CN104169800A - 投射曝光设备的照明光学单元 - Google Patents

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Abstract

一种投射曝光设备的照明光学单元(25)，用于将照明光(16)引向照明场(5)，光刻掩模(7)可布置在照明场(5)中。第一分面反射镜(19)具有多个单独反射镜(26)，所述多个单独反射镜(26)提供将照明光部分束(16i)引向照明场(5)的照明通道。单独反射镜(26)各具有多层反射涂层。第二分面反射镜(20)在照明光(16)的光束路径中布置在第一分面反射镜(19)的下游。第二分面反射镜(20)的相应分面(35)连同第一分面反射镜(19)的单独反射镜(26)的至少一个一起使将照明光部分束(16i)引向照明场(5)的照明通道完整。单独反射镜(26)布置成使相应照明光部分束(16i)以入射角(I)入射于单独反射镜(26)上，由此限定入射平面。入射角(I)被预定成使入射平面中偏振的照明光(16)的反射率Rp与垂直于入射平面偏振的照明光(16)的反射率Rs之间的Rp/Rs比小于0.8。这导致照明可适用于在投射曝光期间获得最佳解析能力的照明光学单元。

Description

投射曝光设备的照明光学单元
相关申请的交叉引用
德国专利申请DE 10 2012 203 950.3的内容通过引用并入于此。
技术领域
本发明涉及一种投射曝光设备、尤其是EUV投射曝光设备的照明光学单元，用于将照明光引向照明场(illumination field)，光刻掩模(lithographymask)可布置在照明场中。此外，本发明涉及：一种包含此照明光学单元的照明系统、一种包含此照明系统的投射曝光设备、一种借助此投射曝光设备制造微结构或纳米结构组件(尤其是半导体芯片)的方法和一种通过所述方法制造的微结构或纳米结构组件。
背景技术
尤其从US 2011/0001947 A1获知EUV投射曝光设备的照明光学单元。
发明内容
本发明的目的在于开发序言中所提类型的照明光学单元，致使照明可适用于在投射曝光期间获得最佳解析能力。
根据本发明，利用包含权利要求1所述的特征的照明光学单元达成此目的。
根据本发明，已认识到，尤其由于单独反射镜的多层反射涂层(multilayerreflective coating)，可利用单独反射镜的反射几何形状(reflection geometry)进行照明光的偏振选择。所述偏振选择因以下事实而发生：相对于平行于入射平面偏振的照明光，偏好反射垂直于相应单独反射镜处的反射的入射平面偏振的照明光。从基本上以未偏振方式入射于分面反射镜布置(facet mirrorarrangement)的照明光，可以此方式产生具有以优选方向偏振的照明光部分束(illumination light partial beam)的照明光。因此可提供照明场的照明，其中，尤其取决于照明角，在各情况中以有目标的方式使用满足高要求分辨率规定所需的偏振。Rp/Rs比可小于0.7、可小于0.6、可小于0.5、可小于0.4、可小于0.3、可小于0.2、可小于0.1、可小于0.05、可小于0.02、可小于0.01、可小于1x 10-3、可小于1x 10-4及可小于1x 10-5。尤其，Rp/Rs比可精确为0；因此，可利用在相应单独反射镜处的反射，完全抑制相应照明光部分束在入射平面中偏振的分量。通常，第二分面反射镜的分面连同第一分面反射镜的单独反射镜组一起使组照明通道(group illumination channel)完整，第二分面反射镜的所述分面及第一分面反射镜的单独反射镜的组属于所述组照明通道。此布置原则上见于US 2011/0001947 A1。可利用相应照明光部分束在单独反射镜上的入射角来预定Rp/Rs比，并且取决于多层反射涂层的构造，Rp/Rs比灵敏地取决于所述入射角。
根据权利要求2的入射角尤其适于预定偏好垂直于入射平面振荡的偏振分量的Rp/Rs比。入射角与布鲁斯特角(Brewster Angle)的偏差可小于20°、可小于10°、可小于5°、可小于3°、可小于2°或可小于1°。尤其，入射角可精确对应于布鲁斯特角。
