CN102866600B - 微光刻投射曝光设备的照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微光刻投射曝光设备的照明系统，该照明系统包括：具有多个镜单元的镜布置，其中镜单元可彼此无关地移动用于改变由镜布置反射的光的角度分布；和双折射材料的至少两个元件的布置，其中这些元件相对于彼此的相对位置是可变的；其中通过调整所述元件的相应位置，以及从而调整所述镜布置中与所述元件中的一个或两个重叠的那些镜单元的位置和数量，能够调整在所述照明系统的光瞳平面中获得的偏振分布。

Description

微光刻投射曝光设备的照明系统
本申请是申请号为200880107193.3、申请日为2008年9月10日、发明名称为“微光刻投射曝光设备的照明系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及微光刻投射曝光设备的照明系统。
背景技术
微光刻用于生产诸如例如集成电路或LCD的微结构部件。在具有照明系统和投射物镜的所谓投射曝光设备中进行微光刻工艺。在那种情况中，通过照明系统照明的掩模的图像(=掩模母版)利用投射物镜投射到基底（例如，硅晶片）上，该基底涂敷有光敏感层（光刻胶）并布置在投射物镜的像平面中，从而将掩模结构传递到基底的光敏感涂层上。
在照明系统中,为了有明确目标的调整所定义的照明设置（即，照明系统光瞳平面中的强度分布），除了使用衍射光学元件（称作DOE）外，众所周知也使用例如WO 2005/026843A2所公开的镜布置。这样的镜布置包括多个微镜，该多个微镜可彼此无关地调节且其中的每一个微镜都能够在通常在例如-10°和+10°之间的角度范围内单独地倾斜。基于各个期望的照明设置，镜的给定倾斜布置通过将事先均匀化并准直的激光以适当的方向反射，使得可以在光瞳平面中形成期望的光分布（例如偶极设置、四极设置或环形照明设置）。在图22中概括地示出相应的结构，图22示出照明系统的部分区域，在激光束的光束路径10中,该照明系统依次包括偏转镜11、折射光学元件（ROE）12、透镜13（仅作为示例示出）、微透镜布置14、镜布置15、漫射片（diffuser）16、透镜17、和光瞳平面PP。镜布置15包括多个微镜，而微透镜布置14具有多个微透镜,用于特别聚焦到那些微镜上。
虽然，当使用DOE时，由于DOE的衍射结构处的衍射，整个光瞳平面从激光束分布的每个点“分散”，因此实现光瞳平面的大体均匀照明而与激光束分布的强度分布无关，但是，如果例如利用激光束分布的不同区域，在偶极照明设置的各个极中设置彼此不同的偏振态，则当使用镜布置时,激光束分布中的变化会导致光瞳平面中的能量扰动。
因此，对于有明确目标地调整所定义的照明设置而使用镜布置时，激光束分布中的变化会不适宜地导致光瞳平面中的非均匀照明。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种微光刻投射曝光设备的照明系统，它允许灵活调整所定义的照明设置，同时降低激光束分布中的非均匀性的干涉影响。
该目的根据独立权利要求1的特征实现。
一种微光刻投射曝光装置的照明系统，包括：
-具有多个镜单元的镜布置，所述镜单元可彼此无关地移动，用于改变经镜布置反射的光的角度分布，和
-至少一个元件，在光传播方向上布置在镜布置的前面，用于产生入射到不同的镜单元上的至少两种不同的偏振态。
由于将镜布置与用于至少产生两种不同偏振态的至少一个元件进行结合，根据本发明可以利用不同的偏振态照明该镜布置的不同的例如彼此相邻的镜单元或元件，并例如实现相互交替偏振取向的密集连续性。由于通过各个镜单元或元件的适当设置，具有不同的（例如，两个相互垂直的）偏振方向之一的光能够从激光束分布的每个位置偏转到光瞳平面中，结果能够用来自光束分布内的不同位置的具有各自期望偏振态的光照明光瞳平面的不同位置。具体地，基本上，如两个相互垂直的偏振方向可以从整个光束分布中的任一点偏转到光瞳平面中的任一点，对于具有给定偏振分布的期望照明设置能够实现高度的光束均匀化。
根据实施例，该至少一个元件是双折射元件。以这个构思，可以利用双折射材料就寻常光束和非寻常光束之间的空间分离而言的已知特性，以便能够用不同的偏振态照明该镜布置的彼此相邻镜单元或元件并实现相互交替偏振取向的密集连续性。
因此，根据本发明的解决方案使得可以实现光束分布上相当密集的偏振分布，其中尤其能够在各个邻近镜单元之间设置不同的偏振态。从而，能够利用相对高水平的位置分辨率来调整整个光束分布上的偏振分布。
根据本发明，双折射元件以这样一种方式用于镜布置：光束分离所产生的寻常光束和同一光束分离所产生的非寻常光束能够通过镜布置以不同方向偏转。
根据实施例，镜布置中的至少一些镜单元由内部镜元件和其周围的外部镜元件构成。这方面，优选地，至少一个内部镜元件和与所述内部镜元件属于同一镜单元的外部镜元件可彼此无关地移动。这样以实现期望的照明设置，有关的各个镜单元能够就内部镜元件和外部镜元件的相关设置而不同地调整。这方面，具体地，双折射元件以如下方式用于镜布置：光束分离所产生的寻常光束和同一光束分离所产生的非寻常光束入射到不同的镜单元或不同的镜元件上。此外，双折射元件可以以如下方式适于镜布置：光束分离所产生的寻常光束和同一光束分离所产生的非寻常光束入射到相邻镜单元上或同一镜单元的镜元件上。
根据实施例，镜布置具有第一镜单元和第二镜单元，其中第一镜单元对于第一偏振方向优化而其中第二镜单元对于垂直于第一偏振方向的第二偏振方向优化。为此目的，具体地，第一镜单元和第二镜单元具有相互不同的涂层。
