[发明专利]微光刻投射曝光设备的照明系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及微光刻投射曝光设备的照明系统，尤其涉及包含可个别控制的微镜或其它光束偏转元件的阵列的设备。

背景技术

微光刻技术(又称为光刻技术或简称为光刻)是一种制造集成电路、液晶显示器及其它微结构化装置的技术。结合蚀刻工艺，微光刻技术工艺用于在基板(例如硅晶片)上已形成的薄膜堆叠中图案化特征。在制造的每一层中，首先以光刻胶涂覆晶片，光刻胶是一种对特定波长的光敏感的材料。接着，使顶部具有光刻胶的晶片在投射曝光设备中通过掩模曝光于投射光。掩模包含要成像于光刻胶上的电路图案。在曝光之后，显影光刻胶以产生对应于掩模中所含电路图案的像。然后，蚀刻工艺使电路图案转印至晶片上的薄膜堆叠中。最后，移除光刻胶。以不同掩模重复此工艺导致多层的微结构部件。

投射曝光设备通常包括照明系统，照明系统照明掩模上可具有例如矩形或弯曲长条形状的场。投射曝光设备另外包含：对准掩模的掩模台、将掩模上的照明场成像于光刻胶上的投射物镜(有时又称为“镜头”)、及对准涂覆有光刻胶的晶片的晶片对准台。

在投射曝光设备的发展中，一个重要的目标是能够在晶片上以微光刻方式限定尺寸越来越小的结构。较小结构导致较高的集成密度，这对于借助此设备制造的微结构部件的性能一般具有有利的影响。

为达成此目标，过去已研究多种方法。一个方法是改良掩模的照明。理想上，投射曝光设备的照明系统以具有明确限定的空间及辐照角分布的投射光照明掩模上照明的场的每个点。术语“辐照角分布”描述朝向掩模上的特定点会聚的光束的总光能在构成光束的光线的各种方向上如何分布。

照在掩模上的投射光的辐照角分布通常适配于要成像在光刻胶上的图案种类。例如，相对大尺寸的特征可需要使用不同于小尺寸特征的辐照角分布。最常使用的辐照角分布为常规的环状、双极及四极照明设定。这些术语指的是照明系统的光瞳面中的辐照分布。例如，在环状照明设定下，仅照明光瞳面中的环状区。因此，在投射光的辐照角分布中仅出现较小角度范围，，所有光线以相似的角度倾斜地照在掩模上。

本技术中已知有不同的方式可以修改掩模平面中投射光的辐照角分布，以实现所要的照明设定。为实现在掩模平面中产生不同辐照角分布的最大灵活性，已提议使用决定光瞳面中辐照分布的反射镜阵列。

在EP 1 262 836 A1中，将反射镜阵列实现为包含1000个以上显微镜反射镜的微机电系统(MEMS)。各反射镜可绕着两个正交倾斜轴倾斜。因此，在此种反射镜装置上入射的辐射可被反射至半球中几乎任何所要方向上。布置在反射镜阵列与光瞳面间的聚光透镜将反射镜产生的反射角转换为光瞳面中的位置。此照明系统使得可以多个光斑照明光瞳面，其中每个光斑与一个特定反射镜相关联，且通过倾斜此反射镜而可在光瞳面上自由移动。

使用反射镜阵列的类似照明系统请参考US 2006/0087634 A1、US 7 061 582 B2及WO 2005/026843 A2。

反射镜阵列、或微镜阵列用以将个别光束引向阵列的反射镜上以确保没有光损耗在相邻反射镜之间形成的间隙中，所述阵列应利用投射光均匀地照明或仅以适度辐照梯度来照明。也很重要的是，由照明系统的光源产生的投射光束的瞬时变化不会对照明系统的性能产生任何影响。例如，在通常用作光源的准分子激光器下，观察到称为激光指向(laser pointing)或激光抖动(laser jitter)的效应。从光源发出的投射光束的方向的小变化可证明这些效应本身。

为了防止这种变化对于掩模的照明有不利的影响，WO 2009/080279 A1提议在光源及反射镜阵列、或放置在反射镜阵列前方的微镜阵列之间布置光束均匀化单元。光束均匀化单元包含：光学积分器，其包括第一及第二光栅板；及聚光器，其具有其中布置光学积分器的第二光栅板的前焦面。由于第一光栅板布置在第二光栅板的透镜的前焦面中，此前焦面成像在聚光器的后焦面上。在第一光栅板的光的角分布因此对聚光器后焦面中的空间辐照分布没有影响。由于第二光栅板的透镜的物平面的像叠加在聚光器的后焦面中，辐照分布在第一光栅板上的移动仅实质上影响聚光器后焦面中的光的角分布而非空间光分布。

然而，光学积分器必然增加投射光的几何光通量。因此，投射光在光学积分器后面的发散大于其前面。然而，对于光束均匀化单元，并不需要增加发散，因为发散应该仅由反射镜阵列增加。投射光在照在反射镜阵列上时的发散越大，由阵列的反射镜在后续光瞳平面中产生的光斑就越大。但仅在极小的光斑的情况下，才可在掩模平面中产生任意的光的角分布。