CN1825210B - 离轴投影光学系统和使用该系统的超紫外线光刻装置 - Google Patents

Abstract

一种离轴投影光学系统包括：离轴设置并共用一共焦点的第一和第二反射镜，它们布置成减小线性象散。假设物面和第一反射镜之间的距离是l₁，光从物面到第一反射镜的入射角是i₁，第一反射镜和共焦点之间的距离是l₁’，共焦点和第二反射镜之间的距离是l₂，光从第一反射镜到第二反射镜的入射角是i₂，第二反射镜和像面之间的距离是l₂’，则第一和第二反射镜的布置满足以下等式：

。

Description

离轴投影光学系统和使用该系统的超紫外线光刻装置

技术领域

本发明涉及离轴投影光学系统和使用该离轴投影光学系统的超紫外线(EUV，extreme ultraviolet)光刻装置。

背景技术

一种在半导体制造过程中用于亚-100nm直接写入光刻法的传统曝光技术涉及使用EUV区域的曝光波长。EUV光刻法使用波长小于100nm的EUV，例如，大约13.5nm的短波长。

在EUV区域，因为大部分材料具有较高的光吸收，所以不可能使用折射光学元件。因此，使用EUV的曝光技术可能需要反射掩模和包括多个反射镜的投影光学系统，使得从反射掩模反射的EUV光线射向晶片。例如，EUV光线可以照射在设置于一腔室内的反射掩模上，从反射掩模反射的光线可以被投影光学系统中的反射镜反射，然后入射到晶片上从而在晶片上形成对应于反射掩模的图案。

在需要包括如上述的多个反射镜的投影光学系统的EUV光刻中，难以使用同轴投影光学系统，因为EUV光线是通过反射传输的。

通常，建议使用具有同轴光学系统的投影光学系统，其中反射镜共用一公共光轴的。但是，该建议采用同轴光学系统的投影光学系统需要大量的反射镜(例如，6个反射镜)，因为在维持同轴光学系统时要校正每个反射镜引入的象差。这是因为仅使用同轴光学系统的结构不能满足以下要求，即，为了减少来自反射镜的象差，入射的EUV光束相对于反射镜的中心轴对称。在此，使用同轴光学系统的结构指的是这样的结构，即，其中所使用的反射镜对应于构建同轴光学系统的部分反射镜。

在使用同轴光学系统的传统投影光学系统中的反射镜数量增加会增加制造成本和减少总反射率。那是因为在EUV区域中的反射率明显低于可见光区域的反射率，反射镜数量增加会显著地减小投影光学的总反射率和光使用效率。如本领域所公知的，EUV光线每次穿过反射镜，EUV光线的量减少大约35％。例如，如果使用的反射镜的数量为6且每个反射镜的反射率为65％，那么总反射率大约为7％((0.65)⁶×100％)。也就是说，EUV光线在穿过6个反射镜后仅留有原有量的大约7％。

发明内容

本发明的一个示例性实施例提供了一种离轴投影光学系统。该离轴投影光学系统可以设计及/或布置成在用于超紫外线光刻(EUVL)时，通过改善象差特性及/或减少使用离轴投影光学的EUVL设备中使用的反射镜的数量，而增加总反射率。

本发明的一个示例性实施例提供了一种离轴投影光学系统。该离轴投影光学系统可以包括离轴设置并共用一共焦点的第一和第二反射镜，它们布置成减小线性象散。

本发明的一个示例性实施例提供了一种离轴投影光学系统.该离轴投影光学系统可以包括离轴设置并共用一共焦点的第一和第二反射镜，其中假设物面和第一反射镜之间的距离是l₁，光从物面到第一反射镜的入射角是i₁，第一反射镜和共焦点之间的距离是l₁’，共焦点和第二反射镜之间的距离是l₂，光从第一反射镜到第二反射镜的入射角是i₂，第二反射镜和像面之间的距离是l₂’，则第一和第二反射镜设计成满足以下等式：

