TWI464542B - 微影投射曝光裝置的照射系統 - Google Patents

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Description

微影投射曝光裝置的照射系統
本發明一般係關於照射系統，用以照射微影曝光裝置中之光罩，尤其是關於包含鏡陣列之系統。
微影(亦稱為光學微影或簡稱微影)為製造積體電路、液晶顯示器、及其他微結構裝置的技術。微影程序結合蝕刻程序，用以圖案化特徵在例如矽晶圓之基板上的薄膜堆疊中。於製造各層時，晶圓首先塗佈光阻，其係對輻射敏感的材料，例如深紫外光(DUV)或軟X射線輻射(EUV)。接著，頂上具有光阻的晶圓暴露於投射曝光裝置中的透射光。此裝置將含有圖案之穿透式或反射式光罩投影到光阻，而使光阻僅在由光罩圖案決定的區域被曝光。曝光之後，顯影光阻以產生對應光罩圖案之影像。然後，蝕刻程序將圖案轉移到晶圓的薄膜堆疊。最後，移除光阻。以不同的光罩重複這些程序，造成多層式微結構元件。
投射曝光裝置典型包含用以照射光罩之照射系統、用以對準光罩之光罩台、投影物鏡、以及晶圓對準台，係用以對準塗佈有光阻之晶圓。照射系統照射光罩上的場，其具有例如矩形或彎曲狹縫形狀。
隨著製造微結構裝置的技術進步，對照射系統的要求亦不斷增加。理想上，照射系統照射光罩上照射場的各點，而透射光具有良好定義的輻照度(irradiance)及角分布。角分布(augular distribution)一詞描述光束的光能在構成光束的光線各種方向是如何分布的，其中光束朝光罩平面的特定點集中。
照到光罩之投射光的角分布通常配合欲投影到光阻的圖案類型。舉例而言，相對大尺寸的特徵可能需要跟小尺寸特徵不同的角分布。最常用的投射光角分布為傳統、環形、雙極及四極照射設定。這些用語表示在照射系統之系統瞳表面之輻照分布。例如，以環形照射設定而言，在系統瞳表面僅照射環形區。因此，在投射光角分布僅呈現有小範圍的角度，因此所有光線以類似的角度傾斜地照到光罩。
於EUV投射曝光裝置中，照射系統通常包含鏡陣列(有時亦稱為組合反射鏡(facet mirror))，將EUV光源產生的投射光朝系統瞳表面導引，而在系統瞳表面得到所需的強度分布。
WO 2005/026843 A2提出一種DUV照射系統，利用鏡陣列照射瞳表面。為了增加在光罩平面產生不同角分布的彈性，各個鏡子可繞兩個垂直的傾斜軸傾斜。設置在鏡陣列及瞳表面間的集光透鏡，將鏡子產生的反射角轉譯成瞳表面的位置。此習知照射系統可在瞳表面產生複數光點，其中各光點關聯一個特定顯微鏡，且藉由傾斜此鏡可自由地移動過瞳表面。亦提出利用適性鏡改變光點的尺寸，其中適性鏡具有利用致動器(例如壓電致動器)而可在有限範圍變化形狀之鏡表面。
US 2005/0018269 A1揭示一種校正裝置，其可加熱微影曝光裝置之投影物鏡所含之所選鏡的某些部份。為達此目的，光線掃描過鏡子欲加熱的部份。此裝置可非常選擇性地增加溫度，而可達到所需的溫度分布，尤其是旋轉對稱的溫度分布。於一實施例，所需溫度決定為使加熱鏡以預定方式改變形狀，藉此校正物鏡其他光學元件中所產生的像差。
WO 2004/092843 A2揭示一種微影曝光裝置之EUV投影物鏡之校正裝置，其將校正光導到物鏡之大型鏡的其中一個。校正光控制成使反射表面附近的溫度接近鏡基板熱膨脹係數為零之處的溫度。
EP 0 532 236 A1揭示另一種微影曝光裝置之EUV投影物鏡之校正裝置。於一實施例中，紅外線輻射導到物鏡之大型鏡的其中一個。紅外光控制成使鏡子的形狀即使在高能EUV投射光的影像下實質不會改變。於其他實施例中，為相同目的，將加熱或冷卻裝置整合到鏡支撐件。
揭露於前述WO 2005/026843 A2中包含適性鏡之鏡陣列尤其具有優點，因為可加入額外的反射能力，以校正後續集光器非理想的光學性質，或校正材料缺陷及製造公差造成的像差。然而，使用於此文獻所提出的壓電致動器具有一些缺點。為了達到所需的鏡表面曲率，需要提供許多此類的致動器，而增加系統的複雜度。舉例而言，必須提供非常多的電接腳以獨立控制壓電致動器。在小於100cm2之總面積上包含有數千個鏡元件的鏡陣列中，電佈線密度變得非常關鍵。除此之外，在變化溫度的狀況下，很難得到所需的鏡元件表面形狀。
因此，本發明之目的在於提供照射系統，其可非常精確又多變化地變化在系統瞳表面由鏡元件產生之光束的光點形狀，但是又具有較低的系統複雜度。
此目的藉由包含主光源、系統瞳表面、及鏡陣列之照射系統達成。鏡陣列設置於主光源及系統瞳表面之間。鏡陣列包含複數適性鏡元件，其中各鏡元件可相對於支撐結構傾斜地裝設。各鏡元件包含鏡支撐件及反射塗層，且用以將主光源產生之光朝系統瞳表面導引。根據本發明實施例，鏡元件包含具有不同熱膨脹係數且彼此固定附接的結構。照射系統更包含溫度控制裝置，用以變化地修改結構內的溫度分布，以改變鏡元件的形狀。
因此，本發明實施例探索出的效應在於，當溫度改變時，包含不同熱膨脹係數材料之板件會彎曲，類似於用於溫度控制器之雙金屬條。本發明更基於以下考量，不僅同時可非常精確地計算鏡元件加熱或冷卻某些目標區之溫度輪廓，亦可預測發生於此溫度輪廓的變形。於本發明實施例範圍中，此預測必須考慮不同熱膨脹係數產生的彎曲力。然而，鏡元件中非均質溫度輪廓造成的彎曲力也可列入考慮。
