CN102378935A - 成像光学部件以及具有此类型的成像光学部件的用于微光刻的投射曝光装置 - Google Patents

成像光学部件以及具有此类型的成像光学部件的用于微光刻的投射曝光装置 Download PDF

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Abstract

一种具有多个反射镜(M1至M6)的成像光学部件(7)，其将物平面(5)中的物场(4)成像在像平面(9)中的像场(8)中。光瞳平面(17)布置在所述物场(4)与所述像场(8)之间的成像光束路径中。光阑(2)布置在所述光瞳平面(17)中。所述光瞳平面(17)倾斜，即采用相对于所述物平面(5)的大于0.1°的角度(α)。从而产生这样的成像光学部件，利用该成像光学部件，实现小成像误差、可管理的制造以及成像光的良好通过量的可处理组合。

Description

成像光学部件以及具有此类型的成像光学部件的用于微光刻的投射曝光装置
技术领域
本发明涉及一种具有多个反射镜的成像光学部件，其将物平面中的物场成像在像平面中的像场中，并在布置在物平面和像平面之间的光瞳平面中具有光阑。此外，本发明还涉及具有此类型的成像光学部件的投射曝光装置、用于利用此类型的投射曝光装置制造微结构组件的方法、以及通过此方法制造的微结构或纳结构组件。
背景技术
US 7,414,781和WO 2007/020004A1中公开了开头所提及的类型的成像光学部件。
发明内容
本发明的目的是开发一种开头所提及的类型的成像光学部件，使得实现小成像误差、可管理的制造以及成像光的良好通过量的可处理组合。
根据本发明的第一方面通过具有权利要求1中所公开的特征的成像部件实现此目的。
根据本发明，认识到相对于物平面倾斜的光瞳平面提供如下可能性：将布置在那里的光阑也布置为相对于该物平面相应地倾斜而不损失遮蔽质量，以及引导成像光束经过倾斜的光阑，使得相对于现有技术可以实现小的最大入射角，尤其是在成像光学部件的成像光束路径中与倾斜光瞳平面相邻的反射镜上。这些最大入射角可以小于35°，小于30°，小于25°，并可以是例如22.2°和18.9°。这使得可以在反射镜上使用高反射膜，其关于成像光的入射角仅需要相对小的带宽容限。从而可以产生具有高成像光总通过量的成像光学部件。即，在通过量损失必须避免的情况特别有利，例如当使用EUV(极紫外)光作为成像光时。倾斜光瞳平面与物平面之间的角度可以大于1°，大于10°，大于20°，大于30°，大于40°，大于45°，并且尤其是未47°。成像光学部件可以具有超过1个光瞳平面。在此情况中，根据本发明，这些光瞳平面中的至少一个是倾斜的。布置在倾斜光瞳平面中的光阑可以是用于指定成像光学部件的光瞳的外边缘形状的孔径光阑和/或用于规定光瞳的内部的遮掩的遮挡光阑。一般地，成像光学部件的光瞳是指限定成像光束路径边界的孔径光阑的所有像。这些像所在的平面被称为光瞳平面。然而，孔径光阑的像不一定是精确平面的，作为概括，大致对应于这些像的平面也被称为光瞳平面。孔径光阑本身的平面也被称为光瞳平面。如果孔径光阑不是平面，如在孔径光阑的像中一样，则最与孔径光阑一致的平面被称为光瞳平面。成像光学部件具有超过4个反射镜。与具有最多4个反射镜的成像光学部件相比，这允许成像光绪部件的设计的更大灵活度，并且还提供了最小化成像误差的更多自由度。成像光学部件可以准确地具有6个反射镜。
成像光学部件的入瞳是指孔径光阑被成像光学部件中位于物平面与孔径光阑之间的部分成像所产生的孔径光阑的像。因此，出瞳是孔径光阑被成像光学部件中位于像平面与孔径光阑之间的部分成像所产生的孔径光阑的像。
如果入瞳是孔径光阑的虚像，即入瞳平面位于物场的前方，则称为入瞳的负后焦点。在此情况中，对于所有物场点的主光学或主光束似乎来自于成像光学路径前方的点。对于各个物点的主光线被定义为该物点与入瞳的中心点之间的连接光束。在存在入瞳的负后焦点的情况下，对于所有物点的主光线因此在物场上具有发散的光束轨迹。
光瞳的另一替代定义是成像光学部件的成像光束路径中的区域，在该区域中从物场点发出的单独光束相交，该相交点对于从这些物场点发出的主光线而言分别与同一照明角对应。根据该替代光瞳定义，单独光束的相交点所位于的平面或者最接近这些相交点(它们不一定精确地位于一平面中)的空间分布的平面被称为光瞳平面。
根据权利要求2的布置简化了具有成像光学部件的总体装置的结构。
根据权利要求3的布置避免了渐晕的问题。例如，如果倾斜光瞳平面被直接布置在反射镜之一处或反射镜上，则可能出现此类型的问题，从而，到该反射镜上的成像光束以及被该反射镜反射的成像光束被光阑遮掩，这对应于孔径光阑的双通过。倾斜光瞳平面的光瞳的单通过可以被用于成像光束的光瞳形成。
