CN110249265B - 反射折射投射镜头和制造其的方法 - Google Patents

Abstract

一种反射折射的投射镜头(PO)，用于使用具有工作波长λ＜260nm的电磁辐射将在投射镜头的物平面(OS)的有效物场(OF)中布置的掩模图案成像到在投射镜头的像平面(IS)上布置的有效像场中。投射镜头包括多个透镜和包含至少一个凹面反射镜(CM)的多个反射镜，并且透镜和反射镜限定了投射束路径，其从物平面(OS)延伸到像平面(IS)并且包含至少一个光瞳平面(P2)。反射镜包括具有第一反射镜表面(MS1)的第一反射镜(FM1)和具有第二反射镜表面(MS2)的第二反射镜(FM2)，该第一反射镜布置在物平面和在与物平面光学共轭的第一场平面的光学附近的光瞳平面(P2)之间的投射束路径中，并且该第二反射镜布置在光瞳平面(P2)和在与第一场平面光学共轭的第二场平面的光学附近的像平面之间的投射束路径中。该第一反射镜表面(MS1)和/或第二反射镜表面(MS2)设计为自由形式表面。

Description

反射折射投射镜头和制造其的方法

本申请参考于2016年12月7日提交的德国专利申请10 2016 224 400.0。所述专利申请的内容通过明确的引用并入本申请的内容中。

技术领域和现有技术

本发明涉及反射折射投射镜头和制造这样的投射镜头的方法，所述投射镜头使用操作波长λ＜260nm的电磁辐射将在投射镜头的物平面的物场中布置的掩模图案成像到在投射镜头的像平面中布置的像场中。

为了制造半导体部件和诸如光刻掩模的其他精细结构化的部件，现在主要使用微光刻投射曝光方法。在此，使用掩模(掩模母版)或携带或形成要成像的结构的图案的其他图案生成装置，例如半导体部件的层的线形图案。将图案定位在投射曝光设备中的照明系统和投射镜头之间的投射镜头的物平面的区域中，并且由照明系统提供的照明辐射来照明该图案。已经由图案改变的辐射穿过投射镜头沿着投射束路径以投射辐射的形式行进，该投射镜头将图案以缩小的尺寸成像到要曝光的基板上。基板的表面布置在与物平面光学共轭的投射镜头的像平面中。基板总体上涂有辐射敏感层(抗蚀剂、光刻胶)。

投射曝光设备的发展的目标之一是在基板上制造具有越来越小尺寸的光刻结构。在例如半导体部件的情况下，较小的结构导致更高的集成密度，这总体上对制造的微结构部件的性能具有有益效果。

可以制造的结构的尺寸主要取决于采用的投射镜头的分辨能力，并且可以由减少用于投射的投射辐射的波长并且通过增加在过程中所用的投射镜头的像侧数值孔径NA来增加投射镜头的分辨能力。目前，高度分辨的反射折射的投射镜头以在深紫外(DUV)范围中小于260nm的操作波长来操作，特别是在193nm处的操作波长。

为了确保在深紫外(DUV)范围中的波长的情况下充分校正像差(例如色差、像场曲率)，通常使用反射折射的投射镜头，其包含多个具有屈光力的透明折射光学元件(透镜元件)以及具有屈光力的一个或多个反射元件，即一个或多个弯曲反射镜，还可能是一个或多个平面镜。在此考虑的投射镜头典型地包含至少一个凹面反射镜。

对于微光刻投射曝光方法将凹面反射镜集成到投射镜头中是不容易的，因为该凹面反射镜实质上将辐射反射回其入射的方向上。为了将凹面反射镜集成到光学成像系统中使得与束渐晕有关的问题或者与光瞳遮挡有关的问题出现，另外已经发展了反射折射的投射镜头，其使用整个在光轴外部布置的物场(离轴系统)。可以将离轴系统分成具有通过一个或多个平面偏转反射镜(折叠反射镜)几何分束的折叠系统以及作为“同轴系统”已知的系统，该“同轴系统”具有全部光学元件共用的笔直的(非折叠的)光轴。

具有几何分束和在光瞳平面附近布置的凹面反射镜的反射折射的投射镜头使用了在场平面的光学附近布置的两个平面偏转反射镜，以便于将从物场延伸到凹面反射镜的部分束路径与从凹面反射镜延伸到像场的部分束路径分离。一些具有偏转反射镜的投射镜头由两个成像镜头部件构成，该两个成像镜头部件一个接另一个地连接并且在物平面和像平面之间具有单个真实中间像(例如参见US 2006/0077366 A1)。在其他类型中，出现一个接另一个地连接的三个成像镜头部件，这意味着产生了恰好两个真实中间像。(参见例如WO2004/019128 A1(对应于US 7,362,508 B2)或EP 1 480 065 A2)。

具有专利号WO 2005/069055 A2的国际专利申请公开了反射折射同轴系统的示例性实施例，其具有一个接另一个地连接的三个成像透镜部件以及各布置在距光瞳表面一光学距离处的两个凹面反射镜。

存在将掩模的图案的像转印到基板上的各种可能性。在一种变型中，将整个图案放置在投射镜头的有效物场中并且在曝光中成像到基板上，其中掩模和基板在曝光时间间隔期间不移动。对应的投射曝光设备一般被称为“步进机系统”。在替代的系统中，将要转印的图案的不同区域时间连续地转印到基板上。为此，在曝光时间间隔期间进行扫描操作，其中物平面中的掩模相对于投射镜头的有效物场移动，而在像平面的区域中的掩模相对于投射镜头的有效像场移动的情况下，在一个扫描方向上以适配的移动速度同步地移动基板。为这样的扫描操作设定的投射曝光设备一般被称为“扫描仪系统”。与垂直于扫描方向的交叉扫描方向相比，有效物场和有效像场在扫描方向上总体上显著地更窄。

