TWI475328B - 照明裝置、照明方法、曝光裝置及該些裝置的製造方法 - Google Patents

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Description

照明裝置、照明方法、曝光裝置及該些裝置的製造方法
本發明是有關於一種結合有空間調變單元(spatial modulation unit)的照明裝置、一種使用此空間調變單元的照明方法、一種結合有此照明裝置的曝光裝置以及一種使用此曝光裝置的裝置製造方法，其中此空間調變單元基於來自光源之光而在照明光瞳面(illumination pupil plane)上產生預定的光強度分佈(光瞳亮度分佈)。
迄今，反射型的空間光調變器被認為是一種空間調變器，其用於在曝光裝置中形成修正照明(modified illumination)(例如，兩級、四級或其它分佈)的光瞳亮度分佈。例如，在日本專利申請早期公開號2002-353105(文件1)中介紹了此等反射型的空間光調變器。
最近的趨勢是要求多級(3個或多個)分佈而不是簡單的二級(有/無光)分佈，如用於修正照明或離軸(off-axis)照明(例如，引自專利文件2：美國專利號6,466,304)的光瞳亮度分佈。在文件2中，藉由將空間濾波器放置在照明光瞳面中而獲得多級光瞳亮度分佈，其中此空間過濾器帶有包括半透明基板以及罩幕膜的多個透明區。
發明人學習了前述習知技術並發現了如下問題。
具體而言，上文引述的文件1並未揭露關於形成多級光瞳亮度分佈的內容。由於上文引述的文件2中的技術使用了空間過濾器來獲得多級光瞳亮度分佈，其不能獲得一種多級光瞳亮度分佈，於此種多級光瞳亮度分佈中可任選地控制照明光瞳面上各區段中的亮度(光強度)。
本發明用於解決上述問題，並且本發明的目的是：提供一種帶有能夠形成多級光瞳亮度分佈的結構的照明裝置以及照明方法，其中於此多級光瞳亮度分佈中可任選地控制照明光瞳面上各區段中的亮度；還提供一種結合有照明裝置的曝光裝置以及一種使用此曝光裝置的裝置製造方法。
根據本發明的照明裝置以及照明方法構造成：基於光源光而在照明光瞳面上形成預定的光強度分佈：並且使用此預定的光強度分佈作為光源而在上照明目標表面上實施柯勒照明(Kohler illumination)。
為達到上述目的，根據本發明的照明裝置包括空間光調變器、聚光系統以及控制單元。空間光調變器具有姿態(posture)彼此獨立受控的多個反射表面。此等反射表面二維地設置在光自光源穿行到照明光瞳面的光學路徑上。聚光系統將來自空間光調變器的反射表面的光匯聚，以在照明光瞳面上形成預定的光強度分佈。控制單元根據待形成在照明光瞳面上的光強度分佈而將控制信號供給到空間光調變器。
特別地，在根據本發明的照明裝置中，聚光系統藉由空間光調變器的反射表面而將具有預定角度分佈的光轉換成在照明光瞳面上的位置分佈(position distribution)。對於形成光強度分布的照明光瞳面上的點中之每一者，控制單元將控制多個對到達的光(arriving light)有助益的反射表面。
根據本發明的照明方法包括：多個反射表面的排列、聚光系統的排列以及反射表面的姿態控制。各反射表面的姿態彼此獨立地受控並且反射表面二維地設置在光自光源穿行到照明光瞳面的光學路徑上。聚光系統設置在光自反射表面穿行到照明光瞳面的光學路徑上並且用於將藉由反射表面而具有預定角度分佈的光轉換成照明光瞳面上的位置分佈。反射表面的姿態控制包括：對於形成光強度分佈的照明光瞳面上的點中之每一者，當藉由聚光系統透過匯聚來自反射表面的光而在照明光瞳面上形成預定的光強度分佈時，首先控制多個對於到達的光有貢獻的反射表面。以這種方式，執行對反射表面的各族群的姿態控制。
根據本發明的曝光裝置包括具有上述結構而用於照明預定圖案的照明裝置(根據本發明的照明裝置)，並且在光敏基板上執行預定圖案的曝光。
根據本發明的裝置製造方法是使用具有上述結構的曝光裝置(根據本發明的曝光裝置)來製造所希望的裝置的方法。具體地，裝置製造方法包括曝光步驟、顯影步驟以及處理步驟。曝光步驟是使用具有上述結構的曝光裝置而在光敏基板上實現預定圖案的曝光。顯影步驟是將已經轉移有預定圖案的光敏基板顯影，然後以與光敏基板表面的預定圖案對應的形狀來形成罩幕(mask)層。處理步驟是透過罩幕層來處理光敏基板的表面。
將從下文中的詳細介紹以及附圖而獲得對本發明的進一步完整理解，然而詳細介紹以及附圖僅是出於示例性目的而給出，並不應被認為是對本發明進行限制。
本發明的更大應用範圍將從下文的詳細介紹而顯而易見。然而，應當理解的是，由於此等詳細介紹，在本發明精神以及範圍內的各種改變以及修改對於本領域熟知其技藝者顯而易見，詳細的介紹以及特定的樣例雖然表明了本發明的較佳實施例，但是僅出於示例性的目的而給出。
如上所述，本發明成功地提供了多級光瞳亮度分佈(光瞳強度分佈)，於此多級光瞳亮度分佈中可任選地控制各區段中的亮度。
在下文中，參考圖1至圖7詳細介紹根據本發明的照明裝置、照明方法、曝光裝置及該些裝置的製造方法的實施例。在對圖式的介紹中，相同的部份以及相同的元件藉由相同的參考標識來指示，不再贅述。
