TW512238B - Reduction objective and projection exposure apparatus including the reduction objective - Google Patents

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Description

512238
縮〗ί ί明係：:種如申請專利範圍第1項前言所述' 縮小物鏡：種如中請專利範圍第11及12項所述之曝光設 備及一種如申请專利範圍第丨3項所述之晶片製法。
波長<193 nm之石版印刷，尤其是；i = i lnm或λ二 13nm之超紫外線石版印刷，被視作是使<130 nm，尤其是 < 1 0 0 nm，之圖案成像的可行技術。石版印刷系統的解析 度由下述公式表示：
RES—-k'\A 其中1^是石版印刷程序之特殊參數，λ是射入光的波 ， 長，ΝΑ是系統影像側數值孔徑。 超紫外線範園成像系統的光學構件主要為多層反射系 … 統。多層系統中，λ = 1 1 nm時，以Mo/Be系統為優先，入 — =1 1 n m時，以Μ 〇 / S i系統為優先。 數值孔徑為〇·1〇時’使用H nm光進行nm圖案的 成像需要1^= 0.77之程序。kl= 0·64時，使用11 nm的光可& 成像70 nm的圖案。 由於所使用多層結構之反射率約為7 % ’故超备、外
第4頁 512238 五、發明說明（2) '—* -- 線微石版印刷極為重要的是，以最少的投影物鏡光學構件 達到足夠的光強度。 在達到咼光強度及校正成像誤差方面特別有利的是 四反射鏡NA = 〇· 1〇的系統。 s超紫外線石版印刷投影物鏡的其他方面要求為遮攔、 像場、畸變、影像與物侧遠心、自由工作距離及光闌。 遮攔，例如黑屏系統之中心遮攔，為不容許，因會使 成像品質出現無法容忍之降級。 若要求光程無遮攔，則對心系統需有一軸外像場。為 達到26x34 mm2或26x52 mm2的影像規格，將系統設計作環 形場掃描器為有利。可使用的掃瞄縫隙割線長至少為2 6 _。環寬應在0· 5-2 mm範圍内，以確保均勻的昭 控制。 畸變分成靜態與動態或掃描畸變。掃描畸變係由於靜 態崎變整合入掃瞒行程產生的畸變。靜態畸變的界限由對 比及CD變化之規格訂定。 在遠心方面需要影像侧遠心。投影系統是設有反射遮 蔽罩的系統時，則不可能在物侧有遠心光程。若使用傳輸
512238 五、發明說明（3) 遮蔽罩’例如Stenci 1遮蔽罩，亦可有一遠心光程。 為達到乾淨的光束界限，實光闌較有利。 影像侧的遠心要求意指，最後一鏡的射入光瞳需在焦點上 或接近焦點。為維持實光闌同時達到精巧的設計，需使 數第一鏡為光束分界元件。 下述專利曾提出四鏡投影或縮小物鏡： * US 5 315 629 * EP 0 480 617 * US 5 063 586 * EP 0 422 853 * Donald ff. Sweeney, Russ Hudyma, Henry N.Chapman，David Shafer，100 mm CD 成像系統之 < 紫外線光學設計，第2 3屆國際微石版印刷座談會， ° SPIE， Santa Clara， California， 1998 年2 月22〜27 曰，SPIE第333 1卷，第2頁。 US 5 315 629提出一四鏡投影物鏡，其為να = 〇 4x，31. 25 X 〇· 5 mm2。鏡順序為凹凸凹凹。 · EP 0 480 61 7 B1 提出 ΝΑ = 〇·ΐ， 5x， 25 X 2_2^ 1糸 512238 五、發明說明（4) 統。鏡順序為凹凸任意/凸凹。 US 5 063 586及EP 0 422 853的系統具一矩形像場， 例如至少5 X 5 mm2。一般偏心系統之畸變值極高。物鏡 因此只可使用於預設畸變之重步器中。但高畸變使得此種 物鏡幾乎無法使用於此處的圖案寬度130nm)。其鏡 順序為凸凹凸凹。 US 5 153 898提出三至五多層鏡系統。但主要為具矩
