CN103097955A - 微光刻投射曝光装置的照明系统 - Google Patents

Abstract

一种微光刻投射曝光装置(10)的照明系统，包含具有光学光栅元件(56；156)的阵列(54c；154b)的光学积分器(52；152)。聚光器(72)将与光学光栅元件关联的光束叠加于共同场平面(71)中。调制器(62；162；262)修改在照明场中的角度辐照度分布的场相依性。该调制器的单元(60；160；260)与光束之一关联，且布置于聚光器(72)前的位置处，使得只有所关联的光束入射到单个调制器单元(60)上。此外，所述单元还被配置为可变地重新分布关联光束的空间和/或角度辐照度分布，而不阻挡任何光。若控制装置(66)接收到需要修改掩模平面(78)中的角度辐照度分布的场相依性的输入指令，则控制装置(66)控制调制器单元(60；160；260)。

Description

微光刻投射曝光装置的照明系统

技术领域

本发明总体涉及微光刻投射曝光装置的照明系统以及涉及操作这种装置的方法。

背景技术

微光刻(亦称作光刻(photolithography，lithography))是用于制造集成电路、液晶显示器及其他微结构器件的技术。微光刻工艺连同刻蚀工艺一起被用于图案化薄膜叠层（stack）中的特征，其中薄膜叠层已形成于例如硅晶片的基板上。在制造的每一层处，晶片首先涂布光刻胶，其为对特定波长的光敏感的材料。接着，顶部具有光刻胶的晶片在投射曝光装置中暴露于通过掩模的投射光。掩模包含要成像于光刻胶上的电路图案。曝光后，将光刻胶显影，以产生对应于掩模中所包含的电路图案的像。接着，刻蚀工艺将电路图案转移至晶片上的薄膜叠层。最后，移除光刻胶。利用不同的掩模重复此工艺，产生多层微结构组件。

投射曝光装置一般包括照明系统，其照明掩模上的场，其例如具有矩形或弯曲的狭缝的形状。该装置还包含：用于对准掩模的掩模台、将掩模上的照明场成像至光刻胶上的投射物镜(有时也称为“透镜”)、以及用于对准涂布了光刻胶的晶片的晶片对准台。

投射曝光装置发展中的一个重要目标为能够在晶片上微光刻地定义尺寸越来越小的结构。小结构产生高集成密度，其一般对借助于这种装置产生的微结构组件的性能具有有利的影响。

过去已追求了各种方法来达成此目标。已用一种方法来降低用于将电路图案成像于光刻胶上的投射光的波长。这利用了可微光刻地定义的特征的最小尺寸与投射光的波长大致成比例的事实。因此，这种装置的制造者努力使用具有越来越短波长的投射光。目前所使用的最短波长为248nm、193nm、及157nm，因此落在深(DUV)或真空(VUV)紫外光谱范围中。下一代商业可得的装置将使用具有甚至更短波长的投射光，波长约为13.5nm，其在极紫外光(EUV)光谱范围中。EUV装置包含反射镜，而非透镜，因为透镜吸收几乎所有的EUV光。

另一方法为改进掩模的照明。理想上，投射曝光装置的照明系统使用具有良好定义的空间及角度辐照度分布的投射光，来照明掩模上所照明的场的每一点。“角度辐照度分布”一词描述光丛（bundle）(其朝向掩模上的特定点汇聚)的总光能量如何在组成光丛的光线的各个方向之中分布。

照射在掩模上的投射光的角度辐照度分布通常被适配于要成像至光刻胶上的图案种类。举例来说，相较于小尺寸的特征，相对大尺寸的特征可能需要不同的角度辐照度分布。最常使用的角度辐照度分布为传统、环形、双极和四极照明设定。这些术语是指照明系统的瞳表面中的辐照度分布。举例来说，在环形照明设定下，瞳表面上只照明环形区域。因此，只有小范围的角度存在于投射光的角度辐照度分布中，且所有光线以类似的角度倾斜照射到掩模上。

在此技术领域中已知有不同的手段用来修改投射光在掩模平面中的角度辐照度分布，以获得理想的照明设定。为了在掩模平面中产生不同角度辐照度分布时获得最大灵活性，已提出使用反射镜阵列，其确定瞳表面中的辐照度分布。

在EP1262836A1中，反射镜阵列被实施为微机电系统(MEMS)，其包括超过1000个微反射镜。每个反射镜可围绕两个正交的倾斜轴倾斜。因此，入射于这种反射镜装置上的辐射可被反射到半球的几乎任何想要的方向。布置在反射镜阵列与瞳表面之间的聚光透镜将反射镜所产生的反射角转换为瞳表面中的位置。此照明系统使得以多个点照明瞳表面成为可能，其中每个点与一个特定反射镜关联，且可通过倾斜此反射镜而使每个点可在瞳表面上自由地移动。

使用反射镜阵列的类似照明系统已揭露于US2006/0087634A1、US7061582B2以及WO2005/026843A2中。

虽然使用反射镜阵列的照明系统对修改角度辐照度分布非常灵活，但掩模平面中的照明场上的空间和角度辐照度分布的均匀性仍是问题。未来的照明系统很可能需要这些量有非常低的场依赖性。

已开发出一些方法来降低光学积分器上的场相依焦点，光学积分器通常用于照明系统中产生多个二次光源。由二次光源发射出的光束是由聚光器叠加到掩模平面上或与掩模平面光学共轭的场光阑平面上。光学积分器通常包括一个或多个光学格栅（raster）元件阵列，其产生与二次光源关联的光束。与这样的光束专属关联的一个或多个光学格栅元件形成光学通道，该光学通道独立于其他光学通道。由于与光学通道关联的每个光束完全照明掩模或场光阑平面，所以位于光学通道内的光学元件可用于修改照明特性。

举例来说，US5615047描述了布置于光学积分器之前的平板，其包含多个滤波器区域，每个滤波器区域与光学积分器的单格光学通道关联。由于滤波器元件的位置与掩模或场光阑平面光学共轭，所以可选择滤波器区域的透射率分布，使得在掩模或场光阑平面处获得均匀空间辐照度分布。

此外，US6049374提出使用与光学积分器的特定通道关联的吸收滤波器元件。

US2009/0021715A1（其转让给本申请的申请人）描述了一照明系统，其中移除了角度辐照度分布的不期望的残余场相依性。为此目的，放置于单独（individual）光学通道中的光学元件(例如棱镜)改变与这些光学通道关联的光束的某些光学特性。

然而，仍然需要对照明系统进行改进，特别是关于入射到掩模上的投射光的角度辐照度分布的场相依性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种照明系统，其提高关于掩模级的角度辐照度分布的场相依性的灵活性。

根据本发明，此目的通过一种包含光学积分器的照明系统实现，该光学积分器包含光学格栅元件的阵列，其中光束与每个光学格栅元件关联。照明系统还包含聚光器，其将与光学格栅元件关联的光束叠加于共同场平面中，该共同场平面与掩模平面相同或光学共轭，在照明系统操作期间所要照明的掩模设置于该掩模平面中。照明系统的调制器被配置为修改（modify）场中的角度辐照度分布的场相依性，该场在掩模平面中被照明系统照明。调制器包含多个调制器单元，其中每个调制器单元与光束中的至少一个(优选仅一个)关联，且布置于聚光器之前的位置，使得只有所关联的光束入射到该调制器单元上。此外，每个调制器单元被配置为可变地重新分布相关联的光束的空间和/或角度辐照度分布，而不阻挡任何光。照明系统还包含控制装置，其被配置为控制调制器单元，使得如果控制装置接收到必须修改掩模平面中的角度辐照度分布的场相依性的输入指令，则至少一个调制器单元重新分布关联的光束的空间和/或角度辐照度分布。

