专利名称：用于微光刻的投射物镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于微光刻的投射物镜。此外，本发明涉及一种具体包括该类型 的投射物镜的光学系统、包括该类型的光学系统的投射曝光设备、使用该类型的投射曝光 设备产生微结构元件的方法、以及根据该方法产生的微结构元件。
背景技术：
例如在US 6 266 389 Bi、US 2005/0134980 Al、US 2007/0195317 Al、US 2007/0058269 AUUS 2007/0223112 A、US 6 396 067 BUUS 6 361 176 Bl 以及US 6 666 560 B2中公开了用于微光刻的投射物镜。已知的投射物镜在它们的总透过率方面、不希望的切趾方面以及它们的空间需求 方面仍然需要提高，特别是在它们被暴露到EUV照明光的情况中。
发明内容
因此，本发明的目的在于提高开头所命名的类型的投射物镜，使得提高它的总透 过率，并避免或降低负面的切趾效应。作为可选或附加，投射物镜必须尽量紧凑。根据本发明，通过具有权利要求1中陈述的特征的投射物镜、通过具有权利要求2 中陈述的特征的投射物镜、通过具有权利要求5中陈述的特征的投射物镜以及通过具有权 利要求10中陈述的投射物镜实现该目的。根据本发明的第一方面，所述投射物镜配备了至少六个反射镜，其中至少一个所 述反射镜具有自由形状表面，并且其中所述投射物镜的总长度与所述投射物镜的物像位置 之间的比小于12。该类型的投射物镜可以在物平面与像平面之间具有中间像平面。这允许 在最小化各个反射镜(即它们的全反射面)的尺寸的同时实现给定的成像需求。在具有中 间像平面的实施例中，可以使用具有相对小半径曲率的反射镜。此外，其中可以在暴露的反 射面与经过反射镜的成像光束之间保持相对较大的工作距离的物镜设计也可行。物像位移 的绝对值可以大于120mm，优选地大于150mm，且更优选地大于200mm。根据本发明的另一方面，所述投射物镜具有至少六个反射镜，其中至少一个反射 镜具有自由形状反射表面。该投射物镜的像平面是物平面的下游的投射物镜的第一个场平 面。如果相应地省略了在投射物镜的物平面与像平面之间的中间像平面，则这允许入射角 度的范围(即成像光束入射到各个反射镜上的最大和最小入射角的差)被保持得小。这降 低了对反射镜上的反射膜的要求。然后可以在高峰值反射方面或者横跨反射镜表面的均勻 反射方面优化反射膜，其中，实践中可以忽略一个反射镜上的入射角的严重变化。结果是允 许避免或减少不希望的切趾效应的、具有良好的总透过率的投射物镜。如果至少一个反射 镜被设计为自由形状反射面，则根据本发明的投射物镜呈现出小成像误差，即使未提供中 间像平面。投射物镜的所述至少六个反射镜允许容易校正成像误差。根据本发明的投射物 镜可以是反射镜投射物镜，即，其中所有成像光束引导元件都是反射元件的投射物镜。根据权利要求3的投射物镜是紧凑的，且确保物场与像场的良好分离。总长度与物像位移之间的比优选地小于2，更优选地小于1. 5，甚至更优选小于1. 1。根据权利要求4的自由形状反射面允许成像误差被投射物镜最小化。其它类型的 自由形状表面也可行。不能通过相对于所标记的轴旋转对称的函数描述该类型的自由形状 表面，该标记的轴为反射镜表面的表面区域的法线。特别地，不能通过描述圆锥截面的类型 的非球面方程描述该类型的自由形状表面；此外，为了描述反射镜表面，它们需要至少两个 独立的参数。当将反射镜表面表征为自由形状表面时，光学活动的反射镜表面的边界形状 不重要。自然地，从现有技术获知不具有旋转对称边界的光学活动表面。然而，仍然可以通 过旋转对称函数描述该类型的光学活动表面，其中使用所述光学表面的边界不旋转对称的 区域。