CN113759666B

CN113759666B - 曝光装置、曝光方法和物品制造方法

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Publication number: CN113759666B
Application number: CN202110598161.5A
Authority: CN
Inventors: 铃木敢士; 八讲学
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2024-09-13
Anticipated expiration: 2041-05-31
Also published as: KR102900819B1; US11841614B2; CN113759666A; JP2021189397A; TW202212983A; JP7508278B2; TWI823099B; KR20210150997A; US20210382397A1

Abstract

公开了曝光装置、曝光方法和物品制造方法。一种被配置为将基板曝光于来自固态发光元件的光的曝光装置包括：照明光学系统，被配置为用光照明掩模；以及投影光学系统，被配置为将掩模的图案的图像投影到基板上，其中，作为被包含在照明光学系统中的并与固态发光元件的发光面光学共轭的光瞳面上的光强度分布的光瞳面强度分布是在照明光学系统的光轴之外实现最大强度的光强度分布，并且其中，光瞳面强度分布是发光面的发光分布被以预定倍率投影的光瞳面上的光强度分布。

Description

曝光装置、曝光方法和物品制造方法

技术领域

本公开涉及曝光装置、曝光方法和物品制造方法。

背景技术

曝光装置是用于将形成在掩模(原版)上的图案转印到板(基板)上的装置，并且经由照明光学系统来照明掩模(被照明面)，并经由投影光学系统将掩模的图案的图像投影到板上。在曝光装置的照明光学系统中，用来自光源的光照明光学积分器，并且在相当于照明光学系统的光瞳面的光学积分器的出射面上产生二次光源。二次光源形成在具有预定形状和预定尺寸的发光区域中。作为发光区域中的光量分布的有效光源分布对应于用于照明掩模的每个点的光的角度分布。

对于曝光装置，分辨率增强技术(RET)被已知为用于增强精细图案的转印性能的技术。用于优化用于照明掩模的每个点的光的角度分布的变形(modified)照明技术被已知为RET之一。例如，为了提高精细图案的分辨性能，使用具有环形形状的环形照明作为有效的光源分布。

例如，汞灯被用作曝光装置的光源，但近来，作为固态发光元件的发光二极管(LED)有望取代汞灯。利用LED，在电流被馈送到用于控制发光的板电路之后直到光输出稳定为止的时间段短，并且不需要像汞灯一样时常地发射光。因此，LED有利于节省能量并且寿命长。

日本专利申请公开No.2016-188878讨论了在照明光学系统的光瞳面上重叠多个LED的发光分布以使有效光源分布均匀的配置。日本专利申请公开No.2016-188878还讨论了用于通过提供部署在照明光学系统的光瞳面处的孔径光阑的环形开口来提高分辨性能的变形照明的使用。

通常，LED被配置为在其发光面中以均匀强度发射光，因此在光瞳面位置处的光强度分布也是均匀的。因此，为了形成变形照明，可能期望在照明光学系统的光瞳面处部署具有期望形状的孔径光阑以阻挡光。结果，照度因孔径光阑的遮光区域而减少，以用于形成变形照明。

发明内容

本公开涉及有利于在使用LED作为光源的变形照明中减少照度的减小的曝光装置。

根据本公开的一方面，一种被配置为将基板曝光于来自固态发光元件的光的曝光装置包括：照明光学系统，被配置为用光照明掩模；以及投影光学系统，被配置为将掩模的图案的图像投影到基板上，其中，光瞳面强度分布具有在照明光学系统的光轴之外实现的最大强度，该光瞳面强度分布包括被包含在照明光学系统中的并与固态发光元件的发光面光学共轭的光瞳面上的光强度分布，并且其中，光瞳面强度分布包括发光面的发光分布被以预定倍率投影的光瞳面上的光强度分布。

根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是图示了曝光装置的配置的示意图。

图2是图示了照明光学系统的配置的示意图。

图3A和图3B是图示了发光二极管(LED)阵列光源的配置的示图。

图4是图示了照明光学系统的另一配置示例的示图。

图5A、图5B和图5C是图示了根据比较例的环形照明的形成的示图。

图6A、图6B和图6C是图示了根据示例1的环形照明的形成的示图。

图7A和图7B分别图示了比较例的仿真结果和示例1的仿真结果。

图8是图示了根据比较例和示例1中的每个的光瞳面强度分布的强度分布曲线的示图。

图9是图示了相对于比较例的示例1的光量比率的曲线图。

图10A、图10B和图10C是图示了根据示例1的四极照明的形成的示图。

图11A、图11B、图11C和图11D是图示了通过反投影(back-project)有效光源分布而形成的反投影分布的示图。

图12A、图12B和图12C是图示了通过发光分布不同的多个LED形成环形照明的示图。

图13A、图13B和图13C是图示了通过角度不同的多个LED形成环形照明的示图。

图14A、图14B和图14C是图示了通过偏心不同的多个LED形成四极照明的示图。

图15A和图15B是图示了具有可变焦距的聚光部的配置的示图。

图16A和图16B是图示了光瞳面强度分布的仿真结果的示图。

图17是图示了针对图16A和图16B中的示图的光瞳面强度分布的强度分布曲线的示图。

图18是图示了多个发光分布的发光面的示图。

图19是图示了根据示例5的变形照明的波长范围与发光区域之间的关系的曲线图。

图20是图示了根据示例5的仿真结果的表。

图21A、图21B和图21C是图示了根据示例5的有效光源分布的形成的示图。

图22是图示了表达式(5)的评估值和各种分布之间的对应关系的表。

具体实施方式

以下将参考附图来详细地描述本发明的示例性实施例。

图1是图示了根据本发明的第一示例性实施例的曝光装置的配置的示意图。根据本示例性实施例的曝光装置100是光刻装置，该光刻装置使用包括多个波长范围的光来照明掩模(原版)1，以将掩模1的图案转印到板(基板)6。曝光装置100是用于制造平板显示器、半导体设备、微机电系统(MEMS)等的装置。

曝光装置100包括用于使用来自光源的光来照明掩模1(被照明面)的照明光学系统10以及用于将形成在掩模1上的图案的图像投影到板6的投影光学系统101。曝光装置100还包括用于在保持掩模1的同时驱动和定位掩模1的掩模台2、用于在保持板6的同时驱动和定位板6的板台(plate stage)7、部署在板台7处的测量单元8，以及控制单元9。掩模1部署在投影光学系统101的物面处，并且板6部署在投影光学系统101的像面处。像面处于与物面光学共轭的位置处。

