TW202333001A - 投影透鏡、投影曝光裝置及投影曝光方法 - Google Patents

投影透鏡、投影曝光裝置及投影曝光方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種折射投影透鏡(PO),其藉由紫外線範圍超過280 nm的電磁輻射將配置在投影透鏡的物件平面(OS)中的圖案成像到投影透鏡的圖像平面(IS),該折射投影透鏡包含多個透鏡元件,該等透鏡元件沿光軸(OA)配置在物件平面(OS)和圖像平面(IS)之間,其具體實施使得通過透鏡元件能夠將配置在物件平面中的圖案成像到圖像平面中,其中一光闌位置(BP)適於附接位於物件平面與圖像平面之間的孔徑光闌(AS),一成像主射線在光闌位置處相交光軸,該等透鏡元件包含至少一燧石透鏡元件,其由具有一相對低阿貝數(Abbe number)的第一材料製成;及至少一冕牌玻璃透鏡元件,其由具有阿貝數高於該第一材料的第二材料製成。一具有正折射力的冕牌玻璃透鏡元件與至少一具有負折射力的燧石透鏡元件且不超過兩具有負折射力的燧石透鏡元件(L16)係配置在光闌位置(BP)周圍的光闌區域(BB)中,其中條件

Description

投影透鏡、投影曝光裝置及投影曝光方法
[交互參照]
以下揭露內容是在2022年1月31日所申請第102022201001.9號德國專利申請案,其通過援引併入本申請案供參考。
本發明有關一種折射投影透鏡,其藉由工作波長在大於280 nm紫外線範圍內的電磁輻射將配置在投影透鏡的物件平面中的圖案成像到投影透鏡的圖像平面中;一種具有影透鏡的投影曝光裝置;及一種藉助於該影透鏡實現的投影曝光方法。
微影投影曝光方法現階段主要用於生產半導體元件和其他精細結構化元件,例如用於微影光罩。在此,使用光罩(倍縮光罩)或其他圖案生成器件,其承載或形成待成像結構的圖案,例如半導體元件層的線圖案。該圖案位於投影曝光裝置中的照明系統和投影透鏡之間的投影透鏡的物平面區域中,並且由照明系統提供的照明輻射進行照明。由圖案修改的輻射作為投影輻射利用投影透鏡傳播,所述投影透鏡將圖案成像到待曝光的基板上。基板的表面配置在投影透鏡的圖像平面中,圖像平面與物件平面光學共軛。基板通常塗覆輻射靈敏層(抗蝕劑、光阻劑)。
通常,半導體元件製造商對關鍵結構和非關鍵結構的暴露要求不同。目前,關鍵結構,即精細結構,主要使用折射或折反射浸漬系統生產以深紫外線範圍(DUV)的工作波長工作,特別是約193 nm。到目前為止,最精細的結構是使用EUV系統曝光。這些是僅使用反射組件構造的投影曝光裝置,其工作波長在約5 nm和20 nm之間的極紫外線範圍(EUV)內操作,例如約13.4 mm。
非關鍵結構,即較粗糙的結構,可使用更簡單且更具成本效益的系統進行曝光。
為了生產典型結構尺寸明顯大於150 nm的中臨界或非臨界層,通常使用設計成用於工作波長在約280 nm到約400 nm的紫外線範圍內的投影曝光裝置來進行工作。在這個波長範圍內,通常使用折射投影透鏡,由於其關於光軸的旋轉對稱性,很容易控制其生產。
工作波長為365.5 nm ± 2 nm的投影曝光裝置(所謂的i-line系統)特別經常用於這些應用。其使用汞蒸氣燈的i-線,藉助濾波器或以任何其他方式將其自然全帶寬限制成使用較窄的帶寬Δλ,例如約4 nm。投影時使用波段較寬的紫外線,使得投影透鏡必須對色差進行較強的校正,以確保即使在寬帶投影光的情況下也能在所追求的分辨率下實現低像差成像。為了獲得足夠的成像品質,必須特別校正縱向色差(CHL)。
對於以寬帶方式操作的折射投影透鏡,具有足夠不同色散特性的不同透鏡元件材料用於顏色校正(即,為了校正色差),所述透鏡元件材料必須在投影透鏡內分佈到具有不同射線高度比的區域中。典型的i-線投影透鏡中使用的透明材料具體包括:合成熔融石英(SiO 2)和特種玻璃,由德國美因茨的肖特公司以品名FK5、LF5和LLF1進行市售。在這些光學玻璃中,合成熔融石英和FK5玻璃是色散相對較低的玻璃(冕牌玻璃)的典型代表,而玻璃LF5和LLF1則是色散比較高的玻璃(燧石玻璃)的典型代表。其他製造商為其眼鏡類型提供不同的品名。
因此,在本發明中,由冕牌玻璃製成的透鏡元件稱為「冕牌玻璃透鏡元件」並且由燧石玻璃製成的透鏡元件也稱為「燧石透鏡元件」。
如前所述,至少最低階的縱向色差,即所謂的「初級光譜」,必須在這些系統中得到完全校正。專業文獻已經揭示如何藉助冕牌玻璃透鏡元件和燧石透鏡元件在光學成像系統中校正最低階縱向色差,例如來自Volker Witt,「Wie funktionieren Achromat und Apochromat」,Sterne und Weltraum 10/2005,第72-75頁(http://rohr.aiax.de/SUW_2005_10_S072.pdf)。從這文獻可明顯看出,至少使用一發散燧石透鏡元件和一會聚冕牌玻璃透鏡元件是校正成像系統的縱向色差所必需的。
如果將此教示應用於投影透鏡,可推斷,利用使用至少一正折射力的冕牌玻璃透鏡和至少一負折射力的燧石透鏡的組合,可校正縱向色差。該透鏡元件對應配置在光學成像系統的成像邊緣射線具有盡可能大的射線高度(Marginal ray height)的區域中。通常,這是在系統光闌附近的光闌區域中的情況。
追蹤折射i-線投影透鏡的不同設計數量幾乎是不可能的。專利文獻US 6,806,942 和 US 5,930,049已揭示多個實例。
專利文獻中已知的許多i-線投影透鏡實例的共同點,其中既沒有指定玻璃的類型也沒有指定玻璃的色散,只有設計表中出現了玻璃的主折射率。其中部分使用了許多具有不同折射率的不同玻璃。根據所用材料的折射率對系統進行分析,並假設折射率高的玻璃是類似燧石玻璃,而折射率較低的玻璃是類似冕牌玻璃。假設這種劃分為冕牌眼鏡和燧石眼鏡是合理的,似乎可確認的是,為了校正縱向色差,在系統光闌附近系統使用了主要具有正折射率的冕牌透鏡元件和至少一具有更大負折射率的燧石透鏡元件。
此外,可確定一趨勢,其中許多分析的投影透鏡包含許多具有高折射率的其他透鏡元件(即,假定為燧石透鏡元件);例如,在專利文獻US 5,930,049的投影透鏡中的31個透鏡元件中,只有8個透鏡元件由較低折射率(n = 1.488)材料組成(可能是熔融石英;n365 = 1.47455),而其餘23個透鏡元件由較高折射率(n = 1.613)材料的製成(可能是LF5,n365 = 1.619262)。
本發明的一目的是提供一種投影透鏡,一種投影曝光裝置和一種投影曝光方法,其使用工作波長在大於280 nm的紫外線範圍內的UV輻射進行操作,特別是汞i-線的紫外線輻射,可實現高通量率。
為了解決這個問題,本發明提供了一種具有如請求項1所述之特徵的折射投影透鏡。此外,提供具有如請求項11所述之特徵的投影曝光裝置及具有如請求項14所述之特徵的投影曝光方法。有利的改善結構在附屬請求項中說明。所有請求項的用語通過援引併入說明書的內容中供參考。
根據本發明請求的用語,提供一種折射投影透鏡,其實施為利用工作波長在大於280 nm的紫外線範圍內的電磁輻射將配置在投影透鏡的物件平面中的圖案成像到投影透鏡的圖像平面中。所有具有折射能力的光學元件都是透鏡元件,即折射光學元件。換句話說。投影透鏡僅包含透鏡,且不包括具有光功率的繞射光學元件(DOE)。沿光軸將透鏡配置在物件平面和圖像平面之間,整體實施以進行該成像。一適合安裝孔徑光闌的光闌位置係位於物件平面和圖像平面之間,一成像的主射線在光闌位置與光軸相交。該等透鏡元件包含至少一燧石透鏡元件,其由具有相對較低阿貝數的第一材料製成;及至少一冕牌玻璃透鏡元件,其由阿貝數高於第一材料的第二材料製成。至少一具有正折射力的冕牌玻璃透鏡和至少一具有負折射力的燧石透鏡,但不超過兩具有負折射力的燧石透鏡配置在光闌位置周圍的光闌區域中。
