TWI480668B - 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
本發明一般有關微影曝光裝置中成像遮罩於感光表面上的照射系統。本發明尤其有關此類含有鏡陣列或其他光束偏轉元件的照射系統，以在照射系統的系統瞳表面產生所要的輻照分布。
微影技術(又稱為光微影或簡稱為微影)是一種製造積體電路、液晶顯示器及其他微結構裝置的技術。微影技術製程結合蝕刻製程一起使用，以圖案化在基板(例如矽晶圓)上形成之薄膜堆疊中的特徵。在每一層的製造中，首先以光阻塗布晶圓，光阻是一種對諸如深紫外(DUV)光、真空紫外(VUV)光或極紫外(EUV)光之輻射敏感的材料。
接著，使頂部具有光阻的晶圓在投射曝光裝置中曝光於投射光。投射曝光裝置將含有圖案的遮罩投射於光阻上，使得光阻只在遮罩圖案決定的特定位置處曝光。曝光後，顯影光阻以產生對應於遮罩圖案的影像。然後，蝕刻製程使圖案轉移至晶圓上的薄膜堆疊中。最後，移除光阻。以不同遮罩重複此製程，將形成多層的微結構組件。
投射曝光裝置通常包括：照射遮罩的照射系統、對準遮罩的遮罩台、成像遮罩於光阻上的投射物鏡、及對準塗有光阻之晶圓的晶圓對準台。
隨著製造微結構化裝置的技術進展，對於照射系統的要求也越來越多。理想上，照射系統以具有明確界定之輻照及角分布的投射光照射遮罩上照射場的每個點。術語「角分布(angular distribution)」描述會聚朝向遮罩平面中特定點之光束的總光能，在構成光束之光線沿其傳播的各種方向中如何分布。
照射於遮罩上之投射光的角分布通常適應於要投射在光阻上的圖案種類。例如，相對大尺寸的特徵可能需要使用不同於小尺寸特徵的角分布。投射光最常使用的角分布稱為習用的環狀、雙極及四極照射設定。這些術語指的是照射系統之系統瞳表面中的輻照分布。例如，在環狀照射設定下，僅照射瞳表面中的環狀區。因此，在投射光的角分布中僅出現小的角度範圍，因此，所有光線以相似的角度傾斜地照射於遮罩上。
本技術中已知有不同的方式可以修改遮罩平面中投射光的角分布，以達成所需要的照射設定。在最簡單的情況中，光闌(光圈)包含一或多個孔徑，位在照射系統的瞳表面中。由於系統瞳表面中的位置轉換成傅立葉相關場平面(諸如遮罩平面)中的角度，瞳表面中孔徑的大小、形狀及位置決定遮罩平面中的角分布。然而，由光源產生的光卻有極大部分為光闌所吸收。此部分的光無法使光阻曝光，致使裝置的生產量下降。此外，照射設定的任何變更都需要更換光闌。如此難以在最後調整照射設定，因為這將需要使用許多光闌，分別具有大小、形狀或位置稍微不同的孔徑。
許多常見的照射系統因此包含可調式元件，至少在某種程度上可以持續地改變瞳表面的照射。為此目的，往常使用包含變焦物鏡及一對轉向鏡元件的變焦轉向鏡系統。轉向鏡元件是一種折射透鏡，一側具有圓錐形表面及另一側通常為平面。提供一對此類元件，一個元件具有凸面圓錐形表面及另一個為互補凹面圓錐形表面，即可使光能在徑向上移位。此移位是轉向鏡元件間距離的函數。變焦物鏡可以改變瞳表面中照射面積的大小。
利用此種變焦轉向鏡系統，只能產生習用的環狀照射設定。至於其他照射設定，例如二極或四極照射設定，則需要使用額外的光闌或光柵元件。光柵元件在其表面上的每個點產生角分布，對應於遠場中特定的照射區域。通常將此類光柵元件實現為繞射光學元件，特別是實現為電腦產生的全像(CGH)。將此種元件定位在瞳表面前方並設置聚光透鏡於其間，即可在系統瞳表面中產生幾乎任何任意強度分布。聚光器可由變焦光學系統形成而具有可變焦長。此外，可使用額外轉向鏡系統，至少以有限的程度改變由光柵元件產生的照射分布。
然而，變焦轉向鏡系統僅提供照射設定有限的可調整性。例如，不可能在不影響另一對極的情形下，改變四極照射設定之一對相對極間的距離。為此目的，必須使用另一專門針對瞳表面中特定強度分布而設計的光柵元件。此類光柵元件的設計、生產及裝運是既費時又昂貴的程序，因此在調適瞳表面之光強度分布以符合投射曝光裝置操作者的需要上，缺少靈活性。
為提高在遮罩平面中產生不同角分布的靈活性，近來已提出使用照射瞳表面的鏡陣列。
