CN1417644A - 曝光物体的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种曝光物体的方法和设备，用于提高光效率。产生具有均匀强度分布的光之后，光被折射成多个发散光束。然后，多个发散光束再次被折射成多个平行光束。利用多个平行光束的光曝光物体。因此，使原始光束和用于曝光物体的平行光束之间的光通量的差最小化，因而提高了该设备的光效率。

Description

曝光物体的设备和方法

技术领域

本发明涉及投影方法和系统，特别涉及采用用于半导体器件的光刻工艺的利用改进照明的投影方法和投影系统。

背景技术

随着半导体器件以ULSI(超大规模集成电路)芯片形式的制造，更加深入细致地进行关于明确确定半导体器件的每个元件的图形宽度的光刻工艺的研究。为了形成微小宽度的图形，当进行光刻工艺时需要高分辨率和足够好的清晰度(DOF)。因此，为确保高度的分辨率和准确的DOF，已经研制了很多新的方法，诸如缩短光源波长的准分子激光器法、采用移相掩模的曝光法、以及改进照明法，例如倾斜照明法。

倾斜照明法在不改变透镜和照明系统的情况下通过适当改变在蝇眼透镜背面位移的孔径，可提高由线构成并重复间隔开的图形的分辨率和DOF。倾斜照明法分为二极照明法、四极照明法、收缩照明法和根据孔径形状的环形照明法。

参见图1、2A-2C，常规倾斜照明法说明如下：图1示出了常规投影曝光设备的照明系统的结构，图2A-2C示出了安置在常规投影曝光设备的照明系统中的孔径的各种形状。

参见图1，常规照明系统包括光源10、包括透镜阵列的蝇眼透镜12、孔径14的预定形状和聚焦透镜16。孔径14可形成为如图2A中所示的二极型、如图2B中所示的四极型、或如图2C中所示的环型。在光源10中产生的光被蝇眼透镜12转换成平行光，孔径14透射一部分光。即，孔径14将光的垂直分量切断，只允许光的倾斜分量通过，因此，只有部分光即光的倾斜分量到达光栅18。接着，光被光栅18衍射并通过投影透镜20。最后，被衍射的光在晶片上投影，并部分地曝光晶片的表面，这就完成了投影曝光法。

下面将参照图3和4更详细地介绍作为改进照明法之一的倾斜照明法。

图3是表示采用常规照明法的常规投影曝光法的示意图，图4是表示采用上述倾斜照明法的投影曝光法的示意图。

根据如图3中所示的常规投影曝光法，光通过聚焦透镜16照射到掩模18上，以便光落到其上的表面与掩模18的傅里叶变换平面重合。照射到傅里叶变换平面上的光在圆形区域内分布并衍射。作为入射光的垂直分量的零阶衍射光沿着光轴运行，作为入射光的倾斜分量的+1^st和-1^st阶衍射光沿着衍射角θ的方向运行。零阶和+1^st和-1^st阶衍射光通过投影透镜20并在晶片上互相干涉，最后形成图像。

通常，掩模的图形越精细，衍射角θ越大，因此sinθ也越大。如果sinθ比投影透镜20的数值孔径(NA)大，则+1^st和-1^st阶衍射光不能通过投影透镜20，而只有零阶衍射光可通过投影透镜20并到达晶片表面，因此没有产生干涉。此时，最小分辨率R定义为： $R=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{NA}}$

根据如图4中所示的采用倾斜照明法的投影曝光法，通过孔径14的光以特殊的倾斜入射角α照射到掩模18上。倾斜入射角α由光轴和孔径14的透光部分之间的距离x以及聚焦透镜16的焦距f通过以下等式确定：

                         fsinα＝x

照射到掩模18上的光被形成在掩模18上的图形衍射。此时，零阶光相对于光轴以衍射角θ衍射，并且+1^st和-1^st阶光相对于光轴分别以角度θ₁和θ₂衍射。角度θ₁和θ₂具有以下关系： $\sin {\mathrm{\θ}}_1+\sin \mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{Pr}}$ $\sin {\mathrm{\θ}}_2-\sin \mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{Pr}}$

其中，Pr是掩模18的线间距或间隔间距，即掩模18的图形间距。

更高阶的衍射光运行其它路径。由于掩模18的图形间距很细和投影透镜20的NA大于sinθ₂，因此-1^st阶或更高阶衍射不能进入投影透镜20。结果是，只有零阶和+1^st阶衍射光通过在光瞳平面上的衍射而被分离并通过投影透镜20，以便在晶片表面上相互干涉，因此形成图像。分辨率极限比常规投影曝光法高1.5倍。

然而，上述倾斜照明法具有几个问题。

首先，光通过的面积比光被阻挡的面积小得多。例如，在如图2C中所示的环型孔径的情况下，通过以下等式计算光透射率： $\frac{{\mathrm{\σ}}_0^2-{\mathrm{\σ}}_i^2}{{\mathrm{\σ}}_0^2}$

由于作为最优选的关系 ${\mathrm{\σ}}_i=\frac{2}{3}{\mathrm{\σ}}_0$ 是公知的，最优选的透射率是，这使曝光时间增加了2倍。

在如图2B所示的四极型孔径的情况下，通过下列等式计算透光率：

当 ${\mathrm{\σ}}_i=\frac{1}{4}{\mathrm{\σ}}_0$ 时，透射率为

，并且曝光时间增加4倍，这大大降低了投影系统的效率。而且，当采用图2A中所示的双极型孔径时，由下列公式计算透光率：

当 ${\mathrm{\σ}}_i=\frac{1}{4}{\mathrm{\σ}}_0$ 时，透射率为

，曝光时间增加了8倍，这大大降低了投影系统的效率。

在授予Dewa等人的美国专利US5757470中公开了利用环型孔径用于增加曝光量的照明设备，其中一对凹凸锥形透镜使环型孔径中心部分的光发散，并且被发散的光会聚，从而从光源发射的光可以环形地辐射。

根据授予Dewa等人的所述美国专利的照明设备，从光源照射的光通过蝇眼透镜入射到凹锥形透镜上。然后入射光以预定角度分散到孔径的周边部分，接着被分散的光入射到凸锥形透镜上以便会聚并到达聚焦透镜。

由于可以充分利用光轴的中心部分的光，因此可提高光效率。然而，由于光轴周边部分的光也被分散，结果不是所有的光都能会聚到环型孔径，因此光效率不能按需要的那样增加。除此之外，当光通过其照明的孔径的尺寸放大时，光阻挡部分的面积也同样增大，因此很难分别控制孔径的尺寸和光阻挡部分的面积。

此外，制造半导体器件需要曝光工艺重复很多次。在进行每次曝光工艺的任何时候，需要最适合于每次特殊曝光的各个孔径，因此曝光设备的操作者应该改变该孔径。已经引入了包括旋转型孔径的改进曝光设备，但是存在的问题是该改进曝光设备太庞大，并且孔径的形状由于旋转型而被限制。

发明的概述

为了解决上述问题而做出本发明，因而本发明的第一目的是提供用于增强光效率的曝光物体的方法。

本发明的第二目的是提供用于增强光效率的曝光物体的设备。

为实现本发明的第一目的，提供曝光物体的方法，包括以下步骤：产生具有均匀强度分布的光束；使光束折射成多个发散光束；使多个发散光束折射成多个平行光束；和用多个平行光束的光曝光物体。

在上述方法中，多个发散光束具有一个约等于在折射前的光束强度的组合强度，因此曝光物体的多个平行光束的强度几乎等于折射前未发散光的强度。这导致在曝光物体时光效率最大。

为了实现本发明的第二目的，提供曝光物体的设备，包括：用于产生具有均匀强度分布的光束的装置；用于将光束折射成多个发散光束的第一折射装置；用于将多个发散光束折射成多个平行光束的第二折射装置；和用于用多个平行光束的光曝光物体的装置。

在上述设备中，第一折射装置可将光束折射成相对于垂直于光束运行方向的第一方向线互相对称的两个发散光束。

第一折射装置还可以将光束折射成相对于都垂直于光束运行方向的第一方向线和第二方向线互相对称的四个发散光束。

上述设备还可包括用于控制第一折射装置和第二折射装置之间的相对位移的控制装置，其中在控制装置将第一折射装置与第二折射装置分开的情况下，光被折射成多个发散光束，并且多个发散光束被折射成多个平行光束，在控制装置允许第一折射装置靠近接触第二折射装置的情况下，光在不被折射的情况下整个通过第一折射装置和第二折射装置。

上述设备还包括用于使光束折射成相对于光束中心发散的环形发散光束的第三折射装置；和用于使环形发散光束折射成环形平行光束的第四折射装置。

为了实现本发明的第二目的，提供曝光物体的设备，该设备包括：用于产生具有均匀强度分布的光束的装置；用于折射或透射入射到其上的第一光束的第一透镜系统，其中第一光束被折射成多个发散光束，并且多个发散光束被折射成多个平行光束，或第一透镜系统在不折射的情况下允许第一光束通过；用于折射或透射入射到其上的第二光束的第二透镜系统，其中第二光束被折射成环形发散光束，并且环形发散光束被折射成环形平行光束，或者第二透镜系统在不折射的情况下允许第二光束通过；用于用多个平行光束或环形平行光束的光曝光物体的装置。

