CN102356353B

CN102356353B - 微光刻投射曝光设备的照明系统

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Publication number: CN102356353B
Application number: CN200980158146.6A
Authority: CN
Inventors: 迪特尔.巴德
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: US20120002184A1; KR101646814B1; WO2010105640A1; KR20110137795A; CN102356353A; TW201042364A; TWI480668B; JP5390691B2; US9091936B2; JP2012521077A

Abstract

一种微光刻投射曝光设备(10)的照明系统包括用于产生沿着光路传播的投射光的光源(30)。该系统还包括反射型或透射型光束偏转元件(M_ij)的光束偏转阵列(46)。每个光束偏转元件(M_ij)用于偏转照射光束一偏转角，该偏转角响应于控制信号是可变的。在第一操作模式中，该光束偏转阵列被使用以确定系统光瞳表面(70)中的辐照分布。该系统还包括光栅元件(100a、100b、100c)，特别是衍射型光学元件，在第二操作模式中，被用来确定系统光瞳表面(70)的辐照分布。交换单元(94)用于在第二操作模式中固持光栅元件(100a、100b、100c)，使光栅元件插入光路中。

Description

微光刻投射曝光设备的照明系统

技术领域

本发明总体涉及微光刻曝光设备中的照明系统，其将掩模成像于感光表面上。更具体而言，本发明涉及包含反射镜阵列或其他光束偏转元件阵列的照明系统，以在照明系统的系统光瞳表面产生所期望的辐照分布。

背景技术

微光刻技术(又称为光学光刻或简称为光刻)是一种制造集成电路、液晶显示器及其他微结构装置的技术。微光刻技术工艺结合蚀刻工艺一起使用，以图案化在基板(例如硅晶片)上形成的薄膜叠层中的特征。在每一层的制造中，首先以光致抗蚀剂涂布晶片，光致抗蚀剂是一种对诸如深紫外(DUV)光、真空紫外(VUV)光或极紫外(EUV)光的辐射敏感的材料。接着，使顶部具有光致抗蚀剂的晶片在投射曝光设备中曝光于投射光。投射曝光设备将包含图案的掩模投射于光致抗蚀剂上，使得光致抗蚀剂只在掩模图案决定的特定位置处曝光。曝光后，显影光致抗蚀剂以产生对应于掩模图案的图像。然后，蚀刻工艺使该图案转移至晶片上的薄膜叠层中。最后，移除光致抗蚀剂。以不同掩模重复此工艺将形成多层的微结构组件。

投射曝光设备通常包括：照射掩模的照明系统、对准掩模的掩模台、成像掩模于光致抗蚀剂上的投射物镜、及对准涂有光致抗蚀剂的晶片的晶片对准台。

随着制造微结构化装置的技术进展，对于照明系统的要求也越来越多。理想上，照明系统以具有明确界定的辐照及角分布的投射光照明掩模上照明场的每个点。术语“角分布”描述会聚朝向掩模平面中特定点的光束的总光能在构成光束的光线沿其传播的各种方向中如何分布。

照射于掩模上的投射光的角分布通常适配于要投射在光致抗蚀剂上的图案种类。例如，相对大尺寸的特征可能需要使用不同于小尺寸特征的角分布。投射光最常使用的角分布称为传统、环状、双极及四极照明设置。这些术语指的是照明系统的系统光瞳表面中的辐照分布。例如，在环状照明设置下，仅照明光瞳表面中的环状区。因此，在投射光的角分布中仅出现小的角度范围，因此，所有光线以相似的角度倾斜地照射于掩模上。

本领域中已知有不同的方式可以修改掩模平面中投射光的角分布，以实现所需要的照明设置。在最简单的情况中，包括一或多个孔径的光栏(光阑)位于照明系统的光瞳表面中。由于系统光瞳表面中的位置转换成傅立叶相关场平面(诸如掩模平面)中的角度，光瞳表面中孔径的大小、形状及位置确定掩模平面中的角分布。然而，由光源产生的光却有极大部分为光栏所吸收。此部分的光不能贡献于抗蚀剂的曝光，致使设备的光通量下降。此外，照明设置的任何变更都需要更换光栏。这使得难以在最后调整照明设置，因为这将需要大量的光栏，其具有大小、形状或位置稍微不同的孔径。

许多常见的照明系统因此包括可调式元件，至少在某种程度上使得可以连续地改变光瞳表面的照明。为此目的，传统上使用包括变焦物镜及一对轴锥体元件的变焦轴锥体系统。轴锥体元件是一种折射透镜，一侧具有圆锥形表面及另一侧通常为平面。提供一对此类元件，其中一个元件具有凸面圆锥形表面及另一个为互补凹面圆锥形表面，即可使光能在径向上移位。此移位是轴锥体元件间距离的函数。变焦物镜可以改变光瞳表面中照明面积的大小。

