專利名稱：曝光物體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影方法和系統(tǒng)，特別涉及采用用于半導(dǎo)體器件的光刻工藝的利用改進(jìn)照明的投影方法和投影系統(tǒng)。
傾斜照明法在不改變透鏡和照明系統(tǒng)的情況下通過適當(dāng)改變在蠅眼透鏡背面位移的孔徑，可提高由線構(gòu)成并重復(fù)間隔開的圖形的分辨率和DOF。傾斜照明法分為二極照明法、四極照明法、收縮照明法和根據(jù)孔徑形狀的環(huán)形照明法。
參見

圖1、2A-2C，常規(guī)傾斜照明法說明如下圖1示出了常規(guī)投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，圖2A-2C示出了安置在常規(guī)投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)中的孔徑的各種形狀。
參見圖1，常規(guī)照明系統(tǒng)包括光源10、包括透鏡陣列的蠅眼透鏡12、孔徑14的預(yù)定形狀和聚焦透鏡16?？讖?4可形成為如圖2A中所示的二極型、如圖2B中所示的四極型、或如圖2C中所示的環(huán)型。在光源10中產(chǎn)生的光被蠅眼透鏡12轉(zhuǎn)換成平行光，孔徑14透射一部分光。即，孔徑14將光的垂直分量切斷，只允許光的傾斜分量通過，因此，只有部分光即光的傾斜分量到達(dá)光柵18。接著，光被光柵18衍射并通過投影透鏡20。最后，被衍射的光在晶片上投影，并部分地曝光晶片的表面，這就完成了投影曝光法。
下面將參照圖3和4更詳細(xì)地介紹作為改進(jìn)照明法之一的傾斜照明法。
圖3是表示采用常規(guī)照明法的常規(guī)投影曝光法的示意圖，圖4是表示采用上述傾斜照明法的投影曝光法的示意圖。
根據(jù)如圖3中所示的常規(guī)投影曝光法，光通過聚焦透鏡16照射到掩模18上，以便光落到其上的表面與掩模18的傅里葉變換平面重合。照射到傅里葉變換平面上的光在圓形區(qū)域內(nèi)分布并衍射。作為入射光的垂直分量的零階衍射光沿著光軸運(yùn)行，作為入射光的傾斜分量的+1st和-1st階衍射光沿著衍射角θ的方向運(yùn)行。零階和+1st和-1st階衍射光通過投影透鏡20并在晶片上互相干涉，最后形成圖像。
通常，掩模的圖形越精細(xì)，衍射角θ越大，因此sinθ也越大。如果sinθ比投影透鏡20的數(shù)值孔徑(NA)大，則+1st和-1st階衍射光不能通過投影透鏡20，而只有零階衍射光可通過投影透鏡20并到達(dá)晶片表面，因此沒有產(chǎn)生干涉。此時(shí)，最小分辨率R定義為R=λ2NA]]>根據(jù)如圖4中所示的采用傾斜照明法的投影曝光法，通過孔徑14的光以特殊的傾斜入射角α照射到掩模18上。傾斜入射角α由光軸和孔徑14的透光部分之間的距離x以及聚焦透鏡16的焦距f通過以下等式確定
fsinα＝x照射到掩模18上的光被形成在掩模18上的圖形衍射。此時(shí)，零階光相對于光軸以衍射角θ衍射，并且+1st和-1st階光相對于光軸分別以角度θ1和θ2衍射。角度θ1和θ2具有以下關(guān)系sinθ1+sinα=λPr]]>sinθ2-sinα=λPr]]>其中，Pr是掩模18的線間距或間隔間距，即掩模18的圖形間距。
更高階的衍射光運(yùn)行其它路徑。由于掩模18的圖形間距很細(xì)和投影透鏡20的NA大于sinθ2，因此-1st階或更高階衍射不能進(jìn)入投影透鏡20。結(jié)果是，只有零階和+1st階衍射光通過在光瞳平面上的衍射而被分離并通過投影透鏡20，以便在晶片表面上相互干涉，因此形成圖像。分辨率極限比常規(guī)投影曝光法高1.5倍。
然而，上述傾斜照明法具有幾個(gè)問題。
首先，光通過的面積比光被阻擋的面積小得多。例如，在如圖2C中所示的環(huán)型孔徑的情況下，通過以下等式計(jì)算光透射率σ02-σi2σ02]]>由于作為最優(yōu)選的關(guān)系σi=23σ0]]>是公知的，最優(yōu)選的透射率是 ，這使曝光時(shí)間增加了2倍。
在如圖2B所示的四極型孔徑的情況下，通過下列等式計(jì)算透光率 當(dāng)σi=14σ0]]>時(shí)，透射率為 ，并且曝光時(shí)間增加4倍，這大大降低了投影系統(tǒng)的效率。而且，當(dāng)采用圖2A中所示的雙極型孔徑時(shí)，由下列公式計(jì)算透光率 當(dāng)σi=14σ0]]>時(shí)，透射率為 ，曝光時(shí)間增加了8倍，這大大降低了投影系統(tǒng)的效率。
在授予Dewa等人的美國專利US5757470中公開了利用環(huán)型孔徑用于增加曝光量的照明設(shè)備，其中一對凹凸錐形透鏡使環(huán)型孔徑中心部分的光發(fā)散，并且被發(fā)散的光會聚，從而從光源發(fā)射的光可以環(huán)形地輻射。
根據(jù)授予Dewa等人的所述美國專利的照明設(shè)備，從光源照射的光通過蠅眼透鏡入射到凹錐形透鏡上。然后入射光以預(yù)定角度分散到孔徑的周邊部分，接著被分散的光入射到凸錐形透鏡上以便會聚并到達(dá)聚焦透鏡。
由于可以充分利用光軸的中心部分的光，因此可提高光效率。然而，由于光軸周邊部分的光也被分散，結(jié)果不是所有的光都能會聚到環(huán)型孔徑，因此光效率不能按需要的那樣增加。除此之外，當(dāng)光通過其照明的孔徑的尺寸放大時(shí)，光阻擋部分的面積也同樣增大，因此很難分別控制孔徑的尺寸和光阻擋部分的面積。
此外，制造半導(dǎo)體器件需要曝光工藝重復(fù)很多次。在進(jìn)行每次曝光工藝的任何時(shí)候，需要最適合于每次特殊曝光的各個(gè)孔徑，因此曝光設(shè)備的操作者應(yīng)該改變該孔徑。已經(jīng)引入了包括旋轉(zhuǎn)型孔徑的改進(jìn)曝光設(shè)備，但是存在的問題是該改進(jìn)曝光設(shè)備太龐大，并且孔徑的形狀由于旋轉(zhuǎn)型而被限制。
本發(fā)明的第二目的是提供用于增強(qiáng)光效率的曝光物體的設(shè)備。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，提供曝光物體的方法，包括以下步驟產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束；使光束折射成多個(gè)發(fā)散光束；使多個(gè)發(fā)散光束折射成多個(gè)平行光束；和用多個(gè)平行光束的光曝光物體。
在上述方法中，多個(gè)發(fā)散光束具有一個(gè)約等于在折射前的光束強(qiáng)度的組合強(qiáng)度，因此曝光物體的多個(gè)平行光束的強(qiáng)度幾乎等于折射前未發(fā)散光的強(qiáng)度。這導(dǎo)致在曝光物體時(shí)光效率最大。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二目的，提供曝光物體的設(shè)備，包括用于產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束的裝置；用于將光束折射成多個(gè)發(fā)散光束的第一折射裝置；用于將多個(gè)發(fā)散光束折射成多個(gè)平行光束的第二折射裝置；和用于用多個(gè)平行光束的光曝光物體的裝置。
在上述設(shè)備中，第一折射裝置可將光束折射成相對于垂直于光束運(yùn)行方向的第一方向線互相對稱的兩個(gè)發(fā)散光束。
第一折射裝置還可以將光束折射成相對于都垂直于光束運(yùn)行方向的第一方向線和第二方向線互相對稱的四個(gè)發(fā)散光束。
上述設(shè)備還可包括用于控制第一折射裝置和第二折射裝置之間的相對位移的控制裝置，其中在控制裝置將第一折射裝置與第二折射裝置分開的情況下，光被折射成多個(gè)發(fā)散光束，并且多個(gè)發(fā)散光束被折射成多個(gè)平行光束，在控制裝置允許第一折射裝置靠近接觸第二折射裝置的情況下，光在不被折射的情況下整個(gè)通過第一折射裝置和第二折射裝置。
上述設(shè)備還包括用于使光束折射成相對于光束中心發(fā)散的環(huán)形發(fā)散光束的第三折射裝置；和用于使環(huán)形發(fā)散光束折射成環(huán)形平行光束的第四折射裝置。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二目的，提供曝光物體的設(shè)備，該設(shè)備包括用于產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束的裝置；用于折射或透射入射到其上的第一光束的第一透鏡系統(tǒng)，其中第一光束被折射成多個(gè)發(fā)散光束，并且多個(gè)發(fā)散光束被折射成多個(gè)平行光束，或第一透鏡系統(tǒng)在不折射的情況下允許第一光束通過；用于折射或透射入射到其上的第二光束的第二透鏡系統(tǒng)，其中第二光束被折射成環(huán)形發(fā)散光束，并且環(huán)形發(fā)散光束被折射成環(huán)形平行光束，或者第二透鏡系統(tǒng)在不折射的情況下允許第二光束通過；用于用多個(gè)平行光束或環(huán)形平行光束的光曝光物體的裝置。
在上述設(shè)備中，多個(gè)發(fā)散光束的組合強(qiáng)度約等于折射前未發(fā)散光束的強(qiáng)度，因此，在曝光物體時(shí)光效率最大。此外，可采用相同設(shè)備對物體進(jìn)行各種曝光。
圖4是表示采用傾斜照明法的投影曝光法示意圖；圖5是解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的曝光設(shè)備的截面圖；圖6是表示圖5中所示的第一和第二透射部件的透視圖；圖7是表示當(dāng)光束運(yùn)行通過折射率值互相不同的介質(zhì)時(shí)的折射現(xiàn)象的示意圖；圖8是說明圖5中所示的第一和第二透射部件之間的間隙距離和平行光束的間隔距離之間的關(guān)系的示意圖；圖9是說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的曝光設(shè)備的截面圖；圖10是表示圖9中所示的第一-第四透射部件的透視圖；圖11A是表示光通過圖9中所示的每個(gè)透射部件的示意圖；圖11B是表示光通過圖9中所示的第四透射部件的平面圖；圖12是說明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的曝光設(shè)備的截面圖；圖13是表示圖9中所示的第一-第三透射部件的透視圖；圖14是說明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的曝光設(shè)備的截面圖；圖15A-15C是說明根據(jù)第一和第二透鏡系統(tǒng)提供給曝光部分的光束的各種形狀的示意圖；圖16是說明用光束曝光物體的第一方法的流程圖；圖17是說明用光束曝光物體的第二方法的流程圖。最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明參見圖5，該曝光設(shè)備包括用于產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束的光束產(chǎn)生部分100。光束產(chǎn)生部分100具有用于產(chǎn)生光的光源101和包括微透鏡102的蠅眼透鏡102，用于將來自光源101的光轉(zhuǎn)換成平行光束。通過蠅眼透鏡102的光束作為具有均勻強(qiáng)度分布的平行光束運(yùn)行。
該曝光設(shè)備還包括用于將來自光束產(chǎn)生部分100的光束(以下稱為原始光束)折射成兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件104和用于將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束的第二透射部件106。