形場與小數值孔徑N A ( N A < 0 . 0 4 )之三鏡系統。此系統因此 限於圖案> = 0.25 //m之成像。 現行技術尚有T· Jewel 1 :「超紫外線投影攝影機研發 之光學系統設計」Proc· SPIE 2437 (1995)及其引述，其 内容被採納於本發明中。 上述EP 0 480 617， US 5 315 629 及Sweeney 系統的 缺點是，若沒有極大的自由機械工作距離> 1 〇 〇 mm，則第 一鏡轴外部份與晶圓側投影曝光設備的感測結構在機械上 會產生衝突。此衝突出現在接近像場的鏡距離極小時（ 10 mm ) 〇 本發明之目的因此在於提供一種適用波長<193 nm 最好是< 1 0 0 nra，的石版印刷投影物鏡，其不具上述現行
第7頁 512238 五、發明說明（5) 技術缺點，只使用最少的光學元件，具夠大的孔徑，且滿 足遠心要求及波長< 1 9 3 nm投影系統之所有其他要求。 本發明目的以一投影物鏡達成，該投影物鏡包括四反 射鏡，其特徵為凸的第一鏡及第二鏡之正主光束角放大。 多層系統之反射率為7 0 %時，超紫外線範圍波長以四 鏡系統成像可達到高傳輸。另一方面，可實現NA « 0. 1 0之 孔徑。本發明四鏡式物鏡之特徵因此為高解析度、低製造 成本及高通過量。 在本發明之一優先設計中，光闌設在一反射鏡上或接 近一反射鏡，尤其是第三鏡。於是得到實光闌，設計精巧 且無遮攔。有利的是除四鏡外附設一或二掠入射鏡，其中 附加之鏡具由一平面導出之非球面。 有利的是至少一鏡為主動鏡。在四鏡式物鏡一實施型 式中，第二鏡與第四鏡為凹鏡。 有利的是多層鏡之順序為凸凹凸凹。 本發明之非球面性係指相較於使用範圍最適當球面， 非球面之峰對峰或峰對谷（PV)差A。
512238 五、發明說明（6) 其在實施例中逼近一球面，該球面中心點在鏡軸上， 且在子午截面中與非球面相交於使用範圍的上下端點。 入射角係指射入光與射入處面法線所夾之角。提供之 值為任意光之最大角，通常為射入任意鏡之光束。 特別優先的是，晶圓側之光學自由工作距離為6 0 m m。遮蔽罩側自由工作距離至少為1 0 0 m m。 上述物鏡當然不僅只可使用於超紫外線石版印刷，亦 可使用於其他波長，而不背離本發明。實際上則只有紫外 線波長範圍為193nm時之準分子雷射。 為達到衍射限制成像，有利的是使系統rms波前最高 為0.07又，尤其是0.03入。 有利的是，在本發明實施例中，將物鏡影像侧始終設 計作遠心。 採用反射遮蔽罩的投影系統中，照明不經一強烈減少 傳輸的分光器時，如JP-A- 9 5 / 2 8 3 1 1 6所述，物侧無法得 到一遠心光程。因此，適當選擇遮蔽罩主光束角，使得可 確保無遮攔之照明。
512238 五、發明說明（7) 採用傳輸遮蔽罩之系統，可使其投影物鏡物侧為遠 整體而言，晶圓10的遠心誤差不應超過10 mrad，最 好是5 mrad，尤其最好是2 mrad。如此可確保，成像比或 畸變變化在可接受界限内。 除本發明縮小或投影物鏡外，本發明亦提供一投影曝 光設備，其包括至少一此種物鏡。在第一實施型式中，投 影曝光設備設一反射遮蔽罩，在另一實施型式中則設一傳 輸遮蔽罩。 特別優先的是，使投影曝光設備包括一進行軸外環形 場照明的照明裝置，且系統設計作環形場掃描器。有利的 是，掃描縫隙割線長至少為2 6 m m，環寬大於0 · 5 m m，以 達到均勻的照明。 本發明物鏡尚可抑低對最適合球面之非球面偏差，使 可利用表面精確度要求而遵守衍射限制及高ML鏡反射率要 求。 由於鏡超紫外線範圍反射率由具所謂DBR (分散不喇 格反射鏡）的基片，又稱多層鏡，決定，為又=13 nm Μ 〇 / S i系統時，其約由4 0層構成，λ = 1 1 n m時，約由7 0
