TW201546564A - 用於投影微影的照明光學單元 - Google Patents

用於投影微影的照明光學單元 Download PDF

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Abstract

用以照明一物場之用於投影微影的一照明光學單元。本文中，第一傳輸光學單元用以導引從一光源所發出的照明光。照明預設琢面反射鏡係設置於第一傳輸光學單元下游且包含複數個照明預設琢面。該琢面反射鏡藉由所照明之照明預設琢面的配置而產生物場的一預設照明。這造成了照明光學單元之照明光瞳的照明，其預先設定物場中的照明角度分布。照明光瞳具有偏離圓形形式的一包絡線。照明光瞳係劃分為子光瞳區域(30)，其以逐列(Z)及/或逐行(S)方式配置而呈現。這產生了照明光學單元與設置於其下游之投影光學單元之盡可能完全填充的一出射光瞳，以在影像場中成像物場。

Description

用於投影微影的照明光學單元 【相關專利參照】
優先權申請案DE 10 2014 203 187.7的內容係併入本文做為參考。
本發明關於一種微影照明光學單元。此外，本發明關於包含此一照明光學單元的光學系統、包含此一照明光學單元的照明系統、包含此一光學系統的投影曝光裝置、用以產生微結構或奈米結構組件的方法、以及由此方法產生的組件。
包含傳輸光學單元及設置於其下游之照明預設琢面反射鏡(illumination-predetermining facet mirror)的照明光學單元已揭露於WO 2010/099807 A1及US 2006/0132747 A1。照明預設琢面反射鏡或對應的折射組件配置於光瞳平面(pupil plane)中的照明光學單元係揭露於WO 2005/015314 A2、US 5,963,305及US 7,095,560。US 2013/0128251 A1已揭露具有變形(anamorphic)投影光學單元的投影曝光裝置。DE 10 2011 113 521 A1揭露微影投影曝光裝置。DE 10 2008 009 600 A1揭露用於微影投影曝光裝置的琢面反射鏡以及配備有其的投影曝光裝置。DE 199 31 848 A1揭露用以降低EUV照明系統之蜂巢外觀比(honeycomb aspect ratio)的散光組件 (astigmatic component)。
本發明的一目的為發展出在開始所提出類型的照明光學單元，使得用以將物場成像於影像場之下游投影光學單元的出射光瞳(exit pupil)被盡可能地完整填充。
根據本發明，此目標由包含申請專利範圍1所指出之特徵的照明光學單元所達成。
照明光瞳(illumination pupil)中之子光瞳區域(sub-pupil region)的逐列(line-by-line)及/或逐行(column-by-column)配置導致在預設光瞳區域內不僅緊密地填充具有偏離圓形形式之包絡線(envelope)的照明光瞳、也緊密地填充用以將物場成像之下游投影光學單元的出射光瞳的可能性。整合的物體位移，有可能達成特別是完整填充的光瞳，且在預設的允許誤差內甚至可達成均勻完整填充的光瞳。
照明光學單元之照明光瞳的包絡線為具有最大範圍之照明光學單元的照明光瞳可內切的一輪廓(contour)。具有最大範圍之照明光學單元的照明光瞳為使用照明光學單元產生物場中照明角度分布(illumination angle distribution)之最大照明角度帶寬(illumination angle bandwidth)所用的照明光瞳。若具有不同照明角度分布的不同照明設定可由照明光學單元產生，則具有最大可生成面積的照明光瞳為具有最大範圍的照明光瞳。在均勻光瞳填充的情況中，具有最大面積的此一光瞳也稱作傳統照明設定。
若照明光學單元包含光瞳琢面反射鏡，光瞳琢面反射鏡的最大撞擊區域(impingement region)的包絡線對應照明光瞳的包絡線。子光瞳區域可以逐列或逐行的方式呈現於光罩配置。此光柵配置(raster arrangement)的列可沿跨越(spanning)照明光瞳之兩維度的其中一者延伸，且光柵配置的行可沿跨越照明光瞳的這些光瞳維度(pupil dimension)的其中另 一者延伸。此光柵配置的列及行也可相對跨越照明光瞳的維度旋轉，例如轉45度。跨越照明光瞳的這些維度的其中一者係平行物體位移方向而延伸，在投影微影過程中被照明的物體在投影曝光過程中將沿該方向而移置。若照明光學單元用於掃描機照明投影曝光裝置中，物體位移方向為掃描方向。照明預設琢面反射鏡與第一傳輸光學單元的配置可使得照明光學單元之照明光瞳的照明(其預設物場中的照明分佈)導致偏離圓形形式的包絡線。替代地或補充地，偏離圓形形式之照明光瞳的包絡線也可由設置於照明預設琢面反射鏡下游的另一個傳輸光學單元所產生。
要被照明的物體可配置在由照明光學單元所照明的物場。 在投影曝光過程中，此物體可沿物體位移方向位移。物場由物場座標x及y展開，其中y座標平行物體位移方向延伸。具有最大範圍之照明光瞳的包絡線的x/y外觀比可大於1，特別是可大於1.1、可大於1.2、可大於1.25、可大於1.5、可大於1.75、且可例如等於2。
如申請專利範圍第2項所述之包含光瞳琢面反射鏡的照明光學單元的具體實施例已證實了其價值。設置於照明光學單元之場平面(field plane)的場琢面反射鏡可為第一傳輸光學單元的部分。此一場琢面反射鏡的場琢面可劃分為複數個個別反射鏡，特別是複數個MEMS反射鏡。 在照明光學單元之光瞳琢面反射鏡具體實施例的情況中，光瞳琢面的配置對應子光瞳區域的配置。因此，光瞳琢面的配置將接著以對應的逐列及/或逐行方式呈現。在其部分，這些光瞳琢面可由複數個個別反射鏡所製成，例如複數個MEMS反射鏡。因此，可最佳化針對下游投影光學單元可整體使用的光展量(etendue)。
如申請專利範圍第3項所述之照明光學單元構成具有光瞳琢面反射鏡之具體實施例的另一替代選擇。此替代的具體實施例也稱作鏡面反射鏡，其中照明預設琢面反射鏡係設置為與照明光學單元之光瞳平面相距一距離。
申請專利範圍第4項所述之照明光瞳的組態允許對下游投影光學單元之變形效應的補償。最大及最小範圍之間的比例(其對應前述包絡線的x/y外觀比)可至少為1.2、可至少為1.4、可至少為1.5、可至少為1.7、可至少為2、可至少為2.5、可至少為3、可至少為3.5、可至少為4且甚至可更大。照明光學單元的傳輸光學單元及照明預設琢面反射鏡可設置使得在兩個光瞳維度中的子光瞳區域彼此具有相同的間距(spacing)。或者，照明光學單元的傳輸光學單元及照明預設琢面反射鏡可設置使得子光瞳區域在具有最大範圍的光瞳維度中比在具有最小範圍的光瞳維度彼此間隔更遠。
申請專利範圍第5項所述之子光瞳區域的偏移配置使得照明光瞳中的子光瞳區域可更加緊密。配置的其中一列的子光瞳區域可配置為相對配置之一鄰近列的子光瞳區域彼此偏移在一列內彼此鄰近之子光瞳區域之間隔的一半。舉例來說，接著可產生子光瞳區域的旋轉笛卡爾配置或子光瞳區域的六邊形配置，其取決於在一行及在一列內之子光瞳區域的間隔，即取決於這類逐列及逐行配置的網格常數(grid constant)。
鄰近列的子光瞳區域在垂直於列範圍的方向中可部份地彼此重疊，其進一步增加照明光瞳中子光瞳區域之配置的緊密度。對應的描述適用於可能的行重疊。
子光瞳區域之不同於1的外觀比(即使在申請專利範圍6所述的照明光瞳中)可用於投影光學單元之變形效應(anamorphic effect)的預補償，其係配置於照明光學單元的下游。子光瞳區域的外觀比可預設為使得例如圓形的子光瞳區域接著出現於投影光學單元的出射光瞳中，作為此投影光學單元之後續變形效應的結果。子光瞳區域之最大範圍與最小範圍之間的比例可至少為1.2、可至少為1.4、可至少為1.5、可至少為1.7、可至少為2、可至少為2.5、可至少為3、可至少為3.5、可至少為4且甚至可更大。特別地，子光瞳區域可具有橢圓形的具體實施例。外觀比可歸因於光源或可由傳輸光學單元所造成，其例如透過照明光學單元內的變形成像。子光 瞳區域之具有最大範圍的子光瞳維度可平行於具有照明光瞳之最大範圍包絡線的光瞳維度而延伸。
