TWI446115B - An illumination system with detectors for detecting light intensity - Google Patents

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Description

具有偵測光強度之偵測器的照明系統
本發明係一種微影投影照明設備用的照明系統。本發明之照明系統的發射波長≦100nm，尤其是在EUV波長範圍內。本發明之照明系統具有一個對出射光瞳面進行照明的光源，以及至少一個用來改變出射光瞳面之照明用的元件。此外，本發明還提出一種當出射光瞳面的照明(也就是微影投影照明設備之設定)改變時，調整一種基本上相同的光能(尤其是沿著一個掃瞄路徑積分的光能)的方法。
為了進一步縮小電子組件的圖案寬度，尤其是縮小到次微米的範圍，因此需要縮短微影用的光線波長。一種可能的方式是以波長短於100nm的光線進行微影，例如以X射線進行微影，也就是所謂的EUV微影。
EUV微影使用的波長介於8nm至20nm、11nm至14nm、或最好是13.5nm。
EUV微影被認為是未來最有前途的微影技術之一。EUV微影使用的波長介於11nm至14nm，尤其是13.5nm的波長被認為最適於晶圓上0.2-0.3的數值孔徑。EUV微影的圖像品質是由投影物鏡及照明系統所決定。照明系統應盡可能為有設置帶有圖案之掩膜的場平面提供均勻的照明。投影物鏡將場平面成像於一個設有光敏基板的像平面上，也就是成像在一個所謂的晶圓面上。EUV微影用的投影照明設備通常是一種具有反射光學元件的所謂的微影投影照明設備。僅具有反射光學元件的照明系統稱為反射式照明系統。僅具有反射光學元件的投影系統稱為反射式投影系統。如果一種微影投影照明設備的照明系統及投影系統都只具有反射光學元件，則這種微影投影照明設備稱為反射式微影投影照明設備。EUV投影照明設備的像平面上的場通常是一個長寬比很大的環形場，此處所謂的長寬比是由環形場的寬度及弧長定義，其中寬度≧1mm，而且最好是≧2mm，弧長≧22mm，而且最好是≧26mm。投影照明設備通常是以掃瞄模式運轉。以下專利均有提及相關的EUV投影照明設備：US 2005/0088760 A US 6438199 B US 6859328 B
為了調整光瞳面的照明，也就是調整所謂的圖像設定或相關度，先前技術是利用一個位於光瞳面(或共軛光瞳面)上或附近的光圈調整EUV系統的照明。在利用光圈調整設定或照明時，如果設定從σ＝0.8變化到σ＝0.5，則會造成60%的幾何光損耗。
除了可以利用光圈調整設定外，美國專利US 6658084建議可以經由改變光通道在雙面磨成棱面的照明系統中的配置方式，以進行設定調整。在一個具有兩個磨成棱面的光學元件的反射式照明系統中，第一個磨成棱面的光學元件的第一種光柵元件構成第一個棱面鏡，第二個磨成棱面的光學元件的第二種光柵元件構成第二個棱面鏡。例如可以將第一個磨成棱面的光學元件更換成一種所謂的場棱面鏡，以達到改變光通道的配置方式的目的。不過更換光學元件也會導致照明系統的光線傳輸發生改變。例如，更換第一個磨成棱面的光學元件會使幾何效能發生改變，原因是光源發出的光線通常並非全部可以被利用到。如果不是經由更換第一個磨成棱面的光學元件來改變光通道的配置，而是利用將棱面鏡傾倒(例如傾倒在第二個磨成棱面的光學元件上)的方式來改變光通道的配置，則同樣也會使整個系統的光線傳輸發生改變，原因是第二個磨成棱面的光學元件的反射EUV光線的棱面鏡具有依據入射角設計之最佳化的多層鍍膜。如果棱面鏡被傾倒，棱面鏡的反射率就會發生改變，因此整個照明系統的光線傳輸也會跟著改變。
照明系統的每一個傳輸改變都會導致物體被照明區域的光強度的改變，或是導致微影投影照明設備的像平面的光強度的改變，這種光強度的改變會被傳送到設置在像平面上的光敏基板。
但是為了使製造品質保持一致，作用在像平面上的光敏基板的沿著掃瞄路徑積分的光功率必須始終保持不變。
因此下列屬於先前技術的專利均有提出能夠測量及/或調整場平面的光強度的照明系統：EP 1291721 A EP 1355194 A US 2002/0190228 A WO 2004/031854 A US 6885432 B US 2005/0110972 A
這些屬於先前技術的照明系統都有缺點，例如專利US 2005/0110972 A提出的調整場平面照明的方法會使光源發出的光線被遮住，因而產生光損耗。