圖6是表示圖5中所示的第一和第二透射部件的透視圖。
第一透射部件104將原始光束折射成分別沿著第一路徑和第二路徑運(yùn)行的兩個(gè)發(fā)散光束，并且這兩個(gè)發(fā)散光束相對于垂直于原始光束的運(yùn)行方向的第一方向線互相對稱。
具體而言，第一透射部件104包括垂直于原始光束的運(yùn)行方向的入射表面104a、垂直于入射表面104且平行于原始光束的運(yùn)行方向的四個(gè)側(cè)表面104b、以及相對于第一方向線114互相對稱并與入射表面104a相對的第一和第二發(fā)射表面104c和104d，第一和第二發(fā)射表面104c和104d一起形成V形凹槽。
由于原始光束以90°的直角入射到入射表面104a上，因此原始光束在不折射的情況下進(jìn)入第一透射部件104并在第一透射部件內(nèi)沿著原始方向運(yùn)行。然后，原始光束的某些光束到達(dá)第一發(fā)射表面104c，原始光束的其余光束到達(dá)第二發(fā)射表面104d。于是，某些原始光束在第一發(fā)射表面104c上折射，并沿著第一路徑離開第一透射部件104，另一方面，其余原始光束在第二發(fā)射表面104d上折射并沿著相對于第一方向線114與第一路徑對稱的第二路徑離開第一透射部件104。因而，由于第一和第二發(fā)射表面形成V形，因此原始光束被分成兩個(gè)發(fā)散光束。
下面將根據(jù)第一和第二發(fā)射表面104c和104d的形狀說明光束的折射路徑。
圖7是用于說明當(dāng)光束穿過折射率值互相不同的媒質(zhì)時(shí)的折射現(xiàn)象的示意圖。
一般情況下，光束根據(jù)折射定律即所謂的斯涅耳折射定律折射，并在兩種媒質(zhì)是各向同性材料的條件下表示為下列等式。
n1sinθ1＝n2sinθ2其中n1和n2是媒質(zhì)的折射率，θ1是在入射光束的方向和界面的法線之間形成的入射角，θ2是在折射光束的方向和界面的法線之間形成的折射角。
根據(jù)折射定律，光束以小于90°的角度入射到各向同性媒質(zhì)的表面上以便折射。因而，為了使光束折射并從第一透射部件104運(yùn)行到空氣，在第一透射部件104內(nèi)部運(yùn)行的光束以小于90°的角度到達(dá)第一和第二發(fā)射表面104c和104d。為了這個(gè)目的，以預(yù)定傾斜角度形成第一和第二發(fā)射表面。
由于第一透射部件104比空氣致密，因此第一透射部件104的折射率值比空氣的大。于是，當(dāng)光束從第一透射部件104運(yùn)行到空氣時(shí)，折射角大于入射角。
因此，發(fā)射表面104c和104d的形狀的改變導(dǎo)致折射光束的路徑的改變。發(fā)射表面104c和104d相對于預(yù)定基線互相對稱形成，因而原始光束的一部分離開第一發(fā)射表面104c，其余原始光束離開第二發(fā)射表面104d。因此，原始光束根據(jù)發(fā)射表面104c和104d的傾斜角會聚或發(fā)散。換言之，當(dāng)發(fā)射表面104c和104d形成為鋸齒形(突出的V形)時(shí)，原始光束被第一發(fā)射表面104c和第二發(fā)射表面104d會聚，當(dāng)發(fā)射表面104c和104d形成為V形凹槽時(shí)，原始光束被第一發(fā)射表面104c和第二發(fā)射表面104d發(fā)散。因而，為了使平行運(yùn)行的原始光束折射成兩個(gè)發(fā)散光束，要求第一發(fā)射表面104c和第二發(fā)射表面104d為V形凹槽。
當(dāng)垂直于第一發(fā)射表面104c的法線和原始光束的方向之間形成的第一入射角與在垂直于第二發(fā)射表面104d的法線和原始光束的方向之間形成的第二入射角相同時(shí)，兩個(gè)發(fā)散光束在第一和第二發(fā)射表面104c和104d上以相同的折射角折射。另一方面，當(dāng)?shù)谝蝗肷浣遣煌诘诙肷浣菚r(shí)，兩個(gè)發(fā)散光束在第一和第二發(fā)射表面104c和104d上以不同的折射角折射。
入射表面104a形成得如此之大以致于所有原始光束都可以入射到入射表面104a上。
第二透射部件106再次將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束，因此，兩個(gè)平行光束相對于第一方向線114互相對稱并在原始光束的相同方向互相平行運(yùn)行。
更具體而言，第二透射部件106包括第一和第二入射表面106a和106b、與原始光束的運(yùn)行方向平行的四個(gè)側(cè)表面106c以及與第一和第二入射表面106a和106b相對并垂直于原始光束的運(yùn)行方向的發(fā)射表面106d，其中第一和第二入射表面106a和106b相對于原始光束的運(yùn)行方向與兩個(gè)入射表面互相接觸的邊緣線一起具有三角形橫截面。
從第一透射部件104運(yùn)行到空氣的兩個(gè)發(fā)散光束進(jìn)入第二透射部件106。由于第二透射部件106比空氣致密，因此根據(jù)折射定律入射角大于折射角。于是，當(dāng)兩個(gè)發(fā)散光束入射到第二透射部件106的第一和第二入射表面106a和106b上時(shí)，兩個(gè)發(fā)散光束的每個(gè)光束向其中第一入射表面106a和第二入射表面106b互相接觸同時(shí)向第一透射部件104突出的邊緣線折射。
第一和第二入射表面106a和106b形成的形狀使得兩個(gè)發(fā)散光束折射成平行光束。更具體而言，考慮到發(fā)散光束的入射角和第二透射部件106的折射率，第二透射部件106的第一和第二入射表面106a和106b中的每一個(gè)相對于發(fā)散光束的方向形成為傾斜角，因而以預(yù)定入射角入射到第二透射部件106上的兩發(fā)散光束可以折射成兩個(gè)平行光束。
第二透射部件形成得如此之大以致于兩發(fā)散光束可以完全入射到第一和第二入射表面106a和106b上，并且通過發(fā)射表面106d完全發(fā)射入射光束。因此，在光源產(chǎn)生部分100中產(chǎn)生的原始光束的強(qiáng)度約等于從第二透射部件106發(fā)射的平行光束的組合強(qiáng)度。
該曝光設(shè)備還包括用于控制第一和第二透射部件104和106之間的相對位移的控制部件116?？刂撇考?16可調(diào)整第一透射部件104和第二透射部件106之間的間隙距離，因此可控制橫過第一方向線114、從第二透射部件106發(fā)射的兩平行光束之間的間隔距離D。具體而言，間隙距離增加越多，從第一透射部件104發(fā)射的兩個(gè)發(fā)散光束向空氣的運(yùn)行距離增加得越長。結(jié)果是，運(yùn)行距離增加得越多，間隔距離D增加得越多。
控制部件116控制被規(guī)定為某一形狀的第一和第二透射部件104和106之間的間隙距離。當(dāng)控制部件116使第一和第二透射部件104和106互相分開以便在第一和第二透射部件104和106之間形成間隔時(shí)，原始光束被折射成兩個(gè)發(fā)散光束，然后兩個(gè)發(fā)散光束被折射成兩個(gè)平行光束。當(dāng)控制部件116使第一和第二透射部件104和106互相接觸且在第一和第二透射部件104和106之間沒有間隔時(shí)，原始光束通過第一和第二透射部件104和106整個(gè)傳輸而不折射。
優(yōu)選地，第一和第二透射部件104和106由透明材料如玻璃、石英和透明塑料制成。第一和第二透射部件104和106可采用不同材料制造，但是優(yōu)選采用相同材料制造，以使第一和第二透射部件104和106的折射率相同。以下將參照圖8更詳細(xì)地介紹上述關(guān)系。
圖8是說明間隙距離和間隔距離之間的關(guān)系的示意圖。
為了將光束折射成兩個(gè)平行光束，要求第一透射部件104的第一發(fā)射表面104c和第二發(fā)射表面104d分別與第二透射部件106的第一入射表面106a和第二入射表面106b平行。
因此，當(dāng)?shù)谝煌干洳考?04和第二透射部件106接觸并在第一透射部件104和第二透射部件106之間沒有間隔時(shí)，第一透射部件104和第二透射部件106之間的間隙距離為0，并且原始光束整個(gè)通過第一和第二透射部件104和106傳輸而不折射。
當(dāng)?shù)谝煌干洳考?04和第二透射部件106互相分開并在第一和第二透射部件104和106之間形成間隔時(shí)，要求第一透射部件104的折射率基本上等于第二透射部件106的折射率，以使入射到第二透射部件106上的兩個(gè)發(fā)散光束可折射成兩個(gè)平行光束。
光束從第一透射部件104以入射角θ1和折射角θ2運(yùn)行到空氣。由于第一和第二發(fā)射表面104c和104d與第一和第二入射表面106a和106b平行，因此被折射的光束從空氣以入射角θ2運(yùn)行到第二透射部件106。如果折射光束的入射角為θ2，則要求折射光束的折射角為θ1，以便使折射光束再次被第二透射部件106折射成平行光束。因此，第一透射部件104的折射率基本上等于第二透射部件106的折射率。換言之，第一和第二透射部件104和106優(yōu)選由相同材料構(gòu)成。
如果第一和第二透射部件104和106表現(xiàn)為特殊形狀，則能控制第一和第二透射部件104和106中的至少一個(gè)的位置的控制部件116可改變平行光束之間的間隔距離D。
例如，控制部件116包括安裝到第一和第二透射部件104和106至少之一上的齒條-齒輪傳動裝置和用于驅(qū)動齒條-齒輪傳動裝置的電源。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙干洳考?04和106表現(xiàn)為特殊形狀并安裝控制部件116時(shí)，從第二透射部件106發(fā)射的兩平行光束之間的間隔距離D表示為下列等式(1)。D=2dtanδθtantanθ-tanδ]]>其中θ是在第一發(fā)射表面或第二發(fā)射表面和原始光束的運(yùn)行方向之間形成的銳角，δ是在從第一透射部件發(fā)射的發(fā)散光束運(yùn)行方向和原始光束的運(yùn)行方向之間形成的銳角，d是第一透射部件和第二透射部件之間的間隙距離。
在原始光束的運(yùn)行方向和第一發(fā)射表面104c之間形成的角度等于在原始光束的運(yùn)行方向和第二發(fā)射表面104d之間形成的角度的條件下，等式(1)成立。
參數(shù)θ和δ具有由基于折射方程的下列等式(2)表示的關(guān)系。
n1cosθ＝cos(θ-δ)……(2)其中n1是第一透射部件104的折射率。
特別是，當(dāng)光束從第一透射部件104運(yùn)行到空氣時(shí)，折射方程表示為下列等式(3)
n1sinθ1＝sinθ2……(3)其中θ1是第一透射部件104的入射角，θ2是第一透射部件104的折射角，并且空氣的折射率假定為1。
參照圖8，考慮到θ1、θ2、θ和δ之間的幾何關(guān)系，入射角θ1等于90-θ，折射角θ2等于θ1+δ。因此，等式(3)再次表示為δ和θ的函數(shù)，得到等式(2)。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙干洳考?04和106具有上述形狀時(shí)，兩個(gè)發(fā)散光束運(yùn)行到并且互相面對的第二透射部件106的兩個(gè)側(cè)表面之間的距離(x)大于兩個(gè)平行光束之間的間隔距離(D)和沿著原始光束的水平方向切割的橫截面的、與第一方向線114平行的寬度的總距離(x’)。而且，第二透射部件106的其它兩個(gè)側(cè)表面之間的距離大于沿著原始光束的水平方向切割的橫截面的、垂直于第一方向線114的寬度。因而，第二透射部件106允許兩個(gè)發(fā)散光束入射到其中并將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束。