於複雜精細的鏡陣列中，不論如何應實行此類計算，以避免由於吸收投射光造成的鏡變形而產生的像差。因此，從計算的觀點而言，根據本發明鏡子適應性引致的溫度，實質不會加到系統的複雜度。
從硬體觀點而言，清楚可知其足以小心地加熱或冷卻鏡子上非常少及/或小的區域，而以非常高的精確性產生非常多樣化的不同變形。顯然地，相較於大量的壓電元件的控制，需要較少的佈線等來控制非常少(例如2或4)的加熱器或冷卻器構件。
本發明僅需要鏡元件包含具有不同熱膨脹係數且彼此固定附接的結構。較佳地，結構為具有一對平行表面之平面或曲形結構。通常此類結構是存在的，因為鏡元件典型包含鏡支撐件及塗佈於其上之反射塗層，其中結構皆具有不同的熱膨脹係數。由於熱膨脹係數間的差異越大，使得溫度改變造成的彎曲效應越大，若鏡元件對溫度改變需有高敏感度，熱膨脹係數間的差異應為實質的。金屬是可得到廣泛變化之大熱膨脹係數的材料類別，因此於一些實施例中由金屬形成結構。
然而，產生彎曲效應的結構不一定必須是反射塗層及鏡元件。由於反射塗層通常由具有交替折射率及不同熱膨脹係數之薄層堆疊而成，在溫度輪廓改變後由這些層產生的彎曲效應，可足以獲得所需的表面形狀。
另一方面，若需要更大的彎曲效應，反射塗層的貢獻可能不夠。因此，可考慮具有鏡支撐件，係由具有不同熱膨脹係數之至少兩層之層狀結構形成。
於一實施例，溫度控制裝置包含加熱或冷卻構件，施加於鏡支撐件。利用非常少的此類加熱或冷卻構件，可產生複雜的鏡元件變形。加熱或冷卻構件可由帕耳帖(Peltier)元件形成。加熱構件可包含導電電阻佈線圖案，係直接應用於鏡支撐件下側。
在EUV照射系統使用冷卻構件尤其有利，其中主光源用以產生具有波長低於50nm之投射光，較佳低於25nm，更佳是在13及14nm之間。由於鏡元件通常必須冷卻，因為鏡元件吸收了顯著部分照到的高能EUV投射光，並被加熱，所以冷卻可以局部解決方式執行，即不同部分的鏡元件冷卻到不同程度。舉例而言，鏡元件可配備有帕耳帖元件陣列，控制成使僅設置在某些區域(例如可具有條形或橢圓形輪廓)的帕耳帖元件***作，以及冷卻鏡元件的鄰近部份。
於較佳實施例中，溫度控制裝置包含輻射系統，用以選擇性將輻射導向到鏡元件之反射塗層之目標區。如此可改變鏡元件的形狀，因而修改反射能力，而無須在各鏡元件的有限可用空間中設置額外的電元件。因此，輻射系統提供針對鏡元件形狀的一種遠端控制。
一方面，鏡元件的反射塗層及輻射系統產生的輻射波長應決定為，使反射表面易吸收此輻射。如此確保最大的加熱效應並同時降低反射輻射的不利效應。
輻射系統可包含產生光闌(diaphragm)，係包含對應鏡支撐件上之目標區之孔徑配置。光闌由輻射源照射，並造影到鏡陣列，而使輻射僅照射目標區。藉由***不同的光闌，甚至可變化暴露於輻射之目標區。亦可藉由適當地決定光闌中孔徑，使不同鏡元件具有不同的目標區。
若輻射系統包含產生輻射束之次光源以及空間光調變器，其係用以移動輻射束於目標區上方，則可更容易地針對各鏡元件提供可個別變化的目標區。於此案例中，藉由移動輻射束，「寫入」目標區。若有需要，藉由適當地控制空間光調變器，可加熱任何鏡元件上之任意目標區。此類輻射系統尤其適合於目標區為線圖案之實施例。可能需要提供比一個還多的次光源及空間光調變器，以確保各鏡元件以足夠高的刷新速率(refresh rate)加熱。
於一實施例，鏡元件具有凹鏡表面，且溫度控制裝置用以修改結構內之溫度分布，使鏡元件在兩正交平面具有不同的焦距。此類散光(astigmatic)鏡元件尤其有利，因為若球面鏡反射於大入射角照到的光，則如此會抑制出現的像差。
散光變形的鏡元件對EUV照射系統尤為有用。因此，容許鏡元件之光學軸(不管傾斜角)相對於在光行進方向上就在鏡陣列之前的鏡子之光學軸，形成大於20°的角度，較佳為大於30°，而不會造成顯著的像差。越大的投射光束偏離，可以越有利又方便的方式設置照射系統之光學元件，尤其是關於裝設技術及空間需求而言。
舉例而言，與光源有關聯的對稱軸可相對於水平面形成小於45°的角度，較佳小於20°。於此類組態中，笨重的光源不必設置在半導體廠的地下室或在照射系統其他部件非常高的上方，而可方便地與EUV照射系統之鏡子並排設置。
在溫度控制系統的協助下產生鏡元件的散光形狀是有利的，因為針對陣列產生大量的散光鏡元件是很難又昂貴的。若提供溫度控制系統以額外地變化系統瞳表面之光點形狀，使用球形或至少旋轉對稱鏡，以及使用溫度控制系統產生容許大偏離角度所需之散光形狀，是較容易又較便宜的。然而，應了解，鏡元件起初亦可具有所需的散光效應，即不是因為溫度控制系統的協助而達到變形的結果。
於此案例中，照射系統包含鏡陣列，係設置於光源及系統瞳表面之間。此陣列包含複數鏡元件，其中各鏡元件相對於支撐結構可傾斜地裝設，且用以將主光源產生的光朝系統瞳表面導引。鏡元件具有凹形散光鏡面，即鏡元件在兩正交平面具有不同的焦距。並不一定要提供溫度控制裝置。
於一實施例，鏡元件包含包含熱阻障，熱阻障係具有比設置於熱阻障任一側之材料還低的熱傳導係數。此類熱阻障確保在目標區及相鄰材料所產生的熱或冷，在長時間仍限制在鏡元件的這部份。換言之，目標區一方面與相鄰材料間以及另一方面與包圍材料間的溫度差異，不會減少得太快。如此可降低目標區必須由溫度控制裝置加熱或冷卻的刷新速率，以確保鏡元件有穩定的光學性質。