由於使光敏層(例如光刻膠)曝光需要一定的光量，因此光損耗會使投影照明設備的掃瞄速變慢。如果每一單位時間可供使用的光量不足，例如因為光源的光脈衝被遮住，則微影投影照明設備的掃速度就會被迫降低。
本發明的目的是要提出一種照明系統及方法，即使在調整出射光瞳面的照明(尤其是改變設定或相關度)時，這種照明系統及方法也能夠始終提供相同的光強度(尤其是積分光強度)需要曝光之晶圓所在的像平面。本發明的照的明系充及方法不會有先前技術的缺點，特別是可以降低光損耗。
為達到上述目的，本發明使用的方法是在照明系統中至少裝設一個偵測光源發出的光線用的偵測器。可以將偵測器設設置在改變出射光瞳面之照明的元件的旁邊、前面、或是後面。此外，本發明的照明系統還具有一個調整裝置，這個調整裝置能夠接收光強度信號並根據接收到的光強度信號調整控制光敏基板之掃瞄速度的控制信號。這個裝置又稱為調整單元。
在出射光瞳面具有不同的照明的情況下，為了能夠在很大程度上使光敏基板所在的面上的光強度保持不變，偵測器會將接收到的光強度信號傳送到前面提及的調整單元。如果出射光瞳面的照明因為照明系統的設定調整或相關性調整而改變，造成照明系統或微影投影照明設備的光線傳輸發生改變，則光敏基板所在的面上的光強度也會跟著改變。不過光敏基板所在的面上的光強度也會因為光源強度的改變或光學面的退化效應而發生改變。偵測器至少能夠偵測出因為光源強度的改變造成的光強度的變化。為了向光敏基板所在的面提供基本上相同的光強度，本發明的照明系統會經由調整單元改變或調整掃瞄速度，所謂掃瞄速度是指要曝光的物體(也就是在像平面上的光敏晶圓)移動的速度。調整單元在進行這個調整工作時會將偵測器接收到的光強度及其他訊息(例如光瞳面的那些照明有受到光圈的調整)納入考量。
在照明系統的光線傳輸發生改變時，經由上述的調整稅控制方式可以使沿著掃瞄路徑被晶圓接收的光量保持不變。
本發明的第一種實施方式是利用光圈來改變照明，這個光圈是設置在出射光瞳面(或是出射光瞳面的共軛面)上或是附近。
因外一種可行的方式是以一種可以更換的磨成棱面的光學元件作為照明系統的改變照明的元件，例如雙面磨成棱面的照明系統中的具有第一個磨成棱面的元件的場棱面，以及具有第二個磨成棱面的元件的光瞳棱面，如美國專利US 6658084提出的一種帶有場棱面的第一個磨成棱面的元件。
場棱面及光瞳棱面在雙面磨成棱面的照明系統中的配置方式會因為更換帶有場棱面的第一個磨成棱面的元件而改變，因此出射光瞳面的設定或照明也會如美國專利US 6658084所描述的發生改變。另外一種可以造成這種配置方式的改變及調整出射光瞳面之照明的方法是設置可傾倒的單一場棱面及/或光瞳棱面。
依據本發明的一種特別有利的實施方式，調整單元內存有一個記載不同設定調整之調整值的表格。這個表格最好是含有在不同的照明設定下對場平面及/或像平面進行量測所獲得的校正值。例如第一個調整設定或第一個設定調整可以測得強度值(100)，第二個調整設定或第二個設定調整可以測得強度值(50)。如果照明從第一個設定調整被改變到第二個設定調整，則將掃瞄速度減半，並確定這兩個設定調整大約是以相同的劑量率照射到像平面。如果需要進行兩種以上不同的照明或設定，則最好是利用校正表格或校正曲線在連續運轉的微影投影照明設備中進行調整。如果在一個系統中只需進行兩種設定調整，則最好是利用差分測量在連續運轉的微影投影照明設備中進行調整或控制。
在本發明中，所謂連續運轉是指在光敏基板的處理過程中進行調整，尤其是在光敏基板的曝光過程中進行調整。
在光程中，負責偵測曝光過程中的光強度的偵測器可以設置在調整出射光瞳面之照明用的裝置的前面或後面，但最好是設置在出射光瞳面上或附近及/或出射光瞳面的共軛面上或附近、及/或設置在照明系統的場平面上或附近及/或場平面的共軛面上或附近。偵測器可以設置在光程中，也可以設置在光程外。如果將偵測器設置在從光源到像平面的光程外，則可以在光程中設置一面鏡子，以便將一部分的光線從光程輸出，以及將一部分的光線偏轉到偵測器上。
除了照明系統外，本發明還提出一種具有一個本發明之照明系統的微影投影照明設備，以及一種調整基本上相同的光能(尤其是沿著像平面的掃瞄路徑積分的光能)的方法。這表示即使用不同的照明，本發明的方法也能夠沿著掃瞄路徑將積分掃瞄能量調整基本上相同的量。像平面上沿著路徑y、場高x的積分掃瞄能量的定義如下：SE(x)=ʃI(x,y)dy