利用此种变焦轴锥体系统，只能产生传统以及环状照明设置。对于其他照明设置，例如二极或四极照明设置，则需要使用额外的光栏或光栅元件。光栅元件对于其表面上的每个点产生角分布，该角分布对应于远场中特定的照明区域。通常将此类光栅元件实现为衍射光学元件，特别是实现为计算机产生的全息图。将此种元件定位于光瞳表面前方并设置聚光透镜于其间，即可在系统光瞳表面中产生几乎任何任意强度分布。聚光器可由变焦光学系统形成，而具有可变焦长。此外，可使用附加的轴锥体系统，至少以有限的程度改变由光栅元件产生的照明分布。

然而，变焦轴锥体系统仅提供照明设置有限的可调整性。例如，不可能改变四极照明设置的一对相对极间的距离而不影响另一对极。为此，必须使用专门针对光瞳表面中该特定强度分布而设计的另一光栅元件。此类光栅元件的设计、生产及装运是既费时又昂贵的程序，因此在适配光瞳表面的光强度分布以符合投射曝光设备操作者的需要上，缺少灵活性。

为提高在掩模平面中产生不同角分布的灵活性，近来已提出使用照明光瞳表面的反射镜阵列。

在EP 1 262 836A1中，将反射镜阵列实现为包括多于1000个的微反射镜的微机电系统(MEMS)。每个反射镜可在两个彼此垂直的不同平面中倾斜。因此，在此种反射镜装置上入射的辐射可被反射至半球的(实质上)任何所期望方向。配置在反射镜阵列与光瞳表面间的聚光透镜，将多个反射镜产生的多个反射角转换为光瞳表面中的多个位置。此已知照明系统因而可以多个圆点照明光瞳表面，其中每个点与一个特定微反镜相关联，且通过倾斜此微反射镜而可在系统光瞳表面上自由移动。

类似照明系统由US 2006/0087634A1、US 7,061,582B2及WO2005/026843A2了解。为了同样的目的，也已对于EUV照明系统提出可倾斜反射镜阵列。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种照明系统，对于在系统光瞳表面中产生辐照分布具有更加改善的灵活性。

本发明实施例的另一目的在于提供一种操作照明系统的方法，其提供了在系统光瞳表面中产生辐照分布的改善的灵活性。

根据本发明实施例，通过一种照明系统实现了关于照明系统的目的，该照明系统包括用于产生沿着光路传播的投射光的光源。照明系统还包括反射型或透射型光束偏转元件的光束偏转阵列，其中每个光束偏转元件用于将照明光束偏转了一偏转角，该偏转角响应于控制信号是可变的。在第一操作模式中使用该光束偏转阵列，以确定照明系统中系统光瞳表面的辐照分布。该照明系统还包括反射型或透射型光栅元件，特别是衍射型光学元件，在第二操作模式中用来确定系统光瞳表面的辐照分布。提供交换单元用于在第二操作模式中固持光栅元件，使光栅元件插入光路中。

本发明实施例的照明系统因而在单一系统中结合两个现有技术方法的好处，即一方面使用光栅元件及另一方面使用光束偏转阵列，以在系统光瞳表面中产生所期望辐照分布。照明系统可在第一操作模式中操作，使光束偏转阵列确定系统光瞳表面的辐照分布。如果操作者为此想要使用光学光栅元件，将光栅元件插入光路，即可切换至第二操作模式，使得光栅元件而非光束偏转阵列确定系统光瞳表面的辐照分布。

在单一照明系统中结合两个方法还有提供冗余的好处。这对于光束偏转阵列的使用特别重要，这是已知生产及控制此类阵列是一件复杂的任务。例如，对反射镜阵列而言，必须在即时的条件下非常精确地控制每个单独反射镜的倾斜角，这需要对硬件以及还有软件方面二者进行许多努力。如果反射镜阵列中的单一反射镜或反射镜阵列整体故障，操作者可切换至第二操作模式，使设备仍能用来曝光抗蚀剂。

另一方面，投射曝光设备的许多操作者对于传统的照明系统已有十足的经验；传统的照明系统包括可换式衍射型光学元件及变焦轴锥体系统，其允许至少某种程度地修改系统光瞳表面中的辐照分布。至少对于传统的照明设置，此传统方法很有效且很可靠。因此，根据本发明实施例的照明系统满足使用如操作者先前使用的相同或类似衍射型光学元件的需要。因此，至少就某些照明设置而言，如果照明系统是在第二操作模式中操作，则可以有利地使用目前由衍射型光学元件所获得的经验。

