CN101013267B - 照明系统 - Google Patents

Abstract

照明系统一种用于基本上均化辐射束并从该辐射束去除至少一些相干性的系统和方法。

Description

照明系统

技术领域

本发明涉及一种适合作为光刻设备的光学设备。

背景技术

光刻设备是一种将期望的图形施加到衬底或部分衬底上的机器。光刻设备可用于，例如，平板显示器，集成电路(ICs)以及其它具有精细结构的装置的制造中。在传统的设备中，可以被称为掩模或标线的构图装置可用于生成与平板显示器(或其他装置)的单独层对应的电路图形。该图形可以通过在衬底(例如，玻璃板)上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上成像而被传送到全部或部分该衬底上。

替代电路图形，所述构图装置可以用来产生其他图形，例如滤色器图形或点阵。替代掩模，所述构图装置可以包括包含独立可控元件阵列的图形阵列。与基于掩模的系统相比，在这种系统中，可更快地更换图形并且成本更低。

平板显示器衬底通常是矩形的。设计成曝光这种类型的衬底的光刻设备可以提供一覆盖所述矩形衬底整个宽度或部分宽度的(例如一半宽度)的曝光区域。当所述掩模或标线被束同步扫描时，所述衬底可以在曝光区域下面被扫描。通过这种方式，所述图形被传送到衬底上。如果曝光区域覆盖衬底的全部宽度，单次扫描即可完成曝光。如果曝光区域覆盖例如衬底宽度的一半，在第一次扫描后，所述衬底可以横向移动，通常可以实施下一次扫描以曝光衬底余下的区域。

一些传统的系统使用产生多个辐射束的光源，所述束被独立构图并被投射到衬底上。但是，这会导致所有束的强度或其他特性不一致的辐射。当在传统系统中尝试均化这些辐射束时，由于相干束的重叠会引起干涉问题。

需要一种从辐射束中基本上均化和去除至少一些相干性(coherence)的光学设备。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供了一种包括均化器和相干性去除器的光学设备。所述均化器被构造为可用于将辐射束转化成多个辐射束。所述相干性去除器被布置为使每个辐射束穿过相干性去除器的不同通道。在一可选实施例中，所述相干性去除器将辐射束转化成多个辐射束，所述多个辐射束被传送至一均化器。

根据本发明另一实施例，提供了一种包括照明系统，独立可控元件阵列，衬底台，和投影系统的光刻设备。所述照明系统调节辐射束并包括一相干性去除器。所述独立可控元件阵列调制所述辐射束。所述衬底台支撑所述衬底。投影系统将调制的辐射束投射到衬底的目标部分。

根据本发明另一实施例，提供了一种用于制造平板显示器的光刻设备，所述光刻设备包括照明系统，掩模或独立可控元件阵列，衬底台，和投影系统。所述照明系统调节辐射束。所述照明系统包括相干性去除器。所述掩模或独立可控元件阵列调制所述辐射束。所述衬底台支撑所述衬底。投影系统将调制的辐射束投射到衬底的目标部分。

根据本发明另一实施例，提供了一种包括一对彼此成一定角度的均化器板的均化器。

本发明的进一步的实施例，特征和优点以及各个实施例的结构和操作，将参考附图进行详细说明。

附图说明

结合于此处并构成说明书一部分的附图描绘了本发明的一个或多个实施例，并且连同说明书，进一步解释了本发明的原理并使相关领域技术人员可以制造并应用本发明。

图1和图2描绘了根据本发明各种实施例的光刻设备。

图3描绘了如图2所示的根据本发明的一个实施例的传送图形至衬底的模式。

图4描绘了根据本发明一实施例的光引擎(optical engine)的布置。

图5至12描绘了根据本发明的多个实施例的多种光学设备。

下面结合附图阐述本发明。在附图中，相似的附图标记表示相同或具有类似功能的元件。此外，附图标记最左侧的数字表示该附图标记首次出现的附图。

具体实施方式

虽然论述了具体的结构和布置，但应理解，这仅是为了示例的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以使用其它结构和布置。对于相关领域的技术人员显而易见的是，还可以以多种其它应用使用本发明。

图1示意性地描绘了本发明一个实施例的光刻设备。该设备包括照明系统IL、构图装置PD、衬底台WT和投影系统PS。配置照明系统(照明器)IL以调节辐射束B(例如，UV辐射)。

构图装置PD(例如，标线或掩模或单独可控元件阵列)调制该束。通常，将相对于投影系统PS固定单独可控元件阵列的位置。然而，可以代替连接至定位器，配置该定位器以根据特定参数精确地定位单独可控元件阵列。

构造衬底台WT以支撑衬底(例如，涂布抗蚀剂的衬底)W，并且该衬底台WT连接至配置以根据特定参数精确地定位衬底的定位器PW。

配置投影系统(例如，反射投影透镜系统)PS以将由单独可控元件阵列调制的辐射束投射到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。

照明系统包括各种类型的光学部件，例如折射的、反射的、磁的、电磁的、静电的或其它类型的光学部件或它们的任意组合，用于引导、成形或控制辐射。

在此使用的术语“构图装置”或“对比装置(contrast device)”应广义解释为涉及用于调制辐射束横截面的任一装置，以在衬底的目标部分建立图形。该装置可以是静态构图装置(例如，掩模或标线)或动态(例如，可编程元件阵列)构图装置。为了简便起见，大部分描述是动态构图装置的方面，然而要意识到还可以使用静态图形装置，而不脱离本发明的范围。

应当注意，赋予辐射束的图形不确切地对应于衬底目标部分中的所希望图形，例如如果图形包括相移特征或所谓的辅助特征。同样，最终产生在衬底上的图形不对应于在任一时刻形成在单独可控元件阵列上的图形。这可以是在布置中通过给定时间周期或给定数量的曝光建立形成在衬底每个部分上的最终图形的情况，在所述给定数量的曝光期间单独可控元件阵列和/或衬底的相对位置上的图形改变了。