在EP 1 262 836 A1中，將鏡陣列實現為包含1000個以上顯微鏡的微機電系統(MEMS)。每個鏡可在兩個彼此垂直的不同平面中傾斜。因此，在此種鏡裝置上入射的輻射可被反射至半球中(實質上)任何所要方向。配置在鏡陣列與瞳表面間的聚光透鏡，將鏡陣列中若干鏡產生的反射角轉換為瞳表面中的位置。此已知照射系統因而可以複數個圓形光點照射瞳表面，其中每個光點與一個特定顯微鏡相關聯，且藉由傾斜此顯微鏡而可在系統瞳表面上自由移動。
類似照射系統請參考US 2006/0087634 A1、US 7,061,582 B2及WO 2005/026843 A2。為了同樣的目的，亦已針對EUV照射系統提出可傾斜鏡陣列。
本發明實施例之一目的在於提供一種照射系統，對於在系統瞳表面中產生輻照分布具有更加改良的靈活性。
本發明實施例之另一目的在於提供一種操作照射系統的方法，改良在系統瞳表面中產生輻照分布的靈活性。
根據本發明實施例，為達成關於照射系統的目的，利用包含用於產生沿著光路徑傳播之投射光之光源的照射系統。照射系統另外包含反射型或透射型光束偏轉元件的光束偏轉陣列，其中每個光束偏轉元件用於偏轉照射光束一偏轉角，該偏轉角因應控制訊號變化。在第一操作模式中使用該光束偏轉陣列，以決定照射系統中系統瞳表面的輻照分布。照射系統另外包含反射型或透射型光柵元件，特別是繞射型光學元件，在第二操作模式中用來決定系統瞳表面的輻照分布。提供交換單元用於在第二操作模式中固持光柵元件，使光柵元件***光路徑中。
本發明實施例之照射系統因而在單一系統中結合兩個先前技術方法的好處，即一方面使用光柵元件，及另一方面使用光束偏轉陣列，以在系統瞳表面中產生所要輻照分布。照射系統可在第一操作模式中操作，使光束偏轉陣列決定系統瞳表面的輻照分布。如果操作者為此目的想要使用光學光柵元件，將光柵元件***光路徑，即可切換至第二操作模式，因而是光柵元件而非光束偏轉陣列決定系統瞳表面的輻照分布。
在單一照射系統中結合兩個方法還有提供冗餘的好處。這對於光束偏轉陣列的使用特別重要，因已知生產及控制此類陣列是一件複雜的工作。例如，對鏡陣列而言，必須在即時的條件下非常精確地控制每個個別鏡的傾斜角，這需要對硬體以及還有軟體方面二者進行許多努力。如果鏡陣列中的單一鏡或鏡陣列整體故障，操作者可切換至第二操作模式，使裝置仍能用來曝光光阻。
另一方面，投射曝光裝置的許多操作者對於習用的照射系統已有十足的經驗；習用的照射系統包含可換式繞射型光學元件及變焦轉向鏡系統，允許至少某種程度地修改系統瞳表面中的輻照分布。至少對於習用的照射設定，此習用方法很有效且很可靠。因此，根據本發明實施例的照射系統符合使用如操作者先前使用之相同或類似繞射型光學元件的需要。因此，至少就某些照射設定而言，如果照射系統是在第二操作模式中操作，則可以有利地使用目前由繞射型光學元件所獲得的經驗。
系統瞳表面界定為具有以下性質的表面(通常是平面)：在此表面中的輻照分布轉換為後續遮罩平面中的角分布，待照射的遮罩設置於遮罩平面中。通常這涉及了一方面系統瞳表面與另一方面遮罩平面間的傅立葉關係。
在本申請案實施例的內容中，考慮使用光柵元件作為包含複數個微小結構的光學元件。光柵元件的主要特性是從傳入(特別是準直)的光束產生具有特定角分布的光束，由微小結構的配置決定此特定角分布。光柵元件因此引起發散。
反射型光柵元件可包含複數個微鏡，微鏡例如可具有軸對稱或旋轉對稱形狀。如果反射型光柵元件是反射繞射型光柵元件，特別是反射型的電腦產生全像(CGH)，即可在生產所要角度的光分布上達成更多靈活性。可將此類元件設計成反射光具有幾乎任何所要角度的光分布(即，光強度與光方向間的關係)。
透射型光柵元件可組態為折射型光學元件，例如，可包含複數個軸對稱或旋轉對稱的微透鏡。類似於反射型光柵元件的情況，如果透射型光柵元件屬於繞射型，例如，組態為電腦產生的全像(CGH)，即可在生產所要角度的光分布上達成更多靈活性。
在第二操作模式中，借助***陣列前方的附加鏡遮蔽光柵元件，可在第二操作模式中從光路徑移除光柵元件。
在一替代性具體實施例中，不需要使用附加鏡。而是使用反射型光柵元件，且將交換單元設置成反射型光柵元件在第二操作模式中***光路徑時，反射型光柵元件覆蓋光束偏轉陣列。光束偏轉陣列於是被光柵元件遮蔽。如果光束偏轉陣列為鏡陣列，則反射型光柵元件在第二操作模式中實質取代了鏡陣列。
如果光柵元件屬於透射型則無法遮蔽光束偏轉陣列。遮蔽光束偏轉陣列之最有效的方式是使用致動單元，用於在第二操作模式中固持鏡，使鏡覆蓋光束偏轉陣列。