系统光瞳表面界定为具有以下性质的表面(通常是平面)：在此表面中的辐照分布转换为后续掩模平面中的角分布，待照明的掩模设置于掩模平面中。通常这涉及了系统光瞳表面与掩模平面间的傅立叶关系。

在本申请的内容中，考虑使用光栅元件作为包括多个微小结构的光学元件。光栅元件的主要特性是从传入(特别是准直)的光束产生具有特定角分布的光束，由微小结构的配置确定此特定角分布。光栅元件因此引起发散。

反射型光栅元件可包括多个微反射镜，微反射镜例如可具有轴对称或旋转对称形状。如果反射型光栅元件是反射衍射型光栅元件，特别是反射型的计算机产生全息图(CGH)，即可在生产所期望角度的光分布上实现更多灵活性。可将此类元件设计成反射光具有几乎任何所期望角度的光分布(即，光强度与光方向间的关系)。

透射型光栅元件可配置为折射型光学元件，例如，其可包括多个轴对称或旋转对称的微透反射镜。类似于反射型光栅元件的情况，如果透射型光栅元件属于衍射型，例如，配置为计算机产生全息图(CGH)，即可在生产所期望角度的光分布上实现更多灵活性。

在第二操作模式中，借助插入阵列前方的附加反射镜遮蔽光栅元件，可在第二操作模式中从光路移除光栅元件。

在一替代性具体实施例中，不需要使用附加反射镜。而是使用反射型光栅元件，且设置交换单元，使得反射型光栅元件在第二操作模式中插入光路时，反射型光栅元件覆盖光束偏转阵列。光束偏转阵列于是被光栅元件遮蔽。如果光束偏转阵列为反射镜阵列，则反射型光栅元件在第二操作模式中实质取代了反射镜阵列。

如果光栅元件属于透射型则无法遮蔽光束偏转阵列。遮蔽光束偏转阵列的最有效的方式是使用致动单元，用于在第二操作模式中固持反射镜，使反射镜覆盖光束偏转阵列。

根据一替代性具体实施例，在第二操作模式中，不通过遮蔽得方法从光路移除光束偏转阵列。而是如果光束偏转元件属于透射型，则控制光束偏转元件，使得该阵列实质具有简单折射元件(诸如平面平行板)的作用。如果光束偏转元件为反射镜，可将这些反射镜倾斜，使得该阵列实质具有简单(优选是平面)反射镜的作用。在此具体实施例中，投射光在照射在光栅元件上之前，通过光束偏转阵列或从其反射。优选是控制光束偏转元件，使得光栅元件受到均匀照明。此替代性具体实施例的缺点是，如果光束偏转阵列故障，照明系统既无法在第一模式中操作，也无法在第二操作模式中操作。

在最简单的情况中，在需要从第一操作模式切换至第二操作模式时，操作者以手动方式将光栅元件插入光路。因而可利用某种框架，以手动方式将光栅元件插入该框架中，从而简单地形成交换单元。为了避免开启气密密封的照明系统外壳，可使用合适工具以手动方式将光栅元件插入光路。

在优选具体实施例中，交换单元包括致动器，用于在操作从第一模式切换至第二模式时，将光栅元件插入光路。因而不需要手动介入。相反地，操作者可以简单地使用软件控制而变更操作模式。

在另一具体实施例中，交换单元包括固持器，其包括多个不同的光栅元件。固持器用于在第二操作模式中，将光栅元件之一插入光路。

可将合适的固持器配置为转座固持器，其包括用于接收不同光栅元件的旋转式支撑圆盘。操作者接着可从固持器所接收的光栅元件集中选择所期望光栅元件。如果使用马达或另一类型的致动器操作固持器，可在不用手动介入的情况下，快速变更照明设置。

支撑圆盘可包括孔径或凹形，在第一操作模式中位于光束偏转阵列的前方。如果光栅元件属于反射型，则在切换至第二操作模式时，可移动固持器，使得反射型光栅元件其中之一覆盖光束偏转阵列，且因此接管光束偏转阵列在系统光瞳表面中产生所期望辐照分布的功能。

为了能够改变光栅元件在系统光瞳表面中产生的辐照分布，照明系统可包括光瞳成形单元，其设置在光束偏转阵列及系统光瞳表面之间，用于在第二操作模式中改变系统光瞳表面的辐照分布。此种光瞳成形单元可包括变焦物镜、及/或一对轴锥体元件、及改变轴锥体元件间沿着光轴的距离的操纵器。如果该些轴锥体元件接触，其通常仅有平面平行板的作用。

