TWI544282B - 微影投射曝光裝置的照射系統 - Google Patents

微影投射曝光裝置的照射系統 Download PDF

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Description

微影投射曝光裝置的照射系統
本發明一般係關於微影投射曝光裝置的照射系統以及關於操作此裝置之方法。
微影(亦稱作光微影(photolithography)或僅稱作微影(lithography))係用於製造積體電路、液晶顯示器及其他微結構裝置的技術。微影製程連同蝕刻製程係用以圖案化薄膜堆疊中的特徵構造，其中薄膜堆疊係已形成於例如矽晶圓之基板上。在製造的每一層處，晶圓首先塗佈一光阻(其為對特定波長的光為敏感的材料)。接著，頂部具有光阻的晶圓在投射曝光裝置中透過一遮罩而暴露於投射光。遮罩包含要成像於光阻上的電路圖案。曝光後，將光阻顯影以產生對應遮罩中所包含之電路圖案的影像。接著，蝕刻製程將電路圖案轉移至晶圓上的薄膜堆疊。最後，移除光阻。以不同的遮罩重複此製程，產生多層微結構部件。
投射曝光裝置一般包括照射系統，其照射遮罩上的場，其例如具有矩形或彎曲的狹縫。該裝置更包含：用以對準遮罩的一遮罩台、將遮罩上被照射的場成像至光阻上的一投射物鏡(有時也指「透鏡」)、以及用以對準已塗佈光阻之晶圓的一晶圓對準台。
投射曝光裝置發展中的其中一重要目標為能夠在晶圓上微影地定義尺寸越來越小的結構。小結構可造成高整合密度，其一般對在此裝置協助下所產生之微結構部件的效能具有有利的影響。
過去已進行了各種方法來達成此目標。一方法已用來降低用以將電路圖案成像於光阻上之投射光的波長。這是利用了可微影定義之特徵的最小尺寸與投射光的波長大致上成比例的這個事實。因此，此裝置的製造者係努力以使用具有越來越短波長的投射光。目前所使用最短的波長為248nm、193nm、及157nm，因此落在深(DUV)或真空(VUV)紫外光譜範圍。商用裝置的下一代將使用具有甚至更短波長的投射光，約13.5nm，其係在極紫外光(extreme ultraviolet，EUV)光譜範圍中。EUV裝置包含鏡，而非透鏡，因為透鏡幾乎吸收所有的EUV光。
另一方法為改善遮罩的照射。理想上，投射曝光裝置的照射系統係使用具有明確定義之空間及角度輻照度分佈的投射光，照射在遮罩上所照射之場的每一點。「角度輻照度分佈」一詞係描述光束(其係朝向遮罩上的一特定點聚合)的全部光能量如何分佈於組成光束之光線的各種方向之中。
照射於遮罩上之投射光的角度輻照度分佈一般適用於所要成像至光阻上之圖案種類。舉例來說，相較於小尺寸的特徵，相對大尺寸的特徵可能需要不同的角度輻照度分佈。最常使用的角度輻照度分佈為傳統、環形、雙極及四極照射設定。這些詞是指照射系統之瞳表面中的輻照度分佈。舉例來說，在環形照射設定下，瞳表面上只有環形區域被照射。因此，只有小範圍的角度呈現於投射光的角度輻照度分佈中，且所有光線係以類似的角度傾斜地照射於遮罩上。
在此技術領域中已知有不同的手段用來修改遮罩平面上之投射光的角度輻照度分佈，以達成理想的照射設定。為了達到在遮罩平面中產生不同角度輻照度分佈的最大彈性，已提出使用鏡陣列，其決定在瞳表面中的輻照度分佈。
在歐盟專利EP 1 262 836 A1中，鏡陣列係實現為微機電系統(micro-electromechanical system，MEMS)，其包括多於1000個顯微鏡。每一鏡可對兩正交的傾斜軸傾斜。因此，入射於此鏡裝置的輻射可反射至幾乎任何想要的半球方向。聚光透鏡安排於鏡陣列及瞳表面之間，其將鏡所產生的反射角轉換為瞳表面上的位置。此照射系統使得以複數個點照射瞳表面為可能，其中每一點係相關於一特定鏡，且可藉由傾斜此鏡而自由地在瞳表面各處移動。
使用鏡陣列之類似的照射系統已揭露於專利文件US 2006/0087634 A1、US 7061582 B2以及WO 2005/026843 A2。
雖然使用鏡陣列的照射系統對修改角度輻照度分佈非常有彈性，但在遮罩平面中之照射場上的空間及角度輻照度分佈的一致性仍是個問題。對未來的照射系統，這些量的場依賴性可能需要非常的低。
已發展出一些方法來降低光學積分器上的場相依焦點，其通常用於照射系統以產生複數個次要光源。由次要光源發射出的光束係由一聚光器疊加於一遮罩平面上或於與遮罩平面光學共軛之一場光闌平面上。光學積分器通常包括一或多個光學光柵元件之陣列，其產生相關於次要光源之光束。專屬於此光束的一或多個光學光柵元件係形成一光學通道，其係獨立於其他光學通道。由於相關於光學通道的每一光束係完全地照射遮罩或場光闌平面，位於光學通道內的光學元件可用以調整照射特性。
舉例來說，美國專利US 5615047描述安排於光學積分器之前的平板，且包含複數個濾波器區域，其每一個係相關於光學積分器的單一光學通道。由於濾波器元件的位置與遮罩或場光闌平面係光學共軛，可選擇濾波器區域的投射率分佈以獲得在遮罩或場光闌平面的均勻空間輻照度分佈。
此外，美國專利US 6049374提出了使用相關於光學積分器之特定通道的吸收濾波器元件。
美國專利公開號US 2009/0021715 A1描述一照射系統，其移除了不需要的角度輻照度分佈之殘餘場相依性。為此目的，放置於個別光學通道中的光學元件(例如稜鏡)改變了相關於這些光學通道之光束的某些光學特性。
然而，仍然需要對照射系統的修改，特別是關於入射遮罩之投射光的角度輻照度分佈的場相依性。
因此，本發明實施例的一目的係提供一照射系統，其增加了有關在遮罩級之角度輻照度分佈之場相依性的彈性。
根據本發明實施例，此目的係藉由包含一光學積分器之一照射系統所達成，該光學積分器包含光學光柵元件之一陣列，其中光束係相關於每一光學光柵元件。照射系統更包含一聚光器，其疊加相關於光學光柵元件之光束於一共同場平面，共同場平面與一遮罩平面相同或光學共軛，所要照射之一遮罩在照射系統操作過程中係設置於遮罩平面。照射系統之調變器係組態以調整在一場中之一角度輻照度分佈的一場相依性，其由照射系統在遮罩平面中照射。調變器包含複數個調變器單元，其中每一調變器單元係相關於光束中至少一者(較佳為僅一個)，且安排於聚光器之前的位置，使得只有相關的光束入射調變器單元。此外，每一調變器單元組態以可變地重新分配相關光束的一空間及/或一角度輻照度分佈，而無阻擋任何光。照射系統更包含一控制裝置，其係組態以由以下方式控制調變器單元：若控制裝置接收到在遮罩平面中之角度輻照度分佈之場相依性需被調整的一輸入指令，則至少一調變器單元重新分配一相關光束之空間及/或角度輻照度分佈。
因此，本發明實施例捨棄傳統試圖在遮罩平面上之照射場的每一點產生相同明確定義的角度輻照度分佈(即將角度輻照度分佈的場相依性降低至非常小的可容忍值)之方法。相反地，本發明實施例旨在提供一照射系統，能夠使裝置的操作者可快速地改變遮罩平面上之角度輻照度分佈的場相依性。這使得以不同的角度輻照度分佈對照射場的不同部份進行選擇性地照射變得可能。若這些分佈係專門針對在這些部份中所照射的電路圖案，則圖案將可更正確地轉移到光阻或其他類型的光感表面。
然而，對於不需要以不同照射設定來照射遮罩不同部份的應用中，亦可使用本發明。快速調整遮罩級之角度輻照度分佈的場相依性的能力也可接著用以有效地降低場相依性，即使是在場相依性隨時間改變而因此無法以安排於光學積分器之光學通道中的固定光學元件來降低的情況下。
在一具體實施例中，調變器係組態使得第一角度輻照度分佈係產生於照射場的第一部份，且不同於第一角度輻照度分佈之第二角度輻照度分佈係產生於照射場的第二部份。
特別地，在掃描器類型的裝置中(其中遮罩在光阻曝光過程中沿一掃描方向移動)，第一及第二部份可藉由沿掃描方向延伸之線而形成。第一部份可鄰接照射場之一端，而第二部份可鄰接照射場之一相對端。在掃描器類型裝置的情況下，一端及相對端可沿垂直掃描方向之一方向劃定照射場。