 I.投射曝光裝置的一般結構
圖1為投射曝光裝置10之透視簡化圖，其包含照射系統12，用以產生投射光束。投射光束照射在含有微小結構18之光罩16上的場14。於此實施例，被照射的場14具有大約環片段形狀。然而，被照射的場14亦可有其他形狀，例如矩形。
投影物鏡20將照射場14內的結構18造影到沉積於基板24上之感光層22，例如光阻。基板24可由矽晶圓形成，係設置於晶圓台(未顯示)上，而使感光層22的頂表面精確地位於投影物鏡20的影像平面。光罩16利用光罩台(未顯示)定位於投影物鏡20的物件平面。由於投影物鏡20具有小於1的放大率，照射場14內結構18之縮小影像14’投射到感光層22。
於投射期間，光罩16及基板24沿與Y方向相同的掃描方向移動。因此，照射場14掃描於光罩16上，而可連續地投射比照射場還大的結構區。此類型的投射曝光裝置通常稱為「步進掃描裝置」，或簡稱為「掃描機」。光罩16及基板24間的速度比等於投影物鏡20的放大率。若投影物鏡20反轉影像，光罩16及基板24移動於相反方向，如圖1箭頭A1及A2所示。然而，本發明亦可用於在投射光罩期間，光罩16及基板24並不移動之步進機工具。
於所示實施例中，照射場14並未相對於投影物鏡20的光學軸26居中。此類偏軸照射場14可能需要某些類型的投影物鏡20。於其他實施例中，照射場14可相對於光學軸26居中。
II.照射系統的一般結構及功能
圖2為圖1所示之照射系統12之更詳細截面圖。為清晰緣故，圖2之圖式顯著地簡化且未依比例繪示。此尤其表示不同的光學單元僅由非常少的光學元件代表。實際上，這些單元可包含顯著更多的透鏡及其他光學元件。
照射系統12包含殼體28及光源，亦即於所示實施例中，光源實施為準分子雷射30。準分子雷射30發射具有波長約193nm的投射光。亦可考慮其他類型的光源及其他波長，例如248nm或157nm。
於所示實施例中，準分子雷射30發射的投射光進入光束擴張單元32，其中光束被擴張而不改變幾何光通量。光束擴張單元32可包含數個透鏡，如圖2所示，或可實現為例如鏡子配置。投射光自光束擴張單元32射出，成為實質準直光束34。於其他實施例中，此光束可具有顯著的發散。準直光束34照射到平面折疊鏡36，係用以降低照射系統12的整體尺寸。
自折疊鏡36反射後，光束34照到微透鏡40的陣列38。鏡陣列46設置於微透鏡40的後聚焦平面或其附近。亦如圖5所示，鏡陣列46包含複數小適性鏡元件Mij，其可繞著兩傾斜軸56x、56y(見圖5)彼此獨立地傾斜，兩傾斜軸較佳彼此垂直。鏡元件Mij總數可能超過100或甚至1000。鏡表面可具有繞射結構。於此實施例，鏡元件Mij數目等於微透鏡陣列38所含微透鏡40的數目。因此，各微透鏡40將聚光束導向到鏡陣列46的一個鏡元件Mij。
鏡元件應以非常高的精確性製造。高精準性可藉由利用模具或伽凡尼效應有關的模鑄程序或利用微影程序，自預成型體施加或移除材料而達成。
個別鏡元件Mij的傾斜移動由鏡控制單元50所控制，鏡控制單元50係連接到照射系統12之總系統控制52。用以設定鏡元件Mij所需傾斜角度之致動器，自鏡控制單元50接收控制訊號，而使個別鏡元件Mij能以因應控制訊號變化的反射角度，來反射照射光線。於所示實施例中，有著個別鏡元件Mij可設置的傾斜角連續範圍。於其他實施例中，致動器組態成僅可設定有限數量的個別傾斜角度。
自鏡元件Mij反射的光束照到第一聚光器(condenser)58，其確保現為至少實質平行光束之些微分散的光束照到產生複數次光源之光學整合器72。光學整合器72增加形成於光線與照射系統12之光學軸OA間之角度範圍。於其他實施例，可省略第一聚光器58，使照到光學整合器72之光束具有較大的分散度。
於此實施例，光學整合器72實施為蠅眼(fly’s eye)透鏡，包含兩個基板74、76，其各包含兩個平行圓柱形微透鏡正交陣列。亦可考量其他的光學整合器組態，例如包含具有旋轉對稱表面但為矩形邊界之微透鏡陣列的整合器。可參考WO 2005/078522 A、US 2004/0036977 A1、及US 2005/0018294 A1，其中皆描述適合照射系統12的各種類型光學整合器。
參考符號70表示照射系統12的系統瞳表面，其實質界定照到光罩16之光的角分布。系統瞳表面70通常為平面或些微彎曲，且設置於光學整合器72或其緊鄰附近。當系統瞳表面70之光角分布轉譯成後續場平面的強度分布時，光學整合器72實質決定光罩16上照射場14的基本幾何。由於光學整合器72在X方向比Y方向顯著增加角範圍，所以照射場14沿X方向具有比沿Y方向還大的尺寸。
從由光學整合器(optical integrator)72所產生之次光源射出的投射光進入第二聚光器78，為簡化目的，其在圖2中係由單一透鏡表示。第二聚光器78確保系統瞳表面70與後續設置有場光闌82之中間場平面80間的傅立葉關係。第二聚光器78於中間場平面80疊加由次光源產生的光束，藉此達到非常均質的照射中間場平面80。場光闌82可包含複數可移動片(blade)，並確保光罩16上的照射場14有鮮明的邊緣。
場光闌物鏡84在中間場平面80與設置光罩16之光罩平面86之間，提供光學共軛。因此，場光闌82由場光闌物鏡84鮮明地造影到光罩16。場光闌82與場光闌物鏡84可在其他實施例中加以省略。