其中I(x,y)代表曝光用的光強度，也就是像平面的點(x,y)的有效輻射(例如13.5nm)的強度。換句話說所謂積分掃瞄能量SE就是設置在投影照明設備之場平面上的光敏基板上的一個點在掃瞄過程中被照射到的總光能。
例如，在照明改變之前，如果沿著一條掃瞄路徑的積分掃瞄能量SE為SE(a1)，則利用本發明的方法可以使照明改變後的積分掃瞄能量SE(a2)基本上和積分掃瞄能量SE(a1)相等，也就是說SE(a1)約等於SE(a2)。一種特別有利的情況是這個關係(SE(a1)約等於SE(a2))對微影投影照明設備的像平面上的光敏基板的每一個場高x均適用。
本發明的發法是在照明改變之前先量測出射光瞳面的光能，然後再量測照明改變後的光能，並接收一個差異信號。這個差異信號是一個指標，表示要曝光的物體及/或光敏基板的掃瞄速度必須改變多少，以便在照明改變後仍能夠產生基本上相同的積分光能，尤其是在微影投影照明設備的像平面上產生基本上相同的積分掃瞄能量。
除了接收一個差異信號外，另外一種可行的方式是在調整單元中存入校正值。這些校正值是對不同的照明或照明設定進行光強度分佈測量的結果。例如可以將校正值存放在一個校正表格或一條校正曲線中。當照明設定發生改變，要曝光的光敏基板的掃瞄速度就會根據存放在校正表格中的校正值作出相應的改變，以確保在不同的設定調整下，照射到像平面的劑量率仍大致相同。
相較於美國專利US 2005/0110972 A提出的照明系統，本發明之照明系統的優點是不必將光源發出的光線偏轉就可以調整掃瞄速度，因此微影投影照明設備的掃瞄速度比較快。因此配備本發明之照明系統的微影投影照明設備的產量也比較大。美國專利US 2005/0110972 A提出的照明系統則需要將一部分的光線偏轉，因此這一部分的光線就不能用於對像平面上的光敏基板或晶圓進行曝光。本發明之照明系統的另外一個優點是可以連續改變光強度。美國專利US 2005/0110972 A提出的照明系統則只能將整個脈衝偏轉。
相較於先前技術所使用的不連續的方法，本發明的方法可以連續將掃瞄速度調整到任何一個值，而因達到連續調整的效果。
第1圖顯示場平面上被照明的場(10)。場(10)的形狀為圓弧狀。第1圖有標示場(10)的中心場點ZP及場半徑R。場半徑R是指到投影物鏡的光學軸HA的距離。此外，第1圖還標示弧長s及以場的中心點ZP為原點的局部的x、y、z座標系統。場(10)位於由x方向及y方向構成的場平面。像平面上被照明的場基本上和物平面上被照明的場具有相同的形狀。物平面或場平面上被照明的場被一個投影系統或投影物鏡成像於像平面。如果投影系統是一種縮小系統，則物平面上的場會被縮小成像於像平面。例如4：1的縮小系統會將物平面上的場或場平面縮小4倍成像於像平面。在本實施例中，物平面及/或像平面上的光敏基板上有一個掩模沿著y方向被推動。因此y方向就是微影投影照明設備的掃瞄方向。此外，第1圖還標示環形場的掃瞄縫寬度w，在微影投影照明設備中，像平面上的掃瞄縫寬度w≧1mm，而且最好是≧2mm。例如，像側掃瞄縫尺寸(也就是場量)為1x22mm或2x22mm。
第2a圖及第2b圖顯示微影投影照明設備之光瞳面上的兩種不同的照明。第2a圖顯示在帶有光柵元件之第二個磨成棱面的光學元件(也就是所謂的光瞳棱面鏡)的圓形照明的情況下，光瞳面或出射光瞳上一個σ＝0.4的第一種照明(22)；第2b圖顯示一個環形的第二種照明(24)的一個σout /σin ＝0.8/0.4的環形設定。不論是將光圈直接設置在雙面磨成棱面之照明系統的第二個磨成棱面的光學元件的前面或附近，或是如美國專利建議的改變場棱面鏡及光瞳棱面鏡之間的配置方式，都可以在照明系統中調整出這一類的照明。
在第3圖顯示的照明系統中，一個改變出射光瞳之照明(也就是調整設定)用的元件係設置在第二個磨成棱面的元件的附近。在第3圖顯示的照明系統中，這個元件是一個光圈(130)。
第3圖的微影投影照明設備具有一個光源(100)。光源(100)發光波長小於100nm的特定波長的光線，例如發出一種在EUV波長範圍(8nm至20nm)的光線，但如一種波長為13.5nm的光線。光源發出的光線被集光器(102)收集在一起。集光器(102)是一種如專利WO 2002/27400提出之低入射集光器(grazing－incidence－Kollektor)。