在其他具體實施例中，第一部份為第一角度輻照度分佈為均勻之二維區域，且第二部份為第二角度輻照度分佈為均勻之二維區域。
若裝置為掃描器類型，照射場通常具有沿X方向之一長尺寸以及沿Y方向之一短尺寸，其中Y方向係垂直X方向且對應裝置的掃描方向。接著，第一部份具有與第二部份相同之至少一Y座標，但無X座標。換言之，兩個部份係沿X方向並排地安排或可能沿Y方向位移，但不具有共同的點落在平行Y方向而延伸之一線上。
在某些具體實施例中，甚至可能快速地改變角度輻照度分佈，而使得角度輻照度分佈在當遮罩於掃描操作中投射至光感層時改變。接著，由二維區域所形成之第一及第二部份可沿掃描方向Y安排為一前一後，使得該等兩個部份也可具有共同的X座標。
一般而言，該等兩個部份的第一及第二角度輻照度分佈可相關於選自由以下群組所組成之照射設定：傳統照射設定、角度照射設定、雙極照射設定、n4之n極照射設定。
在其他具體實施例中，每一調變器單元係安排於一光柵場平面中，光柵場平面在一光傳播方向中係位於光學光柵元件陣列之前。每一調變器單元係組態以可變地重新分配在光柵場平面中相關光束之空間輻照度分佈，而無阻擋任何光。
這利用了以下事實：光柵場平面與共同場平面係光學共軛，因此在光柵場平面中的相關光束的任何空間重新分配係直接地轉換為在共同場平面中重新分配的空間輻照度分佈。由於每一調變器單元係相關於一特定光束(其由相關光學光柵元件之位置所決定之一方向朝共同場平面傳播)，若調變器單元改變由在共同場平面中之相關光束所產生之空間輻照度分佈，則角度輻照度分佈之場相依性將改變。
一般來說，相關於光學光柵元件的光柵場平面為共平面。然而，若光學光柵元件具有不同的光學特性，光柵場平面也可沿光學軸位移或傾斜。
在某些具體實施例中，每一調變器單元係組態以沿垂直照射系統之光學軸的方向而移動在光柵場平面中的一區域，此區域係由相關於調變器單元之光束所照射。接著，共同場平面中的照射場也移動，其移動量與光柵場平面中之區域所移動的量成比例。在掃描類型的裝置中，移動方向可等於X方向。在本文中，應注意到，光柵場平面通常不是數學意義上的平面，而是光學上的定義，因此可具有一定的「厚度」。因此，在這樣的「厚」場平面內之傾斜移動仍視為是垂直光學軸的移動。
照射區域的移動可藉由調變器單元達成，而無需改變相關光束的角度輻照度分佈。接著，由在共同場平面中之特定光束所產生的角度輻照度分佈係僅由相關光學光柵元件的位置所決定，但與在相關於光束之光柵場平面中之照射區域的位置係實質上無關。
要將一調變器單元組態為能夠可變地重新分配在光柵場平面中之相關光束的空間輻照度分佈通常需要在光柵場平面中有一定的空間，其用以容納光學部件、制動器、及為此目的所需的其他機械部件。這意味著光柵場平面的照射部份必須由狹縫所分隔。
產生光柵場平面(其中照射部份係由狹隙所分隔)之光學積分器可包含在一光傳播方向中算起之光學光柵元件之一第一陣列、一第二陣列、及一第三陣列，其中光柵場平面係位於光學光柵元件之第二陣列及第三陣列之間。這樣的光學積分器係描述於2009年9月30日申請的德國專利申請案DE 10 2009 045 219。
在其他具體實施例中，每一調變器單元係安排於一瞳平面中或緊鄰瞳平面，此瞳平面在光傳播方向中係位於光學光柵元件之陣列之後。每一調變器單元係組態以可變地重新分配在瞳平面中相關光束之角度輻照度分佈，而無阻擋任何光。這利用了以下事實：瞳平面中的角度輻照度分佈轉換為共同場平面中的空間輻照度分佈，其中共同場平面係傅立葉相關於瞳平面。
在本文中，每一調變器可組態以對垂直於光學軸的一傾斜軸，傾斜相關於調變器單元之光束。這將造成共同場平面中空間輻照度分佈的一移動。
在掃描裝置的情況中，傾斜軸可等於Y方向，其等於掃描方向。
不論調變器單元的位置，每一調變器單元可包含一光學元件，其係組態以改變入射於其上之相關光束之傳播方向。此外，每一調變器單元可包含一制動器，其係耦合至光學元件、且係組態以回應接收自控制裝置之一控制訊號而改變光學元件之位置及/或方位。
在本文中，光束的平行移動也視為傳播方向的改變。
光學元件可為一折射光學元件，特別是一透鏡、一稜鏡或一菲涅耳稜鏡、或一繞射光學元件。
一般來說，該制動器可組態以沿傾斜於(較佳係垂直於)照射系統之一光學軸之一方向位移光學元件。
在其他具體實施例中，制動器係組態以繞著一旋轉軸旋轉光學元件，該旋轉軸係傾斜於(較佳係垂直於)照射系統之一光學軸。
在某些具體實施例中，調變器係組態使得角度輻照度分佈在照射場上不連續地變化。若將被照射的遮罩包含不同的圖案區域，每一圖案區域需要均勻但不同的角度輻照度分佈，則這將特別有用。
在其他具體實施例中，調變器係組態使得角度輻照度分佈在照射場之至少一部份上係連續地變化。舉例來說，若圖案特徵的密度、尺寸、及/或方位在較大圖案區域內不均勻，但在照射場的至少一部分上以大約連續的方式變化，則這可能是有利的。
在後者的情況下，第一部份可為第一角度輻照度分佈為均勻之一第一線。第二部份可為第二角度輻照度分佈為均勻之一第二線。接著，調變器係組態使得在安排於第一線及第二線之間的一區域內，第一角度輻照度分佈係連續地轉換為第二角度輻照度分佈。
為連續地產生變化的輻照度分佈，可使用一調變器單元，其係組態以改變由相關於調變器單元之光束所照射之光柵場平面中之一區域內的一輻照度分佈，而無將其移動。換言之，在光柵場平面中的照射區域之尺寸、幾何形狀、及位置不會由調變器單元改變，但在此區域內的輻照度分佈係回應接收自控制裝置之一控制訊號而改變。
在連續變化之角度輻照度分佈的情況中，每一調變器單元可組態以將輻照度分佈從一均勻輻照度分佈轉換為沿一參考方向而線性地增加或減少的一修改輻照度分佈。在掃描裝置的情況中，此方向可等於X方向，其係垂直掃描方向Y。
本發明實施例之另一方面為用以操作一微影投射曝光裝置的方法，其包含以下步驟：
(a)　提供包含一照射系統及一投射物鏡之一微影投射曝光裝置；
(b)　提供將由照射系統所照射之一遮罩；
(c)　定義所需之一第一角度輻照度分佈、以及不同於第一角度輻照度分佈之所需之一第二角度輻照度分佈；以及
(d)　以在遮罩之一第一部份獲得第一角度輻照度分佈以及在遮罩之不同於第一部份的一第二部份獲得第二角度輻照度分佈的方式，照射遮罩。
第一及第二角度輻照度分佈係相關於選自由以下群組所組成之照射設定：傳統照射設定、角度照射設定、雙極照射設定、n4之n極照射設定。
第一部份可為第一角度輻照度分佈為均勻之二維區域。第二部份亦可為第二角度輻照度分佈為均勻之二維區域。遮罩所含之特徵圖案在第一部份與在第二部份可為不同。
或者，第一部份可為第一角度輻照度分佈為均勻之一第一線，而第二部份為第二角度輻照度分佈為均勻之一第二線。接著，在安排於第一線及第二線之間的一區域內，第一角度輻照度分佈係連續地轉換為第二角度輻照度分佈。
該方法可包含以獲得第一及第二角度輻照度分佈的方式來控制照射系統所含之調變器的步驟。
該方法亦可包含重新分配相關於照射系統所含之光學光柵元件之光束的一空間及/或角度輻照度分佈，而無阻擋任何光的步驟。
當遮罩由投射物鏡投射至一光感表面時，可改變角度輻照度分佈。
本發明實施例一般也可應用在光學光柵元件為鏡(mirrors)的EUV照射系統。
定義：
「場平面」一詞在此係表示與遮罩平面光學共軛的一平面。
「瞳平面」一詞在此係表示與通過遮罩平面中不同點之邊緣光線相交之一平面。
「均勻」一詞在此係表示與位置無關的特性。
「光(light)」一詞在此係表示任何電磁輻射，特別是可見光、UV、DUV、VUV、EUV光及X射線。
「光線(light ray)」一詞在此係表示其傳播路徑可由一線來描述的光。
