CN1666153A

CN1666153A - 具有照明源的光学装置

Info

Publication number: CN1666153A
Application number: CN038161451A
Authority: CN
Inventors: D·巴德尔; N·伦; J·旺格勒
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-09-07
Also published as: DE10230652A1; WO2004006021A3; WO2004006021A2; EP1520210A2; US20050226000A1; AU2003246548A1; JP2005532680A

Abstract

本发明涉及一种用于照明一应借助一相应的光学装置成像的物体的光学装置。该装置具有一布置在一照明光学装置的光瞳平面的附近或之中的照明光源(210)，所述光源产生一照明光束。照明光学装置布置在照明光源(210)与物体之间。在一照明周期中使用的照明光束是矩阵式地二维地由多个单束组合成的。此外，还设置一用于选择性地产生(216、217)单束的控制装置(220)。此时，这样来进行选择，即可通过分别产生的单束预先给定照明光束的形状。这使得可能快速而可变地调整与相应的成像要求相适应的照明设定。

Description

具有照明源的光学装置

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的具有一照明源的光学装置，以及按照权利要求10的前序部分的投影曝光装置。

背景技术

一种在实际中特别重要的这种装置是例如在微平版印刷(Mikrolithographie)中使用的投影曝光装置的投影光源。因此，下面将作为例子主要说明这种投影光源的性能。但是本发明由此出发可在所有这类的光学装置中使用，在所述装置中应该通过具有不同的照明设定的成像光学装置对一物体进行照明，以改善所述物体的成像。术语“照明设定”可理解为照明光束在照明光学装置的一光瞳平面(Pupillenebene)内的强度分布。

下面，术语“照明周期”可理解为一给定物体的照明步骤的开始与结束之间的时段。根据所用的照明技术，也可以需要更多的照明步骤，以照明原件。

下面，“光学照明光”指的是具有在可见的、红外或紫外的波长范围的波长的照明光，对该波长范围，特别还提供透射的光学部件。

从美国5091744A已知一种权利要求1的前序部分中所述类型的其形式为一投影光源和一投影曝光装置的装置。在该装置中，多个由投影光束组合而成的单独光束用于形成本身是不连续(inkohrent)的投影光束，其中，避免了干扰性的干涉效应。采用这种投影曝光装置，位于可用光学曝光波长得到的分辨率的极限范围内的精确的照明要求并不能以足够的程度得到满足。

发明内容

因此，本发明的一第一目的是，这样改进开头所述类型的光学装置，以使该装置在对分辨率有高的要求的情况下也能用于被照明物体的成像。

按照本发明，所述目的通过一具有在权利要求1中给出的特征的光学装置实现。

借助按照本发明的控制装置，可快速和可变地形成适应相应成像要求的照明设定的给定形式。在照明过程中，可以根据被照明的物体的结构改变照明设定。在照明过程的进行过程中，可以对照明设定进行极平衡校正，例如四极分布(Quadrapolverteilung)的对称化。

虽然在投影曝光的范围内已知，要预先规定不同的照明设定，但是，迄今为止这是借助可更换地布置在更换保持件中的孔径光阑进行的。使用这种光阑必然导致照明效率的损失，因为产生了不需要的光，所述光还另外在出现时使孔径光阑受到不希望的热负载。采用按照本发明的光学装置，在理想的情况下按一种紧接着可以投入使用的形式形成照明光束。这提高了照明效率并减少光学部件的热负载。

在按照权利要求2的装置中，可通过有目的地控制相应的单独光源特别简单地实现不同的照明设定。

按照权利要求3的装置导致这样的可能性，即采用矩阵式布置的单独光源，可以实现使照明光束的形状接近规定的照明设定。

按照权利要求4的一种可选装置比光源矩阵的结构简单。此处，规定的照明设定可通过对单独光源进行与折射同步的控制来实现。

另一个光源矩阵的替代方案是按权利要求5的装置。这里通过对应于例如电视图像的合成的行扫描与列扫描的同步叠加形成规定的照明设定。

按照权利要求6的激光二极管可以实现长的寿命。此外，激光二极管由于其高的效率具有较少的发热量。因此，激光二极管可以组合成紧密相邻的组，例如组合成矩阵结构。

另一种方案为，还可以采用按照权利要求7的固体激光器。采用这种单独光源，可以得到高的单个的输出光功率。

作为本发明的装置的特别重要的实施形式，在权利要求8中说明了投影光源，而在权利要求9中说明了用于晶片检查的装置。

本发明的另一个目的是，提供一种投影曝光装置，其中可以特别有效地利用按照本发明的光学装置的优点。

按照本发明，所述目的通过具有在权利要求10中给出的特征的投影曝光装置来实现。

按照本发明的投影光源的靠近或在照明光学装置的光瞳平面中的布置保证最佳地形成规定的照明设定，其中不必容忍由于否则可能布置在光瞳平面区中的滤光器或光阑产生的损耗。这种投影曝光装置特别适合于在半导体工业中用于微平版印刷的芯片制造，或用于平面显示器的制造。