光源發出的輻射會被光譜過濾器(107)及孔徑光圈(109)過濾，因此在通過孔徑光圈後就只剩下有用輻射，例如波長13.5nm的光線。由一個光柵元件構成的光譜過濾器會將照射在光柵元件上的光線往多個不同的方向繞射，例如繞射到－1.繞射級。孔徑光圈設置在－1.繞射級之一次光源(100)的中間像(111)上或附近。此外，投影照明設備還具有第一個磨成棱面的光學元件(113)及第二個磨成棱面的光學元件(115)，其中光學元件(113)具有的第一種棱面(也就是所謂的場光柵元件)構成反射式照明系統中的小棱面鏡(114)，光學元件(115)具有的第二種棱面(也就是所謂的光瞳光柵元件或光瞳棱面)構成反射式照明系統中的小棱面鏡(116)。可以將場棱面(114)或光瞳棱面(116)製作成扁平的棱面，並如第3圖所示傾倒在一個支承構件上，或是製作成如美國專利US 6198793建議之具有光學作用(例如正光焦度或負光焦度)的棱面。具有場棱面的第一個光學元件(113)將一次光源(100)發出的光束(117)分成許多光束(118)。每一道光束(118)都被聚焦並在第二個磨成棱面的光學元件(115)所在的位置或附近形成二次光源(119)。
在第3圖顯示的微影投影照明設備中，為了能夠調整照明系統之出射光瞳所在的出射光瞳面(121)的照明，因此在第二個磨成棱面的光學元件(也就是光瞳棱面元件)的前面設置一個光圈(130)，利用光圈(130)可以選擇性的將特定的光瞳棱面(115)遮住，例如將第3圖中的光瞳棱面(115.1)遮住。利用這種方式可以很容易的調整出具有不同相關度(也就是所謂的σ值)的照明。另外一種可行的方式是可以利用設置在第二個磨成棱面的光學元件前面的光圈(130)對許多個單一的光瞳棱面進行調整，以形成複雜的結構，例如四極或雙極照明。這種方式也稱為設定調整。除了利用光圈(130)調整相關度外，另外一種可行的方式是經由改變從場棱面元件到光瞳棱面元件的光通道之配置方式來調整照明。
美國專利US 6658084有關於利用改變光通道之配置方式調整出射光瞳面(121)的照明的說明。
本發明是利用至少一個偵測器(160.1)偵測光線傳輸的改變，例如由於光源的變化或是因為利用光圈(130)調整出射光瞳面(121)之照明造成光線傳輸的變化。在本實施例的光程中，偵測器(160.1)是設置在改變光瞳面之照明用的元件(也就是光圈(130))的後面。在本實施例中，偵測器(160.1)是設置在投影物鏡(300)的物平面(200)上。不過這種設置方式只是一個例子，並非一定必須如此。在從光源到物平面的光程中，偵測器(160.1)也可以設置在改變照明用的裝置(例如偵測器(160.2))的旁邊或前面。在本實施例中，從場棱面入射到光瞳棱面(115.2)的光線會被反射，並被偏轉到在光程中位於第二個磨成棱面的光學元件(116)後面的偵測器(160.2)。在本實施例中，偵測器(160.2)係設置在從光源到物平面的光程中，說的更精確些是設置在從第一個磨成棱面的元件(113)到第二個磨成棱面的元件(116)的光程中，而偵測器(160.1)則是設置在從光源到物平面的光程外。在本實施例中，照射到偵測器(160.1)的光線是經由一個輸出耦合反射鏡(173)從光程被輸出耦合。另外一種可能的方式是將偵測器(160.1)設置在光程中。還有一種可能的方式是將偵測器設置在上述位置之外的地方，例如設置在出射光瞳面(121)的共軛面上，或是與物平面(200)重合的場平面上。此外，可以用一個或數個偵測器進行量測工作。設置在不同位置的偵測器會接收到不同的光信號。例如，如果偵測器(160.1)在光程中的位置是在光圈(130)的後面，也就是在進行設定調整的裝置的後面，不同的設定調整就會產生不同的光信號。偵測器(160.1)接收到的光信號可以直接被控制單元/調整單元(164)作為控制信號或調整信號(162)使用，以根據設定調整調整掃瞄速度。反之，如果偵測器在光程中是設置在設定光圈的前面或光圈上，如偵測器(160.2)，則只能偵測到光強度的變化，例如光源(100)的變化，因此利用這種信號只能根據光強度變化調整承載曝光物體(例如晶圓)之承載架(168)的掃瞄速度(166)。除了根據光強度的變化調整掃瞄速度外，如果還要根據設定調整來調整掃瞄速度，則必須另外取得其他的訊息，例如被調整的是那一個設定光圈。在偵測器(160.2)在光程中設置在調整設定之裝置的前面時，調整單元(169)也可以利用這些其他的訊息調整不同的設定調整的掃瞄速度。本實施例具有兩個偵測器(160.1，160.2)，其中負責偵測設定調整的第一個偵測器(160.1)在光程中是設置在負責設定調整之裝置的後面，負責偵測光強度變化(例如光源的光強度變化)的第二個偵測器(160.2)在光程中是設置在負責設定調整之裝置的前面。因此利用這兩個偵測器(160.1，160.2)的信號就可以根據光強度變化及設定調整來調整掃瞄速度。