申請專利範圍7所述的傳輸琢面可單塊地實施或實施為個別MEMS反射鏡的群組。傳輸琢面或傳輸琢面群組可具體化為圓柱形光學單元。這可有助於所需之照明光學單元的變形影像。
申請專利範圍8所述之傳輸琢面反射鏡之包絡線的外觀比在傳輸琢面反射鏡為照明光學單元之變形成像的部份時可以是有利的。最大場維度(field dimension)可平行於最小光瞳維度而延伸。最小場維度可平行於最大光瞳維度而延伸。
申請專利範圍9所述之集光器被認為是特別適合用於照明光學單元之變形成像效應的預設。這省去照明光學單元的額外組件。此一集光器(collector)的變形成像可產生偏離旋轉對稱的子光瞳區域，特別是橢圓形子光瞳區域。集光器可包含集光器子單元，其在照明光的光束路徑中產生光源的次級中間影像。集光器可包含至少一個另外的集光器子單元，其在照明光瞳的光瞳平面中產生另一中間影像。次級中間影像可為旋轉對稱。集光器可包含由NI反射鏡及/或由GI反射鏡實現的集光器子單元或集光器組件。至少其中一個集光器子單元可組態為Wolter集光器單元。舉例來說，Wolter光學單元揭露於US 2003/0043455 A1及其所指定的引文。集光器也可產生偏離旋轉對稱之光源的中間影像作為第一中間影像。此一中間影像可接著由傳輸光學單元的其他組件成像在照明光瞳的光瞳平面中。
申請專利範圍10所述之另一傳輸光學單元增加了設計照明光學單元之光學組件時的自由度數量。另一傳輸光學單元可具體化為變形光學單元。或者，一個已經是非旋轉對稱的光源影像可經由另一傳輸光學單元來成像。另一傳輸光學單元可由旋轉對稱的伸縮式(telescopic)光學單元實現。或者，傳輸光學單元可包含至少一個圓柱形組件。
申請專利範圍11所述之光學系統、申請專利範圍12所述之 照明系統、申請專利範圍13所述之投影曝光裝置、申請專利範圍14所述之生產方法、及申請專利範圍15所述之微結構或奈米結構組件的優點係對應至前文中參照照明光學單元所討論的優點。
1‧‧‧投影曝光裝置
2‧‧‧光源
3‧‧‧照明光
4‧‧‧傳輸光學單元
5‧‧‧集光器
5a‧‧‧中間焦點
6‧‧‧傳輸琢面反射鏡
7‧‧‧照明預設琢面反射鏡
8‧‧‧物場
8a‧‧‧邊緣形狀
9‧‧‧物體平面
10‧‧‧投影光學單元
11‧‧‧照明光學單元
12‧‧‧光罩
13‧‧‧數值孔徑
14‧‧‧數值孔徑
15‧‧‧光學組件
16‧‧‧光學組件
17‧‧‧影像場
18‧‧‧影像平面
19‧‧‧晶圓
20‧‧‧空間需求
211-219‧‧‧傳輸琢面
25‧‧‧照明預設琢面
251-259‧‧‧琢面
26‧‧‧物場點
27‧‧‧物場點
28‧‧‧物場點
29‧‧‧包絡線
29a‧‧‧光瞳平面
30‧‧‧子光瞳區域
31‧‧‧極
32‧‧‧照明光瞳平面
32a‧‧‧光瞳平面
33‧‧‧包絡線
34‧‧‧集光器
35‧‧‧橢面反射鏡
36‧‧‧集光器子單元
37‧‧‧雙曲線外殼
38x 1-38x 8‧‧‧橢圓外殼
38y 1-38y 8‧‧‧橢圓外殼
39‧‧‧集光器
40‧‧‧傳輸反射鏡
41‧‧‧集光器
42‧‧‧傳輸光學單元
43‧‧‧傳輸反射鏡
44‧‧‧傳輸反射鏡
45‧‧‧傳輸反射鏡
46‧‧‧傳輸反射鏡
47‧‧‧傳輸光學單元
48‧‧‧柱面鏡
49‧‧‧影像
49a‧‧‧雙箭頭
50‧‧‧投影光學單元
51‧‧‧主射線
52‧‧‧彗形射線
53‧‧‧光闌
53a‧‧‧中間影像
54‧‧‧通道口
下文將基於附圖而更詳細地解釋本發明的範例具體實施例，其中：圖1以縱剖面示意性地顯示用於EUV微影的投影曝光裝置，其包含光源、照明光學單元及投影光學單元；圖2同樣以縱剖面示意性地顯示在圖1照明光學單元內之照明光之所選個別射線的光束路徑，其從中間焦點行進至設置於投影光學單元之物體平面中的光罩；圖3顯示由照明光學單元產生之子光瞳區域的配置，其在投影光學單元之出射側光瞳平面的出射光瞳中；圖4顯示在照明光學單元之照明光瞳之光瞳平面中的子光瞳區域配置，其屬於圖3之子光瞳區域配置；圖5及圖6顯示對應圖3及圖4之用於投影曝光裝置之另一照明設定的子光瞳配置，其中繪示了子光瞳區域的另一堆疊方式；圖7及圖8顯示對應圖3及圖4之用於投影曝光裝置之另一照明設定的子光瞳配置，其中不同於圖3到圖6的照明設定，照明光學單元的照明預設琢面反射鏡並沒有設置於照明光學單元的光瞳平面中，以產生圖7及圖8的配置；圖9及圖10顯示對應圖3及圖4之用於投影曝光裝置之另一照明設定的子光瞳配置，其中繪示了子光瞳區域的另一堆疊方式；圖11及圖12顯示對應圖3及圖4之用於投影曝光裝置之另一照明設定的子光瞳配置，其中繪示了具有逐列(line-by-line)偏移之子光瞳區 域的另一堆疊方式；圖13及圖14顯示對應圖3及圖4之用於投影曝光裝置之另一照明設定的子光瞳配置，其中繪示了子光瞳區域的另一堆疊方式；圖14a及圖14b顯示對應圖3及圖4之投影曝光裝置之另一照明設定的子光瞳配置，其中繪示了藉由將照明光瞳中之子光瞳區域的笛卡爾坐標xy-網格旋轉45度而產生之子光瞳區域的另一堆疊方式；圖15及圖16顯示對應圖3及圖4之用於投影曝光裝置之另一照明設定的子光瞳配置，其中繪示了子光瞳區域的另一堆疊方式，其中不同於圖3到圖14，子光瞳區域在照明光學單元的照明光瞳中係偏離圓形形式(即非旋轉對稱)，且其在投影光學單元的出射光瞳中為圓形(即其在該處為旋轉對稱)；圖17顯示一集光器的具體實施例，其作為傳輸光學單元的部分，用以經由第一琢面反射鏡將照明光導引至照明光學單元的照明預設琢面反射鏡；圖18以類似於圖1的描述而顯示了用於EUV微影的投影曝光裝置的另一具體實施例，其包含照明光學單元及投影光學單元，其包含了用以在照明光學單元之第一琢面反射鏡上游產生光源之橢圓中間影像的第一傳輸光學單元；圖19以圖式顯示藉由照明光學單元之光瞳成像及場成像的成像比例對照明光學單元之一具體實施例之光瞳琢面反射鏡之光瞳琢面之焦距的相依性；圖20以類似於圖18的描述而顯示了包含照明光學單元之另一具體實施例的投影曝光裝置，其包含了設置於照明預設琢面反射鏡下游的另一傳輸光學單元，用以產生照明光學單元的照明光瞳，其預先設定了物場中的照明角度分布且具有偏離圓形形式的包絡線，其中另一傳輸光學單元係具體化為具有旋轉對稱成像效應的伸縮式光學單元； 圖21及圖22以類似於圖20的描述而顯示了包含照明光學單元之其他具體實施例的投影曝光裝置，其中另一傳輸光學單元係具體化為變形光學單元；圖23a及圖23b示意性地顯示照明光學單元之另一具體實施例的透鏡部分，其包含照明光學單元之未配置在照明光瞳中的照明預設琢面反射鏡以及圓柱光學單元形式的下游傳輸光學單元，其中圖23a顯示一縱剖面(yz截面)，其包含通過照明預設琢面反射鏡的一部分以及設置於要被照明之光罩下游之光束路徑中的照明光瞳間之一部份照明光學單元的物體位移方向，且圖23b顯示所形成之與其垂直的對應縱剖面(xz截面)；圖24以類似於圖18的描述而顯示了包含照明光學單元之另一具體實施例的投影曝光裝置，其具有圖23所描述的光學效應；圖25及圖26以類似於圖3及圖4的描述而顯示另一照明設定(最大光瞳填充)之照明子光瞳的配置，其具有在投影光學單元之出射光瞳中的橢圓形子光瞳區域以及在照明光學單元之照明光瞳中的圓形子光瞳區域；圖27及圖28以類似於圖25及圖26的描述而顯示子光瞳區域之另一堆疊配置，其具有在投影光學單元之出射光瞳中的橢圓形子光瞳區域以及在照明光學單元之照明光瞳中的圓形子光瞳區域；圖29及圖30以類似於圖27及圖28的描述而顯示了子光瞳區域的另一光柵配置；圖31及圖32以類似於圖29及圖30的描述而顯示了子光瞳區域的另一配置，其中不同於圖25到圖29的配置，照明光學單元包含了未配置在照明光學單元之光瞳平面中的照明預設琢面反射鏡，以產生圖31及圖32的配置；圖33及圖34以類似於圖31及圖32的描述而顯示了具有逐列 偏移之子光瞳區域的另一配置；圖35及圖36以類似於圖27及圖28的描述而顯示了子光瞳區域的配置，其在投影光學單元的出射光瞳中係實施為圓形且在照明光學單元的照明光瞳中係實施為橢圓形；圖37以縱剖面顯示成像光學單元的一具體實施例，其可用作圖1之投影曝光裝置中的投影透鏡，其中繪示了主射線以及兩個所選場點之上方及下方彗形射線的成像光束路徑，其具體化為物體側變形光學單元；以及圖38顯示從圖37中之觀看方向XXXVIII所見之圖37的成像光學單元的視圖。