根據一替代性具體實施例，在第二操作模式中，不以遮蔽從光路徑移除光束偏轉陣列。而是如果光束偏轉元件屬於透射型，則將光束偏轉元件控制成陣列實質具有簡單折射元件(諸如平面平行板)的作用。如果光束偏轉元件為鏡，可將這些鏡傾斜成陣列實質具有簡單(較佳是平面)鏡的作用。在此具體實施例中，投射光在照射於光柵元件前，通過光束偏轉陣列或從中反射。較佳是將光束偏轉元件控制成光柵元件受到均勻照射。此替代性具體實施例的缺點是，如果光束偏轉陣列故障，照射系統既無法在第一模式中操作，也無法在第二操作模式中操作。
在最簡單的情況中，在需要從第一操作模式切換至第二操作模式時，操作者以手動方式將光栅元件***光路徑。因而可利用某種框架，以手動方式將光柵元件***其中，簡單地形成交換單元。為了避免開啟密封的照射系統箱，可使用合適工具以手動方式將光柵元件***光路徑。
在較佳具體實施例中，交換單元包含致動器，用於在操作從第一模式切換至第二模式時，將光柵元件***光路徑。因而不需要手動介入。相反地，操作者可以簡單地使用軟體控制而變更操作模式。
在另一具體實施例中，交換單元包括固持器，包含複數個不同的光柵元件。固持器用於在第二操作模式中，將光柵元件之一***光路徑。
可將合適的固持器組態為轉座固持器，包含用於接收不同光柵元件的旋轉式支撐圓盤。操作者接著可從固持器所接收的光柵元件集合中選擇所要光柵元件。如果使用馬達或另一類型的致動器操作固持器，可在不用手動介入的情況下，快速變更照射設定。
支撐圓盤可包含孔徑或凹處，在第一操作模式中位在光束偏轉陣列的前方。如果光柵元件屬於反射型，則在切換至第二操作模式時，可移動固持器，使得反射型光柵元件其中之一覆蓋光束偏轉陣列，且因此接管光束偏轉陣列在系統瞳表面中產生所要輻照分布的功能。
為了能夠改變光柵元件在系統瞳表面中產生的輻照分布，照射系統可包含瞳定型單元，設置在光束偏轉陣列及系統瞳表面間，用於在第二操作模式中改變系統瞳表面的輻照分布。此種瞳定型單元可包含變焦物鏡、及/或一對轉向鏡元件、及改變轉向鏡元件間沿著光軸之距離的操縱器。如果該些轉向鏡元件在接觸中，其通常僅有平面平行板的作用。
在一項具體實施例中，照射系統組態成在從照射系統完全移除光束偏轉陣列時，仍可在第二操作模式中操作。在此具體實施例中，光束偏轉陣列僅用來決定系統瞳表面中的最佳輻照分布(即，照射設定)。而在第二操作模式中執行正常投射操作。在此第二模式中，使用繞射型光學元件或另一類型的光柵元件，其製成在系統瞳表面中產生先前已借助光束偏轉陣列而最佳化的輻照分布。結果，光束偏轉陣列可從照射系統移除，然後安裝在另一相同類型投射曝光裝置的照射系統中。
反射偏轉元件可由繞著至少一個傾斜軸傾斜的鏡形成。較佳是，這些鏡可對著兩個正交傾斜軸傾斜，使其可將照射光束導向系統瞳表面上的幾乎任何任意位置。
透射型光束偏轉元件可由光電或聲光元件形成。在此類元件中，將合適的材料分別曝光於電場或超音波，即可改變折射率。這些效應可用來產生折射率光柵，將照射光導到不同方向中。
有關方法系統，根據本發明，可利用包含以下步驟的方法達成上述目的：
a)產生沿著一光路徑傳播的投射光；
b)將該投射光導到反射型或透射型光束偏轉元件的光束偏轉陣列上，其中每個光束偏轉元件用於偏轉一照射光束一偏轉角，該偏轉角因應一控制訊號變化，及其中在第一操作模式中使用該光束偏轉陣列決定照射系統之一系統瞳表面中的一輻照分布；
c)將一光柵元件***該光路徑而切換至第二操作模式，使該光柵元件而非該光束偏轉陣列決定該系統瞳表面中的該輻照分布。
以上關於根據本發明之照射系統的討論相應地適用。
如果在從第一操作模式切換至第二操作模式時，從光路徑移除光束偏轉陣列，即使光束偏轉陣列故障，照射系統也可在第二操作模式中操作。
然而，從光路徑移除光束偏轉陣列未必表示按此移動光束偏轉陣列或表示光路徑必須重新導向。用一個鏡覆蓋光束偏轉陣列即已足夠。如果光柵元件屬於反射型，則可使用該光柵元件替代此種覆蓋鏡。
在一項具體實施例中，該方法包含以下步驟：
-　在步驟a)中決定該系統瞳表面之一最佳輻照分布；
-　製造一光柵元件，產生在步驟a)決定的該輻照分布；
-　在該第二操作模式中使用該光柵元件；
-　選擇性地從照射系統中移除該光束偏轉陣列。
I.