區別光闌區域在於,成像的主射線高度CRH和邊緣射線高度MRH之間的射線高度比CRH/MRH符合條件 。因此,光闌區域是邊緣射線高度大於主射線高度的區域。
因此,在光闌區域中配置不超過兩由第一材料製成的負透鏡元件,除了至少一由第二材料製成的正透鏡元件之外,還必須存在至少一由第一材料製成的負透鏡元件。
本發明特別基於以下考慮:透鏡的各個透鏡元件必須由燧石材料製造以校正通用成像光學系統的色差,例如投影透鏡,特別是校正其縱向色差。然而,燧石材料具有許多不良特性。舉例來說,燧石玻璃通常使得其所用光的透射率降低,這等同於增加吸收率。這可能會導致不需要的副作用,例如透鏡加熱及/或材料壓實。此外,目前波長範圍在365 nm左右的透明燧石材料都含有相當大比例的鉛和其他重金屬,因此只有獲得特別授權才能使用這些玻璃。目前幾乎沒有等效的無鉛替代玻璃。因此,相較於現有技術,開發使用更少燧石透鏡元件的通用投影透鏡是有幫助的。
在具有較大邊緣射線高度的區域中的負折射力燧石透鏡元件可以特別有效地有助於顏色校正,特別是校正縱向色差CHL,因為對於第一估計,透鏡元件的縱向色差CHL與透鏡元件位置處的邊緣射線高度的平方成正比(與折射力成正比,與透鏡元件的阿貝數成反比)。然而,本發明僅教示了減少這些校正構件的應用。
藉由限制使用燧石透鏡元件,相較於具有許多燧石透鏡元件的傳統系統,可增加總透射率,因此可能具有更高的生產率。此外,可降低透鏡加熱的趨勢。
根據一發展因此,利用具有大於4:1的成像比例,即( )的投影透鏡,實現了獲得廣受歡迎優勢的促成因素。舉例來說,成像比例可以是2:1( )或更小,也可選擇1:1( )。這種透鏡的縮小比例並不像傳統的i-線投影透鏡那樣顯著,後者的縮小比例通常設計為4:1或5:1。該方法特別基於以下考慮:相較於具有更多減少量( 或更小)的投影透鏡,可增加系統通量可以增加。在幾何光展量LLW恆定的情況下,像側數值孔徑NA和瑞利(Rayleigh)單元會減少,因此景深範圍會增加。因此,系統對縱向像差(例如散焦、像散或場曲)變得不靈敏。在某些情況下,這可能可顯著減少或完全免除珀茲伐和(Petzval sum)的色差校正。反之,其直接影響了透鏡內絕對必要的燧石透鏡元件的數量,並且將該數量維持在相對較小。
幾何光展量LLW可定義為(無尺寸)物側數值孔徑NA O與利用物場高度OBH(以毫米為單位)參數化的物場尺寸的乘積,即
物場高度OBH對應於物場半徑,亦即,包圍那些需要進行光學校正的物場點的最小圓的半徑滿足規範,亦即足夠好。這個圓需要大到能包圍有效物場。
在許多具體實施例中,尤其是在β = -0.5的成像尺度的情況下,像側數值孔徑NA小於0.4,優選應用條件0.1 < NA < 0.4。
在許多具體實施例中,幾何光展量LLW至少為7 mm,優選應用條件10 mm < LLW < 18 mm。
一些具體實施例的區別在於,其僅包含由燧石材料製成的單個負透鏡元件,亦即只有一具有負折射力的燧石透鏡元件。因此,僅使用該校正器件的最小燧石透鏡元件需要量。
在一些具體實施例中甚至是這種由燧石材料製成的負透鏡元件是投影透鏡中唯一的燧石透鏡元件,因此後者僅包含一燧石透鏡元件。因此,將燧石材料的使用量減少到最低限度。
優選上,唯一的燧石透鏡元件是雙凹透鏡元件。在雙凹透鏡元件的情況下,可以利用不太大的入射角達成大折射力(或曲面)。
優選上,所述光闌區域內設置有負折射力的單一燧石透鏡元件,特別是在適用於射線高度比 的條件的區域,甚至 。在大邊緣射線高度區域中的負折射力燧石透鏡元件可以特別有效地有助於顏色校正,特別是縱向色差CHL的校正,由於透鏡的縱向色差CHL與透鏡所在位置的邊緣射線高度的平方成正比(與透鏡的折射力成正比,與透鏡的阿貝數成反比)。因此明顯促成校正色差,特別是縱向色差。
由燧石材料製成的所有透鏡元件的具體實施例都是負透鏡元件。還有一些具體實施例,其中沒有提供由燧石材料製成的正透鏡元件。也有一些實例,其中只提供恰好兩燧石透鏡元件。
在藉由在光闌區域使用至少一具有負折射力的燧石透鏡元件校正最低階縱向色差(「初級光譜」)之後,像場曲率的色差仍然是限制色差。因此,使用至少一由燧石材料製成的正透鏡元件可能是有利的,特別是考慮到校正像場扭曲的色差。
像場平坦化是具有大像場的投影透鏡對於光學質量的重要要求。為此的要求在於,投影透鏡的珀茲伐和(Petzval sum)盡可能小,特別是零。對於主要由某種材料組成的光學系統(例如,冕牌玻璃,如FK5或合成熔融石英)帶有一些由第二材料製成的透鏡元件(在本例中為燧石玻璃,例如LF5),發明人發現可以推導出在每個材料組內盡可能校正珀茲伐和的需求。如果僅使用由燧石玻璃製成的色散負透鏡元件,則無法滿足這一點。因此,一些具體實施例規定投影透鏡包含至少一由第一材料製成的具有正折射力的透鏡元件(會聚透鏡),亦即至少一正燧石透鏡元件。這可使得珀茲伐和的色變足夠小或消失。
使用由燧石材料製成的正透鏡元件是利用由燧石材料製成的負透鏡元件校正縱向色差CHL的障礙。因此,應在射束路徑中邊緣射線高度較小的點使用正透鏡元件,為了對縱向色差的校正做出些微貢獻。這是在場平面的光學附近的情況,亦即,在物平面附近、在像平面附近,或者如果中間圖像在像平面的物平面之間產生,則在中間像平面的光學附近。優選上,在區域中配置由燧石材料製成的正透鏡元件其中成像的射線高度比 大於0.5、或者大於0.7、或者大於1、或者大於2。
根據一種發展因此,投影透鏡實施為單一束腰系統。這包含一接近物件平面的具有正折射力的第一透鏡元件組;一在第一透鏡組之後具有負折射力的第二透鏡元件組,用於在物平面和像平面之間的最小射線高度區域周圍產生束腰;一在第二透鏡元件組之後具有正折射力的第三透鏡元件組,且位於第二透鏡元件組與光闌位置之間;及一具有正折射力的第四透鏡元件組,位於光闌位置與圖像平面之間。因此,可實現折射力序列P-N-P-P,其中「P」代表整體具有正折射力的透鏡元件組「N」表示整體為負折射力的透鏡元件組。可將投影透鏡實施成除了上述四個透鏡元件組之外不存在另外的透鏡元件組。接著,第一透鏡元件組緊隨物件平面。
為了獲得更高的數值孔徑,若物件平面與第一透鏡元件組之間配置一前負群組,該前負群組具有至少一具有負折射力的透鏡,可能是有利的。因此,折射力序列N-P-N-P-P是可實現的。如果將投影透鏡設計為單一束腰系統,則在整體結構小型化的情況下有利於珀茲伐校正(Petzval correction)。
一種具有特別實用特性的投影透鏡的特徵在於,一投影透鏡實施成具有折射力序列N-P-N-P-P的單一束腰系統、一像側數值孔徑NA的範圍是0.2 < NA < 4、一成像比例量級為2:1( )或更小、及一幾何光展量LLW的範圍是10 mm < LLW < 18 mm,並且僅包含一具有負折射力的單一燧石透鏡元件。
優選上,投影曝光裝置,以及投影透鏡也設計成用於在汞蒸氣燈的i-線處輻射(中心工作波長約365.5 nm,選擇性具有數 nm的受限帶寬)。i-線系統使用汞蒸氣燈作為光源,僅使用i-線輻射進行成像。特別為了這些強大的光源設置合適的透鏡塗層和良好的光阻劑,因此在這態樣有可能已建立在早期發展的基礎上。然而,也可使用其他光源及/或其他UV工作波長。舉例來說,可同時使用汞蒸氣燈的兩或三條線(在約436 nm、在約405 nm和在約365 nm處的g-線、h-線和i-線)如果投影透鏡以相應的寬帶方式進行校正。或者,可使用例如約355 nm的三倍頻Nd:YAG 雷射器。再者,還有各種發射360與400 nm之間波長的LED光源。選擇上,發射範圍也可略微進行調整。
