CN107592919A - 微光刻投射曝光设备的照明系统 - Google Patents

Abstract

微光刻投射曝光设备的照明系统，包括第一和第二光栅板(54a)。投射光在第一和第二光栅板上的辐射分布决定投射光分别仅在照明场的第一部分(60a)和第二部分处的角度光分布。第二部分与第一部分是不同的且相邻地布置。这使得可以在掩模(14)上的不同相邻部分(60a、60b)中产生不同的照明设定。第一和第二傅里叶光学系统(58a、58b)确立一方面第一和第二光栅板与另一方面第一和第二部分之间的傅里叶关系。第一和第二傅里叶光学系统(58a)分别具有第一和第二焦距，响应于来自控制单元(45)的焦距改变指令信号，第一和第二焦距是可以变化的。

Description

微光刻投射曝光设备的照明系统

技术领域

本发明通常涉及微光刻投射曝光设备的照明系统，尤其涉及其中使用蝇眼镜头或其他类型的光栅元件均匀地照明掩模的照明系统。

背景技术

微光刻(也称为光刻技术或简称光刻)是用于制造集成电路、液晶显示器以及其他微结构器件的技术。与刻蚀工艺相结合的微光刻工艺，用于在薄膜叠层中图案化特征，该薄膜叠层已经形成在基板上(例如硅晶片)。在制造的各层处，晶片首先涂有光刻胶，该光刻胶是对特定波长的光敏感的材料。接着，将顶部上有光刻胶的晶片曝光于在投射曝光设备中通过掩模的投射光。该掩模包含待成像至光刻胶上的电路图案。在曝光后，将光刻胶显影，以产生对应于包含在掩模中的电路图案的像。然后，刻蚀工艺将电路图案转印至晶片上的薄膜叠层中。最后，移除光刻胶。以不同的掩模重复该工艺，结果为多层微结构部件。

投射曝光设备一般包含照明系统，其照明在掩模上的场，其例如可以具有矩形或弯曲的狭缝的形状。该设备进一步包括掩模台、投射物镜(有时也称为“镜头”)和晶片对准台，该掩模台用于对准掩模，该投射物镜将掩模上的照明场成像至光刻胶上；该晶片对准平台用于对准涂有光刻胶的晶片。

在投射曝光设备的发展中主要的目标之一是能够在晶片上光刻地限定具有越来越小的尺寸的结构。小结构致使高集成密度，其通常对于借助于这种设备制造的微结构部件的性能产生有利的效果。

在过去寻求了许多的方法以实现该目标。一种方法为改进掩模的照明。理想地，投射曝光设备的照明系统照明场的各点，该场通过具有良好限定的空间和角度辐射分布的投射光照明至掩模上。术语角度辐射分布描述了光束的全部光能量是如何分布在构成光束的射线的多个方向之间，该光束朝向在掩模上的特定点会聚。

照射至掩模上的投射光的角度辐射分布通常与待成像至光刻胶上的图案种类适配。例如，相比于小尺寸特征，相对大尺寸特征可需要不同的角度辐射分布。最通常使用的角度辐射分布称为常规的、环形的、双极的或四极的照明设定。这些术语涉及在照明系统的光瞳表面中的辐射分布。在环形的照明设定的情况下，例如在光瞳表面中仅照明环形区域。因此，只有小范围的角度存在于投射光的角度辐射分布中，且所有光射线以相似角度倾斜地照射至掩模上。

本领域中已知的不同方案用于改变在掩模平面中的投射光的角度辐射分布，以实现期望的照明设定。为了实现在掩模平面中产生不同的角度辐射分布的最大灵活性，已经提出使用包括反射镜阵列的空间光调制，以在光瞳表面中产生期望的辐射分布。

在EP 1 262 836 A1中，反射镜阵列实现为微机电系统(MEMS)，其包括大于1000个显微反射镜。每个反射镜可以关于两个正交倾斜的轴线倾斜。因此入射在这种反射镜装置上的投射光可以反射在半球的任何期望方向中。布置在反射镜阵列和光瞳表面之间的聚光器镜头将通过反射镜产生的反射角转换至光瞳平面中的位置。该照明系统使得可以多个光斑照明光学积分器，该光学积分器由光栅元件形成且布置在光瞳表面中或直接地在光瞳表面的前面。每个光斑与一个特别的反射镜相关，并且通过倾斜该反射镜而自由移动跨越光学积分器的光入射表面。

使用反射镜阵列作为空间光调制器的相似的照明系统从US 2006/0087634 A1、US7 061 582 B2和WO 2005/026843 A2已知。

在EP 2 146 248 A1中披露的照明系统也产生光斑于光学积分器的光入射分面上。此处，每个光斑的总面积远小于光入射分面的面积。通过以多种方式合适地集合光斑，可以在单独光入射分面上产生不同的辐射图案。由于这些辐射图案单独地成像在后续的场平面上，在该场平面中的空间辐射分布可以通过改变在光入射分面上的辐射图案而简单地变化。

然而，该方法需要包括很大数量反射镜的反射镜阵列。这显著地增加了反射镜阵列和控制系统的复杂度和成本，需要该控制系统来控制反射镜。另外，由于衍射，难以产生足够小的光斑。原理上，可以考虑不减小光斑的尺寸，而是增加光入射分面的尺寸。然而，这将严重地损害照明的均匀性，因为之后更少数量的单独光束叠加在掩模上。