通过基板的一系列光刻结构化的步骤(曝光)以及诸如蚀刻和掺杂的随后处理步骤来制造集成电路。通常使用不同掩模或不同图案进行单独的曝光。使得完整的电路展示了期望的功能，单独光刻曝光步骤必须最大可能程度地相互匹配使得诸如接触件、线及二极管、晶体管和其他电功能单元的部件的制造的结构尽可能接近理想中的所计划的电路布局。

另外，当在连续曝光步骤中制造的结构没有以足够高的准确度互相放置，即如果覆盖准确度不够的话，则可能出现制造误差。来自光刻工艺的不同制造步骤的结构的覆盖准确度通常被称为术语“覆盖度”。该术语例如表示两个连续光刻平面的覆盖准确度。覆盖度是在制造集成电路时的重要参数，因为任何类型的对准误差可能引起诸如短路或缺少连接的制造误差，并且因此限制了电路的功能性。

对于多重曝光方法中的连续曝光的覆盖准确度具有高要求。作为示例，在双重图案化方法(或双重曝光方法)中例如半导体晶片的基板被连续地曝光两次，并且另外此后处理光刻胶。作为示例，在第一曝光工艺中投射具有合适结构宽度的标准结构。具有不同掩模结构的第二掩模用于第二曝光工艺。作为示例，可以将第二掩模的周期性结构位移了与第一掩模的周期性结构相关的半个周期。在一般情况下，在两个掩模的布局的差异可能是大的，特别是在更加复杂的结构的情况下。双重图案化可以实现在基板上减少周期性结构的周期。这可以仅当连续曝光的覆盖准确度足够好，即仅当覆盖误差不超过临界值，才能成功。

不充分的覆盖因此可显著地降低制造期间的良好部件的良率，因此增加了每个良好部件的制造成本。

在具有大量的光学元件的光学成像系统中，总像差误差(总像差)是贡献于成像的单独光学元件的误差相互作用的结果。因为单独部件的误差公差不能降低至任何期望的程度，因此总体上需要更精细地调整总系统以最小化系统的总误差。这样的调整过程可能在高性能的微光刻投射镜头中是高度复杂的，因为这样的投射镜头常见地包括多于十个或多于二十个光学元件。在没有精细的调整的情况下，在这些复杂系统中通常不可能实现具有亚微米范围的分辨率的所需的成像性能。

精细调整过程典型地包括对透镜元件或其它光学元件的多个不同的操纵。这些包含垂直于光轴的元件的横向位移、沿着光轴以改变气隙的元件的位移，和/或绕光轴的元件的旋转。还可以提供单独元件的倾斜。调整过程在对成像系统的适当像差测量的控制下进行，以便检查操纵的效果并且以便能够得出进一步调整步骤的指令。

关于投射镜头的成像性能的需求持续增加的程度也是投射镜头的像差规范持续收紧的程度。其结果是，还变得越来越需要与调整过程相关的需求，以便在经济条件下实现规范。

技术问题和技术方案

本发明的目的是提供在引言部分中提及的类型的反射折射的投射镜头，其对该类型的常规的反射折射的投射镜头供应了改进的成像性能，同时保持了制造费用是可接受的。特别地，本发明是为了针对关键客户应用提供像差最小化的新可能性，该应用特别是在半导体制造中产生关键层时能够向终端用户提供显著改进。

为了解决该问题，本发明提供了具有权利要求1的特征的反射折射的投射镜头。此外，提供了具有权利要求12的特征的制造反射折射的投射镜头的方法。在从属权利要求中指定有利的发展例。所有权利要求的措辞通过引用并入说明书的内容中。

在此考虑的反射折射的投射镜头包含大量透镜元件和大量反射镜，其中有至少一个凹面反射镜。透镜元件和反射镜限定了投射束路径，其从物平面延伸到像平面并且包含至少一个光瞳平面。反射镜包含具有第一反射镜表面的第一反射镜，该第一反射镜布置在所述物平面和在与该物平面光学共轭的第一场平面的光学附近的光瞳平面之间的投射束路径中。反射镜还包含具有第二反射镜表面的第二反射镜，该第二反射镜布置在光瞳平面和在与第一场平面光学共轭的第二场平面的光学附近的像平面之间的投射束路径中。两个反射镜(第一反射镜和第二反射镜)因此另外特征在于(i)两个反射镜布置在相对近场(在场平面的光学附近或距光瞳平面一光学距离处)，并且在于(ii)光瞳平面沿着投射束路径位于反射镜之间。

发明人已经认识到这些特殊条件可以用于在调整过程期间系统地创造以很低残余像差水平为特征的投射镜头期间，同时保持费用可接受。特别是已经认识到，在这些条件之下，像差的较高阶的场轮廓可能受影响，这不可能用其他调整措施来解决或校正，或者只可能以非常大的费用来解决或校正。这借助于具有自由形式表面的形式的第一反射镜表面和/或第二反射镜表面来完成。

在本申请的含义内的术语“自由形式表面”是指非旋转对称的表面，其与最佳适配旋转对称弯曲的参考表面或平面参考表面在一个或多个位置处偏离了超过制造公差的绝对偏离值。自由形式表面因此展示了与旋转对称形状的显著和刻意的偏离。平面形状在此还被认为是旋转对称形状。第一反射镜表面和/或第二反射镜表面的表面形状可以故意地配置为，使得由于光学设计和/或由于制造误差可能发生的特定像差可以被部分或完全地补偿。首先需要被影响的这些误差在本申请中还被称为目标像差。