因此，本发明舍弃试图在掩模平面上的照明场的每一点处产生相同的良好定义的角度辐照度分布(即将角度辐照度分布的场相依性降低至非常小的可容忍值)的传统方法。相反地，本发明寻求提供一种照明系统，其能够使装置的操作者快速地改变掩模平面中的角度辐照度分布的场相依性。这使得可以不同的角度辐照度分布选择地照明照明场的不同部分。若这些分布专门适配于在这些部分中照明的电路图案，则图案将可更准确地转移到光刻胶或其他类型的光敏表面。

然而，对于不期望以不同照明设定来照明掩模不同部分的应用，本发明也可以是有用的。快速修改掩模级的角度辐照度分布的场相依性的能力则可被用于非常有效地降低场相依性，即使是在场相依性随时间改变并因此无法利用布置在光学积分器的光学通道中的固定光学元件来降低的情况下也是如此。

在一个实施例中，调制器被配置为使得在照明场的第一部分处产生第一角度辐照度分布，且在照明场的第二部分处产生不同于第一角度辐照度分布的第二角度辐照度分布。

特别地，在扫描曝光机（scanner）类型的装置中(其中在光刻胶曝光过程中沿扫描方向移动掩模)，可通过沿扫描方向延伸的线形成第一和第二部分。第一部分可邻接照明场的一端，而第二部分可邻接照明场的相对端。在扫描曝光机类型装置的情况下，该一端和相对端可沿垂直于扫描方向的方向界定照明场。

在其他实施例中，第一部分为第一角度辐照度分布均匀的二维区域，且第二部分为第二角度辐照度分布均匀的二维区域。

若装置为扫描曝光机类型，则照明场通常具有沿X方向的长尺寸以及沿Y方向的短尺寸，其中Y方向垂直于X方向且对应于装置的扫描方向。从而，第一部分可具有与第二部分共同的至少一个Y坐标，但没有共同的X坐标。换言之，两个部分沿X方向并排布置，或者可能沿Y方向位移，但不具有共同的点落在平行于Y方向延伸的线上。

在某些实施例中，甚至可以快速改变角度辐照度分布，使得在扫描操作中将掩模投射至光感层的同时改变角度辐照度分布。接着，由二维区域所形成的第一和第二部分可沿扫描方向Y布置为一前一后，使得这两个部分也可具有共同的X坐标。

一般而言，这两个部分的第一和第二角度辐照度分布可与选自以下组的照明设定关联：传统照明设定、角度照明设定、双极照明设定、n极照明设定（n≥4）。

在其他实施例中，每个调制器单元布置在格栅场平面中，该格栅场平面在光传播方向上位于光学格栅元件阵列之前。每个调制器单元被配置为可变地重新分布关联光束在格栅场平面中的空间辐照度分布，而不阻挡任何光。

这利用了以下事实：格栅场平面与共同场平面光学共轭，因此格栅场平面中的关联光束的任何空间重新分布直接转换为共同场平面中重新分布的空间辐照度分布。由于每个调制器单元与特定光束(其从关联的光学格栅元件的位置所确定的方向朝共同场平面传播)关联，所以若调制器单元改变共同场平面中的关联光束所产生的空间辐照度分布，则角度辐照度分布的场相依性改变。

一般来说，与光学格栅元件关联的格栅场平面将共面。然而，若光学格栅元件具有不同的光学特性，则格栅场平面也可能倾斜或沿光学轴位移。

在某些实施例中，每个调制器单元被配置为沿垂直于照明系统的光学轴的方向在格栅场平面中移动一区域，此区域由与该调制器单元关联的光束照明。接着，共同场平面中的照明场也移动，其移动量与格栅场平面中的区域的移动成比例。在扫描类型的装置中，移动方向可等于X方向。在此语境中，应注意到，格栅场平面通常不是数学意义上的平面，而是光学上的定义，因此可具有一定的“厚度”。因此，在这样的“厚”场平面内的倾斜移动仍视为是垂直于光学轴的移动。

照明区域的移动可通过调制器单元实现，而不改变关联光束的角度辐照度分布。从而，共同场平面中的特定光束所产生的角度辐照度分布仅由关联的光学格栅元件的位置决定，而基本独立于与该光束关联的照明区域在格栅场平面中的位置。

配置调制器单元，使得能够可变地重新分布关联光束在格栅场平面中的空间辐照度分布，这通常需要在格栅场平面中有一些空间可用于容纳光学组件、制动器、及为此目的所需的其他机械组件。这隐含着格栅场平面的照明部分必须由间隙分隔。

产生格栅场平面(其中照明部分是由间隙所分隔)的光学积分器在光传播方向中计算可包含光学格栅元件的第一阵列、第二阵列、和第三阵列，其中格栅场平面位于光学格栅元件的第二阵列与第三阵列之间。这样的光学积分器描述于2009年9月30日申请的德国专利申请DE102009045219（其被转让给本申请的申请人）中。

在其他实施例中，每个调制器单元布置于瞳平面中或紧邻瞳平面，此瞳平面在光传播方向中位于光学格栅元件的阵列之后。每个调制器单元被配置为可变地重新分布瞳平面中关联光束的角度辐照度分布，而不阻挡任何光。这利用了以下事实：瞳平面中的角度辐照度分布转换为共同场平面中的空间辐照度分布，其中共同场平面与瞳平面成傅立叶关系。

在此上下文中，每个调制器可被配置为围绕垂直于光学轴的倾斜轴，倾斜与该调制器单元关联的光束。这将造成共同场平面中空间辐照度分布的移动。

在扫描装置的情况中，倾斜轴可等于Y方向，Y方向等于扫描方向。

不论调制器单元的位置，每个调制器单元都可包含一光学元件，其被配置为改变入射于其上的关联光束的传播方向。此外，每个调制器单元可包含制动器，其耦接（couple）至光学元件、且被配置为响应于从控制装置接收的控制信号而改变光学元件的位置和/或取向。

在此上下文中，光束的平行移动也视为传播方向的改变。

光学元件可为折射光学元件，特别是透镜、棱镜或菲涅耳棱镜，或衍射光学元件。

一般来说，制动器可被配置为沿相对于照明系统的光学轴倾斜(优选垂直)的方向位移光学元件。

在其他实施例中，制动器被配置为绕着旋转轴旋转光学元件，该旋转轴相对于照明系统的光学轴倾斜(优选垂直)。

在某些实施例中，调制器被配置为使得角度辐照度分布在照明场上不连续地变化。如果需要照明的掩模包含不同的图案区域，且各个图案区域需要均匀但不同的角度辐照度分布，则这将特别有用。

在其他实施例中，调制器被配置为使得角度辐照度分布在照明场的至少一部分上连续变化。举例来说，如果图案特征的密度、尺寸、和/或取向在较大的图案区域内不均匀，但在照明场的至少一部分上也以大致连续的方式变化，则这可能是有利的。

在后一情况下，第一部分可为第一角度辐照度分布均匀的第一线。第二部分可为第二角度辐照度分布均匀的第二线。接着，调制器被配置为使得在布置于第一线与第二线之间的区域内，第一角度辐照度分布连续地转换为第二角度辐照度分布。

为了产生连续变化的辐照度分布，可使用调制器单元，其被配置为改变格栅场平面中被与该调制器单元关联的光束照明的区域内的辐照度分布，而不将其移动。换言之，格栅场平面中的被照明的区域的尺寸、几何形状、以及位置不会被调制器单元改变，但此区域内的辐照度分布确实响应于从控制装置接收的控制信号而改变。

在连续变化的角度辐照度分布的情况中，每个调制器单元可被构造为将辐照度分布从均匀辐照度分布转换为修改的辐照度分布，其沿参考方向线性地增大或减小。在扫描装置的情况中，此方向可等于X方向，X方向垂直于扫描方向Y。

