专利名称：成像光学系统和具有此类型的成像光学系统的用于微光刻的投射曝光设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括多个反射镜的成像光学系统，其经由成像光的光束路径将物平面中的物场成像到像平面中的像场，所述成像光学系统包括光瞳遮挡(obscuration)。此外，本发明涉及一种包括此类型的成像光学系统的用于微光刻的投射曝光设备、利用此类型的投射曝光设备制造微结构组件的方法、以及利用此方法制造的微结构组件。
背景技术：
US 2008/0170310A1、US 2006/023^67Α1 和 US 6，750，948B2 公开了开头提及的类型的成像光学系统。US 6，975，385B2公开了另一成像光学系统。尤其是在用于微光刻的投射曝光设备内使用时，特别适用于在微结构或纳米结构半导体组件的制造中，存在提高开头提及的成像光学系统的成像特性的需求，例如更大的数值孔径，以获得更高分辨率。应当在不牺牲成像光学系统的光通量的情况下获得成像特性的提高。尤其在涉及以5nm至30nm之间的范围中的EUV成像光工作的成像光学系统时， 更是苛求这一点。
发明内容
因此，本发明的目的是改进开始所提及的成像光学系统的成像特性，而不牺牲光通量。根据本发明通过具有权利要求1中描述的特征的成像光学系统来实现此目的。根据本发明已发现光束路径中的凹面的倒数第四个反射镜使得可以设计对各个反射镜具有低的最大入射角的成像光学系统。因此，可以利用对允许的入射角的带宽具有低容限的高反射膜。结果产生具有低损耗和高光通量的成像光学系统。成像光学系统的像平面可以是中间像平面，其被包括例如两个附加的反射镜的中继光学系统成像到另一像平面中。光瞳遮挡意味着成像光学系统的至少一个光瞳平面具有不被成像光穿透的区域(关于未折叠的光束路径)。光瞳遮挡可以是中心光瞳遮挡或偏心光瞳遮挡。光瞳遮挡可以是旋转对称光瞳遮挡。特别地，光瞳遮挡可以是环形光瞳遮挡。成像光学系统的高孔径侧(通常是像侧)上的场尺寸可以具有达到二个维度的区域，两个维度中较小的一个至少为1mm。 此较小的维度可以是至少2mm或者可以甚至更大。一般地，成像光学系统的光瞳被定位为限制成像光的光学路径的孔径的像。孔径的像所在的这些平面被表示为光瞳平面。因为孔径光阑的像不一定是平面像，更一般地，与这些孔径的像近似一致的所有平面都被表示为光瞳平面。孔径光阑的平面本身也被表示为光瞳平面。如果孔径光阑没有从定义上讲如孔径光阑的像的情况一样定义平面，则与孔径光阑近似一致的那些平面被指示为光瞳平面。 成像光学系统的反射镜可以被设计为具有自由形状反射表面，其不能够有旋转对称函数描述。成像光学系统的反射镜中的至少一个可以具有此类型的自由形状反射表面。成像光学系统的入瞳是孔径光阑的像，其经由成像光学系统中位于物平面和孔径光阑之间的部分，通过将孔径光阑成像而形成。相应地，出瞳被定义为孔径光阑的像，其经由成像光学系统中位于像平面和孔径光阑之间的部分通过将孔径光阑成像而形成。当入瞳是孔径光阑的虚像时，S卩如果入瞳平面位于成像光在物平面之前的光束路径中，则其被已知为入瞳的负输入后焦距或负后焦距。在该情况中，所有物场点的主光线如其自位于物场前方(即在物场和像场之间的光束路径之外)的起点一般来传播。每个物点的主光线被定义为连接给定物点和入瞳的中心的光线。在入瞳的负输入后焦距的情况下， 所有物场点的主光线在物场上发散行进。在像点处遮蔽或遮挡的出瞳意味着此像点不能被源自孔径内的各个物点的所有光线达到。这意味着在出瞳内存在不能被源自此场点的光线达到的区域。此区域定义光瞳遮挡。光瞳的另一替代定义是成像光学系统的光路中源自物场点的单独光线相交的区域，这些单独光线被选择为使得它们关于源自这些物场点的主光线分别具有相同的照明角度。关于此替代定义，光瞳平面是这样的平面根据此替代的光瞳定义的单独光线的相交点位于其中，或光瞳平面被定义为近似不一定必须精确位于一平面中的相交点的空间分布的平面。