512238 五、發明說明（8) 層構成。此系統之接收角因此在數度範圍，並隨入射角增 大而縮小。此外，由多重結構產生的干擾相效應亦隨入射 角增大而增加。若入射角變化太強而超過一系統面，則需 使疊層具可變厚度。 由於本發明物鏡之特徵為較小之平均入射角及平均入 射角變化小，故上述多層系統之問題不大。 以下將依據附圖進一步說明本發明。 圖式說明 圖1係本發明所使用系統分類之示意圖。 圖2係現行技術第一四鏡系統之透鏡截面圖（e型系統）。 圖3係第二四鏡系統之透鏡截面圖（f型系統）。 圖4係第三四鏡系統之透鏡截面圖（g型系統）。 圖5係插置掠入射鏡之f型四鏡系統。 圖1至4所示實施例顯示對心且影像側遠心之縮小系統，其 光闌設在第三鏡Μ 3上。所有系統中相同構件皆使用相同圖 號，其中採用下述名稱： 第一鏡（Ml )，第二鏡（M2) 第三鏡（M3)，第四鏡（M4)
512238 五、發明說明（9) 不同的實施例可用第一鏡放大m(Ml)或會聚比v (Ml) 二- l/ m(Ml)及第二反射鏡主光束角放大//(M2)區分。使用 名稱係依據Dietrich Korsch: 「反射光學元件」， Academic Press 1991，第41頁，該文獻内容被採納於本 發明中。
Ml ν(Μ1) μ(Μ2) a型 凹 e]l，〇〇[ <-ε4 b型 平，凹 司-u] <-ε4 e型 凸 e]-〇〇，-l[ f型 凸 e]-〇〇，-l[ €]ε4，1-ε2[ g型 凸 e]-〇〇，-l[ g]1+83,〇〇 [ ε i > 0隨系統數值孔徑遞增，即 ε t =0 = = >NA = 0 以下所使用系統分類顯示於圖1。 主光束角放大（angular magnification)不是指角度 本身，而是其切線（見Korsch 「反射光學元件」）。正 主光束角放大意指，入射及反射主光束識別直線對光軸之
512238 五、發明說明（ίο) 傾斜具相同的符號，或者相關反射鏡射入及射出光瞳位在 反射鏡的物理相同側。 如圖1所示，a， b及e型在一拓撲相關區域内，即系 統可在設計參數空間範圍内連續彼此轉換。 相反地，若需滿足無遮攔，（a，b， e)， f及g型之任 兩系統則不可能如此。圖1之橫條代表禁區，N A為有限 時，在其中光束必有遮攔。 拓撲相關區域之歸屬由//(M2)決定。US 5315629及EP 0 4 8 0 6 1 7提出之環形場系統屬a型。b型系統可轉換為e型系 統，其亦包括上述Donald W. Sweeney et. al.第23屆國 際微石版印刷座談會所提出之系統。 f及g型系統未見於所引述之任何文獻中。不同於US 5315629及EP 0480617，f及g型系統以凸的第一鏡區分。 上述Donald W. Sweeney et. al·第23屆國際微石版印刷 座談會所提出之系統雖然有凸的第一鏡，但卻具另一 Μ 2主 光束角放大，使得系統中產生另一種光束引導。 f型系統ν(Μ1)>約-1.5導致遮蔽罩大主光束角及大系 統直徑。如此，系統有意義設置凹Μ 1 ( v ( Μ 1 )> - 1 )為困 難0