圖1是示意性地顯示根據本發明的曝光裝置的實施例的配置的圖式。在圖1中，Z軸設定為沿晶圓W(光敏基板)的法線(normal)的方向，Y軸設定為在晶圓W的平面中沿與圖1的平面平行的方向，並且X軸設定為在晶圓W的平面中沿圖1的平面的法線的方向。
參照圖1，曝光裝置EA具有照明裝置IL、支撐罩幕M的罩幕載物臺(stage)MS、投影光學系統PL以及支撐晶圓W的晶圓載物臺WS。照明裝置IL具有光源1以及空間光調變單元3，其中此光源1以及空間光調變單元3以指定的次序沿著曝光裝置EA的光軸AX而設置。曝光裝置EA構造成：基於來自光源1的光並依賴於照明裝置IL來照明罩幕M；並且依賴於投影光學系統PL而將罩幕M的帶有圖案的表面(第一表面)的影像投影到晶圓W(第二表面)的表面上。照明裝置IL(其利用光源1供應的光來照明罩幕M的帶有圖案的表面(第一表面))依賴於空間光調變單元3而實施諸如兩級、四級或其它照明之修正照明(離軸照明)。
照明裝置IL具有沿光軸AX的極化(polarization)控制單元2、空間光調變單元3、可變焦顯微觀察系統4(Zoom Optical System)、蠅眼(fly's eye)透鏡5、聚光器系統6、照明場欄(罩幕障蔽物(mask blind))7以及場欄影像光學系統(field stop imaging optical system)8。
基於來自光源1而穿過極化控制單元2的光，空間光調變單元3在其較遠的場(即，夫琅和費繞射區)(Fraunhofer diffraction region)中形成所希望的光瞳亮度分佈(光瞳強度分佈)。空間光調變單元3的空間光調變器3a包括大量的下述之鏡元件，並且照明裝置IL還具有控制單元10，此控制單元10將用於控制此等鏡元件的傾角的控制信號輸出到空間光調變器3a。
例如，在美國專利公開申請號2006/0055834A1中揭露了極化控制單元2。
蠅眼透鏡5將入射光的前導波(wavefront)分割並且形成第二光源，此第二光源包括在蠅眼透鏡5的後焦點平面上的與蠅眼透鏡5的透鏡元件個數一樣多的光源影像。本文可應用的蠅眼透鏡5例如是圓柱狀蠅眼微透鏡(cylindrical micro fly's eye lens)。此等圓柱狀蠅眼微透鏡例如在美國專利號6,913,373中揭露。
在使用藉由蠅眼透鏡5而形成的第二光源作為光源的本實施例的曝光裝置EA中，設置在照明目標表面上的罩幕M會遭受柯勒照明。因此，形成第二光源的平面變成與投影光學系統PL的孔徑光欄結合(conjugate with)的平面並因此可被稱為照明裝置IL的照明光瞳面。典型地，照明目標表面(設置有罩幕M或晶圓W的表面)變成相對於照明光瞳面的光學傅立葉(Fourier)轉換表面。
光瞳亮度分佈(其也稱作為光瞳強度分佈)是在照明裝置IL的照明光瞳面上或在與照明光瞳面成對的平面上的光強度分佈。然而，當藉由蠅眼透鏡5的前導波分割的數量較大時，形成在蠅眼透鏡5的入射平面(entrance plane)上的全局(global)光強度分佈以及整體第二光源的全局光強度分佈之間的相關度較高，因此，蠅眼透鏡5的入射平面上以及與入射平面成對的平面上的光強度分佈可被稱為光瞳亮度分佈。
聚光器系統6匯聚自蠅眼透鏡5射出的光束並且此後經匯聚的光束以重疊的方式來照明該照明場欄7。來自照明場欄7的光穿過場欄影像光學系統8，以到達帶有預定圖案的罩幕M並且作為照明場欄7的孔徑的影像而在罩幕M的圖案形成區的至少一部份中形成照明區。圖1是在沒有任何用於彎曲光軸AX的路徑彎曲鏡(path bending mirror)的情況下描述的，然而必要時也可設置一個或多個路徑彎曲鏡。罩幕M安裝在罩幕載物臺MS上。
基於藉由照明裝置IL而形成在罩幕M的圖案表面(第一表面)上的照明區的光，投影光學系統PL將第一表面的影像形成在安裝於晶圓載物臺WS上的晶圓W的投影表面(第二表面)Wa上。
在這種方式中，當二維地驅動以及控制晶圓載物臺WS並因此而二維地驅動以及控制晶圓W時，可在垂直於投影光學系統PL的光軸AX的平面(X-Y平面)中進行一次式(one-shot)曝光或掃描式(scan)曝光。這使得罩幕M的圖案依序地轉換成晶圓W上的各曝光區域。
下文參考圖2以及圖3來介紹空間光調變單元3的配置。圖2是顯示圖1所示的空間光調變單元3以及可變焦顯微觀察系統4的光學路徑圖。在圖3中，區域(a)顯示了空間光調變單元3中的空間光調變器3a的局部透視圖，區域(b)顯示有解釋了用於控制各鏡元件的姿態的參數的圖式，區域(c)是顯示空間光調變器3a中的鏡元件中之一者的局部透視圖，並且區域(d)是顯示沿區域(c)所示的鏡元件的線I-I的橫截面的圖式。應該注意的是，為了更易觀察，以沒有截面陰影的方式來描述圖2以及圖3。