投影光学系统101例如是反射光学系统，并包括镜3、4和5。投影光学系统101按镜3、4、5、4和3的顺序反射来自掩模1的光，并在板6上形成掩模1的投影图像。在投影光学系统101由反射光学系统构成的情况下，来自光源的光的色差小于折射光学系统中的色差。这样的配置适于使用包括多个波长范围的宽带光(宽带照明光)的情况。

控制单元9全面地控制诸如照明光学系统10、投影光学系统101、掩模台2和板台7之类的曝光装置100的每个单元，以操作曝光装置100。例如，控制单元9由诸如现场可编程门阵列(FPGA)之类的可编程逻辑器件(PLD)、或专用集成电路(ASIC)、或通用或专用计算机、或这些的全部或一些的组合构成。

图2是图示了照明光学系统10的配置的示意图。照明光学系统10包括光源11、会聚透镜12和15、光学积分器13和孔径光阑14。

光源11是例如包括作为固态发光元件的多个LED的发光二极管(LED)阵列光源，并且以下将描述其详细配置。从光源11发射的光被会聚透镜12会聚，以用其照射光学积分器13。关于位置关系，光源11的出射面位于会聚透镜12的前焦点位置附近，并且光学积分器13的入射面位于会聚透镜12的后焦点位置附近。在这种情况下，光源11的出射面和光学积分器13的入射面不需要与会聚透镜12的焦点位置完全一致，并可以位于例如距焦距10％以内。

光学积分器13例如是复眼透镜，并且由多个相同的透镜元件构成。光学积分器13对入射面上的光执行波前分割，并在其出射面上形成光源11的多个光源图像。换句话说，光源11的光学图像形成在形成光学积分器13的多个透镜元件中的每个透镜元件的出射面上，并且这用作二次光源。部署在光学积分器13的出射面附近的孔径光阑14控制用于照射掩模1的光的角度分布。例如，孔径光阑14可以通过提供环形透射区域或四极透射区域来形成诸如环形或四极照明之类的变形照明。穿过孔径光阑14的光被会聚透镜15会聚，并且被用于作为照明光照射掩模1。另外，板台7设置有测量单元8，测量单元8是能够测量形成在光学积分器13的出射面上的二次光源的形状和光强度的图像传感器(例如，电荷耦合器件(CCD)传感器)。

照明光学系统10的光瞳面位置相当于光学积分器13的出射面。此外，相对于部署有掩模1的平面的光学傅里叶变换平面相当于光瞳面位置。光瞳面强度分布是指光学积分器13的出射面的光量分布。有效的光源分布是用于照明掩模1的光的角度分布，并且在图2中相当于穿过了孔径光阑14的光的光量分布。在这种情况下，在没有设置孔径光阑14的情况下，光瞳面强度分布和有效光源分布是相同的。根据本示例性实施例的变形照明被描述为有效光源分布具有环形或四极形状的照明，但有效光源分布不限于此，并且是指与圆形和基本均匀分布不同的所有类型的有效光源分布。

在光学积分器13的分割数量为无穷大(即，透镜元件之一的尺寸为无穷小)的情况下，光学积分器13的入射面的光量分布和作为出射面的光量分布的光瞳面强度分布是相同的。在光学积分器13的分割数量是有限的情况下，入射面的光量分布和光瞳面强度分布不一定彼此一致。然而，这些分布之间存在高相关性，因此光学积分器13的入射面的光量分布可以被称为“光瞳面强度分布”。

接下来，将参考图3A和图3B描述光源11的配置。图3A是图示了从x轴方向观察到的光源11的截面的示意图，并且图3B是图示了从z轴方向观察到的光源11的示意图。光源11由安装在基座21上的多个LED 22构成。LED 22的辐射能比高压汞灯的辐射能小，因此可能需要使用多个LED 22，并且例如，在基座21上安装约1000个LED 22。LED 22二维地布置在基座21上，更具体地，在图3B中以正方形网格布置，但不限于这样的阵列，并且可以以其它形式(例如，交错图案)布置。

LED 22是发射UV光的紫外线LED(UV-LED)，并且其发射峰的波长例如为365nm、385nm或405nm。多个LED 22可以都具有相同的发射波长，或者发射波长不同的LED 22可以被以混合的方式布置在相同基座上。在从LED 22发射的光中，辐射角的半角约为60至70度，并且考虑到用于普通平板显示器的投影光学系统的数值孔径(NA)约为0.1(转换成角度时约为5.7度)，角度分布是大的。因此，为了在下游光学系统中没有损失地从LED 22获取辐射光束，期望的是，在每个LED 22的正上方部署用于准直辐射光束的聚光单元23。

聚光单元23设置有对应于每个LED 22的准直透镜。图3B中点划线相交的交点表示聚光单元23中包括的每个准直透镜的光轴。在本示例性实施例中，每个准直透镜被图示为与每个LED 22的中心一致，但不一定以这样的方式部署。

LED 22的发光面位于聚光单元23的前焦点位置附近，使得通过对LED 22的发光面上的光线信息进行傅里叶变换而获得的分布形成在聚光单元23的后焦点位置附近。如果聚光单元23的该后焦点位置位于会聚透镜12的前焦点位置附近，则LED 22的发光面与光学积分器13的入射面彼此光学共轭。通过类似地配置所有LED 22，使所有LED 22的发光面与光学积分器13的入射面彼此光学共轭。换句话说，所有LED 22的发光面上的光学图像被叠加并投影到光学积分器13的入射面上，使得形成光瞳面强度分布。在这种情况下，所有LED 22不一定具有类似的配置，如果对于大多数LED 22(例如，90％或更多的LED 22)建立了上述关系，那么足够了。

接下来，将参考图4描述照明光学系统10的变形例。与参考图2描述的照明光学系统10不同的点在于，包括多个LED阵列光源。在图4中，两个光源11a和11b照射掩模1。光源11a包括具有第一波长特性λ1的多个第一LED，并且光源11b包括具有第二波长特性λ2的多个第二LED。具有第一波长特性λ1的第一LED例如是以365nm的峰值波长发射光束的LED，并且具有第二波长特性λ2的第二LED例如是以405nm的峰值波长发射光束的LED。

