TW201329645A

TW201329645A - 微影投射曝光裝置之投射物鏡

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Publication number: TW201329645A
Application number: TW101135498A
Authority: TW
Inventors: Johannes Zellner; Boris Bittner; Norbert Wabra; Martin Von Hodenberg; Sonja Schneider; Ricarda Schneider; Arne Schob; Guenter Rudolph; Alexander Gratzke; Bryce Anton Moffat
Original assignee: Zeiss Carl Smt Gmbh
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-07-16
Also published as: KR20140089356A; US20140185024A1; JP2014529194A; KR101693950B1; JP5863974B2; TWI506382B; US9372411B2; WO2013044936A1

Abstract

一種屬於微影投射曝光裝置之投射物鏡包含：一波前校正器件(42)，其包含一折射光學元件(44；44a、44b)，該折射光學元件具有投射光從中通過的兩個對置光學表面(46、48)；及一周圍邊緣表面(50)，其在兩個光學表面(46、48)之間延伸。第一及第二光學系統(OS1、OS2)經組態將第一及第二加熱光(HL1、HL2)引向邊緣表面(50)的不同部分，致使第一及第二加熱光的至少一部分進入折射光學元件(44；44a、44b)。因局部吸收加熱光(HL1、HL2)引起的溫度分布導致折射光學元件(44；44a、44b)內部校正波前誤差的折射率分布。至少第一光學系統(OS1)包含一聚焦光學元件(55)，其將第一加熱光聚焦於焦點區(56)，致使自焦點區(56)發出的第一加熱光撞擊在邊緣表面(50)上。

Description

微影投射曝光裝置之投射物鏡

本發明一般有關一種微影投射曝光裝置之投射物鏡，及尤其有關包含波前校正器件(wavefront correction device)之此物鏡，在波前校正器件中將不同於投射光的加熱光引向(direct)折射光學元件的邊緣表面(rim surface)。

微影技術(又稱為光微影或簡稱為微影)是一種製造積體電路、液晶顯示器及其他微結構化器件的技術。結合蝕刻製程，微影技術製程係用以在基板(例如矽晶圓)上已形成之薄膜堆疊中來圖案化特徵。在每一層的製造中，首先以光阻塗布晶圓，光阻是一種對諸如深紫外(deep ultraviolet，DUV)光、真空紫外(vacuum ultraviolet，VUV)光或極紫外(extreme ultraviolet，EUV)光之輻射敏感的材料。接著，使頂部具有光阻的晶圓在投射曝光裝置中透過遮罩(mask)曝光於投射光。遮罩包含要投射於光阻上的電路圖案。在曝光之後，顯影光阻以產生對應於遮罩中所含電路圖案的影像。然後，蝕刻製程使電路圖案轉印至晶圓上的薄膜堆疊中。最後，移除光阻。以不同遮罩重複此製程將形成多層的微結構化組件。

投射曝光裝置通常包括：照射系統、對準遮罩的遮罩對準台、投射物鏡及對準塗有光阻之晶圓的晶圓對準台。照射系統照射遮罩上具有例如矩形狹縫或狹窄環形段的場。

在目前的投射曝光裝置中，分成兩種不同類型的裝置。在一個類型中，一次將整個遮罩圖案曝光於晶圓上的目標部分，即可照射每個目標部分；此種裝置一般稱為晶圓步進機(wafer stepper)。在另一個類型的裝置中，一般稱為步進掃描式裝置(step-and-scan apparatus)或簡稱為掃描器，在投射光束下在給定參考方向中漸進式掃描遮罩圖案，同時與此方向平行或反平行地同步掃描基板，即可照射每個目標部分。晶圓速度與遮罩速度的比值等於投射透鏡的放大率β。放大率的代表值為β=±1/4。

應明白，術語「遮罩」(或光罩(reticle))廣義上應解釋為圖案化部件(patterning means)。一般使用的遮罩包含透射或反射的圖案且可以屬於例如二元交替相移(phase-shift)、衰減相移或各種混合遮罩類型。

在投射曝光裝置的發展中，一個重要的目標是能夠在晶圓上以微影方式產生尺寸越來越小的結構。較小結構導致較高的積體密度，這對於借助此裝置產生之微結構化組件的性能一般具有有利的影響。此外，在單一晶圓上能產生的器件越多，裝置的產量就越高。

可產生之結構的大小主要取決於所使用之投射物鏡的解析度(resolution)。由於投射物鏡的解析度與投射光的波長成反比，增加解析度的一個方法是使用波長越來越短的投射光。目前使用的最短波長有248 nm、193 nm或157 nm，且因此落在深紫外光或真空紫外光的光譜範圍中。使用波長約13 nm之EUV光的裝置同時也已經上市。未來裝置將可能使用波長如6.9 nm之低的EUV光。

另一個增加解析度的方法所根據的概念是將高折射率的浸入液體引入浸入空隙中，在投射物鏡影像側上的最後一個透鏡及要曝光的光阻或另一感光表面(photosensitive surface)之間維持此浸入空隙。針對浸入操作設計且因而又稱為「浸入物鏡」的投射物鏡可達到1以上的數值孔徑(numerical aperture)，例如，1.3或甚至更高。

影像誤差(image error)(即，像差(aberration))的校正(correction)對具有極高解析度的投射物鏡變得越來越重要。不同類型的影像誤差通常需要不同的校正措施。

旋轉對稱影像誤差的校正相當簡單。如果投射物鏡出射光瞳(exit pupil)中的波前誤差(wavefront error)為旋轉對稱，則稱影像誤差為旋轉對稱。術語「波前誤差」是指一個波與理想無像差之波的偏差。例如，沿著光軸移動個別光學元件，可至少局部校正旋轉對稱影像誤差。

校正那些不是旋轉對稱的影像誤差比較困難。此類影像誤差例如因透鏡及其他光學元件旋轉非對稱加熱而發生。此類型的一個影像誤差是像散(astigmatism)。

旋轉非對稱影像誤差的一個主要原因是遮罩的旋轉非對稱(尤其是狹縫形)照射，如掃描器類型的投射曝光裝置中所常見。狹縫形照射場引起配置在場平面(field plane)附近的這些光學元件不均勻的加熱。此加熱導致光學元件變形，及在透鏡及其他折射型元件的情況中，導致折射率變更(change)。如果使折射光學元件的材料重複曝光於高能投射光之下，還可觀察到永久的材料變更。例如，曝光於投射光的材料有時發生緊縮(compaction)，及此緊縮導致折射率的局部及永久變更。在反射鏡的情況中，高局部光強度可損壞多層反射塗層，使得反射比(reflectance)局部更改。

熱致變形(heat induced deformation)、折射率變更及塗層損壞更改光學元件的光學性質，因而造成影像誤差。熱致影像誤差有時具有雙重對稱性(twofold symmetry)。然而，在投射物鏡中亦常常觀察到具有其他對稱性(例如，三重或五重)的影像誤差。

旋轉非對稱影像誤差的另一個主要原因是特定非對稱照射設定(illumination setting)，其中照射系統的光瞳平面(pupil plane)以旋轉非對稱方式照射。此類設定的重要實例是雙極設定(dipole setting)，其中在光瞳平面中僅照射兩個極。在此雙極設定下，還有投射物鏡中的光瞳平面包含兩個強烈照射區。因此，配置在此物鏡光瞳平面中或其附近的透鏡或反射鏡曝露於旋轉非對稱強度分布，因而引起旋轉非對稱影像誤差。四極設定通常也會產生旋轉非對稱影像誤差，但其程度不像雙極設定那麼嚴重。

為了校正旋轉非對稱影像誤差，US 6,338,823 B1提出一種透鏡，其可借助沿著透鏡周圍分布的複數個致動器(actuator)選擇性變形。決定透鏡的變形致使至少局部校正熱致影像誤差。此校正器件的更複雜類型揭示於US 2010/0128367 A1。

US 7,830,611 B2揭示一種類似的校正器件。在此器件中，可變形平板的一個表面接觸折射率相匹配的液體。如果平板變形，鄰近液體的表面變形事實上沒有任何光學效應。因此，此器件得以從僅一個光學表面而非兩個光學表面的變形獲得校正作用。因此，校正效應的局部補償，如同兩個表面同時變形時所觀察到的，是被防止的。

然而，借助致動器使光學元件變形亦具有一些缺點。如果將致動器配置在平板或透鏡周圍，則可借助致動器僅產生種類有限的變形。這是因為致動器的數目且還有配置均為固定之故。尤其，通常很難或甚至不可能產生可由較高階Zernike多項式(諸如Z₁₀、Z₃₆、Z₄₀或Z₆₄)描述的變形。上述US 7,830,611 B2亦提出將透明致動器直接放在光學元件的光學表面上。然而，很難降低由透明致動器造成的散射損失(scattering loss)。

US 2010/0201958 A1及US 2009/0257032 A1揭示一種亦包含兩個透明光學元件的校正器件，兩個透明光學元件利用液體層彼此分開。然而，與上述US 7,830,611 B2中說明的器件相比，並非藉由使光學元件變形，而是藉由局部變更其折射率，對傳播通過光學元件的光進行波前校正。為此目的，一個光學元件可設有在整個表面上延伸的加熱條。該液體確保使光學元件的平均溫度保持恆定。雖然可充分校正甚至更高階的波前誤差，但此器件具有複雜的結構且因此比較昂貴。