根据实施例，该照明设备进一步包括含有多个微透镜的微透镜布置，其中该元件布置在微透镜布置和镜布置之间。
根据实施例，用于旋转偏振态的旋转元件（具体为二分之一波长板）在光传播方向上布置在该元件的上游。此外，二分之一波长板优选绕照明系统的光轴可旋转布置。二分之一波长板的旋转提供了双折射元件的上游的偏振方向，因此根据本发明通过双折射元件产生的光束部分（即，寻常光束部分和非寻常光束部分）能够被适当调整。
根据实施例，该元件由光学单轴晶体材料制成，具体为氟化镁（MgF2）。根据实施例，产生双折射元件的材料是不具有光学活性的材料。
根据实施例，该元件具有光学晶体轴，该光学晶体轴不取与照明系统的光轴具有平行关系的方向。具体地，光学单轴晶体材料的光学晶体轴和照明系统的光轴的取向优选地彼此相异至少±。
根据实施例，用于旋转偏振态的旋转元件（具体为二分之一波长板）在光传播方向上布置在该元件的下游。借助二分之一波长板，可以实现双折射元件所产生的寻常光束和非寻常光束的相互垂直偏振方向的期望的取向设置。
根据实施例，照明系统具有与镜布置的各个不同区域相关的至少两个通道的布置，其中对于这些通道而言，来自各个通道并入射到镜布置上的光的偏振态可彼此无关地调整。这样，能够在单个通道中有不同地选择各自设置的偏振方向，并且依照本发明的布置的自由度的数量或灵活性都能够进一步增加。具体地，每一个通道都可以具有至少一个各自的二分之一波长板，其中不同通道的二分之一波长板可彼此无关地调整。优选地，二分之一波长板中的至少一个关于照明系统的光轴可旋转地布置。
根据实施例，四分之一波长板布置在该元件和镜布置之间。优选地，四分之一波长板绕照明系统的光轴可旋转布置。这样，在邻近镜单元或内部镜单元（特别是圆形镜）产生左和右圆偏振光或者还产生任一椭圆偏振光，其中例如能够保持或随后补偿发生在照明系统其他地方的偏振态的椭圆性而没有光损失。
根据另一实施例，该元件具有平行平面几何形状。根据再一实施例，该元件也可以是棱镜的形式。
根据实施例，照明系统具有用于刷新偏振态的起偏器。借助于这样的起偏器，通过将不想要的偏振态的光分量去掉，可以为依照本发明的布置的上游设置良好定义的偏振态，其中可以考虑例如在光束提供单元中存在的且导致激光的不良偏振态的影响。
根据实施例，该元件包括至少一个延迟器（retarder），用于对经过其中的光产生小于照明系统的工作波长的一半的有效延迟。在该实施例中，本发明构思可以用来补偿照明系统的光学部件（具体而言为透镜或镜）产生的且通常分别在光瞳平面或场（或掩模母版）平面上变化的延迟，和/或用来补偿掩模母版（掩模）在系统中引入的双折射。
根据实施例，至少一个延迟器的位置能够在垂直于光传播方向的平面中变化。利用由此获得的有关延迟器位置的灵活性，可以以灵活的方式调整由至少一个延迟器所“负责”的这些镜单元的数量和位置，并从而调整或改变在光瞳平面中所获得的偏振分布。此外，在照明系统的操作期间或扫描过程期间，甚至可以分别动态改变偏振性能。
具体地，该元件可以包括两个延迟器，用于对经过其中的光产生小于照明系统的工作波长的一半的有效延迟。根据实施例，这些延迟器对经过其中的光产生相反符号的有效延迟。就其允许有效补偿照明系统中由照明系统的光学部件所产生的光瞳平面中的相反延迟看来，使用具有相反符号的延迟的两个延迟器或延迟板是有利的，因为经过第一或第二延迟板后具有适当延迟的光仅需要被引导到光瞳平面的适当区域。
根据另一方面，本发明涉及一种微光刻投射曝光设备的照明系统，其中照明系统包括：
-具有多个镜单元的镜布置，镜单元可彼此无关地移动。用于改变由镜布置所反射的光的角度分布，和
-至少有一个双折射元件，其在光传播方向上布置在镜布置的前面。
根据再一方面，本发明涉及微光刻投射曝光设备的照明系统，配置所述照明系统以使能够在照明系统中设置至少一个照明设置，在该照明设置中在照明系统的光瞳平面中产生至少两个彼此相互分离的区域，其中所述区域之间的面积的比值至少为3，更具体地至少为4，再具体地至少为5。
在这方面，本发明是基于存在其中需要基本上不同于诸如已知的偶极或四极照明的传统设置的照明设置的操作情形的考虑。如果掩模母版或掩模的设计未被完好制作对应于要产生在晶片上的期望的结构，而考虑照明系统或投射物镜的照明或成像特性来蓄意并设计改变，则尤其可能存在这样的操作情形。这样的方法也称作“制造设计”（DFM），并包括考虑到光学系统中存在的例如衍射效应等而为掩模提供所选择的额外的或改变的结构。由于在这样的情况中，不仅需要改变掩模的设计，而且还需要改变或调整照明设置，其尤其可能涉及具有明显小于最大邻近区域的尺寸或面积的照明区域，根据本发明的上述方面的照明设置在这样的情况中是有利的并能够在微光刻工艺中产生改善的结果。
根据实施例，所述至少两个区域中的每一个区域都属于一对区域，其中每一对区域中的区域关于光瞳中心成点对称关系布置。
根据实施例，至少一对区域的区域中的偏振态或者彼此相同或者彼此正交。
此外，具体地，利用镜布置可以在扫描过程期间改变光瞳中的强度和/或偏振分布。具体地，对于期望的照明设置，能够分别沿扫描方向变化或更改光瞳或以上提及的区域对中的偏振。
根据实施例，至少一对区域中的区域具有非圆形的形状。
根据再一方面，本发明涉及镜布置，具体地，用于在前面要求保护的一者中所阐述的照明系统，包括：
-多个镜单元，其中所述镜单元可彼此无关地移动，用于改变由镜布置所反射的光的角度分布，
-其中镜布置的至少一些镜单元由内部镜元件和其周围的外部镜元件构成。
本发明还关于微光刻投射曝光设备、微结构部件的微光刻生产工艺和微结构部件。
本发明的进一步配置可以在说明书和所附权利要求中找到。
下文中，通过在附图中作为示例的实施例，更详细地描述本发明。
附图说明