圖1示出微影投影曝光裝置WST的示例,其可用於生產半導體元件和其他精細結構元件,並使用紫外線(UV)範圍內的光或電磁輻射工作為了獲得低至幾分之一微米的分辨率。將汞蒸氣燈用作初級輻射源或用作光源LS。所述燈發射寬光譜,在質心波長約為436 nm的波長範圍內具有相對高強度I的發射線(可見光、藍色、g-線),約405 nm(可見光、紫色、h-線)和約365.5 nm(近紫外線、UV-A、i-線)。在示意圖I(λ)圖中說明了這部分光譜。
投影曝光裝置是僅使用來自i-線的光的i-線系統,即中心工作波長約365.5 nm附近的UV光。i-線的自然全帶寬藉助濾波器或以任何其他方式被限制為更窄的使用帶寬Δλ,例如約5 nm。
在其出射面ES處,配置在光源LS下游的照明系統ILL產生大的、界限分明且基本上均勻照明的照明場,其適應光路徑下游設置的投影透鏡PO的遠心度要求。照明系統ILL具有用於設置不同照明模式(照明設置)的器件,並且,例如,其可在具有不同相干度σ的傳統軸上照明和離軸照明之間切換。
那些接收來自光源LS的光並由光形成照明輻射的光學組件是投影曝光裝置的照明系統ILL的一部分,該照明輻射被引導到倍縮光罩M。
配置在照明系統下游是一用於固持並操縱光罩M(倍縮光罩)器件RS,其中配置在倍縮光罩上的圖案位於投影透鏡PO的物件平面OS中,其與照明系統的出射平面ES重合,這裡也稱為倍縮光罩平面OS。
倍縮光罩平面OS的下游是投影透鏡PO,即成像系統,其以定義的成像比例,例如以縮小比例1:2( ),將配置在光罩M處的圖案的圖像予以成像到塗覆光阻層的基板W上,其感光基板表面SS位於投影透鏡PO的像平面IS的區域中。
欲曝光的基板,在示例性情況下是半導體晶圓W,由也稱為「晶圓台」的器件WS所固持。
照明系統ILL產生的照明場定義了投影曝光期間使用的有效物場OF。在示例性情況下,後者是矩形,其具有平行於y方向測量的高度A*並且其具有與其垂直(在x方向上)測量的寬度B*,B* < A*。長寬比AR = B*/A*約為104/132。有效物場位於光軸的中心(正軸場)。使用具有此場尺寸的系統,可以單曝光步驟中將典型6”倍縮光罩用於成像。
然而,也經常使用掃描系統;其物場小於104 x 132 mm²,例如只有104 x 28 mm²。
與有效物場光學共軛的圖像平面IS中的有效像場具有與有效物場相同的形式和相同的高度B和寬度A之間的長寬比,但是,在具有縮小作用的投影透鏡( )的情況下,絕對場尺寸減少了投影透鏡的成像比例β,亦即 。在1:1系統(成像比例 )的情況下,像場的大小等於有效物場的大小。
如果像場的場尺寸為26 x 33 mm,則無需掃描即可在單曝光步驟中曝光完整的「晶粒」。術語「晶粒」表示半導體和微系統技術中的單未封裝件半導體晶圓。因此,投影曝光裝置可設計為用於重複步進製程的晶圓步進器。可省略執行晶粒曝光的掃描操作的器件。一投影曝光裝置也可設計為一用於步進掃描製程的晶圓掃描儀。然後應該提供用於執行晶粒曝光的掃描操作的器件。
在旋轉對稱系統中,以光軸OA為中心,涵蓋有效物場OF並接觸其角落的圓係指定在所有場點處的光學校正必須滿足規範的物場大小。這也適用於有效物場中的所有場點。像差的校正變得越複雜,這個物場就必須越大。在這情況下,圓的大小由物場半徑OBH或物場直徑OBH的一半參數化,其同時對應於物場點的最大場高度。
為了更佳理解下面描述的示例性具體實施例的重要態樣,且為了闡明本申請中使用的術語及其含義,首先針對關於色差及其在折射光學系統中的校正進行解釋。
色差是由於透明光學材料的折射率n作為波長λ的函數而變化進而產生的光學系統的成像像差。此依賴性dn/dλ稱為光學材料的色散。通常,較短波長跟較長波長對比來說,波長越短,光學材料的折射率越大。
色差可細分為各種類別。第一類色差考慮了這樣一事實,即在近軸區域(在光軸上)為每個波長生成專用圖像,並且這些圖像可能會根據其沿光軸的位置、其形式及/或其大小而產生變化。第一類色差包括縱向色差CHL(軸向色像差,光軸色AX)和倍率色差或倍率色差CHV(橫向色差LAT)。
縱向色差是作為波長函數的近軸焦點位置的縱向像差。如果較短波長的折射率大於較長波長的折射率,則較短波長在每個光學表面的折射更強,因此,例如,在簡單的正透鏡元件的情況下,相對較短波長的射線聚集在比相對較長波長的焦點更靠近透鏡元件的焦點位置處。兩焦點之間沿透鏡元件光軸的近軸距離是縱向色差。如果較短波長的射線焦點位置比較長波長的射線焦點位置更靠近成像系統,則縱向色差通常稱為「尚須校正」或「負校正」。
如果成像系統針對不同波長形成不同尺寸的圖像或離軸點的圖像形成色帶,則存在放大倍率色差或放大倍率色差(CHV)。可藉由不同波長的近軸圖像高度之間的橫向距離來量化放大倍率的色差。
所用光學材料的色散,即折射率的色變,也可能引起單色像差的變化,單色像差可能合併為第二類色差。例如,這些包括球面像差的色差、場曲的色差等。
為了進一步特徵化可能的像差,考慮使用來自寬帶輻射源的光進行成像,後者在中心波長λ附近發射具有不同波長的光,其中可由光譜帶寬Δλ(半峰全寬)表示輻射分佈。通常,隨著光譜帶寬Δλ的增加,色差的程度也會增加。對於光譜帶寬內的三個波長,可藉助沿著光軸的不同波長的焦點位置來表示出色差。這三個波長分量具有波長λ 1、λ 2和λ 3,其中λ 1< λ 2< λ 3
縱向色差CHL的大小則對應於沿著不同波長聚焦的光軸的焦距範圍的最大長度。通常,多個波長中的一者係聚焦比其他波長更靠近於成像系統。最近的波長焦點位置和最遠的波長焦點位置之間的距離對應於寬帶光源成像系統的縱向色差的大小。中心波長λ沿光軸的焦點位置可認為是焦距範圍內的像面。
近軸焦點位置隨波長的變化通常以冪級數展開。在這情況下,線性部分稱為「初級光譜」,二次部分稱為「次級光譜」,此外,還可利用三次部分定義「三級光譜」。
可通過組合由具有不同色散的不同光學材料組成的會聚和發散透鏡元件來校正初級光譜。更具體係,可校正縱向色差,使得兩不同波長的近軸焦平面,例如光譜範圍的最小波長λ 1和最大波長λ 3,在光軸上重合。這種光學成像系統在本申請案也稱為「消色差化」或「消色差透鏡」。
通常,對於校正未擷取的其他波長會保留縱向色差餘數。這種縱向色差餘數通常就是「次級光譜」。
在某些情況下,還可藉由選擇合適的光學材料、透鏡元件尺寸、距離和折射力等來校正次級光譜。可將次級光譜校正成所考慮的波長範圍的所有三個波長λ 1、λ 2和λ 3的焦點位置位於相同的軸向位置;僅依次保留「三級光譜」。在本申請中,次級光譜也被校正的光學系統也稱為「複消色差校正」或「複消色差透鏡」。
換句話說,在消色差成像系統的情況下,兩間隔開的波長的縱向色差變得非常小(可能低至零值)。在複消色差光學成像系統的情況下,三個光譜間隔波長的縱向色差變得非常小(可能低至零值)。
用於與光譜寬帶光源一起工作的折射投影透鏡中,不同透鏡元件材料的阿貝數差異盡可能大到可用於校正色差。阿貝數v有助於表示出材料在相關波長範圍內的色散特性。例如,可使用以下公式計算材料的阿貝數: ,其中n 1、n 2和n 3是適用波長為λ 1、λ 2和λ 3以及λ 1< λ 2< λ 3的材料折射率。一般來說,阿貝數低代表材料色散比較強,阿貝數高代表材料色散比較弱。因此,阿貝數有時也稱為「倒數相對色散」。