在一实施例中，照明系统配置成在从照明系统完全移除光束偏转阵列时，仍可在第二操作模式中操作。在此实施例中，光束偏转阵列仅用来确定系统光瞳表面中的最佳辐照分布(即，照明设置)。而在第二操作模式中执行正常投射操作。在此第二模式中，使用衍射型光学元件或另一类型的光栅元件，其被制造使得其在系统光瞳表面中产生先前已借助光束偏转阵列而优化的辐照分布。结果，光束偏转阵列可从照明系统移除，然后安装在另一相同类型投射曝光设备的照明系统中。

反射偏转元件可由绕着至少一个倾斜轴倾斜的反射镜形成。优选地，这些反射镜可对着两个正交倾斜轴倾斜，使其可将照明光束导向系统光瞳表面上的几乎任何任意位置。

透射型光束偏转元件可由光电或声光元件形成。在此类元件中，将合适的材料分别曝光于电场或超声波，即可改变折射率。这些效应可用来产生折射率光栅，其将照射光引导到不同方向。

有关方法系统，根据本发明，可利用包括以下步骤的方法实现上述目的：

a)产生沿着一光路传播的投射光；

b)将该投射光引导到反射型或透射型光束偏转元件的光束偏转阵列上，其中每个光束偏转元件用于将照明光束偏转一偏转角，该偏转角响应于一控制信号是可变的，及其中在第一操作模式中使用该光束偏转阵列确定照明系统的系统光瞳表面中的辐照分布；

c)将光栅元件插入该光路而切换至第二操作模式，使该光栅元件而非该光束偏转阵列确定该系统光瞳表面中的该辐照分布。

以上关于根据本发明的照明系统的讨论相应地适用。

如果在从第一操作模式切换至第二操作模式时，从光路移除光束偏转阵列，即使光束偏转阵列故障，照明系统也可在第二操作模式中操作。

然而，从光路移除光束偏转阵列未必意味着移动该光束偏转阵列或意味着光路必须重新导向。用一个反射镜覆盖光束偏转阵列即已足够。如果光栅元件属于反射型，则可使用该光栅元件替代此种覆盖反射镜。

在一实施例中，该方法包括以下步骤：

-在步骤a)中确定该系统光瞳表面的优化辐照分布；

-制造一光栅元件，其产生在步骤a)确定的该辐照分布；

-在该第二操作模式中使用该光栅元件；

-选择性地。从照明系统中移除该光束偏转阵列。

附图说明

参考结合附图的以下详细说明，本发明各种特征及优点将更容易被理解，在附图中：

图1为根据本发明的投射曝光设备的透视简图；

图2为图1的投射曝光设备所含照明系统的子午截面图；

图3为图2的照明系统所含反射镜阵列的透视图；

图4为接收多个反射衍射型光学元件的转座固持器的支撑圆盘的俯视图；

图5为第一操作模式中所得系统光瞳表面的第一示范性辐照分布的图示；

图6为第二操作模式中所得系统光瞳表面的第二示范性辐照分布的图示；

图7为图2所示在第二操作模式中的照明系统的子午截面图；

图8为根据本发明的照明系统的替代性实施例的子午截面图，其也适于使用在图1所示设备中。

具体实施方式

I.投射曝光设备的总体结构

图1为投射曝光设备10的透视图及简图，其包括产生投射光的照明系统12。投射光照明包含微结构18的掩模16上的场14。在此实施例中，照明场14具有大约环形段的形状。然而，也考虑照明场14的其他形状，例如矩形。

投射物反射镜20将照明场14的结构18成像于沉积于基板24上的感光层22(例如光致抗蚀剂)上。可由硅晶片形成的基板24布置在晶片台(未显示)上，使得成感光层22的顶面精确地位于投射物反射镜20的像平面中。利用在投射物反射镜20的物平面中的掩模台(未显示)定位掩模16。由于投射物镜具有|β|≤1的放大率β，照明场14内的结构18的缩小像14′被投射于感光层22上。

在投射期间，掩模16及基板24沿着与Y方向一致的扫描方向移动。因此，照明场14在掩模16上扫描，使得大于照明场14的结构化区域可以被连续投射。此类型的投射曝光设备通常称为“步进和扫描设备”或简称“扫描曝光机”。基板24与掩模16的速度的比值等于投射物镜20的放大率。如果投射物镜20颠倒像，则掩模16与基板24在相反方向移动，这在图1中以箭头A1及A2指示。然而，本发明也可在步进工具中使用，其中掩模16与基板24在投射掩模期间并不移动。

在所示具体实施例中，照明场14相对于投射物镜20的光轴26并未居中。此种离轴照明场14对于特定类型的投射物镜20可能是必要的。在其他具体实施例中，照明场14相对于光学轴26居中。

