CN111936933A - 投射光刻系统的光瞳分面反射镜、照明光学单元及光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及投射光刻系统的光学系统，掩模母版上的投射光学系统的照明辐射的角度空间在第一方向上是照明光学单元的照明辐射的角度空间的两倍。

Description

投射光刻系统的光瞳分面反射镜、照明光学单元及光学系统

本专利申请要求德国专利申请DE 10 2018 200 167.7的优先权，其内容通过引用并入本文。

本发明涉及投射曝光设备的光学系统，涉及照明光学单元的光瞳分面反射镜，并且涉及照明光学单元。此外，本发明还涉及微光刻投射曝光设备。最后，本发明涉及借助于投射曝光设备曝光晶片的方法以及使用该方法制造的微结构或纳米结构的部件。

从现有技术中已知具有高数值孔径的投射曝光设备。然而，照明辐射的入射角较大可能导致由于掩模结构引起的遮蔽效应。

本发明的目的是改进投射曝光设备的光学系统。

由一光学系统实现该目的，在该光学系统中，掩模母版处的投射光学单元的照明辐射的角度空间在第一方向上是照明光学单元的照明辐射的角度空间的两倍。第一方向特别是平行于投射曝光设备的扫描方向延伸。可以基于照明的掩模母版的范围在照明光学单元中识别扫描方向。掩模母版在扫描方向上比与其正交的方向上显著更短。

第一方向上的角度空间减半特别可以借助于以下事实来实现：在投射光学单元的光束路径中的照明辐射的光束的开口使得晶片上的角度空间为圆形，然而与之相比，用于照明掩模母版的照明辐射的光束在第一方向上的开口降低至一半。在由投射光学单元像散成像的情况下，投射光学单元的光束路径中照明辐射的角度空间特别可以是椭圆形。

如果参考了投射光学单元的光束路径中的照明辐射的光束的开口或角度空间，则认为这意味着只有位于由投射光学单元记录的孔径内的这些光线，也就是说可以实际到达晶片的光线。

在第一方向上，照明光学单元的数值孔径尤其只有投射光学单元的数值孔径的一半。

根据本发明，已经认识到，可以以这种方法降低掩模母版上的照明辐射的最大入射角。使照明光瞳减半来成像掩模母版的结果可以通过用照明光瞳的另一半的后续二次曝光进行补偿。这将在下文详细描述。

根据本发明的其他方面，掩模母版相对于照明辐射的光束路径倾斜，使得其表面法线整体位于投射光学单元的照明辐射的光束中。因为掩模母版上入射的照明辐射的张角与由掩模母版反射的照明辐射的张角不同，所以掩模母版的表面法线特别是不再对称地位于照明光学单元的光束与投射光学单元的光束之间，而是整体在投射光学单元的光束内。

根据本发明的其他方面，光学系统包括半圆形光瞳分面反射镜。下面详细描述光瞳分面反射镜。

根据本发明的其他方面，光学系统包括投射光学单元，该投射光学单元的物侧的数值孔径是至少0.5，特别是至少0.7。

根据本发明的其他方面，掩模母版处的投射光学单元的照明辐射的角度空间在第二方向上的尺寸与照明光学单元的照明辐射的角度空间的尺寸相同。在此，第二方向特别是垂直于第一方向取向。

为了以分辨率极限分辨掩模母版的结构，掩模母版处反射的照明辐射的两个第一级衍射中的一个的仅一部分用于将掩模母版投射到晶片上。

除了在掩模母版处镜面反射的照明辐射以外，也就是说零级衍射，特别是在投射光学单元的光束中仅包含+1级衍射或-1级衍射的一部分。在投射光学单元的光束中，特别可以修剪+1/-1级衍射，也就是说仅部分地(特别是不完整地)包含+1/-1级衍射。这对应地适用于较高级衍射。