通常，在衬底的目标部分上建立的图形将对应于建立在目标部分的器件中的特定功能层，例如集成电路或平板显示器(例如，平板显示器中的滤色层或平板显示器中的薄膜晶体管层)。这种构图装置的实例包括例如标线、可编程反射镜阵列、激光二极管阵列、发光二极管阵列、光栅光阀和LCD阵列。

借助电子装置(例如，计算机)可编程图形的构图装置，例如包括多个可编程元件(例如，除了标线外，在前面句子中提到的所有装置)的构图装置，在此共同称为“对比装置”。在一个实例中，构图装置包括至少10个可编程元件，例如至少100个，至少1000个，至少10000个，至少100000个，至少1000000个，或至少10000000个可编程元件。

可编程反射镜阵列包括具有粘弹性控制层的可寻址矩阵(matrix-addressable)表面和反射表面。支持这种设备的基本原理是，例如反射表面的寻址区域反射入射光为衍射光，而未寻址区域反射光为非衍射光。利用适当的空间滤光器，可以从反射束过滤出非衍射光，仅留下衍射光到达衬底。以这种方式，束根据可寻址矩阵表面的寻址图形而被图形化。

将意识到，可选地，滤光器可以过滤出衍射光，留下非衍射光到达衬底。

还可以以相应的方式使用衍射光学MEMS装置(微-电-机械系统装置)阵列。在一个实例中，衍射光学MEMS装置由多个反射带(ribbon)组成，其可以相对于彼此变形以形成反射入射光作为衍射光的光栅。

可编程反射镜阵列的另一可选实例采用微小反射镜的矩阵布置，其每个都可以通过施加适合定位的电场或通过采用压电激励装置关于轴单独地倾斜。再一次，反射镜是可寻址矩阵，以便寻址反射镜在不同方向上将入射辐射束反射到未寻址反射镜；以这种方式，反射束可以根据可寻址矩阵反射镜的寻址图形而被图形化。可利用适合的电子装置执行所需要的矩阵寻址。

另一实例PD是可编程LCD阵列。

光刻设备包括一个或多个对比装置。例如，它可以具有多个单独可控元件的阵列，每个都彼此独立地控制。在这种布置中，单独可控元件的一些或所有阵列都可以具有至少一个公共照明系统(或部分照明系统)、用于单独可控元件阵列的公共支撑结构、和/或公共投影系统(或部分投影系统)。

在一实例中，例如图1中所描绘的实施例，衬底W具有基本的圆形，任选地沿着部分其周边具有凹口和/或平边。在一实例中，衬底具有多边形形状，例如矩形形状。

在衬底具有基本圆形形状的实例中包括衬底具有至少25mm、例如至少50mm、至少75mm、至少100mm、至少125mm、至少150mm、至少175mm、至少200mm、至少250mm或至少300mm直径的实例。在一实施例中，衬底具有至多500mm、至多400mm、至多350mm、至多300mm、至多250mm、至多200mm、至多150mm、至多100mm或至多75mm的直径。

在衬底是多边形例如矩形的实例中，包括衬底的至少一边、例如至少2边或至少3边具有至少5cm、例如至少25cm、至少50cm、至少100cm、至少150cm、至少200cm或至少250cm长度的实例。

在一个实例中，衬底的至少一边具有至多1000cm、例如至多750cm、至多500cm、至多350cm、至多250cm、至多150cm或至多75cm的长度。

在一个实例中，衬底W是晶片，例如半导体晶片。在一个实例中，晶片材料选自由Si、SiGe、SiGeC、SiC、Ge、GaAs、InP和InAs构成的组。在一个实例中，晶片是III/V化合物半导体晶片。在一个实例中，晶片是硅晶片。在一实施例中，衬底是陶瓷衬底。在一个实例中，衬底是玻璃衬底。在一个实例中，衬底是塑料衬底。在一个实例中，衬底是透明的(对于裸人眼)。在一个实例中，衬底是有色的。在一个实例中，衬底没有颜色。

衬底的厚度可以改变，并且改变到一范围，取决于例如衬底材料和/或衬底尺寸。在一个实例中，厚度是至少50μm，例如至少100μm、至少200μm、至少300μm、至少400μm、至少500μm或至少600μm。在一个实例中，衬底的厚度是至多5000μm，例如至多3500μm、至多2500μm、至多1750μm、至多1250μm、至多1000μm、至多800μm、至多600μm、至多500μm、至多400μm或至多300μm。

可以例如在轨道(一般将一层抗蚀剂应用到衬底并显影已曝光的抗蚀剂的工具)、计量工具、和/或检查工具中，在曝光之前或之后，处理在此涉及的衬底。在一个实例中，抗蚀剂层提供在衬底上。

在此使用的术语“投影系统”应当广义解释为包含任一类型的投影系统，包括折射的、反射的、反射折射的、磁的、电磁的和静电光学系统或其任一组合，只要适合于所使用的曝光辐射，或适合于其它因素，例如浸没液体的使用或真空的使用。在此任一使用的术语“投影透镜”可以认为是与更通用术语“投影系统”同义。

投影系统可以在单独可控元件阵列上成像图形，以便图像相干地形成在衬底上。可选地，投影系统可以成像单独可控元件阵列的元件用作光闸的二次光源。在该方面，投影系统可以包括聚焦元件阵列，如微透镜阵列(公知为MLA)或菲涅耳透镜阵列，例如以形成二次光源和将光点成像在衬底上。在一个实例中，聚焦元件阵列(例如MLA)包括至少10个聚焦元件，例如至少100个聚焦元件、至少1000个聚焦元件、至少10000个聚焦元件、至少100000个聚焦元件或至少1000000个聚焦元件。在一个实例中，构图装置中的单独可控元件数等于或大于聚焦元件阵列中的聚焦元件数。在一个实例中，聚焦元件阵列中的一个或多个(例如1000以上、大多数或大约每一个)聚焦元件与单独可控元件阵列中的一个或多个单独可控元件光学相关，例如具有单独可控元件阵列中的2个或多个单独可控元件，例如3以上、5以上、10以上、20以上、25以上、35以上或50以上。在一个实例中，MLA可例如利用一个或多个激励器至少在向着和远离衬底的方向上移动。能向着衬底和远离衬底移动MLA允许例如聚焦调节，而不必移动衬底。