在這情況下,阿貝數v Hg應該與紫外光譜範圍的範圍有關。為此,使用了汞譜線的折射率n 1、n 2、n 3,分別在365.0(n 1是i-線)、404.7(n 2是h-線)和435.8 nm(n 3是g-線)。所用玻璃的阿貝值列於表10中。
根據折射率和阿貝數,可將用於汞蒸氣燈發射線工作波長的透鏡元件材料分為不同的三組。第一組包括阿貝數在40到70範圍內的材料。本文中,計算波長λ 1= 365.01 nm、波長λ 2= 404.65 nm和波長λ 3= 435.84 nm的阿貝數,對應於汞蒸氣燈的i-線、h-線和g-線的波長。第一組中的材料在汞i-線處的典型折射率在1.46到1.56的範圍內。第一組材料特別包括合成熔融石英(SiO 2)和各種硼矽酸鹽玻璃,諸如BK7玻璃或玻璃K5、K7或FK5。
第二組包含阿貝數大於70的材料。第二組中的一些材料,例如結晶氟化鈣(氟石或CaF 2),具有折射率小於1.46。
第三組包含阿貝數小於40的材料。這些材料的折射率約大於1.56。第三組材料特別包括典型的燧石玻璃,諸如LLF-6玻璃、LLF-1玻璃或LF-5玻璃。
為了利用折射器件減少色差,光學系統應該具有由至少兩種具有不同色散或不同阿貝數的材料製成的透鏡元件。因此,應該組合由具有相對低阿貝數的第一材料製成的第一光學元件和由相較於第一材料具有更高阿貝數的第二材料製成的第二光學元件。
通常,第二組材料用作相關冕牌玻璃材料。通常,第三組材料用作相關燧石材料。第一組材料可以與第三組材料組合用作相對冕牌玻璃材料,並且與第二組材料組合用作相對的燧石材料。舉例來說,結合第三組材料(例如LF5、LLF1、LLF6)的情況下,合成熔融石英(SiO 2)用作相關冕牌玻璃材料。相比之下,如果合成熔融石英結合第二組材料(例如CaF 2),則熔融石英充當相對的燧石材料。
在本申請案的範疇內,具有相對低阿貝數的第一材料也稱為「相對燧石材料」並且具有相對較高阿貝數的第二材料也稱為「相對冕牌玻璃材料」。為簡化起見,採用相對冕牌玻璃材料製成的透鏡元件也簡稱為「冕牌玻璃透鏡」,而由相對燧石材料製成的透鏡在本申請更具體的示例性具體實施例中也簡稱為「燧石透鏡元件」。通常,使用來自第一和第三材料組的材料。
在以下投影透鏡的優選具體實施例的描述中,術語「光軸」表示通過彎曲透鏡元件表面曲率中心的直線。在示例中,物件是具有積體電路圖案的光罩(倍縮光罩);其也可能與不同的圖案有關,例如光柵。在示例中,圖像被投影到具有光阻層的晶圓上,該晶圓充當基板。其他基材也是可能的,例如用於液晶顯示器的元件或用於光柵的基板。
根據成像的輪廓和主射線與邊緣射線之間的態樣和關係可闡明一些特性。在這情況下,主射線CR是指從物場的邊緣點開始並且在光瞳平面的區域中與光軸相交的射線,亦即,在適合安裝孔徑光闌(AS)的光闌位置區域中。本申請意義上的邊緣射線MR從物場的中心通向孔徑光闌的邊緣。這些射線與光軸的垂直距離產生相應的射線高度。就本申請提及「邊緣射線高度(MRH)」或「主射線高度(CRH)」而言,這分別指的是近軸邊緣射線高度和近軸主射線高度。
術語「光闌區域」表示光闌位置周圍的區域(即光闌位置的上游和下游),其中成像的主射線高度CRH與邊緣射線高度MRH的射線高度比 小於1。因此,相對較大的邊緣射線高度出現在光闌區域中。
在圖式中,冕牌玻璃透鏡元件(特別是熔融石英透鏡元件或由FK5製成的透鏡元件)係由開口透鏡元件表示。燧石透鏡(特別是由LF5或LLF1製成的透鏡)係由剖面線透鏡表示。非球面表面係由非球面短劃標記。
實施方式結尾彙集的表格中載明圖式中所示的投影透鏡的規格,表格中的編號分別對應到相對圖式中的標號。
表2至8採用表格形式總結了相對設計的規範。在這情況下,「SURF」欄指出折射表面或以其他方式所區分表面的數值、「RADIUS」欄指出表面的半徑r(以毫米為單位)、「THICKNESS」欄指出距離d,指定為表面與接續表面之間的厚度(以毫米為單位)、「MATERIAL」欄指出光學元件的材料。「INDEX1」、「INDEX2」和「INDEX3」欄分別指出材料在波長365.5 nm(INDEX1)、波長364.5 nm(INDEX2)和波長366.5 nm(INDEX3)處的折射率。「SEMIDIAM」欄指出透鏡元件(以毫米為單位)或光學元件的可用自由半徑或自由光學半直徑。半徑r=0(在「RADIUS」欄中)對應於平面。一些光學表面是非球面。「A」結尾的表格標號指出對應的非球面數據,其中非球面是根據以下規格計算出: p(h)=[((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2))]+C1*h4+C2*h6+....
在這情況下,半徑的倒數(1/r)指出表面曲率,h指出表面點與光軸之間的距離(即射束高度)。因此,p(h)指出矢高,即在z方向(光軸方向)上,表面點和表面頂點之間的距離。係數K、C1、C2、...在表中以結尾「A」表示。
表9為示例性具體實施例的重要設計參數的匯總。
在以下示例性具體實施例的描述中,相同或對應特徵件在所有圖式中使用相同或相同的參考符號。透鏡元件按照從物件平面到圖像平面的順序進行標號,因此,例如,透鏡元件L1是緊接續在物件平面之後的第一透鏡元件。為清楚起見,不是所有透鏡元件都具有參考標號。
圖2示出具有選定射束的折射投影透鏡200的第一示例性具體實施例的示意性經向透鏡元件剖面圖,用於闡明在工作期間通過投影透鏡的投影輻射的成像射束路徑或投影射束路徑。
投影透鏡用於具有縮小效果的成像系統,其將配置在其物件平面OS中的光罩圖案成像到其圖像平面IS上,直接平行對齊於物件平面,即,不產生中間圖像,並縮小比例,特別是-1:2的比例(成像比例為-0.5)。
在物件平面和圖像平面之間,成像系統的唯一光瞳平面PUP位於光學成像的主射線CR與光軸OA相交的位置。系統的孔徑光闌AS安裝在光瞳平面區域中。因此,適合安裝孔徑光闌的位置在此也稱為光闌位置BP。
光闌區域BB圍繞光闌位置延伸,在所述光闌區域中成像的主射線高度CRH和邊緣射線高度MRH之間的射線高度比適用於條件 。因此,邊緣射線高度高於主射線高度。光學結構可表示如下:
具有正折射力的第一透鏡元件組LG1和總共四個透鏡元件L1-L4緊隨物件平面OS。第一透鏡元件組匯集來自物件平面的多個場點的射線,並因此至少概略在投影射束路徑中形成凸起。
具有負折射力的第二透鏡元件組LG2緊跟著第一透鏡元件組LG1。該第二透鏡元件組包含兩透鏡元件L5和L6,並在投影射束路徑中的物件平面OS和圖像平面IS之間的邊緣射線高度的局部最小值附近產生束腰。
具有正折射力的第三透鏡元件組LG3緊跟在第二透鏡元件組LG2之後,該第三透鏡元件組LG3具有正折射力並且共有兩透鏡元件L7至L8。第三透鏡元件組的透鏡配置在第二透鏡元件組LG2和適於安裝孔徑光闌AS的光闌位置之間。
整體具有正折射力的第四透鏡元件組LG4位於光闌位置與圖像平面IS之間。第四透鏡元件組LG4包含具有折射力的六個透鏡L9-L14。
因此,投影透鏡具有P-N-P-P折射力序列的特徵,其中「P」代表具有正折射力的透鏡元件組,「N」代表具有負折射力的透鏡元件組。在靠近物件的凸起(在LG1處)和靠近圖像的凸起(在LG3和LG4處)之間的第二負透鏡元件組LG2的區域中只有單一明顯束腰。單一束腰系統的設計有助於珀茲伐校正。
有一例外(雙凹負透鏡元件L8),所有透鏡元件均由冕牌玻璃組成,特別是合成熔融石英(SiO 2,在表2中縮寫為SILUV),亦即,阿貝數v Hg≈ 60的第一組材料,或者表示為FK5的透鏡元件材料,也就是具有阿貝數v Hg≈ 52的第一組透鏡元件材料。