512238 五、發明說明（π) 下表列出不同型系統實施型式的典型功能數據。畸變 值由環形場比例尺校正而得。圖2 - 5顯示各型系統之透鏡 截面。 f 型(94) g 型(68) Ml 凸 凸 ν(Μ1) -2.4 -2.9 μ(Μ2) 0.6 1.6 ΝΑ 0.1 0.1 Red 4x 4x 環形場[mm2] 26.0x1.0 26.0x1.25 平均環形場半徑[mm] 25 51 〇〇，[_] 1368 1112 FWD[mm] 92 62 CRAO[mm] e [-2.1,-2.0] g[4.1,4.2] CRA[mrad] e[-0.35, -0.50] 6 [-0.2, 0.2] Max. Asph. [μιη] 19.6 8.3 AOI max [deg] 14.1 22.0 Δ AOI max [deg] ±2.5 +2.8 WFE mas [Xrms] 0.029 0.0025 畸變[nmPV] 7 30
第14頁 512238 五、發明說明（12) 表中縮寫說明： 酬 Ml 第箫狱 ν(Μ1) Kasch之截批 μ(Μ2) Kasdi^gfcA： ΝΑ 景獅觀飢徑 Red 謝蘭itt 環形場[mm2] 臓帳χ職 平均環形場半徑[mm] rnm^umm 〇〇，[_] 讎巨 FWD[mm] CRAO[mm] CRA[mrad] Max. Asph. [μπι] AOI max [deg] ΛλλΙ桷 Δ AOI max [deg] WFE mas ^rms] 馱臓波謹聯 畸變[nmPV] 画圓_1 第15頁 512238 五、發明說明（13) 設凸Μ 1之系統非球面性明顯高於設凹Μ 1之a型系統。 圖2顯示遮蔽罩平面2至晶圓平面4之間e型系統的截面 圖，最接近晶圓的鏡是第一鏡Ml。 e型系統鏡Μ 1， M2， M3， Μ 4上的角負荷最小，而有利 於系統的偏振光學特性。但遮蔽罩2上的高主光束角則要 求極平的遮蔽罩。 相反地，g型系統，如圖4截面所示，在遮蔽罩上的主 光束角可接受時，鏡Ml， M2， M3， M4上的角負荷卻相當 大。 f型系統，如圖3所示，需要最強的非球面，但鏡Μ 1， M2， M3， Μ 4及遮蔽罩2上的角負荷卻較有利。畸變極小且 像場亦相當小。總長雖大於其他系統，但物鏡中的長漂移 行程卻容許設置附加之構件，例如對準系統、偏轉鏡等。 f及g型系統，如圖3及4所示，遮蔽罩2上可有正負主 光束角。如此使用反射遮蔽罩時可選擇最佳幾何，尤其是 與遮蔽罩2之較小自由工作距離，以反射光束。使用傳輸 遮蔽罩時，則可設遠心光程。 a及f型系統在真正鏡系統前方或内部具相當長的漂移
512238
五、發明說明（14) 行程。該處可設高反射率之掠入射鏡作為校正元件， Schmidt校正鏡或主動光學校正系統。依據目前文獻記^° 之值，鉬塗覆鏡在13·3 nm與75。入射角時，對非偏 理論上可達約85°/。的反射率。藉光束掠入射，照明截面可 在一方向上一相較於相鄰之鏡一被放大極大，而簡化 了校正元件之設置。各鏡最好成對具幾乎彼此垂直的面法 線，以使光束在所有空間方向皆具相同的解析度。 圖5顯示此種ί型系統插置掠入射鏡G丨μ之設計。 表1列出圖3糸統之參盤ΤΤ ΤΛ , \ 4 歎（C 〇 d e V - F 〇 r m a t ): 表1 : f 型（ 94 ) 4X/ 1.1 0 1.0 0 環形場
第17頁 512238 五、發明說明（15) 元件 半徑 厚度 直徑 種類 Number 物 INF 0,000 204,000 100,228 217,084 380,421 Ml A⑴ -380,421 264,271 REFL. M2 A⑵ 380,421 563,054 REFL. 390,422 796,185 孔徑-光闌 23,764 M3 A⑶ -117,968 23,764 REFL. M4 A⑷ 117,968 92,608 REFL. 71,790 284,465 89,622 影像 像寬= -192,945 INF 50,989