投射曝光裝置的一般結構
圖1為投射曝光裝置10的透視圖及簡圖，其包含產生投射光的照射系統12。投射光照射含有微結構18之遮罩16上的場14。在此具體實施例中，照射場14具有大約環形段的形狀。然而，亦考慮照射場14的其他形狀，例如矩形。
投射物鏡20將照射場14的結構18成像於沈積於基板24的感光層22上，例如光阻。可由矽晶圓形成的基板24在晶圓台(未顯示)上設置成感光層22的頂面精確地位在投射物鏡20的影像平面中。利用在投射物鏡20之物件平面中的遮罩台(未顯示)定位遮罩16。由於投射物鏡具有放大率β，其中|β|1，照射場14中結構18的縮小影像14'被投射於感光層22上。
在投射期間，遮罩16及基板24沿著與Y方向相符的掃描方向移動。因此，照射場14在遮罩16上方掃描，以持續投射大於照射場14的結構化區域。此類型的投射曝光裝置通常稱為「步進掃描式裝置」或簡稱「掃描器」。基板24與遮罩16之速度的比值等於投射物鏡20的放大率。如果投射物鏡20顛倒影像，則遮罩16與基板24在相反方向中移動，這在圖1中以箭頭A1及A2指示。然而，本發明亦可在步進機工具中使用，其中遮罩16與基板24在投射遮罩期間並不移動。
在所示具體實施例中，照射場14相對於投射物鏡20的光軸26並未在中心。此種離軸照射場14對於特定類型的投射物鏡20可能是必要的。在其他具體實施例中，照射場14相對於光學軸26位於中心。
本發明亦適用的EUV投射曝光裝置具有相同的基本結構。然而，由於沒有對EUV輻射透明的光學材料，僅使用鏡作為光學元件，而且遮罩屬於反射型。
II.
照射系統的一般結構
圖2為圖1所示照射系統12的詳細縱剖面。為了清楚之故，圖2的圖解極為簡化且未按比例繪製。這尤其表示僅以極少的光學元件代表不同的光學單元。實際上，這些單元可包含明顯更多的透鏡及其他光學元件。
照射系統12包括外殼28及光源，在所示具體實施例中，將光源實現為準分子雷射30。準分子雷射30射出波長約193 nm的投射光。亦考慮其他類型的光源及其他波長，例如248 nm或157 nm。
在所示具體實施例中，準分子雷射30射出的投射光進入光束擴展單元32，其中擴展光束而不改變幾何光學通量。光束擴展單元32如圖2所示可包含若干透鏡，或例如可實現為鏡配置。投射光從光束擴展單元32中顯現為實質準直束34。在其他具體實施例中，此準直束可具有顯著發散度。準直束34照射在為減少照射系統12的總尺寸所提供的平面折鏡36上。
在從折鏡36反射後，準直束34照射在微透鏡40的陣列38上，然後，現在在第一操作模式中，作為子光束的一束通過轉座固持器94之支撐圓盤92中提供的敞開孔徑90，這將在以下章節III中詳細說明。鏡陣列46設置在微透鏡40的背焦平面中或其附近。如下文所詳細說明的，鏡陣列46包含複數個個別小鏡Mij ，這些小鏡可以藉由較佳是彼此垂直對準的兩個傾斜軸彼此獨立傾斜。鏡Mij 的總數可超出100個或甚至數千個。鏡Mij 的反射表面可為平面，但在需要附加反射功率時亦可彎曲。除此之外，鏡表面可支撐繞射結構。在此具體實施例中，鏡Mij 的數目等於微透鏡陣列38所含微透鏡40的數目。因此，每個微透鏡40將會聚光束導到鏡陣列46的一個鏡Mij 上。
個別鏡Mij 的傾斜移動由連接至照射系統12之總系統控制裝置52的鏡控制單元50控制。用於設定鏡Mij 之所要傾斜角的致動器接收鏡控制單元50的控制訊號，使每個個別鏡Mij 能夠將一照射光反射一因應控制訊號變化的反射角。在所示具體實施例中，存在可定向個別鏡Mij 的連續傾斜角範圍。在其他具體實施例中，致動器組態成僅設定有限數目的離散傾斜角。