从光源11a和11b发射的波长特性不同的光束被波长组合单元16组合并被引导到会聚透镜12。波长组合单元16是例如二向色镜，并且是形成透射365nm的光束并反射405nm的光束的反射光学薄膜的玻璃。这样的配置使得与参考图2描述的照明光学系统10相比，较大量的光能够被引导到光学积分器13。

另外，在参考图4描述的照明光学系统10的配置的情况下，光源11a中包括的多个第一LED的发光面和光学积分器13的入射面彼此光学共轭。换句话说，多个第一LED的发光面上的光学图像被叠加并投影到光学积分器13的入射面上。类似地，光源11b中包括的多个第二LED的发光面和光学积分器13的入射面彼此光学共轭。换句话说，多个第二LED的发光面上的光学图像被叠加并投影到光学积分器13的入射面上。

<比较例>

为了与本示例性实施例比较，将描述形成变形照明的比较例。图5A、图5B和图5C是关于比较例中的环形照明的形成的示意图。图5A图示了作为LED 22之一的发光面的光量分布的发光分布27，图5B图示了光瞳面上的光瞳面强度分布25，并且图5C图示了具有环形形状的孔径光阑24。孔径光阑24具有用于透射光的透射区域以及用于阻挡中心光和周边光的遮光区域。在图5C中，由点指示透射区域，并且由阴影线指示遮光区域。因为光仅穿过孔径光阑24的透射区域，因此有效光源分布26的形状由孔径光阑24的形状来确定。

图5A中的点划线的交点与将从LED发射的光束进行准直的聚光单元23中包括的准直透镜的光轴相对应，并且图5B和图5C中的每个中的点划线的交点对应于照明光学系统10的光轴。多个LED 22中的每个具有图5A中图示的发光分布27。在比较例中，发光分布27是基本均匀的发光分布，并且其发光面被投影在光瞳面上，因此光瞳面强度分布25是基本均匀的强度分布。

在比较例中，因为图5B中图示的光瞳面强度分布25是基本均匀的强度分布，所以使用孔径光阑24阻挡光的区域越大，光源的光量损失越大。特别地，在诸如环形照明之类的上述变形照明中，因为用于阻挡光的区域大，所以大量的光损失。在曝光装置中，光源的光量减少增加了处理板6(例如，用于曝光板6的处理)所消耗的时间，从而导致处理板6的生产率恶化这种问题。

可料想到，通过向LED 22馈送较大量的电流以增加LED 22本身的光量来解决上述问题，但可能引起其它问题。例如，存在由于流过LED22的大量电流导致的温度上升而引起超过了LED 22可以正常操作的温度的这种问题，并且还存在由于流过LED 22的大量电流而使LED 22的寿命缩短的这种问题。因此，期望的是以不同的方式提高有效光源分布26的光量。

因此，本示例性实施例提供了用于将光聚焦到孔径光阑24的透射区域上以减少孔径光阑24的遮光区域中的光量的技术。这样可以减少当形成变形照明时的光量的损失。

<示例1>

在示例1中，将描述在发光分布与光瞳面强度分布相同的情况下的变形照明的形成。变形照明是例如具有旋转对称的照明形状的环形照明，或者具有四次旋转对称的照明形状的四极照明。以下，将描述指示四次或更多次旋转对称的变形照明。图6A、图6B和图6C是图示了示例1的示图。

图6A图示了LED 22之一的发光分布37，图6B图示了光瞳面上的光瞳面强度分布35，并且图6C图示了具有环形形状的孔径光阑34。孔径光阑34具有用于透射光的透射区域以及用于阻挡中心光和周边光的遮光区域。在图6C中，由点指示透射区域，并且由阴影线指示遮光区域。因为光仅穿过孔径光阑34的透射区域，因此有效光源分布36的形状由孔径光阑34的形状来确定。

图6A中的点划线的交点与将来自LED 22的辐射束进行准直的聚光单元23中包括的准直透镜的光轴相对应，并且图6B和图6C中的每个中的点划线的交点对应于照明光学系统10的光轴。图6A中的发光分布37是环形发光分布，与图5A中基本均匀的发光分布27不同。

在图6A中，多个LED 22中的每个具有图6A中图示的发光分布37。这里，在图6A和图6B中的每个中，由点图案指示的区域是发光区域，并且由灰色指示的其它区域是非发光区域。这里，非发光区域还包括发射弱光但强度相对于发光区域低的区域。例如，发光强度相对于发光分布37的最大发光强度的值为20％或更小的区域被定义为非发光区域。

具有环形发光区域的发光分布37被投影到光瞳面上，因此形成具有环形形状并在照明光学系统10的光轴外实现最大光强度的光瞳面强度分布35。该发光区域被配置为对应于孔径光阑34的透射区域，因此，被孔径光阑34的遮光区域阻挡的光量小于比较例中的光量，并且穿过孔径光阑34的透射区域的光量大于比较例中的光量。

接下来，将描述通过仿真定量地评估示例1中的效果的结果。图7A和图7B是图示了比较例和示例1中的每个的仿真结果的示图。图7A图示了比较例中的LED 22的发光分布和光瞳面强度分布，并且图7B图示了示例1中的LED 22的发光分布和光瞳面强度分布。LED 22的发光区域在图7A和图7B二者中是1.4mm×1.4mm的正方形区域，并被设定为使得总发射能量相等。

另外，在图7A和图7B二者中，聚光单元由两个准直透镜构成，并且聚光单元的焦距在图7A中为6.56mm，在图7B中为6.88mm。在光瞳面强度分布中，通过基于投影光学系统的数值孔径NA将从聚光单元发射的光的角度分布进行归一化而获得的值由水平轴fx和垂直轴fy表示。

另外，在光瞳面强度分布的刻度中，包括在微小立体角(minute solid angle)中的光量被绘制为垂直灰度。使用图7B中的数据的最大值对LED的发光分布和光瞳面强度分布中的图像的垂直灰度二者进行归一化。这里，照明光的范围相对于数值孔径NA的比率将被称为“相干因子σ”。与坐标fx、fy的关系为