应对这些问题的一种方法是：在空间光调制器和光学积分器之间射束路径中，使用一个或者多个额外的反射镜阵列，该方法如在US 2013/0114060 A1以及分别于2013年11月22日和2014年2月10日提交的尚未公开的专利申请EP 13194135.3和EP 14155682.5中所述。由于数字反射镜阵列成像在光学积分器的光入射分面上，可以在其上产生精细图案化的辐射分布。

尽管额外的数字反射镜阵列在产生场依赖的照明设定方面提供了卓越的灵活性，它还大幅地增加了完整系统复杂度和成本，以及因此仅当该灵活性是真正需要时而保证额外的数字反射镜阵列。

产生场依赖的照明设定的另一种方法描述于US 2013/0114060 A1中。调制器单元布置在由光学积分器产生的光束的射束路径中。调制器单元配置为可变化地重新分配这些光束的空间和/或角度光分布，而不阻挡任何光。然而，如果光路的数量很大，从技术的角度看，十分需要在光路中提供调制器单元。

发明内容

本发明的目的是提供微光刻投射曝光设备的照明系统，其使得可在掩模上的不同部分产生不同的照明设定，而不过度地增加系统复杂性。

根据本发明，通过包括第一光栅板的照明系统实现该目的，其中投射光在第一光栅板上的辐射分布决定投射光仅在照明场的第一部分处的角度光分布。照明系统另外包括第二光栅板，其中投射光在第二格栅板上的辐射分布决定投射光仅在照明场的第二部分处的角度光分布，其中该第二部分与该第一部分是不同的且邻近布置。照明系统包括第一傅里叶光学系统，该第一傅里叶光学系统确立在第一光瞳平面和照明场的第一部分之间的傅里叶关系，该第一光瞳平面与第一光栅板相交或布置在第一光栅板的附近。照明系统还包括第二傅里叶光学系统，该第二傅里叶光学系统确立在第二光瞳平面和照明场的第二部分之间的傅里叶关系，该第二光瞳平面与第二光栅板相交或者布置在第二光栅板附近。

这种第一和第二傅里叶光学系统还可以称为聚光器或f-光学系统，对于保持照明系统的轴向距离短是有用的。原理上，也可以使用未确立完美的傅里叶关系的光学系统，或者更甚省却傅里叶光学系统，但另一方面，第一和第二光栅板应当远离照明场布置。在这种情景下，术语“附近”表示最大轴向距离比在光瞳平面处的投射光射束的直径小20倍。

根据本发明，第一傅里叶光学系统和第二傅里叶光学系统分别具有第一焦距和第二焦距，响应于来自于控制单元的焦距改变指令信号，该第一焦距和第二焦距是可变的。通过改变第一和第二傅里叶光学系统的焦距，可以改变被照明在场上的第一和第二部分的尺寸。

本发明基于的构思为：提供分开照明场的不同部分的两个光栅板，使得如果在光栅板上产生不同的辐射分布，可在这些部分处产生不同的照明设定。本发明提出仅对场的部分进行照明的光学通道，来代替使用具有各自照明完整场的光学通道的单个光栅板。

通常第一和第二光栅板将在掩模上或在与掩模光学共轭的平面上产生照明场的部分。然而，原理上也可以在另外的表面上产生照明场，例如数字反射镜装置，该数字反射镜装置布置为关于与掩模光学共轭的平面轻微偏离。该数字反射镜装置或另外类型的空间光调制器可以用于在光栅元件上形成可变光图案，该光栅元件构成了光栅板。因此，本发明也可以使用在具有数字反射镜装置的照明系统中，例如在本文开始提到的US 2013/0114060 A1中所述。

术语“光栅板”这里用于表示光学元件，该光学元件包括光栅元件的规则或不规则阵列。光栅元件是透镜、棱镜或者衍射光学元件，该光栅元件与其他相同或相似的光栅元件一起布置在共同的支承件上，使得它们通常形成了光栅板。各光栅元件具有的性质为它指引照射光到一个或多个方向上。

优选地，第一和第二光栅版是以一定的距离彼此分开的不同的元件。这使得更易于防止在光栅板之间的光学串扰，即从第一光栅版出现的光照射至第二部分上，并且反之亦然。然而，原理上也可以在单个支承件上形成两个光栅板，或者甚至使用较大的均匀光栅板的不同部分作为第一和第二光栅板。在该情况下，额外的器件，例如分隔壁可以是必要的，以防止第一和第二光栅板之间的光学串扰。

在一个实施例中，照明系统包括空间光调制器，该空间光调制器配置为在第一光栅板上产生辐射分布。这使得可以在第一光栅板上产生不同的辐射分布，以及从而在第一部分中的不同照明设定。然而，还可以借助于如衍射光学元件的其他光学元件，在第一光栅板上产生辐射分布。通常可以通过单个衍射光学元件产生的辐射分布是固定的。然而，还有具有位置依赖的衍射性质的衍射光学元件是可用的。这使得可以在一定程度上，通过位移衍射光学元件来改变在第一光栅上的辐射分布。

空间光调制器可以配置为，响应于从控制单元接收的指令信号，改变在第一光栅板上的光斑的位置。在这种空间光调制器的情况下，可以在第一光栅板上产生几乎任何任意的辐射分布，而没有任何明显的光损失。然而，也可以使用数字滤波器，其实现为数字反射装置，例如成像在第一光栅板上。然而，在那种情况下，明显的光损失是无法避免的。

