专利名称：照明系统,投影曝光设备和器件制造方法
技术领域：
本发明一般涉及照明系统。本发明具体涉及照明系统，曝光设备和器件制造方法，其中波长为200-100nm的超紫外(EUV)区或X射线区的光源用于工件的曝光，例如，半导体晶片的单晶衬底或液晶显示器(LCD)的玻璃衬底。
背景技术：
作为制造有精细图形的半导体电路器件方法的例子，它是一个利用波长为13.4nm的EUV光缩小投影曝光方法。采用这个方法，利用EUV光照明有电路图形的掩模或标线片(在本发明中，这两个词可以互换使用)，掩模图形的图像以缩小比例投影到晶片的表面，因此，该表面上的抗蚀剂被曝光，掩模上图形就转移到这个表面。
基于曝光的光源波长λ和比例常数k1，投影曝光设备的分辨率R是由以下公式给出的R＝k1x(λ/NA)(1)另一方面，可以保持某种成像性能的聚焦范围称之为焦深。基于比例常数k2，焦深DOF是由以下公式给出的DOF＝k2x(λ/NA2)(2)图18是常规的EUV缩小投影曝光设备1000中主要部分的示意图。在图18中，标记1001是EUV光的光发射点，标记1002是EUV光束，而标记1003是滤光片。标记1004是第一旋转抛物反射镜，而标记1005是反射型积分器。标记1006是第二旋转抛物反射镜，而标记1007是反射型掩模。标记1008是构成投影光学系统的多个反射镜系统，而标记1009是晶片。标记1010是掩模平台，而标记1011是晶片平台。标记1012是弧形孔径，而标记1013是激光源。标记1014是激光聚焦光学系统，而标记1017是真空容器。图19是用于解释掩模1007上的照明区域1015与弧形区域1016之间关系的平面图，曝光是在弧形区域1016上实现的。
因此，曝光设备1000包括光源单元(1013和1014)，照明光学系统(即，第一旋转抛物反射镜1004，反射型积分器1005，和第二旋转抛物反射镜1006)，反射型掩模1007，投影光学系统1008，晶片1009，放置掩模的平台1010，放置晶片的平台1011，对准机构(未画出)，用于掩模和晶片的精确对准，真空容器1017，用于保持整个光学系统在真空中以避免EUV光的衰减，气体排出单元(未画出)，等等。
在照明光学系统中，来自光发射点1001的EUV光1002被第一旋转抛物反射镜1004收集，并投影到反射型积分器1005，从而形成二次光源。来自二次光源的EUV光被第二旋转抛物反射镜收集，并且EUV光互相叠加，从而均匀地照明掩模1007。
反射型掩模1007包括多层薄膜反射镜，上面有EUV吸收材料制成的非反射部分，用于确定转移图形。从反射型掩模1007反射的EUV光有电路图形的信息，EUV光投影光学系统1008成像到晶片1009的表面。
投影光学系统1008设计成在光轴中心之外的狭窄弧形区域内有良好的成像性能。考虑到这种情况，有弧形开口的孔径1012正好放置在晶片1009之前，以保证仅仅这个弧形区域用于曝光。为了确保转移矩形中整个掩模表面上的图形，在同时扫描反射型掩模1007和晶片1009中实施曝光过程。
投影光学系统1008是由多个多层薄膜反射镜构成，这种结构是为了使掩模1007的图形以缩小比例投影到晶片1009的表面。通常，它包括一个图像侧的远心系统。至于在物体侧(反射型掩模侧)，它通常有一个非远心结构，为了避免与照射到掩模1007的照明光发生物理干涉。
激光源1013射出的激光在靶处(未画出)被激光聚焦光学系统1014收集，该靶位于光发射点，从而形成高温等离子体光源。从这个等离子体光源的热辐射发射的EUV光1002被旋转抛物反射镜1004反射，从而形成平行的EUV光束。这个平行光束被反射型积分器1005反射，从而形成多个二次光源。
来自二次光源的EUV光被第二旋转抛物反射镜1006反射，以照明反射型掩模1007。此处，从二次光源到第二旋转抛物反射镜1006的距离和从第二旋转抛物反射镜1006到反射型掩模1007的距离设置成等于第二旋转抛物反射镜1006的焦距。
由于第二旋转抛物反射镜1006的焦点是在二次光源的位置，从一个二次光源发射的EUV光作为平行光照明掩模1007。因此，满足柯勒照明的条件。换句话说，照明反射型掩模上某个单点的EUV光是从所有二次光源分别发射EUV光的叠加。
如图19所示，掩模表面上的照明区域1015类似于凸反射镜或凹反射镜反射面的平面形状，这个反射镜是反射型积分器1005的组成部分。若反射镜形状是矩形，则它变成包含弧形区域1016的近似矩形区域，曝光实际上是在该区域进行的。投影光学系统1008设计成这样，二次光源的图像投影到投影光学系统1008的入射光瞳上。
掩模1007上弧形区域的照明必须是没有不规则的照明。除此之外，必须使光线的中心对准光线照射到弧形区域上的光强重心。然而，在常规的EUV缩小投影曝光设备中，这些条件不是总可以满足的。所以，在弧形区域内的某个点，若光线的重心不是与其中心对准，则出现这样一种结果，照明光主光线的投影偏离所要求的方向。这就造成掩模图形正确曝光的失败。
此外，如图19所示，在掩模1007的表面上，EUV光投影到包含弧形区域的矩形区域1015，曝光实际上是在该区域进行的。因此，浪费了对曝光没有贡献的EUV光，它被晶片1009之前的弧形孔径1012阻挡。就是说，在常规的EUV缩小投影曝光设备中，曝光量的损耗非常大，它导致曝光时间的延长和低的产量。
此外，在常规的EUV缩小投影曝光设备1000中，存在的另一个问题是，来自掩模1007反射光的光轴没有与投影光学系统1008的光轴对准，因此，反射光被投影光学系统1008所遮挡。
