以理解的是，在X方向上具有折射光焦度的微透镜561X的间距和数量并不必须等于在Y方向上具有折射光焦度的微透镜561Y的间距和数量。
为了保持透射损耗小，在图3到5所示的实施例的积分器部件561、562用CaF2制造，其具有预期的193nm波长，比熔融石英（SiO2）具有更高的透射率。如果使用低于193nm的波长，那么熔融石英几乎是不透明的，从而应该使用CaF2或者类似的氟材料。
因为CaF2是难于加工的易脆材料，所以衬底的厚度应该超过大约2mm。如果微透镜561Y、561X、562Y、562X的间距保持在1mm以下并且微透镜561X、562X的折射光焦度足够产生超过大约0.2的数值孔径NA，那么如图3到5的实施例中所示的具有在Y方向、X方向、X方向以及Y方向的折射光焦度的微透镜阵列顺序是唯一可能的方式。对于其他的配置，例如在美国专利No.4,682,885A所示的配置，不可能同时满足所有前述的条件。
可以理解的是，光学积分器的配置可在各种类型中改变。例如，微透镜561Y、561X、562Y、562X可以凹面地或者非球面地成形。例如，为了在掩模面70上获得特定的非均匀的辐照分布，例如在该分布中在边缘的辐照比在中心的辐照稍微高，可使用非球面微透镜。更特别地是，在照射场的边缘处的辐照可以比在照射场的中心的辐照至少高0.5%到0.8%。如果从边缘出射的光比从中心出射的光在投影物镜中承受更高的损失，这样的非均匀辐照分布提供了补偿。
并且，如在上面已经提到的美国专利申请NO.2005/0018294 A1中所描述的，如果邻近的微透镜不同则是有利的。代替使用凸曲柱面透镜形成的微透镜，也可考虑其他的配置，例如包括旋转对称微透镜或者通过交叉两个具有柱面或者复曲面形状的微透镜阵列而获得的微透镜的实施例。类似的配置在下面用于第一散射板58在图33到36中示出。
除此以外，还可以考虑为了获得在X和/或Y方向上的折射光焦度，使用衍射光学元件代替微透镜。
3.2光学积分器的功能
下面将简要地解释光学积分器56的功能。
如果投影光束完全准直使得所有的光线都平行于Z轴，那么第二积分器部件562可以去除。然后第一积分器部件561单独产生多个二次光源。落在第一积分器部件561上的光束转向到Y方向，并且由于微透镜561X、562X的更大的折射光焦度而在X方向转向到更大的范围。因此每个二次光源产生变形的角度分布。
然而，入射到光学积分器56上的光通常并没有完全准直，而是具有小的发散。没有第二积分器部件562，这些发散将导致视差，所述视差将导致掩模16上的照射场14的不希望的偏移。
第二积分器部件562确保视差不会发生，即使入射光没有弯曲准直。由图4到5可见，第二积分器部件562对于入射到光学积分器56上的平行光线具有很小的影响，因为焦线位于第二积分器部件562的微透镜562X、562Y的顶点上。对于不平行于Z轴而在特定角度下射到光学积分器56的光线，第二积分器部件562的微透镜562X、562Y确保这些光线被传输到远心光束中。
图6示意性示出了从沿着光轴26的掩模一侧观察的在第二积分器部件562中产生的二次光源82。仅仅这些二次光源82用于照射掩模16，所述掩模16实际暴露于入射到光学积分器56上的投影光束。投影光束的形状取决于照射设置。例如，在通常的具有最大相干参数σ的照射设置中，在光路中光学积分器56前面的光学元件产生具有圆形横截面的投影光束，所述圆形横截面在图6中通过80示出。
理想地是，所有二次光源82产生具有相同角度（变形）分布的光束。在随后的傅立叶变换场平面中，即在视场光阑面64或者与其共轭的掩模面70中，这些角度分布转换成辐照分布。如果二次光源产生的角度分布是矩形分布，在所述矩形分布中所有角度以相同的辐照出现，则在掩模面70中获得非常均匀的辐照分布。
然而，由于制造公差以及其他原因，二次光源82产生的角度分布通常并不精确地相同。如果二次光源82的角度分布统计地改变，那么仍然可在掩模面70中获得均匀的辐照分布。如果二次光源82的数量足够大，那么每个二次光源82产生的全部非均匀的辐照分布在掩模面70中重叠，并且由于通过二次光源82产生的全部辐照分布重叠所获得的平均效果，可以消除辐照变化。
从而可以看出，大数量的二次光源是有利的，因为这改善了前述的平均效果。具有大数量的二次光源以及因此微透镜561X、561Y、562X、562Y的小间距的另一个优点是，照射***12、特别是第一光栅元件34、可变焦物镜46以及轴锥元件50、52对48使得能够产生各种不同的照射设置。这包括入射到光学积分器56上的光束的横截面可以显著地变化。
如果二次光源的数量小，在二次光源之间有明显的间隔，则可以是对称的照射设置，其中，“有效的”，即被照射的，二次光源不是对称地分布在通光孔径80上。这可能导致入射到掩模16上的投影光的不希望的非对称角度分布。相反地，如果有大量小并且密集设置的二次光源，那么可消除这种显著非对称的可能性。
3.3光学积分器的可选设置
下面，将参考图7到12描述微透镜阵列的各个可选设置和散射板58、60。在随后的实施例之间，相应部分将通过加1000的参考数字表示，并不再重复。
图7以侧视图示出了图3中的光学积分器和散射板58、60。在该图以及图8到12的类似表示中，沿着X方向延伸的柱面微透镜用垂直线的阴影线标出，反之，在Y方向延伸的柱面微透镜用水平线的阴影线标出。
图7中所示的实施例不同于图3到5中所示的实施例在于，第一积分器部件561可通过调节装置561A调节。调节装置561A仅仅示意性地示出，并且可利用例如螺旋千分尺或者压电元件驱动。通过调节装置561A，能够调节在积分器部件561、562之间沿着Z轴的距离。然后第一微透镜561Y产生的焦线能够精确地定位到第四透镜562Y的顶点上。可选择地是，第二微透镜561X产生的焦线能够精确地定位到第三微透镜562X的顶点上。