本发明也适用的EUV投射曝光设备具有相同的基本结构。然而，由于没有对EUV辐射透明的光学材料，仅使用反射镜作为光学元件，而且掩模属于反射型。

II.照明系统的总体结构

图2为图1所示照明系统12的更详细的子午截面图。为了清楚起见，图2的图示极为简化且未按比例绘制。这尤其表示仅以极少的光学元件代表不同的光学单元。实际上，这些单元可包括明显更多的透镜及其他光学元件。

照明系统12包括壳体28及光源，在所示具体实施例中，将光源实现为准分子激光器30。准分子激光器30射出波长约193nm的投射光。也考虑其他类型的光源及其他波长，例如248nm或157nm。

在所示实施例中，准分子激光器30射出的投射光进入光束扩展单元32，其中扩展光束而不改变几何光学通量。光束扩展单元32如图2所示可包括若干透镜，或例如可实现为反射镜配置。投射光从光束扩展单元32中出射为实质准直束34。在其他实施例中，此准直束可具有显著发散度。准直束34照射在为减少照明系统12的总尺寸所提供的平面折叠反射镜36上。

在从折叠反射镜36反射后，准直束34照射在微透镜40的阵列38上，然后，在第一操作模式中，现在作为子光束的一束通过转座固持器94的支撑圆盘92中设置的开口孔径90，这将在以下章节III中更详细说明。反射镜阵列46设置在微透镜40的后焦平面中或其附近。如下文所详细说明的，反射镜阵列46包括多个的单独小反射镜M_ij，这些小反射镜可以通过优选是彼此垂直对准的两个倾斜轴彼此独立倾斜。反射镜M_ij的总数可超出100个或甚至数千个。反射镜M_ij的反射表面可为平面，但在需要附加屈光度时也可为曲面。除此之外，反射镜表面可支撑衍射结构。在此实施例中，反射镜M_ij的数目等于微透镜阵列38所含微透镜40的数目。因此，每个微透镜40将一会聚光束引导到反射镜阵列46的一个反射镜M_ij上。

单独反射镜M_ij的倾斜移动由连接至照明系统12的总系统控制装置52的反射镜控制单元50控制。用于设定反射镜M_ij的所期望倾斜角的致动器接收反射镜控制单元50的控制信号，使每个单独反射镜M_ij能够将一照射光反射了响应于控制信号可变化的反射角。在所示实施例中，存在可定向单独反射镜M_ij的连续倾斜角范围。在其他实施例中，致动器被配置成仅可设定有限数目的离散倾斜角。

在此实施例中，反射镜阵列46及反射镜控制单元50共同形成反射镜阵列模块51。与反射镜阵列46密切相关的额外组件，例如，WO 2008/095695A2中披露的用来测量反射镜M_ij的倾斜角的测量系统，也属于反射镜模块51的一部分。模块51容纳于照明系统12的壳体28内，使得模块51可容易从照明系统12中作为单一单元移除，且稍后容易再次安装至照明系统12中。这可涉及使用合适的机械装配技术，且涉及提供例如电连接器，将模块51连接至总系统控制装置52，其拆卸及连接均很容易。

图3为反射镜阵列46的透视图，为了简单起见，该反射镜阵列46仅包括8·8＝64个反射镜M_ij。由微透镜40产生且照射于反射镜阵列46上的子光束54a被反射到由反射镜M_ij的倾斜角确定的不同方向。在此示意图中，假设特定反射镜M₃₅相对于另一反射镜M₇₇关于两个倾斜轴56x、56y倾斜，使得分别由反射镜M₃₅及M₇₇反射的子光束54b、54b′反射至不同的方向。

再次参考图2，根据此实施例的照明系统12还包括具有可变焦长的变焦物镜58。为了简单起见，在图2中仅以单一透镜表示变焦物镜58，可沿着照明系统12的光轴26位移，如双箭头60所示。

在变焦物镜58之后，设置具有对置的圆锥形表面轴锥体元件64、66的一轴锥体对62。如果两个轴锥体元件64、66直接接触，轴锥体对62仅具有平面平行板的作用。如果两个轴锥体元件64、66移动分开，如图2中的双箭头69所示，则轴锥体元件64、66之间的间隔造成光能径向向外移位。由于轴锥体元件在本领域中为如此已知，在此将不再进一步详细解释。

参考数字70代表照明系统12的系统光瞳表面。系统光瞳表面70中的辐照分布实质界定照射在掩模16上的光的角分布。系统光瞳表面70通常为平面或稍微弯曲，并在所示实施例中，配置在产生多个二次光源的光学积分器72中或与其紧邻。光学积分器72一般由光栅元件形成；在此实施例中，此光栅元件被配置为包括两个基板74、76的蝇眼透镜，每个基板包括两个正交的平行柱状微透镜阵列。也设想光学积分器的其他配置，例如包括具有旋转对称表面但矩形边界的微透镜阵列的积分器。请参阅WO 2005/078522A、US 2004/0036977A1及US 2005/0018294A1，其中描述了适于光学积分器72的各种类型光栅元件。