非球面常數： 7- {CURV) Y2 ^{C} K8 + C (Z7)Ki0 D 非球面 1+(1-(1 CURV ^K){CURVf K A B A(1) 0.0014137 •4.643893 O.0OOCX3E-OO -6.97355E-15 7.873Θ8Ε-20 aoooooE 十 oo A(2) 0.0011339 -0.232793 O.OOOOOE+OO -5.35926E-17 3.35875E-23 0.00000E+00 A(3) 0.0040246 3.006678 0.00CX)0E-00 3.76117E-13 -1.43488E-15 O.OOOOOE+OO A(4) 參考波長 0.0042162 =13nm 0.289323 O.OOOOOE+OO 8.76473ΕΊ5 -5.59142E-19 O.OOOOOE+OO liiilll 第18頁 512238 五、發明說明（16) 表2列出圖4 g型系統之設計數據： 表2 元件 Number 半徑 厚度 直徑 種類 物 INF 0,000 413,000 378,925 373,642 474,629 Ml A(l) -474,629 327,612 REFL REFL M2 A⑵ 476,629 600,624 196,627 孔徑-光闌 28,266 M3 A⑶ -136,037 28,266 REFL M4 A⑷ 136,037 141,438 115,807 REFL -196,627 155,535 160,000 影像側= 98,781 影像 INF 103,302 第19頁 512238 五、發明說明（17)
參考 13.0 nm 波長 非球面CURV 常數 K A B c D A⑴ 0.0010894 -0.738027 O.OOOOOE+OO 3.65218E-16 -1.3741 IE-20 0.00000E+00 A⑵ 0.0012023 0.031851 O.OOOOOE-O 1.38321E-17 -6.58953E-23 0.00000E+00 A(3) 0.0036931 1.579939 O.OOOOOE+OO -1.26703E-13 3.53973E-16 0.00000E+00 A⑷ 0.0035917 0.316575 0.00000E+00 3.15592E-15 1.74158E-19 0.00000E+00
若在鏡Ml，M2與M3，M4之間設一偏轉鏡，一所謂的掠 入射鏡G I Μ，則得到如圖5所示的f型結構。表3列出此實施 型式之數據。
第20頁 512238 五、發明說明（18) 表3 : f(xx)型 4x/ 1 . 10 1.00 mm 環开j 場 元件 Number 半徑 厚度 直徑 種類 物 INF 0.000 204,000 100,000 217,065 380,407 Ml A⑴ -380,407 264,287 REFL M2 A⑵ 380,407 563,152 390,481 REFL 296,123 偏心⑴ GIM INF -499,995 536,341 REEL 孔徑光闌 23,757 REEL M3 A(3) 117,968 23,757 REFL M4 A⑷ -117,968 92,614 69,580 REEL -284,465 影像寬= 192,994 影像 INF 51,000