第一反射镜表面和/或第二反射镜表面因此可以配备为自由形式表面形式的非旋转对称非球面或非平面表面。因为该类型的表面首先用于校正多个像差中的一个像差，因而它还可以被称为“校正非球面”。“校正非球面”要与已知的“设计非球面”区分开。尽管设计非球面的形状被固定为原始光学设计的部分并且频繁地展示了旋转对称性，校正非球面的形状典型地分别地针对每个单独投射镜头产生，例如由于在调整期间的测量。自由形式表面与最佳适配的旋转对称弯曲的或平面的参考表面偏离的绝对偏离值典型地是在数个纳米(nm)的范围中，例如在从近似5nm至近似100nm的范围中，可能甚至更多或更少。

由于第一反射镜表面和第二反射镜表面在最接近场平面的光学附近的布置，可以借助于反射镜中的一个上或两个反射镜上的自由形式表面特别良好地影响像差，该像差具有在像场内可以将场点与场点区分的范围。

特别地，可以是以下情况，(尚未校正的)开始的投射镜头的成像质量的特征在于在像场的场方向中的至少一个目标像差的幅值的较高阶的场变化(或多波变化)，其中最佳适配的平面或旋转对称的参考表面的自由形式表面在一个或多个位置处偏离，并且偏离的空间分布设定为使得所述变化与参考配置相比减少，在该参考配置中，所述反射镜表面具有所述最佳适配的参考表面的形状。术语“多波变化”在此表示了在观察的场方向中的像差的范围具有多个局部最小值和多个局部最大值。局部极端值的个数越多，在像场之上的场变化越大。

目标像差的大小的变化可以例如定量为已知的峰谷比(PV值)，其被限定为沿着像场的场方向在目标像差的最高值和最低值之间的差。在近场反射镜表面处的至少一个自由形式表面因此可以配置为使得实现了像差的较高阶的场轮廓的降低。特别地，用在投射束路径中的其他位置处的校正措施(特别是校正非球面)(特别是当这些不具有近场位置中的光学表面时)不能解决、或者只可能不良地解决这样的较高阶的场轮廓。

目标像差校正的阶数在此取决于在自由形式表面的一个方向上彼此追逐的峰和谷的空间频率。

借助于对称考虑，可以区分偶数像差和奇数像差。可以使用的标准是光瞳泽尼克的方位角数，也就是说在圆周方向上旋转的情况下相对于光瞳的中心的对称的个数。如果光瞳泽尼克的方位角数是偶数个(例如两个或四个)，则这将在本申请的上下文中被称为偶数像差。如果光瞳泽尼克的方位角数是奇数个(例如三个)，则这被称为奇数像差。

特别地，对于覆盖校正，可以解决奇数个光瞳泽尼克。覆盖可以被描述为奇数个光瞳泽尼克的取决于照明设定的线性组合。借助于近场反射镜的自由形式表面形式的反射镜表面可特别良好地校正的奇数目标像差包含波前倾斜(由泽尼克系数Z2/Z3所描述)、彗差(Z7/Z8)、三叶像差(Z10/Z11)、更高阶的彗差(Z14/Z15)等。

由于光瞳平面位于第一反射镜表面和第二反射镜表面之间的事实，在某些环境下可以在期望的方向上以有目标的方式来影响一类像差或扰动，而同时不会对另一类引起非期望的像差或扰动。特别是，偶数像差(例如离焦)和奇数像差(例如畸变)可以彼此独立地被解决。例如，可以实现校正，使得在位于光瞳平面之前的反射镜上偶数个扰动(例如离焦)和具有相同符号的奇数个扰动(例如畸变)被校正。在光瞳平面之后的另一个反射镜上，可以解决偶数个扰动(例如离焦)或是奇数个扰动(例如畸变)，因为两个变量中的一个的符号改变。以这种方法，可以校正任何类型的扰动，而其他的很大程度上不受此影响。例如，在不使偶数像差更坏的情况下，可以改进与覆盖相关的畸变。相反地，在不使畸变更坏的情况下，可以改进偶数像差。原则上，可以通过改变自由形式表面的最大值和最小值的振幅，来设定畸变像差和偶数像差的任何期望的线性组合。如果需要的话，可以通过具有自由形式表面的相对低的变形的(多个)自由形式表面的对应设计，来取得在解决的像差水平的减小中的相对强烈的改变。

当反射镜表面中的仅一个(第一反射镜表面或第二反射镜表面)具有自由形式表面的形式时可以实现一个或多个解决的目标像差的校正，而另一个反射镜表面(第二反射镜表面或第一反射镜表面)具有旋转对称或平面的形状。然而，通过使用仅一个反射镜作为校正非球面，不能充分利用校正可能性。

如果在另一方面根据发展例，第一反射镜表面形成为第一自由形式表面并且第二反射镜表面形成为第二自由形式表面，则获得了在像差的有目标的校正中的其他自由度。由使用仅一个反射镜的校正所诱导的不期望的并行像差可以由另一个反射镜来有效地校正。通过使用具有(总体上不同形状的)自由形式表面的两个反射镜，因此增加了校正可能性。

