CN104854510B - 微光刻投射曝光设备的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于尤其在EUV中操作的微光刻投射曝光设备的光学系统，包含：反射镜装置(200)，由多个可相互独立调节的反射镜元件组成；以及至少一个偏振影响装置(100)，相对于光传播方向布置在所述反射镜装置(200)的上游，其中，所述偏振影响装置(100)具有一组第一反射表面(111、112、...)和一组第二反射表面(121、122、...)，其中，所述第一反射表面(111、112、...)能够彼此独立地倾斜，并且其中，在所述光学系统操作期间，取决于所述第一反射表面(111、112、...)的倾斜，经由所述第二反射表面(121、122、...)的相应不同一个可以将在所述第一反射表面(111、112、...)的相应一个处反射的光引导至所述反射镜装置(200)。

Description

微光刻投射曝光设备的光学系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年11月14日提交的德国专利申请DE102012223233.8和US61/737153的优先权。这些申请的内容作为引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种微光刻投射曝光设备的光学系统。
背景技术
微光刻用于制造微结构化组件，诸如集成电路或LCD。微光刻工艺在所谓的投射曝光设备(包含照明装置和投射透镜)中执行。在该情况下，利用投射透镜将通过照明装置照明的掩模(＝掩模母版)的像投射在基板(如硅晶片)上，该基板涂覆有光敏层(光致抗蚀剂)，并布置在投射透镜的像平面中，以将掩模结构转印至基板的光敏涂层。
在设计用于EUV范围(即，例如约13nm或约7nm的波长下)的投射透镜中，由于缺少可用的合适的透光折射材料，所以使用反射镜作为成像过程的光学组件。
在投射曝光设备操作期间，为了优化成像对比，需要在照明装置中有针对性地设定光瞳平面和/或掩模母版中的特定偏振分布，还能够在投射曝光设备操作期间改变偏振分布。
关于现有技术对于改变设计用于EUV范围的投射曝光设备中的偏振分布，仅举例而言，可参考DE 10 2008 002 749 A1、US 2008/0192225 A1、WO 2006/111319 A2和US 6,999,172 B2。
发明内容
本发明之目的是提供一种尤其用于在EUV中操作的微光刻投射曝光设备的光学系统，其使得可灵活地设定投射曝光设备中的偏振分布。
该目的根据独立权利要求1的特征来实现。
一种根据尤其用于在EUV中操作的微光刻投射曝光设备的光学系统，包含：
-反射镜装置，由多个可彼此独立调节的反射镜元件组成；以及
-至少一个偏振影响装置，相对于光传播方向布置在反射镜装置的上游；
-其中，所述偏振影响装置具有第一反射表面组和第二反射表面组；
-其中，第一反射表面可以独立于彼此倾斜，并且其中，在光学系统操作期间，取决于所述第一反射表面的倾斜，经由第二反射表面的相应不同一个，在第一反射表面的相应一个处反射的光被引导至反射镜装置上。
根据一个实施例，第一反射表面可以分别绕两个相互垂直的倾斜轴线独立于彼此倾斜。此外，根据一个实施例，在光学系统操作期间，光分别以入射角Θ＝ΘB±5°入射到第一反射表面和/或第二反射表面的相应一个上，其中，ΘB代表反射表面在光学系统的操作波长下的布鲁斯特角。
本发明尤其基于从原本非偏振或圆形偏振输入光(尤其是EUV光)产生具有不同偏振方向的线性偏振输出光的概念，借助的事实是所述光可以在偏振影响装置中经由一组可相互倾斜的第一反射表面的相应一个和经由一组第二反射表面的相应一个引导至反射镜装置上。在该情况下，针对经由两个连续反射(其中至少一个反射基本上以布鲁斯特角发生)的发出光相应地设定具有期望偏振方向的线性偏振。