根据权利要求2的光束路径使得可以在成像光学系统的中心光轴附近引导倒数第三和倒数第二个反射镜之间的成像光，从而导致在成像光学系统的像侧遮挡反射镜上具有最小可能的通孔。此外，这帮助在各个反射镜上获得较小的最大入射角。像场的所述法线可以是成像光学系统的反射镜的反射表面的旋转对称性的公共轴，或者是近似这些反射面的最佳拟合表面的旋转对称性的公共轴。像场可以是部分环场，即可以具有环的一部分的形状。在该情况中，这样的像场的中心(其是用于法线的典型点)被定义为沿着这样的部分环场的镜面对称轴的场范围的中点。根据权利要求3的中间像平面帮助避免光束路径的某些部分的遮挡问题，因为在中间像场平面的附近，光束路径具有较小的截面。此外，中间像产生成像光学系统的附加光瞳平面，其可以替代地用作孔径光阑或遮挡定义元件。根据权利要求4至7的中间像平面的位置帮助避免穿过最后一个反射镜之前的光束路径中的遮挡，最后一个反射镜通常具有用于光瞳平面遮挡的通孔。为了避免成像光在穿过该反射镜之前的这种遮挡，中间像平面可以位于最后一个反射镜前方某一空间距离处，该空间距离大于物平面和像平面之间的距离的20%，大于30%，大于33%，大于40%， 大于50%，大于60%，甚至大于65%。根据权利要求4的空间距离不是沿着光束路径测量， 而是中间像平面与成像光学系统内的最后一个反射镜之间的实际距离。根据权利要求8的中间光瞳平面使得可以在此反射镜上布置光瞳遮挡光栏。精确具有6个反射镜的成像光学系统使得在高质量成像特性与高光通量之间具有良好平衡的折中。该成像光学系统可以是反射成像光学系统。至少0. 4的像方数值孔径导致成像光学系统的高分辨率。像方数值孔径可以高达 0. 45，或者甚至更高。根据权利要求11或12的大像场用于获得成像光学系统的高光通量。根据权利要求13和14的最大入射角使得可以在反射镜上使用多层高反射镀膜。 中心物点的成像光主光线在倒数第四个反射镜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。成像光在倒数第四个反射镜上的最大入射角在成像光学系统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。根据权利要求15和16的光学特性给出了高质量的成像特性。最大波前误差(rms) 可以低至25m λ。最大畸变可以低至10nm，低至5nm，低至2nm或甚至低至1. 2nm。根据权利要求17和18的光学系统以及根据权利要求19和20的投射曝光设备的优点对应于前面关于根据本发明的成像光学系统所讨论的优点。投射曝光装置的光源可以是宽带光源形式，并且可以具有例如大于lnm、大于IOnm或大于IOOnm的带宽。此外，投射曝光设备可以被构造为使得其以不同波长的光源工作。其它波长(尤其是用于微光刻的波长)的光源可以与根据本发明的成像光学系统一起使用，例如，具有365nm、248nm、193nm、 157nm、U6nm和109nm的波长的光源，尤其是具有小于IOOnm的波长的光源。相应的优点还适用于根据权利要求21的制造方法以及由此制造的根据权利要求 22的微结构和纳米结构组件。
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例，其中图1是具有成像光学系统的、用于EUV微光刻的投射曝光设备的示意图，该成像光学系统将物平面中的物场成像到像平面中的像场中；图2至图4是成像光学系统的实施例，它们都在子午面中。