空间光调制器可以包括射束偏转元件的阵列。各射束偏转元件能够单独地将照射光偏转到一方向上，该方向取决于从控制单元接收的指令信号。那么，各个光斑与正好一个射束偏转元件相关。典型地，例如射束偏转元件是反射镜，但是也可以使用依赖于声光效果的射束偏转元件。如果实现为微反射镜阵列，各反射镜的倾斜角不得不非常精确地设置为期望的角度。这可以包含闭合回路控制的应用和用分离监控系统测量倾斜角，如同样从本领域已知的。

可以使用第一空间光调制器排他地照明第一光栅板；以及第二空间光调制器排他地照明第二光栅板。在一个实施例中，空间光调制器配置为：其产生的辐射分布不仅在第一光栅板上，而且在第二光栅板上。

在一个实施例中，提供的反射式光引导系统指引投射光至照明场，该投射光为出自第一光栅板的投射光和出自第二光栅板的投射光。这种反射式光引导系统特别是在如下情况中是有用的：第一和第二光栅板以较大距离彼此分开。

光引导系统可以包括：第一子系统，其指引从第一光栅板出现的投射光至第一部分；和第二子系统，其指引从第二光栅板出现的投射光至第二部分。各个子系统可以包括优选彼此平行的至少两个平面反射表面。

第一子系统的至少一个平面反射表面可以配置为沿着位移方向位移，用于改变照明场的第一部分的位置。这是特别有用的，如果第一部分的尺寸也可以例如通过改变第一傅里叶光学系统的焦距来改变的话。例如，如果第一部分的尺寸增加且同时第一部分沿着交叉扫描方向移动，且如果第二子系统和第二傅里叶光学系统被相应地操纵，那么可以将两个部分之间的边界线位移。

优选地，第一部分和第二部分在照明场中无缝邻接。这确保在照明场中空间辐射分布是连续的。如果(小)间隙维持在照明场中第一和第二部分之间，那么待投射在感光层上的图案也不得不具有在相应的位置处的间隙。

在一个实施例中，在第一光栅板和照明场之间的光路中，有第一中间场平面，其通过第一物镜成像在照明场的第一部分上。在第二光栅板和照明场之间的光路中，提供第二中间场平面，其通过第二物镜成像在照明场的第二部分上。提供中间场平面有助于照明场的第一和第二部分的无缝邻接。

为此，可以设想将第一场光阑布置在第一中间场平面中以及将第二场光阑布置在第二中间场平面中。借助于场光阑，可以确保在中间场平面的锐利边缘，并且因而也确保在照明平面中的部分的锐利边缘，该照明平面中的部分是在中间场平面中场的像。因此，这种场光阑防止来自第一和第二光栅板的光在照明场上的叠加。

也可以在照明场中提供不仅两个而且三个或多个部分，其上的照明设定可以彼此不同。例如，可以提供第三光栅板，其中投射光在第三光栅板上的辐射分布决定投射光仅在另外的照明场的第三部分处的角度光分布。如果照明系统进一步包括将照明场和另外的照明场组合在单个平面中的拼接光学系统，第一、第二、第三部分可以一个接一个地布置在照明场中，并且具有不同的照明设定。如果还提供第四部分，则第四光栅板可以产生投射光仅在另外的照明场的第四部分处的角度光分布，该第四部分区别于第三部分。

定义

术语“光”表示任何电磁辐射，特别是可见光、UV、DUV和VUV光。

文中所使用的术语“光射线”表示传播路径可以用线描述的光。

文中所使用的术语“光束”表示具有共同起源的多个光射线。

文中所使用的术语“光射束”表示穿过特定的镜头或其他光学元件的所有的光。

文中所使用的术语“表面”表示在三维空间中平坦的或弯曲的表面。该表面可以是主体的部分或者可以与其完全分离，如通常是场或光瞳平面的情况。

文中所使用的术语“光学共轭”表示两个点或两个表面之间的成像关系。因此，从点出现的光束会聚在光学共轭的点处。

文中所使用的术语“场平面”表示与掩模平面光学共轭的平面。

文中所使用的术语“光瞳平面”表示穿过在掩模平面或其他场平面中的不同点的边缘射线相交的平面。如在本领域为平常的，也使用术语“光瞳平面”，如果事实上它在数学意义上不是一个平面，而在严格意义上轻微地弯曲，其应当称为光瞳表面。

文中所使用的术语“聚光器”表示光学元件或光学系统，其(至少近似地)确立两个平面(如场平面和光瞳平面)之间的傅里叶关系。对于傅里叶关系而言，其特性为在场平面中的角度转换为光瞳平面中的位置，并且反之亦然。因而，在光瞳平面中的空间光分布对应于在场平面中特定的角度光分布。“聚光器”的同义词是“傅里叶光学系统”。

文中所使用的术语“均匀”表示不取决于位置的性质。

文中所使用的术语“空间辐射分布”表示光照射其上的表面上方的总辐射如何改变。通常，空间辐射分布可以用函数I_s(x，y)描述，x，y为在表面中的点的空间坐标。

文中所使用的术语“角度辐射分布”表示光束辐射如何取决于构成光束的光射线的角度而改变。通常，角度辐射分布可以用函数I_α(α，β)描述，α、β为描述了光射线的方向的角度坐标。如果角度辐射分布具有场相关性，那么I_α也是场坐标x，y的函数，即I_α＝I_α(α，β，x，y)。

文中所使用的术语“光学积分器”表示光学系统，该光学系统增大乘积NA·a，其中NA为数值孔径，a为照明场面积。

文中所使用的术语“光栅元件”表示任何光学元件，例如透镜、棱镜或者衍射光学元件，其与其他相同或相似的光栅元件一起布置在共同的支承件上，使得它们共同形成了光栅板。

附图说明

参考与附图结合的如下详细描述，本发明的各种特征和优点可更容易被理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的投射曝光设备的示意性透视图；