图示了比较例的仿真的图7A中的LED 22的发光分布是均匀的，因此光瞳面强度分布在σ<1.0的范围内也是基本均匀的分布。因为从LED的周边部发射的光具有入射到准直透镜上的高的光线高度并且在透镜的像差的影响下不容易被会聚，所以在σ>1.0的周边部中强度减小。另一方面，在图示了示例1的仿真的图7B中的LED 22的发光分布中，光以环形形状被强烈地发射。光瞳面强度分布也是光以环形形状被强烈地发射的分布。

图8是指示图7A和7B中的每个中的光瞳面强度分布的fx＝0处的归一化强度的强度分布曲线。图8中的虚线(a)对应于图7A，并且指示基本均匀的分布。图8中的实线(b)对应于图7B，并且指示在|fy|＝0.80处取最大值并且从作为中心的照明光学系统10的光轴向外定位的分布。当比较强度时，虚线(a)在|fy|<0.52处较高，而实线(b)在0.52<|fy|<0.93处较高。

基于图8中图示的结果，在环形区域中的光量方面，比较图7A和图7B。换句话说，评估在部署环形孔径光阑的情况下有效光源分布的光量。图9是图示了通过将图7A中的光瞳面强度分布中的fx＝0处的σ_in<σ<0.90的区域中包括的光量除以图7B中的光瞳面强度分布中的fx＝0处的σ_in<σ<0.90的区域中包括的光量而获得的值的曲线图。在这种情况下，σ_in指示环形区域的下限，并且是取0.45<σ_in<0.90的值的变量。换句话说，环形区域的上限被固定在σ＝0.90，并且针对各种环形区域宽度评估光量比。例如，图9中的σ_in＝0.60表示σ为0.60至0.90的环形区域中的实线(b)与虚线(a)的光量比。尽管取决于环形区域的宽度而变化，但实线(b)的光量总是较大。例如，在σ为0.45至0.90的环形区域中，光量比为1.14，并且相对于比较例，示例1中光量的增益为14％。另外，在σ为0.70至0.90的环形区域中，光量比为1.22，并且相对于比较例，示例1中光量的增益为22％。

接下来，将参考图10A、图10B和图10C描述其中发光分布不具有环形形状的示例。图10A图示了具有四极形状的发光分布47，图10B图示了光瞳面上的光瞳面强度分布45，并且图10C图示了具有四极形状的孔径光阑44和有效光源分布46。在发光分布47的发光区域中，以四极形状发射光，并且发光区域被配置为对应于四极形状的孔径光阑44的透射区。在四极照明中，与环形照明相比，由孔径光阑44遮挡的区域大，因此引导到掩模1的光量小。因此，在本示例性实施例中的四极照明中，与环形照明的情况相比，光量的增益大。

在本示例性实施例中，为了获得抑制照度减小的效果，可能期望LED的发光分布是对应于目标有效光源分布的分布。换句话说，通过反投影目标有效光源分布而获得的分布可以是LED的发光分布。另外，通过反投影而获得的分布和LED的发光分布可以不完全相同。例如，在通过反投影而获得的光强度分布中具有最高光强度的区域中LED最强烈地发射光的这样的发光分布。这将参考图11A、图11B、图11C和图11D进行描述。

图11A和图11B在意义上分别与图10A和图10C类似。图11A图示了发光分布47，并且图11B图示了具有四极形状的孔径光阑44和有效光源分布46。通过相对于发光分布47的发光面来反投影有效光源分布46而获得的分布是图11C中的反投影分布48。这里，将描述反投影。LED的发光面和照明光学系统的光瞳面位置被配置为彼此光学共轭，并且LED的发光面上的光学图像被放大到预定的投影倍率并投影在照明光学系统的光瞳面位置处。反投影是指以投影倍率的倒数的倍率将光强度分布虚拟地投影到光瞳面上。由反投影分布48的带有对角向右斜线的圆所指示的区域48a对应于穿过了孔径光阑44的光的有效光源分布46中的发光区域。

由反投影分布48的阴影线图案所指示的区域48b对应于被孔径光阑44阻挡的光的有效光源分布46中的非发光区域。图11D图示了在图11C中的点划线当中的平行于x轴的点划线上的LED的发光强度的分布曲线。由图11D中的阴影线所指示的区域对应于反投影图像的区域(阴影线图案区域)48b，即，有效光源分布46的非发光区域。其它区域对应于有效光源分布46的发光区域。如图11D中图示的，LED的平面中具有高发光强度的区域被包括在有效光源分布46的反投影图像的区域(发光区域)48a中。这样的配置可以将发光分布47的辐射束聚焦到孔径光阑44的透射部上，因此可以减少由孔径光阑44引起的光量的损失。

另外，在多个LED被包括在光源中的情况下，相对于每个LED反投影有效光源分布，并评估LED的发光分布与有效光源分布之间的对应关系。此时，不需要所有的LED满足上述条件，并且如果例如90％或更多的LED满足上述条件，那么足够了。

以上描述了设置有孔径光阑44的情况，但在没有设置孔径光阑44的情况下，有可能在有效光源分布中没有形成完整的非发光区域。在这种情况下，例如，使用有效光源分布的最大强度的50％作为阈值，可以将发光强度为50％或更大的区域定义为发光区域，并且可以将发光强度小于50％的区域定义为非发光区域。

在本示例性实施例中，将描述用于进一步增强抑制照度减小的效果的定量条件。在LED的发光面的区域为S、有效光源分布的反投影图像的区域为S’并且LED的发光面上的发光分布(每单位面积的发光强度分布)为I(x,y)的情况下，以下表达式(1)中定义的特性值可以是1.13或更大。

表达式(1)中的以下表达式(2)是有效光源分布的反投影图像的发光区域的面积与LED的发光面的面积之间的比率。换句话说，表达式(2)与在LED的发光分布完全均匀的情况下通过使用LED的发光总量对可以穿过孔径光阑的光量进行归一化而获得的值相对应。换句话说，表达式(2)表示在LED的发光分布完全均匀的情况下可以穿过孔径光阑的能量与LED的总发光能量的比率。

