微光刻投射曝光設備的照明系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明一般涉及微光刻投射曝光設備的照明系統，尤其涉及包含可個別控制的微 鏡或其它光束偏轉元件的陣列的設備。
【背景技術】
[0002] 微光刻技術（又稱為光刻技術或簡稱為光刻）是一種制造集成電路、液晶顯示器 及其它微結構化裝置的技術。結合蝕刻工藝，微光刻技術工藝用于在基板（例如娃晶片） 上已形成的薄膜堆疊中圖案化特征。在制造的每一層中，首先W光刻膠涂覆晶片，光刻膠是 一種對特定波長的光敏感的材料。接著，使頂部具有光刻膠的晶片在投射曝光設備中通過 掩模曝光于投射光。掩模包含要成像于光刻膠上的電路圖案。在曝光之后，顯影光刻膠W 產生對應于掩模中所含電路圖案的像。然后，蝕刻工藝使電路圖案轉印至晶片上的薄膜堆 疊中。最后，移除光刻膠。W不同掩模重復此工藝導致多層的微結構部件。
[0003] 投射曝光設備通常包括照明系統，照明系統照明掩模上可具有例如矩形或彎曲長 條形狀的場。投射曝光設備另外包含：對準掩模的掩模臺、將掩模上的照明場成像于光刻膠 上的投射物鏡（有時又稱為"鏡頭"）、及對準涂覆有光刻膠的晶片的晶片對準臺。
[0004] 在投射曝光設備的發展中，一個重要的目標是能夠在晶片上W微光刻方式限定尺 寸越來越小的結構。較小結構導致較高的集成密度，該對于借助此設備制造的微結構部件 的性能一般具有有利的影響。
[0005] 為達成此目標，過去已研究多種方法。一個方法是改良掩模的照明。理想上，投射 曝光設備的照明系統W具有明確限定的空間及福照角分布的投射光照明掩模上照明的場 的每個點。術語"福照角分布"描述朝向掩模上的特定點會聚的光束的總光能在構成光束 的光線的各種方向上如何分布。
[0006] 照在掩模上的投射光的福照角分布通常適配于要成像在光刻膠上的圖案種類。例 女口，相對大尺寸的特征可需要使用不同于小尺寸特征的福照角分布。最常使用的福照角分 布為常規的環狀、雙極及四極照明設定。該些術語指的是照明系統的光瞳面中的福照分布。 例如，在環狀照明設定下，僅照明光瞳面中的環狀區。因此，在投射光的福照角分布中僅出 現較小角度范圍，，所有光線W相似的角度傾斜地照在掩模上。
[0007] 本技術中已知有不同的方式可W修改掩模平面中投射光的福照角分布，W實現所 要的照明設定。為實現在掩模平面中產生不同福照角分布的最大靈活性，已提議使用決定 光瞳面中福照分布的反射鏡陣列。
[000引在EP1 262 836A1中，將反射鏡陣列實現為包含1000個W上顯微鏡反射鏡的微 機電系統（MEMS)。各反射鏡可繞著兩個正交傾斜軸傾斜。因此，在此種反射鏡裝置上入射的 福射可被反射至半球中幾乎任何所要方向上。布置在反射鏡陣列與光瞳面間的聚光透鏡將 反射鏡產生的反射角轉換為光瞳面中的位置。此照明系統使得可W多個光斑照明光瞳面， 其中每個光斑與一個特定反射鏡相關聯，且通過傾斜此反射鏡而可在光瞳面上自由移動。 [0009] 使用反射鏡陣列的類似照明系統請參考US2006/0087634A1、US7 061 582B2 及wo2005/026843A2。
[0010] 反射鏡陣列、或微鏡陣列用W將個別光束引向陣列的反射鏡上W確保沒有光損耗 在相鄰反射鏡之間形成的間隙中，所述陣列應利用投射光均勻地照明或僅W適度福照梯度 來照明。也很重要的是，由照明系統的光源產生的投射光束的瞬時變化不會對照明系統的 性能產生任何影響。例如，在通常用作光源的準分子激光器下，觀察到稱為激光指向（laser pointing)或激光抖動（laserjitter)的效應。從光源發出的投射光束的方向的小變化可 證明該些效應本身。
[0011] 為了防止該種變化對于掩模的照明有不利的影響，W0 2009/080279A1提議在光 源及反射鏡陣列、或放置在反射鏡陣列前方的微鏡陣列之間布置光束均勻化單元。光束均 勻化單元包含；光學積分器，其包括第一及第二光柵板；及聚光器，其具有其中布置光學積 分器的第二光柵板的前焦面。由于第一光柵板布置在第二光柵板的透鏡的前焦面中，此前 焦面成像在聚光器的后焦面上。在第一光柵板的光的角分布因此對聚光器后焦面中的空間 福照分布沒有影響。由于第二光柵板的透鏡的物平面的像疊加在聚光器的后焦面中，福照 分布在第一光柵板上的移動僅實質上影響聚光器后焦面中的光的角分布而非空間光分布。