图2为掩模的透视图，并且示出在掩模不同部分处的不同照明设定；

图3为穿过照明系统的子午截面，该照明系统是图1示出的设备的一部分；

图4为包括在图3示出的照明系统内的反射镜阵列的透视图；

图5为包括在图3示出的照明系统内的光学积分器的透视图；

图6为根据替代实施例的光学积分器的光栅板的俯视图，其包括各具有矩形周线的多个非球面微透镜；

图7为沿线VII-VII穿过在图6中示出的光栅板的截面图

图8为穿过在图3中示出的照明系统含有的微反射镜阵列和两个光栅板的示意性子午截面；

图9为穿过在图3中示出的照明系统的光学积分器内形成的两个光学通道的示意性子午截面；

图10示出光学积分器中的一个上的示例性辐射分布；

图11为两个光学积分器中的另一个上的示例性辐射分布；

图12为类似于图3的表示的穿过根据第二实施例的照明系统的子午截面，其中具有不同照明设定的部分的尺寸可以改变。

图13为穿过根据第三实施例的照明系统的局部子午截面，其中物镜将中间场平面成像至场光阑平面上；

图14为穿过根据第四实施例的照明系统的示意性子午截面，其中照明场中的四个不同部分以不同的角度光分布照明。

具体实施方式

I.投射曝光设备的常规构造

图1为根据本发明的投射曝光设备10的透视图和高度简化图。该设备10包括照明系统12，该照明系统产生投射光射束。后者照明含有精细特征19的图案18的掩模16上的场14。在该实施例中，照明场14具有矩形形状。然而，照明场14的其他形状，例如环形片段，也是可考虑的。

投射物镜20具有光学轴线OA并且包括多个透镜21，将在照明场14内的图案18成像至感光层22上，例如光刻胶，该感光层由基板24支撑。可通过硅晶片形成的基板24布置在晶片台(未示出)，使得感光层22的顶表面精确地位于投射物镜20的像平面内。掩模16通过在投射物镜20的物平面内的掩模台(未示出)定位。由于投射物镜的放大倍率β为|β|＜1，将在照明场14内的图案18的缩小的像18′投射至感光层22上。

在投射期间，掩模16和基板24沿扫描方向移动，该扫描方向对应于图1示出的Y方向。那么，照明场14在掩模16上扫描，使得大于照明场14的图案化区域可以连续成像。基板24与掩模16的速度之间的比等于投射镜头20的放大倍率。如果投射物镜20倒置像(β＜0)，那么掩模16和基板24以相反方向移动，如图1中由箭头A1和A2所示。然而，本发明也可以使用在步进器设备中，其中在投射掩模期间，掩模16和基板24不移动。

II.多种照明设置

图2为掩模16的放大透视图。为了简化，假设掩模16上的图案18包括三个第一相同图案区域181a、181b、181c，它们沿扫描方向Y一个接一个地布置。进一步假设第一图案区域181a、181b、181c的特征19为沿着扫描方向Y延伸的直线。

图案18进一步包括三个相同的第二图案区域182a、182b、182c，它们沿扫描方向Y一个接一个地布置，但是从第一图案区域181a、181b、181c横向地位移，使得第一图案区域181a、181b、181c和第二图案区域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和沿Y方向延伸的特征19。

假设掩模16用于制造步骤中，两个不同的裸芯在该制造步骤中同时曝光，并且将经受相同的后续制造步骤，如刻蚀。裸芯足够小，使得它们可以在投射物镜20的像场内彼此相邻地定位，该投射物镜的像场具有沿X方向的宽度w，如图1所示。在一个完整扫描循环内，与第一图案区域181a、181b、181c相关的第一类型的三个裸芯和与第二图案区域182a、182b、182c相关的第二类型的三个裸芯可以曝光。然后，或者将扫描方向反转，或者掩模16在没有任何照明的情况下回到原始位置，执行另一个扫描循环。以这种方式，两行不同的裸芯可以同时曝光在基板24上。

如果需要最佳的成像质量，通常不同图案需要在掩模级别的不同角度辐射分布。在该实施例中，假设沿Y方向延伸的特征19是以X双极照明设定最佳成像在感光层22上。在图2中，用虚线圆示出了与一光束相关联的光瞳26，该光束朝向位于第一图案区域之一中的场点会聚。在光瞳26中，沿X方向间隔开的两个极27表示光朝场点传播的方向。由于假设图案在第一图案区域181a、181b、181c上是均匀的，因此必要的是使该X双极照明设定产生在第一图案区域181a、181b、181c的各场点处。

对于在第二图案区域182a、182b、182c内的特征19，假设常规照明设定导致最佳照明质量。图2示出光瞳26中被照明的中心极28，该光瞳26与一光束相关联，该光束朝向在第二图案区域182a、182b、182c之一中的场点会聚。再次，该常规照明设定应该产生在第二图案区域182a、182b、182c内的各场点处。

这意味着照明系统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。下文中将参考图3至11更详细描述能够执行这项任务的照明系统12的设计。

III.照明系统的设计

图3为穿过在图1中示出的照明系统的子午截面。为了清楚起见，图3的示意图相当地简化且未按照比例。这尤其意味着不同的光学单元表示为仅仅一个或非常少的光学元件。事实上，这些单元可以包括显著更多的透镜和其他光学元件。