如圖2中所示，空間光調變單元3具有棱鏡3b，以及一體地附連到棱鏡3b的反射性空間光調變器3a。棱鏡3b是由例如為螢石(fluorite)的玻璃材質而製成的。棱鏡3b是矩形平行六面體的一個側面壓低成V形的楔狀，並且也被稱為K棱鏡。在棱鏡3b中，矩形平行六面體部份的一個側面包括兩個平面PS1、PS2(第一平面PS1以及第二平面PS2)，此兩個平面PS1、PS2以鈍角相交為在此兩個平面之間內陷的相交線(其為直線)P1a。空間光調變器3a附加到棱鏡3b的側面上，其中此側面面向此等在相交線P1a處接觸的兩個側面。形成空間光調變器3a的基部的光學材質並不限於螢石，其可以是矽玻璃或其它的光學玻璃。
在相交線P1a處接觸的兩個側面(相互面向的側部)用作第一反射面R11以及第二反射面R12。因此，第一反射面R11定位在第一平面PS1上。第二反射面R12定位在與第一平面PS1相交的第二平面PS2上。第一反射面R11與第二反射面R12之間的角度是鈍角。
舉例來說，本文中的角度可確定如下：第一反射面R11與第二反射面R12之間的角度是120°；棱鏡P1的垂直於光軸AX的側面(入射平面IP)與第一反射面R11之間的角度是60°；棱鏡P1的垂直於光軸AX的側面(出射平面OP)與第二反射面R12之間的角度是60°。
設置棱鏡3b使得：附加有空間光調變器3a的側面與光軸AX平行，第一反射面R11定位在朝向光源1的側面(即，曝光裝置EA中的上游)上，並且第二反射面R12定位在朝向蠅眼透鏡5的側面(即，曝光裝置EA中的下游)上。因此，如圖2中所示，棱鏡3b的第一反射面R11相對於曝光裝置EA的光軸AX而傾斜地設置著。如圖2中所示，棱鏡3b的第二反射面R12相對於曝光裝置EA的光軸AX以與第一反射面R11相反之傾角而傾斜地設置著。
棱鏡3b的第一反射面R11將平行於曝光裝置EA的光軸AX而入射的光反射。空間光調變器3a設置在第一反射面R11以及第二反射面R12之間的光學路徑中並且將在第一反射面R11上反射的光反射。棱鏡3b的第二反射面R12將在空間光調變器3a上反射的光反射。具體而言，來自反射表面R12的光被射出至曝光裝置EA的照明裝置IL中的可變焦顯微觀察系統4內。
因此，相對於第一反射面R11以及第二反射面R12，藉由第一平面PS1以及第二平面PS2形成的脊線(ridge line)式相交線P1a定位在空間光調變器3a的側邊上。
在此實施例中的棱鏡3b一體地形成為一個光學區塊，但是可使用多個光學區塊來構建此棱鏡3b。
根據在第一反射面R11上反射的光的入射位置，空間光調變器3a對入射光實施空間調變。如下所述的空間光調變器3a包括二維地設置在預定的平面上的大量的顯微鏡元件SE1。
因此，舉例來說，入射到空間光調變器3a的光束可按如下方式來穿行(travel)：光線L1入射到空間光調變器3a的多個鏡元件SE1中的鏡元件SE1a上；光線L2入射到空間光調變器3a的多個鏡元件SE1中的不同於鏡元件SE1a的鏡元件SE1b上；光線L3入射到空間光調變器3a的多個鏡元件SE1中不同於鏡元件SE1a、SE1b的鏡元件SE1c上；光線L4入射到空間光調變器3a的多個鏡元件SE1中不同於鏡元件SE1a-SE1c的鏡元件SE1d上；光線L5入射到空間光調變器3a的多個鏡元件SE1中不同於鏡元件SE1a-SE1d的鏡元件SE1e上。根據它們各自的安裝位置，鏡元件SE1a-SE1e分別對所到達的光線L1-L5實施空間調變。為了較易解釋，圖2僅舉例說明了五個鏡元件SE1a-SE1e，但鏡元件的數量並不限於五個。
設置棱鏡3b使得：從棱鏡3b的入射平面IP(在此入射光線L1-L5)經過鏡元件SE1a-SE1e到棱鏡3b的出射平面OP(在此光線射出)的等效空氣長度(air-equivalent length)，與在曝光裝置EA中沒有棱鏡3b時從對應於入射平面IP的位置到對應於出射平面OP的位置的等效空氣長度相等。藉由將光學系統中的光學路徑長度減小為在折射率為1的空氣中的光學路徑長度而獲得等效空氣長度，並且藉由將光學路徑長度乘1/n倍而獲得在折射率為n的介質(medium)中的等效空氣長度。
空間光調變器3a鄰近可變焦顯微觀察系統4(其可被看作聚光系統)的前焦點而設置。藉由空間光調變器3a的鏡元件SE1a-SE1e而反射並設有預定角度分佈的光在可變焦顯微觀察系統4的後焦點平面5a上的預定位置處形成光強度分佈。也即，可變焦顯微觀察系統4是傅立葉轉換光學系統，此傅立葉轉換光學系統將藉由空間光調變器3a的鏡元件SE1a-SE1e而出射的光線之給定角度轉換成作為空間光調變器3a的遠場(夫琅和費繞射區)的平面5a上的位置。本文可應用的可變焦顯微觀察系統4例如是投影為正交投影的可變焦顯微觀察系統。
再次參考圖1，蠅眼透鏡鏡5的入射平面鄰近此平面5a而定位，並且藉由蠅眼透鏡5形成的第二光源的光強度分佈(照明分佈)是根據藉由空間光調變器3a以及可變焦顯微觀察系統4而形成的光強度分佈之分佈。
如圖3的區域(a)中所示，空間光調變器3a是包括鏡元件SE1的多個可動鏡，其中此鏡元件SE1是大量的顯微鏡反射元件(其具有朝上設置的平面狀的反射表面)。每一鏡元件SE1均可移動並且每一鏡元件SE1的反射表面的傾角(也即，反射表面的傾角的角度以及方向)藉由控制單元10(其對反射表面進行姿態控制)而獨立地控制。藉由環繞各軸(沿與各鏡元件SE1的反射表面平行並且相互正交的兩個方向)而轉動所希望的角度，各鏡元件SE1可連續地或離散地轉動。也即，各鏡元件SE1構造成：各鏡元件SE1的傾角可沿各鏡元件SE1的反射表面而控制在二維中。在離散轉動的情況下，較佳的控制方法是以多級(例如,...,-2.5°,-2.0°,...,0°,+0.5°,...,+2.5°,...)的方式來控制轉動的角度。