如上所述，系統瞳表面70的強度分布轉譯成後續中間場平面80之角分布。若場光闌物鏡84具有放大率為1，則在光罩平面86再次出現角分布及中間場平面80(沒有場光闌物鏡84引起的像差)。若放大率的絕對值不是1，則放大或縮小角分布。因此，在鏡陣列46的協助下，藉由修改系統瞳表面70之強度分布，可變化在光罩平面86的角分布。
若角分布(即照射設定)應改變，則鏡陣列46之個別鏡元件Mij傾斜成使各個別鏡元件Mij產生的光點，在系統瞳表面70集合成對應所需強度分布的圖案。
若鏡元件Mij具有平面反射表面，則在系統瞳表面70產生的光點形狀，主要是根據微透鏡40之折射能力及照到的光束34分散度而定。自鏡元件Mij射出的光束具有或多或少與特徵化鏡元件Mij空間方位之傾斜角度無關的分散度。因此，通過第一聚光器透鏡58之光束具有至少實質相同的直徑及分散度。
然而，聚光透鏡58不具有理想光學特性。就所示實施例而言，此意味著不能針對各個及每個光束達到自鏡元件Mij反射光束的完美準直性。反而準直效應至少些微會根據光束照到聚光器58的位置及從其出現的方向而定。
結果，自聚光器58射出的一些光束不是準直的，而可能些微聚集或分散。結果，在系統瞳表面70之光束直徑(即光點尺寸)亦會些微變化。這些偏差將造成系統瞳表面70之強度分布偏離所需的強度分布。若這些偏離超過某些限度，可能察覺到在光罩平面86之角分布有無法忍受的偏離。
類似的考量亦適用於若第一聚光器58設計成產生不準直但分散或聚集的光束。第一聚光器58的非理想光學特性再次會造成系統瞳表面70降級的強度分布，因此在光罩平面86有較差的角分布。
為了避免這類不想要的效應，鏡陣列46的鏡元件Mij為適性(adaptive)的。因此，可改變鏡元件的形狀，以改變反射能力。藉由增加或減少反射能力，可變化反射光束的分散度。若鏡元件Mij將光束導到第一聚光器58的中心，相較於鏡元件Mij將光束導到第一聚光器58的周邊，則所需的反射能力可能必須不同。
若有其他需要，包含例如時間變量，鏡元件形狀的改變亦可能是有利的，光學效應導致在光罩平面86之角分布降級。舉例而言，吸收照射光造成的加熱，可能發生微透鏡40的折射能力改變。鏡元件Mij形狀的改變，亦可能有助於校正製造公差造成的像差。
以下將說明關於用以改變鏡元件Mij形狀之溫度裝置之各種實施例。
III.溫度控制裝置
根據第一實施例，照射系統12在殼體28中容置有溫度控制裝置90，其包含紅外線雷射源92，用以產生雷射束94。溫度控制裝置90更包含空間光調變器96，用以將雷射束94移動到鏡元件Mij的目標區上方。於此實施例，空間光調變器96包含可傾斜鏡98，其在適當的致動器協助下，可繞兩正交軸傾斜。此類可傾斜鏡98亦可利用MEMS技術實施，如Microvision申請的WO 2005/078506 A2所述。在可傾斜鏡98的協助下，可藉由適當地傾斜鏡子98，而將雷射束94導到鏡陣列46上的任意點。於選替實施例中，空間光調變器96包含可旋轉稜鏡或光電(electro-optical)元件的組合，而可藉由變化施加到元件的電壓來改變通過元件的光束方向。
空間光調變器96控制成使雷射束94連續地或間歇地移動於鏡元件Mij之目標區上方。雷射光的波長選擇成使其被鏡元件幾乎完全吸收或吸收至少超過80%。吸收的雷射光造成空間光調變器96導引雷射光所至的目標區內的溫度增加。
此乃顯示於圖3，其為單一鏡元件Mij的放大透視圖。鏡元件Mij包含鏡支撐件100及反射塗層102，其塗佈於鏡支撐件100的頂上。反射塗層102例如可由複數具有交替折射率之薄層所形成。反射塗層特別配合照射光的波長，以確保針對此波長有最大反射。就紅外線輻射而言，如雷射源92所產生的，此類反射塗層通常幾乎完全吸收。
鏡支撐件100本身可由兩個或更多彼此固定附接的個別平行結構形成，如圖3虛線所示。
參考符號104表示在反射塗層102上之投射光區域，係在照射系統12操作期間，讓投射光照到其上。沿X及Y方向相鄰的目標區106a、106b、106c、及106d，指示雷射束94導到其上。於其他實施例，投射光區域實質大於圖3所示，且目標區106a到106d可部分地或完全地重疊投射光區域104。在目標區106a到106d吸收紅外線輻射造成目標區106a到106d附近的溫度增加。
此乃顯示於圖4a及圖4b，係顯示沿X及Y方向鏡元件Mij的溫度輪廓(profile)。實線108表示單獨由投射光照到投射光區域104所產生的溫度輪廓。雖然反射塗層102對投射光具有高反射性，但是小量的吸收光造成溫度的增加，如圖4a及圖4b之實線108所示。於圖4a中，虛線110a及110c分別表示單獨由紅外線輻射照到相對目標區106a及106c之溫度輪廓。於圖4b中，折線110b及110d分別表示單獨由紅外線輻射照到相對目標區106b及106d之溫度輪廓。藉由將上述輪廓相加而得的總溫度輪廓以點虛線表示。
反射塗層102及鏡支撐件100具有不同的熱膨脹係數。以圖4a及圖4b之溫度輪廓而言，可利用以交叉設置的雙金屬條達到類似的效果。結果，當累積出圖4a及圖4b所示的溫度輪廓時，鏡元件Mij相對於沿X及Y方向延伸的兩正交軸彎曲。