由于反射以布鲁斯特角发生在相应反射表面上，所以由偏振影响装置反射的相应光线性偏振(相对于相应反射表面s偏振)，其中，光学系统内的偏振方向取决于相应反射表面的取向(也就是说，在第一反射表面的情况下，取决于第一反射表面分别进行倾斜所围绕的轴线)。EUV系统中的布鲁斯特角通常为约43°(因为所有恰当层材料在小于15nm的EUV波长下的折射率值接近1)。因此，在根据本发明的偏振影响布置中，入射在第二反射表面上并从第二反射表面发出的光线的偏振方向因以下事实而改变：第一反射表面可独立于彼此倾斜(尤其分别绕两个相互垂直的倾斜轴线)，使得由于第一反射表面的相应一个的不同倾斜而选择第二反射表面的相应不同一个，从而同时针对该光线产生在各情况下产生的线性偏振的不同偏振方向。
在包含根据本发明的光学系统的照明装置中，如在此更加详细解释的，因此可从具有低集光率的相干光源(例如，同步加速器或自由电子激光器)开始，横跨具有与在反射镜装置的位置或最终亦在掩模母版平面中产生的照明场相同的形状或相同的纵横比的场。从最初在照明装置中被横跨且其中的光优选地为非偏振或圆形偏振的场，通过有针对性地选择在偏振影响装置内在第一和相应的第二反射表面处的连续反射，产生具有线性偏振(具有不同偏振方向)的多个单独场，多个单独场又在反射镜装置的位置组合，于是，反射镜装置通过下游的光学元件(在最简单的情况下为凹面反射镜)至少大致成像在掩模平面中。此外，反射镜装置可利用单独反射镜的目标角位置，在光瞳平面中产生对应的期望强度和偏振分布。在该情况下，可以以不同的偏振方向照明反射镜装置的不同区域。
在本申请的意义内，术语“反射表面”应理解为还涵盖部分透射表面，如将于下文更加详细说明的。
根据一个实施例，在光学系统操作期间，由第二反射表面的相应一个反射的光线在输出方向上反射，该输出方向大致平行于该光线在相应第一反射表面处先前反射之前的入射方向。在该情况下，根据一个实施例，在光学系统操作期间，由第二反射表面的相应一个反射的光线在输出方向上反射，该输出方向与该光线在相应第一反射表面处先前反射之前的入射方向偏离最大值±15°，尤其偏离最大值±10°，更尤其偏离最大值±5°。在该情况下，输出方向优选地稍微倾斜，以在有限距离处的反射镜装置上组合来自第二反射表面的光束。
根据一个实施例，偏振影响装置将在光学系统操作期间入射在相应第一反射表面上的光转换为从相应第二反射表面发出的线性偏振光。在该情况下，从相应第二反射表面发出的线性偏振光的电光向量基本上垂直于由光在第一反射表面处的入射方向和反射方向限定的平面。
根据一个实施例，在光学系统操作期间入射于相应第一反射表面上的光为非偏振或圆形偏振的。然而，本发明不限于将非偏振或圆形偏振光转换为线性偏振光。在其它实施例或应用中，本发明还可与以线性偏振方式入射的光结合使用。在该情况下，如下所述，第一反射表面的可倾斜性还可用于将原始偏振状态引导至光瞳平面中，而不进行改变且在第一反射表面或第二反射表面处没有反射损失。
第一反射表面组尤其可实现为条状反射镜单元，其具有多个可相互独立调节的条状反射镜。然而，本发明不限于第一反射表面的条形几何形状，因此取决于具体的光学设计，反射表面还可具有其它合适的几何形状。
根据一个实施例，第二反射表面组构造成其在光学系统操作期间完全照明反射镜装置，其中，可以用从不同第二反射表面发出且具有不同偏振方向的光照明反射镜装置的相互不同区域。
根据一个实施例，在第一反射表面的至少一个设定中，偏振影响装置使通过光学系统的光的偏振状态保持原样。在该情况下，特别地，第一反射表面可从光束路径“摆出”，使得产生的照明光(如，由产生非偏振光的光源产生)以在第一或第二反射表面处不反射(由此也没有与这种反射相关的强度损失)及未改变的偏振状态进入光瞳平面中。
根据一个实施例，偏振影响装置在光学系统的光瞳平面中产生至少大致切向偏振分布或至少大致径向偏振分布。“切向偏振”(或“TE偏振”)(以本身已知的方式实现高对比成像)应理解为意味着这样的偏振分布，单独线性偏振光线的电场强度向量的振荡平面大致垂直于引导至光学系统轴线的半径取向。“径向偏振”(或“TM偏振”)应理解为意味着这样的偏振分布，单独线性偏振光线的电场强度向量的振荡平面相对于光学系统轴线大约径向地取向。“至少大致”切向或径向偏振分布应理解为意味着大致满足以上条件的偏振分布(例如在四极或双极照明设定中，在x方向上彼此相对安置的照明极为y偏振和/或在y方向上彼此相对安置的照明极为x偏振)。
根据另一方面，本发明涉及一种设计用于在EUV中操作的微光刻投射曝光设备的照明装置，其中照明装置包含具有上述特征的光学系统。
