投射光刻的照明光学系统的制作方法

本专利申请要求德国专利申请de102018220625.2的优先权，其内容通过引用并入本文中。

本发明涉及一种用于照明照明场的投射光刻的照明光学系统，其中可以布置随后的成像光学系统的物场。此外，本发明涉及具有这种类型的照明光学系统的照明系统，具有这种类型的照明系统的投射曝光系统，使用这种类型的投射曝光系统的微结构或纳米结构部件的制造方法以及通过这种类型的制造方法制造的微结构或纳米结构的部件。

从us6,658,084b2和us7,196,841b2已知投射光刻的照明光学系统。此外，从us8,817,233b2，us9,939,731b2，de102008001511a1，de102016201564a1，de102013218130a1和de102009017069a1中已知这样的照明光学系统。

本发明的目的是开发开篇提到的类型的照明光学系统，使得实现一方面的高照明光通量与照明场的均匀照明的期望的组合。

该目的根据本发明通过具有权利要求1中公开的特征的照明光学系统来实现。通过具有带不同反射率的不同涂层区域的、选择性反射的光瞳分面，可以实现在照明场之上的照明光强度分布的照明强度梯度的校正。在相应选择性反射的光瞳分面上的反射涂层具有能够进行这样的校正的反射率分布。至少当应用某些临界照明设置时，才可能在不存在这样的校正手段的情况下对照明场上的强度梯度进行精细补偿。可以独立于其他照明通道来校正包括一个这样的选择性反射的光瞳分面的每个照明光通道。当替代或附加到反射的光瞳分面来使用至少一个宽带反射的光瞳分面时，通过施加宽带涂层可以使在光场上以其他方式呈现的照明强度梯度变得平滑。这样的宽带涂层减少光瞳分面反射率的角度相关性，并且使得照明强度梯度减小。

使用这样的选择性反射/宽带反射的光瞳分面增加了新的自由度，以优化由照明光学系统实现的照明条件。这种照明光学系统特别地可以与具有较大像侧数值孔径的成像光学系统组合使用，所述较大像侧数值孔径例如可以高于0.3、高于0.4、高于0.5、高于0.6、高于0.7或甚至更高。

照明光可以具有在euv范围内(例如在5nm与30nm之间)或在duv范围内(例如在193nm处)的波长。

所有光瞳分面的子组(即不是所有光瞳分面)可以被设计为选择性反射的分面。光瞳分面的子组(即不是所有光瞳分面)可以被设计为宽带反射的分面。在光瞳分面反射镜包括选择性反射的分面以及宽带反射的分面的情况下，这样的选择性反射和/或宽带反射的分面可以出现在不同的子组上。

根据权利要求2的选择性反射的光瞳分面的实施例是附加的自由度。第三涂层区域的其他反射率可以与不相邻的其他区域的反射率相同，例如与第一涂层区域相同。在其他实施例中，在选择性反射的光瞳分面上可以存在具有特定反射率的大量涂层区域。

根据权利要求3，可以实现反射率在整个选择性反射的光瞳分面上的精细适配。

根据权利要求4布置的光瞳分面增加场相关的反射率校正的可能性。根据光瞳分面到光源的像的距离，照射在相应光瞳分面上的照明光部分束具有的边缘轮廓可以通过照明光源轮廓和与场相关的结构(例如，场分面的边沿轮廓)的卷积来解释。特别地通过反射性涂层的不同涂层区域的尺寸、取向和结构来将选择性反射的光瞳分面上的反射率分布匹配到与照明光部分束照射在光瞳分面上的相应边缘轮廓的尺寸和取向使得精细调整有助于物场照明的照明光部分束的照明分布成为可能。