第一自由形式表面和第二自由形式表面优选地具有显著不同的形状。

特别是，第一自由形式表面的形状可以适配于第二自由形式表面的形状，使得第一自由形式表面带来了至少一个目标像差的期望改变和至少一个残余像差的非期望的改变，并且第二自由形式表面成形为使得至少部分地补偿由第一自由形式表面引起的残余像差的改变。以这种方法，寄生残余像差的不期望的产生可以被部分地或完全抑制，这意味着实质上保留了对所解决的目标像差的期望影响。同时，优选地在期望的方向上影响目标像差，使得发生对目标像差的影响的增加。

光学元件位于第一反射镜表面和最靠近它的第一场平面之间和/或在第二反射镜表面和最靠近它的第二场平面之间是可能的。然而，如果在第一反射镜表面和第一场平面之间不布置光学元件，和/或如果在第二反射镜表面和第二场平面之间不布置光学元件，则可以取得可特别良好设定的校正效果。该布置，在没有光学元件插入的情况下，还被称为“直接附近”。

在优选的实施例中，第一反射镜表面和/或第二反射镜表面布置在投射束路径中，使得在第一反射镜表面和/或在第二反射镜表面上的子孔径比SAR在其绝对值方面小于0.3、特别是小于0.2。以这种方法，可以确保不同的场点可能很大程度上彼此独立地受自由形式表面的形状影响。

在不同类型的投射镜头中可以采用所主张的发明的优点及其变型。特别地，反射折射的投射镜头可以采用完全在光轴外布置的物场，也就是说可以配置为离轴系统。

在一些实施例中，投射镜头具有将有效物场成像到第一真实中间像上的第一镜头部分、使用来自第一镜头部分的辐射产生第二真实中间像的第二镜头部分、以及将第二真实中间像成像到像平面中的第三镜头部分，其中第一真实中间像位于第一反射镜表面的光学附近，并且第二真实中间像位于第二反射镜表面的光学附近。这样的具有恰好两个中间像的三件式反射折射的系统已经证实为特别适用于在适合光刻的大的有效像场中取得极高分辨率。

情况可以是：第一反射镜和第二反射镜设计为平面反射镜，并且凹面反射镜布置为在位于第一场平面和第二场平面之间的光瞳平面的光学附近。在这种情况下，第一反射镜和第二反射镜的最佳适配的参考表面各在一个平面中。平面反射镜用作偏转反射镜，用于将从物场延伸到凹面反射镜的部分束路径与从凹面反射镜延伸到像场的部分束路径分离开。具有恰好两个真实中间像的这样的折叠的物镜镜头的示例例如可以在WO 2004/019128 A1(对应于US 7,362,508 B2)或EP 1 480 065 A2或WO 2006/121008 A1中找到。

还存在示例性实施例，其中第一反射镜和第二反射镜各配置为凹面反射镜。具有专利号WO 2005/069055 A2的国际专利申请公开了例如反射折射同轴系统的示例性实施例，其具有一个接另一个地连接的三个成像镜头部件以及两个相对近场的凹面反射镜，这两个凹面反射镜各布置在距光瞳表面一光学距离处并且可以用作第一和第二反射镜。第一反射镜表面和/或第二反射镜表面是凸出弯曲的也是可能的。

一些具有两个平面偏转反射镜的投射镜头还由仅两个成像镜头部分构成，该两个成像镜头部分一个接另一个地连接并且在物平面和像平面之间具有单个真实中间像(例如参见US 2006/0077366 A1)。偏转反射镜(一个或两个)在此还可以配备有自由形式表面形式的校正非球面。然后反射镜中的一个可以布置在物平面的光学附近，而另一个反射镜布置在中间像的光学附近。

在制造反射折射的投射镜头的方法中，首先根据光学设计具有光学构造的最初投射镜头以常规方式来构造和调整。作为它的一部分和/或之后，进行对投射镜头的成像质量的测量，以在有效像场中确定至少一个目标像差的范围的空间分布的范围。随后，第一反射镜表面和/或第二反射镜表面被选择为校正表面，并且改变第一反射镜表面和/或第二反射镜表面，使得第一反射镜表面和/或第二反射镜表面具有(非旋转对称的)自由形式表面的形式，使得与最初投射镜头相比较减小了有效像场中的目标像差水平。

为了确定成像质量，在有效像场中或成像系统的与该有效像场光学共轭的平面中的波前可以被测量，用于空间分辨地确定波前像差。基于此，可以计算出至少一个反射镜表面要形成为自由形式表面的形貌的必要改变。为了取得第一反射镜表面和/或第二反射镜表面的形状的期望的改变，第一反射镜和/或第二反射镜优选地从投射镜头中移除，使得它可以在投射镜头外被处理。然后，在已经移除的反射镜上进行对反射镜表面的空间分辨处理，以产生计算出的自由形式表面的形貌。在空间分辨地处理之前，优选地移除反射镜基板的反射式涂层，并且旨在于携带反射式涂层的基板表面然后使用材料移除方法(例如通过离子束处理)以空间分辨的方式通过材料移除来处理。随后，在涂覆步骤中，再次将反射式涂层施加到形状现在已改变的基板表面上。最终将已经配备有自由形式表面的至少一个反射镜以精确定位的方式安装在投射镜头中的它的原始位置处。

另外，通过有效校正像差的较高阶场轮廓，针对关键客户应用，获得像差最小化的新可能性，这可以为终端用户提供特别是在半导体制造中的关键层的产生的显著改进。

第一反射镜和/或第二反射镜的反射镜表面的特殊形状可以在最初制造投射镜头期间来进行，然后向客户首次装运。还可以在使用投射镜头的一段时间之后进行对应的校正。例如如果在延长的使用之后关键像差的像差水平增加和/或如果关键像差的规范因新工艺的引入而收紧，则这可以是有利的。

