TWI425319B - 用於微蝕刻投影曝光裝置之照明光學件 - Google Patents

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Description

用於微蝕刻投影曝光裝置之照明光學件
本發明係有關於一種用於微蝕刻投影曝光裝置之照明光學件。此外，本發明有關於一種具有該照明光學件的照明系統。本發明也有關於一種具有該照明系統的微蝕刻投影曝光裝置。此外，本發明係有關於一種用於微結構組件(microstructured component)的微蝕刻製造方法。最後，本發明有關於一種用該方法製成的組件。
 發明背景
關於用以微蝕刻製造半導體組件及其他帶有精細結構之組件的投影曝光裝置，其效能基本上取決於投影物鏡的顯像特性。此外，影像品質、製程控制的彈性、使用該裝置可達成的晶圓通量、以及其他的效能特徵也都明顯取決於在投影物鏡上游之照明系統的特性。該投影物鏡必須能夠用最高的可能效率預備好來自一次光源(例如，雷射)的光線，藉此在照明系統的照明場中產生最可能均勻的強度分布(intensity distribution)。也必須能夠在照明系統上設定不同的照明方式，以便，例如最佳化取決於待顯像之個別圖樣之結構的照明，亦即，光罩或倍縮光罩(reticle)。有不同同調程度以及圓環視野(ring－field)照明和偶極或四極照明的各種習知照明設定通常有多個設定選項。除了別的以外，可使用為了產生低角度(shallow－angle)照明的非習知照明設定以藉由雙光干涉(two－beam interference)來增加景深(depth of field)以及增加解析能力(resolution capability)。
可由以下文獻獲知微蝕刻照明系統：歐洲專利第EP 0 747 772 A號、美國專利第US 6 900 943 B2號、美國專利第US 6 285 442 B1號、美國專利第US 4 851 882號、美國專利第US 4 947 030號、美國專利第US 6 657 787 B1號、世界專利第WO 2005/027207 A1號、德國專利第DE 199 21 795 A1號、美國專利第US 2006/0055834 A1號、以及世界專利第WO 2006/040184 A2號。
對於多次曝光，最好可快速改變照明設定以便簡短地以兩種不同的照明設定來照明光罩。具有能變可調整型光瞳形成裝置(pupil forming device)的習知照明系統在此一方面所提供的可能性是有限的，特別是，如果有大量活動光學組件必須行進相對長的距離以便在不同的照明設定之間改變。如果使用可互換光瞳濾波器(pupil filter)則光損失無法避免。
本發明的目標之一是要提供一種用於微蝕刻投影曝光裝置的照明系統，其係允許至多在數分之1秒內快速地轉換成不同的照明設定而且大體沒有光損失。
本發明達成此一目標係根據一種用於微蝕刻投影曝光裝置之照明光學件，其係以來自至少一光源的照射光照射物件表面(19)的指定照明場，其係具有：第一光學模組，其係用於設定該照明光學件於其光瞳平面的第一照明設；至少一第二光學模組，其係與該第一光學模組隔開，用於設定該照明光學件於該光瞳平面的第二照明設定；至少一去耦合元件(decoupling element)，其係位於在該兩個光學模組之上游的光學路徑中，其係視需要饋送該照射光至該第一光學模組與該第二光學模組中之至少一個；至少一耦合元件，其係位於在該兩個光學模組之下游的光學路徑中，其係饋送已通過該第一光學模組與該第二光學模組中之至少一個的照射光至該照明場。
根據本發明，已發現，如果預備至少兩個預先調整成可產生特定照明設定的光學模組，則可省去光學組態在光學模組裡要花時間的改變而且有可能按需要在其間做切換。可用機械方式完成光學模組之間的轉換，例如藉由暫時把反射鏡導入照射光路，或也可藉由修正照射光的特性。在有些情況下，用相對少的切換工作就可得到顯著不同的照明設定。這用於吃力的投影工作。形式為鏡片的耦合分光鏡(coupling beam splitter)或耦合光學元件、物鏡或反射鏡係用作耦合元件，如世界專利第WO 2005/027207 A1號所述。根據本發明，例如藉由串接的去耦合元件與耦合元件，有可能在兩個以上的光學模組之間做轉換，而且這可引進在兩個以上的不同照明設定之間做轉換的可能性。
在該照明光學件之一具體實施例中，該去耦合元件係經設計為一去耦合分光鏡(decoupling beam splitter)，其係以第一光特性(light characteristic)饋送光線至該第一光學模組而且以與該第一光特性不同的第二光特性饋送光線至該第二光學模組，該耦合元件係經設計成一耦合分光鏡，其係饋送已通過該兩個光學模組中之一個的照射光至該照明場，該耦合分光鏡係經配置成使得有該兩種光特性的光線可從該耦合分光鏡沿著同一個光軸往下游行進，可切換光特性變換器(switchable light－characteristic changer)係位於在該去耦合分光鏡之上游的光學路徑中，以及取決於切換，把進入光特性變換器的該照射光改變成有該第一及該第二光特性之至少一種的光線。因此，如果經由去耦合分光鏡與耦合分光鏡在光學路徑之間有光學切換，可省去以機械位移光學組件來得到兩種不同照明設定之間的轉換，在該等光學路徑中有預先調整過的不同光學模組，各模組是用來設定特定的照明設定。就此情形而言，藉由修改光特性可轉換該等光學路徑。這可為光極化、光波長、光束方向、甚至光束幾何。特別是，兩種以上光特性的轉換也有能，例如使用串接的光特性變換器。因此，在本發明變體的情形下，也有可能快速地在兩個以上的光學模組之間改變，從而也可改變兩個以上的照明設定。
若是該光特性為極化狀態(polarisation state)，而且取決於切換，該光特性變換器會把進入它的照射光改變成有第一或第二極化狀態的光線，該去耦合分光鏡與該耦合分光鏡係經設計成各為一極性選擇性分光鏡(polarisation－selective beam splitter)，可得到能極其快速地改變極化狀態，例如只在數奈秒內。替換地，如果光波長作用要改變的光特性，則使用二色性分光鏡作為耦合及去耦合分光鏡。如果照射光的光束方向或光束幾何用作要改變的光特性，反射刀緣配置(knife－edge arrangement)可用作耦合及去耦合分光鏡。
選自包含極化立方體(polarisation cube)與分光鏡片(beam splitter plate)組成之群的極性選擇性分光鏡可產生有大橫截面的照明光束，這有利於在分光鏡上產生低能量及低強度的負載。取決於所使用的照明光波長，用於本發明變體的極化立方體或分光鏡立方體可由氟化鈣或石英製成。替換地，也可使用例如有光學塗層的分光鏡片用來讓有第一極化方向的光線通過而且反射有第二極化方向的光線。
在其他應用系統中，用作光特性變換器的普克爾盒(Pockels cell)在快速切換極化狀態方面已證明令人滿意。替換地，也可使用適合用來改變光束幾何的克爾盒(Kerr cell)。電光調變器(acousto－optic modulator)可用作光特性變換器以便改變光束方向，光束方向則用布拉格反射(Bragg reflection)修正。
光特性變換器係經設計成使得光特性有可能在一秒內改變，在1毫秒內為較佳，在100奈秒內更佳，甚至在10奈秒更佳，或將它設計成使得光特性可周期性地改變，或將它設計成使得在切換頻率超過1 Hz時光特性會改變，在超過1 kHz時光特性會改變較佳，甚至在超過10 kHz時光特性會改變更佳，使得光特性變換器特別適合用來得到分布於光學組件的負載而且與常用光源之光發射的時間特性有良好的適配。
一種照明光學件，其中該光特性變換器係經設計成一可在至少兩個操作位置之間移動的極化變換器(polarisation changer)，其中在處於該極化變換器的第一操作位置時，該照射光會穿過它藉此饋送該照射光至第一光學模組，其中在處於該極化變換器的第二操作位置時，該照射光會穿過它藉此饋送該照射光至該第二光學模組，或其中該極化變換器係經設計成一可繞著該照射光之射束軸旋轉的半波長板(lambda/2 plate)，或其中該光特性變換器係經設計成一極化變換器，其係具有至少兩個空間上分開、對極性有不同作用的光學組件，其中該極化變換器可在至少兩個操作位置之間移動，其中在處於第一操作位置時，該照射光會穿過該極化變換器的第一極化光學組件藉此饋送該照射光至該第一光學模組，其中在處於第二操作位置時，該照射光會穿過該極化變換器的第二光學組件藉此饋送該照射光至該第二光學模組，或其中該極化變換器係由至少一光學元件組成，該至少一光學元件則由至少一光學活性材料製成，而且該至少兩個空間上分開、對極性有不同作用的光學組件相互毗鄰或至少在某些區域是逐漸合併的；以上等等光特性變換器的實施例是以機械切換光學組件的方式來改變光特性。可切換該光學組件，使得在切換前後，該照射光會穿過該光學組件的同一個光學活性表面。例如，當單一半波長板用作極化變換器時，就是這個情形。關於該光特性變換器的其他具體實施例，會以這種機械切換來使用該光學組件的各種光學活性區。該光特性變換器的控制費用則相對低。
例如，至少一半波長板用來作為該極化變換器的第二極化光學組件，其係經設計成一可繞著該照射光之射束軸旋轉的半波長板，這使得有可能使用極化光學分光鏡來提取照射光。該極化變換器的第一極化光學組件，其中至少有一半波長板用作該第二極化光學組件，也可為半波長板，當它處於操作位置時，會把光軸的方向改變成與第二極化光學組件的不同。在最簡單的情形下，該第一極化光學組件只是自由地穿過該極化變換器。
在包含至少一鏡元的去耦合元件的情形下，該至少一鏡元可在至少兩個操作位置之間移動，至少在處於第一操作位置時，饋送該照射光至該第一光學模組，至少在處於第二操作位置時，饋送該照射光至該第二光學模組，其中該耦合元件係經設計為一可與該去耦合元件同步移動的鏡元，藉由暫時使反射鏡插入該照射光的射線路徑可獲致該兩個光學模組的轉換。此一變體需要相對便宜的控制。
有多個個別反射鏡位於可驅動旋轉之鏡架上的去耦合元件例子可由度量衡及光學掃描器技術獲悉。
用相對少的活動質量可製成經設計成具有多個有透明間隙介於其間之個別反射鏡的條狀鏡面鋁箔(mirror foil)的去耦合元件。