「光束(light bundle)」一詞在此係表示在場平面中具有一共同起源之複數個光線。
「光束(light beam)」一詞在此係表示通過一特定透鏡或其他光學元件之光。
「方位」一詞在此係表示三維空間中一物件的角定向(angular alignment)。方位通常由一組三個角度所表示。
「位置」一詞在此係表示三維空間中一物件的之參考點的地點。位置通常由一組三個笛卡爾座標所表示。因此，方位及位置係完整地描述三維空間中一物件的配置。
「光學光柵元件」一詞在此係表示與其他光學光柵元件共同安排以產生或維持複數個緊鄰光學通道的任何光學元件，例如透鏡、稜鏡、或繞射光學元件。
「光學積分器」一詞在此係表示增加乘積NA‧a之光學系統，其中NA為數值孔徑，而a為照射場區域。
「聚光器」一詞在此係表示建立兩平面(例如場平面與瞳平面)間之(至少近似的)傅立葉關係之一光學元件或一光學系統。
「共軛平面」一詞在此係表示一成像關係建立於其間之平面。有關共軛平面概念的更多資訊已揭露於E. Delano的論文中，其標題為「第一級設計及y,圖表(First-order Design and the y, Diagram)」，發表於應用光學(Applied Optics)，1963年、第2卷、第12號、第1251-1256頁。
「場相依性」一詞在此係表示一物理量對一場平面中位置的任何功能相依性。
「空間輻照度分佈」一詞在此係表示整體的輻照度如何在光所射入之實際或虛擬表面上變化。空間輻照度分佈通常可由函數I s (x,y)描述，其中x,y為表面上點的空間座標。若應用到場平面，則空間輻照度分佈需整合由複數個光束所產生的輻照度。
「角度輻照度分佈」一詞在此係表示光束的輻照度如何隨組成光束之光線的角度變化。角度輻照度分佈通常可由函數I a (α,β)描述，其中α,β為描述光線方向的角座標。若角度輻照度分佈具有場相依性，則I a 亦將為場座標的函數，即I a =I a (α,β,x,y)。
I.　投射曝光裝置的一般結構
圖1為根據本發明之投射曝光裝置10的透視且高度簡化視圖。裝置10包含產生投射光束的照射系統12。照射系統12照射遮罩16上的場14，遮罩16包括由圖1中細線條所示意表示之複數個小特徵19所形成的圖案18。在此具體實施例中，照射場14具有不包含裝置的光學軸OA之環段形狀。然而，也可考慮其他形狀的照射場14，例如矩形。
投射物鏡20將圖案18成像於由基板24所支撐之光感層22(例如光阻)上之照射場14內。可由矽晶圓形成的基板24安排於一晶圓台(圖未示)上，使得光感層22的頂表面準確位於投射物鏡20的一影像平面中。遮罩16係藉由遮罩台(圖未示)設置於投射物鏡20的物體平面中。由於投射物鏡20的放大倍率β為|β|<1，在照射場14內之圖案18的縮小影像18'係投射至光感層22上。
在投射過程中，遮罩16及基板24係沿對應圖1所指示之Y方向的一掃描方向移動。照射場14接著掃描整個遮罩16，使得大於照射場14的圖案化區域可連續地成像。基板24及遮罩16的速度比係等於投射物鏡20的放大倍率β。若投射物鏡20反轉影像(β<0)，則遮罩16及基板24以相反方向移動，如圖1中箭頭A1及A2所示。然而，本發明也可用於步進器工具，其中遮罩16及基板24在遮罩的投射過程中沒有移動。
II.　多重照射設定
圖2為遮罩16的放大透視圖。在此遮罩上的圖案18包含三個相同的第一圖案區域181a、181b、181c，其係沿Y方向一前一後的安排。為了簡化起見，假設第一圖案區域181a、181b、181c的特徵19為沿Y方向延伸的直線。圖案18更包含三個相同的第二圖案區域182a、182b、182c，其也是沿Y方向一前一後的安排，但從第一圖案區域181a、181b、181c橫向位移，使得第一圖案區域181a、181b、181c以及第二圖案區域182a、182b、182c沒有共同的X座標。假設第二圖案區域182a、182b、182c包括沿X方向延伸的特徵19以及沿Y方向延伸的特徵19。
圖2所示的遮罩16係假設為用於製造步驟中，其中兩個不同的晶粒係同時曝光且將經歷相同的後續製造步驟，例如蝕刻。晶粒係足夠小，而可在X方向的寬度為W的投射物鏡20之影像場內彼此相鄰，如圖1所示。在一完整的掃描週期內，可曝光相關於第一圖案區域181a、181b、181c的三個第一類型晶粒以及相關於第二圖案區域182a、182b、182c的三個第二類型晶粒。接著，在無任何照射下將掃描方向反向或是遮罩16回到其原位，且實施下一個掃描週期。在此方法中，可同時曝光基板24上兩列不同的晶粒。
一般而言，若需要最佳的成像品質，不同的圖案在遮罩級需要不同的角度輻照度分佈。在此具體實施例中，假設沿Y方向延伸的特徵19係以X雙極照射設定而最佳地成像於光感層22上。在圖2中，虛線圓圈表示瞳26，其係相關於朝位於其中一第一圖案區域中之一場點聚合之光束。在瞳26中，沿X方向彼此隔開的兩個極(poles)27係代表光朝場點傳播的方向。由於假設圖案在第一圖案區域181a、181b、181c上為均勻，因此需要在第一圖案區域181a、181b、181c中的每一場點產生此X雙極照射設定。
相關於第二類型晶粒的第二圖案區域182a、182b、182c包括沿X方向延伸的特徵以及沿Y方向延伸的特徵19。針對這些特徵19，假設環狀照射設定能有最佳成像品質。圖2繪示一圓環28，其於瞳26中被照射，其中瞳26係相關於朝在第二圖案區域182a、182b、182c之其中之一的一場點聚合之光束。同樣地，此環狀照射設定將產生於第二圖案區域182a、182b、182c中的每一場點。
這意味著照射系統12必須能夠同時地產生並排於照射場14內之兩個不同的照射設定。在下文中，將參考圖3至圖13對能夠執行此任務之照射系統12的結構做更詳細的描述。
III.　照射系統的一般結構
圖3為圖1所顯示之照射系統12的剖面圖。為了清楚表示，圖3的說明圖係相當地簡化且未依比例繪示。這特別意味著不同的光學單元僅由一或非常少的光學元件來表示。實際上，這些單元可包含更多的透鏡及其他光學元件。
照射系統12包括一外罩29及一光源30，在所示之具體實施例中，光源30係實現為一準分子雷射。光源30發射波長為約193nm的投射光。也可考慮其他類型的光源30及其他波長，例如248nm或157nm。
在所示的具體實施例中，由光源30所發射的投射光進入光束擴展單元32，光束於其中擴展。舉例來說，光束擴展單元32可包含數個透鏡或可實現為一鏡安排。從光束擴展單元32出來的投射光係形成為一幾乎準直的投射光束34。
接著，投射光束34進入一瞳定義單元36，其用以在一後續瞳平面中產生可變的空間輻照度分佈。為此目的，瞳定義單元36包含顯微反射鏡(microscopic mirrors)40之一陣列38，其可在制動器的幫助下個別地對兩正交軸傾斜。圖4為陣列38的透視圖，其描述兩平行光束42、44如何根據光束42、44所入射之鏡40的傾斜角度而反射至不同的方向。在圖3及圖4中，陣列38僅包含6x6個鏡40；實際上，陣列38可包含數百、甚至數千個鏡40。
瞳定義單元36更包含稜鏡46，其具有傾斜於照射系統12之光學軸OA的第一平面表面48a及第二平面表面48b。在這些傾斜的表面48a、48b，射入的光係以全內部反射方式反射。第一表面48a將射入的光朝鏡陣列38的鏡40反射，而第二表面48b將從鏡40所反射的光導向至稜鏡46的出口表面49。因此，從出口表面49所出現的光的角度輻照度分佈可藉由個別地傾斜陣列38的鏡40而變化。有關瞳定義單元36的更多細節可參考美國專利公開號US 2009/0116093 A1。