按照权利要求11的均匀化装置优化本发明的由单独光束构成的投影光束的光束形成。

与其它投影光源相结合，已经证明按照权利要求12的玻璃棒是非常合适的均匀化装置。

按照权利要求13的滤光器提高了用按照本发明的投影光源形成的投影光束的光谱纯度，这会进一步改善其成像性能。

附图说明

下面参考附图更详细地说明本发明的实施例；图中：

图1示出按照现有技术的投影曝光装置的照明光学系统的示意性概括图；

图2示出一与图1类似的具有按照本发明的投影光源的投影曝光装置的与图1相比限于较少部件的局部；

图3示出一与图2类似的投影光源的放大的俯视图；

图4至7示出用于按照图3的投影光源控制实例，以产生不同的照明设定；

图8和9用与图3类似的俯视图示出按照本发明的投影光源，它们是图2和3的替代方案；

图10示出用于晶片检查的器具的光学构造。

具体实施形式

在图1中示出的按照现有技术的投影曝光装置的局部用于投影光的预先设定和形成，该投影光用于照明一光刻板(Retikel)3。所述光刻板承载有一初始结构，所述初始结构借助一未示出的投影光学装置在一同样未示出的晶片上成像并被传递到该晶片上。下面要详细说明的用于形成投影光的光学部件的总体也称为“照明光学装置”。

激光器1用作投影光源。它产生一在图1中仅仅局部示出的投影光束7。该光束在激光器1后面的照射路径中首先借助一变倍物镜2扩张。接着，投影光束7穿过一衍射光学元件8和一物镜4，所述物镜4将投影光束7传送至一玻璃棒5的入射面5e上。所述玻璃棒通过多次内反射混合投影光束7并使其均匀化。在玻璃棒5的出射面5e上有一照明光学装置的其中布置有光刻板掩模系统(REMA)的场平面。所述光刻板掩模系统由一可调节的场光阑51形成。

在经过场光阑51以后，投影光束7穿过另一具有透镜组61、63、65的物镜6、折射镜64和光瞳平面62。物镜6使场光阑51的场平面在光刻板3上成像。

图2示出一按照本发明的投影光源110，该光源代替按照图1的实施形式的激光器1和变倍物镜2以及衍射光学元件8。其它的部件与按照图1的投影曝光装置的部件相对应，因此，这些部件在图2中不再示出。与已经参考前面的附图说明的部件相对应的部件在下面说明的附图中分别具有增加100的参考标号，并且不再详细说明。

投影光源110布置在照明光学装置的一光瞳平面内。投影光源110包括多个矩阵式地—即按一个二维网格—布置的UV(紫外)激光二极管111。激光二极管111的数目至少应为225个，不过最好在约500个和1000个之间。每个UV激光二极管111发射出具有一375nm的平均波长和几个mW的平均功率的光束112。光束112有一约10°的出射发散度。

物镜104将光束112传送至玻璃棒105的入射面105e上，在所述玻璃棒中对由光束112组成的投影光束107进行均匀化。物镜104可以是传统的物镜或一微透镜阵列。玻璃棒105和投影曝光装置的后续部件对应于上面参考图1说明的按照现有技术的投影曝光装置的部件，因此不再示出和详细说明。

为了清楚起见，在图2中仅示出了通过物镜104以及该物镜和玻璃棒105的入射面105e之间的气隙的最外侧光束112的边缘射线的光径。

在投影光源110和物镜104之间可以布置一在图2中用虚线示出的干涉滤光器132，以使UV激光二极管的频谱发射/辐射光谱的带宽变窄。

图3示出投影光源210的俯视图，除与图2的投影光源110相比该投影光源具有较少的UV激光二极管211的数量这一事实外，该投影光源对应于图2的投影光源110。

UV激光二极管211由一栅格形的保持框架213接纳，该框架具有一圆形的周向表面214。在该周向表面之内，保持框架具有多个正方形的、同样大小的保持接纳部215，在所述接纳部中分别接纳一UV激光二极管211。

因此，保持接纳部215的栅格状的结构规定了位于对其进行限定的周向表面214内的UV激光二极管211的矩阵状布置。激光二极管矩阵可以分为总共22行(沿按照图3的直角坐标的x方向延伸)和22列(沿y方向延伸)。由于由周向表面214形成的圆形边界，边缘侧的行和列分别只有八个UV激光二极管211，而八个中间的行和列分别有22个UV激光二极管211。在投影光源210中总共有392个UV激光二极管。