於圖3中，假設鏡支撐件100的熱膨脹係數大於反射塗層102的熱膨脹係數。然後，溫度上升會導致鏡元件Mij凹面彎曲，如圖所示。加熱區域104及106a至106d的交叉設置，使彎曲至少實質旋轉地對稱。因此，在空間光調變器96的協助下，藉由將雷射束94導到鏡元件Mij，沿X及Y方向產生相同的正反射能力。若鏡元件Mij實質傾斜，則此反射能力可助於使系統瞳表面70中的反射光束的光點形狀保持固定。
圖5為鏡陣列46之透視圖。鏡元件M35顯示在繞兩正交傾斜軸56x及56y傾斜位置。雷射束94導到不同的鏡元件M65。虛線94’表示雷射束94在沿實質直線導過鏡元件M65之反射塗層102之後的時間點之雷射點。
當然，加熱鏡元件Mij之目標區可產生各種其他變形。若反射塗層的熱膨脹係數不小於而是大於鏡支撐件100的熱膨脹係數，則溫度上升導致鏡元件Mij凸面彎曲。亦可製造鏡元件，而使其在室溫具有實質曲率，且利用溫度控制裝置90增加溫度而降低此曲率。
鏡元件Mij形狀的改變，尤其根據紅外線輻射照射的目標區的大小和位置而定。圖6a至圖6d顯示可產生於鏡元件Mij之不同目標區。
圖6a顯示目標區106-1，其具有將鏡表面對稱分成兩個相等半部的長條帶幾何形狀。若在目標區106-1附近的溫度增加，則鏡元件Mij僅於與此條帶之縱向正交的方向彎曲。此類變形對於校正照射系統12的散光效應可能有所助益。
圖6b所示的目標區106-2類似於圖3所示的目標區106a至106d。結果，若紅外線輻射導到目標區106-2，則鏡元件Mij將類似地改變形狀。由於在鏡元件Mij中心產生額外的熱，所以導致曲率輪廓些微不同。
圖6a及圖6b的目標區具有優點在於，可描述成以移動雷射束94簡單產生的線圖案。
圖6c顯示具有圓碟幾何形狀之目標區106-3。此類圓碟會產生最旋轉對稱的彎曲力。
圖6d顯示目標區106-4，其亦導致鏡元件Mij至少實質旋轉對稱彎曲，但是相較於圖3、圖6b及圖6c，有些微不同的曲率輪廓。
藉由增加目標區106的溫度而得到鏡元件Mij的變形，亦根據呈現在鏡支撐件100及反射塗層102之任何內部應力而定。舉例而言，可產生形成反射塗層102之多層，而使得在製造程序後仍保留機械應力。此類應力可藉由增加這些層的溫度來釋放或增加。適當地選擇機械應力的方向，可影響在改變目標區106的溫度後所得的變形。
於前述中，假設所有的鏡元件Mij利用溫度控制裝置90以相同方式加熱。然而，於許多案例中，根據在鏡陣列46中的位置，鏡元件Mij需要產生不同的變形。舉例而言，越遠離鏡陣列46中心的鏡元件，可能越需要增加鏡元件的反射能力。
此類目標區106的例示組態顯示於圖7。本實施例的鏡陣列46包含121個鏡元件Mij，設置成矩形格柵形式。於此，假設中央鏡元件Mij完全不應變形。在溫度控制裝置90的協助下，幾乎在所有的鏡元件產生旋轉對稱變形，其中曲率應隨著與鏡陣列46中心的距離增加而增加。結果，鏡元件Mij距離中心越遠，目標區106越大。
雷射束94亦可用以修改反射塗層102的反射性質。若雷射束94在鏡元件Mij的特定位置維持夠長，則溫度會上升到某個程度，而使反射塗層的反射性實質減少。若例如光束不均質造成的投射光在暴露於投射光之區域104產生類似降級，此類蓄意降低反射塗層102的反射性，可能有所助益。然後，雷射束94可確保在部份的區域104得到一致的反射性(雖然較低)。
亦可刻意地產生反射性降低，以在系統瞳表面70之投射光強度及角分度，產生所需的光學效應。此類降低可為暫時的或永久的。
IV.選替實施例
圖8為根據另一實施例之鏡元件Mij的透視圖。鏡元件Mij藉由固態接頭112a、112b、112c、及112d，連接載體結構110。這些接頭112a、112b、112c、及112d藉由在產生縱向狹縫113後留在載體結構110之橋部所形成。為簡化緣故，用以繞傾斜軸56x、56y傾斜鏡元件Mij之致動器，並未顯示於圖8，其中傾斜軸56x、56y由相對的接頭112a、112b、112c、及112d對界定。
於此實施例，溫度控制裝置90包含複數加熱構件114，其連接鏡元件Mij到載板116，其亦由載體結構110中的狹縫113所界定。加熱構件114可獨立地驅動，而幾乎可在鏡元件Mij產生任意的溫度輪廓。再者，於此實施例，鏡元件Mij所含的結構並有不同的熱膨脹係數，確保鏡元件Mij產生的溫度輪廓導致修改鏡元件Mij光學性質的變形。
於圖8中，加熱構件114表示成若施加電壓加熱的小方塊。於選替實施例中，加熱構件藉由導電電阻佈線圖案形成，如圖9之鏡支撐件100的底視圖所示。於此，加熱構件114’設置於鏡支撐件100之底表面上方，且可個別地連接到電壓源，而可在鏡元件Mij產生各種溫度輪廓。
於圖10所示的實施例中，鏡元件Mij包含兩個平行加熱阻障118a、118b，於所示實施例中，係沿Y方向延伸於鏡元件Mij的整個長度。加熱阻障118a、118b具有矩形截面，且由具有比熱阻障118a、118b任一側之材料(例如Si)還低的導熱係數之材料(例如SiO2)所形成。熱阻障118a、118b的隔熱材料容納於可藉由蝕刻鏡支撐件100而形成之第一及第二溝槽120a、120b中。在第一及第二溝槽120a、120b之間，形成較低又較寬的第三溝槽122。填充第三溝槽122的材料的熱膨脹係數，不同於鏡支撐件100周圍材料。