未公開的國際專利申請案PCT/EP2010/001900揭示一種校正器件，其中自出口孔發出的複數個流體流進入投射光在投射曝光裝置操作期間從中傳播的空間。溫度控制器對於每個流體流個別地設定流體流的溫度。決定溫度分布致使由溫度分布所引起的光學路徑長度差校正波前誤差。

另一個處理熱致影像誤差且有時比較簡單的方法是不校正在複數個光學元件中產生的誤差，而是完全避免發生此類誤差。這通常涉及局部選擇性加熱或冷卻光學元件，使得這些光學元件的溫度分布變得至少實質上對稱。然後可以比較簡單的做法，例如，使光學元件沿著光軸位移，校正旋轉對稱類型的任何殘餘熱致影像誤差。

例如，如從US 6,781,668 B2中已知，將熱氣體或冷卻氣體引向光學元件，可另外使元件加熱或冷卻。然而，很難以氣流精確地控制光學元件的溫度分布。

因此已提出將光束引向光學元件的選定部分上，以達成光學元件上或光學元件中的至少實質上旋轉對稱溫度分布。通常由發射波長不同於投射光之波長之輻射的獨立光源產生光束。決定此額外光源的波長致使校正光不會促成光阻的曝光，但仍為光學元件或塗覆於光學元件上的一層至少局部吸收。

EP 823 662 A2說明一種此類型的校正系統，其中提供兩個額外光源照射遮罩之圍繞投射光所照射之(通常以狹縫形成)場的部分。因此在場平面附近的所有光學元件均遭受三種不同的光束，其幾乎以旋轉對稱的方式使光學元件加熱。在其他具體實施例中，將額外校正光耦合至投射曝光裝置在光瞳平面中或接近光瞳平面的照射系統中。由於取決於照射設定，在投射操作期間通常不照射光瞳平面的中心，耦合至此中心的光對配置在投射物鏡光瞳平面中或接近光瞳平面的光學元件促成更均質的照射。

US 7,817,249 B2揭示一種同時將加熱光引向兩個對置透鏡表面之選定部分上的器件。在一具體實施例中，由加熱光源產生的加熱光利用空間光調變器(spatial light modulator)分布在八個光纖當中。與每個光纖相關聯的聚焦光學器件將光纖發射的加熱光引向透鏡表面的選定部分。

US 2005/0018269 A1說明一種類似的校正器件，其得以使用在要加熱的部分上掃描的光線，加熱選定光學元件的特定部分。此器件亦可配置在投射物鏡內並得以選擇性增加溫度，使得可達成幾乎完美旋轉對稱的溫度分布。

如果將校正器件配置在投射物鏡內部，通常將限制其接近光學元件，且即使可將加熱光引向光學元件上的所有點上，加熱光通常以極大的入射角撞擊(impinge)在光學表面上。結果，有一大部分的光能在表面處反射，因而無法促成元件的加熱。

在上述US 2005/0018269 A1中說明之一具體實施例中，此問題之所以解決係因為在校正光撞擊在將被加熱的光學元件上之前，校正光在不被實質吸收的情況下通過複數個光學元件。這可藉由以下方式來達成：選擇光學元件的材料，使其一方面對於校正光及另一方面對投射光具有不同的吸收係數。然而，要用在撞擊在光學表面上之前通過複數個其他透鏡的掃描光線到達光學表面上所有相關的點還是很難。

US 2010/0231883 A1藉由提供包括次要照射系統(產生校正光在參考表面(reference surface)中的強度分布)的校正器件克服此問題。使用投射物鏡的至少一部分，將此參考表面成像在配置折射光學元件的平面上。校正光及投射光均從中通過的所有透鏡所製成的透鏡材料，與折射光學元件的材料相較，具有對於校正光較低的吸收係數。

US 6,504,597 B2提出一種校正器件，其中將加熱光經由選定光學元件外圍邊緣表面(即，周圍)耦合至該選定光學元件中。可使用光纖將單一光源產生的加熱光引向沿著光學元件外圍分布的各種位置。其中還提到此器件不僅可用於均質化光學元件的溫度分布，且亦可校正在其他光學元件中引起的波前誤差。雖然此器件得以亦加熱密集堆疊的光學元件，但僅能夠產生稍微粗略的溫度分布。因為僅極少及強烈發散的加熱光束可耦合至光學元件中，故無法取得更複雜的溫度分布。

因此需要一種校正器件能夠也校正較高階波前誤差，卻仍具有簡單的構造。此外，還應避免散射及其他與配置在投射光從中通過的區域中的元件(如，液體通道、電配線或致動器)相關聯的問題。

根據本發明，利用微影投射曝光裝置的投射物鏡解決此問題，其中投射物鏡經組態以使用投射光將遮罩成像於感光表面(light sensitive surface)上。投射物鏡包含波前校正器件，其包括具有兩個對置光學表面的折射光學元件，在將遮罩成像於感光表面上時，投射光通過該兩個對置光學表面。折射光學元件亦具有在兩個光學表面之間延伸的周圍邊緣表面(circumferential rim surface)。校正器件另外包含：第一光學系統，其經組態以將第一加熱光引向邊緣表面的第一部分，致使第一加熱光的至少一部分進入折射光學元件；及第二光學系統，其經組態以將第二加熱光引向邊緣表面不同於第一部分的第二部分，致使第二加熱光的至少一部分進入折射光學元件。局部吸收第一及第二加熱光引起的溫度分布導致折射光學元件內部的折射率分布，其變更及尤其校正波前誤差。至少第一光學系統包含一聚焦光學元件，其經組態可將第一加熱光聚焦於焦點區中，致使自焦點區發出的第一加熱光撞擊在邊緣表面的第一部分上。

由於本發明使用加熱光而非電線或液體在折射光學元件內部產生溫度分布，因此使折射光學元件保持沒有任何元件可妨礙投射光傳播通過折射光學元件。由於加熱光經由折射光學元件的周圍邊緣表面耦合至折射光學元件，因此可達成較小入射角及可在邊緣表面處塗覆特殊的抗反射塗層，使得加熱光的主要部分能夠進入折射光學元件。

為了也可以產生複雜的折射率分布，必須提供可個別調整其強度(至少時間平均值的強度)的大量加熱光束。個別加熱光束的數量越大，在折射光學元件中內反射或散射的加熱光就越可能找到返回光源的路。然而，如果所發射光被反射回到光源，將明顯損及許多合適類型之光源(例如，雷射、雷射二極體或LED)的操作及穩定性。這甚至可導致光源損壞或完全故障。

為了防止所發射之加熱光的一大部分被反射至光源中，根據本發明的校正器件提供一聚焦光學元件，使得進入折射光學元件的加熱光自焦點區發出。此舉確保僅允許通過焦點區的光可以回到光源。由於散射或內反射的加熱光通常無法離開折射光學元件使其通過焦點區，因此非常有效地保護光源不受反射加熱光的影響。

提供焦點區有效地導致點光源或線光源具有良好定義的光學性質。這些有效光源可配置非常接近折射光學元件，使得校正器件及投射物鏡的所需體積可保持比較小。此外，自此點光源或線光源發出的加熱光產生加熱光束的扇區(fan)。如果兩個、三個或稍微更多個此類扇區在折射光學元件中重疊，則可以加熱光束良好覆蓋折射光學元件的中央部分。

如果以圓柱形邊緣表面準直(collimate)原本發散的扇區，或更一般的情況是，如果邊緣表面的至少第一部分在一平面中為凸面(此平面在配置折射光學元件的位置處垂直於投射物鏡之光軸)，亦達成良好覆蓋。甚至可達成至少第一加熱光在進入折射光學元件後，作為準直光(collimated light)而傳播通過折射光學元件。這通常很有利，因其確保加熱光束在折射光學元件之中央部分的均質覆蓋(homogenous coverage)。

如果至少第一光學系統包含具有孔徑的擋板(blind)且焦點區定位於該孔徑中，更可改良保護光源不受反射或散射加熱光的影響。於是，並非聚焦元件(或嚴格地說，應為其邊緣或底座(mount))而是擋板，阻擋反射或散射的加熱光。

至少邊緣表面之第一加熱光進入的第一部分可在與此部分相交的平面中彎曲(curved)，且此平面在配置折射光學元件之位置處包含投射物鏡之光軸。邊緣表面因而在該平面中具有光功率(optical power)，其可用以例如準直在該平面中的加熱光。尤其邊緣表面可包含環面(toroidal surface)；在此例中，折射光學元件可例如具有桶狀。邊緣表面亦可以複數個平坦表面構成，導致折射光學元件的矩形或多邊形橫截面。

折射光學元件的光學表面可為平面且彼此平行。在此例中，折射光學元件為平板(plate)。如果折射光學元件具有一個或兩個彎曲光學表面，則其亦對於投射光具有光功率。

校正器件可包含：光源，其經組態以發射加熱光；及分光器(beam splitter)，其將光源發射的加熱光分成第一加熱光及第二加熱光。換句話說，使用單一光源供應加熱光給多個用於將加熱光引向折射光學元件之邊緣表面的光學系統。在此類具體實施例中，可使用雷射作為光源。