在第一聚光器50的幫助下，由瞳定義單元36所產生的角度輻照度分佈係轉換為空間輻照度分佈，其中第一聚光器50係將射入光導向光學積分器52。在此具體實施例中，光學積分器52包含光學光柵元件56的第一陣列54a、第二陣列54b、及第三陣列54c。
圖5為三個陣列54a、54b、54c的透視圖。每一陣列包含光學光柵元件56的一子陣列於支撐板的前側及後側，其中子陣列係由沿X或Y方向延伸之平行的圓柱體透鏡所產生。光學光柵元件56之折射功率在沿X及沿Y方向應不同的情況下，使用圓柱體透鏡通常特別有利。
圖6及圖7分別顯示根據替代具體實施例之陣列54a的俯視圖及沿線VII-VII的剖面圖。此處的光學光柵元件56係由具有正方形輪廓的平凸形(plano-convex)透鏡所形成。其他陣列54b、54c只有光學光柵元件56之凸形表面的曲率不同於陣列54a。
再次參考圖3，第一、第二及第三陣列54a、54b、及54c的光學光柵元件56係分別地安排為一前一後，使得每一陣列的一個光學光柵元件56係正好相關連於其他兩陣列的一個光學光柵元件56。彼此相關連之三個光學光柵元件係沿一共同軸對準且定義一光學通道。在光學積分器52內，在一光學通道中傳播的光束沒有與在其他光學通道中傳播的光束交錯或重疊。換言之，相關於光學光柵元件56的多個光學通道係彼此光學地隔離。
光柵場平面58係設置於第二陣列54b及第三陣列54c之間，調變器62之調變器單元60係安排於其中。調變器單元60係經由控制線64而連接至控制裝置66，其接著連接至控制投射曝光裝置10的整體操作之中央裝置控制68。
在此具體實施例中，照射系統12的瞳平面70係設置於第三陣列54c之後(也可安排於其之前)。第二聚光器72建立瞳平面70及場光闌(field stop)平面71之間的傅立葉關係，可調整場光闌74係安排於場光闌平面71中。場光闌平面71與調變器單元60安排於其中的光柵場平面58為光學共軛。
這表示光學通道內之光柵場平面58中的區域係藉由第三陣列54c之相關光學光柵元件56及第二聚光器72而成像於場光闌平面71上。光學通道內之照射區域的影像係疊加於場光闌平面71中，且這會造成場光闌平面71非常均勻的照射。此程序通常藉由以次要光源(其係共同地照射場光闌平面71)識別光學通道中的照射區域而描述。
場光闌平面71係藉由場光闌物鏡76而成像於遮罩平面78上，其中遮罩16係在遮罩台(圖未示)的幫助下而安排。可調整場光闌74也成像於遮罩平面78上，且定義至少照射場14中沿掃描方向Y延伸的短側邊。
IV.　調變器
下文中將參考圖8而解釋調變器62的功能，其中圖8為形成於光學積分器52中之三個緊鄰光學通道I、II及III的示意經向剖面圖。入射光學積分器52之投射光具有低發散性。為簡化起見，在此討論中將忽略此發散性，所以入射光學光柵元件56之第一陣列54a的光假設為準直的。進一步假設光學積分器52的三個光學光柵元件56係均勻地照射，如圖8之箭頭A3所示。為簡化起見，形成於正交圓柱體透鏡相交處之光學光柵元件56係表示為雙凸透鏡。
開始的兩個陣列54a、54b之光學光柵元件56具有以下效應：相關於個別光學通道I、II、及III之光束的寬度係於X方向減少。減少也可能是沿Y方向發生，但可能具有不同的減縮因數。在調變器單元60上照射的區域具有矩形外形，且至少在沿X方向上由狹縫所分隔，其中狹縫係由圖8中緊鄰箭頭對A4之間的空白區所表示。
調變器單元60具有以下效應：在光柵場平面58中的這些照射區域係側向地沿X方向移動。此側向移動係由圖8中光學通道II及III的箭頭對A5所表示。在上面的光學通道I中，調變器單元60在一中性狀態，使得輻照度分佈沒有移動。
第三陣列54c的光學光柵元件56及第二聚光器72將光柵場平面58中的輻照度分佈成像於場光闌平面71上，如前文中已提及。僅由上面的光學通道I所產生之場光闌平面71中的輻照度分佈係由一實線繪示的矩形標示於圖8中。此輻照度分佈係集中於場光闌平面71中，因為調變器單元60在其進入側沒有移動輻照度分佈。
然而，由中間及下面的光學通道II及III所產生之場光闌平面71中的輻照度分佈(其分別以虛線及點線顯示於圖8中)現在係側向地沿X方向移動。這僅是在每一光學通道中之光柵場平面58及場光闌平面71間的一個光學共軛的結果。
由每一光學通道I、II及III產生於場光闌平面71中的角度輻照度分佈係取決於瞳平面70中光學通道的位置。第二聚光器72的光學軸與光學通道位置之間的距離越大，由光學通道所產生的照射角度將越大。因此，三個光學通道I、II、及III能夠產生具有不同角度輻照度分佈的不同照射場。
這將於下文中參考圖9及圖10做更詳細的解釋。圖9為光學積分器52之光柵場平面58的俯視圖，其中只提供了3x3光學通道。圖9中的暗區表示由投射光所照射之光柵場平面58中的區域。由圖9中可看出，在相關於個別光學通道之調變器單元60的操作下，五個區域80沿-X移動，兩個區域81沿+X方向移動。兩個區域82沒有被照射，即瞳定義單元36沒有將任何光導向相關於這些區域82之光學光柵元件56。
如同以上所解釋，圖9中所示之區域80的側向移動也造成了在場光闌平面71中的照射區域以及遮罩平面78的移動。藉由適當地選擇區域80的尺寸，可達成遮罩16上之場14的左半部或右半部由個別光學通道所照射。
圖10為遮罩16上的透視圖，並描述此簡化範例的照射條件。可看出在照射場14的半邊，可獲得類似C-quad照射設定(其包含五個極，即四個外部極83a及一個中心極83b)的角度輻照度分佈。這五個極係對應圖9所示之五個照射區域80。
在場14的另外半邊，可獲得類似包含兩個極84之Y雙極照射設定的角度輻照度分佈。這兩個極84對應圖9所示之兩個照射區域81。
從前述中應可清楚了解到，若光學通道的數量夠多，幾乎可產生任何任意照射設定於照射場14的兩半邊之上，使瞳定義單元36也能夠在光學積分器52上產生所需的輻照度分佈。在下文中，將參考圖11及圖12描述調變器單元60的兩個不同具體實施例。
在圖11所示的具體實施例中，調變器62的每一調變器單元60包含兩個圓柱體透鏡86、88，其可個別地沿X方向位移，如圖11中之雙箭頭所示。藉由使圓柱體透鏡86、88自個別光學通道之光學軸偏離中心(decentering)，相關於光學通道之光束係側向地位移。這利用了以下事實：偏軸透鏡(decentered lens)的效應與同軸透鏡(centered lens)加上三角稜鏡的效應相同。為了位移圓柱體透鏡86、88，標示為90、92的制動器係耦合至圓柱體透鏡86、88。制動器90、92改變透鏡86、88的位置，以回應接收自控制裝置66的控制訊號。
圖12顯示調變器62另一具體實施例的經向剖面圖。在此具體實施例中，每一調變器單元60包含形狀為平行六面體的稜鏡94。每一稜鏡94具有兩對平面矩形表面及具有平行四邊形輪廓的一對平面表面。在標示為96之制動器的幫助下，稜鏡94可繞旋轉軸98旋轉。
在所示之上面光學通道I的旋轉位置中，稜鏡94係處於一中性狀態，其中光束係垂直入射通過兩個平面表面。在所示之中間及下面光學通道II及III的旋轉位置中，光束通過兩個傾斜的平面表面，使得光束係側向地移動。
圖13為光學積分器52之一光學通道的示意經向剖面圖。在此說明圖中，中心光束100及邊緣光束102的光線軌跡係以分別實線及虛線表示。三個陣列54a、54b及54c的光學光柵元件56之焦距係標示為fa、fb、及fc。光柵場平面58中的陰影區域104係表示沒有投射光會經過之一空間，因此可用來容納像是制動器、支撐結構、或調變器單元60的軸等部件。
在具有直徑d之第一陣列54a的光學光柵元件56上之輻照度分佈係以d'/d的縮小比例成像於光柵場平面58上，其中光柵場平面58的直徑為d'。由緊鄰焦點平面間的狹縫可看出，光學光柵元件56係以稍微散焦(defocused)的方式設置。舉例來說，這係致能調整以校正遠心誤差(telecentricity errors)。有關光學積分器52的更多細節可參考上述於2009年9月30日申請之德國專利申請案DE 10 2009 045 219。