$\frac{{l_1}^{\′}+l_1}{{l_1}^{\′}}\tan i_1=\frac{{l_2}^{\′}+l_2}{l_2}\tan i_2$

本发明的一个示例性实施例提供了一种光刻装置。该光刻装置可以包括如在此描述的本发明示例性实施例的离轴投影光学系统中的至少一个。

附图说明

在以下结合附图的详细描述中，可以更清晰地理解本发明的示例性实施例。

图1示出根据本发明的一个示例性实施例的离轴投影光学系统；

图2是用于解释根据本发明的一个示例性实施例的图1所示离轴投影光学系统的构造的示例性示图；

图3是用于说明由一个通常的离轴反射镜引起的线性象散的示意图；

图4是由一个普通的离轴反射镜引起的象散的示图；

图5是由根据表1中显示的技术规格而设计的本发明的离轴投影光学系统引起的象散的示图；

图6示出在根据本发明一个示例性实施例的、具有如表1所示设计并布置的第一和第二反射镜的离轴投影光学系统中，光束点相对于焦点位移的变化；

图7示出超紫外线光刻(EUVL)装置的一个示例，所述超紫外线光刻装置使用根据本发明示例性实施例的离轴投影光学系统，向晶片上照射包含掩模图案信息的光束。

具体实施方式

现在将通过参照示出本发明的一些示例性实施例的附图，更加详细地描述本发明的各种示例性实施例。

在此将公开本发明的具体说明性的实施例。然而，在此公开的具体结构和功能细节仅仅是作为描述本发明的示例性实施例的例子。而本发明可以以各种变化的形式实施，不应该仅局限于在此列举的示例性实施例来理解。

因此，尽管本发明的示例性实施例可以有不同的修改和替换形式，它的示例性实施例将在附图中以示例方式示出，并在此详细描述。但是，可以理解的是，并不意味着将本发明的示例性实施例限制于公开的特殊形式，相反，本发明的示例性实施例将覆盖落入本发明精神的全部的修改、等同物和替换物。所有附图的描述中，同一附图标记指的是同一元件。

应该理解，虽然在此使用“第一”、“第二”等用语来描述各种元件，但这些元件不受这些用语的限制。这些用语仅用来区分一个元件和另一个元件。例如，第一元件可以命名为第二元件，同样，第二元件可以命名为第一元件，这不会脱离本发明的示例性实施例的范围。在这里用语“及/或”包括相关列出的项目中的一个或多个中的任何一个及其全部组合。

应该理解，当说一个元件被“连接”或“耦合”到另一元件上时，该元件可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件.相反，当说一个元件被“直接连接”或“直接耦合”到另一元件上，就没有中间元件存在.用来描述元件之间关系的其它词语应该以相同的方式理解(如，“在......之间”与“直接在......之间”、“相邻”与“直接相邻”等等).

在这里使用的术语仅用于描述特定的实施例，而不是有意限制本发明的示例性实施例。用在这里，单数形式也有意包括复数形式，除非另外上下文有明确的指示。还应该理解，用语“包括”、“包含”等用在这里列举了存在所提及的特征、整体、步骤、操作及/或成分，但是不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、成分及/或它们的集合。

在这里参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例的适用于的超紫外线光刻(EUVL)的离轴投影光学系统。

普通离轴反射镜的使用可能引起大量的线性象散。本发明的示例性实施例提供具有多个离轴设置的反射镜的离轴投影光学系统，其可以减少及/或消除线性象散，并从而可以实现反射镜数量减少了的EUV投影光学系统。

参照图1，根据本发明的一个示例性实施例的离轴投影光学系统可以包括第一反射镜(M1)10和第二反射镜(M2)30，它们各自离轴设置并共用一共焦点。根据本发明的一个示例性实施例的离轴投影光学系统可以包括至少一对第一和第二反射镜10和30，它们的规格和设置满足下面所示的等式(1)。根据本发明的一个示例性实施例的离轴投影光学系统还可以包括第三反射镜(未示出)。在本发明的一个具有三个反射镜的实施例中，第二和第三反射镜的规格和设置可以基本对应于图1所示的第一和第二反射镜10和30的规格和设置。

图2是用于说明图1所示根据本发明的一个示例性实施例并满足等式(1)的离轴投影光学系统的构造的示例性示图。第一、第二反射镜10和30的虚拟母体反射镜(virtual parent mirror)在图2中用虚线表示。在下文中，第一、第二反射镜10和30的母体反射镜分别称为第一和第二母体反射镜。第一、第二反射镜10和30可以是第一和第二母体反射镜的一部分。

根据本发明的一个示例性实施例，第一和第二母体反射镜轴线可以在第一、第二反射镜10和30的共焦点处相遇，并且因为第一、第二反射镜10和30离轴设置而可以相对形成一角度。