亦設想提供個別光源給第一、第二及任何其他光學系統。因此，第一光學系統包含單一第一光源，其經組態以產生第一加熱光；及第二光學系統包含單一第二光源，其經組態以產生第二加熱光。

無論光學系統具有其自己的光源或共用共同光源，有利的是至少第一光學系統包含空間光調變器，其經組態以空間解析的方式(spatially resolved manner)變更(較佳連續地變更)第一加熱光的強度，以產生複數個第一加熱光束，其強度可由空間光調變器個別地變更。藉由將第一加熱光分成複數個第一加熱光束，不僅可以產生等於光學系統數量的光束數量，且可以使此數量大幅倍增。例如，如果空間光調變器產生10、100或甚至1000個個別加熱光束，則包含三個光學系統的校正器件可分別產生30、300或3000個沿著不同方向通過折射光學元件的個別加熱光束。於是也可產生非常複雜的折射率分布。

在一具體實施例中，空間光調變器包含光束偏差元件(beam deviating element)的陣列，其中每個光束偏差元件經組態藉由回應於控制信號而變化的偏轉角(deflection angle)，以偏轉撞擊的第一加熱光。可利用可傾斜微反射鏡(tiltable micromirror)或運用聲光效應(opto-acoustic effect)的透射元件形成此類光束偏差元件。

在另一具體實施例中，空間光調變器包含具有複數個孔徑的可變擋板，該等孔徑的大小及/或透射率(transmissivity)可個別地回應於控制信號而變更。

在又一具體實施例中，空間光調變器包含反射表面及經組態以變更反射表面之空間定向(spatial orientation)的驅動器(driver)。在此例中，複數個第一加熱光束並非同時產生，而是以某種掃描配置相繼產生。

代替提供單一光源及空間光調變器，亦可具有包含複數個第一光源的第一光學系統，其中每個第一光源經組態以產生第一加熱光束。

至少一個第一光源可以是具有可個別改變之強度的LED。

至少一個第一光源可以是雷射二極體(laser diode)。於是，第一光學系統可包含光調變器，其經組態以個別變更第一光源發射之第一加熱光束的強度。

至少第一光學系統可包含反射表面，在第一加熱光橫越折射光學元件後，反射第一加熱光。反射表面可由塗覆至邊緣表面的多層塗層(multi-layer coating)、塗覆至基板(其配置與折射光學元件相距某個距離)上的多層塗層、或棱鏡(prism)表面而形成。藉由將加熱光引回折射光學元件，可以減少光損失(light loss)及因此增加器件效率。

為了避免在反射表面反射的加熱光回到光源，可配置此反射表面致使反射光的方向與撞擊光的方向不同。這例如可藉由使用彎曲反射表面或稍微傾斜使得加熱光不會垂直地撞擊在平坦反射表面上的平坦表面來達成。

反射光的方向可與撞擊光的方向相差極小的角度，例如，在0.05°及5°之間的角度。

第一光學系統可包含光束偏差元件，其經組態以偏轉第一加熱光，致使聚焦光學元件完全配置在折射光學元件的邊緣表面之上或之下。這可意指加熱光在進入光偏差元件時傳播的平面是平行於加熱光傳播通過折射光學元件的平面。例如，光束偏差元件可由斜面與光軸形成45°角的棱鏡形成。如果折射光學元件的邊緣表面為錐角45°的圓錐形，則加熱光的傳播路徑可使用全內反射(total internal reflection)以90°摺疊兩次，以達成傳播路徑的軸向位移。

在配置折射光學元件之位置處垂直於投射物鏡之光軸的平面中，聚焦元件及折射光學元件均可具有正透鏡(及尤其圓柱形透鏡)的光學效應。折射光學元件因此是兩個光學系統(即，投射光從中通過的投射物鏡及加熱光從中通過之校正器件)的一部分。

在此例中，聚焦元件的體積可以比折射光學元件的體積小很多，例如，小至少100倍，較佳小至少300倍。

第一加熱光可在第一平面中傳播及第二加熱光可在第二平面中傳播，其中第一平面及第二平面可為相同或彼此平行。這些平面亦可使用其他配置，例如，其中這兩個平面可相交或不相交的傾斜配置。

取決於聚焦光學元件在僅一個或兩個正交方向中具有聚焦功率(focusing power)，焦點區將分別為焦點(focal point)或焦線(focal line)。如果聚焦元件僅沿著一個方向具有聚焦功率，則其可由圓柱形透鏡或圓柱形反射鏡形成。

第一加熱光及第二加熱光在折射光學元件中一般應該比投射光被更強烈地吸收。唯有此時，大量能量將在折射光學元件中被吸收，以達成所要的溫度分布。

例如，第一加熱光及第二加熱光可具有0.7 μm及3 μm之間的中心波長(center wavelength)，及投射光可具有150 nm及500 nm之間的中心波長。如果折射光學元件使用包含大量OH分子的光學玻璃，則此第一及第二加熱光將比投射光被更強烈地吸收。這對於第一加熱光及第二加熱光具有1.3 μm及1.5 μm之間、2.0 μm及2.3 μm之間或2.6 μm及2.8 μm之間的中心波長更是如此。在此例中，折射光學元件可包含OH分子濃度在50 ppm及500 ppm之間、及較佳在90 ppm及150 ppm之間的光學玻璃。

OH分子的局部密度(local density)與光學玻璃對於投射光(尤其波長為193 nm或248 nm的光)的折射率直接相關。如果OH分子的密度不夠均質，則在決定第一及第二加熱光的強度時可考慮其變動(fluctuation)。

第一加熱光及第二加熱光一般可具有不同的中心波長，但通常較佳使用具有相同中心波長的第一及第二加熱光。

一般將決定在折射光學元件內部因局部吸收第一及第二加熱光所產生的折射率分布，致使至少局部校正波前誤差。波前誤差的校正通常是指減少用以描述波前誤差之Zernike係數的均方根(RMS)。然而，在一些情況中，最好不要減少RMS，而是變更波前誤差，致使可更容易地以投射物鏡中設置的其他操縱器或校正構件校正波前誤差。波前誤差之此變更有時可導致甚至更大的RMS，但卻有益於能夠以其他構件進一步減少波前誤差。例如，導致較小RMS的高度非對稱波前誤差可轉變成旋轉對稱波前誤差，其導致更大的RMS，但可容易地以其他操縱器進行校正。

在一具體實施例中，第一光學系統包含第一光偵測器，其經組態以測量第一加熱光束在離開折射光學元件後的輻照變化(irradiance variation)。同樣地，第二光學系統包含第二光偵測器，其經組態以測量第二加熱光束在離開折射光學元件後的輻照變化。這得以監控產生第一及第二加熱光束之光源的適當功能。

在此例中，投射物鏡亦可包含控制單元，其經組態以取決於第一及第二偵測器測量的輻照變化，控制第一光學系統及第二光學系統。這得以更精確地在折射光學元件內部產生所要的溫度分布。

在另一具體實施例中，至少第一光學系統包含一光纖，其經組態以將配置在投射物鏡外部之第一光源的第一加熱光引導(guide)至聚焦光學元件。此將第一光源配置在投射物鏡外部是有利的，因為此時可在不必拆卸投射物鏡的情況下更換有缺陷的光源。

在又另一具體實施例中，校正器件投射物鏡包含冷卻系統，其經組態以主動冷卻折射光學元件。這得以維持中立熱平衡及迅速變更折射光學元件內部的溫度分布。

本發明的主題亦是微影投射曝光裝置的投射物鏡，其中投射物鏡經組態以使用投射光將遮罩成像於感光表面上。投射物鏡包含波前校正器件，其包含具有兩個對置光學表面的折射光學元件，在將遮罩成像於感光表面上時，投射光通過該兩個對置光學表面。周圍邊緣表面在兩個光學表面之間延伸。波前校正器件另外包含光源，其經組態以發射加熱光，致使其撞擊在邊緣表面上。以液體、固體或液體及固體的混合物(諸如凝膠(gel)或糊狀物(paste))的光學介質填充折射光學元件及光源所局限的體積。光學介質較佳具有與折射光學元件類似的折射率。尤其，光學介質及折射光學元件在22℃的折射率比值可在0.80及1.1之間。

例如，藉由使用可以光學膠(optical adhesive)形成的此種光學介質，抑制或至少顯著減少邊緣表面的折射。這尤其在邊緣表面是圓柱形時，簡化了加熱光至折射光學元件的耦合。例如，包含複數個LED或雷射二極體的直線條可因而發射平行加熱光束，且在加熱光進入折射光學元件後維持這些加熱光束的準直性質。

本發明的主題亦是微影投射曝光裝置的投射物鏡，其中投射物鏡經組態以使用投射光將遮罩成像於感光表面上。投射物鏡包含波前校正器件，其包含具有兩個對置光學表面的折射光學元件，在將遮罩成像於感光表面上時，投射光通過該兩個對置光學表面。周圍邊緣表面在兩個光學表面之間延伸。波前校正器件另外包含光源，其經組態以發射加熱光，致使其撞擊在邊緣表面上。將加熱光所撞擊之邊緣表面的一部分形成為至少沿著一個方向具有折射功率的菲涅耳透鏡(Fresnel lens)。