根据本发明的其他方面，掩模母版和晶片二者各自可旋转180°。特别是，将它们对应旋转地安装在掩模母版或晶片保持件上。

这使得可以用照明光瞳的另一半照明掩模母版。在此，将相同的掩模结构(即掩模母版中插入的相同掩模)成像到晶片的相同区域上。这要与双重曝光区分开，而且与双重图案化区分开，该双重曝光中使用不同的照明光瞳将不同的掩模连续成像到晶片的相同区域上，该双重图案化中在晶片上相同区域的两次曝光之间显影晶片上施加的光致抗蚀剂。

根据本发明的其他方面，投射光学单元具有多个反射镜，其中投射光学单元的光束路径中的前两个反射镜，特别是前三个反射镜，特别是前四个反射镜的反射表面是简单连续的。

以这种方式，可以避免对投射光学单元的这些反射镜的部分化的反射表面的需求。

特别是，避免部分化的反射表面可以将掩模母版和照明光学单元之间的光束路径与掩模母版与投射光学单元之间的光束路径分开。

本发明的其他目的是改进投射曝光设备的照明光学单元和投射曝光设备的照明光学单元的光瞳分面反射镜。

这些目的是由一照明光学单元来实现，该照明光学单元设计为使得仅一半照明光瞳可用于照明掩模母版，并且设计为光瞳分面反射镜具有半圆形配置。

照明光学单元特别是具有出射侧孔径，出射侧孔径在第一方向上比与其垂直的第二方向上更小。照明光学单元的出射侧孔径在第一方向上与第二方向上的直径的比率特别是至多0.7，特别是至多0.6。特别是，它可以是0.5。

这特别是通过修剪掉圆形的出射侧孔径的一半来实现。这特别是通过适当设计光瞳分面反射镜而是可能的。照明光学单元特别是具有半圆形孔径。

光瞳分面反射镜还可以是半椭圆形。这被认为意味着它的形状为对称分割的椭圆形的一半。

光瞳分面反射镜的形状被认为意味着其包络，也就是说它最小的凸出包络的形状。该形状特别是指定了其中可以布置光瞳分面的区域。

根据本发明的其他方面，由用于遮挡照明光瞳的一半的光阑形成照明光学单元，该照明光学单元仅提供一半照明光瞳来照明掩模母版。

根据本发明，已经认识到的是，仅通过提供照明光瞳的一半，可以在一个方向上将用于照明掩模母版的照明辐射的光束的开口降低至一半。以这种方式，可以降低照明辐射入射到掩模上的最大入射角。特别是，这可以降低遮蔽效应。

此外，本发明的其他目的是改进投射曝光设备。

该目的由具有根据上述描述的光学系统的投射曝光设备来实现。

从如上所述的优点，优点是显而易见。

投射曝光设备特别是EUV投射曝光设备。特别是，它包括用于生成特别是波长范围小于30nm的EUV范围中的照明辐射的辐射源，特别是用于照明波长为13.5nm或7nm的照明辐射的辐射源。

本发明的另一个目的在于改进使用投射曝光设备曝光晶片的方法。

该目的通过其中将掩模母版连续两次投射到晶片上的方法来实现，其中在两次曝光步骤之间掩模母版和晶片各自绕光轴旋转180°。

以这种方式，可以将照明光瞳的两个半部顺序地用于照明掩模母版然后将掩模母版的结构成像到晶片上。以这种方式，可以补偿、特别是实质上完全补偿如上所述的光瞳减半的效应。

该方法是双重曝光的方法。

本发明的其他目的在于改进微结构或纳米结构部件。

这是使用先前描述的方法制造对应的部件来实现的。

由于特别是投射光学单元的遮蔽效应的降低同时其数值孔径较高，因而特别是可以改进晶片上的结构的精度。

从参考附图的示例性实施例的描述，本发明的其他细节和优点将是显而易见的。附图中：

图1示意性示出了穿过微光刻投射曝光设备的子午截面，

图2示意性示出了根据图1的投射曝光设备的照明光学单元的光瞳分面反射镜的俯视图，

图3示出了根据图1的投射曝光设备的光束路径中区域III的放大细节图，

图4示意性示出了穿过照明光学单元和投射光学单元在掩模区域中的照明辐射的光束的沿着根据图3的线IV-IV截取的截面，

图5示意性示出了在第一曝光步骤中的掩模母版和晶片的布置，以及

图6示意性示出了在后续的第二曝光步骤中的掩模母版和晶片的布置。

下面作为示例首先描述本身已知的微光刻投射曝光设备1的总体细节。在此参考DE 10 2012 220 597 A1作为其代表，该申请在此全部并入本申请中以作为本申请的一部分。不认为这篇参考是限制性的。投射曝光设备1的不同细节的偏差是可能的。

