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 BK US 2005/0134980 AU US 2007/0195317 AU US2007/0058269 AU US 2007/0223112 A、US 6396067 BK US 6 361 176 BI 以及 US 6 666560 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移之间的比小于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匀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。总长度(T)与物像位移(dQIS)之间的比小于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2，更优选地小于I. 5，甚至更优选小于I. I。双锥表面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。用于将物平面中的物场成像为像平面中的像场的用于微光刻的投射物镜包括多个反射镜，该投射物镜的总长度(T)与物像位移(dras)之间的比小于2该投射物镜是紧凑的，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I. 5，更优选小 于I. I。自由形状反射表面是双锥表面的投射物镜也可以是反射镜投射物镜。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移之间的比小于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。在投射物镜中，中心物场点的主光线与所述物平面的穿过所述中心物场点的法线之间的距离沿着从所述物场开始并传播到所述像场的所述主光线的路径单调地增加。因此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移将起反作用。物像位移(dQIS)大于200mm因此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。—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(ct max)和最小(a min)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°，因此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O. 25的像侧上的数值孔径。还可以提供O. 25与例如O. 9之间的范围中的像侧上的其它数值孔径，即，例如O. 3,0. 4,0. 5、O. 6,0. 7,0. 8或O. 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。所述像侧上的数值孔径至少为O. 25，因此该数值孔径(NA=nsinci，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O. 9arcsin (NA),更优选为最大 O. 8arcsin (NA),甚至更优选为 O. 7arcsin (NA)。
所述物场(4)和/或所述像场(8)的场尺寸至少是2mm x 26mm,因此该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。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。因此该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。根据本发明的另一方面，该光学系统包括用于微光刻的照明光学系统，用于引导由光源发射的照明光，以及用于照明物场。该光学系统还包括投射光学系统用于将所述物场成像为像场。将所述照明光学系统设计为使得所述照明光在所述光源和所述物场之间具有中间焦点，所述投射光学系统的总长度与中间焦点像位移之间的比小于5。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I. 90，小于I. 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。中间焦点被安排在所述照明光学系统的元件的通孔的附近，所述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。照明光学系统包括聚光器以及最多三个用于引导所述照明光的反射镜。因此该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I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I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；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I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I。图I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: I。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I中，x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I的右边。Z轴在图I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O. 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dQIS为1114. 5mm。物像位移dQIS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dras的比是约I. 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x方向上为26mm，而在物平面5中，场尺寸在y方向上为8mm、在X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X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、M2、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a min与最大入射角a 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amax-Cimin:
反射镜 ~α —- a Min
~lii Τ
M2575°
M3273°
Μ4272°
Μ510°
Μ6976°在图2的子午面中，可以在反射镜Μ5的右手边发现约为14°的最小入射角α π η。可以在反射镜Μ5的左手边发现约为24°的图2的最大入射角α_。因此，反射镜Μ5具有10°的入射角范围。该入射角范围同时也是入射反射镜Ml至Μ6之一的入射角之间的最大差。入射投射光学系统7的反射镜Ml至Μ6的入射角几乎仅(exclusively)在小角(0° ^ α ^7° )近似的良好实现的范围中。因此，反射镜Ml至Μ6被涂布反射涂层，该反射涂层在它们的整个反射面上被均匀施加。特别地，反射膜是多层膜，即，正如通常用于EUV反射膜的钥层和硅层交替的叠层(stack)。仅10°的小最大入射角范围确保在所有反射镜Ml至M6上的反射很好地近似为恒定。因此，在投射光学系统7中避免了各个反射镜表面的反射上的不希望的变化或过分的切趾。切趾被定义为照明光3在光瞳上的强度分布的变化。如果Imax是照明光3在投射光学系统7的光瞳平面中的最大强度，并且Imin是照明光3在所述光瞳平面上的最小强度，则值 A= (Imax-Imin)/Imax是切趾的量度。反射镜Ml至M6中的至少一个具有自由形状反射面的反射面,所述自由形状反射面具有双锥的基本形状，并且被使用以下表面公式描述
权利要求
1.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。
2.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于所述投射光学系统是用于将物平面(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，所述投射物镜(7 ；14 ;15)包括 -至少六个反射镜(Ml至M6)，其中至少ー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)与物像位移(dras)之间的比小于12。
3.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于所述投射光学系统是用于将物平面(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(Ml至M6)，其中至少ー个反射镜具有自由形状反射表面，所述自由形状反射表面是不能通过相对于所标记的轴旋转对称的函数描述的表面，该标记的轴为所述反射镜的表面的表面区域的法线， -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。
4.根据权利要求I所述的光学系统，其中所述投射物镜具有的总长度(T)与物像位移(dQIS)之间的比小于5。
5.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于所述自由形状反射表面是双锥表面。
6.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于所述投射光学系统是用于将物平面(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 多个反射镜(Ml至M6)， 其特征在于总长度(T)与物像位移(dras)之间的比小于2。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述投射物镜包括至少六个反射镜(Ml至M6)。
8.根据权利要求6或7所述的光学系统，其特征在于所述反射镜(Ml至M6)中的至少ー个具有自由形状反射表面。
9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于所述自由形状反射表面是双锥表面。
10.根据权利要求6或7所述的光学系统，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。
11.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于所述投射光学系统是用于将物平面(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-多个反射镜(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)与物像位移(dras)之间的比小于12。
12.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于所述投射物镜的总长度(T)与物像位移(dras)之间的比小于5。
13.根据权利要求11或12所述的光学系统，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 其中 Z :所述自由形状表面在点X，y (x2+y2=r2)处的弧矢高度； c :表示相应非球面的顶点曲率的常数； k :相应非球面的锥体常数； Cj :单项式XmYn的系数； m:单项式XmYn中的X的幂数； η:单项式XmYn中的Y的幂数。
14.根据权利要求I所述的光学系统，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。
15.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于物像位移(dras)大于200mm。
16.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于一方面的所述投射物镜的成像光束(13)入射到所述反射镜(Ml至M6)之一上的最大(α_)和最小(α π η)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°。
17.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于所述像侧上的数值孔径至少为O.25。
18.根据权利要求I所述的光学系统，其特征在于所述物场(4)和/或所述像场(8)的场尺寸至少是2mm X 26mm。
19.根据权利要求I所述的光学系统，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。
20.根据权利要求I至2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。
21.根据权利要求I至2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)。
22.投射曝光设备(I)，包括根据权利要求I所述的光学系统。
23.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22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。
24.使用根据权利要求23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G03F7/20GK102819196SQ20121028676
公开日2012年12月12日 申请日期2009年2月28日 优先权日2008年3月20日
发明者约翰尼斯.泽尔纳, 汉斯-于尔根.曼, 马丁.恩德雷斯 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司