此做法亦簡化了加熱光至折射光學元件的耦合。對比於直接在邊緣表面上形成的習用透鏡，菲涅耳透鏡得以達成顯著較強的光功率。

本發明的主題亦是微影投射曝光裝置的投射物鏡，其中投射物鏡經組態以使用投射光將遮罩成像於感光表面上。投射物鏡包含波前校正器件，其包含具有兩個對置光學表面的折射光學元件，在將遮罩成像於感光表面上時，投射光通過該兩個對置光學表面。周圍邊緣表面在兩個光學表面之間延伸。波前校正器件另外包含光源，其經組態以發射加熱光，致使其撞擊在邊緣表面上。折射光學元件具有鑽孔(bore)、孔洞(hole)或凹處(recess)，其中配置光源致使加熱光垂直進入折射光學元件。

此做法確保在邊緣表面處的最小光損失，且甚至可以省去塗覆抗反射塗層。其亦得以使用經組態以在至少40°的角範圍中發射加熱光束的光源。

本發明的主題亦是微影投射曝光裝置的投射物鏡，其中投射物鏡經組態以使用投射光將遮罩成像於感光表面上。投射物鏡包含波前校正器件，其包含具有兩個對置光學表面的折射光學元件，在將遮罩成像於感光表面上時，投射光通過該兩個對置光學表面。周圍邊緣表面在兩個光學表面之間延伸。波前校正器件另外包含光源，其經組態以發射加熱光，致使其撞擊在邊緣表面上。校正器件另外包含空間光調變器，其經組態以將光源產生的加熱光引向邊緣表面的不同部分。

提供空間光調變器得以免除提供大量的個別光源，諸如LED或雷射二極體。相反地，僅使用一個或極少的較強光源，且接著借助空間光調變器將加熱光分成個別加熱光束。這涵蓋其中不是以空間光調變器同時產生各種加熱光束，而是例如使用掃描裝設(scarning set-up)相繼產生各種加熱光束的情況。在此例中，空間光調變器可包含反射表面及經組態以變更反射表面之空間定向的驅動器。

本發明的主題亦是微影投射曝光裝置的投射物鏡，其中投射物鏡經組態以使用投射光將遮罩成像於感光表面上。投射物鏡包含波前校正器件，其包含具有兩個對置光學表面的折射光學元件，在將遮罩成像於感光表面上時，投射光通過該兩個對置光學表面。周圍邊緣表面在兩個光學表面之間延伸。波前校正器件另外包含光源，其經組態以發射加熱光，致使其撞擊在邊緣表面上。反射表面反射橫越折射光學元件的加熱光至少70%，使得其再次橫越折射光學元件。

以此方式，更多加熱光將由折射光學元件吸收，及因此增加波前校正器件的效率。

可將反射表面形成為邊緣表面上的反射塗層，或可將其配置在折射光學元件外部。

【定義】

術語「光」代表任何電磁輻射，尤其是可見光、UV、DUV及VUV光。

本文使用術語「光線(light ray)」代表其傳播路徑可以線條描述的光。

本文使用術語「光束(light beam)」代表複數個實質上準直的光線。光束在其直徑上通常具有實質上連續的強度輪廓。

本文使用術語「表面」代表三維空間中的任何平面或彎曲表面。表面可以是主體的一部分或可與主體完全分開。

本文使用術語「光學共軛(optically conjugate)」代表在兩個點或兩個表面之間的成像關係(imaging relationship)。成像關係是指自一點發出的光束會聚於光學共軛點。

本文使用術語「場平面」代表與遮罩平面光學共軛的平面。

本文使用術語「光瞳平面」代表通過遮罩平面或另一場平面中不同點的邊緣光線(marginal ray)相交的平面。如本技術中所常見，如果「光瞳平面」事實上在數學意義上並非平面，而是有點彎曲，亦使用術語「光瞳平面」，所以嚴格來講，「光瞳平面」應稱為「光瞳表面」。

使用術語「光功率」代表光學元件對光具有發散或會聚效應的能力。具有正光功率的光學元件因此具有會聚效應，及具有負光功率的光學元件具有發散光學效應。具有光功率的光學元件可以屬於折射、反射或繞射類型。

10‧‧‧投射曝光裝置

12‧‧‧照射系統

14‧‧‧照射場

16‧‧‧遮罩

18‧‧‧圖案

18'‧‧‧縮小影像

19‧‧‧特徵

20‧‧‧投射物鏡

22‧‧‧感光層

24‧‧‧基板

26‧‧‧遮罩平台

28‧‧‧物體平面

30‧‧‧影像平面

32‧‧‧晶圓平台

34‧‧‧中間影像平面

36‧‧‧第一光瞳平面

38‧‧‧第二光瞳平面

40‧‧‧光線

42‧‧‧校正器件

42a、42b‧‧‧校正器件

44‧‧‧折射光學元件

44a、44b‧‧‧折射光學元件

46‧‧‧第一光學表面

48‧‧‧第二光學表面

50‧‧‧周圍邊緣表面

52‧‧‧控制單元

54‧‧‧第一光源

55‧‧‧圓柱形透鏡

55'‧‧‧圓柱形透鏡

56‧‧‧焦線

56'‧‧‧焦線

57‧‧‧吸收器平板

58‧‧‧擋板

59‧‧‧安裝點

60‧‧‧中央部分

62‧‧‧LED

64‧‧‧反射鏡

66‧‧‧反射表面

68‧‧‧箭頭

70‧‧‧反射的加熱光束

72‧‧‧分光器

74‧‧‧空間光調變器

76‧‧‧可傾斜反射鏡

76'‧‧‧反射鏡

78‧‧‧吸收器

80‧‧‧擋板

82‧‧‧孔徑

84‧‧‧光閘元件

86‧‧‧反射表面

88‧‧‧多邊形反射鏡

90‧‧‧旋轉軸

92‧‧‧驅動器

94‧‧‧底座結構

96‧‧‧腹板

98‧‧‧光偏差元件/光束偏差元件

100‧‧‧表面/斜面

101‧‧‧條/光源

102‧‧‧第二條

103‧‧‧條

104‧‧‧光學膠(圖13)/調(圖15)

105-115‧‧‧條

119、121‧‧‧圓柱形凹處

120、122‧‧‧鑽孔

124‧‧‧菲涅耳透鏡

126‧‧‧出射窗

128‧‧‧間隙

130‧‧‧LED封裝

131‧‧‧輸出光纖束

132‧‧‧多纖連接器

134‧‧‧輸入光纖束

136‧‧‧輸出光學器件

140‧‧‧偵測器

144‧‧‧耦合光學器件

146‧‧‧光二極體

148‧‧‧控制單元

150‧‧‧總系統控制

160‧‧‧冷卻系統

162a、162b‧‧‧玻璃平板

164‧‧‧通道

166‧‧‧進氣口

168‧‧‧出氣口

170‧‧‧表面

172‧‧‧金屬絲網

A1、A2‧‧‧箭頭

HL1-HL3‧‧‧加熱光

HLB1-HLB3‧‧‧加熱光束

L1-L4‧‧‧透鏡

LS‧‧‧光源

OA‧‧‧光軸

OS1‧‧‧第一光學系統

OS2‧‧‧第二光學系統

OS3‧‧‧第三光學系統

PL‧‧‧投射光

R‧‧‧單一發散射線

參考結合附圖的詳細說明，即可明白本發明各種特徵及優點，其中：圖1是根據本發明一具體實施例之投射曝光裝置的示意透視圖；圖2是圖1所示裝置的示意縱剖面(meridional section)；圖3是根據第一具體實施例之校正器件之XY平面的示意橫截面，該校正器件包含在屬於圖1及2所示裝置之一部分的投射物鏡中；圖4是圖3所示校正器件沿著直線IV-IV的示意橫截面；圖5是根據第二具體實施例之校正器件之XY平面的示意橫截面，該校正器件包含將加熱光反射回到折射光學元件的反射鏡；圖6是圖5所示校正器件沿著直線VI-VI的示意橫截面；圖7是折射光學元件邊緣部分之XZ平面的局部及放大橫截面；圖8是根據第三具體實施例之校正器件之XY平面的示意橫截面，該校正器件包含反射鏡陣列作為空間光調變器；圖9是根據第四具體實施例之校正器件之XY平面的示意橫截面，該校正器件包含可變擋板作為空間光調變器；圖10是圖9所示校正器件中所含可變擋板的正面圖；圖11是使用掃描器裝設作為空間光調變器之校正器件的俯視圖；圖12是其中折射光學元件及LED條浸入光學膠中之校正器件的示意橫截面；圖13是圖12所示校正器件沿著直線XIII-XIII的示意橫截面；圖14是其中使用兩個彎曲LED條作為光源之校正器件的俯視圖；圖15是類似於圖14所示器件但包含15個LED條之校正器件的俯視圖；圖16是圖15所示校正器件沿著直線XVI-XVI的示意橫截面；圖17是其中兩個強烈彎曲LED條配置在折射光學元件邊緣表面凹處之校正器件的俯視圖；圖18是其中兩個強烈彎曲LED條配置在折射光學元件中設置之鑽孔中之校正器件的俯視圖；圖19顯示包含菲涅耳透鏡之折射光學元件之邊緣部分之一部分的細節；圖20是包含複數個雷射二極體之一條的示意正面圖；圖21是根據另一具體實施例之校正器件之XY平面的示意橫截面，其中使用光纖將遠端加熱光源的加熱光傳遞至折射光學元件；圖22是根據又另一具體實施例之校正器件之YZ平面的示意橫截面，其中兩個折射光學元件為冷卻氣體通道所分開。