在附图中：
图1示出说明本发明总构思的示意图；
图2a-2b以放大的比例示出说明根据图1的本发明的布置中所提供的双折射元件的作用的示意图；
图3a示出说明根据第一实施例中的本发明的布置的示意图；
图3b示出在图3a的布置中所提供的镜单元的放大图；
图4示出根据本发明实施例的用于分散或分解激光束的镜布置的示意图；
图5a-图12b示出本发明另一实施例的示意图；
图13示出用以解释根据本发明另一方面实现的照明设置的实施例的示意图示；
图14a-图17示出用以解释本发明另一实施例的效果的示意图示；
图18-图19示出包括可关于彼此移动的不同子元件的本发明的再一实施例；
图20-图21示出本发明的另一实施例的示意图；以及
图22示出根据当前技术的具有镜布置的照明系统的部分示意图。
具体实施方式
图1是示出说明本发明总构思的布置的示意图。在该布置中，线偏振激光束105依次经过偏振操纵单元110、微透镜布置120和双折射元件130。包括多个镜单元141、142、143、…的镜布置140在光传播方向上布置在双折射元件130的下游，该多个镜单元141、142、143、…以互相相邻成对关系关于光传播方向倾斜地布置。
偏振操纵单元110用于设置期望的（总体）偏振方向并例如可以是二分之一波长板的形式，该二分之一波长板能够由例如氟化镁（MgF2）的适当双折射材料产生。
微透镜布置120用于实现对镜单元140的镜元件141、142、143、…的有特定目标的聚焦并用于减少或避免“死区”的照明。此外，即使利用较少数量的镜元件141、142、143、…，微透镜布置120也能够提供激光束105的均匀性，这可以减少可能的非均匀激光束分布的引起麻烦的影响。
双折射元件130优选地由光学单轴晶体材料制成，该光学单轴晶体材料是非光学活性的。适当的材料例如为氟化镁（MgF2）。可以使用的另一光学单轴晶体材料例如为蓝宝石（Al2O3）或氟化镧（LaF3）。如图2a所示，在那方面，光学晶体轴ca关于激光束105的入射方向以大体上为45°的角（例如45°±3°）延展。根据另一实施例，也可以在光学晶体轴ca和激光束105的入射方向之间设置其他角度。对于所示45°角的取向，寻常光束和非寻常光束之间的期望的空间分离最大，但0°和90°之间的所有角度也是可能的。图2a的布置中，如果光学晶体轴垂直于或平行于激光束105的入射方向延展，或者平行于或垂直于双折射元件130的入口表面延展，则空间分离消失。
如在图2a和2b中从放大的比例图中最佳看出，在双折射元件130的下游，激光束105的部分光束分解成两个偏振的部分光束135a和135b，该两个部分光束135a和135b为相互平行的关系，其中在图2a中，部分光束135a在x方向上偏振而部分光束135b在与此垂直的y方向上偏振。
如从图2b最佳看出，旋转双折射元件130时，可能调整不同对的相互垂直的偏振方向。在旋转双折射130时，寻常部分光束135a在空间上保持固定而仅关于其偏振方向旋转，而在旋转双折射130时，非寻常部分光束135b关于绕寻常部分光束135a延展的圆形路径移动，在该情况中，非寻常部分光束135b的偏振方向总是垂直于寻常部分光束135a的偏振方向延展，也就是说关于上述圆形路径成切线延展。
双折射元件130的厚度优选地适于镜布置140的周期性，从而由激光束分离产生的寻常光束和由同一激光束分离产生的非寻常光束能够借助于镜布置140偏转到不同的方向上。在该情况中，优选适用以下关系：
α*d＝P        （1）
其中，α表示寻常和非寻常光束之间的（取决于材料的）分离角，d表示光束传播方向上的双折射元件130的厚度，而P表示镜布置140的周期长度。
仅作为示例，可以在测定为50*50mm2的正方区域上布置总数为4000的镜单元或元件，从而对于P≈0.8mm的周期（这里，对应于两个相邻镜单元的间隔），这给出数量大约为63的相邻镜单元。如果在氟化镁（MgF2）的双折射元件130的生产中，假设寻常光和非寻常光之间的角度α的量级约为10mrad，那么d≈（0.8mm/0.01rad）=80mm的双折射元件130的厚度d遵照前述等式（1）。因此，双折射元件130的典型厚度大约在0和100mm之间的范围内。在该方面，其通常遵照等式（1），即双折射元件130的双折射性越大，双折射元件130的所选择的厚度d相应地越小。
下文中，参照图3a和3b描述镜布置的优选配置。
图3a仍是示出双折射元件330产生的光束分离效应以及镜布置340的单独的镜单元341、342、343、…的照明的示意图。这里，镜单元341、342、343、…中的每一个都分别具有内部圆形镜341a、342a、343a、...和在围绕其的外部环形镜341b、342b、343b、...，通过关于各个镜单元的公共中心进行倾斜其可在x方向以及y方向两者中彼此无关地移动。为了产生期望的照明设置，单个镜单元341、342、343、...可以关于内部圆形镜341、342a、343a、...和外部环形镜341b、342b、343b、...的相对设置，在x方向以及y方向两者不同地设置。
一般来说，每个镜单元可以由一个内部镜元件和其周围的一个外部镜元件构成，其中内部镜元件和/或外部镜元件也可以是不同于圆形或环形的形状（例如方形或长方形）。