V.　替代具體實施例
圖14為類似於圖3之根據另一具體實施例之照射系統112的示意剖面圖。在此具體實施例中，光學積分器152僅包含光學光柵元件156的兩個陣列154a、154b。然而，與圖3所示之照射系統12的主要差別為，包含調變器單元160的調變器162未安排於光柵場平面58中，而是安排於瞳平面70中，瞳平面70係緊接在光學光柵元件156的最後陣列之後，介於第二陣列154b及第二聚光器72之間。此外，調變器單元160係組態以可變地重新分配瞳平面70中之相關光束的角度輻照度分佈(非空間輻照度分佈)，而無阻擋任何光。
以下將參考圖15進行更詳細的解釋，其中圖15係類似圖8所示，顯示了光學積分器152的三個緊鄰光學通道I、II及III。
調變器單元160係安排在第二陣列154b之後的位置，相關於光學積分器152之光學通道I、II及III的光束在此處尚未重疊。因此，入射每一調變器單元160的光係僅相關於光學通道I、II、及III的其中之一。如前所述，調變器單元160係調變相關光束的角度輻照度分佈，其可透過比較箭頭A7與A6而清楚看出，箭頭A7與A6係分別表示在調變器單元160之後及之前的相關光束之光線。第二聚光器72將不同的角度輻照度分佈轉換為場光闌平面71中不同的空間輻照度分佈。
在上面的光學通道I中，調變器單元160係處於一操作狀態，其中光束的發散性係增加。因此，以實線106繪示於場光闌平面71中的空間輻照度分佈沿X方向具有最大尺寸。
在中間的光學通道II中，調變器單元160係處於一操作狀態，其中發散性並無增加，但相關於此光學通道的光束在-X方向傾斜。這所產生的空間輻照度分佈係由虛線108表示於圖15中。此空間輻照度分佈沿X方向的一寬度為由上面的光學通道I所產生之最大寬度的一半，且輻照度等級為由上面的光學通道I所產生之輻照度等級的兩倍高。
在下面的光學通道III中，調變器單元160係處於一操作狀態，其中相關於此光學通道的光束係朝+X方向傾斜。這所產生的空間輻照度分佈係由虛線110表示於圖15中。
因此，藉由對一傾斜軸(其平行Y軸且因而垂直照射系統112之光學軸OA)傾斜相關於調變器單元160之光束，有可能再次以一特定光學通道照射場光闌平面71及遮罩16的不同部份。若上面的光學通道的調變器單元160係組態使得發散性在中性操作狀態中不會增加，則調變器162將具有與圖8所示之調變器62相同的效應。
圖16為三個緊鄰光學通道I、II及III之光學積分器152及調變器160的示意經向剖面圖。每一調變器單元160包含一三角形稜鏡113以及一制動器(圖未示)，其中制動器係組態以沿+X或-X方向位移稜鏡113以回應接收自控制裝置66的一控制訊號。在稜鏡113的中性位置中(其顯示為相關於上面的光學通道I的調變器單元160)，發散性增加，但光束整體未傾斜。若操作制動器且稜鏡113係沿-X或+X方向側向地位移(其顯示為相關於中間光學通道II及下面光學通道III的兩個調變器單元160)，則相關於這些光學通道的光束係對Y方向傾斜，如前文中參考圖15所做的描述。
若稜鏡113的所在位置係介於所示之上面的光學通道I的中心位置與所示之中間及下面的光學通道II及III的其中一端點位置之間，則將於場光闌平面71中獲得具有兩個非零輻照度級之分階輻照度分佈。這兩級間的比例係取決於稜鏡113的X位置。因此，每一光學通道可將光的任意部分導向至場光闌平面71中之照射場的兩部。
在此具體實施例中，同樣也有利的在光學通道I、II以及III之間具有可用自由空間，供容納用以位移稜鏡113的制動器。這可藉由適當地設計光學積分器152而達成。
圖17為根據替代具體實施例之稜鏡113'在XZ平面的剖面圖。此具體實施例之稜鏡113'為圖16所示之三角形稜鏡113的「菲涅爾(fresnelized)」等效物。因此，菲涅爾稜鏡113'並不具有實質上三角形的剖面，而具有鋸齒形的階梯輪廓，如圖17所示。菲涅爾稜鏡113'可具有關於圖16所示之三角形稜鏡113所產生之像差的優點。
若稜鏡113或113'不能沿X方向位移，例如因為沒有可用的空間來致能稜鏡113、113'的移動動作，或用來容納制動器及支撐結構或其他機械部件，則稜鏡可由沿Y方向位移之其他折射光學元件所取代，以調整與其相關之光束的角度輻照度分佈。
圖18為此一折射光學元件的透視圖，其整體係標示為116。光學元件116包含兩個並排排列的折射楔形物118、120，其中一個楔形物118所在位置係藉由將楔形物118從另一楔形物120的位置對一旋轉軸(其係平行於Z方向)旋轉180°而獲得。若折射光學元件116係用於圖16所示之調變器單元160使得其能沿Y方向位移，則只要適當地決定尺寸，楔形物118或楔形物120將可能可完全地暴露在相關於個別光學通道之光束。接著，達成與圖16所示之中間的光學通道II及下面的光學通道III相同的效應。若折射光學元件116位於一半光束通過楔形物118且另一半光束通過楔形物120的中心位置，則可實質達成與圖16所示之上面的光學通道I相同的效應。
VI.　輻照度管理
在前述中，對於投射光的可用量需如何分佈於各種光學通道上而能於遮罩平面上獲得所需的輻照度及角度光分佈的這個問題並無太多討論。
在下文中，將描述若要對不同的圖案區域181a、181b、181c以及182a、182b、182c達到圖2所示之照射設定，需如何實施輻照度管理。
為簡化起見，將假設在光學積分器中可得的光學通道數量為6x6。圖19示意地顯示在此情況中相關於個別場點之瞳26中的輻照度分佈(以下稱作瞳輻照度分佈)必須如何在照射場14上沿X方向變化。在照射場14的左半邊，照射設定122應為環形，而照射場14的右半邊係設定為X雙極照射設定124。在圖19的表示中，這兩個不同的照射設定係約略近似為可用光學通道的限制數量之結果。
進一步假設，在環形照射設定122的情況下，瞳中所照射的全部區域為在X雙極設定情況下的兩倍大。由於遮罩16上的點應接收相同量的光，不論是位在照射場14的左半邊或右半邊，因此若相較於X雙極照射設定，在照射瞳區域的輻照度在環形照射設定下需為一半。這繪示於圖19中之區域126、127，其相關於光學積分器152的不同光學通道且具有不同的塗黑程度。
這些瞳輻照度分佈(其對照射場14的左半邊及右半邊中的場點為不同)需由光學積分器152及調變器162所產生。圖20描述為此目的所需之照射系統112之瞳平面70中的輻照度分佈。可看出有四個不同的輻照度級，即零級128(白色)、三分之一輻照度級130(淺灰)、三分之二輻照度級132(深灰)、及完全輻照度級134(黑)。
最高輻照度級134為需將光導向照射場14的兩半邊之那些光學通道所需。更特別地，這些光學通道需將三分之一可用光導向照射場14之左半邊(環形照射設定應產生於其中)，且將剩下三分之二的可用光必須導向照射場之右半邊(X雙極照射設定應產生於其中)。此場光闌平面71或遮罩平面78中的分階輻照度分佈可由例如稜鏡113或113'而獲得，其中稜鏡113或113'係位於圖15及16顯示為上面光學通道I的中心位置以及顯示為中間光學通道II及下面光學通道III之端點位置之間。
三分之二輻照度級132為那些將光僅導向照射場14之右半邊的光學通道所需，以獲得X雙極照射設定124。如前所述，相較於將光僅導向照射場14之左半邊的區域(此處係獲得環形照射設定122)，輻照度需為兩倍大。在這些區域，需要三分之一的輻照度級130。
零輻照度級128為完全沒有將光導向照射場14之瞳平面70中那些區域所需。