根据权利要求3或4所述的旋转对称布置的载体(carrier)使得照明光部分束在分面反射镜处的反射几何形状成为可能，对于该分面反射镜，使用与平均入射角仅稍微偏差的入射角，平均入射角是用于预定所要Rp/Rs比的入射角。
根据权利要求5所述的环形分面载体尤其使得正切偏振(tangentialpolarization)在照明场的照明中成为可能，在此情况中，独立于照明角，以垂直于照明光在物体上的入射平面偏振的方式照明照明场中的物体。
根据权利要求6所述的照明场的逐区照明(section-by-section illumination)使得可以镜面反射体(specular reflector)的方式布置照明光学单元，除了偏振预定之外，例如见于US 2006/0132747 A1。照明场的照明区段(section)可小于总照明场的50％，或甚至更小，如，总照明场的1/3、1/4、1/6，或可包含总照明场的甚至更小的比例。
根据权利要求7所述的照明系统、根据权利要求8所述的投射曝光设备、根据权利要求9所述的制造方法和根据权利要求10所述的组件的优点对应于以上参考根据本发明的照明光学单元已说明的优点。可以极高的结构分辨率制造组件。举例而言，可以此方式制造极高集成密度或储存密度的半导体芯片。
附图说明
下面参考示图更详细说明本发明的示例性实施例。其中：
图1示意性显示穿过EUV投射光刻的投射曝光设备的子午截面(meridional section)，此图示意性且不根据本发明地显示照明光学单元中的照明光引导；
图2同样以子午截面显示照明光学单元的根据本发明实施例的在经由照明光学单元的两个分面反射镜将照明光引向照明场的光束区中的片段；
图3显示图2中细节III区中的部分放大图；
图4以曲线图显示照明光的反射R对根据图2的照明光学单元的第一分面反射镜的单独反射镜上的入射角I的依赖性，首先标绘垂直于入射平面偏振的照明光(S)及平行于入射平面偏振的照明光(P)；
图5以类似于图2的图显示照明光学单元的另一实施例，其中经由照明光学单元的第二分面反射镜的分面引导的照明光部分束各照明照明场的区段(即非总照明场)；
图6显示根据图2的照明光学单元，此图另外显示照明场场点的照明的偏振分布取决于照明角(正切偏振)；及
图7显示根据图6的偏振分布的平面图。
具体实施方式
图1以子午截面示意性显示微光刻的投射曝光设备1。投射曝光设备1包括光源或辐射源2。投射曝光设备1的照明系统3具有照明光学单元4，用于曝光与物平面(object plane)6中的物场(object field)5重合的照明场。照明场还可大于物场5。在该情况中曝光形式为掩模母版(reticle)7的物体，其布置在物场5中且由物体保持器或掩模母版保持器(object or reticle holder)8保持。掩模母版7又称为“光刻掩模”。物体保持器8可利用物体位移驱动器(displacement drive)9沿着位移方向移动。投射光学单元10用于将物场5成像于像平面(image plane)12中的像场(image field)11中。掩模母版7上的结构被成像至布置在像平面12中像场11的区域中的晶片13的光敏层(light-sensitive layer)上。晶片13由晶片保持器14保持。晶片保持器14同样可利用晶片位移驱动器15以与物体保持器8同步的方式沿着位移方向移动。
辐射源2是EUV辐射源，其发射范围在5nm与30nm之间的使用辐射。这可涉及等离子体源，例如气体放电产生等离子体(Gas Discharge-ProducedPlasma，GDPP)源或激光产生等离子体(Laser-Produced Plasma，LPP)源。辐射源2还可使用基于同步加速器或基于自由电子激光(Free Electron Laser，FEL)的辐射源。本技术技术人员可例如从US 6,859,515 B2中找到关于此辐射源的信息。从辐射源2发出的EUV辐射16由收集器(collector)17聚集。对应的收集器请见EP 1 225 481 A。在收集器17的下游，EUV辐射16在照在场分面反射镜(field facet mirror)19上之前传播通过中间焦平面(intermediate focal plane)18。场分面反射镜19是照明光学单元4的第一分面反射镜。第一分面反射镜19具有多个单独反射镜(图1未示出)。第一分面反射镜19布置在照明光学单元4的关于物平面6光学共轭的平面中。