本发明的主题还是操作微光刻投射曝光装置的方法，其包含以下步骤：

(a)提供包含照明系统及投射物镜的微光刻投射曝光装置；

(b)提供将由照明系统照明的掩模；

(c)定义期望的第一角度辐照度分布以及期望的第二角度辐照度分布，第二角度辐照度分布不同于第一角度辐照度分布；以及

(d)照明掩模，使得在掩模的第一部分获得第一角度辐照度分布以及在掩模的不同于第一部分的第二部分获得第二角度辐照度分布。

第一及第二角度辐照度分布可以与选自以下组的照明设定关联：传统照明设定、角度照明设定、双极照明设定、n≥4的n极照明设定。

第一部分可为第一角度辐照度分布均匀的二维区域。第二部分亦可为第二角度辐照度分布均匀的二维区域。掩模包含的特征图案可以在第一部分与第二部分处不同。

替代地，第一部分可为第一角度辐照度分布均匀的第一线，第二部分为第二角度辐照度分布均匀的第二线。接着，在布置于第一线与第二线之间的区域内，第一角度辐照度分布连续地转换为第二角度辐照度分布。

该方法可包含以获得第一及第二角度辐照度分布的方式来控制照明系统中包含的调制器的步骤。

该方法亦可包含以下步骤：重新分布与照明系统中包含的光学格栅元件关联的光束的空间和/或角度辐照度分布，而不阻挡任何光。

可在通过投射物镜将掩模投射至光敏表面的同时改变角度辐照度分布。

本发明也可一般地适用于光学格栅元件为反射镜的EUV照明系统。

定义：

“场平面”一词在此用于表示与掩模平面光学共轭的平面。

“瞳平面”一词在此用于表示穿过掩模平面中的不同点的边缘光线相交的平面。

“均匀”一词在此用于表示不依赖于位置的特性。

“光(light)”一词在此用于表示任何电磁辐射，特别是可见光、UV、DUV、VUV、EUV光以及X射线。

“光线(light ray)”一词在此用于表示其传播路径可由线来描述的光。

“光丛(light bundle)”一词在此用于表示在场平面中具有共同源点的多个光线。

“光束(light beam)”一词在此用于表示通过特定透镜或其他光学元件的光。

“取向”一词在此用于表示三维空间中的对象的角定向(angularalignment)。取向通常由三个角度的集合所表示。

“位置”一词在此用于表示三维空间中的对象的参考点的地点。位置通常由三个笛卡尔坐标的集合表示。因此，取向和位置完整地描述三维空间中的对象的放置。

“光学格栅元件”一词在此用于表示任何光学元件，例如透镜、棱镜、或衍射光学元件，其与其他光学格栅元件一起布置，使得产生或维持多个相邻的光学通道。

“光学积分器”一词在此用于表示增加乘积NA·a的光学系统，其中NA为数值孔径，而a为照明场面积。

“聚光器（condenser）”一词在此用于表示在两平面(例如场平面与瞳平面)之间建立(至少近似的)傅立叶关系的光学元件或光学系统。

“共轭平面”一词在此用于表示建立了成像关系的平面。有关共轭平面概念的更多信息描述在E.Delano的论文中，其标题为“First-order Design andthe

Diagram(一阶设计与

图表)”，发表于Applied Optics，1963年第2卷第12号第1251-1256页。

“场相依性”一词在此用于表示物理量对场平面中的位置的任何函数相依性。

“空间辐照度分布”一词在此用于表示总辐照度在光照射的实际或虚拟表面上如何变化。空间辐照度分布通常可由函数I_s(x,y)描述，其中x,y为表面上点的空间坐标。如果应用到场平面，则空间辐照度分布必须将多个光丛所产生的辐照度积分。

“角度辐照度分布”一词在此用于表示光丛的辐照度如何随组成光丛的光线的角度而变化。角度辐照度分布通常可由函数I_a(α,β)描述，其中α,β为描述光线方向的角坐标。如果角度辐照度分布具有场相依性，则I_a也将是场坐标的函数，即I_a=I_a(α,β,x,y)。

附图说明

可通过参考以下详细说明并结合附图而更容易理解本发明的各种特征及优点，其中：

图1为根据本发明一实施例的投射曝光装置的示意透视图；

图2为将由图1所示的投射曝光装置投射的掩模的放大透视图；

图3为照明系统的子午剖面图，该照明系统为图1所示的装置的部分；

图4为图3所示的照明系统中所含的反射镜阵列的透视图；

图5为图3所示的照明系统中所含的三个光学格栅元件阵列的透视图；

图6为可替代地包含于图3所示的照明系统中的光学格栅元件阵列的俯视图；

图7为沿图6所示的阵列的线VII-VII的剖面图；

图8为图3所示的照明系统中所含的光学积分器的三个相邻光学通道的示意子午剖面图；

图9为描述格栅场平面中的辐照度分布的3x3通道光学积分器的俯视图；

图10为掩模的类似图2的透视图，其描述为掩模上的不同图案区域获得的不同角度辐照度分布；

图11为类似图8的示意子午剖面图，其附加地显示图8所示的调制器单元内的光学组件；

图12显示可用于图8所示的实施例中的调制器单元的替代实施例；

图13为图3所示的照明系统的光学积分器的示意子午剖面图，其描述包含于其中的光学格栅元件的焦距；

图14为根据另一实施例的照明系统的子午剖面图，其中调制器单元布置于照明系统的瞳平面中；

图15为图14所示的光学积分器的三个相邻光学通道的示意子午剖面图，其表示方式类似于图8；

图16是从图15切出的部分，其显示调制器单元内的光学元件；

图17为穿过菲涅尔棱镜的XZ平面的剖面图，该菲涅尔棱镜可替代地用作图16所示的调制器单元中的光学元件；

图18为包含两个楔形物的调制器单元中所含的光学元件的又一实施例的透视图；

图19为沿照明场的X方向不连续地变化的角度辐照度分布的示意图；

图20为在产生图19所示的角度辐照度分布的格栅场平面中的辐照度分布的说明图；

图21为沿照明场的X方向连续地变化的角度辐照度分布的示意说明图；

图22是为了产生图21所示的变化的角度辐照度分布而由共同场平面中的光学通道产生的空间辐照度分布的说明图；

图23为照明系统的三个相邻光学通道的示意子午剖面图，该照明系统在掩模平面中产生连续变化的角度辐照度分布；

图24是从图23切出的部分，其示意地描述礼帽(top-hat)辐照度分布如何被调制器单元转换为不同的线性减小或增大的辐照度分布；

图25为一图表，其指示图23及图24所示的调制器单元内所含的光学件的两歌光学表面；

图26为一图表，其显示XZ平面中的光学件的形状；

图27为包含两个图26所示的光学件的光学元件的透视图；

图28至图30为布置于不同X位置的图27所示的光学元件的沿Z方向的正视图。

具体实施方式

I.投射曝光装置的总体结构

图1为根据本发明的投射曝光装置10的透视且高度简化的视图。装置10包含产生投射光束的照明系统12。投射光束照明掩模16上的场14，掩模16包含由图1中细线条所示意表示的多个小特征19所形成的图案18。在此实施例中，照明场14具有不包含装置的光学轴OA的环段（ring segment）形状。然而，也可考虑其他形状的照明场14，例如矩形。

投射物镜20将照明场14内的图案18成像到由基板24所支撑的光感层22(例如光刻胶)上。可由硅晶片形成的基板24布置在晶片台(图未示出)上，使得光感层22的顶表面准确地位于投射物镜20的像平面中。通过掩模台(图未示出)将掩模16定位于投射物镜20的物平面中。由于投射物镜20的放大倍率β为|β|<1，所以照明场14内的图案18的缩小像18'被投射至光感层22上。