在上述设备中，多个发散光束的组合强度约等于折射前未发散光束的强度，因此，在曝光物体时光效率最大。此外，可采用相同设备对物体进行各种曝光。

附图的简要说明

通过下面参照附图的详细说明使本发明的上述和其它目的及优点更容易被理解，其中：

图1是常规投影曝光设备的照明系统的结构图；

图2A-2C是表示设于常规投影曝光设备的照明系统中的孔径的各种形状的截面图；

图3是表示采用常规照明法的常规投影曝光法的示意图；

图4是表示采用倾斜照明法的投影曝光法示意图；

图5是解释根据本发明第一实施例的曝光设备的截面图；

图6是表示图5中所示的第一和第二透射部件的透视图；

图7是表示当光束运行通过折射率值互相不同的介质时的折射现象的示意图；

图8是说明图5中所示的第一和第二透射部件之间的间隙距离和平行光束的间隔距离之间的关系的示意图；

图9是说明根据本发明第二实施例的曝光设备的截面图；

图10是表示图9中所示的第一-第四透射部件的透视图；

图11A是表示光通过图9中所示的每个透射部件的示意图；

图11B是表示光通过图9中所示的第四透射部件的平面图；

图12是说明根据本发明的第三实施例的曝光设备的截面图；

图13是表示图9中所示的第一-第三透射部件的透视图；

图14是说明根据本发明第四实施例的曝光设备的截面图；

图15A-15C是说明根据第一和第二透镜系统提供给曝光部分的光束的各种形状的示意图；

图16是说明用光束曝光物体的第一方法的流程图；

图17是说明用光束曝光物体的第二方法的流程图。最佳实施例的详细说明

实施例1

图5是说明根据本发明第一实施例的曝光设备的截面图。根据本例的曝光设备将入射光束折射成相对于垂直于入射光束运行方向的第一方向线互相对称的两个发散光束，并再将这两个发散光束折射成平行光束。该曝光设备用平行光束曝光物体。

参见图5，该曝光设备包括用于产生具有均匀强度分布的光束的光束产生部分100。光束产生部分100具有用于产生光的光源101和包括微透镜102的蝇眼透镜102，用于将来自光源101的光转换成平行光束。通过蝇眼透镜102的光束作为具有均匀强度分布的平行光束运行。

该曝光设备还包括用于将来自光束产生部分100的光束(以下称为原始光束)折射成两个发散光束的第一透射部件104和用于将两个发散光束折射成两个平行光束的第二透射部件106。

图6是表示图5中所示的第一和第二透射部件的透视图。

第一透射部件104将原始光束折射成分别沿着第一路径和第二路径运行的两个发散光束，并且这两个发散光束相对于垂直于原始光束的运行方向的第一方向线互相对称。

具体而言，第一透射部件104包括垂直于原始光束的运行方向的入射表面104a、垂直于入射表面104且平行于原始光束的运行方向的四个侧表面104b、以及相对于第一方向线114互相对称并与入射表面104a相对的第一和第二发射表面104c和104d，第一和第二发射表面104c和104d一起形成V形凹槽。

由于原始光束以90°的直角入射到入射表面104a上，因此原始光束在不折射的情况下进入第一透射部件104并在第一透射部件内沿着原始方向运行。然后，原始光束的某些光束到达第一发射表面104c，原始光束的其余光束到达第二发射表面104d。于是，某些原始光束在第一发射表面104c上折射，并沿着第一路径离开第一透射部件104，另一方面，其余原始光束在第二发射表面104d上折射并沿着相对于第一方向线114与第一路径对称的第二路径离开第一透射部件104。因而，由于第一和第二发射表面形成V形，因此原始光束被分成两个发散光束。

下面将根据第一和第二发射表面104c和104d的形状说明光束的折射路径。

图7是用于说明当光束穿过折射率值互相不同的媒质时的折射现象的示意图。

一般情况下，光束根据折射定律即所谓的斯涅耳折射定律折射，并在两种媒质是各向同性材料的条件下表示为下列等式。

                     n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂

其中n₁和n₂是媒质的折射率，θ₁是在入射光束的方向和界面的法线之间形成的入射角，θ₂是在折射光束的方向和界面的法线之间形成的折射角。

根据折射定律，光束以小于90°的角度入射到各向同性媒质的表面上以便折射。因而，为了使光束折射并从第一透射部件104运行到空气，在第一透射部件104内部运行的光束以小于90°的角度到达第一和第二发射表面104c和104d。为了这个目的，以预定倾斜角度形成第一和第二发射表面。

由于第一透射部件104比空气致密，因此第一透射部件104的折射率值比空气的大。于是，当光束从第一透射部件104运行到空气时，折射角大于入射角。

因此，发射表面104c和104d的形状的改变导致折射光束的路径的改变。发射表面104c和104d相对于预定基线互相对称形成，因而原始光束的一部分离开第一发射表面104c，其余原始光束离开第二发射表面104d。因此，原始光束根据发射表面104c和104d的倾斜角会聚或发散。换言之，当发射表面104c和104d形成为锯齿形(突出的V形)时，原始光束被第一发射表面104c和第二发射表面104d会聚，当发射表面104c和104d形成为V形凹槽时，原始光束被第一发射表面104c和第二发射表面104d发散。因而，为了使平行运行的原始光束折射成两个发散光束，要求第一发射表面104c和第二发射表面104d为V形凹槽。

当垂直于第一发射表面104c的法线和原始光束的方向之间形成的第一入射角与在垂直于第二发射表面104d的法线和原始光束的方向之间形成的第二入射角相同时，两个发散光束在第一和第二发射表面104c和104d上以相同的折射角折射。另一方面，当第一入射角不同于第二入射角时，两个发散光束在第一和第二发射表面104c和104d上以不同的折射角折射。

入射表面104a形成得如此之大以致于所有原始光束都可以入射到入射表面104a上。

第二透射部件106再次将两个发散光束折射成两个平行光束，因此，两个平行光束相对于第一方向线114互相对称并在原始光束的相同方向互相平行运行。

更具体而言，第二透射部件106包括第一和第二入射表面106a和106b、与原始光束的运行方向平行的四个侧表面106c以及与第一和第二入射表面106a和106b相对并垂直于原始光束的运行方向的发射表面106d，其中第一和第二入射表面106a和106b相对于原始光束的运行方向与两个入射表面互相接触的边缘线一起具有三角形横截面。

从第一透射部件104运行到空气的两个发散光束进入第二透射部件106。由于第二透射部件106比空气致密，因此根据折射定律入射角大于折射角。于是，当两个发散光束入射到第二透射部件106的第一和第二入射表面106a和106b上时，两个发散光束的每个光束向其中第一入射表面106a和第二入射表面106b互相接触同时向第一透射部件104突出的边缘线折射。

第一和第二入射表面106a和106b形成的形状使得两个发散光束折射成平行光束。更具体而言，考虑到发散光束的入射角和第二透射部件106的折射率，第二透射部件106的第一和第二入射表面106a和106b中的每一个相对于发散光束的方向形成为倾斜角，因而以预定入射角入射到第二透射部件106上的两发散光束可以折射成两个平行光束。

第二透射部件形成得如此之大以致于两发散光束可以完全入射到第一和第二入射表面106a和106b上，并且通过发射表面106d完全发射入射光束。因此，在光源产生部分100中产生的原始光束的强度约等于从第二透射部件106发射的平行光束的组合强度。

该曝光设备还包括用于控制第一和第二透射部件104和106之间的相对位移的控制部件116。控制部件116可调整第一透射部件104和第二透射部件106之间的间隙距离，因此可控制横过第一方向线114、从第二透射部件106发射的两平行光束之间的间隔距离D。具体而言，间隙距离增加越多，从第一透射部件104发射的两个发散光束向空气的运行距离增加得越长。结果是，运行距离增加得越多，间隔距离D增加得越多。

控制部件116控制被规定为某一形状的第一和第二透射部件104和106之间的间隙距离。当控制部件116使第一和第二透射部件104和106互相分开以便在第一和第二透射部件104和106之间形成间隔时，原始光束被折射成两个发散光束，然后两个发散光束被折射成两个平行光束。当控制部件116使第一和第二透射部件104和106互相接触且在第一和第二透射部件104和106之间没有间隔时，原始光束通过第一和第二透射部件104和106整个传输而不折射。

优选地，第一和第二透射部件104和106由透明材料如玻璃、石英和透明塑料制成。第一和第二透射部件104和106可采用不同材料制造，但是优选采用相同材料制造，以使第一和第二透射部件104和106的折射率相同。以下将参照图8更详细地介绍上述关系。

图8是说明间隙距离和间隔距离之间的关系的示意图。

为了将光束折射成两个平行光束，要求第一透射部件104的第一发射表面104c和第二发射表面104d分别与第二透射部件106的第一入射表面106a和第二入射表面106b平行。

因此，当第一透射部件104和第二透射部件106接触并在第一透射部件104和第二透射部件106之间没有间隔时，第一透射部件104和第二透射部件106之间的间隙距离为0，并且原始光束整个通过第一和第二透射部件104和106传输而不折射。

当第一透射部件104和第二透射部件106互相分开并在第一和第二透射部件104和106之间形成间隔时，要求第一透射部件104的折射率基本上等于第二透射部件106的折射率，以使入射到第二透射部件106上的两个发散光束可折射成两个平行光束。