根据权利要求4的成像光学部件的光瞳平面下面也将被称为倾斜光瞳平面。根据该第二方面的倾斜光瞳平面所相关的参考变量是对应于中心物场点的主光线，并因此与根据之前描述的第一方面的倾斜光瞳平面中的参考变量不同。因此，利用根据第一方面的倾斜光瞳平面，属于中心物场点的主光线可以沿着法线穿过光瞳平面。根据第二方面的倾斜光瞳平面继而可以被布置为平行于物平面或像平面。在根据第二方面的成像光学部件中，像平面也可以平行于物平面延伸。光瞳平面和属于中心物场点的主光线之间的角可以小于85°，小于80°，小于75°，并且例如可以是约70°。在此结构中，光阑相对于成像光束路径的主光线方向倾斜。这也简化了具有小最大入射角(尤其是在与该倾斜光瞳平面相邻的反射镜上)的设计。在根据第二方面的成像光学部件中，可以存在超过一个光瞳光阑。光阑可以是孔径光阑和/或遮挡光阑。根据第二方面，布置在光瞳平面中的光阑被精确地穿过一次，其可以被用于成像光的光瞳形成目的。
根据权利要求5的布置避免了引导折叠成像光束路径经过各个反射镜和经过倾斜光瞳平面中的渐晕问题。
根据权利要求6的倾斜光瞳平面的布置导致成像光学部件的紧凑设计。
根据权利要求7的至少一个静态自由形状表面的使用大大增加了引导成像光穿过成像光学部件中的自由度。自由形状表面可以被配置为静态自由表面形状。静态自由形状表面是指在成像光学部件的投射使用期间其形状不被主动改变的自由形状表面。当然，为了调整的目的，可以整体地位移静态自由形状表面。从非球面参考表面开始设计自由形状表面，其可以由旋转对称函数描述。最适配于该自由形状表面的非球面表面可以与该非球面参考表面一致。成像光学部件可以精确地具有一个此类型的自由形状表面，或者多个此类型的自由形状表面。
当使用如根据权利要求8的像光学部件作为投射光学部件时，特别体现出它的优点。
根据本发明的光学系统以及根据本发明的投射曝光装置的优点对应于上面关于根据本发明的成像光学部件所列出的优点。投射光学装置的光源可以是宽带，并且例如具有大于1mm，大于10nm或大于100nm的带宽。此外，该投射曝光装置可以被设计为使得可以用不同波长的光源工作。其它波长的光源也可以结合根据本发明的成像光学部件使用，尤其用于微光刻，所述光源例如具有365nm、248nm、193nm、157nm、126nm、109nm波长的光源，特别地具有小于100nm、例如5nm至30nm的波长的光源。
投射曝光装置的光源可以被配置来产生具有5nm至30nm波长的照明光。此类型的光源需要反射镜上的反射膜，其为了满足最小反射率而仅具有较小的入射角接受带宽。可以利用根据本发明的成像光学部件满足小入射角接受带宽的要求。
相应的优点适用于根据本发明的制造方法以及由此制造的微结构或纳米结构组件。
附图说明
借助于附图更详细地说明本发明的实施例，其中：
图1示意性地示出了EUV微光刻的投射曝光装置；以及
图2在子午面中示出了投射曝光装置的成像光学部件。
具体实施方式
微光刻的投射曝光装置1具有照明光或照明辐射3的光源2。光源2是EUV光源，其产生例如5nm至30nm、尤其是5nm至15nm的波长范围的光。特别地，光源2可以是具有13.5nm波长的光源或者具有6.9nm波长的光源。也可以使用其它EUV波长。总体而言，对于在投射曝光装置1中引导的照明光3，甚至可以使用任何波长，例如可见光波长或其它波长，其可以用于微光刻并且对于合适的激光光源和/或LED光源是可获得的，(例如365nm、248nm、193nm、157nm、129nm、109nm)。图1中高度示意性地示出了照明光3的光束路径。
照明光学部件6被用于将照明光3从光源2引导向物平面5中的物场4。使用投射光学部件或成像光学部件7，以预定的缩小比例将物场4成像在像平面9中的像场8中。根据图2的投射光学部件7缩小4倍。
其它缩小比例也是可以的，例如5x、6x或8x、或者大于8x或4x的其它缩小比例，例如2x或1x。4x的成像比例尤其适合于具有EUV波长的照明光3，因为这是用于微光刻的常用比例，并且允许利用合理尺寸的反射掩模10实现高通光率，掩模10也被称为掩膜母版并携带成像对象。此外，利用4x的成像，反射掩模10上所需要的结构尺寸足够大，可以保持反射掩模10的制造和质量成本在限度内。在根据图2等的结构中，投射光学部件7中的像平面9平行于物平面5布置。与物场4重合的反射掩模10的细节被成像在这里。
通过投射光学部件7的成像发生在晶片形式的基底11的表面上，该晶片由基底支撑体12支撑。图1示意性地示出了照明光3的在掩膜母版10与投射光学部件7之间传输的光束13、以及照明光3的从投射光学部件7射出的位于投射光学部件7与基底11之间的光束14。通过投射光学部件7成像的照明光3也被称为成像光。在根据图2的结构中，投射光学部件7像场侧上的数值孔径是0.38。图1中未成比例地示出这一点。
为了辅助说明投射曝光装置1和投射光学部件7，在图中给出了笛卡尔xyz坐标系统，根据该坐标系统体现了图中所示的组件的相应位置关系。在图1中，x轴垂直于画面并向内。y轴向右，z轴向下。
投射曝光装置1是扫描曝光机类型。在投射曝光装置的工作期间掩膜母版10和基底11都在y方向上扫描。也可以使用步进曝光机类型的投射曝光装置1，其中，在基底11的各次曝光之间，在y方向上发生掩膜母版10和基底11的步进型位移。