本发明还涉及一种包含照明装置和投射透镜的微光刻投射曝光设备，其中照明装置包含具有上述特征的光学系统，还涉及一种微光刻地制造微结构化组件的方法。
可从说明书及所附权利要求书中获得本发明的其它构造。
下面基于附图中所示的示例性实施例来详细解释本发明。
附图说明
在附图中：
图1示出阐明本发明原理的示意图；
图2示出阐明设计用于在EUV中操作的投射曝光设备的照明装置的一个根本可能构造的示意图；
图3a-b示出阐明本发明原理的其它示意图；
图4示出阐明本发明另一实施例的示意图；以及
图5示出阐明可实现本发明的微光刻投射曝光设备的可能构造的示意图。
具体实施方式
图1和2示出阐明照明装置中的根据本发明的光学系统的示例性实施例的示意图。
下文首先参考图1和图3阐明本发明原理。
根据图1，来自相干光源(未示出)的光首先在相对于所示坐标系的z方向中入射到偏振影响装置100(将在下文更详细解释)。光源优选地产生接近零值的较小集光率，其中光源是例如同步加速器或自由电子激光器。此外，优选地利用使用非偏振光或圆形偏振光的光源，使得由光源产生的光不具有显著优选的偏振方向。
如图1仅示意性并以十分简化的方式示出，偏振影响装置100具有第一组第一反射表面111、112、…，在示例性实施例中，将第一组第一反射表面实现为条状反射镜单元110，其具有多个可相互独立调节的条状反射镜。所述条状反射镜或第一反射表面111、112、…可分别绕两个相互垂直的倾斜轴线(在示例性实施例中，在x和y方向上延伸)倾斜，使得取决于相应条状反射镜的倾斜，在条状反射镜或第一反射表面111、112、…处反射的光可以不同立体角反射(原则上，可以任何期望方式设定)。
为了将入射于第一反射表面111、112、…上的光的输入偏振状态(如序言中所述，优选为非偏振或圆形偏振)转换为具有不同可选偏振方向的线性偏振，条状反射镜或第一反射表面111、112、…分别绕任意期望轴线(如，x轴、y轴或在x轴和y轴之间的分角线)倾斜，使得入射于相应第一反射表面111、112、…上的光以布鲁斯特角(适用于相关操作波长)入射，其中尤其根据本发明设想的用于EUV波长的布鲁斯特角为大约43°。可在EUV中在第一和第二反射表面处使用的一个合适HR层材料是例如MoSi(即，硅基板上交替的钼-硅层)。
偏振影响装置100还具有一组第二反射表面121、122、…，其完全围绕条状反射镜单元110布置，如图1示意性示出，使得取决于所述第一反射表面的倾斜角，在条状反射镜或第一反射表面111、112、…反射的光可被引导至第二反射表面121、122、…的相应不同一个上。
由于反射在第一反射表面111、112、…处以布鲁斯特角发生，所以相对于所述反射表面的s偏振光以最大可能程度反射，而相对于所述反射表面的p偏振光以最大可能程度透射或被材料吸收。因此，在相关第一反射表面111、112、…处反射的光相对于相应第一反射表面为s偏振，接着入射于第二反射表面121、122、…(具有与相应第一反射表面111、112、…刚刚设定的方位大致相同的方位)上。结果，在第二反射表面121、122、…处反射的光大致平行于在入射于相应第一反射表面111、112、…上之前的相应传播方向传播，但是现在是线性偏振，其中线性偏振的偏振方向取决于反射该光的相关第二和第一反射表面的方位。
换言之，第二和第一反射表面的组合效应(如图3a中仅示意性示出)连同具有相应期望偏振方向的线性偏振仅导致相应光束偏移，而没有引入相对于原始光传播方向的额外角度。
在系统的实际设计中，并没有严格地符合图3a的便于理解的示图。事实上，优选地，根据图3b，相应第二反射表面121稍微倾斜以组合反射镜布置上的光束。然而，因为该角度基本上位于由入射和反射光束横跨的平面中，所以不会损害期望偏振状态。
图2(对应于y-z平面中的截面)用来阐明第二反射表面121、122、…相对于条状反射镜或第一反射表面111、112、…的布置，其中为了更简单清楚地说明，在图2中示出仅两个条状反射镜或第一反射表面111及112及仅两个第二反射表面121、122。与在各情况下包含四个第一反射表面111-114及四个第二反射表面121-124的图1的示图相比，在图2中仅示出半数的反射表面。