图8示出了其中最后两个微透镜阵列以相反的次序设置的可选实施例。因此，在Y方向具有折射光焦度的第三微透镜1562Y现在面向第一积分器部件1561的第二微透镜1561X。为了保持前述焦线特性，所述焦线特性在图7到12中通过不同长度和样式的箭头表示，第一积分器部件1561必须非常厚，而第二积分器部件1562必须非常薄。为了方便积分器部件1561、1562的制造，因此用于微透镜的支持件必须用相比于CaF2不容易破碎的材料制作，例如熔融石英。
在图8中所示的实施例具有用于第二积分器部件1562的第二调节装置1562A。对于每个积分器部件1561、1562具有独立的调节装置使得能够不仅仅调节在积分器部件1561、1562之间的间隔距离，而能够调节积分器部件1561、1562相对于散射板58、60的距离。
图9示出的实施例与图7中所示的实施例不同仅在于，第二微透镜2561X不是与第一微透镜2561Y一样形成在同一支持件上，而是形成在也可用例如CaF2制造的单独支持件上。利用调节装置2562A，第二微透镜2561X可沿着Z轴方向独立于第一微透镜2561Y和设置在共用第三支持件上的第三和第四微透镜2563X和2563Y而调节。使三个积分器部件被附接到单独的调节装置2561A、2562A、2563A使得能够独立的调节在每对相应微透镜阵列间的距离。因此，如果要求用尽可能小的复杂性又要求完全的可调节性，那么三个调节微透镜阵列是最适合的方案。
图10中所示的实施例不同于图9中所示的实施例在于，第一散射板58现在设置在第一微透镜3561Y和3562X之间。通过在形成有第二微透镜3562X的衬底的另一侧上形成散射结构58’，散射板58可简单地作为整体移动或者如图10所示获得它的功能。
图11示出了具有三个积分器部件的光学积分器的另一实施例，所述三个积分器部件可通过调节装置4561A、4562A和4563A单独调节。在该实施例中，在Y方向具有折射光焦度的第一和第二微透镜4561Y和4562Y设置在不同的衬底上，使得它们面向于彼此。第三和第四微透镜4562X和4563X也面向于彼此。第二微透镜4562Y和第三微透镜4562X形成在同一衬底上，并且因此可通过第二调节装置4562A共同地调节。这里选择在积分器部件4561、4562和4563之间的距离使得第二微透镜4562Y和第四微透镜4563X的后焦线位于公共面4587上。然后面4587可通过聚光器62傅立叶变换到视场光阑面64。当然，通过图8所示的实施例也可获得类似的特性，因为在该实施例中，具有更短焦距的第四微透镜1562X位于具有更长焦距的第三微透镜1562Y的后面。
图12示出类似于图7中所示的实施例的实施例。然而，在该实施例中，第一散射板58不位于光学积分器的前面，而是位于积分器部件5561、5562之间。
4．第一散射板
下面将具体描述第一散射板58的一般功能和各种实施例。当然，对于图7到12所示的光学积分器56的其他实施例，也是同样的。然而，为了简单起见，下面的描述将仅仅指图3到6所示的实施例。
4.1第一散射板的一般功能
第一散射板58的一个功能是将光源30产生的较小的几何光通量（并且可能通过第一光栅元件34（如果被***））适配到光学积分器56的较高的几何光通量。这对于防止在第二积分器部件562中高的光强具有有利的影响，所述高的光强可能损坏形成光学积分器56的材料。
在这方面需要注意的是，虽然第一和第二微透镜561Y、561X产生的焦线分别位于第四微透镜562Y和第三微透镜562X的顶点上，而不在这些微透镜内部，但是高的光强仍然可能出现在顶点的邻近。第一散射板58确保入射到第一积分部件上的投影光具有足够的发散性使得可以避免如图4和5所示的狭小的焦线。理想地，第一散射板58适配到第二微透镜561X使得经过微透镜561X的光完全地照射在第二积分器部件562中的相应的第三微透镜562X。数学上，这个条件可描述如下：
0.5·(D/2f2-NApre)<NAsc<(D/2f2-NApre)
其中D是第二微透镜561X阵列的直径，NAsc是第一散射板58的数值孔径，以及NApre是入射到其上的光的数值孔径。
这在图13中以类似于图4的表示示出。在该图示中，示出入射到散射元件58上的投影光84具有较低的发散。没有第一散射板58，投影光84将如图4所示，通过第二微透镜561X聚焦到第三微透镜562X的顶点上。然而，第一散射板58将发散增加到这样的程度使得通过第二微透镜561X的光没有聚焦在相应的第三微透镜562X的顶点上，而是分布在它的整个曲面上。
在扫描器类型的投影曝光设备中，在掩模16上照射的场14具有高的纵横比。这意味着沿扫描方向（Y方向）的场14的尺寸比沿着X方向的尺寸要短的多。当任何阻隔投影光的光阑不在时，照射场的纵横比将通过出现在光瞳面54中在X和Y方向上的投影光的最大角度确定。
这意味着通过光瞳面54的投影光应该在Y方向具有较小的发散而在X方向具有较大的发散。这就是第一和第四微透镜561Y、562Y的第一焦距f1大于第二和第三微透镜561X、562X的焦距f2的原因。因为如图13所示，第一散射板58额外地增加了发散，所以通过第一散射板58引入的在X和Y方向上的发散量要仔细地适配到通过光学积分器56引入的发散。由于这个原因，第一散射板58引入的发散通常在X方向比Y方向高。在照射场14具有非常大的纵横比的情况中，第一散射板甚至可设计成使得它仅仅增加X方向上的发散，而不（或者基本上不）增加Y方向上的发散。
图14示出了在通过第一散射板58后的投影光的角度分布。如图14所示，X方向上的角度分布基本上是矩形。这意味着所有绝对值小于最大角度αmax的所有角度都以同样的强度出现。然而，即使用理想的第一散射板58，也不能获得这样的矩形角度分布，因为通常实现为激光器的光源30产生具有自身角度分布的投影光。在激光器光源的情况中，这种分布具有高斯形状，其导致在最大角度±αmax处的平滑斜坡。由于同样的原因，即使第一散射板58没有在Y方向这样增加发散，光仍然在Y方向具有小的角度分布。在这种情况下，通过激光器光源产生的高斯角度分布给出在Y方向的角度分布。
