TWI497221B

TWI497221B - 微影投射曝光裝置

Info

Publication number: TWI497221B
Application number: TW099102784A
Authority: TW
Inventors: Markus Deguenther; Miachel Patra
Original assignee: Zeiss Carl Smt Gmbh
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2015-08-21
Also published as: US8854604B2; JP5587917B2; US20120002185A1; CN102349026A; TW201100971A; CN102349026B; WO2010102649A1; JP2012520554A

Description

微影投射曝光裝置

本發明一般有關成像遮罩於感光表面上的微影曝光裝置，尤其有關包含以下項目的此類微影曝光裝置：光學表面，例如鏡或鏡陣列；及量測裝置，用於在複數個位置量測與光學表面相關的參數。

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、投射物鏡及對準塗有光阻之晶圓的晶圓對準台。照射系統照射遮罩上具有例如矩形或彎曲長條形狀的場。

在目前的投射曝光裝置中，分成兩種不同類型的裝置。在一個類型中，一次將整個遮罩圖案曝光於晶圓上的目標部分，即可照射每個目標部分。此種裝置一般稱為晶圓步進機。在另一個類型的裝置中，一般稱為步進掃描式裝置或掃描器，在投射束下沿著掃描方向漸進式掃描遮罩圖案，同時與此方向平行或反平行地同步移動基板，即可照射每個目標部分。晶圓速度與遮罩速度的比值等於投射物鏡通常小於1的放大率，例如1:4。

應明白，術語「遮罩」(或光罩)廣義上應解釋為圖案化部件。一般使用的遮罩含有透明或反射的圖案且可以屬於例如二元交替相移、衰減相移或各種混合遮罩類型。然而，也可以有主動遮罩，如，實現為可程式鏡陣列的遮罩。也可以使用可程式LCD陣列作為主動遮罩。

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」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，僅照射系統瞳表面中的環狀區。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。為達成在遮罩平面中產生不同角分布的最大靈活性，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)。各鏡可對著兩個正交傾斜軸傾斜。因此，在此種鏡裝置上入射的輻射可被反射至半球中幾乎任何所要方向。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。亦已針對EUV照射系統提出此類可傾斜鏡陣列。

個別鏡的定向必須以高精確性及高速加以控制。為此目的，已提出使用閉迴路控制。此控制方案需要以高重複頻率監控每個鏡的定向。

PCT申請案WO 2008/095695 A1揭露一種可以量測每個個別鏡之定向的量測裝置。為此目的，提供一種為每個鏡產生個別量測光束的照射單元。偵測器在光束從鏡中反射後，量測光束的角度。若已知照射於鏡上的光束方向，則可利用評估單元基於反射光束的量測方向，決定鏡的定向。藉由使用時間或頻率多工，可以連續地或甚至一次決定鏡的定向。

照射單元使用雷射二極體陣列，特別是使用垂直腔表面發射雷射(VCSEL)，作為產生導到鏡上之量測光束的光源。對於每個雷射二極體，提供一成像透鏡設置在雷射二極體前方及將二極體的出光琢面成像於一鏡上。成像透鏡較佳是形成節距與雷射二極體的節距相同的微透鏡陣列。

然而，已發現到，在此類量測裝置的最佳尺寸下，量測精確性通常很不理想。

相同的問題也出現在微影投射曝光裝置場中的類似量測。例如，在此種裝置的投射物鏡中，有時存在光學元件具有可變形以校正像差的光學表面。光學表面的變形可借助施加機械力的致動器來完成，或可藉由將輻射導到光學表面的特定區域上來完成。為了控制致動器，可使用量測裝置量測光學表面的形狀，該量測裝置用於在複數個位置量測與光學表面相關的參數。由於光學表面是連續或間斷事實上並不重要，對鏡陣列而言也是如此，在這些情況中的量測精確性有時也不是很理想。