在圖1中以縱剖面簡略顯示之微影投影曝光裝置1包含光源2，以提供照明光3。光源為EUV光源，產生波長範圍介於5nm及30nm的光。此光源可以是LPP(雷射激發電漿)光源或DPP(放電激發電漿)光源或同步加速器輻射基礎光源，如自由電子雷射(FEL)。
傳輸光學單元4用以導引始於光源2的照明光3。該傳輸光學單元包含集光器5(在圖1中僅針對其反射效果顯示)及傳輸琢面反射鏡6(其亦稱作第一琢面反射鏡並將詳細說明如下)。照明光3的中間焦點5a配置在集光器5與傳輸琢面反射鏡6之間。在中間焦點5a的區域中，照明光3的數值孔徑為例如NA=0.182。照明預設琢面反射鏡7配置在傳輸琢面反射鏡6下游，因此也在傳輸光學單元4下游，其亦詳細說明如下。同樣將於下文中詳細說明，在照明光學單元11的一具體實施例中，照明預設琢面反射鏡7可配置在照明光學單元11的光瞳平面中或其區域中，而在照明光學單元11的另一具體實施例中，照明預設琢面反射鏡7亦可配置為與照明光學單元11之光瞳平面相距一距離。
光罩12配置於投影曝光裝置1之下游投影光學單元10的物體平面9中，其在照明光3的光束路徑中係設置於照明預設琢面反射鏡7的下游。投影光學單元10及下文所述之其他具體實施例的投影光學單元為投影透鏡。
為了簡化位置關係的描述，以下將使用笛卡爾xyz-座標系統。在圖1中，x-方向係垂直於圖式平面延伸且向圖中延伸。在圖1中，y-方向係向右方延伸。在圖1中，z-方向係向下延伸。圖式中所使用的座標系統分別具有相互平行延伸的x軸。這些座標系統的z軸範圍在個別考慮的圖式中係隨著個別的照明光3主方向。
光學組件5至7為投影曝光裝置1之照明光學單元11的構件。照明光學單元11用以以界定的方式照明物體平面9中光罩12上的物場8。物場8具有弧形或部分圓形形狀，且受限於兩個互相平行的弧形物與兩個直邊邊緣，兩個邊緣以長度y0在y方向中延伸且在x方向中彼此具有間隔x0。長寬比x0/y0為13比1。圖1的插入圖顯示物場8的平面圖，其未按比例繪製。邊緣形狀8a為弧形。在替代性且亦可行的物場8的例子中，其邊緣外形為矩形。
在圖1中僅局部及簡略顯示投影光學單元10。顯示了投影光學單元10的物場側數值孔徑13與影像場側數值孔徑14。用以在這些光學組件15、16之間導引照明光3之投影光學單元10的其他光學組件(未繪示於圖1中)位在投影光學單元10中所示光學組件15、16之間，其可具體化為例如反射EUV照明光3的反射鏡。
投影光學單元10成像物場8於晶圓19(其與光罩12一樣由固持器(未詳細顯示)承載)上之影像平面18的影像場17中。光罩固持器及晶圓固持器可藉由適當的位移驅動器在x方向及y方向移動。在圖1中，晶圓固持器的安裝空間需求係繪示於20為一矩形框。安裝空間需求20為矩形，其在x、y及z方向中的範圍取決於其中容納的組件。例如，從影像場17的中心開 始，安裝空間需求20在x方向及y方向中具有1m的範圍。在z方向中，從影像平面18開始，安裝空間需求20亦具有例如1m的範圍。照明光3在照明光學單元11及投影光學單元10中必須被導引為使得在所有情況中被導引通過安裝空間需求20。
傳輸琢面反射鏡6具有複數個傳輸琢面21。傳輸琢面反射鏡6可組態為MEMS反射鏡。在根據圖2的縱剖面中，在這些傳輸琢面21中，示意性地顯示一列共九個傳輸琢面21，這些琢面在圖2中從左到右標示為211至219。事實上，傳輸琢面反射鏡6具有實質更多複數個傳輸琢面21。傳輸琢面21係分組成複數個傳送傳輸琢面群組，其未做任何更詳細的描述。
整體而言，傳輸琢面反射鏡6具有被照明光3撞擊的一區域且可具有小於1的x/y外觀比。此外觀比的數值y/x可至少為1.1、甚至更大。
在具有配置於光瞳平面之照明預設琢面反射鏡7的照明光學單元的一具體實施例中，傳輸琢面群組的x/y外觀比至少具有與物場8之x/y外觀比相同的尺寸。在所繪示的具體實施中，傳輸琢面群組的x/y外觀比大於物場8的x/y外觀比。傳輸琢面群組具有類似於物場8之邊緣形式的局部圓形彎曲群組邊緣形式。有關傳輸琢面反射鏡6之設計的進一步細節可參考WO 2010/099 807 A。
藉由分組傳輸琢面21而形成之傳輸琢面群組或對應這些琢面群組的單體式琢面可具有x方向70毫米、y方向約4毫米的範圍。
舉例來說，每一傳輸琢面群組係配置於16行中，其係配置為在x方向彼此偏離且分別由在y方向相鄰配置之7列傳輸琢面21所組成。傳輸琢面21的每一者為矩形。
傳輸琢面群組的每一者係導引部分的照明光3以供物場8的部分或完全照明。
傳輸琢面21為可在至少兩個傾斜位置切換的微反射鏡。傳輸琢面21可具體化為可繞著兩個相互垂直之旋轉軸傾斜的微反射鏡。傳輸 琢面21可排列使得照明預設琢面反射鏡7係以預定的邊緣形式以及傳輸琢面21與照明預設琢面反射鏡7之照明預設琢面25之間的預設關聯性來照明。關於照明預設琢面反射鏡7與投射光學單元10之具體實施例的相關細節可參考WO 2010/099807 A。照明預設琢面25為可在至少兩個傾斜位置切換的微反射鏡。照明預設琢面25可具體化為可持續且獨立地繞著兩個相互垂直的傾斜軸傾斜的微反射鏡，亦即可置於多個不同的傾斜位置，特別是當照明預設琢面反射鏡7配置在與照明光學單元之光瞳平面相距一距離時。
圖2繪示了傳輸琢面21與照明預設琢面25之間預設關聯性的一範例。照明預設琢面25分別關聯於具有對應此關聯性之索引值的傳輸琢面211至219。由於此關聯性，照明琢面25以順序256、258、253、254、251、257、255、252、及259從左至右被照明。
琢面21、25的索引值6、8及3關聯於三個照明通道VI、VIII及III，其從第一照明方向照明三個物場點26、27、28(在圖2中從左至右編號)。琢面21、25的索引值4、1及7關聯於另外三個照明通道IV、I、VII，其從第二照明方向照明三個物場點26至28。琢面21、25的索引值5、2及9關聯於另外三個照明通道V、II、IX，其從第三照明方向照明三個物場點26至28。
照明方向係分配為：-照明通道VI、VIII、III，-照明通道IV、I、VII，及-照明通道V、II、IX
其在所有情況中均相同。因此，傳輸琢面21分配給照明預設琢面25使得物場8的遠心照明產生圖式所繪示的照明範例。
物場8以鏡面反射鏡的方式由傳輸琢面反射鏡6及照明預設琢面反射鏡7照明。鏡面反射鏡原理請見US 2006/0132747 A1。
投影光學單元10具有930毫米的物體/影像偏移(object/image offset)dOIS。後者定義為物場8中心點與影像場17中心點上法線通過物體平面 9之交叉點之間的距離。具有投影光學單元10的投影曝光裝置1具有1280毫米的中間焦點/影像偏移D。此中間焦點/影像偏移D係定義為影像場17中心點與中間焦點5a之法線在影像平面18上交叉點之間的距離。具有投影光學單元10的投影曝光裝置1具有1250毫米的照明光束/影像偏移E。此照明光束/影像偏移E係定義為影像場17中心點與照明光束3通過影像平面18之交叉區域之間的距離。
投影光學單元10具有包含偏離圓形形式之包絡線的入射光瞳。類似地，投影光學單元10具體化為一變形光學單元，使得此入射光瞳轉換為影像場側出射光瞳，其包絡線為旋轉對稱。投影光學單元10之出射光瞳所在的光瞳平面係示意性地顯示於圖1中的29a。