I.投射曝光裝置的一般構造

圖1為根據本發明之投射曝光裝置10的透視圖及簡圖。裝置10包含產生投射光的照射系統12。照射系統12照射遮罩16上的場14，遮罩16包含精細特徵19的圖案18。在此具體實施例中，照射場14具有矩形形狀。然而，亦考慮照射場14的其他形狀，例如環形段。

投射物鏡20具有光軸OA及包含複數個透鏡L1至L4，將照射場14中的圖案18成像於由基板24支撐的感光層22(例如光阻)上。可由矽晶圓形成的基板24在晶圓平台(未顯示)上致使配置成感光層22的頂面精確地定位在投射物鏡20的影像平面(image plane)中。利用在投射物鏡20之物體平面(object plane)中的遮罩平台(未顯示)定位遮罩16。由於投射物鏡具有放大率β，其中|β|1，照射場14中圖案18的縮小影像18'被投射於感光層22上。

在投射期間，遮罩16及基板24沿著對應於圖1所示Y方向的掃描方向移動。照射場14接著在遮罩16上方掃描，使得大於照射場14的圖案化區域可被持續成像。基板24與遮罩16之速度的比值等於投射物鏡20的放大率β。如果投射物鏡20不顛倒影像(β>0)，則遮罩16及基板24沿著相同方向移動，如圖1的箭頭A1及A2所示。然而，本發明亦可配合具有離軸物體場及影像場的折反射投射物鏡20使用，及亦可在步進機類型的裝置中使用，其中遮罩16及基板24在投射遮罩期間不移動。

圖2為圖1所示照射裝置10的示意縱剖面。在此縱剖面中，亦顯示：遮罩平台26，其將遮罩16支撐於投射物鏡20的物體平面28中；及晶圓平台32，其將基板24支撐於投射物鏡20的影像平面30中。

在此具體實施例中，投射物鏡20具有中間影像平面(intermediate image plane)34及配置在物體平面28及中間影像平面34之間的第一光瞳平面36。第二光瞳平面38配置在投射物鏡20的中間影像平面34及影像平面30之間。在光瞳平面36、38中，從任何場平面(即，物體平面28、中間影像平面34及影像平面30)為相同角度下而會聚或發散的所有光線通過相同點，如圖2中所示。此外，平行於光軸OA與場平面相交的所有光線，諸如虛線所示的光線40在光瞳平面36、38中與光軸OA相交。

II.校正器件

投射物鏡20包含校正波前誤差的校正器件42。校正器件42配置在第一光瞳平面36中且包括折射光學元件44，該折射光學元件在一側具有第一光學表面46及在對置側具有第二光學表面48，投射光在將遮罩16成像於感光表面22上時通過這兩個光學表面。折射光學元件44具有在兩個光學表面46、48之間延伸的周圍邊緣表面50。在此具體實施例中，折射光學元件44的光學表面46、48既平坦且彼此平行，及邊緣表面50為圓柱形。因此折射光學元件44具有平坦圓盤的形狀。

校正器件42另外包含第一光學系統OS1，其經組態以將第一加熱光HL1引向邊緣表面50的第一部分，致使第一加熱光HL1的至少一部分進入折射光學元件44。第二光學系統OS2亦經組態以將第二加熱光HL2引向邊緣表面50的不同部分，使得第二加熱光HL2的至少一部分進入折射光學元件44。校正器件42亦包含第三光學系統OS3，其僅顯示於圖3所示第一光瞳平面36中之校正器件42的橫截面中。

光學系統OS1、OS2、OS3與分別控制光學系統OS1、OS2及OS3發射加熱光HL1、HL2、HL3的控制單元52進行信號通信。

現在參考圖3及4所示校正器件42的橫截面，可以看到第一光學系統OS1包含第一光源54，其經組態以產生複數個第一加熱光束HLB1，可藉由從控制單元52供應合適的控制命令至第一光學系統OS1，個別地改變該第一加熱光束的強度。為此目的，第一光源可包含各產生一個加熱光束HLB1的複數個個別光源。或者，第一光源54可包含單一光發射器及將光發射器發射的光分成個別加熱光束的分光構件。例如，亦可使用某種掃描裝設，以單一光發射器相繼產生個別加熱光束HLB1。

第一光學系統OS1另外包含圓柱形透鏡55，其配置在光源54及折射光學元件44之間的光學路徑中。圓柱形透鏡55僅在XY平面中(即，在垂直於投射物鏡20之光軸OA的方向中)具有正光功率。由於第一加熱光束HLB1從光源54發射為平行光束，因此其會聚於配置在圓柱形透鏡55之後焦平面中的焦線56中。

自焦線56發出的第一加熱光束HLB1撞擊在折射光學元件44之邊緣表面50的一部分上。如可在圖4中看見，邊緣表面50為彎曲，使得其在包含光軸OA(其與折射光學元件44的對稱軸重合)的所有平面中具有正折射功率。可在邊緣表面50上塗覆抗反射塗層，以減少第一加熱光束HLB1在撞擊邊緣表面50時的反射。

在邊緣表面50，第一加熱光束HLB1在XY平面及還有在包含光軸OA的平面中均被折射。就XY平面中的折射而言，折射光學元件44的邊緣表面50因此具有與圓柱形透鏡55之圓柱形表面類似的會聚效應。然而，由於邊緣表面50在XY平面中的曲率小於圓柱形透鏡55的曲率，折射光學元件44的正折射功率亦小於圓柱形透鏡55的正折射功率。藉由謹慎地選擇圓柱形透鏡55的折射功率及位置，可精確地定義第一加熱光束HLB1延伸通過折射光學元件44的角度。

邊緣表面50在包含光軸OA之平面中的折射功率係用以準直在這些平面中稍微發散的個別加熱光束HLB1，如圖4所示。利用圓柱形透鏡55及還有邊緣表面50在XY平面中的曲率，完成在XY平面中的準直，如圖3中以虛線所示的單一發散射線R所指示。

針對折射光學元件44的光學材料調適第一加熱光HL1的波長，致使與圖4中以PL代表的投射光相比，第一加熱光HL1的顯著部分被光學材料吸收。被吸收的加熱光HL1導致局部溫度上升，繼而附帶使折射光學元件44的折射率發生局部變更。因此，與通過未被加熱之區域的投射光PL相比，通過折射光學元件44之加熱部分的投射光PL經歷相變(phase change)。此相變可用來校正波前誤差。

第一加熱光束HLB1(或嚴格地說，應為這些光束未在折射光學元件44中吸收的部分)撞擊在對置邊緣表面50上且再次被折射。第一加熱光HL1之此部分可由外部冷卻的吸收器平板57吸收。或者，第一加熱光HL1之此部分可透過透明窗離開投射物鏡20，使得其對投射物鏡20(未顯示)的熱平衡沒有任何影響。

注意，即使在邊緣表面50上塗覆抗反射塗層，永遠還是會有一小部分的第一加熱光HL1在後方邊緣表面50被內反射。取決於入射角，此一小部分可以相當大。此內反射的第一加熱光HL1在再次通過折射光學元件44時，將亦被逐漸吸收。第一加熱光HL1被內反射的一部分將再次入射於邊緣表面50的其他部分上，其中第一加熱光HL1的一小部分再次被內反射，以此類推。在邊緣表面50之材料雜質或瑕疵處的散射亦可導致沿著不同且未知的方向傳播通過折射光學元件44之第一加熱光的一小部分。

然而，典型光源54，諸如雷射、雷射二極體或LED，對於透過其發射窗進入組件的光極為敏感。甚至此光的較小光強度亦足以嚴重損及組件的功能，或甚至可能短期或長期損壞組件。

提供圓柱形透鏡55及焦線56有效地防止內反射或散射的第一加熱光HL1能夠回到光源54。這是因為僅通過較小焦線56的光線能夠撞擊在光源54上。

原則上，挑選儘可能小尺寸的圓柱形透鏡55即已足夠。然而，通常更有效的是將具有形狀對應於焦線56之孔徑的額外擋板58配置在圓柱形透鏡55的後焦平面(back focal plane)中。然後，擋板58擋住未通過焦線56的所有光線。以此方式，非常有效地保護光源54不會受到在邊緣表面50散射或內反射之加熱光的影響。

其他兩個光學系統OS2、OS3以相同的方式構成，其二者皆包含光源54、圓柱形透鏡55及擋板58。以三重對稱性將三個光學系統OS1、OS2、OS3配置在第一光瞳平面36中，使得其彼此隔開120°的角度。由於此配置，在折射光學元件44中將有中央部分60，其中由光學系統OS1、OS2、OS3耦合至折射光學元件44中之加熱光HL1、HL2、HL3的扇區完全重疊。在此中央部分60中，因此可以藉由個別地控制中央部分60之每個加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的強度，產生不同溫度分布的廣泛範圍。