如前面所述，光線傳輸的改變，例如設定從σ＝0.8變化到σ＝0.5，會造成60%的幾何光損耗。利用本發明的方法可以抵銷這個變化，並確保照射到物平面上要曝光的物體的光線始終保持相同的光量。為達到這個目的，可以依據偵測器(160.2)及/或偵測器(160.1)接收的信號及/或其他的訊息，例如關於設定光圈調整的訊息，調整物平面上晶圓(也就是要曝光的物體)的掃瞄速度，以確保始終會有相同的光量照射到投影物鏡之物平面上的要曝光的物體。這樣就可以保證在曝光過程中，即使因為設定改變及/或光強度變化造成光線傳輸的改變，也能始終保持一致的曝光。
此外，在本實施例的光程中，另外有兩個正入射反射鏡(170，172)及一個低入射反射鏡(174)被設置在第二個磨成棱面的光學元件(也就是光瞳棱面鏡(116))的後面，其作用是將光瞳棱面成像於投影物鏡的一個入射光瞳E，以及。在物平面(200)上形成場。
如果場光柵元件的形狀和要照明的場相同，則不必為場的形成另外設置一個反射鏡。
投影物鏡的入射光瞳E，也就是在照明系統的出射光瞳面(121)與出射光瞳重合的入射光瞳E，是由投影物鏡的光學軸HA與被掩膜朝第1圖的場的中心場點ZP反射的主射線CR的交點所形成。
微影投影照明設備的物平面(200)上有一個設置在輸送系統上的掩膜。這個在物平面(200)上的掩膜被投影物鏡(300)成像在一個光敏基板(220)上，例如成像在一片晶圓上。這個晶圓或光敏基板係設置在投影物鏡的物平面(221)上。調整單元(164)可以根據從偵測器(160.1，160.2)接收到的光信號調整承載晶圓之承載架(502)的掃瞄速度，以確保光敏基板會受到均勻的曝光。
本實施例的投影物鏡具有6個環繞一個共同光學軸HA設置的反射鏡，這6個反射鏡分別為第一個反射鏡(S1)、第二個反射鏡(S2)、第三個反射鏡(S3)、第四個反射鏡(S4)、第五個反射鏡(S5)、以及第個反射鏡(S6)。投影物鏡(300)有一個正的頂焦距，這表示被物平面上的物體(201)反射而射向中心場點的主射線CR是朝物體(201)的方向射入投影物鏡。投影物鏡之光學軸HA和在掩膜上被反射朝向中心場點之主射線CR的交點就是入射光瞳E的位置，入射光瞳E與位於照明系統之出射光瞳面(121)的的出射光瞳重合。可以利用光圈(130)或可改變的配置(從場棱面到光瞳棱面的配置)改變在出射光瞳面或投影物鏡之入射光瞳E的照明，也就是說可以調整在該處的設定。最好是在投影物鏡之入射光瞳E的範圍內設置一個孔徑光圈B。
如果偵測器(160.2)在光程中被設置在設定調整用的光圈(130)的後面，則偵測器(160.2)接收的光信號會被轉送到調整單元(164)。調整單元(164)會將收到的光信號與存放在校正表格或校正曲線中的參考值/校正值作一比較，並根據比較結果調整掃瞄速度。可以在物平面(221)(也就是晶圓面)上設置一個量測校正值用的偵測器，以量測出校正值。由不同的設定調整產生的校正值被存放在調整單元的表格中。在運轉過程中偵測器(160.2)真正量測到的量測值會被拿來與校正值作一比較，並根據比較結果調整掃瞄速度。例如，如果第一個設定調整的量測值為100，第二個設定調整的量測值為50，則只要調整掃瞄速度，使第二個設定調 整的掃瞄速度v2 剛好等於第二個設定調整的掃瞄速度v1 的一半，就可以使照射在物平面(也就是晶圓面)上的光線保持相同的光量。另外一種可行的方式是如第3圖將偵測器(160.2)直接設置在設定光圈(130)上，或是在光程中設置在設定光圈(130)的前面。這樣不論偵測器的何種設定，都會接收到相同的光量。因此在這種情況下，只有光強度變化(例如光源(100)的變化)會對光強度信號造成影響。當光強度信號被轉送到調整單元，調整單元就可以經由改變掃瞄速度來抵銷偵測器接收到的光強度變化。如果這種實施方式還能夠提供其他的訊息，例如關於設定光圈的設定方式的訊息，則掃瞄速度也可以配合設定調整而調整。以下將利用第4a圖至第4b圖說明改變掃瞄速度對光強度(每單位時間照射到物平面的光量)造成的影響。
