專(zhuān)利名稱(chēng)：成像光學(xué)系統(tǒng)和具有此類(lèi)型的成像光學(xué)系統(tǒng)的用于微光刻的投射曝光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括多個(gè)反射鏡的成像光學(xué)系統(tǒng)，其經(jīng)由成像光的光束路徑將物平面中的物場(chǎng)成像到像平面中的像場(chǎng)，所述成像光學(xué)系統(tǒng)包括光瞳遮擋(obscuration)。此外，本發(fā)明涉及一種包括此類(lèi)型的成像光學(xué)系統(tǒng)的用于微光刻的投射曝光設(shè)備、利用此類(lèi)型的投射曝光設(shè)備制造微結(jié)構(gòu)組件的方法、以及利用此方法制造的微結(jié)構(gòu)組件。
背景技術(shù)：
US 2008/0170310A1、US 2006/023^67Α1 和 US 6，750，948B2 公開(kāi)了開(kāi)頭提及的類(lèi)型的成像光學(xué)系統(tǒng)。US 6，975，385B2公開(kāi)了另一成像光學(xué)系統(tǒng)。尤其是在用于微光刻的投射曝光設(shè)備內(nèi)使用時(shí)，特別適用于在微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體組件的制造中，存在提高開(kāi)頭提及的成像光學(xué)系統(tǒng)的成像特性的需求，例如更大的數(shù)值孔徑，以獲得更高分辨率。應(yīng)當(dāng)在不犧牲成像光學(xué)系統(tǒng)的光通量的情況下獲得成像特性的提高。尤其在涉及以5nm至30nm之間的范圍中的EUV成像光工作的成像光學(xué)系統(tǒng)時(shí)， 更是苛求這一點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是改進(jìn)開(kāi)始所提及的成像光學(xué)系統(tǒng)的成像特性，而不犧牲光通量。根據(jù)本發(fā)明通過(guò)具有權(quán)利要求1中描述的特征的成像光學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。根據(jù)本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)光束路徑中的凹面的倒數(shù)第四個(gè)反射鏡使得可以設(shè)計(jì)對(duì)各個(gè)反射鏡具有低的最大入射角的成像光學(xué)系統(tǒng)。因此，可以利用對(duì)允許的入射角的帶寬具有低容限的高反射膜。結(jié)果產(chǎn)生具有低損耗和高光通量的成像光學(xué)系統(tǒng)。成像光學(xué)系統(tǒng)的像平面可以是中間像平面，其被包括例如兩個(gè)附加的反射鏡的中繼光學(xué)系統(tǒng)成像到另一像平面中。光瞳遮擋意味著成像光學(xué)系統(tǒng)的至少一個(gè)光瞳平面具有不被成像光穿透的區(qū)域(關(guān)于未折疊的光束路徑)。光瞳遮擋可以是中心光瞳遮擋或偏心光瞳遮擋。光瞳遮擋可以是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)光瞳遮擋。特別地，光瞳遮擋可以是環(huán)形光瞳遮擋。成像光學(xué)系統(tǒng)的高孔徑側(cè)(通常是像側(cè))上的場(chǎng)尺寸可以具有達(dá)到二個(gè)維度的區(qū)域，兩個(gè)維度中較小的一個(gè)至少為1mm。 此較小的維度可以是至少2mm或者可以甚至更大。一般地，成像光學(xué)系統(tǒng)的光瞳被定位為限制成像光的光學(xué)路徑的孔徑的像?？讖降南袼诘倪@些平面被表示為光瞳平面。因?yàn)榭讖焦怅@的像不一定是平面像，更一般地，與這些孔徑的像近似一致的所有平面都被表示為光瞳平面?？讖焦怅@的平面本身也被表示為光瞳平面。如果孔徑光闌沒(méi)有從定義上講如孔徑光闌的像的情況一樣定義平面，則與孔徑光闌近似一致的那些平面被指示為光瞳平面。 成像光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡可以被設(shè)計(jì)為具有自由形狀反射表面，其不能夠有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)函數(shù)描述。成像光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡中的至少一個(gè)可以具有此類(lèi)型的自由形狀反射表面。成像光學(xué)系統(tǒng)的入瞳是孔徑光闌的像，其經(jīng)由成像光學(xué)系統(tǒng)中位于物平面和孔徑光闌之間的部分，通過(guò)將孔徑光闌成像而形成。相應(yīng)地，出瞳被定義為孔徑光闌的像，其經(jīng)由成像光學(xué)系統(tǒng)中位于像平面和孔徑光闌之間的部分通過(guò)將孔徑光闌成像而形成。