在瞳定義單元36之鏡陣列38的幫助下，可輕易地達成四個不同的輻照度級128、130、134、132。為簡化起見，若假設陣列38(只)包含各產生相同輻照度之36個鏡，則三個鏡40可將投射光導向需完全輻照度級134之每一光學通道，兩個鏡40可將投射光導向需三分之二輻照度級132之每一光學通道，且一個鏡40可將投射光導向需三分之一輻照度級130之每一光學通道。全部36個鏡係剩下四個完全沒有將任何光導向光學積分器52的鏡。
然而，通常來說，鏡不會產生如前文中所假設之相同的輻照度，而是相當不同(儘管為已知)的輻照度。接著，產生最高輻照度的鏡40可受控制使其將投射光導向需要完全輻照度級134的那些區域。產生約為完全級134之三分之二的鏡40係受控制使其將投射光導向需要三分之二輻照度級132的區域，以此類推。
VII.　角度輻照度分佈的連續變化
在前文中，已假設遮罩16上有兩個部分沿X方向並排設置，其係以不同的角度輻照度分佈照射。然而，亦可考慮由以下方式照射遮罩16：角度輻照度分佈係連續地變化，且特別是沿垂直掃描方向Y之方向。
圖21描述瞳輻照度分佈如何可在照射場14內沿X方向變化，其係類似圖19的表示。在照射場14的左端，產生環形照射設定122。在照射場14的右端，產生X雙極照射設定124。在這些相對端間的瞳內之不同的灰階係表示角度輻照度分佈如何連續地在照射場14的兩端之間變化。
因此，沿Y方向延伸的每一線形成角度輻照度分佈為均勻之一部份，但此分佈係連續地在相關於環形照射設定122與X雙極照射設定124之照射場14相對端的兩個特定分佈之間變化。
圖22描述此方案中必須由整體6x6光學通道的每一個產生於場光闌平面71中之輻照度分佈。比較圖21及22可看出，某些光學通道136需產生從照射場左端的半最大值線性地減少至照射場14右端的零之輻照度分佈。其他光學通道138需產生從零線性增加到最大輻照度級之輻照度分佈於場光闌平面71中。又，其他光學通道140需產生從照射場14左端的半最大值線性地增加至照射場14右端的最大值之輻照度分佈於場光闌平面71中。
此輻照度分佈可由取代圖3所示具體實施例中調變器60的調變器262而產生。調變器262的功能將參考圖23來做解釋，圖23為光學積分器52的三個緊鄰光學通道I、II及III以及關於光學通道I、II及III之調變器單元260的經向剖面圖。除了圖8所示的調變器單元60，圖23所示的調變器單元260係組態以改變由相關於調變器單元260的光束所照射之光柵場平面58內的輻照度分佈，而無移動輻照度分佈。換言之，光於照射區域內重新分配，但區域的位置沒有改變。在圖23中，這由具有不同厚度的箭頭A8來表示，其指示在此X座標的輻照度。
圖24示意地描述圖23所示之三個光學通道I、II及III之空間輻照度分佈的重新分配。同樣地，假設調變器單元260入口側的輻照度分佈為均勻(即，高頂屏蔽(top hat)分佈)，其由圖24中的矩形142所表示。調變器單元260將矩形輻照度分佈142轉換為圖24之右側所示之線性減少或增加的分佈144a、144b及144c。
再次參考圖23，由調變器單元260所實施之此空間光分佈的重新分配產生所需的輻照度分佈136、138、140於場光闌平面71中，因為光柵場平面58藉由第三陣列54c的光學光柵元件56及第二聚光器72而與場光闌平面71光學共軛。
如圖23示意地顯示，均勻空間輻照度分佈142重新分配為各種線性增加或減少的空間輻照度分佈可在調變器單元260所含之折射光學元件的幫助下產生。在下文中，將範例性地描述折射光學元件需如何塑形以使均勻輻照度分佈142轉換為從零線性增加至最大值的輻照度分佈144b。
圖25顯示具有前表面148及後表面149之折射光學件146為一起點。前表面的外形係假設為由方程式w 1 (x)所給定，而後表面149的外形係假設為由方程式w 2 (x')所給定。更假設在位置x進入前表面148的光線係在前表面148折射，且在位置x'離開後表面149。
保持在小體積元件中的總光能量，即：
I(x)dx=I'(x')dx'　(1)
假設在前表面148的輻照度分佈142為均勻，則在後表面149的輻照度分佈I'(x')為：
若輻照度分佈應線性地增加，則必須滿足方程式(3)：
其中L為光柵場平面58中照射區域的寬度。
接著，所要解的方程式為(以近軸近似法)：
這組方程式可簡單地了解為：在位置x進入折射光學件146的光線在位置x'離開後表面149。前表面148及後表面149之間的厚度係給定為w 2 (x')-w 1 (x)，其產生一偏移角(x'-x)/(w 2 -w 1 )。接著，前表面148的傾斜度係由dw 1 /dx之方程式的右側所定義。後表面149的任務為再次改變光線的方向為其進入前表面148時所具有的最初方向。
輔助函數為：
方程式(4)可改寫為：
數值解方程式(6)產生一折射光學件146，其在XZ平面上具有圖26所示之形狀。
圖27顯示每一調變器單元260所含之光學元件150，其可在制動器(圖未示)的協助下沿Y方向位移。光學元件150由第一折射光學件146a及第二光學件146b所組成，其兩者都具有如圖26所示的形狀。光學元件150係由兩個光學件146a、146b組裝，其中光學件146b係繞Z軸旋轉180°。
第一光學件146a將一均勻輻照度分佈轉換為沿X方向從最大值線性降低至零之一輻照度分佈，如圖27右側之輻照度分佈144a所示。第二光學件146b將光重新分配，使得在其後表面149所獲得的輻照度分佈係從零線性增加至最大值，如虛線144b所示。若光學元件150沿Y方向位移而使得光入射光學件146a、146b兩者，則兩個線性增加及線性減少的輻照度分佈144a、144b係重疊，因而可產生介於第一非零級及第二非零級之間的線性增加分佈144c，如圖24所示。
這係顯示於圖28至圖30，其顯示在三個不同操作狀態下的光學件146a、146b之前表面140及制動器152。制動器152組態以沿Y方向位移光學元件150。
在圖28所示之第一操作狀態下，由其中一光學通道之第一及第二陣列54a、54b之光學光柵元件56所照射之區域154係完全地位於第一光學件146a的前表面140內。因此，輻照度分佈144a係產生於第一折射光學件146a的後表面149。由於光學共軛，此光學通道接著產生也在遮罩平面78的輻照度分佈144a。
圖29顯示第二操作狀態下的光學元件150，其中區域154係完全地位於第二折射光學件146b的前表面140內。接著，光學通道產生具有相反場相依性的輻照度分佈144a，即其沿-X方向線性地增加。
在圖30所示之第三操作狀態下，光學元件150已沿Y方向移動，使得照射區域154之一較大部分係位於第一光學件146a的前表面140內，且照射區域154之一較小部分係位於第二光學件146b的前表面140內。因此，獲得輻照度分佈144c，其為增加的輻照度分佈144a及減少的輻照度分佈144b之重疊。因此，透過參考圖23至圖30所描述之調變器單元260，有可能產生已顯示於圖22及所需之所有輻照度分佈，使得環形照射設定沿照射場14的X方向連續地轉換為X雙極照射設定。
在不脫離本發明精神或必要特性的情況下，可以其他特定形式來體現本發明。應將所述具體實施例各方面僅視為解說性而非限制性。因此，本發明的範疇如隨附申請專利範圍所示而非如前述說明所示。所有落在申請專利範圍之等效意義及範圍內的變更應視為落在申請專利範圍的範疇內。
10．．．投射曝光裝置
12．．．照射系統
14．．．場；照射場
16．．．遮罩
18．．．圖案
18'．．．縮小影像
19．．．特徵
20．．．投射物鏡
22．．．光感層
24．．．基板
26．．．瞳
27．．．極
28．．．圓環
29．．．外罩
30．．．光源
32．．．光束擴展單元
34．．．投射光束
36．．．瞳定義單元