此外，在常规的EUV缩小投影曝光设备1000中，根据所需的分辨率线宽或产量，随意调整照明条件是很困难的，例如，相干因子σ，它对应于照明光学系统的掩模侧NA(数值孔径)与投影光学系统的掩模侧NA之间的比例。
此外，在常规的EUV缩小投影曝光设备1000中，虽然利用短波长的EUV光可以提高分辨率，但仍要求装置更加小型化。
发明内容
所以，本发明的一个目的是提供一种照明系统和/或利用照明系统的曝光设备，利用照明系统可以照明有均匀照度的照明区域，以及利用光线的中心可以对准光线照射到照明区域上的光强重心。本发明的另一个目的是提供一种器件制造方法，例如，它利用以上描述的曝光设备。
本发明的一个目的是提供一种照明系统，和曝光设备和/或利用曝光设备的器件制造方法，因此，可以减小光量的损耗，可以缩短曝光时间，并可以增大产量。
本发明的另一个目的是提供一种照明系统，和曝光设备和/或利用曝光设备的器件制造方法，因此，利用投影光学系统的光轴可以对准来自掩模反射光的光轴。
本发明的另一个目的是提供一种照明系统，和曝光设备和/或利用曝光设备的器件制造方法，因此，利用超紫外光区或X射线区光源发射的光可以改变照明条件。
本发明的另一个目的是提供一种照明系统，和曝光设备和/或利用曝光设备的器件制造方法，因此，与常规的分辨率比较，利用超紫外光区或X射线区光源发射的光可以获得较高的分辨率。
按照本发明的一个方面，提供一种照明系统，利用光源的光照明待照明的表面，其特征是第一反射型积分器；第一聚光反射镜系统，用于在待照明的表面上互相叠加所述第一反射型积分器的光束；第二反射型积分器，放置在光源与所述第一反射型积分器之间；和第二聚光反射镜系统，用于在所述第一反射型积分器上互相叠加所述第二反射型积分器的光束。
在一种优选形式中，所述第一反射型积分器有多个分段确定的反射面，每一分段是部分的圆柱面，多个分段基本上是互相平行放置的，因此，待照明表面上的照明区域是弧形。
在一种优选形式中，所述第二反射型积分器有多个分段确定的反射面，每一分段是部分的圆柱面，多个分段基本上是互相平行放置的，其中所述第一反射型积分器和第二反射型积分器中圆柱面的母线基本上是互相垂直的。
在一种优选形式中，所述第二反射型积分器有多个分段确定的反射面，每一分段是部分的球面，这些分段布置成二维形式。
在一种优选形式中，圆柱面有是凸面形，凹面形，和凸面形和凹面形的组合之一。
在一种优选形式中，所述照明系统有这样的结构，相对于子午截面，待照明表面的照明是临界照明，而相对于径向截面，待照明表面的照明是柯勒照明。
在一种优选形式中，照明系统还包括(i)放置在所述第一聚光反射镜系统与待照明表面之间的光阑，它的孔径确定待照明表面上的照明区域，和(ii)反射光学系统，利用穿过所述孔径的光，把所述光阑的所述孔径成像到待照明的表面。
在一种优选形式中，照明系统还包括调整单元，用于偏心地和/或旋转地至少移动所述反射光学系统中一个反射镜，从而调整光照射到待照明表面的入射角。
在一种优选形式中，照明系统还包括有孔径的光阑，用于确定待照明表面上的照明区域。
在一种优选形式中，照明系统还包括调整单元，用于偏心地和/或旋转地至少移动所述第一聚光反射镜系统中一个反射镜，从而调整光照射到待照明表面上的入射角。
按照本发明的另一个方面，提供一种用于照明待照明表面的照明系统，其特征是反射镜系统，用于引导光源的光到待照明的表面；和调整单元，用于偏心地和/或旋转地至少移动所述反射镜系统中一个反射镜，从而调整光照射到待照明表面上的入射角。
按照本发明的另一个方面，提供一种利用光源的光照明待照明表面的照明系统，其特征是第一反射型积分器；第一光学系统，用于投影光源的光到所述第一反射型积分器；和第二光学系统，用于在待照明的表面上互相叠加所述第一反射型积分器的光束；其中所述第一光学系统包括改变单元，用于改变光照射到所述第一反射型积分器上的直径和/或形状。
在一种优选形式中，所述改变单元包括有孔径形状和/或尺寸各不相同的多个光阑；和驱动系统，用于有选择地放置一个所述光阑到所述第一反射型积分器的反射面或其附近。
在一种优选形式中，每个孔径的形状是在沿光入射到所述第一反射型积分器的入射平面方向上伸展。
在一种优选形式中，所述改变单元包括(i)第二反射型积分器，聚光反射镜系统，用于在所述第一反射型积分器上互相叠加所述第二反射型积分器的光束；和(ii)有可变孔径直径的光阑，它放置在所述第二反射型积分器的反射面或其附近。
在一种优选形式中，所述改变单元包括(i)多个第二反射型积分器，其发射光的发射角各不相同；(ii)聚光反射镜系统，用于在所述第一反射型积分器上互相叠加所述第二反射型积分器的光束；和(iii)驱动系统，用于有选择地放置一个所述第二反射型积分器到光源的光程上。
在一种优选形式中，照明系统还包括有可变孔径的光阑，它放置在所述第二反射型积分器的反射面或其附近。
按照本发明的另一个方面，提供一种利用光源的光照明待照明表面的照明系统，其特征是第一反射型积分器，其反射面是在光瞳位置；第一光学系统，用于倾斜地投影光源的光到所述第一反射型积分器；第二光学系统，用于在待照明的表面上互相叠加所述第一反射型积分器的光束；和光阑，放置在所述第一反射型积分器的反射面或其附近，所述光阑的孔径形状是在沿光倾斜入射到所述第一反射型积分器的入射平面方向上伸展。
在一种优选形式中，该形状对于完成待照明表面上照明区域的形变照明是有效的。