如圖3的區域(b)中所示，藉由調整空間光調變器3a(Z軸)的參考平面的法線以及反射表面(z'軸)的法線之間的角度θ而實現上述各鏡元件SE1的反射表面的姿態控制。本文中的參考平面是與姿態控制之前的反射表面一致的平面，此平面是藉由X軸以及Y軸(其與姿態控制之前的反射表面的法線z'正交)限定的x-y平面。參考平面的法線z(Z軸)以及反射表面的法線z'之間的角度θ藉由環繞X軸的轉動角度分量θx 以及環繞Y軸的轉動角度分量θy 而給定，以作為特定姿態的控制資訊。具體而言，轉動角度分量θx 是在法線z'投影到y-z平面時參考平面的法線z以及反射表面的法線z’之間的角度，並且轉動角度分量θy 是在法線z'投影到x-z平面時參考平面的法線z以及反射表面的法線z’之間的角度。
另外，在此實施例中，鏡元件SE1的輪廓是正方形，但此輪廓並不限於此。然而，就光利用效率方面而言，輪廓是允許無間隙(最密堆積)排列之形狀則較佳。較佳地，相鄰鏡元件SE1之間的間隙設定成所需的最小等級。
圖3的區域(c)是示意性地顯示空間光調變器3a的多個鏡元件SE1中的一個鏡元件的配置的圖式，且更特定而言，是示意性地顯示用於控制鏡元件SE1中的反射表面的姿態的驅動單元的圖式。圖3的區域(d)是顯示沿圖3的區域(c)所示的線I-I的鏡元件SE1的橫截面的圖式。在圖3的區域(c)以及(d)中，鏡元件SE1具有基部30、設置在此基部30上的支撐部31、連接到位於基部30的相對側的支撐部31的板構件32，包括形成在此板構件32上的反射膜的反射表面33以及設置成包圍基部30上的支撐部31的四個電極34a-34d。
板構件32可繞彼此正交之二軸(X軸以及Y軸)而傾斜，其中此二軸在與基部30平行的平面上，並且此平面在與支撐部31的接合處具有支點。其後將電位施加至電極34a-34d，此電極34a-34d設置在對應於板構件32的四個角的基部側面上的各位置上，以在各電極34a-34d以及板構件32之間產生靜電力，從而改變各電極34a-34d以及板構件32(驅動單元)之間的間隙。這使得板構件32在支撐部31的支點上傾斜，因此，形成在板構件32上的反射表面33亦傾斜。
再次參考圖2來解釋形成在照明光瞳面上的光強度分佈(光瞳亮度分佈)的多級控制。在圖2中所示的空間光調變器3a的情況中，鏡元件設置如下：在五個鏡元件SE1a-SE1e中，三個鏡元件SE1a、SE1c、SE1e中之每一者相對於空間光調變器3a的參考平面以第一角度(θ x 1 、θ y 1 )而傾斜；兩個鏡元件SE1b、SE1d中之每一者相對於空間光調變器3a的參考平面以不同於第一角度的第二角度(θ x 2 、θ y 2 )而傾斜。
因此，空間光調變器3a(引自圖3的區域(b))的參考平面是一種二維地設置有大量空間光調變器3a的鏡元件SE1的平面。如圖3的區域(b)中所示，使用環繞前述平面中正交的兩個軸(x-軸以及Y軸)的轉動軸的轉動方向θ x 、θ y 來定義第一角度以及第二角度。
在空間光調變器3a的三個鏡元件SE1a、SE1c、SE1e上反射的光線L1、L3、L5在棱鏡3b的第二反射面R12上反射，並且此後藉由可變焦顯微觀察系統4而匯聚。結果，光線L1、L3、L5到達可變焦顯微觀察系統4的後焦點平面5a上的點P1處。另一方面，在空間光調變器3a的兩個鏡元件SE1b、SE1d上反射的光線L2、L4在棱鏡3b的第二反射面R12上反射，並且此後藉由可變焦顯微觀察系統4而匯聚。結果，光線L2、L4到達可變焦顯微觀察系統4的後焦點平面5a上的點P2處。
以這種方式，來自三個鏡元件SE1a、SE1c、SE1e的光線聚焦在點P1處，而來自兩個鏡元件SE1b、SE1d的光線聚焦在點P2處。結果，點P1處的光強度與點P2處的光強度的比率是3:2。基於鏡元件的數量以及光強度比率之間的此等關係，可根據反射表面(SE1a、SE1c、SE1e或SE1b、SE1d)的數量而確定在預定點(P1或P2)處的光強度，其中此反射表面(SE1a、SE1c、SE1e或SE1b、SE1d)有助於光線(L1、L3、L5或L2、L4)到達可變焦顯微觀察系統4(其可被認為是照明光瞳面)的後焦點平面5a的預定點(P1或P2)處。也即，平面5a上的光強度分佈可被控制成所希望的分佈。在圖2中所示的配置樣例中，形成在平面5a上的光強度分佈(光瞳亮度分佈)是一種點P1處的光強度是3、點P2處的光強度是2、在其它區域中的光強度是0的光強度分佈。
因此，當將在空間光調變器3a中執行姿態控制的控制單元10(引自圖1)構造成可控制對到達的光有貢獻的反射表面的數量時，對於可在平面5a上形成的形成光強度分佈的各點(例如，P1或P2)而言，在平面5a上的預定點(P1或P2)處的光強度可設置成所希望的值，因此，可在多級的基礎上任選地控制平面5a上的光強度分佈。