在这方面要注意的是，图3的实施例中，双折射元件330的平面和镜布置340的平面实际上是相互平行关系（也平行于x-y平面），并且垂直于沿z方向延展的光传播方向布置。这里仅选择图3a左下区域中的双折射元件330的图示，从而更好地示出光束分离效应和分开的镜单元的照明。图3a所示并入射到双折射元件330的两条光线与图1相似地源自不同的微透镜，在图3a的实施例的情况中，微透镜布置（图3a中未示出但相似于图1提供）的微透镜与镜布置340的每一个镜单元341、342、343、…相关联。微透镜布置和镜布置340如此取向，从而在没有双折射元件的情况下，仅各个镜单元341、342、343的内部圆形镜341a、342a、343a被照明。双折射元件330的光束分离作用提供了双倍数量的部分光束，从而通过附加（非寻常）部分光束提供外部环形镜341b、342b、343b、…的附加照明。
类似于图2a-b的以上描述，通过将双折射元件330旋转到适当位置，能够对于由镜布置340所反射的光束设置任何相互垂直的偏振方向。虽然在旋转双折射元件330时，寻常光线仍保留在内部圆形镜341a、342a、343a、...上，并且在旋转双折射元件330时该寻常光线的偏振方向旋转，但在旋转双折射元件330时，非寻常光线移动到相应的外部环形镜341b、342b、343b、...上，在这种情况中，非寻常光线的偏振方向垂直于寻常光线的偏振方向延展，也就是说，总是与圆形路径相切。
可选地，在图3的实施例并且也在下文的实施例两者中，可能适当的是避免由镜布置偏转到光瞳平面中的相同各位置上的那些光线之间的固定位相关系，以防止有麻烦的重叠效应。这能够通过将各光线偏转到光瞳平面中的相同位置来实现，所述各光线的偏振态确实如上文所述调整，但所述各光线来自镜布置的不同镜单元，且由于超出激光的空间相干条件，所述各光线是不相干的。
图4示意地示出镜布置400，其可选择地用于光传播方向上的双折射元件130的上游，用以提供光束的展开并产生激光束的束分辨力而不引入光束发散。镜布置400有多个第一镜411-414和相关联的第二镜415-418，该相关联的第二镜415-418继而将经第一镜411-414偏转的光束经对于光轴90°的角度反射到平行于光轴的初始方向上。能够仅在y方向上实现束分辨力或者能够仅在x方向上实现束分辨力或者在x方向以及y方向两者上实现束分辨力，在这种情况中，产生部分光线的各自的分辨力光栅，在束分布上产生有光的区域和无光的区域，而不改变光流导值（light conductance value）。
现在再次参考图2a和2b，依照本发明通过双折射元件130产生的部分光线135a和135b的强度比取决于进入到双折射元件130的光束入口的相互垂直的偏振分量的比。在图2a中，光束的那些分量在流进双折射元件130之前分别由105a和105b表示。双折射元件130下游的两条部分光线135a和135b的强度比因此能够通过附加旋转元件定量地调节，该附加旋转元件在光传播方向上布置在双折射元件130的上游，用于旋转偏振态。如果例如旋转元件将最初以y方向线偏振（即，旋转元件的上游）的光关于该偏振方向旋转，那么在旋转元件下游且流进双折射元件130之前，在x方向上并且也在y方向上表现出相等强度的偏振分量，从而在双折射元件130的下游两条局部光线135a和135b的强度水平相等。
图5示出如何能够定量调节通过依照本发明的布置所提供的具有相互垂直偏振方向的光分量的强度比。在该情况中，图5b作为示例示出了照明设置550，其中光在两个相等的第一极551中具有相同的偏振方向，而光在相比第一极551较小的两个第二极552中具有与此垂直的偏振方向。由于极551和552被分别相同数量的镜元件照明，对极551和552做出贡献的光线分别具有相同强度的情形，第二极552的强度将比第一极551的高。为了防止这一点并为第一极551和第二极552提供相等的照明，如图5a所示，根据稍后将被照明的极551、552的面积，各个偏振方向上的光能量能够通过附加元件525定量地调节，通过该附加元件525，光分量在双折射元件530的上游已经就其强度被调整。元件525具体地可以为二分之一波长板的形式(例如氟化镁(MgF2))。通过旋转二分之一波长板，在双折射元件530的上游，可以适当调整偏振方向。根据另一实施例，元件525也可以由石英晶体（SiO2）制作，作为二分之一波长板，作为垂直于光传播方向或光学系统轴的光学晶体轴的取向的结果，元件525如此取向从而与晶体石英相关基本存在的光学活性不具有干扰影响。
具体地，为了在光瞳平面中均匀照明不同大小的极，通过元件525能够调整具有相互垂直偏振方向的内部圆形镜和外部环形镜的各个对的强度比，从而该强度比相应于不同大小的极的面积比。图5a就来自双折射元件530的非寻常光线示意地示出原理的实现，该非寻常光线用于产生图5b所示的较小的极552，并因此应当具有比寻常光线低的强度水平，用以均匀照明极551、552（其由孔的图案示出）。
此外，在极端情况下，可以以这样的方式实现调整：通过元件525仅产生寻常光线亦或仅产生非寻常光线。图6a示出该特定情况，其中通过双折射元件530仅产生寻常光线，因而仅镜布置540的内部圆形镜541a、542a、543a、...被照明，从而产生图6b中所示的照明设置。
为了在图6a实施例的修改体中不仅照明镜布置540的内部圆形镜541a、542a、543a、…并因此保留外部环形镜541b、542b、543b、...未使用，例如还可以在光传播方向上在双折射元件530的下游布置附加元件（未示出），该附加元件提供分散光束，该附加元件是偏振保持的，且该附加元件可以例如包括多个分束器的布置，该附加元件提供了，对于每一个镜单元，内部圆形镜和外部环形镜用相同偏振态的光分别照明。为此目的的适当布置例如为一种镜布置，其在偏振保持的情况下使得光束数量加倍，并如图6c示意性所示包括半透第一镜661和相关联的基本全反射第二镜662的多对，第一镜661分别关于光传播方向45°设置，其中第二镜662将在第一镜661反射并偏转经过相对光轴90°的角度的光束反射回平行于光轴的初始方向上。
