TWI485527B - 微影投影曝光裝置之照明系統 - Google Patents

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TWI485527B
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Description

微影投影曝光裝置之照明系統
本發明一般係關於將光罩成像到感光表面之微影曝光裝置之照明系統。本發明尤其是關於含有鏡陣列或其他光束偏折元件陣列之照明系統。本發明更關於操作微影投影曝光裝置之方法。
微影(亦稱為光學微影或簡稱微影)為製造積體電路、液晶顯示器、及其他微結構裝置的技術。微影程序結合蝕刻程序，用以圖案化特徵在例如矽晶圓之基板上的薄膜堆疊中。於製造各層時，晶圓首先塗佈光阻，其係對輻射敏感的材料，例如深紫外光(DUV)或極紫外光(EUV)。接著，頂上具有光阻的晶圓暴露於投影曝光裝置中的投射光。此裝置將含有圖案之光罩投影到光阻，而使光阻僅在由光罩圖案決定的某些位置曝光。曝光之後，顯影光阻以產生對應光罩圖案之影像。然後，蝕刻程序將圖案轉移到晶圓的薄膜堆疊。最後，移除光阻。以不同的光罩重複這些程序，造成多層式微結構元件。
投影曝光裝置典型包含用以照射光罩之照明系統、用以對準光罩之光罩台、投影物鏡、以及用以對準塗佈有光阻之晶圓之晶圓對準台。
於目前的投影曝光裝置中，可區分為兩種不同類型的裝置。於一種類型中，藉由將整個光罩圖案一次曝光到目標部，來輻照晶圓上的各目標部。此類裝置通常稱為晶圓步進機。於另一種類型的裝置中，通常稱為步進及掃描裝置或掃描機，藉由沿掃描方向同步平行移動或反向移動基板，在投射光下漸進掃描光罩圖案，來輻照各目標部。晶圓速度及光罩速度比例等於投影物鏡的放大率，通常小於1，例如1：4。
照明系統照射光罩上的場，其可具有例如矩形或曲形狹縫形狀。隨著製造微結構裝置的技術進步，對照明系統的要求亦不斷增加。理想上，照明系統照射光罩上照射場的各點，而投射光具有良好定義的輻照度及角分布。角分布一詞描述光束的光能在構成光束的光線各種方向是如何分布的，其中光束朝光罩平面的特定點集中。
照到光罩之投射光的角分布通常配合欲投影到光阻的圖案類型。舉例而言，相對大尺寸的特徵可能需要跟小尺寸特徵不同的角分布。最常用的投射光角分布為傳統、環形、雙極、及四極照射設定。這些用語表示在照明系統之系統瞳表面之輻照度分布。例如，以環形照射設定而言，在系統瞳表面僅照射環形區。因此，在投射光角分布僅呈現有小範圍的角度，因此所有光線以類似的角度傾斜地照到光罩。
習知用不同的手段來修改光罩平面投射光的角分布，以達到所需的照射設定。為了達到在光罩平面產生不同角分布的最大彈性，已提出利用照射瞳表面的鏡陣列。
於EP 1 262 836 A1中，鏡陣列實施為包含超過1000個顯微鏡的微機電系統(MEMS)。各個鏡可繞兩正交軸傾斜。因此，入射到此類鏡裝置的輻射可反射到幾乎任何所需的半球形方向。配置在鏡陣列及瞳表面間的集光透鏡將鏡所產生的反射角轉譯成瞳表面的位置。此已知的照明系統可以複數光點照射瞳表面，其中各光點與一個特定顯微鏡有關，且藉由傾斜此鏡而可自由地移動過瞳表面。
類似的照明系統可由US 2006/0087634 A1、US 7,061,582 B2、以及WO 2005/026843 A2得知。類似的可傾斜鏡陣列亦已針對EUV照明系統提出。
因為投影物鏡產生的影像品質對系統瞳表面的輻照度分布非常敏感，所以希望能產生改變非常小的輻照度分布。此僅在若可在這些鏡的協助下，在系統瞳表面產生非常大量的(小)光點，才有可能達成。然而，製造及控制包含數千個鏡的陣列是很困難又需要大量資源的。
因此，本發明需要一種照明系統，其包含鏡陣列或其他光束偏折元件陣列，用以在系統瞳表面產生許多光點，其中相較於光束偏折元件陣列的複雜度，光點數是非常大的。
根據本發明第一觀點，本發明目的是藉由包含反射或透明光束偏折元件之光束偏折陣列之照明系統來達成。各光束偏折元件用以將照射光束偏折了較佳因應控制訊號變化之偏折角。照明系統更包含系統瞳表面及光束倍增單元，其配置在光束偏折陣列及系統瞳表面之間，而使在系統瞳表面之光束數目大於從光束偏折陣列出射的光束數目。
本發明基於的考量在於，於給定時間，藉由倍增光束在系統瞳表面產生的光點，而可增加照射在系統瞳表面之光點數目。因此若改變光束偏折元件的偏折角，則在系統瞳表面不僅一個而是至少兩個光點會同時移動。由於在系統瞳表面許多目標輻照度分布具有特定對稱性，例如鏡像對稱或點對稱，因此若從光束倍增單元出射的倍增光束具有的對稱性是適合目標輻照度分布對稱性，則在系統瞳表面可產生複雜的輻照度分布。從光束倍增單元出射的光束的對稱性是由光束倍增單元的佈局及相對於照明系統中光束偏陣列及其他元件的配置來決定的。
光束倍增單元可包含任何將光束分成兩個或更多光束的習知裝置。舉例而言，光束倍增單元可包含複數個緊密配置的楔形物。若將光束導向成集中在楔形物的邊緣，將會因為光束的不同部分在具有不同方位的表面折射，而分成兩個部分光束。於類似實施例，小金字塔形結構配置在支撐板上，其在二維具有類似效應，而使得照射在金字塔形結構角落之光束分成四個部分光束。然而，於這些案例中，通常需要將入射光導引到楔形物、金字塔形結構、或類似配置的折射元件的特定位置。
若光束倍增單元包含分束器(beam splitter)，則可避免這樣的缺點。分束器可設計成，使得在分束器的整個表面達到相同的分束性質，以及一些類型的分束器甚至不管入射角可將照射光束分成兩個部分光束。
在本文中可考量習知所有類型的分束器。舉例而言，分束器可包含雙折射材料，將光束分成具有極化正交狀態之普通光束及特殊光束。為了在離開雙折射材料與普通光束某些距離產生特殊光束，雙折射材料必須相當的厚。
因此，關於此點，較佳可用包含分束表面之分束器。分束表面可藉由發生受抑內部全反射之表面形成，如習知分束立方體案例。發生干涉效應的分束表面，例如塗佈於支撐件之光學塗層或格柵，具有的優點在於，分束器比分束立方體較不笨重。於一些實施例中，分束表面為(至少實質為)極化獨立，而將入射光束分成反射的及透射的光束，而不管入射光束的極化狀態。於其他實施例中，分束表面為極化相依的，而使反射的及透射的光束強度(強烈地)相依於入射光束的極化狀態。
較佳地，分束表面的透射/反射比是介於100及0.01之間，且較佳介於5及0.2之間。於許多實施例中，分束表面具有透射/反射比約為1，或至少介於0.95及1.05之間。如此確保分束表面產生的部分光束具有至少實質相同的輻照度。然而，亦可考慮刻意地偏離此關係。若透射/反射比不是1，例如是在7/3及3/7之間，則在系統瞳表面產生的光點會具有不同的輻照度。此可用於調整某些與瞳有關的量，例如離心率及極平衡。
於較佳實施例中，分束表面由塗佈在支撐件上之分束塗層所形成。如上所述，此類光學塗層探索干涉效應，以將入射光束分成反射的及透射的光束。分束塗層通常包含複數薄層，其具有良好界定的折射率及層厚度。藉由小心選擇這些參數，而可針對具有特定波長或波長範圍之光，製造具有良好界定性質之分束塗層。
於一些實施例中，分束表面為平面，且平行照明系統之光學軸延伸。照明系統之光學軸由透鏡的對稱軸及具有旋轉對稱的其他光學元件界定。以此類平面而言，延伸平行於光學軸且較佳包含光學軸之光束表面，可在系統瞳表面產生鏡像對稱，而可在具有類似對稱性的系統瞳表面產生目標輻照度分布。