該等耦合元件的設計可根據有多個個別反射鏡位於可驅動旋轉之鏡架上的去耦合元件，或根據經設計成有多個有透明間隙介於其間之個別反射鏡的條狀鏡面鋁箔的去耦合元件。
用以下方式組態該第一光學模組與該第二光學模組：該第二照明設定大體不同於該第一照明設定。不過，在某些應用系統中，該第二照明設定與該第一照明設定也可完全相同，在預定公差極限內彼此相似，以致在任何光特性方面，該第一照明設定與該第二照明設定不會有顯著的不同。在這些情形下，照明設定之間的改變對於該第一及該第二光學模組的組件仍會導致光學負載減少，因為全部照射光中只有各別部份作用於該等光學模組。根據本申請案，如果照明設定使饋至物件或照明場之照射光極性互斥性地不同時，則該等照明設定也不同。此一極性差異可為光線穿過照明光學件之光瞳的局部點時之極性種類的差異。在此情形下，光瞳為照射光穿過光瞳平面的區域，而該光瞳平面係與物鏡的光瞳平面光學共軛，特別是在該照明光學件之下游的投影物鏡。替換地或另外，極性的差異也可為極性類型之取向相對於光瞳座標系超出光瞳之各個局部點的空間分布之差異。術語“極性類型”或“極化狀態”在本文獻中係指線性及/或圓極化光線以及彼等之任何形式的組合，例如，橢圓、相切及/或徑向極化光。例如，有可能第一照明設定是以第一照射光線性極化狀態在光瞳上為不變地方式照射整個物件場。第二照明設定則使用為此目的使極性對旋轉軸轉個恆定角度(例如，90度)的光線。在此情形下，極化分布不會隨繞著旋轉軸旋轉上述恆定角度而改變。替換地，第一照明設定有可能以第一空間極化分布來照射光瞳，例如在整個光瞳上有相同的極性，而第二照明設定以照射光的第一極化方向來照射部份光瞳，而以照射光的另一極化方向來照射其他部份的光瞳。就此情形而言，不只可改變極化方向，也可改變光瞳的極化分布。根據本申請案，如果照明設定中為純量變數的強度分布及/或為向量變數的極化分布在光瞳上不同則該等照明設定為不同。基於照射光的向量型電場向量(E－field vector)，可用向量變數來描述不同的極化狀態。在此情形下，光瞳也可具有非平面型，亦即，曲面。曲面上的強度分布則用純量變數來描述，而極化分布用向量變數來描述。
一種其中該第二照明設定與該第一照明設定只是極化狀態不同的照明光學件係具有只是極化狀態不同的照明設定，亦即，例如極化的類型(線性、圓形)及/或極化方向及/或空間極化分布，使得可適配極化狀態以改變顯像要求，特別是起因於待顯像結構之幾何的要求。
相對於饋送通過該第二光學模組的照射光，用於延遲饋送照射光通過該第一光學模組的光學延遲組件使得引導通過該第一光學模組的照射光與引導通過該第二光學模組的照射光在該耦合元件之後的光路中有明確的時間同步。這可用來及時勻化由該耦合元件至該等光學組件的光線劑量，以便減少每一脈衝沉積於該等光學組件的能量，特別是在脈衝光源的情形下。這特別適用於投影曝光裝置在照明或投影光束方向配置於該耦合元件之後的光學組件，例如聚光鏡、REMA(倍縮光罩/光罩用)物鏡、倍縮光罩或光罩、投影物鏡的光學組件、浸漬層、光阻、晶圓片以及晶圓片平台。該光學延遲組件可為配置於該第一光學模組之光路中或配置於該第二光學模組之光路中的光學延遲線。經由該光學延遲組件可調整光學延遲為較佳，而且達成此一目的可例如經由可沿著已導引照射光數次為較佳之路徑的線性滑動平台與剛性地連接至該線性滑動平台的反射鏡，特別是回復反射鏡(retroreflecting mirror)。替換地，特別是對於設定相對短的延遲路徑，可將該光學延遲組件組態成一光學透明且光學較密、有預定光學路徑的介質。也可使用由其中光學延遲係基於放大純路徑之光學延遲組件與其中光學延遲係基於在光學較密介質中有光路之光學延遲組件的組合製成的。
本發明另一個目標是要提供一種具有該照明光學件的照明系統，藉此減少倍縮光罩與在該去耦合分光鏡下游之光學組件的尖峰負載。
達成此一本發明目標係藉由一種有一照明光學件的照明系統，其係具有用於產生脈衝照射光的至少一光源，其中該光特性變換器係經設計成使得在一個照明光脈衝期間，光特性至少可改變一次。
藉由在照明光脈衝期間改變光特性，可將此一脈衝分割成兩個光脈衝部份，隨後將彼等整形成不同的照明設定。這對於減少組件的照射光負載是有利的，特別是該等組件的局部負載。藉由在照明光脈衝期間改變光特性，如果選擇雷射作為光脈衝源，有可能用雷射重覆率(laser repetition rate)的一半、脈衝能量的兩倍以及加倍脈衝持續時間(pulse duration)來工作。在此情形下，單一脈衝能量是個別脈衝功率對脈衝持續時間的積分。此類雷射目前可取得或可開發並整合於微蝕刻投影曝光裝置，這比重覆率較高、大體也較貴的雷射更簡單。
一種有一照明光學件的照明系統，其係具有用於產生脈衝照射光的至少一光源，其中該光特性變換器係經設計成使得在兩個連貫光脈衝之間可啟動該光特性變換器用來改變該光特性，這可減少該等光學模組會經受的平均光輸出，因為沒有全部導引來自光源的光脈衝通過同一個光學模組。假設有適當的同步，包含至少一可在至少兩個操作位置之間移動之鏡元的去耦合元件，至少在處於第一操作位置時，饋送照射光至該第一光學模組，而且至少在處於第二操作位置時，饋送該照射光至該第二光學模組，其中該耦合元件係經設計為一可與該去耦合元件同步移動的鏡元，或有多個位於可驅動旋轉的鏡架上的個別反射鏡，或係經設計成一有多個有透明間隙介於其間之個別反射鏡的條狀鏡面鋁箔，這可用來取代其中該第二照明設定與該第一照明設定只是極化狀態不同的光特性變換器。就此情形而言，該去耦合元件會讓每隔一個光脈衝通過，例如，介於其間的光脈衝都被該去耦合元件的鏡元反射到另一個光學模組。例如，可用該光特性會在兩個連續光脈衝之間改變的方式來組態該光特性變換器。
有至少兩個用於產生脈衝照射光之光源的照明系統可減少對於個別光源的要求。由該至少兩個光源產生的照射光是用接合光學裝置耦合成照明光束並且照射該照明場。類型與耦合或去耦合分光鏡的分光鏡可用來得到耦合；然而，這沒有強制性。替換地，例如，有可能經由耦合反射鏡或耦合鏡片來合併來自該等光源的至少兩個照射光束。
有兩個光源經由去耦合分光鏡饋送至兩個光學模組的照明系統是緊湊的。
一種主控制系統，其係以訊號連接至該去耦合元件與該光特性變換器中之至少一個，以及取決於指定照明值，控制該去耦合元件與該光特性變換器中之至少一以經由該第一光學模組得到該照明場的比例式照明(proportional illumination)以及經由該第二光學模組得到該照明場的比例式照明，這使得用預設照明設定比例式調整該照明場的照明成為有可能。該等組件可用時間－比例照明製成，亦即，最初用第一照明設定連續照明，然後用至少一另一個照明設定，或用強度－比例照明製成，亦即，用多個照明設定平行照明該照明場成有預設的強度分布。若必要，基於控制目的，該主控制系統也可用訊號連接至該耦合元件以便得到光學模組之間的轉換。
該主控制系統另外用訊號連接至至少一由以下各物組成之群中選出的組件：該至少一光源、該兩個光學模組、倍縮光罩遮蔽系統、倍縮光罩平台、晶圓片平台，這可經由到照明系統之組件的訊號鏈路取得與相關照明設定有關的資訊，可以作用於光學模組之調整的方式來指定特定預設照明設定，以及例如經由倍縮光罩遮蔽系統或掃描速度來做額外的適配。
本發明的另一目標是要提供一種具有本發明照明光學件與本發明照明系統的微蝕刻投影曝光裝置，以及提供一種微蝕刻製造方法，其係可用該微蝕刻投影曝光裝置完成以及製成組件。
本發明達成此一目標係根據：一種微蝕刻投影曝光裝置，其係具有照明系統、照明光學件、至少一用於產生脈衝照射光的光源，其中該光特性變換器係經設計成使得在一個照明光脈衝期間光特性至少可改變一次；一種用於微結構組件的製造方法，其係包含以下步驟：提供一基板，其上至少有一部份已塗上一層光敏感材料；提供一光罩，其係包含待顯像的結構；提供一個如上述之投影曝光裝置；使用該投影曝光裝置投影該光罩之至少一部份於該層之一區域上，以及一種使用如上述之方法製成的組件。
該等項目的優點上述優點結合該照明光學件與該照明系統的結果。
最後，本發明的另一目標是要提供一種用於微蝕刻投影曝光裝置的輔助模組，它可改造現有的照明光學件與現有的照明系統以便利用上述效益。
本發明達成此一目標係根據一種用於微蝕刻投影曝光裝置之照明系統的輔助模組，其係具有：一光學模組，除了該照明光學件的第一光學模組以外，該光學模組係用來與該第一光學模組的照明設定一起提供另一照明設定至該光瞳平面；至少一去耦合元件，其係位於在該兩個光學模組之上游的光學路徑中，藉此它可饋送該照射光到該第一光學模組或者是到輔助模組；至少一耦合元件，其係位於在該兩個光學模組之下游的光學路徑中，藉此它可饋送已通過該第一光學模組或該輔助模組的照射光至該照明場。
這種輔助模組的優點等於上述與該照明光學件及該照明系統有關的優點。
關於本發明照明光學件與本發明照明系統，如以上已描述的，可設計及開發該輔助模組的個別組件，亦即，輔助光學模組、該至少一去耦合元件、該至少一耦合元件、任何另外加上的光特性變換器、以及任何另外加上的主控制系統。由該輔助模組提供的另一照明設定可不同於該第一光學模組的照明設定。在特定的應用系統中，在此情形下，另一個照明設定的所有光特性也可在預定的公差極限內都與該第一光學模組的照明設定對應。因此，以上關於照明光學件的備註也適用。
圖式簡單說明
以下為說明本發明具體實施例時所參考的附圖。
第1圖的示意圖係圖示有第一照明系統的微蝕刻投影曝光裝置；第2圖的示意圖係以光特性變換器的第一切換時間(switching time)為例圖示來自第1圖投影曝光裝置之光源的兩個連續光脈衝；第3圖及第4圖用與第2圖相似的方式圖示另一個切換時間的實例；第5圖為與第1圖微蝕刻投影曝光裝置相似的示意圖，其係圖示另一個照明系統具體實施例；第6圖至第9圖用與第2圖相似的方式圖示使用第5圖照明系統的其他切換時間實例；第10圖為與第1圖微蝕刻投影曝光裝置相似的示意圖，其係圖示另一個照明系統具體實施例；第11圖係圖示第1圖的微蝕刻投影曝光裝置與控制組件(control component)；第12圖及第13圖為與第1圖微蝕刻投影曝光裝置相似的示意圖，其係圖示另一個照明系統具體實施例；第14圖的示意圖圖示用於第13圖照明系統的去耦合及耦合元件；第15圖的示意圖圖示用於第13圖照明系統的另一個去耦合及耦合元件具體實施例；第16圖的示意圖圖示可特別用於第1圖照明系統的極化變換器以取代普克爾盒。