可利用複數個安裝點處的底座結構(未顯示)支撐折射光學元件44。較佳以光學系統OS1、OS2、OS3的相同或類似對稱性配置安裝點。尤其，安裝點可位在光學系統OS1、OS2、OS3的光軸上或與其接近，如圖3中以代表安裝點的小圓圈59所示。此外，較佳將安裝點59配置在加熱光HL1、HL2、HL3在折射光學元件44中離開折射光學元件44的那一側。

折射光學元件44一般可藉由例如膠合或夾具而在安裝點59處固定至底座結構。如果使用夾具，則應該小心自折射光學元件發出的加熱光不會反射回去，致使加熱光以未受控制的方式再次進入折射光學元件。

為了促進上述光學組件在裝配校正器件42期間的調整，有利的是將光學組件設計成其對於在可見光譜中的調整波長為無色。然後，在調整期間，可借助例如配置在加熱光束HLB1、HLB2、HLB3離開折射光學元件44之位置處的光源產生的可見光，測試加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的路徑。

一種甚至更簡單但比較不方便的做法是，在調整程序期間使用在加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的衝擊下變更其顏色的特殊薄膜。

III.校正器件的控制

在第一步驟中，必須利用模擬及/或測量決定將借助校正器件42校正的波前誤差。測量可涉及借助干涉波前測量器件(interferometric wavefront measuring device)偵測在投射物鏡20的影像平面30中形成的空間影像。所測量波前與理想波前的偏差被視為要校正的波前誤差。

由於校正器件42配置在第一光瞳平面36中，其將以相同的方式影響與不同場點相關聯的波前。如果需要執行場相依波前誤差(field dependent wavefront error)的校正，則必須將校正器件42配置在光瞳平面36、38外部，或在場平面(例如，中間影像平面34)中或接近場平面提供第二校正器件。

一旦決定波前誤差及必要的校正，可使用制定的最佳化方法計算個別加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的強度。在此背景下，可實施以下步驟：在第一步驟中，必須決定加熱光束HLB1、HLB2、HLB3是否通過折射光學元件44的中央部分60。

在第二步驟中，必須決定第一、第二及第三加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的吸收。通常，三個光學系統OS1、OS2及OS3產生的加熱光束HLB1、HLB2、HLB3將分別具有相同的中心波長。在此例中，折射光學元件44之材料的吸收係數對於所有加熱光束HLB1、HLB2、 HLB3均為相等。較佳測量特定折射光學元件44的吸收係數，因為即使是相同玻璃類型的玻璃坯料仍可具有稍微不同的成分，及因此對於加熱光束HLB1、HLB2、HLB3具有稍微不同的吸收係數。如果折射元件44以玻璃製成，則吸收係數通常強烈取決於OH分子的濃度。由於OH分子的濃度在胚料中可能不完全均質，可能甚至必須測量不同射線路徑的吸收係數並儲存這些測量值，使得其可在稍後的計算步驟期間使用。

在下一個步驟中，決定以像素陣列(array of pixels)形成的計算場，例如，65x65、201x201或1001x1001(平方)像素。沿著X及Y方向之奇數數目的像素是有利的，因為接著可在計算上將一個像素定位在延伸通過折射光學元件44之中心的光軸OA上。像素的數目越大，折射光學元件44對光學波前之效應的計算將越精確。然而，較大數目的像素增加計算時間，且甚至可能引起穩定性問題，諸如增加對雜訊的靈敏度。因此，必須針對像素場中的像素數目找到合理的折衷數目。

在此像素場(pixel field)中，在計算上定出折射光學元件44的圓形周圍。在此計算邊緣表面，決定個別加熱光束HLB1、HLB2、HLB3進入折射光學元件44的位置及在折射光學元件44中的傳播方向。

每個加熱光束HLB1、HLB2、HLB3現被視為影響通過折射光學元件44之中央部分60的波前的操縱器。接著，可使用良好制定的最佳化方法以決定個別加熱光束的強度，以對光學波前獲得所要的效應。為此目的，可對每個加熱光束實施以下程序：第一，決定基本強度及維持此強度的基本時間作為起始點。接著決定像素場的哪些像素完全或局部受到特定加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的影響。對於受到加熱光束HLB1、HLB2、HLB3影響的每個像素，計算光束HLB1、HLB2、HLB3的殘餘強度(residual intensity)。此殘餘強度取決於初始強度、折射光學元件44的吸收係數及折射光學元件44中的幾何路徑長度。如上述，吸收係數可取決於與加熱光束HLB1、HLB2、HLB3相關聯的特定射線路徑。基於此殘餘強度及吸收係數，計算在特定像素消散為熱的能量。

現在基於特定像素的熱吸收量，計算特定加熱光束HLB1、HLB2、HLB3產生的溫度輪廓(temperature profile)。如果折射光學元件44不斷地冷卻以獲得恆定平均溫度，則亦可將此冷卻效應考慮在內。亦考慮時間相依效應(time dependent effect)(尤其是折射光學元件44內的熱傳導)。

從此溫度輪廓，可計算折射率輪廓及將其指派給特定加熱光束HLB1、HLB2、HLB3，因為已知折射率是溫度的函數。基於此折射率輪廓，可使用光學設計程式計算加熱光束HLB1、HLB2、HLB3對於光學波前的效應。在此背景下，有利的是利用內插(interpolation)在計算上增加像素場的解析度。

在決定可視為基本操縱器之個別加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的效應後，必須解決最佳化問題使得所有加熱光束HLB1、HLB2、HLB3(及可能投射物鏡20中所含額外操縱器)的交互作用達成波前誤差的所要校正。此最佳化程序為本技術中已知。例如，就此而言，可使用奇異值分解(singular value decomposition，SVD)或Tikhonov正則化(Tikhonov regularization)。基於凸規劃(Convex Programming)的另一方法說明於WO 2010/034674 A1。

控制加熱光束強度的修改方法可包括以下步驟：離線(offline)決定加熱光束HLB1、HLB2、HLB3產生特定折射率分布所需的必要強度。這些特定分布例如可利用通常用來描述波前誤差的特定Zernike多項式加以描述。對於每個此種折射率分布，以上文解說的方式決定必要強度，例如，使用奇異值分解或Tikhonov正則化。

在投射曝光裝置10操作期間，將所要的折射率分布分解成已離線決定加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的必要強度之特定(Zernike)分布的線性疊加。個別加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的所得強度因而只是與特定分布相關聯但以疊加係數加權之強度的總和。這通常導致更快速地決定個別加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的必要強度。

IV.替代性具體實施例

下文中，將參考圖5至10說明各種替代性具體實施例。

圖5及6分別是根據第二具體實施例之校正器件42之XY及YZ平面的橫截面。使用相同參考符號代表相同或對應的組件。

同樣地，將僅參考第一光學系統OS1說明校正器件42的特定特徵；其他兩個光學系統OS2、OS3具有相同構成，但是配置在XY平面中的不同角定向中。

在此第二具體實施例中，光源54包含複數個第一光源，其各經組態以產生第一加熱光束HLB1之一者。每個第一光源由LED 62形成，準直LED發射之光的微小微透鏡(未顯示)附接至LED 62。由控制單元52電控制個別第一加熱光束HLB1的強度。

與圖3及4所示的第一具體實施例相比，第一光學系統OS1產生在進入折射光學元件44後平行或幾乎平行延伸的第一加熱光束HLB1。這導致加熱光束HLB1更規則地配置在折射光學元件44的中央部分60，因而促進在此部分中精確地產生所要的溫度分布，及更容易可在加熱光束HLB1離開折射光學元件44後收集加熱光束HLB1。主要藉由以下方式達成加熱光束HLB1的規則配置：針對邊緣表面50在XY平面中的曲率，適當調適圓柱形透鏡55的折射功率及圓柱形透鏡55與折射光學元件44的距離。

同樣重要的是第一光學系統OS1包含反射鏡64，其具有反射表面66，在第一加熱光HL1橫越反射光學元件44後，該反射表面66反射第一加熱光HL1。換句話說，第一加熱光束HLB1未在邊緣表面50處被內反射的一小部分在此邊緣表面50被折射，並會聚於配置在圓柱形透鏡55'之前焦平面的焦線56'中。因此，第一加熱光束HLB1再次彼此平行地撞擊在反射表面66上。因此，當第一加熱光束HLB1從反射表面66朝光源54返回時，其採取相同的路線。這具有損失較小加熱光的優點，而這對於校正器件42的效率具有正面的影響。

為了防止從反射鏡64反射的第一加熱光束HLB1進入LED 62，包含反射表面66的反射鏡64稍微傾斜，如圖5中以箭頭68所示。由於此傾斜配置，第一加熱光束HLB1在其朝光源54返回的路上採取稍微不同的路線。對於第一加熱光束之一者，以虛線70指示朝光源54返回的路線。可以看到，反射的加熱光束70未正好通過焦線56、因此被擋板58吸收、及因此無法進入光源54的LED 62之一者。

在一些情況中，不容易進入折射光學元件40的邊緣表面50，因為其被在投射光PL的傳播路徑中準確調整折射光學元件所需的底座阻擋。這在折射光學元件44的光學表面46、48為彎曲及因此具有折射功率的這些情況中更是如此。

圖7顯示折射光學元件44之邊緣部分50的局部及放大橫截面。此處，至少邊緣表面50被加熱光束HLB1所撞擊的部分在配置折射光學元件44的位置處與光軸OA形成45°角(注意，光軸OA在投射物鏡20的其他部分中可具有不同定向)。