光学积分器72增加形成于光线与照明系统12的光轴26间的角度范围。由于系统光瞳表面70中的角分布直接转换为后续场平面中的强度分布，光学积分器72确定掩模16上照明场14的长宽比。由于光学积分器72在X方向中比在Y方向中明显增加更多的角范围，照明场14沿着X方向具有的尺寸比沿着Y方向(即，扫描方向)得大。

从由光学积分器72产生的二次光源出射的投射光进入聚光器78，其在图2中为了简单起见仅由单一透镜表示。聚光器78确保系统光瞳表面70与其中配置场光栏82的后续中间场平面80间的傅立叶关系。聚光器78迭加二次光源产生的光束于中间场平面80中，由此实现中间场平面80的非常均匀的照明。场光栏82可包括多个活动片，并确保掩模16上照明场14的锐利边缘(至少沿着Y方向延伸的边缘)。

场光栏物镜84提供中间场平面80与其中配置掩模16的掩模平面86之间的光学共轭。场光栏82因此由场光栏物镜84成像至掩模16上。

应理解，目前也考虑仍在本发明范围内的各种替代性实施例。

例如，可用任何其他偏转结构替换反射镜阵列46，使其可将照射在结构上的光线引导向不同方向，其中在施加合适的控制信号后，可对于结构不同部分独立地变更方向。此类替代性结构可包括例如光电或声光元件。在此类元件中，将合适的材料分别暴露于超声波或电场，即可改变折射率。这些效应可用来产生折射率光栅，将照射光引导到不同方向。

当然，可完全省掉变焦物镜60及/或轴锥体元件64、66的该轴锥体对62。可用任何其他增加几何光学通量的光栅元件(例如衍射型光学元件)来替换蝇眼透镜72。也考虑使用光混合杆取代蝇眼透镜。此外，如果不需要照明场14至少沿着一个方向具有锐利边缘，掩模16可直接位于场平面80中。目前也考虑首先成形场然后成形光瞳的照明系统。

III.转座(turret)固持器-操作模式

下文中，将参考图2至7更详细说明转座固持器94的配置及功能。

在所示实施例中，转座固持器94包括电动马达96，其驱动其上固定有支撑圆盘92的轴98。支撑圆盘92因而可借助马达96绕着轴98旋转。在此实施例中，也在图4俯视图中所示的支撑圆盘92包括多个孔径，其被配置来容纳不同的反射衍射型光学元件100a、100b及100c。如果被投射光照明，每个反射衍射型光学元件100a、100b、100c产生不同角度的光分布。孔径可被配置使得衍射型光学元件100a、100b、100c可沿着导引结构插入，并被锁定或以其他方式固定于旋转的支撑圆盘92。如90所标示的孔径之一保持敞开，使得投射光能够通过敞开的孔径90而不受阻碍。

在图2所示的第一操作模式中，旋转支撑圆盘92，使敞开的孔径90直接配置于反射镜阵列46上方，如上文已详细解释。因此，由微透镜阵列38的微透镜40产生的子光束可照射在反射镜阵列46的反射镜M_ij上，而不受支撑圆盘92阻碍。系统光瞳表面70中的辐照分布因此主要由反射镜M_ij的取向来确定。在此第一操作模式中，在光路中未插入任何反射衍射型光学元件100a、100b、100c。

图5示出了系统光瞳表面70中借助反射镜阵列46可产生的示范性辐照分布。如所见，辐照分布对应于自订的四极照明设置，与标准四极设定不同之处在于，一对相对极P1、P2及另一对相对极P3、P4具有不同几何形状及大小。如果设备10的操作者想要稍微修改此照明设置，这很容易通过改变至少一些反射镜M_ij的取向来完成。

图6示出了系统光瞳表面70中对应于标准四极照明设置的另一辐照分布。所有的极P1、P2、P3及P4具有相同的几何形状及大小，且在系统光瞳表面70中按四重对称性配置。虽然可借助反射镜阵列46产生此照明设置，或至少极为类似的照明设置，但设备10的操作者却可不借助反射镜阵列46，而是通过使用反射衍射型光学元件100a、100b或100c的合适一个，在系统光瞳表面70中产生此辐照分布。这么做的原因可能是操作者在过去已经很成功地使用此特定衍射型光学元件100a、100b或100c，及操作者不准备借助反射镜阵列46产生的类似辐照分布来近似此辐照分布。

借助衍射型光学元件产生图6所示辐照分布的另一动机可能是，例如由于维修作业而无法使用反射镜阵列46。在此情况，虽然反射镜阵列46暂时无法使用，但设备10的操作仍可继续。