對照下,(雙凹負透鏡元件L8)是燧石透鏡元件;其係由標號LF5的燧石玻璃所組成,亦即具有相對低阿貝數v Hg≈ 31的第三組透鏡材料。
第一示例性具體實施例包含在像側數值孔徑NA = 0.18的情況下OBH = 84 mm的步進曝光場;成像比例為-0.5x。唯一必要的燧石透鏡元件是緊鄰孔徑光闌的透鏡元件L8。其約位於最大邊緣射線高度的位置,並結合透鏡元件L7至L11,對於縱向色差的校正具有決定性作用。由於像場數值孔徑非常適中,因此可免除珀茲伐和的色差校正,因此,唯一需要的燧石透鏡元件是緊鄰孔徑光闌且概略位於最大邊緣射線高度點處的透鏡元件L8。
在以下示例性具體實施例中,相同的附圖標號用於對應或相似的特徵件,為了清楚起見,不再單獨提及這些特徵。
第二示例性具體實施例(圖3,投影透鏡300)同樣是單一束腰系統。然而,這裡達成折射力序列N-P-N-P-P。為此,在物件平面OS和第一透鏡元件組LG1之間配置了具有兩透鏡元件(雙凸正透鏡元件L1和雙凹負透鏡元件L2)的前負群組NV,整體具有正折射力。這種在物件平面附近的負群組能夠在軸向短長度處形成接續的凸起,因此有利於緊密配置的結構形狀。
第二示例性具體實施例中系統的光展量相對於第一示例性具體實施例略有增加,但主要分佈顯著不同。當物場半徑減小到掃描儀場(OBH = 59 mm)時,系統的像側數值孔徑增加了一倍以上,達到NA = 0.38。儘管如此,在這情況下,也可使用所需最少數量的燧石透鏡元件實施適當校正的光學設計。22個透鏡元件L1至L22中只有一單透鏡元件是燧石透鏡元件,具體而言是在孔徑光闌AS附近的最高邊緣射線高度區域中的雙凹負透鏡元件L16。與相鄰的正透鏡元件L15、L17、L18一起,該負透鏡元件L16再次採取縱向色差的校正。
在第三示例性具體實施例(圖4,投影透鏡400)中,第二示例性具體實施例(圖3)有另一燧石鏡元件作為輔助。後者是像側凸負凹凸透鏡元件L19。因此,縱向色差的校正分佈在兩燧石透鏡元件與圍繞其冕牌玻璃材料製成的正透鏡元件之間。兩燧石透鏡元件的單獨折射能力小於圖3中單獨燧石透鏡元件的折射能力,這導致示例性具體實施例的鬆弛。
第四示例性具體實施例(圖5,投影透鏡500)是對稱的1:1系統(成像比例β = -1),其中光闌上游和下游的每個系統組件僅使用一燧石透鏡元件。在這情況下,還可設計成正好使用一由燧石材料製成的負透鏡元件,並具有顯著的折射力,恰好在物件和圖像表面之間的正中。然而,這將導致無法到達同一位置的光闌。因此,考慮到設計的對稱性和所需的光闌可達性,這裡使用兩發散燧石透鏡元件。
圖5中的投影透鏡相對於光闌平面具有鏡像對稱性。光闌平面配置在物場(倍縮光罩)和像場(晶圓)之間的中間。這意味著出現在光闌上游的第一透鏡部分中的每個透鏡元件(在物平面和光闌平面之間)具有以鏡像對稱方式配置在光闌下游的第二透鏡部分中的相同設計的對應部分。
該設計提供或設計用於光波長為365 nm和帶寬為幾nm。因此,初級光譜(縱向色差)的縱向校正已足夠。這是由孔徑光闌附近的發散快速透鏡元件引起的(即,在邊緣射線高度較大的情況下)。如果不使用具有異常部分色散的材料作為燧石材料,則在縱向方向上自動設置次級光譜。這是可用材料(諸如LF5或LLF1)的情況。
由於NA為0.18,非常適中,指定場深度量的瑞利單位(Rayleigh unit)RU=λ/NA2非常大,因此殘餘的次級光譜仍然可忽略不計。利用結構的對稱性,本質上校正橫向色差,就像畸變和彗形像差及其色差一樣。因此,不需為此設置單獨的校正構件。
到目前為止,所使用的燧石材料僅校正了主要的縱向色差。然而,由於燧石材料中多餘的負折射力,無法同時校正珀茲伐和的色差。以下解釋應有助於理解可能的校正構件。
大像場投影透鏡設計的重要需求是像場平坦化。此態樣的一要求是透鏡的珀茲伐和消失。下方等式可得出珀茲伐和PTZ: 其中 表示光學系統中表面的折射率(系統由 表面描述), 表示第 表面的半徑和 表示表面上游和下游的折射率。
如果系統由空氣中的一系列 透鏡元件組成( = 1),則可以簡單地寫成:
如果這是單一材料系統,亦即所有透鏡元件均由相同材料製成,則可以從總和中提取所有透鏡元件共有的折射率𝑛,並獲得以下結果:
為了讓珀茲伐和變為零,則需要讓透鏡元件曲率差的和變為零: 對於單一材料系統
現在,應該考慮珀茲伐和隨波長的變化。波長的變化會改變材料的折射率。因此,空氣中的透鏡元件會出現以下情況:
因此,整個系統的珀茲伐和變化如下:
這裡同樣適用以下內容:如果這是僅由一種材料組成的系統,則可以將折射率拉到總和前,並獲得以下內容:
如果單一材料系統的珀茲伐和消失( )由此可 見,隨著波長的變化也消失了。珀茲伐校正的折射單一材料系統因此不會表現出珀茲伐和隨著波長的變化。
如果存在包含材料A和B的雙材料系統,則珀茲伐和及其顏色變化如下:
然而,在這情況下,要求珀茲伐和及其色度變化同時消失,等同於在個別材料中透鏡元件的徑向差異之和消失:
對於主要由一材料(冕牌玻璃,例如FK5)和少量由第二材料(燧石玻璃,例如LF5)製成的透鏡元件組成的光學系統,這意味著必須在每個材料組中校正珀茲伐和。如果僅使用燧石製成的色散負透鏡元件,這是不可能達成的。為了讓珀茲伐和的色差完全消失,此設計中還必須使用至少一由燧石製成的會聚透鏡元件。
在以下示例性具體實施例中,通過額外引入額外的燧石透鏡元件,特別是具有正折射力的燧石透鏡元件,來實現該方法。然而,此會聚燧石透鏡元件不利於校正縱向色差。為了盡量減少對於縱向色差校正的不利影響,聚光燧石透鏡元件應優選使用在設計中邊緣射線高度盡可能小的點處。特別是在倍縮光罩或晶圓附近的情況,即在靠近光場的位置。
在第五示例性具體實施例(圖6,投影透鏡600)中,具有正折射力的燧石透鏡元件已被用在晶圓附近。
然而,作為第五示例性具體實施例的實際上等效替代,具有正折射力的附加燧石透鏡元件也可用在光罩附近,例如作為前負群組NV的一部分,具體上作為此設計的第一透鏡元件L1。這已在第六示例性具體實施例中描述(圖7,投影透鏡700)。其餘參數與圖5的描述相同。
第七示例性具體實施例(圖8,投影透鏡800)可被認為是第一示例性具體實施例的變體。在這情況下,除了第一示例性具體實施例之外,在倍縮光罩附近使用進一步燧石透鏡元件。這實質上用於校正珀茲伐和的色變;然而,這在當前的小數值孔徑(0.18)的情況下不是強制性的。
此外,該第一燧石透鏡元件的使用還顯著簡化了倍縮光罩下游的第一透鏡元件組LG1;相較於第一示例性具體實施例,由於有燧石透鏡元件,可節省非球面和兩透鏡元件。這是由於具有較高折射率的燧石透鏡元件顯著簡化了像差校正,儘管個體折射力增加了。
示例性具體實施例以示例的方式證實發明人已經成功開發減少使用燧石透鏡元件的i-線透鏡。雖然汞蒸氣燈的i-線「只是」一發射線,但即使具有例如5 nm的帶寬限制,但其帶寬仍然如此之大以至於不可避免要校正成像系統的縱向色差,至少在最低等級,亦即校正初級光譜。
相較於現有技術,為了提高系統通量,在所有圖示示例中,成像比例已從先前的4x更改為2x或更小。在恆定幾何光展量LLW的情況下,因此像側數值孔徑減小且瑞利單元和景深範圍增加。因此,系統對縱向像差(諸如散焦、像散或場曲率)變得不靈敏。發明人已經認識到,結果是,可顯著減少或完全免除珀茲伐和的色差校正。這又直接影響投影透鏡內絕對必要的燧石透鏡元件的數量。此數量盡可能保持越小越好。 表2
SURF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 INDEX2 INDEX3 SEMIDIAM.