微光刻投射曝光设备1用于制造微结构或纳米结构电子半导体部件。辐射源2发射波长范围例如为5nm和30nm之间的用于照明的EUV辐射。照明源2可以是GDPP(气体放电产生等离子体)源或LPP(激光产生等离子体)源。基于同步或自由电子激光的辐射源(FEL)还用于辐射源2。例如，可以由本领域技术人员在US 6 859 515 B2中找到关于这样的辐射源的信息。照明光束3的形式的EUV照明光或照明辐射在投射曝光设备1内用于照明和成像。辐射源2下游的成像光束3首先穿过集光器4，其可以是例如具有从现有技术已知的多壳构造的嵌套的集光器或者替代地椭圆形状的集光器，上述集光器布置在辐射源2的下游。从EP 1225 481 A已知对应的集光器。辐射源2和集光器4可以是辐射源模块8的部件。

在集光器4的下游，EUV照明光3首先穿过中间焦平面5，其可以用于将成像光束3与不期望的辐射或粒子部分分开。在通过中间焦平面5后，成像光束3首先入射到具有场分面7的场分面反射镜6。场分面反射镜6构成投射曝光设备1的第一分面反射镜。

为了便于描述位置关系，在附图中分别描绘笛卡尔全局xyz坐标系。图1中，x轴垂直于附图的平面并从附图平面伸出。图1中，y轴向右延伸。图1中，z轴向上延伸。

场分面7在各个情况下在三个不同倾斜位置之间是可切换的。取决于场分面反射镜6的实施例，所有或一些场分面7也是在多于三个不同的倾斜位置之间可切换的。为此，场分面中的每一个连接到致动器。经由中央控制装置可以控制所有可倾斜的场分面7的致动器。

在场分面反射镜6处反射之后，已经分成分配到单独场分面7的成像光部分光束的成像光束3入射在光瞳分面反射镜10上，这将在下文详细描述。沿着相应成像光通道引导整个成像光束3的相应成像光部分光束。

图2非常示意性示出了光瞳分面反射镜10的光瞳分面11的示例性分面布置。光瞳分面反射镜10构成投射曝光设备1的第二分面反射镜。光瞳分面11布置在光瞳分面反射镜10的承载板上。光瞳分面11在x/y栅格中以行和列来布置。替代地，光瞳分面11布置在六角形栅格。光瞳分面11具有矩形的反射表面。其他形式的反射表面也是可能的，例如是矩形、圆形或多边形表面，例如六角形或八边形表面。以菱形的形式布置的光瞳分面11也是可能的。

恰好一个光瞳分面11被分配给在三个倾斜位置中的一个中的一个场分面7所反射的EUV照明光3的各个成像光部分光束，因此在各个情况下被照射且具有恰好一个场分面7和恰好一个光瞳分面11的分面对指定了EUV照明光3的相关联的成像光部分光束的成像光通道。因此，相应场分面7的每个倾斜位置中，所述场分面7被分配恰好一个光瞳分面11，以在所述光瞳分面11的方向上偏转EUV照明光3。

通过投射曝光设备1，基于期望的照明来实现光瞳分面11到场分面7的逐个通道的布置。由于不同场分面倾斜位置，场分面7的每一个因此可以指定不同的成像光通道。场分面7的每一个在其所有倾斜位置之上被分配与倾斜位置的数目对应的光瞳分面11的集合。

在替代的实施例中，场分面7还可以在两个倾斜位置之间、在四个倾斜位置之间或在甚至更多个倾斜位置之间是可切换的，并且由此可以在各个情况下指定一个成像光通道。在相应光瞳分面集合中光瞳分面11的数目则对应地更大。