當(dāng)入瞳是孔徑光闌的虛像時(shí)，S卩如果入瞳平面位于成像光在物平面之前的光束路徑中，則其被已知為入瞳的負(fù)輸入后焦距或負(fù)后焦距。在該情況中，所有物場(chǎng)點(diǎn)的主光線如其自位于物場(chǎng)前方(即在物場(chǎng)和像場(chǎng)之間的光束路徑之外)的起點(diǎn)一般來(lái)傳播。每個(gè)物點(diǎn)的主光線被定義為連接給定物點(diǎn)和入瞳的中心的光線。在入瞳的負(fù)輸入后焦距的情況下， 所有物場(chǎng)點(diǎn)的主光線在物場(chǎng)上發(fā)散行進(jìn)。在像點(diǎn)處遮蔽或遮擋的出瞳意味著此像點(diǎn)不能被源自孔徑內(nèi)的各個(gè)物點(diǎn)的所有光線達(dá)到。這意味著在出瞳內(nèi)存在不能被源自此場(chǎng)點(diǎn)的光線達(dá)到的區(qū)域。此區(qū)域定義光瞳遮擋。光瞳的另一替代定義是成像光學(xué)系統(tǒng)的光路中源自物場(chǎng)點(diǎn)的單獨(dú)光線相交的區(qū)域，這些單獨(dú)光線被選擇為使得它們關(guān)于源自這些物場(chǎng)點(diǎn)的主光線分別具有相同的照明角度。關(guān)于此替代定義，光瞳平面是這樣的平面根據(jù)此替代的光瞳定義的單獨(dú)光線的相交點(diǎn)位于其中，或光瞳平面被定義為近似不一定必須精確位于一平面中的相交點(diǎn)的空間分布的平面。根據(jù)權(quán)利要求2的光束路徑使得可以在成像光學(xué)系統(tǒng)的中心光軸附近引導(dǎo)倒數(shù)第三和倒數(shù)第二個(gè)反射鏡之間的成像光，從而導(dǎo)致在成像光學(xué)系統(tǒng)的像側(cè)遮擋反射鏡上具有最小可能的通孔。此外，這幫助在各個(gè)反射鏡上獲得較小的最大入射角。像場(chǎng)的所述法線可以是成像光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡的反射表面的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的公共軸，或者是近似這些反射面的最佳擬合表面的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的公共軸。像場(chǎng)可以是部分環(huán)場(chǎng)，即可以具有環(huán)的一部分的形狀。在該情況中，這樣的像場(chǎng)的中心(其是用于法線的典型點(diǎn))被定義為沿著這樣的部分環(huán)場(chǎng)的鏡面對(duì)稱(chēng)軸的場(chǎng)范圍的中點(diǎn)。根據(jù)權(quán)利要求3的中間像平面幫助避免光束路徑的某些部分的遮擋問(wèn)題，因?yàn)樵谥虚g像場(chǎng)平面的附近，光束路徑具有較小的截面。此外，中間像產(chǎn)生成像光學(xué)系統(tǒng)的附加光瞳平面，其可以替代地用作孔徑光闌或遮擋定義元件。根據(jù)權(quán)利要求4至7的中間像平面的位置幫助避免穿過(guò)最后一個(gè)反射鏡之前的光束路徑中的遮擋，最后一個(gè)反射鏡通常具有用于光瞳平面遮擋的通孔。為了避免成像光在穿過(guò)該反射鏡之前的這種遮擋，中間像平面可以位于最后一個(gè)反射鏡前方某一空間距離處，該空間距離大于物平面和像平面之間的距離的20%，大于30%，大于33%，大于40%， 大于50%，大于60%，甚至大于65%。根據(jù)權(quán)利要求4的空間距離不是沿著光束路徑測(cè)量， 而是中間像平面與成像光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的最后一個(gè)反射鏡之間的實(shí)際距離。根據(jù)權(quán)利要求8的中間光瞳平面使得可以在此反射鏡上布置光瞳遮擋光欄。精確具有6個(gè)反射鏡的成像光學(xué)系統(tǒng)使得在高質(zhì)量成像特性與高光通量之間具有良好平衡的折中。該成像光學(xué)系統(tǒng)可以是反射成像光學(xué)系統(tǒng)。至少0. 4的像方數(shù)值孔徑導(dǎo)致成像光學(xué)系統(tǒng)的高分辨率。像方數(shù)值孔徑可以高達(dá) 0. 45，或者甚至更高。根據(jù)權(quán)利要求11或12的大像場(chǎng)用于獲得成像光學(xué)系統(tǒng)的高光通量。根據(jù)權(quán)利要求13和14的最大入射角使得可以在反射鏡上使用多層高反射鍍膜。 中心物點(diǎn)的成像光主光線在倒數(shù)第四個(gè)反射鏡上的最大入射角可以是至多5度，至多4度，至多3. 8度，至多3度，或者至多2. 3度。成像光在倒數(shù)第四個(gè)反射鏡上的最大入射角在成像光學(xué)系統(tǒng)的子午面上可以是至多5度，至多4. 6度，至多4度，或者甚至至多3. 5度。根據(jù)權(quán)利要求15和16的光學(xué)特性給出了高質(zhì)量的成像特性。最大波前誤差(rms) 可以低至25m λ。最大畸變可以低至10nm，低至5nm，低至2nm或甚至低至1. 2nm。