在下文中，又将EUV辐射16称为照明光或成像光。照明光16以未偏振的方式(即，以均匀分布的偏振)入射在第一分面反射镜19上。因此，在第一分面反射镜19的上游，照明光16的偏振向量在平行于xy平面的所有方向上以均匀分布的方式垂直于入射轴k振荡。
在第一分面反射镜19的下游，EUV辐射16由光瞳分面反射镜(pupil facetmirror)20反射。光瞳分面反射镜20是照明光学单元4的第二分面反射镜。光瞳分面反射镜20布置在照明光学单元4的光瞳平面(pupil plane)中，其关于中间焦平面18并关于投射光学单元10的光瞳平面光学共轭或与所述光瞳平面重合。光瞳分面反射镜20具有多个光瞳分面(pupil facet)(图1未示出)。借助光瞳分面反射镜20的光瞳分面及形式为具有反射镜22、23及24(依光束路径(beam path)中的顺序指定)的传输光学单元(transfer optical unit)21的下游成像光学组合件(imaging optical assembly)，场分面反射镜19的单独反射镜组成像于物场5中。传输光学单元21的最后一个反射镜24是用于掠入射的反射镜(“掠入射反射镜(grazing incidence mirror)”)。
为了便于说明定位关系，图1描绘笛卡尔xyz坐标系统作为全局坐标系统，以说明投射曝光设备1的在物平面6与像平面12之间的组件的定位关系。在图1中，x轴垂直于图的平面并向图中延伸。在图1中，y轴朝向右方且平行于物体保持器9及晶片保持器14的位移方向延伸。在图1中，z轴向下(即垂直于物平面6及像平面12)延伸。
物场5或像场11上的x-尺寸又称为场高度field height)。
在根据图1的投射曝光设备1的情况中，在照明光16的光束路径中，场分面反射镜19是第一分面反射镜，光瞳分面反射镜20是第二分面反射镜。分面反射镜19、20还可互换它们的功能。因此，第一分面反射镜19可以是光瞳分面反射镜，因而布置在投射光学单元10的光瞳平面中或在关于光瞳平面共轭的平面中，并且第二分面反射镜20可以是场分面反射镜，因而配置在关于物平面6光学共轭的场平面(field plane)中。
在照明光学单元25的情况中，第一分面反射镜19具有多个单独反射镜26，多个单独反射镜提供将照明光部分束16i引向物场或照明场5的照明通道。单独反射镜26布置在单独反射镜载体(individual-mirror carrier)27上。单独反射镜载体27实施为关于照明光16的入射轴k旋转对称，所述轴平行于z轴延伸。单独反射镜载体27实施为具有平行于xy平面布置的圆形载体表面28。单独反射镜载体27位于入射照明光16与物场5之间。
单独反射镜26可具有在单独反射镜载体27上以密集排列的方式(densely packed manner)布置的正方形或矩形反射表面。还可使用其他形式的单独反射镜，只要其使得能够尽可能没有任何间隙地占据第一分面反射镜19的反射表面即可。从拼接(parqueting)的数学理论获知此替代的单独反射镜形式。就此而言，请参考US 2011/0001947 A1中指出的参考文献。
取决于第一分面反射镜19的实施例，单独反射镜26具有在例如100μmx 100μm至例如5mm x 5mm的范围中的x/y范围(extent)。单独反射镜26可成形为使得它们对于照明光16具有会聚效应(concentrating effect)。
单独反射镜26可具有单独反射镜载体27上的关于照明光16的入射轴k旋转对称的布置。所述布置例如可以单独反射镜26在单独反射镜载体27上的多个同心环(concentric ring)实施，其中此单独反射镜布置的中心与照明光16的入射轴k穿过载体表面28的交点重合。