在投射过程中，掩模16及基板24沿对应于图1所指示的Y方向的扫描方向移动。照明场14接着扫描整个掩模16，使得可连续地成像大于照明场14的图案化区域。基板24和掩模16的速度比等于投射物镜20的放大倍率β。若投射物镜20反转像(β<0)，则掩模16与基板24以相反方向移动，如图1中箭头A1和A2所示。然而，本发明也可用于步进曝光机（stepper）工具，其中掩模16与基板24在掩模的投射过程中不移动。

II.多重照明设定

图2为掩模16的放大透视图。此掩模上的图案18包含三个相同的第一图案区域181a、181b、181c，其沿Y方向前后布置。为了简化起见，假设第一图案区域181a、181b、181c的特征19是沿Y方向延伸的直线。图案18还包含三个相同的第二图案区域182a、182b、182c，其也沿Y方向前后布置，但与第一图案区域181a、181b、181c在横向上位移，使得第一图案区域181a、181b、181c与第二图案区域182a、182b、182c没有共同的X坐标。假设第二图案区域182a、182b、182c包括沿X方向延伸的特征19以及沿Y方向延伸的特征19。

图2所示的掩模16假设用于如下的制造步骤中：两个不同的裸芯（die）同时曝光，并且将经历相同的后续制造步骤，例如刻蚀。裸芯是足够小，以至于他们可以在投射物镜20的X方向的宽度为W的像场内彼此相邻定位，如图1所示。在一个完整的扫描周期内，可以曝光与第一图案区域181a、181b、181c关联的三个第一类型裸芯以及与第二图案区域182a、182b、182c关联的三个第二类型裸芯。接着，将扫描方向反向或是在无任何照明的情况下将掩模16返回到其原始位置，并执行下一扫描周期。在此方法中，可在基板24上同时曝光两行不同的裸芯。

一般而言，若需要最佳的成像质量，则不同的图案在掩模级需要不同的角度辐照度分布。在此实施例中，假设沿Y方向延伸的特征19以X双极照明设定最佳地成像于光感层22上。在图2中，虚线圆圈表示与光丛关联的瞳26，该光丛朝着位于第一图案区域之一中的一场点聚合。在瞳26中，沿X方向彼此隔开的两个极(pole)27代表光朝着场点传播的方向。由于假设图案在第一图案区域181a、181b、181c上均匀，因此需要在第一图案区域181a、181b、181c中的每个场点处产生此X双极照明设定。

与第二类型的裸芯关联的第二图案区域182a、182b、182c包括沿X方向延伸的特征以及沿Y方向延伸的特征19。针对这些特征19，假设环状照明设定产生最佳成像质量。图2绘示出瞳26中被照明的环面28，其与朝着第二图案区域182a、182b、182c之一的场点聚合的光丛关联。同样地，需要在第二图案区域182a、182b、182c中的每各场点处产生此环状照明设定。

这隐含着照明系统12必须能够在照明场14内同时且并排地产生两个不同的照明设定。在下文中，将参考图3至图13对能够执行此任务的照明系统12的结构做更详细的描述。

III.照明系统的总体结构

图3为图1所显示的照明系统12的子午剖面图。为了清楚表示，图3的说明图被大大简化且未依比例绘示。这特别隐含着不同的光学单元仅由一个或非常少的光学元件来表示。实际上，这些单元可包含多得多的透镜及其他光学元件。

照明系统12包括壳体29及光源30，在所示的实施例中，光源30被实现为准分子激光器。光源30发射波长为约193nm的投射光。也可考虑其他类型的光源30及其他波长，例如248nm或157nm。

在所示的实施例中，由光源30所发射的投射光进入扩展光束的光束扩展单元32。举例来说，光束扩展单元32可包含数个透镜或可实现为反射镜布置。从光束扩展单元32出来的投射光为几乎准直的投射光束34。

接着，投射光束34进入瞳定义单元36，其用于在后续瞳平面中产生可变的空间辐照度分布。为此目的，瞳定义单元36包含微反射镜40的阵列38，微反射镜40可在制动器的帮助下围绕两个正交轴单独地倾斜。图4为阵列38的透视图，其示出两个平行光束42、44如何根据光束42、44所入射的反射镜40的倾斜角度而被反射至不同方向。在图3及图4中，阵列38仅包含6x6个反射镜40；实际上，阵列38可包含数百、甚至数千个反射镜40。

瞳定义单元36还包含棱镜46，其具有第一平面表面48a和第二平面表面48b，它们都相对于照明系统12的光学轴OA倾斜。在这些倾斜的表面48a、48b处，以全内反射方式反射射入的光。第一表面48a将射入的光朝反射镜阵列38的反射镜40反射，而第二表面48b将从反射镜40所反射的光导向棱镜46的出射表面49。因此，可通过单独地倾斜阵列38的反射镜40而改变从出射表面49出来的光的角度辐照度分布。有关瞳定义单元36的更多细节可参考US2009/0116093A1。

在第一聚光器50的帮助下，由瞳定义单元36所产生的角度辐照度分布被转换为空间辐照度分布，其中第一聚光器50将射入的光导向光学积分器52。在此实施例中，光学积分器52包含光学格栅元件56的第一阵列54a、第二阵列54b、及第三阵列54c。

图5为三个阵列54a、54b、54c的透视图。每个阵列在支撑板的前侧和后侧上包含光学格栅元件56的子阵列，光学格栅元件56由沿X或Y方向延伸的平行圆柱透镜形成。在光学格栅元件56的折射力沿X和Y方向必须不同的情况下，使用圆柱透镜通常特别有利。

图6及图7分别显示根据替代实施例的阵列54a的俯视图及沿线VII-VII的剖面图。此处的光学格栅元件56是由具有正方形轮廓的平凸(plano-convex)透镜所形成。其他阵列54b、54c与阵列54a仅在光学格栅元件56的凸表面的曲率方面不同。

再次参考图3，第一、第二及第三阵列54a、54b、及54c的光学格栅元件56分别彼此前后布置，使得每个阵列的一个光学格栅元件56正好与其他两个阵列的一个光学格栅元件56关联。彼此相关联的三个光学格栅元件沿共同轴对准，且定义光学通道。在光学积分器52内，在一个光学通道中传播的光束不与在其他光学通道中传播的光束交叉或重叠。换言之，与光学格栅元件56关联的光学通道彼此光学地隔离。

在第二阵列54b与第三阵列54c之间设置格栅场平面58，其中布置调制器62的调制器单元60。调制器单元60经由控制线64而连接至控制装置66，控制装置66接着连接至控制投射曝光装置10的整体操作的中央装置控制68。

在此实施例中，照明系统12的瞳平面70设置于第三阵列54c之后(也可布置于其之前)。第二聚光器72在瞳平面70与场光阑(field stop)平面71之间建立傅立叶关系，在场光阑平面71中布置了可调节场光阑74。场光阑平面71与布置了调制器单元60的格栅场平面58光学共轭。

这表示通过第三阵列54c的关联光学格栅元件56及第二聚光器72将光学通道内的格栅场平面58中的区域成像到场光阑平面71上。光学通道内的照明区域的像叠加在场光阑平面71中，且这产生场光阑平面71的非常均匀的照明。此过程通常通过以共同照明场光阑平面71的二次光源识别光学通道中的照明区域来描述。

通过场光阑物镜76将场光阑平面71成像到掩模平面78上，其中在掩模台(图未示)的帮助下将掩模16布置在掩模平面78上。可调节场光阑74也被成像在掩模平面78上，且至少定义照明场14中沿扫描方向Y延伸的短侧边。