为了使得照明光部分束的照明分布的这样的精细调整可能，对于离焦距离a满足以下条件：

α＝kbifff/bf

在此，k表征尺寸xf和r之间的比率，即剩余场分量的典型范围xf与从相应场点发出的子射束的半径r之间的比率。

bif是中间焦点在相应光瞳分面上的像的典型尺寸。ff是相关联的场分面的焦距，即相应的照明光部分束由相关联的场分面成像的焦距。bif是场分面的典型范围。

因此，比率k＝xf/r，即在光瞳分面上的剩余场分量xf的尺寸与子射束的典型尺寸r之间的比率，尤其对离焦距离值a起决定性作用。以下适用：2r＝bif。使场相关的校正成为可能，以下还适用：

k≥0.5

特别地，k≥1可能适用，即剩余场分量xf的典型尺寸大于子射束的半径。上述校正的场相关度随k的增加而改进，k可以大于1.5，可以大于2，可以大于3，可以大于4，可以大于5，甚至可以更大。

关于该k条件，参考us9,939,731b2。

根据权利要求5的照明光学系统的优点对应于上面已经描述的优点。选择性反射的光瞳分面或宽带光瞳分面可以是有助于特定照明设置(例如，x双极设置)的那些光瞳分面，在x双极设置中从-x和+x方向的两个照明极来照明具有高xy纵横比的物场。

根据权利要求6的照明系统、根据权利要求7的投射曝光系统，根据权利要求8的制造方法以及根据权利要求9的微结构或纳米结构部件的优点对应于参考根据本发明的照明光学系统单元已经在上文讨论的那些优点。可以在要制造的部件结构上指定精确适配和均匀的照明，从而特别地可以制造出具有极其精细的且特别复杂的结构的半导体芯片。

下面将借助于附图更加详细地描述本发明的实施例，其中：

图1示意性地并且相对于照明光学系统在子午截面上示出了用于微光刻的投射曝光系统；

图2示出了根据图1的投射曝光系统的照明光学系统的场分面反射镜的俯视图；

图3示出了根据图1的投射曝光系统的照明光学系统的光瞳分面反射镜的分面布置的俯视图；

图4以类似于图2的视图示出了场分面反射镜的其他配置的分面布置；

图5示意性地示出了两个物场照明通道的部分，它们被分配到根据图2或图4的场分面反射镜的所示的可倾斜场分面的两个照明倾斜位置，在两个照明倾斜位置中入射照明光部分束；

图6示出了可以替代根据图3的光瞳分面反射镜使用的光瞳分面的实施例，其中在光瞳分面上示出了照明光部分束的边沿或边缘轮廓，光瞳分面正在经由根据图4的场分面反射镜的场分面中的恰好一个照射，其中光瞳分面被布置在光源的像附近但仍距光源的像一距离；

图7是光瞳分面反射镜的另一实施例的截面，该光瞳分面反射镜包括超过十二个光瞳分面，每个光瞳分面都示出了照明光部分束的边缘轮廓，其中所示的大多数光瞳分面布置在光源的像附近但仍距光源的像一距离；

图8示出根据图7中的细节viii的被实施为选择性反射的光瞳分面的一个光瞳分面，该光瞳分面的三个涂层区域具有两个不同反射率；

图9是光瞳分面的另一实施例的示意性侧视图，该光瞳分面被实施为具有用于照明光的宽带反射的涂层的宽带反射的光瞳分面。

用于微光刻的投射曝光系统1用于制造微结构或纳米结构的电子半导体结构元件。光源2发射用于例如在5nm与30nm之间的波长范围的照明的euv辐射。光源2可以是gdpp源(气体放电产生的等离子体)或lpp(激光产生的等离子体)。基于同步加速的辐射源也可以用于光源2。本领域技术人员将在us6859515b2中找到关于这种类型的光源的信息。euv照明光或照明辐射3用于在投射曝光系统1内的照明和成像。在光源2之后的euv照明光3首先穿过集光器4，该集光器4例如是现有技术中已知的具有多壳结构的嵌套式集光器，或者是椭圆形状的集光器。从ep1225481a中已知对应的集光器。在集光器4之后，euv照明光3首先穿过中间焦平面5，该焦平面5可以用于将euv照明光3与不希望的辐射或粒子部分分离。在穿过中间焦平面之后，euv照明光3首先入射在场分面反射镜6上。