本發明目的之一在於提供一種微影投射曝光裝置，包含一光學表面及一量測裝置，該量測裝置用於在複數個位置量測表面相關參數，其中該量測裝置具有改良的精確性。

根據本發明，此目的係利用微影投射曝光裝置達成，其中該量測裝置包括一包含複數個照射構件的照射單元。每個照射構件具有一出光琢面，用於射出量測光。該照射單元另外包含一光學成像系統，建立一物件平面與一影像平面間之一成像關係，其中該物件平面配置至少兩個出光琢面，及該影像平面至少實質與該光學表面相符，藉此在該光學表面產生複數個量測光點為該至少兩個出光琢面之影像。該量測裝置另外包含一偵測器單元，於量測光在該等量測光點與該光學表面互相作用後，量測量測光的性質。一評估單元基於該偵測器單元決定的該量測光的性質，針對各位置決定該表面相關參數。

本發明人等觀察到，如果使用成像透鏡陣列成像光學表面上的照射構件，如先前技術所提出的，繞射效應會很顯著。至少對於照射構件的較佳尺寸、光學表面上的位置及其間的距離而言，繞射將造成以下效果：量測光點變模糊且不僅限於所要位置，而是延伸至相鄰位置。如果量測光照射於相鄰位置上，這對量測精確性有很不利的影響。

與此類先前技術解決方案相比，本發明實施例提議配置照射構件的至少兩個出光琢面於光學成像系統的共同物件平面中。由於此成像系統提供其中配置至少兩個及較佳是所有出光琢面的較大物件平面，光學成像系統中所含光學元件的直徑將大到可以忽略會降低解析度的繞射。結果，量測光點實質上不為繞射圖案所模糊。因此，避免了因模糊的量測光點所造成的量測精確性降低。在容許量測光點重疊的情況中，本發明實施例可用來增加量測光點的密度，因而也增加了量測精確性。

應明白，術語「物件平面」或「影像平面」未必指這些平面完全平坦。彎曲平面在某些應用中很有用，例如用於量測EUV投射物鏡中成像鏡的彎曲表面。

在一項具體實施例中，與光學表面相關並在複數個位置量測的參數界定光學表面的形狀。此舉特別有用，因其可以無接觸的方式以高精確性量測光學表面的形狀。本申請案中使用的術語「形狀」亦可包括光學表面的定向(orientation)。與光學表面相關的參數例如亦可以是光學表面的透射率或反射率。參數亦可以是具有形成光學表面之界面之光學材料的折射率。本發明因此不限於表面形狀量測裝置。

如果裝置包含用於使光學表面變形的表面變形單元，則光學表面的形狀量測尤其有用。產生此類變形是為了減少光學系統中的波前誤差，尤其是投射曝光裝置之投射物鏡中的波前誤差。表面變形單元例如可包含致動器，用於產生作用於光學表面上的力，以便能夠彎曲包含光學表面的光學元件。表面變形單元亦可包含加熱光源，將光導向光學表面的選定區域。吸收加熱光進而造成光學表面的變形。量測裝置於是可形成閉迴路控制的一部分，並可監控表面變形單元產生的表面變形。

在一項具體實施例中，光學表面組態成反射量測光的至少一實質部分。例如，光學表面由投射曝光裝置中用來校正像差的適應性鏡片形成。然而，光學表面亦可在諸如透鏡的折射光學元件上形成。在此例中，從光學表面反射的一小部分光(雖然很小)足以量測表面相關性質。在較佳具體實施例中，光學表面組態成反射量測光的10%以上，較佳是50%以上。量測光與光學表面的互相作用不一定要是反射，而是也可以是折射。在此例中，量測的不是量測光的反射部分的性質而是透射部分的性質。

在另一具體實施例中，光學表面由鏡陣列形成，此等鏡用於將照射光反射一反射角度，該反射角度因應控制訊號變化。這可藉由使鏡表面變形來達成，或更容易地藉由提供組態成藉由至少一傾斜軸傾斜的鏡來達成。

此類鏡陣列可設置於裝置的照射系統中。這些鏡進而將投射光導向照射系統的系統瞳表面。此舉可以靈活地改變照射於遮罩上之光的角分布(照射設定)。

本發明實施例在條件p_s ² <5λd成立的情況中尤其有用。其中d為出光琢面(facet)與光學表面間的平均距離，p_s 為在光學表面產生之光點的平均節距，以及λ為量測光的中心波長。在此等條件下，繞射效應會會相當顯著，因此，最有利的是使用本發明，以減少繞射所造成的不利效應。