在此具體實施例中，鏡陣列46及鏡控制單元50共同形成鏡陣列模組51。與鏡陣列46密切相關的額外組件，例如，WO 2008/095695 A2中揭露用來量測鏡Mij 之傾斜角的量測系統，亦屬於鏡模組51的一部分。模組51係接收於照射系統12的外殼28內，而容易從照射系統12中作為單一單元移除，且稍後容易再次安裝至照射系統12中。這涉及使用合適的機械裝配技術，且涉及提供例如電連接器，將模組51連接至總系統控制裝置52，其拆卸及連接均很容易。
圖3為鏡陣列46的透視圖，其中為了簡單之故僅包含8.8=64個鏡Mij 。由微透鏡40產生且照射於鏡陣列46上的子光束54a被反射於由鏡Mij 的傾斜角決定的不同方向中。在此圖式中，假設特定鏡M35 相對於另一鏡M77 對著兩個傾斜軸56x、56y傾斜，而將分別由鏡M35 及M77 反射的子光束54b、54b'反射至不同的方向中。
再次參考圖2，根據此具體實施例的照射系統12另外包含具有可變焦長的變焦物鏡(zoom objective)58。為了簡單之故，在圖2中僅以單一透鏡表示變焦物鏡58，可沿著照射系統12的光軸26變位，如雙箭頭60所示。
在變焦物鏡58之後，設置一對62轉向(axicon)鏡元件64、66，具有對置的圓錐形表面。如果兩個轉向鏡元件64、66直接接觸，轉向鏡對62僅具有平面平行板的作用。如果移動分開兩個轉向鏡元件64、66，如圖2中的雙箭頭68所示，則轉向鏡元件64、66間的間隔造成光能向外徑向移位。由於如此轉向鏡元件在本技術中為已知，在此將不再詳細解釋。
參考數字70代表照射系統12的系統瞳表面。系統瞳表面70中的輻照分布實質界定照射在遮罩16上之光的角分布。系統瞳表面70通常為平面或稍微彎曲，並配置在產生複數個二次光源的光學積分器72中或與其緊鄰。光學積分器72一般由光柵元件形成；在此具體實施例中，此光柵元件組態為包含兩個基板74、76的蠅眼透鏡，每個基板包括兩個正交陣列的平行柱狀微透鏡。亦設想光學積分器的其他組態，例如包含具有旋轉對稱表面但矩形邊界之微透鏡陣列的積分器。請參閱WO 2005/078522 A、US 2004/0036977 A1及US 2005/0018294 A1，其中說明了適於光學積分器72的各種類型光柵元件。
光學積分器72增加形成於光線與照射系統12之光軸26間的角度範圍。由於系統瞳表面70中的角分布直接轉換為後續場平面中的強度分布，光學積分器72決定遮罩16上照射場14的長寬比。由於光學積分器72在X方向中比在Y方向中明顯增加更多的角範圍，照射場14沿著X方向具有的尺寸比沿著Y方向(即，掃描方向)的大。
從光學積分器72產生之二次光源顯現的投射光進入聚光器78，其在圖2中為了簡單之故僅由單一透鏡表示。聚光器78確保系統瞳表面70與其中配置場光闌82的後續中間場平面80間的傅立葉關係。聚光器78疊加二次光源產生的光束於中間場平面80中，藉此達成中間場平面80之非常均勻的照射。場光闌82可包含複數個活動片，並確保遮罩16上照射場14的明顯邊緣(至少沿著Y方向延伸的邊緣)。
場光闌物鏡84提供中間場平面80與其中配置遮罩16之遮罩平面86間的光學共軛。場光闌82因此由場光闌物鏡84成像至遮罩16上。
應明白，目前亦考慮仍在本發明範疇中的各種替代性具體實施例。
例如，可用任何其他偏轉結構替換鏡陣列46，使其可將照射在結構上的光線導向不同方向，其中在施加合適的控制訊號後，可針對結構不同部分個別地變更方向。此類替代性結構可包含例如光電或聲光元件。在此類元件中，將合適的材料分別曝光於超音波或電場，即可改變折射率。這些效應可用來產生折射率光柵，將照射光導到不同方向中。
通常，可完全省掉變焦物鏡58及/或該對62轉向鏡元件64、66。可用任何其他增加幾何光學通量的光柵元件，例如，繞射型光學元件，替換蠅眼透鏡72。亦考慮使用光混合桿取代蠅眼透鏡。此外，如果不需要照射場14至少沿著一個方向具有明顯邊緣，遮罩16可直接位在場平面80中。目前亦考慮首先定型場然後定型瞳的照射系統。
III.