光束从第一透射部件104以入射角θ₁和折射角θ₂运行到空气。由于第一和第二发射表面104c和104d与第一和第二入射表面106a和106b平行，因此被折射的光束从空气以入射角θ₂运行到第二透射部件106。如果折射光束的入射角为θ₂，则要求折射光束的折射角为θ₁，以便使折射光束再次被第二透射部件106折射成平行光束。因此，第一透射部件104的折射率基本上等于第二透射部件106的折射率。换言之，第一和第二透射部件104和106优选由相同材料构成。

如果第一和第二透射部件104和106表现为特殊形状，则能控制第一和第二透射部件104和106中的至少一个的位置的控制部件116可改变平行光束之间的间隔距离D。

例如，控制部件116包括安装到第一和第二透射部件104和106至少之一上的齿条-齿轮传动装置和用于驱动齿条-齿轮传动装置的电源。

当第一和第二透射部件104和106表现为特殊形状并安装控制部件116时，从第二透射部件106发射的两平行光束之间的间隔距离D表示为下列等式(1)。 $D=\frac{2d\tan \mathrm{\δ\θ}\tan }{\tan \mathrm{\θ}-\tan \mathrm{\δ}}$

其中θ是在第一发射表面或第二发射表面和原始光束的运行方向之间形成的锐角，δ是在从第一透射部件发射的发散光束运行方向和原始光束的运行方向之间形成的锐角，d是第一透射部件和第二透射部件之间的间隙距离。

在原始光束的运行方向和第一发射表面104c之间形成的角度等于在原始光束的运行方向和第二发射表面104d之间形成的角度的条件下，等式(1)成立。

参数θ和δ具有由基于折射方程的下列等式(2)表示的关系。

            n₁cosθ＝cos(θ-δ)    ……(2)

其中n₁是第一透射部件104的折射率。

特别是，当光束从第一透射部件104运行到空气时，折射方程表示为下列等式(3)：

             n₁sinθ₁＝sinθ₂    ……(3)

其中θ₁是第一透射部件104的入射角，θ₂是第一透射部件104的折射角，并且空气的折射率假定为1。

参照图8，考虑到θ₁、θ₂、θ和δ之间的几何关系，入射角θ₁等于90-θ，折射角θ₂等于θ₁+δ。因此，等式(3)再次表示为δ和θ的函数，得到等式(2)。

当第一和第二透射部件104和106具有上述形状时，两个发散光束运行到并且互相面对的第二透射部件106的两个侧表面之间的距离(x)大于两个平行光束之间的间隔距离(D)和沿着原始光束的水平方向切割的横截面的、与第一方向线114平行的宽度的总距离(x’)。而且，第二透射部件106的其它两个侧表面之间的距离大于沿着原始光束的水平方向切割的横截面的、垂直于第一方向线114的宽度。因而，第二透射部件106允许两个发散光束入射到其中并将两个发散光束折射成两个平行光束。

该曝光设备还包括用于用从第二透射部件106发射的两个平行光束的光曝光物体的曝光部分109。曝光部分109包括平行光束通过它的聚焦透镜108、光栅图形110和被光栅图形衍射的衍射光束投影的投影透镜112。

从第二透射部件106发射的两个平行光束通过聚焦透镜108。接下来，平行光束以倾斜入射角入射到光栅图形110上并被光栅图形110衍射。然后，衍射光束运行到投影透镜112。在衍射光束当中，零阶和+1^st阶衍射光束穿过投影透镜112，-1^st阶衍射光束在投影透镜112外部通过。更高阶衍射光束沿着其它路径运行。

穿过投影透镜112的零阶和+1^st阶衍射光束在物体的表面上干涉并曝光该物体。作为本发明的优选实施例，该物体可以是晶片W，特别是其上涂有光刻胶膜的晶片。

相应地，从光束产生部分100产生的原始光束被折射成平行光束，并利用该平行光束的光曝光物体，结果提高了光效率和半导体器件的生产率。

实施例2

图9是用于说明根据本发明第二实施例的曝光设备的截面图。

根据本发明的曝光设备允许从光束产生部分产生的原始光束被折射成相对于都垂直于光束运行方向的第一方向线和第二方向线发散的四个发散光束，并且这四个发散光束被折射成四个平行光束。采用这四个平行光束的光曝光物体。

根据本发明的曝光设备包括与安装到根据第一实施例的曝光设备中的第一和第二透射部件相同的第一和第二透射部件，并且还包括第三和第四透射部件。

参见图9，该曝光设备包括用于产生具有均匀强度分布的光束的光束产生部分200。该光束产生部分200包括用于产生光的光源201和蝇眼透镜202，蝇眼透镜由用于将从光源201输送的光转换成平行光束的多个微型透镜构成。因此，穿过蝇眼透镜202的光束作为具有均匀强度分布的平行光束运行。

该曝光设备还包括能使从光束产生部分200产生的光束(以下称为原始光束)被折射成四个发散光束并且四个发散光束被折射成四个平行光束的第一-第四透射部件。

图10是表示如图9中所示的第一-第四透射部件的透视图。图11A是表示光通过如图9中所示的每个透射部件的示意图。图11B是表示光通过如图9中所示的第四透射部件的平面图。

该曝光设备包括用于将原始光束300折射成两个发散光束302的第一透射部件204。第一透射部件204将原始光束折射成分别沿着第一路径和第二路径运行的两个发散光束，并且这两个发散光束相对于垂直于原始光束300的运行方向的第一方向线220互相对称。

更具体地说，第一透射部件204包括垂直于原始光束300的运行方向的入射表面204a、垂直于入射表面204a并与原始光束300的运行方向平行的四个侧表面204b、以及相对于第一方向线220互相对称并与入射表面204a相对的第一和第二发射表面204c和204d，并且第一和第二发射表面204c和204d一起形成V形凹槽。第一透射部件204的入射表面204a如此之大以致于所有原始光束都可以入射到入射表面204a上。

该曝光设备还包括用于将两个发散光束302折射成两个平行光束306的第二透射部件206。第二透射部件206将两个发散光束302折射成在与原始光束300的相同的方向运行的两个平行光束304。

参见图10，第二透射部件206包括具有三角形横截面的第一和第二入射表面206a和206b、平行于原始光束300的运行方向的四个侧表面206c、和与第一和第二入射表面206a和206b相对并垂直于原始光束的运行方向的发射表面206d，其中第一和第二入射表面一起通过两个入射表面206a和206b在那里互相接触、平行于第一方向线220并向第一透射部件204突出的边缘线与原始光束300的运行方向相对。

第二透射部件206形成为如此之大以致于所有发散光束302只入射到入射表面206a和206b上，并且所有入射光束作为平行光束只通过发射表面发射。

由于第一和第二透射部件204和206以与上述本发明的第一实施例相同的方式形成，因此不再对第一和第二透射部件204和206做进一步说明。

该曝光设备还包括用于将两个平行光束折射成四个发散光束的第三透射部件208。第三透射部件208将两个平行光束304折射成相对于垂直于从光束产生部分200产生的原始光束300的运行方向的第二方向线222互相对称的四个发散光束306。

参见图10，第三透射部件208包括垂直于穿过第二透射部件206的两个平行光束304的运行方向的入射表面208a、垂直于入射表面208a并平行于平行光束304的运行方向的四个侧表面208b、以及第三和第四发射表面208c和208d，第三和第四发射表面208c和208d一起形成V形凹槽、相对于第二方向线222互相对称并与入射表面208a相对。

第一方向线220和第二方向线222形成在约45-约90度范围内的角度y。

当以90度的入射角入射到第三透射部件208上时，两个平行光束304在相同的运行方向穿过第三透射部件208。然后，两个平行光束304在发射表面208c和208d上被折射成四个发散光束。

两个平行光束304由第一平行光束304a和第二平行光束304b构成。第一平行光束304a在第三和第四表面208c和208d上以预定折射角被折射成两个发散光束，按照与第一平行光束304a相同的方式，第二平行光束304b也在第三和第四表面208c和208d上以预定折射角被折射成两个发散光束。因而，第一和第二平行光束304a和304b被折射成四个发散光束306，同时穿过第三透射部件208。此时，从相同发射表面发射的第一和第二平行光束304以相同折射角折射。

同时，在第一方向线220和第二方向线222之间形成的角度y与四个发散光束的光通量有关。具体而言，当角度y为90度时，第一和第二平行光束中的每个被折射成两个发散光束，每个发散光束具有相同的光通量。因而，希望角度y以90度形成。

该曝光设备还包括用于将四个发散光束306折射成四个平行光束308的第四透射部件210。第四透射部件210将相对于第二方向线222对称的四个发散光束306折射成在与原始光束300运行方向相同的方向互相平行运行的四个平行光束308。

第四透射部件210包括具有三角形横截面的第三和第四入射表面210a和210b、平行于原始光束的运行方向的四个侧表面210c、和与第三和第四入射表面210a和210b相对并垂直于原始光束的运行方向的发射表面210d，其中第三和第四入射表面一起通过两个入射表面210a和210b在那里互相接触、平行于第二方向线222并向第三透射部件208突出的边缘线与原始光束300的运行方向相对。

在第三透射部件208的发射表面上折射并在空气中运行的四个发散光束306入射到比空气致密的第四透射部件210上。根据折射定律，当光束通过第四透射部件210时，入射角大于折射角。因此，当四个发散光束306入射到具有上述形状的第四透射部件210上时，四个发散光束306分别相对于第四透射部件210的第三和第四入射表面210a和210b互相接触的边缘线对称地折射。