根据权利要求5的投射物镜是紧凑的，且确保物场与像场的良好分离。总长度与 物像位移之间的比优选地小于1. 5，更优选小于1. 1。根据权利要求4的投射物镜也可以是 反射镜投射物镜。权利要求6至9的优点对应于上文已经关于根据本发明的投射物镜描述的优点。根据本发明的另一方面，投射物镜具有多个反射镜，其中至少一个反射镜具有自 由形状反射表面，以及至少一个在物平面与像平面之间的中间像平面，其中，投射物镜的总 长度与物像位置之间的比小于12。通过使用所述至少一个自由形状反射面，甚至可以在具 有中间像平面的投射物镜中获得明显的物像位移。这可以特别地用于引导照明光经过配备 了投射物镜的投射曝光设备的额外元件，而不需要在入射投射物镜的反射镜的入射角上进 行折衷。特别地，照明光的几乎所有反射都可以利用小入射角(或者，替代地，非常大的入 射角(掠入射))获得。根据本发明的此方面的投射物镜的中间像平面允许在物平面与像 平面之间引导多束成像光，所述束具有相对较小的典型束尺寸或束直径，除了在限定投射 物镜的数值孔径的最后的反射镜的附近引导的束。这有助于在使用投射物镜的投射曝光期 间的虚光控制。此外，包括至少一个中间像平面的投射物镜具有至少两个瞳平面，其中一个 被安排在物平面与所述至少一个中间像平面之间，而另一个被安排在所述至少一个中间像 平面与像平面之间。这增强了通过影响光瞳平面中的或与其相邻的束而控制照明参数的可 能性。权利要求11和12的优点对应于上文已经关于根据前面方面的本发明的投射物镜 描述的优点。根据权利要求13的分配到中心物场点的主光线的路径允许在小到中入射角的情 况下在投射物镜的反射镜上获得大物像位移。在这种主光线路径的情况中，主光线的路径 中不存在将主光线在法线方向上引导返回的部分，将主光线在法线方向上引导返回对于获 得大物像位置将起反作用。根据权利要求14的物像位移的绝对值证明对于将投射光学系统的物场的上游的 照明光光束路径从投射物镜中的成像光束路径在空间上分离是有利的。根据权利要求15的入射角范围与像侧上的数值孔径之间的比有利地导致对反射 镜上的反射膜的低要求。优选地，入射角范围为最大15°，更优选为最大13°，更优选最大 12°，甚至更优选最大10°。因此，入射角范围与投射物镜的像侧上的数值孔径之间的比 为最大60°，更优选为最大52°，更优选最大48°，甚至更优选最大40°。可以提供0.25 的像侧上的数值孔径。还可以提供0. 25与例如0. 9之间的范围中的像侧上的其它数值孔径，即，例如0. 3,0. 4,0. 5,0. 6,0. 7,0. 8或0. 9的像侧上的数值孔径；这将使得入射角范围
与投射物镜的像侧上的数值孔径之间的比相应地改变。根据权利要求16的数值孔径(NA = nsina，其中，η 折射率，例如闪光玻璃的折 射率；α 像侧上的物镜的半孔径角)导致投射物镜的良好空间分辨率。成像光束入射在投 射物镜的一个反射镜上的最大和最小入射角之间的差优选为最大0. Qarcsin (NA)，更优选 为最大 0. 8arcsin (NA)，甚至更优选为 0. 7arcsin (NA)。根据权利要求17的场尺寸在操作包括该类型的投射物镜的投射曝光设备时确保 良好的通过量。根据权利要求18的入射角允许使用反射掩模，在反射掩模上设置了要使用所述 投射物镜成像的结构反射掩膜。特别地，入射角为6°。本发明的另一目的在于改进包括投射物镜和用于微光刻的照明光学系统的光学 系统，所述照明光学系统用于引导由光源发射的照明光以及用于照明物场，使得在引导照 明光时反射损耗降到最小。根据本发明通过具有权利要求19所陈述的特征的光学系统实现此目的。