照明系统12包括具有光进入窗口W的外壳29，通过该窗口，来自外部光源30的光可以进入照明系统12。在所示实施例中，光源实现为准分子激光器。光源30发射具有波长大约193nm的投射光的射束31。光源30的其他类型和其他波长，例如248nm或157nm，也是可以考虑的。

在该实施例中，光射束31进入射束扩展单元，其标记在32处，在射束扩展单元中，将光射束扩展。为此，射束扩展单元32可以包括几个透镜，例如如图2示出的负和正透镜，和/或几个平面反射镜。扩展后，光射束仍具有低发散度，即它是几乎准直的。

扩展的光射束31进入射束均匀化单元34，该射束均匀化单元均匀化光射束31且帮助稳定投射光在掩模级别的角度分布。为此，射束均匀化单元34可以包括光学积分器。射束均匀化单元34的合适的配置在US 2010/0283985 A1中描述。

均匀化后，光射束31照至分束阵列36上。分束阵列将光射束31分为多个单独的会聚光射束，其中仅有两个标注为LB1、LB2的在图2中示出。分束阵列36包括多个小微透镜37。分束阵列36的适合配置在例如WO 2012/034571 A1中披露。替代地，分束阵列36可以包括衍射光学元件的阵列，如披露在一开始所提及的WO 2005/026843 A2中，或可能完全省去分束阵列。

会聚光射束LB1、LB2然后传播通过光调制器38，该空间光调制器用于在两个后续的光瞳分面中产生可变化的空间辐射分布。在这个实施例中，空间光调制器38包括微反射镜42的阵列40，该微反射镜可以借助于致动器(未示出)围绕两个正交轴线单独地倾斜。空间光调制器38和尤其是微反射镜42的致动器，由连接至全部系统控制器45的控制单元43控制。

图4是阵列40的透视图，示出了会聚光射束LB1、LB2如何反射至不同方向上，其依赖于光射束LB1、LB2照至微反射镜42的倾斜角度。在图3和4中，阵列40包括仅6x6个微反射镜42；实际上，阵列40可以包括几百个或甚至几千个微反射镜42。

再次参考图3，空间光调制器38进一步包括具有第一平面表面48a和第二平面表面48b的棱镜46，这两个平面表面均关于照明系统12的光学轴线47倾斜。在这些倾斜表面48a、48b处，光射束LB1、LB2经全内反射进行反射。第一表面48a将照射的光射束LB1、LB2朝向阵列40的微反射镜42反射，并且第二表面48b将从微反射镜42反射的光射束LB1、LB2朝向棱镜46的出射表面49引导。

光射束LB1、LB2的方向，以及从棱镜46的出射表面49发出的光的角度辐射分布，可以因此通过绕单独倾斜轴线单独倾斜阵列40的微反射镜42而改变。关于空间光调制器40的更多细节可以从如US 2009/0115990 A1中收集。

空间光调制器38产生的角度辐射分布借助于聚光器50转换为空间辐射分布。为此，空间光调制器38可以布置在聚光器50的前焦平面中。然后，从聚光器发出的投射光当照至两个光学积分器52a、52b上时近似准直，两个光学积分器彼此间隔开且在下文IV节中被更详细地描述。如果空间光调制器38布置为充分远离光学积分器52a、52b，那么聚光器50可能被省却。还可能使用第一和第二聚光器使得一个聚光器分别与仅一个光学积分器52a或52b相关联。

各光学积分器52a和52b分别产生多个二次光源在随后的光瞳平面56a和56b中。在该实施例中，假设光瞳平面56a、56b紧接着光栅板54a′、54b′的后面布置。在另一实施例中，光瞳平面56a、56b可以与光学积分器52a、52b相交。

第一傅里叶光学系统58a确立在第一光瞳平面56a和场光阑平面60的第一部分60a之间的傅里叶关系，场光阑平面中布置合适的场光阑62。类似地，第二傅里叶光学系统58b确立在第二光瞳平面56b和场光阑平面60的第二部分60b之间的傅里叶关系。因此，第一傅里叶光学系统58a在场光阑平面60的第一部分60a中叠加出自在第一光瞳平面56a中的二次光源的光射束，使得该第一部分60a被非常均匀地照明。相同的还相应地应用于第二傅里叶光学系统。两个光学积分器52a、52b和分离的傅里叶光学系统58a、58b确保没有光从第一光学积分器52a照至第二部分60b，并且没有光从第二光学积分器52b照至第一部分60a。

第一和第二部分60a、60b在场光阑平面60中无缝邻接。由于光学积分器52a、52b和傅里叶光学系统58a、58b以相当大的距离彼此间隔开，所以需要将穿过第一和第二傅里叶光学系统58a、58b的投射光的光路组合在场光阑平面60中。为此，照明系统12具有反射式光引导系统，其包括第一子系统80a和第二子系统80b，该第一子系统指引从第一光学积分器52a发出的投射光至在场光阑平面60中的第一部分60a，并且该第二子系统指引从第二光学积分器52b发出的投射光至第二部分60b。各个子系统80a、80b包括两个反射镜82a、82a′和82b、82b′(或者其他平面反射表面，例如棱镜表面)，在示出的实施例中这两个反射镜相互平行。

具有两个相邻部分60a、60b的场光阑平面60通过标记为64的场光阑物镜成像在掩模平面66上，在该掩模平面中布置支承在掩模台(未示出)上的掩模16。因此，合适的场光阑62也成像在掩模平面66上且至少限定照明场14沿着扫描方向Y延伸的横向侧边。控制场光阑62，使得在掩模上的照明场14分别在每个扫描循环的开始和结束时打开和关闭，如同样在本领域中已知的。