为了便于描述位置关系，在各个情况下在图中首先绘制笛卡尔全局xyz坐标系。图1中的x轴垂直于附图平面向外延伸。图1中y轴向右延伸。图1中，z轴朝上延伸。

为了便于描述投射曝光系统1的单独光学部件中的位置关系，在下图的各个情况也都使用笛卡尔局部的xyz或xy坐标系。在其他情况下描述的相应局部xy坐标跨过光学部件的相应主布置平面，例如反射平面。全局xyz坐标系和局部xyz或xy坐标系的x轴彼此平行延伸。局部xyz或xy坐标系的相应y轴与全局xyz坐标系的y轴成一角度，该角度对应于相应光学部件绕x轴的倾斜角。

图2作为示例示出了场分面反射镜6的场分面7的分面布置。场分面7是矩形的，并且在各个情况下具有相同的x/y纵横比。x/y纵横比可以例如为12/5、25/4或104/8。

场分面7指定了场分面反射镜6的反射面，并且被分组为四列，每列具有六至八个场分面组8a、8b。场分面组8a在各个情况下具有七个场分面7。两个中央场分面列的两个附加的边缘侧场分面组8b在各个情况下具有四个场分面7。在两个中央分面列之间以及在第三分面行与第四分面行之间，场分面反射镜6的分面布置具有中间空间9，其中通过保持集光器4的辐条将场分面反射镜6遮蔽。

在场分面反射镜6上反射之后，被分配到单独场分面7的被分成笔形射束或部分束的euv照明光3照射在光瞳分面反射镜10上。

图3示出了光瞳分面反射镜10的圆形光瞳分面11的示例性分面布置。光瞳分面11围绕中心布置在彼此之内的分面环中。至少一个光瞳分面11被分配到场分面7中的一个所反射的euv照明光3的每一个部分束，使得在各个情况下其上被照射的具有一个场分面7和一个光瞳分面11的一个分面对指定euv照明光3的相关联的部分束的物场照明通道。投射曝光系统1取决于期望的照明发生光瞳分面11到场分面7的逐个通道的分配。

通过光瞳分面反射镜10(参见图1)和由三个euv反射镜12、13、14构成的随后的传输光学系统15将场分面7成像在投射曝光系统1的物平面16中。euv反射镜14配置为掠入射反射镜。在物平面16上布置有掩模母版17，通过该掩模母版17以euv照明光3照射照明场形式的照明区域，该照明场与投射曝光系统1的下游投射光学系统19的物场18重合。替代照明场与物场18的这样的重合，物场18可以布置在较大的照明场内。在物场18中覆盖物场照明通道。特别地，在光瞳分面11对物场18的贡献下，场分面7被重叠地成像。

由掩模母版17反射euv照明光3。

投射光学系统19将物平面16中的物场18成像到像平面21中的像场20中。在该像平面21中布置有携载感光层的晶片22，该感光层在投射曝光期间通过投射曝光系统1被曝光。在投射曝光期间，在y方向上以同步的方式扫描掩模母版17和晶片22两者。投射曝光系统1被配置为扫描仪。下面扫描方向也叫做物体位移方向。

场分面反射镜6、光瞳分面反射镜10以及传输光学单元15的反射镜10至14是投射曝光系统1的照明光学系统23的部件。与投射光学系统19一起，照明光学系统23形成投射曝光系统1的照明系统。

场分面反射镜6是照明光学系统23的第一分面反射镜。场分面7是照明光学系统23的第一分面。

光瞳分面反射镜10是照明光学系统23的第二分面反射镜。光瞳分面11是照明光学系统23的第二分面。

图4示出了场分面反射镜6的其他配置。与上面参考根据图2的场分面反射镜6所描述的那些部件相对应的部件具有相同的附图标记，并且将仅描述它们与根据图2的场分面反射镜6的部件的不同。根据图4的场分面反射镜6的场分面布置具有弯曲的场分面7。这些场分面7被布置在总共五列中，每列具有多个场分面组8。场分面布置被写入到场分面反射镜的携载板的圆形限制中。