以此類分束表面而言，若分束表面具有沿光學軸變化的透射/反射比，這是很有利的。於典型配置中，輻照不平衡會增加在系統瞳表面之光點越遠離光學軸照射。
於一些實施例，提供移動分束表面之致動器。若希望產生具有不同對稱性質的目標輻照度分布，這可能是很有利的。
分束表面可位移，而也使在系統瞳表面中的對稱平面位移。額外或選替地，致動器可用以旋轉分束表面。如此導致在系統瞳表面中對稱平面的對應旋轉。如此可藉由致動器的協助將單一分束表面旋轉90°，而產生兩個正交對稱平面的其中一個。
根據又另一實施例，致動器能從光傳播路徑完全移除分束表面。如此可添加或移除在系統瞳表面中的對稱平面。
於另一實施例，光束倍增單元包含至少兩個平面分束表面，配置在至少實質等於90°的角度。若相對於光束偏折元件陣列適當地配置，則可達到將各入射光束分成四個部分光束，鏡像對稱地通過系統瞳表面。
於一實施例，配置在至少實質等於90°角度的至少兩個平面分束表面，是配置於在照明系統之光學軸相交之平面。因此，系統瞳表面中的對稱平面也如通常希望地在系統瞳表面的中心相交。
根據另一實施例，光束倍增單元包含平面鏡，相對於分束表面，配置於至少實質等於90°的角度。將首先照射到分束表面的光束分成在系統瞳表面形成光點之部份光束，其中一個部分光束由鏡反射的結果，在系統瞳表面形成點對稱的配置。相對地，首先照射到鏡然後照到分束表面的光束在系統瞳表面產生鏡像對稱配置的光點。因此，此實施例可在系統瞳表面產生點對稱配置的倍增光點，以及鏡像對稱設置的光點。如此在倍增光束的協助下可產生的輻照度分布範圍大大地增加。
再者於此實施例，分束表面及平面鏡配置於在照明系統之光學軸相交之平面。因此，界定點對稱參考之點與光學軸相重疊，以及界定鏡像對稱的對稱平面包含此光學軸。
若光束偏折陣列以光學軸為中心，則增加整體系統的對稱性，其簡化光束偏折陣列的佈局及控制。
若光學軸將光束偏折陣列分成至少兩個子陣列，其相對於彼此以傾斜方式配置，則可得到更對稱的配置。如此可能需要將光束從也是傾斜的方向導引到偏折子陣列。
若光束倍增單元包含平面鏡及分束表面，則光束倍增單元可組態成，使各光束首先照射到平面鏡，然後到分束表面，或首先照射到分束表面，然後到平面鏡。然後，確保各光束分成在系統瞳表面形成光點的兩個部分光束，其不是點對稱就是鏡像對稱。
若n個平面分束表面配置成延伸於沿共用線相交且於其間形成相同角度之平面，則在系統瞳表面中倍增光點的配置會具有n-折對稱。一般而言，光束倍增單元可組態成，相對於沒有光束倍增單元在系統瞳表面產生之原始輻照度分布，在系統瞳表面產生倍增的輻照度分布，其為鏡像對稱的、點對稱的、n-折對稱的。
根據另一實施例，照明系統包含中間瞳表面，配置於光束偏折陣列及光束倍增單元之間。光束倍增單元包含成像系統，其在中間瞳表面及系統瞳表面之間建立成像關係。再者，光束倍增單元用於產生輻照度分布之倍增的影像，其係由光束偏折陣列在中間瞳表面之部分產生。
雖然在此實施例中，也倍增光束，可以說此實施例可不僅倍增光束，也在瞳表面倍增完整的輻照度分布。
若成像系統為遠心物鏡，則從系統瞳表面出射的光束會具有與從中間瞳表面出射之光束相同的角分布。
光束倍增單元可包含鏡，配置在中間瞳表面之另一部分，其中光束倍增單元用以在該鏡上產生輻照度分布之影像。因此，光束倍增單元藉由在中間瞳表面之另一部分形成此分布的影像，使得在中間瞳表面之一部分產生的輻照度分布倍增。然後，原始分布以及其影像藉由成像系統成像在系統瞳表面。
為達此目的，光束倍增單元可包含極化相依分束器，配置於成像系統內，例如在形成成像系統之物鏡的孔徑平面。然後，從極化相依分束器反射的光可在鏡上形成於中間瞳表面中的額外輻照度分布。
為了能在鏡上形成額外輻照度分布的影像，光束倍增單元可包含極化單元，在再次照射到極化相依分束器之前，改變從鏡反射之光的極化狀態。改變極化狀態之結果，此光(或至少部分光)可通過極化相依分束器，並於鏡上形成的額外輻照度分布之系統瞳平面形成影像。
光束偏折陣列之透明光束偏折元件可藉由例如光電或聲光元件(accusto-optical elements)形成。於此類元件中，可藉由暴露適當的材料於個別超音波之電場，來變化折射率。可利用這些效應，以產生折射格柵，將照射光導引到各種方向。
然而，於較佳實施例，光束偏折元件為可繞至少一傾斜軸傾斜的鏡。若這些鏡可繞兩個傾斜軸傾斜，這些傾斜軸之間形成的角度較佳約為90°。
根據本發明另一觀點，上述目的藉由操作投影曝光裝置之方法來達成，包含以下步驟：
a)　提供照明系統包含：
i)　反射或透明光束偏折元件之光束偏折陣列，其中各光束偏折元件用以將照射光束偏折可因應控制訊號變化之偏折角；
ii)　系統瞳表面，光束偏折陣列於其中產生輻照度分布；
b)　以光脈衝照射光罩，其中光束偏折元件控制成使得在系統瞳表面產生輻照度分布相關的照射區域，於光罩成像於感光表面期間，在曝光程序的兩個連續光脈衝之間改變；
c)　成像光罩於感光表面。
根據本發明此觀點，照射在系統瞳表面的光點數目於特定時刻等於光束偏折元件的數目。然而，將光罩成像於感光表面之曝光程序期間，照射在系統瞳表面之光點數目大於光束偏折元件之數目，因為在曝光程序期間移動了這些光點。
目標輻照度分布可分成與不同照射區域相關的複數部分輻照度分布。然後，光束偏折元件控制成使得所有部分輻照度分布相繼在系統瞳表面產生。換言之，系統瞳表面相繼地以目標輻照度分布填充。
若於曝光程序期間，移動光罩及感光表面，而使得在具有不同起始時間之曝光時間間隔(time interval)期間照射光罩上沿掃描方向相隔的兩個點，則針對光罩上任意點，在與該點相關的曝光時間間隔期間，在系統瞳表面應產生所有的部分輻照度分布。然後，在掃描機類型之投影曝光裝置中，在光罩上的所有點會接收相同的總輻照度分布，其係於曝光時間間隔在系統瞳表面相繼產生的。
於許多案例中，較佳於相等的時間間隔，在系統瞳平面產生部分輻照度分布。舉例而言，其可為系統瞳表面中的輻照度分布在兩個或更多不同組態之間改變的固定週期。
與部分輻照度分布相關的照射區域可受限於系統瞳表面之片段，尤其是半圓形或四分體形。
於另一實施例，部分輻照度分布為交錯的。如此具有的優點在於，光束偏折元件在系統瞳表面中產生的光點僅需要移動小距離。如此簡化光束偏折元件的控制，並降低機械應變。
根據本發明第二觀點之微影投影曝光裝置之照明系統，用於以光脈衝照射光罩，並包含反射或透明光束偏折元件之光束偏折陣列。各光束偏折元件用以將照射光束偏折可因應控制訊號改變之反射角。照明系統更包含系統瞳表面，光束偏折陣列於其中產生輻照度分布，以及包含控制單元，其中控制單元用以將光束偏折元件控制成，使得在系統瞳表面產生之輻照度分布相關照射區域，在光罩成像於感光表面期間，於曝光程序的兩個連續光脈衝之間改變。
根據本發明通用觀點之微影投影曝光裝置之照明系統，包含：有許多反射或透明光束偏折元件之光束偏折陣列。各光束偏折元件用以將照射光束偏折可因應控制訊號改變之偏折角。照明系統更包含系統瞳表面，光束偏折元件反射的光束於其中照射光點。根據本發明，於光罩成像於感光表面之曝光程序期間，照射在系統瞳表面的光點數目大於光束偏折元件的數目。
此可藉由在曝光程序期間於系統瞳表面相繼產生不同輻照度分布而在時間域達成。此外選替地，於曝光程序的任何預定時刻，照射在系統瞳表面的光點數目大於光束偏折元件的數目。此乃需要使用光束倍增單元，其使得從光束偏折陣列出射的光束數目倍增。