由於在此實施例中可變焦顯微觀察系統4具有光學傅立葉轉換作用，即使三個鏡元件SE1a，SE1c，SE1e的傾角是相同的第一角度(θ x 1 、θ y 1 )，光線也可叠加到位於可變焦顯微觀察系統4的後焦點平面5a上的點P1處；並且即使兩個鏡元件SE1b、SE1d傾角是相同的第二角度(θ x 2 、θ y 2 )，光線也可叠加到位於可變焦顯微觀察系統4的後焦點平面5a上的點P2處。在此實施例中，如上所述，有助於光到達平面5a上的某點處的反射表面的傾角未受控為不同的傾角，而是受控為相同的傾角(即，相同的姿態)。
在此實施例中，藉由可變焦顯微觀察系統4的光學傅立葉轉換，空間光調變器3a的鏡元件SE1的傾角所引起的光的角度資訊被轉換成作為傅立葉轉換平面的平面5a的位置資訊。反之，傅立葉轉換平面5a上的光的角度資訊可被轉換成空間光調變器3a的鏡元件SE1的排列平面上的位置資訊。結果，有效防止了到達該平面5a(其可被認為是照明光瞳面)的射束的發散角(divergence angle)(NA)在平面5a中被改變。另外，可在不受任何限制的情況下(如以一與多個鏡元件SE1一致之傾角來設置鏡元件SE1)對鏡元件組及其傾角進行選擇以將在平面5a上形成的光強度分佈(光瞳亮度分佈)設置為所期待之分佈。
舉例來說，如圖4中所示，還可以采用一種將空間光調變器3a的多個鏡元件SE1分組成多個鏡元件族群35a-35i並且使鏡元件族群35a-35i在平面5a上形成它們各自的光強度分佈(光瞳亮度分佈)的方法。還可以采用另一方法，其完全隨機地分派空間光調變器3a的多個鏡元件SE1。
圖5顯示了用於示意性地解釋光瞳強度分佈的多級控制的方法的另一樣例的圖式。具體地，圖5的區域(a)是顯示4值表達式(4-valued expression)的光強度分佈(光瞳強度分佈)的樣例的矩陣，其中照明光瞳面包括位在3列×5行中的15個畫素，並且圖5的區域(b)是用於示意性地解釋為獲得圖5的區域(a)中所示的多級光強度分佈所必須的光的分派的圖式。
舉例來說，如圖5的區域(b)所示，為獲得圖5的區域(a)中所示的位在矩陣中左下部的畫素的光强度，來自空間光調變器3a的四個鏡元件的光能量PE1-PE4叠加到左下部的畫素上，以獲得强度4。類似地，如圖5的區域(b)所示，為了獲得圖5的區域(a)中所示的位於矩陣中左上部的畫素的光强度，來自空間光調變器3a的兩個鏡元件的光能量PE5、PE6叠加到左上部的畫素上，以獲得强度2。
以這種方式，藉由控制有助於光到達平面5a上的預定點處的反射表面的數量，可以多級(在圖5的區域(a)以及(b)的情況下是四級)的方式來控制平面5a上預定點處的光强度的值。
圖5的區域(a)以及(b)中所示的樣例顯示了照明光瞳面的3×5畫素的15個畫素的分割以簡化說明，但是照明光瞳面的分割的數量並不限於15個，並且可以是更大數量的分割，例如40×40畫素、128×128畫素等。而且，基於四級的多值，圖5的區域(a)以及(b)中所示的樣例顯示了形成在照明光瞳面上的光強度分佈的多級表達式，但是此多級並不限於四級，並且可以根據需要可為任何數量的級，例如，三級、八級等。
當在照明光瞳面上形成所希望的光強度分佈所需要的反射表面的全部數量與利用光源1的光來照明的空間光調變器3a的鏡元件SE1的全部數量(其在下文中將被稱為鏡元件的有效數量)不相等時，具體而言，當用鏡元件的有效數量除以為了在照明光瞳面上形成光瞳強度分佈所需要的反射表面的全部數量而具有餘數時，較佳的是將在剩餘反射表面上反射的光引導到除了照明光瞳面之外的區域。
當在剩餘反射表面上反射的光平均地分散在形成於照明光瞳面上的光強度分佈上時，將在此光強度分佈中發生強度不均衡性。例如，假設鏡元件的有效數量是169760並且為形成光強度分佈而必須的反射表面的全部數量是12861；那麼餘數是2567。也即，作為一個反射面而考慮的鏡元件的數量是13(169760=12861×13+2567)並且自此等13個鏡元件反射的光到達照明光瞳面上的一點處。
假設，照明光瞳面被分割成128×128畫素並且來自剩餘鏡元件的反射光也被導引至形成有效光瞳之任何畫素，其中此等有效光瞳構建有光強度分佈。在這種情況下，在有效光瞳中，存在有於其上入射有來自第十三個鏡元件的反射光的畫素以及於其上入射有來自第十四個鏡元件的反射光的畫素。在此樣例中，形成在照明光瞳面上的光強度分佈的強度不均衡性藉由∣(14-13)/(14+13)∣=∣1/27∣、或±3.7%(=(1/27)×100)而給定。另一方面，由於鏡元件的剩餘數量與鏡元件的有效數量的比率是1.5%(=(2567/169760)×100)，即使在將來自2567個剩餘鏡元件的反射光導引到有效光瞳的外部區域的情況下，在整個有效光瞳上的照明減少僅為1.5%。因此，當將來自2567個剩餘鏡元件的反射光特意地導引到除有效區外的其它區域時，形成在照明光瞳面上的光強度分佈的強度不均衡性可減少3.7%。
在以上實施例中，具有二維地設置以及獨立受控的多個光學元件的空間光調變器具有一種結構，在此結構中各光學元件被支撐以在位於光學元件中心的支撐部處的支點上傾斜。然而，還可以采用一種結構，於此結構中空間光調變器的光學元件中之每一者均被支撐在週邊區域中。