根據(jù)權(quán)利要求17和18的光學(xué)系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求19和20的投射曝光設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于前面關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的成像光學(xué)系統(tǒng)所討論的優(yōu)點(diǎn)。投射曝光裝置的光源可以是寬帶光源形式，并且可以具有例如大于lnm、大于IOnm或大于IOOnm的帶寬。此外，投射曝光設(shè)備可以被構(gòu)造為使得其以不同波長(zhǎng)的光源工作。其它波長(zhǎng)(尤其是用于微光刻的波長(zhǎng))的光源可以與根據(jù)本發(fā)明的成像光學(xué)系統(tǒng)一起使用，例如，具有365nm、248nm、193nm、 157nm、U6nm和109nm的波長(zhǎng)的光源，尤其是具有小于IOOnm的波長(zhǎng)的光源。相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)還適用于根據(jù)權(quán)利要求21的制造方法以及由此制造的根據(jù)權(quán)利要求 22的微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)組件。


下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是具有成像光學(xué)系統(tǒng)的、用于EUV微光刻的投射曝光設(shè)備的示意圖，該成像光學(xué)系統(tǒng)將物平面中的物場(chǎng)成像到像平面中的像場(chǎng)中；圖2至圖4是成像光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例，它們都在子午面中。
具體實(shí)施例方式用于微光刻的投射曝光設(shè)備1具有用于照明光的光源2。光源2是EUV光源，其產(chǎn)生特別是在5nm至30nm的波長(zhǎng)范圍中的照明和成像光3。其它EUV波長(zhǎng)也可以。一般地，可以使用任何期望的波長(zhǎng)用于在投射曝光設(shè)備1中引導(dǎo)的照明光，例如可見(jiàn)光波長(zhǎng)，或者例如可以在微光刻中使用并且合適的激光光源和/或LED光源可以獲得的其它任何波長(zhǎng) (例如365nm、248nm、193nm、157nm、129nm或109nm)。圖1中極其示意性地示出了照明光3 的光束路徑。照明光學(xué)系統(tǒng)6將照明光3從光源2引導(dǎo)到物平面5中的物場(chǎng)4 (參照?qǐng)D2)。利用投射光學(xué)系統(tǒng)或成像光學(xué)系統(tǒng)7，以預(yù)先指定的縮小比例，將物場(chǎng)4成像到像平面9中的像場(chǎng)8(參照?qǐng)D2)中。圖2至7中所示的實(shí)施例之一可被用于投射光學(xué)系統(tǒng)7。圖2的投射光學(xué)系統(tǒng)7具有縮小因子4。其它的縮小比例也是可以的，例如h、8x或甚至大于8x的縮小比例。在圖2至5的實(shí)施例中的投射光學(xué)系統(tǒng)7中，像平面9被布置為平行于物平面 5。因此，反射掩模10 (也被稱(chēng)為掩模母版)中與物場(chǎng)4重疊的部分被成像。為了輔助投射曝光設(shè)備1和投射光學(xué)系統(tǒng)7的各種實(shí)施例的描述，在圖中提供了 xyz笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)，其指示附圖中表示的組件的相應(yīng)位置。在圖1中，χ方向垂直于圖面并向圖面內(nèi)延伸。y方向向右延伸，ζ方向向下延伸。像場(chǎng)8以弧形彎曲，限制像場(chǎng)8的兩個(gè)弧之間的y距離是2mm。2mm也是在兩個(gè)弧之間限制像場(chǎng)8的直邊邊界的邊長(zhǎng)度，所述直邊邊界在y方向上彼此平行地延伸。像場(chǎng)8 的這兩個(gè)直邊邊界彼此相距距離26mm。此彎曲像場(chǎng)的表面對(duì)應(yīng)于具有2mnD^6mm邊長(zhǎng)的矩形像場(chǎng)。矩形像場(chǎng)8或者具有例如這些維度的任意其它形狀也是可以的，尤其是當(dāng)成像光學(xué)系統(tǒng)7的至少一個(gè)反射鏡使用非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的光學(xué)表面(所謂的自由形狀表面)時(shí)。在晶片形式的基底11的表面上進(jìn)行成像，該晶片被基底支撐體12支撐。在圖1 中，在掩模母版10和所述投射光學(xué)系統(tǒng)之間示意性地示出了進(jìn)入投射光學(xué)系統(tǒng)7的照明光 3的光束13，并且在投射光學(xué)系統(tǒng)7和基底11之間示意性地示出了從投射光學(xué)系統(tǒng)7出射的照明光3的光束14。