0 0.00 187.867
1 -1022.737 23.059 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 102.4
2 -241.055 0.998 103.2
3 1240.784 23.227 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 102.0
4 -435.300 0.997 101.6
5 218.892 25.742 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 94.3
6 1641.385 0.997 92.2
7 119.913 24.777 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 79.6
8 176.948 39.143 75.7
9 -1604.000 6.997 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 56.8
10 66.340 42.357 45.7
11 -309.541 6.999 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 41.8
12 95.919 141.481 40.4
13 424.929 23.760 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 57.3
14 -134.912 1.896 57.5
15 -143.506 6.995 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 57.0
16 312.056 1.003 60.2
17 246.766 21.435 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 61.7
18 -305.024 -24.010 63.1
19 0.000 25.004 59.6
20 706.104 19.511 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 65.1
21 -217.137 0.997 66.0
22 272.835 20.973 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 66.6
23 -384.611 73.284 66.1
24 -287.671 6.997 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 52.3
25 149.290 24.510 51.4
26 -114.206 9.691 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 51.7
27 -102.180 128.176 53.4
28 267.377 22.220 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 64.0
29 -276.462 112.956 63.7
30 0.000 0.000 42.0
表2A
非球面 係數
SRF 1 8 9 20 24
K 0 0 0 0 0
C1 -2.905471E-08 -1.281506E-07 -1.556071E-07 -3.641076E-08 -1.498923E-07
C2 1.520543E-12 -2.659340E-12 7.727671E-12 -1.402152E-12 5.018912E-12
C3 -8.093609E-17 4.610291E-18 2.158071E-15 8.903595E-17 -6.938560E-16
C4 5.452992E-21 5.911542E-20 -6.409595E-19 -4.246131E-20 6.455373E-19
C5 -3.177710E-25 -8.869923E-24 1.087318E-22 7.858423E-24 -2.035654E-22
C6 9.194396E-30 6.227802E-28 -6.582243E-27 -6.015826E-28 2.391007E-26
表3
SURF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 INDEX2 INDEX3 SEMIDIAM.
0 0.000 30.998
1 574.354 27.949 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 66.6
2 -169.328 0.998 67.6
3 -290.423 9.999 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 67.1
4 149.446 37.972 68.1
5 -122.698 10.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 68.9
6 760.895 5.044 81.0
7 1066.386 52.340 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 83.6
8 -145.403 0.999 89.8
9 324.611 36.840 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 96.8
10 -394.050 0.991 96.8
11 199.028 33.304 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 91.7
12 -4702.431 1.046 89.0
13 168.206 50.001 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 79.6
14 159.202 22.064 60.3
15 -348.821 7.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 57.6
16 99.885 28.358 51.2
17 -131.675 9.997 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 50.9
18 182.664 0.991 52.9
19 133.563 17.015 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 54.2
20 332.849 29.513 54.3
21 -81.676 7.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 54.7
22 -5766.894 0.997 64.1
23 235.302 42.596 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 70.4
24 -691.296 3.641 76.7
25 12907.091 25.939 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 78.2
26 -214.043 0.999 80.5
27 5554.100 27.735 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 83.0
28 -213.987 2.648 83.9
29 0.000 -1.648 82.4
30 2104.775 31.702 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 82.4
31 -177.451 5.700 83.3
32 -163.991 9.999 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 82.9
33 254.817 6.003 90.5
34 303.690 39.286 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 93.0
35 -316.760 1.000 95.3
36 245.216 42.028 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 102.4
37 -546.933 105.459 102.1
38 -265.857 10.033 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 86.4
39 -506.909 89.137 86.7
40 145.288 35.697 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 79.0
41 -1260.191 0.999 76.5
42 120.779 28.656 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 66.5
43 1456.892 7.536 61.5
44 -910.871 18.663 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 58.0
45 99.268 44.782 44.1
46 0.000 0.000 29.5
表3A
非球面 係數
SRF 4 24 44
K 0 0 0
C1 -1.759884E-07 1.178335E-07 -4.828611E-08
C2 1.332087E-12 1.652666E-12 3.252194E-12
C3 -1.352129E-16 -2.445562E-16 1.990876E-15
C4 -3.328170E-20 6.154285E-21 -1.393938E-18
C5 2.294705E-23 -2.148409E-24 4.731058E-22
C6 -4.394308E-27 3.229681E-28 -8.343049E-26
表4
SURF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 INDEX2 INDEX3 SEMIDIAM.
0 0.000 30.998
1 618.520 28.295 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 66.5
2 -162.515 0.995 67.6
3 -288.476 9.996 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 67.0
4 149.285 40.989 67.9
5 -110.307 9.998 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 68.7
6 597.008 6.114 83.6
7 997.793 52.340 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 86.6
8 -136.990 0.997 91.8
9 332.660 39.581 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 100.7
10 -370.302 0.998 100.8
11 198.558 36.339 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 95.2
12 -2116.332 0.999 92.5
13 159.019 50.000 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 81.0
14 173.929 17.695 61.4
15 -707.130 7.000 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 59.2
16 87.998 28.441 51.1
17 -162.968 9.997 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 50.6
18 246.916 0.996 51.2
19 123.287 15.824 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 52.3
20 232.632 28.830 51.7
21 -79.953 7.000 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 51.8
22 698.006 0.998 59.7
23 228.668 16.442 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 63.5
24 -5645.276 13.331 65.5
25 -438.376 19.178 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 67.7
26 -181.105 0.998 70.9
27 -1355.764 25.006 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 74.4
28 -179.173 6.871 76.3
29 0.000 -5.874 77.7
30 5599.495 31.040 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 77.3
31 -157.276 0.995 77.9
32 -184.765 9.997 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 78.1
33 275.124 5.553 86.3
34 327.888 38.695 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 89.1
35 -265.339 0.998 91.8
36 259.010 46.734 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 100.0
37 -308.882 6.623 100.0
38 -265.397 9.999 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 99.3
39 -643.846 173.069 100.2
40 176.205 39.866 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 95.0
41 -2120.613 0.999 92.8
42 139.847 31.678 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 81.9
43 622.157 30.991 77.1
44 -968.584 9.999 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 60.0
45 176.504 61.418 52.2
46 0.000 0.000 29.5
表4A
非球面 係數
SRF 4 24 44
K 0 0 0
C1 -1.588111E-07 1.697045E-07 -4.780985E-08
C2 9.951823E-13 -6.080106E-13 1.915952E-12
C3 -1.460523E-16 -5.855053E-16 1.401539E-15
C4 -2.966566E-20 5.317821E-20 -9.572622E-19
C5 1.576708E-23 -1.079834E-23 3.217883E-22
C6 -2.877005E-27 1.980469E-27 -5.632038E-26
表5
SURF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 INDEX2 INDEX3 SEMIDIAM.