表达式(1)中的以下表达式(3)是有效光源分布的反投影图像的发光区域中的LED的发光强度的积分值与LED的发光面中的LED的发光强度的积分值之间的比率。换句话说，表达式(3)与通过使用LED的总发光能量对可以穿过孔径光阑的能量进行归一化而获得的值相对应。换句话说，表达式(3)表示可以穿过孔径光阑的能量相对于LED的总发光能量的相对值。

因此，作为表达式(3)与表达式(2)之间的比率的表达式(1)表示穿过孔径光阑的光量与在使用发射均匀光的LED的情况下穿过孔径光阑的光量的比率。换句话说，也可以说，表达式(1)表示通过根据本示例性实施例的变形照明带来的光量的增益。

就本发明人所知，在使用具有基本均匀的面内发光分布的商品化UV-LED的情况下，表达式(1)的评估值最大为1.12，并且不能提供超过1.13的评估值的配置。在多个LED被包括在光源中的情况下，对于每个LED评估表达式(1)，但对于所有LED，表达式(1)的评估值不一定为1.13或更大。例如，对于所有LED的表达式(1)的评估值的平均值为1.13或更大就足够了。

将描述定位LED的发光分布的方法。阳极和阴极被接合到LED。在阳极和阴极之间施加电势差，使得在LED内部形成电场，并且载流子沿着电场移动。作为载流子的电子和空穴在发光层中复合，由此能量作为光被辐射，使得LED发射光。LED内部的电场是从电极开始形成的，使得在较靠近电极的部分处，电场密度较高，并且发光强度较高。另一方面，在较远离电极的部分处，电场密度较低，并且发光强度较低。通常，提供电流扩散层，以在与电场的方向垂直的方向上扩散载流子，并且在这种情况下，也存在上述趋势。另外，通常，电极被形成为使得光在LED的面内均匀地发射。相比之下，在本示例性实施例中，有意地设置部分地以高强度发射光的区域，并且该区域被配置为与变形照明的发光区域相对应。

因此，在示例1中，在发光分布与光瞳面强度分布相同的情况下，形成上述LED的发光分布，使得变形照明的光量的损失可以减少。

在示例1中，描述了发光分布与光瞳面强度分布相同的情况。在示例2中，将描述发光分布与光瞳面强度分布不同的情况。

图12A、图12B和图12C是图示了使用具有不同的发光分布的多个LED获得的目标光瞳面强度分布的示图。图12A图示了彼此不同的四种类型的发光分布57a至57d。发光分布57a至57d都具有四极形状，并且发光分布57b、57c和57d相对于发光分布57a绕与发光面垂直的z轴分别旋转22.5度、45度和67.5度。各个发光分布57a至57d的发光面与照明光学系统的光瞳面共轭，并且各个光学图像在光瞳面位置处叠加。

图12B图示了光瞳面上的光瞳面强度分布55，并且图12C图示了具有环形形状的孔径光阑54。图12A中的发光分布57a至57d被设计为形成图12B中的光瞳面强度分布55，并且光被引导以填充环形形状的孔径光阑54的透射部分。在光透射通过环形形状的孔径光阑54之后，形成图12C中的具有环形形状的有效光源分布56。以这种方式，发光分布不同的多个LED的光学图像被叠加在光瞳面上，使得可以形成与每个LED的发光分布不同的有效光源分布。

图13A、图13B和图13C是图示了通过绕与发光面垂直的z轴以旋转的方式部署表现出相同的发光分布的多个LED而获得的目标光瞳面强度分布的示图。图13A中图示的四个发光分布67a至67d都是相同的发光分布，但部署LED的角度不同。同样在这种情况下，所有发光面的光学图像被叠加在照明光学系统的光瞳面位置处，并且形成了如图13B中图示的在照明光学系统的光轴之外实现了最大光强度的光瞳面强度分布65。另外，通过使用具有环形形状的孔径光阑64部分地阻挡光来形成具有环形形状的有效光源分布66。换句话说，即使LED的发光分布相同，也可以通过以不同的角度布置LED来形成与LED的发光分布不同的有效光源分布。

图14A、图14B和图14C是图示了通过在相对于光轴偏心的位置处部署表现出相同的发光分布的多个LED而获得的目标光瞳面强度分布的示图。图14A中的发光分布77a至77d各自对应于在LED的中心附近实现最大发光强度的LED。然而，LED在彼此不同的位置处，并且相对于聚光单元23中包括的各个准直透镜的光轴偏心。更具体地，当LED相对于每个准直透镜的光轴的偏离量为d时，LED部署在四个位置(x，y)＝(d，0)、(-d，0)、(0，d)和(0，-d)处。结果，在光瞳面上形成具有四极形状的光瞳面强度分布75，并且可以有效地形成具有四极形状的有效光源分布76。以这种方式，提供了在偏离聚光单元的光轴的点处发光强度高的配置，使得变形照明的光量的损失可以减少。

在这种情况下，图12A、图13A和图14A的每个中图示的所有这四种类型的LED不必同时发射光，并且这些LED可以被独立地接通和关断。另外，各个LED的发光量不需要相同，并且可以相对地不同。以这种方式，有效光源分布的对称性是变化的，使得也可以控制分辨能力的取向错误。例如，在图14A中，部署在(x,y)＝(d,0)和(-d,0)处的发光分布77b和77c被接通，并且部署在(x,y)＝(0,d)和(0,-d)处的发光分布77a和77d被关断。在这种情况下，可以大大地提高相对于在x方向上布置并在y方向上具有纵向方向的线与间距图案的分辨能力。

相反地，在图14A中，部署在(x,y)＝(0,d)和(0,-d)处的发光分布77a和77d可以被接通，并且部署在(x,y)＝(d,0)和(-d,0)处的发光分布77b和77c可以被关断。在这种情况下，可以大大地提高相对于在y方向上布置并在x方向上具有纵向方向的线与间距图案的分辨能力。

因此，如在示例2中，即使在发光分布与光瞳面强度分布不同的情况下，也可以通过形成上述LED的发光分布来减少变形照明的光量的损失。

在示例1和示例2中的每个中，描述了减少变形照明的光量的损失的发光分布。在示例3中，照明光学系统10具有聚光单元23的焦距是可变的配置，并且将描述该配置。

图15A和图15B是图示了光源(LED阵列光源)11的配置的示图。聚光单元23由包括准直透镜23a和准直透镜23b的两个透镜构成，并且准直透镜23b可以沿着z轴驱动。准直透镜23a与准直透镜23b之间的距离ΔZ是可变的，因此聚光单元23的焦距是可变的。图15A是图示了准直透镜23a与准直透镜23b之间的距离ΔZ为短的配置的示图，并且图15B是图示了准直透镜23a与准直透镜23b之间的距离ΔZ为长的配置的示图。