在一項具體實施例中，至少一照射構件包含用於產生量測光的量測光源。集光器設置於量測光的光學路徑，而降低量測光源產生之量測光的發散度。集光器可由直接設在量測光源上的正透鏡(positive lens)或透鏡配置、繞射元件或GRIN透鏡形成。集光器有利的原因是可以減少成像出光琢面(現由光學表面上集光器的背面形成)之成像系統的大小及複雜性。這是因為從集光器之出光琢面顯現的量測光具有較小發散度，因此，減少成像系統必須處理的幾何光學通量。

集光器也可以具有至少一照射構件包含至少兩個量測光源，將量測光導到光學表面上的相同光點。照射構件仍然具有由至少兩個量測光源照射的單一出光琢面。在一項具體實施例中，至少兩個量測光源設置於集光器的背焦平面(back focal plane)。此概念在光源故障時可用來提供冗餘(redundancy)。

避免不利繞射效應的好處並不需要照射單元中含有的所有出光琢面必須利用光學表面上的一個單一成像系統來成像。在一些情況中，有利的是將成像系統分成至少兩個成像子系統，其中每個成像子系統具有一物件平面，其中設置照射單元含有的兩個或更多但非全部的出光琢面。也可以將成像系統的一或多個光學元件曝光於所有照射構件產生的量測光，及將其他(通常較小)光學元件曝光於僅一些照射構件產生的量測光。

在一項具體實施例中，成像子系統具有放大率β，其中|β|=N‧R，而N=2,3,4,...，且R=p_s /p_f 為光學表面上相鄰量測光點之平均節距p_s 與相鄰出光琢面之平均節距p_f 的比值。在此例中，出光琢面陣列成像於光學表面上，使照射在光學表面上的光點密度降低倍數1/N。成像子系統配置成不為一個成像子系統照射的光點由另一成像子系統照射，形成某種交錯的照射圖案。也可以添加額外的成像子系統，照射亦可由另一成像子系統的照射構件照射的光點，藉此提供冗餘。此舉進而在光源故障時提高量測裝置的可靠性。

用此放大率，照射單元可分成n個照射子單元，而nN² 。每個照射子單元又包含照射構件中出光琢面設置在成像子單元之一的物件平面的一些照射構件。接著可將照射子單元形成為包含光源、集光器及電路的光學組件集，其中此類組件集可在故障時更換，或可在變更冗餘度時添加至照射單元或從中移除。

光學系統的物件平面及影像平面可相對於彼此傾斜，尤其在Scheimpflug條件下更是如此。如此可以傾斜地照射光學表面，因而簡化偵測器單元的配置。在一項具體實施例中，光學系統的兩個光學元件具有平行延伸並相隔某一距離的旋轉對稱軸。

I.投射曝光裝置的一般結構

圖1為DUV投射曝光裝置10的透視圖及簡圖，其包含產生投射光束的照射系統12。投射光束照射含有微結構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小於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」。遮罩16與基板24之速度的比值等於投射物鏡20的反放大率。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。

針對投射光波長低於20 nm(尤其是針對13.6 nm)所設計的EUV投射曝光裝置具有相同的基本結構。然而，由於沒有傳送EUV輻射的光學材料，僅使用鏡作為光學元件，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DUV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(flux)。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(folding mirror)36上。

在從折鏡36反射後，束34照射在微透鏡40的陣列38上。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M_ij ，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M_ij 的總數可超出100個或甚至好幾個1000。鏡M_ij 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M_ij 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M_ij 上。

個別鏡M_ij 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M_ij 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M_ij 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，存在可設置個別鏡M_ij 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。

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M_ij 。照射於鏡陣列46上的光束54a根據鏡M_ij 的傾斜角而反射至不同的方向。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 反射的光束54b、54b'反射至不同的方向中。