IV.调制器

下文中将参考图8而解释调制器62的功能，其中图8为形成于光学积分器52中的三个相邻光学通道I、II及III的示意子午剖面图。入射在光学积分器52上的投射光具有低发散性。为简化起见，在此讨论中将忽略此发散性，从而假设入射在光学格栅元件56的第一阵列54a上的光为准直的。进一步假设光学积分器52的三个光学格栅元件56被均匀地照明，如图8的箭头A3所示。为简化起见，形成于正交圆柱透镜相交处的光学格栅元件56被表示为双凸透镜。

开始两个阵列54a、54b的光学格栅元件56具有以下效应：将与单独光学通道I、II、及III关联的光束的宽度在X方向上减小。也可以沿Y方向发生减小，但可以具有不同的缩减因子。在调制器单元60上照明的区域具有矩形形状，且至少沿X方向由间隙分隔，其中该间隙在图8中由相邻箭头对A4之间的空白区表示。

调制器单元60具有以下效应：将格栅场平面58中的这些照明区域沿X方向横向移动。此横向移动在图8中由光学通道II和III的箭头对A5所表示。在上面的光学通道I中，调制器单元60在中性状态，使得辐照度分布未被移动。

第三阵列54c的光学格栅元件56及第二聚光器72将格栅场平面58中的辐照度分布成像于场光阑平面71上，如前文中已提及。场光阑平面71中仅由上面的光学通道I所产生的辐照度分布在图8中由实线绘示的矩形标示。此辐照度分布在场光阑平面71的中心，这是因为调制器单元60未在其进入侧移动辐照度分布。

然而，场光阑平面71中由中间及下面的光学通道II及III所产生的辐照度分布(其在图8中分别由虚线及点线显示)现在分别被沿X方向横向移动。这仅是每个光学通道中格栅场平面58与场光阑平面71之间的光学共轭的结果。

场光阑平面71中由光学通道I、II及III中的每个产生的角度辐照度分布取决于光学通道在瞳平面70中的位置。第二聚光器72的光学轴与光学通道的位置之间的距离越大，由光学通道所产生的照明角度将越大。因此，三个光学通道I、II、及III能够产生具有不同角度辐照度分布的不同照明场。

这将于下文中参考图9及图10做更详细的解释。图9为光学积分器52的格栅场平面58的俯视图，其中只提供了3x3个光学通道。图9中的暗区域表示格栅场平面58中投射光所照明的区域。由图9中可看出，在关联于各个光学通道的调制器单元60的操作下，五个区域80沿-X移动，两个区域81沿+X方向移动。两个区域82没有被照明，即，瞳定义单元36没有将任何光导向与这些区域82关联的光学格栅元件56。

如同以上所解释，图9中所示的区域80的横向移动具有以下效果：场光阑平面71中的照明区域以及掩模平面78也被移动。通过适当地选择区域80的尺寸，可实现掩模16上的场14的左半部或右半部由各自光学通道照明。

图10为掩模16上的透视图，并描述此简化示例的照明条件。可看出在照明场14的一半上，可获得类似C-quad照明设定(其包含五个极，即四个外侧极83a和一个中心极83b)的角度辐照度分布。这五个极对应于图9所示的五个照明区域80。

在场14的另一半上，可获得类似包含两个极84的Y双极照明设定的角度辐照度分布。这两个极84对应于图9所示的两个照明区域81。

从前述中应可清楚了解到，若光学通道的数量足够多，并且瞳定义单元36也能够在光学积分器52上产生所需的辐照度分布，则几乎可以在照明场14的两个半边上产生任何任意的照明设定。在下文中，将参考图11及图12描述调制器单元60的两个不同实施例。

在图11所示的实施例中，调制器62的每一调制器单元60包含两个圆柱透镜86、88，其可单独地沿X方向位移，如图11中的双箭头所示。通过使圆柱透镜86、88从各自光学通道的光学轴偏心(decenter)，与光学通道关联的光束被横向位移。这利用了以下事实：偏轴的透镜(decentered lens)的效果与居中的透镜(centered lens)加上三角棱镜的效果相同。为了位移圆柱透镜86、88，标示为90、92的制动器耦接至圆柱透镜86、88。制动器90、92响应于从控制装置66接收的控制信号改变透镜86、88的位置。

图12显示调制器62的另一实施例的子午剖面图。在此实施例中，每个调制器单元60包含具有平行六面体形状的棱镜94。每个棱镜94具有两对平面矩形表面和一对具有平行四边形轮廓的平面表面。在标示为96的制动器的帮助下，棱镜94可绕旋转轴98旋转。

在所示的用于上面的光学通道I的旋转位置中，棱镜94处于中性状态，其中光束以垂直入射通过两个平面表面。在所示的用于中间及下面的光学通道II及III的旋转位置中，光束通过两个倾斜的平面表面，使得光束被横向地移动。

图13为光学积分器52的一个光学通道的示意子午剖面图。在此说明图中，中心光丛100及边缘光丛102的光线轨迹分别以实线及虚线表示。三个阵列54a、54b及54c的光学格栅元件56的焦距被标示为f_a、f_b、及f_c。格栅场平面58中的阴影区域104表示没有投射光通过的空间，其因此可用来容纳诸如制动器、支撑结构、或调制器单元60的轴等组件。

在具有直径d的第一阵列54a的光学格栅元件56上的辐照度分布被以d'/d的缩小比例成像于格栅场平面58上，其在格栅场平面58中的直径为d'。由相邻焦平面间的间隙可看出，光学格栅元件56以稍微失焦(defocused)的方式定位。举例来说，这使得能够调节来校正远心误差(telecentricity errors)。有关光学积分器52的更多细节可参考上述于2009年9月30日申请的德国专利申请DE102009045219，其被转让给本申请的申请人。

V.替代实施例

图14为根据另一实施例的照明系统112的类似于图3的示意子午剖面图。在此实施例中，光学积分器152仅包含光学格栅元件156的两个阵列154a、154b。然而，与图3所示的照明系统12的主要差别为，包含调制器单元160的调制器162未布置于格栅场平面58中，而是布置于瞳平面70中，瞳平面70紧接在光学格栅元件156的最后阵列之后，介于第二阵列154b与第二聚光器72之间。此外，调制器单元160被配置为在不阻挡任何光的情况下可变地重新分布瞳平面70中的关联光束的角度辐照度分布而不是非空间辐照度分布。

以下将参考图15进行更详细的解释，其中图15类似图8的表示方式，显示了光学积分器152的三个相邻光学通道I、II及III。

调制器单元160布置在第二阵列154b之后的位置处，在该位置中，与光学积分器152的光学通道I、II及III关联的光束还未重叠。因此，入射在调制器单元160的每个上的光仅与光学通道I、II、及III之一关联。如前所述，调制器单元160修改关联光束的角度辐照度分布，其可通过比较箭头A7与A6而清楚看出，箭头A7与A6分别表示在调制器单元160之后及之前的关联光束的光线。第二聚光器72将不同的角度辐照度分布转换为场光阑平面71中的不同空间辐照度分布。

在上面的光学通道I中，调制器单元160处于光束的发散性增加的操作状态中。因此，以实线106绘示于场光阑平面71中的空间辐照度分布沿X方向具有其最大尺寸。

在中间的光学通道II中，调制器单元160处于发散性不增加的操作状态中，但与此光学通道关联的光束在-X方向上倾斜。这产生图15中由虚线108表示的空间辐照度分布。此空间辐照度分布沿X方向的宽度为由上面的光学通道I所产生的最大宽度的一半，且辐照度水平为由上面的光学通道I所产生的辐照度水平的两倍。

在下面的光学通道III中，调制器单元160处于与此光学通道关联的光束朝+X方向倾斜的操作状态。这产生图15中由虚线110表示的空间辐照度分布是。

因此，这里通过围绕倾斜轴(其平行于Y轴且因而垂直于照明系统112的光学轴OA)倾斜与调制器单元160关联的光束，可以再次利用特定光学通道照明场光阑平面71及掩模16的不同部分。若上面的光学通道的调制器单元160被配置为使得在中性操作状态中不增加发散性，则调制器162将具有与图8所示的调制器62相同的效果。