附图说明

从权利要求和从下面参考附图解释的本发明的优选示例性实施例的以下描述中，本发明的其他优点和方面是显而易见的。

图1示出了微光刻投射曝光设备的示例性实施例；

图2示出了反射折射投射镜头的实施例的示意性透镜元件的截面图；

图3A至3F示出了在基于Zernike指纹的反射镜非球面化之前和之后的投射镜头的有效像场中表示波前的校正状态的像差图；

图4A至4F示出了在基于衰退指纹的反射镜非球面化之前和之后的投射镜头的有效像场中表示波前的校正状态的像差图；

图5A和5B表示了在基于相同变形的线产生自由表面之后在照明区域(足印)中的第一偏转反射镜的表面形貌的校正(图5A)和第二偏转反射镜的表面形貌(图5B)的校正。

具体实施方式

图1示出了微光刻投射曝光设备WSC的示例，其可用在制造半导体部件或其他精细结构化部件中，并且其以来自深紫外(DUV)范围的光或电磁辐射操作以便于获得低至分数个微米的分辨率。具有近似193nm的操作波长λ的ArF准分子激光器用作主辐射源或光源LS。其他UV激光器光源，例如具有157nm的操作波长的F₂激光器或具有248nm的操作波长的ArF准分子激光器也是可能的。

在光源LS的下游设置的照明系统ILL在其出射表面ES处产生大、锐利定界的并且实质上被均匀照明的照明场，这与在光路径中在其下游布置的投射镜头PO的远心度的需求适应。照明系统ILL具有设定不同照明模式(照明设定)的装置，并且它例如可以在具有不同相干度σ的常规的轴上照明和离轴照明之间切换。作为示例，离轴照明模式包括环形照明或双极照明或四极照明或其他多极照明。适当的照明系统的设计本身是已知的并且因此在此不再详细地解释。专利申请US 2007/0165202 A1(对应于WO 2005/026843 A2)示出了照明系统的示例，其可以用在各种实施例的范围内。

那些光学部件作为投射曝光设备的照明系统ILL的部分，其接收来自激光器LS的光并且从光形成照明辐射，照明辐射被指引到掩模母版M。

布置在照明系统下游的是保持和操纵掩模M(掩模母版)的装置RS，使得在掩模母版处布置的图案位于投射镜头PO的物平面OS中，该物平面OS与照明系统的出射平面ES重合并且在此还称为掩模母版平面OS。出于扫描操作的目的，掩模借助于扫描仪驱动器在该平面中在垂直于光轴OA(z方向)的扫描方向(y方向)上是可移动的。

掩模母版平面OS的下游跟随的是投射镜头PO，其作为缩小镜头并且以缩小的比例(例如以1∶4(|β|＝0.25)或1∶5(|β|＝0.20)的比例)将掩模M处布置的图案的像成像到涂有光刻胶层的基板W上，基板的感光基板表面SS位于投射镜头PO的像平面IS的区域中。

要曝光的基板(其在示例性情况中是半导体晶片W)由包括扫描仪驱动器的装置WS来保持，以便于垂直于光轴OA在扫描方向(y方向)上同步地移动晶片与掩模母版M。还被称为“晶片台”的装置WS和还被称为“掩模母版台”的装置RS为通过扫描控制装置所控制的扫描仪装置的成分，该扫描控制装置在实施例中被集成在投射曝光设备的中央控制装置CU中。

由照明系统ILL产生的照明场限定了在投射曝光期间所使用的有效物场OF。在示例性情况下，后者是矩形的，其具有平行于扫描方向(y方向)测得的高度A*并且具有垂直于此(在x方向上)测得的宽度B*＞A*。总体上，纵横比AR＝B*/A*位于2和10之间，特别是在3和8之间。有效物场在y方向上位于光轴旁边(离轴场)。在像表面IS中与有效物场光学共轭的有效像场IF，具有与有效物场相同的形式以及相同的高度B和宽度A之间的纵横比，但是绝对场尺寸以投射镜头的成像比例β缩小，即A＝|β|A*且B＝|β|B*。

如果投射镜头设计并操作为浸没镜头，则在操作投射镜头期间穿过浸没液体的薄层传输辐射，该薄层坐落在投射镜头的出射表面和像平面IS之间。在浸没操作期间，像侧数值孔径NA＞1是可能的。配置为干镜头也是可能的，在这种情况下，像侧数值孔径受限于NA＜1的值。

图2示出了具有选择的束的反射折射投射镜头PO的实施例的示意性子午透镜元件的截面图，以阐明在操作期间投射辐射的成像束路径穿过投射镜头。投射镜头配备为具有缩小效应的成像系统，以用缩小的比例(例如以4：1的比例)将在投射镜头的物平面OS中布置的掩模的图案成像到平行于物平面对准的投射镜头的像平面IS上。在此，在物平面和像平面之间产生了恰好两个真实中间像IMI1、IMI2。第一镜头部分OP1(其排他地用透明光学元件构造并且因此是折射的(屈光的))被设计为使得将物平面的图案成像到第一中间像IMI1中而实质上没有任何尺寸上的改变。第二反射折射镜头部分OP2将第一中间像IMI1成像到第二中间像IMI2上，而实质上没有任何尺寸上的改变。第三折射镜头部分OP3设计为将第二中间像IMI2以很大的缩小成像到像平面IS中。