在上述實施例中，空間光調變器(於其中可對二維地設置的反射表面的方位(傾角)進行獨立控制)用作具有二維地設置以及獨立受控的多個光學元件的空間光調變器。然而，並不需要一定受限於此，例如還可以使用一種空間光調變器，於此空間光調變器中可獨立地控制二維地設置的反射表面的高度(位置)。本文中所應用的此等空間光調變器例如是選自日本專利申請早期公開號6-281869及其對應的美國專利號5,312,513，以及日本專利申請早期公開(PCT申請的譯文)號2004-520618的圖1d及其對應的美國專利號6,885,493中所公開的彼等空間光調變器中的一者。此等空間光調變器能夠對入射光起到與繞射表面相同的作用，這是藉由其中形成二維高度分佈來達成。在這種情況下，控制單元可構造成控制在空間光調變器中的反射表面的凹陷(depression)以及突起(projection)的數量(藉由控制單元而對空間光調變器中的反射表面進行姿態控制)。
舉例來說，可根據在日本專利申請早期公開(PCT申請的譯文)號2006-513442及其對應的美國專利號6,891,655中的公開內容，或根據在日本專利申請早期公開(PCT申請的譯文)號2005-524112及其對應的美國專利公開申請號2005/0095749中公開的內容，來修改具有二維地設置的多個反射表面的上述空間光調變器。
在上述實施例以及修改樣例中，可修改裝置，以便在使用空間光調變器3來形成照明光瞳面上的光強度分佈(光瞳亮度分佈)的過程中，形成的光強度分佈利用光強度分佈量測裝置(光瞳亮度分佈量測裝置)來量測並且根據量測結果來控制空間光調變器3。此等技術例如在日本專利申請早期公開號2006-54328中以及日本專利申請早期公開號2003-22967及其對應的美國專利公開申請號2003/0038225中揭露。
在上述實施例中，罩幕可被各可變圖案形成裝置代替，此可變圖案形成裝置可基於預定的電子資料來形成預定的圖案。本文所應用的可變圖案形成裝置例如是空間光調變器，此空間光調變器包括基於預定的電子資料而驅動的多個反射元件。具有此等空間光調變器的曝光裝置例如在日本專利申請早期公開號2004-304135以及國際公布的說明書WO 2006/080285及其對應的美國專利公開申請號2007/0296936中揭露。除了非發射型的反射性空間光調變器，還可以使用傳送型空間光調變器或自(self)發射型的影像顯示裝置。
在前述實施例中，還可以應用藉由折射率大於1.1的介質(典型地，如液體)來填充投影光學系統與光敏基板之間的光學路徑的內部之技術，其即是所謂的液體沉浸方法。在這種情況下，可采用下述技術中之一者作為利用液體來填充投影光學系統與光敏基板之間的光學路徑的內部之技術：例如在國際公布的說明書W099/49504中所揭露的，利用液體來局部填充光學路徑的技術；例如在日本專利申請早期公開號6-124873中所揭露的，將固持有待曝光的基板的載物臺移動到液池(bath)中的技術；例如在日本專利申請早期公開號10-303114中所揭露的，在載物臺上形成預定深度的液池並且在液池中固持基板的技術等。
前述實施例的曝光裝置藉由組裝各種子系統而製造，其中各子系統包含在本發明中申請專利範圍所述的它們各自的構件中，以維持預定的機械精確度、電性精確度以及光學精確度。為確保此等各種精確度，在組裝之前以及之後進行下述調整：用於達到各種光學系統的光學精確度的調整；用於達成各種機械系統的機械精確度的調整；用於達成各種電機系統的電性精確度的調整。從各種子系統到曝光裝置的組裝步驟包括各種子系統之間的機械連接、電路的電線連接、氣動管路的管線連接等。在從各種子系統到曝光裝置的組裝步驟之前，無須提及具有各子系統的組裝步驟。在從各種子系統到曝光裝置的組裝步驟完成之後，進行全面調整，以保證整個曝光裝置的各種精確度。希望在清潔的空間中執行曝光裝置的製造，於清潔空間中溫度、清潔度等是可控制的。
下文將介紹使用根據上述實施例的曝光裝置的裝置製造方法。作為根據本發明的裝置製造方法的實施例，圖6是用於解釋半導體裝置的製造步驟的流程圖。如圖6所示，半導體裝置的製造步驟包括在晶圓W上沈積金屬膜以變成半導體裝置的基板(步驟S40)以及將光阻作為光敏材質以施加到經沈積的金屬膜上(步驟S42)。後續步驟包括使用前述實施例(步驟S44：曝光步驟)的曝光裝置(投影曝光裝置)來將形成在罩幕(光罩)M上的圖案轉移到晶圓W上的各照射區域(shot area)內，以及在完成轉移之後使晶圓W顯影，也即，將光阻顯影到已經轉移有圖案的位置上(步驟S46：顯影步驟)。此後，使用在步驟S46中形成在晶圓W的表面上的光阻圖案作為罩幕，在晶圓W的表面上進行諸如蝕刻的處理(步驟S48：處理步驟)。
本文中的光阻圖案是光阻層，於此光阻層中凹陷以及突起形成為對應於藉由前述實施例的投影曝光裝置轉移的圖案的形狀並且凹陷貫穿光阻層。步驟S48透過此光阻圖案來處理晶圓W的表面。舉例來說，在步驟S48中進行的處理至少包括蝕刻晶圓W的表面或沈積金屬膜等。在步驟S44中，前述實施例的投影曝光裝置執行圖案到晶圓W上的轉移，其中此晶圓W經光阻塗布並作為光敏基板或板P。