根据图4的实施例的场分面7都具有相同的面积和在x方向上的宽度与在y方向上的高度的相同的比率，其对应于图2的配置的场分面7的x/y纵横比。

例如，在各个情况下，通过物场照明通道将光瞳分面反射镜10的两个光瞳分面11分配到场分面反射镜6的相应配置的每个场分面7。因此，光瞳分面反射镜10的光瞳分面11是场分面反射镜6的场分面7的两倍。

取决于场分面7的机械倾斜能力的配置，可以通过相应物场照明通道将光瞳分面反射镜10的超过两个光瞳分面11分配给一个场分面7。然后，可以将场分面7移动到对应数目的照明倾斜位置中。

图5图示了照明光3的全部束中的部分束24的反射引导。作为示例示出的场分面7的反射面25可在第一照明倾斜位置与其他照明倾斜位置之间倾斜，该第一照明倾斜位置沿着第一物场照明通道261(虚线)将照射在反射面25上的部分束24引导到物场18或照明场，并且其他照明倾斜位置沿着其他物场照明通道262(实线)将部分束24引导到物场18。

沿第一照明通道261，在场分面7上反射之后的部分束24被反射在第一光瞳分面111上。光瞳分面111因此通过物场照明通道261被分配给场分面7。沿物场照明通道262，换句话说，在场分面7的另一照明倾斜位置，在场分面7上反射之后的部分束24被反射在光瞳分面反射镜10的另一光瞳分面112上。图5中仅示出了光瞳分面反射镜10的光瞳分面11中的一些，即位于与光瞳分面111、112相邻的那些光瞳分面11i。

图6示出了可以用在光瞳分面反射镜10中的光瞳分面11的一个。根据图6的光瞳分面11不具有如图3或5呈现的圆形边沿或边缘轮廓，但是替代地具有带圆角的近似正方形的边沿或边缘轮廓。这样的边沿或边缘轮廓(其还可以被设计成不带圆角，即以正方形或矩形的方式)允许光瞳分面携载件相对密集地被光瞳分面11占据。

根据图6的光瞳分面11以来自于根据图4的场分面反射镜6的弧形场分面7的照明光部分束24i来照射。

图6示出了由光瞳分面11反射的照明部分束24i的位置。照明光部分束24i的整个横截面位于光瞳分面11上，所以照明光部分束24i的边沿或边缘不会被光瞳分面11的边沿或边缘切除或修剪。在光瞳分面11上的照明光部分束24i的横截面边沿或边缘轮廓具有近似弧形、豆形或肾形形状，且可以理解为根据图4的弧形场分面7的像(参见图6的实线“7b”)与光源2的圆形源区的卷积。这种卷积的发生是由于光源2的像出现在沿着照明通道24i的距光瞳分面11一距离的像位置处，即在射束路径中光瞳分面11的上游或下游。

照明光部分束24i在光瞳分面11上的弧形边沿或边缘轮廓表示照明光部分束24i的光斑。

照明光部分束24i的三个子射束24i¹、24i²和24i³在照明光部分束24i的边沿或边缘轮廓中使用虚线绘制在光瞳11上。照明光部分束24i由大量这样的子射束24i^j构成。在已知照明的光学参数的范围内，例如可以借助光学设计程序来计算照明光部分束24i。

这些子射束24i¹至24i³的照明光3从相关联的场分面7的左边沿或边缘点7¹，从中央点7²，以及右边沿或边缘点7³出发。图4中，这些初始点7¹至7³以示例性方式被绘制在场分面7中的一个上。

边缘子射束24i¹和24i³的强度小于中央子射束24i²的强度。

图7示出了光瞳分面反射镜10的另一实施例的截面，该光瞳分面反射镜10可以代替上述的光瞳分面反射镜10来用在照明光学系统23中。上文参考图1至图6描述的部件和功能件具有相同的附图标记并且不再详细讨论。