每个行通过行控制线Z_i(i＝1、2、……22)与一行复用器216连接。按相应的方式，矩阵的列通过列控制导线S_i(i＝1、2、……22)与一列复用器217连接。行复用器216与列复用器217通过控制导线218、219与一控制装置220连接。

下面根据投影光源210说明投影光源110、210的使用：

根据光刻板3上的初始结构对投影曝光装置提出成像要求，借助控制装置220设定相应的照明设定。根据照明设定，可以启动不同的UV激光二极管211组以发射UV光。此时，通过同时控制对应于相应的UV激光二极管211的矩阵位置(行i，列j)的一对控制导线Z_i和S_i而启动一UV激光二极管211。

在最简单照明情况下，启动所有的UV激光二极管211，从而照明光学装置的光瞳平面完全充满UV光。

下面参考图4至7说明另一照明设定，所述附图示出了没有控制装置220或复用器216、217的投影光源210。

图4示出一照明设定，其中，这样选择性地控制中间的行控制导线Z₈至Z₁₅和中间的列控制导线S₈至S₁₅，以便可以在图4中在通过虚线圆示出的保持框架213的中部区内启动一组UV激光二极管211。UV激光二极管211的启动分别通过一十字标出。

图5示出一可选的照明设定，即所谓的双极照明。这里这样地控制行控制线Z₉至Z₁₄和列控制导线S₁至S₆和S₁₇至S₂₂，以便启动位于图5中通过两个用虚线圆形限定线表示的区域内的两组UV激光二极管211。

图6示出另一可选的照明设定，即所谓的四极照明。这里这样地控制行控制导线Z₄至Z₉和Z₁₄至Z₁₉以及列控制导线S₄至S₉和S₁₄至S₁₉，以控制位于图6中用圆形虚线表示的四个区域内的四组UV激光二极管211。

最后，图7示出一环形的照明作为照明设定的另一种变型方案。这里这样地控制行控制导线Z₃至Z₂₀以及列控制导线S₃至S₂₀，以便启动位于图7中用两个同心的虚线圆表示的环形区域内的UV激光二极管211。

按照光刻板3上的初始结构的照明要求，可通过经由控制装置220的相应控制设定上述照明设定和几乎任意的其它照明设定。尤其是可根据成像要求预先规定按照图4至7的照明设定中的启动区的半径，以及在图5(双极)和图6(四极)的照明设定中的启动区的中心的位置以及启动区的形状和数目。

图8和9示出按照本发明的投影光源的另外的变型方案。图8和9同样示出投影光源的俯视图，即UV激光二极管的照射方向朝观察者的方向垂直于图面。

图8的投影光源310有一在一行形保持框架313中总共包括24个UV激光二极管311的UV激光二极管行321。所述UV激光二极管311分别通过控制导线S_i(i＝1、2、……24)与控制装置320连接。激光二极管行321通过在图8中示意性示出的机械联结器322与一致动器323连接，所述致动器本身又通过一控制导线324与控制装置320连接。借助致动器323，激光二极管行321可绕一与行轴线重合的轴线在一预先规定的角度范围内摆动。

投影光源310按下列方式起作用：

按照预先规定的照明设定，控制装置320这样同步地控制控制导线S_i和324，从而在一投影周期中，通过激光二极管行321的绕其纵向轴线的固定频率的摆动与由此对控制导线S_i的同步化控制相叠加而得到投影光束的希望的照明设定。

其中一个投影周期有一至少对应于激光二极管行321的一完整摆动周期的持续时间。通过借助控制装置320的相应的同步化控制，利用投影光源310在这样一个投影周期内同样可产生在前面参考按照图3的实施形式说明的照明设定。

图9的投影光源410有唯一一个UV激光二极管411。它布置在一保持框架413中。UV激光二极管411通过一机械联结器425与一列扫描装置426连接。一机械联结器427将UV激光二极管411与一行扫描装置428连接。扫描装置426、428通过控制导线429、430与控制装置420连接。

UV激光二极管411可通过机械联结器425绕一垂直地位于图9的图面中的轴线在一规定角度范围内摆动。UV激光二极管411可借助机械联结器427绕一水平地位于图9的图面中的轴线在一规定角度范围内摆动。

投影光源410按照下列方式工作：

根据规定的照明设定，控制装置420通过控制导线429和430如此同步化地控制扫描装置426、428，以在一投影周期中通过机械联结器425、427的绕两个摆动轴线的固定频率的摆动和UV激光二极管411的与此同步化的启动可与上述类似地由于UV激光二极管的瞬时取向借助控制装置420选择可见的类似矩阵地布置的多个顺序产生的光束。通过这样受控制地选择对应于UV激光二极管411的瞬时取向产生的光束，会得到希望的投影光束的照明设定。