再次參考圖2，從鏡M_ij 反射的光束照射於第一聚光器58，其確保稍微發散的光束現在作為至少實質平行光束照射於產生複數個二次光源的光學積分器72上。光學積分器72增加形成於光線與照射系統12之光軸OA間的角度範圍。在其他具體實施例中，設置第一聚光器58，使得照射於光學積分器72上的光束具有較大發散度。

在所示具體實施例中，將光學積分器72實現為蠅眼(fly’s eye)透鏡，其包含兩個基板74、76，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，其中說明了適於照射系統12的各種類型光學積分器。

參考數字70代表照射系統12的系統瞳表面，其實質界定照射於遮罩14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光學積分器72中或與其緊鄰。由於系統瞳表面70中光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實質決定遮罩16上照射場14的基本幾何形狀。由於光學積分器72在X方向中比在掃描方向Y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掃描方向Y的大。

從光學積分器72產生之二次光源顯現的投射光進入第二聚光器78，其在圖2中為了簡單之故僅由單一透鏡表示。第二聚光器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。第二聚光器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。

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因此輪廓分明地由場光闌物鏡84成像至遮罩16上。

III.量測裝置

鏡的定向，即對於傾斜軸56x、56y(見圖3)的傾斜角，必須受到很精確的控制。這是因為在感光表面22上產生的圖案對於系統瞳平面70中取決於鏡M_ij 之定向的強度分布變動極為敏感。

只有在可以個別地量測鏡M_ij 的定向時，才能精確控制鏡M_ij 的定向。為此目的，照射系統12包含量測裝置90，用於將量測光導到每個鏡M_ij 上及量測從中反射之量測光的方向。

在其他具體實施例中，量測裝置90不僅用於量測鏡M_ij 的定向，且還量測鏡M_ij 之反射表面的形狀。在投射曝光裝置10的操作期間，這些形狀通常因吸收高能量投射光所引起的熱而發生變化。在EUV照射系統中，因熱引起變形的問題尤其受到關注，因為比起DUV照射系統，更多部分的投射光為鏡所吸收。為了量測個別鏡M_ij 的形狀，不僅必須獲得每個鏡M_ij 上一個位置的表面相關參數(諸如垂直表面或距離)，且必須獲得複數個位置的表面相關參數。

在任一例中，可將鏡M_ij 視為共同形成一較大的光學表面。量測裝置90接著在此光學表面的複數個位置量測與此光學表面相關的特定參數。每個鏡M_ij 上有至少一個且可能兩個或更多個此類位置。參數例如可以是垂直表面，或在鏡M_ij 上有三個或更多位置時，參數可以是距離。在此具體實施例中，參數適於描述鏡M_ij 的定向，因此也適於描述由鏡M_ij 共同形成之光學表面的形狀。

量測裝置90將量測參數饋送至控制單元50。如果量測的鏡定向與目標定向間的偏差超過預定臨限值，則控制單元50重新調整一些或所有鏡M_ij 。更多關於控制鏡M_ij 的細節請參閱本申請人於2008年10月8日申請的德國專利申請案DE 10 2008 050 446.7及本申請人於2008年12月19日申請的PCT專利申請案PCT/EP2008/010918。

現將參考圖2及圖4解說量測裝置90的一般結構，圖4為圖2的詳細放大分割圖。

量測裝置90包含照射單元92，將個別量測光束94導到每個鏡M_ij 。在量測光束94從鏡M_ij 反射後，量測光束94進入包含偵測器光學元件98及位置解析感測器100的偵測器單元96。偵測器光學元件98可包含聚光器，將量測光束94的方向轉換為位置解析感測器100上的位置。將感測器100獲得的位置資料供應至評估單元102，基於偵測器單元96量測之反射量測光束94的方向決定鏡M_ij 的定向。這些資料接著饋送至控制單元50，如上文已經解說的。關於偵測器單元96的更多細節描述於上文提到的WO 2008/095695 A1。

為了能夠個別地量測每個鏡M_ij 的定向，量測裝置92必須能夠辨識偵測的量測光束94從哪一個鏡M_ij 反射。在此方面中的一個方法是使用包含複數個個別照射構件103的照射單元92。每個構件103產生導到鏡M_ij 之一的量測光束94。由於可以個別地控制照射構件103，因此可以使用例如時域或頻域中的光學多工(multiplexing)，分辨感測器100偵測的量測光束94。

