TWI425320B - 具有傾斜偏光鏡之反射折射式投影物鏡，投影曝光設備，投影曝光法，及鏡子 - Google Patents

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Description

具有傾斜偏光鏡之反射折射式投影物鏡，投影曝光設備，投影曝光法，及鏡子
本發明係關於一折射反射式投影物鏡，其包含複數個光學元件被排置，以對於安置在投影物鏡的物面之圖案，成像至投影物鏡的像面。本發明更進一步關於一投影曝光儀器，採用該投影物鏡之一投影曝光方法及一反射鏡。
微影蝕刻過程通常使用在半導體元件的製造上，例如積體電路(ICs)、液晶元件、微圖案構件及微機械組件。
一使用在光蝕刻術之投影曝光儀器通常包含一照射系統，其被組態以將來自一光源的主光線，轉換成為照射光線。以及包含一投影物鏡，來自照射系統的光線照射具有一給定圖案之標線(reticle)(或光罩(mask))，以及投影物鏡轉換該圖案之影像，至安置在投影物鏡像面上的一光敏性(photo-sensitive)基底區域上。投影方式典型地以高解析度縮小尺寸地操作，將一縮小的光罩圖案影像產生在基底上。
在光蝕刻術中，高解析度與色差(chromatic aberration)與其他像差良好的校正狀態，必須對一相對大，實際上為平面的影像場上獲得。凹面反射鏡曾在過去某段時間被使用以解決色散校正及影像平坦化(image flattening)的問題。如同一正透鏡(positive lens)，一凹面反射鏡具有正折光率(optical power)，但具備相反符號的珀茲伐曲率(Petzval curvature)。另外凹面反射鏡不會引入色差，因此組合折射及反射元件之折射反射式系統，特別是透鏡及至少一凹面反射鏡，常被採用以組成使用在紫外光之微影蝕刻術中的 高解析度投影物鏡。
不幸的是，一凹面反射鏡要整合進一光學設計是困難的，因其以光線入射方向反射回去。高明的設計以整合凹面反射鏡是需要的。
某些包含兩個或更多個疊接(cascaded)(或串接(concatenated))成像物鏡組件，及一或多個中間影像的折射反射式投影物鏡允許高影像側數值孔徑及良好校正狀態。一類型串接系統被設計為偏軸場(off-axis fields)以獲取無光暈(vignetting)及光暗化(obscuration)之影像。該類型串接系統使用單一凹面反射鏡，置於或光學上接近於一折射反射式投影物鏡組件之光瞳面(pupil plane)，且該組件與一或多片負透鏡組合安置於凹面反射鏡之前，以校正光軸色散(CHL)及珀茲伐和(Petzval sum)。該投影物鏡典型地具有相對光軸傾斜的一第一偏光反射鏡，該反射鏡除用於將來自物面的光線偏折使其朝向凹面反射鏡之外，也將由凹面反射鏡反射的光線偏折使其朝向下游物鏡組件。一第二偏光反鏡相對第一偏光反射鏡直角的被導向，可被提供作為使得物面與像面互相平行。
對於使用由平面偏光反射鏡，與單一凹面反射鏡組合之折疊式(folded)折射反射式投影物鏡的代表性範例，被揭露在例如US 2006/0077366 A1，US 2003/0234912 A1，US 2005/0248856 A1，US 2004/0233405 A1或WO 2005/111689 A2中。
為確保偏光反射鏡具有高反射率，通常會在其上鍍以一層反射式鍍膜。該鍍膜通常設計為多重介電層(介電多層 膜堆疊)或金屬與介電層組合。若以大入射角之光線入射於介電層時，對於光線入射該反射鏡及從該反射鏡反射的反射率，典型以偏極化相依(polarization-dependent)方式被影響。進一步而言，當投影物鏡影像側數值孔徑NA增加時，光線入射一偏光反射鏡上之入射角範圍(也被當成為入射角譜(spectrum))會增加，例如，在設計給浸潤式微影蝕刻術之投影物鏡中，其NA>1。對於光軸以45°傾斜之偏光反射鏡，其上給定之入射角範圍可從約30°至約60°。
對發生在偏光反射鏡上所有入射角而言，需使得偏光反射鏡具有本質上為常數之高反射率(例如90%或更高)的反射式鍍膜，且該鍍膜具有可忽略的偏極化相依之反射率。在此折射反射式系統中，使用此”理想”反射式鍍膜，可消除偏光反射鏡在投影光束內之光強度分布及光偏極化分布的負面影響。然而這樣”理想”反射式鍍膜現今並不存在。
