TW201616245A - 用於投影曝光系統的照明光學單元 - Google Patents

用於投影曝光系統的照明光學單元 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於一投影曝光系統(1)的一照明光學單元(17i)，其包含複數個輻射反射組件，其中所有該等輻射反射組件都經過配置，如此含照明輻射(5)的一光束(10i)會在這些組件上以相同方式偏轉。

Description

用於投影曝光系統的照明光學單元 【相關申請案交互參照】
本申請案主張德國專利申請案DE 10 2014 221 175.1之優先權，其內容在此併入當成參考。
本發明係關於用於投影曝光系統的照明光學單元，特別係關於其中自由電子雷射(free electron laser，簡稱FEL)當成輻射源的投影曝光系統。本發明更進一步關於包含至少一個這種照明光學單元的一照明系統、包含一照明光學單元和一投影光學單元的一光學系統，以及包含至少一個這種照明光學單元的一投影曝光系統。最後本發明係關於產生一微結構或奈米結構組件的方法，以及根據此方法生產的一組件。
在一投影曝光裝置內，該輻射源發出的該照明輻射常規上會在前往該物場內要照明的該光罩之旅程中多次偏轉，這會導致非所要的輻射耗損及/或非所要的偏振效應。
本發明的目的為改善一照明光學單元，用於將照明輻射引導至一物場。
此目的由包含複數個輻射反射組件的一照明光學單元所達成，其中所有該等輻射反射組件都經過配置，如此含照明輻射的光束會在這些組件上以相同方式偏轉。
該照明光學單元特別用來將照明輻射從一中間焦點傳輸至一物場，適合用於具有單一掃描器的一投影曝光裝置。其可用特別有利的方式用於含複數個掃描器之投影曝光系統，特別是其中將來自一共用輻射源，特別是自由電子雷射(FEL)的照明輻射供應給複數個掃描器之投影曝光系統。特別是，該照明輻射可為EUV輻射，即是波長範圍從2nm至30nm的輻射，特別是範圍從2nm至15nm、特別是具有波長13.5nm。
根據本發明所能識別者為藉由以目標方式選擇特別是已最佳化的該輻射反射組件之配置，特別是從該照明輻射所導致的偏轉角度來看，可改善一照明光學單元的光學特性。特別是，可減少輻射耗損及/或維持特定範圍內偏振程度，特別是低於20%。
根據本發明之一態樣，該等輻射反射組件之至少二者，特別是就是二者，具體實施為切面元件，特別是分面鏡。特別是，可為一場分面鏡和一光瞳分面鏡。
該等輻射反射組件更包含至少一個進階反射鏡。特別是，該至少一個進階反射鏡排列在該光束路徑內該第二分面鏡下游。另外，該至少一個進階反射鏡排列在該光束路徑內該第一分面鏡上游。
根據本發明的進一步態樣，在該光束路徑方向內，該等輻射 反射組件包含一第一分面鏡、一第二分面鏡以及精確地說僅有一個進階反射鏡。後者排在該第二分面鏡與該物場或該第一分面鏡上游之間的該光束路徑內。
特別是該照明光學單元經過具體實施，如此只有一個反射鏡排在該第二分面鏡與該物場之間的該光束路徑內。
特別是，該照明光學單元包含只有三個反射鏡元件。在此，該兩個分面鏡包含多個輻射反射獨立分面。
特別是，排在該光束路徑內該第二分面鏡下游或該第一分面鏡上游的該進階反射鏡並未分面，即是具有單一具體實施例。
特別是，其具體實施為一成像反射鏡，即是具有成像效果的反射鏡。特別是，具有一非平面反射面。
根據本發明的進一步態樣，該照明光學單元的該光束路徑內該第三反射鏡特別用於將該第二分面鏡，特別是形成一光瞳分面鏡，成像至排在該照明光學單元下游內一投影光學單元之內一機械無法觸及平面，特別是成像至該投影光學單元的一機械無法觸及光瞳平面。
針對這種照明光學單元具體實施例的結果，可簡化包含該照明光學單元以及指派至此的該投影光學單元之該光學系統設計，特別是包含此光學系統的該掃描器設計。
根據本發明的進一步態樣，具有照明輻射的該光束會在該照明光學單元的每一該等輻射反射組件上往一偏轉角度偏轉，具有介於任兩個偏轉角度不超過1.5之間的比例。任兩個偏轉角度之間的比例，根據該偏轉方向來界定正或負，特別是為正。該照明光學單元的該等輻射反射組件 上任兩偏轉角度間之比例特別是不超過1.3、特別是不超過1.2、特別是不超過1.1、特別是不超過1.05、特別是不超過1.03、特別是不超過1.01。較佳是，所有偏轉角度都相等。
如此導致該照明光學單元的特別高，特別是最高總傳輸。在此方面，請注意此為一般說法，特別是這並不適用於該等輻射反射組件反射率的任意角度依賴關係。不過，此結果已建立並且針對該等提供的輻射反射組件反射率之已知角度依賴關係確認過。
更進一步，如此可有利地選擇至少一個，特別是就一個該等偏轉角度，其因為進一步邊界條件，特別是光學像差因素，而不同於該等兩個其他偏轉角度。這可能對整體透射有害，並且在需要之處才提供。