在这种情况下，如果设置了聚光单元23的焦距是可变的配置，则不一定设置上述机构。例如，可以设置部署了三个或更多个准直透镜的配置，并且可以设置驱动准直透镜23a而不是准直透镜23b的配置。在图15A和图15B中图示的配置中，准直透镜23a与准直透镜23b之间的距离ΔZ越大，焦距越长，因此与图15A中的聚光单元23的焦距相比较，图15B中的聚光单元23的焦距长。

接下来，将描述通过具有可变的焦距而获得的效果。图16A和图16B是图示了由于准直透镜23a与准直透镜23b之间的距离ΔZ的差异而引起的光瞳面强度分布上的效果的示图。图16A图示了在ΔZ＝1mm的情况下的光瞳面强度分布，并且图16B图示了在ΔZ＝3mm的情况下的光瞳面强度分布。换句话说，图16A是图示了距离ΔZ为短的情况的与图15A对应的示图，并且图16B是图示了距离ΔZ为长的情况的与图15B对应的示图。在这种情况下，聚光单元23的焦距在图16A中为6.56mm，并且在图16B中为7.24mm。对于光瞳面强度分布的轴，通过用投影光学系统的数值孔径NA对从聚光单元发射的光的角度分布进行归一化而获得的值由水平轴fx和垂直轴fy表示。另外，用图16B中的最大值对垂直灰度二者进行归一化。

与图16a相比较，在焦距长的图16B中，分布的范围小，并且表现出高的光强度的区域的σ小。图17是图示了在假定图16A和图16B中的每个中fx＝0的fy的强度分布曲线的曲线图。与图16A和图16B一样，用B的最大值对垂直轴进行归一化。如图17中图示的，图16B中取最大值的σ比图16A中的σ小0.12。换句话说，获得相对于作为中心的光轴定位在内侧的光强度分布。以这种方式，在示例3中提供具有焦距是可变的配置的照明光学系统10，因此可以获得实现目标范围的光瞳面强度分布。因此，通过使焦距可变，可以控制光瞳面强度分布以减少变形照明的光量的损失。另外，合适的有效光源分布取决于掩模图案而改变，因此光瞳面强度分布的可变性产生能够支持大范围处理的效果。

在示例1至示例3中，以LED仅具有一个发光分布为前提。然而，取决于如何部署LED的电极，一个LED可以具有两个或更多个发光分布。在示例4中将描述一个LED具有两个发光分布的示例。

图18图示了具有环形发光区域87和圆形发光区域88的LED的发光面的发光分布。通过在LED的表面上以环的形状部署电极来实现环形发光区域87。通过在LED的表面上以圆形的形状部署电极来实现圆形发光区域88。电极被布线为彼此不接触，使得每个区域的接通/关断可以被独立地控制。以这种方式，针对一个LED设置多个发光分布并独立地控制接通/关断，使得可以获得支持大范围处理的能力。上述设置多个发光区域的方式仅仅是示例，并且例如，可以设置多个点状发光区域的网格。

结果，在示例4中，因为可以针对一个LED设置两个或更多个发光分布，所以可以减少各种形状的变形照明的光量的损失。

在示例1至示例4中，没有考虑从LED发射的光的波长。在示例5中，将描述基于多个波长特性的光来考虑区域的形成变形照明的示例。使用多个波长特性的光作为光源来形成取决于波长特性而变化的有效光源分布，使得可以期望获得高分辨性能。

图19是图示了用于获得高分辨性能的曝光波长λ与照明角度σ_c之间的关系的示图。

在这种情况下，在当具有周期时段P的图案用曝光波长λ被曝光时投影光学系统的数值孔径为NA时，通过以下表达式(4)确定照明角度σ_c。

σ_c＝λ/(2NA·P)...(4)

使用包括所确定的照明角度σ_c的发光区域来执行变形照明，使得可以抑制由散焦引起的对比度的降低。由于在表达式(4)中，照明角度σ_c取决于波长λ，因此可以说，有助于分辨性能提高的有效光源分布取决于曝光波长而变化。图19使用实线图示了表达式(4)的曝光波长λ与照明角度σ_c之间的关系。如图19中图示的，通过证明由发光区域I1所指示的有效光源分布在波长范围λ1中和由发光区域I2所指示的有效光源分布在波长范围λ2中，可以预期分辨性能的提高。

图20图示了执行关于在基于多个波长特性的光来考虑区域的情况下获得的效果的仿真的结果。使用两种类型的LED-具体地，具有峰值波长为365nm的波长特性的LED和具有峰值波长为405nm的波长特性的LED作为光源，针对1.5μm的线与间距图案的分辨性能执行仿真。数值孔径NA为0.10。根据示例5的变形照明是用365nm的光形成的σ＝0.45-0.90的环形有效光源分布与用405nm的光形成的σ＝0.70-0.90的环形有效光源分布的组合。

365nm和405nm二者是用于形成σ＝0.45-0.90的环形有效光源分布的条件的第二比较例还被评估作为示例5的比较例。焦深(DOF)被定义为抗蚀剂图像的底部临界尺寸相对于目标临界尺寸1.5μm波动10％的焦点宽度。在示例5中，与第二比较例相比较，对比度和DOF二者都提高了。下述的对比度是抗蚀剂的空间图像强度对比度(aerial imageintensity contrast)，并且对比度的提高意味着分辨能力的提高。

在示例5中，与第二比较例的环形照明相比较，405nm光的光量小，因此曝光光的形心(centroid)波长短。通常，如果曝光光的波长减小，对比度提高，但DOF变小。以这种方式，通常，对比度与DOF是权衡(trade-off)关系，但在示例5中，权衡被消除，对比度和DOF可以同时改善，因此示例5优于第二比较例。