根据本发明的一个示例性实施例，第一、第二反射镜10和30可以设计成满足下面的等式(1)。例如，参照图2，假设物面和第一反射镜10之间的距离是l₁，从物面到第一反射镜10的光的入射角是i₁，第一反射镜10和共焦点之间的距离是l₁’，共焦点和第二反射镜30之间的距离是l₂，光从第一反射镜10到第二反射镜30的入射角是i₂，第二反射镜30和像面之间的距离是l₂’，第一和第二反射镜10和30设计和布置成满足如下的等式(1)：

$\frac{{l_1}^{\′}+l_1}{{l_1}^{\′}}\tan i_1=\frac{{l_2}^{\′}+l_2}{l_2}\tan i_2---\left(1\right)$

如果第一反射镜、第二反射镜10和30设计成满足等式(1)，则可以减小及/或消除作为由离轴反射镜引入的象差的线性象散，以下将参照图3和4说明所述离轴反射镜引入的象差。

图3是用于说明由离轴反射镜50引起的线性象散的示意性示图。

参照图3，假设物面和设置在离轴位置的反射镜50之间的距离是S_O，反射镜50和像面之间的距离是S′_o，物面倾斜的角度是θ_obj，像面倾斜的角度是θ_img，物面倾斜时像面的倾斜量tanθ_img和线性象散的量tanθ_t分别由等式(2)和(3)限定得出：

$\tan {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{img}}=\frac{S_O^{\′}}{S_O}\tan {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{obj}}---\left(2\right)$

$\tan {\mathrm{\θ}}_t=\frac{S_O^{\′}}{R}\tan 2{\mathrm{\θ}}_s---\left(3\right)$

θ_s和θ_t分别表示光从物面到反射镜50的入射角，和正切像面和弧矢像面相对于像面的角度。对于一同轴反射镜，θ_t＝0。

图4是由离轴反射镜50引起的象散的示例性示图。参照图4，T和S分别表示正切像面和弧矢像面。图4中的垂直轴与上面等式(2)计算的像面重合。从图4明显看出，在原点正切像面T和弧矢像面S的斜率不与垂直轴重合，而是相对彼此反向倾斜。也就是说，图4示出了线性象散的特性。在图4中，即使正切像面T和弧矢像面S都含有对应于由同轴反射镜引起的象散的曲率分量(二次函数分量)，该曲率分量也显示不出来，因为由于线性象散使得它们具有很大的斜率。

下面的表1示出了根据本发明示例性实施例的离轴投影光学系统的规格的一个示例，该离轴投影光学系统如图1和图2所示。

表1

表1示出当物面倾斜10°且光束从作为源头的物面发散入射第一反射镜10时，第一、第二反射镜10和30的示例设计值。

如以上参照图1和图2描述的，如果共用共焦点的第一反射镜(M1)10和第二反射镜(M2)30离轴设置，并且根据表1中显示的规格设计和布置，那么根据本发明示例性实施例且满足等式(1)的离轴投影光学系统中可以减小及/或消除线性象散。

图5是由作为根据表1所示技术规格而设计的本发明示例性实施例的离轴投影光学系统引起的象散的示图.T和S分别表示正切像面和弧矢像面.从图5明显看出，因为减小及/或消除了线性象散，所以正切像面T和弧矢像面S都仅包含对应于由同轴反射镜产生的象散的曲率分量(二次函数分量).就是说，图4的离轴反射镜50可能遭受大量的线性象散，而从图5明显看出，根据发明的示例性实施例、具有按照表1所示规格设计和布置的第一、第二反射镜10和30的离轴投影光学系统，由于减小及/或消除了线形象散，所以可以表现出相当于同轴反射镜的象散的特性.

图6示出在根据本发明的一个示例性实施例的、具有如表1显示的设计和布置的第一、第二反射镜10和30的离轴投影光学系统中，光束点相对于焦点位移的变化。从图6明显看出，根据本发明示例性实施例的、减小或消除了线性象散的离轴投影光学系统，主要表现出同轴光学系统中会出现的彗差。从图5和图6明显看出，根据发明示例性实施例的离轴投影光学系统，可以产生与同轴反射镜相似的象差性能，这是因为线性象散被减小及/或消除了。