如果照射單元92包含複數個個別照射構件103，則必須確保每個照射構件103產生的光束94僅照射於一個鏡M_ij 上。換句話說，鏡M_ij 上由照射構件產生的量測光點必須小到這些光點不會覆蓋任何相鄰鏡M_ij 上的顯著區域。否則量測精確性將大幅降低。

就此方面而言，上文提到的WO 2008/095695 A提議每個照射構件使用個別光學成像構件。每個成像構件將照射構件的出光琢面成像至相關聯的鏡M_ij 上。每個成像構件可由正透鏡形成，及複數個透鏡可形成微透鏡陣列。

然而，已發現到，由於較佳幾何條件(照射構件的節距、鏡的節距、及照射構件與鏡間的距離)，繞射明顯模糊鏡M_ij 上由量測光束94產生的量測光點。光點因而不限於一個鏡M_ij ，而是局部覆蓋一或多個相鄰鏡M_ij 。如此嚴重減少量測裝置90可達成的量測精確性。

1.　第一具體實施例

圖5為根據第一具體實施例之照射單元92的縱剖面。在此具體實施例中，照射構件由配置成二維陣列的光源104形成。光源104可實現為雷射二極體，例如垂直腔表面發射雷射(VCSEL)，其特別適於此應用，因為這些雷射二極體可密集堆積，但又能加以個別控制。每個光源104具有配置於成像系統110之物件平面108中的出光琢面106，成像系統110將物件平面108成像於影像平面112上。

在圖5中，僅以兩個透鏡114、116表示成像系統110。然而，應明白，其他成像系統110，尤其是更複雜的成像系統110，均可用來將物件平面108成像於影像平面112上。成像系統110可特別針對遠心準確率誤差進行校正，因為量測光束94照射於鏡M_ij 上的方向對於量測精確性很重要，因而必須確切地知道此方向。此外，成像系統110可包含可調式光學元件，例如在操縱器的協助下，沿著光軸或垂直於光軸移動的透鏡或鏡。調整光學元件可用於共同改變鏡M_ij 上產生之量測光點的大小及/或位置。

由於光源104不是藉由個別微透鏡，而是藉由共同成像系統110成像於鏡M_ij 上，成像系統110之光學元件的直徑通常大上許多。結果，量測光點，即，出光琢面106產生於鏡M_ij 上的影像不會因為繞射而明顯變得模糊。將出光琢面106配置於共同成像系統110的物件平面108因而可以完全限制量測光點於單一個別鏡M_ij 的表面。量測精確性因此不會因為導到錯誤鏡M_ij 的量測光而降低。

以成像系統110成像多於一個出光琢面106之相關聯的好處在滿足不等式時尤其顯著：

p_s ² <5λd　(1)

其中p_s 是光學表面上產生之量測光點的平均節距。如果光學表面由鏡M_ij 形成，則此節距p_s 通常等於鏡M_ij 的節距p_m 。在上述不等式中，d代表物件平面108與影像平面112間的距離，及λ是量測光的中心波長。如果滿足不等式(1)，則在每個出光琢面由其自已的透鏡成像於鏡M_ij 上時，繞射將模糊鏡M_ij 上產生的光點至導致量測精確性明顯降低的程度。

可使用可換式或可調式孔徑光闌117改變在鏡M_ij 上產生光點之量測光束94的孔徑。量測光束94之一致的數值孔徑有助於設計偵測器單元96。

2.　第二具體實施例

具有小出光琢面106的光源104必然產生具有大發散度的量測光束94。這造成大的幾何光學通量，使得成像系統110的光學設計更加困難且通常表示必須使用大直徑的光學元件。

圖6以類似於圖5的圖式顯示根據第二具體實施例的照射單元92，其中每個照射構件103除了產生量測光的光源104之外，還包含集光器118由具有正折射功率的微透鏡形成。形成集光器118的微透鏡可配置成形成直接定位在光源104前方的微透鏡陣列。此類微透鏡亦可直接設置在形成光源104之雷射二極體的前方琢面上。