参照图7a和7b，为了通过相互正交的偏振态的非相干重叠而在光瞳平面的区域701中产生具有非偏振光的照明设置700，借助于元件525的适当调整，还可以将寻常光线和非寻常光线的强度水平设置成相等，且此外通过镜布置540的内部圆形镜541a、542a、543a、…和外部环形镜541b、542b、543b、...能够照明光瞳平面中的相等区域701。
此外，通过适当定量调节偏振方向，也可以设置具有较高偏振度的区域和较低偏振度的区域的照明设置。这方面的一个示例以照明设置的形式显示在图8中，非偏振光设置在光瞳平面的中心区域801中而所谓xy偏振（也称作准切向偏振分布）设置在光瞳平面的外部区域802、803、804和805中。
在图9所示的另一实施例中，双折射元件930的位置保持固定（因而这里，在相互垂直的偏振方向的取向变化时不旋转双折射元件930），而可旋转二分之一波长板935布置在光传播方向上的双折射元件930的下游。如上所述，虽然布置在光传播方向上的双折射元件930的上游的第一二分之一波长板925为部分光线提供期望的能量调节，另一二分之一波长板935就由双折射元件930所产生的寻常光线和非寻常光线的相互垂直的偏振方向提供期望的取向的设置。由于在该结构中寻常光线和非寻常光线两者中的每一个都保持在相同的各自的位置，所使用的镜布置940是简单的圆形镜941、942、943…的布置而不是由内部圆形镜和外部环形镜构成的镜单元的上述布置。在如上所述的实施例的该结构中，第一镜单元还能够对于第一偏振方向优化而第二镜单元能够对于垂直于该第一偏振方向的第二偏振方向优化。为此目的，第一镜单元和第二镜单元能够尤其具有相互不同的涂层。接着，能够如此选择该布置从而例如第一镜单元分别地反射寻常光线而第二镜单元分别地反射非寻常光线。
根据参照图10描述的再一实施例，还存在例如以通道950的矩阵形式的布置，其中每一个通道950（类似于参照图9所描述的结构）在光传播方向上且在镜布置940的上游分别先后具有二分之一波长板925、双折射元件930和二分之一波长板935。可以理解，一个或同一的双折射元件930也可以用于一些或全部通道950。该二分之一波长板925和935的设置可以在单个通道950中彼此无关地改变且从而能够将分别设置的偏振方向选择成不同的。作为两个邻近通道的示例，一个通道950可以设置为如图9所示，而另一通道可以设置为如图10所示。这样，根据该发明的自由度的数量或布置的灵活性可以进一步增加。因此，作为示例，使用类似图9和图10的具有不同设置的偏振方向的8个通道的布置，可以在光瞳平面中提供准切向偏振分布。
在如图11所示的再一实施例中，其为图10的变体，可旋转四分之一波长板936可以布置在二分之一波长板935和镜布置940之间。这样，可以在邻近的圆形镜941、942、943...产生左和右圆偏振光，或者还产生任何椭圆偏振光。具体地，在系统其他地方（例如在镜布置940的上游的光束提供单元中，或镜布置940的下游）发生的偏振态的椭圆性可以被保持或随后被补偿，而没有光损失。
根据另一配置，所有上述的实施例可以包括附加起偏器以刷新偏振态，该附加起偏器具体位于镜布置的上游的光束提供单元之后。通过这样的起偏器（该起偏器的传输方向例如能够与光源产生的激光的优选偏振方向相一致以及仅在图11中示意地示出并由附图标记915标出该起偏器），通过将具有不期望的偏振态的光分量去掉，可以设置良好定义的偏振态而同时可以考虑例如在光束提供单元中存在的且导致激光的不期望的偏振态的影响。
本发明不限于以平行平面板的形式的用于实现光束分离成寻常光线和非寻常光线的双折射元件的配置。根据再一实施例，双折射元件也可以是棱镜的形式，如下参照图12a和12b描述的。
如图12a所示，双折射元件20为直角棱镜的形式并包括光学单轴晶体材料（例如氟化镁（MgF2）），其中棱镜的光入口表面以及由“ca”表示的示意示出的光学晶体轴的方向取垂直于入射光的光传播方向的方向。除了氟化镁（MgF2）之外，棱镜也可以由另一适当的光学单轴晶体材料制作，例如蓝宝石（Al2O3）或氟化镧（LaF3）。
类似上述实施例，对于经过棱镜的单独部分光线，在棱镜中全反射后发生如图12a所示的分离为寻常光线和非寻常光线。但是，不同于前面的实施例，如图12a所示，寻常光线和非寻常光线没有从棱镜中以平行关系发出而是彼此成一角度（该角度通常大约为10mrad的数量级），从而在每种情况中，寻常光线和非寻常光线之间的空间距离随着距棱镜的距离的增加而增加。图12a中所使用的棱镜的大小根据所涉及的各个特定因数而适当地选择，仅作为示例，就该方面而言，棱镜光入口表面的大小可以是（20*20）mm2和（40*40）mm2之间的范围的数量级。
图12b示出光传播方向上的双折射元件20的下游的镜布置21，其中再次示意性指出寻常光线和非寻常光线的配置。作为随着距双折射元件20的距离的增加而使得寻常光线和非寻常光线之间的空间距离增加的结果，镜布置21的周期的改变，现在能够通过适当选择双折射元件20和镜布置21之间的距离来实现。
如从图12a和12b能够看到，通过双折射元件20的棱镜形状的配置所实现的另一作用是，作为发生全反射的结果（通过例如约为90°的角度），光被偏转，或者实现照明系统的光轴的相应折叠。
图12a和12b中棱镜形式的双折射元件20可以用在图9、图10、或图11的结构中，代替双折射元件930，其中提供的如参照图9-11所描述的二分之一波长板935，提供借助双折射元件20所产生的寻常光线和非寻常光线的相互垂直的偏振方向的期望取向的设置。