投射曝光設(shè)備1是掃描機(jī)型設(shè)備。在投射曝光設(shè)備1的操作期間，掩模母版10和基底11都在y方向上掃描。圖2示出了投射光學(xué)系統(tǒng)7的第一實(shí)施例的光學(xué)構(gòu)造。示出了成像光3的三個(gè)單獨(dú)光線15中的每個(gè)的光束路徑，所述單獨(dú)光線15分別從圖2中的5個(gè)物場(chǎng)點(diǎn)出發(fā)，并且彼此在y方向上分離。屬于這5個(gè)物場(chǎng)點(diǎn)之一的這三個(gè)單獨(dú)光線15各自與關(guān)于5個(gè)像場(chǎng)點(diǎn)的3個(gè)不同的照明方向關(guān)聯(lián)。不同場(chǎng)點(diǎn)的與相同照明方向關(guān)聯(lián)的單獨(dú)光線15從物平面5 出發(fā)發(fā)散地延伸。在下文中，這也稱(chēng)為入瞳的負(fù)輸入后焦距或負(fù)后焦距。因此，圖2的投射光學(xué)系統(tǒng)7的入瞳不在投射光學(xué)系統(tǒng)7內(nèi)，而是在成像光3的光束路徑中的物平面5之前。 這使得以下稱(chēng)為可能例如將照明光學(xué)系統(tǒng)6的光瞳組件布置在投射光學(xué)系統(tǒng)7的入瞳中， 在光束路徑中位于投射光學(xué)系統(tǒng)7之前，而在這些光瞳組件與物平面5之間不需要出現(xiàn)其它成像光學(xué)組件。作為對(duì)入瞳的負(fù)后焦距的替代，也可以使用具有入瞳的正后焦距、或者在入瞳和物平面之間具有無(wú)窮大距離(即物方遠(yuǎn)心設(shè)計(jì))的成像光學(xué)系統(tǒng)7的變型。圖2的投射光學(xué)系統(tǒng)7具有總共6個(gè)反射鏡，從物場(chǎng)4開(kāi)始以光束路徑的順序?qū)⑵渚幪?hào)為Ml至M6。圖2僅示出了反射鏡Ml至M6的計(jì)算的反射面。下面通過(guò)兩個(gè)表示出了圖2的投射光學(xué)系統(tǒng)7的光學(xué)數(shù)據(jù)。在列“半徑”中，第一個(gè)表分別示出了 Ml至M6的曲率半徑。第三列(厚度)分別描述了到下一表面的距離(從物平面5起行進(jìn))。第二個(gè)表描述了反射鏡Ml至M8的反射面的精確表面形狀，其中常數(shù)K和A至G 被輸入到以下用于弧矢高度ζ (h)的等式中
權(quán)利要求
1.成像光學(xué)系統(tǒng)(7)，-包括多個(gè)反射鏡(Ml至M6)，其經(jīng)由成像光(3)的光束路徑，將物平面(5)中的物場(chǎng) (4)成像到像平面(9)中的像場(chǎng)(8)中， -包括出瞳遮擋，-其中在所述多個(gè)反射鏡之中，至少所述光束路徑中的倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(M3)具有用于所述成像光(3)穿過(guò)的開(kāi)口，所述倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(M3)是凹面的。
2.如權(quán)利要求1所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中倒數(shù)第三個(gè)反射鏡(M4)與倒數(shù)第二個(gè)反射鏡(M5)之間的光束路徑在距所述像場(chǎng)(8)的中心的法線一距離處穿過(guò)所述倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(M3)，該距離小于所述倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(M3)距所述像場(chǎng)(8)的所述法線(16)的距1 O
3.如權(quán)利要求1或2所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，在所述物平面(5)和所述像平面(9)之間的光束路徑中具有中間像平面00)。
4.如權(quán)利要求3所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中所述中間像平面OO)位于距最后一個(gè)反射鏡(M6) 一空間距離(Zii)處，所述空間距離(Zii)大于所述物平面(5)與所述像平面(9) 之間的距離(zoi)的10%。
5.如權(quán)利要求3或4所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中所述中間像平面OO)在所述光學(xué)路徑中位于所述倒數(shù)第三個(gè)反射鏡(M4)的前方。
6.如權(quán)利要求5所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述中間像平面OO)在所述光學(xué)路徑中位于所述倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(M3)的前方。