如美國專利US 2005/0110972 A描述的以一定頻率運轉的光源在每單位時間都會發出相同數量的光脈衝，而且每一個光脈衝都具有相同的光強度。在第4a圖的實施例中，光源在每單位時間(ms)發出4個光脈衝，也就是4impulse/ms。如果第4a2圖中掃瞄縫寬度為1mm的掃瞄縫(1001)在物平面上以速度v1 =1mm/ms沿著y方向(也就是掃瞄方向(10002))從位置(10003.1)移動到位置(10003.2)，則會有4個光脈衝(1000)照射到物平面上要曝光的物體。根據設定調整測得第4a1圖之實施例的校正值為50。如果設定調整被改變，同時第4b1圖及第4b2圖之實施例的校正值為100，則為了使照射到第4a1圖及第4a2圖的光緣相同，必 須將照射到物平面的光脈衝數量減半。因此需要將掃瞄速度加倍到v2 =2mm/ms。這樣在光源以4impulse/ms的頻率發出光脈衝的情況下，每單位時間內照射到要曝光物體的光脈衝就會從4個光脈衝減半到只有2個光脈衝。
第5圖顯示一個調整過程的流程圖。
第5圖顯示的流程圖是利用偵測器接收到的量測信號來控制物平面上的一個光敏元件的掃瞄速度。如前面所述，第一個步驟(1000)是為不同的設定調整或照明調整進行校正量測。第二個步驟(1010)是將校正量測得到的量測值存放到調整單元的校正表格。在調整單元的校正過程結束後就進入一種所謂的空量測狀態，也就是微影投影照明設備的照明系統並不是被用來對光敏元件(例如晶圓)進行曝光，而只是將一個傳感器放到投影照明設備之投影物鏡的物平面進行量測的狀態。這種狀態也稱為非運轉狀態。
在空量測期間量測到的校正值會被存放到調整單元中。此時如果微影投影照明設備的照明系統被用來對光敏元件進行曝光，則會進行一個特定的設定調整，也就是調整光瞳面的照明。此時調整單元就會根據所收到的由偵測器偵測到的光強度及其他的訊息(例如設定光圈的光圈調整)及校正表格，計算出必須以多快的速度移動在物平面上要曝光的物體。
調整單元的代號為1030。偵測器在步驟(1030)中接收量測信號，並將接收到的量測信號轉送到調整單元(1030)。調整單元會在步驟(1045)中將被轉送過來的量測信號與校 正表格作一比較，並根據比較結果將掃瞄速度的調整量在步驟(1050)中傳送到決定承載曝光物體之移動台的進給速度的馬達。接著在步驟(1060)中重複步驟(1050)的量測動作，或是結束量測(步驟1070)。
以上描述的方法可以被應在有兩個以上的設定調整的系統，以及可以利用一個光圈對光瞳面的照明進行連續性的調整，但是對於只有兩個設定調整的系統而言，並不一定需要使用這麼複雜的方法，因此對只有兩個設定調整的系統有另外一種可行的方法，那就是利用差異量測來控制掃瞄速度。這種方法是首先量測出出射光瞳的第一個照明的理想掃瞄速度。因此需先量測出第一個光強度。如果偵測器在光程中是設置在調整裝置的後面，則當照明改變時，偵測器的光強度量測信號也會跟著改變。接著就可以根據照明改變之及照明改變之後的差異信號計算出必須如何調整掃瞄速度，以確保在照明改變後仍具有和照明改變之前相同的曝光特性。例如，如果經由設定將照明降低50%，則照明改變後的掃瞄速度就必須比照明改變之前的掃瞄速度減慢50%，以確保照射到曝光物體的光量仍和照明改變之前相同。如果偵測器在光程中是設置在改變照明用的裝置(也就是設定調整裝置)的前面，則為了調曝光物體所在平面上的整掃瞄速度，除了光信號外，還需要接收到其他訊息，例如關於光圈調整的訊息。
本發明首度提出一種能夠使光源發出的所有光線都被利用到的裝置及方法，而且即使因為設定調整或光強度變 化造成光瞳平上的照明改變，照射到曝光物體的光量仍然可以保持不變。
10‧‧‧標示場
22、24‧‧‧照明
100、119‧‧‧光源
102‧‧‧集光器
107‧‧‧光譜過濾器
109‧‧‧孔徑光圈
111‧‧‧中間像
113、115‧‧‧光學元件
114、116‧‧‧小棱面鏡
117、118‧‧‧光束
121‧‧‧出射光瞳面
130‧‧‧光圈
166‧‧‧掃瞄速度
170、172‧‧‧正入射反射鏡
200、221‧‧‧物平面
201‧‧‧物體
220‧‧‧光敏基板
300‧‧‧投影物鏡
502‧‧‧承載架
E‧‧‧入射光瞳
HA‧‧‧光學軸
CR‧‧‧主射線
S1~S6‧‧‧反射鏡
ZP‧‧‧中心場點
W‧‧‧掃瞄縫寬度
R‧‧‧場半徑
S‧‧‧弧長
115.1、115.2‧‧‧光瞳棱面
160.1、160.2‧‧‧偵測器
162‧‧‧控制信號或調整信號
164‧‧‧控制單元/調整單元