投射物镜的总长度与中间焦点像位移的这样的比可以确保可以引导照明光经过 在像侧上需要大空间的元件，而不需要任何额外的照明光引导光学元件，并且不需要可能 减低通过量的极端入射角。投射物镜的总长度与中间焦点像位移之间的比可以小于3，小于 2，小于1. 90，小于1. 80，并且特别地为1. 75。甚至更小的比也是可行的。当在像场的中心中的像平面中测量时，像侧上的典型空间需要约为lm，特别地，也 在照明光学系统的元件的方向上，并且当远离像平面并垂直于像平面测量时也约是lm。根据权利要求20的光学系统的优点对应于已经一方面关于根据本发明的投射光 学系统、另一方面关于根据本发明的光学系统所解释的优点。根据权利要求21的中间焦点的安排使得能以特别小的入射照明光学系统上的元 件的最大入射角引导照明光。根据权利要求22的照明光学系统的设计由于低数量的反射元件而具有高照明光 通过量。特别地，照明光学系统可以具有聚光器以及仅两个额外的反射镜，即，仅两个额外 的反射元件。根据权利要求23的投射曝光设备、根据权利要求24的生产方法以及根据权利要 求25的微结构或纳米结构元件的优点对应于上文已经关于根据权利要求1至19的投射物 镜以及关于根据权利要求20至22的光学系统所解释的优点。根据本发明的投射物镜、根据本发明的光学系统以及根据本发明的投射曝光设备 的优点特别是在EUV光被用作照明光时变得很明显。
下文将通过附图更详细地描述本发明的示例，其中图1示出了用于微光刻的投射曝光设备的概略图；图2示出了穿过根据权利要求1的投射曝光设备的投射光学系统的实施例的、包 含示例性成像光束路径的子午面；图3示出了投射光学系统的另一实施例的与图2类似的视图4示出了投射光学系统的另一实施例的与图2类似的视图；图5示出了投射光学系统的另一实施例的与图2类似的视图；图6示出了包括根据图5的投射光学系统的投射曝光设备的概略图；以及图7示出了包括根据图5的投射光学系统的投射曝光设备的另一实施例的与图6 类似的视图。
具体实施例方式用于微光刻的投射曝光设备1包括用于照明光3的光源2。光源2是产生波长在 5nm和30nm之间的光的EUV光源。其它EUV波长也可以。可选地，还可以使用例如具有可 见光波长、UV波长、DUV波长或VUV波长的照明光3操作投射曝光设备1。图1中非常概略 地示出了照明光3的光束路径。使用照明光学系统6将照明光3引导到物平面5中的物场4。投射物镜形式中的 投射光学系统7被用于以给定的缩小比将物场4成像到像平面9中的像场8中。该缩小比 是4 1。当被成像到像场8中时，通过投射光学系统7，物场4的尺寸被因此缩小了 4倍。例如，投射光学系统7将像缩小4倍。其它的像比例也可行，例如5x、6x、8x或甚 至大于8x的像比例。小于4x的像比例也可行。像平面9与物平面5平行。在该过程中，反射掩膜10与物场4重叠的部分被成像。 所述部分被成像到以晶片形式的衬底11的表面上，所述衬底被衬底支撑器12支撑。为了帮助位置关系的描述，附图包括了 xyz坐标系。在图1中，χ轴垂直于附图平 面并从观看者指向附图平面内。Y轴延伸到图1的右边。Z轴在图1中向下延伸。在投射曝光期间，在y方向上同步地扫描被掩膜母版支撑器(未示出)支撑的反 射掩膜10与衬底11。图2示出了投射光学系统7的光学设计的第一实施例，该图示出了由两个隔开的 场点发射的照明光13的各个成像光束13。所述成像光束13之一是中心场点的主光线，即， 恰好位于连接物场4或像场8的角的对角线的交点上的场点的主光线。在投射光学系统7中，像平面9是物平面5的下游的投射光学系统7的第一场平 面。换句话说，投射光学系统7不具有中间像平面。投射光学系统7在像侧上具有0. 25的数值空间。总长度T (即投射光学系统7的 物平面5与像平面9中间的距离)为1585mm。