图12a和12b所示的本发明的变体不限于直角棱镜形式的双折射元件20的配置，从而也可以采用非直角形状或偏离直角形式的楔形形状的棱镜形状，用于双折射元件20的设计配置。
根据本发明的再一方面，镜布置引入的灵活性，结合用于产生入射到不同镜单元上的不同偏振态的本发明的元件，有利地，用于产生下面参照图13解释的照明设置的类型，这在特定操作条件下是有利的。如在说明书的上面部分中已解释的，例如如果在所谓“制造设计”（DFM）的方法中，考虑到光学系统中发生的例如衍射效应或等等而为掩模提供附加或改变的结构，其被如此选择以使在晶片上获得期望的成像结果，从而还需要经改变或经适配的照明设置，则可能发生这样的情形。
图13示出示意图示，解释本发明再一方面中的根据本发明的照明系统中所产生的照明设置。在图13中，照明设置30包括一些区域对31a-b、32a-b、33a-b和34a-b，其中每一对区域以关于光瞳中心成点对称关系布置，并且其中最小区域的尺寸和面积（图13中为34a-b）和最大区域的尺寸和面积（图13中为31a-b）之间存在大的差异。此外，在图13的实施例中，每一对区域的区域中的偏振态相同。根据再一实施例，对于每对区域，偏振态也可以彼此正交。在图13中，这些偏振态如以下：区域31a-b=x方向上的线偏振，32a-b=非偏振、33a-b=关于x或y方向沿45°的线偏振、以及34a-b=圆偏振。当然，根据这方面的本发明不限于图13的照明设置中的几个区域的特定形状、数量和尺寸，照明设置的更多实施例也是可能的，表现出如上所述的特性和优点。
下面，参照图14-16解释本发明的另一实施例，其中用于产生入射到不同镜单元的不同偏振态不同于已经参照图2-11解释的实施例。
图14a显示，沿光传播方向（z方向），微透镜布置41、所谓汉勒-消偏器42（包括双折射材料的楔形形状的元件42a和42b，两个元件42a和42b的光学晶体轴位于x-y平面中并彼此成45°下的角度）、以及已如前所述的多镜布置43。图14a还示意地示出入射到汉勒-消偏器42上的光的偏振态P41，以及直接位于汉勒-消偏器42的下游的偏振态P42。基本上众所周知，汉勒-消偏器沿楔形方向产生不同的偏振态P42。更具体地，偏振态沿楔形方向，从线偏振经由椭圆偏振变化到圆偏振并再变化回线偏振（具有旋转的偏振方向）。从图14a能够容易地看到，作为汉勒-消偏器42的结果，镜布置43中的不同镜被光照明，该不同偏振态的部分也能够发送到光瞳平面中的不同位置，利用镜布置43的单个镜，如已经在以上解释的。此外，图14a-b中所示的布置就其具有相对简单的结构和制造而言是有利的。
图14b示出另一实施例，其中，图14a的实施例中的楔子42a已被改变以具有根据阶梯函数构造的光出口表面。该实施例的优点在于，离开元件44的光的偏振态沿每个阶梯是恒定的，并且对于元件44中的阶梯大小和多镜布置45中的镜之间的适当对应性，其沿多镜布置的每个单独镜是恒定的。
图15a中示意地示出的另一实施例，用于产生不同偏振态的元件也可以由光学活性材料制成，例如具有平行于光传播方向（z方向）的晶体轴的石英晶体材料。图15a示出这样的元件51，其也具有楔形形状的几何形状，楔形方向沿图中所示的坐标系的x方向。因此，沿z方向传播到元件51内的光经历圆双折射，其具有将平行的线偏振光线的偏振方向旋转一角度的效应，该角度取决于光线穿过元件51的位置而变化。结合该效应，单个镜单元52a、52b、52c、...可以彼此无关地移动，从而对于元件51所产生的每个偏振态，分别选择适当的反射角或光瞳平面的适当照明区域。
作为示例，图15b示出（至少近似的）切向偏振分布，其可以利用如上参照15a所解释的构思来实现。通过改变楔角，即相对于x方向或激光束分布的楔形的取向，分别能够改善光的混合或光强度的均匀性。在该实施例中，本发明还有利地使用结合多镜布置所提供的灵活性，并且此外本发明就相对容易的制造过程和产生较少的（或更易于校正的）波前误差而言是有利的。
应当指出，根据上述实施例的本发明并不限于于产生不同的偏振态的元件的楔形形状用，且具有在光传播方向上测量的变化厚度的元件的其他实施例是可能的。图16a-c示出实施例，其中与在之前解释的实施例一致的微透镜布置61和镜布置63之间布置的元件62或64分别包括多个平行平面段或块，其中至少一些块具有在光传播方向上测量的不同厚度。如图16b中关于元件64所示的，该元件64优选例如通过刻蚀工艺或类似工艺由一片制成，从而获得如16b中所示的单片结构。
元件62也由诸如石英的光学活性材料制成，其中光学晶体轴平行于光传播方向（z方向）。因此，经过元件62的光的电场矢量的振荡平面旋转一角度，该角度与光在该元件62内穿过的距离（即块62a、62b、…的厚度）成比例。
根据图17示意地示出的另一实施例，也可以结合两个元件71、72（其可以相同或不同），每一个都具有如上参照图16a-b解释的结构，其能够在垂直于光传播方向（例如x方向）的平面中彼此相对地移动。结果，可以改变光在元件71、72的每个中所穿过的距离并从而操纵偏振分布的所实现的改变。
图18a-b示出该构思的实现而同时利用至少两个楔形形状元件81、82，其在垂直于光传播方向（例如，x方向）的平面中利用控制设备83可相对彼此移动。两个楔形形状元件81、82能够表现出线性双折射或者表现出圆双折射（即，光学活性），其中，在圆双折射的情况中，两个楔形形状元件81、82能够或者具有相同或者具有相反的光学旋转符号。此外，能够布置多个这样的对，根据图18b，从而镜布置84中的镜单元的每行84a、84b、84c…分配给一对楔形形状元件81、82。因此，利用图18a-b的布置，可以动态地产生多个不同的偏振态，其中这些偏振态的数量相应于镜布置84中的镜单元的行84a、84b、84c、…的数量。