投影光學單元10之出射光瞳的此旋轉對稱(特別是圓形)包絡線29的範例係繪示於圖3中。在此包絡線29內，照明光3可導引為投影光學單元10中的成像光。照明光3於所繪示的子光瞳區域30內導引。換言之，子光瞳區域30代表照明光學單元11的照明通道(illumination channel)。子光瞳區域30係分組以形成四極照明設定形式的極31，用以曝光晶圓19。圖3的極31大致為扇形形式且分別涵蓋約45度的圓周角。此四極照明設定的個別極31係呈現為子光瞳區域30之光柵狀配置群組的包絡線。在這些群組中，子光瞳區域30係以逐列及逐行的方式配置。
圖4顯示照明光學單元11之照明光瞳中的子光瞳區域30的配置，沿著照明光3的光束路徑再往下為圖3之子光瞳區域30的配置。
照明光學單元之照明光瞳所在的光瞳平面係示意性繪示於圖1的32。此照明光瞳平面32與圖1具體實施例中的照明預設琢面反射鏡7的配置平面相距一距離。
在另一照明光學單元中，照明光瞳平面32與照明預設琢面反射鏡的配置平面重合。在此情況中，照明預設琢面反射鏡7為光瞳琢面反射鏡。在此情況中，照明預設琢面25具體化為光瞳琢面。本文中，這可涉 及單塊光瞳琢面或再劃分為複數個微反射鏡的反射鏡群組。作為部分照明光學單元的此一光瞳琢面反射鏡已揭露於US 6,452,661、US 6,195,201及DE 10 2009 047 316 A1。
圖4的照明光瞳係由照明光學單元10的變異而產生，其中照明預設琢面反射鏡7係實施為光瞳琢面反射鏡。
圖4之照明光學單元11的照明光瞳適用於投影光學單元10的入射光瞳(entry pupil)，且依此適用性而具有偏離圓形形式的包絡線33。
照明光學單元11的照明光瞳的包絡線33為可內切最大範圍之照明光學單元11之照明光瞳的輪廓。具有最大範圍之照明光學單元11的照明光瞳為使用照明光學單元11產生之物場8中照明角度分布之最大照明角度頻寬的照明光瞳。若具有不同照明角度分布之不同照明設定可由照明光學單元11產生，具有最大可生成面積的照明光瞳為具有最大範圍的照明光瞳。在均勻光瞳填充的情況中，具有最大面積的此一光瞳亦稱作傳統照明設定。
在圖4的具體實施例中，包絡線33具有橢圓形形式。根據此適用性，相較於圖3出射光瞳的形式，極31也在y方向中壓縮。在圖4的照明光瞳中，子光瞳區域30為圓形且呈現為光源2的影像。在具有旋轉對稱使用光發射表面之光源2的情況中，將相應地在非變形成像的情況中在照明光學單元11的照明光瞳中產生圓形形式的子光瞳區域30。
變形投影光學單元10將導致子光瞳區域30在投影光學單元的出射光瞳中橢圓地扭曲，且在y方向中的範圍大於在x方向中的範圍，如圖3所示。
照明光瞳的包絡線33在第一光瞳維度(即x方向)中具有最大範圍A，且在第二光瞳維度(即y方向)中具有最小範圍B。包絡線33的範圍A/B的比例對應投影光學單元之變形成像尺度的比例。在投影光學單元10中，這些成像尺度在yz平面中為1/8的縮減成像尺度βy且在xz平面中為1/4的縮減 成像尺度βx。所產生的是βx/βy=A/B=2。也可能是在範圍1.05及5之間、特別是在範圍1.2及3之間的其他比例。
在圖4之照明光瞳內之子光瞳區域30的配置係使得子光瞳區域30在具有最大範圍A之光瞳維度中比在具有最小範圍B之光瞳維度中彼此間隔更遠。此距離比例在投影光學單元10的出射光瞳內適用約1.1的比例(參照圖3)。
在照明光瞳中之子光瞳區域30的配置為具有列Z及行S的光柵配置。在此例子中之鄰近列Zi、Zj之間的距離大致對應子光瞳區域30的範圍。鄰近行之間的距離為個別子光瞳區域30範圍的倍數。
鄰近列Zi、Zj的子光瞳區域30係配置為彼此偏移鄰近子光瞳區域30之列間距aij的一半。
圖5及圖6顯示子光瞳區域30的另一配置，首先在投影光學單元10的出射光瞳中(參照圖5)，接著在照明光學單元11的照明光瞳中(其適用為投影光學單元10之入射光瞳)(參照圖6)。對應前文中關於圖3及圖4已作出解釋的組件及結構元件及功能將大致以相同元件符號標示且不再詳細討論。這同樣適用於後續分別顯示子光瞳區域30在投影光學單元10的出射光瞳中、以及在照明光學單元11的照明光瞳中(其適用為投影光學單元10之入射光瞳)之配置的圖式對。
對應圖5及圖6之子光瞳區域30的配置也由具有實施為光瞳琢面反射鏡之照明預設琢面反射鏡的照明光學單元所產生。對應圖6的光瞳琢面為矩形。邊緣長度的外觀比對應投影透鏡之成像尺度(imaging scale)的比例。
在投影光學單元10的出射光瞳中呈現四極照明設定的變體，其不同於圖3中極31之包絡線形式的設定。圖5的極31大致上為方形，其中極31的徑向外邊界係跟循包絡線29的形式。
在圖5及圖6的配置中，子光瞳區域30以矩形光柵的形式配 置。此子光瞳區域配置的列間隔大致上對應圖6照明光瞳中之子光瞳區域30的範圍。行間距為其倍數。
圖7及圖8顯示在投影光學單元10的出射光瞳中(參考圖7)、以及在照明光學單元11的照明光瞳中(參考圖8)之子光瞳區域30的配置，其原則上在對應圖5及圖6的四極照明設定的情況下。圖7及圖8之子光瞳區域30的此配置係由未配置在光瞳平面中的照明預設琢面反射鏡7所產生。照明通道的交疊出現在光瞳平面中，因此子光瞳區域30在y方向彼此合併。接著，y方向中之子光瞳區域30的列間隔小於個別子光瞳區域30的範圍。子光瞳區域的行間隔與子光瞳區域在x方向中的範圍大致上具有相同尺寸。照明預設琢面反射鏡7的琢面25在圖8中為矩形，類似圖6的光瞳琢面。邊緣長度的外觀比對應投影透鏡之成像尺度的比例。
圖9及圖10顯示在另一四極照明設定情況下之子光瞳區域30的另一配置。相較於圖3的設定，在圖9之設定中的極31係限制為切截扇面的形式，因此四極照明出現了比圖3更大的最小照明角度。
在照明光瞳中(參考圖10)，子光瞳區域30係配置為鄰近列Zi、Zj的間隔對應鄰近行Si、Sj的間隔。同樣地，鄰近列Zi、Zj的子光瞳區域30係分別配置為彼此偏移在一列中之鄰近子光瞳區域30之間距aij的一半。子光瞳區域30可配置於六邊形網格。照明預設琢面反射鏡7的琢面25在此例子中為圓形或六邊形，適用於電漿的形式，即光源2的形式。
圖11及圖12顯示子光瞳區域30的配置，其對應圖5及圖6的配置，其中子光瞳區域配置之鄰近行之間的距離降低。極31在投影光學單元10的出射光瞳中具有約為方形邊緣的輪廓。
圖13及圖14顯示子光瞳區域30的配置，其對應圖11及圖12的配置，在此例子中，光柵配置之其中一列的子光瞳區域30係配置為相對光柵配置之一鄰近列的子光瞳區域彼此偏移在一列內彼此鄰近之子光瞳區域30之間距aij的一半。在投影光學單元10的變形成像效應所造成在y方向中 的壓縮後，這將導致子光瞳區域非常緊密的壓縮，即使在出射光瞳(參照圖13)。
照明預設琢面反射鏡7的琢面25並非具體化為單塊(monolithic)或巨觀的琢面，而可由微反射鏡群組近似。在此情況中，若微反射鏡分別於子單元組合，這些虛擬琢面的逐列或逐行位移是不可能的。 由於因子單元間轉換而出現的間隙，上述的位移將失效，因為虛擬琢面無法延伸超過子單元。特別針對照明預設琢面反射鏡7之琢面25的此技術實施，在相對無旋轉對稱邊緣之照明光瞳(例如橢圓照明光瞳)的主軸旋轉的笛卡爾網格上進行對這些子單元是有利的、且因此對虛擬琢面25的配置也是有利的。關於垂直及平行掃描方向之光瞳的座標x及y，這對應的是配置之其中一行Si的子光瞳區域相對配置之其中一鄰近行Sj的子光瞳區域30彼此偏離一行內鄰近彼此之子光瞳區域30的間隔bij的一半。因此，可在出射光瞳產生與上述位移幾乎相同的效果。這繪示於圖14a及14b。
這些圖式首先顯示投影光學單元10之出射光瞳之照明的變體(圖14a)，並接著顯示照明光學單元11之相關照明光瞳之照明的變體(圖14b)，其分別針對具有以可能的最互補方式填充之光瞳的照明設定。圖14a及14b的描述基本上對應例如圖3及圖4的光瞳描述。
圖14b顯示根據子光瞳區域30配置之虛擬照明預設琢面25的配置，這基於具有配置在照明光瞳之照明預設琢面反射鏡7之照明光學單元11的配置。照明預設琢面25係相對笛卡爾xy網格旋轉45度。
圖14a顯示在變形成像至投影光學單元10之出射光瞳中之子光瞳區域30配置後出現的效應。照明光瞳中之圓形子光瞳區域30的笛卡爾旋轉配置成為在出射光瞳中橢圓子光瞳區域30的近似六邊形配置。