根据图2的子午截面举例说明四个单独反射镜26。在第一分面反射镜19的真实实施例中，单独反射镜26的数量高出许多。大体上，第一分面反射镜19具有数百到数千个单独反射镜26。
取决于第一分面反射镜19的实施例，第一分面反射镜19的由单独反射镜26的反射表面构成的总反射表面具有例如300mm x 300mm或600mm x600mm的范围。
用于单独地偏转照射的照明光16的每个单独反射镜26分别连接至致动器29，如基于图2中所示的最上方单独反射镜26所示。致动器29布置在每个单独反射镜26背对单独反射镜26的反射侧的一侧上。可将致动器29实施为例如压电致动器。从微镜阵列(micromirror array)的构造已知这种致动器的构造。
每个单独反射镜26可绕着两个互相垂直的倾斜轴单独地独立倾斜，其中所述倾斜轴的第一个平行于x轴延伸，所述两个倾斜轴的第二个平行于y轴延伸。两个倾斜轴位于相应单独反射镜(respective individual mirror)26的单独反射表面中。
单独反射镜26的反射表面具有多层反射涂层。图3显示单独反射镜26之一的反射表面区域中的部分放大图。将反射层31、32施加在单独反射镜主体30上，所述反射层可为由钼(Mo)和硅(Si)构成的交替层。图3举例示出各包含一个Mo层和Si层的双层31、32。总反射涂层33可具有多个这种双层31、32，例如5、10、20、30个或甚至更多个该类型的双层。
第一分面反射镜19的单独反射镜26布置成使相应照明光部分束16i以相对于单独反射镜反射表面的法线N的入射角I入射在单独反射镜26上，在照明光部分束16i在所述单独反射镜26处反射时，与p-偏振相比，单独反射镜反射表面偏好s-偏振。s-偏振涉及照明光部分束16i的垂直于单独反射镜26的入射平面(图3中的示图平面)振荡的偏振方向。p-偏振涉及照明光部分束16i的在单独反射镜26的入射平面中振荡的偏振。s-偏振由图2中画叉的圆圈所指示。p-偏振由图2中垂直于入射轴k布置的双箭头所指示。在图3中，s-偏振由照明光部分束16i的光束路径上的大圆点表示。p-偏振由照明光部分束16i的光束路径上的双箭头表示。在照明光部分束16i在单独反射镜26处反射时相对于p-偏振偏好s-偏振使p-偏振照明光16的反射率Rp与s-偏振照明光16的反射率Rs之间的Rp/Rs比小于0.8。该对s-偏振的偏好利用以下事实在图3中示出：在照明光部分束16i在单独反射镜26反射之后，p-偏振分量由与入射的照明光部分束16i相比较短的双箭头表示，s-偏振分量的强度受单独反射镜26处的反射的影响较小，这由反射的照明光部分束16i的反射光束路径上的圆点(大小与入射光束上的圆点相同)示出。
反射率Rs、Rp对入射角I的依赖性如图4所图解。
Rs从入射角I＝0°(法线入射)情况下的值0.6R0单调(monotonically)上升至实际最大入射角85°情况下的最大值R0。
反射率Rp首先从入射角I＝0°情况下的值0.6R0单调下降至布鲁斯特入射角IB(大约为入射角45°)情况下的反射率Rp＝0。对于入射角I>IB，反射率Rp再次单调上升至实际最大入射角约85°情况下的约0.8R0的值。在始于约I≥20°的值的入射角I的范围中，Rp/Rs比小于0.8。对于大约为布鲁斯特角IB的入射角I，取决于实际入射角I多么接近布鲁斯特角IB，所述Rp/Rs比持续变小。在布鲁斯特角IB本身处，Rp/Rs比为0。
取决于单独反射镜26的布置，可预定所述单独反射镜26上的入射角I以产生以下Rp/Rs比：Rp/Rs比小于0.7、小于0.6、小于0.5、小于0.4、小于0.3、小于0.2、小于0.1、小于0.05、小于0.02、小于0.01、小于1x 10-3、小于1x 10-4、小于1x 10-5或甚至还要更小。
对于相应照明光部分束16i入射在相应单独反射镜26上的入射角I，取决于单独反射镜26的取向，可达到预定值I-IB，即相对于布鲁斯特角IB的偏差，其绝对值小于25°、小于20°、小于10°、小于5°、小于3°、小于2°、小于1°及尤其精确为布鲁斯特角IB。