如果第一散射板58具有强变形效果，即，将X和Y方向的发散增加到不同的程度，那么它应该定位为较近地位于光学积分器56的前面。在优选实施例中，在第一散射板58和光学积分器之间的距离小于20mm。
第一散射板58的另一个重要功能是增加二次光源82的尺寸。这种增加是由于，现在第三微透镜562X更加完全地被照射，使得在X方向上的二次光源的尺寸增加。在Y方向二次光源的尺寸仅仅在第一散射板58也增加了在y方向的发散的情况下才会增加。
图15以类似于图6的表示示出了二次光源82’，所述二次光源82’通过产生变形角度分布的第一散射板58获得。与图6中所示的二次光源82相比，二次光源82’现在在X方向被加宽，使得在相邻二次光源之间的沿Y方向的间隙几乎消失。二次光源82’填充光瞳越完全，在掩模面70上获得的角度分布越连续。下面将进一步描述的第三散射板60可进一步增强光瞳的填充因子。
在4.3部分，将描述第一散射板58的各个实施例，这些实施例确保第一积分器部件561的第一和第二微透镜561Y、561X被具有随机或者被随机化的角度分布的投影光通过。结果，至少总体上，在图15中所示的二次光源82’产生不同的角度分布以及因此在掩模面70上的不同的辐照分布。然而，由于第一散射板58产生的随机或者被随机化的角度分布，这些在掩模面70中的辐照分布也是统计地改变。对掩模面70上的多个统计地变化的辐照分布的重叠获得几乎完全均匀的整个辐照分布。
从这些描述可见，第一散射板58显著地影响掩模面70中的辐照分布，并且由于该原因，应精细设计其光学特性。
通常，第一散射板58应该设计成使得散射效果基本上与光束入射到板上的位置无关。这要求，与包含在第一积分器部件561中的微透镜561Y、561X的间距相比，产生整个角度分布的子结构应该较小。如果子结构的间距小于相应的第一或者第二微透镜561Y、561X的间距20%，优选为10%，那么所考虑的关系充分满足。
原则上，可以将第一散射板58实现为具有例如一个或者两个被蚀刻或磨光的表面的常规的玻璃盘。这种常规的散射板具有角度分布完全在它的表面上随机改变的优点，由于上面解释的原因，这通常是希望的效果。另一方面，这些常规的散射板具有它们的光学特性不能充分调整到满足具体的需求的缺点。例如，通常不可能如图14所示获得在X方向和Y方向上严重变形的角度分布。代替地是，常规散射板在X方向和Y方向都产生非常宽的角度分布。结果，大量的光不得不被视场光阑阻塞，以获得具有高的纵横比的照射场14。
由于这个原因，下面提出各种可选方案，关于如何实现第一散射板58使得它的光线特性可以根据它的设计精确地确定。然而，第一散射板58应具有某些随机化的或者精心选择的常规特性，所述特性对于防止与光学积分器56的常规特性有不希望的交互作用是必须的。
4.2在第一散射板和光学积分器之间的不希望交互作用
在更具体地描述散射板58的各种实施例之前，将解释在散射板58和光学积分器56之间可能的交互作用。
4.2.1重叠
图16是放大的图13的剪切图，并且示意性地示出了在第一散射板58的子结构58X和第一积分器部件561的第二微透镜561X之间的光传播。为了简单起见，未示出第一微透镜561Y和用于子结构58X的支持件，因为这些元件对于在X方向的投影光的角度分布没有影响。在该实施例中，通过沿着Y方向延伸的具有纵向轴的柱面微透镜形成子结构58X。每个子结构58X产生用虚线85表示的分散的光束。微透镜561X和子结构58X的间距分别用pin和psc表示。在该具体实施例中，psc=2/5×pin使得重复每5个子结构58X的序列中有两个微透镜561X。
在第一散射板58和第二微透镜561X之间的距离越大，重叠在第二微透镜561X上的分散光束85的量越大。这在图16中用不同程度的阴影线示出。这种重叠的结果是，沿着X方向有周期性的辐照改变。波动的量随着距离z的增加而减少，因为子结构58X产生的单一光束的辐照随着z2减少。
这些波动的结果是，入射到微透镜561X上的光的角度分布可能不同。例如，在图16中所示的上面两个微透镜561X会具有不同、虽然是对称的辐照以及角度分布。关系psc=2/5×pin的结果是，每两个第二微透镜561X的第二个具有同样的辐照和角度分布，因此每个第二二次光源82将相等。如果在光瞳面54中仅仅出现两种不同类型的光源82，那么在掩模面70中的不同的辐照分布不会具有到这样的平均效果的程度，使得能够获得基本均匀的辐照分布。
图17示出的实施例中，第一散射板58没有被设置在第一积分器部件561之前、而是之后，这与图10和12中所示的实施例中的情况一致。从该图中可见，第二微透镜561X和子结构58X的相反次序没有解决这个问题，因为在第一散射板58上的辐照和角度分布是每5个子结构58X重复。随后，同样的子结构58和第二微透镜561X的配置仍然频繁地重复。因为每种相同的配置产生同样的二次光源，所以前述的平均效果仍然小。例如，即使用较大的子结构间距psc=200μm，相同配置的重复周期仍是1mm。
4.2.2Talbot效应
在光学积分器56中微透镜阵列和在第一散射板58中周期性的散射子结构组合的情况下，会发生另一种效应。当用相干或者部分相干的波照射时，周期性结构已知将通过菲涅耳衍射以距离的整数倍产生它们自己的精确图像。这种自成像的现象被称作Talbot效应。此外，以分数-Talbot距离产生多个相位转换的菲涅耳图像。Talbot现象说明在任何在周期性光学元件后面的面中可观察到特定周期性。
Talbot效应自身显示为在距离周期性结构的特定距离处的具有高对比度的明显干涉图形。这些距离被称作Talbot距离zn，通过zn=n·zT给出，这里zT＝2p2/λ。这里λ是入射光的波长，p是结构的周期，而n是正整数。然而，在某些分数Talbot距离上，例如2/9zT或者3/14zT上也可观察到较小对比度的干涉图形。图18示意性地示出了在Talbot距离zT和zT处以及一些分数的Talbot距离的干涉图形。