作為根據本發明的裝置製造方法的另一實施例，圖7是用於解釋諸如液晶顯示裝置的液晶裝置的製造步驟的流程圖。如圖7中所示，液晶裝置的製造步驟包括依序地執行圖案形成步驟(步驟S50)、濾色器形成步驟(步驟S52)、單元組裝步驟(步驟S54)以及模組組裝步驟(步驟S56)。
步驟S50的圖案形成步驟是使用前述實施例的投影曝光裝置，在經光阻塗布的玻璃基板(作為板P)上形成諸如電路圖案以及電極圖案的預定圖案。此圖案形成步驟包括：曝光步驟，使用上述投影曝光裝置而將圖案轉移到光阻層；顯影步驟，將板P顯影在已經轉移有圖案的光阻層上，也即，將光阻層顯影在玻璃基板上，其後使得光阻層成為對應於圖案的形狀；以及處理步驟，透過經顯影的光阻層來處理玻璃基板的表面。
步驟S52的濾色器形成步驟形成濾色器，於此濾色器中對應於R(紅)、G(綠)以及B(藍)的大量三點組(sets of three dots)排列成矩陣圖案，或者於此濾色器中R、G以及B的多個三紋(stripes)過濾器組排列在水平掃描方向上。
步驟S54的單元組裝步驟是使用玻璃基板以及在步驟S52中形成的濾色器來組裝液晶面板(液晶胞)，其中於步驟S50中已經在上述玻璃基板上形成了預定的圖案。具體地，例如，將液晶注入玻璃基板以及濾色器之間以形成液晶面板。步驟S56的模組組裝步驟將各種構件附加到在步驟S54中組裝的液晶面板，其中此各種構件諸如為用於液晶面板顯示操作之電路以及背光單元。
本發明並不僅限於應用到製造半導體裝置的曝光裝置，但還可廣泛應用到諸如用於液晶顯示裝置(其利用矩形玻璃板而形成)的曝光裝置、或用於諸如電漿顯示的顯示裝置以及應用到製造諸如影像裝置(CCD以及其它)、微型機械、薄膜磁頭以及DNA晶片的各種裝置的曝光裝置。進一步而言，本發明還可藉由微影製程而應用於曝光步驟(曝光裝置)，此曝光步驟用於製造罩幕(如光罩、十字線等)，其具有各種裝置的罩幕圖案。
在上述實施例中，藉由光源1供應的光(用於曝光的光)可以是ArF準分子雷射光(波長：193nm)或KrF準分子雷射光(波長：248nm)。然而，並不限於此，還可以使用任何其它適當的雷射光源，例如，供應波長為157nm的雷射光的F2 雷射光源。
上述實施例於本發明應用到在曝光裝置中用於照明罩幕的照明光學系統中，但並不限於此，本發明還可應用於除罩幕之外的照明目標表面的照明用的通用型照明光學系統。
如上所述，在不背離本發明的範圍以及精神的情況下可以各種方式來對本發明進行修改，而不限於上述實施例。
1．．．光源
2．．．控制單元
3．．．空間光調變單元
3a．．．空間光調變器
3b．．．棱鏡
4．．．可變焦顯微觀察系統(聚光系統)
5．．．蠅眼透鏡
5a．．．特定光調變器的遠場區
6．．．聚光器系統
7．．．罩幕障蔽物
8．．．場欄影像光學系統
10．．．控制單元
30．．．基部
31．．．支撐部
32．．．板構件
33．．．反射表面
34a-34d．．．電極
35a-35i．．．鏡元件族群
AX．．．光軸
EA．．．曝光裝置
IL．．．照明裝置
IP．．．入射平面
L1-L5．．．光
MS．．．罩幕載物臺
M．．．罩幕
OP．．．出射平面
PL．．．投影光學系統
PS1、PS2．．．平面
P1a．．．相交線
P1、P2．．．點
PE1-PE6．．．光能量
R11、R12．．．反射表面
S40、S42、S44、S46、S48、S50、S52、S54、S56．．．步驟
SE1，SE2．．．特定光調變器包括的鏡元件
SE1a-SEe．．．鏡元件
WS．．．晶圓載物臺
W．．．晶圓
X．．．軸
Y．．．軸
Z．．．軸
Z’．．．軸
θ、θ x (+) 、θ x (-) 、θ y (+) 、θ y (-) ．．．角度
圖1是示意性地顯示根據本發明的曝光裝置的實施例的配置的圖式。
圖2是顯示空間光調變器以及聚光系統的排列的光學路徑圖，作為根據本發明的照明裝置以及照明方法的實施例的主要部份。
圖3是示意性地顯示圖2中所示的空間光調變器的配置的圖式。
圖4是用於解釋圖2中所示的空間光調變器中的多個鏡元件的族群的樣例的圖式。
圖5顯示了用於示意性地解釋光瞳強度分佈的多級控制方法的另一樣例的圖式。
圖6是用於解釋半導體裝置的製造步驟的流程圖，作為根據本發明的裝置製造方法的實施例。
圖7是用於解釋諸如液晶顯示裝置的液晶裝置的製造步驟，作為根據本發明的裝置製造方法的另一實施例的流程圖。
1．．．光源
2．．．控制單元
3．．．空間光調變單元
3a．．．空間光調變器
3b．．．棱鏡
4．．．可變焦顯微觀察系統(聚光系統)
5．．．蠅眼透鏡
5a．．．特定光調變器的遠場區
6．．．聚光器系統
7．．．罩幕障蔽物
8．．．場欄影像光學系統
AX．．．光軸
EA．．．曝光裝置
IL．．．照明裝置
MS．．．罩幕載物臺
M．．．罩幕
WS．．．晶圓載物臺
W．．．晶圓

Claims (13)