在此如图1和2所描绘的，该设备是反射型的(例如，采用单独可控元件的反射阵列)。可选地，该设备可以是透射型的(例如，采用单独可控元件的透射阵列)。

光刻设备可以是具有两个(双级)或更多衬底台的类型。在这种“多级”机器中，可以平行地使用另外的台，或预备步骤可以在一个或多个台上执行而一个或多个其它台用于曝光。

光刻设备还可以是其中至少衬底的一部分可以被具有相对高折射率的“浸没液体”例如水覆盖的类型，以填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以被应用到光刻设备中的其它空间，例如在构图装置和投影系统之间。浸没技术在用于增加投影系统的数值孔径的技术中是公知的。在此所使用的术语“浸没”并不意味着结构例如衬底必须浸入液体中，而是仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。

再次参考图1，照明器IL接收来自辐射源SO的辐射束。在一个实例中，辐射源提供具有至少5nm例如至少10nm、至少50nm、至少100nm、至少150nm、至少175nm、至少200nm、至少250nm、至少275nm、至少300nm、至少325nm、至少350nm或至少360nm波长的辐射。在一个实例中，由辐射源SO提供的辐射具有至多450nm例如至多425nm、至多375nm、至多360nm、至多325nm、至多275nm、至多250nm、至多225nm、至多200nm或至多175nm的波长。在一个实例中，辐射具有包括436nm、405nm、365nm、355nm、248nm、193nm、157nm和/或126nm的波长。在一个实例中，辐射包括约365nm或约355nm的波长。在一个实例中，辐射包括例如包含365、405和436nm波长的宽带。可以使用355nm激光源。例如当源是受激准分子激光器时，源和光刻设备可以是分离实体。在这种情况下，源不被认为是形成部分光刻设备，并且借助包括例如适合的导向反射镜和/或束扩展器的束传送系统BD，辐射束从源SO传送到照明器IL。在其它情况下，例如当源是汞灯时，源可以是光刻设备的整体部分。如果需要，源SO和照明器IL与束传送系统BD一起可以称为辐射系统。

照明器IL，可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD。通常，可以调节照明器光瞳面内强度分布的至少外和/或内径向范围(共同分别称为σ-外和σ-内)。另外，照明器IL可以包括各种其它组件，例如积分器IN和聚光器CO。照明器可以用于调节辐射束以在其横截面具有所希望的均匀性和强度分布。还可以设置照明器IL或与其相关的其它组件来将辐射束分成多个子束，例如每个可以与单独可控元件阵列的一个或多个单独可控元件相关。二维衍射光栅例如可以用于将辐射束分成子束。在本说明中，术语“辐射的束”和“辐射束”包括、但不限制于束由多个这种辐射子束组成的情形。

辐射束B入射到构图装置PD(例如，单独可控元件阵列)上并由构图装置调制。被构图装置PD反射了之后，辐射束B穿过投影系统PS，其使辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助定位器PW和位置传感器IF2(例如，干涉测量装置、线性编码器、电容传感器等)，可以精确地移动衬底台WT，例如以便将不同目标部分C定位在辐射束B的路径上。如果使用，例如在扫描期间，单独可控元件阵列的定位装置可以用于相对于辐射束B的路径精确地校正构图装置PD的位置。

在一个实例中，衬底台WT的移动借助长冲程模块(粗定位)和短冲程模块(精细定位)实现，其没有明确描绘于图1中。在一个实例中，该设备不存在用于移动衬底台WT的至少短冲程模块。相似系统还可以用于定位单独可控元件阵列。将意识到，辐射束B可选地/另外可移动，而目标台和/或单独可控元件阵列可以具有固定位置以提供所需要的相对移动。这种布置可以帮助限制该设备的尺寸。作为例如可应用在平板显示器制造中的另一选择，可以固定衬底台WT和投影系统PS的位置并且可以布置衬底W相对于衬底台WT移动。例如，衬底台WT可以提供有用于以基本上恒定的速率穿过它扫描衬底W的系统。

如图1所示，利用配置以使得辐射最初由分束器反射并引入到构图装置PD的分束器BS，将辐射束B引向构图装置PD。应当意识到，不使用分束器也可以将辐射束B引入在构图装置。在一个实例中，在构图装置以在0和90°之间、例如在5和85°之间、在15和75°之间、在25和65°之间或在35或55°之间的角度引入辐射束(在图1中所示的实施例是90°角)。构图装置PD调制辐射束B并使它反射回分束器BS，其将调制束传送给投影系统PS。然而，将意识到，可选布置可以用于将辐射束B引入到构图装置PD并随后到投影系统PS。尤其是，如果使用透射构图装置，则不需要如图1所示的布置。

所描绘的设备可以以几种模式使用：

1.在步进模式，单独可控元件阵列和衬底保持基本静止，而被赋予辐射束的整个图形一次投射到目标部分C上(即，单静态曝光)。接着在X和/或Y方向上移动衬底台WT以便可以曝光不同的目标部分C。在步进模式，曝光场的最大尺寸限制了以单静态曝光成像的目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式，单独可控元件阵列和衬底被同步扫描，而赋予辐射束的图形投射到目标部分C上(即，单动态曝光)。衬底相对于单独可控元件阵列的速度和方向可以由投影系统PS的(缩小)放大率((de-)magnification)和图像反转特性确定。在扫描模式，以单动态曝光，曝光场的最大尺寸限制了目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向上)。

3.在脉冲模式，单独可控元件阵列保持基本静止，并且利用脉冲辐射源将整个图形投射到衬底W的目标部分C上。衬底台WT以基本恒定的速度移动，以便使束B穿过(across)衬底W扫描线条。如需要在辐射系统的脉冲之间更新单独可控元件阵列上的图形，并且计时脉冲以便在衬底W上的所需位置曝光连续的目标部分C。因此，束B可以跨衬底W扫描以曝光衬底的一条的整个图形。重复该过程直至一行行地曝光出全部的衬底W。