成像系统的光瞳表面或光瞳平面P1、P2、P3分别位于物平面和第一中间像之间、第一和第二中间像之间、以及第二中间像和像平面之间，其中光学成像的主光线CR与光轴OA相交。在第三镜头部分OP3的光瞳表面P3的区域中可以附接系统的孔径光阑AS。在反射折射的第二镜头部分OP2内的光瞳表面P2直接邻近凹面反射镜CM，

图2所示的示例性实施例在它的光学构造(在偏转反射镜上没有自由表面的情况下)方面对应于来自WO 2006/121008 A1的图6的示例性实施例。该文档的关于投射镜头的基本构造(包括光学规范)的公开内容通过引用并入本说明书的内容中。

反射折射的第二镜头部分OP2包含投射镜头的唯一凹面反射镜CM。具有两个负透镜元件的负组NG直接地坐落在凹面反射镜的上游。在偶尔被称为Schupmann消色差的该布置中，因为凹面反射镜的曲率和在其附近的负透镜元件而实现Petzval校正(即像场曲率的校正)，因为在凹面反射镜上游的负透镜元件的折射能力以及相对于凹面反射镜的光阑位置而实现色彩校正。

反射偏转装置用于将从物平面OS通行到凹面反射镜CM的束或对应的部分束路径从在凹面反射镜反射后在凹面反射镜和像平面IS之间通行的束或部分束路径中分离。为此，偏转装置具有平面第一偏转反射镜FM1和平面第二偏转反射镜FM2，该平面第一偏转反射镜FM1具有将来自物平面的辐射反射到凹面反射镜CM的第一反射镜表面MS1，并且该平面第二偏转反射镜FM2以直角与第一偏转反射镜FM1对准并具有第二反射镜表面MS2，其中第二偏转反射镜将从凹面反射镜所反射的辐射偏转到像平面IS的方向上。因为光轴在偏转反射镜处被折叠，在该应用下偏转反射镜还被称为折叠反射镜。将偏转反射镜关于投射镜头的光轴OA绕倾斜轴倾斜了例如45°，该倾斜轴垂直于光轴延伸并且平行于第一方向(x方向)。当投射镜头配置为用于扫描操作时，第一方向(x方向)垂直于扫描方向(y方向)并且因此垂直于掩模(掩模母版)和基板(晶片)的移动方向。为此，偏转装置由棱镜来实现，棱镜的彼此垂直地对准的外部反射涂覆的直角边表面用作偏转反射镜。

中间像IMI1、IMI2分别各自光学邻近折叠反射镜FM1和FM2、最靠近它们，但是可以距它们最小光学距离，使得在反射镜表面上的可能的缺陷不被锐利地成像到像平面中，并且平面偏转反射镜(平面反射镜)FM1、FM2在适中的辐射能量密度的区域中。

(旁轴)中间像的位置限定了系统的场平面，其分别与物平面和像平面光学共轭。偏转反射镜因此光学邻近系统的场平面，这在本申请的上下文中还被称为“近场”。在这种情况下，第一偏转反射镜布置为光学邻近属于第一中间像IMI1的第一场平面，并且第二偏转反射镜布置为光学邻近第二场平面，其光学共轭于第一场平面并且属于第二中间像IMI2。

在本申请中，光学表面相对于参考平面(例如场平面或光瞳平面)的光学邻近度或光学距离由所谓的子孔径比SAR来描述。出于本申请的目的，光学表面的子孔径比SAR限定为如下：

SAR＝sign h(|r|/(|h|+|r|))

其中r表示边缘光线高度，h表示主光线高度，符号函数sign x表示x的符号，根据约定sign 0＝1。主光线高度被认为是意味着在幅度方面具有最大场高度的物场的场点的主光线的光线高度。光线高度应该被理解为是带符号的。边缘光线高度被认为是意味着具有从光轴和物平面之间的相交点出发的最大孔径的光线的光线高度。该场点不必有助于转印在物平面中布置的图案——特别是在离轴的像场的情况下。

子孔径比是带可变符号的，其是对场或光瞳邻近束路径中的平面的度量。通过定义，将子孔径比归一化为在-1和+1之间的值，其中子孔径比在各场平面中为零并且其中在光瞳平面中子孔径比从-1跳变至+1或反之亦然。因此，具有1的绝对值的子孔径比确定光瞳平面。

如果光学表面或平面的子孔径比在数值方面是可比较的，则这两个表面被指定为“(光学上)接近”光学参考表面。

特别地，如果光学表面或平面的子孔径比接近于0，则它被指定方“(光学上)近场的”。如果光学表面或平面的子孔径比在绝对值方面接近于1，则它被指定为“(光学上)近光瞳的”。

对于两个偏转反射镜，适用的是，在偏转反射镜和最接近的中间像之间不布置光学元件(直接邻近)，并且子孔径比SAR在绝对值方面小于0.3、特别是小于0.2。

偏转反射镜因此被称为(光学上)近场的。

在这些情况下，两个偏转反射镜在各个情况下用在具有圆角的近似矩形或梯形区域中(参见图5)。由来自有效物场OF的投射束路径的光线所照明的区域在此还被称为“足印”。图5A示出了第一偏转反射镜FM1上的第一足印FTP1，图5B示出了第二偏转反射镜FM2上的第二足印FTP2。

在此，投射辐射在光学表面上的足印表示了在投射束和由投射束所照明的表面之间的相交的尺寸和形状。借助于实质上具有带略微圆角的边缘区域的有效物场OF的矩形形式的足印，最接近的场平面的光学附近是可辨认的。足印就像物场一样位于光轴OA的外部。当由投射辐射所用的光学区域实质上具有在场的光学附近中照明的场区域的形式时，实质上圆形区域在傅里叶变换到场平面的光瞳平面的区域中被照明，使得光瞳的区域中足印具有至少近似圆形形式。