根據本發明的進一步態樣，該等輻射反射組件經過配置，如此導致照明輻射光束的整體偏轉範圍從45°至135°。該整體偏轉特別位於範圍從60°至120°、特別位於範圍從80°至100°、特別位於範圍從85°至95°、特別是90°。
在此，測量從光束進入方向，特別是在中間焦點的區域內，到該物場區域內主射線方向之整體偏轉。
根據本發明可了解，這種整體偏轉對於照明一水平角度光罩特別有利。特別是當使用具有水平輸出方向的照明輻射之輻射源時，特別是一FEL輻射源，具有好處。
根據本發明的進一步態樣，所有該等輻射反射組件都經過配置，如此具有照明輻射的該光束分別具有不超過25°的入射角，特別是不超過22.5°、特別是不超過20°、特別是不超過17.5°、特別是不超過15°。有 利的是，所有入射角，特別是所有三個入射角，都相等。
如此造成特別高的整體透射及/或特別有利，尤其是足夠低的照明輻射偏振程度。
根據本發明的進一步態樣，該等輻射反射組件之一者經過配置與具體實施，如此在一下游投影光學單元的光瞳平面內成像另一個輻射反射組件。特別是，可用於該輻射反射組件要成像於該下游投影光學單元的機械不可觸及光瞳平面內。特別是，備妥配置在該第二分面鏡與該物場之間的該反射鏡，將該第二分面鏡成像至該投影光學單元的一光瞳平面。
根據本發明的進一步態樣，該等輻射反射組件之一者具有可切換分面。特別是，備妥該光束路徑內該第一輻射反射組件，要具體實施成為具有可切換分面的一分面鏡。
在此，可切換切面具了解代表該等切面的旋轉能力，特別是關於與一第二分面鏡不同切面相同之配置。該第一分面鏡的該等切面也可切換至一位置，在此對於該物場的照明無貢獻。
根據本發明的進一步態樣，該光束路徑內該等輻射反射組件的兩個第一者彼此相距一距離d1，這小於該光束路徑內該等輻射反射組件的第二和第三者間之一距離d2。
這對於安裝空間受限的情況相當有利。安排許多組件的有利可能性呈現在該等示範具體實施例。
本發明的進一步目的由改善一光學系統，特別是一投影曝光系統的掃描器所構成。利用包含一照明光學單元以及一投影光學單元的一光學系統可達成此目的，其中該照明光學單元具有至少兩個切面元件以及 至少一個進階反射鏡，其具體實施及/或配置在該照明光學單元的該光束路徑內，如此將該照明光學單元的該第二切面元件成像至該第一切面元件上游該投影光學單元的一光瞳平面內。
結果，可顯著簡化該光學系統的光學設計。特別是，該進階反射鏡渲染其可將該第二分面鏡，特別是形成一光瞳分面鏡，成像至該投影光學單元的一機械不可觸及光瞳平面，特別是一機械不可觸及輸入光瞳。該照明光學單元的該光束路徑內該第一切面元件上游該進階反射鏡之配置，使該可用空間內該等分面鏡的配置更容易。更進一步，可降低該等分面鏡上的熱負載。其可減少該第一分面鏡上的入射角。其可進一步用於均化該輻射源的遠場之亮度分佈。如此，可強化該照明光學單元的解析度。特別是，可減少該等第二切面上該輻射源的影像變化。更進一步，可強化該第一切面元件上該等切面的封裝密度。最終，超出頻帶輻射，特別是可吸收具有波長小於13.5nm及/或在範圍13.5nm至100nm內的輻射，或引導遠離該主要光束路徑，特別是如此這種輻射不會撞擊該第一分面鏡。
特別是，該照明光學單元對應至上述一者。特別是，該照明光學單元具體實施，如此相同的所有該等輻射反射組件都經過配置，如此含照明輻射的光束會在這些組件上以相同方式偏轉。
根據一個替代實施例，該照明光學單元特別是經過具體實施，如此在該第二切面元件與該物場之間的該光束路徑內只有一個反射鏡，或在該第一切面元件上游該光束路徑內只有一個反射鏡。
本發明的進一步目的由改善一照明系統，特別是包含複數個掃描器的一投影曝光系統所構成。
利用一照明系統包含自由電子雷射(FEL)形式的輻射源，以及根據先前描述的至少一個照明光學單元，可達成此目的。
一對應照明光學單元特別適合用於偏轉從一自由電子雷射(FEL)或同步型輻射源至一水平配置光罩之該照明輻射。
根據本發明的一個態樣，該輻射源經過具體實施及/或配置，如此發出具有照明輻射往該水平方向延伸的光束。
特別是，該照明系統具有一光束進入方向，其相對於該物場傾斜不超過45°，特別是不超過30°、特別是不超過15°、特別是不超過10°、特別是不超過5°、特別是不超過3°、特別是不超過1°。在此，該物場配置在該物體平面內。特別是，該光束進入方向與該物體平面平行延伸。
本發明的進一步目的由改善一投影曝光系統所構成。利用一投影曝光系統包含根據上述至少一個照明光學單元，以及至少一個投影光學單元用來將該物場成像至像場，來達成此目的。而優點呈現在這些照明光學單元。
本發明的進一步目的由改善一微結構或奈米結構組件生產方法，以及根據此方法生產的一組件來達成。利用備妥包含根據上述一照明光學單元的一投影曝光系統，可達成這些目的。而優點呈現自上述。
1‧‧‧投影曝光系統
2‧‧‧輻射源模組
3‧‧‧掃描器
4‧‧‧輻射源