图16为三个相邻光学通道I、II及III的光学积分器152及调制器160的示意子午剖面图。每个调制器单元160包含三角形棱镜113以及制动器(图未示出)，其中制动器被配置为响应于从控制装置66接收的控制信号而沿+X或-X方向位移棱镜113。在为与上面的光学通道I关联的调制器单元160示出的棱镜113的中性位置中，发散性增加，但光束整体未被倾斜。若操作制动器且沿-X或+X方向横向位移棱镜113，如为与中间光学通道II及下面光学通道III关联的两个调制器单元160所示出的，则与这些光学通道关联的光束围绕Y方向倾斜，如前文中参考图15所描述的。

若棱镜113所处的位置在为上面的光学通道I示出的居中位置与为中间及下面的光学通道II及III示出的端位置之一之间，则将在场光阑平面71中获得具有两个非零辐照度水平的台阶式（stepped）辐照度分布。这两个水平之间的比例取决于棱镜113的X位置。因此，每个光学通道可将光的任意部分导向场光阑平面71中的照明场的两个半边。

在此实施例中，同样也有利的是在光学通道I、II以及III之间具有可用的自由空间，用于容纳位移棱镜113的制动器。这可通过适当地设计光学积分器152而实现。

图17为根据替代实施例的棱镜113'在XZ平面的剖面图。此实施例的棱镜113'为图16所示的三角形棱镜113的“菲涅尔(fresnelized)”等同物。因此，菲涅尔棱镜113'并不具有大致三角形的剖面，而具有锯齿形的台阶轮廓，如图17所示。菲涅尔棱镜113'在像差方面可具有优势，该像差否则可能被图16所示的三角形棱镜113产生。

若棱镜113或113'不能被沿着X方向位移，例如因为没有可用的空间来使能棱镜113、113'的移动运动，或容纳制动器和支撑结构或其他机械组件，则棱镜可由沿Y方向位移的其他折射光学元件所取代，以修改与其关联的光束的角度辐照度分布。

图18为这样的折射光学元件（其整体被标示为116）的透视图。光学元件116包含两个并排布置的折射楔形物118、120，其中一个楔形物118所在的位置是通过将该楔形物118从另一楔形物120的位置围绕平行于Z方向的旋转轴旋转180°而获得。若折射光学元件116被用于图16所示的调制器单元160中使得其能沿Y方向位移，则只要适当地确定尺寸，楔形物118或楔形物120就可以被完全地暴露到与各自的光学通道关联的光束。从而，达到与图16所示的中间的光学通道II及下面的光学通道III相同的效果。若折射光学元件116位于一半光束通过楔形物118且另一半光束通过楔形物120的居中位置，则可获得与图16所示的上面的光学通道I基本相同的效果。

VI.辐照度管理

在前述中，对于必须如何在各个光学通道上分布投射光的可用量以在掩模平面上获得想要的辐照度以及角度光分布的问题并无太多说明。

在下文中，将描述若要对不同的图案区域181a、181b、181c与182a、182b、182c实现图2所示的照明设定，必须如何执行辐照度管理。

为简化起见，将假设光学积分器中可用的光学通道数量为6x6。图19示意地显示在此情况中与单独场点关联的瞳26中的辐照度分布(以下称作瞳辐照度分布)必须如何在照明场14上沿X方向变化。在照明场14的左半边，照明设定122应为环形，而在照明场14的右半边，必须设置X双极照明设定124。由于可用光学通道的限制数目，在图19的表示中，仅初略地近似了这两个不同的照明设定。

进一步假设，在环形照明设定122的情况下，瞳中照明的总面积是X双极设定情况下的两倍。由于掩模16上的点应接收相同量的光，而不论是它们位于照明场14的左半边还是右半边，因此与X双极照明设定相比，在环形照明设定下，照明瞳区域中的辐照度需为一半。这在图19中由区域126、127绘示，区域126、127与光学积分器152的不同光学通道关联且具有不同的涂黑程度（blackening）。

这些瞳辐照度分布(其对于照明场14的左半边和右半边中的场点不同)必须由光学积分器152及调制器162产生。图20描述照明系统112的瞳平面70中为此目的而需要的辐照度分布。可看出有四个不同的辐照度水平，即零水平128(白色)、三分之一辐照度水平130(浅灰)、三分之二辐照度水平132(深灰)、及完全辐照度水平134(黑)。

最高辐照度水平134对于必须将光导向照明场14的两个半边的那些光学通道而言是必须的。更具体的，这些光学通道必须将三分之一的可用光导向照明场14的左半边(其中需要产生环形照明设定)，且必须将剩下的三分之二的可用光导向照明场的右半边(其中需要产生X双极照明设定)。可以利用例如棱镜113或113'获得场光阑平面71或掩模平面78中的这种台阶式辐照度分布，其中棱镜113或113'位于图15及16中为上面的光学通道I显示的居中位置与为中间的光学通道II及下面的光学通道III显示的端位置之间的位置中。

对于仅将它们的光导向照明场14的右半边的那些光学通道而言需要三分之二辐照度水平132，以获得X双极照明设定124。如前所述，这种情况下的辐照度是仅将它们的光导向照明场14的左半边的区域(此处需要获得环形照明设定122)的情况的两倍。在这些区域中，需要三分之一辐照度水平130。

瞳平面70中完全不将光导向照明场14的那些区域处需要零辐照度水平128。

在瞳定义单元36的反射镜阵列38的帮助下，可容易获得四个不同的辐照度水平128、130、134、132。若为简化起见假设阵列38(只)包含各自产生相同辐照度的36个反射镜，则三个反射镜40可将投射光导向需要完全辐照度水平134的每个光学通道，两个反射镜40可将投射光导向需要三分之二辐照度水平132的每个光学通道，以及一个反射镜40可将投射光导向需要三分之一辐照度水平130的每个光学通道。全部36个反射镜中剩下四个反射镜完全不将任何光导向光学积分器52。

然而，通常来说，反射镜不会产生如前文中所假设的相同的辐照度，而是产生相当不同(尽管为已知)的辐照度。从而，可控制产生最高辐照度的反射镜40，使得它们将投射光导向需要完全辐照度水平134的那些区域。控制产生约为完全水平134的三分之二的反射镜40，使得它们将投射光导向需要三分之二辐照度水平132的区域，以此类推。

VII.角度辐照度分布的连续变化

在前文中，已假设掩模16上有两个部分，它们沿X方向并排设置，且需要以不同的角度辐照度分布照明。然而，亦可考虑由以下方式照明掩模16：角度辐照度分布连续地变化，特别是沿垂直于扫描方向Y的方向。

图21在类似图19的表示方式中描述瞳辐照度分布可以如何在照明场14内沿X方向变化。在照明场14的左端，产生环形照明设定122。在照明场14的右端，产生X双极照明设定124。瞳中在所述相对端之间的不同灰度阴影表示角度辐照度分布在照明场14的两个端之间如何连续地变化。

因此，沿Y方向延伸的每条线形成角度辐照度分布均匀的部分，但此分布在照明场14的与环形照明设定122和X双极照明设定124关联的相对端处的两个特定分布之间连续地变化。

针对此情形，图22描述场光阑平面71中必须由总共6x6个光学通道中的每个产生的辐照度分布。通过比较图21及22可看出，某些光学通道136必须产生从照明场左端的半最大值线性地减小至照明场14右端的零值的辐照度分布。其他光学通道138必须在场光阑平面71中产生从零值线性增大到最大辐照度水平的辐照度分布。还有其他光学通道140必须在场光阑平面71中产生从照明场14左端的半最大值线性地增大至照明场14右端的最大值的辐照度分布。