轉座(turret)固持器-操作模式
下文中，將參考圖2至7詳細解說轉座固持器94的組態及功能。
在所示具體實施例中，轉座固持器94包含電動馬達96，驅動其上固定有支撐圓盤92的軸98。支撐圓盤92因而可借助馬達96繞著軸98旋轉。在此具體實施例中，亦如圖4俯視圖中所示的支撐圓盤92包含複數個孔徑，用於接收不同的反射繞射型光學元件100a、100b及100c。在用投射光照射時，每個反射繞射型光學元件100a、100b、100c產生不同角度的光分布。孔徑組態成繞射型光學元件100a、100b、100c可沿著導引結構***並鎖定或以其他方式固定於旋轉的支撐圓盤92。如90所示的孔徑之一保持敞開，讓投射光能夠通過敞開的孔徑90而不受阻礙。
在圖2所示的第一操作模式中，旋轉支撐圓盤92，使敞開的孔徑90直接配置於鏡陣列46上方，如上文已詳細解釋。因此，由微透鏡陣列38的微透鏡40產生的子光束可照射在鏡陣列46的鏡Mij 上，而不受支撐圓盤92阻礙。系統瞳表面70中的輻照分布因此主要由鏡Mij 的定向來決定。在此第一操作模式中，在光路徑中未***任何反射繞射型光學元件100a、100b、100c。
圖5圖解系統瞳表面70中借助鏡陣列46產生的示範性輻照分布。如所見，輻照分布對應於自訂的四極照射設定，與標準四極設定不同之處在於，一方面一對相對極P1、P2及另一方面一對相對極P3、P4具有不同幾何形狀及大小。如果裝置10的操作者想要稍微修改此照射設定，這很容易藉由變更至少一些鏡Mij 的定向來完成。
圖6圖解系統瞳表面70中對應於標準四極照射設定的另一輻照分布。所有的極P1、P2、P3及P4具有均等幾何形狀及大小，且在系統瞳表面70中按四重對稱性配置。雖然可借助鏡陣列46產生此照射設定，或至少極為類似的照射設定，但裝置10的操作者卻不想借助鏡陣列46，而是藉由使用反射繞射型光學元件100a、100b或100c的合適者，在系統瞳表面70中產生此輻照分布。這麼做的原因可能是操作者在過去已經很成功地使用此特定繞射型光學元件100a、100b或100c，及操作者不打算借助鏡陣列46產生的類似輻照分布約略近似此輻照分布。
借助繞射型光學元件產生圖6所示輻照分布的另一動機可能是，例如由於維修作業而無法使用鏡陣列46。在此例中，雖然鏡陣列46暫時無法使用，但裝置10的操作仍可繼續。
如果操作者想要使用繞射型光學元件100a、100b、100c中的一個而非鏡陣列46以在系統瞳表面70中產生輻照分布，其可切換至第二操作模式，藉由例如使用軟體控制方法導致轉座固持器94的馬達96旋轉支撐圓盤92直到所要的繞射型光學元件100a、100b或100c直接位在鏡陣列46的前方。
圖7顯示在此第二操作模式中的照射系統12。選定的繞射型光學元件，此處為元件100b，現在位置可完全覆蓋鏡Mij 。由於繞射型光學元件100a、100b及100c屬於反射型，沒有任何投射光可照射在任何鏡Mij 上，因此實際上從光路徑中移除了鏡陣列46。相反地，繞射型光學元件100b***光路徑，且就功能上而言，實質取代了鏡陣列46。系統瞳表面中的輻照分布現在主要由***光路徑的繞射型光學元件100b產生的角分布決定。如果需要以單一均勻光束而非微透鏡陣列38產生的複數個子光束照射繞射型光學元件100b，可借助致動器(未顯示)，從光路徑中移除微透鏡陣列38。
為了修改系統瞳表面70中的輻照分布，可以使用變焦物鏡58及/或該對62轉向鏡元件64、66。借助這些組件，可以例如修改圖6所示各極P1至P4的位置及/或大小。
如果操作者想要產生另一標準照射設定，例如，二極照射設定，可再次操作轉座固持器94，將另一個繞射型光學元件100a或100c之一***光路徑。
在第二操作模式中，將不再需要使用鏡陣列模組51。因此鏡陣列模組51可從照射系統12中移除，然後使用在另一個準備接收模組51的照射系統12中。
如此展開操作投射曝光裝置10的新方式。即，可僅為了決定對於特定遮罩16為最佳的照射設定，而在第一操作模式使用鏡陣列46。一旦決定此最佳照射設定，製造繞射型光學元件產生如借助鏡陣列46決定的相同照射設定。結果，此繞射型光學元件對於特定遮罩16亦為最佳。
接著，在第二操作模式中，僅以繞射型光學元件操作照射系統12。鏡陣列模組51不再需要使用並可安裝於另一投射曝光裝置10的照射系統中，用來尋找不同遮罩的最佳照射設定。將在投射曝光裝置中投射另一遮罩時，可再次安裝鏡陣列模組51，以借助鏡陣列46，決定完全適應於新遮罩的新照射設定。然後，製造另一產生此新照射設定的繞射型光學元件，以此類推。
IV.