  1. 一種照明裝置，所述照明裝置用來自光源的光照明被照射面，所述照明裝置包括：空間光調變器，具有二維地設置的多個反射表面，所述各反射表面的姿態彼此獨立地受控；聚光系統，把來自所述空間光調變器的所述多個反射表面的光匯聚在所述照明裝置的光路中的預定面上；蠅眼光學系統，具有在該預定面上二維地設置的多個光學面，並且用所述聚光系統而來的光在照明光瞳面上形成預定的光瞳强度分佈；以及控制單元，控制所述空間光調變器的該些反射表面，其中該控制單元控制從該些反射表面中的第1群的反射表面而來的光到達該預定面上的第1部分，以此控制該第1群的反射表面，且控制該些反射表面中從與該第1群不同的第2群的反射表面而來的光到達該預定面上與該第1部分不同的第2部分，以此控制該第2群的反射表面，且控制該些反射表面中從與該第1群及該第2群不同的第3群的反射表面而來的光到達該預定面上與該第1部分及該第2部分不同的第3部分，以此控制該第3群的反射表面，其中，該第1群、該第2群及該第3群的反射表面的數量彼此不同，其中，該第1部分、該第2部分及該第3部分的光強 度彼此不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，在用所述空間光調變器中的所述反射表面的數量除以為了在所述預定面上形成光強度分佈時所需要的反射表面的全部數量而有餘數的情况下，所述控制單元控制所述各反射表面的姿態，使得藉由剩餘的反射表面所反射的光被導引到除了所述預定面以外的區域。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之照明裝置，更包括用於執行對形成在所述預定面上的光强度分佈進行量測的光强度分佈量測裝置，其中所述控制單元基於自所述光强度分佈量測裝置的量測結果來控制所述空間光調變器中的所述反射表面的姿態。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之照明裝置，其中所述空間光調變器包括驅動單元，所述驅動單元用於基於來自所述控制單元的控制信號而獨立地改變所述反射表面的姿態。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之照明裝置，其中所述驅動單元連續地或離散地改變所述反射表面的定向。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之照明裝置，其中有助於光到達所述預定面上預定點處的所述反射表面受到姿態控制，使得所述各反射表面的法線相互平行。
  7. 一種用於照明預定的圖案而包括如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之照明裝置的曝光裝置，所述曝光 裝置在光敏基板上執行所述預定圖案的曝光。
  8. 一種裝置製造方法，包括：曝光步驟，使用如申請專利範圍第7項所述的曝光裝置來在所述光敏基板上實現預定的圖案的曝光；顯影步驟，將已經轉移有所述預定的圖案的所述光敏基板顯影，然後以與所述光敏基板的表面上的所述預定的圖案對應的形狀來形成罩幕層；以及處理步驟，透過罩幕層來處理所述光敏基板的表面。
  9. 一種照明方法，所述方法用來自光源的光照明被照射面，所述照明方法包括下述步驟：使來自所述光源在二維地設置且姿態彼此獨立地受控的多個反射表面進行反射；把由所述多個反射表面反射的光導向在預定面上二維地設置的多個光學面；以及經由該些光學面的光在照明光瞳面上形成光瞳强度分佈，其中上述的反射步驟是，控制從該些反射表面中的第1群的反射表面而來的光到達該預定面上的第1部分，以此方式控制該第1群的反射表面的姿態，且控制該些反射表面中從與該第1群不同的第2群的反射表面而來的光到達該預定面上與該第1部分不同的第2部分，以此方式控制該第2群的反射表面的姿態，且控制該些反射表面中從與該第1群及該第2群不同的第3群的反射表面而來的光到達該預定面上與該第1部分 及該第2部分不同的第3部分，以此控制該第3群的反射表面的姿態，其中，該第1群、該第2群及該第3群的反射表面的數量彼此不同，其中，該第1部分、該第2部分及該第3部分的光強度彼此不同。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之照明方法，其中，在所述反射表面的數量除以為了在所述預定面上形成所述光强度分佈時所需要的反射表面的全部數量而有餘數的情况下，控制所述各反射表面的姿態，使得藉由剩餘的反射表面所反射的光被導引到除了所述預定面以外的區域。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述之照明方法，其中基於對所述預定面上形成的光强度分佈的量測結果來控制該些反射表面的姿態。
  12. 根據申請專利範圍第9項或第10項所述之照明方法，其中連續地或離散地改變所述反射表面的定向。
  13. 根據申請專利範圍第9項或第10項所述之照明方法，其中對於到達所述預定面上預定點處的光有貢獻的所述反射表面受到姿態控制，使得所述各反射表面的法線相互平行。
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