第17圖為與第1圖微蝕刻投影曝光裝置相似的示意圖，其係圖示另一個包含光學延遲組件的照明系統具體實施例；第18圖的平面圖係圖示照明系統之光瞳平面的照明設定，其係使用該等具體實施例中之一個之照明系統的光學模組做調整；第19圖為與第18圖相似的視圖係圖示照明設定的變體，它可用該等光學模組中之一個來調整；第20圖為光罩結構的大幅放大視圖，該光罩結構可用具體實施例中之一個的照明系統顯像而且有厚垂直線；第21圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示有隔離線的光罩結構；第22圖為與第18圖相似的視圖，其係圖示另一個可使用該等光學模組來調整的照明設定；第23圖為與第18圖相似的視圖，其係圖示另一個可使用該等光學模組來調整的照明設定；第24圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示用第22圖或第23圖照明設定來照射的光罩結構變體；第25圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示用第22圖或第23圖照明設定來照射的光罩結構變體；第26圖為與第18圖相似的視圖，其係圖示另一個可使用該等光學模組來調整的照明設定；第27圖為與第18圖相似的視圖，其係圖示另一個可使用該等光學模組來調整的照明設定；第28圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示用第26圖照明設定來照射的光罩結構變體；以及，第29圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示用第27圖照明設定來照射的光罩結構變體。
 較佳實施例之詳細說明
圖示於第1圖的微蝕刻投影曝光裝置1可用於製造半導體組件及其他有精細結構之組件而且是使用在真空紫外線範圍(VUV)內的光線來達成小於微米的解析度。工作波長為193奈米氟化氬準分子雷射的線性極化光束3(其係與投影曝光裝置1之照明系統5的光軸4同軸對齊)係用作光源2。其他紫外線光源，例如工作波長為157奈米的氟分子雷射、工作波長為248奈米的氟化氬雷射、或工作波長為368奈米或436奈米的汞汽燈，以及波長小於157奈米的光源也有可能。
由光源2離開的光線一開始被極化成與第1圖的投影平面垂直(s－極化)。第1圖中是用光束3上的數個小點表示。此一來自光源1的線性極化光首先進入擴束器(beam expander)7，例如，它可做成如德國專利第DE 41 24 311號所述的反射鏡配置且用來減少同調性以及增加光束的橫截面。在擴束器7之後，光束3穿過為光特性變換器之實例的普克爾盒8。只要沒有電壓施加於普克爾盒8，離開普克爾盒8的光束3仍為s－極化。隨後，光束3穿過去耦合分光鏡9，其係去耦合元件的實例且做成由氟化鈣或石英製成的極化立方體。去耦合分光鏡9讓在光軸4方向中的s－極化光束3通過而且光束會穿過第一衍射光學元件(DOE)10。第一DOE 10係用作光束整形元件(beam－shaping element)且座落在第一鏡片組11(其係置於射線路徑的下游)的入光平面中。
第一鏡片組11包含變焦距系統(zoom system)11a以及後續的軸錐鏡設置(axicon setup)11b。變焦距系統11a為雙重遠心式且被設計成純量變焦距型藉此實現在變焦距系統11a之一入光平面與一出光平面之間有預設放大率的光學顯像。變焦距系統11a也有變焦距功能藉此在變焦距系統11a的入光平面與出光平面之間可做例如三次傅里葉變換(triple Fourier transformation)。在用軸錐鏡設置的軸錐鏡元件使變焦距系統11a經受徑向分布之後設定照射光的分布，其中如果把在該等軸錐鏡元件的相向軸錐鏡錐面之間的距離設定成有限則該等軸錐鏡元件可彼此軸向位移。如果此一間隙減成零，軸錐鏡設置11b基本上可用作平面平行板而且對於由變焦距系統11a產生之照明的局部分布幾乎沒有影響。用未圖示的致動器可調整變焦距系統11a的光學組件與軸錐鏡設置11b之間的軸向間隙。
第一鏡片組11為光瞳形成元件的一部份，對於來自光源2的照射光，其係用來在位於鏡片組11(所謂照明光瞳或照明設定)下游的照明系統5的光瞳形成平面12中設定明確的局部二維照明強度分布。
為照明系統5之光瞳平面的光瞳形成平面12係與第一鏡片組11的出光平面重合。另一個光學光柵組件13是緊鄰於出光平面12。位於下游的耦合光學件14係轉移照射光至中間場平面(intermediate field plane)15，用作可調整視場光欄(field stop)的倍縮光罩遮蔽系統(REMA)16係位於此一平面15中。光學光柵組件13有二維排列的衍射或折射光學元件而且有數種功能。一方面，用光學光柵組件13整形進來的照射光，使得，在穿過在場平面15區域中的後續耦合光學件14之後，會照射出整形成矩形的照明場。有矩形輻射圖樣的光學光柵組件13也被稱作界定場用元件(field defining element，FDE)且產生光展量(etendue)的主要成分且將設計成在與光罩平面17共軛的場平面15中有想要的場尺寸和場形狀。光學光柵組件13的設計可為稜鏡陣列，其中排列成二維場的個別稜鏡有局部決定的特定角度以便按需要照明場平面15。由耦合光學件14完成的傅立葉變換意指在光學光柵組件13出口處的各個特定角度係對應至場平面15中的一個位置，然而光學光柵組件13的位置(亦即，與光軸4有關的位置)會決定場平面15中的照明角度。由光學光柵組件13之個別光學元件出來的光束都在場平面15中重疊。也有可能把FDE 13構造成具有數個微柱鏡片及擴散屏的多階段蜂窩型聚光鏡。藉由適當地構造FDE 13以及它的個別光學元件，有可能確保在場平面15中的矩形場有大體均勻的照明。因此，FDE 13也用作用以勻化場照明的場整形及勻化元件，藉此可分配個別的光混頻元件(light－mixing element)，例如通過多次內反射或蜂窩聚光鏡起作用的積分桿(integrator rod)。這使得在此區域的光學設置特別具有軸向緊緻性。
下游的顯像物鏡18(也被稱作REMA物鏡)係以具有REMA 16的中間場平面15在光罩平面17中顯像於倍縮光罩或其表面19上，其比例可為，例如，2：1至1：5，而且圖示於第1圖的具體實施例中，大約為1：1。以沒有中間影像的方式成像，使得在中間場平面15(其係對應至顯像物鏡18的物件平面與和光罩平面17重合之顯像物鏡18的影像平面，同時也對應至照明系統的出光平面)與在下游之投影物鏡20的物件平面之間有一個精確的光瞳平面21。相對於照明系統5的出光平面17，後者為傅立葉變換過的平面。對光軸4傾斜45度且位於光瞳平面21與光罩平面17之間的偏轉鏡22使得有可能安裝相對大的照明系統5，它在水平方向有數米長，同時有可能使倍縮光罩19保持水平。
導引光源2之照射光且形成對著倍縮光罩19之照射光的光學組件均為投影曝光裝置之照明系統5的一部份。照明系統5的下游有用來固定及操縱倍縮光罩19的裝置23，該倍縮光罩19係經配置成可使得倍縮光罩上的圖樣可落在投影物鏡20的物件平面17中，而且藉助用於在掃描方向(與光軸4垂直)進行掃描操作的掃描驅動器可使該圖樣在此平面中移動。
投影物鏡20係用作縮小物鏡且以縮小的比例形成倍縮光罩19的影像，例如1：4或1：5的比例，於塗上抗光蝕層或光阻層的晶圓片24(它的光敏感表面是落在投影物鏡20的影像平面25)。折射式、後折射式或反射式的投影物鏡都有可能。其他縮小比例，例如較大的縮小比例，達1：20或1：200都有可能。
待曝光的半導體晶圓片24是用用以固定及操縱它的裝置26固定，該裝置26包含掃描機驅動器以便與光軸4垂直地而且與倍縮光罩19同步地移動該晶圓片24。取決於投影物鏡20的設計，這些移動可為相互平行或反平行。也被稱作晶圓片平台的裝置26與也被稱作倍縮光罩平台的裝置23均為經由掃描控制器來控制之掃描機的部件。
光瞳形成平面12位於或靠近與下一個下游之光瞳平面21和投影物鏡20之像方光瞳平面光學共軛的位置。這樣的話，投影物鏡20之光瞳平面27中的空間及局部光分布會取決於照明系統5之光瞳形成平面12中的空間光分布和局部分布。在各個光瞳表面12、21及27之間，在光學射線路徑中，有數個視場表面，相對於相關光瞳表面，彼等為傅立葉變換過的表面。這意指照明強度在光瞳形成平面12中有明確的局部分布在下游場平面15的區域中照射光會產生特定的角分布，該場平面15係接著對應至落在倍縮光罩19上之照射光的特定角分布。第一鏡片組11與第一DOE 10一起形成用於在照明光瞳12中設定第一照明設定的第一光學組件28。
照明系統5有一特殊的特徵是在個別倍縮光罩19的照明過程期間有可能極快速地修正照明光瞳12。這使得以短時段做兩次曝光或其他多次曝光成為有可能。
位於去耦合分光鏡9之去耦合路徑(decoupling path)29a中的第二光學模組29係用來快速修正光瞳形成平面12中之照明設定。第二光學模組29包含第二DOE 30與第二鏡片組31，該第二鏡片組31係接著分成變焦距系統31a與軸錐鏡設置31b。該兩個光學模組28、29有類似的構造。然而，變焦距系統31a、軸錐鏡設置31b以及第二DOE 30中之個別光學組件的光學效應與布局均不同於第一光學模組28的，藉此可影響來自光源2穿過第二光學模組29的照射光，以便在光瞳形成平面12中產生與第一光學模組28所產生之第一照明設定不同的第二照明設定。
第1圖中以虛線表示去耦合路徑29a。在去耦合路徑29a中，相對於第1圖的投影平面，引導照射光處於平行極化方向(p－極化)，第1圖中是用與去耦合路徑29a之光軸垂直的雙箭頭32表示。
偏轉鏡33安置於在去耦合分光鏡9與第二DOE 30之間，其方式與偏轉鏡22一樣。另一個偏轉鏡34安置於第二鏡片組31的軸錐鏡設置31b與經製成和去耦合分光鏡9類似之極化立方體的耦合分光鏡35之間。耦合分光鏡35為耦合元件的實例。耦合分光鏡35係位於在第一鏡片平面11之軸錐鏡設置11b與光學光柵組件13中間之光學路徑中。被導引到去耦合路徑29a上的照射光用耦合分光鏡35偏轉，使得在耦合分光鏡下游，它會精確地沿著光軸4行進。