若目標區106由雷射束94照射，會在目標區106產生熱，且此局部產生的熱會具有分布於整個鏡支撐件100的傾向。然而，由於熱阻障118a、118b，於目標區106產生的熱不能輕易的側流。因此，溫度的上升將較長時間侷限在熱阻障118a、118b間造成的空間，材料124與鏡支撐件100的熱膨脹係數不同，使鏡支撐件100沿垂直目標區106縱向延伸的彎曲軸彎曲。最後，熱會經由接觸插套(contact socket)126流出熱阻障118a、118b間的空間，插套126具有高導熱係數且將鏡支撐件100連接到散熱器128。
由於熱會較久侷限在鏡支撐件會導致所需鏡支撐件變形的部份，因此可降低雷射束94照射目標區106的刷新速率。
以具有非等向熱膨脹係數的材料，亦可達到類似的效果。舉例而言，若在目標區106下的材料124，在XZ平面具有比沿正交方向有更低的熱膨脹係數，則熱沿Z方向會比流入鏡支撐件100相鄰材料更快的流走，即經由插套126到散熱器128。可磊晶成長的結晶材料通常具有此類非等向熱膨脹係數。
應了解，上述實施例僅為例示性的。舉例而言，反射塗層的形狀(在利用溫度控制裝置90增加溫度之前或之後)，可例如為平的、旋轉對稱彎曲的、橢圓形的、或鞍形。於其他實施例，鏡支撐件僅為薄膜，以增加鏡元件對溫度改變所引起的變形的敏感度。
於由另一實施例，溫度控制裝置包含冷卻構件，例如鏡支撐件中的通道，冷卻流體可於其中流通。
再者，亦可考慮使用本發明於微影曝光裝置之投影物鏡的鏡陣列中。雖然在此並未主張，但申請人保留將申請專利範圍朝此方向擴及的權利。於此案例中，投影物鏡不包含主光源，且鏡元件不將光導到系統瞳表面。反之，鏡陣列本身可設置於投影物鏡的瞳表面。
V. EUV照射系統
本發明上述實施例全關於DUV照射系統。然而，從下所述實施例可知，本發明亦可優勢地用於EUV照射系統。於此類系統中，投射光波長(亦稱操作波長)低於50nm，較佳低於25nm，又更較佳是在13至14nm。由於在如此短的波長沒有可用的透明折射材料，因此在EUV投射曝光裝置中所有的光學元件(當然除了光闌)皆為反射光類型(反射式)。
圖11為整體標示為210之EUV投射曝光裝置之示意未按比例之截面圖。為簡化之故，並未顯示光學元件的曲率及其他細節。EUV投射曝光裝置210包含照射系統212，其照射光罩216，光罩216含有微小反射式結構且設置於光罩台(未顯示)上。自光罩216反射之投射光進入投影物鏡220，其將光罩216上照射的反射結構造影到感光層222，感光層222係塗佈於設置在基板平台(未顯示)之基板224上。
照射系統212包含由230示意地顯示的光源，其與對稱軸AX相關。通常此對稱軸AX與光源230所含之凹面鏡的光學軸相符。若無此類鏡子，則軸AX由投射光束之對稱性質界定。
光源230發射的光照到場定義鏡272，其可包含鏡元件陣列(有時稱為鏡面(mirror facets))。在場定義鏡272反射後，投射光照到瞳定義鏡陣列246。如圖12之上視圖所示，瞳定義鏡陣列246包含複數凹面鏡元件Mij，其起初全為球形或至少是旋轉對稱的。此意味著鏡元件Mij的曲率Ca及Cb在任意的正交平面對是相同的。相對於支撐結構傾斜裝設的各鏡元件Mij，其包含鏡支撐件及反射塗層，且用以將投射光朝照射系統212的瞳表面導引。EUV投射光在最終照射光罩216之前，由瞳定義鏡陣列246朝兩個鏡子M1及M2導引。
照射系統212更包含溫度控制裝置290，於所示實施例中，其具有與圖2之溫度控制裝置90實質相同的架構。即，溫度控制裝置290包含產生雷射束294之紅外線雷射源292。溫度控制裝置290更包含空間光調變器296，其用以移動雷射束294於瞳定義鏡陣列246之目標區上方。於此實施例，空間光調變器296包含鏡子298，其在適當致動器的協助下，可繞兩正交軸傾斜。因此，可藉由適當地傾斜鏡子298，而將雷射束294導到瞳定義鏡陣列246之任意點。光源292所產生的光波長選擇成幾乎或至少大於80%被瞳定義鏡陣列246之目標區吸收。
瞳定義鏡陣列246的顯著特徵在於，鏡元件Mij的光學軸與在光行進方向上就在瞳定義鏡陣列246之前的場定義鏡陣列247之光學軸，形成非常大的角度α(於此實施例α≒35°)。若前鏡包含鏡元件，則此狀況無關傾斜位置，針對鏡元件的光學軸獨立地應用。角度α較佳大於20°，更佳大於30°。
角度α為鏡陣列246的光束偏離移能力的度量，係遠大於習知。於習知EUV投射曝光裝置中，所有鏡子的偏離角α保持儘可能的小。如此造成光路徑實質上/下通過照射系統以及投影物鏡，類似於圖11所示在鏡子M1及光罩216間的光路徑。然而，此具有顯著的缺點，即是笨重的光源必須設置在裝置的底部(較佳甚至是在半導體廠的地下室)或頂部，而於裝設處則需要複雜的裝設結構。
習知照射系統試圖將偏離角α保持在儘可能的小，若牽涉的鏡子具有球形鏡表面，因為越大的偏離角會導致像差。製造非球面鏡，尤其是旋轉非對稱的鏡子，是很困難又昂貴的，假如組合面鏡包含大量的個別鏡元件尤其困難，如圖11所示之鏡陣列246及272。
於所示實施例中，容許大的偏離角α，因為在溫度控制裝置290利用以下方式的協助下，校正了起初球面或旋轉對稱鏡導入的像差。