5‧‧‧照明輻射
6‧‧‧原始光束
7‧‧‧光束成形光學單元
8‧‧‧集中輸出光束
9‧‧‧輸出連結光學單元
10‧‧‧個別輸出光束
11‧‧‧物場
12‧‧‧個別部分光束
13‧‧‧光束引導光學單元
14‧‧‧投影光學單元
15‧‧‧偏轉光學單元
16‧‧‧輸入連結光學單元
17‧‧‧照明光學單元
18‧‧‧照明裝置
19‧‧‧照明系統
20‧‧‧光學系統
21‧‧‧物體平面
22‧‧‧光罩
23‧‧‧像場
24‧‧‧影像平面
25‧‧‧晶圓
26‧‧‧中間焦點
27‧‧‧中間焦點平面
28‧‧‧第一分面鏡
29‧‧‧第二分面鏡
30‧‧‧切面
31‧‧‧切面
37‧‧‧進階反射鏡
38‧‧‧外殼
39‧‧‧負壓裝置
40‧‧‧入射光瞳
41‧‧‧反射鏡
本發明的進一步優點與細節來自於根據該等圖式的示範具體實施例之說明。圖式詳述：圖1顯示一投影曝光系統的該等組件與子系統之示意圖； 圖2顯示根據圖1中該投影曝光系統的一光學系統之示意圖；圖3A顯示鑑於p偏振EUV輻射取決於最有可能裝入層疊厚度之後平均入射角以及半角頻寬，該輻射反射元件的反射率之圖式；圖3B顯示根據圖3A但是用於s偏振EUV輻射的圖式；圖4顯示在三個輻射反射元件上以整體偏轉大約90°以及3°半角頻寬來偏轉取決於第一與第二入射角之情況下，EUV輻射的整體透射之圖式；圖5顯示一原始未偏振EUV光束的偏振程度之對應圖式；圖6顯示闡明該照明輻射的偏振程度上需求取決於數值孔徑，以便達成空間影像側面的最小斜率，表示為「NILS>2」之示意圖；圖7顯示根據圖4的圖式，利用應該在垂直入射於所有三個輻射反射面上的情況下出現之整體透射值正常化；圖8顯示在三個輻射反射元件上偏轉並且整體偏轉90°，取決於預定入射角之情況下，相對最大整體透射之圖式；圖9顯示對應至圖8用於偏振程度的圖式；圖10顯示在該照明光學單元內以及在其下游的一投影光學單元內之幾何情況圖式；圖11顯示用於顯示該光瞳分面鏡的最大半徑，取決於該照明光學單元的該第三光束偏轉反射鏡與該光罩之距離，以及取決於該光罩與該投影光學單元的該入射光瞳之距離的圖式；以及圖12顯示根據圖1中該投影曝光系統的一照明光學系統之 替代具體實施例的示意圖。
底下初步參閱圖1說明一投影曝光系統1的基本組件。
投影曝光系統1區分成子系統主要在區分其條款之下進行。這些子系統可形成分離結構子系統。不過，區分成子系統不一定反映在結構劃分上。
投影曝光系統1包含一輻射源模組2以及複數個掃描器3i。
輻射源模組2包含一輻射源4，用於產生照明輻射5。
輻射源4特別為一自由電子雷射(FEL)，其也可為同步輻射源或同步輻射型輻射源，產生具有非常高輝度的相干輻射。有關這種輻射源，以範例方式參照US 2007/0152171 A1和DE 103 58 225 B3。
藉由範例，輻射源4的平均功率範圍從1kW至30kW，並且具有範圍在10MHz至1.3GHz的脈衝頻率。每一個別輻射脈衝都可產生83μJ的能量。在100fs的輻射脈衝長度之案例內，這對應於833 MW的輻射脈衝功率。
輻射源4具有在千赫範圍內，例如100kHz、低兆赫範圍內，例如3MHz、中兆赫範圍內，例如30MHz、高兆赫範圍內，例如300MHz或千兆赫範圍內，例如1.3GHz，的重複率。
特別是，輻射源4可為一EUV輻射源，特別是，輻射源4發出波長範圍例如2nm與30nm之間，特別是2nm與15nm之間的EUV輻射。
輻射源4以原始光束6的形式發出照明輻射5，原始光束6具有非常低的發散。原始光束6的發散小於10毫弧度、特別小於1毫弧度、特別小於100微弧度、特別小於10微弧度。
輻射源模組2更進一步包含一光束成形光學單元7，其配置於輻射源4的下游。光束成形光學單元7用來從原始光束6產生一集中輸出光束8。集中輸出光束8具有非常低的發散。集中輸出光束8的發散小於10毫弧度、特別小於1毫弧度、特別小於100微弧度、特別小於10微弧度。
再者，輻射源模組2包含一輸出連結光學單元9，其配置於光束成形光學單元7的下游。輸出連結光學單元9用來從集中輸出光束8產生複數個，換言之n個，個別輸出光束10i(i=1至n)。在每一案例中，個別輸出光束10i形成用於照明一物場11i的光束，在每一案例中，該等光束包含複數個個別部分光束12i。特別是，個別輸出光束10i與照明光學單元17i或掃描器3i之間具有一對一對應。
掃描器3i在每一案例中都包含一光束引導光學單元13i以及一投影光學單元14i。
光束引導光學單元13i用於將照明輻射5，特別是個別輸出光束10i，引導至個別掃描器3i的物場11i。
在每一案例中，投影光學單元14i用於將配置在物場11i之一者內的一光罩22i成像至一像場23i，特別是至配置在像場23i內的一晶圓25i上。