圖15及16顯示子光瞳區域30的配置，其對應圖13及14，不同處為照明光瞳中之子光瞳區域30(參考圖16)的形式分別偏離圓形形式，亦即在第一子光瞳維度(圖16中的x方向)具有最大範圍且在第二子光瞳維度 (圖16中的y方向)具有最小範圍。
子光瞳區域30為軸比例(axis ratio)為2的橢圓形，其中橢圓的長軸平行於x方向且短軸平行於y方向。圖16之照明光瞳中的橢圓子光瞳區域30成為例如對應橢圓光源2的影像。在照明光瞳中為橢圓之子光瞳區域30的定向係選擇為使得圓形子光瞳區域30出現在投影光學單元10的出射光瞳，作為投影光學單元10之變形效應的結果。
或者，在圖16方式中為橢圓的子光瞳區域也可經由例如旋轉對稱光源2的變形成像而出現。
圖17顯示集光器34的範例，其可用以取代圖1的集光器5，與第一琢面反射鏡6一起形成傳輸光學單元4以導引照明光至光瞳平面32。 對應前文中關於圖1至圖16(特別是圖1及圖2)已作出解釋的組件將以相同元件符號標示且不再詳細討論。
包含集光器34的傳輸光學單元4具有變形效應，使得圖16類型的橢圓子光瞳區域30產生於光瞳平面32的照明光瞳中。第一琢面反射鏡6在圖17中係示意性地以傳輸繪示。明顯地，第一琢面反射鏡6的光學效應係相應地在反射達成。
集光器34包含第一橢面反射鏡35於照明光3的光束路徑中，其中橢面反射鏡相對集光器34的中心光學軸OA為旋轉對稱。
橢面反射鏡35將發射自光源2的使用光轉移至中間焦點5a。因此，橢面反射鏡35為第一集光器子單元，其於照明光3的光束路徑中產生光源2的二級中間影像。在圖17的具體實施例中，中間影像5a具有光源2的對稱性。在光源2為旋轉對稱的情況下，這也適用於中間影像5a。
在照明光3的光束路徑中，橢面反射鏡35後接著另一個集光器子單元36，其係具體化為巢式集光器(nested collector)，且根據其功能、或在任何情況下根據其主平面係對應至Wolter集光器。圖17使用虛線繪示在yz區段中的光束路徑，即在對應圖1之縱剖面的平面中。在與其垂直之xz區 段中之照明光3的光束路徑在圖17中係使用點劃線表示。
集光器子單元36係劃分為具有對光學軸OA為旋轉對稱之反射表面輪廓的雙曲線外殼37及橢圓外殼38。
這些橢圓外殼分別繪示於yz區段(參考圖17的外殼區段38y)及xz區段(參考圖17的外殼區段38x)中。因此，yz區段只會切割外殼區段38y且xz區段只會切割外殼區段38x。個別的橢圓外殼38在其繞光學軸的持續範圍彼此鏈接且在圖17中具有相同的上標索引，如索引「1」。外殼區段38x 1及38y 1為具有不同曲率半徑及不同圓錐常數的錐形區段，其持續地沿光學軸的圓周方向彼此合併。如此，產生了集光器子單元36之彼此嵌套配置的全部八個橢圓外殼38。
橢圓外殼38x i的偏轉反射效應(deflecting reflecting effect)(抽象來說，即折射率)大於個別關聯外殼38y i的偏轉反射效應。所產生的為集光器子單元36及第一琢面反射鏡6之間照明光3的光束路徑，如圖17所繪示，其中由橢圓外殼38x所反射的照明光3的射線係彼此收斂地傳播，且由橢圓外殼38y所反射的照明光3的射線係平行彼此地傳播。
在yz平面中，第一琢面反射鏡6的傳輸琢面21具有成像效應，且與橢圓外殼38y一起在yz平面中產生光源2的另一影像。此影像係產生於光瞳平面32中。接著，針對每一照明通道產生子光瞳範圍30於光瞳平面32中。在xz平面中，第一琢面反射鏡6的傳輸琢面不具有成像效應，因此照明光3由傳輸琢面21在xz平面中反射，如同其由平面反射鏡反射；在圖17的示意傳輸描述中，這不會導致在照明光3之點劃線射線(在xz方向傳播)之方向的改變。因此，仍維持在橢圓外殼38x之成像效應的情況下，其同樣地成像中間影像5a於光瞳平面32中。
整體而言，圖17之配置的第一琢面反射鏡6的傳輸琢面21係具體化為圓柱形反射鏡，其在yz平面具有凹曲率。由於第一琢面反射鏡6在照明區域(其y範圍比x範圍大)上被照明，光源的影像產生於光瞳平面32中， 即例如圖16所繪示的子光瞳區域(其y範圍比x範圍小)。
圖18顯示投影曝光裝置1的另一具體實施例。取代了繪示於縱剖面中具有六個反射鏡M1至M6的投影光學單元10，可使用變形投影光學單元的一具體實施例，如US 2013/0128251 A1所描述。
在光源2下游的光束路徑中，圖18之投影曝光裝置1的照明光學單元11包含集光器39及下游傳輸反射鏡40，其兩者形成一變形光學單元，其從在此具體實施例中為旋轉對稱的光源2產生橢圓中間影像於中間焦點5a。此處，在yz平面中從集光器39到第一琢面反射鏡6的光束路徑係由實線描繪，而在xz平面中從集光器39到第一琢面反射鏡6的光束路徑係由虛線描繪。
傳輸光學組件39、40的光學效應係使得在中間焦點5a的中間影像不是旋轉對稱，且在x方向具有比在y方向更大的範圍。在中間焦點5a的中間影像可為橢圓形的。接著，具有x/y外觀比對應此中間影像之子光瞳區域30的照明光瞳係藉由第一琢面反射鏡6及照明預設琢面反射鏡7所產生。這也可用以根據例如圖16之配置產生在照明光瞳中之子光瞳區域30的配置。在圖18的照明光學單元11中，第一琢面反射鏡6的傳輸琢面21不需要旋轉不對稱的折射率或任何大幅偏離旋轉對稱的折射率。由於第一琢面反射鏡6的傳輸琢面21沒有被照明光3垂直撞擊，以複曲面透鏡或橢圓方式來具體化這些琢面21可能是有利的。
在圖18的範例具體實施例中，傳輸反射鏡40係繪示為NI反射鏡，即由照明光3以在0度到30度之間的入射角撞擊的反射鏡。或者，傳輸反射鏡40也可具體化為切線入射反射鏡(grazing incidence mirror)(GI反射鏡)，即由照明光3以在60度到90度之間的入射角撞擊的反射鏡。
相反地，前文中參考圖17所描述的集光器子單元36的反射鏡(特別是橢圓外殼38)可具體化為NI反射鏡。
圖18的照明光學單元11包含一共三個NI反射鏡組件於集光 器39的下游，亦即傳輸反射鏡40、第一琢面反射鏡6及照明預設琢面反射鏡7。與前文所解釋的照明光學單元不同，這需要的是在圖18之照明光學單元11中的光源2與投影光學單元10配置在影像平面18的相同側。
下文中，將基於圖19及20描述用於投影曝光裝置1之照明光學單元11的另一具體實施例。對應前文中關於圖1到圖18(特別是關於圖18)已作出解釋的組件將以相同元件符號標示且不再詳細討論。
從光源2出發，圖20的照明光學單元11包含旋轉對稱的集光器41(其功能對應圖1具體實施例中集光器5的功能)、及在其下游的第一琢面反射鏡6及照明預設琢面反射鏡7。在中間焦點5a之光源2的影像為旋轉對稱。使用傳輸琢面反射鏡6及照明預設琢面反射鏡7，將產生根據上述具體實施例之具有偏離圓形形式之包絡線的照明光瞳。在圖20的照明光學單元11中，照明預設琢面反射鏡7係配置於與光瞳平面32共軛的瞳平面中。照明預設琢面反射鏡7的範圍(其接著作用為光瞳琢面反射鏡)在x方向中為在y方向中的兩倍大。
具有兩個傳輸反射鏡43、44的另一傳輸光學單元42係配置於照明預設琢面反射鏡7與物場8之間。傳輸光學單元42首先與照明預設琢面反射鏡7一起將傳輸琢面反射鏡6的傳輸琢面群組成像在物場8上，接著將光瞳平面32a成像在投影光學單元10的入射光瞳上，其係配置於光瞳平面32中。此光瞳平面32可設置於照明光3之光束路徑中物場8的上游(亦即在第二傳輸反射鏡44與物場8之間)、或設置於成像光之光束路徑中物場8的下游(其由光罩12所反射)。兩個變體都在圖20中示意性地繪示。因此，傳輸光學單元42將光瞳平面32a成像於投影光學單元10的入射光瞳平面32上，照明光瞳的其中一者將接著產生於其中作為子光瞳區域30的疊加，如在前文中有關子光瞳區域30之各種配置變體的討論所作的解釋。