施加高壓(通常有5至10千伏特)於普克爾盒8以便得到照明設定的快速改變。當施加高壓於普克爾盒8時，照射光的極性會在數個奈秒偏由s轉成p。由於去耦合分光鏡9之中的極化器是用作p－極化的反射器，以致p－極化照射光在去耦合路徑29a中會被提取。在去耦合路徑29a中，照射光會經受不同的設定調整而為不被提取的s－極化照射光。在經由耦合分光鏡35(其極化器係用作p－極化光的反射器)用偏轉鏡34偏轉後，已穿過第二光學模組29的p－極化照射光在光軸4方向會再度耦合。
光源2以6 kHz的重覆率產生，例如，持續時間有100或150奈秒而且單一脈衝能量有15或30毫焦耳的的雷射脈衝。
第2至4圖圖示普克爾盒8用於高壓切換時刻(switching instant)ts 之切換時間的各種實例。第2至4圖均示意圖示來自光源2的連貫個別矩形脈衝L，其間隔為tz ＝t2 －t1 ，為6 kHz重覆率的倒數。在第2圖的切換時間實例中，普克爾盒8在每兩個雷射脈衝L之間切換。第2圖左邊的雷射脈衝L1 是在沒有施加電壓的情形下穿過普克爾盒，因此仍為p－極化。後續雷射脈衝L2 的極性由於已發生切換時刻ts 而轉90度且因此穿過去耦合路徑29a。下一個雷射脈衝(未圖示)會以極性不被改變的方式穿過普克爾盒8。因此，在第2圖的切換時間實例的情形下，每隔一個雷射脈衝會直通去耦合路徑29a而其他的雷射脈衝不被去耦合。因此，倍縮光罩19會經受有兩種不同照明設定(這兩種照明設定係分別對應至光學模組28、29的設定)的交替照明，而且各個照明設定的雷射脈衝都有3 kHz的重覆率。在去耦合分光鏡9下游，入射於照明系統的倍縮光罩及光學組件的輻射負載(radiation load)係取決於各個個別雷射脈衝L的能量與尖峰強度。
在第3圖的切換時間實例中，普克爾盒8是在單一雷射脈衝L穿過它時做切換。因此，個別雷射脈衝L會被分割成數個脈衝部份L1 、L2 。在第3圖的實例中，前導雷射脈衝部份L1 的極性不受影響，因此仍為s－極化。反之，由於是在切換時刻ts 之後穿過普克爾盒8，後續的雷射脈衝部份L2 的極性會經受旋轉，且被提取而對於雷射脈衝部份L1 會產生不同的照明設定。這兩個雷射脈衝部份L1 與L2 的脈衝持續時間大致等於不分割雷射脈衝之脈衝持續時間(在此具體實施例中，50或75奈秒左右)的一半。該等雷射脈衝部份的能量大致等於個別雷射脈衝之能量(亦即，7.5或15毫焦耳)的一半。第3圖中，後續雷射脈衝之前導雷射脈衝部份L2 的極性會被旋轉，因此為p－極化。在切換時刻ts ，去除普克爾盒8的電壓，藉此不再影響下一個雷射脈衝部份L1 的極性，因此仍為s－極化。因此，可分割出第二雷射脈衝。對於來自光源2未圖示的後續雷射脈衝，在雷射脈衝期間如前所言重覆地做切換。因此，在第3圖的切換時間實例中，饋送一個雷射脈衝部份通過去耦合路徑29a，亦即，通過光學模組29，並且饋送另一個雷射脈衝部份通過另一個光學模組28。在此切換時間實例中，倍縮光罩19的照明是用有效重覆率為6 kHz的第一照明設定以及用有效重覆率同樣為6 kHz的第二照明設定。由於雷射脈衝部份為脈衝能量的一半，在去耦合分光鏡9下游之倍縮光罩與光學組件上的尖峰負載大約減少到一半。實際上，此一縮減因子會更大，因為一般而言由光學模組28、29產生的兩種不同照明設定會照到光瞳有不同極化特性的不同區域。
在第4圖的切換時間實例中，普克爾盒8對於每個雷射脈衝L會切換3次。就圖示於第4圖左邊的前導雷射脈衝L而言，最初施加高壓至普克爾盒，但隨後關掉此一電壓再施加。因此，圖示於第4圖左邊的雷射脈衝會被分割成有s－極性的前導雷射脈衝部份L1 、有p－極性的後續雷射脈衝部份L2 、另一有s－極性的後續雷射脈衝部份L1 、最後為有p－極性的雷射脈衝部份L2 。就圖示於第4圖右邊的雷射脈衝L而言，這些情形是精確地顛倒的，因為當普克爾盒8在圖示於第4圖右邊的雷射脈衝L期間第一次做切換時，高壓最初是關掉的。因此，圖示於第4圖右邊的雷射脈衝L有前導p－極化雷射脈衝部份L2 、後續s－極化雷射脈衝部份L1 、後續p－極化雷射脈衝部份L2 、以及最終s－極化雷射脈衝部份L1 。就第4圖的切換時間實例而言，兩種照明設定的照射光會以12 kHz的有效重覆率照射倍縮光罩19。就第4圖的切換時間實例而言，光脈衝部份L1 、L2 都有大約25或37.5奈秒的脈衝持續時間以及大約3.75或7.5毫焦耳的脈衝能量。由於在一個光脈衝L期間普克爾盒8用3次切換把個別光脈衝分成4份，倍縮光罩19以及在去耦合分光鏡9下游的光學組件上的尖峰負載減少到四分之一。
取決於極化狀態，光學材料的使用壽命不只取決於尖峰照明功率H，也取決於脈衝數N和雷射脈衝的脈衝持續時間T。如熟諳此藝者所習知的，已發展出與此有關的各種理論模式。這些模式中之一個是極化雙折射模式，其係根據光學材料取決於H、N乘積的負載極限。根據所謂的壓縮模式或微通道模式，負載極限取決於H2 x N/T的乘積。
簡單的比較分析顯示，在一個雷射脈衝期間，普克爾盒8有可能使用有減半重覆率(脈衝數N/2)、倍增脈衝雷射功率(2H)、以及倍增脈衝持續時間(2T)的雷射2以一次轉換來做兩次曝光。像這樣有一半重覆率及倍增功率的雷射為增加目前微影雷射之效能的可能方式之一而且可簡單地具體實作。使用光特性變換器8使得先前只能使用12 kHz雷射的微蝕刻應用系統有可能使用6 kHz的雷射。對於雷射光源在構造上的要求量會變得比較少。
除普克爾盒8以外，可使用改變極性用之光特性變換器以影響照射光的極性，例如克爾盒。
可用光特性變換器影響照射光的不同特性，而不是極性，例如光波長。就此情形而言，使用二色性分光鏡作為去耦合分光鏡9以及作為耦合分光鏡35。
光束3的光束幾何或方向為用適當光特性變換器修正的光特性以在在兩個光學模組28、29之間切換。克爾盒或電光調變器可用來作為合適的光特性變換器。
以上描述了有兩個光學模組28、29的具體實施例。同樣有可能提供兩個以上的光學模組且其間切換。例如，在去耦合分光鏡9與DOE 10之間或在去耦合路徑29a中可提供另一個普克爾盒，其係以預設的切換時間旋轉照射光的極性，藉此抽入另一個未圖示於第1圖的去耦合負載(decoupling load)。以此方式，在兩個以上的照明設定之間有可能得到快速的轉換。
普克爾盒8也可位於光源2裡面並且把光源2產生的雷射脈衝切成數個與部份L1 及L2 一樣的光脈衝部份。特別是，這可減少或消除雷射同調性而且防止光罩平面17有不必要的干涉。
第5圖圖示本發明照明系統的另一具體實施例。已參照第1至4圖描述過的組件都用相同的元件符號表示而且不再個別說明。第5圖照明系統的實作可結合在以第1至4圖說明具體實施例時所提及之設計的所有變體。
除了光源2以外，第5圖的照明系統5有另一個光源36，其內部結構係與光源2的相同。在光源36下游，有擴束器37，其結構與擴束器7的相同。來自光源36的光束38用擴束器37擴大，其方式如同光源2的光束3。擴束器37的下游，有另一個普克爾盒39。在離開光源36之後，光束38最初也為s－極化，如光束38上的點6所示。只要不施加電壓於普克爾盒39，光束38在穿過普克爾盒39之後仍為s－極化。在普克爾盒39之後，光束38照到第二去耦合分光鏡40。光束分光鏡40讓s－極化光通過且以90度反射p－極化光到第5圖右邊。在分光鏡的向前方向中，極性選擇性偏轉元件41係位於第二去耦合分光鏡40的下游。該偏轉元件對於從第二去耦合分光鏡40方向入射的s－極化光會以90度反射到第5圖右邊，並且讓p－極化光自由通過。
使用第5圖的照明系統5，來自兩個光源2、36的光線視需要可注入兩個光學模組28、29。
當不施加電壓於兩個普克爾盒8、39時，由於允許來自兩個去耦合分光鏡9、40的s－極化光束3自由通過，光源2會照射第一光學模組28。只要不施加電壓至兩個普克爾盒8、39，由於第二去耦合分光鏡40讓光束38的s－極化光自由通過而且用偏轉元件41將s－極化光偏轉至第二光學模組29，第二光源36會照射第二光學模組29。
當施加電壓至第一普克爾盒8而第二普克爾盒39沒有時，兩個光源2、36都會照射第二光學模組29。此時，如上述，來自第一光源2的p－極化光是從去耦合分光鏡9提取進入去耦合路徑29a，而且在被偏轉鏡33偏轉後自由穿過偏轉元件41使得它可進入第二光學模組29。來自第二光源36的光束38的光學路徑保持不變。
當不施加電壓於第一普克爾盒8但施加於第二普克爾盒39時，兩個光源2、36都會照射第一光學模組28。來自第一光源2的s－極化光會自由穿過兩個去耦合分光鏡9、40且進入第一光學模組28。來自第二光源36之光束38被第二普克爾盒轉成p－極性的光線被第二去耦合分光鏡40反射90度且進入第一光學模組28。
應注意，當兩個光源2、36的光線一同照射光學模組28、29中之一個時，一同穿過光學模組28或29的兩個光源2、36之光線有兩種不同的極化狀態。
也應注意，已穿過第一光學模組28的p－極化光是被第5圖中之耦合分光鏡35反射沿著光學路徑42向上，此時必須用適當的耦合裝置使它回到光軸4的方向。這同樣適用於被饋送通過第二光學模組29以及光學路徑42方向穿過耦合分光鏡35而不被偏轉的s－極化光。
當施加電壓至兩個普克爾盒8、39時，來自光源2的光線被引導通過第二光學模組29而來自光源36的光線被引導通過第一光學模組28。第6及7圖圖示可能特性，其係時間、第一光源2之光脈衝L強度I1 、以及第二光源36光脈衝L'強度I2 的函數。兩個光源2、36彼此同步藉此在兩個光脈衝L的間隙期間產生光脈衝L'。因此，兩個光脈衝L、L'永遠不會同時照射第二去耦合分光鏡40及偏轉元件41。再者，耦合分光鏡36之外，雷射脈衝L、L’不會同時照射照明系統5的下游光學組件或倍縮光罩19及晶圓片24。如上述，請參考第2至4圖，雷射脈衝L、L’可用光學極化構件以及適當的切換時間分割成兩個或更多個雷射脈衝部份L1、2 和L'1、2 。如以上在說明第2至4圖時所述，這可減少光學組件上的照射光負載。
也可在照明系統之單一普克爾盒的上游組合有第6、7圖之脈衝波形的兩個脈衝光源。為此，例如，藉助對光軸4傾斜45度的穿孔鏡2a，來自該第二光源2在擴束器7上游的光線3可注入光束3的光學路徑。光源2'、光束3'及穿孔鏡2a在第1圖中都以虛線表示。光束3'也為s－極性。理想上，來自光源2'的光束3'具有在穿孔鏡2a之中央孔洞區域中實際上為不具有能量的模態。來自光源2的光束3會穿過穿孔鏡2a的孔洞。然後，用合併的光束3及3'照射擴束器7。普克爾盒8則用作共用普克爾盒以便影響光束3及3'的極化狀態。