在一种优选形式中，该形状是圆环形状。
在一种优选形式中，该形状是四极形状。
在一种优选形式中，光源的光波长不大于20nm。
按照本发明的另一个方面，提供一种曝光设备，利用上述的照明系统照明标线片或掩模上形成的图形，以及利用投影光学系统投影该图形到工件上。
按照本发明的另一个方面，提供一种器件制造方法，包括以下步骤利用上述的曝光设备曝光有器件图形的工件，以及对曝光的工件完成预定的处理。
权利要求书中所述的器件制造方法的保护范围，扩展至作为中间产品或最后产品的器件。例如，该器件可以是半导体芯片(例如，LSI或VLSI)，CCD，LCD，磁传感器，或薄膜磁头。
在结合附图理解以下描述的本发明几个优选实施例之后，本发明的这些和其他目的，特征和优点变得更加显而易见。
图1是按照本发明第一个实施例的曝光设备示意图。
图2A是凸面型积分器的透视示意图，它可应用于图1所示曝光设备中的反射型积分器。
图2B是凹面型积分器的透视示意图，它可应用于图1所示曝光设备中的反射型积分器。
图3是用于解释有图2A和2B所示凸圆柱面的反射型积分器工作的示意图。
图4A是用于解释图3所示反射型积分器的圆柱面处光反射的透视图。
图4B是用于解释图3所示反射型积分器的圆柱面处光反射的矢量图。
图5是用于解释图4A所示圆柱面反射光的角分布示意图。
图6是用于解释图1所示曝光设备中两个积分器确定的弧形照明的放大图。
图7是图1所示光源侧反射型积分器的另一个例子的透视示意图。
图8是按照本发明第二个实施例的曝光设备示意图。
图9是按照本发明第三个实施例的曝光设备示意图。
图10是用于解释图9的曝光设备中一个光源侧积分器的示意图。
图11是用于解释图9的曝光设备中另一个光源侧积分器的示意图。
图12是用于解释交换照明光学系统数值孔径的过程示意图，其中互换图9的曝光设备中光源侧积分器。
图13是类似于图12的示意图，用于解释交换照明光学系统的数值孔径的过程，其中互换图9的曝光设备中光源侧积分器。
图14A是利用图9所示曝光设备中掩模侧积分器的一个光阑例子的平面图。
图14B是利用图9所示曝光设备中掩模侧积分器的另一个光阑例子的平面图。
图14C是利用图9所示曝光设备中掩模侧积分器的另一个光阑例子的平面图。
图15是用于解释图9的曝光设备中掩模侧积分器，旋转抛物反射镜和遮光叶片的示意图。
图16是用于解释制造诸如半导体晶片(IC或LSI)，LCD，CCD器件的过程流程图。
图17是用于解释图16的步骤4中晶片处理的详细流程图。
图18是常规曝光设备的示意图。
图19是用于解释掩模上的照明区域与曝光区域之间关系的平面图。
具体实施例方式
现在参照附图描述本发明的几个优选实施例。
参照附图，详细地解释按照本发明第一个实施例的曝光设备10。
这个实施例的曝光设备10是分步扫描曝光型投影曝光设备，它利用EUV光(例如，波长＝13.4nm)作为曝光的照明光。如图1所示，曝光设备10包括光源单元100，照明光学系统200，掩模300，投影光学系统400，和待曝光的工件500。此外，曝光设备10包括掩模平台350，用于承载掩模300；和晶片平台550，用于承载工件500。掩模平台350和晶片平台550连接到控制单元(未画出)，利用控制单元进行驱动控制。光源单元100和照明光学系统200协同工作构成照明系统。此处，图1是曝光设备的示意图。
EUV光的大气透射率是很低的。考虑到这种情况，在曝光设备10中，光源单元100置于真空容器12中，而其余的部件200-550置于另一个真空容器14中。应当注意，本发明覆盖这样一种情况，其中至少EUV光的光程保持在真空环境。
在光源单元100中，EUV光是从等离子体光发射点120产生的。光源单元100包括喷嘴130，用于射出液滴，作为等离子体产生的靶；液滴收集装置140，用于校正没有被激励激光照射的液滴，以便重新使用；旋转椭圆反射镜150，和滤光片170。
高功率激励脉冲激光110是从激励激光单元(未画出)射出的，它包括激励激光源和聚光光学系统。在光发射点120的位置上收集这个脉冲激光。作为激光等离子体光源靶的液滴(例如，Xe)以恒定的时间间隔连续地从喷嘴130射出，它们传播通过光收集点120。当如此射出的液滴正好到达位置120时，激励激光脉冲光照射液滴，因此，形成高温等离子体发射点120。利用来自等离子体的热辐射，辐射状发射出EUV光。
在这个实施例中，虽然Xe液滴用作靶，但是，Xe气体可以从喷嘴射出到真空中作为靶，并可以利用绝热膨胀产生的气体束。另一个方案是，可以利用金属表面冷却和固化Xe气体，或可以选取金属铜制成的带子。此外，虽然这个实施例利用激光等离子体方法产生EUV光，但也可以利用波纹机作为EUV光源。此外，关于EUV光的产生方法，可以采用Z收缩方法或放电方法，例如，空心阴极触发Z收缩，毛细管放电，等离子体聚焦等。
从等离子体发射点120射出的EUV光被旋转椭圆反射镜150收集，从而产生EUV光束160。旋转椭圆反射镜150有形成的反射多层薄膜，以确保高效率的反射。由于它从高温等离子体120吸收部分的辐射能，在曝光过程中它的温度变得很高。因此，这种材料应当是具有高热导率的金属。此外，可以利用合适的冷却装置(未画出)连续地冷却这种材料。滤光片170用于阻挡来自等离子体或其附近区域散射的粒子(碎屑)，滤光片也拦截EUV光中多余的波长。EUV光束从容器12与14之间接口的窗口210引入到真空容器14内部的照明光学系统200。窗口210的功能是，在保持真空的同时使EUV光160通过。