除在多个倾斜位置之间可切换的场分面7以外，场分面反射镜6还可以具有不可切换而是永久分配到一个光瞳分面的场分面7。这样的具有不可切换的场分面7的变型特别是用在不同要指定的照明设定发生重叠使得全部要指定的照明设定需要来自特定一致方向的光时，从而无论要指定的照明设定如何，特定的光瞳分面总是由EUV照明光照射在其上。

图2作为示例强调了由于场分面7的瞬时倾斜位置而由照明光3照射在其上的光瞳分面反射镜10的光瞳分面11。图2作为示例图示了对应于一半的x双极设定，特别是这样的x双极设定的多极中的恰好一个的照明设定。该照明设定对应于可以经由投射曝光设备1指定的照明角度分布。在每个照明设定中，由照明光3照射在其上的光瞳分面11形成至少一个连续光瞳分面组合。原则上，取决于场分面7的瞬时倾斜位置，还可以通过由照明光3照射在其上的光瞳分面11来实现具有不连续的分布的照明设定。具有至少一个连续的光瞳分面组合以及具有以隔离的方式照射在其上的至少一个光瞳分面11的照明设定的混合形式也是可能的。这样的具有以隔离的方式照射在其上的光瞳分面11的照明设定可以在光瞳分面的数目与场分面的数目相比显著更多的情况中实现，其中光瞳分面反射镜10上的光瞳分面例如用较少数目的场分面尽可能均匀地照射。如果照明设定具有至少一个连续光瞳分面组合，则所述光瞳分面组合包含至少两个光瞳分面11。

经由光瞳分面反射镜10(图1)和由三个EUV反射镜12、13、14构成的下游传输光学单元15，将场分面7成像到投射曝光设备1的物平面16。EUV反射镜14实施为用于掠入射的反射镜C掠入射反射镜”)。物平面16中布置的是掩模母版17，从其用EUV照明光3照明与投射曝光设备1的下游投射光学单元19的物场18重合的照明区域。照明区域也被称为照明场。物场18是矩形或弧形，取决于投射曝光设备1的照明光学单元的具体实施例。在物场18中叠加成像光通道。从掩模母版17反射EUV照明光3。掩模母版保持件17a保持掩模母版17，该掩模母版保持件借助于示意性指示的物体位移驱动器17b以沿着位移方向y的驱动的方式是可位移的。

可以省略传输光学单元15，其配备有直接地布置在投射光学单元19的入瞳中的光瞳分面反射镜10。

投射光学单元19将物平面16中的物场18成像到像平面21中的像场20中。在所述像平面21中设置的是承载感光层的晶片22，该感光层通过投射曝光设备1在投射曝光期间被曝光。晶片22(即，其上实现成像的基板)由晶片或晶片保持件22a保持，借助于同样示意性指示的晶片位移驱动器22b，该晶片保持件与掩模母版保持件17a的位移同步沿着位移方向y是可位移的。在投射曝光期间，在y方向上以同步的方式扫描掩模母版17和晶片22二者。投射曝光设备1实施为扫描仪。扫描方向y是物体位移方向。

场分面反射镜6、光瞳分面反射镜10以及传输光学单元15的反射镜12至14是投射曝光设备1的照明光学单元23的构成部分。

与投射光学单元19一起，照明光学单元23形成投射曝光设备1的光学系统24。

与辐射源模块8一起，照明光学单元23形成投射曝光设备1的照明系统25。

下面描述了投射曝光设备1的其他细节，特别是照明光学单元23的其他细节，特别是光瞳分面反射镜10的其他细节。

照明光学单元23优选地可以具有高数值孔径，特别是数值孔径为至少0.55，特别是至少0.65，特别是至少0.7。然而，根据本发明已经认识到，照明辐射在掩模母版17的区域中的入射角较大可能导致不期望的遮蔽效应。

出于照明辐射的辐射引导的原因，照明光学单元23的照明辐射的光束路径通常关于掩模母版17的法线26倾斜，使得照明光学单元23的光束路径不会与投射光学单元19的光束路径重叠。照明光学单元23的光束路径特别是倾斜的，使得它不会在投射光学单元19的光束路径中与由掩模母版17所镜面反射的光束(也就是说以零级衍射的照明辐射)重叠。