底座結構94在一側上具有支撐折射光學元件44之第二光學表面48的腹板(web)96。在底座結構94的對置側，配置圓柱形透鏡55、擋板58及棱鏡形成的光偏差元件98。光束偏差元件98具有與光軸OA呈傾斜的表面100。如果與光軸OA的傾斜角亦等於45°，則進入光束偏差元件98的第一加熱光束HLB1在光束偏差元件98的斜面100經歷全內反射，使得光束方向偏差90°。第一加熱光束HLB1接著進入折射光學元件44及在其傾斜邊緣表面50再次經歷全內反射。這導致第二偏差達90°，使得第一加熱光束HLB1最後在垂直於光軸OA的方向中再次傳播通過折射光學元件44。

因此，其中加熱光束HLB1在進入光偏差元件98時傳播的平面平行於其中加熱光束HLB1傳播通過折射光學元件44的平面。這得以將圓柱形透鏡55及還有擋板58完全配置在折射光學元件44的邊緣表面50之上或之下。以此方式，可藉由將光學系統OS1、OS2、OS3的各種組件分布在沿著光軸OA具有不同Z位置的諸層中，放寬關於可用體積的約束。

圖8是根據第三具體實施例之校正器件42在第一光瞳平面36中的橫截面。使用相同參考符號代表相同或對應的組件。

第三具體實施例的校正器件42包含：單一光源LS，其經組態以發射加熱光；及分光器72，其將加熱光分成第一加熱光HL1及第二加熱光HL2。在此具體實施例中，將光源LS實現為產生單一光束之加熱光的雷射。

為了能夠產生可以個別改變其強度的複數個第一及第二加熱光束HLB1、HLB2，每個光學系統OS1、OS2包含空間光調變器74，其在所示的具體實施例中實現為可傾斜反射鏡76的陣列。此處，每個可傾斜反射鏡76具有將撞擊加熱光作為個別加熱光束HLB1、HLB2或HLB3引向折射光學元件44的「開啟」狀態。如果反射鏡76處於「關閉」狀態，如第一光學系統OS1的一個反射鏡76'所顯示，則反射撞擊的加熱光，致使其不會撞擊在折射光學元件44上。

離開折射光學元件44的加熱光束HLB1、HLB2撞擊在吸收器78上。吸收器的主動或被動冷卻在折射光學元件44僅吸收加熱光束HLB1、HLB2的一小部分時尤其重要，例如，這對於典型光學玻璃中具有波長約1450 nm的加熱光便是如此。

由於加熱光束HLB1、HLB2的強度僅在最大值及零之間變化，所以必須按照反射鏡76處於「開啟」狀態之時間及此反射鏡76處於「關閉」狀態之時間的比值，調整折射光學元件44將沿著加熱光束的傳播路徑所吸收的能量。

圖9以類似於圖8的橫截面顯示根據第四具體實施例的校正器件42。在此具體實施例中，空間調變器不以反射鏡陣列形成，而是以可變擋板80形成。如亦可圖10的正面圖中看到，在擋板80之一者上，每個擋板80具有複數個孔徑82，可回應於控制單元52供應的控制信號個別地變更該等孔徑的大小。每個孔徑82與加熱光束HLB1、HLB2之一者相關聯。

為此目的，可變擋板80包含光閘元件(shutter element)84，其可借助致動器(未顯示)位移，使得其與孔徑82部分或完全重疊。

當然，也可以考慮其他類型的可變擋板。例如，可使用包含可在以下狀態間切換之LCD元件的擋板：「開啟」狀態，其中LCD元件對加熱光為透明；及「關閉」狀態，其中LCD元件對加熱光為不透明。在此例中，可藉由適當設定LCD元件處於「開啟」狀態之時間及此LCD元件處於「關閉」狀態之時間的比值，調整相關聯加熱光束之時間平均值的強度。

當然，除了圖8及9所示的光學系統OS1、OS2之外，還可提供第三或甚至更多光學系統。

V.其他校正器件

圖11顯示校正器件42之一具體實施例，其中空間光調變器包含屬於多邊形反射鏡88之一部分的反射表面86。多邊形反射鏡88可借助驅動器92圍繞旋轉軸90轉動，使得可連續變更反射表面86的空間定向。如果雷射二極體形成之光源LS發射的第一加熱光束HLB1例如被引向反射表面86上，則可以不同的角度將第一加熱光束HLB1引向折射光學元件44之邊緣表面50的不同部分上。在此具體實施例中，複數個加熱光束因此不是同時產生，而是之後使用某種掃描器裝設產生。

如同先前的具體實施例，其他兩個光學系統OS2、OS3具有光學系統OS1的相同組態。

圖12及13分別以俯視圖及沿著光瞳平面36中直線XIII-XIII的橫截面示意性顯示根據另一具體實施例的校正器件42。在此具體實施例中，第一光學系統OS1基本上由以下項目組成：包含複數個LED的條101，及準直由LED發射為平行光束的第一加熱光束HLB1的相關聯微透鏡(未顯示)。形成第二光學系統OS2的第二條102具有類似構造，但配置在不同平面中，如從圖13所示橫截面清楚可見。如果也提供第三條，則此條可配置在沿著Z方向配置與其他兩個平面相距某個距離的第三平面中。

為了抑制折射光學元件44之邊緣表面50的折射，將折射光學元件44及條101、102浸入具有與折射光學元件44大約相同之折射率的光學膠104中。此光學膠104在本技術中已知，並可在例如UV光的衝擊下固化。在邊緣表面50缺少折射率階變(refractive index step)的情形下，條101、102發射的加熱光束HLB1、HLB2亦平行橫越折射光學元件44，類似於圖5及6所示的具體實施例。在其他具體實施例中，以諸如水的液體取代光學膠104。

圖14是根據一具體實施例之校正器件的俯視圖，其中折射光學元件44未浸入光學膠中。配置包含LED的條101、102致使條101及102之LED發射的加熱光束HLB1、HLB2分別在折射光學元件44的中央部分60重疊。條101、102為彎曲，使得加熱光束HLB1、HLB2不是平行發射，而是以扇狀方式發射。扇區的發散性如此之大，致使儘管折射光學元件44之邊緣表面50產生的會聚效應，加熱光束HLB1或HLB2的每個扇區仍完全覆蓋中央部分60。但條101、102如此之短，致使其可配置在與第一光瞳平面36平行或相同的單一平面中。

圖15及16分別以俯視圖及沿著光瞳平面36中直線XVI-XVI的橫截面示意性顯示根據又另一具體實施例的校正器件42。在此校正器件42中，不僅將兩個條而是15個條101至115配置圍繞相同平面中的折射光學元件44。以此方式在折射光學元件44的中央部分60達成加熱光束之非常密集的疊加。

為了亦沿著Z方向達成會聚效應，此具體實施例之折射光學元件44的邊緣表面50在包含光軸OA的平面中具有某個曲率。如在圖16的橫截面中看得最清楚，接著準直條101至115的LED發射的發散光。

圖17是根據一具體實施例之校正器件42的俯視圖，其中各包含複數個LED的微小之條101、102如此強烈彎曲，致使加熱光束的扇區覆蓋折射光學元件44之非常大的區域。條101、102容納於設置在折射光學元件44之邊緣表面50的圓柱形凹處119、121中。調適凹處119、121的直徑，致使LED發射的個別加熱光束HLB1、HLB2垂直地進入折射光學元件44，因而未發生折射及最小反射。

可以容納LED之圓形配置的鑽孔或其他類型的孔洞取代設置在邊緣表面50的凹處119、121，如圖18的俯視圖所示。配置在鑽孔120、122中的條101、102產生較小扇區的加熱光束，但這些扇區仍足以完全覆蓋折射光學元件44的中央部分60，投射光在投射曝光裝置10操作期間亦通過此中央部分。

圖19顯示根據又另一具體實施例之折射光學元件44的細節。與圖17所示具體實施例類似，將產生個別加熱光束HLB1之扇區的光源101配置非常接近折射光學元件44的邊緣表面50。此處，在邊緣表面50形成的凹處不具有圓柱形形狀，而是在YZ平面中形成發散菲涅耳透鏡。因此，光源101發射之加熱光束HLB1的原始扇區為菲涅耳透鏡124擴展成具有更寬之角寬的扇區。

圖20是包含雷射二極體之一條101的示意正面圖。雷射二極體的出射窗126(或配置在出射窗前方的擋板)具有平行四邊形的形狀。在相鄰出射窗126之間的間隙128經設定尺寸，致使沿著周圍方向(在圖20中，與X方向重合)不存在雷射二極體所發射的加熱光不撞擊在折射光學元件44上的座標。與其中矩形出射窗亦為矩形之間隙隔開的並排配置情況相比，這導致折射光學元件44更均質的加熱。