該曝光設(shè)備還包括用于用從第二透射部件106發(fā)射的兩個(gè)平行光束的光曝光物體的曝光部分109。曝光部分109包括平行光束通過它的聚焦透鏡108、光柵圖形110和被光柵圖形衍射的衍射光束投影的投影透鏡112。
從第二透射部件106發(fā)射的兩個(gè)平行光束通過聚焦透鏡108。接下來，平行光束以傾斜入射角入射到光柵圖形110上并被光柵圖形110衍射。然后，衍射光束運(yùn)行到投影透鏡112。在衍射光束當(dāng)中，零階和+1st階衍射光束穿過投影透鏡112，-1st階衍射光束在投影透鏡112外部通過。更高階衍射光束沿著其它路徑運(yùn)行。
穿過投影透鏡112的零階和+1st階衍射光束在物體的表面上干涉并曝光該物體。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該物體可以是晶片W，特別是其上涂有光刻膠膜的晶片。
相應(yīng)地，從光束產(chǎn)生部分100產(chǎn)生的原始光束被折射成平行光束，并利用該平行光束的光曝光物體，結(jié)果提高了光效率和半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明的曝光設(shè)備允許從光束產(chǎn)生部分產(chǎn)生的原始光束被折射成相對于都垂直于光束運(yùn)行方向的第一方向線和第二方向線發(fā)散的四個(gè)發(fā)散光束，并且這四個(gè)發(fā)散光束被折射成四個(gè)平行光束。采用這四個(gè)平行光束的光曝光物體。
根據(jù)本發(fā)明的曝光設(shè)備包括與安裝到根據(jù)第一實(shí)施例的曝光設(shè)備中的第一和第二透射部件相同的第一和第二透射部件，并且還包括第三和第四透射部件。
參見圖9，該曝光設(shè)備包括用于產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束的光束產(chǎn)生部分200。該光束產(chǎn)生部分200包括用于產(chǎn)生光的光源201和蠅眼透鏡202，蠅眼透鏡由用于將從光源201輸送的光轉(zhuǎn)換成平行光束的多個(gè)微型透鏡構(gòu)成。因此，穿過蠅眼透鏡202的光束作為具有均勻強(qiáng)度分布的平行光束運(yùn)行。
該曝光設(shè)備還包括能使從光束產(chǎn)生部分200產(chǎn)生的光束(以下稱為原始光束)被折射成四個(gè)發(fā)散光束并且四個(gè)發(fā)散光束被折射成四個(gè)平行光束的第一-第四透射部件。
圖10是表示如圖9中所示的第一-第四透射部件的透視圖。圖11A是表示光通過如圖9中所示的每個(gè)透射部件的示意圖。圖11B是表示光通過如圖9中所示的第四透射部件的平面圖。
該曝光設(shè)備包括用于將原始光束300折射成兩個(gè)發(fā)散光束302的第一透射部件204。第一透射部件204將原始光束折射成分別沿著第一路徑和第二路徑運(yùn)行的兩個(gè)發(fā)散光束，并且這兩個(gè)發(fā)散光束相對于垂直于原始光束300的運(yùn)行方向的第一方向線220互相對稱。
更具體地說，第一透射部件204包括垂直于原始光束300的運(yùn)行方向的入射表面204a、垂直于入射表面204a并與原始光束300的運(yùn)行方向平行的四個(gè)側(cè)表面204b、以及相對于第一方向線220互相對稱并與入射表面204a相對的第一和第二發(fā)射表面204c和204d，并且第一和第二發(fā)射表面204c和204d一起形成V形凹槽。第一透射部件204的入射表面204a如此之大以致于所有原始光束都可以入射到入射表面204a上。
該曝光設(shè)備還包括用于將兩個(gè)發(fā)散光束302折射成兩個(gè)平行光束306的第二透射部件206。第二透射部件206將兩個(gè)發(fā)散光束302折射成在與原始光束300的相同的方向運(yùn)行的兩個(gè)平行光束304。
參見圖10，第二透射部件206包括具有三角形橫截面的第一和第二入射表面206a和206b、平行于原始光束300的運(yùn)行方向的四個(gè)側(cè)表面206c、和與第一和第二入射表面206a和206b相對并垂直于原始光束的運(yùn)行方向的發(fā)射表面206d，其中第一和第二入射表面一起通過兩個(gè)入射表面206a和206b在那里互相接觸、平行于第一方向線220并向第一透射部件204突出的邊緣線與原始光束300的運(yùn)行方向相對。
第二透射部件206形成為如此之大以致于所有發(fā)散光束302只入射到入射表面206a和206b上，并且所有入射光束作為平行光束只通過發(fā)射表面發(fā)射。
由于第一和第二透射部件204和206以與上述本發(fā)明的第一實(shí)施例相同的方式形成，因此不再對第一和第二透射部件204和206做進(jìn)一步說明。
該曝光設(shè)備還包括用于將兩個(gè)平行光束折射成四個(gè)發(fā)散光束的第三透射部件208。第三透射部件208將兩個(gè)平行光束304折射成相對于垂直于從光束產(chǎn)生部分200產(chǎn)生的原始光束300的運(yùn)行方向的第二方向線222互相對稱的四個(gè)發(fā)散光束306。
參見圖10，第三透射部件208包括垂直于穿過第二透射部件206的兩個(gè)平行光束304的運(yùn)行方向的入射表面208a、垂直于入射表面208a并平行于平行光束304的運(yùn)行方向的四個(gè)側(cè)表面208b、以及第三和第四發(fā)射表面208c和208d，第三和第四發(fā)射表面208c和208d一起形成V形凹槽、相對于第二方向線222互相對稱并與入射表面208a相對。
第一方向線220和第二方向線222形成在約45-約90度范圍內(nèi)的角度y。
當(dāng)以90度的入射角入射到第三透射部件208上時(shí)，兩個(gè)平行光束304在相同的運(yùn)行方向穿過第三透射部件208。然后，兩個(gè)平行光束304在發(fā)射表面208c和208d上被折射成四個(gè)發(fā)散光束。
兩個(gè)平行光束304由第一平行光束304a和第二平行光束304b構(gòu)成。第一平行光束304a在第三和第四表面208c和208d上以預(yù)定折射角被折射成兩個(gè)發(fā)散光束，按照與第一平行光束304a相同的方式，第二平行光束304b也在第三和第四表面208c和208d上以預(yù)定折射角被折射成兩個(gè)發(fā)散光束。因而，第一和第二平行光束304a和304b被折射成四個(gè)發(fā)散光束306，同時(shí)穿過第三透射部件208。此時(shí)，從相同發(fā)射表面發(fā)射的第一和第二平行光束304以相同折射角折射。
同時(shí)，在第一方向線220和第二方向線222之間形成的角度y與四個(gè)發(fā)散光束的光通量有關(guān)。具體而言，當(dāng)角度y為90度時(shí)，第一和第二平行光束中的每個(gè)被折射成兩個(gè)發(fā)散光束，每個(gè)發(fā)散光束具有相同的光通量。因而，希望角度y以90度形成。
該曝光設(shè)備還包括用于將四個(gè)發(fā)散光束306折射成四個(gè)平行光束308的第四透射部件210。第四透射部件210將相對于第二方向線222對稱的四個(gè)發(fā)散光束306折射成在與原始光束300運(yùn)行方向相同的方向互相平行運(yùn)行的四個(gè)平行光束308。
第四透射部件210包括具有三角形橫截面的第三和第四入射表面210a和210b、平行于原始光束的運(yùn)行方向的四個(gè)側(cè)表面210c、和與第三和第四入射表面210a和210b相對并垂直于原始光束的運(yùn)行方向的發(fā)射表面210d，其中第三和第四入射表面一起通過兩個(gè)入射表面210a和210b在那里互相接觸、平行于第二方向線222并向第三透射部件208突出的邊緣線與原始光束300的運(yùn)行方向相對。
在第三透射部件208的發(fā)射表面上折射并在空氣中運(yùn)行的四個(gè)發(fā)散光束306入射到比空氣致密的第四透射部件210上。根據(jù)折射定律，當(dāng)光束通過第四透射部件210時(shí)，入射角大于折射角。因此，當(dāng)四個(gè)發(fā)散光束306入射到具有上述形狀的第四透射部件210上時(shí)，四個(gè)發(fā)散光束306分別相對于第四透射部件210的第三和第四入射表面210a和210b互相接觸的邊緣線對稱地折射。
形成第四透射部件210的入射表面210a和210b，以允許四個(gè)發(fā)散光束被折射成各個(gè)平行光束。具體而言，考慮到發(fā)散光束的折射角和第四透射部件210的折射率，從第四透射部件210突出的第三和第四入射表面210a和210b形成為相對于原始光束300的運(yùn)行方向的預(yù)定角度，因而入射到第三和第四入射表面210a和210b上的四個(gè)發(fā)散光束306被折射成平行于原始光束300運(yùn)行的四個(gè)平行光束。結(jié)果是，四個(gè)發(fā)散光束306入射到第四透射部件210上，接下來被折射成四個(gè)平行光束308。
第四透射部件210形成得如此之大，以致于四個(gè)發(fā)散光束306完全入射到入射表面210a和210b上，并且入射光束被完全發(fā)射成平行光束。因此，原始光束300的光通量等于從第四透射部件210發(fā)射的每個(gè)平行光束308的光通量的和。
根據(jù)本實(shí)施例的曝光設(shè)備還包括用于控制第一透射部件204和第二透射部件206之間的相對位移的第一控制部件230以及用于控制第三透射部件204和第四透射部件206之間的相對位移的第二控制部件232。第一控制部件230控制第一透射部件204和第二透射部件206之間的第一間隙距離，因此可以控制橫過第一方向線220并從第二透射部件206發(fā)射的兩個(gè)平行光束304之間的第一間隔距離D1。此外，第二控制部件232控制第三透射部件208和第四透射部件210之間的第二間隙距離，因此可以控制橫過第二方向線222并從第四透射部件210發(fā)射的兩個(gè)平行光束308之間的第二間隔距離D2。因此，第一透射部件204和第二透射部件206之間的第一間隙距離增加得越多，從第一透射部件204發(fā)射到空氣中的兩個(gè)發(fā)散光束302的運(yùn)行距離也增加的越多。因而，兩個(gè)發(fā)散光束302的運(yùn)行距離增加得越多，從第二透射部件206發(fā)射的兩個(gè)平行光束304之間的第一間隔距離D1增加得越多。
利用相同的方式，第三透射部件208和第四透射部件210之間的第二間隙距離增加得越多，從第三透射部件208發(fā)射到空氣的四個(gè)發(fā)散光束306的運(yùn)行距離也增加得越多。因而，四個(gè)發(fā)散光束306的運(yùn)行距離增加得越多，從第四透射部件210發(fā)射的四個(gè)平行光束308之間的第二間隔距離D2增加得越多。
第一控制部件230控制具有一定形狀的第一透射部件204和第二透射部件206之間的第一間隙距離。當(dāng)?shù)谝豢刂撇考?30使第一和第二透射部件204和206互相分開并在第一和第二透射部件204和206之間留下間隔時(shí)，原始光束300被折射成相對于第一方向線220互相對稱的兩個(gè)發(fā)散光束302，然后兩個(gè)發(fā)散光束302被折射成兩個(gè)平行光束304。當(dāng)?shù)谝豢刂撇考?30使第一和第二透射部件204和206接觸并在第一和第二透射部件204和206之間沒有形成間隔時(shí)，原始光束300整個(gè)通過第一和第二透射部件204和206而沒有折射。