可由取代图3所示实施例中的调制器60的调制器262产生这种辐照度分布。将参考图23来说明调制器262的功能，图23为光学积分器52的三个相邻光学通道I、II和III以及与光学通道I、II和III关联的调制器单元260的子午剖面图。除了图8所示的调制器单元60，图23所示的调制器单元260被配置为改变由与调制器单元260关联的光束所照明的格栅场平面58内的辐照度分布，而不移动辐照度分布。换言之，在照明区域内重新分布光，但这种区域的位置不改变。在图23中，这由具有不同厚度的箭头A8来表示，箭头A8指示此X坐标处的辐照度。

图24示意地描述图23所示的三个光学通道I、II及III的空间辐照度分布的重新分布。同样地，假设调制器单元260入口侧的辐照度分布是均匀的(即，礼帽(top hat)分布)，其由图24中的矩形142所表示。调制器单元260将此矩形辐照度分布142转换为图24的右侧所示的线性减小或增大的分布144a、144b及144c。

再次参考图23，由调制器单元260所执行的空间光分布的此重新分布在场光阑平面71中产生期望的辐照度分布136、138、140，因为格栅场平面58通过第三阵列54c的光学格栅元件56及第二聚光器72而与场光阑平面71光学共轭。

如图23示意地显示，可在调制器单元260所含的折射光学元件的帮助下产生均匀空间辐照度分布142向各种线性增大或减小的空间辐照度分布的重新分布。在下文中，将示例性地描述必须如何塑形折射光学元件，以使均匀辐照度分布142被转换为从零线性增加至最大值的辐照度分布144b。

图25显示具有前表面148及后表面149的折射光学件146，作为起点。前表面的形状假设由方程w₁(x)给定，而后表面149的形状假设由方程w₂(x')给定。还假设在位置x处进入前表面148的光线在前表面148处折射，且在位置x'处离开后表面149。

小体积元素中的总光能量守恒，即：

I(x)dx=I'(x')dx'      (1)

假设前表面148处的辐照度分布142均匀，则后表面149的辐照度分布I'(x')为：

$I^{\&prime;}{\left(x\right)}^{\&prime;}\&Proportional;\frac{\mathrm{dx}}{{\mathrm{dx}}^{\&prime;}}---\left(2\right)$

若辐照度分布需要线性地增大，则必须满足方程(3)：

$\frac{\mathrm{dx}}{{\mathrm{dx}}^{\&prime;}}=\frac{{2x}^{\&prime;}}{L}---\left(3\right)$

其中L为格栅场平面58中的照明区域的宽度。

接着，所要求解的方程为(以近轴近似)：

$\frac{{\mathrm{dw}}_1}{\mathrm{dx}}=\frac{n}{n-1}\&CenterDot;\frac{x-x^{\&prime;}}{w_2-w_1}$

$\frac{{\mathrm{dw}}_2}{{\mathrm{dx}}^{\&prime;}}=\frac{n}{n-1}\&CenterDot;\frac{x-x^{\&prime;}}{w_2-w_1}$

$\frac{\mathrm{dx}}{d{x}^{\&prime;}}=\frac{{2x}^{\&prime;}}{L}---\left(4\right)$

这组方程可简单地理解为：在位置x处进入折射光学件146的光线在位置x'处离开后表面149。前表面148与后表面149之间的厚度由w₂(x')-w₁(x)给出，其产生偏移角(x'-x)/(w₂-w₁)。接着，前表面148的倾斜度由dw₁/dx的方程的右侧定义。后表面149的任务为再次将光线的方向改变为其进入前表面148时所具有的初始方向。

利用辅助函数：

$a\left(s\right)=\tan ({\sin }^{-1}\left(\frac{s}{n\sqrt{1+s^2}}\right)-{\tan }^{-1}s)---\left(5\right)$

可将方程(4)改写为：

$\frac{{\mathrm{dw}}_1}{\mathrm{dx}}=a^{-1}\left(\frac{x-x^{\&prime;}}{w_2-w_1}\right)$

$\frac{{\mathrm{dw}}_2}{{\mathrm{dx}}^{\&prime;}}=a^{-1}\left(\frac{x-x^{\&prime;}}{w_2-w_1}\right)$ $\frac{\mathrm{dx}}{{\mathrm{dx}}^{\&prime;}}=\frac{{2x}^{\&prime;}}{L}---\left(6\right)$

数值求解方程(6)产生折射光学件146，其在XZ平面上具有图26所示的形状。

图27显示每个调制器单元260所含的光学元件150，其可在制动器(图未示出)的协助下沿Y方向位移。光学元件150由第一折射光学件146a及第二光学件146b构成，其两者都具有如图26所示的形状。光学元件150由两个光学件146a、146b组装，其中光学件146b绕Z轴旋转180°。

第一光学件146a将均匀辐照度分布转换为沿X方向从最大值线性降低至零的辐照度分布，如图27右侧的辐照度分布144a所示。第二光学件146b将光重新分布，使得在其后表面149所获得的辐照度分布从零线性增加至最大值，如虚线144b所示。若光学元件150沿Y方向位移而使得光入射光学件146a、146b两者，则两个线性增大和线性减小的辐照度分布144a、144b重叠，从而也可产生在第一非零水平及第二非零水平之间线性增大地分布144c，如图24所示。

这显示于图28至图30中，其显示了三个不同操作状态下光学件146a、146b的前表面140及制动器152。制动器152被配置为沿Y方向位移光学元件150。

在图28所示的第一操作状态下，由光学通道之一的第一及第二阵列54a、54b的光学格栅元件56所照明的区域154是完全位于第一光学件146a的前表面140内。因此，在第一折射光学件146a的后表面149产生辐照度分布144a。由于光学共轭，此光学通道接着也在掩模平面78处产生辐照度分布144a。

图29显示第二操作状态下的光学元件150，其中区域154完全位于第二折射光学件146b的前表面140内。从而，光学通道产生具有相反场相依性的辐照度分布144a，即其沿-X方向线性地增大。

在图30所示的第三操作状态下，已沿Y方向移动了光学元件150，使得照明区域154的较大部分位于第一光学件146a的前表面140内，且照明区域154的较小部分位于第二光学件146b的前表面140内。因此，获得辐照度分布144c，其是增大的辐照度分布144a与减小的辐照度分布144b的叠加所产生的辐照度分布144c。因此，通过参考图23至图30所描述的调制器单元260，可以产生已显示于图22中的所必需的所有辐照度分布，使得环形照明设定沿照明场14的X方向连续地转变为X双极照明设定。

Claims (33)

1.一种微光刻投射曝光装置(10)的照明系统，包含：

(a)光学积分器(52；152)，包含光学光栅元件(56；156)的阵列(54c；154b)，其中一光束与每个光学格栅元件关联；

(b)聚光器(72)，其将与所述光学格栅元件关联的所述光束叠加于共同场平面(71)中，所述共同场平面(71)与掩模平面(78)相同或光学共轭，在所述照明系统(12)的操作过程中将要照明的掩模(16)设置在所述掩模平面(78)中；

(c)调制器(62；162；262)，

-被配置为修改照明场(14)中的角度辐照度分布的场相依性，所述照明场(14)由所述照明系统(12)在所述掩模平面(78)中照明，且

-包含多个调制器单元(60；160；260)，其中每个调制器单元：

--与所述光束之一关联；

--布置于所述聚光器(72)前的位置中，使得只有所关联的光束入射到所述调制器单元(60)上；以及

--被配置为可变地重新分布所关联的光束的空间和/或角度辐照度分布，而不阻挡任何光；

(d)控制装置(66)，其被配置为控制所述调制器单元(60；160；260)，使得若所述控制装置接收到需要修改所述掩模平面(78)中的所述角度辐照度分布的场相依性的输入指令，则至少一个调制器单元重新分布所关联的光束的所述空间和/或角度辐照度分布。