IV.光学积分器

图3中示出的实施例中，第一光学积分器52a包括前光栅板54a和后光栅板54a′。类似地，第二光学积分器52b包括前光栅板54b和后光栅板54b′。

图5是图3中示出的光学积分器52a的透视图。每个光栅板54a、54a′包含第一和第二圆柱形微透镜53、57的两个正交阵列，其布置在光栅板54a、54a′的相对侧。如同沿着交叉扫描方向X延伸的第一圆柱形微透镜53，沿着扫描方向Y延伸的第二圆柱形微透镜57更加强地弯曲。由两个交叉正交圆柱形微透镜53、57所局限的体积限定光栅元件59，该光栅元件具有沿着扫描方向Y和交叉扫描方向X的正折射能力。然而，由于第一和第二圆柱形微透镜53、57的不同曲率，相比于沿着扫描方向Y，光栅元件59沿着交叉扫描方向X具有更强的折射能力。

图6和7分别示出根据替代实施例的光栅板54a的俯视图和沿着线VII-VII的截面图。在该实施例中，光栅板54a包括光栅元件的矩形阵列，该光栅元件由具有矩形周线61′的球面微透镜59′形成。周线61′的长宽比与照明在掩模16上的场14的长宽比相同。由于矩形周线61′，类似于在图5中示出的光学积分器的光栅元件59，微镜头59′具有的沿着扫描方向X的折射能力比沿着扫描方向Y的更强。

图8在非常示意性的表示中示出反射镜阵列40以及第一和第二光学积分器52a、52b的前光栅板54a、54b；省略了聚光器50。为了简化，光栅板54a、54b的光栅元件59在此处示为旋转对称的双凸透镜。

从每个微反射镜42，照明在光学积分器52a、52b的光进入表面55上的光射束呈现为小光斑70。光斑70的位置可以通过绕倾斜轴线倾斜微反射镜42来改变，如由双向箭头示出。除了别的以外，光斑70的形状依赖于阵列40的微反射镜42的光学性质，以及布置在空间光调制器38的前面的分束阵列36的光学性质。光斑70的形状可以是圆形的；在另一实施例中，形状可以是椭圆的或近似为矩形，尤其是正方形。

在该实施例中，光斑70沿着交叉扫描方向X的宽度w大于光栅元件59沿着这个方向的节距p。在一些实施例中，光斑70的宽度w大约是2·p或5·p，但沿着交叉扫描方向X小于25·p。然而，宽度w也可能小于节距p。

光进入表面55的各部分(其仅与单个光栅元件59相关)，经由后光栅板54a′、54b′的对应光栅元件59和第二聚光器58，成像在场光阑平面60上。

现在，这将参考图9来解释，图9示出第一光学积分器52a的一部分，第一傅里叶光学系统58a和场光阑平面60的第一部分60a。前光栅元件和后光栅元件59a和59a′(它们分别沿着平行于光学轴线47延伸的线布置)的各对形成光学通道，该光学通道中的仅两个在图9中标记为70、72。各光学通道70、72具有如下性质：一旦投射光进入相应通道70、72的前光栅元件59a，那么投射光(至少如果不考虑衍射)受限于该光学通道。

光学积分器的表征特征通常为前光栅元件59a布置在后光栅元件59a′的前焦平面中。前焦平面与后光栅元件59a′间隔开它们的焦距f₂。由于后光栅板54a′的后光栅元件59a′布置在第一傅里叶光学系统58a的前焦平面中，在各前光栅元件59a内的辐射分布成像在第一傅里叶光学系统58a的后焦平面上，即场光阑平面60的第一部分60a。这在图9的上半部分针对三个物点O1、O2、O3示出，所述三个物点由后光栅元件59a′和第一傅里叶光学系统58a分别成像在像点I1、I2和I3上。因此，与通道70、72相关的前光栅板54a的进入分面与场光阑平面60的第一部分60a光学共轭，以及凭借场光阑物镜64还与在掩模平面66中的对应部分光学共轭。

从图9也明确各光学通道70、72照明由在场光阑平面60的第一部分60a中的边缘像点I1和I3局限的相同区域。因此，在第一光栅元件59a上的空间辐射分布叠加在场光阑平面60的第一部分60a中，该空间辐射分布可以稍微不同。该叠加导致在场光阑平面60的第一部分60中的空间辐射分布非常均匀。

在图9的下半部分示出的情况是当平行投射光照射至前光栅元件59a上。因此，在该实施例中，前光栅元件59a焦距f₁等于焦距f₂，平行光会聚的焦点F位于后光栅元件59a′的内部。然而，通常焦距f₁和焦距f₂可以是不同的。此外，能够看出，作为光学共轭的结果，光束照射至前光栅元件59a的区域对应于在场光阑平面60的第一部分60a中通过该光学通道照明的区域。

V.功能

为了产生在掩模16上的角度辐射分布(即照明设定)，如在图2示出的，控制单元43控制空间光调制器38的微反射镜42，使得在前光栅板54a、54b上产生图10和11中示出的空间辐射分布。在图10中可见，在第一光栅元件54a上，辐射分布由对应于图2中示出的极27的两个极27′构成。由叠加多个斑点70得到极27′，该多个斑点70与微反射镜42相关。

图11中可以看到，通过叠加其他斑点70在第二前光栅元件上产生单个极28′。极28′对应于图2中所示的极28。贡献给极28′的斑点70的数量是在各个极27′中叠加的斑点70的数量的两倍。这确保在两部分60a、60b中的辐射，以及因而在掩模16上的图案部分181a、181b、181c和182a、182b、182c中的辐射是相同的。