利用相同的方式，第二控制部件232控制被規(guī)定為某一形狀的第三透射部件208和第四透射部件210之間的第二間隙距離。當(dāng)?shù)诙刂撇考?32使第三和第四透射部件208和210互相分離并在第三和第四透射部件208和210之間形成間隔時(shí)，兩個(gè)平行光束304被折射成相對于第二方向線222互相對稱的四個(gè)發(fā)散光束306，接下來這四個(gè)發(fā)散光束306被折射成四個(gè)平行光束308。當(dāng)?shù)诙刂撇考?32使第三和第四透射部件208和210接觸并在第三和第四透射部件208和210之間沒有留下間隔時(shí)，兩平行光束304整個(gè)穿過第三和第四透射部件208和210而不折射。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙干洳考?04和206互相接觸，并且第三和第四透射部件208和210互相分離時(shí)，穿過第一和第二透射部件204和206的光束在與原始光束300相同的方向運(yùn)行而不折射。即，穿過第一和第二透射部件204和206的光束與原始光束300相同。接著，當(dāng)穿過第一和第二透射部件204和206的原始光束300入射到第三透射部件208上時(shí)，原始光束300被折射成相對于第二方向線222互相對稱的兩個(gè)發(fā)散光束306，然后兩個(gè)發(fā)散光束306再次被折射并轉(zhuǎn)換成兩個(gè)平行光束，同時(shí)穿過第四透射部件210。
如上所述，通過利用第一和第二控制部件230和232控制第一和第二透射部件204和206之間的第一間隙距離D1以及第三和第四透射部件208和210之間的第二間隙距離D2，原始光束300可以被折射成相對于第一或第二方向線互相對稱的四個(gè)平行光束或兩個(gè)平行光束。如果需要，原始光束可整個(gè)通過第一透射部件204至第四透射部件210而不折射。
為了實(shí)現(xiàn)上述功能，第一透射部件204的第一發(fā)射表面204c被設(shè)置成平行于第二透射部件206的第一入射表面206a，同時(shí)第一透射部件204的第二發(fā)射表面204d被設(shè)置成平行于第二透射部件206的第二入射表面206b。于是，當(dāng)?shù)谝煌干洳考?04和第二透射部件206互相接觸并且在第一和第二透射部件204和208之間沒有留下間隔時(shí)，原始光束在相同方向透射通過第二透射部件206而不折射。此外，當(dāng)?shù)谝缓偷诙干洳考?04和206互相分開，并且第一透射部件204的第一和第二發(fā)射表面204c和204d分別平行于第二透射部件206的第一和第二入射表面206a和206b時(shí)，要求第一和第二透射部件204和206的折射率基本上相等，以便將入射到第二透射部件206上的兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束。
利用相同方式，第三透射部件208的第三發(fā)射表面208c被設(shè)置成平行于第三透射部件210的第三入射表面210a，同時(shí)第三透射部件208的第四發(fā)射表面208d被設(shè)置成平行于第四透射部件210的第四入射表面210b。于是，當(dāng)?shù)谌干洳考?08和第四透射部件210互相接觸并且在第三和第四透射部件208和210之間沒有留下間隔時(shí)，穿過第二透射部件206的光束在相同方向透射通過第四透射部件210而不折射。此外，當(dāng)?shù)谌偷谒耐干洳考?08和210互相分開，并且第三透射部件208的第三和第四發(fā)射表面208c和208d分別平行于第四透射部件210的第三和第四入射表面210a和210b時(shí)，要求第三和第四透射部件208和210的折射率基本相等，以便將入射到第四透射部件210上的兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束。
優(yōu)選地，第一、第二第三和第四透射部件204、206、208和210由透明材料如玻璃、石英透明塑料構(gòu)成。第一至第四透射部件204、206、208和210可利用不同材料制成，但是優(yōu)選采用相同材料制造，以使第一至第四透射部件204、206、208和210的折射率相同。
曝光部分211利用從第四透射部件210發(fā)射的平行光束308的光曝光物體。該曝光部分211包括平行光束308穿過它的聚焦透鏡212、光柵圖形214、和在其上投影被光柵圖形衍射的衍射光束的投影透鏡216。
從第四透射部件210發(fā)射的平行光束穿過聚焦透鏡212。接著，平行光束以傾斜入射角入射到光柵圖形214上并被光柵圖形214衍射。然后衍射光束運(yùn)行到投影透鏡216并穿過投影透鏡216。穿過投影透鏡216的光束在物體表面上發(fā)生干涉，然后利用該平行光束的光曝光物體。
因此，從光束產(chǎn)生部分200產(chǎn)生的原始光束被折射成平行光束，并且利用平行光束的光曝光物體，結(jié)果是提高了光效率和半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)率。
根據(jù)本例的曝光設(shè)備將光束折射成相對于垂直于光束運(yùn)行方向的第一和第二方向線互相對稱的四個(gè)發(fā)散光束，并且再次將四個(gè)發(fā)散光束折射成平行光束，并用與根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的曝光設(shè)備相同的方式曝光物體。
參見圖12，該曝光設(shè)備包括用于產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束的光束產(chǎn)生部分400。該光束產(chǎn)生部分400包括用于產(chǎn)生光的光源401和蠅眼透鏡402，蠅眼透鏡由用于將從光源401輸送的光轉(zhuǎn)換成平行光束的多個(gè)微型透鏡構(gòu)成。因此，穿過蠅眼透鏡402的光束作為具有均勻強(qiáng)度分布的平行光束運(yùn)行。
該曝光設(shè)備還包括能使從光束產(chǎn)生部分400產(chǎn)生的光束(以下稱為原始光束)被折射成四個(gè)發(fā)散光束并且四個(gè)發(fā)散光束被折射成四個(gè)平行光束的第一-第三透射部件。
圖13是表示如圖9中所示的第一-第三透射部件的透視圖。
該曝光設(shè)備包括用于將從光束產(chǎn)生部分400發(fā)射的原始光束折射成兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件404。第一透射部件404將原始光束折射成分別沿著第一路徑和第二路徑運(yùn)行的兩個(gè)發(fā)散光束，并且這兩個(gè)發(fā)散光束相對于垂直于原始光束300的運(yùn)行方向的第一方向線420互相對稱。
更具體地說，第一透射部件404包括垂直于原始光束300的運(yùn)行方向的入射表面404a、垂直于入射表面404a并與原始光束300的運(yùn)行方向平行的四個(gè)側(cè)表面404b、以及相對于第一方向線420互相對稱并與入射表面404a相對的第一和第二發(fā)射表面404c和404d，并且第一和第二發(fā)射表面404c和404d一起形成V形凹槽。
第一透射部件404的入射表面404a如此之大以致于所有原始光束都可以入射到入射表面404a上。
由于第一透射部件404形成的方式與本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例相同，因此不再進(jìn)一步說明第一透射部件404。
該曝光設(shè)備還包括用于將兩個(gè)發(fā)散光束302折射成兩個(gè)平行光束406并再次將兩個(gè)平行光束折射成四個(gè)發(fā)散光束的第二透射部件406。
更具體地說，第二透射部件406包括具有三角形橫截面的第一和第二入射表面406a和406b，其中第一和第二入射表面406a和406b一起利用第一和第二入射表面406a和406b在那里互相接觸、平行于第一方向線并向第一透射部件404突出的邊緣線與原始光束的運(yùn)行方向相對；平行于原始光束的運(yùn)行方向的四個(gè)側(cè)表面406c；和第三和第四發(fā)射表面406d和406e，其中這兩個(gè)發(fā)射表面利用第三和第四發(fā)射表面406a和406b在那里互相接觸的邊緣線一起形成V形凹槽，并平行于垂直于原始光束的方向的第二方向線422。
第二透射部件406形成得如此之大以致于兩個(gè)發(fā)散光束可以入射到入射表面406a和406b上，并且所有入射光束都可以被折射并作為平行光束只通過發(fā)射表面發(fā)射。
第一方向線420和第二方向線422形成的角度y在約45-約90度的范圍內(nèi)。
入射到第二透射部件406上的入射光束被折射并作為兩個(gè)平行光束通過第二透射部件406。然后兩個(gè)平行光束在第二透射部件406的發(fā)射表面406d和406e上折射并作為四個(gè)發(fā)散光束運(yùn)行到空氣中。
兩個(gè)平行光束之一定義為第一平行光束，另一個(gè)平行光束定義為第二平行光束。第一平行光束在第三和第四發(fā)射表面406d和406e上以預(yù)定折射角折射并發(fā)散成兩個(gè)發(fā)散光束，第二平行光束也是這樣。因此，第一和第二平行光束在通過第二透射部件406時(shí)被折射成四個(gè)發(fā)散光束。此時(shí)，從相同發(fā)射表面發(fā)射的第一和第二平行光束以相同折射角折射。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙叫泄馐械拿總€(gè)分別被折射成兩個(gè)發(fā)散光束時(shí)，在作為用于形成在第二透射部件406的發(fā)射表面上的V形凹槽的基線的第二方向線422與作為用于形成在第二透射部件406的入射表面上的V形凹槽的基線的第一方向線420之間形成的角度與四個(gè)發(fā)散光束的光通量有關(guān)系。更具體地說，當(dāng)?shù)谝环较蚓€和第二方向線之間的角度為90度時(shí)，第一和第二平行光束中的每個(gè)分別被折射成相同光通量的兩個(gè)發(fā)散光束。因此，希望第一和第二方向線420和422之間的角度為90度。
該曝光設(shè)備還包括用于將四個(gè)發(fā)散光束折射成四個(gè)平行光束的第三透射部件408。第三透射部件408將四個(gè)發(fā)散光束折射成相對于第二方向線互相對稱并在與原始光束相同的方向運(yùn)行的四個(gè)平行光束。
第三透射部件408包括第三和第四入射表面408a和408b，第三和第四入射表面408a和408b一起形成三角形橫截面，以便利用與第二方向線422平行的邊緣線向第二透射部件406突出，其中的邊緣線是第三和第四入射表面408a和408b互相接觸的地方；與原始光束的方向平行的四個(gè)側(cè)表面408c；以及與第三和第四表面408a和408b相對并垂直于原始光束的方向的發(fā)射表面408d。
在第二透射部件406的發(fā)射表面上折射并在空氣中運(yùn)行的四個(gè)發(fā)散光束入射到比空氣致密的第三透射部件408上。根據(jù)折射定律，當(dāng)光束穿過第三透射部件408時(shí)入射角大于折射角。因此，當(dāng)四個(gè)發(fā)散光束入射到成形為上述形狀的第三透射部件408上時(shí)，四個(gè)發(fā)散光束分別相對于第三透射部件408的第三和第四入射表面408a和408b互相接觸的邊緣線對稱地被折射。
第三透射部件408的入射表面408a和408b形成得具有被折射成對應(yīng)平行光束的四個(gè)發(fā)散光束。具體而言，考慮到發(fā)散光束的折射角和第三透射部件408的折射率，從第三透射部件408突出的第三和第四入射表面408a和408b相對于原始光束的運(yùn)行方向處于預(yù)定角度，以使入射到第三和第四入射表面408a和408b的四個(gè)發(fā)散光束被折射成平行于原始光束運(yùn)行的四個(gè)平行光束。結(jié)果是，四個(gè)發(fā)散光束入射到第三透射部件408上，然后被折射成四個(gè)平行光束。