0 0.000 62.682
1 -198.872 10.002 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 91.5
2 -345.023 1.966 97.2
3 5633.839 43.169 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 102.5
4 -153.777 1.017 103.9
5 219.634 78.585 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 98.6
6 1767.498 45.305 87.8
7 -273.389 7.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 68.6
8 -203.483 20.287 67.0
9 -148.513 7.135 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 62.1
10 125.081 61.409 59.9
11 296.021 11.360 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 69.8
12 448.978 41.370 69.8
13 -106.990 7.007 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 70.6
14 2147.891 1.517 83.4
15 1202.129 41.324 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 86.6
16 -156.211 11.113 89.6
17 471.900 47.256 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 100.2
18 -162.743 0.499 100.7
19 0.000 0.499 97.2
20 162.743 47.256 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 100.7
21 -471.900 11.113 100.2
22 156.211 41.324 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 89.6
23 -1202.129 1.517 86.6
24 -2147.891 7.007 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 83.4
25 106.990 41.370 70.6
26 -448.978 11.360 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 69.8
27 -296.021 61.409 69.8
28 -125.081 7.135 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 59.9
29 148.513 20.287 62.1
30 203.483 7.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 67.0
31 273.389 45.305 68.6
32 -1767.498 78.585 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 87.8
33 -219.634 1.017 98.6
34 153.777 43.169 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 103.9
35 -5633.839 1.966 102.5
36 345.023 10.002 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 97.2
37 198.872 62.682 91.5
38 0.000 0.000 84.0
表5A
非球面 係數
SRF 1 4 6 8 11
K 0 0 0 0 0
C1 1.586127E-07 1.833974E-07 -2.768746E-07 2.673338E-07 8.253842E-08
C2 -2.244469E-11 -1.923555E-11 3.768305E-11 -1.773185E-11 -7.692375E-12
C3 -1.082822E-15 -1.025739E-16 -4.026526E-15 2.850514E-16 7.434177E-16
C4 2.513760E-19 1.494718E-19 3.081434E-19 3.676323E-19 -2.371496E-20
C5 -1.629412E-23 -1.111550E-23 -1.426069E-23 -7.663985E-23 9.439396E-25
C6 8.678998E-28 2.952928E-28 2.809009E-28 7.117838E-27 8.010567E-28
SRF 15 18 20 23 27
K 0 0 0 0 0
C1 1.490578E-08 3.589609E-08 -3.589609E-08 -1.490578E-08 -8.253842E-08
C2 2.062751E-12 1.385523E-12 -1.385523E-12 -2.062751E-12 7.692375E-12
C3 4.239120E-17 4.486214E-17 -4.486214E-17 -4.239120E-17 -7.434177E-16
C4 -1.556541E-20 1.260490E-21 -1.260490E-21 1.556541E-20 2.371496E-20
C5 -3.015174E-26 -1.593465E-26 1.593465E-26 3.015174E-26 -9.439396E-25
C6 3.689769E-29 8.879200E-31 -8.879200E-31 -3.689769E-29 -8.010567E-28
SRF 30 32 34 37
K 0 0 0 0
C1 -2.673338E-07 2.768746E-07 -1.833974E-07 -1.586127E-07
C2 1.773185E-11 -3.768305E-11 1.923555E-11 2.244469E-11
C3 -2.850514E-16 4.026526E-15 1.025739E-16 1.082822E-15
C4 -3.676323E-19 -3.081434E-19 -1.494718E-19 -2.513760E-19
C5 7.663985E-23 1.426069E-23 1.111550E-23 1.629412E-23
C6 -7.117838E-27 -2.809009E-28 -2.952928E-28 -8.678998E-28
表6
SURF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 INDEX2 INDEX3 SEMIDIAM.
0 0.000 34.159
1 1039.648 26.988 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 66.9
2 -163.551 0.999 68.1
3 -333.008 9.999 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 67.6
4 149.697 52.383 68.7
5 -116.826 10.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 71.8
6 497.682 7.602 88.1
7 983.449 52.340 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 91.4
8 -142.860 0.999 96.0
9 409.163 42.290 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 107.1
10 -329.444 1.000 107.5
11 221.017 41.289 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 102.6
12 -832.652 1.005 100.1
13 155.648 28.986 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 85.1
14 208.317 35.560 75.6
15 -962.906 7.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 64.1
16 82.530 30.928 54.0
17 -227.153 10.879 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 53.4
18 266.166 1.000 53.2
19 126.481 23.145 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 53.9
20 189.587 31.408 52.0
21 -77.211 7.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 52.0
22 1013.898 17.310 59.6
23 426.840 11.979 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 69.1
24 616.152 12.753 71.8
25 -895.989 26.290 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 73.7
26 -162.826 0.999 76.9
27 -8782.828 33.659 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 83.4
28 -168.338 -36.747 86.7
29 0.000 37.747 84.2
30 1426.792 38.167 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 92.6
31 -187.137 3.059 93.7
32 -191.590 9.999 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 93.2
33 -777.711 1.000 97.1
34 433.529 43.849 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 99.9
35 -236.385 0.999 100.0
36 -302.772 9.999 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 98.4
37 207.216 5.102 98.3
38 222.350 38.841 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 99.9
39 -987.535 1.000 100.5
40 240.195 31.758 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 101.3
41 7710.232 148.231 100.0
42 117.962 34.644 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 66.9
43 -575.541 5.676 63.1
44 -433.072 10.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 59.0
45 145.586 56.738 49.7
46 0.000 0.000 29.5
表6A
非球面 係數
SRF 4 24 44
K 0 0 0
C1 -1.287449E-07 7.409424E-08 -3.405198E-08
C2 -7.462175E-13 -3.433367E-12 2.134329E-12
C3 -2.024287E-16 -2.320871E-17 7.046048E-16
C4 -2.708490E-21 1.678273E-20 -5.817240E-19
C5 3.897634E-24 -1.720996E-24 2.077849E-22
C6 -8.458857E-28 9.436165E-29 -3.778964E-26
表7
SURF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 INDEX2 INDEX3 SEMIDIAM.
0 0.000 32.119
1 1173.995 26.378 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 66.4
2 -164.508 1.030 67.5
3 -201.019 9.997 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 67.1
4 148.994 39.829 68.8
5 -118.708 9.999 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 69.7
6 -300.589 2.160 78.1
7 -498.934 52.340 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 80.7
8 -150.967 0.998 90.4
9 406.033 36.061 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 97.1
10 -337.977 0.998 97.2
11 233.756 33.202 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 92.8
12 -1028.753 0.998 90.5
13 143.595 50.000 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 78.8
14 123.288 23.152 58.6
15 -373.871 7.000 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 56.8
16 111.317 29.614 51.3
17 -129.589 9.996 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 50.7
18 380.890 0.993 52.7
19 169.387 15.077 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 53.9
20 394.603 29.188 54.0
21 -79.545 17.334 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 54.4
22 -334.967 3.514 66.2
23 -990.346 23.139 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 69.0
24 -176.369 0.995 72.4
25 -1698.239 30.746 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 76.7
26 -149.090 0.991 78.7
27 981.506 34.021 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 78.9
28 -158.904 5.402 78.7
29 -144.799 9.991 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 77.2
30 -263.800 -14.734 78.8
31 0.000 15.725 78.5
32 776.745 31.213 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 81.3
33 -206.342 1.152 81.9
34 -241.759 9.994 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 81.4
35 207.954 10.105 83.8
36 239.279 34.052 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 87.8
37 -539.054 165.122 88.9
38 319.639 37.950 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 106.0
39 -566.861 0.997 105.4
40 188.067 36.528 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 98.1
41 4253.928 0.997 94.9
42 146.109 30.496 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 82.6
43 587.092 19.188 77.2
44 -1751.652 9.998 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 66.6
45 114.928 74.048 55.1
46 0.000 0.000 29.5
表7A
非球面 係數
SRF 4 22 45
K 0 0 0
C1 -1.710714E-07 1.193842E-07 -1.861638E-08
C2 2.307517E-12 7.069820E-13 -1.388468E-12
C3 -1.069933E-16 -3.508931E-16 -1.185389E-15
C4 -1.358905E-20 -3.015459E-20 7.007904E-19
C5 8.453062E-24 7.013587E-24 -2.642565E-22
C6 -1.501556E-27 -9.086238E-28 5.102987E-26
表9
Design Fig 2 Fig 3 Fig 4 Fig 5 Fig 6 Fig 7 Fig 8
NA 0.18 0.38 0.38 0.18 0.38 0.38 0.18
OBH 84 59 59 84 59 59 84
Scale -0.5 -0.5 -0.5 -1 -0.5 -0.5 -0.5
LLW 7.56 11.21 11.21 15.12 11.21 11.21 7.56
表10
Glass n 365.0 n 404.7 n 435.8 ν Ηγ
LF5 161.926 160.667 159.965 30.9
LLF1 157.932 156.910 156.333 35.6
K5 154.413 153.734 153.338 50.0
K7 153.190 152.539 152.159 51.0
BK7 153.627 153.023 152.669 55.3
SILUV 147.455 146.963 146.672 60.0
FK5 150.401 149.893 149.594 61.8
CAFUV 144.491 144.151 143.949 81.4
表8
SURF RADIUS THICKNESS MATERIAL INDEX1 INDEX2 INDEX3 SEMIDIAM.