图1中的示图也极为简化，原则上可提供任意数量的第一反射表面111、112、…和/或第二反射表面121、122、…，其中光还可通过多个条状反射镜或第一反射表面111、112、…成组地引导至一个且相同的第二反射表面121、122、…，因为具有相同方位的这些条状反射镜或第一反射表面111、112、…以条状方式照明一个且相同的第二反射表面121、122、…。
仅举例而言(而非限制本发明)，条状反射镜单元110例如可含有二十至四十个条状反射镜，其中(同样地仅举例而言)四个至八个第二反射表面121、122、…可以上述方式“呈送”(应明白，这是指光被引导至相关第二反射表面上，也就是说，相关第二反射表面由相关第一反射表面“选择”)。
如可从图1、图2和图3b看出，在第二反射表面121、122、…处反射之后，单独光束入射在MMA(“微反射镜阵列”)形式的反射镜装置200上，反射镜装置200具有(在通常矩阵状构造中)多个可相互独立调节的反射镜元件(尤其又可绕两个相互垂直的倾斜轴线倾斜)。在该情况下，反射镜装置200优选地总体由第二反射表面121、122、…组完全照明，第二反射表面121、122、…均又由以对应倾斜角取向的第一反射表面111、112、…照明。在特定示例性实施例中，图2中的反射镜装置200的下部区域200a以y偏振方式(即，用在y方向上线性偏振且从反射表面121的区域121a发出的光)照明，反射镜装置200的上部区域200b以x偏振方式(即，用在x方向上线性偏振且从反射表面122发出的光)照明。
反射镜装置200的反射镜元件完成了根据本发明的光学系统的两个任务：
首先，反射镜装置200的每个反射镜元件(取决于其相应倾斜位置)选择第二反射表面121、122、…之一(同时选择相应产生的线性偏振的特定偏振方向)。
其次，反射镜装置200的相关反射镜元件根据预定强度分布或期望照明设定以选择的偏振方向将入射于反射镜装置200上的光从相应第二反射表面121、122、…引导至光学系统的光瞳平面中的期望位置。
利用反射镜装置200的可相互独立调节的单独反射镜，可通过将入射至反射镜装置200的单独反射镜上光线在各情况下引导至光学系统的下游光瞳平面中的期望位置来实现灵活的光瞳成型。在该情况下，反射镜装置200的反射镜元件整个原则上可到达光瞳平面中的任何任意点(因此在光瞳照明的意义上，仅在固定级距或格栅中可能的“光瞳量化”并不存在)。结合光源的较小集光率，可以实现光瞳照明的高度灵活性。
本发明不限于相对于场平面共轭的平面中的反射镜装置的布置(在所述示例性实施例中选择的布置)。在其它示例性实施例中，还可选择照明系统中的反射镜装置的不同用途或功能。举例而言，反射镜装置还可以类似于蝇眼聚光器的概念使用，如US 2012/0206704 A1所述。
根据图2，从反射镜装置200发出的光经由反射镜250引导至包含掩模M或掩模母版的掩模母版平面上，其中上述光瞳平面可位于(仅举例而言)反射镜250上或者位于任意其它位置中(例如还位于反射镜250的前焦平面中)。
在根据本发明的光学系统中(再次参考图2)，因此尤其从具有较小集光率的原始相干光源开始，横跨具有与照明场125相同的形状或相同的纵横比的场105，照明场产生在在反射镜装置200的位置(或替代地还在掩模母版平面中)。因此，从初始横跨的场105(其优选地非偏振或圆形偏振)，通过有针对性地选择偏振影响装置100内的在第一和相应第二反射表面处的连续反射，产生具有不同偏振方向(对应于第二反射表面)的线性偏振的多个单独场，它们又在反射镜装置200的位置处结合，该反射镜装置在光瞳平面中产生对应的期望强度和偏振分布。
该偏振分布尤其是(不限制本发明)至少大致切向偏振分布，这可以本身已知的方式实现高对比成像。此外，该偏振分布还可以是例如至少大致径向偏振分布。
为了针对反射镜装置200的单独反射镜元件阐明相应需要的或可调节的倾斜角范围，下面再次参考图1。
如图1中举例描绘的虚线曲线150所示，可通过反射镜装置200的位于反射镜装置内对应位置(即，在该示例中，位于左上角)的相应反射镜元件到达每个第二反射表面121、122、…内的一个且相同位置(在该示例中，该位置位于第二反射表面121、122、…的左上角)。换言之，取决于倾斜位置，反射镜装置200的每个反射镜元件能够从各第二反射表面121、122、…的相应对应位置捕获反射光，并将其引导至光瞳平面中的期望位置。