形成第四透射部件210的入射表面210a和210b，以允许四个发散光束被折射成各个平行光束。具体而言，考虑到发散光束的折射角和第四透射部件210的折射率，从第四透射部件210突出的第三和第四入射表面210a和210b形成为相对于原始光束300的运行方向的预定角度，因而入射到第三和第四入射表面210a和210b上的四个发散光束306被折射成平行于原始光束300运行的四个平行光束。结果是，四个发散光束306入射到第四透射部件210上，接下来被折射成四个平行光束308。

第四透射部件210形成得如此之大，以致于四个发散光束306完全入射到入射表面210a和210b上，并且入射光束被完全发射成平行光束。因此，原始光束300的光通量等于从第四透射部件210发射的每个平行光束308的光通量的和。

根据本实施例的曝光设备还包括用于控制第一透射部件204和第二透射部件206之间的相对位移的第一控制部件230以及用于控制第三透射部件204和第四透射部件206之间的相对位移的第二控制部件232。第一控制部件230控制第一透射部件204和第二透射部件206之间的第一间隙距离，因此可以控制横过第一方向线220并从第二透射部件206发射的两个平行光束304之间的第一间隔距离D₁。此外，第二控制部件232控制第三透射部件208和第四透射部件210之间的第二间隙距离，因此可以控制横过第二方向线222并从第四透射部件210发射的两个平行光束308之间的第二间隔距离D₂。因此，第一透射部件204和第二透射部件206之间的第一间隙距离增加得越多，从第一透射部件204发射到空气中的两个发散光束302的运行距离也增加的越多。因而，两个发散光束302的运行距离增加得越多，从第二透射部件206发射的两个平行光束304之间的第一间隔距离D₁增加得越多。

利用相同的方式，第三透射部件208和第四透射部件210之间的第二间隙距离增加得越多，从第三透射部件208发射到空气的四个发散光束306的运行距离也增加得越多。因而，四个发散光束306的运行距离增加得越多，从第四透射部件210发射的四个平行光束308之间的第二间隔距离D₂增加得越多。

第一控制部件230控制具有一定形状的第一透射部件204和第二透射部件206之间的第一间隙距离。当第一控制部件230使第一和第二透射部件204和206互相分开并在第一和第二透射部件204和206之间留下间隔时，原始光束300被折射成相对于第一方向线220互相对称的两个发散光束302，然后两个发散光束302被折射成两个平行光束304。当第一控制部件230使第一和第二透射部件204和206接触并在第一和第二透射部件204和206之间没有形成间隔时，原始光束300整个通过第一和第二透射部件204和206而没有折射。

利用相同的方式，第二控制部件232控制被规定为某一形状的第三透射部件208和第四透射部件210之间的第二间隙距离。当第二控制部件232使第三和第四透射部件208和210互相分离并在第三和第四透射部件208和210之间形成间隔时，两个平行光束304被折射成相对于第二方向线222互相对称的四个发散光束306，接下来这四个发散光束306被折射成四个平行光束308。当第二控制部件232使第三和第四透射部件208和210接触并在第三和第四透射部件208和210之间没有留下间隔时，两平行光束304整个穿过第三和第四透射部件208和210而不折射。

当第一和第二透射部件204和206互相接触，并且第三和第四透射部件208和210互相分离时，穿过第一和第二透射部件204和206的光束在与原始光束300相同的方向运行而不折射。即，穿过第一和第二透射部件204和206的光束与原始光束300相同。接着，当穿过第一和第二透射部件204和206的原始光束300入射到第三透射部件208上时，原始光束300被折射成相对于第二方向线222互相对称的两个发散光束306，然后两个发散光束306再次被折射并转换成两个平行光束，同时穿过第四透射部件210。

如上所述，通过利用第一和第二控制部件230和232控制第一和第二透射部件204和206之间的第一间隙距离D1以及第三和第四透射部件208和210之间的第二间隙距离D2，原始光束300可以被折射成相对于第一或第二方向线互相对称的四个平行光束或两个平行光束。如果需要，原始光束可整个通过第一透射部件204至第四透射部件210而不折射。

为了实现上述功能，第一透射部件204的第一发射表面204c被设置成平行于第二透射部件206的第一入射表面206a，同时第一透射部件204的第二发射表面204d被设置成平行于第二透射部件206的第二入射表面206b。于是，当第一透射部件204和第二透射部件206互相接触并且在第一和第二透射部件204和208之间没有留下间隔时，原始光束在相同方向透射通过第二透射部件206而不折射。此外，当第一和第二透射部件204和206互相分开，并且第一透射部件204的第一和第二发射表面204c和204d分别平行于第二透射部件206的第一和第二入射表面206a和206b时，要求第一和第二透射部件204和206的折射率基本上相等，以便将入射到第二透射部件206上的两个发散光束折射成两个平行光束。

利用相同方式，第三透射部件208的第三发射表面208c被设置成平行于第三透射部件210的第三入射表面210a，同时第三透射部件208的第四发射表面208d被设置成平行于第四透射部件210的第四入射表面210b。于是，当第三透射部件208和第四透射部件210互相接触并且在第三和第四透射部件208和210之间没有留下间隔时，穿过第二透射部件206的光束在相同方向透射通过第四透射部件210而不折射。此外，当第三和第四透射部件208和210互相分开，并且第三透射部件208的第三和第四发射表面208c和208d分别平行于第四透射部件210的第三和第四入射表面210a和210b时，要求第三和第四透射部件208和210的折射率基本相等，以便将入射到第四透射部件210上的两个发散光束折射成两个平行光束。

优选地，第一、第二第三和第四透射部件204、206、208和210由透明材料如玻璃、石英透明塑料构成。第一至第四透射部件204、206、208和210可利用不同材料制成，但是优选采用相同材料制造，以使第一至第四透射部件204、206、208和210的折射率相同。

曝光部分211利用从第四透射部件210发射的平行光束308的光曝光物体。该曝光部分211包括平行光束308穿过它的聚焦透镜212、光栅图形214、和在其上投影被光栅图形衍射的衍射光束的投影透镜216。

从第四透射部件210发射的平行光束穿过聚焦透镜212。接着，平行光束以倾斜入射角入射到光栅图形214上并被光栅图形214衍射。然后衍射光束运行到投影透镜216并穿过投影透镜216。穿过投影透镜216的光束在物体表面上发生干涉，然后利用该平行光束的光曝光物体。

因此，从光束产生部分200产生的原始光束被折射成平行光束，并且利用平行光束的光曝光物体，结果是提高了光效率和半导体器件的生产率。

实施例3

图12是说明根据本发明第三实施例的曝光设备的截面图。

根据本例的曝光设备将光束折射成相对于垂直于光束运行方向的第一和第二方向线互相对称的四个发散光束，并且再次将四个发散光束折射成平行光束，并用与根据本发明第二实施例的曝光设备相同的方式曝光物体。

参见图12，该曝光设备包括用于产生具有均匀强度分布的光束的光束产生部分400。该光束产生部分400包括用于产生光的光源401和蝇眼透镜402，蝇眼透镜由用于将从光源401输送的光转换成平行光束的多个微型透镜构成。因此，穿过蝇眼透镜402的光束作为具有均匀强度分布的平行光束运行。

该曝光设备还包括能使从光束产生部分400产生的光束(以下称为原始光束)被折射成四个发散光束并且四个发散光束被折射成四个平行光束的第一-第三透射部件。

图13是表示如图9中所示的第一-第三透射部件的透视图。

该曝光设备包括用于将从光束产生部分400发射的原始光束折射成两个发散光束的第一透射部件404。第一透射部件404将原始光束折射成分别沿着第一路径和第二路径运行的两个发散光束，并且这两个发散光束相对于垂直于原始光束300的运行方向的第一方向线420互相对称。

更具体地说，第一透射部件404包括垂直于原始光束300的运行方向的入射表面404a、垂直于入射表面404a并与原始光束300的运行方向平行的四个侧表面404b、以及相对于第一方向线420互相对称并与入射表面404a相对的第一和第二发射表面404c和404d，并且第一和第二发射表面404c和404d一起形成V形凹槽。

第一透射部件404的入射表面404a如此之大以致于所有原始光束都可以入射到入射表面404a上。

由于第一透射部件404形成的方式与本发明的第一和第二实施例相同，因此不再进一步说明第一透射部件404。

该曝光设备还包括用于将两个发散光束302折射成两个平行光束406并再次将两个平行光束折射成四个发散光束的第二透射部件406。

更具体地说，第二透射部件406包括：具有三角形横截面的第一和第二入射表面406a和406b，其中第一和第二入射表面406a和406b一起利用第一和第二入射表面406a和406b在那里互相接触、平行于第一方向线并向第一透射部件404突出的边缘线与原始光束的运行方向相对；平行于原始光束的运行方向的四个侧表面406c；和第三和第四发射表面406d和406e，其中这两个发射表面利用第三和第四发射表面406a和406b在那里互相接触的边缘线一起形成V形凹槽，并平行于垂直于原始光束的方向的第二方向线422。

第二透射部件406形成得如此之大以致于两个发散光束可以入射到入射表面406a和406b上，并且所有入射光束都可以被折射并作为平行光束只通过发射表面发射。

第一方向线420和第二方向线422形成的角度y在约45-约90度的范围内。

入射到第二透射部件406上的入射光束被折射并作为两个平行光束通过第二透射部件406。然后两个平行光束在第二透射部件406的发射表面406d和406e上折射并作为四个发散光束运行到空气中。