照明光学系统200的功能是利用弧形的EUV光均匀地照明掩模300，弧形的EUV光对应于反射型缩小投影光学系统100的弧形视场。它包括旋转抛物反射镜220和260，抛物反射镜240，反射型积分器230和250，遮光叶片270，中继光学系统282-286(采用280作为代表，除非另有说明)，和调整单元290。
旋转抛物反射镜220的功能是反射通过窗口210引入的EUV光160，以产生平行的光束222。如此产生的平行的EUV光222照射到有多个凸圆柱面232的反射型凸圆柱面积分器230上。积分器230中这些圆柱面232产生二次光源，从这些二次光源射出的EUV光线被抛物反射镜240收集并互相叠加，因此，有多个凸圆柱面252的反射型积分器250可以被基本均匀强度分布的光照明，其方向是沿积分器250中圆柱面排列的方向。
反射型积分器230有多个圆柱面，这些圆柱面与旋转抛物反射镜240一起用于均匀地照明反射型积分器250(即，基本上是以下描述的柯勒照明)。利用这种安排，可以使弧形照明区域(以下描述)内的光强分布在径向方向上是基本均匀的。与此同时，可以使反射型积分器提供的有效光源分布是均匀的。反射型积分器230和250可以利用有图7所示重复周期的蝇眼反射镜230A代替，其中大量微小的凸球面或凹球面按照二维方向排成阵列。
反射型积分器250有多个圆柱面，它的功能是均匀地照明掩模表面。此处，参照图2A-4B，详细地解释积分器250均匀照明弧形区域的原理。图2A是用于解释平行光入射到有多个反射型凸圆柱面252的积分器250的透视示意图。光的入射方向描绘积分器250的情况。图2B是有多个反射型凹圆柱面252A的积分器250A的透视示意图，它具有与图2A类似的效应。此外，积分器230的结构类似于有反射型凸圆柱面252的积分器250的结构。可以利用图2B所示有反射型凹圆柱面252A的积分器250A代替积分器230和250。或者，它们可以是凸圆柱面和凹圆柱面的组合。
如图2A所示，若大致平行的EUV光入射到有多个圆柱面252的反射型积分器250上，则积分器250产生二次光源。此外，从这些二次光源射出EUV光的角分布是圆锥形。然后，利用其焦点位于二次光源位置的反射镜反射EUV光，随后，利用反射的EUV光照明掩模300或掩模300的共轭平面，完成弧形的照明。
图3是有反射型凸圆柱面252的积分器250的局部放大图。图4A和4B分别是用于解释EUV光在积分器250的圆柱面252处反射的透视图和矢量图，积分器250有反射型凸圆柱面252。图5是用于解释积分器250中圆柱面252反射EUV光的角分布示意图，积分器250有反射型凸圆柱面252。
为了解释有多个圆柱面252的反射型积分器250的工作原理，首先参照图4A和4B描述平行光入射到单个圆柱反射镜时引起反射光的作用。
现在，如图4A所示，考虑这样一种情况，其中平行光以相对于垂直Z轴(圆柱面的中心轴)的平面(x-y平面)的夹角θ入射到单个圆柱面。其中入射平行光的光线矢量是P1，圆柱形反射面的法线矢量是n，于是，可以利用以下的矢量公式确定P1和n。此处，除了以下实际附加箭头的矢量以外，为了方便，省略附加在P1，n，等等上代表矢量的箭头。P→1=0-cosθsinθ----(3)]]>n→=-sinαcosα0----(4)]]>参照图4B，若n到-P1的正交投影矢量是“a”，则“a”可以利用以下公式表示 =|P→1|·{(-P→1·n→)/(|-P→1||n→|)}·n→----(5)]]>=-(P→1·n→)n→]]>此外，反射光P2的光线矢量是由以下公式给出P→2=a→+b→=a→+(P→1+a)=P→1+2a→----(6)]]>根据公式(3)和(4)，P2是由以下公式给出P→2=P→1-2(P→1·n→)n→]]>=0-cosθsinθ+2cosθcosα-sinαcosα0=-cosθsin2αcosθcos2αsinθ----(7)]]>若反射光P2的光线矢量投影到x-y平面上是Q，则它可以由以下公式定义Q→=-cosθsin2αcosθcos2α=cosθ·-sin2αcos2α=R-sin2αcos2α----(8)]]>因此，在图5所示的相位空间画图时，Q出现在半径R＝cosθ的圆周上，它的范围是-2φ≤2α≤2φ。即，反射光P2是圆锥形的发散光，二次光源是在圆锥峰(顶点)的位置。其中圆柱面是凹面，二次光源是在反射面之外的实像。若圆柱面是凸面，则二次光源是在反射面之内的虚像。
此外，如图3所示，反射面仅仅是由部分的圆柱面所限定的，其中心角是2φ，反射光P2的光线矢量是P2，如图5所示，在x-y平面上弧形的中心角是4φ。
随后，考虑这样一种情况，其中平行光入射到包括部分圆柱面的反射镜，且旋转抛物反射镜的焦点是在二次光源的位置和焦距为f，另一方面，被照明的表面放置在离这个旋转抛物反射镜的距离为f的位置。从二次光源射出的光是锥形的发散光，在被焦距为f的反射镜反射之后，发散光转变成平行光。此时的反射光是片状光束，具有半径为fxcosθ和中心角为4φ的弧形横截面形状。因此，仅仅可以照明半径为fxcosθ和中心角为4φ的弧形区域。