替代性具體實施例
a)　透射型光柵元件
圖8為DUV照射系統之另一具體實施例的縱剖面，該系統可在圖1所示投射曝光裝置10中使用。在光傳播方向中設置在系統瞳表面70後的這些組件，與圖2所示具體實施例的組件相同，且因此為了簡單之故而省略。
圖8所示照射系統12'與圖2及7所示照射系統12的不同之處主要在於，在第二操作模式中使用以在系統瞳表面70中產生所要輻照分布的繞射型光學元件不屬於反射型，而屬於透射型。然而，此種透射繞射型光學元件在***光路徑時無法遮蔽鏡陣列46，而直接設置於鏡陣列46上方。
為此原因，在第二操作模式中，將鏡101***光路徑，如圖8所示。鏡101一般為平面，但也可以彎曲，特別在鏡Mij 也設置在彎曲的支撐件上時。為了將鏡101***光路徑，提供在圖8僅大致圖解的致動單元102。致動單元102組態成使用合適的工具，將鏡101***光路徑及從中撤出。通常，鏡101亦可設置在具有支撐圓盤的轉座固持器中，圓盤有清空的開口，在第一操作模式中配置在鏡陣列46前方。熟習本技術者應明白將鏡101***光路徑及從中撤出的其他方式。
在此具體實施例中，在第二操作模式中將繞射型光學元件***光路徑的轉座固持器94，配置在鏡101與變焦物鏡58間的光路徑中。
如果裝置10的操作者想要從圖8所示的第二操作模式變更為第一操作模式，其中主要由鏡陣列46決定系統瞳表面70的輻照分布，操作致動單元102使鏡101從光路徑撤出。另外，控制轉座固持器94的馬達96，而從光路徑中撤出繞射型光學元件100b。支撐圓盤92中提供的敞開孔徑90或凹處可位在光路徑中，使支撐圓盤92不會阻礙其在鏡陣列46與系統瞳表面70間之通路上的投射光。通常轉向鏡元件64也將移動成與另一個轉向鏡元件66接觸。接著，此對62轉向鏡元件64、66僅有平面平行板的作用，而系統瞳表面70中的輻照分布主要由鏡陣列46決定。
b)　第三操作模式
如果操作者想要產生習用或環狀照射設定，這可單獨借助變焦物鏡58及此對62轉向鏡元件64、66來完成。在此操作模式中，將鏡101***光路徑，及將轉座固持器94之支撐圓盤92中接收的繞射型光學元件從光路徑中撤出，使投射光通過清空的孔徑90。另外，可借助合適致動器(未顯示)，從光路徑中撤出微透鏡陣列38。
如果支撐圓盤92含有反射鏡，則亦可在圖2至7所示的第一具體實施例中達成類似效果。如果此反射鏡直接設置在鏡陣列46的前方，則光束偏轉陣列46或繞射光學元件100a、100b或100c的任一者均無法產生有角度的光分布，而修改系統瞳表面70中的輻照分布。相反地，僅變焦物鏡58與該對62轉向鏡元件64、66決定中系統瞳表面70的輻照分布。
已經舉例說明以上較佳具體實施例的說明。從提供的揭露內容中，熟習本技術者不僅明白本發明及其隨附優點，也能發現所揭露之結構及方法的各種明顯變更及修改。因此，申請人期望涵蓋所有此類變更及修改均在隨附申請專利範圍及其同等物所定義之本發明的精神及範疇之內。
10．．．微影投射曝光裝置
12、12'．．．照射系統
14．．．照射場
14'．．．縮小影像
16．．．遮罩
18．．．微結構
20．．．投射物鏡
22．．．感光層
24、74、76．．．基板
26．．．光軸
28．．．外殼
30．．．光源
32．．．光束擴展單元
34．．．準直束
36．．．平面折鏡
38．．．微透鏡陣列
40．．．微透鏡
46．．．光束偏轉陣列
50．．．鏡控制單元
51．．．鏡陣列模組
52．．．總系統控制裝置
54a、54b、54b'．．．子光束
56x、56y．．．傾斜軸
58．．．變焦物鏡
62．．．轉向鏡對
64、66．．．轉向鏡元件
70．．．系統瞳表面
72．．．光學積分器
78．．．聚光器
80．．．中間場平面
82．．．場光闌
84．．．場光闌物鏡
86．．．遮罩平面
90．．．敞開的孔徑
92．．．支撐圓盤
94．．．轉座固持器
96．．．電動馬達
98．．．軸
100a、100b、100c．．．光柵元件
101、M35 、M77 ．．．鏡
102．．．致動單元
Mij ．．．光束偏轉元件
參考結合附圖的詳細說明，即可明白本發明各種特徵及好處，圖中：
圖1為根據本發明之投射曝光裝置的透視圖及簡圖；
圖2為圖1之投射曝光裝置所含照射系統的縱剖面；
圖3為圖2之照射系統所含鏡陣列的透視圖；
圖4為接收複數個反射繞射型光學元件之轉座固持器之支撐圓盤的俯視圖；
圖5為第一操作模式中所得系統瞳表面之第一示範性輻照分布的圖解；
圖6為第二操作模式中所得系統瞳表面之第二示範性輻照分布的圖解；