可在照明光学单元25的中央控制装置34上监测入射角I的预定值；中央控制装置34以未图解的方式与单独反射镜26的致动器29信号连接。利用查找表(look-up table)，还可将预定值与要实现的反射率Rp/Rs比的所要值关联。
第二分面反射镜20在照明光16的光束路径中布置在第一分面反射镜19的下游(请见图2)。第二分面反射镜20的相应分面(respective facet)35与第一分面反射镜19之单独反射镜26的至少一个共同使将照明光部分束16i引向照明场5的照明通道完整。通常，该布置致使第二分面反射镜20的分面35之一连同第一分面反射镜19的单独反射镜26的组一起使多个部分光束16i的组照明通道完整，第二分面反射镜20的所述分面35与第一分面反射镜19的单独反射镜26的组属于该组照明通道。该第一分面反射镜19的单独反射镜26的组因此经由第二分面反射镜20的完全相同的分面35将照明光部分束16i全部引向照明场5。
利用照明光部分束16i在第二分面反射镜20的分面35处的反射，再一次偏好照明光部分束16i的s-偏振，因为在此处一样以明显非0的入射角I发生反射。在图2中还指示了对s-偏振的该偏好，其中照明光16的s-偏振由画叉的圆圈所示，p-偏振由垂直于入射轴k且位于图2的示图平面中的双箭头所示。照明光部分束16i的一次在单独反射镜26之一处且第二次在第二分面反射镜20的分面35之一处的双反射，在照明光部分束16i照在照明场5上的情况中，造成几乎完全或者甚至彻底完全的s-偏振。
第二分面反射镜20的分面35布置在分面载体36上，如图2中以虚线方式所示。所述分面载体36以环形方式实施。分面载体36实施为关于照明光16的入射轴k旋转对称。第二分面反射镜20的分面35在分面载体36上的布置对应地旋转对称。
照明光学单元25整体布置为关于入射轴k旋转对称。入射轴k穿过照明场5的中心。入射轴k垂直于物平面6。
第一分面反射镜19的单独反射镜26和第二分面反射镜20的分面35的旋转对称布置使得照明光部分束16i的光束引导在任何情况中可关于入射轴k充分接近旋转对称。
第二分面反射镜20的分面35提供用于反射在xz平面中由第一分面反射镜19的单独反射镜26偏转的照明光部分束16i，所述分面35在图2中在入射轴k的水平面处以虚线方式图解。由于分面载体36的环形设计，所述场分面35当然在对应地关于图2的示图平面的正及负x-方向二者上均以与入射轴k隔开的方式设置。在分面载体36上以均匀分布的方式在围绕入射轴k的周向上布置对应分面35，因此导致针对照明光部分束16i的基本上旋转对称的反射布置。对于在照明场5上的每个点产生具有正切偏振照明光16的照明。这在图6及7中针对照明场点(illumination field point)37更详细图解。
从每个照明方向，照明光16以s-偏振方式照在照明场点37上。由于场分面35的环形布置，所以用环形照明角分布(ring-shaped illumination angledistribution)38照明照明场点37(照明场点37“看到”环形光源)，因此，在该环形照明角分布38(图7中由圆圈指示)的每个位置处均出现补充以形成正切偏振的s-偏振。在环形照明角分布38的每个位置处，偏振向量39相对于照明角分布38正切振荡。
由于此正切偏振，照明场5中的掩模母版7可用与照明角无关的s-偏振照明光16照明。在使用照明光学单元25作为投射曝光设备1的一部分时，此照明可优化结构分辨率。
使用照明光学单元25，照明场5可以大于照明角的下限值的照明角照明，该照明角的下限值由照明光16的由单独反射镜载体27预定的光束路径的中央遮蔽(central shading)预定。
使用照明光学单元25，可以实现环形照明设定或多极照明设定，如，双极照明设定或四极照明设定，如，C-四(C-Quad)照明设定。
图5显示可用于替代照明光学单元25的照明光学单元40的另一实施例。对应于上文参考图1至4及6与7已说明的组件的组件具有相同的参考数字，且将不再详细论述。