於任一案例中，就特定數目的光束偏折元件而言，導致照明系統在系統瞳表面中的有效輻照度分布，即在曝光時間間隔整合輻照度分布，具有非常高的解析度。此優點可用於改善具有特定數目光束偏折元件之系統瞳表面之輻照度分布，或者若在系統瞳表面之輻照度分布必須達到預定解析度時，則可用於降低光束偏折元件的數目。
 I.　投影曝光裝置的一般結構
圖1為DUV投影曝光裝置10之簡化透視圖，其包含照明系統12，用以產生投射光束。投射光束照射在含有微小結構18之光罩16上的場14。於此實施例，照射場14具有大約環片段形狀。然而，照射場14亦可有其他形狀，例如矩形。
投影物鏡20將照射場14內的結構18成像到沉積於基板24上之感光層22，例如光阻。基板24可由矽晶圓形成，係設置於晶圓台(未顯示)上，而使感光層22的頂表面精確地位於投影物鏡20的影像平面。光罩16利用光罩台(未顯示)定位於投影物鏡20的物件平面。由於投影物鏡20具有小於1的放大率，照射場14內結構18之縮小影像14’投射到感光層22。
於投射期間，光罩16及基板24沿與Y方向相同的掃描方向移動。因此，照射場14掃描於光罩16，而可連續地投射比照射場14還大的結構區。此類型的投影曝光裝置通常稱為「步進掃描裝置」，或簡稱為「掃描機」。光罩16及基板24間的速度比等於投影物鏡20的放大率。若投影物鏡20反轉影像，光罩16及基板24移動於相反方向，如圖1箭頭A1及A2所示。然而，本發明亦可用於在光罩投影期間，光罩16及基板24並不移動之步進機工具。
於所示實施例中，照射場14並未以投影物鏡20的光學軸26為中心。此類偏軸照射場14可能需要某些類型的投影物鏡20。於其他實施例中，照射場14以光學軸26為中心。
EUV投影曝光裝置具有相同的基本結構。然而，因為針對EUV輻射沒有透明的光學材料，只有使用鏡作為光學元件，以及光罩為反射類型。
II.　照明系統的一般結構
圖2為圖1所示之DUV照明系統12更詳細的截面圖。為清晰緣故，圖2的圖式顯著地簡化且未依比例繪示。此尤其表示不同的光學單元僅由非常少的光學元件代表。實際上，這些單元可包含顯著更多的透鏡及其他光學元件。
照明系統12包含殼體28及光源，亦即於所示實施例中，光源實施為準分子雷射30。準分子雷射30發射具有波長約193nm的投射光。亦可考慮其他類型的光源及其他波長，例如248nm或157nm。
於所示實施例中，準分子雷射30發射的投射光進入光束擴張單元32，其中光束被擴張而不改變幾何光通量。光束擴張單元32可包含數個透鏡，如圖2所示，或可實現為例如鏡子配置。投射光自光束擴張單元32射出，成為實質準直光束34。於其他實施例中，此光束可具有顯著的發散。準直光束34照射到平面折疊鏡36，係用以降低照明系統12的整體尺寸。
自折疊鏡36反射後，光束34照到微透鏡40的陣列38。鏡陣列46設置於微透鏡40的後焦平面或其附近。如下所詳述，鏡陣列46包含複數個小的個別鏡Mij ，其可繞著兩傾斜軸彼此獨立地傾斜，兩傾斜軸較佳彼此垂直。鏡Mij 的總數可能超過100或甚至幾個1000。鏡Mij 的反射表面可為平面，但是若需要額外反射功率，則也可為曲形。除此之外，鏡表面可支撐衍射結構。於此實施例，鏡Mij 的數目等於微透鏡陣列38所含微透鏡40的數目。因此，各微透鏡40將聚光束導向到鏡陣列46的一個鏡Mij 。
個別鏡Mij 的傾斜移動由鏡控制單元50所控制，鏡控制單元50係連接到照明系統12之總系統控制52。用以設定鏡Mij 所需傾斜角度之致動器，自鏡控制單元50接收控制訊號，而使各個別鏡Mij 能以因應控制訊號變化的反射角度，來反射照射光線。於所示實施例中，有著個別鏡Mij 可設置的傾斜角連續範圍。於其他實施例中，致動器組態成僅可設定有限數量的離散傾斜角度。
圖3為鏡陣列46之透視圖，為清晰之故，鏡陣列46僅包含例如8*8=64個鏡Mij 。照到鏡陣列46的光束54a，根據鏡Mij 的傾斜角，反射到不同方向。於此例示圖式中，假設特定的鏡M35 相對於另一鏡M77 ，繞兩傾斜軸56x、56y傾斜，而使鏡M35 及M77 反射的光束54b、54b’分別反射到不同方向。
再次參考圖2，從鏡Mij 反射的光束照到光束倍增單元57，其增加光束的數目，如圖2所示。光束倍增單元57的各種實施例將於下詳述。然後於此實施例顯示，光束通過第一聚光器58，其確保現為至少實質平行光束之些微分散的光束照到產生複數次光源之光學整合器72。光學整合器72增加形成於光線與照明系統12之光學軸OA間之角度範圍。於其他實施例，省略第一聚光器58，使照到光學整合器72之光束具有較大的分散度。於其他實施例，光束倍增單元57配置於第一聚光器58及光學整合器72之間。
於此實施例，光學整合器72實施為蠅眼透鏡，包含兩個基板74、76，其各包含兩個平行圓柱形微透鏡正交陣列。亦可考量其他的光學整合器組態，例如包含具有旋轉對稱表面但為矩形邊界之微透鏡陣列的整合器。可參考WO 2005/078522A、US 2004/0036977 A1、及US 2005/0018294 A1，其中描述適合照明系統12的各種類型光學整合器。
參考符號70表示照明系統12的系統瞳表面，其實質界定照到光罩16之光的角分布。系統瞳表面70通常為平面或些微彎曲，且設置於光學整合器72或其緊鄰附近。當系統瞳表面70之光角分布直接轉譯成後續場平面的強度分布時，光學整合器72實質決定光罩16上照射場14的基本幾何。由於光學整合器72在X方向比在掃描Y方向顯著增加角度範圍，所以照射場14沿X方向具有比沿掃描Y方向還大的尺寸。
自光學整合器72所產生之次光源射出的投射光進入第二聚光器78，為簡化目的，其在圖2中係由單一透鏡表示。第二聚光器78確保系統瞳表面70與後續設置有場光闌82之中間場平面80間的傅立葉關係。第二聚光器78於中間場平面80疊加由次光源產生的光束，藉此達到中間場平面80的非常均質照射。場光闌82可包含複數可移動片，並確保光罩16上的照射場14有鮮明的邊緣。
場光闌物鏡84在中間場平面80與設置光罩16之光罩平面86之間，提供光學共軛。因此，場光闌82由場光闌物鏡84鮮明地成像到光罩16。
III.　光束倍增單元 1.　第一實施例
圖4為圖2的部分放大圖，顯示根據第一實施例之光束倍增單元57之截面圖。亦如圖2所示，光束倍增單元57配置於鏡陣列46與第一聚光器58之間的光學路徑，而第一聚光器58配置於系統瞳表面70前方一段距離。於此實施例，光束倍增單元57包含由具有平的平面表面之薄支撐板90所形成的分束器88，以及塗佈於這些表面其中之一上的分束塗層92。於此實施例，分束塗層92由具有交替折射率之薄介電層94堆疊所形成。折射率及層厚度決定為，針對光源30所產生的投射光，使得分束塗層92具有透射率T及反射率R，其中T=R≒50%。於其他實施例，T/R比可以不是1。
分束器88延伸於包含照明系統12之光學軸OA之平面。光學軸OA為照明系統12之其他旋轉對稱光學元件及透鏡之對稱軸。
為簡明之故，陣列38之微透鏡40所產生且朝鏡Mij 導向的光束，於下僅以主光線表示。於圖4中，兩個此類光束96、98從陣列46之鏡Mij 反射，並照到分束器88。於分束塗層92，分別將光束96、98分成兩個部分光束96T、96R及98T、98R。除了在支撐平面90折射造成的小位移外，透射的部分光束96T、98T分別為入射光束96及98的延伸。反射的部分光束96R、98R的傳播方向由反射定律所決定，即反射角等於在入射平面之入射角。然後透射及反射的光束96T、98T、96R、98R傳播通過第一聚光器58並與系統瞳表面70相交。