两个平行光束之一定义为第一平行光束，另一个平行光束定义为第二平行光束。第一平行光束在第三和第四发射表面406d和406e上以预定折射角折射并发散成两个发散光束，第二平行光束也是这样。因此，第一和第二平行光束在通过第二透射部件406时被折射成四个发散光束。此时，从相同发射表面发射的第一和第二平行光束以相同折射角折射。

当第一和第二平行光束中的每个分别被折射成两个发散光束时，在作为用于形成在第二透射部件406的发射表面上的V形凹槽的基线的第二方向线422与作为用于形成在第二透射部件406的入射表面上的V形凹槽的基线的第一方向线420之间形成的角度与四个发散光束的光通量有关系。更具体地说，当第一方向线和第二方向线之间的角度为90度时，第一和第二平行光束中的每个分别被折射成相同光通量的两个发散光束。因此，希望第一和第二方向线420和422之间的角度为90度。

该曝光设备还包括用于将四个发散光束折射成四个平行光束的第三透射部件408。第三透射部件408将四个发散光束折射成相对于第二方向线互相对称并在与原始光束相同的方向运行的四个平行光束。

第三透射部件408包括第三和第四入射表面408a和408b，第三和第四入射表面408a和408b一起形成三角形横截面，以便利用与第二方向线422平行的边缘线向第二透射部件406突出，其中的边缘线是第三和第四入射表面408a和408b互相接触的地方；与原始光束的方向平行的四个侧表面408c；以及与第三和第四表面408a和408b相对并垂直于原始光束的方向的发射表面408d。

在第二透射部件406的发射表面上折射并在空气中运行的四个发散光束入射到比空气致密的第三透射部件408上。根据折射定律，当光束穿过第三透射部件408时入射角大于折射角。因此，当四个发散光束入射到成形为上述形状的第三透射部件408上时，四个发散光束分别相对于第三透射部件408的第三和第四入射表面408a和408b互相接触的边缘线对称地被折射。

第三透射部件408的入射表面408a和408b形成得具有被折射成对应平行光束的四个发散光束。具体而言，考虑到发散光束的折射角和第三透射部件408的折射率，从第三透射部件408突出的第三和第四入射表面408a和408b相对于原始光束的运行方向处于预定角度，以使入射到第三和第四入射表面408a和408b的四个发散光束被折射成平行于原始光束运行的四个平行光束。结果是，四个发散光束入射到第三透射部件408上，然后被折射成四个平行光束。

第三透射部件408形成得如此之大以致于四个发散光束完全入射到入射表面408a和408b上，并且入射光束被完全发射成平行光束。因此，原始光束的光通量等于从第三透射部件408发射的每个平行光束的光通量的和。

根据本实施例的曝光设备还包括用于控制第一透射部件404和第二透射部件406的相对位移的第一控制部件430以及用于控制第二透射部件406和第三透射部件408的相对位移的第二控制部件432。第一控制部件430控制第一透射部件404和第二透射部件406之间的第一间隙距离，因此可以控制横过第一方向线420的、通过第二透射部件406的两个平行光束之间的第一间隔距离。此外，第二控制部件432控制第二透射部件406和第三透射部件408之间的第二间隙距离，因此可以控制横过第二方向线422的、从第三透射部件408发射的四个平行光束之间的第二间隔距离。

因此，第一透射部件404和第二透射部件406之间的第一间隙距离增加得越多，从第一透射部件404发射的两个发散光束在空气中的运行距离也增加得多。因而，两个发散光束的运行距离增加得越多，通过第二透射部件406的两个平行光束之间的第一间隔距离增加得越多。

而且，第二透射部件406和第三透射部件408之间的第二间隙距离增加得越多，从第二透射部件406发射的四个发散光束在空气中的运行距离增加得越多。因而，四个发散光束的运行距离增加得越多，从第三透射部件408发射的四个平行光束之间的第二间隔距离增加得越多。

第一控制部件430控制具有某一形状的第一透射部件404和第二透射部件406之间的第一间隙距离。当第一控制部件430使第一和第二透射部件404和406互相分开并在第一和第二透射部件404和406之间形成间隔时，原始光束被折射成相对于第一方向线420互相对称的两个发散光束，接着两个发散光束被折射成两个平行光束。当第一控制部件430允许第一和第二透射部件404和406互相接触并且在第一和第二透射部件404和406之间没有形成间隔时，原始光束透过第一透射部件404并入射到第二透射部件406上而不折射，同时保持原始光束的方向。

利用相同方式，第二控制部件432控制具有某一形状的第二透射部件406和第三透射部件408之间的第二间隙距离。当第二控制部件432使第二和第三透射部件406和408互相分开并在第二透射部件和第三透射部件406和408之间形成间隔时，两个平行光束被折射成相对于第二方向线422互相对称的四个发散光束。接着这四个发散光束被折射成四个平行光束。当第二控制部件432允许第二和第三透射部件406和408互相接触并在第二和第三透射部件406和408之间没有形成间隔时，两个平行光束整个透过第二和第三透射部件406和408而不折射。

为了实现所述功能，第一透射部件404的第一发射表面404c被设置成平行于第二透射部件406的第一入射表面406a，接着第一透射部件404的第二发射表面404d被设置成平行于第二透射部件406的第二入射表面406b。因此，当第一透射部件404和第二透射部件406互相接触并在第一和第二透射部件404和406之间没有形成间隔时，原始光束可以在相同方向在第二透射部件406内部运行而不折射。此外，当第一和第二透射部件404和406互相分开、并且第一透射部件404的第一和第二发射表面404c和404d分别平行于第二透射部件406的第一和第二入射表面406a和406b时，要求第一和第二透射部件404和406的折射率基本上相等，以便将入射到第二透射部件406上的发散光束折射成平行光束。

利用相同方式，第二透射部件406的第三发射表面406d被设置成平行于第三透射部件408的第三入射表面408a，同时，第二透射部件406的第四发射表面406e被设置成平行于第三透射部件408的第四入射表面408b。于是，当第二透射部件406和第三透射部件408互相接触并在第二透射部件406和第三透射部件408之间没有形成间隔时，通过第二透射部件406的光束在相同方向透过第三透射部件408而不折射。此外，当第二和第三透射部件406和408互相分开、并且第二透射部件406的第三和第四发射表面406d和406e分别平行于第三透射部件408的第三和第四入射表面408a和408b时，要求第二和第三透射部件406和408的折射率基本上相同，以便将入射到第三透射部件408上的发散光束折射成平行光束。

曝光部分409将从第三透射部件408发射的平行光束308在物体上投影。曝光部分409包括平行光束通过它的聚焦透镜410、光栅图形412和在其上投影被光栅图形412衍射的衍射光束的投影透镜414。

从第三透射部件408发射平行光束通过聚焦透镜410。接着，平行光束以倾斜入射角入射到光栅图形412上并被光栅图形412衍射。然后，衍射光束向投影透镜414运行。通过投影透镜414的光束在物体的表面上发生干涉，并且形成在物体表面上的层根据光栅图形412选择性地熔化。

因此，从光束产生部分200产生的原始光束被折射成平行光束并在物体上投影，结果提高了光效率和半导体器件的生产率。

实施例4

图14是用于说明根据本发明第四实施例的曝光设备的截面图。

根据本实施例的曝光设备将光束折射成两个或四个平行光束，并可以在物体上投影两个或四个平行光束。如果需要，该曝光设备还将光束折射成环形光束并在物体上投影该环形光束。

参见图14，该曝光设备还包括用于产生具有均匀强度分布的光束的光束产生部分500。光束产生部分500包括用于产生光的光源501、和蝇眼透镜502，该蝇眼透镜由用于将从光源501产生的光转换成平行光束的多个微型透镜构成。因此，通过蝇眼透镜502的光束作为具有均匀强度分布的平行光束运行。

该曝光设备还包括用于将平行光束折射成多个发散光束并再次将多个发散光束折射成多个平行光束的第一透镜系统504，或者平行光束在相同方向通过该第一透镜系统。

第一透镜系统504包括用于将从光束产生部分500运行的光束(以下称为原始光束)折射成两个发散光束的第一透射部件504；第二透射部件508，通过被折射成两个平行光束，两个发散光束入射到第二透射部件上，而且利用被折射成四个发散光束而从第二透射部件发射平行光束；用于将四个发散光束折射成四个平行光束的第三透射部件510；以及用于控制透射部件之间的相对位移的第一和第二控制部件512和514。

下面更详细地介绍第一透镜系统504。

第一透射部件506将原始光束折射成分别沿着第一和第二路径运行的两个发散光束，这两个发散光束相对于垂直于原始光束运行方向的第一方向线530互相对称。

更具体地说，第一透射部件506包括垂直于原始光束300的运行方向的入射表面、垂直于入射表面并与原始光束的运行方向平行的四个侧表面、以及相对于第一方向线530互相对称并与入射表面相对的第一和第二发射表面，并且第一和第二发射表面一起形成V形凹槽。第一透射部件506的入射表面如此之大，以致于所有原始光束都可以入射到该入射表面上。由于第一透射部件506形成的方式与本发明的第一和第二实施例相同，因此不再进一步说明第一透射部件506。

该曝光设备还包括两个发散光束入射到其上并用于将两个发散光束折射成两个平行光束并用于将平行光束折射成四个发散光束的第二透射部件508。

更具体地说，第二透射部件508包括：一起形成三角形横截面的第一和第二入射表面，其中第一和第二入射表面通过第一和第二入射表面在那里互相接触且平行于第一方向线530的边缘线向第一透射部件506突出；平行于原始光束的方向的四个侧表面；和第三和第四发射表面，其中这两个发射表面利用第三和第四发射表面在那里互相接触并平行于垂直于原始光束的方向的第二方向线532的边缘线一起形成V形凹槽。