[0012] 然而，光學積分器必然增加投射光的幾何光通量。因此，投射光在光學積分器后面 的發散大于其前面。然而，對于光束均勻化單元，并不需要增加發散，因為發散應該僅由反 射鏡陣列增加。投射光在照在反射鏡陣列上時的發散越大，由陣列的反射鏡在后續光瞳平 面中產生的光斑就越大。但僅在極小的光斑的情況下，才可在掩模平面中產生任意的光的 角分布。
[0013] 如果第二光柵板的透鏡具有較小折射力（該表示透鏡的焦距較大），則由光學積 分器在輸入發散未超過特定限制時產生的發散增加可保持較小。然而，較大焦距需要在光 柵板之間W及還有在光學積分器與聚光器之間有較大的距離。此問題可通過使用折疊反射 鏡來解決。然而，如果投射光的發散較小，由衍射光在光學積分器的相鄰通道之間產生的光 學串擾將成為問題。在設計W明顯增加發散的常規光學積分器中，在光柵板之間的距離如 此之小，致使由透鏡的規則布置所衍射的光將維持限制在光學積分器的相應通道內。然而， 如果發散較小且光柵板之間的距離變大，則衍射光可進入相鄰通道并促成光學串擾。
[0014] 光學積分器中的光學串擾更改光束均勻化單元的聚光器的后焦面中的福照分布。 主要的問題是，如果照射光束的方向不穩定，光學串擾將經常變化。然后，激光指向或其它 瞬時干擾可改變光束均勻化單元的聚光器后焦面中的空間福照分布。該最終將改變掩模 平面中的光的角分布。換句話說，光學串擾破壞光束均勻化單元產生疊加的空間福照分布 (其實質上與照在光學積分器上的光的角分布無關）的特性。
【發明內容】
[0015] 本發明的目的因此在于提供包含光學積分器的照明系統。即使光學積分器僅稍微 增加傳播通過光學積分器的光的發散，由光學積分器在遠場（或在聚光器的后焦面，其與 遠場相當）中產生的疊加的空間福照分布應該與照在光學積分器上的光的角分布基本無 關。
[0016] 根據本發明，此目的W包含光學積分器的微光刻投射曝光設備的照明系統來實 現。光學積分器包含第一光柵板，其包含沿著參考方向具有第一焦距的第一透鏡的陣列。 第二光柵板包含沿著參考方向具有第二焦距f2的第二透鏡的陣列。第一透鏡的頂點與第 二透鏡的頂點隔開大于第二焦距f2的距離山其中d〉l. 01 ?f2。
[0017] 本發明人意識到，即使光學積分器僅稍微增加發散且輸入發散很小，仍無法完全 避免光學串擾。然而，可W消除由衍射光造成的光學串擾的主要不利影響，即，光學積分器 對入射光的光的角分布的瞬時變化的敏感度。已發現，如果不將第一透鏡布置在第二透鏡 的前焦面中，而是距離前焦面更遠一點，則可顯著或甚至完全減少此敏感度。由于在光學積 分器僅稍微增加發散的情形中，第二焦距f2通常在數百厘米的范圍中，距離增加僅1 %代表 著光柵板之間的距離將增加至少幾個毫米，且通常增加幾個厘米。
[0018] 增加第一與第二光柵板之間的距離具有W下效應：補償遠場空間福照分布的變化 (其由促成光學串擾的衍射光在第一光柵板上的光的角分布改變時產生）。該運用第二透 鏡的反轉效應。然而，唯有考慮光的波特性的嚴謹計算方可完全解釋第一透鏡的離焦布置 如何減少光學積分器對入射光的光的角分布的瞬時變化的敏感度。
[0019] 必須針對特定應用而選擇的比值d/f,主要取決于光柵板的幾何參數，尤其是第 一與第二透鏡的節距、投射光的波長及其發散。在一些應用中，d可超過1.02 ?f,或甚至 1. 05 ?f2。一般而言，比值d/%增加，光學積分器產生的發散就越小。
[0020] 如上文已經提過，唯有光學積分器產生的發散很小，光學串擾才會成為問題。此發 散（全角（化11angle))等于P/%，其中P是第二透鏡的節距，f2是其焦距。光學積分器的 單一通道的衍射級的距離等于A/p。如果使發散P/%除W相鄰衍射級之間的距離A/p， 則參數p2/(A.f2)指示在發散內接收的衍射級的數目。如果此數目很小，則有許多未在發 散中接收及因此促成光學串擾的衍射級。
[0021] 在一些實施例中，數目k低于40,在其它實施例中低于20及在又其它實施例中低 于10。數目k越小，通過增加光柵板之間的距離d超出第二透鏡的焦距f,的常規值所獲得 的好處就越大。
[0022] k小于40、20或甚至10的情形通常發生在光學積分器布置在光源及空間光調制 器（其構造為改變照明系統光瞳面中的空間福照分布）之間時。然而，照明系統中還可W 有其它應用需要僅稍微增加發散的光學積分器。
[0023] 該種空間光調制器可包含反射或透明光束偏轉元件的光束偏轉陣列。各光束偏轉 元件可構造為按偏轉角來偏轉光束，該偏轉角可響應施加至光束偏轉元件的控制信號