圖5顯示在圖4所示的條件下，於系統瞳表面70得到的強度分布。可知反射的部分光束96R、98R在系統瞳表面70產生光點，其相對於透射的部分光束96T、98T所產生的光點，為鏡像對稱設置，其中100表示系統瞳表面70中的對稱平面。此乃分束塗層92之平面組態的結果。由於分束器88包含光學軸，因此於系統瞳表面70之對稱平面100亦包含光學軸OA。
因此，光束倍增單元57可從各入射光束96、98產生一對照射在系統瞳表面70之光點的出射光束，其相對於對稱平面100為鏡像對稱設置。藉由傾斜陣列46的特定鏡Mij ，可移動在系統瞳表面70中的一對光點，其總是相對於對稱平面100維持鏡像對稱。舉例而言，若透射的部分光束96T所產生的光點朝光學軸OA移動，則部分光束96R所產生的對稱光點也會朝光學軸OA移動。
更一般而言，根據此實施例之光束倍增單元57可利用僅N個鏡Mij ，而在系統瞳表面70產生2N個光點。相較於現有的照明系統，可利用此效應，來降低鏡Mij 的總數，同時在系統瞳表面70維持相同的光點數目(於下稱為設定解析度)。選替地，可維持與現有系統相同的鏡Mij 數目，而使設定解析度加倍。
圖4所示之光束倍增單元57理想上適合產生具有鏡像對稱的照射設定。大部分尋常的照射設定，即傳統的、環形的、雙極的、以及四極的照射設定，具有這樣的鏡像對稱性。若在系統瞳表面70的對稱平面100應改變，則分束器88可耦接致動器102。致動器102用於繞著與光學軸OA相同的旋轉軸，來旋轉分束器88。藉由旋轉分束器88達90°，在系統瞳表面70的對稱平面100也會傾斜90°。
光束倍增單元57的另一優點在於，鏡Mij 需要較小的傾斜角，而能照設系統瞳表面70的任何任意位置。較小的傾斜角簡化了鏡Mij 的架構及控制。
2.　第二實施例
圖6為根據第二實施例之光束倍增單元57之透視圖。此實施例與圖4之實施例不同之處在於，光束倍增單元57包含第二分束器89，其具有與第一分束器88相同的一般結構，但設置成垂直於光學軸OA。因此，這兩個分束器88、89在其間形成直角，而光學軸OA延伸於分束器88、89設置平面相交的線。
圖7為光束倍增單元57沿Z方向之上視圖，假設Z方向平行於光學軸OA。於此上視圖中，可知分束器88、89界定了四個四分體，而鏡陣列46設置於其中一個。此配置的結果，使得從鏡Mij 反射的各光束照到分束器兩次，即首先照到第一分束器88，然後照到第二分束器89，或反之亦然。於圖7中，假設從鏡Mij 反射的光束96首先照到第一分束器88，並分成透射的部分光束96T及反射的部分光束96R。透射的部分光束96T照到第二分束器89，並分成反射的部分光束96TR及透射的部分光束96TT。
由第一分束器88產生的反射部分光束96R照射到第二分束器89，並分成透射的部分光束96RT及反射的部分光束96RR。結果，將入射光束96分成四個部分光束96TT、96TR、96RT、及96RR。
圖8顯示類似於圖5在系統瞳表面70所得到的輻照度分布。兩次透射部分光束96TT產生的光點，即沒有光束倍增單元57也會出現的光束，定位在垂直第一及第二對稱平面100及104分別界定的系統瞳表面70之一個四分體。光束倍增單元57產生三個額外的光點，由部分光束96TR、96RT、及96RR照射在系統瞳表面70剩下的三個四分體。圖8所示在系統瞳表面70的四個光點，相對於第一及第二對稱平面100及104設置成鏡像對稱。若反射光束96之鏡Mij 傾斜成，使得部分光束96TT所產生的光點朝光學軸OA移動，則其他三個光點也會朝光學軸OA移動，同時維持鏡像對稱的配置。
類似於圖4所示之第一實施例，可藉由改變第一分束器88及第二分束器89，而分別改變第一及第二對稱平面100及104的位置。分束器88及/或89的支托器可沿垂直光學軸OA之至少一方向位移。於其他實施例，分束器88、89至少其中之一組態成繞著與光學軸OA相同或平行延伸的軸旋轉。於任一案例中，兩個分束器88、89之一的可調性，使得在系統瞳表面70可產生具有不同鏡像對稱的輻照度分布。
圖9及圖10顯示第二分束器包含兩個部分89a、89b之實施例，借助於致動器106、108，兩個部分89a、89b可個別地從光傳播路徑移除。提供類似的致動器110，而從光傳播路徑移除第一分束器88。於圖9所示的組態中，假設操作致動器106，以移除第二分束器的左邊部分89a，而不再暴露於任何光束中。
圖10顯示類似於圖8在此條件下於系統瞳表面70所得到的輻照度分布。相較於圖8之輻照度分布，少了部分光束96RR所產生的光點。此外，僅反射一次的部分光束96R所產生的光點，具有部分光束96TT及96TR所產生之光點輻照的兩倍，其中在此實施例中，所有的分束器88、89具有等於反射率R之透射率T。
再者，於圖9所示的實施例已假設，將鏡Mij 控制成使得鏡Mij 反射的所有光束先照到第一分束器88。然後，可省略圖7所示的第一分束器88的下部。
圖11顯示另一選替實施例之光束倍增單元57，係包含僅單一個分束器88，其借助於致動器112可繞著光學軸OA旋轉。若分束器88從圖11之實線所示的位置旋轉到虛線所示的位置，而延伸平行於YZ平面，則系統瞳表面70的對稱平面104改變為延伸平行於YZ平面之對稱平面100，如圖12所示。部分光束96T、96R(就延伸於XZ平面之分束器88而言)及部分光束98T、98R(就延伸於YZ平面之旋轉分束器88而言)之對稱平面的改變如圖12所示。
3.　第三實施例
圖13為根據第三實施例鏡陣列46及光束倍增單元57之透視圖。圖13所示之光束倍增單元57與圖4所示之光束倍增單元不同之處在於，提供額外的平面鏡114。平面鏡114具有接近100%的反射率R，且設置成平行於光學軸OA，但垂直於分束器88，藉此將鏡陣列46分成尺寸相等的兩半。
圖14為圖13沿平行於光學軸OA之Z方向配置的上視圖。將先照到分束器88的光束分成透射部分光束96T及反射部分光束96R。反射部分光束96R照到平面鏡114，而完全相反於透射部分光束96T離開光束倍增單元57。
因此，於圖15所示的系統瞳表面70，由透射及反射部分光束96T、96R所產生的光點，設置成點對稱，其中光學軸OA界定對稱軸。
此同樣也應用於從鏡陣列46另一半之鏡Mij 反射的光束99，但是光束99再次朝分束器88導引，而將其分成兩個部分光束99T、99R。再者，部分光束99T、99R所產生的光點在系統瞳表面70配置為點對稱。
然而，若鏡Mij 將光束98反射成使其先照到鏡114，則反射光束98照到分束器88，而使得於分束器88反射的部分光束98R不會照到鏡114。結果，部分光束98T、98R在系統瞳表面70產生不是點對稱而是鏡像對稱的光點，其中圖15的100再次表示對稱平面。
因此，此實施例的光束倍增單元57可在系統瞳表面70產生不一定完全鏡像對稱或點對稱的輻照度分布，而是可包含具有點對稱的部分以及具有鏡像對稱的其他部分。如此擴展了借助光束倍增單元57可產生的輻照度分布範圍。