1__ 第21頁 512238 五、發明說明（19) 非球面CURV K A 常數N A (1) 0.0014140 4.643296 0.00000E+ 00 A(2 ) 0.0011341 -0.232835 0.00000E- 00 A(3 ) 0.0040253 3.007585 0.00000E+ 00 A(4) -0.0042169 0.289286 O.OOOOOE-f 00 B C D -6.99186-15 7.89877E-20 0.00000E-00 -5.33514E-17 3.246祕 23 0.00000E+0 -3.82589E-13 1.46212E-15 0.0000GE+0 -8.76770E -15 5.47269E-19 0.00000E+00 偏心常數偏心 偏轉角ALPHAAM GIM D(l) 75.00000 度 波長 13nm___ 本發明首次提出將成像比為4 x的四鏡投影物鏡應用於 超紫外線環形場投影系統，其不僅具所要求像場的必要解 析度，並具適當之設計條件，因非球面夠柔、角度夠小且 鏡支座空間夠大。
512238
第23頁

Claims (1)

  1. _案號 88108884 修」 六、申請專利範圍 π品種1^小物鏡，尤指用於超紫外線微石版印刷，包括 拍太# ， ， 3，M4 )，其對一光軸呈同心圓設置， 面铲，排！!成第一面鏡、第二面•、第三面鏡、第四 場:掃i. δ亥細小物鏡具有—無障礙之光程且適用於環形 其特徵在於， 一面鏡（Ml)為一凸面鏡；以及 該第一面鏡（M2)具有一正角度放大率。 圍第1項所述之縮小物鏡，其中-光闇 (Μ3)。 ，上或接近-面鏡，尤其是該第三面鏡 3根^巾請專利範圍第項所述之縮小 权一或二掠入射鏡（GIM)。 ，、中曰 4. 根據申請專利範圍第3項所述之縮小物 射鏡（GIM)具有一非球面’係由一平面所導出其中或掠入 5. 根據申請專利範圍第3項所述之縮小物 該掠入射鏡（GIM)為一主動鏡。 其中至少一 6. 根據申請專利範圍第丨或2項中所述之縮小 該第二面鏡（M2)與第四面鏡（M4)為凹鏡。 鏡，八中
    第24頁 2002.01.15.026 ^1^88108884 六、申請專利範圍 iTa 羞正 7 ·根據申請真免丨# m _ 該四個面鏡（M1 ^ 、1 S項中所述之縮小物鏡 A M3，M4)之形狀及順序為 、中 π苟凸凹凸凹。 8 · 根據申請糞士| m ^ ^ ^ H ^ 4./ .1 2 ；M ^ ^ t J 馬延心（telecentric) o / 9.根據申請專利範圍 在物侧之-主光束⑽係偏離=二“物鏡，其中 1 二Τ =旦專利範圍第1或2項中所述之縮小物鏡，-中 该細小物鏡在衫像側為遠心（^丨“⑼汀丨㈠。 " 1二：；ίί:申ΐ專利範圍第1或2項中所述之縮小物鏡的 備’其特徵在於’設置一反射遮蔽罩 ^reflection mas” 物鏡之前 〇 12 種使用具你 之縮小物鏡之投影曝光 設備，包含下列之步驟i 提供一反射遮蔽罩 提保四，其掛一光轴呈同 汉置，並在—& 面讀^第二面鏡、第三 面鏡、第四面鏡」其中 JS 鏡（Ml 凸面鏡以及該 2002.01.15. 027 512238 _案號 88108884 豸（年(月(<B 修正___ 六、申請專利範圍 第二面鏡（M2)具有一正角度放大率 。 13. 一種設有申請專利範圍第1或2項中所述之縮小物鏡的 投影曝光設備，其特徵在於，設置一傳輪遮蔽罩 (transmission mask)排列於該縮小物鏡之前° 14· 一種使用具備有影像測與物測之縮小物鏡之投影曝光 設備，包含下列之步驟： 提供一傳輸遮蔽罩；以及 提供四個面鏡（Ml，M2, M3, M4)，其對一光軸呈同 心圓設置，並在光程中排列成第一面鏡、第二面鏡、第三 面鏡、第四面鏡，其中該第一面鏡（Ml)為一凸面鏡以及該 第二面鏡（M2)具有一正角度放大率。
    PI441a.ptc 第26頁 2002.01.17. 028
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