在其中物平面5与像平面9不平行的投射光学系统的其它可行实施例中(未示 出)，总长度T被定义为中心场点距离像平面的距离。在配备了奇数个反射镜(例如，7个 或9个反射镜)的另一可行投射物镜(未示出)中，总长度被定义为反射镜之一与场平面 之一之间的最大距离。投射光学系统7的物像位移dras为1114. 5mm。物像位移dras是中心物场点到像平 面8上的垂直投射点P与中心像点的距离。因此，在根据图2的投射光学系统中，总场T与物像位移dQIS的比是约1. 42。投射光学系统7在像平面9上的场尺寸在y方向上为2mm、在χ方向上为26mm，而 在物平面5中，场尺寸在y方向上为8mm、在χ方向上为108mm。物场4和像场8是矩形。所述场一般还可以有具有相应的xy高宽比的圆的扇形的形状，换句话说，它们还可以具有弯曲的形状。场的y维度还被称为缝高，而χ维度还被称为缝宽。成像光束13入射到物场4上(即反射掩膜10上)的入射角β为6°。其它的入 射角β也可行。投射光学系统7包括六个反射镜Ml、Μ2、M3、M4、M5、M6，它们被以暴露于照明光3 的顺序编号。反射镜M3和M6是凹面。反射镜M4是凸面。应该注意，图2仅示出了反射镜 Ml至M6的反射面；省略了其它方面，诸如整个镜体或相关的支撑架。反射镜Ml至M6分别以特定的入射角范围暴露于照明光3。所述入射角范围是入 射各个反射镜Ml至M6的最小入射角α min与最大入射角α max之间的差。在图2中通过投 射光学系统7的具有最大绝对入射角范围的倒数第二个反射镜M5的示例示出这一点。下表示出了反射镜Ml至M6的入射角范围α α min
权利要求
用于将物平面(5)中的物场(4)成像为像平面(9)中的像场(8)的用于微光刻的投射物镜(7；14；15)，所述投射物镜(7；14；15)包括 至少六个反射镜(M1至M6)，其中至少一个反射镜具有自由形状反射表面， 其中，所述投射物镜(7；14；15)的总长度(T)与物像位置(dOIS)之间的比小于12。
2.用于将物平面(5)中的物场⑷成像为像平面(9)中的像场⑶的用于微光刻的投 射物镜(7 ；14 ； 15)，所述投射物镜(7 ；14 ；15)包括-至少六个反射镜(Ml至M6)，其中至少一个反射镜具有自由形状反射表面， -其中，所述像平面(9)是所述物平面(5)的下游的所述投射物镜(7 ；14 ；15)的第一 个场平面。
3.根据权利要求1或2所述的投射物镜，其特征在于总长度(T)与物像位置(dras)之 间的比小于5。
4.根据权利要求1至3之一所述的投射物镜，其特征在于所述自由形状反射表面是双 锥表面。
5.用于将物平面(5)中的物场⑷成像为像平面(9)中的像场⑶的用于微光刻的投 射物镜(7 ；14 ； 15)，所述投射物镜(7 ；14 ；15)包括-多个反射镜(Ml至M6)，其特征在于总长度(T)与物像位置(dQIS)之间的比小于2。
6.根据权利要求5所述的投射物镜，其特征在于包括至少六个反射镜(Ml至M6)。
7.根据权利要求5或6所述的投射物镜，其特征在于所述反射镜(Ml至M6)中的至少 一个具有自由形状反射表面。
8.根据权利要求7所述的投射物镜，其特征在于所述自由形状反射表面是双锥表面。
9.根据权利要求5至8之一所述投射物镜，其特征在于所述像平面(9)是所述物平面 (5)的下游的所述投射物镜(7 ；14 ；15)的第一个场平面。
10.用于将物平面(5)中的物场(4)成像为像平面(9)中的像场(8)的用于微光刻的 投射物镜(16)，所述投射物镜(16)包括-至少六个反射镜(Ml至M6)，其中至少一个反射镜具有自由形状反射表面， -至少一个在所述物平面(5)与所述像平面(9)之间的中间像平面(17)； _其中，所述投射物镜(16)的总长度(T)与物像位置(d0IS)之间的比小于12。