第三透射部件408形成得如此之大以致于四個(gè)發(fā)散光束完全入射到入射表面408a和408b上，并且入射光束被完全發(fā)射成平行光束。因此，原始光束的光通量等于從第三透射部件408發(fā)射的每個(gè)平行光束的光通量的和。
根據(jù)本實(shí)施例的曝光設(shè)備還包括用于控制第一透射部件404和第二透射部件406的相對位移的第一控制部件430以及用于控制第二透射部件406和第三透射部件408的相對位移的第二控制部件432。第一控制部件430控制第一透射部件404和第二透射部件406之間的第一間隙距離，因此可以控制橫過第一方向線420的、通過第二透射部件406的兩個(gè)平行光束之間的第一間隔距離。此外，第二控制部件432控制第二透射部件406和第三透射部件408之間的第二間隙距離，因此可以控制橫過第二方向線422的、從第三透射部件408發(fā)射的四個(gè)平行光束之間的第二間隔距離。
因此，第一透射部件404和第二透射部件406之間的第一間隙距離增加得越多，從第一透射部件404發(fā)射的兩個(gè)發(fā)散光束在空氣中的運(yùn)行距離也增加得多。因而，兩個(gè)發(fā)散光束的運(yùn)行距離增加得越多，通過第二透射部件406的兩個(gè)平行光束之間的第一間隔距離增加得越多。
而且，第二透射部件406和第三透射部件408之間的第二間隙距離增加得越多，從第二透射部件406發(fā)射的四個(gè)發(fā)散光束在空氣中的運(yùn)行距離增加得越多。因而，四個(gè)發(fā)散光束的運(yùn)行距離增加得越多，從第三透射部件408發(fā)射的四個(gè)平行光束之間的第二間隔距離增加得越多。
第一控制部件430控制具有某一形狀的第一透射部件404和第二透射部件406之間的第一間隙距離。當(dāng)?shù)谝豢刂撇考?30使第一和第二透射部件404和406互相分開并在第一和第二透射部件404和406之間形成間隔時(shí)，原始光束被折射成相對于第一方向線420互相對稱的兩個(gè)發(fā)散光束，接著兩個(gè)發(fā)散光束被折射成兩個(gè)平行光束。當(dāng)?shù)谝豢刂撇考?30允許第一和第二透射部件404和406互相接觸并且在第一和第二透射部件404和406之間沒有形成間隔時(shí)，原始光束透過第一透射部件404并入射到第二透射部件406上而不折射，同時(shí)保持原始光束的方向。
利用相同方式，第二控制部件432控制具有某一形狀的第二透射部件406和第三透射部件408之間的第二間隙距離。當(dāng)?shù)诙刂撇考?32使第二和第三透射部件406和408互相分開并在第二透射部件和第三透射部件406和408之間形成間隔時(shí)，兩個(gè)平行光束被折射成相對于第二方向線422互相對稱的四個(gè)發(fā)散光束。接著這四個(gè)發(fā)散光束被折射成四個(gè)平行光束。當(dāng)?shù)诙刂撇考?32允許第二和第三透射部件406和408互相接觸并在第二和第三透射部件406和408之間沒有形成間隔時(shí)，兩個(gè)平行光束整個(gè)透過第二和第三透射部件406和408而不折射。
為了實(shí)現(xiàn)所述功能，第一透射部件404的第一發(fā)射表面404c被設(shè)置成平行于第二透射部件406的第一入射表面406a，接著第一透射部件404的第二發(fā)射表面404d被設(shè)置成平行于第二透射部件406的第二入射表面406b。因此，當(dāng)?shù)谝煌干洳考?04和第二透射部件406互相接觸并在第一和第二透射部件404和406之間沒有形成間隔時(shí)，原始光束可以在相同方向在第二透射部件406內(nèi)部運(yùn)行而不折射。此外，當(dāng)?shù)谝缓偷诙干洳考?04和406互相分開、并且第一透射部件404的第一和第二發(fā)射表面404c和404d分別平行于第二透射部件406的第一和第二入射表面406a和406b時(shí)，要求第一和第二透射部件404和406的折射率基本上相等，以便將入射到第二透射部件406上的發(fā)散光束折射成平行光束。
利用相同方式，第二透射部件406的第三發(fā)射表面406d被設(shè)置成平行于第三透射部件408的第三入射表面408a，同時(shí)，第二透射部件406的第四發(fā)射表面406e被設(shè)置成平行于第三透射部件408的第四入射表面408b。于是，當(dāng)?shù)诙干洳考?06和第三透射部件408互相接觸并在第二透射部件406和第三透射部件408之間沒有形成間隔時(shí)，通過第二透射部件406的光束在相同方向透過第三透射部件408而不折射。此外，當(dāng)?shù)诙偷谌干洳考?06和408互相分開、并且第二透射部件406的第三和第四發(fā)射表面406d和406e分別平行于第三透射部件408的第三和第四入射表面408a和408b時(shí)，要求第二和第三透射部件406和408的折射率基本上相同，以便將入射到第三透射部件408上的發(fā)散光束折射成平行光束。
曝光部分409將從第三透射部件408發(fā)射的平行光束308在物體上投影。曝光部分409包括平行光束通過它的聚焦透鏡410、光柵圖形412和在其上投影被光柵圖形412衍射的衍射光束的投影透鏡414。
從第三透射部件408發(fā)射平行光束通過聚焦透鏡410。接著，平行光束以傾斜入射角入射到光柵圖形412上并被光柵圖形412衍射。然后，衍射光束向投影透鏡414運(yùn)行。通過投影透鏡414的光束在物體的表面上發(fā)生干涉，并且形成在物體表面上的層根據(jù)光柵圖形412選擇性地熔化。
因此，從光束產(chǎn)生部分200產(chǎn)生的原始光束被折射成平行光束并在物體上投影，結(jié)果提高了光效率和半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)率。
圖14是用于說明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的曝光設(shè)備的截面圖。
根據(jù)本實(shí)施例的曝光設(shè)備將光束折射成兩個(gè)或四個(gè)平行光束，并可以在物體上投影兩個(gè)或四個(gè)平行光束。如果需要，該曝光設(shè)備還將光束折射成環(huán)形光束并在物體上投影該環(huán)形光束。
參見圖14，該曝光設(shè)備還包括用于產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束的光束產(chǎn)生部分500。光束產(chǎn)生部分500包括用于產(chǎn)生光的光源501、和蠅眼透鏡502，該蠅眼透鏡由用于將從光源501產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)換成平行光束的多個(gè)微型透鏡構(gòu)成。因此，通過蠅眼透鏡502的光束作為具有均勻強(qiáng)度分布的平行光束運(yùn)行。
該曝光設(shè)備還包括用于將平行光束折射成多個(gè)發(fā)散光束并再次將多個(gè)發(fā)散光束折射成多個(gè)平行光束的第一透鏡系統(tǒng)504，或者平行光束在相同方向通過該第一透鏡系統(tǒng)。
第一透鏡系統(tǒng)504包括用于將從光束產(chǎn)生部分500運(yùn)行的光束(以下稱為原始光束)折射成兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件504；第二透射部件508，通過被折射成兩個(gè)平行光束，兩個(gè)發(fā)散光束入射到第二透射部件上，而且利用被折射成四個(gè)發(fā)散光束而從第二透射部件發(fā)射平行光束；用于將四個(gè)發(fā)散光束折射成四個(gè)平行光束的第三透射部件510；以及用于控制透射部件之間的相對位移的第一和第二控制部件512和514。
下面更詳細(xì)地介紹第一透鏡系統(tǒng)504。
第一透射部件506將原始光束折射成分別沿著第一和第二路徑運(yùn)行的兩個(gè)發(fā)散光束，這兩個(gè)發(fā)散光束相對于垂直于原始光束運(yùn)行方向的第一方向線530互相對稱。
更具體地說，第一透射部件506包括垂直于原始光束300的運(yùn)行方向的入射表面、垂直于入射表面并與原始光束的運(yùn)行方向平行的四個(gè)側(cè)表面、以及相對于第一方向線530互相對稱并與入射表面相對的第一和第二發(fā)射表面，并且第一和第二發(fā)射表面一起形成V形凹槽。第一透射部件506的入射表面如此之大，以致于所有原始光束都可以入射到該入射表面上。由于第一透射部件506形成的方式與本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例相同，因此不再進(jìn)一步說明第一透射部件506。
該曝光設(shè)備還包括兩個(gè)發(fā)散光束入射到其上并用于將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束并用于將平行光束折射成四個(gè)發(fā)散光束的第二透射部件508。
更具體地說，第二透射部件508包括一起形成三角形橫截面的第一和第二入射表面，其中第一和第二入射表面通過第一和第二入射表面在那里互相接觸且平行于第一方向線530的邊緣線向第一透射部件506突出；平行于原始光束的方向的四個(gè)側(cè)表面；和第三和第四發(fā)射表面，其中這兩個(gè)發(fā)射表面利用第三和第四發(fā)射表面在那里互相接觸并平行于垂直于原始光束的方向的第二方向線532的邊緣線一起形成V形凹槽。
要求第二透射部件508的第一入射表面和第二入射表面分別平行于第一透射部件506的第一發(fā)射表面和第二發(fā)射表面。因此，當(dāng)?shù)谝缓偷诙干洳考?06和508互相接觸并在第一和第二透射部件506和508之間沒有形成間隔時(shí)，原始光束透過第一透射部件506并入射到第二透射部件508上而不折射，同時(shí)保持原始光束的方向。
此外，第二透射部件508的折射率與第一透射部件506的折射率基本上相同。當(dāng)?shù)谝煌干洳考?06的第一和第二發(fā)射表面分別平行于第二透射部件508的的第一和第二入射表面時(shí)，入射到第二透射部件508上的兩個(gè)發(fā)散光束被折射成平行光束。
第二透射部件508如此之大，以致于兩個(gè)發(fā)散光束都入射到入射表面上，并且完全從發(fā)射表面發(fā)射入射光束。
在第一方向線530和第二方向線532之間形成的銳角在約45-90度范圍內(nèi)，或優(yōu)選約為90度。
入射到第二透射部件508上的兩個(gè)發(fā)散光束被折射成兩個(gè)平行光束并作為兩個(gè)平行光束在第二透射部件508內(nèi)部運(yùn)行。接著，兩個(gè)平行光束在第二透射部件508的發(fā)射表面上再次被折射成四個(gè)發(fā)散光束并在空氣中運(yùn)行。
該曝光設(shè)備還包括用于將四個(gè)發(fā)散光束折射成四個(gè)平行光束的第三透射部件510。第三透射部件510使四個(gè)發(fā)散光束折射成在與原始光束相同的方向運(yùn)行并相對于第二方向線532對稱的四個(gè)平行光束。
更具體地說，第三透射部件510包括一起形成三角形橫截面以利用平行于第二方向線532的邊緣線向第二透射部件508突出的第三和第四入射表面，其中第三和第四入射表面在該邊緣線處互相接觸；平行于原始光束的方向的四個(gè)側(cè)表面；和與第三和第四入射表面相對并垂直于原始光束的方向的發(fā)射表面。
要求第三透射部件510的第三入射表面和第四入射表面分別平行于第二透射部件508的第三發(fā)射表面和第四發(fā)射表面。因此，當(dāng)?shù)诙偷谌干洳考?08和510互相接觸并在第二和第三透射部件508和510之間沒有形成間隔時(shí)，從第一透射部件506發(fā)射的光束完全透過第二和第三透射部件508和510而不折射。