4.在连续扫描模式，除了相对于调制的辐射束B以基本恒定的速度扫描衬底W，并且当束B跨衬底W扫描并曝光它时更新单独可控元件阵列上的图形外，与脉冲模式基本相同。可以使用与更新单独可控元件阵列上的图形同步的基本恒定的辐射源或脉冲辐射源。

5.在利用图2的光刻设备执行的像素栅格成像模式，通过由引入到构图装置PD上的光点产生器形成的连续曝光点来实现形成在衬底W上的图形。曝光点具有基本相同的形状。在衬底W上，基本以栅格印刷点。在一个实例中，点尺寸比印刷的像素栅格的间距大，但比曝光点栅格更小。通过改变所印刷的点的强度，实现了图形。在曝光闪光之间，改变了点的强度分布。

还可以采用使用的上述模式或使用的整个不同模式的组合和/或变形。

在光刻时，在衬底上的一层抗蚀剂上曝光图形。然后显影该抗蚀剂。随后，在衬底上执行另外的处理步骤。这些随后处理步骤对衬底每个部分的影响取决于抗蚀剂的曝光。尤其是，调整所述处理以便接收给定剂量阈值以上的辐射剂量的衬底部分的响应不同于接收剂量阈值以下的辐射剂量的衬底部分。例如，在蚀刻处理中，保护接收阈值以上的辐射剂量的衬底区域不受一层显影抗蚀剂的蚀刻。然而，在曝光显影后，接收阈值以下的辐射剂量的抗蚀剂部分被移除并因此保护那些区域不被蚀刻。于是，可以蚀刻所希望的图形。尤其是，设置构图装置中的单独可控元件，以便传送给图形特征内的衬底上的区域的辐射是足够高的强度以便在曝光期间该区域接收剂量阈值以上的辐射剂量。通过设置相应的单独可控元件在衬底上的剩余区域接收剂量阈值以下的辐射剂量，以提供零或显著低的辐射强度。

实际上，即使设置单独可控元件以提供在特征边界一侧的最大辐射强度和另一侧的最小辐射强度，在图形特征边缘的辐射剂量也没有从给定的最大剂量突然改变为零剂量。代替地，由于衍射效应，辐射剂量级穿过过渡区逐渐减小。最后由显影抗蚀剂形成的图形特征的边界位置通过所接收的剂量下降到辐射剂量阈值以下的位置确定。通过设置提供辐射给在图形特征边界上或附近的衬底上的点的单独可控元件，可以更精确地控制辐射剂量穿过过渡区下降的分布和因此的图形特征边界的精确位置。这些不仅可以是最大或最小强度级，而且可以是最大和最小强度级之间的强度级。这共同称为“灰度标定(grayscaling)”。

灰度标定提供比在光刻系统中更好控制图形特征边界的位置，其中通过给定的单独可控元件提供给衬底的辐射强度可以仅设置为两个值(即仅最大值和最小值)。在一个实施例中，可以将至少三个不同的辐射强度值投射到衬底上，例如至少4个辐射强度值、至少8个辐射强度值、至少16个辐射强度值、至少32个辐射强度值、至少64个辐射强度值、至少128个辐射强度值或至少256个辐射强度值。

应当意识到，灰度标定可以用于以上描述的另外或可选目的。例如，可以调整曝光之后的衬底的处理，以便存在根据接收的辐射剂量级的两个以上可能响应的衬底区域。例如，接收第一阈值以下的辐射剂量的衬底部分以第一方式响应；接收第一阈值以上但在第二阈值以下的辐射剂量的衬底部分以第二方式响应；和接收第二阈值以上的辐射剂量的衬底部分以第三方式响应。于是，可以使用灰度标定提供跨衬底具有两个以上所希望剂量级的辐射剂量分布。在一个实施例中，该辐射剂量分布具有至少2个所希望的剂量级，例如至少3个所希望的辐射剂量级、至少4个所希望的辐射剂量级、至少6个所希望的辐射剂量级或至少8个所希望的辐射剂量级。

进一步应当意识到，辐射剂量分布可以通过除了仅控制在衬底上的每个点处接收的辐射强度之外的方法来控制，如上所述。例如，由衬底上的每个点接收的辐射剂量可以通过控制该点曝光(spot exposure)的持续时间来可选地或另外控制。作为另一实例，衬底上的每个点可以在多个连续曝光中接收辐射。因此，由每个点接收的辐射剂量可以通过利用多个连续曝光中的可选子集曝光该点来可选地或另外控制。

为了在衬底上形成所需图形，在曝光处理期间必须将构图装置中的单独可控元件中的每一个在每级(stage)设置到必要状态。因此，表示必要状态的控制信号必须传送给单独可控元件的每一个。在一个实例中，光刻设备包括产生控制信号的控制器。将形成于衬底上的图形以向量定义形式例如GDSII提供给光刻设备。为了将设计信息转换成用于每个单独可控元件的控制信号，控制器包括一个或多个数据操作装置，配置每一个以对表示图形的数据流执行处理步骤。数据操作装置可以共同地称为“数据通路”。

可以配置数据通路的数据操作装置，以执行一个或多个以下功能：将向量基设计信息转换成位图图形数据；将位图图形数据转换成所需的辐射剂量图(即整个衬底所需辐射剂量分布)；将所需的辐射剂量图转换成用于每个单独可控元件的所需辐射强度值；和将用于每个单独可控元件的所需辐射强度值转换成相应的控制信号。

图2描绘了根据本发明可以用于例如平板显示器制造中的设备的布置。用相同的附图标记描绘对应于图1中所示那些的组件。而且，以上描述的各种实施例，例如衬底的各种结构、对比装置、MLA、辐射束等保持可应用。

图2描绘了根据本发明一个实施例的光刻设备的布置。该实施例可以用在例如平板显示器的制造中。用相同的附图标记描绘对应于图1中所示的那些的组件。而且，以上描述的各种实施例例如衬底、对比装置、MLA、辐射束等的各种结构保持可应用。