針對此結合場及光瞳成像可實現某些成像比例對，其於圖19的圖表中說明，其中包含了傳輸光學單元42。繪示了在每一情況中的成 像比例β，其為光瞳琢面反射鏡7之光瞳琢面之焦距的函數。上面的兩個分支βZP及βZF表示在傳輸光學單元42產生中間影像的情況中光瞳成像(pupil imaging)(βZP)及場成像(field imaging)(βZF)之成像比例(imaging scale)的相依性。下面的兩個分支βP及βF表示傳輸光學單元42並未產生中間影像的情況，其將於下文中作更詳細的討論並實現於圖20的投影光學單元11中。在此處，βP表示光瞳成像的成像比例，且βF表示場成像的成像比例。
圖20的照明光學單元11的尺寸係使得在與770毫米之區域中之光瞳琢面的焦距結合後，成像比例βP針對光瞳成像為-1且針對場成像約為-1.75。第一傳輸反射鏡43具有約為-1100毫米的焦距，且第二傳輸反射鏡44具有絕對值約為1000毫米的略小焦距。照明光3所撞擊之光瞳琢面反射鏡7的使用區域在x方向中具有約為500毫米的範圍，且在y方向中具有約為250毫米的範圍。
圖21顯示用於投影曝光裝置1之照明光學單元11的另一具體實施例。對應前文中關於圖1到圖20已作出解釋的組件及結構元件及功能將大致以相同元件符號標示且不再詳細討論。
在圖21的照明光學單元11中，照明預設琢面反射鏡7為圓形(即其xy外觀比為1)且將具體化為光瞳琢面反射鏡7。光瞳琢面反射鏡7下游的傳輸光學單元42係具體化為變形光學單元且從仍呈現旋轉對稱包絡線於光瞳平面32a的光瞳產生具有偏離圓形形式之包絡線33的照明光學單元11的照明光瞳，如前文中在各種子光瞳區域配置的上下文所作的解釋。
圖21的變形傳輸光學單元42接著具體化為兩個傳輸反射鏡，其以由照明光3對其撞擊的序列而分別標示為元件符號45及46。以約為1010毫米及670毫米之光瞳琢面反射鏡7之光瞳琢面的焦距，此傳輸光學單元42將在xy平面產生約為1.2的成像比例βF並在yz平面產生約為2.4的成像比例βF。同時，傳輸光學單元42分別以1.5及-0.75的成像比例在xz平面及在yz平面成像圓形的光瞳琢面反射鏡，並因而提供所需的橢圓入射光瞳。
傳輸反射鏡45、46的焦距在xz平面為-12.6毫米及1214毫米，且在yz平面為-461毫米及889毫米。
在圖21的照明光學單元11中，光瞳琢面反射鏡7上的撞擊區域具有184毫米的總體半徑。因此，光瞳琢面反射鏡7上撞擊區域的直徑明顯小於圖20之光瞳琢面反射鏡7中撞擊區域的最大範圍。這將導致傳輸琢面21之較小的切換角度(switching angle)。這簡化這些琢面21的技術實施。
傳輸琢面21所分組形成的傳輸琢面群組、或對應這些琢面群組的單塊琢面在圖21的照明光學單元11中的範圍為在x方向100毫米且在y方向3毫米。
圖22顯示對應圖21之照明光學單元11的另一具體實施例，其包含對應圖21之傳輸光學單元42之傳輸光學單元47的不同設計。傳輸光學單元47的傳輸反射鏡45、46係分別匹配約為2010毫米及1020毫米之光瞳琢面反射鏡7之光瞳琢面的焦距，以及再次為影像場及光瞳而無中間影像。 這造成分別為-1.3及-0.65之光瞳成像的成像比例βP、以及分別為-1.0及-2.0之場成像的成像比例βF。
光瞳琢面反射鏡7在圖22的照明光學單元11中也是圓形，其中光瞳琢面反射鏡7的撞擊區域具有211毫米的半徑。
藉由將傳輸琢面21分組所形成的傳輸琢面群組或對應這些的單塊場琢面在x方向中的尺寸為120毫米且在y方向中的尺寸略小於4毫米。
設置在照明預設琢面反射鏡7下游的傳輸光學單元也可用以降低針對傳輸琢面21所需的切換角度，特別是當該照明預設琢面反射鏡未設置於光瞳平面中，亦即當其係具體化為鏡面反射鏡。
圖23a顯示通過照明預設琢面反射鏡7及光瞳平面32之間之一部分照明光學單元11的yz區段，在此例子中係設置於照明光3之光束路徑中之光罩12的下游，照明光瞳係產生於其中。
圖23b顯示對應的xz區段。
繪示了照明光3之光束路徑的構造，再次於類似前文所解釋之圖17的示意傳輸透鏡區段。
照明光瞳內之子光瞳範圍30的程度由以下關係式產生：△k=l(1/zEP-1/zSR)△k為照明角度之變動的量測，因此為屬於個別考量照明通道之個別子光瞳區域30之範圍的量測。在此處，l表示物場8在個別考量維度x或y中的範圍。zEP描述照明光瞳與物體平面9之間在z方向的距離，即沿著照明光3的光束路徑。此距離在yz平面中可能不同於在xz平面。zSR描述照明預設琢面反射鏡7在z方向中與物體平面9的距離。
若在yz平面中考量上述方程式，亦即在包含物體位移方向y的平面中，則l表示掃描長度(在掃描方向的物場尺寸)。接著，△k量化子光瞳區域30的長度，其在y方向的掃描程序過程中以整合的方式出現。由於掃描程序，個別子光瞳範圍30因此沿掃描方向以棒狀的方式變形，這是子光瞳區域30也稱作棒狀物的原因。
變形投影光學單元10在掃描整合方式的情況中可達成的是，照明光瞳完全由子光瞳區域30所填充，全部或是在預設照明極(predetermined illumination pole)(參照極31，例如在圖4)內，亦即在掃描整合的方式中，光罩12上的點被照明光瞳內或預設極內來自每一照明方向的照明光所撞擊。以投影曝光裝置的掃描幾何，藉由zSR與zEP之距離條件的適當匹配，可在預設的容忍範圍內以掃描整合方式獲得均勻完整填充的光瞳。
柱面鏡48表示設置於照明預設琢面反射鏡7下游的傳輸光學單元，且設置於照明預設琢面反射鏡7與光罩8之間。柱面鏡48只在xz平面具有成像效果，因此如圖23b所示，這將導致照明預設琢面反射鏡7的虛擬放大。照明預設琢面反射鏡7的虛擬、放大影像係顯示於圖23b的49。因此，由於柱面鏡48，照明預設琢面反射鏡7在其x範圍會有尺寸的降低，如 圖23b中的雙箭頭49a所表示。因此，傳輸琢面21所需的切換角度將降低。 再次，由於圖23之照明光學單元的不同成像效果，橢圓子光瞳區域30首先在yz平面、接著在xz平面中出現於照明光瞳平面。這些接著轉換為在投影光學單元10之出射光瞳的圓形子光瞳區域30，如前文針對在圖15及16的上下文中的範例所作的解釋。
光瞳平面32不需要在xz平面及yz平面中具有相同的z座標。 這也表示於圖23中，其中光罩12及光瞳平面32之間的距離在圖23a中比在圖23b中大。
替代圖23所描述之傳輸琢面21之傾斜角度(tilt angle)需求的降低，需要較大的琢面21切換角度的照明預設琢面反射鏡7的外觀比可由包含針對不同大切換角度及準確度而設計之兩個傾斜軸的傳輸琢面21來決定。舉例來說，這些各向異性傾斜角度特徵可藉由具有不同剛性的彈簧絞鏈、具有不同定位力的定位馬達或各向異性阻尼來達成。
圖24顯示包含具有此一柱面鏡48之投影光學單元11範例具體實施例的投影曝光裝置1的變體。從集光器41開始，圖24的投影光學單元11再次包含奇數個反射組件，亦即傳輸琢面反射鏡6、照明預設琢面反射鏡7及柱面鏡48。因此，以類似於圖18之照明光學單元的方式，在圖24的照明光學單元中，光源也與投影光學單元10設置在影像平面18的同一側
圖25到圖36顯示照明光學單元11之照明光瞳以及投影光學單元10之出射光瞳的照明變體，其分別針對具有盡可能完整填充之光瞳的照明設定。圖25到圖36的描述原則上對應圖3到圖16的光瞳描述。
圖25顯示具有圓形包絡線29之在投影光學單元10之出射光瞳的橢圓子光瞳區域30的具體實施例。子光瞳區域30為x/y外觀比約為1/2的橢圓形。相關的照明光瞳(參照圖26)具有x/y外觀比為2的包絡線33及圓形的子光瞳區域30。照明光瞳整體撞擊的區域為橢圓形。
在出射光瞳中(圖25)，子光瞳區域30的光柵配置在x及y方向 中具有相同的網格常數。
圖27及28對應圖25及26，不同處為在投影光學單元10的出射光瞳及在照明光學單元11的照明光瞳之子光瞳區域30的堆積密度(packing density)增加。
圖29及30顯示子光瞳區域30的配置，其中光柵配置之其中一行的子光瞳區域30相對於光柵配置之一鄰近行的子光瞳區域係配置為彼此偏移在一行內鄰近彼此之子光瞳區域30之間隔的一半。此外，因為鄰近列之間的間隔小於子光瞳區域30的y範圍，鄰近列的子光瞳區域30將部分重疊。這導致了在透鏡之出射光瞳中之照明子光瞳配置之對稱性破壞的減少，因此投影曝光裝置之成像特性有較小的方向相依性(參照圖29)。