图2示出了投射光学部件7的光学设计。图2中，示出了具有三个单独光束15的光束路径，它们从在y方向上彼此隔开的三个物场点发出。分别属于这三个物场点之一的三个单独光束15分别与这三个物场点的三个不同照明方向相关。主光线或主光束16穿过投射光学部件7的光瞳平面17、18中的光瞳的中心。这些主光线16从物平面5开始首先发散。在下文中，这也被称为投射光学部件7的入瞳的负后焦点。投射光学部件7中的入瞳不位于物场4与像场8之间的光束路径中，而是在物场4前方的光束路径中。例如，这允许将投射光学部件7的入瞳中的照明光学部件6的光瞳组件布置在投射光学部件7前方的光束路径中，而不需要在此光瞳组件与物平面5之间存在其它成像光学组件。
根据图2的投射光学部件7总共具有6个反射镜，以从物场4开始的单独光束15的成像光束路径的顺序将它们连续编号为M1至M6。图2中仅示出了计算的反射镜M1至M6的反射表面。反射镜M1至M6一般大于实际使用的反射表面。
反射镜M1、M4和M6被配置为凹反射镜。反射镜M2和M5被配置为凸反射镜。反射镜M3被实际上配置为平面反射镜，但不是平折叠反射镜。
反射镜M1和M6被布置为关于它们反射表面的方向背对背。
在投射光学部件7中，位于投射光学部件7内的第一光瞳平面17位于反射镜M2和M3之间。中间像平面18位于反射镜M4和M5之间的成像光束路径中，直接与M6相邻。在反射镜M5和M6之间的成像光束路径中设置了另一光瞳平面。
光瞳平面17是倾斜的光瞳平面，对于光阑的布置是机械可达的。用于照明或成像光3的光瞳形成的孔径光阑20被布置在那里。光瞳平面17选用相对于物平面5或相对于像平面9的角度α，其为47.4°。孔径光阑20预设投射光学部件7的出瞳的外边形状。替代地或附加地，也可以在光瞳平面17中布置阻挡光瞳，用于出瞳的内部的规定遮掩。
成像光3精确地穿过光瞳平面17一次。
光瞳平面17相对于主光线16z(其属于图2中所述的子午面中的中心物场点)采用角度α，其约为70°。
由于光瞳平面17的角度α或β的倾斜，可以进行投射光学部件7的如下设计：可以使成像光3的最大入射角较小，尤其是在与光瞳平面17相邻的两个反射镜M2和M3上。
成像光3在反射镜M2上的最大入射角是22.2°。
成像光3在反射镜M3上的最大入射角是18.9°。
反射镜M2前方(即光瞳平面17前方的最后一个反射镜的前方)的第一成像部分光束21与紧接在反射镜M3之后(即紧接在光瞳平面17之后的第一个反射镜之后)的第二成像部分光束22穿过孔径光阑20的相对边缘。
下面借助于划分为多个子表的表，示出根据图2的投射光学部件7的光学数据。
反射镜M1至M6的单独反射表面的精确形状被生成为双二次曲面项和自由形状项的和，该自由形状项是根据以下公式的XY多项式形式：
z = x 2 / RDX + y 2 / RDY 1 + 1 - ( 1 + CCX ) x 2 / RDX 2 - ( 1 + CCY ) y 2 / RDY 2 + Σ i = 0 n Σ j = 0 n a i , j x i y j
x和y在这里表示各个表面上的坐标。这里，局部坐标系在y坐标方向上相对于全局参考系偏移(y偏心)，并且关于x轴倾斜(x倾斜)。
z表示各个局部面坐标系中的自由形状表面的矢高。RDX和RDY是自由形状表面在xz和yz截面中的半径，即，坐标原点处各个表面曲率的倒数。CCX和CCY是二次曲面参数。所给出的多项式系数是系数ai，j。
以下子表中的第一个中的值“间距”表示距相应的后一组件的间距。
Figure BDA0000096369840000071
Figure BDA0000096369840000072
在投射光学部件7中，所有反射镜M1至M6被配置为自由形状表面。
投射光学部件7的像场8是矩形，并且在x方向上具有26mm的尺寸，在y方向上具有2mm的尺寸。
投射光学部件7的典型特征将被再次总结为如下。
 投射光学部件7
  NA  0.38
  场尺寸[mm2]  26x2
  场形状  矩形
  圆场半径[mm](仅用于圆场)  无数据
  入瞳-掩膜母版间距[mm]  -1495
  掩膜母版处的主光线角度[°]  -6
  装置长度[mm]  1849
  波前误差rms[mλ]  12.7
  畸变[nm]  0.87
  远心度[mrad]  0.62
NA表示投射光学部件7的像场侧上的数值孔径。
装置长度这里表示物平面5与像平面9之间的间距。
上表中给出的成像误差(即波前误差)、畸变以及远心度是像场8上的最大值。
表中给出的远心度值是从物场4的点发出的照明光束的密集束朝向像场9的表面法线的角。
为了制造微结构或纳结构组件，投射曝光装置1被如下使用：首先，提供反射掩模10或掩膜母版以及基底或晶片11。然后借助于投射曝光装置1将掩膜母版10上的结构投射到晶片11的光敏层上。通过显影光敏层，则在晶片11上产生微结构或纳结构，从而制造了微结构或纳结构组件。