在本申请中提出的用于在这样的投射镜头中的像差的有效校正的方法的潜在可能性现在将参考图3至5使用多个示例来解释。

在几何光学的场中，泽尼克多项式通常用于表示波前，其继而描述了光学系统的成像像差。在这种情况下，单个成像像差可以由泽尼克多项式的系数来描述，也就是说泽尼克系数或其值(单位为[nm])。在此所选择的表示中，泽尼克系数Z2和Z3分别表示了波前在x方向和y方向上的倾斜，因此出现像畸变的像差。泽尼克系数Z4描述了波前的曲率，借此离焦像差是可描述的。泽尼克系数Z5描述了波前的鞍形变形以及因此波前变形的像散部分。泽尼克系数Z7和Z8表示彗差，泽尼克系数Z9表示球差、并且泽尼克系数Z10和Z11表示三叶像差等。

覆盖的特别关键的程度被确定为取决于照明设定的奇数个光瞳泽尼克的线性组合。

图3A至3F和4A至4F各示出了基于不同选择的泽尼克系数Z2、Z3等的场轮廓，量化地指示投射镜头的有效像场中的波前的校正状态的像差图。沿着x轴，在各个情况下沿着x方向(垂直于扫描方向延伸)上有效像场的中心来给定所选择的场点。图3A至3F示出了扫描仪集成的“泽尼克指纹”(也就是说在y方向上平均化)。在y方向上扫描导致了在扫描方向上的像差的平均化。图4A至4F示出了所谓的“衰退指纹”，也就是说沿着y轴的变化。变量“衰退”可以用于描述在扫描过程期间由像差引起的对比度的损失。

具有菱形符号的线NOM表示了基于公开的设计规范(与WO 2006/121008 A1中图6有关的表格)从波前的计算产生的标称值。这些表示了最初的投射镜头的要优化的最初状态，然后产生偏转反射镜上的校正自由形式表面。

具有十字符号的线CORR表示在通过偏转反射镜上的自由形式表面已经校正的状态下的对应值。

在图5A和5B中的线表示了在基于在足印的区域中的iso形变线(也就是说照明的区域)产生自由形式表面之后的第一偏转反射镜FM1(图5A)和第二偏转反射镜FM2(图5B)的表面形貌。iso形变线是非旋转对称的自由表面与平面参考表面的相同偏离的线。数值指示了单位为纳米的局部偏离。

在所示出的几乎全部泽尼克系数的情况下，由校正所获得的在像场之上的像差级别的变化的降低(也就是说PV值的降低)是非常明显的。特别显著的是校正的效果，尤其是波前在x方向(Z2)和y方向(Z3)上的倾斜的情况下。在此，标称设计的峰谷比(在校正之前)处于近似1nm的数量级，而对应的PV值在校正之后处于小于0.2nm的数量级。在离焦像差(Z4)的情况下，实现了PV值缩小至未校正的透镜的近似一半的值，在像散部分(Z5)中降低了近似一半。在Z6和Z7的情况下效果不那么强烈，但仍然是显著的。校正可能性通常主要取决于反射镜上自由形式表面的空间频率和子孔径的尺寸。

在衰退的指纹的情况下，由于非旋转对称的校正表面而同样存在PV值的显著降低。

在所示的示例中，自由形式表面相对于子午平面(y轴)展示了近似反射镜对称性。这是理论光学设计像差中的特殊情况，也就是说，将导致根据设计规范构造的投射镜头的情况下的像差。在真实投射镜头中，自由形式非球面或自由形式表面总体上是不对称的。单独的真实投射镜头相对于像差轮廓的变化可以是相对较大的。为此，单独的非球面校正还会变化并且总体上不具有对称性。

峰和谷的空间分布及其典型的横向尺寸取决于许多单独因子，尤其是取决于单独部件的制造、取决于其组装件、并且取决于用途的特性。

自由形式表面的峰和谷结构的空间频率可以例如通过波浪形反射镜表面在正在考虑的方向(例如x方向)上的局部最大值和最小值的数目来定量。这个数目的范围可以例如为从2个至10个，还可以更多。横向尺寸可以例如通过在一个方向上(例如x方向上)直接相邻的谷的谷到谷的距离来定量。该距离的范围可以例如为从100μm到300μm、特别是从1mm到100mm、并且甚至更高、偶尔更低。在反射镜表面之上的布置和尺寸方面，峰和谷无规律地频繁分布。空间分布对于单独投射镜头是特定的。

本发明的一些方面已经参考示例性实施例来解释，其中两个反射镜表面在校正之前是平面表面并且在校正之后仍然具有近似平面的形状(具有形成自由形式表面的形式偏离)。本发明还可以用在投射镜头的其他类型中。具有专利号WO 2005/069055 A2的国际专利申请公开了例如反射折射同轴系统，其具有笔直的光轴，一个接另一个地连接的三个成像元件部件以及各布置在距光瞳表面一光学距离处并各在场表面的光学附近的两个凹面反射镜。其中反射镜表面(一个或两个)可以同样地配置为自由形式表面的形式的校正表面或者实施为根据在此提出的方法的校正非球面。该文档的关于投射镜头的基本构造的公开内容通过引用并入本说明书的内容中。

Claims (11)