在表1中，θ_obj是物面相对于第一反射镜10的倾斜角度，θ_img是像面的倾斜角度。相对于第一反射镜10，像面可以位于共焦点上。像面相对于第一反射镜10的倾斜角度可以与物面相对于第二反射镜30的倾斜角度对应。l₁和l₁’分别表示相对于第一反射镜10的物面和第一反射镜10之间的距离以及第一反射镜10与相对于第一反射镜10的像面之间的距离。l₂和l₂’分别表示相对于第二反射镜30的物面和第二反射镜M2之间的距离以及第二反射镜30与相对于第二反射镜30的像面之间的距离。

根据本发明的一个示例性实施例，相对于第一反射镜10的像面的倾斜角度(相对于第二反射镜30的物面的倾斜角度)可以通过把表1中的θ_obj、l₁和l₁’的值代入等式(2)中计算出来。相对于第二反射镜30的像面的倾斜角度θ_img(例如，在根据本发明示例性实施例的离轴投影光学系统中，像面的倾斜角度)可以通过把相对于第一反射镜10的像面的倾斜角度和数值l₁和l₁’代入等式(2)中得到。

由于可以减小及/或消除传统离轴投影光学系统中产生的大量线性象散，所以根据本发明的一个示例性实施例的离轴投影光学系统可以表现出与同轴光学系统基本一样的象差特性。不同于传统的具有同轴光学系统的投影光学系统，根据本发明的一个示例性实施例，可以降低及/或消除增加反射镜的数量以减少象差的需要。相比较传统的投影光学系统，本发明的一个示例性实施例的离轴投影光学系统可以使用反射镜的数量减少了，并且相比较传统的投影光学系统增加了总的反射率。

图7示出了EUVL装置的一个示例，该EUVL装置使用图1和2所示的根据本发明示例性实施例的离轴投影光学系统，将包含掩模图案信息的光束照射到晶片上。

参照图1、2和7，经构图的反射掩模100和晶片110可以分别设置在物面和像面上。例如，照射反射掩模100的EUV光束可以从反射掩模100反射到第一反射镜10。该EUV光束可以被第一反射镜10反射，可以聚焦在共焦点上，然后向第二反射镜30发散。然后入射光被第二反射镜30反射，并且照射晶片110以形成对应于反射掩模100的图案。

本发明的一个示例性实施例的离轴投影光学系统可以需要至少两个反射镜，并且考虑到EUVL设备中使用的反射掩模100和晶片110的安装位置和方向，还可以包括至少一个反射镜。

虽然上面描述了在EUVL设备中使用的根据本发明示例性实施例的离轴投影光学系统，但是根据本发明示例性实施例的离轴投影光学系统可以应用到各种其它光学装置中.

根据本发明的一个示例性实施例，离轴投影光学系统可以减小及/或消除线性象散，使得可以使用较少的反射镜来构建任何系统，这在应用于EUVL设备时，可以减少制造成本和增加光学系统的总反射率。具有高总反射率的本发明示例性实施例的离轴投影光学系统也使得可以使用低功率的光源，例如，低功率的EUV光源。

尽管已经参照示例性的实施例具体显示和描述了本发明，但是对于本领域的普通技术人员来说应当理解，在不脱离由所附权利要求确定的本发明精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改进。

本申请要求享有2005年2月23日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2005-0015051号的优先权，其全部内容通过引用被结合于此。

Claims (6)

1.一种离轴投影光学系统，其包括：

离轴设置并共用一共焦点的第一和第二反射镜，它们布置成减小线性象散，其中，物面和所述第一反射镜之间的距离是l₁，光从物面到第一反射镜的入射角是i₁，第一反射镜和所述共焦点之间的距离是l₁’，共焦点和所述第二反射镜之间的距离是l₂，光从第一反射镜到第二反射镜的入射角是i₂，第二反射镜和像面之间的距离是l₂’，则第一和第二反射镜的布置满足以下等式：

$\frac{l_1^{\′}+l_1}{l_1}\tan i_1=\frac{l_2^{\′}+l_2}{l_2}\tan i_2.$

2.如权利要求1所述的离轴投影光学系统，其中，所述第一和第二反射镜的母体反射镜的轴在所述共焦点处交叉。

3.如权利要求1所述的离轴投影光学系统，其中，所述第一和第二反射镜构成的对的数量至少是1。

4.一种光刻装置，其包括：

投影光学系统，其将包含掩模图案信息的光束照射到晶片上，其中，所述投影光学系统包括如权利要求1-3中的任一项所述的离轴投影光学系统。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述光束是超紫外线光束。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述掩模是反射掩模。

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