虽然以上的描述涉及单个圆柱反射面，以下考虑这样一种情况，如图2A所示，其中宽弧形积分器250有互相平行排列的多个圆柱面252，且厚度为D的平行光沿图示的方向入射到它的上面。若旋转抛物反射镜和掩模300的位置与以上例子中的相同，则有互相平行排列的多个圆柱面反射镜反射光的角分布与以上的例子中的相同。因此，在掩模300上，可以照明半径为fxcosθ和中心角为4φ的弧形区域。此外，由于照射到掩模300上单个点的光线来自反射镜上的整个照射区域，该反射镜有多个排列的圆柱面，这些光线的角扩展是D/f。数值孔径NA是由sinθ给出的，因此，照明光学系统200的数值孔径是D/(2f)。若投影光学系统400的数值孔径在掩模300侧是NAp1，则相干因子σ是σ＝D/(2fNAp1)。所以，根据照射到积分器250上平行光的厚度，可以设定最佳的相干因子σ。
基于利用上述积分器250以及利用积分器230照明弧形区域的原理，这个实施例确保更有效和均匀地照明弧形区域。现在，参照具体地画出图1中积分器230和250的图6，更详细地描述这个实施例中的结构。
在图6中，积分器230中多个凸圆柱反射面232的直线方向235(母线方向)垂直于图纸平面。附图中的标记233是积分器230的底面。此外，积分器250中多个凸圆柱反射面252的直线方向255平行于图纸平面。附图中的标记253是积分器250的顶面。
如上所述，这个实施例中的重要特征是，关于两个积分器230和250的空间布置，凸圆柱反射面232的排列方向与凸圆柱反射面252的排列方向是互相正交放置的。如以下所描述的，这种安排确保均匀的弧形照明。
如图6所示，当大致平行的EUV光束222入射到积分器230的反射面231时，即，与方向235垂直的方向，在积分器230内部形成二次光源的虚像，EUV光线以相对小的预定发散角θ1从各自的二次光源上反射。这种发散EUV光被抛物反射镜240反射，因此，它作为平行光入射到积分器250的反射面251。
抛物反射镜240是这样布置的，它的焦点位置与积分器230的反射面231基本对准，来自反射面231上各个圆柱面232的反射光线在积分器250的反射面251上互相叠加。由于抛物反射镜240足以使积分器250中圆柱反射面251上沿长度方向(母线方向)的光强分布是均匀的，虽然该反射镜应当有抛物形部分，但并不总需要利用其旋转抛物反射镜。抛物反射镜240的位置是这样的，它相对于积分器250的反射面251大致满足柯勒照明。利用这种安排，在积分器250的反射面251上，具体地说，在255的方向上，获得更均匀的强度分布。
如参照图2A至图5所描述的，有多个凸圆柱反射面的积分器250反射的EUV光束被旋转抛物反射镜260收集，在遮光叶片270上确定均匀的弧形照明区域，其中遮光叶片270是在其焦距f的位置上。
如图6部分的正视图所示，遮光叶片270有吸收EUV光材料制成的挡光部分272和最适合于曝光的弧形孔径274。遮光叶片270的功能是阻挡对弧形照明没有贡献的多余杂散光，它的另一个功能是设定所需的狭缝宽度，与缝宽调整机构(未画出)协同工作，通过局部地改变缝宽以校正照明的非均匀性。
利用上述的结构，在弧形照明区域，关于沿着弧的角方向(即，θ方向)，来自积分器250中多个圆柱面252的多个光束互相叠加，从而确保照明均匀性。关于垂直于弧的辐射方向(即，r方向)，来自积分器230的多光束互相叠加，从而确保照明均匀性。所以，其效率远远高于常规结构中的效率，并获得非常均匀的弧形照明。
通过遮光叶片270中弧形开口的EUV光束被中继光学系统280转变成所需的放大光，此后，它在掩模平台350夹持的反射型掩模300上确定弧形照明区域，从而实现弧形照明。中继光学系统280包括多个反射镜表面，它的功能是以预定的放大倍数放大或缩小弧形区。
调整单元290是主光线(光轴)的调整机构。它的功能是调整来自反射型掩模300的反射光，在中继光学系统280中反射镜的位置产生微小偏心运动和旋转运动，从而使反射光与投影光学系统400中入射光侧的光轴很好地对准。
此外，如图8所示，遮光叶片270可以放置在掩模300附近，就可以缩小中继光学系统280的尺寸。图8是图1所示曝光设备10的变型例子中主要部件的示意图，给对应的元件分配相同的数字，我们省略重复的解释。
每个反射镜的表面，包括掩模300，在其上面形成一个多层薄膜，其中两种材料有大的折射率差和小的吸收率，以曝光波长的一半作为间隔交替和重复地形成这个多层薄膜。这可以确保EUV光在大致正入射方向投影到薄膜上时有很高的反射率。为了有较高的反射率，通常使用Mo或Si作为这种材料。然而，即使在此情况下，可获得的最高反射率约为60％至70％。
由于这个原因，在照明光学系统200中，为了抑制反射光强的损耗，使用的反射镜数目必须是最少。按照本发明的这个实施例，有弧形开口的遮光叶片放置在反射型掩模300的反射面附近。这可以省去图1中的中继光学系统282和284，因此，提高了照明光学系统200的效率。应当注意，也是在图8的情况中，可以利用图中未画出的调整单元主光线(光轴)产生反射镜288的微小偏心运动和旋转运动，从而调整来自反射型掩模的反射光，使反射光与投影光学系统400的入射光侧光轴很好地对准。
以下，参照图9，描述可以设定所需照明条件的本发明另一个实施例。图9是按照本发明第三个实施例的曝光设备10B的示意图。
与图1中所示曝光设备10比较，曝光设备10B包括两个反射型积分器230和230B，根据所需的照明条件，这两个积分器可以互换使用；光阑236和256；以及与其相关的光阑驱动系统238和258。
反射型积分器230和230B都是有多个凸圆柱面的反射型积分器，但是它们之间的差别是圆柱面的曲率半径(和聚光本领)。通过互换积分器230和230B，照明系统的相干因子σ，即，数值孔径，可以调整到所需的值。以下给以详细的描述。