此外，第三透射部件510的折射率基本上與第二透射部件508的折射率相同。當(dāng)?shù)诙干洳考?08的第三和第四發(fā)射表面分別平行于第三透射部件510的第三和第四入射表面時(shí)，入射到第三透射部件510上的四個(gè)發(fā)散光束被折射成四個(gè)平行光束。
第三透射部件510如此之大，以致于所有四個(gè)發(fā)散光束都入射到入射表面，并且入射光束完全從發(fā)射表面發(fā)射并折射成四個(gè)平行光束。
四個(gè)發(fā)散光束在第三透射部件510的入射表面上被折射成四個(gè)平行光束，并且四個(gè)平行光束從第三透射部件510的發(fā)射表面發(fā)射到空氣中。
根據(jù)本發(fā)明的曝光設(shè)備還包括用于控制第一透射部件506和第二透射部件508的相對位移的第一控制部件512，以及用于控制第二透射部件508和第三透射部件510的相對位移的第二控制部件514。
第一控制部件512控制第一透射部件506和第二透射部件508之間的第一間隙距離，因此可以控制跨越第一方向線530、穿過第二透射部件508的兩個(gè)平行光束之間的第一間隔距離。此外，第二控制部件514控制第二透射部件508和第三透射部件510之間的第二間隙距離，因此可以控制跨越第二方向線532、穿過第三透射部件510的四個(gè)平行光束之間的第二間隔距離。
于是，第一透射部件506和第二透射部件508之間的第一間隙距離增加得越多，從第一透射部件506發(fā)射的兩個(gè)發(fā)散光束在空氣中的運(yùn)行距離增加得越多。因而，兩個(gè)發(fā)散光束的運(yùn)行距離增加得越多，穿過第二透射部件508的兩個(gè)平行光束之間的第一間隔距離增加得越多。
而且，第二透射部件508和第三透射部件510之間的第二間隙距離增加得越多，從第二透射部件508發(fā)射的四個(gè)發(fā)散光束在空氣中的運(yùn)行距離增加得也越多。因而，四個(gè)發(fā)散光束的運(yùn)行距離增加得越多，從第三透射部件510發(fā)射的四個(gè)平行光束之間的第二間隔距離增加得越多。
當(dāng)?shù)谝豢刂撇考?12使第一和第二透射部件506和508相互分開并在第一和第二透射部件506和508之間形成間隔時(shí)，原始光束在第一透射部件506的發(fā)射表面上被折射成相對于第一方向線530互相對稱的兩個(gè)發(fā)散光束，接著兩個(gè)發(fā)散光束在第二透射部件508的入射表面上被折射成兩個(gè)平行光束。當(dāng)?shù)谝豢刂撇考?12允許第一和第二透射部件506和508互相接觸并在第一和第二透射部件506和508之間沒有形成間隔時(shí)，原始光束透過第一透射部件506并入射到第二透射部件508上而沒有折射，同時(shí)保持原始光束的方向。
利用相同方式，當(dāng)?shù)诙刂撇考?14使第二和第三透射部件508和510相互分開并在第二和第三透射部件508和510之間形成間隔時(shí)，兩個(gè)平行光束在第二透射部件508的發(fā)射表面上被折射成相對于第二方向線532互相對稱的四個(gè)發(fā)散光束，接著四個(gè)發(fā)散光束在第三透射部件510的入射表面上被折射成四個(gè)平行光束。當(dāng)?shù)诙刂撇考?14允許第二和第三透射部件508和510互相接觸并在第二和第三透射部件508和510之間沒有形成間隔時(shí)，兩個(gè)平行光束完全透過第二和第三透射部件508和510而沒有折射。
因此，根據(jù)被第一控制部件512和第二控制部件514控制的第一間隙距離和第二間隙距離，原始光束被折射成相對于第一方向線530或第二方向線532互相對稱的四個(gè)平行光束或兩個(gè)平行光束。
還通過在本發(fā)明第一實(shí)施例中所述的等式(1)獲得穿過第二透射部件508的兩個(gè)平行光束之間的第一間隔距離和從第三透射部件510發(fā)射的四個(gè)平行光束之間的第二間隔距離。
根據(jù)本發(fā)明的曝光設(shè)備還包括第二透鏡系統(tǒng)516，該第二透鏡系統(tǒng)可將穿過第一透鏡系統(tǒng)504的四個(gè)平行光束折射成環(huán)形發(fā)散光束，并再次將環(huán)形發(fā)散光束折射成環(huán)形平行光束，或者四個(gè)平行光束不折射地透過該第二透鏡系統(tǒng)。
第二透鏡系統(tǒng)516包括第一錐形透鏡518，該錐形透鏡以比平行光束的周邊部分大的折射角折射穿過第一透鏡系統(tǒng)504的平行光束的中心部分；第二錐形透鏡520，用于將穿過第一錐形透鏡518的光束轉(zhuǎn)換成平行光束以形成環(huán)形平行光束；以及第三控制部件622，用于控制第一和第二錐形透鏡518和520之間的相對位移。
具體地，第一錐形透鏡518包括入射表面，其形成為垂直于通過第一透鏡系統(tǒng)504的平行光束的平板，并且平行光束在這里入射而不折射；和形成為錐形凹槽的發(fā)射表面。第二錐形透鏡520包括形成為具有圓錐形上表面并平行于第一錐形透鏡518的發(fā)射表面的入射表面。因而，當(dāng)?shù)谝缓偷诙F形透鏡518和520互相接觸并在第一錐形透鏡518和第二錐形透鏡520之間沒有形成間隔時(shí)，通過第一透鏡系統(tǒng)518的平行光束完全運(yùn)行通過第一和第二錐形透鏡518和520而不折射。當(dāng)?shù)谝缓偷诙F形透鏡518和520互相分開并在第一錐形透鏡518和第二錐形透鏡520之間形成間隔時(shí)，被第一錐形透鏡518折射成環(huán)形的光束被第二錐形透鏡520折射成平行光束。第二錐形透鏡520的折射率值與第一錐形透鏡518的折射率值基本上相同。第二錐形透鏡520的發(fā)射表面形成為垂直于在第二錐形透鏡520內(nèi)部運(yùn)行的平行光束的平坦表面，因而在不折射的情況下從第二錐形透鏡520發(fā)射平行光束。
曝光部分523利用從第三透射部件408發(fā)射的平行光束或環(huán)形平行光束的光曝光物體。該曝光部分523包括使平行光束通過的聚焦透鏡524、光柵圖形526、和被光柵圖形412衍射的衍射光束在其上投影的投影透鏡528。
從第二錐形透鏡516系統(tǒng)發(fā)射的平行光束以各種方式提供給曝光部分523。
圖15A-15C是用于說明根據(jù)第一和第二透鏡系統(tǒng)提供給曝光部分的光束的各種形狀的示意圖。
參見圖15A，在光束被折射成環(huán)形平行光束之后，該光束提供給曝光部分523。
原始光束入射到第二透鏡系統(tǒng)516上。當(dāng)從第一錐形透鏡518發(fā)射入射光束時(shí)，入射光束的中心部分以比入射光束的周邊部分的折射角大的折射角被折射。被第一錐形透鏡518折射的光束再次被第二錐形透鏡520折射成環(huán)形平行光束。此時(shí)，第一和第二控制部件512和514允許第一透鏡系統(tǒng)504的第一、第二和第三透射部件506、508和510互相接觸，以便原始光束可以在不折射的情況下在相同方向通過第一透鏡系統(tǒng)504。同時(shí)，第三控制部件522允許第二透鏡系統(tǒng)516的第一和第二錐形透鏡518和520互相分開并因此在第一和第二錐形透鏡518和520之間形成間隔，以便被第一錐形透鏡518折射的發(fā)散光束再次被折射成環(huán)形平行光束。
還可以在光束被折射成多個(gè)平行光束之后，將該光束提供給曝光部分523。
原始光束入射到第一透鏡系統(tǒng)504上，并且從第一透鏡系統(tǒng)504發(fā)射多個(gè)平行光束。然后，要求多個(gè)平行光束在不折射的情況下通過第二透鏡系統(tǒng)。因此，第一透鏡系統(tǒng)的第一和第二透射部件之間的第一間隙距離及第二和第三透射部件之間的第二間隙距離的至少之一被控制為大于0，并且第二透鏡系統(tǒng)的第一和第二錐形透鏡互相接觸，以便多個(gè)平行光束可傳輸通過第二透鏡系統(tǒng)。
圖15B是表示在光束被折射成四個(gè)平行光束之后將光束提供給曝光部分的示意圖。
第一控制部件512使第一透鏡系統(tǒng)504的第一透射部件506和第二透射部件508互相分開，第二控制部件514也使第一透鏡系統(tǒng)504的第二和第三透射部件508和510互相分開。而且，第三控制部件522允許第二透鏡系統(tǒng)516的第一和第二錐形透鏡518和520互相接觸。相應(yīng)地，原始光束被第一透鏡系統(tǒng)504折射成四個(gè)平行光束，并且四個(gè)平行光束在不折射情況下透過第二透鏡系統(tǒng)516并在物體上投影。
從第二透鏡系統(tǒng)516發(fā)射的平行光束通過聚焦透鏡524。接著，平行光束以傾斜入射角入射到光柵圖形526上并被光柵圖形526衍射。然后，衍射光束運(yùn)行投影透鏡528。通過投影透鏡528的光束在物體表面上干涉，并利用通過投影透鏡的光束的光曝光該物體。
因而，在物體上投影的入射光束被第一和第二透鏡系統(tǒng)504和516轉(zhuǎn)變，并且從光束產(chǎn)生部分200產(chǎn)生的原始光束被折射成平行光束，其中利用該平行光束的光曝光物體，結(jié)果使提高了光效率和半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)率。
圖15C使表示在光束被折射成兩個(gè)平行光束之后將光束提供給曝光部分的示意圖。
第一控制部件512使第一透鏡系統(tǒng)504的第一和第二透射部件506和508互相分開，并且第二控制部件514使第一透鏡系統(tǒng)的第二和第三透射部件508和510互相分。而且，第三控制部件522允許第二透鏡系統(tǒng)516的第一和第二錐形透鏡518和520互相接觸。因此，原始光束被第一透鏡系統(tǒng)504折射成四個(gè)平行光束，并且這四個(gè)平行光束在不折射情況下通過第二透鏡系統(tǒng)516以投影在物體上。
從第二透鏡系統(tǒng)516發(fā)射的平行光束通過聚焦透鏡524。接著，該平行光束以傾斜入射角入射到光柵圖形526上并被光柵圖形526衍射。然后，衍射光束運(yùn)行到投影透鏡528。通過投影透鏡528的光束在物體表面上發(fā)生干涉，并且利用通過投影透鏡528的光束的光曝光該物體。
因此，投射到物體上的入射光束被第一和第二透鏡系統(tǒng)504和516轉(zhuǎn)變，從光束產(chǎn)生部分200產(chǎn)生的原始光束被折射成平行光束，該平行光束的光用于曝光物體，結(jié)果提高了光效率和半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)率。
圖15C是說明光束被折射成兩個(gè)平行光束后提供給曝光部分的示意圖。
第一控制部件512使第一透鏡系統(tǒng)504的第一和第二透射部件506和508相互分開，第二控制部件514使第一透鏡系統(tǒng)的第二和第三透射部件508和510相互分開。還有，第三控制部件522允許第二透鏡系統(tǒng)516的第一和第二錐形透鏡518和520相互接觸。因此，原始光束由第一透鏡系統(tǒng)504折射成兩個(gè)平行光束，兩個(gè)平行光束穿過第二透鏡系統(tǒng)516沒有折射，以投影在物體上。
從第二透鏡系統(tǒng)516發(fā)出的平行光束穿過聚焦透鏡524。接著，平行光束以傾斜的入射角入射在光柵圖形526上，并被光柵圖形526衍射。然后，衍射光束運(yùn)行到投影透鏡528。穿過投影透鏡528的光束在物體的表面上發(fā)生干涉，并利用穿過投影透鏡528的光束的光曝光物體。
因此，通過第一和第二透鏡系統(tǒng)504和506使投射在物體上的入射光束發(fā)生了轉(zhuǎn)化，并且從光束產(chǎn)生部分200產(chǎn)生的入射光束被折射成平行光束，使用所述平行光束曝光物體，結(jié)果是提高了光效率和半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，三個(gè)透射部件506、508和510用于將原始光束折射成平行光束，但是，顯然可采用四個(gè)透射部件如根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第一、第二、第三和第四透射部件，代替三個(gè)透射部件。