如果操作者想要使用衍射型光学元件100a、100b、100c中的一个而非反射镜阵列46以在系统光瞳表面70中产生辐照分布，其可切换至第二操作模式，通过例如使用软件控制方法导致转座固持器94的马达96旋转支撑圆盘92，直到所期望的衍射型光学元件100a、100b或100c直接位于反射镜阵列46的前方。

图7显示在此第二操作模式中的照明系统12。选定的衍射型光学元件，此处为元件100b，现在被定位以使得其可完全覆盖反射镜M_ij。由于衍射型光学元件100a、100b及100c属于反射型，没有任何投射光可照射在任何反射镜M_ij上，因此实际上从光路移除了反射镜阵列46。相反地，衍射型光学元件100b插入光路，且就功能上而言，实质取代了反射镜阵列46。系统光瞳表面中的辐照分布现在主要由插入光路的衍射型光学元件100b产生的角分布确定。如果期望以单一均匀光束而非微透镜阵列38产生的多个子光束照明衍射型光学元件100b，可借助致动器(未显示)，从光路移除微透镜阵列38。

为了修改系统光瞳表面70中的辐照分布，可以使用变焦物镜58及/或轴锥体元件64、66的该轴锥体对62。借助这些组件，可以例如修改图6所示各极P1至P4的位置及/或大小。

如果操作者想要产生另一标准照明设置，例如，二极照明设置，可再次操作转座固持器94，将其他衍射型光学元件100a或100c之一插入光路。

在第二操作模式中，将不再需要使用反射镜阵列模块51。因此反射镜阵列模块51可从照明系统12移除，然后可使用在准备接收模块51的另一个照明系统12中。

这产生了操作投射曝光设备10的新方式。即，可仅为了确定就特定掩模16而言优化的照明设置，而在第一操作模式使用反射镜阵列46。一旦确定此优化的照明设置，制造衍射型光学元件，其产生与先前已借助反射镜阵列46确定的相同的照明设置。结果，此衍射型光学元件也就特定掩模16而言被优化。

接着，在第二操作模式中，仅以衍射型光学元件操作照明系统12。反射镜阵列模块51不再需要使用并可安装于另一投射曝光设备10的照明系统中，用来寻找不同掩模的优化的照明设置。当在投射曝光设备中投射另一掩模时，可再次安装反射镜阵列模块51，以借助反射镜阵列46，可确定完全适配于新掩模的新照明设置。然后，制造另一产生此新照明设置的衍射型光学元件，等等。

IV.替代性实施例

a)透射型光栅元件

图8为DUV照明系统的另一实施例的子午截面图，该系统可在图1所示投射曝光设备10中使用。在光传播方向中设置在系统光瞳表面70后的这些组件，与图2所示实施例的组件相同，且因此为了简单起见而省略。

图8所示照明系统12′与图2及7所示照明系统12的不同之处主要在于，在第二操作模式中使用以在系统光瞳表面70中产生所期望辐照分布的衍射型光学元件不属于反射型，而属于透射型。然而，此种透射衍射型光学元件在插入光路而直接设置于反射镜阵列46上方时无法遮蔽反射镜阵列46。

为此原因，在第二操作模式中，将附加的反射镜101插入光路，如图8所示。反射镜101一般为平面，但也可以为曲面，特别在反射镜M_ij也设置在弯曲的支撑件上时。为了将反射镜101插入光路，提供在图8仅示意图示的致动单元102。致动单元102被配置，使得其使用合适的工具，将反射镜101插入光路及从其撤出。当然，反射镜101也可设置在具有支撑圆盘的转座固持器中，圆盘有清空的开口，在第一操作模式中该开口布置在反射镜阵列46前方。对于本领域技术人员明显的是有将反射镜101插入光路及从其撤出的其他方式。

在此实施例中，在第二操作模式中将衍射型光学元件插入光路的转座固持器94，配置在反射镜101与变焦物镜58之间的光路中。

如果设备10的操作者想要从图8所示的第二操作模式变更为第一操作模式，在第一操作模式中主要由反射镜阵列46确定系统光瞳表面70的辐照分布，操作致动单元102使反射镜101从光路撤出。另外，控制转座固持器94的马达96，而从光路撤出衍射型光学元件100b。支撑圆盘92中提供的敞开孔径90或凹形可位于光路中，使支撑圆盘92不会阻碍在反射镜阵列46与系统光瞳表面70之间的通路上的投射光。通常轴锥体元件66也将移动成与另一个轴锥体元件64接触。则轴锥体元件64、66的此轴锥体对62仅有平面平行板的作用，而系统光瞳表面70中的辐照分布主要由反射镜阵列46确定。

b)第三操作模式

如果操作者想要产生传统的或环状照明设置，这可仅借助变焦物镜58及轴锥体元件64、66的此轴锥体对62来完成。在此操作模式中，将反射镜101插入光路，及将转座固持器94的支撑圆盘92中接收的衍射型光学元件从光路撤出，使投射光通过清空的孔径90。另外，可借助合适致动器(未显示)，从光路撤出微透镜阵列38。