作为形成示例5中的变形照明的方法之一，存在在照明光学系统的光瞳面位置处插入波长滤波器以阻挡不需要的波长范围和不需要的发光区域中的光的方法。在这种情况下，发生与不需要的波长范围和不需要的发光区域对应的光量的损失。例如，在形成示例5的变形照明的情况下，在σ＝0.00-0.45的区域中365nm的光被阻挡，并且在σ＝0.00-0.70的区域中405nm的光被阻挡。在具有均匀发光分布的LED被用作光源的情况下，光瞳面强度分布也是均匀的，因此发生与不需要的波长范围和不需要的发光区域对应的光量的损失。为了解决这样的问题，下面将描述用于减少形成取决于波长范围而变化的有效光源分布时光量的损失的技术。

图4中图示的照明光学系统10是用于减少光量的损失的照明光学系统的示例。照明光学系统10包括光源(LED阵列光源)11a和光源(LED阵列光源)11b作为光源，光源11a包括具有第一波长特性λ1的多个第一LED，光源11b包括具有第二波长特性λ2的多个第二LED。多个第一LED和多个第二LED的发光面的全部或大部分(例如，90％或更多)与光学积分器13的入射面光学共轭。因此，为了有效地形成取决于波长而变化的有效光源分布，可以提供因使用发射波长不同的LED而不同的光学配置。

将参考图21A至图21C描述用于有效地形成示例5的变形照明的具体示例。图21A图示了示例5中的LED的发光分布。具有第一波长特性λ1的第一LED的发光分布97a的区域是第一LED的发光区域。具有第二波长特性λ2的第二LED的发光分布97b的区域是第二LED的发光区域。图21B图示了光瞳面强度分布。第一LED的发光面和第二LED的发光面二者与照明光学系统的光瞳面光学共轭。因此，光瞳面强度分布是通过组合包括波长特性λ1和λ2的光的发光区域95a和包括波长特性λ1的光的发光区域95b而获得的光瞳面强度分布95。图21C图示了孔径光阑94和有效光源分布96。在光透射通过图21C中图示的环形形状的孔径光阑94之后，形成取决于波长而变化的有效光源分布96。

以这种方式，第一LED的发光分布97a和第二LED的发光分布97b变化，由此可以在不使用波长滤波器的情况下在光瞳面上形成取决于波长而变化的有效光源分布。与使用具有均匀发光分布的LED形成基本均匀的光瞳面强度分布的情况相比，较大量的光可以被引导到掩模，并且通过波长滤波器阻挡不需要的波长范围和不需要的发光区域中的光。

在图21C中图示了孔径光阑94，但不一定需要孔径光阑。另外，实际上，发光区域96a与发光区域96b之间的边界不是分立的。这是因为，与图21A中图示的发光分布不同，实际的LED的发光分布不是分立的，并且LED的光学图像在光学系统的像差的影响下在光瞳面上模糊并被投影。为了使发光区域95a与95b之间的边界清晰，可以插入波长滤波器来取代孔径光阑94。

以上描述了使发光分布取决于LED的发射波长而变化的示例，但不一定需要不同的发光分布，下面将对此进行描述。如示例3中描述的，通过变化聚光单元23的焦距，可以形成不同的有效光源分布。示例3和示例5被组合以例如针对与具有第一波长特性λ1的第一LED对应的聚光单元23设定焦距，以便形成图16A中的光瞳面强度分布。另外，针对与具有第二波长特性λ2的第二LED对应的聚光单元23，焦距被设定为形成图16B中的光瞳面强度分布。这些被叠加，使得可以形成取决于波长而变化的有效光源分布。

根据表达式(4)，作为适于减少由散焦引起的对比度的减小的照明条件的σ_c与曝光波长λ成比例。这意味着，适于长波长的曝光光的掩模的照明角度大于适于短波长的曝光光的掩模的照明角度。当从光瞳上的光量分布的观点来重新表达时，期望的是，提供以下的分布：在照明光学系统10作为中心的情况下，与短波长的光的有效光源分布相比，长波长的光的有效光源分布被定位在更向外的位置处。当被定量表达时，这可以用以下表达式(5)来表示。

在表达式(5)中，“fx、fy”是光瞳面上的坐标，“S”是在光瞳面上形成有效光源分布的区域，“I(fx,fy)”是有效光源分布的照度分布(每个单位面积的光量分布)，并且“dS”是微小面积要素。通过将某个点处的光量乘以距该点中心的距离并计算和来获得数值，并且将该数值除以总光量，以获得由表达式(5)表示的值。从作为中心的照明光学系统10越向外定位分布，所获得的值越大。图22图示了相对于四种类型的分布A至D评估表达式(5)的结果。光强度全部被假定为1。

分布A和分布B分别为σ＝0.00-0.50的圆形分布和σ＝0.00-0.90的圆形分布，并且分布C和分布D分别为σ＝0.45-0.90的环形分布和σ＝0.70-0.90的环形分布。在图22中，“内σ”表示σ的最小值，并且“外σ”表示σ的最大值。这些是按分布A、分布B、分布C、分布D的顺序从作为中心的照明光学系统10更向外定位的分布，并且表达式(5)的评估值也依次增大。

第一波长特性λ1的有效光源分布的表达式(5)的评估值被假定为V1，并且第二波长特性λ2的有效光源分布的表达式(5)的评估值被假定为V2。另外，当比较第一波长特性λ1的形心波长与第二波长特性λ2的形心波长时，第二波长特性λ2的形心波长被假定为长波长。V2大于V1的有效光源分布适合于表达式(4)的条件，因此可以获得针对线与间距图案提高分辨性能的效果。在这种情况下，当波长λ的光源的发光光量被假定为I(λ)时，形心波长是指通过以下表达式(6)计算出的波长。

∫{I(λ)×λ}dλ/∫I(λ)dλ…(6)

在示例5中，在针对多个波长范围中的每个波长范围，变形照明形成合适的有效光源分布的情况下，这也可以减少光量的损失。因此，也可以期望提高对比度和DOF方面的性能的效果，同时减少光量的损失。

<物品制造方法>

接下来，将描述使用上述曝光装置的物品(例如，平板显示器、液晶显示设备、半导体集成电路(IC)设备、MEMS)制造方法。物品制造方法包括使用上述曝光装置在施加到板上的光致抗蚀剂上形成潜像图案(对板进行曝光)，并对形成有潜像图案的板进行显影。物品制造方法还包括执行诸如氧化、膜形成、沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切片、接合和封装之类的其它已知工艺。本示例性实施例的物品制造方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个方面比常规方法更有利。