光束引導光學單元13i以每一案例中照明輻射5的該光束路徑之順序，包含一偏轉光學單元15i、一輸入連結光學單元16i，特別是一聚 焦總成的形式，以及一照明光學單元17i。輸入連結光學單元16i可特別是具體實施為一Wolter III型收集器。
根據一個變化，可省去偏轉光學單元15i。另外，偏轉光學單元15i可經過具體實施，如此個別輸出光束10i只能小角度偏轉，特別是偏轉角度小於30°、特別是偏轉角度小於10°、特別是偏轉角度小於5°以及特別是偏轉角度小於2°。
特別是，輸入連結光學單元16i用來將照明輻射5，特別是輸出連結光學單元9所產生的個別輸出光束10i之一者，連結至照明光學單元17i的個別之一者。如此也可省去輸入連結光學單元16i。
光束引導光學單元13i與光束成形光學單元7和輸出連結光學單元9一起形成一照明裝置18的零件。
照明裝置18，就如同輻射源4，為一照明系統19的零件。
每一照明光學單元17i都分別指派給投影光學單元14i之一者。一起彼此指派的照明光學單元17i以及投影光學單元14i也稱為一光學系統20i。
在每一案例中，照明光學單元17i用於將照明輻射5傳輸至配置在一物體平面21內物場11i之內的一光罩22i。投影光學單元14i用於將光罩22i，特別是用於將光罩22i上結構成像，成像於配置在一影像平面24內一像場23i之內的一晶圓25i上。
投影曝光系統1包含特別是至少兩個、特別是至少三個、特別是至少四個、特別是至少五個、特別是至少六個、特別是至少七個、特別是至少八個、特別是至少九個、特別是至少十個掃描器3i。投影曝光系 統1最多可包含二十個掃描器3i。
共用輻射源模組2，特別是共用輻射源4，將照明輻射5供應給掃描器3i。
投影曝光系統1用來產生微結構或奈米結構組件，特別是電子半導體組件。
照明輻射5，特別是個別輸出光束10i，每一者都通過中間焦點平面27內的一中間焦點26i。中間焦點26i可分別配置在光學系統20i或掃描器3i的外殼通道開口之區域內，特別是該外殼可抽真空。
在每一案例中，照明光學單元17i包含一第一分面鏡28i和一第二分面鏡29i，在每一案例中都取決於從先前技術已知的功能。第一分面鏡28i可特別為一場分面鏡，第二分面鏡29i可特別為一光瞳分面鏡。不過，第二分面鏡29i也可配置在距離照明光學單元17i的光瞳平面一段距離之位置上。在一般情況下，也指定為一鏡面反射器。
分面鏡28i、29i在每一案例中也包含多個切面30、31。在投影曝光系統1的操作期間，每一第一切面30都分別指派給第二切面31之一者。在每一案例中該等切面30、31都指派給彼此，形成照明輻射5的照明通道，用於以特定照明角度照明物場11i。
根據所要的照明，特別是預定照明設定，執行第二切面31至第一切面30的逐一通道指派。在每一案例中第一分面鏡28i的切面30可具體實施為可置換，特別是可傾斜，特別是具有兩個傾斜自由度。第一分面鏡28i的切面30可特別在不同位置之間切換。在不同的切換位置內，在第二切面31之間指派給不同的第二切面31。在每一案例中，也可提供第一 切面30的至少一個切換位置，其中與之撞擊的照明輻射5對於物場11i的照明並無貢獻。第一分面鏡28i的切面30可具體實施為虛擬切面30，這應該理解為其由複數個個別反射鏡，特別是複數個微反射鏡的可變群組所形成。相關細節請參閱WO 2009/100856 A1，其整體內容在此併入本申請案做為一部分。
第二分面鏡29i的切面31可據此具體實施為虛擬切面31，其也可據此具體實施，如此可置換，特別是可傾斜。
藉由第二分面鏡29i和一進階反射鏡37i，第一切面30成像至該光罩平面或物體平面21內物場11i之內。
該等個別照明通道導致以特定照明角度照明物場11i。如此利用照明光學單元17i，所有照明通道都導致物場11i的照明之照明角度分佈。該照明角度分佈也稱為照明設定。
光罩22i具有反映出照明輻射5的結構，其配置在物場11i的區域內物體平面21之內。光罩22i由一光罩固定器所承載，該光罩固定器可藉由一置換裝置來置換。
在每一案例中，投影光學單元14i將物場11i成像至成像平面24內的像場23i內。晶圓25i在該投影曝光期間配置在該成像平面24內。晶圓25i具有一光敏塗層，其在該投影曝光期間由投影曝光系統1曝光。晶圓25i由一晶圓固定器所承載，該晶圓固定器可藉由一置換裝置來控制置換。
該光罩固定器的該置換裝置以及該晶圓固定器的該置換裝置可彼此信號相連，特別是同步。光罩22i和晶圓25i可特別以同步方式彼此置換。
底下說明光學系統20i或照明系統19，特別是照明光學單元17i，的進一步細節與特殊之處。
照明光學單元17i配置在一外殼38內，這在圖2內有示意指示。特別是，外殼38可藉由負壓裝置39抽真空。
照明輻射5以一或多個個別輸出光束10i的形式進入照明光學單元17i，因此形成具有照明輻射的光束。照明輻射5的中央射線進入一照明光學單元17i，定義一光束方向。該照明輻射可持續稱為個別輸出光束10i，即使在照明光學單元17i之內。