遮蔽效应至少可以部分地由投射光学单元19的变形实施例进行补偿。然而，这导致传输的信息的减少，因此导致投射曝光设备1的吞吐量的降低。在此所描述的本发明可以与投射光学单元19的变形实施例组合。稍后将讨论有利的设计。

根据本发明提出了通过减小掩模母版17处的照明光学单元23的光束路径中的照明辐射的光束3的开口来减小掩模母版17处的照明辐射的最大入射角。

这例如可以通过仅使用半圆形的光瞳分面反射镜10来代替圆形光瞳分面反射镜10来实现(参见图2)。

图3和图4作为示例示意性图示了掩模母版17的区域中的照明光学单元23的光束27和掩模母版17的区域中的投射光学单元19的光束28。图4中的虚线图示了图3的附图的平面。

特别是，图示了照明光学单元23的光束27的最大范围，也就是说照明光学单元23的物侧孔径，以及投射光学单元19的光束的最大范围。不必用照明辐射完全填充对应的区域(例如参见图2中的示例性图示)。

如图3和图4中作为示例图示的，照明光学单元23的光束27的张角b(BO)可以仅是第一方向上投射光学单元19的光束28的张角b(PO)一半大。

第一方向特别是y方向，也就是说扫描方向。

在与其垂直的第二方向中，照明光学单元23的光束路径中和投射光学单元19的光束路径中的照明辐射的光束27、28可以具有相同的张角(参见图4)。

还提供的是，照明光学单元23中照明辐射的光束27相对于掩模母版17倾斜，使得掩模母版17处的照明辐射的最大入射角b_{in_max}与掩模母版17处所镜面反射的照明辐射的最大反射角b_{aus_max}差不多大。

由于照明光学单元23的光束路径中和投射光学单元19的光束路径中的光束27、28的开口不同，掩模母版17上的表面法线完全位于投射光学单元19的光束28的区域中。

当使用变形的投射光学单元19时，特别是有利的实施例在于，选择放大比例使得总角度范围在x方向和y方向上相同。角度空间中投射光学单元19的光束路径中的照明辐射的辐射光束28的x方向的范围可以比y方向的范围大50％。因此，光束相对于掩模母版的法线的最大角度与方向无关。

虽然掩模母版17的表面法线26完全位于投射光学单元19的光束路径中，但是投射光学单元19的光束路径中的前两个反射镜、特别是前三个反射镜、特别是前四个反射镜的反射表面可以是简单连续的。特别是，它们具有不会部分化的反射表面。

图4作为示例示出了所镜面反射的零级的照明辐射(阴影区域30)完全包含在投射光学单元19的光束28中。此外，投射光学单元19的光束28包含较高级的部分(无阴影部分31)。然而，投射光学单元19的光束28仅包含位于零级的区域30的一侧(特别是y方向上)的较高级的部分。较高级的这些部分特别是位于照明光学单元23的光束27与其镜面反射之间的区域中。

如另外从图4中可以看出，仅在特别是y方向的第一方向上减小照明光学单元23的光束27的开口。在与其垂直的第二方向，特别是x方向上，光束27的开口没有减小。

因此，照明光学单元23的光束27的最大范围是不同的。在变形的系统中，相对于投射光学单元的数值孔径在对应方向上选取最大范围。

根据本发明，已经认识到的是，前文所描述的减半照明光瞳以将掩模母版17成像到晶片22上可以通过双重曝光进行补偿。在该双重曝光中，照明光瞳的两个互补的半部顺序地用于将掩模母版17成像到晶片22上。在这种情况下，投射曝光设备1的光学系统24维持不变，而掩模母版17和晶片22绕光轴旋转。掩模母版17和晶片22特别是绕光轴旋转180°。图5和图6作为示例示出了两次曝光步骤中的掩模母版17和晶片22的布置。