其中一投影周期具有一至少对应于扫描装置426、428的完整摆动周期的最小公倍数的持续时间。通过借助控制装置420的相应同步化的控制，可利用投影光源410在一个这样的投影周期中同样产生前面参考根据照图3实施方式说明的照明设定。

作为UV激光二极管的替代方案，按照本发明的实施形式，也可采用其它的必要时通过光导体被引导的光源，例如多倍频固体激光器。此处，可以是三倍频率或四倍频率的Nd:YAG(钕:钇铝石榴石)激光器，所述激光器具有一Q开关或是锁模的。

已知也可采用微透镜阵列以进行照明光均匀化，以代替上述玻璃棒。

单独光源也可布置成一蜂窝状结构或一环形结构，以得到一较好的组装密度。

在图10中示出一种作为按照本发明的光学装置的另一实施例的装置，如该装置同样在微平版印刷中在制造半导体构件时为了检查所制造的晶片所使用的那样。它包括一个产生一由多个单独光束组成的照明光束512的二极管阵列510作为照明源。一透镜504将所述照明光束512联结在一起均匀化作用的玻璃棒505中。从玻璃棒505射出的光借助两个其间布置有一光阑582的聚光透镜580、581而平行化。光通过一反射镜583和一部分可透射的镜584并通过一显微物镜585到达待检查并因而待照明的晶片586上。

从晶片586出来的光沿相反方向穿过显微物镜585并借助部分可透射的镜584离开照明光的光径。然后，光借助一透镜587在一CCD阵列588上成像。然后可对由此产生的图像进行视觉评估或自动评估。

在相应地控制单独的二极管时通过用二极管阵列510作为照明光源可再次非常快速地改变照明设定，并使照明设定适应所观察的晶片586上的不同的分辨结构。

Claims

1.具有一照明光源的光学装置，所述照明光源产生一由多个单束矩阵状地二维地组合成的用于照明一物体的照明光束，其特征在于，设有一用于这样选择性地产生单束(112)的控制装置(220；320；420)，以便可通过分别选出的单束(112)预先规定照明光束(107)的形状。

2.如权利要求1的装置，其特征为，设有多个矩阵状布置的单独光源(111；211)，可分别这样地控制所述单独光源，以使其发射一单束(112)，其中受控制的光源(111；211)的单束(112)的总体构成照明光束(107)。

3.如权利要求2的装置，其特征为，设有多个单独光源(111；211)，尤其是超过225个，最好超过500个单独光源(111)。

4.如权利要求1的装置，其特征为，设有多个沿一第一方向行式地布置的单独光源(311)和一扫描装置(323)，所述扫描装置用于在照明周期中沿一与第一方向和单束的照射方向垂直的第二方向有控制地使单束偏转，以产生照明光束。

5.如权利要求1的装置，其特征为，设有一发射一光束的单独光源(411)和一扫描装置(426；428)，所述扫描装置用于在照明周期中沿两个互相垂直并垂直于单独光源(411)的照射方向的方向有控制地(420)使光束偏转，以产生照明光束。

6.如前述权利要求之一的装置，其特征为，设有至少一个一激光二极管形式的单独光源(111；211；311、411)。

7.如权利要求1至5之一的装置，其特征为，设有一个一倍频固体激光器形式的单独光源。

8.如前述权利要求之一的装置，其特征为，该装置是一个投影曝光装置。

9.如权利要求1至7之一的装置，其特征为，该装置是一用于晶片检查的装置的部分。

10.特别是用于微平版印刷的用一产生一投影光束的投影光源产生一原件的图像的投影曝光装置，包括一布置在投影光源与原件之间的用于形成投影光束的照明光学装置和一布置在原件与图像之间的投影光学装置，其特征为，按照权利要求1至7之一设计投影光源(110；210；310；410)，并将所述投影光源布置在照明光学装置的光瞳平面附近或之中。

11.如权利要求10的投影曝光装置，其特征为，设有一布置在投影光源(110)后面的用于投影光束(107)的强度分布的均匀化装置(105)。

12.如权利要求11的投影曝光装置，其特征为，所述均匀化装置由一玻璃棒(105)形成。

13.如权利要求11的投影曝光装置，其特征为，所述均匀化装置由一微透镜阵列形成。

14.如权利要求10至13之一的投影曝光装置，其特征为，设有一布置在投影光源(110)后面的用于使投影光源(110)的频谱发射的带宽变狭的滤光器(132)。