照明輻射5，特別是個別輸出光束10i，水平進入照明光學單元17i內。特別是照明輻射5進入中間焦距26i的區域內之照明光學單元17i之內。照明輻射5進入照明光學單元17i的水平進入方向具有好處，特別是結合具體實施為自由電子雷射(FEL)的輻射源4。特別是，在輻射源4與照明光學單元17i之間的該光束路徑內可省去輻射反射元件。
若個別輸出光束10i並未確實進入照明光學單元17i，而只有大約水平進入，則也存在根據本發明的照明光學單元17i之優點。如此，持續可在輻射源4與照明光學單元17i之間的該光束路徑內使用光束反射元件，特別是以便達成掃描器3i關於輸出連結光學單元9的有利幾何配置。
其中配置光罩22i的物體平面21水平延伸。
在替代具體實施例內，其中配置光罩22i的物體平面21往水平方向傾斜，角度可介於1°與30°之間，特別是介於2°與8°之間。個別輸出光束10i並未確實進入照明光學單元17i，只有大約水平進入。進入個別輸出光束10i與水平方向以及物體平面22與水平方向的偏差相同，即是 個別輸出光束10i與該物體平面之間的角度小於第一範例內兩角度。
照明輻射5，特別是個別輸出光束10i，會在照明光學單元17i內多次偏轉。個別輸出光束10i特別在第一分面鏡28i上、第二分面鏡29i上以及進階反射鏡37i上偏轉。特別是，在到物場11i的光束路徑26i內精準偏轉三次。三個反射鏡28i、29i和37i配置成個別輸出光束10i在所有三個反射鏡28i、29i和37i上以相同方式偏轉。底下將三個反射鏡28i、29i和37i上的入射角標示為α 1、α 2和α 3。
三個反射鏡28i、29i和37i都經過配置，如此整體透射到達最小值及/或達到所要的照明輻射偏振程度。要達成的整體透射及/或偏振程度可預定為邊界條件，特別是三個反射鏡28i、29i和37i經過配置，如此該整體透射最大化。
特別是，照明光學單元17i可具體實施為俗稱的複眼聚光器。第一分面鏡28i可形成一場分面鏡，第二分面鏡29i可形成一光瞳分面鏡，進階反射鏡37i可用來將第二分面鏡29i成像至投影光學單元14i的入射光瞳40內。如此可使用具有不可觸及入射光瞳40的投影光學單元14i。運用根據本發明的照明光學單元17i，可特別使用具有含不可觸及入射光瞳40的投影光學單元14i之複眼聚光器。特別是，如此可使用具有大數值孔徑的投影光學單元14i。照明光學單元17i具有複眼聚光器的具體實施例簡化了光學系統20i的光學設計。
照明光學單元17i精確包含三個輻射偏轉元件：第一分面鏡28i、第二分面鏡29i以及進階反射鏡37i。進階反射鏡37i配置在第二分面鏡29i與光罩22i之間的該光束路徑內。根據本發明，經證實進階反射鏡37i可 用於達成額外光學功能，特別是，即使其位於機械不可觸及平面內，還是可用來將第二分面鏡29i成像至投影光學單元14i的入射光瞳40內。
照明光學單元17i的三個反射鏡28i、29i和37i導致照明光學單元17i的輻射入口之間，特別是中間焦點26i與照明光學單元17i的物場11i之間，90°的照明輻射5之整體偏轉。
投影光學單元14i包含複數個反射鏡41i。投影光學單元14i的反射鏡41i根據其在從光罩22i前進的照明輻射5光束路徑內之順序，從1至n編號。反射鏡41i的數量n至少為二，可為三、四、五、六、七、八或更多。
為了描述本發明，圖3A和圖3B說明具有多層的個別反射鏡之反射率在平均入射角(ew)(x軸)與半角頻寬(wbb)(y軸)上之依賴關係。圖3A說明用於p偏振輻射的反射率。圖3B說明用於s偏振輻射的反射率。範圍從10%至60%內反射率值的輪廓線已再生。
針對已知入射方向，多層的反射率取決於個別層的厚度。若光線以大約平均入射角的特定角頻寬入射，則該層堆疊厚度必須根據平均入射角以及該半角頻寬來調整，以便將該整體反射率最佳化。
從一個別反射值當中，可決定在具有複數個反射的系統當中，特別是具有三次反射，即是三次輻射偏轉的系統當中，該整體透射有多高。
照明光學單元17i的本具體實施例經過最佳化，將以下邊界條件列入考慮：在三個反射鏡28i、29i和37i上的整體偏轉為90°。個別輸出光束10i具有3°的半角頻寬，即是52mrad。
一般而言，該整體透射取決於三個平均入射角，可由用於p偏振與s偏振光線的該等個別反射之角度相依反射率值來呈現。
該邊界條件，據此該整體偏轉為90°，可改寫為三個入射角之和為45°的範圍。如此可去除一個角度，因此所呈現的該整體透射取決於兩個剩餘角度。圖4內有對應圖。每一案例中的輪廓線都對應至具有特定傳輸程度的整體透射。
圖5據此描述三次反射之後的偏振程度。最內側的輪廓線對應至20%的偏振度；最外側的輪廓線對應至80%的偏振度。