第8及9圖圖示在兩個光源2、36之光脈衝L、L’於時間上有重疊的情形下，用於減少第5圖照明系統5之個別組件上之照射光負載的另一方式。第8圖圖示光源2之光脈衝L的強度I1 。第9圖圖示光源36之光脈衝L'的強度I2 。普克爾盒8在第一雷射脈衝L於t＝ts0 到達之前被斷電。因此，雷射脈衝部份L1 會穿過第一光學模組28。在t＝ts0 與第一普克爾盒8同步的第二普克爾盒39也被斷電。切換時刻ts0 與第二光源36之雷射脈衝L'的中心重合，藉此隨後引導後續光脈衝部份L'2 通過第二光學模組29。隨著切換時刻ts0 於兩個雷射脈衝L、L’重疊期間，雷射脈衝L的前緣與雷射脈衝L'的後緣之間的時段TD，因此可個別引導兩個雷射脈衝L、L’通過光學模組28、29藉此同時不會有兩個雷射脈衝L、L’的負載。在下一個切換時刻ts1 ，同步施加電壓至兩個普克爾盒8、30。切換時刻ts1 係與光源2之雷射脈衝L的中心重合。因此，後續雷射脈衝部份L2 會穿過第二光學模組29。反之，第二光源36之下一個雷射脈衝L'與雷射脈衝部份L2 重疊的雷射脈衝部份L'1 是被導引通過第一光學模組28。
在切換時刻ts2 ，在下一個雷射脈衝L'的中心，重覆在說明切換時刻ts0 時提及的過程。切換時刻ts 的頻率為個別光源2、36之雷射脈衝的兩倍，一光源的雷射脈衝L、L'減少一半，而且在另一光源的兩個雷射脈衝L'、L之間切換。此一電路可確保來自兩個光源2、36的光線永遠不會被導引通過單一光學模組28或29而且可相應地減少光學模組28、29之個別光學組件的負載。
第10圖圖示照明系統5的另一設計。已參照第1至9圖描述過的組件都用相同的元件符號表示而且不再個別說明。第10圖的變體與第5圖的盭等價，除了由第二光源36之光線提取的方式以外。在第10圖的變體中，去耦合分光鏡9(已提取光源2的光束3)是用來提取第二光源36的光束38。
去耦合分光鏡9首先讓光源2的s－極化光，其次讓光源36的s－極化光自由通過，使得來自光源2的s－極化光照射第一光學模組28，而來自第二光源36的s－極化光照射第二光學模組29。去耦合分光鏡9各自以90度反射光源2、36的p－極化光，使得來自第二光源36的p－極化光照射第一光學模組28，而來自第一光源2的p－極化光照射第二光學模組29。
在耦合方面，第10圖的變體與第5圖的相對應。
在普克爾盒8、39的切換時間方面，在此也可使用在說明第6至9圖時提及的切換時間實例。
當使用普克爾盒8、39時，改變光特性以改變光學模組28、29之間的光學路徑是發生在數個奈秒內。取決於所用的光特性變換器，改變也可在10或100奈秒內，在1毫秒內、或在1秒內發生。
特別是，普克爾盒8、39可以固定頻率周期地做切換。此一可為1 kHz左右，例如。其他1 Hz至10 kHz的頻率也有可能。
特別是，藉由改變光特性，有可能確保在光瞳平面12中產生照明設定後，與設定相同之習知照明系統於相同位置測得的相比，每一雷射脈衝的最大雷射功率至少減少百分之25。
與只有一個光學模組的習知照明系統相比，根據本發明的設計，照明系統在特定位置的最大強度可減少達百分之25。
可提供能整合兩個光學路徑而且形式為例如透鏡、物鏡或折射鏡或多個此類鏡片的光學系統，而不是耦合分光鏡35。此類光學整合系統之一實例在世界專利第WO 2005/027207 A1號中有描述。
第11圖用與第1圖類似的視圖圖示微蝕刻投影曝光裝置1的展開，其係一方面經由第一光學模組28，另一方面經由第二光學模組29來產生照明場的比例式照明，例如使用兩種可經由光學模組28、29加以設定的照明設定完成倍縮光罩19的指定兩次曝光。在第11圖投影曝光裝置1的組件中，已在說明第1至10圖之投影曝光裝置1時提及的都用相同元件符號表示，而且不再個別說明。
第11圖的投影曝光裝置1有形式為電腦43的主控制系統可用來指定比例式照明。電腦43用訊號線44連接至控制模組45。控制模組45的訊號用訊號線46連接至光源2、用訊號線47連接至光源2'、以及用訊號線48連接至普克爾盒8。電腦43用訊號線49、50連接至變焦距系統11a、31a。電腦43用訊號線51、52連接至軸錐鏡設置11b、31b。電腦43用訊號線53連接至REMA 16。電腦43用訊號線54連接至晶圓片平台26以及用訊號線55連接至倍縮光罩平台23。電腦43有顯示器56與鍵盤57。
電腦43係指定普克爾盒8的切換時刻ts 。藉助電腦43來選定隨著時間的切換時刻，使用經由兩個光學模組28、29可做成的兩個照明設定中之任一有可能指定照射倍縮光罩19的強度。普克爾盒8的切換時刻可與光源2、2’的觸發脈衝同步，藉此如在說明第2至8圖時提及的雷射脈衝期間會以正確的相位關係出現切換時刻。
切換時刻ts 的指定係取決於先前設定於光學模組28、29的特別照明設定。電腦43由訊號線49至52接收有關先前已特別設定之照明設定的資訊。藉由以對應訊號線來控制用於變焦距系統11a、31a和軸錐鏡設置11b、31b的適當移位裝置(displacement drive)，電腦43也可主動設定預設照明設定。
切換時刻ts 的指定也取決於特別的掃描過程。電腦43經由訊號線53至55從REMA 16及平台23、26接收關於此事的資訊。取決於指定數值，藉由經由訊號線53至55來控制適當的驅動器，電腦43也可主動改變REMA 16和平台23、26的操作位置。以此方式，取決於投影曝光裝置1的特別操作情況，電腦43可確保兩個光學模組28、29都可貢獻足夠的光線以照明倍縮光罩19上的照明場。電腦43藉由計算強度曲線的積分(比較第2至4圖與第7至9圖)可判斷相關的光貢獻。使用第二普克爾盒及下游的極化器，可耦合任何不需用於投影曝光的多餘光線離開曝光路徑。
如果必要時，主控制系統43也可藉由訊號來連接至去耦合元件9及/或耦合元件35以便使用可經由光學模組28、29可實現的照明設定來指定照明場的比例式照明。
主控制系統43使得在倍縮光罩19上之照明場的時間比例式照明有可能經由第一光學模組28與第二光學模組29。替換地或另外，經由第一光學模組28與第二光學模組29，主控制系統43也可用來得到照明場的強度比例式照明。例如，有可能經由第一光學模組28以30%的總強度以及經由第二光學模組29以70%的總強度來照射照明場。這能以靜態方式完成，使得該等百分比在預設時段內不會改變。替換地，也有可能動態地改變該等比例。為此，例如，可用有1奈秒時間基的鋸齒波形來驅動普克爾盒8。為此，普克爾盒8的控制電路至少有一高壓產生器。如果需要在兩個高壓之間快速切換，普克爾盒8的控制電路要有兩個高壓產生器。除了以奈秒時間標度做高壓切換以外，也可另外例如以毫秒時間標度做高壓切換，藉此，對照雷射脈衝的持續時間，緩慢地轉變經由光學模組28、29可實現的照明設定成為有可能。
第12圖用與第1圖類似的視圖圖示投影曝光裝置1的另一變體。已在說明第1至11圖時提及的組件都用相同元件符號表示，而且不再個別說明。
與第1、5、10、11圖的投影曝光裝置相反，第12圖的投影曝光裝置1有各位於通到光學模組28、29之光學路徑從而直接分配給光學模組28、29的光瞳形成平面58、59。光瞳形成平面58直接在第一光學模組28的軸錐鏡設置11b下游。光瞳形成平面59直接在第二光學模組29的軸錐鏡設置31b下游，亦即，位於去耦合路徑29a。
在第12圖的具體實施例中，光瞳形成平面58、59取代第12圖的光瞳形成平面12。替換地，光瞳形成平面58、59有可能與光瞳形成平面12光學共軛。
與第1圖投影曝光裝置1中之光柵元件13相對應的個別光柵元件可分配給光瞳形成平面58、59。
就第12圖照明系統5的具體實施例而言，藉由使用在光學模組28、29中之合適光學組件可實現光瞳形成(亦即，設定照明設定)，這可由先前技術描述的原理獲悉，例如世界專利第WO 2005/027207 A號。
其他用來影響可用於光學模組28、29之光瞳設定的組件在世界專利第WO 2005/069081 A2號、歐洲專利第EP 1 681 710 A1號、世界專利第WO 2005/116772 A1號、歐洲專利第EP 1 582 894 A1號、以及世界專利第WO 2005/027207 A1號中有描述。
第13圖圖示投影曝光裝置1中之照明系統5的另一具體實施例。已參照第1至12圖描述過的組件都用相同的元件符號表示而且不再個別說明。
與第1至12圖的照明系統5相反，在第13圖照明系統5的情形下，用於達成光學模組28、29兩者之去耦合的機構不是基於影響光特性使它接著可用來改變光學路徑的方式，而是直接影響照射光的路徑。為此，提供形式為鏡元的去耦合元件60。去耦合元件60係位於去耦合分光鏡9的位置(例如，在第1圖的具體實施例中的位置)，且可繞著落在第13圖之投影平面中的軸線61旋轉。此種旋轉運動是用旋轉驅動器62來驅動。旋轉驅動器62用訊號線64連接至同步模組63。去耦合元件60有圓盤形鏡架65，而且部份圖示於第13、14圖。在鏡架65的周壁(circumferential wall)66上安裝多個個別反射鏡67且突出該壁。
第14圖不是按實際比例繪製。事實上，鏡架65上可具有許多個別反射鏡67，例如數百個此類個別的反射鏡。
在周向中，兩個相鄰的個別反射鏡67之間的間隙等於單一反射鏡67的周向長度(circumferential extent)。個別反射鏡67都有相同的周向長度。當鏡架65轉動時，照射光不是被其中一個反射鏡67反射就是穿過個別反射鏡67而不受影響。被反射的照射光會照射去耦合路徑29a，亦即，第二光學模組29。穿過的照射光則照射第一光學模組28。
就第13圖的具體實施例而言，耦合元件68係位於第1圖具體實施例中之耦合分光鏡35的位置，而且耦合元件68的結構與去耦合元件60的完全一樣。耦合元件68只示意圖示第13圖。與去耦合元件60同步地驅動用控制模組63控制的耦合元件68使得每當去耦合元件60讓照射光通過時，耦合元件68也讓照射光自由通過。反之，當去耦合元件60用其中一個反射鏡67反射照射光時，被提取的照射光在穿過去耦合路徑29a之後會被耦合元件68的對應個別反射鏡反射從而注入到相鄰的共用照射光射線路徑到倍縮光罩19。
耦合元件60和去耦合元件68的轉速係與光源2、2’的脈衝序列同步。