因为Talbot效应基于衍射，如果相干度接近于100％，那么它是非常显著的。照射一个或者多个第一散射板58的间距的激光通常是部分相干的。投影光的相干度可基于散斑对比度估计，所述散斑对比度出现在照射***12的每个点上。通常散斑对比度在10％到20％的范围内。这对于观察在第一散射板58后面Talbot距离上显著的Talbot干涉图像是足够的。
高对比度的干涉图形以从第一散射板58测量的60或者90mm的量级内的距离z发生。在这些距离上，上面在4.2.1中描述的重叠效果可以忽略不计，并且至少散射子结构的间距psc在100μm以下。
如果在第一散射板58和第一积分器部件561之间的距离等于或者接近使得高对比度干涉图形出现的（分数）Talbot距离，那么作为一方面周期性Talbot干涉图形和另一方面第一和第二微透镜561Y、561X的周期性设置的结果，可以观察到Moiré的图形。虽然每个二次光源82产生的辐照分布在掩模面70上重叠，但是这些Moiré干涉图形仍然会在掩模面70上引入辐照分布的非均匀性。
4.3不同的设计方法
下面将描述可用于避免在上面段4.2中描述的不希望的交互作用的不同的方法。
4.3.1距离
为了避免由于在Talbot干涉图形和包含在第一积分器部件561中的微透镜阵列之间的相互作用所导致的Moiré图形，必须注意在第一散射板58和第一积分器部件561之间的距离z不与Talbot距离或者任何的分数Talbot距离一致，在所述这些距离上可观察到高辐照对比度。可以利用模拟程序确定合适的距离范围，所述模拟程序计算在各种整数或者分数Talbot距离中的Talbot干涉图形的对比度。
4.3.2间距选择
图19以类似于图16的另一放大图示出了避免子结构58X和第二微透镜561X的过于频繁的相同配置的第一方法。在该实施例中，第二微透镜561X和子结构58X分别具有间距pin＝500μm和psc=47μm。47大于500使得凸面微透镜58X产生的辐照和角度分布仅仅在47×500μm=23.5mm后在第二微透镜561X上重复。
图20仅示意性地示出了第一栅格561X’和第二栅格58X’的俯视图，其间距被选择使得在第一栅格561X’的10个周期上，第二栅格58’的线总是具有相对于第一间距561X’的单一周期的不同的位置。
4.3.3散射板中的不规则的子结构
避免子结构58X和第二微透镜561X频繁的相同配置的另一种方法是利用不规则的子结构。所述不规则性可涉及相同子结构的设置和/或者呈现为不同的子结构。应该注意的是，这种方法可与根据4.3.2部分的间距选择结合。
在上面描述的实施例中，第一散射板58的子结构58X实现为柱面微透镜。然而，还可以通过衍射光学元件产生在一个或者两个方向上的分散。在下面的段落中，将描述用于第一散射板58的各个折射和衍射的实施例。
4.3.4折射设计
图21和22沿着X方向，分别以透视图和截面图的方式示出了第一散射板158的实施例。第一散射板158包括都沿着Y方向延伸的交替的凸柱面微透镜1581和凹柱面透镜1582的阵列。因此，散射结构158仅仅增加了X方向上的发散。由于具有恒定曲率的柱状，所以角度分布在X方向上是，至少是较好近似的，矩形。
如果在Y方向上的发散也增加，那么可在第一散射板158的另一侧设置类似的微透镜1581、1582的阵列，但是其具有与所述微透镜正交的取向。原则上,除了正交取向，还可以提供其他，在板的一侧提供交叉的微透镜或者为微透镜的每个阵列提供单独的支持件，这将在下面的5.2.1部分中进一步解释。如果第一散射板158产生的发散在Y方向上比在X方向上小，那么在X方向上产生发散的微透镜的曲率必须小于在Y方向上产生发散的微透镜的曲率。
可通过类似于制造在光学积分器56中包含的微透镜地模制或者加工衬底1557而形成微透镜1581、1582。
现在将参考图23到32描述第一散射板的各个可选实施例，所述图23到32类似于图22示出了沿X方向的横截面。当然，在这些实施例中，如果在Y方向上的发散也增加，则在支持件的另一侧上、支持件的同一侧或者在不同的支持件上可提供正交的微透镜的第二阵列。并且，还可以对于产生X方向的发散的微透镜以及产生Y方向的发散的微透镜具有不同的设计。
图23示出了通过第一散射板258的横截面，所述散射板258仅仅包括具有同样形状的凸柱面微透镜2581。
图24示出了通过第一散射板358的横截面，所述散射板358仅仅包括具有同样形状的凹柱面微透镜3582。
图25示出了通过与图21和22中所示的散射板158类似的第一散射板458的横截面。然而，在该实施例中，凸柱面微透镜4581被沿着Y方向延伸的矩形平面区域4583相互隔开。这种隔开确保在相邻的微透镜4581相遇之处没有尖锐的边缘存在。这样的边缘对于角度分布经常具有不希望的影响。
如果平面区域4583具有大的宽度w，那么光的大部分有效地通过平面平行的板，所述板不会增加几何光通量。然而，在所示的实施例中，区域4583的宽度w非常小，使得类似于在小的缝隙阵列中所观察到的，光被衍射。更特别地是，确定宽度w，使得衍射导致的角度分布与微透镜4581导致的角度分布至少是近似相同的。
在图23和24中分别示出的第一散射板258、358中，所有微透镜具有相同的形状并且形成规则阵列。为了避免与第一积分器部件56不希望的交互作用，微透镜的间距应该根据上面的4.3.2部分仔细选定。
图26示出了通过包括多个不同的凹柱面微透镜5582的第一散射板558的横截面。微透镜5582具有相同的曲率但是不同的间距p1、p2、…、pn。在该实施例中，在相邻微透镜5582之间形成的纵向边缘设置在平面5585中，所述平面5585平行于第一散射板558的底面。
微透镜5582的变化的间距p1、p2、…、pn的结果是，产生具有近似为矩形形状的角度分布，但是具有变化的宽度。如果微透镜的间距p1、p2、…、pn根据高斯概率分布变化，那么从所有微透镜5582获得的整体角度分布将至少近似于高斯形状。下面将参考图45进一步具体解释这点。