11.根据权利要求10所述的投射物镜，其特征在于总长度(T)与物像位置(dras)之间 的比小于5。
12.根据权利要求10或11所述的投射物镜，其特征在于所述自由形状反射表面可以使 用表面方程描述
13.根据权利要求1至12之一所述的投射物镜，其特征在于_中心物场点的主光线(18)与-所述物平面(5)的穿过所述中心物场点的法线(19)之间的距离沿着从所述物场(5)开始并传播到所述像场(9)的所述主光线(18)的路 径单调地增加。
14.根据权利要求1至13之一所述的投射物镜，其特征在于物像位置(dras)大于 200mm。
15.根据权利要求1至14之一所述的投射物镜，其特征在于一方面的成像光束(13)入 射到所述反射镜(Ml至M6)之一上的最大(α.)和最小(Cimin)入射角之间的差与另一方 面的所述投射物镜的像侧上的数值孔径的比最大为60°。
16.根据权利要求1至15之一所述的投射物镜，其特征在于所述像侧上的数值孔径至 少为0. 25。
17.根据权利要求1至16之一所述的投射物镜，其特征在于所述物场(4)和/或所述 像场⑶的场尺寸至少是2mmx26mm。
18.根据权利要求1至17之一所述的投射物镜，其特征在于分配给所述物场(4)上的 中心物场点的成像光束(13)的入射角(β)在5°至9°的范围中。
19.光学系统，包括_用于微光刻的照明光学系统(6)，用于引导由光源(2)发射的照明光(3)，以及用于照 明物场(4)；-投射光学系统(16)，用于将所述物场(4)成像为像场(8)；_其中，将所述照明光学系统(6)设计为使得所述照明光(3)在所述光源(2)和所述物 场(4)之间具有中间焦点(23)，其特征在于所述投射光学系统(16)的总长度(T)与中间焦点像位移(D)之间的比小 于5。
20.根据权利要求19所述光学系统，其特征在于所述投射光学系统是根据权利要求1 至18之一所述的投射物镜。
21.根据权利要求19至20之一所述的光学系统，其特征在于所述中间焦点(23)被安 排在所述照明光学系统(6)的元件(22)的通孔(24)的附近。
22.根据权利要求19至21之一所述的光学系统，其特征在于所述照明光学系统(6)包 括聚光器(20)，以及最多三个用于引导所述照明光(3)的反射镜(21、22)。
23.投射曝光设备(1)，包括根据权利要求19至22之一所述的光学系统。
24.用于生产微结构元件的方法，使用以下步骤_提供掩膜母版(10)和晶片(11)；-通过根据权利要求23所述的投射曝光设备将掩膜母版(10)上的结构投射到所述晶 片(11)上的光敏层上；-在所述晶片(11)上产生微结构。
25.使用根据权利要求24所述的方法生产的微结构元件。
全文摘要
一种用于微光刻的投射物镜(7)被用于将物平面(5)中的物场(4)成像为像平面(9)中的像场(8)。所述投射物镜(7)包括至少六个反射镜(M1至M6)，其中至少一个反射镜具有自由形状反射面。根据本发明的第一方面，投射物镜(7)的总长度(T)与物像位移(dOIS)的比小于12。根据本发明的另一方面，像平面(9)是物平面(5)的下游的投射物镜(7)的第一个场平面。根据本发明的另一方面，投射物镜具有多个反射镜(M1至M6)，其中总长度(T)与物像位移(dOIS)之间的比小于2。
文档编号G03F7/20GK101978324SQ200980110023
公开日2011年2月16日 申请日期2009年2月28日 优先权日2008年3月20日
发明者汉斯-于尔根·曼, 约翰尼斯·泽尔纳, 马丁·恩德雷斯 申请人:卡尔蔡司Smt股份公司