在图7的实施例中，光瞳分面11具有六边形外部轮廓，并且以密堆积示出。在相应的光瞳分面11上示出的是对应的照明通道26的照明光部分束24i。取决于属于每个相应照明通道中的每一个的场分面7和光瞳分面11之间的空间关系，并且取决于相应光瞳分面到光源的像的距离，照明光部分束24i在它们分配的光瞳分面11上具有不同的取向和扩展。对于紧靠光源的像定位的光瞳分面11，照明光部分束24i或多或少具有点的形状并且表示光源2的像。对于与光源的像具有较大距离的光瞳分面11，照射到该光瞳分面11上对应的照明光部分束24i的扩展较大，并且这样的照明光部分束24的边缘轮廓可以被识别为光源像与对应的场分面7的形状(即示出为弧形形状)的卷积。

图8放大且详细地示出光瞳分面11中的一个。根据图8的这样的光瞳分面11被设计为选择性反射的光瞳分面11。用于照明光3(即用于照明光部分束24i)的反射涂层27具有在光瞳分面11的第一部分上的第一涂层区域271、在光瞳分面11的第二部分上的第二涂层区域272、在光瞳分面11的第三部分上的第三涂层区域273。第一涂层区域271和第三涂层区域273两者都具有用于照明光3的较高的第一反射率r1/3。第二涂层区域272具有与第一反射率相比更低的第二反射率r2。

一方面这些涂层区域271、273与另一方面272的反射率r1/3/r2d的反射率比率至少近似是一方面边缘子射束24i¹、24i³和另一方面中央子射束24i²在相应涂层区域271、273和272上的强度比i1/3/i2的倒数。

这样的比率值导致在照明光部分束24i的整个区域上看到的照明光3的强度均匀化。通过将反射涂层27分成具有相应适配的反射率的多个涂层区域，可以均匀化/补偿整个照明光部分束24i的强度变化。这可以用作均匀性校正装置，以确保在物场18的x方向上给定的强度均匀性，即，确保在场高x上的照明均匀性。

如上所述，图7的光瞳分面反射镜10的一些或全部光瞳分面11可以被实施为选择性反射的光瞳分面11。

不同涂层区域27i在每个光瞳分面11上的布置取决于相应照明光部分束24i照射在这样的光瞳上11的位置、取向和扩展。涂层区域27i的这种可变布置可以通过这样的涂层区域27i之间的边界的不同取向来实现，和/或可以通过不同的扩展和/或通过不同数目的这样的涂层区域27i来实现。此外，取决于相应的选择性反射的光瞳分面实施例，两个相邻的不同涂层区域27i的反射率(即根据图8的实施例的涂层区域271和272的反射率或涂层区域272和273的反射率)可以连续地彼此合并，以使反射涂层27的反射率相关性整体上匹配到照明光束24i的强度相关性。

图9示出了光瞳分面11的另一实施例的侧视图。图9的光瞳分面11被设计为宽带反射的光瞳分面。根据图9的这样的光瞳分面11可以用于上述光瞳分面反射镜10的实施例中的一个实施例的一些或全部光瞳分面。

根据图9的宽带光瞳分面11具有由宽带反射的光瞳分面11的主体携载的宽带反射涂层28。

宽带反射涂层28可以被实施为多层涂层，换言之，具有钼层和硅层的交替的非周期性序列的多层涂层。

代替多层反射涂层，还可以使用具有非常窄的入射角公差范围的单层或双层反射涂层。当使用具有非周期性层堆叠体的多层反射涂层时，换句话说，所谓的宽带涂层，入射角公差范围增加。

在投射曝光期间，提供掩模母版17和晶片22，该晶片22携有用于euv照明光3的感光涂层。然后借助于投射曝光系统1将至少一部分掩模母版17投射到晶片22上。最后，在晶片22上显影用euv照明光3曝光的感光层。以该方式制造微结构或纳米结构的部件，例如半导体芯片。

借助于euv照明描述了上述实施例。作为euv照明的替代，例如也可以使用uv或vuv照明，例如具有193nm波长的照明光。