在照明光学单元40的情况中，引导照明光16致使照明场5中小于总照明场5的80％的区段5i经由照明通道照明，经由该照明通道将照明光16引导通过第二分面反射镜20的分面35中的一个。照明场区段5i可覆盖总照明场5的50％或甚至更小的比例，即，如总照明场5的1/3、1/4、1/6，或甚至更小的比例，如，总照明场5的1/10、1/20、或1/50。
关于两个分面反射镜19、20的布置，可以镜面反射体的方式(除了单独反射镜26及分面35的偏振效应外，从US 2006/0132747 A1已知该镜面反射体)实施照明光学单元40。
在图5的实施例的情况中，照明场区段5i在y-方向上具有总照明场5的y-范围的约四分之一。
在借助投射曝光设备1投射曝光期间，将物场5中掩模母版7的至少一部分成像至像场11中晶片13上的光敏层的区域上，用于光刻制造微结构或纳米结构组件，尤其是半导体组件，例如微芯片。在此情况中，掩模母版7和晶片13在扫描仪操作中以时间同步方式在y-方向上持续移动。

Claims (10)

1.一种投射曝光设备(1)的照明光学单元(25；40)，将照明光(16)引向能够布置有光刻掩模(7)的照明场(5)，
-包含第一分面反射镜(19)，其具有多个单独反射镜(26)，所述多个单独反射镜(26)提供将照明光部分束(16i)引向所述照明场(5)的照明通道；
-其中，所述单独反射镜(26)各具有多层反射涂层(33)；
-包含第二分面反射镜(20)，其在所述照明光(16)的光束路径中布置在所述第一分面反射镜(19)的下游，其中所述第二分面反射镜(20)的相应分面(35)与所述第一分面反射镜(19)的单独反射镜(26)的至少一个一起使将所述照明光部分束(16i)引向所述照明场(5)的所述照明通道完整；
-其中，所述单独反射镜(26)布置成使相应照明光部分束(16i)以入射角(I)入射于所述单独反射镜(26)上，由此限定入射平面；
-其中，所述入射角(I)被预定为使得以下二者之间的Rp/Rs比小于0.8：
--在所述入射平面中偏振的照明光(16)的反射率Rp，与
--垂直于所述入射平面偏振的照明光(16)的反射率Rs。
2.如权利要求1所述的照明光学单元，其特征在于：所述相应照明光部分束(16i)入射在所述单独反射镜(26)上的所述入射角(I)与所述多层反射涂层(33)的布鲁斯特角IB偏差最多25°。
3.如权利要求1或2所述的照明光学单元，其特征在于：所述单独反射镜(26)布置在单独反射镜载体(27)上，所述单独反射镜载体被实施为关于所述照明光(16)入射在所述第一分面反射镜(19)上的入射轴(k)旋转对称。
4.如权利要求1至3中任一项所述的照明光学单元，其特征在于：所述第二分面反射镜(20)的分面(35)布置在分面载体(36)上，所述分面载体(36)被实施为关于所述照明光(16)入射在所述第一分面反射镜(19)上的入射轴(k)旋转对称。
5.如权利要求4所述的照明光学单元，其特征在于：所述分面载体(36)以环形方式实施。
6.如权利要求1至5中任一项所述的照明光学单元，其特征在于：所述照明光学单元(40)实施为使得经由照明通道照明所述照明场(5)的小于所述总照明场(5)的80％的区段(5i)，经由所述照明通道将所述照明光(16)引导通过所述第二分面反射镜(20)的分面(35)。
7.一种照明系统(3)，包含如权利要求1至6中任一项所述的照明光学单元(25；40)，并包含投射光学单元(10)，布置在所述照明场(5)中的物场经由所述投射光学单元(10)成像于像场(11)中。
8.一种投射曝光设备(1)，包含如权利要求7所述的照明系统(3)和EUV光源(3)。
9.一种微结构或纳米结构组件的制造方法，包含以下方法步骤：
-提供晶片(13)，在其上至少部分施加由光敏材料构成的层；
-提供掩模母版(7)，其具有要成像的结构；
-提供如权利要求8所述的投射曝光设备(1)；
-借助所述投射曝光设备(1)的投射光学单元(10)将所述掩模母版(7)的至少一部分投射于所述层的区域上。
10.一种通过如权利要求9所述的方法制造的组件。
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