如圖7的放大分割圖所示，集光器118減少了光源104射出之光束94的發散度，且藉此減少了光學系統110必須處理的幾何光學通量。如此有助於成像系統110的設計，且通常可以使用具有較小直徑的光學元件(見圖6中與圖5之透鏡114相比的透鏡114)。集光器118組態成集光器118產生的繞射不會導致實質上模糊鏡M_ij 上產生的光點。

在圖6所示的具體實施例中，出光琢面106現在由集光器118的背面形成，其配置於成像系統110的物件平面108中。成像系統110以此方式成像一表面，其由這些背面形成並射出比圖5所示具體實施例減少發散度的光束。

3.　第三具體實施例

圖8為根據第三具體實施例之照射單元92的縱剖面。對照圖6及圖7中所示的第二具體實施例，成像系統110包含複數個成像子系統，每個子系統具有其中設置兩個以上但非全部的出光琢面106的物件平面。在所示具體實施例中，有三個成像子系統，每個子系統分別包含兩個正透鏡114a、116a、114b、116b及114c、116c。

為了防止量測光點因為繞射而延伸至相鄰鏡M_ij ，應該滿足條件(2)：

Mp_s ² 5λd　(2)

其中M>2是成像子系統最小直徑超過光點節距p_s 的倍數(即，最小直徑是Mp_s )。

4.　第四具體實施例

圖9為根據類似於圖5所示第一具體實施例之第四具體實施例之照射單元92的縱剖面。然而，在此具體實施例中，成像系統110組態成第二透鏡116與影像平面112間的距離比較大。如此簡化了照射系統12中量測裝置90的空間配置。此外，量測光束34的數值孔徑比圖5所示具體實施例降低。如此有助於偵測器光學元件98的設計及配置。照射構件103同樣可包含光源或光源與集光器的組合。

5.　第五具體實施例

在所有上述具體實施例中，成像系統110具有如以下所示的放大率β：

|β|=R=p_s /p_f 　(3)

其中p_s 同樣是影像平面112中鏡M_ij 上量測光點的平均節距，及p_f 是物件平面104中出光琢面106的平均節距(見圖8)。

圖10為根據第五具體實施例之照射單元92的縱剖面，其中設定了不同的放大率β。第一照射子單元122a包含包括三個照射構件103的第一陣列120a及包含正透鏡114a及透鏡116的光學子系統。第二照射子單元122b包含包括三個照射構件103的第二陣列120b及包含正透鏡114b及透鏡116的光學子系統。透鏡116因此成為兩個照射子系統122a、122b的一部分。

在每個照射子系統122a、122b中，光學子系統的放大率β如以下所示：

|β|=2‧R=2‧p_s /p_f 　(4)

因此，相鄰照射構件103不會在相鄰鏡M_ij 上產生量測光點，而是在其間相隔一個鏡的鏡上產生量測光點。在一般的情況中，如果放大率β能夠滿足

|β|=N‧p_s /p_f 　(5)

則相鄰照射構件103不會在相鄰鏡M_ij 上產生量測光點，而是在其間沿著給定方向相隔N-1個鏡的鏡上產生量測光點。

在圖10所示的照射單元92中，第一及第二陣列120a、120b相對於透鏡114a及114b分別配置成不為第一陣列120a照射的鏡M_ij 由第二陣列120b照射，反之亦然。因此，可在陣列46的所有鏡M_ij 上產生量測光點。如果適當變更陣列120a、120b之一分別與對應透鏡114a及114b間的空間關係，例如藉由垂直於光軸稍微錯開一個陣列或對應的透鏡，則可在每第二個鏡M_ij 上產生兩個重疊的量測光點。

與滿足等式(5)之放大率相關聯的好處可從圖11明顯看出，圖11圖解此具體實施例之照射構件103之陣列的三維配置。照射構件103形成四個二維的3x3陣列120a、120b、120c及120d。在圖11的右側，在鏡陣列46的位置上由照射構件103產生的量測光點處以圓圈表示。深色區域表示出現量測光，及連接射出光之照射構件103與位置的直線代表空間關係，即，哪個射出光的照射構件103照射鏡陣列46上的哪個位置。為了簡單之故，未顯示將照射構件103的出光琢面成像於鏡陣列46上的光學子系統。