要求第二透射部件508的第一入射表面和第二入射表面分别平行于第一透射部件506的第一发射表面和第二发射表面。因此，当第一和第二透射部件506和508互相接触并在第一和第二透射部件506和508之间没有形成间隔时，原始光束透过第一透射部件506并入射到第二透射部件508上而不折射，同时保持原始光束的方向。

此外，第二透射部件508的折射率与第一透射部件506的折射率基本上相同。当第一透射部件506的第一和第二发射表面分别平行于第二透射部件508的的第一和第二入射表面时，入射到第二透射部件508上的两个发散光束被折射成平行光束。

第二透射部件508如此之大，以致于两个发散光束都入射到入射表面上，并且完全从发射表面发射入射光束。

在第一方向线530和第二方向线532之间形成的锐角在约45-90度范围内，或优选约为90度。

入射到第二透射部件508上的两个发散光束被折射成两个平行光束并作为两个平行光束在第二透射部件508内部运行。接着，两个平行光束在第二透射部件508的发射表面上再次被折射成四个发散光束并在空气中运行。

该曝光设备还包括用于将四个发散光束折射成四个平行光束的第三透射部件510。第三透射部件510使四个发散光束折射成在与原始光束相同的方向运行并相对于第二方向线532对称的四个平行光束。

更具体地说，第三透射部件510包括：一起形成三角形横截面以利用平行于第二方向线532的边缘线向第二透射部件508突出的第三和第四入射表面，其中第三和第四入射表面在该边缘线处互相接触；平行于原始光束的方向的四个侧表面；和与第三和第四入射表面相对并垂直于原始光束的方向的发射表面。

要求第三透射部件510的第三入射表面和第四入射表面分别平行于第二透射部件508的第三发射表面和第四发射表面。因此，当第二和第三透射部件508和510互相接触并在第二和第三透射部件508和510之间没有形成间隔时，从第一透射部件506发射的光束完全透过第二和第三透射部件508和510而不折射。

此外，第三透射部件510的折射率基本上与第二透射部件508的折射率相同。当第二透射部件508的第三和第四发射表面分别平行于第三透射部件510的第三和第四入射表面时，入射到第三透射部件510上的四个发散光束被折射成四个平行光束。

第三透射部件510如此之大，以致于所有四个发散光束都入射到入射表面，并且入射光束完全从发射表面发射并折射成四个平行光束。

四个发散光束在第三透射部件510的入射表面上被折射成四个平行光束，并且四个平行光束从第三透射部件510的发射表面发射到空气中。

根据本发明的曝光设备还包括用于控制第一透射部件506和第二透射部件508的相对位移的第一控制部件512，以及用于控制第二透射部件508和第三透射部件510的相对位移的第二控制部件514。

第一控制部件512控制第一透射部件506和第二透射部件508之间的第一间隙距离，因此可以控制跨越第一方向线530、穿过第二透射部件508的两个平行光束之间的第一间隔距离。此外，第二控制部件514控制第二透射部件508和第三透射部件510之间的第二间隙距离，因此可以控制跨越第二方向线532、穿过第三透射部件510的四个平行光束之间的第二间隔距离。

于是，第一透射部件506和第二透射部件508之间的第一间隙距离增加得越多，从第一透射部件506发射的两个发散光束在空气中的运行距离增加得越多。因而，两个发散光束的运行距离增加得越多，穿过第二透射部件508的两个平行光束之间的第一间隔距离增加得越多。

而且，第二透射部件508和第三透射部件510之间的第二间隙距离增加得越多，从第二透射部件508发射的四个发散光束在空气中的运行距离增加得也越多。因而，四个发散光束的运行距离增加得越多，从第三透射部件510发射的四个平行光束之间的第二间隔距离增加得越多。

当第一控制部件512使第一和第二透射部件506和508相互分开并在第一和第二透射部件506和508之间形成间隔时，原始光束在第一透射部件506的发射表面上被折射成相对于第一方向线530互相对称的两个发散光束，接着两个发散光束在第二透射部件508的入射表面上被折射成两个平行光束。当第一控制部件512允许第一和第二透射部件506和508互相接触并在第一和第二透射部件506和508之间没有形成间隔时，原始光束透过第一透射部件506并入射到第二透射部件508上而没有折射，同时保持原始光束的方向。

利用相同方式，当第二控制部件514使第二和第三透射部件508和510相互分开并在第二和第三透射部件508和510之间形成间隔时，两个平行光束在第二透射部件508的发射表面上被折射成相对于第二方向线532互相对称的四个发散光束，接着四个发散光束在第三透射部件510的入射表面上被折射成四个平行光束。当第二控制部件514允许第二和第三透射部件508和510互相接触并在第二和第三透射部件508和510之间没有形成间隔时，两个平行光束完全透过第二和第三透射部件508和510而没有折射。

因此，根据被第一控制部件512和第二控制部件514控制的第一间隙距离和第二间隙距离，原始光束被折射成相对于第一方向线530或第二方向线532互相对称的四个平行光束或两个平行光束。

还通过在本发明第一实施例中所述的等式(1)获得穿过第二透射部件508的两个平行光束之间的第一间隔距离和从第三透射部件510发射的四个平行光束之间的第二间隔距离。

根据本发明的曝光设备还包括第二透镜系统516，该第二透镜系统可将穿过第一透镜系统504的四个平行光束折射成环形发散光束，并再次将环形发散光束折射成环形平行光束，或者四个平行光束不折射地透过该第二透镜系统。

第二透镜系统516包括第一锥形透镜518，该锥形透镜以比平行光束的周边部分大的折射角折射穿过第一透镜系统504的平行光束的中心部分；第二锥形透镜520，用于将穿过第一锥形透镜518的光束转换成平行光束以形成环形平行光束；以及第三控制部件622，用于控制第一和第二锥形透镜518和520之间的相对位移。

具体地，第一锥形透镜518包括入射表面，其形成为垂直于通过第一透镜系统504的平行光束的平板，并且平行光束在这里入射而不折射；和形成为锥形凹槽的发射表面。第二锥形透镜520包括形成为具有圆锥形上表面并平行于第一锥形透镜518的发射表面的入射表面。因而，当第一和第二锥形透镜518和520互相接触并在第一锥形透镜518和第二锥形透镜520之间没有形成间隔时，通过第一透镜系统518的平行光束完全运行通过第一和第二锥形透镜518和520而不折射。当第一和第二锥形透镜518和520互相分开并在第一锥形透镜518和第二锥形透镜520之间形成间隔时，被第一锥形透镜518折射成环形的光束被第二锥形透镜520折射成平行光束。第二锥形透镜520的折射率值与第一锥形透镜518的折射率值基本上相同。第二锥形透镜520的发射表面形成为垂直于在第二锥形透镜520内部运行的平行光束的平坦表面，因而在不折射的情况下从第二锥形透镜520发射平行光束。

曝光部分523利用从第三透射部件408发射的平行光束或环形平行光束的光曝光物体。该曝光部分523包括使平行光束通过的聚焦透镜524、光栅图形526、和被光栅图形412衍射的衍射光束在其上投影的投影透镜528。

从第二锥形透镜516系统发射的平行光束以各种方式提供给曝光部分523。

图15A-15C是用于说明根据第一和第二透镜系统提供给曝光部分的光束的各种形状的示意图。

参见图15A，在光束被折射成环形平行光束之后，该光束提供给曝光部分523。

原始光束入射到第二透镜系统516上。当从第一锥形透镜518发射入射光束时，入射光束的中心部分以比入射光束的周边部分的折射角大的折射角被折射。被第一锥形透镜518折射的光束再次被第二锥形透镜520折射成环形平行光束。此时，第一和第二控制部件512和514允许第一透镜系统504的第一、第二和第三透射部件506、508和510互相接触，以便原始光束可以在不折射的情况下在相同方向通过第一透镜系统504。同时，第三控制部件522允许第二透镜系统516的第一和第二锥形透镜518和520互相分开并因此在第一和第二锥形透镜518和520之间形成间隔，以便被第一锥形透镜518折射的发散光束再次被折射成环形平行光束。

还可以在光束被折射成多个平行光束之后，将该光束提供给曝光部分523。

原始光束入射到第一透镜系统504上，并且从第一透镜系统504发射多个平行光束。然后，要求多个平行光束在不折射的情况下通过第二透镜系统。因此，第一透镜系统的第一和第二透射部件之间的第一间隙距离及第二和第三透射部件之间的第二间隙距离的至少之一被控制为大于0，并且第二透镜系统的第一和第二锥形透镜互相接触，以便多个平行光束可传输通过第二透镜系统。

图15B是表示在光束被折射成四个平行光束之后将光束提供给曝光部分的示意图。

第一控制部件512使第一透镜系统504的第一透射部件506和第二透射部件508互相分开，第二控制部件514也使第一透镜系统504的第二和第三透射部件508和510互相分开。而且，第三控制部件522允许第二透镜系统516的第一和第二锥形透镜518和520互相接触。相应地，原始光束被第一透镜系统504折射成四个平行光束，并且四个平行光束在不折射情况下透过第二透镜系统516并在物体上投影。