以上描述了本发明的示例性实施例，但本发明不限于这些示例性实施例，并且可以在其主旨内进行各种改变和修改。例如，本发明也适用于多次曝光。此外，本发明的变形照明可以应用于无掩模曝光装置。

根据本发明的示例性实施例，例如，可以提供有利于在使用LED作为光源的变形照明中减少照度的减小的曝光装置。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种曝光装置，被配置为将基板曝光于来自固态发光元件的光，所述曝光装置包括：

照明光学系统，所述照明光学系统包括：

第一固态发光元件；

第二固态发光元件；

第一准直透镜，来自第一固态发光元件的光穿过所述第一准直透镜，所述第一准直透镜具有光轴；

第二准直透镜，来自第二固态发光元件的光穿过所述第二准直透镜，所述第二准直透镜具有光轴；以及

会聚透镜，被配置为会聚已穿过第一准直透镜和第二准直透镜的光，所述照明光学系统被配置为用来自第一固态发光元件和第二固态发光元件的光照明掩模；以及投影光学系统，被配置为将掩模的图案的图像投影到基板上，

其中，第一固态发光元件绕第一准直透镜的光轴以第一旋转角度定向，

其中，第二固态发光元件绕第二准直透镜的光轴以第二旋转角度定向，

其中，第一旋转角度与第二旋转角度不同，

其中，第一固态发光元件发射光使得在第一准直透镜的光轴之外实现最大强度，并且第二固态发光元件发射光使得在第二准直透镜的光轴之外实现最大强度，

其中，会聚透镜的后焦点位置附近的光瞳面强度分布是通过叠加来自第一固态发光元件和第二固态发光元件的光而形成的光强度分布，使得第一准直透镜的光轴和第二准直透镜的光轴与会聚透镜的光轴重合，并且

其中，光瞳面强度分布是在照明光学系统的光轴之外具有最大强度的光强度分布。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，光瞳面强度分布包括具有四次或更多次旋转对称性的光强度分布。

3.根据权利要求2所述的曝光装置，其中，光瞳面强度分布包括环形光强度分布。

4.根据权利要求2所述的曝光装置，其中，光瞳面强度分布包括四极光强度分布。

5.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，照明光学系统还包括阻挡光的一部分的孔径光阑。

6.根据权利要求5所述的曝光装置，其中，发光分布包括与作为在光透射通过孔径光阑之后照明光学系统的光瞳面上的光强度分布的有效光源分布对应的分布。

7.根据权利要求6所述的曝光装置，其中，在固态发光元件中的每个固态发光元件的发光分布中实现最大光强度的区域被包括在通过将有效光源分布的发光区域虚拟地反投影到发光面上而形成的反投影分布的区域中。

8.根据权利要求7所述的曝光装置，其中，1.13或更大的特性值在以下表达式中被定义：

其中，S是发光分布的区域，S'是反投影分布的区域，并且I(x,y)是固态发光元件的发光面上的照度分布。

9.根据权利要求1所述的曝光装置，

其中，准直透镜中的每个准直透镜的后焦点位置对应于会聚透镜的前焦点位置，并且会聚透镜的后焦点位置对应于照明光学系统的光瞳面。

10.根据权利要求9所述的曝光装置，其中，固态发光元件中的每个固态发光元件相对于准直透镜中的每个准直透镜的光轴偏心。

11.根据权利要求9所述的曝光装置，其中，准直透镜的焦距是可变的。

12.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，第一固态发光元件的发光分布包括与第二固态发光元件的发光分布不同的发光分布。

13.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，第一固态发光元件绕与发光面垂直的轴以与第二固态发光元件的角度不同的角度部署。

14.根据权利要求1所述的曝光装置，还包括光学积分器，

其中，光学积分器被布置为使得固态发光元件中的每个固态发光元件的发光面与光学积分器的入射面光学共轭。

15.一种曝光装置，被配置为曝光基板，所述曝光装置包括：

照明光学系统，所述照明光学系统包括：

具有第一波长特性的第一固态发光元件；

具有第二波长特性的第二固态发光元件，所述第二波长特性与第一波长特性不同；

会聚透镜，被配置为会聚已穿过第一准直透镜和第二准直透镜的光，所述照明光学系统被配置为用来自第一固态发光元件和第二固态发光元件的光照明掩模；以及

投影光学系统，被配置为将掩模的图案的图像投影到基板上，

其中，第一固态发光元件绕与发光面垂直的轴以第一角度定向，

其中，第二固态发光元件绕与发光面垂直的轴以第二角度定向，

其中，第一角度与第二角度不同，

16.根据权利要求15所述的曝光装置，其中，第二波长特性的形心波长比第一波长特性的形心波长长，其中，形心波长是指通过以下表达式计算出的波长：

∫{I(λ)×λ}dλ/∫I(λ)dλ

其中，λ是波长，并且I(λ)是波长λ的光源的发光光量。

17.根据权利要求16所述的曝光装置，其中，在第二固态发光元件的发光分布中实现最大光强度的区域是与在第一固态发光元件的发光分布中实现最大光强度的区域相比相对于光轴更向外的区域。

18.根据权利要求15所述的曝光装置，其中，准直透镜包括被配置为将来自第一固态发光元件的光进行准直的第一准直透镜，以及被配置为将来自第二固态发光元件的光进行准直的第二准直透镜，

其中，第一准直透镜的焦距不同于第二准直透镜的焦距。

19.根据权利要求15所述的曝光装置，还包括光学积分器，

20.一种曝光基板的曝光方法，所述曝光方法包括：

用照明光学系统照明掩模，所述照明光学系统包括：

第一固态发光元件；

第二固态发光元件；

会聚透镜，被配置为会聚已穿过第一准直透镜和第二准直透镜的光；以及

将掩模的图案的图像投影到基板上，

其中，第一角度与第二角度不同，

21.一种物品制造方法，包括：

使用根据权利要求1至19中任一项所述的曝光装置将基板曝光；

将曝光后的基板显影；以及

使经显影的基板经历包括氧化、膜形成、沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切片、接合和封装的处理当中的至少一个处理，

其中，从经历了所述处理的基板制造物品。