图10是有多个凸圆柱面232的积分器230表面的示意图，而图11是积分器230B表面的示意图。在这个例子中，积分器230和230B中圆柱面232和232B的曲率半径r1和r2设置成满足关系式r1＜r2。
现在，考虑这样一种情况，其中平行光束从上方投影和入射到积分器230的凸圆柱反射面。在此情况下，虽然光束被凸圆柱反射面231发散，但是在凸表面的内部，在与曲率中心O的距离为r1/2的位置上，出现一个虚像的聚焦点。因此，反射光是由以下公式给出的发射角θ1反射成发散光θ1≈2W/r1(9)类似地，在积分器230B中，在与凸圆柱面232B的曲率中心O距离为r1/2的位置上，光聚焦点是作为虚像出现的。因此，反射光成为以下公式给出发射角θ2的发散光θ2≈2W/r2(10)此处，根据关系式r1＜r2，使关系式θ1＞θ2得到满足。就是说，积分器230反射光的发散角θ1大于积分器230B反射光的发散角θ2。
图12和13是用于解释通过互换积分器230和230B交换照明光学系统200数值孔径的过程示意图。在图12中，当通过光阑236的大致平行的EUV光束222入射到积分器230的反射面231时，在积分器230的内部形成二次光源的虚像，而EUV光以预定的发散角θ1从各个二次光源上反射。如此发散的EUV光束被焦距为f的抛物反射镜240收集。然后，通过光阑256，作为大致平行光的光束投影到积分器250的反射面251上。
有多个凸圆柱反射面251的积分器250反射的EUV光束被旋转抛物反射镜260收集，因此，在遮光叶片270上确定均匀的弧形照明区域，遮光叶片270放置在其焦距为f2的位置。此处，照明光学系统200在遮光叶片270处的数值孔径NA1是由以下公式给出的NA1＝θ1′/2≈(f1·θ1)/2f2(11)数值孔径NA1对应于这样一个量，它正比于照明光学系统200在反射型掩模300处的数值孔径，且它正比于发散角θ1。
如图13所示，借助于交换机构(未画出)，当积分器230被积分器230B代替时，类似地，照明光学系统200在遮光叶片270处的数值孔径NA2是由以下公式给出的NA2＝θ2′/2≈(f1·θ2)/2f2(12)根据关系式θ1＞θ2，可以看出，与使用积分器230B的情况比较，使用积分器230时可以得到照明光学系统200较大的数值孔径，且相干因子σ也较大。
虽然已经描述互换使用两个积分器230和230B的例子，为了逐步改变相干因子σ，可以互换使用有不同发散角的多个积分器，例如，利用转盘进行互换。或者，通过互换光阑256，可以控制入射光束的直径到所需尺寸以响应积分器230的交换。这可以确保更精确地控制相干因子σ。
光阑236放置在反射型积分器230或230B之前，它有光阻挡部分237a和开口237b。光阑236是由光阑驱动系统238驱动的，因此，可以连续地改变开口237b的孔径直径。此外，光阑236可以放置在积分器230或230B的表面或其附近。在此情况下，一旦通过光阑236的光束可以再通过光阑236而不受遮挡。调整开口237b的孔径直径以响应从控制系统(未画出)加到光阑驱动系统238的信号。光阑驱动系统238可以包括现有技术中已知的任何一种结构，例如，可变光阑机构。
此外，可以这样调整积分器的位置，积分器的交换不会造成确定二次光源的平面位置的移动。若由于交换积分器使照明表面上的照明是非均匀的照明，例如，通过调整遮光叶片的形状可以校正这种非均匀的照明。
通过改变光阑236的孔径直径，如附图中虚线所示，可以调整沿平行于附图纸面方向光束入射到积分器250的扩展。就是说，若在附图9中的光阑236孔径直径变大，则在在附图9中，可以调整其径向上的弧形狭缝宽度，该狭缝确定遮光叶片270上的照明区域。此外，通过调整光阑256，不但可以调整积分器230和230B的交换，而且可以调整光束照射到积分器250上的厚度D。利用这个过程，可以调整相干因子σ到所需的大小，从而可以校正非均匀的照明。
光阑256放置在反射型积分器250之前。光阑256是由光阑驱动系统258驱动的，用于连续改变它的孔径直径，因此，可以确定所需的有效光源分布。光阑256有光阻挡部分257a和开口257b。光阑256可以放置在积分器250的表面或其附近。在此情况下，一旦通过光阑256的光束可以再通过光阑256而不受遮挡。
通过光阑256并被积分器250反射的EUV光束被旋转抛物反射镜260收集，积分器250有多个凸圆柱反射面，从而在遮光叶片270上确定均匀的弧形照明区域，遮光叶片270放置在反射镜的焦点位置上。
参照图14A-14C和15，描述通过交换光阑256完成形变照明的过程，例如，环形照明。图14A-14C是可以用于光阑256的光阑平面图。图14A表示普通照明的光阑256A。图14B表示称之为环形照明的光阑256B。图4C表示称之为四极照明的光阑256C。可以制成转盘形式的几个图形，例如，图9中所示的光阑256，转盘可以借助于光阑驱动系统258转动以响应来自控制系统(未画出)的信号，从而有选择地利用所需的孔径形状。可以利用任何其他的机械过程而不使用转盘，例如，按顺序互换多个光阑。
如图9所示，光阑256放置在积分器250的反射面251附近。因此，在积分器250的反射面251处，若光束照射到积分器250上的入射角为θ，则光束直径是在沿光入射到积分器250的平面方向(平行于附图纸面的方向)上扩展，其放大倍数为1/cosθ。考虑到这种情况，光阑256的孔径257b形状必须在相同的方向以放大倍数1/cosθ扩展。在图14A中，例如，在光阑256A用于限制入射光束的直径成圆形时，这个椭圆的纵横比为1/cosθ。相同的情况适用于图14B中的光阑256B和图14C中的光阑256C。