173‧‧‧輸出耦合反射鏡
174‧‧‧低入射反射鏡
B‧‧‧孔徑光圈
第1圖：物平面上需要受到照明的場。
第2a圖-第2b圖：光瞳面上的不同的照明。
第3圖：具有本發明之裝置的照明系統的構造。
第4a圖-第4b圖：光源以一定頻率發出光脈衝時，由掃瞄速度決定的作用在要曝光之物體上的光脈衝數量。
第5圖：一個調整過程的流程圖。
100、119．．．光源
102．．．集光器
107．．．光譜過濾器
109．．．孔徑光圈
111．．．中間像
113、115．．．光學元件
114、116．．．小棱面鏡
117、118．．．光束
121．．．出射光瞳面
130．．．光圈
166．．．掃瞄速度
170、172．．．正入射反射鏡
200、221．．．物平面
201．．．物體
220．．．光敏基板
300．．．投影物鏡
502．．．承載架
E．．．入射光瞳
HA．．．光學軸
CR．．．主射線
S1~S6．．．反射鏡
115.1、115.2．．．光瞳棱面
160.1、160.2．．．偵測器
162．．．控制信號或調整信號
164．．．控制單元/調整單元
173．．．輸出耦合反射鏡
174．．．低入射反射鏡

Claims (26)

  1. 一種微影投影照明設備用的照明系統，這種照明系統具有：-- 一個對出射光瞳面(121)進行照明的光源，這個光源發出的光線在波長範圍≦100nm，而且最好是在EUV波長範圍；-- 一個元件，這個元件至少可以將出射光瞳面(121)的一個第一種照明(22)改變成一個第二種照明(24)，以及至少一個偵測光線用的偵測器(160.1，160.2)，其中該微影投影照明設備具有一個帶有許多個可以改變位置之棱面鏡的磨成棱面的光學元件(113)以改變出射光瞳面之照明；這種照明系統的特徵為：具有一個裝置(164)，這個裝置(164)至少可以接收偵測器(160.1，160.2)發出的一個光強度信號，其中根據照明改變之前及之後測得的光能產生一個差異信號，並根據這個差異信號藉由一調整單元改變或調整像平面上的光敏基板的掃瞄速度，調整單元在進行這個調整工作時會將偵測器接收到的光強度或光瞳面上受到光圈調整照明的訊息納入考量。
  2. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：在光線從光源(100)到出射光瞳面(121)的光程中，偵測器(160.1，160.2)位於在光源(100)及出射光瞳面(121)之間。
  3. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：裝置接收代表元件第一個調整動作的第一個調整信號，經由第一個調整動作會提供第一個照明(22)。
  4. 如申請專利範圍第3項的照明系統，其特徵為：裝置接收代表元件第二個調整動作的第二個調整信號，經由第二個調整動作會提供第二個照明(24)。
  5. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：裝置具有的調整單元(1030，164)具有一個儲存單元，在這個儲存單元中至少存有第一個照明的第一個校正值及第二個照明的第二個校正值。
  6. 如申請專利範圍第5項的照明系統，其特徵為：儲存單元存有一個包含許多校正值的校正表格。
  7. 如申請專利範圍第5項的照明系統，其特徵為：元件持續調整出射光瞳(121)的照明，並將一個校正曲線存放到儲存單元。
  8. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：光敏基板係設置在一個掃瞄台(502)上，同時掃瞄速度決定了掃瞄台(502)的前進速度。
  9. 如申請專利範圍第8項的照明系統，其特徵為：光敏基板(220)是一片晶圓。
  10. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：改變照明用的元件是一個光圈(130)，而且光圈(130)係設置在出射光瞳面(121)上或出射光瞳面(121)附近，或是設置在出射光瞳面(121)的共軛面上。
  11. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：照明系統具有一個可更換的磨成棱面的光學元件，同時改變照明用的元件就是這個可更換的磨成棱面的光學元件。