如從圖11中清楚可見，陣列120a至120d可隔開的距離比照射構件103之出光琢面間的節距p_f 大上許多。另一方面，在陣列120a至120b與光學子系統間提供以將陣列120a至120b成像於鏡陣列46上的相對配置決定了可在鏡陣列46上產生量測光點的位置。

一般而言，如果鏡陣列包含mxm個鏡M_ij ，且放大率為β=N‧R，則對於零冗餘而言必須提供每個包含(m/N)x(m/N)個照射構件的n=N² 子單元。

此概念具有以下好處：

a)陣列大小縮減

由於相鄰陣列120a至120d間的距離比相鄰照射構件103間的節距p_f 大上許多，可將陣列120a至120d製成個別單元，例如像是其上形成複數個雷射二極體的個別晶粒。在圖10及圖11所示的簡化具體實施例中，這些陣列包含僅3x3=9個照射構件103，而鏡陣列46包含36個鏡M_ij 。較小陣列之照射構件103的製造比較簡單，因而通常可提高生產率。此外，萬一照射構件103故障，也只需要更換一個包括故障照射構件的(小型)陣列。在先前的具體實施例中，必須更換整個光源陣列，因其通常無法更換密集堆積陣列中的單一光源。

b)冗餘

另一個好處是藉由謹慎地變更陣列120a至120d與透鏡114a至114d間的空間關係，即可輕易地調整陣列120a至120d產生之光點的位置。這還包括提供冗餘的能力，使得鏡陣列46上的位置可由不同陣列120a至120d的照射構件103照射。

這圖解於圖12，其中提供兩組照射構件陣列122a至122b及122a'至122b'。鏡陣列46上如圓圈所示各位置可由兩個照射構件103照射，其中一個照射構件103設置於陣列122a至122b之一，及另一個照射構件103設置於另一陣列122a'至122b'之一。

此概念甚至在將投射曝光裝置10置於操作中後，仍可添加額外的照射子單元。例如，此種情況可發生於發現到照射構件103的使用期限比預期還短時。因此藉由在量測裝置90中添加額外的照射構件陣列，即可輕易地增加照射構件103的冗餘度。

6.　第六具體實施例

在上述具體實施例中，假設鏡陣列46可配置成至少實質垂直於成像系統110的光軸。在真實的系統中，鏡陣列46應予傾斜地照射，因唯有如此，才能確保量測裝置90中沒有任何組件阻礙投射光的傳播，及從鏡M_ij 反射的量測光束94由偵測器光學元件98接收(見圖4)。如果成像系統110的物件平面108與影像平面112滿足Scheimpflug條件，則可輕易地達成傾斜照射。

圖13圖解與圖9所示照射單元類似的照射單元92。然而，在此具體實施例中，儘管物件平面108關於其中設置鏡陣列46的影像平面112傾斜地配置，但仍滿足Scheimpflug條件以達成良好的成像品質。此外，透鏡114、116分別具有旋轉對稱的光軸A1及A2不在同一直線，但卻平行延伸且相隔某個距離。

7.　第七具體實施例

在照射構件103中提供光源104之冗餘的一個方法圖解於圖14，圖14為複數個照射構件103的縱剖面。每個照射構件103包含光源104的陣列及一個集光器。集光器由透鏡118形成，其設於所有照射構件103共有的基板124上。在一項具體實施例中，在給定的時間，照射構件103只有一個光源104在操作中。

配置於物件平面108中的出光琢面106並非由光源104形成，而是由集光器透鏡118的背面形成。光源104可配置成出光琢面106的大小及位置不必取決於照射構件103的哪一個光源104目前產生量測光。如果照射構件103的光源104之一故障，則控制光源104確保此照射構件103的其他光源104之一接手。由於出光琢面106已經固定，這將不會變更鏡M_ij 上產生的光點位置或大小，而只會有量測光束94照射於鏡M_ij 之方向的效應。這可由評估單元102在決定鏡定向時納入考慮。