圖21是根據另一具體實施例之校正器件42在XY平面中的示意橫截面。此具體實施例與圖5及6所示具體實施例的不同之處主要在於，產生個別加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的LED 62並非配置在投射物鏡20內部，而是組合在配置在投射物鏡20外部某處的LED封裝130中。LED封裝包含輸出光纖131及將從LED 62發射的加熱光束HLB1、HLB2、HLB3耦合至輸出光纖131的耦合光學器件(未顯示)。每個LED封裝另外包含將輸出光纖束131連接至輸入光纖束134的可卸式多纖連接器132。在輸入光纖134中，將加熱光束HLB1、HLB2、HLB3引導至輸出光學器件136，其將加熱光束HLB1、HLB2、HLB3引向相應光學系統OS1、OS2、OS3的聚焦透鏡55。

LED封裝130配置在投射物鏡20外部具有大幅幫助更換LED 62的優點。如果一或多個LED 62在其使用期限終止時發生故障或完全停止發射光，只要使用多纖連接器132分開LED封裝130與輸入光纖束134並以新的封裝進行更換。由於LED封裝130配置在投射物鏡20外部，因此不用拆卸投射物鏡20的任何部分，即可完成此更換。

另一個優點是與產生加熱光束有關的任何功率消散均發生在投射物鏡20外部。這有助於將投射物鏡20保持在恆定溫度。

在圖21所示的具體實施例中，利用亦配置在投射物鏡20外部的偵測器140測量加熱光束HLB1、HLB2、HLB3在離開折射光學元件44後的輻照、或至少輻照變化。為此目的，利用耦合光學器件142將離開折射光學元件44及橫越透鏡55'後的加熱光束HLB1、HLB2、HLB3耦合至光纖144。光纖144將加熱光束HLB1、HLB2、HLB3個別地引導至配置在偵測器140內部的光二極體146或其他感光元件。由於偵測器140亦配置在投射物鏡外部，在光二極體146消散的熱亦無法影響投射物鏡20的熱平衡。

測量加熱光束HLB1、HLB2、HLB3的輻照得以監控LED 62的適當功能。此外，可以建立封閉迴路控制(closed loop control)，其中取決於偵測器140測量的輻照，以控制在LED封裝130內部的LED 62。為此目的，利用電信號線將LED封裝130及偵測器140連接至控制單元148，該控制單元148連接至控制投射曝光裝置10整體功能的總系統控制150。偵測器140偵測的任何輻照變化將影響與相應加熱光束相關聯的操縱器，如上文在第III節中所解說。這通常將進而需要根據此計算模型調整相應加熱光束的輻照。

如果僅一(未知)部分的加熱光耦合至光纖142中且最後撞擊在光二極體146上，則光二極體146產生的電信號嚴格地說不是指示加熱光束離開折射光學元件44時的輻照，而僅是此輻照的變更。然而，這足以監控LED 62的適當功能及/或執行其封閉迴路控制。

圖22是根據又另一具體實施例之校正器件42在YZ平面中的示意橫截面。此具體實施例與圖3及4所示具體實施例的主要不同之處在於，校正器件42包含有助於建立中立熱平衡的冷卻系統160。為此目的，冷卻系統160包含兩個平坦玻璃平板162a、162b，其平行配置及定義於較寬通道164之間。在通道164的對置側，配置進氣口166及出氣口168。

每個平板162a、162b在其通道164的對置表面170上分別支撐分開控制的校正器件42a及42b，使得校正器件42事實上是兩個個別校正器件42a、42b的組合。此處，假設每個校正器件42a、42b基本上設計為圖3及4所示的器件，但應明白，亦可使用校正器件的其他設計，尤其是在本節中明確說明的這些設計。在此具體實施例中，校正器件42a、42b的折射光學元件44a、44b分別以各具有平坦表面的平凸透鏡形成，該平坦表面與平板162a、162b的表面170直接接觸。這確保從折射光學元件44a、44b至平板162a、162b的良好熱轉移。

如果在冷卻器件(未顯示)中冷卻的氣體經由進氣口166進入通道164作為恆定氣流，其將冷卻平板162a、162b。氣體溫度可比投射物鏡20的整體溫度低1 K、5 K或甚至10 K(通常為22℃)。平板162a、162b繼而冷卻折射光學元件44a、44b。這得以在校正器件42a、42b中維持中立熱平衡。這點很重要，因為否則可能發生不想要的熱致變形(這可例如導致致動器反應遲滯)及膠合連接或透鏡塗層的損壞。此外，唯有主動冷卻方得以快速及/或頻繁變更折射光學元件44a、44b內部的溫度分布，因為並不需要等到因吸收加熱光產生的熱藉由熱傳導、輻射或對流來消散。

應該確保平板162a、162b在接觸折射光學元件44a、44b的部分之外的溫度不會下降太多。為此目的，在這些部分的表面170施加額外的電加熱金屬絲網172。校正器件42a、42b的其餘組件，諸如光源54、透鏡55及吸收器57，放置在加熱金屬絲網172的頂部上。藉由適當控制加熱金屬絲網172的熱消散，可以使平板162a、162b的這些部分無論冷卻氣體溫度為何，亦保持在所要的恆定溫度。

關於冷卻系統160之適當設計的更多細節可取自WO 2009/026970 A1。

VI.本發明重要方面之概要

以下項目概述本發明的一些其他重要方面：

1.一種屬於一微影投射曝光裝置之投射物鏡，其中該投射物鏡(20)經組態以使用投射光將一遮罩(16)成像於一感光表面(22)上，及其中該投射物鏡(20)包含一波前校正器件(42)，該波前校正器件包含：a)一折射光學元件(44)，其具有：兩個對置光學表面(46、48)，投射光在將該遮罩(16)成像於該感光表面(22)上時通過該等光學表面；及一周圍邊緣表面(50)，其在該等兩個光學表面(46、48)之間延伸；b)一光源(101、102)，其經組態以發射加熱光，致使其撞擊在該邊緣表面上，其中以一液體、一固體或一液體及一固體之一混合物的一光學介質(104)填充該折射光學元件(44)及該光源(101、102)所局限的體積。

2.如第1項之投射物鏡，其中該光學介質(104)及該折射光學元件(44)在22℃之一折射率比值係在0.80及1.1之間。

3.一種屬於一微影投射曝光裝置之投射物鏡，其中該投射物鏡(20)經組態以使用投射光將一遮罩(16)成像於一感光表面(22)上，及其中該投射物鏡(20)包含一波前校正器件(42)，該波前校正器件包含：a)一折射光學元件(44)，其具有：兩個對置光學表面(46、48)，投射光在將該遮罩(16)成像於該感光表面(22)上時通過該等光學表面；及一周圍邊緣表面(50)，其在該等兩個光學表面(46、48)之間延伸；b)一光源，其經組態以發射加熱光，致使其撞擊在該邊緣表面上，其中將該加熱光所撞擊之該邊緣表面(50)的一部分形成為至少沿著一個方向具有一折射功率的一菲涅耳透鏡(124)。

4.一種屬於一微影投射曝光裝置之投射物鏡，其中該投射物鏡(20)經組態以使用投射光將一遮罩(16)成像於一感光表面(22)上，及其中該投射物鏡(20)包含一波前校正器件(42)，該波前校正器件包含：a)一折射光學元件(44)，其具有：兩個對置光學表面(46、48)，投射光在將該遮罩(16)成像於該感光表面(22)上時通過該等光學表面；及一周圍邊緣表面(50)，其在該等兩個光學表面(46、48)之間延伸；b)一光源，其經組態以發射加熱光，其中該折射光學元件具有一鑽孔(120、122)、一孔洞或一凹處，其中配置該光源致使該加熱光垂直進入該折射光學元件。

5.如第4項之投射物鏡，其中該光源(101、102)經組態以在至少40°的一角範圍中發射加熱光束。

6.一種屬於一微影投射曝光裝置之投射物鏡，其中該投射物鏡(20)經組態以使用投射光將一遮罩(16)成像於一感光表面(22)上，及其中該投射物鏡(20)包含一波前校正器件(42)，該波前校正器件包含：a)一折射光學元件(44)，其具有：兩個對置光學表面(46、48)，投射光在將該遮罩(16)成像於該感光表面(22)上時通過該等光學表面；及一周圍邊緣表面(50)，其在該等兩個光學表面(46、48)之間延伸；b)一光源，其經組態以發射加熱光；及c)一空間光調變器，其中該空間光調變器(74；80；88)經組態以將該光源產生的加熱光引向該邊緣表面的不同部分。

7.如第6項之投射物鏡，其中該空間光調變器包含一反射表面(86)及經組態以變更該反射表面之空間定向的一驅動器(92)。

8.一種屬於一微影投射曝光裝置之投射物鏡，其中該投射物鏡(20)經組態以使用投射光將一遮罩(16)成像於一感光表面(22)上，及其中該投射物鏡(20)包含一波前校正器件(42)，該波前校正器件包含：a)一折射光學元件(44)，其具有：兩個對置光學表面(46、48)，投射光在將該遮罩(16)成像於該感光表面(22)上時通過該等光學表面；及一周圍邊緣表面(50)，其在該等兩個光學表面(46、48)之間延伸；b)一光源(54)，其經組態以發射加熱光(HLB1、HLB2、HLB3)；c)一光學系統(OS1、OS2)，其將加熱光引向該邊緣表面(50) 的一部分；及d)一反射表面(66)，其反射橫越該折射光學元件(44)的加熱光至少70%，使得其再次橫越該反射光學元件(44)。

9.如第8項之投射物鏡，其中該反射表面(66)配置在該折射光學元件外部。