由於去耦合元件60與耦合元件68各有個別反射鏡67的周向長度與相鄰個別反射鏡67之間隙的周向長度的縱橫比(aspect ratio)，因此有可能一方面經由第一光學模組28，另一方面經由第二光學模組29來指定照明比例。可用該等個別反射鏡67在鏡架65周壁66上的組態及排列來界定該等縱橫比，例如由1：10至10：1。
第15圖圖示去耦合元件60的另一具體實施例，它的形式也可用於耦合元件68。去耦合元件60的形式為條狀鏡面鋁箔69。鏡面鋁箔69分開為數個個別反射鏡70，其間有照射光可穿過的透明間隙71。鏡面鋁箔69為在對應導輥上輸送的無窮迴圈，藉此，在第13圖具體實施例的個別反射鏡67位置處，與投影平面垂直地被輸送通過照射光3的射線路徑。只要照射光被一個個別反射鏡70反射，就會被去耦合元件60反射進入去耦合路徑29a且被耦合元件68注入回到共用射線路徑到倍縮光罩19。照射光不被透明間隙71影響，使得，在去耦合元件60的情形下，它會穿過第一光學模組28，在耦合元件68的情形下，它會穿過到倍縮光罩19。
以上關於縱橫比與第14圖中之耦合及去耦合元件60、68的相關解釋也可應用於經由控制模組63來驅動鏡面鋁箔69的控制以及應用於個別反射鏡70的長度與間隙71的長度之縱橫比。
第16圖圖示可取代去耦合元件60的極化變換器72。在第1圖照明系統5中，極化變換器72是裝在普克爾盒8的位置。極化變換器72被驅動成是繞著旋轉軸76旋轉，該旋轉軸76係與在光源2、去耦合分光鏡9之間的光束3平行。用經由控制模組63同步化之適當旋轉驅動器驅動極化變換器72繞著旋轉軸76旋轉。極化變換器72有含8個迴轉盛器74的迴轉支撐73。個數明顯更大的盛器74是有可能的。在周向每隔一個盛器74安裝一個半波長板75。其他4個盛器74是空的。因此，總共4個半波長板75的光軸係經配置成可使得，當半波長板75中之一個是在照射光的射線路徑中時，照射光在穿過半波長板時它的極性會轉90度。然後，極化變換器72在外加高壓時會有與普克爾盒8一樣的功能。
當空盛器74中之一個讓照射光不受影響地通過時，極化變換器72的功能為斷電的普克爾盒。
如世界專利第WO 2005/069081 A號所述之可轉動式改變極性用板可用來替代極化變換器72。
置於照明光束3之射線路徑中的半波長板(例如，在第1圖設置中，是在普克爾盒8的位置而且取代普克爾盒8)也可用來替代極化變換器72。藉由使半波長板繞著與照明光束3平行而且穿過它的旋轉軸轉動，例如，可使照射光的偏振面(polarisation plane)轉90度，使得半波長板有改變極性用之作用，而與第1圖具體實施例中之普克爾盒8的作用等價。該半波長板的光軸通常是在該板的平面中。半波長板之光軸相對於該板平面的其他取向也有可能。與半波長板一樣的改變極性用之元件在，例如，德國專利第DE 199 21 795 A1號、美國專利第US 2006/0055834 A1號及世界專利第WO 2006/040184 A2號中有描述。
上述具體實施例是假設照明系統已包含兩個光學模組28、29。根據本發明，也有可能用輔助模組改造有與第一光學模組28(在上述具體實施例中)等價之光學模組的現有投影曝光裝置，藉此製成上述具體實施例中之一個。除了第二光學模組29以外，改造輔助模組包含去耦合元件9或60與耦合元件35或68。取決於輔助模組的設計，它也有光特性變換器，例如普克爾盒8或極化變換器72。主控制系統43也可為輔助模組的一部份。最後，輔助模組也可包含另一個有合適耦合及去耦合光件的光源2'或36，特別是在說明第1及5圖所提及的。
上述具體實施例係參考在光瞳或光瞳平面12中有不同空間強度分布(spatial intensity distribution)的兩個不同照明設定。由於在微影應用系統的光瞳中在有顯著的空間極化分布，術語“照明設定”不只指稱光瞳中的空間強度分布，也同義地指稱空間極化分布。
使用至少兩個光學模組28、29，也有可能調整與光瞳平面12中之空間強度分布有關的單一空間照明設定，就光瞳平面12的空間極化分布而言，該等照明設定只是不同而已。取決於待顯像的結構，相對於光瞳平面12中之第一照明設定的極化分布，第二照明設定例如可具有在光瞳平面12中轉90度的極化分布。因此，有可能藉由適當地啟動兩個光學模組28、29以使用控制單元(例如，電腦43)來控制彼等的比例式照明，以便對於用來照射倍縮光罩19的單一強度照明設定，在照明期間能夠實現各種不同的極化狀態。
這是有利的，例如，如果製程要由研發中心的研發裝置轉移到用於製造微結構組件之工廠或晶片工廠的生產裝置，而這些不同的裝置(特別是，彼等用於顯像光罩結構於晶圓片上的投影物鏡)在極化轉移特性方面是不同的。在此情況下，有利的是，對於單一強度照明設定，如果研發已發現這對於特定晶片結構為最佳，使用兩個光學模組可控制極化特性，使得用彼等操作的生產裝置也可顯像最佳的晶片結構於晶圓片上。改變單一強度照明設定的極化特性的另一個應用是在掃描過程中照明晶片時得到，其中儘管是選擇單一強度照明設定用來照射整個晶片，可用較高的對比以不同的極性來顯像在不同晶片區中的晶片結構。就此情形而言，最好在掃描過程期間改變極化特性。此外，在掃描過程期間也可改變該等照明設定(強度照明設定)(由至少兩個光學模組產生)的空間強度分布。
改變單一強度照明設定的極化特性的另一方面是用習稱極化感應雙折射(polarisation－induced birefringence)來得到。這是基於以下事實的材料作用：極化照射材料會隨著時間在照射光穿過的材料中產生應力雙折射(stress birefringence)。有照射誘導之應力雙折射的材料區域會在材料中形成缺陷區。為了防止這種材料缺陷，可能或較佳的話，使用圓形或未極化光。因此，至少對於耦合元件之後的光學組件，本發明允許改變單一強度照明設定的極化特性，從而允許減少極化感應雙折射。
基於前述具體實施例，也有可能使用至少兩個光學模組28、29來產生在光瞳平面12中有任何想要極化分布的任何想要照明設定。在此情形下，也有可能以在光脈衝內做多次改變的方式迅速變換有對應極化狀態的照明設定。此外，有可能允許與掃描過程同步地緩慢改變照明設定，同時使用極性影響光學元件來改變至少兩個光學模組28、29之內的極化分布，例如描述於世界專利第WO 2006/040184 A2號的極性旋轉單元或描述於世界專利第WO 2005/027207 A1號的可轉動半波長板，例如與掃描過程時間關聯地配置彼等於模組28、29中或在模組之後的光束方向中。
例如在世界專利第WO 2006/040184 A2號提出的極性影響光學元件，甚至允許極快速地改變兩個模組28、29之內的極化特性。因此，對於照射晶片結構或晶圓片部份區域之不同晶片結構的組合，此發明可提供彈性，例如於掃描過程期間，而且為了以最佳的對比及解析度顯像，可改變強度照明設定以適應投影曝光裝置顯像對於光瞳平面之顯像及/或空間極化分布的要求。對晶片製造商來說，這對於在晶圓片上配置不同的晶片結構可開發新的可能性，因為本發明允許組合晶片結構，由於有各種要求要放在必要的照明設定上，先前技術需避免單一晶圓片有這種組合，或只用最高集積密度(integration density)來顯像這種組合。
用前述具體實施例，使用至少兩個光學模組28、29，同樣有可能在光瞳平面12中提供有同樣空間極化分布的單一強度照明設定，亦即，兩個在預定容限內相似的照明設定。例如，如果在掃描過程期間用兩種不同設定及/或不同極化狀態的兩次曝光對於晶片的特定部份區域為不適當時，這有利於用來以高對比顯像晶片結構於該部份區域。
用相同照明設定和在光瞳平面12中有相同空間極化分布來操作兩個光學模組28、29的另一優點是，與習知照明系統有相同極化分布之相同照明設定的操作相比或與僅有兩個光學模組28、29中之一個的照明設定的操作相比，當根據第3圖的切換時間實例在光脈衝期間做切換時，兩個光學模組28、29中之光學組件的尖峰負載，或根據第2圖的切換時間實例在光脈衝之間做切換時，永久性負載會減少。
第18至29圖詳述光瞳平面12中之不同照明設定與相關光罩結構組合的實施例。詳述於第18、19、22、23、26、27圖的實施例只是幾個本發明可做成的照明設定。
下文使用術語“Sigma inner(內s)”、“sigma outer(外s)”及“極性寬度”的目的是特徵化。在此情形下，內s的定義是照射光強度有百分之10是在光瞳中的光瞳半徑。在此情形下，外s的定義是照射光強度有百分之90是在光瞳中的光瞳半徑。極性寬度的定義為以下兩種半徑之間的張開角：涵蓋在光瞳平面中被照射之結構的半徑以及強度下降到此結構之最大強度的百分之50的半徑。
第18圖圖示形式為偶極照明的照明設定，它在X方向有35度的極性寬度、0.8的內s以及0.99的外s。第19圖圖示另一形式為偶極照明的照明設定，它在Y方向有35度的極性寬度、0.3的內s以及0.5的外s。在此情形下，第18圖的照明設定可由模組28提供，而第19圖的照明設定可由模組29提供，反之亦然。如果該等照明設定是要以極化方式來操作，如果第18圖的照明設定在Y方向被線性極化是有利的。在此情形下，第19圖照明設定的極化方向對於顯像對比沒有決定性的，這是因為光束打到晶圓片有0.5的最大外s同時仍有中等角度而與第18圖的照明設定相反。
第20及21圖圖示光罩結構，在掃描過程期間用由光學模組28、29提供之第18及19圖照明設定的兩次曝光或轉換可照射及顯像該光罩結構成為有優良的顯像品質。第20圖的光罩結構的形式為厚垂直線，它在Y方向以50奈米寬伸展而且直線在X方向有50奈米的間隔。第21圖光罩結構的形式為寬度大於100奈米的水平及垂直線。在後面的情形下，可稱該等直線是隔離的。第20及21圖之結構的同時顯像是光罩對於在一方向有攸關性的結構同時在同一方向或與它垂直的方向無攸關性的結構都要經由照明轉印到晶圓片上的典型應用。在此情形下，術語“有攸關性”的意思是“對於投影物鏡的解析度有攸關性”而且與待顯像之結構的小寬度同義。取決於光罩是否以毗鄰或相互分開的方式形成前述第20及21圖的厚且隔離的直線，顯示第18及19圖照明設定的兩次曝光或轉換或混合兩次曝光及轉換(與掃描過程相關聯)用來顯像第20及21圖的光罩結構是最佳的。第18圖的照明設定適合用來以高對比顯像有與第20圖光罩結構對應之極厚直線的光罩，而第19圖的照明設定適合用來以高對比顯像有與第21圖光罩結構對應有互斥性隔離之直線的光罩。