8.　第八具體實施例

圖15為EUV投射曝光裝置的圖解，其包含附有EUV輻射源30之照射系統12、反射遮罩16及投射物鏡20。物鏡20包含六個鏡M1至M6，在設於支撐物24上之感光表面22上形成遮罩16的縮小影像。

在所示具體實施例中，最後一個鏡M6為適應性(adaptive)鏡片。為此目的，提供致動器單元130用於使鏡M6的反射表面變形。決定變形以降低像差。這在像差隨著時間改變時特別有用。此類時變像差通常由鏡M1至M6的溫度分布變動所造成，因其可在遮罩16或由照射系統12產生的照射設定變更後發生。

圖16為鏡M6及致動器單元130更詳細的側視圖。致動器單元130包含複數個致動器132，其固定於共同的支撐結構133且用於施加力於鏡M6上，如圖16中的雙向箭頭所示。致動器132由致動器控制單元134控制，其控制致動器132以達成所要的表面變形。

為此目的，投射物鏡20包含實質相同的量測裝置90，如上文參考圖4至圖14所解說的。照射單元92包含複數個照射構件103，將量測光束94導向鏡M6之光學表面上的選定位置。反射的量測光束進入偵測器單元96的偵測器光學元件98，然後由感測器100偵測。決定照射單元92及偵測器單元96的配置，使其不至於干擾EUV投射光138。

連接至感測器100的評估單元102基於由偵測器單元96量測的光束方向，決定鏡M6的形狀。使用量測裝置90所獲得的表面形狀資訊控制閉迴路控制方案中的致動器132。

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，本發明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．．．DUV投射曝光裝置

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、124．．．基板

26．．．光軸

28．．．外殼

30．．．準分子雷射

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．．．鏡陣列

50．．．鏡控制單元

52．．．總系統控制裝置

54a、54b、54b'．．．光束

56x、56y．．．傾斜軸

58．．．第一聚光器

70．．．系統瞳表面

72．．．光學積分器

74、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．．．遮罩平面

90．．．量測裝置

92．．．照射單元

94．．．量測光束

96．．．偵測器單元

98．．．偵測器光學元件

100．．．位置解析感測器

102．．．評估單元

103．．．照射構件

104．．．光源

106．．．出光琢面

108．．．物件平面

110．．．成像系統

112．．．影像平面

114、116．．．透鏡

114a、116a、114b、116b、114c、116c．．．正透鏡

117．．．孔徑光闌

118．．．集光器

120a、120b、120c、120d．．．陣列

122a．．．第一照射子單元

122b．．．第二照射子單元

130．．．致動器單元

132．．．致動器

133．．．支撐結構

134．．．致動器控制單元

138．．．EUV投射光

M1至M6、M_ij ．．．鏡

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為圖2的放大分割圖，其中顯示根據本發明的量測裝置；

圖5為根據第一具體實施例之照射單元的縱剖面，其可在圖4所示的量測裝置中使用；

圖6為根據第二具體實施例之照射單元的縱剖面，其可在圖4所示的量測裝置中使用，其中照射構件包含集光器；

圖7為圖6的放大分割圖，其中顯示兩個照射構件；

圖8為根據第三具體實施例之照射單元的縱剖面，其可在圖4所示的量測裝置中使用，其中成像系統包含三個成像子系統；

圖9為根據第四具體實施例之照射單元的縱剖面，其可在圖4所示的量測裝置中使用，其中成像系統及鏡陣列間的距離特別大；

圖10為根據第五具體實施例之照射單元的縱剖面，其可在圖4所示的量測裝置中使用，其中設定不同的放大率；

圖11為圖解照射構件陣列之三維配置的圖式；

圖12為與圖11類似之用於替代性具體實施例的圖式；

圖13為根據第六具體實施例之照射單元的縱剖面，其可在圖4所示的量測裝置中使用，其中物件平面相對於影像平面傾斜。

圖14為根據第七具體實施例之複數個照射構件的縱剖面；

圖15為根據第八具體實施例之EUV投射曝光裝置的圖式；

圖16為圖15的詳細放大分割圖。