如果间距p1、p2、…、pn在小范围内改变，例如在48μm到50μm之间，那么离矩形角度分布的偏差较小。即使间距p1、p2、…、pn的小变化，其足以引入伪随机的不规则性，从而减少了在第一散射板和第一积分器部件561之间的不希望的交互作用。
通过仔细地选择曲率中心的高度，也能够影响衍射效果，所述衍射效果在间距p1、p2、...、pn非常小时出现，例如所述间距在波长λ＝193nm处小于50μm。因此，在这样的配置中，第一散射板558的散射功能是折射和衍射效果的组合，所述折射和衍射效果都可通过选择前述设计参数选择地确定。
因为微透镜5582阵列并不是严格周期性的，所以它不产生明显的Talbot干涉图形，或者Talbot干涉图形的对比度显著降低。这导致在掩模面70中更加均匀地强度分布。
图27示出了通过也包括具有变化的间距p1、p2、…、pn的凹面微透镜6582的另一个第一散射板658的横截面。与图26所示的实施例对比，微透镜6582的顶线，而不是在相邻微透镜之间的纵向边缘，被设置在共同平面6685中，所述共同平面6685平行于第一散射板658的底面。这具有在相邻微透镜6582之间的纵向边缘设置在距离底面不同的高度的效果，并且因此相对于它们的顶线，微透镜6582通常不是对称形状。结果，在该实施例中微透镜6582产生非对称的角度分布。然而，如果微透镜6582的数量足够大，那么仍然可获得高度对称的角度分布。
另外，在该实施例中，间距的变化具有减少在第一散射板和第一积分器部件561之间不希望的交互作用，并且特别是减少Talbot干涉图形的对比度的效果。
图28示出了通过也包括多个具有变化的间距p1、p2、…、pn的凹面微透镜7582的第一散射板758的横截面。然而，与图26和27中所示的实施例对比，既没有在共同平面中设置微透镜7582的顶点，也没有设置在相邻微透镜7582之间的纵向边缘。这进一步增加了散射板758的伪随机不规则性，考虑到与第一积分器部件561的不希望交互作用，所述不规则性具有有利的影响。
通过沿着它们的纵向轴提供具有可变宽度的微透镜7582’仍然可进一步增加伪随机不规则性。图29示出了利用该原理的第一散射板758’的俯视图。这里，在相邻的微透镜7582’之间的每个第二个边缘7587’以伪随机的方式弯曲，使得每个微透镜7582’的间距在Y方向改变。这个原理也可用于在图21到28中所示的前述实施例中的任一个。在俯视图中所示，在散射板758’中，边缘7587’全部具有相同的形状。然而，即使该形状对于每个微透镜7582’也可能是不同的。当然也能够在每个任意一对微透镜7582’之间有曲线边缘7587’。
图30示出了通过包括多个凸柱面微透镜8581的散射板858的横截面。所有的微透镜8581具有同样的间距p，但是微透镜8581的曲面具有不同的非圆横截面。出于演示的原因，在图30中夸大了差异。为了在微透镜阵列中引入不规则性，在微透镜8581的曲面之间的较小差异可以满足。
与图26到29中所示的实施例类似，第一散射板858产生的角度分布不是精确的矩形，而是在边缘具有斜坡。然而，利用具有非圆横截面的柱面微透镜相当可观地扩大了设计自由度。通过仔细设计微透镜8581的曲面，能够产生几乎任意的角度分布、在掩模面70中产生在辐照分布中希望的非均匀性或者补偿某种效果，该效果否则在掩模面70中的辐照分布中产生不希望的非均匀性。
图31示出了包括多个凸柱面微透镜9581的第一散射板958的横截面。第一散射板958不同于图30中所示的实施例在于，微透镜9581也具有不同的曲面，但是所有这些表面是具有不同半径r1、r2、…、rn的圆形横截面。
考虑到获得近似矩形的角度分布，在图30和31中所示的实施例中组合表面形状变化和间距变化是有利的，所述间距变化连同图26到28所示的实施例已经在上面解释。
图32示出了通过具有完全随机化的表面的第一散射板的横截面。这样的表面可通过包括随机的工艺步骤的制造工艺获得。例如，通过研磨并且/或者蚀刻玻璃屏，至少在特定限制内,在该工艺中获得的表面形状不可能控制得非常精细，因此它随机变化。然而，通过这样的完全随机的表面产生的角度分布总是至少基本上是高斯型，这就将这种第一散射板1058的使用限定在希望高斯分布的应用中。并且，高斯分布的参数总是难于在制造工艺中控制。
因此，也可以设想利用微光刻方法产生两维的伪随机表面，所述伪随机表面当它们通过用包括随机工艺步骤的制造工艺所获得随机表面生成时，产生高斯型角度分布。这种表面的优点是能够精确地预知高斯分布的参数，使得所有制造的散射板具有相同的光学特性。
图33和34分别以透视图和沿线XXXIV-XXXIV的截面的方式示出了第一散射板1158。第一散射板1158包括多个每个具有复曲面形状的微透镜11581。
在所示实施例中，复曲面微透镜11581的曲率在X-Z平面上比在Y-Z平面上大。这确保在X方向上产生的发散比在Y方向上产生的发散大。利用复曲面微透镜11581，如果要同时在X和Y方向上产生发散，不需要在散射板的两侧都提供微透镜。
图35和36以俯视图和沿线XXXVI-XXXVI的截面图的方式示出了第一散射板1258。第一散射板1258包括多个设置成规则栅格状阵列的凸球面微透镜12581。根据希望的角度分布，可使用具有非球面微透镜的实施例。每个微透镜12581具有二次圆周，使得微透镜12581的光学效果并不是完全地旋转对称。代替地是，角度分布具有四重对称。第一散射板1258仅仅适合于那些希望或多或少的旋转对称的角度分布的应用。然而，这样的设计对于第二散射板60是特别有利，这将在下面进一步解释。
4.3.5衍射设计
下面将参考图37到43描述各个实施例，在所述图37到43中，第一散射板58包括衍射光学结构。这些衍射结构至少在一个方向上增加了发散。下面一组产生基本上完全的角度分布的衍射结构将被称作衍射单元。因此，单个衍射单元对应于在4.3.4部分中描述的衍射设计的微透镜。