从第二透镜系统516发射的平行光束通过聚焦透镜524。接着，平行光束以倾斜入射角入射到光栅图形526上并被光栅图形526衍射。然后，衍射光束运行投影透镜528。通过投影透镜528的光束在物体表面上干涉，并利用通过投影透镜的光束的光曝光该物体。

因而，在物体上投影的入射光束被第一和第二透镜系统504和516转变，并且从光束产生部分200产生的原始光束被折射成平行光束，其中利用该平行光束的光曝光物体，结果使提高了光效率和半导体器件的生产率。

图15C使表示在光束被折射成两个平行光束之后将光束提供给曝光部分的示意图。

第一控制部件512使第一透镜系统504的第一和第二透射部件506和508互相分开，并且第二控制部件514使第一透镜系统的第二和第三透射部件508和510互相分。而且，第三控制部件522允许第二透镜系统516的第一和第二锥形透镜518和520互相接触。因此，原始光束被第一透镜系统504折射成四个平行光束，并且这四个平行光束在不折射情况下通过第二透镜系统516以投影在物体上。

从第二透镜系统516发射的平行光束通过聚焦透镜524。接着，该平行光束以倾斜入射角入射到光栅图形526上并被光栅图形526衍射。然后，衍射光束运行到投影透镜528。通过投影透镜528的光束在物体表面上发生干涉，并且利用通过投影透镜528的光束的光曝光该物体。

因此，投射到物体上的入射光束被第一和第二透镜系统504和516转变，从光束产生部分200产生的原始光束被折射成平行光束，该平行光束的光用于曝光物体，结果提高了光效率和半导体器件的生产率。

图15C是说明光束被折射成两个平行光束后提供给曝光部分的示意图。

第一控制部件512使第一透镜系统504的第一和第二透射部件506和508相互分开，第二控制部件514使第一透镜系统的第二和第三透射部件508和510相互分开。还有，第三控制部件522允许第二透镜系统516的第一和第二锥形透镜518和520相互接触。因此，原始光束由第一透镜系统504折射成两个平行光束，两个平行光束穿过第二透镜系统516没有折射，以投影在物体上。

从第二透镜系统516发出的平行光束穿过聚焦透镜524。接着，平行光束以倾斜的入射角入射在光栅图形526上，并被光栅图形526衍射。然后，衍射光束运行到投影透镜528。穿过投影透镜528的光束在物体的表面上发生干涉，并利用穿过投影透镜528的光束的光曝光物体。

因此，通过第一和第二透镜系统504和506使投射在物体上的入射光束发生了转化，并且从光束产生部分200产生的入射光束被折射成平行光束，使用所述平行光束曝光物体，结果是提高了光效率和半导体器件的生产率。

根据本发明的第四实施例，三个透射部件506、508和510用于将原始光束折射成平行光束，但是，显然可采用四个透射部件如根据本发明第二实施例的第一、第二、第三和第四透射部件，代替三个透射部件。

利曝光束物体的方法解释如下：

实施例5

图16是用于说明曝光物体的第一方法的流程图。

参见图16，从包括光源和蝇眼透镜的光束产生部分产生具有均匀强度分布的光束。从光源产生的光束在通过包括用于将光转换成平行光束的微型透镜的蝇眼透镜之后作为具有均匀强度分布的平行光束运行(步骤S10)。

接着，该平行光束被折射成两个发散光束(步骤S12)。具体地，原始光束被折射成相对于垂直于原始光束的运行方向的第一方向线互相对称的两个发散光束。原始光束在第一透射部件104的发射表面上被折射成两个发散光束，如图5所示。两个发散光束的组合强度约等于折射前原始光束的强度。两个发散光束中的每个都以相同的折射角或不同的折射角折射。优选地，两个发散光束被折射，以使两个发散光束中的每个光通量彼此相同，并以相同折射角折射。

接下来，两个发散光束被折射成两个平行光束(步骤14)。两个平行光束在原始光束的相同方向运行。被第一透射部件104发散的两个发散光束被第二透射部件折射成两个平行光束并在原始光束相同的方向运行。

相对于第一方向线互相对称的两个平行光束之间的间隔距离由原始光束被折射成两个发散光束的折射角以及在两个发散光束被折射成两个平行光束之前两个发散光束的运行距离决定。由于利用三角函数很容易知道折射角和运行距离之间的关系，因此省略了关于折射角和运行距离的数学等式。

两个平行光束在物体上投射，并且利用两个平行光束的光曝光该物体(步骤S16)。

两个平行光束通过聚焦透镜，接着，平行光束入射到光栅图形上以被光栅图形衍射。作为本发明的实施例，该物体是半导体晶片上的光刻胶层。

两个平行光束以倾斜入射角入射到光栅图形上并被光栅图形衍射。然后，衍射光束运行到投影透镜。在衍射光束当中，零阶和+1^st阶衍射光束通过投影透镜，-1^st阶衍射光束在投影透镜外部通过。更高阶的衍射光束沿着其它路径运行。

通过投影透镜的零阶和+1^st阶衍射光束在物体表面上发生干涉，并且形成在物体表面上的层根据光栅图形被选择地曝光。

因此，当用光束部分地曝光物体时，通过在物体上投射从原始光束折射的两个平行光束，可以提高焦深和分辨率。而且，由于投射在光栅图形上的两个平行光束的组合强度约等于折射之前原始光束的强度，因此可提高光效率并可以缩短处理时间。

实施例6

图17时用于说明利用光束曝光物体的第二方法的流程图。

参见图17，从包括光源和蝇眼透镜的光束产生部分产生具有均匀强度分布的光束。从光源输送的光束在穿过包括用于将光转换成平行光束的微型透镜的蝇眼透镜之后作为平行光束运行(步骤S20)。

接下来，两个平行光束被折射成四个发散光束(步骤S22)。具体地，参见图9，第一透射部件204将原始光束折射成分别沿着第一路径和第二路径运行的两个发散光束，这两个发散光束关于垂直于原始光束300的运行方向的第一方向线220互相对称。第二透射部件206将两个发散光束302折射成在原始光束300的相同方向运行的两个平行光束304。第三透射部件208将两个平行光束折射成相对于垂直于从光束产生部分200产生的原始光束300的运行方向的第二方向线互相对称的四个发散光束。

四个发散光束的组合强度约等于折射前原始光束的强度。在第一和第二方向线之间形成的锐角在约45到90度范围内。

优选地，要求四个发散光束被折射，使得四个发散光束中的每个具有相同光通量和折射角。首先，原始光束以相同折射角被折射成两个发散光束，然后两个折射光束再次被折射成两个平行光束。此时，原始光束被折射以便具有相同光通量。因此，两个平行光束的光通量也相同。两个发散光束相对于其对称地被折射成四个发散光束的第二方向线垂直于第一方向线。两个平行光束分别以相同折射角被折射成四个发散光束。此时，两个发散光束被折射，以便每个发散光束的各自光通量相同，并形成四个发散光束。

然后，如图9中所示的第四透射部件210将四个发散光束210折射成四个平行光束(步骤S24)。四个平行光束在原始光束的相同方向运行。

在第三透射部件208的发射表面上折射并在空气中运行的四个发散光束306入射到比空气致密的第四透射部件210。因此，当四个发散光束306入射到第四透射部件210上时，四个发散光束306分别相对于第四透射部件210的第三和第四入射表面210a和210b互相接触的边缘线对称地被折射。

跨越第一方向线并在两个平行光束之间的第一间隔距离由原始光束被折射成两个发散光束的折射角以及在两个发散光束被折射成两个平行光束之前两个发散光束的运行距离决定。而且，跨越第二方向线并在四个平行光束之间的第二间隔距离由两个平行光束被折射成四个发散光束的折射角以及在四个发散光束被折射成四个平行光束之前四个发散光束的运行距离决定。

然后，四个平行光束在物体上投射，并且利用四个平行光束的光曝光物体(步骤S26)。

四个平行光束通过聚焦透镜，接着平行光束入射到光栅图形上以被光栅图形衍射。衍射光束运行到投影透镜。根据本发明的实施例，该物体是在半导体晶片上的光刻胶层。

因此，当曝光物体时，通过在物体上投射由原始光束折射的四个平行光束，可提高焦深和分辨率。而且，由于投射到光栅图形上的四个平行光束的组合强度约等于折射前原始光束的强度，因此可提高光效率并缩短处理时间。

利用根据本发明第二实施例的曝光设备说明了曝光物体的第二方法。然而，显然也可以通过利用根据本发明第三实施例的曝光设备说明曝光物体的第二方法。

在本发明中，如上所述，原始光束被折射成各种倾斜入射光束，并且倾斜入射光束投射到光栅图形上。因而，可提高曝光投影系统的焦深和分辨率，并且还可以通过增加光效率来提高半导体的生产率。

虽然已经介绍了本发明的优选实施例，应该明白本发明不应该限于这些优选实施例，在后面要求保护的本发明的精神和范围内本领域技术人员可做出各种改变和修改。

Claims (36)