圖31及32顯示對應圖27及28的子光瞳區域配置，其中不同於圖25到29，照明預設琢面反射鏡7並未設置於光瞳平面中，而是與其相距一距離。這再次導致子光瞳區域30在y維度的匯合(confluence)。
圖33及34顯示當使用與光瞳平面相距一距離之照明預設設定反射鏡時之子光瞳區域配置的情況，其中相較於圖29及30，子光瞳區域30首先以偏移方式並接著以緊密堆積的方式配置。這實際上將導致投影光學單元10之出射光瞳的完全填充，而無未撞擊區域。
圖35及36顯示因投影光學單元10的變形效應所造成之在照明光瞳中的橢圓子光瞳區域(參照圖36)以及在投影光學單元10之出射光瞳中所得到的圓形子光瞳區域30的情況，其係再次類似於圖15及16。
圖37及38顯示投影光學單元50之另一具體實施例的光學設計，其可用於投影曝光裝置1以取代投影光學單元10。圖37及38在每一情況中所繪示的為三個個別射線的光束路徑，其在圖37及38中係從在y方向彼此隔開的物場點發出。圖中繪示了主射線51，亦即通過在投影光學單元50之光瞳平面中之光瞳中心的個別射線，並繪示了在每一情況中這些物場點的上及下彗形射線52。圖37顯示投影光學單元50的縱剖面。圖38顯示投影光 學單元50的矢狀面。
從物場8出發，主射線51與物體平面9的法線之間的角度CRAO為5.1度。
物體平面9平行於影像平面18。
投影光學單元50的影像側數值孔徑為0.55。
圖2之投影光學單元50一共有八個反射鏡，其在源自物場8之個別射線15的光束路徑的順序中係依序編號為M1到M8。此一成像光學單元也可具有不同數量的反射鏡，例如四個反射鏡或六個反射鏡。
在物體側，投影光學單元50係具體化為變形光學單元。在圖37的yz區段中，投影光學單元50具有降低的成像比例βy為1/8。在與其垂直的xz平面中(參照圖38)，投影光學單元50具有降低的成像比例βx為1/4。
與旋轉對稱出射光瞳結合，這些不同的成像比例βx、βy將導致在yz平面中物體側數值孔徑的尺寸為在xz平面中的一半，比較圖37及38即可看出。由此而獲得在yz平面之有利的5.1°小主射線角度CRAO。
相關變形投影透鏡的優點也在US 2013/0128251 A1中進行討論，其整體內容係併入本申請案作為參考。
投影光學單元50的變形效應係散佈至反射鏡M1到M8的所有光學表面。
圖37及38繪示了反射鏡M1到M8的計算反射表面。從圖37及38的描述可看出，只使用了這些計算反射表面的一部分。只有此實際使用的反射表面區域會實際存在於真實反射鏡M1到M8中。這些所使用的的反射表面由反射鏡主體以已知的方式承載。
在投影光學單元50中，反射鏡M1、M4、M7及M8係具體化為用於垂直入射的反射鏡，亦即成像光3係以小於45°的入射角入射至反射鏡上。因此，投影光學單元50一共有四個反射鏡M1、M4、M7及M8用於垂直入射。
反射鏡M2、M3、M5及M6為用於照明光3之切線入射的反射鏡，亦即照明光3係以大於60°的入射角入射至反射鏡上。成像光3之個別射線15在反射鏡M2、M3及M5、M6上之切線入射的典型入射角位在80°的區域。整體而言，投影光學單元50包含正好四個反射鏡M2、M3、M5及M6用於切線入射。
反射鏡M2及M3形成直接相繼設置於成像光3之光束路徑的反射鏡對。反射鏡M5及M6也形成直接相繼設置於成像光3之光束路徑的反射鏡對。
一方面為反射鏡對M2、M3且另一方面為M5、M6反射成像光3，使得個別射線在這兩個反射鏡對之個別反射鏡M2、M3或M5、M6上的反射角加總。因此，個別反射鏡對M2、M3及M5、M6的個別第二個反射鏡M3及M6放大了偏轉效應，其中個別第一個反射鏡M2、M5在個別各自的射線上運用。反射鏡對M2、M3及M5、M6之反射鏡的此配置分別對應DE 10 2009 045 096 A1中對照明光學單元的描述。
用於切線入射的反射鏡M2、M3、M5及M6在每一情況中具有非常大的半徑絕對值，亦即與平面表面具有相對小的偏差。因此，用於切線入射之這些反射鏡M2、M3、M5及M6幾乎沒有折射率，即幾乎沒有像凹或凸面鏡的整體光束形成效應，而是有助於特定且特別是局部的像差校正。
反射鏡M1到M8具有一塗層，其最佳化反射鏡M1到M8針對成像光3的反射率。這可為釕塗層、鉬塗層或最上層塗有釕的鉬塗層。在用於切線入射的反射鏡M2、M3、M5及M6中，可使用具有例如鉬或釕所形成之夾層的塗層。這些高度反射層(特別是用於垂直入射的反射鏡M1、M4、M7及M8)可具體化為多層狀的層，其中連續層可由不同的材料製造。交替材料層也可使用。典型之多層狀的層可包含50個雙層，其在每一情況中係由一層鉬及一層矽所製成。
反射鏡M8(即在影像場8之前在成像光束路徑中的最後一個反射鏡)具有用於成像光3的通道口(passage opening)54，其從倒數第三個反射鏡M6反射至倒數第二個反射鏡M7以通過。反射鏡M8係以反射方式環繞通道口54。所有其他反射鏡M1到M7並不包含通道口且以反射方式用於無間隙的一連續區域。
反射鏡M1到M8係具體化為無法由旋轉對稱函數所描述的自由形式表面(free-form surface)。投影光學單元50的其他具體實施例也是可能的，其中反射鏡M1至M8的其中至少一者係具體化為旋轉對稱的非球面。所有反射鏡M1到M8均具體化為這類非球面也是有可能的。
自由形式表面可由以下的自由形式表面方程式(方程式1)所描述：
以下的內容適用於此方程式(1)的參數：ZPH為自由形式表面在點x,y的弛垂度，其中x2+y2=r2。此處，r為與自由形式表面方程式之參考軸的距離(x=0；y=0)。
在自由形式表面方程式(1)中，C1、C、C3...表示以x及y冪次展開的自由形式表面級數的係數。
在錐形底部區域的情況中，cx、cy為對應一相應非球面之頂點曲率的常數。因此，適用cx=1/Rx及cy=1/Ry。kx及ky每一者對應一相應非球面的圓錐常數。因此，方程式(1)描述雙錐自由形式表面。
另一種可能的自由形式表面可由旋轉對稱的參考表面產生。針對微影投射曝光裝置之投影光學單元之反射鏡的反射表面的這類自由形式表面已揭露於US 2007-0058269 A1。
或者，自由形式表面也可用二維樣條曲面(spline surfaces)來描述。這類型的範例為貝茲曲線(Bezier curve)或非均勻有理基本樣條(non-uniform rational basis spline，NURBS)。舉例來說，二維樣條曲面可由xy平面中之點的網格及相關的z值來描述、或由這些點及與其相關的斜率來描述。取決於樣條曲面的個別類型，可藉由網格點之間的內插來獲得完整的表面，其使用例如就其連續性及可微分性具有特定特徵的多項式或函數。這類型的範例為解析函數。
投影光學單元50之反射鏡M1到M8的反射表面的光學設計資料可從以下的表格收集。這些光學設計資料在各種情況下係從影像平面18開始，亦即描述個別投影光學單元在影像平面18及物體平面9間之成像光3的反向傳播方向。
這些表格中的第一個描述光學組件之光學表面的頂點半徑(半徑=R=Ry)。
第二個表格描述單位為毫米之反射鏡M1到M8的二次曲線常數kx及ky、可能不同於數值R(=Ry)的頂點半徑Rx、以及自由形式表面係數Cn。
第三個表格仍描述強度，沿其個別反射鏡從參考表面開始在y方向離心(DCY)且在z方向位移(DCZ)及傾斜(TLA、TLC)。這對應當實現自由形式表面設計方法時的平行位移及傾斜。本文中，位移發生在y方向及z方向並以毫米為單位，且傾斜係相對x軸及z軸發生。本文中，傾斜角度以度來描述。首先發生離心，接著為傾斜。離心過程中的參考表面在每一例子中為指定光學設計資料的第一表面。針對物場8也描述了在y方向及z方向的離心。
第四表格描述反射鏡M8到M1的傳輸資料，亦即其針對中心入射於個別反射鏡上之照明光射線之入射角的反射率。整體傳輸係描述為入射強度在於投影光學單元中所有反射鏡反射後所剩餘的比例因子。
投影光學單元50的整體反射率為10.17%
非球面反射鏡之旋轉對稱的軸一般相對影像平面9的法線傾斜，如表格中的傾斜數值所清楚表示。