衍射散射板使得能够产生几乎任意的角度分布。然而，衍射单元产生的角度分布总是离散的，但是通过平滑弯曲折射表面产生的角度分布是连续的。单元越小，那么所产生的角度分布越离散，反之亦然。
图37示出了包括多个衍射结构92的衍射单元M1的俯视图。这种类型的衍射单元通常称作计算机生成的全息图（CGH），并且在至少一个方向上产生预定的角度分布。
图38a示出了另一个包含衍射结构93的单元M2，所述衍射结构93形成至少基本上旋转对称的菲涅耳透镜。图39a示出了包含形成柱面菲涅耳透镜的衍射结构94的衍射单元M3的俯视图。
如果衍射单元M以严格的周期阵列设置，那么可能在第一散射板58和光学积分器56之间出现上面在4.2部分中已经解释的不希望的交互作用。由于这个原因，衍射单元M的阵列应该随机化至少到某个程度，并且/或者应该进行如在4.3.2部分中所解释的合适的间距选择。
图40示出了包括以周期性栅格方式设置的多个衍射单元M的第一散射板1358的示意性俯视图。假定衍射单元M仅仅在X方向衍射光。为了避免在一侧的衍射单元M与在另一侧的第一积分器部件561的微透镜之间频繁的相关性，在所述方向上，应该根据在4.3.2部分所解释的原理选择衍射单元M的间距p。
图41示出了包括多个衍射单元M的第一散射板1458的示意性俯视图。在该实施例中，衍射单元M的间距p沿着发散增加的X方向变化。较小的衍射单元M的效果取决于在其中包含的衍射结构的类型。例如，如果在图39a中所示的衍射单元M3在长度上减少而不改变衍射结构94的设置，那么将产生较小的角度分布。如果在图37中所示的衍射单元M的X方向上的长度减少，那么角度分布将有同样的宽度，但是分布将变得更加离散。
图42示出了第一散射板1558的示意性俯视图，在第一散射板1558中，衍射单元M的间距在每行中不同。这进一步增加了整个衍射单元M产生的角度分布的伪随机不规则性。
图43以示意性的俯视图示出了包括多个等间距的衍射单元M1、M2、…、M6的第一散射板。因此，单元M1、M2、…、M6以类似于图40中所示的实施例的规则方式设置。然而，在该实施例中，就衍射单元M1、M2、…、M6中包含的衍射结构的设置来说，衍射单元M1、M2、…、M6彼此不同。这可相比于图30和31分别示出的折射散射板858和958。
通过放大或者缩小给定的单元结构可获得不同的单元结构。这相应于在图31中所示的折射散射板958中半径ri的增加或者减小。在图38b中示出了这种对于衍射结构成比例变换的实例。在衍射单元M2’中，通过放大图38a中所示的衍射单元M2的衍射结构93获得衍射结构93’。
另一种获得不同的单元结构的方法是将给定的单元结构沿着应该获得散射效果的方向移动。这在图39b中示例性地示出。这里衍射单元M3’从图39a所示的衍射单元M3通过沿着X方向移动衍射结构94获得。这在图27所示的折射散射板658中获得了类似的效果。
应该注意，所提出的关于单元间距和单元结构的变化通常会影响角度分布。然而，这在衍射单元M的设计中也可考虑，使得用衍射单元的伪随机化的阵列获得希望的角度分布。
当然，可以组合一些或者全部变化，特别是关于单元间距p和单元内容的变化，以进一步增加第一散射板58的随机性质，所述第一散射板58避免了与第一积分器部件561的不希望的交互作用。
5．第二散射板
下面将具体解释用于第二散射板60的一般功能和各种实施例。
5.1第二散射板的一般功能
第二散射板60可具有一种或者多种下述的功能：
第二散射板60的一个功能是确保沿着Y方向在掩模面70中的辐照分布具有希望的形状。这要求将第二散射板60沿着Y方向产生的角度分布与通过第一散射板58（如果有）和光学积分器56产生的沿着该方向的角度分布适配。
如果沿着Y方向（例如，扫描方向）的辐照分布是矩形，那么作为脉冲量子化的结果可能出现不希望的特征尺寸变化。为了减少或者甚至完全避免脉冲量子化效应，辐照应该在辐照分布的两端平滑的增加和降低，所述脉冲量子化在上面提到的国际申请WO 2005/078522中具体描述。斜坡可以是线性的，所述线性导致辐照分布的整体的梯形形状，或者是例如，基本为高斯形状。
第二散射板60的另一个功能是避免在二次光源82产生的光束之间不希望的相关性。这意味着减少了由第二积分器部件562中的衍射导致的在辐照分布上的不利效果。
第二散射板60的另外的功能是当光通过掩模面70时改善光的角度分布。对于这点优选将第二散射板60设置在光学积分器56和聚光器62之间。在这个位置，第二散射板60设置在离光瞳面54一定的距离，使得可获得用于二次光源的模糊效应。优选通过模糊效应将二次光源扩大到这样的程度使得相邻的二次光源在光瞳面54中相邻或者甚至重叠。结果，能够在掩模面70上获得连续的角度分布，这对于特定照射设置是有利的。
第二散射板60还对于照射***12的远心性和椭圆率具有有利的影响。
与第一散射板58类似，第二散射板60具有这样的特性，所述特性是产生角度分布的子结构的尺寸较小，优选比光学积分器56的微透镜的间距小20%。
下面假设沿着Y方向的希望的辐照分布具有这样的半值宽度的高斯形状，所述半值宽度确保照射场14的希望的纵横比。如前所述，考虑到脉冲量子化效果，这样的辐照分布形状是有利的。主要用光学积分器56和散射板58、60的组合能够产生这样的辐照分布。这意味着无需例如利用梯度吸收过滤器元件阻断光。下面将参考5.2部分中所描述的实施例解释如何获得沿着Y方向的高斯型辐照分布的可能实现。
然而，将二次光源在X和Y方向上都扩大要求第二散射板60也要增加在X方向上的发散。这是不希望的，因为其导致在X方向上，即垂直于扫描方向上的非矩形的辐照分布。必须阻断辐照分布沿着X方向的横向边缘处的平滑斜坡，例如利用视场光阑66。如果光损失保持较小，那么第二散射板60必须具有类似于第一散射板58的变形散射效果。因为这样的第二散射板60没有在X方向上扩大二次光源，所以在一方面在掩模面70中具有基本连续的角度分布和另一方面具有小的光损失之间需要做出折衷。