如图2所示，投影系统PS包括束扩展器，其包括两个透镜L1、L2。布置第一透镜L1以接收调制的辐射束B并通过孔径光阑AS中的孔径使它聚焦。另外的透镜AL可以定位在孔径中。然后分开辐射束B并由第二透镜L2聚焦(例如，物镜)。

投影系统PS进一步包括布置以接收扩展的调制辐射B的透镜MLA阵列。对应于构图装置PD中一个或多个单独可控元件的调制的辐射束B的不同部分穿过透镜MLA阵列中的各个不同透镜。每个透镜都将调制的辐射束B的各个部分聚焦到位于衬底W上的点。以这种方式将辐射点S阵列曝光到衬底W上。将意识到，尽管示出了所示阵列透镜14的仅八个透镜，但透镜阵列可以包括成千上万个透镜(同样适用于用作构图装置PD的单独可控元件阵列)。

图3示意性地示例了根据本发明的一个实施例，如何利用图2的系统在衬底W上产生图形。填充的圆表示由投影系统PS中的透镜阵列MLA投射在衬底W上的点S的阵列。当一系列曝光暴露在衬底W上时，在Y方向上相对于投影系统PS移动衬底W。空圆表示在前已在衬底W上曝光的点曝光SE。如所示的，由投影系统PS内的透镜阵列投射在衬底上的每个点在衬底上曝光出一行R点曝光。通过由点S的每一个曝光的点曝光SE的所有行R的总和来产生用于衬底的全部图形。这种布置共同称为“像素栅格成像”，如上所述。

可以看到，以相对于衬底W的角度θ布置辐射光点S的阵列(衬底的边缘位于与X和Y方向平行)。如上布置以便在扫描方向(Y方向)上移动衬底时，每个辐射光点将穿过衬底的不同区域，由此使整个衬底被辐射光点15的阵列覆盖。在一个实例中，角度θ是至多20°，10°例如至多5°，至多3°，至多1°，至多0.5°，至多0.25°，至多0.10°，至多0.05°，或至多0.01°。在一个实例中，角度θ是至少0.001°。

图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例，如何利用多个光引擎以单扫描曝光整个平板显示器衬底W。在所示的实例中，由以“棋板”结构中的两行R1、R2布置的八个光引擎(未示出)产生了八个阵列SA的辐射光点S，以便一个阵列的辐射光点S的边缘略与相邻阵列辐射光点的边缘交叠(在扫描方向Y上)。在一个实例中，光引擎布置成至少3行，例如4行或5行。以这种方式，辐射带延伸穿过衬底W的宽度，能使整个衬底的曝光以单扫描执行。将意识到，可以使用任一合适数量的光引擎。在一个实例中，光引擎的数量是至少1、例如至少2、至少4、至少8、至少10、至少12、至少14或至少17。在一个实例中，光引擎的数量小于40、例如小于30或小于20。

每个光引擎可以包括如上所述的分立照明系统IL、构图装置PD和投影系统PS。然而，要意识到，两个或多个光引擎可以共用一个或多个照明系统、构图装置和投影系统中的至少一部分。

图5显示了根据本发明一实施例的照明器IL的组件(例如，光学设备)。所述照明器IL元件包括均化器100，第一凸透镜101，一组透射杆(rod)102，以及第二凸透镜103。应当认识到，图5中所示的照明器组件也可以用在图1，2和/或3的照明器IL中。同样，也应当认识到，可以使用图5中所示的照明器组件代替图1中所示的照明器组件的一些或所有组件或者除了图1中所示的照明器组件的一些或所有组件外还可以使用图5中所示的照明器组件。

在一例子中，均化器100包括第一和第二反射器100a和100b，所述第一和第二反射器相互平行并与辐射源104等距。所述第一和第二反射器100a，100b可包括一片适当尺寸的例如石英或其他合适材料的平坦的外表面。可选地，所述第一和第二反射器100a，100b可包括两平行的反射镜。为了优化他们的操作，所述反射镜的位置和定向是可调节的。

在一例子中，辐射源被布置来产生辐射束105，并且可以例如包括一激光器，或者替代地可以是来自被布置为传送来自激光器的辐射的束传送系统的输出端。术语“光”或“辐射”不应当解释为限于可见光谱的电磁辐射，而替代地应当理解为包括适用于上述光刻的任何波长的电磁辐射。

如图5所示，由于第一和第二反射器100a，100b的反射特性，三个辐射束(或源)被传送通过均化器100的出射平面(这代替了在没有均化器存在的情况下的单束光)。所述三个辐射束可被认为包括一个实辐射源104，和两个虚辐射源104a，104b，所述虚辐射源是所述实辐射源的像。所属技术领域人员应当认识到均化器100可以被修改以便在均化器100的出口可以出现多于或少于三个辐射束。

所述第一凸透镜101会聚来自辐射源104，104a，104b的辐射，以便来自每个辐射源的辐射被引导至一不同的透射杆102a-c。所述辐射可以被认为是三个独立的辐射束105a-c。所属技术领域人员应当认识到所述均化器100的输入可以被由辐射源104产生的辐射束105未充满(under-filled)以便产生所述三个独立的辐射束105a-c。第一凸透镜101被布置以至于所述辐射束105a-c的中间细部(waists)与所述透射杆102a-c对齐。

如上所述，在一实施例中，每个透射杆102a-c都由石英制成。但是，所述透射杆102a-c也可替代地由任何其他合适的在辐射源104产生的辐射波长下是透明的材料制成。在该例子中，第一杆102a比第二杆102b短。杆102a与102b在长度上的差别是基于由辐射源104产生的辐射束105在轴向上的相干长度来选择的。长度差别是这样的以便在进入杆102a和102b时是相干的两个辐射束105a和105b在离开透射杆102a和102b时不再相干。这种长度差别通过比较通过所述第一杆102a的辐射束105a所经历的路径长度与通过所述第二杆102b的辐射束105b所经历的路径长度来确定的。