物場8具有2倍13毫米的x範圍及1.20毫米的y範圍。投影光學單元50針對13.5奈米的照明光3的操作波長而最佳化。
投影光學單元50具有正好八個反射鏡M1至M8。一方面為反射鏡M2及M3、另一方面為M5及M6係實施為用於切線入射的反射鏡且在每一例子中配置為在成像光束路徑中直接在彼此後面的反射鏡對。投影光學單元50具有正好四個用於切線入射的反射鏡，即反射鏡M2、M3、M5及M6。 反射鏡M1、M4、M7及M8係實施為用以垂直入射的反射鏡。
在投影光學單元50中，光闌(stop)53係配置於反射鏡M1及M2之間的光束路徑中，接近反射鏡M2上的切線入射。光闌53配置於照明或成像光3之光束路徑中之第一光瞳平面區域中的反射鏡M1及M2之間。此第一光瞳平面53相對中心場點的主射線51而傾斜，亦即其包含與此主射線不呈90度的角度。成像光3的整體光束可從此第一光瞳平面區域中之反射鏡M1及M2之間的所有側面獲得，因此實施為孔徑光闌的光闌53係配置於此。替代地或附加地，光闌可直接配置於反射鏡M2的表面。
在xz平面中(參考圖38)，投影光學單元50的入射光瞳位在照明光之光束路徑中物場8的前方2740毫米。在yz平面中，入射光瞳位在投影光學單元50的成像光束路徑中物場8的下游5430毫米。因此，從物場8所發出的主射線51範圍在圖37的縱剖面及在圖38的視圖中皆為收斂。
在xz平面中(參考圖38)，光闌53可位在相較其在yz平面中位置於z方向中移置的一位置。
在物場8及影像場17之間的z距離(即投影光學單元50的結構長度)約為1850毫米。
物體/影像偏移(dOIS)(即中心物場點及中心影像場點之間的y間距)約為2400毫米。
反射鏡M7及影像場17之間的自由工作距離為83毫米。
在投影光學單元34中，波前像差的RMS數值至多為7.22mλ且平均為6.65mλ。
最大的失真值在x方向至多為0.10奈米且在y方向至多為0.10奈米。在x方向中的遠心(telecentricity)數值在影像場側至多為1.58mrad，且在y方向中的遠心數值在影像場側至多為0.15mrad。
投影光學單元50的其他反射鏡資料顯示於下面的表格。
在yz平面(圖37)中之反射鏡M5上反射區域的光束路徑中以及在xz平面(圖38)中之反射鏡M6及M7之間的成像光束路徑區域中有中間影像53a。
投影光學單元50的另一光瞳平面係配置在反射鏡M7及M8上的成像光3的反射區域中。
反射鏡M7及M8區域中的孔徑光闌(aperture stop)可一方面針對x維度、另一方面針對y維度而配置分布於成像光束路徑中的兩個位置，舉例來說，可有一個孔徑光闌主要用以提供反射鏡M8上沿y維度的限制以及一個孔徑光闌主要用以提供反射鏡M7上沿x維度的限制。
反射鏡M8為遮蔽的(obscured)且包含通道口54供照明光在反射鏡M6及M7間之成像光束路徑中的通行。由於開口通道54，少於20%之投影光學單元50的數值孔徑被遮蔽。因此，在投影光學單元50的系統光瞳中，由於遮蔽而未被照明的表面小於整體系統光瞳之表面的0.202。系統光瞳內未照明表面在x方向中可具有不同於在y方向中範圍。此外，系統光瞳中無法被照明的此表面可相對系統光瞳的中心在x方向及/或在y方向中離心。
在成像光束路徑中只有最後的反射鏡M8包含用於成像光3的通道口54。所有其他的反射鏡M1到M7具有連續的反射表面。反射鏡M8的反射表面係環繞其通道口54。
反射鏡M1、M3、M4、M6及M8的半徑為負值，亦即其原則上為凹面鏡。其他反射鏡M2、M5及M7的半徑為正值，亦即其原則上為凸面鏡。用於切線入射的反射鏡M2、M3、M5及M6具有很大的半徑而且與 平面反射表面僅有小偏差。
在投影曝光裝置1的協助下，首先提供光罩12及晶圓19以產生微結構組件，特別是高度整合的半導體組件(例如記憶體晶片)。接著，以投影曝光裝置1的投影光學單元將光罩8上的結構投影至晶圓19上的光感層。接著，藉由顯影光感層而在晶圓19上產生微結構並由此產生微結構或奈米結構組件。
30‧‧‧子光瞳區域
32‧‧‧照明光瞳平面
33‧‧‧包絡線

Claims (15)

  1. 一種用以照明一物場之用於投影微影的照明光學單元，包含：一第一傳輸光學單元，用以導引從一光源所發出的照明光；一照明預設琢面反射鏡，設置於該第一傳輸光學單元下游且包含複數個照明預設琢面，該琢面反射鏡藉由所照明之該等照明預設琢面的一配置而產生該物場的一預設照明；該照明光學單元的一配置，其造成該照明光學單元之具有一最大範圍的一照明光瞳的一照明，其具有偏離圓形形式之一包絡線且預先設定該物場中的一照明角度分布；其中該照明光光瞳係劃分為以逐列(line-by-line)及/或逐行(column-by-column)方式配置的複數個子光瞳區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學單元，其特徵在於該照明預設琢面反射鏡係組態為一光瞳琢面反射鏡，其包含複數個光瞳琢面且配置於該照明光學單元的一光瞳平面或與其共軛的一平面中，其中該等光瞳琢面預先設定該照明光瞳中的該等子光瞳區域。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學單元，其特徵在於該物場的該預設照明係藉由以下而預先設定為該物場之一場形式(field form)及一照明角度分布的預設照明：該照明預設琢面反射鏡之一可照明邊緣形式(illuminable edge form)；以及該等照明預設琢面之個別傾斜角。
  4. 如申請專利範圍第1到3項之其中一項所述之照明光學單元，其特徵在於該照明光瞳的該包絡線在一第一光瞳維度具有一最大範圍且在一第二光瞳維度具有一最小範圍的一配置，其中該最大範圍及該最小範圍之間的一比例至少為1.1。
  5. 如申請專利範圍第1到4項之其中一項所述之照明光學單元，其特徵在於該配置之其中一行的該等子光瞳區域相對於該配置之一鄰近行的該等子光瞳區域係彼此偏離在一行內彼此鄰近之子光瞳區域的間距的一半。
  6. 如申請專利範圍第1到5項之其中一項所述之照明光學單元，其特徵在於該照明光瞳中之該等子光瞳區域在一第一子光瞳維度中具有一最大範圍且在一第二子光瞳維度中具有一最小範圍，其中該最大範圍及該最小範圍之間的一比例至少為1.1。
  7. 如申請專利範圍第1到6項之其中一項所述之照明光學單元，其特徵在於該第一傳輸光學單元包含具有複數個傳輸琢面的一傳輸琢面反射鏡。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之照明光學單元，其特徵在於該傳輸琢面反射鏡的一包絡線在一第一場維度中具有一最大範圍且在一第二場維度中具有一最小範圍，其中該最大範圍及該最小範圍之間的一比例至少為1.1。
  9. 如申請專利範圍第1到8項之其中一項所述之照明光學單元，其特徵在於該傳輸光學單元包含一集光器，其在該照明光學單元的該照明光瞳上產生該光源的一變形影像。
  10. 如申請專利範圍第1到9項之其中一項所述之照明光學單元，其特徵在於另一傳輸光學單元，其設置於該照明預設琢面反射鏡的下游，用以產生該照明光瞳。
  11. 一種光學系統，包含如申請專利範圍第1到10項之其中一項所述之一照明光學單元及一投影光學單元，用以在一影像場中成像該物場。
  12. 一種照明系統，包含如申請專利範圍第1到10項之其中一項所述之一照明光學單元及一光源。
  13. 一種微影曝光裝置，包含如申請專利範圍第11項所述之一光學系統及一光源。
  14. 一種用以產生一微結構組件之方法，包含以下的方法步驟：提供一光罩；提供一晶圓，其具有對一照明光敏感的一覆層；在如申請專利範圍第13項所述之該投影曝光裝置的協助下將該光罩的少一部分投影至該晶圓上；以及將該晶圓上曝光於該照明光之該光感層顯影。
  15. 一種組件，由如申請專利範圍第14項所述之方法所產生。
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