2.如权利要求1所述的照明系统，其中所述调制器被配置为使得在所述照明场(14)的第一部分(181a、181b、181c)产生第一角度辐照度分布，以及在所述照明场(14)的第二部分(182a、182b、182c)产生不同于所述第一角度辐照度分布的第二角度辐照度分布。

3.如权利要求2所述的照明系统，其中所述第一部分是所述第一角度辐照度分布均匀的二维区域(181a、181b、181c)，且其中所述第二部分是所述第二角度辐照度分布均匀的二维区域(182a、182b、182c)。

4.如权利要求2或3所述的照明系统，其中所述照明场(14)具有沿X方向的长尺寸以及沿Y方向的短尺寸，所述Y方向垂直于所述X方向，且其中所述第一部分(181a、181b、181c)与所述第二部分(182a、182b、182c)具有至少一个Y坐标相同，但无X坐标相同。

5.如权利要求2至4中的任一项所述的照明系统，其中所述第一角度辐照度分布和所述第二角度辐照度分布与选自以下组的照明设定关联：传统照明设定、角度照明设定、双极照明设定、n≥4的n极照明设定。

6.如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中每个调制器单元(60；260)布置在格栅场平面(58)中，所述格栅场平面(58)在光传播方向上位于光学格栅元件的所述阵列(54c)之前，且其中每个调制器单元被配置为可变地重新分布所述格栅场平面中所关联的光束的所述空间辐照度分布，而不阻挡任何光。

7.如权利要求6所述的照明系统，其中每个调制器单元(60)被配置为沿垂直于所述照明系统(12)的光学轴(OA)的方向，移动所述格栅场平面(58)中由与所述调制器单元关联的光束所照明的区域。

8.如权利要求4或7所述的照明系统，其中所述方向等于所述X方向。

9.如权利要求7或8所述的照明系统，其中每个调制器单元(60)被配置为移动所述照明区域，而不改变所述光束的所述角度辐照度分布。

10.如权利要求6至9中的任一项所述的照明系统，其中从光传播方向算起，所述光学积分器(52)包含光学格栅元件(56)的第一阵列、第二阵列、及第三阵列(54a、54b、54c)，且其中所述格栅场平面(58)位于光学格栅元件(56)的所述第二阵列(54b)与所述第三阵列(54c)之间。

11.如权利要求1至5中的任一项所述的照明系统，其中每个调制器单元(160)布置于瞳平面(70)中或紧邻所述瞳平面(70)，所述瞳平面(70)在所述光传播方向中位于光学格栅元件(156)的所述阵列(154b)之后，且其中每个调制器单元(160)被配置为可变地重新分布所述瞳平面(70)中所关联的光束的所述角度辐照度分布，而不阻挡任何光。

12.如权利要求11所述的照明系统，其中每个调制器单元(160)被配置为围绕垂直于所述照明系统(12)的光学轴(OA)的倾斜轴倾斜与所述调制器单元关联的光束。

13.如权利要求4或12所述的照明系统，其中所述倾斜轴等于所述Y方向。

14.如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中每个调制器单元(60；160；260)包含：

(a)光学元件(86、88；94；112；112’；116；150)，其被配置为改变入射于其上的所关联的光束的传播方向；以及

(b)制动器(90、92；96；152)，耦接至所述光学元件，其中所述制动器被配置为响应于从所述控制装置(66)接收的控制信号而改变所述光学元件的位置和/或取向。

15.如权利要求14所述的照明系统，其中所述光学元件为折射光学元件，尤其是透镜(86、88)、棱镜(94；112；112’)、特别是菲涅耳棱镜(112’)，或衍射光学元件。

16.如权利要求14或15所述的照明系统，其中所述制动器(90、92；152)被配置为沿相对于所述照明系统(12)的光学轴(OA)倾斜的方向位移所述光学元件。

17.如权利要求14至16中的任一项所述的照明系统，其中所述制动器(96)被配置为绕旋转轴(98)旋转所述光学元件(94)，所述旋转轴(98)相对于所述照明系统(12)的光学轴(OA)是倾斜的。

18.如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述调制器(60；160)被配置为使得所述角度辐照度分布在所述照明场(14)上不连续地变化。

19.如权利要求1至17中的任一项所述的照明系统，其中所述调制器(260)被配置为使得所述角度辐照度分布在所述照明场(14)的至少一部分上连续地变化。

20.如权利要求2或19所述的照明系统，其中所述第一部分为所述第一角度辐照度分布均匀的第一线，且其中所述第二部分为所述第二角度辐照度分布均匀的第二线，且其中所述调制器(260)被配置为使得在布置于所述第一线与所述第二线之间的区域内，所述第一角度辐照度分布连续地转变为所述第二角度辐照度分布。

21.如权利要求20所述的照明系统，其中所述第一线邻接所述照明场的一端，且所述第二线邻接所述照明场的相对端。

22.如权利要求4或21所述的照明系统，其中所述一端和所述相对端沿所述X方向界定所述照明场。

23.如权利要求19至22中的任一项所述的照明系统，其中每个调制器单元(260)被配置为改变所述格栅场平面(58)中由与所述调制器单元关联的光束照明的区域内的辐照度分布，而不将其移动。

24.如权利要求19至23中的任一项所述的照明系统，其中每个调制器单元(120)被配置为将所述辐照度分布从均匀辐照度分布(142)转换为沿参考方向线性地增大或减小的修改的辐照度分布(144a、144b、144c)。

25.如权利要求24所述的照明系统，其中所述参考方向等于所述X方向。

26.一种用于操作微光刻投射曝光装置的方法，包含以下步骤：

a)提供包含照明系统(12)及投射物镜(20)的微光刻投射曝光装置(10)；

b)提供要由所述照明系统(12)照明的掩模(16)；

c)定义期望的第一角度辐照度分布和期望的第二角度辐照度分布，所述第二角度辐照度分布不同于所述第一角度辐照度分布；

d)照明所述掩模(16)，使得在所述掩模的第一部分(181a、181b、181c)处获得所述第一角度辐照度分布以及在所述掩模的不同于所述第一部分的第二部分(182a、182b、182c)处获得所述第二角度辐照度分布。

27.如权利要求26所述的方法，其中所述第一角度辐照度分布以及所述第二角度辐照度分布与选自以下组的照明设定关联：传统照明设定、角度照明设定、双极照明设定、n≥4的n极照明设定。

28.如权利要求26或27所述的方法，其中所述第一部分为所述第一角度辐照度分布均匀的二维区域(181a、181b、181c)，且其中所述第二部分为所述第二角度辐照度分布均匀的二维区域(182a、182b、182c)。

29.如权利要求26或27所述的方法，其中所述第一部分为所述第一角度辐照度分布均匀的第一线，且其中所述第二部分为所述第二角度辐照度分布均匀的第二线，且其中在布置于所述第一线与所述第二线之间的区域内，所述第一角度辐照度分布连续地转变为所述第二角度辐照度分布。

30.如权利要求26至29中的任一项所述的方法，包含以下步骤：控制所述照明系统(12)中所含的调制器(60、160、260)，使得获得所述第一角度辐照度分布及所述第二角度辐照度分布。

31.如权利要求26至30中的任一项所述的方法，包含以下步骤：重新分布与所述照明系统中所含的光学格栅元件(56；156)关联的光束的空间和/或角度辐照度分布，而不阻挡任何光。

32.如权利要求26至31中的任一项所述的方法，其中所述掩模中所含的特征图案在所述第一部分与所述第二部分处不同。

33.如权利要求26至32中的任一项所述的方法，其中在扫描操作中通过所述投射物镜(20)将所述掩模(16)投射至光敏表面(22)的同时，改变所述角度辐照度分布。

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