1.一种曝光物体的方法，包括以下步骤：

产生具有均匀强度分布的光束；

将光束折射成多个发散光束；

将多个发散光束折射成多个平行光束；和

利用多个平行光束的光曝光物体。

2.根据权利要求1的方法，其中多个发散光束的组合强度约等于折射前的光束的强度。

3.根据权利要求1的方法，其中多个发散光束以大约相同角度折射。

4.根据权利要求1的方法，其中多个发散光束以不同角度折射。

5.根据权利要求1的方法，其中光束被折射成两个发散光束。

6.根据权利要求1的方法，其中光束被折射成四个发散光束。

7.根据权利要求6的方法，其中通过以下步骤将光束折射成四个平行光束：

将光束折射成两个发散光束；

将两个发散光束折射成两个平行光束；

将两个平行光束折射成四个发散光束；

将四个发散光束折射成四个平行光束。

8.根据权利要求7的方法，其中光束相对于第一方向线对称地被折射成两个发散光束，两个平行光束相对于第二方向线对称地被折射成四个发散光束，第一方向线和第二方向线成一角度。

9.根据权利要求8的方法，其中该角度在约45度到约90度之间。

10.根据权利要求1的方法，其中物体被曝光之前，多个平行光束的光通过图形衍射。

11.根据权利要求10的方法，其中该图形为光栅图形。

12.根据权利要求1的方法，其中该物体是半导体晶片。

13.根据权利要求1的方法，其中该物体是半导体晶片上的光刻胶层。

14.一种曝光物体的设备，包括：

用于产生具有均匀强度分布的光束的装置；

用于将光束折射成多个发散光束的第一折射装置；

用于将多个发散光束折射成多个平行光束的第二折射装置；和

用于利用多个平行光束的光曝光物体的装置。

15.根据权利要求14的设备，其中光被折射成两个发散光束。

16.根据权利要求15的设备，其中第一折射装置是用于将光折射成相对于垂直于光束运行方向的第一方向线对称的两个发散光束的第一透射部件。

17.根据权利要求16的设备，其中第一透射部件具有垂直于光束运行方向的入射表面、垂直于入射表面并平行于光束运行方向的四个侧表面、以及一起形成V形凹槽并相对于第一方向线互相对称的两个发射表面。

18.根据权利要求15的设备，其中第二折射装置是用于将两个发散光束折射成两个平行光束的第二透射部件，其中这两个平行光束相对于第一方向线对称并在光束的相同方向运行。

19.根据权利要求18的设备，其中第二透射部件包括：两个入射表面，它们一起具有三角形横截面并利用两个入射表面互相接触的边缘线对着光束运行方向，该边缘线平行于第一方向线，三角形横截面向第一折射装置突出；平行于光束运行方向的四个侧表面；以及与

20.根据权利要求14的设备，其中第一折射装置将光束折射成相对于第一方向线和第二方向线互相对称的四个发散光束，第一方向线和第二方向线都垂直于光束的运行方向。

21.根据权利要求20的设备，其中第一折射装置包括：

用于将光束折射成两个发散光束的第一透射部件；

用于将两个发散光束折射成两个平行光束的第二透射部件；

用于将两个平行光束折射成四个发散光束的第三透射部件。

22.根据权利要求21的设备，其中

第一透射部件包括垂直于光束运行方向的第一入射表面；垂直于第一入射表面并平行于光束运行方向的四个第一侧表面；以及一起形成V形凹槽并相对于第一方向线互相对称的两个第一发射表面，第一发射表面与第一入射表面相对；

第二透射部件包括具有三角形横截面的两个第二入射表面，它们利用这两个第二入射表面互相接触的边缘线对着光束运行方向，该边缘线平行于第一方向线和向第一透射部件突出；四个第二侧表面，平行于光束的运行方向；以及两个第二发射表面，一起形成V形凹槽并相对于第二方向线互相对称；和

第三透射部件包括垂直于光束的运行方向的第三入射表面；垂直于第三入射表面并平行于光束运行方向的四个第三侧表面；和一起形成V形凹槽并相对于第二方向线互相对称的两个第三发射表面，第三发射表面与第三入射表面相对。

23.根据权利要求20的设备，其中第一折射装置包括：

用于将光束折射成两个发散光束的第一透射部件；

用于将两个发散光束折射成两个平行光束并将两个平行光束折射成四个发散光束的第二透射部件。

24.根据权利要求21的设备，其中

第一透射部件包括垂直于光束运行方向的第一入射表面；垂直于第一入射表面并平行于光束运行方向的四个第一侧表面；以及一起形成V形凹槽并相对于第一方向线互相对称的两个第一发射表面，第一发射表面与第一入射表面相对；和

第二透射部件包括具有三角形横截面的两个第二入射表面，利用这两个第二入射表面互相接触的边缘线对着光束运行方向，该边缘线平行于第一方向线和向第一透射部件突出；四个第二侧表面，平行于光束的运行方向；以及两个第二发射表面，一起形成V形凹槽并相对于第二方向线互相对称。

25.根据权利要求14的设备，还包括用于控制第一折射装置和第二折射装置之间的相对位移的控制装置，其中在控制装置使第一折射装置与第二折射装置分开的情况下，光被折射成多个发散光束并且多个发散光束被折射成多个平行光束，在控制装置使第一折射装置与第二折射装置接触的情况下，光束完全穿过第一折射装置和第二折射装置而不折射。

26.根据权利要求25的设备，其中第一折射装置是用于将光束折射成相对于垂直于光束运行方向的第一方向线互相对称的两个发散光束的第一透射部件，第二折射装置是用于将两个发散光束折射成两个平行光束以使两个平行光束相对于第一方向线互相对称并在光束相同方向运行的第二透射部件。

27.根据权利要求25的设备，还包括用于将多个平行光束折射成多个第二发散光束的第三折射装置和用于将多个第二发散光束折射成多个第二平行光束的第四折射装置。

28.根据权利要求27的设备，还包括用于控制第三折射装置和第四折射装置之间的相对位移的第二控制装置，其中在第二控制装置使第三折射装置与第四折射装置分开的情况下，通过第二折射装置的光束被折射成多个第二发散光束并且多个第二发散光束被折射成多个第二平行光束，在控制装置使第三折射装置与第四折射装置接触的情况下，通过第二折射装置的光束完全穿过第三折射装置和第四折射装置而不折射。

29.根据权利要求14的设备，其中第一折射装置包括用于将光束折射成两个发散光束的第一透射部件和用于将两个发散光束折射成两个平行光束的第二透射部件，第二透射部件将两个发散光束折射成四个发散光束，并且第二折射装置包括用于将通过第二透射部件的四个发散光束折射成四个平行光束的第三透射部件。

30.根据权利要求29的设备，还包括用于控制第一透射部件和第二透射部件之间的相对位移的第一控制装置，其中在第一控制装置使第一透射部件与第二透射部件分开的情况下，通过第一透射部件的光束被折射成多个第一发散光束并且多个第一发散光束被折射成多个平行光束，在第一控制装置使第一透射部件与第二透射部件接触的情况下，光束完全穿过第一透射部件和第二透射部件而不折射。

31.根据权利要求29的设备，还包括用于控制第二透射部件和第三透射部件之间的相对位移的第二控制装置，其中在第二控制装置使第二透射部件与第三透射部件分开的情况下，通过第二透射部件的光束被折射成多个第二发散光束并且多个第二发散光束被折射成多个平行光束，在第二控制装置使第二透射部件与第三透射部件接触的情况下，通过第二透射部件的光束完全穿过第二透射部件和第三透射部件而不折射。

32.根据权利要求14的设备，还包括用于将光束折射成围绕光的中心发散的环形发散光束的第三折射装置；和用于将环形发散光束转换成环形平行光束的第四折射装置。

33.根据权利要求32的设备，还包括用于控制第三折射装置和第四折射装置之间的相对位移的第三控制装置，其中在第三控制装置使第三折射装置与第四折射装置分开的情况下，入射到第三折射装置上的光束被折射成环形发散光束并且环形发散光束被折射成平行光束，在第三控制装置使第三折射装置和第四折射装置接触的情况下，入射到第三折射装置上的光束完全穿过第三折射装置和第四折射装置而不折射。

34.一种曝光物体的设备，包括：

用于产生具有均匀强度分布的光束的装置；

用于折射或透射入射到其上的第一光束的第一透镜系统，其中第一光束被折射成多个发散光束并且多个发散光束被折射成多个平行光束，或者第一光束穿过第一透镜系统而不折射；

用于折射或透射入射到其上的第二光束的第二透镜系统，其中第二光束被折射成环形发散光束并且环形发散光束被折射成环形平行光束，或者第二光束穿过第二透镜系统而不折射；和

用于利用多个平行光束或环形平行光束的光曝光物体的装置。

35.根据权利要求34的设备，第一透镜系统包括：

用于将光束折射成两个发散光束的第一透射部件；

用于将两个发散光束折射成两个平行光束的第二透射部件；和

用于控制第一透射部件和第二透射部件之间的相对位移的第一控制装置，其中在第一控制装置使第一透射部件与第二透射部件分开的情况下，光束被折射成两个发散光束并且两个发散光束被折射成两个平行光束，在第一控制装置使第一透射部件与第二透射部件接触的情况下，光束完全穿过第一透射部件和第二透射部件而不折射。

36.根据权利要求34的设备，第二透镜系统包括：

用于将光折射成围绕光的中心发散的环形发散光束的第三透射部件；

用于将环形发散光束转换成环形平行光束的第四透射部件；和

用于控制第三透射部件和第四透射部件之间的相对位移的第二控制装置，其中在第二控制装置使第三透射部件与第四透射部件分开的情况下，入射到第三透射部件上的光束被折射成环形发散光束并且环形发散光束被折射成环形平行光束，在第二控制装置使第三透射部件与第四透射部件接触的情况下，入射到第三透射部件上的光束完全穿过第三透射部件和第四透射部件而不折射。

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