根據本發明所要識別並且列入考量的為偏振度對於解析線寬有實質影響。此範圍內的相關參數就是所謂的NILS值(標準化強度記錄平方值)，表示空間影像側面陡度之度量。針對粗略指示，也就是說在空間影像內穩定微影處理應該達到至少為2的NILS值，即是不考慮阻抗擴散。
圖6以示範方式描述具備NILS>2和NILS<2的區域取決於數值孔徑(NA)以及偏振度(DOP)。在此，正切偏振表示為DOP>0，而徑向偏振則表示為DOP<0。正切與徑向的含意取決於光罩22i的結構，因此在該光束偏轉位置上並不知道。因此藉由預防措施，需要在DOP≠0的情況下假設最壞的案例。從圖6可發現，在數值孔徑(NA)為0.6的情況下偏振度(DOP)最多20%，以確定穩定的微影處理(NILS>2)。底下考慮20%的偏振度為最大可接受值。
為了能更好比較在三個反射鏡28i、29i和37i上反射情況下整體透射與其他系統，圖7再次描述來自圖4的圖式，將在垂直入射三次反射的情況下整體透射之值正常化。最大相關整體透射超過70%。
針對該等個別層反射率的當前角依賴關係，發現當所有三個角度α1、α2和α3都一致時，即是15°，α1=α2=α3=15°，會達到該最大整體透射。
在特定環境中，可選擇三個偏轉角度之一者小於30°，即是為了光學像差，所以要選擇對應的入射角小於15°。因此，另兩個角度增加，如此該整體透射降低。圖8內呈現利用三次偏轉所能達成，與含整體偏轉90°的系統之最大可能整體透射有關之相對整體透射Trel.，取決於此入射角。圖9呈現對應的偏振度DOP。
圖10示意描述光學系統20i內的幾何環境，特別是照明光學單元17i內。相關變數為組件彼此之間的該距離d、該等組件的焦距，底下定義為f，以及該等組件的半徑r。在此方面，應該參照事實，就是rPF代表整個光瞳分面鏡29i的半徑，而rFF代表場切面30個別一者的半徑，dFF,PF代表場分面鏡28i與光瞳分面鏡29i之間的距離；dPF,N代表光瞳分面鏡29i與進階反射鏡37i之間的距離；dN,Ret代表進階反射鏡37i與光罩22i之間的距離；dRet,Pup代表光罩22i與光瞳平面40之間的距離。
場切面30已成像至光罩22i上，精確憑藉由光瞳切面31與進階反射鏡37i之分別一個所組成的雙反射鏡系統。這利用對應成像情況以及對應背焦點情況就可表示。
光瞳切面31已成像至投影光學單元14i的入射光瞳40，這也可用成像情況以及背焦點情況來表示。在此，該光罩上的該數值孔徑NA包括在該稍後成像案例的該背焦點情況內。
光瞳分面鏡29i以及進階反射鏡37i的場分面鏡28i之焦距可 自由選擇為最大可能範圍，因此與施工條件無進一步關聯。若已經消除許多焦距f上的明確依賴關係，則從成像與背焦點情況產生以下條件：dN,Ret rPF=dRet,Pup(dPF,N NA-rPF) rFF rPF=dFF,PF NA rRet dFF,PF dN,Ret rRet=dRet,Pup(dPF,N rFF-dFF,PF-rRet)
這些條件可進一步縮短：dPF,N dRet,Pup NA=(dRet,Pup+dN,Ret)rPF dPF,N dRet,Pup rFF=dFF,PF(dRet,Pup+dN,Ret)rRet
根據本發明，進一步證實該幾何邊界條件可分成以下群組：
光瞳分面鏡29i、場分面鏡28i以及進階反射鏡37i不可過大或過小，即是rFF和rPF必須在特定間隔之內。該等場切面的有利尺寸具有5mm至200mm的半徑，特別是介於20mm與70mm之間。該等光瞳切面的有利尺寸具有1mm至10mm的半徑，特別是介於2mm與5mm之間。
該等組件之間的距離不可特別大或特別小，必須在特定間隔範圍內。
特別是，兩分面鏡28i、29i之間的該距離dFF,PF位於從500mm至1500mm的範圍內。特別是，第二分面鏡29i與進階反射鏡37i之間的該距離dPF,N位於從650mm至1800mm的範圍內。特別是，進階反射鏡37i與光罩22i之間的該距離dN,Ret位於從1000mm至3000mm的範圍內。該差異dPF,N-dFF,PF至少150mm，特別是其位於從150mm至1000mm的範圍內。特 別是，該差異dN,Ret-dPF,N大於-100mm。特別是其位於從-100mm至150mm的範圍內。
該等組件之間的距離必須滿足他們之間某些條件，以避免安裝空間衝突。特別是，光瞳分面鏡29i不可超過含光罩22i的物體平面21，因為此體積已經由該光罩臺階佔據。藉由範例，可由以下條件表示：dN,Ret-dPF,N c1以及dN,Ret-dFF,PF c2，具有正常數c1和c2。
若場切面30的大小無關緊要，並且只有光瞳分面鏡29i的半徑rPF重要，則出現以下：
省略分母內的dN,Ret造成預估：rPF<dPF,N NA。
若採用具有投影光學單元14i的可觸及入射光瞳40之光學系統20i內光瞳分面鏡29i與光罩22i間之距離取代dPF,N，此預估應精確造成光瞳分面鏡29i的半徑rPF。