本发明不限于在光瞳平面中产生线性偏振(具有可能的变化偏振方向)。确切地，例如，在光瞳平面中需要非偏振偏振光的应用中，第一反射表面111、112、…或条状反射镜的可倾斜性还可用于从光束路径“摆动出”第一反射表面111、112、…，使得产生的照明光(如，通过产生非偏振光的光源产生)以未改变的偏振状态(也就是说，在第一或第二反射表面处尤其没有反射)通往反射镜装置200，在该情况下，还可避免与第一或第二反射表面处的反射相关联的强度损失。
此外，第一反射表面111、112、…的可倾斜性还可用于在不改变偏振状态且在第一反射表面111、112、…或第二反射表面121、122、…处没有反射损失的情况下将不同的初始偏振状态(如，取决于使用的光源，还有圆形偏振或恒定线性偏振)引导至反射镜装置200。
本发明不限于第一反射表面111、112、…处的(几乎)完全反射。在其它实施例中，第一反射表面111、112、…还构造成它们透射显著比例(仅举例而言，可为约70％)的入射EUV辐射，如图4中针对局部透射的第一反射表面411仅示意性示出。在该情况下，相对于反射部分具有正交偏振方向的光沿初始入射方向传播，并且还可取决于偏振照明设定(例如用于产生具有“x-y偏振”的四极照明设定，其中，在x方向上彼此相对安置的照明极为y偏振，在y方向上彼此相对安置的照明极为x偏振)而使用，使得光损失因此整体上减少。
在该情况下，可例如利用锆膜(仅举例而言，其厚度可以是大约50μm)实现对应的部分透射反射表面。在EUV光刻中使用锆膜例如从EP 1 356 476 B1和DE 10 2008 041 801A1中是已知的，其用于实现滤除电磁辐射的非期望分量的滤光片，其中，如EP 1 356 476B1所述，为了防止锆材料氧化，还可将锆膜布置在两个硅层之间。此外，还可使用增加反射率的MoSi涂层。
图5用作阐明可实现本发明的微光刻投射曝光设备的可能构造的仅示意性和简化示图。
根据图5，来自相干光源501(如，同步加速器或自由电子激光器)的光经由光束指引和扩展单元502入射至照明装置503，如上所述，该照明装置包含根据本发明的偏振影响装置100和(在用于光瞳产生的光学单元504中)位于中间场平面中的反射镜装置200。由照明装置照明的掩模(掩模母版)505位于下游投射透镜506的物平面中，该投射透镜将掩模505上的结构成像至布置在像平面中的晶片507。
即使基于特定实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员来说，例如通过组合和/或互换单独实施例的特征的许多变形和替代实施例是明显的。因此，对于本领域技术人员来说，不言而喻的是，本发明还涵盖这种变化和替代实施例，并且本发明的范围仅限制在所附权利要求书及其等同物的含义内。

Claims (18)

1.微光刻投射曝光设备的光学系统，包括：
·反射镜装置(200)，由多个能够相互独立调节的反射镜元件组成；以及
·至少一个偏振影响装置(100)，相对于光传播方向布置在所述反射镜装置(200)的上游，
·其中，所述偏振影响装置(100)具有一组第一反射表面(111、112、…)和一组第二反射表面(121、122、…)；
·其中，所述第一反射表面(111、112、…)能够彼此独立地倾斜，并且其中，在所述光学系统操作期间，取决于所述第一反射表面(111、112、…)的倾斜，能够将在所述第一反射表面(111、112、…)的相应一个表面处反射的光经由所述第二反射表面(121、122、…)的相应不同的一个表面引导至所述反射镜装置(200)。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一反射表面(111、112、…)能够分别绕两个相互垂直的倾斜轴线彼此独立地倾斜。
3.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，在所述光学系统操作期间，光以入射角Θ＝ΘB±5°入射在所述第一反射表面(111、112、…)的相应一个表面上，其中，ΘB代表在所述光学系统的操作波长下，所述第一反射表面(111、112、…)的布鲁斯特角。