如上文已解释的，如图10和11中示出的在前光栅元件54a、54b上的辐射分布，分别对应在光瞳平面56a和56b中的辐射分布。这是因为如图9所示的照明光学通道在光瞳平面56a或56b中产生二次光源，然而未被投射光照射的光学通道维持黑暗。因此，与如图10中示出的极27′相关的二次光源沿着交叉扫描方向X从两个相对侧照明第一部分60a，如在图3中针对两光束LB1和LB′示出的。可以看出的是，每个光束LB1、LB1′照明完整的部分60a，却是从不同方向。极27′彼此间隔越大，照射至第一部分60a的投射光的方向就越不同。

类似的考虑也应用于第二前光栅板54b。在图3中，示出了由相关于轴线上光栅元件59的二次光源中的一个产生的单个光束LB2，该光栅元件59由极28′覆盖。光束LB2从第二傅里叶光学系统58b呈现为准直光束，因而并非倾斜地而是垂直地照明第二部分60b。出自离轴的二次光源的光束倾斜地照明第二部分60a，但是角度比由第一光学积分器52a产生的光束LB1、LB1′小。以此方式，图2中示出的角度光分布产生在部分60a和60b中。由于通过场光阑物镜64将部分60a、60b成像在掩模16上，这些角度光分布再现在掩模16上。如果场光阑物镜64具有的放大倍率M为|M|≠1，那么它在数量上改变角度光分布。

VI.

其他实施例

a)改变部分60a、60b的尺寸

图12以类似于图3的表示示出照明系统12的第二实施例。由于场光阑物镜64在该实施例中是相同的，照明系统12的下部也未示出。

在第二实施例中，第一和第二傅里叶光学系统58a、58b具有第一焦距和第二焦距，响应于来自全部系统控制器45的焦距改变指令信号，第一焦距和第二焦距是可变的。另外，第一和第二傅里叶光学系统58a、58b的前焦平面在不考虑焦距的情况下保持在相同位置。在图12中，由透镜表示的傅里叶光学系统58a、58b具有可变的厚度并且可以轴向位移，如由双向箭头表示的。在实际系统中，傅里叶光学系统58a、58b更可能实现为多透镜光学系统，在该系统中多个透镜的主平面是轴向位移的。

在图12中可见，通过可变的傅里叶光学系统58a、58b，可以改变光束的直径，该光束从二次光源发出并且照明部分60a、60b。这里，假设第一傅里叶光学系统58a具有减小的折射能力，并且位移远离第一光学积分器52a。因而，光束具有增大的直径。第二傅里叶光学系统58b具有增大的折射能力，并且在更靠近于第二光学积分器52b布置。通过这种方式，由二次光源产生的光束的直径变得更小。

通过位移反射表面82a、82a′和82b、82b′的至少一些反射表面，将照明部分60a、60b的光束横向位移是可能的。这些位移通过水平双向箭头在图12中示出。通过增大光束LB1、LB1′的直径且在图12中移动它们至右边，以及，相似地，通过减小光束LB2的直径且也将其移动至右边，第一和第二部分60a、60b的大小能够在一定范围内变化。通过这种方式，也可以以不同照明设定照明掩模16，在该掩模中的图案部分181a、181b、181c和182a、182b、182c具有沿着交叉扫描方向X的不同尺寸。

在第一和第二傅里叶光学系统58a、58b中的透镜的移动以及反射表面82a、82a′、82b、82b′的移动通过另外的控制单元43′协调，该另外的控制单元也连接至全部系统控制器45。

由于傅里叶光学系统58a、58b的焦距的改变还影响角度光分布，必要的是，通过光学积分器52a、52b的变化的照明来补偿该效应。这种变化由系统控制器45计算，且导致空间光调制器38的微反射镜42的变化的控制。

由于照明部分60a、60b的光束的直径也沿着扫描方向Y改变(该改变通常是不想要的)，第一和第二傅里叶光学系统58a、58b可以为变形的。这意味着它们具有在XZ平面和YZ平面中的不同焦距。为了仅沿着交叉扫描方向X改变第一和第二部分60a、60b的宽度，XZ平面中的焦距必须是可变的，同时YZ平面中的焦距保持恒定。由于变形的傅里叶光学系统58a、58b也具有对角度光分布的影响，这必须再次由微反射镜42的变化的控制来补偿。

b)部分60a、60b的无缝邻接

在前文中已经提及的是，两个部分60a、60b彼此相邻地布置。由于部分60a、60b通过来自大量的二次光源的光的叠加来获得，因而部分60a、60b的边缘通常不是完美锐利的。这不仅需要提供场光阑62，而且也可以暗示部分60a、60b应当由小的间隙分隔。否则，不能可靠地确保来自第一光学积分器54a和具有第一角度光分布的光不会照射至第二部分60b上，并且反之亦然。

如果应当避免在部分60a、60b之间的间隙，那么可以设想的是在中间场平面90中产生部分60a、60b，将该中间场平面通过的物镜92a、92b成像在场光阑平面60上，如在图13中所示。如果傅里叶光学系统58a、58b具有固定焦距，那么在中间场平面中布置的第一场光阑94a和第二场光阑94b可以具有带有圆形开口的光圈，该开口的直径是固定的。如果傅里叶光学系统58a、58b的焦距可以改变(如已经在上文中参考图12描述的)，开口的直径必须也是可以改变的。