當投射曝光裝置210操作時，空間光調變器296控制成使雷射束294以特定方式加熱鏡元件Mij，而造成鏡元件Mij的變形。此變形決定為使鏡元件Mij的表面形狀從旋轉對稱改變成散光的。為達此目的，在各個別鏡元件Mij之目標區，可具有例如圖6所示的幾何形狀。於此，名詞「散光的(astigmatic)」係用以表示鏡元件Mij的曲率在兩正交平面是不同的(見圖12之放大圖中的曲率Ca及Cb)。然後，鏡元件Mij在一平面中之焦距fa會比在正交平面之焦距fb還大，如圖13之透視圖所示。焦距間的差異可大如1%(即fa>1.01*fb)或甚至大如10%。
較佳地，變形決定成使經向矢面(meridional and sagittal planes)中的曲率半徑Ra、Rb符合Ra=R/cos(β)以及Rb=R*cos(β)，其中R為個別鏡子的球面部的曲率半徑，而β為入射角。利用瞳定義鏡陣列246之鏡元件Mij的此類散光反射表面，即使對較大的偏離角α而言，像差可維持成小的。
應注意，達到這樣小的像差需要使鏡子的焦距相較於鏡子的照射表面是大的。利用場及瞳鏡陣列272、246之鏡元件Mij，可完成此狀況，因為其焦距典型在約1m的範圍，且照射表面是非常小的(鏡元件的典型直徑約為幾毫米到幾幾公分)。然而，利用鏡子M1及M2，即使是具有散光鏡表面，不會達到較大偏離角。
越大的偏離角α，可使光源230設置於更便利的高度，如圖11所示。於此實施例，光源230之對稱軸AX實質水平延伸，因此光源230設置於與場定義鏡272相同的高度。於其他實施例中，對稱軸AX相對於水平面形成小於45°的角度，較佳小於20°。
於EUV照射系統中，常需要主動地冷卻鏡元件，因為鏡元件吸收了顯著部分照到的高能EUV投射光。因此，利用溫度控制裝置290額外加熱鏡元件Mij的熱產生，通常需要額外努力來冷卻鏡元件。
圖14為根據另一實施例之鏡元件Mij之透視圖，其中溫度控制裝置並非局部加熱，而是局部冷卻鏡元件Mij。為達此目的，溫度裝置包含複數微帕耳帖(Peltier)元件130，將鏡支撐件100連接到散熱器128。此類微帕耳帖元件130為市面可得的，例如Freiburg的MICROPELT GmbH。
各微帕耳帖元件130藉由佈線132可獨立地操作，如圖14所示，因此鏡支撐件100可局部地冷卻，以產生各式各樣不同的溫度分布。再者，於所示實施例中，具有不同膨脹係數的結構會造成鏡支撐件100所需的變形。
提供微帕耳帖元件130，可完全不用可能額外需要的冷卻系統。
亦考慮結合微帕耳帖元件130或其他冷卻構件與加熱構件，或甚至更優勢地，與加熱控制系統290結合，如圖11所示。鏡元件Mij可(額外地)(幾乎)同時加熱及冷卻。如此可產生非常大的溫度差異，造成鏡支撐件的大變形。
已提供上述較佳實施例做為範例。從所提供的揭露，熟此技藝者不僅可了解本發明及其伴隨的優點，亦可知所揭示結構及方法有各種改變及修改。因此，申請人意欲涵蓋所有落入本發明精神及範疇之改變及修改，如所附申請專利範圍及其均等物所界定者。
10．．．投射曝光裝置
12．．．照射系統
14．．．場
14’．．．影像
16．．．光罩
18．．．結構
20．．．投影物鏡
22．．．感光層
24．．．基板
26．．．光學軸
28．．．殼體
30．．．準分子雷射
32．．．光束擴張單元
34．．．準直光束
36．．．折疊鏡
38．．．陣列
40．．．微透鏡
46．．．鏡陣列
50．．．鏡控制單元
52．．．總系統控制
56x．．．傾斜軸
56y．．．傾斜軸
58．．．第一聚光器
70．．．系統瞳表面
72．．．光學整合器
74．．．基板
76．．．基板
78．．．第二聚光器
80．．．中間場平面
82．．．場光闌
84．．．場光闌物鏡
86．．．光罩平面
90．．．溫度控制裝置
92．．．紅外線雷射源
94．．．雷射束
94’．．．雷射束
96．．．空間光調變器
98．．．可傾斜鏡
100．．．鏡支撐件
102．．．反射塗
104．．．投射光區域
106．．．目標區
106-1、106-2、106-3、106-4．．．目標區
106a、106b、106c、106d．．．目標區
108．．．溫度輪廓
110．．．載體結構
110a、110b、110c、110d．．．溫度輪廓
112a、112b、112c、112d．．．接頭
113．．．狹縫
114．．．加熱構件
114’．．．加熱構件
116．．．載板
118a、118b．．．加熱阻障
120a．．．第一溝槽
120b．．．第二溝槽
122．．．第三溝槽
124．．．材料
126．．．插套
128．．．散熱器
130．．．微帕耳帖元件
132．．．佈線
210．．．投射曝光裝置
212．．．照射系統
216．．．光罩
220．．．投影物鏡
222．．．感光層
224．．．基板
230．．．光源
246．．．鏡陣列
290．．．加熱控制系統
292．．．紅外線雷射源
294．．．雷射束
296．．．空間光調變器
298．．．鏡子
本發明的各種特徵及優點可參考詳細說明並配合所附圖式，而更易了解，其中：
圖1為根據本發明之投射曝光裝置之透視簡化圖；
圖2為圖1之投射曝光裝置所包含的照射系統之截面圖；
圖3為圖2之照射系統所包含的鏡元件之透視圖；
圖4a及圖4b為圖3之鏡元件沿X及Y方向之溫度輪廓；
圖5為將雷射束導向到目標區之鏡陣列之透視圖；
圖6a至圖6d為鏡元件上受到熱輻射之不同目標區；
圖7為鏡陣列之上視圖，顯示不同目標區與不同鏡元件群組有關之操作；