其他預估源自於由於前述安裝空間條件之事實，因此適用以下：dPF,N<dN,Ret。這導致以下情況：
圖11內呈現此依賴關係的圖形表示。
因此，光瞳分面鏡29i顯著小於在具有該投影光學單元的可觸及入射光瞳之微影系統內所應該有的大小。若該等個別光瞳切面的大小因為生產因素而縮小，這表示光瞳切面數量必須減少。
也因為此因素，輻射源4有利地具體實施為一自由電子雷射(FEL)，在FEL內，要可提供最小可能光瞳填充並不受限於該輻射源的集光率。因此，對於具有光瞳切面31特定最小數量的需求較不顯著，對於一可能呈現中間焦點與場分面鏡28i之間的距離無直接關聯，僅包括於場切面30的必要屈光度內。
表格1呈現可能實現的範例特定值。所有實現都假設光罩半徑為52mm，所有長度單位都為mm。為了可與來自已知EUV光學單元的數據比較，表格1指定晶圓25i上的該數值孔徑NA以及投影光學單元14i的成像比β。
因為焦距fPF、fFF和fN與實現陳述未相關，所以並未列在表格內。
其可具體實施無屈光度的場切面30及/或光瞳切面31，即是以平面方面。結果可節省成本。在此情況下，示範設計彙總於表格2內：
在下列當中，參閱圖12描述照明光學單元17i的替代具體實施例。此具體實施例基本上對應至圖2內所示的先前說明具體實施例，此時併入參考。相較於圖2內顯示的具體實施例，重新排列三個反射鏡28i、29i和37i，其特別排列在該光束路徑內，如此進階反射鏡37i位於之前，即是第一分面鏡28i的上游。
運用此配置，更容易配置分面鏡28i、29i，特別是可用空間內的第一分面鏡28i。
運用此配置，並無分面鏡28i、29i成像至下游投影光學單元14i的光瞳平面40內。
反射鏡37i可具有非球面反射面，其可特別具有對應至圓錐截面的一反射面。反射鏡37i的反射面也可不具備旋轉對稱，特別是其也可稱為自由形式表面。
反射鏡37i的表面可設計成用於均化該輻射源4的遠場之亮度分佈。如此可降低熱負載，特別是分面鏡28i、29i上的熱負載。更進一步， 可強化照明光學單元17i的解析度。這可由於第二分面鏡29i的切面31上輻射源4的影像大小變化減少所致。
特別是，反射鏡37i的該反射面可經過設計，以便因為該輻射源模組的收集器反射鏡之形狀，修正用於將輻射源4成像至中間焦點26i的再生比之變化。如此，第二分面鏡29i的切面31大小縮小並且該光瞳填充物可減少，造成強化光學單元17i的解析度。
反射鏡37i的反射面也可設計成強化封裝第一分面鏡28i上切面30之效率。為此目的，反射鏡37i的反射面可特別為一自由形式表面。如此，可改變中間焦點26i上的集光率，如此輻射源4的遠場，假設為矩形或至少大約為矩形的形狀。
運用連續可微分的表面，該反射鏡的邊界將映射到該遠場的邊界。因為該反射鏡的邊界連續可微分，如此該遠場的邊界也必定不同。因此，將可實現無邊角的遠場邊界。利用適當定義該映射，該邊角可近似於使用大曲率的連續可微分曲線(例如xn中n較大的行為)。若該反射鏡是唯一分段連續可微分的，這表示該表面內有扭結，該遠場的邊界會具有邊角。
中間焦點26i內之輻射源4的影像形狀可特別轉變成第一分面鏡28i的切面30之形狀。
根據本發明的另一個態樣，反射鏡37i的反射面可設計成減少該照明輻射在第一分面鏡28i的切面30上之入射角。為此，反射鏡37i的該反射面可具有旋轉拋物面或其一段落的形狀。如此，中間焦點26i可成像至無限遠。這允許準直第一分面鏡28i上發散的輻射光束，藉此減少照明 輻射5在切面30上的入射角。在此同時，照明輻射5在切面30上的入射角減少，導致陰影效果降低。
根據本發明的另一個態樣，頻帶外的輻射，特別是具有波長小於13.5nm及/或波長在介於13.5nm與100nm之間範圍內的輻射，可由反射鏡37i吸收或可受指引，特別是反射遠離第一分面鏡28i。如此，可減小第一分面鏡28i的外型。這特別有利，因為反射鏡37i的單一具體實施例而容易冷卻。
更進一步，根據圖12反射鏡37i、28i和29i的配置具有優點，就是利用替換反射鏡可輕易交換此反射鏡，這在輻射源4已更換是可能需要。一般而言，反射鏡37i需要的空間小於第一分面鏡28i。即使若照明輻射5在此反射鏡37i上的入射角分佈改變會導致第一分面鏡28i的照明改變，仍舊可讓包含兩分面鏡28i、29i的該集光器不隨第二切面31至第一切面30的通道指派而變。這可利用將反射層解調，如此根據局部強化吸收，只有總透射降低。
在此所描述照明光學單元17i不同的具體實施例不僅在使用一FEL以及輻射源4時有好處，在與電漿源結合時也有好處，特別是與具有水平或大約水平的照明輻射5之光束路徑之電漿源結合時。
5‧‧‧照明輻射
10‧‧‧個別輸出光束
14‧‧‧投影光學單元
17‧‧‧照明光學單元
20‧‧‧光學系統
21‧‧‧物體平面
22‧‧‧光罩