在该例子中，所述第三杆102c比第二杆102b长。长度差别是这样的以便在进入杆102b和102c时是相干的两个辐射束105b和105c在离开透射杆102b和102c时不再相干。这种长度差别通过比较通过所述第二杆102b的辐射束105a所经历的路径长度与通过所述第三杆102c的辐射束105c所经历的路径长度来确定的。由于杆的折射率大于空气的折射率，当辐射在所述杆里时，其波长被压缩。这就意味着所述辐射束在所述杆里比它在空气里经历更多的波长周期。也就是说辐射束的路径长度增加了。

在一例子中，第二凸透镜103被布置来将辐射束105a-c会聚成一单一束。尽管图5显示了所述辐射束105a-c在聚焦面106里是空间上彼此分离的，但这只是用于说明目的。相反，辐射束105a-c被布置成以便它们在聚焦面106上相互组合，由此形成一单一辐射束。在不同的例子中，如图5示意性所示，该单一束可以被直接发送至一构图装置PD，或可选择地通过一分束器(例如如图1和2中所示的)或其他合适的束传送装置引导至构图装置。

在所示例子中，图5中所示的本发明的所述实施例均化所述辐射源104产生的束105，从而避免了传统系统中由相干束重叠引起的干涉问题。所述例子可以允许从高相干性(例如，由高相干性激光器产生的束)的束中去除相干性。现有的传统相干性去除器可能达不到这个目的。这在例如平板显示器制造领域或集成电路制造领域是理想的，因为其允许应用强度非常高的辐射源(这种辐射源通常是高度相干的)。

在所示例子中，图5中所示的系统只在一维上操作。这样做是为了易于说明，应当认识到，所述设备还可以通过适当的改进在二维上操作。例如可以使用杆的二维阵列，并且所述透镜101，103可以是球形的(圆柱形的透镜将应用在一维系统中)。

在一例子中，所述束的光圈数(f-numbers)被选择的足够大以至于光程长度的变化不会对入射到构图装置PD上的束产生明显的影响(例如，聚焦远心(telecentricity)，像场弯曲(field curvature)等)。

应当认识到，所述起相干性去除器作用的杆102可以被可选的相干性去除器代替。例如，可以使用要求每个束105A-C经过不同路径长度并随后重新组合所述束的任何合适的设备。术语“相干性去除器”不限于能完全除去所有相干性的设备，而是相反表示除去至少一些相干性的设备，以便具有相干性去除器的光刻设备的操作不会由相干辐射引起的问题显著影响(compromised)。

图6显示了根据本发明一实施例的用于从单一辐射束中去除相干性的相干性去除设备。所述相干性去除设备包括一分束器201和一系列稍微楔形(wedged)的部分反射板202。在一例子中，术语“稍微楔形的”指的是相对于光学器件的轴的法线具有一小的角度。一四分之一波片203与分束器201相邻地定位，一全反射反射镜204位于最后的部分反射板202后。在一例子中，所述分束器是一偏振分束器201并且所述一四分之一波片203被设置成以便第一偏振辐射通过所述偏振分束器201，但在其返回偏振分束器201的回程中被反射。在另一例子中，可以使用等效的配置以便所述辐射首先被偏振分束器201反射，然后在其返回偏振分束器201的回程中传送。

在一例子中，一准直的辐射辐射束205通过偏振分束器201和四分之一波片203，随后入射至部分反射板202上。每个部分反射板202反射辐射束205的一部分。由于部分反射板202是“稍微楔形的”，部分反射板间的气隙也是“稍微楔形的”，辐射束205的每个不同的反射将具有相对于束的其他反射稍微不同的倾斜。部分反射板202之间的间隔这样选择以便辐射束205的反射不彼此相干。这样，输出束206是不相干的，不会遇到干涉的问题。所述输出束206可被引导至例如一均化器或一构图装置。

图7显示了根据本发明一实施例的另一可选的用于去除相干性的设备。该设备包括第一组阶梯状反射镜300和第二组阶梯状反射镜301。一对偏振分束器302，303以及相关的四分之一波片304，305被布置来传送辐射至所述第一和第二组阶梯状反射镜300，301和传送来自所述第一和第二组阶梯状反射镜300，301的辐射。

在一例子中，所述第一组阶梯状反射镜300包括6个反射镜，每个反射镜在左手面306(所述面在设备的不同配置中具有不同的方位)是反射的。每个反射面306被提供在衬底307上，这些衬底被结合在一起以形成所述第一组阶梯状反射镜300。每个衬底307被选择成刚好比辐射束308的相干长度厚，通过其可以除去相干性。应当认识到，该厚度根据辐射束308在，例如空气，其它环境介质，真空等中的经过的路径长度确定，而不是仅在衬底本身内的路径长度。每个衬底307具有一有角度(angled)的下边缘，以便给定衬底307与提供在相邻衬底上的反射面306相接触的位置对于辐射束308来说是不可见的。

在一例子中，在使用时当所述辐射束308通过偏振分束器302和所述四分之一波片304时，束的不同部分被从所述第一组阶梯状反射镜300的反射面306反射。由于辐射束308的不同部分经历的不同路径长度，所述部分在从所述第一组阶梯状反射镜300反射之后不彼此相干。所述四分之一波片304随后旋转所述辐射束308的偏振以使得其被偏振分束器302反射。

应当认识到，在该例子中，相干性只是在一维上通过第一组阶梯状反射镜300的作用从束308中去除。通过使用第二组阶梯状反射镜301在第二维上从束308中去除相干性。为了便于说明在与所述第一组阶梯状反射镜300相同的平面内示出阶梯状的第二组反射镜。然而，在实际中所述第二组阶梯状反射镜301被在一垂直的平面上提供以便在第二方向上从所述辐射束308除去相干性。在图7的上下文里，所述第二组阶梯状反射镜301将与示出图7的纸面垂直。