圖8為根據另一實施例鏡元件之透視圖，其中加熱構件施加於鏡支撐件的下方側；
圖9為鏡支撐件之底視圖，其中應用有用作加熱構件之導電電阻佈線；
圖10為根據實施例之鏡元件之透視圖，其中鏡元件包含熱阻障；
圖11為EUV投射曝光裝置之截面示意圖，係包含具有凹面散光鏡元件之鏡陣列作為瞳定義鏡；
圖12為圖11之鏡陣列之上視圖；
圖13為圖12之鏡陣列之鏡元件之放大透視圖；
圖14為根據實施例之鏡元件之透視圖，其中帕耳帖元件用作為冷卻構件。
12．．．照射系統
14．．．場
16．．．光罩
28．．．殼體
30．．．準分子雷射
32．．．光束擴張單元
34．．．準直光束
36．．．折疊鏡
38．．．陣列
40．．．微透鏡
46．．．鏡陣列
50．．．鏡控制單元
52．．．總系統控制
58．．．第一聚光器
70．．．系統瞳表面
72．．．光學整合器
74．．．基板
76．．．基板
78．．．第二聚光器
80．．．中間場平面
82．．．場光闌
84．．．場光闌物鏡
86．．．光罩平面
90．．．溫度控制裝置
92．．．紅外線雷射源
94．．．雷射束
96．．．空間光調變器
98．．．可傾斜鏡

Claims (17)

  1. 一種微影投射曝光裝置之照射系統，包含：一主光源；一系統瞳表面；以及一鏡陣列，設置於該主光源及該系統瞳表面之間，而包含複數個適性鏡元件，其中各鏡元件包含一鏡支撐件及一反射塗層，且用以將該主光源產生之光朝該系統瞳表面導引，其中該些鏡元件包含具有不同熱膨脹係數且彼此固定附接的結構，以及其中該照射系統包含一溫度控制裝置，用以變化地修改該些結構內的溫度分布，以個別地改變該些鏡元件的形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照射系統，其中該些結構包含該鏡支撐件及該反射塗層。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該些結構包含形成該反射塗層之複數層。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該溫度控制裝置包含加熱或冷卻構件，施加於該鏡支撐件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之照射系統，其中該加熱構件包含導電電阻佈線圖案。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之照射系統，其中該加熱或冷卻構件包含帕耳帖(Peltier)元件。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該溫度控制裝置包含一輻射系統，用以選擇性將輻射導向到該些鏡元件之該些反射塗層之目標區。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之照射系統，其中該反射塗層易吸收該輻射。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之照射系統，其中該輻射系統包含產生一輻射束之次光源以及一空間光調變器，係用以移動該輻射束於該目標區上方。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之照射系統，其中針對不同的鏡元件，該些目標區為不同的。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該溫度控制裝置組態成藉由考慮該些不同的熱膨脹係數所產生的彎曲力，預測該些鏡元件的形狀。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該溫度控制裝置組態成藉由考慮該些鏡元件之一非均質溫度輪廓所產生的彎曲力，預測該些鏡元件的形狀。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該些鏡元件具有凹鏡表面，且其中該溫度控制裝置用以修改該些結構內之該溫度分布，使該些鏡元件在兩正交平面具有不同的焦距。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之照射系統，其中該主光源用以產生具有波長低於50nm的投射光，較佳為低於25nm，且更佳為13及14nm之間，且其中該些鏡元件之光學軸與在一光行進方向上就在該鏡陣列之前的一鏡子之一光學軸，形成大於20°的角度，較佳為大於30°。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之照射系統，其中一對稱軸關聯於該光源，該對稱軸相對於一水平面形成小於45°的角度，較佳小於20°。
  16. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該些鏡元件包含熱阻障，該熱阻障係具有比設置於該熱阻障任一側之材料還低的熱傳導係數。
  17. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中各鏡元件相對於一支撐結構可傾斜地裝設。
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