圖16為根據另一選替實施例之光束倍增單元57之上視圖。於此，分束器88與鏡114彼此相交，若沿Z方向上觀看其造成了交叉型的配置。分束器88及鏡114延伸的平面，沿與光學軸OA相同的線相交，並為鏡陣列46的中心。因此，此實施例的光束倍增單元57不僅像圖13及圖14的實施例將鏡陣列46分成兩半，還分成尺寸較佳相同的四個四分體46a、46b、46c、及46d。因此，達到高度對稱的佈局。
於此實施例，可能需要設計鏡114，其相較於分束器88沿Z方向具有縮小的尺寸。如此確保透射部分光束96T、99T不會再次被鏡114的上部反射。
圖17為圖16所示之選替實施例之側視圖。如可知的，鏡陣列46的四個四分體46a、46b、46c、及46d以相對於彼此傾斜的方式配置。各四分體46a、46b、46c、及46d以具有不同偏移方向之光束個別地照射，如圖17之箭頭116、118所示。照明系統12中需要額外的光學元件，來達到以具有不同偏移角之光束進行四分體46a、46b、46c、及46d的照射。
於上述所有實施例中，假設分束器88及/或分束器89之透射率T等於反射率R。如此確保光束在系統瞳表面70照射光點也具有相同的輻照度。然而，也可考量刻意地與此條件不同，而使倍增的光點具有不同的輻照度。此可具有的優勢在於，例如於圖13至圖17所示的實施例中，從不同鏡Mij 反射的光束可朝系統瞳表面70相同的位置導向。若分束器88的T/R比在分束器88的不同位置不是1，則提供自由度，以執行在系統瞳表面70之輻照度分布的微調。
圖6至圖17所示的實施例也尤其適合EUV照明系統。EUV分束器可實現為反射衍射元件，其至少沿不同方向衍射入射光束。舉例而言，此類衍射元件可設計成抑制除了0、+1、及-1的所有衍射級。
4.　第四實施例
圖18為根據第四實施例之光束倍增單元57之截面圖。於此，光束倍增單元57包含中間瞳表面120及物鏡122，其在中間瞳表面120與之後的系統瞳表面70之間建立成像關係。中間瞳表面120直接由陣列46之鏡Mij 照射，或虛線所示的額外聚光器124用於將鏡Mij 反射光束的角度轉譯成中間瞳表面120的位置。
物鏡122包含第一正透鏡126及第二正透鏡128，分別具有聚焦長度f1 及f2 。第一透鏡126及第二透鏡128之間的距離等於f1 +f2 ，即第一透鏡126之後焦平面與第二透鏡128之前焦平面在孔徑平面129相符。因此，物鏡122在物件及影像側皆為遠心，而使在物件及影像側之主光線平行光學軸OA行進。中間瞳表面120配置在第一透鏡126的前焦平面，而系統瞳表面配置在第二透鏡128的後焦平面。應了解，於其他實施例中，可利用包含兩個或更多透鏡或其他光學元件的物鏡，來取代第一透鏡126及第二透鏡128。
於孔徑平面129中，配置極化相依分束器130。極化相依分束器130組態成，使得第一極化狀態具有幾近100%的透射率T，而與第一極化狀態正交的第二極化狀態具有幾近100%的反射率R。於所示實施例中，極化相依分束器130組態成，使得雙箭頭所示的極化光被透射，而以圈中帶點的線所示的s極化光被反射。
於中間瞳表面120的一半中，配置平面鏡132，其可具有環形片段的輪廓。在極化相依分束器130及鏡132之間的光路徑中，配置四分之一波板134。如實施例所示，在第二透鏡128及系統瞳表面70之間的是選擇性的緩阻板(retarder plate)136，其用於旋轉線性極化光的極化方向。此旋轉性質可在緩阻板136的表面局部地改變。此類緩阻器的範例描述於專利申請案US 2002/0176166 A1及US 2006/0055909 A1(見圖23)。
光束倍增單元57作用如下：於操作期間，陣列46的鏡Mij 傾斜，而使反射光束96照射到選擇性的聚光器透鏡124，並於中間瞳表面120的下半部產生光點。光束96在中間瞳表面120產生的例示輻照度分布如圖19所示。假設光束96通過中間瞳表面120是未極化的。若此假設未被滿足，則額外的去極化器可配置在極化相依分束器130之前的光路徑某處。
通過第一透鏡126的光束96朝第一透鏡126的後焦點收斂，其中配置了極化相依分束器130。於此，光束96的s極化光部分完全地反射到第一透鏡126的另一半。反射光束96R傳播通過四分之一波板134，並照射到鏡132。由於鏡132配置在第一透鏡126的前焦平面，所以在中間瞳表面120中之輻照度分布的影像，產生於表面120的上半部，其為配置鏡132之處。相對於光束96在中間瞳表面120之下半部產生的輻照度分布，形成於鏡132的影像是鏡像對稱的，如圖19所示。
從鏡132反射的光束96R用相同的路徑回到極化相依分束器130，即通過四分之一波板134及第一透鏡126。由於反射光束96R通過四分之一波板134兩次，所以極化狀態從s極化轉變到p極化。由於此極化狀態的轉變，所以極化相依分束器130透射反射光束96R，其之後也通過第二透鏡128及選擇性的緩阻板136。因此，於鏡132形成輻照度分布的影像，其本身為入射光束96在中間瞳表面120形成的輻照度分布的影像。由於各影像相對於物件為點對稱的，所以光束96R在系統瞳表面70下半部產生的輻照度分布，與入射光束96在中間瞳表面120的下半部產生的輻照度分布相同。此顯示於圖20，其顯示以圖19所示之中間瞳表面120的例示輻照度分布，而在系統瞳表面70得到的輻照度分布。
系統瞳平面70中輻照度分布的下半部由分束器130透射的p極化光束96T所形成。透射光束96T也通過第二透鏡128及選擇性的緩阻板136，並在中間瞳表面120之下半部形成由光束96產生的輻照度分布的點對稱影像。
因此，光束倍增單元57在另一半部增加了產生於中間瞳表面120的一半的輻照度分布的點對稱影像，然後將結合的輻照度分布成像於系統瞳表面70。若第二透鏡128的聚焦長度f2 大於第一透鏡126的聚焦長度f1 ，則此影像被放大。
因此，光束倍增單元57產生的效應與圖4之第一實施例的不同，因為其光束倍增單元57增加的輻照度分布是鏡像對稱的，而圖18所示第四實施例之光束倍增單元57增加的是點對稱的輻照度分布。
圖18所示的光束倍增單元57也具有的優點(類似一種副效應)在於，能(根據極相依分束器130的性質)從入射未極化光束96在系統瞳表面70產生s或p極化光束96R、96T。從界定的極化狀態，借助於緩阻板136，可輕易產生任何任意的線性極化分布。
另一優點在於光束倍增單元57實際上使產生於中間瞳表面120的輻照度分布倍增，而不僅是使個別光束倍增。因此列用本實施例之光束倍增單元57，不像上述大部分實施例，不需要重新設計鏡陣列46及控制單元50。
以圖18所示的實施例而言，關鍵的元件是極化相依分束器130。極化相依的分束性質通常僅可針對有限的入射角範圍達到，例如50°至70°之間的角度。對圖18虛線所示行進靠近物鏡122之光學軸OA之入射光束96’而言，可能無法達到分束器130的極化相依分束特性。因此，本實施例較不適合產生要照射系統瞳表面70中央區的照射設定。
5.　第五實施例
圖21為根據第五實施例之光束倍增單元57之截面圖。於此，光束倍增單元57包含極化分束器，於此實施例，其包含四個板140a、140b、140c、140d配置成規則圖案，如圖22之上視圖所示。板140a至140d可於其側面無縫接合，或如圖21及22所示，相隔小間隙。