1.一种反射折射的投射镜头(PO)，通过具有操作波长λ<260nm的电磁辐射将在所述投射镜头的物平面(OS)的有效物场(OF)中布置的掩模的图案成像到在所述投射镜头的像平面(IS)中布置的有效像场中，所述投射镜头包括：

大量透镜元件和包括至少一个凹面反射镜(CM)的大量反射镜，其中所述透镜元件和反射镜限定了投射束路径，该投射束路径从所述物平面(OS)延伸到所述像平面(IS)并且包含至少一个光瞳平面(P1、P2、P3)，其中所述反射镜包括：

具有第一反射镜表面(MS1)的第一反射镜(FM1)，所述第一反射镜布置在所述物平面和在与所述物平面光学共轭的第一场平面的光学附近的光瞳平面之间的投射束路径中；

具有第二反射镜表面(MS2)的第二反射镜(FM2)，所述第二反射镜布置在所述光瞳平面和在与所述第一场平面光学共轭的第二场平面的光学附近的像平面之间的投射束路径中；

其中所述第一反射镜表面(MS1)和/或所述第二反射镜表面(MS2)配置为自由形式表面，

其中所述第一反射镜表面(MS1)配置为第一自由形式表面，并且所述第二反射镜表面(MS2)配置为第二自由形式表面，

其中所述第一自由形式表面的形状适配于所述第二自由形式表面的形状，使得所述第一自由形式表面带来了至少一个目标像差的期望改变和至少一个残余像差的非期望的改变，并且所述第二自由形式表面至少部分地补偿残余像差的改变。

2.根据权利要求1所述的投射镜头，其中，

所述投射镜头的成像质量的特征在于在所述像场(IF)的场方向上的至少一个像差的幅值的较高阶的场变化，其中最佳适配的平面或旋转对称的参考表面的自由形式表面在一个或多个位置处偏离，并且所述偏离的空间分布设定为使得所述场变化与参考配置相比减小，在所述参考配置中，所述反射镜表面具有所述最佳适配的参考表面的形状。

3.根据权利要求2所述的投射镜头，其中，

所述像差是来自以下组合的至少一个像差：波前的倾斜；一阶彗差；三叶像差；高阶彗差。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的投射镜头，其中，

所述第一自由形式表面和所述第二自由形式表面具有不同的形状。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的投射镜头，其中，

在所述第一反射镜表面(MS1)和所述第一场平面之间不布置光学元件，和/或其中在所述第二反射镜表面(MS2)和所述第二场平面之间不布置光学元件。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的投射镜头，其中，

在所述第一反射镜表面(MS1)上和/或所述第二反射镜表面(MS2)上，子孔径比SAR在绝对值方面小于0.3。

7.根据权利要求6所述的投射镜头，其中，

所述子孔径比SAR在绝对值方面小于0.2。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的投射镜头，其中，

所述投射镜头具有将有效物场(OF)成像到第一真实中间像(IMI1)的第一镜头部分(OP1)、使用来自所述第一镜头部分的辐射产生第二真实中间像(IMI2)的第二镜头部分(OP2)、以及将所述第二真实中间像成像到所述像平面(IS)的第三镜头部分(OP3)，其中所述第一真实中间像位于所述第一场平面的光学附近，并且所述第二真实中间像位于所述第二场平面的光学附近。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的投射镜头，其中，

所述第一反射镜(FM1)和所述第二反射镜(FM2)设计为平面反射镜，并且凹面反射镜(CM)布置为在位于所述第一场平面和所述第二场平面之间的光瞳平面(P2)的光学附近。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的投射镜头，其中，

所述第一反射镜和所述第二反射镜配置为凹面反射镜。

11.一种制造反射折射的投射镜头(PO)的方法，所述投射镜头通过具有操作波长l<260nm的电磁辐射将在所述投射镜头的物平面(OS)的有效物场(OF)中布置的掩模的图案成像到在所述投射镜头的像平面(IS)中布置的有效像场中(IF)，所述方法包括以下步骤：

构造具有大量透镜元件和包括至少一个凹面反射镜(CM)的大量反射镜的最初投射镜头，使得所述透镜元件和反射镜限定了投射束路径，该投射束路径从所述物平面延伸到所述像平面并且包含至少一个光瞳平面，其中所述反射镜包括：

具有第一反射镜表面(MS1)的第一反射镜(FM1)，所述第一反射镜布置在所述物平面和在与所述物平面光学共轭的第一场平面的光学附近的光瞳平面之间的投射束路径中；和

具有第二反射镜表面(MS2)的第二反射镜(FM2)，所述第二反射镜布置在所述光瞳平面和在与所述第一场平面光学共轭的第二场平面的光学附近的像平面之间的投射束路径中；

测量所述投射镜头的成像质量，以确定在所述有效像场(IF)中的至少一个目标像差的范围的空间分布；

将所述第一反射镜表面(MS1)和/或所述第二反射镜表面(MS2)选择作为校正表面；

改变所述第一反射镜表面和/或所述第二反射镜表面，使得所述第一反射镜表面和/或所述第二反射镜表面配置为自由形式表面，使得与所述最初投射镜头相比较，减小所述有效像场中的目标像差水平，

其中所述第一反射镜表面(MS1)配置为第一自由形式表面，并且所述第二反射镜表面(MS2)配置为第二自由形式表面，

其中所述第一自由形式表面的形状适配于所述第二自由形式表面的形状，使得所述第一自由形式表面带来了至少一个目标像差的期望改变和至少一个残余像差的非期望的改变，并且所述第二自由形式表面至少部分地补偿残余像差的改变。

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