24‧‧‧影像平面
25‧‧‧晶圓
26‧‧‧中間焦點
28‧‧‧第一分面鏡
29‧‧‧第二分面鏡
30‧‧‧切面
31‧‧‧切面
37‧‧‧進階反射鏡
38‧‧‧外殼
39‧‧‧負壓裝置
41‧‧‧反射鏡

Claims (15)

  1. 一種讓一投影曝光系統(1)引導照明輻射(5)至一物場(11i)的照明光學單元(17i)，包含1.1.複數個輻射反射組件，1.2.其中所有該等輻射反射組件都經過配置，如此在這些組件上以相同方式偏轉具有照明輻射(5)的一光束(10i)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學單元(17i)，其特徵在於該等輻射反射組件包含一第一分面鏡(28i)、一第二分面鏡(29i)以及至少一個進階反射鏡(37i)，該反射鏡配置在該光束路徑內該第二分面鏡(29i)的下游或該第一分面鏡(28i)的上游。
  3. 如前述申請專利範圍任一項所述之照明光學單元(17i)，其特徵在於該等輻射反射組件在該光束路徑的方向內，包含一第一分面鏡(28i)和一第二分面鏡(29i)以及就一個進階反射鏡(37i)，該後者配置在該第二分面鏡(29i)與該物場(11i)之間的該光束路徑內，或在該第一分面鏡(28i)之前的該光束路徑內。
  4. 如前述申請專利範圍任一項所述之照明光學單元(17i)，其特徵在於具有照明輻射(5)的該光束(10i)在該等輻射反射組件的每一者上偏轉一偏轉角度，任兩個偏轉角度之間的比例不超過1.5。
  5. 如前述申請專利範圍任一項所述之照明光學單元(17i)，其特徵在於該等輻射反射組件導致含照明輻射(5)的該光束之整體偏轉在從45°至135°的範圍內。
  6. 如前述申請專利範圍任一項所述之照明光學單元，其特徵在於所有該等輻射反射組件都經過配置，如此含照明輻射(5)的該光束(16i)分別具有一入射角(αi)，這在該等輻射反射組件每一者上不超過25°。
  7. 如前述申請專利範圍任一項所述之照明光學單元(17i)，其特徵在於該等輻射反射組件之一者將該等輻射反射組件之另一者成像至一下游投影光學單元(14i)內一光瞳平面(40)之內。
  8. 如前述申請專利範圍任一項所述之照明光學單元(17i)，其特徵在於在該照明輻射(5)的該光束路徑內之該等輻射反射組件之第一者具體實施為一分面鏡(28i)，其具有可切換切面(30)。
  9. 如前述申請專利範圍任一項所述之照明光學單元(17i)，其特徵在於該光束路徑內該等輻射反射組件的兩個第一者彼此相距一距離(d1)，這小於該光束路徑內該等輻射反射組件的第二和第三者間之一距離(d2)。
  10. 一種光學系統(20i)，包含10.1.一照明光學單元(17i)，用於引導照明輻射(5)至一物場(11i)，包含10.1.1.一第一切面元件(28i)，10.1.2.一第二切面元件(29i)，以及10.1.3.至少一個進階反射鏡(37i)，10.2.一投影光學單元(14i)，用於在一像場(23i)內成像該物場(11i)，10.3.其中該至少一個進階反射鏡(37i)已具體實施及/或配置在該照明光學單元(17i)的該光學路徑內， 10.3.1.如此將該第二分面鏡(29i)成像至該投影光學單元(14i)的一光瞳平面，或10.3.2.該第一切面元件(28i)的上游，以及10.4.其中該照明光學單元(17i)的所有該等輻射反射組件都經過配置，如此在這些組件上以相同方式偏轉具有照明輻射(5)的一光束(10i)。
  11. 一種照明系統(19)，包含11.1.一輻射源(4)其在一自由電子雷射(FEL)的形式中，以及11.2.如申請專利範圍第1至9項任一項之至少一個照明光學單元(17i)。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之照明系統(19)，其特徵在於該輻射源(4)經過具體實施及/或配置，如此發出具有照明輻射(5)往該水平方向延伸的一光束。
  13. 一種投影曝光系統(1)，包含13.1.如申請專利範圍第1至9項任一項之至少一個照明光學單元(17i)，以及13.2.至少一個投影光學單元(14i)，用於在將該物場(11i)成像至一像場(23i)內。
  14. 一種用於生產一微結構或奈米結構組件之方法，該方法包含下列步驟：- 提供一基板，其上至少一部分塗抹由感光材料製成的一層，- 提供一光罩(22i)，其具有要成像的結構，- 提供如申請專利範圍第13項之投影曝光系統(1)， - 在該投影曝光系統(1)的幫助之下，將至少部分該光罩(22i)投影至該基板的該感光層之區域上。
  15. 一種如申請專利範圍第14項之方法所生產的組件。
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