7.如權(quán)利要求6所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中所述中間像平面OO)在所述光學(xué)路徑中位于所述倒數(shù)第五個(gè)反射鏡(M2)與所述倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(M3)之間。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述物平面(5)與所述像平面(9)之間的光束路徑中的中間光瞳平面位于所述反射鏡(Ml至M6)之一(M2)的附近。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，精確包括6個(gè)反射鏡(Ml至M6)。
10.如權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，具有至少0.4的像方數(shù)值孔徑。
11.如權(quán)利要求1至10中的任一項(xiàng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中所述像場(chǎng)(8)大于1mm2。
12.如權(quán)利要求11所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中所述像場(chǎng)(8)是矩形或弧形的，其具有至少2mm和至少^mm的邊長(zhǎng)。
13.如權(quán)利要求1至12中的任一項(xiàng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，中心物點(diǎn)的成像光主光線入射在所述倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(Μ； )上的最大入射角至多是10度。
14.如權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，其中，成像光(3)在所述倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(M3)上的最大入射角在所述成像光學(xué)系統(tǒng)的子午面上至多是10度。
15.如權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，具有最大47mλ的波前誤差 (rms) ο
16.如權(quán)利要求1至15中的任一項(xiàng)所述的成像光學(xué)系統(tǒng)，具有最大35nm的畸變。
17.光學(xué)系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的成像光學(xué)系統(tǒng)、以及用于將所述成像光(3)引導(dǎo)到所述成像光學(xué)系統(tǒng)(7)的物場(chǎng)中的照明光學(xué)系統(tǒng)(6)。
18.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)系統(tǒng)，配置為傳輸具有5nm至30nm的波長(zhǎng)的輻射。
19.用于微光刻的投射曝光設(shè)備-包括根據(jù)權(quán)利要求17或18的光學(xué)系統(tǒng)(6、7)， -包括用于照明和成像光(3)的光源O)。
20.如權(quán)利要求19所述的投射曝光設(shè)備，其中，產(chǎn)生所述照明光(3)的光源(2)具有 5nm至30nm的波長(zhǎng)。
21.用于制造微結(jié)構(gòu)組件的方法，包括以下步驟 -設(shè)置掩模母版(10)和晶片(11)，-通過(guò)使用根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20的投射曝光設(shè)備將所述掩模母版(10)上的結(jié)構(gòu)投射到所述晶片(11)的光敏層上， -在所述晶片(11)上制造微結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法所制造的微結(jié)構(gòu)組件。
全文摘要
一種成像光學(xué)系統(tǒng)(7)具有多個(gè)反射鏡(M1至M6)，其經(jīng)由用于成像光(3)的光束路徑將物平面(5)中的物場(chǎng)(4)成像到像平面(9)中的像場(chǎng)(8)中。成像光學(xué)系統(tǒng)(7)具有出瞳遮擋。至少一個(gè)反射鏡(M1至M4)具有用于所述成像光(3)穿過(guò)的開(kāi)口。所述倒數(shù)第四個(gè)反射鏡(M3)是凹面的。結(jié)果使成像光學(xué)系統(tǒng)具有提高的成像特性，而不犧牲光通量。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102317867SQ201080007425
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者戴維.莎弗, 漢斯-于爾根.曼 申請(qǐng)人:卡爾蔡司Smt有限責(zé)任公司