以下，取光阑256B(设置环形照明模式)作为例子，解释基于光阑256的形变照明原理。形变照明方法是超分辨率技术方法之一，即，RET(分辨率提高技术)，它是基于减小公式(1)中比例常数k1的值。
图15表示从图9中所示结构中取出的积分器250，旋转抛物反射镜260和遮光叶片270。图15(a)(上半部分)是侧视图，而图15(b)(下半部分)是顶视图，这是从被照射的反射镜260中看到的。确定环形照明模式的光阑256B放置成如图15A所示，为了描述简单化，它不出现在图15B中。
关于入射到反射型积分器250的光束，其光轴中心部分和其直径以外的部分被光阑256阻挡，因此，光是以环形分布259的形式反射，其形状是椭圆形。环形分布259的形状对应于光阑256B的孔径形状。如此形成的光束被旋转抛物反射镜260收集，因此，均匀照明区域确定在遮光叶片270的位置，遮光叶片270放置在焦距f2的位置。由于光束的中心部分被阻挡，收集的光束是图15中有阴影线262的光束。这也是图15(b)中的情况，光束是有阴影线264的光束。按照这种方式，反射型积分器250的功能是照明掩模300(通过临界照明)，因此，在弧形区域的角方向，二次光源互相叠加，而在弧形区域的径方向上，所有的光线汇集成一个点。这意味着，在主光线与光轴之间相交点的位置，即，在瞳平面的位置295，完成278所示的照明分布，即，环形照明。
再参照图1，我们描述这个实施例中的曝光方法。掩模300的结构是相同的，与图8和9中的结构一样。
反射型掩模300包括多层薄膜反射镜，在其上面形成EUV吸收材料制成的非反射部分以确定转移图形。反射型掩模300的照明是弧形照明，从它反射的EUV反射光携带掩模300上电路图形的信息。然后，EUV光被投影光学系统400以适合于曝光的放大倍数投影和成像到有光敏材料的工件500上，从而完成电路图形的曝光。这个实施例中的投影光学系统400包括有6个反射镜的反射型投影光学系统，但是反射镜的数目不限制于6个。例如，可以利用所需4个，5个或8个反射镜。
工件500由晶片平台550牢固地夹住。它的功能是沿附图纸面的纵向和横向平移运动。这个运动是利用激光测量装置控制的，例如，激光干涉仪(未画出)。若投影光学系统400的放大倍数是M，则反射型掩模300可以沿平行于附图纸面的方向以速度v作扫描运动，与此同时，工件500可以沿平行于附图纸面的方向以速度v/M运动。通过这种同步扫描，完成整个表面曝光。
虽然这个实施例中涉及晶片曝光，待曝光的工件500不限制于晶片。例如，它可以是液晶衬底，或需要处理的任何其他部件。工件500上涂敷光致抗蚀剂。光致抗蚀剂涂敷过程可以包括预处理，粘合剂增强处理，光致抗蚀剂处理，和预烘烤处理。预处理可以包括清洗，干燥等。粘合剂增强处理是用于改进表面质量的处理(利用界面激活剂的疏水处理)，例如，可以涂敷或蒸汽沉积诸如HMDS(六甲基二硅氨烷(Hexamethyl-disilazane))的有机薄膜。预烘烤处理是烘烤步骤(烧结)以去除溶剂，但它与显影过程之后的类似步骤比较是很和缓的。
晶片平台550用于支承工件500。关于晶片平台，可以利用现有技术中已知的任何结构。例如，可以利用线性电动机使工件500沿X，Y和Z方向运动。借助于未画出的控制单元，掩模300和工件500的运动是互相同步。此外，例如，借助于激光干涉仪，监测掩模平台350和晶片平台550的位置，这些平台以恒定的速度比运动。
以下，参照图16和17，解释一个实施例中的器件制造方法，该方法利用上述的曝光设备。
图16是用于解释制造各种微型器件的过程流程图，例如，半导体晶片(IC或LSI)，液晶屏面，或CCD。作为例子，此处解释半导体晶片的制作过程。步骤1是设计半导体器件电路的设计过程。步骤2是基于电路图形设计的掩模制作过程。步骤3是利用诸如硅材料的晶片制备过程。步骤4是称之为预处理的晶片处理，其中利用如此制备的掩模和晶片，采用光刻法在晶片上实际制成电路。此后的步骤5是称之为后处理的组装步骤，其中步骤4中处理过的晶片制成半导体芯片。这个步骤包括组装(切割和压焊)过程和封装过程(芯片密封)。步骤6是检查步骤，其中对于步骤5制成的半导体器件进行运行检查和耐用性检查。利用这些过程，制成半导体器件并运输发货(步骤7)。
图17是用于解释晶片处理的详细流程图。步骤11是用于氧化晶片表面的氧化过程。步骤12是CVD处理，用于在晶片表面上形成绝缘薄膜。步骤13是电极形成过程，利用蒸汽沉积方法在晶片上制成电极。步骤14是离子注入过程，用于注入离子到晶片中。步骤15是抗蚀剂处理，加抗蚀剂(光敏材料)到晶片上。步骤16是曝光过程，利用上述的曝光设备通过曝光使掩模的电路图形印制到晶片上。步骤17是显影过程，用于显影已曝光的晶片。步骤18是蚀刻过程，用于去除显影抗蚀剂图像以外的部分。步骤19是抗蚀剂分离过程，用于蚀刻过程之后分离残留在晶片上的抗蚀剂材料。通过重复这些过程，电路图形重叠地形成在晶片上。
利用这些过程，可以制成高密度的微型器件。
这个实施例中的器件制造方法确保制作高质量的器件。因此，利用上述曝光设备10的器件制造方法和按照该方法制成的器件都是本发明所包含的内容。
虽然本发明的描述是参照此处公开的结构，但它不限制于此处描述的这些细节，本申请应当覆盖为了改进目的或以下权利要求书范围内的各种改动和变化。