利曝光束物體的方法解釋如下
參見圖16，從包括光源和蠅眼透鏡的光束產(chǎn)生部分產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束。從光源產(chǎn)生的光束在通過包括用于將光轉(zhuǎn)換成平行光束的微型透鏡的蠅眼透鏡之后作為具有均勻強(qiáng)度分布的平行光束運(yùn)行(步驟S10)。
接著，該平行光束被折射成兩個(gè)發(fā)散光束(步驟S12)。具體地，原始光束被折射成相對于垂直于原始光束的運(yùn)行方向的第一方向線互相對稱的兩個(gè)發(fā)散光束。原始光束在第一透射部件104的發(fā)射表面上被折射成兩個(gè)發(fā)散光束，如圖5所示。兩個(gè)發(fā)散光束的組合強(qiáng)度約等于折射前原始光束的強(qiáng)度。兩個(gè)發(fā)散光束中的每個(gè)都以相同的折射角或不同的折射角折射。優(yōu)選地，兩個(gè)發(fā)散光束被折射，以使兩個(gè)發(fā)散光束中的每個(gè)光通量彼此相同，并以相同折射角折射。
接下來，兩個(gè)發(fā)散光束被折射成兩個(gè)平行光束(步驟14)。兩個(gè)平行光束在原始光束的相同方向運(yùn)行。被第一透射部件104發(fā)散的兩個(gè)發(fā)散光束被第二透射部件折射成兩個(gè)平行光束并在原始光束相同的方向運(yùn)行。
相對于第一方向線互相對稱的兩個(gè)平行光束之間的間隔距離由原始光束被折射成兩個(gè)發(fā)散光束的折射角以及在兩個(gè)發(fā)散光束被折射成兩個(gè)平行光束之前兩個(gè)發(fā)散光束的運(yùn)行距離決定。由于利用三角函數(shù)很容易知道折射角和運(yùn)行距離之間的關(guān)系，因此省略了關(guān)于折射角和運(yùn)行距離的數(shù)學(xué)等式。
兩個(gè)平行光束在物體上投射，并且利用兩個(gè)平行光束的光曝光該物體(步驟S16)。
兩個(gè)平行光束通過聚焦透鏡，接著，平行光束入射到光柵圖形上以被光柵圖形衍射。作為本發(fā)明的實(shí)施例，該物體是半導(dǎo)體晶片上的光刻膠層。
兩個(gè)平行光束以傾斜入射角入射到光柵圖形上并被光柵圖形衍射。然后，衍射光束運(yùn)行到投影透鏡。在衍射光束當(dāng)中，零階和+1st階衍射光束通過投影透鏡，-1st階衍射光束在投影透鏡外部通過。更高階的衍射光束沿著其它路徑運(yùn)行。
通過投影透鏡的零階和+1st階衍射光束在物體表面上發(fā)生干涉，并且形成在物體表面上的層根據(jù)光柵圖形被選擇地曝光。
因此，當(dāng)用光束部分地曝光物體時(shí)，通過在物體上投射從原始光束折射的兩個(gè)平行光束，可以提高焦深和分辨率。而且，由于投射在光柵圖形上的兩個(gè)平行光束的組合強(qiáng)度約等于折射之前原始光束的強(qiáng)度，因此可提高光效率并可以縮短處理時(shí)間。
參見圖17，從包括光源和蠅眼透鏡的光束產(chǎn)生部分產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束。從光源輸送的光束在穿過包括用于將光轉(zhuǎn)換成平行光束的微型透鏡的蠅眼透鏡之后作為平行光束運(yùn)行(步驟S20)。
接下來，兩個(gè)平行光束被折射成四個(gè)發(fā)散光束(步驟S22)。具體地，參見圖9，第一透射部件204將原始光束折射成分別沿著第一路徑和第二路徑運(yùn)行的兩個(gè)發(fā)散光束，這兩個(gè)發(fā)散光束關(guān)于垂直于原始光束300的運(yùn)行方向的第一方向線220互相對稱。第二透射部件206將兩個(gè)發(fā)散光束302折射成在原始光束300的相同方向運(yùn)行的兩個(gè)平行光束304。第三透射部件208將兩個(gè)平行光束折射成相對于垂直于從光束產(chǎn)生部分200產(chǎn)生的原始光束300的運(yùn)行方向的第二方向線互相對稱的四個(gè)發(fā)散光束。
四個(gè)發(fā)散光束的組合強(qiáng)度約等于折射前原始光束的強(qiáng)度。在第一和第二方向線之間形成的銳角在約45到90度范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，要求四個(gè)發(fā)散光束被折射，使得四個(gè)發(fā)散光束中的每個(gè)具有相同光通量和折射角。首先，原始光束以相同折射角被折射成兩個(gè)發(fā)散光束，然后兩個(gè)折射光束再次被折射成兩個(gè)平行光束。此時(shí)，原始光束被折射以便具有相同光通量。因此，兩個(gè)平行光束的光通量也相同。兩個(gè)發(fā)散光束相對于其對稱地被折射成四個(gè)發(fā)散光束的第二方向線垂直于第一方向線。兩個(gè)平行光束分別以相同折射角被折射成四個(gè)發(fā)散光束。此時(shí)，兩個(gè)發(fā)散光束被折射，以便每個(gè)發(fā)散光束的各自光通量相同，并形成四個(gè)發(fā)散光束。
然后，如圖9中所示的第四透射部件210將四個(gè)發(fā)散光束210折射成四個(gè)平行光束(步驟S24)。四個(gè)平行光束在原始光束的相同方向運(yùn)行。
在第三透射部件208的發(fā)射表面上折射并在空氣中運(yùn)行的四個(gè)發(fā)散光束306入射到比空氣致密的第四透射部件210。因此，當(dāng)四個(gè)發(fā)散光束306入射到第四透射部件210上時(shí)，四個(gè)發(fā)散光束306分別相對于第四透射部件210的第三和第四入射表面210a和210b互相接觸的邊緣線對稱地被折射。
跨越第一方向線并在兩個(gè)平行光束之間的第一間隔距離由原始光束被折射成兩個(gè)發(fā)散光束的折射角以及在兩個(gè)發(fā)散光束被折射成兩個(gè)平行光束之前兩個(gè)發(fā)散光束的運(yùn)行距離決定。而且，跨越第二方向線并在四個(gè)平行光束之間的第二間隔距離由兩個(gè)平行光束被折射成四個(gè)發(fā)散光束的折射角以及在四個(gè)發(fā)散光束被折射成四個(gè)平行光束之前四個(gè)發(fā)散光束的運(yùn)行距離決定。
然后，四個(gè)平行光束在物體上投射，并且利用四個(gè)平行光束的光曝光物體(步驟S26)。
四個(gè)平行光束通過聚焦透鏡，接著平行光束入射到光柵圖形上以被光柵圖形衍射。衍射光束運(yùn)行到投影透鏡。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該物體是在半導(dǎo)體晶片上的光刻膠層。
因此，當(dāng)曝光物體時(shí)，通過在物體上投射由原始光束折射的四個(gè)平行光束，可提高焦深和分辨率。而且，由于投射到光柵圖形上的四個(gè)平行光束的組合強(qiáng)度約等于折射前原始光束的強(qiáng)度，因此可提高光效率并縮短處理時(shí)間。
利用根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的曝光設(shè)備說明了曝光物體的第二方法。然而，顯然也可以通過利用根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的曝光設(shè)備說明曝光物體的第二方法。
在本發(fā)明中，如上所述，原始光束被折射成各種傾斜入射光束，并且傾斜入射光束投射到光柵圖形上。因而，可提高曝光投影系統(tǒng)的焦深和分辨率，并且還可以通過增加光效率來提高半導(dǎo)體的生產(chǎn)率。
雖然已經(jīng)介紹了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該明白本發(fā)明不應(yīng)該限于這些優(yōu)選實(shí)施例，在后面要求保護(hù)的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)本領(lǐng)域技術(shù)人員可做出各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種曝光物體的方法，包括以下步驟產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束；將光束折射成多個(gè)發(fā)散光束；將多個(gè)發(fā)散光束折射成多個(gè)平行光束；和利用多個(gè)平行光束的光曝光物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)發(fā)散光束的組合強(qiáng)度約等于折射前的光束的強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)發(fā)散光束以大約相同角度折射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)發(fā)散光束以不同角度折射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中光束被折射成兩個(gè)發(fā)散光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中光束被折射成四個(gè)發(fā)散光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中通過以下步驟將光束折射成四個(gè)平行光束將光束折射成兩個(gè)發(fā)散光束；將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束；將兩個(gè)平行光束折射成四個(gè)發(fā)散光束；將四個(gè)發(fā)散光束折射成四個(gè)平行光束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中光束相對于第一方向線對稱地被折射成兩個(gè)發(fā)散光束，兩個(gè)平行光束相對于第二方向線對稱地被折射成四個(gè)發(fā)散光束，第一方向線和第二方向線成一角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中該角度在約45度到約90度之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中物體被曝光之前，多個(gè)平行光束的光通過圖形衍射。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該圖形為光柵圖形。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該物體是半導(dǎo)體晶片。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該物體是半導(dǎo)體晶片上的光刻膠層。