这里假设二次光源应该同时在X方向和Y方向上增加。为此，第二散射板60产生旋转对称并且具有高斯形状的角度分布，如图44所演示。
5.2不同的设计方法
下面将参考图45到49解释用于第二散射板60的不同的设计方法。
原则上，可利用折射设计、衍射设计或者组合折射和衍射效果的设计实现第二散射板。由于这个原因，所以在上面4.3.1部分中所描述的与第一散射板58相关的所有设计都可相同地用于第二散射板60。然而，折射设计通常更优选用于第二散射板60。这是因为作为衍射光学元件的受限的衍射效率的结果，衍射光学元件通常会导致比折射光学元件更高的光损耗。下面的评论涉及折射设计，但它们也可以应用于衍射方面，如果用合适的衍射单元替代微透镜。
如果要产生如图44中所示的两维的角度分布，那么应该考虑下面的方法：
5.2.1在不同侧的两个微透镜阵列
如上进一步解释的，通过在衬底的一侧上设置第一平行微透镜阵列以及在另一侧上设置垂直的微透镜第二阵列，可获得两维的角度分布。可选择地是，可在两个不同的衬底上形成阵列。在两种情况中，通过仔细选择每个阵列的设计参数，能够对完全相互独立的每个方向确定散射效果。
下面将参考图45解释为了产生高斯角度分布使用的近似。这里第二散射板60包括多个产生具有不同角度宽度的矩形角度分布的微透镜。角度宽度随着在中心角度α0=0°的高斯概率分布而改变。然后所有具有不同宽度的矩形角度分布的重叠导致整个角度分布具有高斯形状。在图45中演示了四种不同的角度分布AD1、AD2、AD3和AD4。微透镜的数量越大，高斯角度分布的近似就越好。
为了进一步沿着扫描方向平滑图45中所示的台阶轮廓，从两个微透镜的阵列的正交方向偏离是有利的。例如，在两侧的微透镜可形成在89°和80°之间的角度。
如果微透镜阵列设置在不同的衬底上，那么衬底可设置为使得一个或者两个衬底通过操作者可绕着同轴的轴或者至少平行于光轴26的轴旋转。然后能够调节在微透镜阵列之间的角度。
两个微透镜阵列从90°的偏离的取向使得一个阵列产生具有沿着另一个阵列方向的部分的角度分布的效果。这部分导致平滑效果。用数学语言说，结果就是图45中所示的台阶外形与该轮廓的投影的卷积。投影的实际宽度取决于在两个微透镜阵列取向之间的角度，并且与该角度的余弦成比例。因此，如果选择取向角使得轮廓投影的宽度与台阶宽度可相比，那么卷积就具有可观的平滑效果。
还可以考虑设置微透镜阵列，使得它们不平行于扫描方向对准。如果微透镜产生具有小波纹的角度分布，并且这些波纹平行于扫描方向对准，那么入射到掩模上单一点上的全部光能（剂量）将因此改变。然而，如果没有微透镜阵列平行于扫描方向对准，那么在辐照分布中的波纹也将相对扫描方向倾斜。然后扫描运动导致许多波纹上的平均效果，所述平均效果具有通过掩模上每个点接收的恒定的全部光能（剂量）的效果。
除此以外，在其中没有阵列平行于扫描方向对准的配置具有减少不希望的Moire图形的优点，否则所述Moire图形作为与光学积分器56的规则微透镜阵列的交互作用将出现。
如果两个阵列都设置在一个衬底上，则可旋转它们，以相对于扫描方向避免微透镜阵列的平行取向。如果两个阵列设置在不同的衬底上，则旋转一个衬底已经足够。然而，为了保持在阵列之间的相对角度，两个衬底可被共同旋转。
如果不要求调整微透镜的角度位置，那么无需操作者。在这种情况中，衬底可固定地接纳在安装件中，其确保希望的角度位置或微透镜阵列。
5.2.2两个在一侧交叉的微透镜阵列
如果两个柱面微透镜阵列在衬底的一侧上交叉，那么这将导致类似于上面参考图33到34所述的用于第一散射板1158的配置。在该实施例中所示的微透镜11581具有复曲面表面，但是也可使用通过交叉两个柱面表面获得的表面。
当然，在这种情况中，也可考虑柱面透镜的非正交取向。
5.2.3旋转对称轮廓
作为进一步的选择，可使用例如图35和36所示的旋转对称微透镜。在该实施例中，为了获得图44和45中所示的高斯整体角度分布，微透镜的半径应该根据高斯概率分布而改变。其他的透镜参数，例如，曲率中心或者折射率，可额外地或者可选择地改变。
5.3.其他设计方面
下面将参考图46到49描述用于第二散射板60的其他有利的设计方面。
图46高度示意性示出的没有成比例缩放的三个第三微透镜562X、聚光器62以及视场光阑面64。两组虚线97、98表示每个在相同的孔径角度下离开第三微透镜562X的光束，其随后会聚到视场光阑面64中的同一场点。第三微透镜562X的数量越高，越多的光线97、98将在不同的角度下辐照到视场光阑面64中。然而，由于第三微透镜562X的有限的数量，在视场光阑面64中不是完全连续的角度分布。当然，对于Y方向也是同样的。
图47示出了同样的配置，但是还包括设置在光学积分器56和聚光器62之间的额外的第二散射板60。第二散射板60通过多个被散射的光线99产生在图47中示出的连续角度分布。优选确定最大散射角度αmax，使得散射的具有最大散射角度αmax的光线99’如果朝着第三微透镜562X向后延伸将以距离δ射到第三微透镜562X上，所述距离δ至少与第三微透镜562X的间距p一样大。
如果从视场光阑面64看，似乎入射到视场光阑面64上的投影光通过二次光源82’产生，所述二次光源82’在X方向上具有至少与第三微透镜562X的间距p一样大的延长。换句话说，然后二次光源在X方向上在光瞳面54中相邻或者甚至重叠。当然对于Y方向也可应用同样的考虑。
邻接或者重叠二次光源的结果是，投影光以连续的照射角度范围入射到视场光阑面64中的任何点上，其中所述范围通过照射设置确定。
理想地，在光瞳面54中的辐照分布是均匀的。也可通过第二散射板获得该特性，如参考图48和49所解释的一样。
图48示出了三个相邻二次光源82相对于Y方向的在光瞳面54中的强度分布J。在示意性的表示中，为了简单起见，二次光源82通过梯形强度分布表征。在这些分布之间保持有没有光通过的间隙。