权利要求
1.一种照明系统，用于利用光源的光照明待照明的表面，其特征在于包括第一反射型积分器；第一聚光反射镜系统，用于在待照明的表面上互相叠加所述第一反射型积分器的光束；第二反射型积分器，放置在光源与所述第一反射型积分器之间；和第二聚光反射镜系统，用于在所述第一反射型积分器上互相叠加所述第二反射型积分器的光束。
2.按照权利要求1的照明系统，其中所述第一反射型积分器有多个分段确定的反射面，每一分段是部分的圆柱面，多个分段基本上是互相平行放置的，因此，待照明表面上的照明区域是弧形。
3.按照权利要求1的照明系统，其中所述第二反射型积分器有多个分段确定的反射面，每一分段是部分的圆柱面，多个分段基本上是互相平行放置的，且其中所述第一反射型积分器和第二反射型积分器中圆柱面的母线基本上是互相垂直的。
4.按照权利要求2的照明系统，其中所述第二反射型积分器有多个分段确定的反射面，每一分段是部分的球面，这些分段布置成二维形式。
5.按照权利要求2的照明系统，其中圆柱面具有凸面形，凹面形，及凸面形和凹面形的组合之一。
6.按照权利要求1的照明系统，其中所述照明系统有这样的结构，相对于子午截面，待照明表面的照明是临界照明，而相对于径向截面，待照明表面的照明是柯勒照明。
7.按照权利要求1的照明系统，其特征是，(i)放置在所述第一聚光反射镜系统与待照明表面之间的光阑，它的孔径确定待照明表面上的照明区域，和(ii)反射光学系统，利用穿过所述孔径的光，把所述光阑的所述孔径成像到待照明的表面。
8.按照权利要求7的照明系统，其特征是调整单元，用于偏心地和/或旋转地至少移动所述反射光学系统中一个反射镜，从而调整光照射到待照明表面的入射角。
9.按照权利要求1的照明系统，其特征是有孔径的光阑，用于确定待照明表面上的照明区域。
10.按照权利要求1的照明系统，其特征是调整单元，用于偏心地和/或旋转地至少移动所述第一聚光反射镜系统中一个反射镜，从而调整光照射到待照明表面上的入射角。
11.一种用于照明待照明表面的照明系统，其特征在于包括反射镜系统，用于引导光源的光到待照明的表面；和调整单元，用于偏心地和/或旋转地至少移动所述反射镜系统中一个反射镜，从而调整光照射到待照明表面上的入射角。
12.一种利用光源的光照明待照明表面的照明系统，其特征是第一反射型积分器；第一光学系统，用于投影光源的光到所述第一反射型积分器；和第二光学系统，用于在待照明的表面上互相叠加所述第一反射型积分器的光束；其中所述第一光学系统包括改变单元，用于改变光照射到所述第一反射型积分器上的直径和/或形状。
13.按照权利要求12的照明系统，其中所述改变单元包括有孔径形状和/或尺寸各不相同的多个光阑；和驱动系统，用于有选择地放置一个所述光阑到所述第一反射型积分器的反射面或其附近。
14.按照权利要求12的照明系统，其中每个孔径的形状是在沿光入射到所述第一反射型积分器的入射平面方向上伸展。
15.按照权利要求12的照明系统，其中所述改变单元包括(i)第二反射型积分器，聚光反射镜系统，用于在所述第一反射型积分器上互相叠加所述第二反射型积分器的光束；和(ii)有可变孔径直径的光阑，它放置在所述第二反射型积分器的反射面或其附近。
16.按照权利要求12的照明系统，其中所述改变单元包括(i)多个第二反射型积分器，其发射光的发射角各不相同；(ii)聚光反射镜系统，用于在所述第一反射型积分器上互相叠加所述第二反射型积分器的光束；和(iii)驱动系统，用于有选择地放置一个所述第二反射型积分器到光源的光程上。
17.按照权利要求16的照明系统，其特征是，有可变孔径的光阑，它放置在所述第二反射型积分器的反射面或其附近。
18.一种利用光源的光照明待照明表面的照明系统，其特征在于包括第一反射型积分器，其反射面是在光瞳位置；第一光学系统，用于倾斜地投影光源的光到所述第一反射型积分器；第二光学系统，用于在待照明的表面上互相叠加所述第一反射型积分器的光束；和光阑，放置在所述第一反射型积分器的反射面或其附近，所述光阑的孔径形状是在沿光倾斜入射到所述第一反射型积分器的入射平面方向上伸展。
19.按照权利要求18的照明系统，其中该形状对于完成待照明表面上照明区域的形变照明是有效的。
20.按照权利要求18的照明系统，其中该形状是圆环形状。
21.按照权利要求18的照明系统，其中该形状是四极形状。
22.按照权利要求1-21中任一个的照明系统，其中光源的光波长不大于20nm。
23.一种曝光设备，用于利用权利要求1-21之任一个所述的照明系统照明标线片或掩模上形成的图形，以及用于利用投影光学系统投影该图形到工件上。
24.一种器件制造方法，包括以下步骤利用权利要求23中的曝光设备曝光有器件图形的工件，以及对曝光的工件完成预定的处理。
全文摘要
公开一种照明系统，用于照明有均匀照度的照明区域，其中光照射到照明区域的光强重心与光线的中心对准。该照明系统包括第一反射型积分器；第一聚光反射镜系统，用于在待照明的表面上互相叠加第一反射型积分器的光束；第二反射型积分器；放置在光源与所述第一反射型积分器之间；和第二聚光反射镜系统，用于在第一反射型积分器上互相叠加第二反射型积分器的光束。还公开一种有这种照明系统的曝光设备，和利用该曝光设备的器件制造方法。
文档编号G03F7/20GK1400507SQ0212705
公开日2003年3月5日 申请日期2002年7月26日 优先权日2001年7月27日
发明者辻俊彦 申请人:佳能株式会社