对于图17和图18的实施例两者，沿镜布置的镜单元“移动”偏振态变得可行，这还能够以受控方式实现并具体地在光刻系统的使用期间是“在线”的。
图19示出其中两个平行平面元件91、92在垂直于光传播方向的平面中可相对彼此移动的另一实施例，其中每个元件91、92能够在x方向和y方向独立地移动。同样，作为结果，可以改变光在元件91、92的每个中所穿过的距离并从而在镜布置93的前面操纵偏振分布的所实现的改变。如果，作为示例，元件91实现偏振方向旋转90°而元件92实现旋转方向旋转45°，那么元件91和92的可变重叠能够用于实现四种不同的偏振态（旋转0°、45°、90°或135°），四个偏振态能够就对光瞳平面中所获得的总强度的相对贡献来配比或改变。
本发明不限于其中用于产生入射到不同镜单元上的至少两种不同偏振态的元件是双折射的实施例。还可以利用非双折射元件或布置来改变偏振态。图20示意地示出本发明的这样的实施例，其中使用偏振分束器布置200。布置200包括半透层211-214，其能够改变传输通过其的光的偏振态以及反射光的偏振态，以及包括高折射率镜215-218以反射光线，该光线已经沿初始的传播方向由镜211-214反射。如果，作为示例，入射到半透层211-214上的光220被圆偏振化，那么当在层211-214被反射时，将该光改变成具有沿x轴的偏振方向的线偏振光（即，s偏振光）。当离开层211-214时，通过该层传输的光线是在y-z平面中具有偏振方向的线偏振光（即，p偏振光）。此外，经过层211-214之间的布置（即，通过其间的空间）的光线在布置200的下游仍是圆偏振化的。如已经参照本发明的其他实施例所描述的，在布置200的下游中存在于光230中的这些不同的偏振态能够通过不同的镜单元反射，并从而被引导到光瞳平面的不同位置。
在另一实施例中，本发明的构思还能够用于补偿延迟，该延迟由照明系统的光学部件（具体为透镜或镜）产生并通常分别在光瞳平面或场（掩模母版）平面上变化，和/或补偿掩模母版（掩模）所引入的双折射性。由于作为这样的延迟的结果，所谓IPS值通常减少，所以这些效应的补偿是可取的。IPS值用于描述在特定位置处实现期望的偏振态的程度（在扫描方向上其平均值称作“扫描IPS值”）。缩写IPS代表“优选态中的强度”，而IPS值表示想要的偏振方向上的光强度（其能够例如利用理想起偏器来测量，该起偏器的传输方向设置为该想要方向）与总强度之间的能量比。
图21示出这样的实施例的示意图示，其中镜单元的镜布置250部分地由光学延迟板260、270所“负责”，这应当表达为延迟板260、270直接地位于镜布置250的局部或部分的前面（即，上游）。根据替代实施例，延迟板260、270也可以直接地位于镜布置250的下游，如果选择镜布置250和延迟板260、270之间的距离以使当经过从镜布置到延迟板的该距离时单独光线仍未彼此混合或未经历大的偏转。
在图21的实施例中，延迟板260对经过其的光实现+5nm的正延迟，而延迟板270对经过其中的光产生-5nm的负延迟。当然，根据该方面的本发明不限于延迟板所产生的这些特定地延迟值，其仅作为示例给出并且对于两个板260、270其也可以彼此不同。延迟板所提供的延迟值可以显著小于操作波长的一半（例如，<<96.5nm，如果使用193nm的操作波长）。
可以制造延迟板的适当材料例如为晶体石英（其折射率no和ne之间的差在193nm的工作波长约为0.013465）。如果使用晶体石英，根据实施例产生+5nm的延迟的延迟板可以具有0.4μm+m*14.3μm（m=1、2、3、...）的厚度，其中值为1或更大的m对应于“更高级”的延迟板，其产生增强的机械稳定性。当然，此外，可以在延迟板中使用其他适合的材料（具体为光学单轴材料），例如氟化镁（MgF2）。
尽管使用具有相反符号延迟的两个延迟板不是强制性的（所以，还可以使用相同符号的两个板或仅一个单个延迟板），但只要其允许照明系统中在照明系统的光学部件所产生光瞳平面中的相反延迟的区域的地方的有效补偿则其就是有利的，因为经过第一或第二延迟板儿具有适当延迟的光仅需要引导到光瞳平面中的适当位置。
如上所述，通过适当调整延迟板260和270，能够实现IPS值的分布的调整，这称作“IPS调节”。能够利用上述构思改变或优化的参数不仅包括（绝对）IPS值，还包括例如在场中获得的最小IPS值、IPS值的场变化、所谓IPS极平衡或IPS椭圆性。此外，上述构思能够用于所谓“工具到工具的匹配”，即，在这两个系统之间改变的情况中，改变两个微光刻曝光系统中的至少一个，使得照明系统、掩模母版（掩模）和投射物镜的结合理想地产生相同的光刻工艺结果。
就像前述的一些实施例，延迟板260、270根据优选实施例关于彼此可移动并且关于镜布置250可移动（见图21中的双箭头），从而获得关于偏振性能的操作的附加自由度，其例如可以解决在系统中要补偿的非对称延迟效应。具体地，可以布置延迟板260、270的每一个在x方向和y方向上可移动。利用因而获得的有关延迟板260、270的位置的灵活性，可以以灵活方式调整由延迟板260、270中的一个或两个“负责”的那些镜单元的数量和位置，并从而改变在光瞳平面中获得的偏振分布。此外，在照明系统的操作期间或者扫描过程的期间，甚至能够分别动态地改变偏振性能。另外，除了补偿光瞳平面中的上述延迟效应，还可以实现场依赖偏振效应的至少部分校正。
通过对镜布置中的单个镜单元做出适当调整，光瞳平面中的各个区域能够用载有延迟（即，偏振态在两个正交或相互垂直的光学路径中的差）的光来照明，这适于实现以上提及的补偿构思。