38．．．陣列
40．．．顯微反射鏡；鏡
42．．．光束
44．．．光束
46．．．稜鏡
48a．．．第一平面表面
48b．．．第二平面表面
49．．．出口表面
50．．．第一聚光器
52．．．光學積分器
54a．．．第一陣列
54b．．．第二陣列
54c．．．第三陣列
56．．．光學光柵元件
58．．．光柵場平面
60．．．調變器單元
62．．．調變器
64．．．控制線
66．．．控制裝置
68．．．中央裝置控制
70．．．瞳平面
71．．．場光闌平面
72．．．第二聚光器
74．．．可調整場光闌
76．．．場光闌物鏡
78．．．遮罩平面
80．．．區域
81．．．區域
82．．．區域
83a．．．外部極
83b．．．中心極
84．．．極
86．．．圓柱體透鏡
88．．．圓柱體透鏡
90．．．制動器
92．．．制動器
94．．．稜鏡
96．．．制動器
98．．．旋轉軸
100．．．中心光束
102．．．邊緣光束
104．．．陰影區域
106．．．實線
108．．．虛線
110．．．虛線
112．．．照射系統
113．．．三角形稜鏡
113'．．．菲涅爾稜鏡
116．．．光學元件
118．．．折射楔形物
120．．．折射楔形物
122．．．環形照射設定
124．．．X雙極照射設定
126．．．區域
127．．．區域
128．．．零級
130．．．三分之一輻照度級
132．．．三分之二輻照度級
134．．．完全輻照度級
136．．．光學通道
138．．．光學通道
140．．．光學通道
142．．．矩形輻照度分佈
144a．．．分佈
144b．．．分佈
144c．．．分佈
146．．．折射光學件
146a．．．光學件
146b．．．光學件
148．．．前表面
149．．．後表面
150．．．光學元件
152．．．光學積分器
152．．．制動器
154．．．區域
154a．．．陣列
154b．．．陣列
156．．．光學光柵元件
160．．．調變器單元
162．．．調變器
181a．．．第一圖案區域
181b．．．第一圖案區域
181c．．．第一圖案區域
182a．．．第二圖案區域
182b．．．第二圖案區域
182c．．．第二圖案區域
260．．．調變器單元
262．．．調變器
d．．．直徑
d'．．．直徑
fa．．．焦距
fb．．．焦距
fc．．．焦距
OA．．．光學軸
I、II、III．．．光學通道
w1(x)．．．方程式
w2(x')．．．方程式
本發明的各種特徵及優點可藉由參考以上詳細說明並結合隨附圖式而更容易地理解，其中：
圖1為根據本發明一具體實施例之投射曝光裝置的示意透視圖；
圖2為將由圖1所示之投射曝光裝置投射之遮罩的放大透視圖；
圖3為一照射系統的經向剖面圖，照射系統為圖1所示之裝置的部份；
圖4為圖3所示之照射系統中所含之鏡陣列的透視圖；
圖5為圖3所示之照射系統中所含之三個光學光柵元件陣列的透視圖；
圖6為也可包括於圖3所示之照射系統中之一光學光柵元件陣列的俯視圖；
圖7為沿圖6所示陣列之線VII-VII的剖面圖；
圖8為圖3所示之照射系統中所含的光學積分器之三個緊鄰光學通道的示意經向剖面圖；
圖9為描述在光柵場平面中輻照度分佈之3x3通道光學積分器的俯視圖；
圖10為類似圖2之一遮罩的透視圖，描述對遮罩上不同圖案區域所獲得之不同的角度輻照度分佈；
圖11為類似圖8之一示意經向剖面圖，其額外地顯示圖8所示之調變器單元內的光學部件；
圖12顯示可用於圖8所示之具體實施例中之調變器單元的替代具體實施例；
圖13為圖3所示之照射系統之光學積分器的示意經向剖面圖，其描述包括於其中之光學光柵元件的焦距；
圖14為根據另一具體實施例之照射系統的經向剖面圖，其中調變器單元係安排於照射系統的瞳平面中；
圖15為圖14所示之光學積分器的三個緊鄰光學通道的示意經向剖面圖，其表示係類似圖8；
圖16係從圖15切出，其顯示調變器單元內的光學元件；
圖17為一菲涅爾稜鏡在XZ平面的剖面圖，其也可用作圖16所示之調變器單元中的光學元件；
圖18為包含兩楔形物之調變器單元中所含之光學元件的又另一具體實施例的透視圖；
圖19為沿照射場的X方向不連續地變化之角度輻照度分佈的示意圖；
圖20為在產生圖19所示之角度輻照度分佈之光柵場平面中輻照度分佈的說明圖；
圖21為沿照射場的X方向連續地變化之角度輻照度分佈的示意說明圖；
圖22為空間輻照度分佈的說明圖，其由在共同場平面中的光學通道所產生，以產生圖21所示之變化的角度輻照度分佈；
圖23為照射系統的三個緊鄰光學通道的示意經向剖面圖，其於遮罩平面產生連續變化的角度輻照度分佈；
圖24係從圖23切出，其示意地描述高頂屏蔽(top-hat)輻照度分佈如何由調變器單元轉換為不同的線性減少或增加的輻照度分佈；
圖25為一圖表，其指示圖23及圖24所示之調變器單元內所含之光學件的兩光學表面；
圖26為一圖表，其顯示在XZ平面中之光學件的外型；
圖27為包含兩個圖26所示之光學件的光學元件的透視圖；
圖28至圖30為安排於不同X位置之圖27所示之光學元件的沿Z方向正視圖。
10．．．投射曝光裝置
12．．．照射系統
14．．．場；照射場
16．．．遮罩
18．．．圖案
18'．．．縮小影像
19．．．特徵
20．．．投射物鏡
22．．．光感層
24．．．基板
OA．．．光學軸

Claims (31)

  1. 一種微影投射曝光裝置(10)的照射系統，包含：(a)一光學積分器(52；152)，包含光學光柵元件(56；156)之一陣列(54c；154b)，其中一光束係相關於每一光學光柵元件；(b)一聚光器(72)，其係疊加相關於該等光學光柵元件之該等光束於一共同場平面(71)，該共同場平面與一遮罩平面(78)相同或光學共軛，所要照射之一遮罩(16)在該照射系統(12)操作過程中係設置於該遮罩平面；(c)一調變器(62；162；262)，其係組態以調整在一照射場(14)中之一角度輻照度分佈的一場相依性，其由該照射系統(12)在該遮罩平面(78)中照射，且該調變器：包含複數個調變器單元(60；160；260)，其中每一調變器單元係：相關於該等光束之其中之一；安排於該聚光器(72)前之一位置，使得只有該相關的光束入射該調變器單元(60)；以及組態以可變地重新分配該相關光束的一空間及/或一角度輻照度分佈，而無阻擋任何光；(d)一控制裝置(66)，其係組態以由以下方式控制該等調變器單元(60；160；260)：若該控制裝置接收到在該遮罩平面(78)中之該角度輻照度分佈之該場相依性需被調整的一輸入指令，則至少一調變器單元重新分配(redistribute)一相關光束之該空間及/或該角度輻照度分佈；其中該調變器係組態使得一第一角度輻照度分佈係產生於該照射場(14)之一第一部份(181a、181b、181c)，以及不同於該第一 角度輻照度分佈之一第二角度輻照度分佈係產生於該照射場(14)之一第二部份(182a、182b、182c)；及該第一與該第二角度輻照度分佈係同時地產生。
  2. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中該第一部份為該第一角度輻照度分佈為均勻之一二維區域(181a、181b、181c)，且其中該第二部份為該第二角度輻照度分佈為均勻之一二維區域(182a、182b、182c)。
  3. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中該照射場(14)具有沿一X方向之一長尺寸以及沿一Y方向之一短尺寸，該Y方向係垂直該X方向，且其中該第一部份(181a、181b、181c)具有與該第二部份(182a、182b、182c)相同之至少一Y座標，但無相同之X座標。