板140a至140d各由雙折射材料形成，而使將入射光束96、98分成普通光束96o、98o及特殊光束96e、98e。普通光束96o、98o及特殊光束96e、98e具有正交極化狀態，以圖18所用的符號顯示如圖21。出射光束96o、96e間的距離是根據板140a至140d沿光學軸OA界定的方向之厚度。於所示實施例中，板140a至140d全部具有相同的厚度，但是各板140a至140d的雙折射材料之雙折射軸的位向不同。因此，特殊光束96e、98e產生的光點分別設置在與普通光束96o及98o產生的光點相距相等的距離，但是不同的角方位。
可使用額外的極化操控裝置，例如四分之一波板，產生在整個系統瞳表面70具有均勻極化狀態的光。
IV.　時間域的光束倍增
於上述所有實施例中，於曝光程序期間光束在系統瞳表面產生的光點數目，大於陣列46之鏡Mij 數目。此可應用於將光罩16成像到感光表面22之曝光程序期間的任何時刻。
然而，對成功的曝光程序而言，不需要同時從所有所需方向照射光罩16上的任意點。反而是在完成曝光程序後，已利用從所有所需方向之投射光照射光罩16上的各點就足夠了。換言之，在系統瞳表面70產生的光點倍增亦可先後發生，即在時間域中發生。
此顯示於圖23a及圖23b，其顯示於第一時間間隔及相繼的第二時間間隔期間，分別在系統瞳表面70維持的例示部分輻照度分布。各部分輻照度分布對應照射在光罩16之照射場14之光線的特定角分布。
1.　晶圓步進機類型
於下首先假設投影曝光裝置10為晶圓步進機類型。因此，於曝光程序期間，光罩16及感光層22在總曝光時間T保持固定。舉例而言，若在系統瞳表面70產生如圖23a及23b之部分輻照度分布的時間間隔具有相等長度T/2，則在光罩16上的所有點會以對應圖23a之部分輻照度分布之角分布照射T/2的時間間隔長度，以及以對應圖23b之部分輻照度分布之角分布照射相等的T/2的時間間隔長度。說明此效應的另一方式為，系統瞳表面70並未一次填充，而是相繼地以所需的目標總輻照度分布填充。
由於投影曝光裝置大部分的光源30產生光脈衝，在連續光脈衝之間的間隔可用於改變在系統瞳表面70的輻照度分布。利用鏡控制單元50的適當佈局，例如應用2008年12月19日申請的國際專利申請案PCT/EP2008/010918所述的控制方案，可足夠快速地傾斜鏡Mij ，而使得部分輻照度分布可在兩個連續的光脈衝之間改變。於晶圓步進機中，當然類似地可使兩個連續光脈衝間有較長的中斷，而有足夠的時間改變系統瞳表面70的部分輻照度分布。
2.　掃描機類型
於掃描機類型的投影曝光裝置中，在整個曝光程序期間不足以完全地填充系統瞳表面70，而是在利用投射光照射光罩上各點的(較短)曝光時間間隔期間。若光罩上的點是沿掃描方向相隔，則對光罩上所有點而言，曝光時間間隔是相等的，但是具有不同的起始時間(及完成時間)。因此緣由，在系統瞳表面70產生的部分輻照度分布順序必須重複，直到中止整個曝光程序。
圖24顯示兩個圖式，其中顯示在光罩16上沿掃描方向相隔的兩點輻照度的時間相依性I1 (t)及I2 (t)。於上圖中假設在曝光程序期間之時間t0 第一點會移到照射場14。在之後的時間t0 +ΔT會離開照射場14，其中ΔT為曝光時間間隔，其對光罩16上所有點是相等的，且表示曝光程序期間照射點的時間。為簡明之故，更假設在系統瞳表面70產生的部分輻照度分布會在時間t0 改變到圖23a所示的組態。此特定部分輻照度分布維持了ΔT/2的時間，如圖24之上圖及下圖間的部分輻照度分布的小圖所示。
在第一半的曝光時間間隔ΔT後，在兩個連續光脈衝LPn 及LPn+1 之間改變部分輻照度分布。在第二半的曝光時間間隔ΔT期間，在系統瞳表面70產生如圖23b所示的部分輻照度分布。當曝光時間間隔完成時，利用圖23a所示之部分輻照度分布及利用圖23b所示之部分輻照度分布，第一點接收到相同數量的光脈衝。在時間t0 +ΔT，系統瞳表面70之有效總輻照度分布顯示於上圖的上部。
圖24的下圖顯示針對在時間t1 >t0 比第一點慢進入照射場14之第二點的相同程序。在與第二點有關的曝光時間間隔ΔT期間，在系統瞳表面70的輻照度分布改變兩次，即第一次在光脈衝LPn 及LPn+1 之間，而第二次在LPn+15 及LPn+15+1 之間。然而，於系統瞳表面70產生圖23a所示之部分輻照度分布之時間間隔，照射在第二點的光脈衝數目，與在系統瞳表面70產生圖23b所示之部分輻照度分布之時間間隔的再次相等。因此，在曝光時間間隔終了後，第二點也會被在系統瞳表面70中具有與第一點相同的有效總輻照度分布相關的光照射。
一些照明系統設計成，使光罩上的點在與此點相關的曝光時間間隔ΔT開始及終了時，以降低的輻照度照射。此可藉由例如利用具有沿縱長方向有透射梯度之複數可移動片之場光闌82來達成，如US 2006/0244941 A1所述。
圖25顯示類似於圖24的兩個圖，但是假設在曝光時間間隔ΔT開始及終了時，光脈衝具有增加及降低的輻照度。於此案例，在系統瞳表面70之輻照度分布改變的週期P，必須小於曝光時間間隔ΔT，以及在曝光時間間隔開始及終了時光脈衝的上升及下降應該對稱。
由圖25的下半部顯示在第二點之輻照度時間相依性可知，與系統瞳表面70中特定部分輻照度分布相關的脈衝數目不同。然而，若不僅是數目，也考慮光脈衝的輻照度，則可知於曝光時間間隔ΔT期間，照射到光罩上的點的總輻照度就系統瞳表面70中的各輻照度分布而言是相同的。
3.　部分輻照度分布的其他案例
當然，此觀念不限於在系統瞳表70相繼產生僅兩個部分輻照度分布。
圖26a至26d顯示四個不同的部分輻照度分布P1至P4，其乃曝光程序期間相繼在系統瞳表面70中產生的。於各週期P，極P1至P4其中之一產生於系統瞳表面70。四個週期P之後，已利用與四個極P1至P4相關的方向的光，有效地照射光罩16上的各點，如圖26d所示。曝光時間間隔ΔT必須等於或大於週期4P。
圖27a及圖27b顯示在系統瞳表面70相繼產生的其他部分輻照度分布。於此實施例，於各週期的照射總區域顯著地不同。若中心極P0應接收與其他週期產生的四個其他極P1、P2、P3、及P4相同的輻照度，則陣列46中的一些鏡Mij 必須為關閉狀態，而不會將任何光朝系統瞳表面70導引。
圖28a及圖28b顯示根據另一實施例在系統瞳表面70相繼產生的兩個部分輻照度分布。於此，部分輻照度分布不限於系統瞳表面的某些片段，而是以交錯方式配置。為簡明之故，各鏡Mij 在系統瞳表面70產生的光點假設為正方形。這些正方形以類似棋盤方式配置在兩個部分輻照度分布，但是會偏移一個正方形。兩個部分輻照度分布的組合造成具有均勻照射圓形區域的傳統照射設定。雖然鏡Mij 的數目很小，但是達到高邊緣解析度。部分輻照度分布的交錯組態也具有的優點在於，當輻照度分布改變時，僅需要些微重新調整鏡Mij 。如此簡化鏡Mij 的控制，以及降低鏡Mij 及用於調整傾斜角之致動器的機械應變。
已提供上述較佳實施例做為範例。從所提供的揭露，熟此技藝者不僅可了解本發明及其伴隨的優點，亦可知所揭示結構及方法有各種改變及修改。因此，申請人意欲涵蓋所有落入本發明精神及範疇之改變及修改，如所附申請專利範圍及其均等物所界定者。
V.　概述觀點
以下編號條例概述許多本發明觀點，其中一些亦由申請專利範圍所涵蓋。申請人保留主張這些條例所涵蓋的任何標的之權利。
1.　一種微影投影曝光裝置(10)之照明系統，包含：
a)反射或透明光束偏折元件(Mij )之光束偏折陣列(46)，其中各光束偏折元件(Mij )用以將照射光束偏折一偏折角；
b)一系統瞳表面(70)；