如果支撑圆盘92包含反射镜，则也可在图2至7所示的第一实施例中实现类似效果。如果此反射反射镜直接设置在反射镜阵列46的前方，则反射镜阵列46或衍射光学元件100a、100b或100c的任一者均无法产生一光的角度分布，其修改系统光瞳表面70中的辐照分布。相反地，仅变焦物镜58与轴锥体元件64、66的此轴锥体对62将确定系统光瞳表面70中的辐照分布。

已经举例给出了以上优选实施例的说明。根据提供的披露内容，本领域技术人员不仅理解本发明及其随附优点，也能发现所披露的结构及方法的各种明显变更及修改。因此，申请人期望涵盖落在本发明的精神和范围内的所有此类变更及修改，本发明的精神和范围由所附权利要求及其等同物界定。

Claims

1.一种微光刻投射曝光设备（10）的照明系统，包括：

a)光源（30），用于产生沿着光路传播的投射光；

b)系统光瞳表面（70）；

c)反射型或透射型光束偏转元件（M_ij）的光束偏转阵列（46），其中每个光束偏转元件（M_ij）用于将一照射光束偏转了一偏转角，所述偏转角响应于一控制信号是可变的，及其中在第一操作模式中所述光束偏转阵列被用来确定所述系统光瞳表面（70）中的辐照分布；

d)光栅元件（100a、100b、100c），在第二操作模式中被用来确定所述系统光瞳表面（70）的所述辐照分布；及

e)交换单元（94），用于在第二操作模式中固持所述光栅元件，使所述光栅元件插入所述光路中，

其中所述光栅元件（100a、100b、100c）是反射型光栅元件，并且

其中所述交换单元设置成所述反射型光栅元件（100a、100b、100c）在所述第二操作模式中插入所述光路时，覆盖所述光束偏转阵列（46）。

2.如权利要求1所述的照明系统，其中所述交换单元包括一致动器（102），用于操作从所述第一模式切换至所述第二模式时，将所述光栅元件（100a、100b、100c）插入所述光路。

3.如权利要求1所述的照明系统，其中所述交换单元包括一固持器（94），包括多个不同光栅元件（100a、100b、100c），其中所述固持器用于在所述第二操作模式中将所述多个光栅元件之一插入所述光路。

4.如权利要求3所述的照明系统，其中所述固持器是转座固持器（94），其包括旋转式支撑圆盘（92），其用于接收所述多个不同光栅元件（100a、100b、100c）。

5.如权利要求4所述的照明系统，其中所述支撑圆盘具有孔径（90）或凹形，其在所述第一操作模式中位于所述光束偏转阵列（46）的前方。

6.如权利要求1所述的照明系统，包括光瞳成形单元（58，62），配置于所述光束偏转阵列（46）与所述系统光瞳表面（70）之间，且用于在所述第二操作模式中改变所述系统光瞳表面（70）中的所述辐照分布。

7.如权利要求1所述的照明系统，其中所述照明系统被配置成如果从所述照明系统移除所述光束偏转阵列，其可在所述第二操作模式中操作。

8.一种操作微光刻投射曝光设备的照明系统的方法，包括以下步骤：

a)产生沿着光路传播的投射光；

b)将所述投射光引导到反射型或透射型光束偏转元件（M_ij）的光束偏转阵列（46）上，其中每个光束偏转元件（M_ij）用于偏转照射光束一偏转角，所述偏转角响应于控制信号是可变的，及其中在第一操作模式中所述光束偏转阵列被用来确定所述照明系统（12）的系统光瞳表面（70）中的辐照分布；

c)通过将光栅元件（100a、100b、100c）插入所述光路而切换至第二操作模式，使所述光栅元件确定所述系统光瞳表面（70）中的所述辐照分布，

其中在从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式时，从所述光路移除所述光束偏转阵列（46），并且

其中所述光栅元件（100a、100b、100c）是反射型光栅元件，及其中通过用所述反射型光栅元件覆盖所述光束偏转阵列（46）而将其从所述光路移除。

9.如权利要求8所述的方法，包括以下步骤：

在步骤a)中确定所述系统光瞳表面（70）的最佳辐照分布；

制造光栅元件，其产生在步骤a)确定的所述辐照分布；

在所述第二操作模式中使用所述光栅元件；

选择性地，从所述照明系统（12）移除所述光束偏转阵列（46）。