4.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，在所述光学系统操作期间，光以入射角Θ＝ΘB±5°入射在所述第二反射表面(121、122、…)的相应一个表面上，其中，ΘB代表在所述光学系统的操作波长下，所述第二反射表面(121、122、…)的布鲁斯特角。
5.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，在所述光学系统操作期间，由所述第二反射表面(121、122、…)的相应一个表面反射的光线在输出方向上反射，所述输出方向与所述光线在相应第一反射表面(111、112、…)处先前反射之前的入射方向偏差最大值±15°。
6.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，在所述光学系统操作期间，由所述第二反射表面(121、122、…)的相应一个表面反射的光线在输出方向上反射，所述输出方向与所述光线在相应第一反射表面(111、112、…)处先前反射之前的入射方向偏差最大值±10°。
7.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，在所述光学系统操作期间，由所述第二反射表面(121、122、…)的相应一个表面反射的光线在输出方向上反射，所述输出方向与所述光线在相应第一反射表面(111、112、…)处先前反射之前的入射方向偏差最大值±5°。
8.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述偏振影响装置(100)将在所述光学系统操作期间入射至相应第一反射表面(111、112、…)上的光转换为从相应第二反射表面(121、122、…)发出的线性偏振光。
9.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，在所述光学系统操作期间入射至相应第一反射表面(111、112、…)上的光为非偏振或圆偏振的。
10.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，第一反射表面(111、112、…)组实现为具有多个可相互独立调节的条状反射镜的条状反射镜单元(110)。
11.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述第一反射表面(111、112、…)构造为部分透射的。
12.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，第二反射表面(121、122、…)组构造成其在所述光学系统操作期间完全照明所述反射镜装置(200)。
13.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述偏振影响装置(100)在所述第一反射表面(111、112、…)的至少一个设定中使穿过所述光学系统的光的偏振状态保持不变。
14.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述偏振影响装置(100)在所述光学系统的光瞳平面中产生切向偏振分布或径向偏振分布。
15.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，其配置为用于在EUV中操作。
16.被设计用于在EUV中操作的微光刻投射曝光设备的照明装置，其特征在于，所述照明装置包含如上述权利要求任一项所述的光学系统。
17.微光刻投射曝光设备，包括照明装置和投射透镜，其特征在于，所述照明装置根据权利要求16实现。
18.微光刻地制造微结构化组件的方法，包括以下步骤：
·提供基板，在所述基板上至少部分地施加由光敏材料组成的层；
·提供具有要成像的结构的掩模；
·提供如权利要求17所述的微光刻投射曝光设备；以及
·借助所述投射曝光设备将所述掩模的至少一部分投射至所述层的区域上。
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