第22圖圖示形式為類星體或四極照明的照明設定，各極(pole)沿著X、Y方向對角線有35度極性寬度、0.8的內s、以及0.99的外s。第23圖圖示形式為習知照明、外s為0.3的照明設定。在此情形下，第22圖的照明設定可由模組28提供，而第23圖的照明設定可由模組29提供，反之亦然。如果該等照明設定是要以極化方式來操作，若是線性極化第22圖的照明設定而與光軸相切是有利的。因此，以上關於第19圖照明設定之極化方向的註解可應用於第23圖照明設定的極化方向。
第24及25圖圖示在掃描過程期間要用第22及23圖照明設定之兩次曝光或轉換來提供的光罩結構。該等結構為有攸關性(第24圖)與無攸關性(第25圖)的接觸孔，其寬度有例如65奈米。術語“有攸關性”係指有關於接觸孔在光罩上的高堆積密度(packing density)。取決於光罩是否以毗鄰或相互分開的方式形成前述第24及25圖有攸關性及無攸關性的接觸孔，表明第22及23圖照明設定的兩次曝光或轉換或混合兩次曝光及轉換(與掃描過程相關聯)用來顯像第24及25圖的光罩結構是最佳的。第22圖的照明設定適合用來以高對比顯像有與第24圖光罩結構對應有互斥性攸關性之接觸孔的光罩，而第23圖的照明設定最適合用來以高對比顯像有與第25圖光罩結構對應有互斥無攸關性之接觸孔的光罩。
第26圖圖示形式為X－偶極照明的照明設定，各極在X方向有35度極性寬度、0.8的內s以及0.99的外s。第27圖圖示形式為Y－偶極照明的照明設定，各極在Y方向有35度極性寬度，0.8的內s以及0.99的外s。在此情形下，第26圖的照明設定可由模組28提供，而第27圖的照明設定由模組29提供，反之亦然。如果該等照明設定是要以極化方式來操作，若是在Y方向線性極化第26圖的照明設定且在X方向線性極化第27圖的照明設定是有利的。
第28、29圖圖示兩個要陸續顯像於同一個晶圓片上的光罩，此係在兩個掃描過程期間用第26及27圖的照明設定以兩次曝光來照射。該等光罩為厚水平(第28圖)及垂直(第29圖)結構，寬度有例如50奈米、行距有例如50奈米。與前述實施例相反，為了顯像第28、29圖的光罩而進行照射同一個晶圓片上的兩次曝光，第一步驟的掃描過程是用第28圖的光罩與第26圖的照明設定，第二步驟的第二次掃描過程是用第29圖的光罩與第27圖的照明設定。因此，可在同一個晶圓片上用的光罩進行兩次不同的照明。因此用不同光罩的這兩次曝光係與單一光罩的兩次曝光或轉換不同，後者只是改變照射光罩的照明設定。在此情形下，兩個個別光罩也有可能在倍縮光罩或光罩平面中排列成相互緊挨著而且用可夾住及操縱光罩或倍縮光罩的構件23來使彼等在掃描方向移動。就此情形而言，在兩次照明之間不需要做複雜的光罩更換而且在單一掃描過程中可將光罩陸續轉印到同一個待照射的晶圓片上，而不是連續進行兩次掃描過程。由於構件23有高掃描速度(其係負責投影曝光裝置的高晶圓通量)，在轉印兩個光罩的一次掃描過程期間改變該等光罩的照明設定必須極為快速。原則上，不強制這兩個個別的光罩要排列在同一個平面。原則上，這兩個光罩可排列於不同的平面，而在改變配置於不同平面的光罩時用適當及視需要的光學組件自動調整方式來調適投影曝光裝置。
在第18、19、22、23、26、27圖的所有上述照明設定中，用第18、19、22、23、26、27圖之兩個照明設定以切換時間達1奈秒或本發明這兩種設定的轉換，兩次或多次曝光本發明的光罩，使得在兩種設定內精確地監控及最佳化光強度成為有可能，以致在掃描過程期間用第20、21、24、25、28、29圖的光罩結構在待照射晶圓片上可實現最佳的結構與結構寬度。在此情形下，在掃描過程期間，也有可能以較慢的時間標度來控制兩個光學模組28，29的兩個變焦距－軸錐鏡組群11、31以便改變內及外最小或最大照明角度(彼等係分別以使用的兩個照明設定定義)。
根據第3圖切換時間實例，在光脈衝期間做切換時，在光學模組28或29內，如果使用會延遲模組(請參考第17圖)之部份光脈衝的光學組件80，可得到用相同或不同的照明設定和光瞳平面12中有相同或不同之極化分布來操作至少兩個光學模組28、29的另一優點。例如，光學組件80可由至少兩個反射鏡的經對應折疊之光學延遲線組成，或由允許延長光傳播時間的對應等價物組成。如上述，根據第3圖切換時間實例，在光脈衝期間做切換，使得可由重覆率有例如6 kHz的雷射產生以12 kHz重覆率輸出的雷射。第17圖的光學組件80則用以下方式延遲照射光在光學模組29之部份光脈衝(其係與照射光在另一光學模組28之其他部份光脈衝在光傳播時間方面有關)：例如，相對於來自另一模組的部份光脈衝，來自一模組28的部份光脈衝是用以下方式產生相互的時間遷移(time－shift)：光脈衝是時序等距地到達待照射的倍縮光罩19。就此情形而言，光脈衝L1 、L2 的時間延遲是用相鄰雷射脈衝L兩者在切換時刻ts 分開之位置處的時間間隔，使得在耦合元件之後，所有由切換產生的雷射脈衝部份L1 、L2 都有彼此相同的時間間隔。因此，例如，不只可分割6 kHz的雷射以形成12 kHz的雷射，例如也可控制經分割之12 kHz雷射的每一時段劑量以便大體與真實12 kHz雷射的每一時段劑量對應。這對於用脈衝光源的掃描過程是很重要的，因為必須確保在掃描過程期間各個部份晶片區有相同的光劑量。如上述，如果兩個模組28、29是按比例操作(亦即，在一段時間中不同部份光脈衝及/或不同強度的劑量比例)，光脈衝時序不等距地由兩個模組28、29到達倍縮光罩19的脈衝序列對於劑量可能有利。
應注意，在兩個光學模組28、29內或之後的上述極性設定，對於各個照明設定(例如，第18、19、22、23或26、27圖的)不只有利於調整在光瞳平面12之中的空間極化分布；也有利於維持會被兩個光學模組28、29本身、後續鏡片系統、倍縮光罩19、投影物鏡20及/或待照射晶圓片24之光阻層改變的某個極化狀態。因此，有可能在晶圓片24上提供各自需要用來以高對比來顯像的極化狀態，即使該極化狀態在由極性影響光學元件至晶圓片24的光徑中會改變。由於照明系統5中之光學元件、投影物鏡20及倍縮光罩19的光學特性會緩慢改變，如果該等光學元件會改變光線通過它們的極化狀態，維持空間極化分布也可證明只在操作投影曝光裝置時是有利的。此類型的緩慢變化可能由例如熱漂移(thermal drift)造成的。
至於使用普克爾盒8；39或克爾盒來切換極性的替代物，也可使用由基於法拉第效應的磁光開關(magneto－optic switch)製成的。
至於前述使用光波長作為可交換光特性來切換或去耦合的替代物，可使用拉曼盒(Raman cell)(如美國專利第US 4,458,994號所述)或布拉格盒(Bragg cell)(如美國專利第US 5,453,814號所述)。可使用基於此一目的由光彈調製器(photoelastic modulator，PEM)製成的，如美國專利第US 2004/0262500 A1號所述的。
至於前述可能切換或去耦合元件的替代物，也可使用由前述選項之組合製成的，特別是基於電光或磁光原理來操作之至少一組件的組合。
1．．．微蝕刻投影曝光裝置
2，2’．．．光源
2a．．．穿孔鏡
3，3’．．．光束
4．．．光軸
5．．．照明系統
6．．．點
7．．．擴束器
8．．．第一普克爾盒
9．．．去耦合分光鏡
10．．．第一衍射光學元件(DOE)
11．．．第一鏡片組
11a．．．變焦距系統
11b．．．後續軸錐鏡設置
12．．．光瞳形成平面
13．．．光學光柵組件
14．．．耦合光學件
15．．．中間場平面
16．．．倍縮光罩遮蔽系統(REMA)
17．．．光罩平面
18．．．顯像物鏡
19．．．物件表面、倍縮光罩
20．．．投影物鏡
21．．．光瞳平面
22．．．偏轉鏡
23．．．裝置、倍縮光罩平台
24．．．晶圓片
25．．．影像平面
26．．．晶圓片平台
27．．．光瞳平面
28．．．第一光學模組
29．．．第二光學模組
29a．．．去耦合路徑
30．．．第二DOE
31．．．第二鏡片組
31a．．．變焦距系統
31b．．．軸錐鏡設置
32．．．照射光
33,34．．．偏轉鏡
35．．．耦合分光鏡
36．．．光源
37．．．擴束器
38．．．光束
39．．．第二普克爾盒
40．．．第二去耦合分光鏡
41．．．極性選擇性偏轉元件
42．．．光學路徑
43．．．電腦
44．．．訊號線
45．．．控制模組
46,47,48,49,50,51,52,53,54,55．．．訊號線
56．．．顯示器
57．．．鍵盤
58,59．．．光瞳形成平面
60．．．去耦合元件
61．．．軸線
62．．．旋轉驅動器
63．．．同步模組
64．．．訊號線
65．．．圓盤形鏡架
66．．．周壁
67．．．個別反射鏡
68．．．耦合元件
69．．．條狀鏡面鋁箔
70．．．個別反射鏡
71．．．透明間隙
72．．．極化變換器
73．．．迴轉支撐
74．．．迴轉盛器
75．．．半波長板
76．．．旋轉軸
80．．．光學組件
L、L’．．．雷射脈衝