上述构思不限于特定照明设置或偏振分布，而可以以任何设置或任何偏振分布来实现，包括例如在图15b中已示出的切向或准切向偏振分布。作为示例，上面的构思（与镜布置相结合的一个或两个可移动延迟板）可以与WO 2005/069081A1中所描述的偏振调整光学元件的使用相结合。这样的元件包括具有光轴和厚度分布的光学活性晶体，在光轴方向上测量的该厚度分布是可变的并能够用于将恒定线偏振分布变化成切向偏振分布。
此外，上述构思不限制于使用平行平面延迟板，从而诸如楔形形状的元件或表现出圆双折射（即，光学活性）的元件的不同几何形状的延迟元件可以代替延迟板来使用或与延迟板结合使用，例如在之前关于图14ff描述的布置中。
尽管已经借助特定实施例描述了本发明，但对本领域的技术人员将明显的是无数的变体和替换实施例，例如单个实施例的特征的结合和/或交换。因此，本领域的技术人员将理解到，这样的变体和替换实施例也包含在本发明中，而本发明的范围仅由所附权利要求和其等价体的含义来限定。

Claims (22)

1.一种微光刻投射曝光设备的照明系统，包括：
·具有多个镜单元的镜布置，其中镜单元可彼此无关地移动用于改变由镜布置反射的光的角度分布；和
·双折射材料的至少两个元件的布置，其中这些元件相对于彼此的相对位置是可变的；
·其中通过在垂直于光传播的平面中调整所述元件的相应位置，能够调整在所述照明系统的光瞳平面中获得的偏振分布，
其中所述元件能够在垂直于光传播并且彼此垂直的两个方向上移动，并且能够彼此可变地重叠。
2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述元件直接地位于所述镜布置的一部分的上游。
3.如权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述布置下游的光中所存在的不同偏振状态能够被不同的镜单元所反射，从而被导向至光瞳平面的不同位置。
4.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述元件直接地位于所述镜布置的一部分的下游。
5.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述元件是延迟板。
6.如权利要求5所述的照明系统，其特征在于，所述延迟板具有相反符号的延迟。
7.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述元件显示出圆振双折射特性。
8.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述元件具有相同的光学旋转符号。
9.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述元件具有相反的光学旋转符号。
10.如权利要求7-9中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述元件是由晶体石英制成的。
11.如权利要求1-9中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述元件具有在光传播方向上测得的变化的厚度轮廓。
12.如权利要求1-9中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述元件是楔形元件。
13.如权利要求12所述的照明系统，其特征在于，所述楔形元件之一具有根据阶梯函数构造的光出口表面。
14.如权利要求1-9中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述双折射材料的至少两个元件的布置包括汉勒-消偏器，该汉勒-消偏器包括双折射材料的两个楔形元件(42a、42b)，其中光学晶体轴取向为处于垂直于光传播的平面中并相对彼此成45°。
15.如权利要求1-9中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述双折射材料的至少两个元件的布置包括多个平行平面段或块，其中至少一些块具有在光传播方向上测量的不同厚度。
16.如权利要求15所述的照明系统，其特征在于，所述多个平行平面段或块由一片制成，从而获得单片结构。
17.如权利要求1－9中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述元件是平行平面元件。
18.如权利要求1-9中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括用于相对于彼此移动所述元件的控制设备(83)。
19.如权利要求1-9中任一项所述的照明系统，其特征在于，通过调整所述元件的相应位置，能够补偿由所述照明系统的光学部件所产生的延迟和/或由掩模在系统中引入的双折射。
20.一种用于补偿照明系统的光学部件所产生的延迟和/或由掩模在系统中引入的双折射的方法，其特征在于所述方法包括调整如前述任一项权利要求所述的照明系统的所述元件的相应位置的步骤。
21.一种微光刻投射曝光设备，包括照明系统的投射物镜，其特征在于，所述照明系统是如权利要求1－19中任一项所述地设计的。
22.一种微结构部件的微光刻生产工艺，包括如下步骤：
·提供基板，该基板上至少部分地施加光敏感材料层；
·提供具有结构的掩模，将要产生该结构的像；
·提供如权利要求21所述的投射曝光设备；和
·借助于该投射曝光设备，将掩模的至少一部分投射到该层的区域。
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