具体实施例方式用于微光刻的投射曝光设备1具有用于照明光的光源2。光源2是EUV光源，其产生特别是在5nm至30nm的波长范围中的照明和成像光3。其它EUV波长也可以。一般地，可以使用任何期望的波长用于在投射曝光设备1中引导的照明光，例如可见光波长，或者例如可以在微光刻中使用并且合适的激光光源和/或LED光源可以获得的其它任何波长 (例如365nm、248nm、193nm、157nm、129nm或109nm)。图1中极其示意性地示出了照明光3 的光束路径。照明光学系统6将照明光3从光源2引导到物平面5中的物场4 (参照图2)。利用投射光学系统或成像光学系统7，以预先指定的缩小比例，将物场4成像到像平面9中的像场8(参照图2)中。图2至7中所示的实施例之一可被用于投射光学系统7。图2的投射光学系统7具有缩小因子4。其它的缩小比例也是可以的，例如h、8x或甚至大于8x的缩小比例。在图2至5的实施例中的投射光学系统7中，像平面9被布置为平行于物平面 5。因此，反射掩模10 (也被称为掩模母版)中与物场4重叠的部分被成像。为了辅助投射曝光设备1和投射光学系统7的各种实施例的描述，在图中提供了 xyz笛卡尔坐标系统，其指示附图中表示的组件的相应位置。在图1中，χ方向垂直于图面并向图面内延伸。y方向向右延伸，ζ方向向下延伸。像场8以弧形弯曲，限制像场8的两个弧之间的y距离是2mm。2mm也是在两个弧之间限制像场8的直边边界的边长度，所述直边边界在y方向上彼此平行地延伸。像场8 的这两个直边边界彼此相距距离26mm。此弯曲像场的表面对应于具有2mnD^6mm边长的矩形像场。矩形像场8或者具有例如这些维度的任意其它形状也是可以的，尤其是当成像光学系统7的至少一个反射镜使用非旋转对称的光学表面(所谓的自由形状表面)时。在晶片形式的基底11的表面上进行成像，该晶片被基底支撑体12支撑。在图1 中，在掩模母版10和所述投射光学系统之间示意性地示出了进入投射光学系统7的照明光 3的光束13，并且在投射光学系统7和基底11之间示意性地示出了从投射光学系统7出射的照明光3的光束14。投射曝光设备1是扫描机型设备。在投射曝光设备1的操作期间，掩模母版10和基底11都在y方向上扫描。图2示出了投射光学系统7的第一实施例的光学构造。示出了成像光3的三个单独光线15中的每个的光束路径，所述单独光线15分别从图2中的5个物场点出发，并且彼此在y方向上分离。属于这5个物场点之一的这三个单独光线15各自与关于5个像场点的3个不同的照明方向关联。不同场点的与相同照明方向关联的单独光线15从物平面5 出发发散地延伸。在下文中，这也称为入瞳的负输入后焦距或负后焦距。因此，图2的投射光学系统7的入瞳不在投射光学系统7内，而是在成像光3的光束路径中的物平面5之前。 这使得以下称为可能例如将照明光学系统6的光瞳组件布置在投射光学系统7的入瞳中， 在光束路径中位于投射光学系统7之前，而在这些光瞳组件与物平面5之间不需要出现其它成像光学组件。作为对入瞳的负后焦距的替代，也可以使用具有入瞳的正后焦距、或者在入瞳和物平面之间具有无穷大距离(即物方远心设计)的成像光学系统7的变型。图2的投射光学系统7具有总共6个反射镜，从物场4开始以光束路径的顺序将其编号为Ml至M6。图2仅示出了反射镜Ml至M6的计算的反射面。下面通过两个表示出了图2的投射光学系统7的光学数据。在列“半径”中，第一个表分别示出了 Ml至M6的曲率半径。第三列(厚度)分别描述了到下一表面的距离(从物平面5起行进)。第二个表描述了反射镜Ml至M8的反射面的精确表面形状，其中常数K和A至G 被输入到以下用于弧矢高度ζ (h)的等式中
权利要求
1.成像光学系统(7)，-包括多个反射镜(Ml至M6)，其经由成像光(3)的光束路径，将物平面(5)中的物场 (4)成像到像平面(9)中的像场(8)中， -包括出瞳遮挡，-其中在所述多个反射镜之中，至少所述光束路径中的倒数第四个反射镜(M3)具有用于所述成像光(3)穿过的开口，所述倒数第四个反射镜(M3)是凹面的。
2.如权利要求1所述的成像光学系统，其中倒数第三个反射镜(M4)与倒数第二个反射镜(M5)之间的光束路径在距所述像场(8)的中心的法线一距离处穿过所述倒数第四个反射镜(M3)，该距离小于所述倒数第四个反射镜(M3)距所述像场(8)的所述法线(16)的距1 O
3.如权利要求1或2所述的成像光学系统，在所述物平面(5)和所述像平面(9)之间的光束路径中具有中间像平面00)。