第1圖的示意圖係圖示有第一照明系統的微蝕刻投影曝光裝置；第2圖的示意圖係以光特性變換器的第一切換時間(switching time)為例圖示來自第1圖投影曝光裝置之光源的兩個連續光脈衝；第3圖及第4圖用與第2圖相似的方式圖示另一個切換時間的實例；第5圖為與第1圖微蝕刻投影曝光裝置相似的示意圖，其係圖示另一個照明系統具體實施例；第6圖至第9圖用與第2圖相似的方式圖示使用第5圖照明系統的其他切換時間實例；第10圖為與第1圖微蝕刻投影曝光裝置相似的示意圖，其係圖示另一個照明系統具體實施例；第11圖係圖示第1圖的微蝕刻投影曝光裝置與控制組件(control component)；第12圖及第13圖為與第1圖微蝕刻投影曝光裝置相似的示意圖，其係圖示另一個照明系統具體實施例；第14圖的示意圖圖示用於第13圖照明系統的去耦合及耦合元件；第15圖的示意圖圖示用於第13圖照明系統的另一個去耦合及耦合元件具體實施例；第16圖的示意圖圖示可特別用於第1圖照明系統的極化變換器以取代普克爾盒。第17圖為與第1圖微蝕刻投影曝光裝置相似的示意圖，其係圖示另一個包含光學延遲組件的照明系統具體實施例；第18圖的平面圖係圖示照明系統之光瞳平面的照明設定，其係使用該等具體實施例中之一個之照明系統的光學模組做調整；第19圖為與第18圖相似的視圖係圖示照明設定的變體，它可用該等光學模組中之一個來調整；第20圖為光罩結構的大幅放大視圖，該光罩結構可用具體實施例中之一個的照明系統顯像而且有厚垂直線；第21圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示有隔離線的光罩結構；第22圖為與第18圖相似的視圖，其係圖示另一個可使用該等光學模組來調整的照明設定；第23圖為與第18圖相似的視圖，其係圖示另一個可使用該等光學模組來調整的照明設定；第24圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示用第22圖或第23圖照明設定來照射的光罩結構變體；第25圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示用第22圖或第23圖照明設定來照射的光罩結構變體；第26圖為與第18圖相似的視圖，其係圖示另一個可使用該等光學模組來調整的照明設定；第27圖為與第18圖相似的視圖，其係圖示另一個可使用該等光學模組來調整的照明設定；第28圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示用第26圖照明設定來照射的光罩結構變體；以及，第29圖為與第20圖相似的視圖，其係圖示用第27圖照明設定來照射的光罩結構變體。
1．．．微蝕刻投影曝光裝置
2，2’．．．光源
2a．．．穿孔鏡
3，3’．．．光束
4．．．光軸
5．．．照明系統
6．．．點
7．．．擴束器
8．．．第一普克爾盒
9．．．去耦合分光鏡
10．．．第一衍射光學元件
11．．．第一鏡片組
11a．．．變焦距系統
11b．．．後續軸錐鏡設置
12．．．光瞳形成平面
13．．．光學光柵組件
14．．．耦合光學件
15．．．中間場平面
16．．．倍縮光罩遮蔽系統
17．．．光罩平面
18．．．顯像物鏡
19．．．物件表面、倍縮光罩
20．．．投影物鏡
21．．．光瞳平面
22．．．偏轉鏡
23．．．裝置、倍縮光罩平台
24．．．晶圓片
25．．．影像平面
26．．．晶圓片平台
27．．．光瞳平面
28．．．第一光學模組
29．．．第二光學模組
30．．．第二衍射光學元件
31．．．第二鏡片組
31a．．．變焦距系統
31b．．．軸錐鏡設置
32．．．照射光
33,34．．．偏轉鏡
35．．．耦合分光鏡

Claims (29)

  1. 一種用於徵蝕刻投影曝光裝置之照明光學件，其係以來自至少一光源的照射光照射物件表面的指定照明場，其係具有：-第一光學模組，其係用於設定該照明光學件於其光瞳平面的第一照明設定；-至少一第二光學模組，其係與該第一光學模組隔開，用於設定該照明光學件於該光瞳平面的第二照明設定；-至少一去耦合元件，其係位於在該兩個光學模組之上游的光學路徑中，其係視需要饋送該照射光至該第一光學模組與該第二光學模組中之至少一個；-至少一耦合元件，其係位於在該兩個光學模組之下游的光學路徑中，其係饋送已通過該第一光學模組與該第二光學模組中之至少一個的照射光至該照明場；-其中該至少一耦合元件係設定以致在該照明光學件的使用過程中，當該至少一去耦合元件提供光給該第一光學模組和該第二光學模組時，該至少一耦合元件將已通過該第一光學模組和該第二光學模組的該照射光整合成提供給該照明場的一共同光束徑。
  2. 如申請專利範圍第1項的照明光學件，其中該去耦合元件係經設計成一去耦合分光鏡，其係以第一光特性饋送光線至該第一光學模組而且以與該第一光特性不同的第二光特性饋送光線至該第二光學模組， -該耦合元件係經設計成一耦合分光鏡，其係饋送已通過該兩個光學模組中之一個的照射光至該照明場，該耦合分光鏡係經配置成使得有該兩種光特性的光線可從該耦合分光鏡沿著同一個光軸往下游行進，-可切換光特性變換器係位於在該去耦合分光鏡之上游的光學路徑中，以及取決於切換，把進入光特性變換器的該照射光改變成有該第一及該第二光特性之至少一種的光線。
  3. 如申請專利範圍第2項的照明光學件，其中該光特性為一極化狀態，以及其中該光特性變換器把取決於切換而進入它的該照射光改變成有第一或第二極化狀態的光線，該去耦合分光鏡與該耦合分光鏡係經設計成各為一極性選擇性分光鏡。
  4. 如申請專利範圍第3項的照明光學件，其中該極性選擇性分光鏡係由以下各物組成之群選出：極化立方體或分光鏡片。
  5. 如申請專利範圍第3項的照明光學件，其中普克爾盒係用作光特性變換器。
  6. 如申請專利範圍第5項的照明光學件，其中光特性變換器致使光特性在一秒內改變。
  7. 如申請專利範圍第2項的照明光學件，其中光特性變換器係經設計成使得光特性可周期性地改變。
  8. 如申請專利範圍第7項的照明光學件，其中光特性變換器係經設計成使得在切換頻率超過1Hz時光特性會改 變，在超過1kHz時光特性會改變較佳，甚至在超過10kHz時光特性會改變更佳。
  9. 如申請專利範圍第1項的照明光學件，其中-該光特性變換器係經設計成一可在至少兩個操作位置之間移動的極化變換器，--其中在處於該極化變換器的第一操作位置時，該照射光會穿過它藉此饋送該照射光至第一光學模組，--其中在處於該極化變換器的第二操作位置時，該照射光會穿過它藉此饋送該照射光至該第二光學模組。
  10. 如申請專利範圍第9項的照明光學件，其中該極化變換器係經設計成一可繞著該照射光之射束軸旋轉的半波長板。
  11. 如申請專利範圍第1項的照明光學件，其中-該光特性變換器係經設計成一極化變換器，其係具有至少兩個空間上分開、對極性有不同作用的光學組件，-其中該極化變換器可在至少兩個操作位置之間移動，--其中在處於第一操作位置時，該照射光會穿過該極化變換器的第一極化光學組件藉此饋送該照射光至該第一光學模組，--其中在處於第二操作位置時，該照射光會穿過該極化變換器的第二光學組件藉此饋送該照射光至該第二光學模組。
  12. 如申請專利範圍第9項的照明光學件，其中-該極化變換器係由至少一光學元件組成，該至少一光學 元件則由至少一光學活性材料製成，其中-該至少兩個空間上分開、對極性有不同作用的光學組件相互毗鄰或至少在某些區域是逐漸合併的。
  13. 如申請專利範圍第11項的照明光學件，其中至少一半波長板係用來作為該極化變換器的第二極化光學組件。
  14. 如申請專利範圍第1項的照明光學件，其中該去耦合元件包含可在至少兩個操作位置之間移動的至少一鏡元，其中至少在處於第一操作位置時，饋送該照射光至該第一光學模組，其中至少在處於第二操作位置時，饋送該照射光至該第二光學模組，其中該耦合元件係經設計成一可與該去耦合元件同步移動的鏡元。
  15. 如申請專利範圍第14項的照明光學件，其中該去耦合元件有多個位於可驅動旋轉的鏡架上的個別反射鏡。
  16. 如申請專利範圍第14項的照明光學件，其中該去耦合元件係經設計成一條狀鏡面鋁箔，其係具有多個有透明間隙介於其間的個別反射鏡。
  17. 如申請專利範圍第1項的照明光學件，其中用以下方式組態該第一光學模組與該第二光學模組：該第二照明設定不同於該第一照明設定。
  18. 如申請專利範圍第17項的照明光學件，其中該第二照明設定與該第一照明設定只是極化狀態不同。
  19. 如申請專利範圍第1項的照明光學件，其中有光學延遲組件，相對於饋送通過該第二光學模組的照射光，其係用來延遲饋送通過該第一光學模組的照射光。
  20. 一種具有如申請專利範圍第2項所述之照明光學件的照明系統，-其係具有至少一用以產生脈衝照射光的光源，-其中該光特性變換器係經設計成使得在一個照明光脈衝期間，光特性至少可改變一次。
  21. 一種具有如申請專利範圍第2項所述之照明光學件的照明系統，-其係具有至少一用以產生脈衝照射光的光源，-其中該光特性變換器係經設計成使得在兩個連貫光脈衝之間可啟動該光特性變換器用來改變該光特性。
  22. 如申請專利範圍第20項的照明系統，其中有至少兩個光源可用來產生脈衝照射光。
  23. 如申請專利範圍第22項的照明系統，其中係經由同一個去耦合分光鏡人饋送該兩個光源至該兩個光學模組。
  24. 一種具有如申請專利範圍第1項所述之照明光學件的照明系統，其特徵為主控制系統，該主控制系統是用訊號連接至該去耦合元件與該光特性變換器中之至少一個，以及取決於指定照明值，控制該去耦合元件與該光特性變換器中之至少一個以便經由該第一光學模組來得到該照明場的比例式照明以及經由該第二光學模組來得到該照明場的比例式照明。
  25. 如申請專利範圍第24項的照明系統，其中該主控制系統另外用訊號連接至至少一由以下各物組成之群中選出的組件： -該至少一光源、-該兩個光學模組、-倍縮光罩遮蔽系統、-倍縮光罩平台、-晶圓片平台。
  26. 一種微蝕刻投影曝光裝置具有：如申請專利範圍第20項所述之照明系統、照明光學件、及至少一用於產生脈衝照射光的光源，其中該光特性變換器係經設計成使得在一個照明光脈衝期間光特性至少可改變一次。
  27. 一種用於微結構組件的微蝕刻製造方法，其係包含下列步驟：-提供一基板，其上至少有一部份已塗上一層光敏感材料，-提供一光罩，其係包含待顯像的結構，-提供一個如申請專利範圍第26項所述的投影曝光裝置，-使用該投影曝光裝置投影該光罩之至少一部份於該層之一區域上。
  28. 一種使用如申請專利範圍第27項所述之方法製成的微結構組件。
  29. 一種用於微蝕刻投影曝光裝置之照明系統的輔助模組，其係具有：-光學模組，除了該照明光學件的第一光學模組以外，該光學模組係用來與該第一光學模組的照明設定一起提供另一照明設定至該光瞳平面，-至少一去耦合元件，其係位於在該兩個光學模組之上游 的光學路徑中，藉此它可--饋送該照射光到該第一光學模組或者是到輔助模組的光學模組，-至少一耦合元件，其係位於在該兩個光學模組之下游的光學路徑中，藉此它可--饋送已通過該第一光學模組或該輔助模組的光學模組的照射光至該照明場-其中該至少一耦合元件係設定以致在該照明光學件的使用過程中，當該至少一去耦合元件提供光給該第一光學模組和該輔助模組的光學模組時，該至少一耦合元件將已通過該第一光學模組和該輔助模組的光學模組的該照射光整合成提供給該照明場的一共同光束徑。
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