然而，通过仔细设计第二散射板60的散射特性，能够有效地加宽二次光源82，使得每个单一二次光源82的强度分布的半值宽度相交。
这在图49中示出。同样为了简单起见，这里假设第二散射板60有效地加宽了二次光源82在光瞳面中的强度分布，但是保留了它们的梯形形状。所述强度分布加宽到这样的程度，使得相邻的强度分布的半值宽度w邻接。然后，重叠的强度分布82’均匀地照射光瞳面54，并且所有的照射角度以相同的强度在0°和最大角度αmax之间出现，所述最大角度αmax通过瞳孔的直径确定。当然在严格意义上，这仅仅在常规的照射设置具有最大值σ的情况下才会实现。在其他照射设置的情况中，通过设置限定完全并且均匀照射的场。
因此，可仅用那些为了获得不同的照射设置提供的装置单独地限定角度分布。在照射***12中，这些包括第一光栅元件34、可变焦透镜组46以及一对轴锥元件48。因此，光学积分器56和散射板58、60确保在限定掩模面70中的角度分布中，除了通过所述装置限定光瞳面54中的强度分布外，不需考虑其他参数。
如果照射***12包括三个增加几何光通量的光学元件，即光学积分器56和两个散射板58、60，那么需要考虑在这三个光学元件中所述增加是如何分布的。在这方面，已经发现按照下述方式限定通过第一散射板58、光学积分器56以及第二散射板60产生的最大发散是有利的：
NA1X≤NA2X；
NA2X>5·NA2Y；
0.9·NA3Y<NA3X<1.1·NA3Y。
其中，分别对于X方向和Y方向，NA1X是通过第一散射板58产生的最大发散角度，NA2X和NA2Y是通过光学积分器56产生的最大发散角度，以及NA3X、NA3Y是通过第二散射板60产生的最大发散角度。

Claims (25)

1.一种用于微光刻投影曝光设备的照射***，包括：
a)光源，
b)光学积分器，其包括第一光学子元件(561X、561Y、562X、562Y)并且产生多个二次光源(82)，该多个二次光源的每一个发射光束，
c)聚光器，其使得所述光束在掩模面中重叠，
d)第一散射结构，其包括多个第二光学子元件，且在光传播方向上设置在所述光学积分器前面，其中每个第二光学子元件产生基本矩形角度分布，以及
e)第二散射结构，设置于所述光学积分器和所述聚光器之间。
2.根据权利要求1的照射***，其中所述光学积分器(56)是复眼积分器，其包括第一积分器部件(561)和第二积分器部件(562)，每个所述部件包括多个第一光学子元件(561X、561Y、562X、562Y)。
3.根据前述权利要求中任一项的照射***，其中在垂直于所述照射***(12)的光轴的方向上，所述第一光学子元件具有第一间距并且所述第二光学子元件具有第二间距。
4.根据前述权利要求中任一项的照射***，其中所述第二光学子元件被设置为周期性阵列。
5.根据权利要求3或4的照射***，其中所述第一间距大于所述第二间距。
6.根据前述权利要求中任一项的照射***，其中所述第二散射结构包括设置成非周期性的阵列的光学子元件。
7.根据前述权利要求中任一项的照射***，其中所述第一光学子元件在几何光通量增加的方向上具有第一间距d1＜1000μm。
8.根据权利要求7的照射***，其中d1＜600μm。
9.根据权利要求7或8的照射***，其中所述第二光学子元件在几何光通量增加的方向上具有第二间距d2＜d1。
10.根据前述权利要求中任一项的照射***，其中每个所述第二光学子元件包括微透镜。
11.根据权利要求10的照射***，其中所述微透镜具有柱面形状。
12.根据权利要求1的照射***，其中每个第二光学子元件产生变形的角度分布，使得几何光通量在正交方向上被增加到不同程度。
13.根据权利要求12的照射***，其中在沿着所述投影曝光设备的扫描方向，相比于垂直于所述扫描方向的方向，所述几何光通量被增加到较小的程度。
14.根据权利要求13的照射***，其中所述几何光通量沿着所述投影曝光设备(10)的扫描方向基本不增加。
15.根据权利要求2的照射***，其中每个第二光学子元件与所述第一积分器部件的所述第一光学子元件、所述第二积分器部件的第一光学子元件一起，产生足够完全照射的角度分布。
16.根据权利要求1的照射***，其中在所述第一散射结构和所述光学积分器之间的距离不同于所述第一散射结构的Talbot距离。
17.根据权利要求1的照射***，其中所述第一光学子元件具有通过第一边界线限定的形状，所述第二光学子元件具有通过第二边界线限定的形状，并且其中，所述第一边界线和所述第二边界线形成在0.1°＜α＜89.9°之间的角度α。
18.根据权利要求1的照射***，其中所述第二散射结构包括在第一方向上增加几何光通量的第一类型的光学子元件，以及在第二方向上增加几何光通量的第二类型的光学子元件。
19.根据权利要求18的照射***，其中所述第一类型的光学子元件在所述投影曝光设备的扫描方向上产生高斯角度分布。
20.根据权利要求18到19中任一项的照射***，其中所述第二类型的光学子元件垂直于所述投影曝光设备的扫描方向产生矩形角度分布。
21.根据权利要求18到20中任一项的照射***，其中所述第一类型和第二类型的光学子元件被设置在共同支持件的相对侧上。
22.根据权利要求19的照射***，其中所述高斯角度分布通过重叠多个不同宽度的基本矩形的角度分布而近似。
23.根据权利要求22的照射***，其中所述第二类型的光学子元件是具有不同间距的柱面状微透镜。
24.根据权利要求1的照射***，其中所述第一和第二散射结构以下述方式改变所述角度分布，所述方式在没有所述至少一个散射结构时，通过扩大所述二次光源使得它们相邻或者重叠而获得。
25.一种投影曝光设备，其包括根据前述权利要求中任一项的照射***。
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