14.一種曝光物體的設(shè)備，包括用于產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束的裝置；用于將光束折射成多個(gè)發(fā)散光束的第一折射裝置；用于將多個(gè)發(fā)散光束折射成多個(gè)平行光束的第二折射裝置；和用于利用多個(gè)平行光束的光曝光物體的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中光被折射成兩個(gè)發(fā)散光束。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其中第一折射裝置是用于將光折射成相對于垂直于光束運(yùn)行方向的第一方向線對稱的兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其中第一透射部件具有垂直于光束運(yùn)行方向的入射表面、垂直于入射表面并平行于光束運(yùn)行方向的四個(gè)側(cè)表面、以及一起形成V形凹槽并相對于第一方向線互相對稱的兩個(gè)發(fā)射表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其中第二折射裝置是用于將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束的第二透射部件，其中這兩個(gè)平行光束相對于第一方向線對稱并在光束的相同方向運(yùn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中第二透射部件包括兩個(gè)入射表面，它們一起具有三角形橫截面并利用兩個(gè)入射表面互相接觸的邊緣線對著光束運(yùn)行方向，該邊緣線平行于第一方向線，三角形橫截面向第一折射裝置突出；平行于光束運(yùn)行方向的四個(gè)側(cè)表面；以及與
20.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中第一折射裝置將光束折射成相對于第一方向線和第二方向線互相對稱的四個(gè)發(fā)散光束，第一方向線和第二方向線都垂直于光束的運(yùn)行方向。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中第一折射裝置包括用于將光束折射成兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件；用于將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束的第二透射部件；用于將兩個(gè)平行光束折射成四個(gè)發(fā)散光束的第三透射部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中第一透射部件包括垂直于光束運(yùn)行方向的第一入射表面；垂直于第一入射表面并平行于光束運(yùn)行方向的四個(gè)第一側(cè)表面；以及一起形成V形凹槽并相對于第一方向線互相對稱的兩個(gè)第一發(fā)射表面，第一發(fā)射表面與第一入射表面相對；第二透射部件包括具有三角形橫截面的兩個(gè)第二入射表面，它們利用這兩個(gè)第二入射表面互相接觸的邊緣線對著光束運(yùn)行方向，該邊緣線平行于第一方向線和向第一透射部件突出；四個(gè)第二側(cè)表面，平行于光束的運(yùn)行方向；以及兩個(gè)第二發(fā)射表面，一起形成V形凹槽并相對于第二方向線互相對稱；和第三透射部件包括垂直于光束的運(yùn)行方向的第三入射表面；垂直于第三入射表面并平行于光束運(yùn)行方向的四個(gè)第三側(cè)表面；和一起形成V形凹槽并相對于第二方向線互相對稱的兩個(gè)第三發(fā)射表面，第三發(fā)射表面與第三入射表面相對。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中第一折射裝置包括用于將光束折射成兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件；用于將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束并將兩個(gè)平行光束折射成四個(gè)發(fā)散光束的第二透射部件。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中第一透射部件包括垂直于光束運(yùn)行方向的第一入射表面；垂直于第一入射表面并平行于光束運(yùn)行方向的四個(gè)第一側(cè)表面；以及一起形成V形凹槽并相對于第一方向線互相對稱的兩個(gè)第一發(fā)射表面，第一發(fā)射表面與第一入射表面相對；和第二透射部件包括具有三角形橫截面的兩個(gè)第二入射表面，利用這兩個(gè)第二入射表面互相接觸的邊緣線對著光束運(yùn)行方向，該邊緣線平行于第一方向線和向第一透射部件突出；四個(gè)第二側(cè)表面，平行于光束的運(yùn)行方向；以及兩個(gè)第二發(fā)射表面，一起形成V形凹槽并相對于第二方向線互相對稱。
25.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括用于控制第一折射裝置和第二折射裝置之間的相對位移的控制裝置，其中在控制裝置使第一折射裝置與第二折射裝置分開的情況下，光被折射成多個(gè)發(fā)散光束并且多個(gè)發(fā)散光束被折射成多個(gè)平行光束，在控制裝置使第一折射裝置與第二折射裝置接觸的情況下，光束完全穿過第一折射裝置和第二折射裝置而不折射。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的設(shè)備，其中第一折射裝置是用于將光束折射成相對于垂直于光束運(yùn)行方向的第一方向線互相對稱的兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件，第二折射裝置是用于將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束以使兩個(gè)平行光束相對于第一方向線互相對稱并在光束相同方向運(yùn)行的第二透射部件。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的設(shè)備，還包括用于將多個(gè)平行光束折射成多個(gè)第二發(fā)散光束的第三折射裝置和用于將多個(gè)第二發(fā)散光束折射成多個(gè)第二平行光束的第四折射裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的設(shè)備，還包括用于控制第三折射裝置和第四折射裝置之間的相對位移的第二控制裝置，其中在第二控制裝置使第三折射裝置與第四折射裝置分開的情況下，通過第二折射裝置的光束被折射成多個(gè)第二發(fā)散光束并且多個(gè)第二發(fā)散光束被折射成多個(gè)第二平行光束，在控制裝置使第三折射裝置與第四折射裝置接觸的情況下，通過第二折射裝置的光束完全穿過第三折射裝置和第四折射裝置而不折射。
29.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中第一折射裝置包括用于將光束折射成兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件和用于將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束的第二透射部件，第二透射部件將兩個(gè)發(fā)散光束折射成四個(gè)發(fā)散光束，并且第二折射裝置包括用于將通過第二透射部件的四個(gè)發(fā)散光束折射成四個(gè)平行光束的第三透射部件。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的設(shè)備，還包括用于控制第一透射部件和第二透射部件之間的相對位移的第一控制裝置，其中在第一控制裝置使第一透射部件與第二透射部件分開的情況下，通過第一透射部件的光束被折射成多個(gè)第一發(fā)散光束并且多個(gè)第一發(fā)散光束被折射成多個(gè)平行光束，在第一控制裝置使第一透射部件與第二透射部件接觸的情況下，光束完全穿過第一透射部件和第二透射部件而不折射。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的設(shè)備，還包括用于控制第二透射部件和第三透射部件之間的相對位移的第二控制裝置，其中在第二控制裝置使第二透射部件與第三透射部件分開的情況下，通過第二透射部件的光束被折射成多個(gè)第二發(fā)散光束并且多個(gè)第二發(fā)散光束被折射成多個(gè)平行光束，在第二控制裝置使第二透射部件與第三透射部件接觸的情況下，通過第二透射部件的光束完全穿過第二透射部件和第三透射部件而不折射。
32.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，還包括用于將光束折射成圍繞光的中心發(fā)散的環(huán)形發(fā)散光束的第三折射裝置；和用于將環(huán)形發(fā)散光束轉(zhuǎn)換成環(huán)形平行光束的第四折射裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括用于控制第三折射裝置和第四折射裝置之間的相對位移的第三控制裝置，其中在第三控制裝置使第三折射裝置與第四折射裝置分開的情況下，入射到第三折射裝置上的光束被折射成環(huán)形發(fā)散光束并且環(huán)形發(fā)散光束被折射成平行光束，在第三控制裝置使第三折射裝置和第四折射裝置接觸的情況下，入射到第三折射裝置上的光束完全穿過第三折射裝置和第四折射裝置而不折射。
34.一種曝光物體的設(shè)備，包括用于產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光束的裝置；用于折射或透射入射到其上的第一光束的第一透鏡系統(tǒng)，其中第一光束被折射成多個(gè)發(fā)散光束并且多個(gè)發(fā)散光束被折射成多個(gè)平行光束，或者第一光束穿過第一透鏡系統(tǒng)而不折射；用于折射或透射入射到其上的第二光束的第二透鏡系統(tǒng)，其中第二光束被折射成環(huán)形發(fā)散光束并且環(huán)形發(fā)散光束被折射成環(huán)形平行光束，或者第二光束穿過第二透鏡系統(tǒng)而不折射；和用于利用多個(gè)平行光束或環(huán)形平行光束的光曝光物體的裝置。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，第一透鏡系統(tǒng)包括用于將光束折射成兩個(gè)發(fā)散光束的第一透射部件；用于將兩個(gè)發(fā)散光束折射成兩個(gè)平行光束的第二透射部件；和用于控制第一透射部件和第二透射部件之間的相對位移的第一控制裝置，其中在第一控制裝置使第一透射部件與第二透射部件分開的情況下，光束被折射成兩個(gè)發(fā)散光束并且兩個(gè)發(fā)散光束被折射成兩個(gè)平行光束，在第一控制裝置使第一透射部件與第二透射部件接觸的情況下，光束完全穿過第一透射部件和第二透射部件而不折射。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的設(shè)備，第二透鏡系統(tǒng)包括用于將光折射成圍繞光的中心發(fā)散的環(huán)形發(fā)散光束的第三透射部件；用于將環(huán)形發(fā)散光束轉(zhuǎn)換成環(huán)形平行光束的第四透射部件；和用于控制第三透射部件和第四透射部件之間的相對位移的第二控制裝置，其中在第二控制裝置使第三透射部件與第四透射部件分開的情況下，入射到第三透射部件上的光束被折射成環(huán)形發(fā)散光束并且環(huán)形發(fā)散光束被折射成環(huán)形平行光束，在第二控制裝置使第三透射部件與第四透射部件接觸的情況下，入射到第三透射部件上的光束完全穿過第三透射部件和第四透射部件而不折射。
全文摘要
公開了一種曝光物體的方法和設(shè)備，用于提高光效率。產(chǎn)生具有均勻強(qiáng)度分布的光之后，光被折射成多個(gè)發(fā)散光束。然后，多個(gè)發(fā)散光束再次被折射成多個(gè)平行光束。利用多個(gè)平行光束的光曝光物體。因此，使原始光束和用于曝光物體的平行光束之間的光通量的差最小化，因而提高了該設(shè)備的光效率。
文檔編號H01L21/027GK1417644SQ0214017
公開日2003年5月14日 申請日期2002年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月5日
發(fā)明者樸珍俊, 具斗訓(xùn) 申請人:三星電子株式會社