  12. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：照明系統具有一個帶有許多個可以改變位置之棱面鏡的磨成棱面的光學元件(113)，同時改變照明用的元件就是這個帶有許多個可以改變位置之棱面鏡(114)的磨成棱面的光學元件。
  13. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：在從光源(100)到出射光瞳面(121)的光程中，偵測器(160.1)係設置在改變照明調整用的元件(130)的後面。
  14. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：在從光源(100)到出射光瞳面(121)的光程中，偵測器(160.2)係設置在改變照明調整用的元件(130)的前面。
  15. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：偵測器(160.1，160.2)係設置在改變出射光瞳面之照明調整 用的元件(130)的旁邊或附近。
  16. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：偵測器(160.1，160.2)係設置在微影投影照明設備的物平面(200)或像平面(221)的旁邊或附近。
  17. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：照明系統是一種反射式照明系統。
  18. 如申請專利範圍第1項的照明系統，其特徵為：照明系統具有一個磨成棱面的光學元件。
  19. 如申請專利範圍第18項的照明系統，其特徵為：磨成棱面的光學元件(116)具有許多個棱面鏡(115，115.1，115.2)。
  20. 一種具有一個如申請專利範圍第1項的照明系統的微影投影照明設備，具有一個物平面(200)及一個將設置在物平面(200)上的物體成像於一個像平面(221)的投影物鏡(300)。
  21. 如申請專利範圍第20項的微影投影照明設備，其特徵為：投影物鏡(300)具有一個孔徑光圈(B)。
  22. 一種調整基本上相同的光能的方法，尤其是一種不受出射光瞳面(121)之影響的調整發射波長≦100nm(尤其是在EUV範圍的發射波長)之微影投影照明設備的一 個像平面上沿著掃瞄路徑的積分光能的方法，其中微影投影照明設備具有一個帶有許多個可以改變位置之棱面鏡的磨成棱面的光學元件(113)以改變出射光瞳面之照明，以及一個偵測器，這種方法具有下列的步驟：-- 在照明改變之前先量測出射光瞳面的光能；-- 在照明改變之後量測出射光瞳面的光能；-- 根據照明改變之前及之後測得的光能產生一個差異信號，並根據這個差異信號藉由一調整單元改變或調整像平面上的光敏基板的掃瞄速度，調整單元在進行這個調整工作時會將偵測器接收到的光強度或光瞳面上受到光圈調整照明的訊息納入考量。
  23. 如申請專利範圍第22項的方法，其特徵為：連續接收差異信號，並將差異信號傳送到調整單元，以便連續調整像平面上的光敏基板的掃瞄速度。
  24. 一種調整基本上相同的光能的方法，尤其是一種不受出射光瞳面之影響的調整發射波長≦100nm(尤其是在EUV範圍的發射波長)之微影投影照明設備的一個像平面上沿著掃瞄路徑的積分光能的方法，其中微影投影照明設備具有一個帶有許多個可以改變位置之棱面鏡的磨成棱面的光學元件(113)以改變出射光瞳面之照明，以及一個偵測器，這種方法具有下列的步驟：-- 以偵測器偵測出射光瞳面上不同照明的光能；-- 將測得的數值存放在調整單元中作為校正值； -- 存放完成後，將偵測器測得的光能和所存放的校正值作一比較；-- 根據和校正值比較的結果藉由一調整單元改變或調整像平面上的光敏基板的掃瞄速度，調整單元在進行這個調整工作時會將偵測器接收到的光強度或光瞳面上受到光圈調整照明的訊息納入考量，其中將該偵測器設置在改變光瞳面之照明調整用的元件的旁邊或附近。
  25. 如申請專利範圍第24項的方法，其特徵為：將校正直以校正表格及/或校正曲線的形式存放。
  26. 如申請專利範圍第24項的方法，其特徵為：微影投影照明設備具有一個物平面及一個像平面，同時偵測器係設置在這個物平面及/或像平面的旁邊或附近。
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