在一例子中，所述第二组阶梯状反射镜301包括均被提供在衬底310上的反射面309。衬底310的厚度大于所述第一组阶梯状反射镜300的第一与最后反射面306之间的距离。这就确保所述第二组阶梯状反射镜301不会对辐射束308的各部分产生回程相干性的影响。所述辐射束308被通过第二偏振分束器303反射，通过所述第二四分之一波片305并被通过第二组阶梯状反射镜301的反射面309反射。所述辐射束308接着通过所述四分之一波片305和所述第二偏振分束器303，从其处所述辐射束可以被引导到均化器或构图装置。

在第一和第二组阶梯状反射镜300，301的作用后，辐射束308在二维上被横向地分成正方形区域或矩形区域，所述每个区域关于其相邻区域都是不相干的。

关于图5中的上述实施例包括一位于相干性去除器102之前的均化器100。但是，应当认识到，在其他实施例中，均化器可以位于相干性去除器的后面。

图8显示了根据本发明一实施例的位于位于相干性去除器后面的均化器。所述相干性去除器包括一组位于聚光透镜401之前的透射元件400并且所述均化器包括一具有平的反射顶面和底面的石英杆402。辐射束403被朝着透射元件组400引导。所述透射元件组400提供多个辐射束，所述辐射束被朝着聚光透镜401并且随后朝着均化器402引导。所述透射元件组400的每个元件具有一个与其相邻元件的光程长度不相同的光程长度，以便去除或减少辐射束403的相干性。例如，这种差异可以大于所述辐射源的相干长度。在一示例性的布置中，提供交替的长和短的透射元件。在另一示例性的布置(概括地示出)中，提供一系列阶梯状的透射元件。

图9显示了根据本发明一实施例的均化器。所述均化器可以用作例如上述提及的任一均化器。所述均化器包括第一石英板500和布置在与所述第一石英板500横切(transverse)的方向上的第二石英板501。要被均化的辐射束502通过第一圆柱形聚光透镜503传导至所述第一石英板500。来自第一石英板500表面的内反射导致束502在Y方向(为易于说明，图9中示出了笛卡尔坐标系)上被均化。第二圆柱形聚光透镜504将束502形成准直的圆形束，其通过第三圆柱形聚光透镜505，所述第三圆柱形聚光透镜505具有与所述第二圆柱形聚光透镜504相比旋转90度的方位。所述束502随后进入所述第二均化器板501，在那里所述束被在Z方向均化。在离开所述第二均化器板501时，所述束502被通过第四圆柱形聚光透镜506转化成准直的圆形束。圆柱形光学器件507然后调节所述束502，以便第一和第二石英板500，501上的图像一致。

尽管图9中所示的均化器包括第一和第二石英板500，501，但应当认识到，在可选实施方式中，可以使用两个平行的反射镜提供给定的石英板的功能。此外，为了优化它们的操作，所述反射镜的位置和定向是可以调节的。由任何其他合适材料制成的板可以用来代替所述石英板。

图10显示了根据本发明一实施例的一可选择的相干性去除器与均化器的结合。相干性去除器包括阶梯状系列透射杆600，所述透射杆600与透镜阵列601相邻。所述阶梯状系列透射杆600和所述透镜阵列601可以在二维方向上提供，为易于说明，图10中所示的是一维方向。所述透镜阵列601被布置成以便每个透镜将从给定透射杆600出射的辐射会聚到聚光透镜602上。所述聚光透镜602将来自透镜阵列601每个透镜的辐射会聚到衍射光学元件603上。所述聚光透镜602被布置成以便已经通过透镜阵列601的每个透镜的辐射会聚在所述衍射光学元件603上，从而形成一单一辐射束。在一例子中，所述衍射光学元件603包括一个或多个衍射图形，所述衍射图形被设置得将所述辐射衍射成具有可以被光刻设备(未示出)的投影光学器件(未示出)通过的结构的辐射束。图10示意性的显示了所述投影光学器件的一第一透镜604。

在一例子中，所述衍射光学元件603位于与透镜阵列601共轭的平面上。衍射光学元件603的该位置是理想的因为它避免了由阶梯状系列透射杆600提供的相位结构的散焦，从而避免了振幅调制和相应的强度不均匀性。

在一例子中，所述阶梯状系列透射杆600和所述透镜阵列601可以例如被以8×8的结构提供。当如此实现时，从其通过的辐射束将被转化成彼此异相的64个束的阵列。这些束被所述衍射光学元件603混合(也就是，均化)，结果是单一被均化的束传送到所述第一光学器件604。均化后的束不包括由干涉引起的强度调制(例如，干涉已经被消除至足够程度，不会再有明显的干涉发生)。所述衍射光学元件603可被用来将辐射束转化成一需要的束形状，其随后被传导至投影光学器件。

图11显示了根据本发明一实施例的相干性去除和均化设备。该实施例与图10中所示的实施例相似。参见图11，一阶梯状系列透射杆700与一衍射光学元件701相邻。所述衍射光学元件701将从给定透射光学元件输出的每个束分别地引导至聚光透镜702。由所述衍射光学元件701输出的每个辐射束通过聚光透镜702，所述聚光透镜702会聚所述辐射束以便他们在第二衍射光学元件703上在空间上相互重叠。重叠的辐射束形成均化的辐射束，所述均化的辐射束随后被通过所述第二衍射光学元件703转化成需要的束形状。

尽管图11中只显示了4个透射杆700，但应当认识到在实际中这可以是二维导杆阵列，所述导杆阵列可以例如包括8×8杆。类似地，所述衍射光学元件701可以布置成提供通过聚光透镜702会聚的64个束。

在本发明的上述实施例中，在使用包括第一和第二反射器的均化器时，所述反射器被描述为是彼此平行的。但是，所述反射器也可以彼此成一定角度。

图12显示了根据本发明一实施例的包含相互成一定角度的第一和第二反射器的均化器。均化器800包括一第一板800a和一第二板800b，每个板都相对于如虚线801所示的中心线成一定角度。这具有使所述均化器800的入射窗大于出射窗的效果，以便辐射离开均化器800的出射角大于辐射进入均化器的入射角。这由箭头802示意性的表示。调节均化器板800a和800b的角度允许通过均化器800的辐射的西格马被调节。在一例子中，均化器800的板800a和800b被可旋转地安装以允许他们的角定向可以被调节。这依次允许辐射的西格马被调节。