4.如权利要求3所述的成像光学系统，其中所述中间像平面OO)位于距最后一个反射镜(M6) 一空间距离(Zii)处，所述空间距离(Zii)大于所述物平面(5)与所述像平面(9) 之间的距离(zoi)的10%。
5.如权利要求3或4所述的成像光学系统，其中所述中间像平面OO)在所述光学路径中位于所述倒数第三个反射镜(M4)的前方。
6.如权利要求5所述的成像光学系统，其中，所述中间像平面OO)在所述光学路径中位于所述倒数第四个反射镜(M3)的前方。
7.如权利要求6所述的成像光学系统，其中所述中间像平面OO)在所述光学路径中位于所述倒数第五个反射镜(M2)与所述倒数第四个反射镜(M3)之间。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的成像光学系统，其中，在所述物平面(5)与所述像平面(9)之间的光束路径中的中间光瞳平面位于所述反射镜(Ml至M6)之一(M2)的附近。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的成像光学系统，精确包括6个反射镜(Ml至M6)。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的成像光学系统，具有至少0.4的像方数值孔径。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的成像光学系统，其中所述像场(8)大于1mm2。
12.如权利要求11所述的成像光学系统，其中所述像场(8)是矩形或弧形的，其具有至少2mm和至少^mm的边长。
13.如权利要求1至12中的任一项所述的成像光学系统，其中，中心物点的成像光主光线入射在所述倒数第四个反射镜(Μ； )上的最大入射角至多是10度。
14.如权利要求1至13中的任一项所述的成像光学系统，其中，成像光(3)在所述倒数第四个反射镜(M3)上的最大入射角在所述成像光学系统的子午面上至多是10度。
15.如权利要求1至14中的任一项所述的成像光学系统，具有最大47mλ的波前误差 (rms) ο
16.如权利要求1至15中的任一项所述的成像光学系统，具有最大35nm的畸变。
17.光学系统，包括根据权利要求1至16之一的成像光学系统、以及用于将所述成像光(3)引导到所述成像光学系统(7)的物场中的照明光学系统(6)。
18.如权利要求17所述的光学系统，配置为传输具有5nm至30nm的波长的辐射。
19.用于微光刻的投射曝光设备-包括根据权利要求17或18的光学系统(6、7)， -包括用于照明和成像光(3)的光源O)。
20.如权利要求19所述的投射曝光设备，其中，产生所述照明光(3)的光源(2)具有 5nm至30nm的波长。
21.用于制造微结构组件的方法，包括以下步骤 -设置掩模母版(10)和晶片(11)，-通过使用根据权利要求19或权利要求20的投射曝光设备将所述掩模母版(10)上的结构投射到所述晶片(11)的光敏层上， -在所述晶片(11)上制造微结构。
22.根据权利要求21的方法所制造的微结构组件。
全文摘要
一种成像光学系统(7)具有多个反射镜(M1至M6)，其经由用于成像光(3)的光束路径将物平面(5)中的物场(4)成像到像平面(9)中的像场(8)中。成像光学系统(7)具有出瞳遮挡。至少一个反射镜(M1至M4)具有用于所述成像光(3)穿过的开口。所述倒数第四个反射镜(M3)是凹面的。结果使成像光学系统具有提高的成像特性，而不牺牲光通量。
文档编号G03F7/20GK102317867SQ201080007425
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月10日 优先权日2009年2月12日
发明者戴维.莎弗, 汉斯-于尔根.曼 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司