圖7為圖2所示在第二操作模式中之照射系統的縱剖面；
圖8為根據本發明之照射系統之替代性具體實施例的縱剖面，其亦適於使用在圖1所示裝置中。
12．．．照射系統
14．．．照射場
16．．．遮罩
26．．．光軸
28．．．外殼
30．．．光源
32．．．光束擴展單元
34．．．準直束
36．．．平面折鏡
38．．．微透鏡陣列
40．．．微透鏡
46．．．光束偏轉陣列
50．．．鏡控制單元
51．．．鏡陣列模組
52．．．總系統控制裝置
58．．．變焦物鏡
62．．．轉向鏡對
64、66．．．轉向鏡元件
70．．．系統瞳表面
72．．．光學積分器
74、76．．．基板
78．．．聚光器
80．．．中間場平面
82．．．場光闌
84．．．場光闌物鏡
86．．．遮罩平面
90．．．敞開的孔徑
92．．．支撐圓盤
94．．．轉座固持器
96．．．電動馬達
98．．．軸
100b．．．光柵元件
Mij ．．．光束偏轉元件

Claims (9)

  1. 一種微影投射曝光裝置的照射系統，包含：a)一光源，用於產生沿著一光路徑傳播的投射光；b)一系統瞳表面；c)反射型或透射型光束偏轉元件的一光束偏轉陣列，其中每個光束偏轉元件用於偏轉一照射光束一偏轉角，該偏轉角因應一控制訊號而變化，及其中在一第一操作模式中使用該光束偏轉陣列決定該系統瞳表面中的一輻照分布(irradiance distribution)；d)一光柵元件，在第二操作模式中用來決定該系統瞳表面的該輻照分布；及e)一交換單元，用於在第二操作模式中固持該光柵元件，使該光柵元件***該光路徑中；其中該光柵元件係一反射型光柵元件；以及其中該交換單元設置成該反射型光柵元件在該第二操作模式中***該光路徑時，覆蓋該光束偏轉陣列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照射系統，其中該交換單元包含一致動器，用於操作從該第一模式切換至該第二模式時，將該光柵元件***該光路徑。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該交換單元包括一固持器，包含複數個不同光柵元件，及其中該固持器用於在該第二操作模式中將該等光柵元件之一***該光路徑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之照射系統，其中該固持器係一轉座固持器，包含一旋轉式支撐圓盤用於接收該等不同光柵元件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之照射系統，其中該支撐圓盤具有一孔徑或一凹處，在該第一操作模式中位在該光束偏轉陣列的前方。
  6. 如前述申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，包含一瞳定型(shaping)單元，配置於該光束偏轉陣列與該系統瞳表面之間，且用於在該第二操作模式中改變該系統瞳表面中的該輻照分布。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之照射系統，其中該照射系統組態成在從該照射系統中移除該光束偏轉陣列時，在該第二操作模式中操作。
  8. 一種操作微影投射曝光裝置之照射系統的方法，包含以下步驟：a)產生沿著一光路徑傳播的投射光；b)將該投射光導到反射型或透射型光束偏轉元件的一光束偏轉陣列上，其中每個光束偏轉元件用於偏轉一照射光束一偏轉角，該偏轉角因應一控制訊號而變化，及其中在一第一操作模式中使用該光束偏轉陣列決定該照射系統之一系統瞳表面中的一輻照分布；c)藉由將一光柵元件***該光路徑而切換至一第二操作 模式，使該光柵元件決定該系統瞳表面中的該輻照分布；其中在從該第一操作模式切換至該第二操作模式時，從該光路徑中移除該光束偏轉陣列；其中該光柵元件係一反射型光柵元件，及其中用該反射型光柵元件覆蓋該光束偏轉陣列而將其從該光路徑中移除。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，包含以下步驟：在步驟a)中決定該系統瞳表面之一最佳輻照分布；製造一光柵元件，其產生在步驟a)決定的該輻照分布；在該第二操作模式中使用該光柵元件；選擇性地，從該照射系統中移除該光束偏轉陣列。
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