  4. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中該第一角度輻照度分佈及該第二角度輻照度分佈係相關於選自由以下群組所組成之照射設定：傳統照射設定、角度照射設定、雙極照射設定、n4之n極照射設定。
  5. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中每一調變器單元(60；260)係安排於光柵場平面(58)中，該光柵場平面在一光傳播方向中係位於光學光柵元件之該陣列(54c)之前，且其中每一調變器單元係組態以可變地重新分配(variably redistribute)在該光柵場平面中該相關光束之該空間輻照度分佈，而無阻擋任何光。
  6. 如申請專利範圍第5項之照射系統，其中每一調變器單元(60)係組態以沿垂直該照射系統(12)之一光學軸(OA)之一方向而移動在該光柵場平面(58)中的一區域，該區域係由相關於該調變器單元之該光束所照射。
  7. 如申請專利範圍第3項之照射系統，其中該方向係等於該X方向。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之照射系統，其中每一調變器單元(60)係組態以移動該照射區域，而無改變該光束之該角度輻照度分佈。
  9. 如申請專利範圍第5項之照射系統，其中該光學積分器(52)包含在一光傳播方向中算起之光學光柵元件(56)之一第一陣列、一第二陣列、及一第三陣列(54a、54b、54c)，且其中該光柵場平面(58)係位於光學光柵元件(56)之該第二陣列(54b)及該第三陣列(54c)之間。
  10. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中每一調變器單元(160)係安排於一瞳平面(70)中或緊鄰該瞳平面(70)，該瞳平面在該光傳播方向中係位於光學光柵元件(156)之該陣列(154b)之後，且其中每一調變器單元(160)係組態以可變地重新分配在該瞳平面(70)中該相關光束之該角度輻照度分佈，而無阻擋任何光。
  11. 如申請專利範圍第10項之照射系統，其中每一調變器單元(160)係組態以對垂直於該照射系統(12)之一光學軸(OA)的一傾斜軸，傾斜相關於該調變器單元之該光束。
  12. 如申請專利範圍第3項之照射系統，其中該傾斜軸等於該Y方向。
  13. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中每一調變器單元(60；160；260)包含：(a)一光學元件(86、88；94；112；112’；116；150)，組態以改變入射於其上之該相關光束之該傳播方向；以及(b)一制動器(90、92；96；152)，耦合至該光學元件，其中該制動器係組態以回應接收自該控制裝置(66)之一控制訊號而改變該光學元件之該位置及/或方位(orientation)。
  14. 如申請專利範圍第13項之照射系統，其中該光學元件為一折射光學元件，特別是一透鏡(86、88)、一稜鏡(94；112；112’)、特別是一菲涅耳稜鏡(112’)、或一繞射光學元件。
  15. 如申請專利範圍第13或14項之照射系統，其中該制動器(90、92；152)係組態以沿傾斜於該照射系統(12)之一光學軸(OA)之一方向位移該光學元件。
  16. 如申請專利範圍第13項之照射系統，其中該制動器(96)係組態以繞一旋轉軸(98)旋轉該光學元件(94)，該旋轉軸(98)係傾斜於 該照射系統(12)之一光學軸(OA)。
  17. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中該調變器(60；160)係組態使得該角度輻照度分佈在該照射場(14)上不連續地變化。
  18. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中該調變器(260)係組態使得該角度輻照度分佈在該照射場(14)之至少一部份上連續地變化。
  19. 如申請專利範圍第1項之照射系統，其中該第一部份為該第一角度輻照度分佈為均勻之一第一線，且其中該第二部份為該第二角度輻照度分佈為均勻之一第二線，且其中該調變器(260)係組態使得在安排於該第一線及該第二線之間的一區域內，該第一角度輻照度分佈連續地轉換為該第二角度輻照度分佈。
  20. 如申請專利範圍第19項之照射系統，其中該第一線係鄰接該照射場之一第一端，且該第二線係鄰接該照射場之一相對端。
  21. 如申請專利範圍第20項之照射系統，其中該第一端及該相對端係沿該X方向劃定該照射場。
  22. 如申請專利範圍第18項之照射系統，其中每一調變器單元(260)係組態以改變由相關於該調變器單元之該光束所照射之該光柵場平面(58)中之一區域內的一輻照度分佈，而無將其移動(shifting)。
  23. 如申請專利範圍第18項之照射系統，其中每一調變器單元(120)係組態以將該輻照度分佈從均勻輻照度分佈(142)轉換為沿一參考方向線性地增加或減少的一修改輻照度分佈(144a、144b、144c)。
  24. 如申請專利範圍第23項之照射系統，其中該參考方向係等於該X方向。
  25. 一種用以操作一微影投射曝光裝置之方法，包含以下步驟：(a)提供包含一照射系統(12)及一投射物鏡(20)之一微影投射曝光裝置(10)；(b)提供將由該照射系統(12)所照射之一遮罩(16)；(c)定義所需之一第一角度輻照度分佈、以及不同於該第一角度輻照度分佈之所需之一第二角度輻照度分佈；(d)以在該遮罩之一第一部份(181a、181b、181c)獲得該第一角度輻照度分佈以及在該遮罩之不同於該第一部份的一第二部份(182a、182b、182c)獲得該第二角度輻照度分佈的方式，照射該遮罩(16)；其中該第一部份為該第一角度輻照度分佈為均勻之一二維區域(181a、181b、181c)，且其中該第二部份為該第二角度輻照度分佈為均勻之一二維區域(182a、182b、182c)。
  26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該第一角度輻照度分佈以及該第二角度輻照度分佈係相關於選自由以下群組所組成之照 射設定：傳統照射設定、角度照射設定、雙極照射設定、n4之n極照射設定。
  27. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該第一部份為該第一角度輻照度分佈為均勻之一第一線，且其中該第二部份為該第二角度輻照度分佈為均勻之一第二線，且其中在安排於該第一線及該第二線之間的一區域內，該第一角度輻照度分佈係連續地轉換為該第二角度輻照度分佈。
  28. 如申請專利範圍第25項之方法，包含以獲得該第一角度輻照度分佈及該第二角度輻照度分佈的方式來控制該照射系統(12)所含之一調變器(60、160、260)的該步驟。
  29. 如申請專利範圍第25項之方法，包含重新分配相關於該照射系統所含之光學光柵元件(56；156)之光束的一空間及/或一角度輻照度分佈，而無阻擋任何光該步驟。
  30. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該遮罩所含之特徵圖案在該第一部份及在該第二部份為不同。
  31. 如申請專利範圍第25項之方法，其中當該遮罩(16)於一掃描操作中由該投射物鏡(20)投射至一光感表面(22)時，改變該角度輻照度分佈。
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