Claims (13)

1.具有多个反射镜(M1至M6)的成像光学部件(7)，其将物平面(5)中的物场(4)成像在像平面(9)中的像场(8)中，
-具有光瞳平面(17)，其布置在所述物场(4)与所述像场(8)之间的成像光束路径中，
-具有光阑(2)，其布置在所述光瞳平面(17)中，
-其中，所述光瞳平面(17)相对于所述物平面(5)倾斜，换言之，采用相对于所述物平面(5)的大于0.1°的角度(α)，
-其中所述成像光学部件(7)具有超过4个反射镜(M1至M6)。
2.如权利要求1所述的成像光学部件，其特征在于所述像平面(9)平行于所述物平面(5)延伸。
3.如权利要求1或2所述的成像光学部件，其特征在于所述倾斜光瞳平面(17)中的光瞳被精确地穿过一次。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的成像光学部件(7)，其特征在于
-所述光瞳平面(17)相对于属于中心物场点的主光线(16z)倾斜，换言之，采用相对于属于所述中心场点的所述主光线(16z)的小于90°的角度(β)。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的成像光学部件，其特征在于
-在所述倾斜光瞳平面(17)前方的最后一个反射镜(M2)前方的第一成像部分光束(21)与
-在所述倾斜光瞳平面(17)之后的第一个反射镜(M3)之后的第二成像部分光束(17)
穿过所述光阑(20)的相对外边缘。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的成像光学部件，其特征在于所述倾斜光瞳平面(17)布置在所述物场(4)之后的成像光束路径中的第二个反射镜(M2)和第三个反射镜(M3)之间。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的成像光学部件，其特征在于所述反射镜(M1至M6)中的至少一个的反射表面被配置为自由形状表面。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的成像光学部件，其特征在于所述成像光学部件(7)被配置为微光刻的投射光学部件。
9.光学系统，具有根据权利要求8的投射光学部件并具有用于将照明光(3)引导向所述成像光学部件(7)的物场(4)的照明光学部件(6)。
10.微光刻的投射曝光装置，具有根据权利要求9的光学系统，并且
-具有照明和成像光(3)的光源(2)。
11.如权利要求9所述的投射光学装置，其特征在于产生照明光(3)的光源(2)被配置为具有5至30nm之间的波长。
12.用于制造结构化组件的方法，具有以下方法步骤：
-设置掩膜母版(10)和晶片(11)，
-借助于根据权利要求10或11的投射曝光装置，将所述掩膜母版(10)上的结构投射到所述晶片(11)的光敏层上，
-在所述晶片(11)上产生结构。
13.由根据权利要求12的方法制造的结构化组件。
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