应当认识到，均化器800的入射窗也可以小于其出射窗，以便辐射离开均化器800的出射角小于辐射进入均化器的入射角。

上述说明涉及光学设备。应当认识到，该光学设备可以组成照明器或照明系统或形成照明器或照明系统的一部分。

上述说明涉及通道，例如，相干性去除器里的通道。这些通道可以是任何能透射、反射等辐射束的光学元件，所述辐射束也可以是一个或多个辐射束。例如，所述通道可以是光学透射元件，例如图5中的透射杆102。所述透射杆可以具有不同的光程长度。

上述说明涉及辐射，辐射源和辐射束。应当认识到所述辐射并不限于具有可见波长的辐射，而且可以包括其他适用于上述的光刻的包括紫外辐射或红外辐射的波长。

尽管在该文本中可以对特定装置(例如，集成电路或平板显示器)制造中的光刻设备、均化器，和/或相干性去除器的使用进行具体参考，但应理解，在此描述的光刻设备、均化器，和/或相干性去除器可以具有其它应用。应用包括但不限于集成电路、集成光学系统、用于磁畴存储器的制导和检测图形、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头、微-电机械装置(MEMS)等的制造。而且，例如在平板显示器中，可以使用本设备来辅助建立各种层，例如薄膜晶体管和/或滤色层。

尽管在光刻技术上下文中对本发明实施例的使用以上进行了具体参考，但将意识到，本发明可以用于其它应用中，例如压印光刻，其中本文允许并不限于光刻技术。在压印光刻中，构图装置的外形限定了建立在衬底上的图形。构图装置的外形可以压印到提供给衬底的一层抗蚀剂中，在衬底上的抗蚀剂通过进行电磁辐射、加热、压力或其组合来固化。抗蚀剂固化之后，构图装置移出抗蚀剂留下图形在其中。

虽然以上已描述了本发明的具体实施例，但将意识到，可以除所描述之外实施本发明。例如，本发明可以采取包含描述如上公开方法的一个或多个机器可读指令序列的计算机程序或具有这种计算机程序存储于其中的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。

结论

虽然以上已描述了本发明的各个实施例，但应当理解，它们仅借助实例表现，而不用于限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围条件下，可以进行形式和细节的各种改变。因此，本发明的宽度和范围不应当由以上描述的任一示范性实施例限制，但应当仅根据下面的权利要求和它们的等效物来限定。

要意识到，详细说明部分，而非概述和摘要部分，意图用于解释权利要求。概述和摘要部分可以提出一个或多个，但并不是由发明人预期的本发明的所有示范性实施例，因此，不意指以任何方式限制本发明和所附加的权利要求。

Claims (20)

1.一种光学设备，包括：

具有多个通道的相干性去除器；

将辐射束转化成多个辐射束的均化器，以便该多个辐射束的每个相应的辐射束通过所述相干性去除器的多个通道的每个相应的通道；和

位于所述均化器和相干性去除器之间的光学元件，该光学元件被布置为将从所述均化器输出的多个辐射束耦合进所述相干性去除器的各个通道。

2.如权利要求1所述的光学设备，其中所述相干性去除器包括：

多个透射光学元件，所述光学元件具有不同的路径长度，以便在进入所述相干性去除器时是初始彼此相干的多个辐射束的各个辐射束在离开相干性去除器时不再彼此相干。

3.如权利要求2所述的光学设备，其中所述透射光学元件被以阶梯状系列布置。

4.如权利要求2所述的光学设备，其中所述透射光学元件被以二维阵列布置。

5.如权利要求1所述的光学设备，还包括：

被布置为用于会聚从所述相干性去除器的各个通道出射的多个辐射束的凸透镜，以便从所述相干性去除器的各个通道出射的所述多个辐射束被彼此组合以形成单一辐射束。

6.如权利要求5所述的光学设备，其中：

所述光学设备形成光刻设备的一部分；

所述光刻设备包括构图阵列，该构图阵列包括独立可控元件阵列；以及

所述单一辐射束或由所述单一辐射束生成的多个辐射束被引导至所述构图阵列。

7.如权利要求1所述的光学设备，其中：

所述光学设备形成光刻设备的一部分；以及

所述光刻设备包括构图阵列，该构图阵列包含独立可控元件阵列。

8.如权利要求1所述的光学设备，其中所述均化器包括至少一个均化器板。

9.如权利要求1所述的光学设备，其中所述均化器包括一对平行的均化器板。

10.如权利要求1所述的光学设备，其中所述均化器包括一对彼此成一定角度的均化器板。

11.如权利要求10所述的光学设备，其中所述均化器板被可旋转地安装以便所述均化器板的角定向是可调的。

12.一种光刻设备，包括：

如权利要求1所述的光学设备；

调制从所述光学设备输出的辐射束的独立可控制元件阵列；和

将调制后的辐射束投射到衬底的目标部分上的投影系统。

13.如权利要求12所述的光刻设备，其中所述相干性去除器包括：

具有不同光程长度的多个透射光学元件。

14.如权利要求13所述的光刻设备，其中所述透射光学元件被以阶梯状系列布置。

15.如权利要求13所述的光刻设备，其中所述透射光学元件被以二维阵列布置。

16.如权利要求12所述的光刻设备，其中所述均化器包括至少一个均化器板。

17.如权利要求12所述的光刻设备，其中所述均化器包括一对平行的均化器板。

18.如权利要求12所述的光刻设备，其中所述均化器包括一对彼此成一定角度的均化器板。

19.如权利要求18所述的光刻设备，其中所述均化器板被可旋转地安装以便所述均化器板的角定向是可调的。

20.如权利要求12所述的光刻设备，其中所述投影系统包括：

布置为用于将各个辐射束引导至衬底上的透镜阵列。

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