第一和第二场光阑94a、94b确保在场光阑平面60中的部分60a、60b的锐利边缘。因此，两个部分60a、60b可以实质上无缝地彼此邻接，使得照明设定沿着交叉扫描方向X在很短距离上几乎突然地变化。

c)多于两个部分

空间限制通常使得难以通过如图3所示的设置来产生具有不同角度光分布的三个或更多的部分。然而，可使用如图3中示出的两个或多个设置，并且使用拼接光学系统组合具有不同的角度光分布的部分。

图14是这可以如何实现的非常示意性的示意图。在该第四实施例中，假设经由单个聚光器50，单个空间光调制器38照明四个光学积分器54a、54b、54c和54d。从光学积分器54a、54b发出的光，以如图3示出的相同方式，穿过第一和第二傅里叶光学系统58a、58b和光引导子系统80a、80b。相似地，引导来自第三和第四光光学积分器54c、54d的光穿过第三和第四傅里叶光学系统58c、58d，并且使用光引导子系统80c和80d将所述光组合。

拼接光学系统94使部分60a、60b和60c、60d成像在场光阑平面60中，使得第二部分60b和第三部分60c无缝地邻接。拼接光学系统94由两个物镜96a、96b和光引导子系统98a、98b构成，光引导子系统使物镜96a、96b的像平面在场光阑平面60中靠近在一起。

在图14中，在不同光路中的圆形标记代表示例性的照明设定，该照明设定可以分别产生四个相邻的部分60a、60b、60c和60d。为了改变在各部分中的照明设定，在各光学积分器52a、52b、52c或52d上的辐射分布不得不相应地变化，如在上文中参照图3所解释的。

Claims (12)

1.微光刻投射曝光设备的照明系统，包括：

a)第一光栅板(54a)，其中投射光在所述第一光栅板上的辐射分布决定所述投射光仅在照明场的第一部分(60a)处的角度光分布；

b)第二光栅板(54b)，其中所述投射光在所述第二光栅板上的辐射分布决定所述投射光仅在所述照明场的第二部分(60b)处的角度光分布，其中所述第二部分与所述第一部分不同并且布置为邻近所述第一部分；

c)第一傅里叶光学系统(58a)，该第一傅里叶光学系统确立在第一光瞳平面(56a)和所述照明场的第一部分(60a)之间的傅里叶关系，所述第一光瞳平面与所述第一光栅板(54a)相交或布置在所述第一光栅板附近；以及

d)第二傅里叶光学系统(58b)，该第二傅里叶光学系统确立在所述第二光瞳平面(56b)和所述照明场的第二部分(60b)之间的傅里叶关系，所述第二光瞳平面与所述第二光栅板(54b)相交或布置在所述第二光栅板附近；

其中所述第一傅里叶光学系统(58a)和所述第二傅里叶光学系统(58b)分别具有第一焦距和第二焦距，响应于来自控制单元(45)的焦距改变指令信号，所述第一焦距和所述第二焦距是可变的。

2.如权利要求1所述的照明系统，包括空间光调制器(38)，其配置为在所述第一光栅板(54a)上产生所述辐射分布。

3.如权利要求2所述的照明系统，其中所述空间光调制器(38)配置为在所述第二光栅板(54b)上也产生所述辐射分布。

4.如权利要求2或3所述的照明系统，其中所述空间光调制器(38)配置为，响应于从所述控制单元(45)接收的指令信号，改变光斑(70)在所述第一光栅板(54a)上的位置。

5.如权利要求4所述的照明系统，其中所述空间光调制器(38)包括射束偏转元件(42)的阵列(40)，各射束偏转元件能够单独地使照射光偏转到一方向上，该方向取决于从所述控制单元(43)接收的所述指令信号，以及其中各光斑(70)与正好一个射束偏转元件(42)相关。

6.如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，包括反射式光引导系统，其将从所述第一光栅板(54a)发出的投射光和从所述第二光栅板(54b)发出的投射光指引至所述照明场。

7.如权利要求1所述的照明系统，其中所述光引导系统包括：

a)第一子系统(80a)，所述第一子系统将从所述第一光栅板(54a)发出的投射光指引至所述第一部分(60a)；以及

b)第二子系统(80b)，所述第二子系统将从所述第二光栅板(54b)发出的投射光指引至所述第二部分(60b)；

其中各子系统包括两个平面反射表面(82a、82a′、82b、82b′)。

8.如权利要求7所述的照明系统，其中所述第一子系统(80a)的至少一个平面反射表面(82a、82a′)配置为沿着位移方向(X)位移，以改变所述照明场的第一部分(60a)的位置。

9.如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述第一部分(60a)与所述第二部分(60b)在所述照明场中无缝地邻接。

10.如权利要求9所述的照明系统，其中

a)在所述第一光栅板(54a)与所述照明场之间的光路中，有第一中间场平面(90a)，通过第一物镜(92a)将所述第一中间场平面成像在所述照明场的第一部分(60a)上；并且其中

b)在所述第二光栅板(54b)与所述照明场之间的光路中，有第二中间场平面(90b)，通过第二物镜(92b)将所述第二中间场平面成像在所述照明场的第二部分(60b)上。

11.如权利要求10所述的照明系统，其中第一场光阑(94a)布置在所述第一中间场平面(90a)中，并且第二场光阑(94b)布置在所述第二中间场平面(90b)中。

12.如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，包括：

a)第三光栅板(54c)，其中投射光在所述第三光栅板(54c)上的辐射分布决定所述投射光仅在另外的照明场的第三部分(60c)处的角度光分布；

b)拼接光学系统(94)，其将所述照明场与所述另外的照明场组合在单个平面(60)中。