c)一光束倍增單元(57)，配置在光束偏折陣列(46)及系統瞳表面之間，而使在系統瞳表面(70)之光束(96T、96R、98T、98R、96TT、96TR、96RT、96RR、98T、98R、99T、99R)數目大於該光束偏折陣列出射的光束(96、98、99)數目。
2.　如前述第1項所述之照明系統，其中光束倍增單元包含一分束器(88)。
3.　如前述第2項所述之照明系統，其中分束器(88)包含一分束表面(92)。
4.　如前述第3項所述之照明系統，其中分束表面(92)具有一透射/反射比約為1。
5.　如前述第3或4項所述之照明系統，其中分束表面(92)由塗佈在一支撐件上之一分束塗層所形成。
6.　如前述第3至5項任一項所述之照明系統，其中分束表面(92)為平的，且平行照明系統之一光學軸(OA)延伸。
7.　如前述第6項所述之照明系統，其中分束表面具有沿光學軸(OA)變化之一透射對反射比。
8.　如前述第3至7項任一項所述之照明系統，包含致動器，用以移動分束表面。
9.　如前述第8項所述之照明系統，其中致動器(112)用以旋轉分束表面。
10.　如前述第8或9項所述之照明系統，其中致動器(106、108、110、112)能從光傳播路徑完全移除分束表面。
11.　如前述第3至10項任一項所述之照明系統，其中光束倍增單元(57)包含至少兩個平面分束表面(88、89、89a、89b)，配置在至少實質等於90°的一角度。
12.　如前述第11項所述之照明系統，其中至少兩個平面分束表面(88、89、89a、89b)配置於在照明系統之光學軸(OA)相交之平面。
13.　如前述第3至12項任一項所述之照明系統，其中光束倍增單元(57)包含平面鏡(114)，相對於分束表面(88)，配置於至少實質等於90°的一角度。
14.　如前述第13項所述之照明系統，其中分束表面(88)及平面鏡(114)配置於在照明系統之光學軸(OA)相交之平面。
15.　如前述第14項所述之照明系統，其中光束偏折陣列(46)以光學軸(OA)為中心。
16.　如前述第15項所述之照明系統，其中光學軸(OA)將光束偏折陣列分成至少兩個子陣列(46a至46d)，相對於彼此以傾斜方式配置。
17.　如前述第13至16項任一項所述之照明系統，其中光束倍增單元(57)組態成，使各光束首先照射到平面鏡(114)，然後到分束表面(88)，或首先照射到分束表面(88)，然後到平面鏡(114)。
18.　如前述任一項所述之照明系統，其中光束偏折陣列(46)在沒有光束倍增單元(57)下於系統瞳表面(70)產生一第一輻照度分布，以及其中光束倍增單元(57)用於在系統瞳表面(70)產生一第二輻照度分布，其相對於第一輻照度分布為鏡像對稱的、點對稱的、n-折對稱的。
19.　如前述第1項所述之照明系統，包含中間瞳表面(120)，配置於光束偏折陣列(46)及光束倍增單元(57)之間，其中光束倍增單元
a)　包含成像系統(122)，在中間瞳表面(120)及系統瞳表面(70)之間建立成像關係，以及其中光束倍增單元
b)　用於產生輻照度分布之倍增的影像，係由光束偏折陣列(46)在中間瞳表面(120)之一部分產生。
20.　如前述第19項所述之照明系統，其中成像系統為遠心物鏡(122)。
21.　如前述第19或20項所述之照明系統，其中光束倍增單元(57)包含一鏡(131)，配置在中間瞳表面(120)之另一部分，且其中光束倍增單元用以在鏡(132)上產生輻照度分布之影像。
22.　如前述第21項所述之照明系統，其中光束倍增單元(57)包含極化相依分束器(130)，配置於成像系統(122)內。
23.　如申請專利範圍第20至22項任一項所述之照明系統，其中物鏡(122)具有孔徑平面(129)，極化相依分束器(130)配置於其中。
24.　如前述第21至23項任一項所述之照明系統，其中光束倍增單元(57)組態成，使得從極化相依分束器(130)反射之光照射到鏡(132)。
25.　如前述第21項所述之照明系統，其中光束倍增單元包含極化單元(134)，在再次照射到極化相依分束器(130)之前，改變從鏡(132)反射之光的極化狀態。
26.　如前述任一項所述之照明系統，其特徵在於光束偏折元件為可繞至少一傾斜軸(56y、56x)傾斜的鏡(Mij )。
27.　一種操作一投影曝光裝置之方法，包含以下步驟：
a)　提供照明系統(12)包含：
i)　反射或透明光束偏折元件(Mij )之光束偏折陣列(46)，其中各光束偏折元件(Mij )用以將照射光束偏折一偏折角，其可因應控制訊號變化；
ii)　系統瞳表面(70)，光束偏折陣列於其中產生一輻照度分布；
b)　以光脈衝照射光罩(16)，其中光束偏折元件控制成使得在系統瞳表面(70)產生一輻照度分布相關的照射區域，於光罩成像於感光表面期間，在曝光程序的兩個連續光脈衝之間改變；
c)　成像光罩(16)於感光表面(22)。
28.　如前述第27項所述之方法，其中將目標輻照度分布分成與不同照射區域相關的複數部分輻照度分布，以及其中光束偏折元件控制成使得所有部分輻照度分布在系統瞳表面(70)相繼產生。
29.　如前述第27或28項所述之方法，其中於曝光程序期間，移動光罩(16)及感光表面(22)，而使得在具有不同起始時間之曝光時間間隔(ΔT)期間照射光罩(16)上沿掃描方向相隔的兩個點，以及其中針對光罩(16)上任意點，在與該點相關的曝光時間間隔期間，在系統瞳表面(70)產生所有的部分輻照度分布。
30.　如前述第28或29項所述之方法，其中在系統瞳平面產生部分輻照度分布期間，時間間隔(P)全部相等。
31.　如前述第28至30項任一項所述之方法，其中與部分輻照度分布相關的照射區域受限於系統瞳表面之片段，尤其是半圓形或四分體形。
32.　如前述第28至30項任一項所述之方法，其中部分輻照度分布為交錯的。
33.　一種微影投影曝光裝置之照明系統，其中照明系統用於以光脈衝照射光罩(16)，並包含：
a)　反射或透明光束偏折元件(Mij )之光束偏折陣列(46)，其中各光束偏折元件(Mij )用以將照射光束偏折一偏折角，其係因應控制訊號改變；
b)　系統瞳表面(70)，光束偏折陣列於其中產生輻照度分布；
c)　控制單元(50)，其中控制單元用以將光束偏折元件控制成，使得在系統瞳表面(70)產生之輻照度分布相關的照射區域，在光罩(16)成像於感光表面(22)期間，於曝光程序的兩個連續光脈衝(LPn 、LPn+1 )之間改變。
34.　如前述第31項所述之照明系統，其中控制單元用以將目標輻照度分布分成與照射區域相關的複數部分輻照度分布，以及其中控制單元(50)更用以控制光束偏折元件(Mij )，而使得在系統瞳表面(70)相繼得到所有部分輻照度分布。
35.　一種微影投影曝光裝置(10)之照明系統，包含：
a)　包含許多反射或透明光束偏折元件(Mij )之光束偏折陣列(46)，其中各光束偏折元件(Mij )用以將照射光束偏折一偏折角，其係因應控制訊號改變；
b)　系統瞳表面(70)，光束偏折元件反射的光束於其中照射光點；其中於光罩成像於感光表面期間之曝光程序期間，照射在系統瞳表面(70)的光點數目大於光束偏折元件(Mij )的數目。
10．．．投影曝光裝置
12．．．照明系統
14．．．場
14’．．．縮小影像
16．．．光罩
18．．．微小結構
20．．．投影物鏡
22．．．感光層
24．．．基板
26．．．光學軸