0 0.000 139.947
1 -842.071 27.175 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 97.7
2 -200.340 1.776 98.5
3 130.567 33.477 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 87.3
4 543.691 78.294 84.6
5 -405.026 7.000 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 50.4
6 73.249 41.309 43.8
7 3030.230 10.000 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 42.2
8 104.155 136.416 41.4
9 494.469 25.515 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 62.2
10 -141.832 0.999 62.6
11 -160.892 6.997 LF5 1.619068 1.619457 1.618683 62.1
12 261.012 2.037 63.9
13 240.291 22.339 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 64.7
14 -337.820 -10.449 66.1
15 0.000 11.443 65.2
16 392.981 22.291 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 69.0
17 -249.131 0.998 69.8
18 373.714 20.136 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 70.2
19 -378.697 95.192 69.8
20 -303.955 6.999 SILUV 1.474477 1.474623 1.474332 53.3
21 140.382 27.664 52.6
22 -105.027 10.255 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 53.1
23 -94.860 115.674 55.2
24 266.541 25.443 FK5 1.503934 1.504084 1.503784 69.4
25 -264.346 141.087 69.3
26 0.000 0.000
表8A
非球面 係數
SRF 4 5 16 20
K 0 0 0 0
C1 8.832369E-09 -3.561387E-08 -3.001074E-08 -1.600365E-07
C2 -2.621312E-13 5.409474E-12 -7.853911E-13 4.211688E-12
C3 8.051957E-18 4.748789E-16 -1.980328E-17 5.119416E-16
C4 -9.042301E-22 -2.354291E-19 2.068887E-21 3.472779E-20
C5 -8.937031E-27 3.357888E-23 -3.003281E-25 -9.166051E-24
C6 3.368170E-30 1.160773E-28 -7.932447E-31 -8.721085E-29
200:折射投影鏡頭 300~800:投影鏡頭 A*:高度 AS:孔徑光闌 AX:光軸色 B*:寬度 BB:光闌區域 BP:光闌位置 CR:主射線 ES:出射面 h:距離 ILL:照明系統 IS:圖像平面 L1~L22:透鏡元件 LG1:第一透鏡元件組 LG2:第二透鏡元件組 LG3:第三透鏡元件組 LG4:第四透鏡元件組 LLW:幾何光展量 LS:光源 M:光罩/倍縮光罩 NV:前負群組 OA:光軸 OBH:物場半徑 OF:物場 OS:物件平面 PO:投影透鏡 PUP:光瞳平面 RS:器件 SS:感光基板表面 TL:束腰 W:半導體晶圓/光敏基板 WS:器件 WST:投影曝光裝置
結合參考以下附圖,可從申請專利範圍和本發明示例性具體實施例的描述明白本發明的進一步優點和態樣顯。
圖1示出根據一示例性具體實施例之投影曝光裝置的示意圖;
圖2示出根據一第一示例性具體實施例之投影透鏡的示意性經向透鏡元件剖面圖;
圖3至圖8示出根據一第二、第三、第四、第五、第六和第七示例性具體實施例之投影透鏡的經向透鏡元件示意剖面圖。
300:投影鏡頭
AS:孔徑光闌
BB:光闌區域
IS:圖像平面
L1、L2、L16、L22:透鏡元件
LG1:第一透鏡元件組
LG2:第二透鏡元件組
LG3:第三透鏡元件組
LG4:第四透鏡元件組
NV:前負群組
OA:光軸
OS:物件平面

Claims (15)

  1. 一種折射投影透鏡(PO),其藉由工作波長在大於280 nm的紫外線範圍內的電磁輻射將配置在投影透鏡的物件平面(OS)中的圖案成像到投影透鏡的圖像平面(IS),該折射投影透鏡(PO)包含: 多個透鏡元件和無繞射光學元件,其沿著光軸(OA)配置在該物件平面(OS)和該圖像平面(IS)之間,該等透鏡元件具體實施使得配置在該物件平面的圖案可藉由該等透鏡元件成像到該圖像平面,其中一光闌位置(BP)適用於附接一位於該物件平面和該圖像平面之間的孔徑光闌(AS),一成像主射線在該光闌位置處與該光學軸相交; 該等透鏡元件包含至少一燧石透鏡元件,其由一具有相對較低阿貝數的第一材料製成;及至少一冕牌玻璃透鏡元件,其由阿貝數高於第一材料的第二材料製成製成; 其特徵在於 至少一具有正折射力的冕牌玻璃透鏡元件和至少一具有負折射力的燧石透鏡元件,且不超過兩具有負折射力的燧石透鏡元件配置在該光闌位置(BP)周圍的光闌區域(BB)中,其中條件 適用於在成像的主射線高度CRH和邊緣射線高度MRH之間的射線高度比CRH/MRH。
  2. 如請求項1所述之投影透鏡,其特徵在於該投影透鏡的成像比例大於1:4,該成像比例優選為1:2( )或1:1( )。
  3. 如請求項1或2所述之投影透鏡,其特徵在於該像側數值孔徑NA小於0.4,優選滿足0.1 < NA < 0.4的條件。
  4. 如前述請求項中任一項所述之投影透鏡,其特徵在於該投影透鏡(200、300、800)僅包含一具有負折射力的單一燧石透鏡元件(L16)。
  5. 如請求項4所述之投影透鏡,其特徵在於該具有負折射力的單一燧石透鏡元件配置在該光闌區域中,特別是在射線高度比為 的區域中,及/或該單一燧石透鏡元件是一雙凹透鏡元件(L16)。
  6. 如前述請求項中任一項所述之投影透鏡,其特徵在於該投影透鏡(600、700)包含至少一具有正折射力的燧石透鏡元件(L21、L1)。
  7. 如請求項6所述之投影透鏡,其特徵在於該具有正折射力的燧石透鏡元件(L21,L1)配置在場平面的光學附近,在該成像射線高度比滿足條件 的區域。
  8. 如前述請求項中任一項所述之投影透鏡(200、300、400、500、600、700、800),其特徵在於該投影透鏡具體實施為單一束腰系統,包含下列透鏡元件組: 一具有正折射力的第一透鏡元件組(LG1),其靠近該物件平面(OS); 一具有負折射力的第二透鏡元件組(LG2),其緊跟著該第一透鏡元件組(LG1),用於在該物件平面(OS)和該圖像平面(IS)之間的最小邊緣射線高度區域周圍生成束腰(TL); 一具有正折射力的第三透鏡元件組(LG3),其緊跟著該第二透鏡元件組(LG2)並且介於該第二透鏡元件組和該光闌位置(BP)之間;及 一具有正折射力的第四透鏡元件組(LG4),其介於該光闌位置(BP)和該圖像平面之間, 其中一前負群組(VN)具有至少一負折射力的透鏡元件(L2)並且優選配置在該物件平面(OS)和該第一透鏡元件組(LG1)之間。
  9. 如前述請求項中任一項所述之投影透鏡,其特徵在於具體實施為一具有折射力序列N-P-N-P-P的單一束腰系統、一像側數值孔徑NA在0.2 < NA < 4範圍內、一成像比例約為2:1( )或更小、及一幾何光展量(LLW)範圍在10 mm < LLW < 18 mm,並且僅包含一具有負折射力的燧石透鏡元件。
  10. 如前述請求項中任一項所述之投影透鏡,其特徵在於該投影透鏡專為汞蒸氣燈(LS)的i-線輻射而設計。
  11. 一種投影曝光裝置(WST),其用於曝光配置在投影透鏡(PO)的圖像平面(IS)區域中的輻射靈敏基板,該輻射靈敏基板具有配置在該投影透鏡的物件平面(OS)區域中的圖案的至少一圖像,該投影曝光裝置包含: 一光源(LS),用於發射工作波長在大於280 nm的紫外線範圍內的電磁輻射; 一照明系統(ILL),用於接收該汞蒸氣燈的光並形成指向該圖案的照明輻射;及 一投影透鏡(PO),用於將該圖案的結構成像到感光基板(W); 該投影透鏡係如請求項1至10中任一項所述予以具體實施。
  12. 如請求項11所述之投影曝光裝置,其中該投影曝光裝置(WST)是設計成一用於重複步進製程的晶圓步進曝光機。
  13. 如請求項11或12所述之投影曝光裝置,其中該光源包含一汞蒸氣燈(LS),用於發射該汞蒸氣燈(LS)的i-線的電磁輻射。
  14. 一種投影曝光方法,其利用光罩的圖案的至少一圖像曝光輻射靈敏基板,該方法包括下列步驟: 在一照明系統和一投影曝光裝置的投影透鏡之間提供圖案,使得該圖案配置在該投影透鏡的物件平面區域中; 固持該基板,使得該基板的輻射靈敏表面配置在與該物件平面光學共軛的該投影透鏡的圖像平面區域中; 使用該照明系統提供的工作波長在大於280 nm的紫外線範圍內的照明輻射對該光罩的照明區域進行照明; 利用該投影透鏡將位於該照明區域中的該圖案的一部分投影到該基板上的像場,其中投影輻射的所有射線都有助於像場中的圖像生成而形成投影射束路徑, 其中使用如請求項1至10中任一項所述之投影透鏡製成。
  15. 如請求項14所述之投影曝光方法,其中在沒有掃描的重複步進製程中曝光該基板的各個晶片及/或其中使用汞蒸氣燈的i-線的照明輻射製成。
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