应注意到，仅描述出的双重曝光可以是有利的，但是非必要的。在没有该双重曝光的情况下，掩模母版和/或晶片的聚焦误差或z位置误差导致晶片上制造的结构的移位和衰退。该移位可以用所描述的双重曝光显著降低，但是这可能伴随着结构的衰退的增加。取决于投射曝光设备的期望应用，所述的双重曝光因此可以是必要的，是有利但不是必要的，或者是不利的。

掩模母版保持件17a用于旋转掩模母版17。

晶片保持件22a用于旋转晶片22。

从掩模母版17来看，其结构在两次曝光步骤中各自用照明光瞳的互补的半部来照明。

借助于所描述的解决方案，掩模母版处的照明辐射的最大入射角/反射角可以减小25％。

Claims (15)

1.一种投射曝光设备(1)的照明系统(24)，包括：

1.1.照明光学单元(23)，用于将照明辐射传输到掩模母版(17)，以及

1.2投射光学单元(19)，用于将所述掩模母版(17)投射到晶片(22)上，

1.3其中，所述掩模母版(17)处的所述投射光学单元(19)的照明辐射的角度空间在第一方向上是所述照明光学单元(23)的照明辐射的角度空间的两倍。

2.根据权利要求1所述的光学系统(24)，其特征在于，所述掩模母版(17)相对于所述照明辐射的光束路径倾斜，使得其表面法线(26)整体位于所述投射光学单元(19)的照明辐射的光束中。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的光学系统(24)，其特征在于，光瞳分面反射镜(10)的实施例为半圆形。

4.根据权利要求1或2所述的光学系统(24)，其特征在于，所述投射光学单元(19)的物侧数值孔径为至少0.55。

5.根据权利要求1或2所述的光学系统(24)，其特征在于，所述掩模母版(17)处的所述投射光学单元(19)的照明辐射的角度空间在第二方向上的尺寸与所述照明光学单元(23)的照明辐射的角度空间的尺寸相同。

6.根据权利要求1或2所述的光学系统(24)，其特征在于，所述第一方向与所述掩模母版(17)的短范围的方向重合。

7.根据权利要求1或2所述的光学系统(24)，其特征在于，所述掩模母版(17)和所述晶片(22)二者各自可旋转180°。

8.根据权利要求1或2所述的光学系统(24)，其特征在于，所述投射光学单元(19)具有多个反射镜，其中，在所述投射光学单元(19)的光束路径中的前两个反射镜的反射表面是简单连续的。

9.根据权利要求1或2所述的光学系统(24)，其特征在于，所述投射光学单元(19)的光束的包络不与所述照明光学单元(23)的光束的包络重叠。

10.一种光瞳分面反射镜(10)，用于如权利要求1至9中的任一项所述的光学系统(24)的照明光学单元(23)，其特征在于，实施例为半圆形。

11.一种照明光学单元(23)，用于如权利要求1至9中的任一项所述的光学系统(24)，其特征在于，出射侧的最大孔径，该出射侧的最大孔径在第一方向上至多为与其垂直的第二方向上的70％。

12.根据权利要求11所述的照明光学单元(23)，其特征在于，如权利要求10所述的光瞳分面反射镜(10)。

13.一种微光刻的投射曝光设备(1)，包括：

13.1.如权利要求1至9中的任一项所述的光学系统(24)，以及

13.2辐射源(2)，用于生成照明辐射。

14.一种借助于投射曝光设备(1)照明晶片(22)的方法，包括以下方法步骤：

14.1提供具有如权利要求1至9中的任一项所述的光学系统的投射曝光设备(1)，

14.2在所述投射曝光设备(1)的物平面(16)中提供掩模母版(17)，

14.3在所述投射曝光设备(1)的像平面(21)中提供晶片(22)，

14.4借助于所述投射曝光设备(1)将所述掩模母版(17)第一次投射到所述晶片(22)上，

14.5将所述掩模母版(17)和所述晶片(22)各自绕光轴旋转180°，

14.6借助于所述投射曝光设备(1)将所述掩模母版(17)第二次投射到所述晶片(22)上。

15.一种使用如权利要求14所述的方法制造的微结构或纳米结构的部件。

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