28．．．殼體
30．．．準分子雷射
32．．．光束擴張單元
34．．．準直光束
36．．．平面折疊鏡
38．．．陣列
40．．．微透鏡
46．．．鏡陣列
46a、46b、46c、46d．．．四分體
50．．．控制單元
52．．．總系統控制
54a、54b、54b’．．．光束
56x、56y．．．傾斜軸
57．．．光束倍增單元
58．．．第一聚光器
70．．．系統瞳表面
72．．．光學整合器
74、76．．．基板
78．．．第二聚光器
80．．．中間場平面
82．．．場光闌
84．．．場光闌物鏡
86．．．光罩平面
88．．．分束器
89．．．第二分束器
89a、89b．．．第二分束器的部分
90．．．支撐板
92．．．分束塗層
94．．．介電層
96．．．光束
96’．．．入射光束
96e．．．特殊光束
96o．．．普通光束
96T、96TT、96TR、96RT、96RR、96R．．．光束
98．．．光束
98e．．．特殊光束
98o．．．普通光束
98R、98T．．．光束
99．．．光束
99T、99R．．．光束
100．．．對稱平面
102．．．致動器
104．．．對稱平面
106、108、110、112．．．致動器
114．．．平面鏡
116、118．．．光束
120．．．中間瞳表面
122．．．物鏡
124．．．聚光器
126．．．第一透鏡
128．．．第二透鏡
129．．．孔徑平面
130．．．極化相依分束器
132．．．平面鏡
134．．．四分之一波板
136．．．緩阻板
140a、140b、140c、140d．．．板
Mij ．．．鏡
OA．．．光學軸
p0．．．中心極
p1-p4．．．極
本發明的各種特徵及優點可參考詳細說明並配合所附圖式，而更易了解，其中：
圖1為根據本發明之投影曝光裝置之簡化透視圖；
圖2為圖1之投影曝光裝置所包含的照明系統之截面圖；
圖3為圖2之照明系統所包含的鏡陣列之透視圖；
圖4為根據第一實施例包含平面分束表面之分束單元之截面圖；
圖5顯示圖4之分束單元在系統瞳表面所產生之輻照度分布；
圖6為根據第二實施例包含兩個正交分束表面之分束單元之透視圖；
圖7為圖6之分束單元之上視圖；
圖8顯示圖6及圖7之分束單元在系統瞳表面所產生之輻照度分布；
圖9為類似圖7之選替實施例之上視圖，其中分束單元可自光路徑移除；
圖10顯示圖9之分束單元在系統瞳表面所產生之輻照度分布；
圖11為類似圖9之選替實施例之上視圖，其中分束單元可旋轉；
圖12顯示圖11之分束單元於分束表面在系統瞳表面兩個不同位置所產生之輻照度分布；
圖13為根據第三實施例包含平面分束表面及平面鏡之分束單元之透視圖；
圖14類似圖7為圖13之分束單元之上視圖；
圖15顯示圖13及圖14之分束單元在系統瞳表面所產生之輻照度分布；
圖16為類似圖14之選替實施例之上視圖，其中分束表面及平面鏡將鏡陣列分成四個部分；
圖17為圖16之選替實施例之側視圖；
圖18為根據第四實施例之分束單元之截面圖，其中倍增形成於中間瞳表面之輻照度分布，然後成像到系統瞳表面；
圖19顯示圖18之分束單元在中間瞳表面所產生之輻照度分布；
圖20顯示圖18之分束單元在系統瞳表面所產生之輻照度分布；
圖21為根據第五實施例之分束單元之截面圖，其中分束單元包含雙折射元件；
圖22顯示圖21之分束單元之上視圖；
圖23a顯示根據本發明另一觀點於第一週期在系統瞳表面產生的第一部分輻照度分布；
圖23b顯示根據於第二週期在系統瞳表面產生的第二部分輻照度分布；
圖24顯示在晶圓步進機類型之投影曝光裝置之光罩平面中的兩個不同點，顯示輻照度相依性的兩個圖式；
圖25顯示在掃描機類型之投影曝光裝置之光罩平面中的兩個不同點，顯示輻照度相依性的兩個圖式；
圖26a至圖26d顯示在系統瞳表面相繼產生的四個第一例示部分輻照度分布；
圖27a及圖27b顯示在系統瞳表面相繼產生的兩個第二例示部分輻照度分布；
圖28a及圖28b顯示在系統瞳表面相繼產生的兩個第三例示部分輻照度分布。
46．．．鏡陣列
57．．．光束倍增單元
58．．．第一聚光器
70．．．系統瞳表面
88．．．分束器
90．．．支撐板
92．．．分束塗層
94．．．介電層
96．．．光束
96T、96R．．．光束
98．．．光束
98R、98T．．．光束
102．．．致動器
Mij ．．．鏡
OA．．．光學軸

Claims (13)

  1. 一種微影投影曝光裝置之照明系統，包含：a)反射或透明光束偏折元件之一光束偏折陣列，其中各光束偏折元件用以將一照射光束偏折一偏折角；b)一系統瞳表面，該光束偏折陣列於其中產生輻照度分布；c)一光束倍增單元，配置在該光束偏折陣列及該系統瞳表面之間，於給定時間，藉由該光束倍增單元在該系統瞳表面產生的光點，增加照射在該系統瞳表面之光點數目，而使在該系統瞳表面之光束數目大於從該光束偏折陣列出射的光束數目；其中該光束倍增單元包含一分束器；及其中該分束器包含一分束表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該分束表面具有一透射/反射比約為1。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該分束表面由塗佈在一支撐件上之一分束塗層所形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該分束表面為平的，且平行該照明系統之一光學軸延伸。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之照明系統，其中該分束表面具有沿該光學軸變化之透射對反射比。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之照明系統，包含一致動器，用以移動該分束表面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之照明系統，其中該致動器用以旋轉該分束表面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之照明系統，其中該致動器能從一光傳播路徑完全移除該分束表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該光束倍增單元包含至少兩個平面分束表面，配置在至少實質等於90°的一角度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之照明系統，其中該至少兩個平面分束表面配置於在該照明系統之該光學軸相交之平面。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該光束倍增單元包含一平面鏡，相對於該分束表面，配置於至少實質等於90°的一角度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之照明系統，其中該分束表面及該平面鏡配置於在該照明系統之該光學軸相交之平面。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之照明系統，其中該光束偏折陣列以該光學軸為中心。
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