已發現該折射反射式投影物鏡中在某個成像條件下，包含在被成像圖案中具有不同方位的結構線條會以不同的效率被投射。對不同結構方向性而言，該方位相依(orientation-dependent)之差異也可視為H-V差異(水平-垂直差異)，或臨界尺寸(critical dimension)的變異(CD變異)，且可在光阻上觀察到對於不同的結構方向性有著不同的線寬。
已提出不同的提案來避免該方向相依(direction-dependent)之差異。
由申請者申請之國際專利申請案公佈為WO 2004/025370 A1(對應於美國專利申請案序號11/066,923)，其中揭露折射反射式投影物鏡具有一凹面反射鏡及一光束偏折裝置，其具有一第一偏光反射鏡相對光軸以第一傾斜角傾斜，及一第二偏光反射鏡相對光軸以第二傾斜角傾斜，其中兩個傾斜角度位於或接近45°。對s-偏極化光偏光反射鏡反射率為Rs 且對p-偏極化光偏光反射鏡反射率為Rp ，介於Rs 與Rp 之間有一比例Rsp ，在包含賦予該偏光反射鏡傾斜角之一入射角範圍時，Rsp 對於偏光反射鏡其中之一為大於1且對另一偏光反射鏡為小於1。該安排允許使用第二偏光反射鏡，以至少部份補償第一偏光反射鏡對於在s-及p-偏極化影響下，產生的反射光強度比例上的改變。因此，偏光反射鏡之反射式鍍膜的設計，確保偏光反射鏡上光線反射之偏極化相依的影響保持為相對的小。
其它使用兩片偏光反射鏡之折射反射式投影物鏡，及反射式鍍膜用以影響通過偏光反射鏡之光的偏振態，揭露在公佈為WO 2005/124420 A1的國際專利申請案。
在某些微影技術中，光罩的圖案以來自有效光源之光線照射。該光源由對應於照射系統中的光瞳面上一特別的照射模式其光強度分布所形成。該照射模式包含具有各種程度的同調性(degrees of coherence)(例如以σ定義)的傳統(conventional)照射模式，及施用離軸式(off-axis)照射的非傳統照射模式。離軸式照射模式適用在：當對一特定蝕刻過程所需要的臨界尺寸變為非常接近曝光系統的理論極限。使用離軸式照射時，以斜角(非垂直)照射光罩提供之一圖案可提高解析度，但特別之處在於可藉由增加景深(DOF)及/或對比度以增加製程寬容度(process latitude)。一個已知 的離軸式照射模式為環式(annular)，在其中，傳統照射位於光軸上的零階光斑被修改為環形(ring-shape)的光強度分布。另一模式為多極照射(multipole illumination)，在其中，照射系統之光瞳面上光強度分佈形成有效光源特徵為數個不在光軸上(離軸)的極點。偶極(Dipole)照射經常使用在印製出具有一主宰的週期性方向的圖案。四個離軸照射極點之四極(Quadrupole)照射使用於包含子圖案之一圖案，子圖案之正交線段方向為沿著彼此垂直方向(有時記為水平與垂直線段)。
藉由控制照射光線的偏極化狀態可獲得更進一步的改進。
本發明一目的在於，提供具有傾斜偏光反射鏡之一折射反射式投影物鏡，其允許對包含各種方向為導向之子圖案的圖案成像，可大幅的避免由於子圖案的不同導向造成的線寬上的變化。
本發明另一目的在於，提供具有傾斜偏光反射鏡之一折射反射式投影物鏡，其允許對包含以各種方向為導向之子圖案的圖案成像，可大幅的避免因子圖案之不同導向所造成的對比上的變化。
本發明另一目的在於，提供具有傾斜偏光反射鏡之一折射反射式投影物鏡，其實質上對在投影物鏡之光瞳面上照射極點的光強度分布不造成負面影響。
該折射反射式投影物鏡可用在一投影曝光儀器中進行 微影蝕刻製程，該投影曝光儀器使用來自深紫外光(DUV)，或非常深紫外光線(VUV)的波長區域做為其光源。
做為本發明的該目標及其它目標的解決方法，依照一個架構下，提供一折射反射式投影物鏡係包含：複數個光學元件，沿一光軸排置以對置於投影物鏡物面上的一圖案，成像至投影物鏡像面上。此光學元件包含：一凹面反射鏡；一第一偏光反射鏡相對光軸以環繞第一傾斜軸之第一傾斜角t1 傾斜，以將來自物面之光線偏折朝向凹面反射鏡，或將來自凹面反射鏡之光線偏折朝向像面。
一第二偏光反射鏡相對光軸以環繞第二傾斜軸之第二傾斜角t2 傾斜；第一偏光反射鏡具有第一反射式鍍膜，在光從第一入射角範圍(t1 -△α1 )≦α1 ≦(t1 +△α1 )，以第一入射角α1 入射在第一偏光反射鏡的情形下，其反射率對s-偏極化光為Rs 1 (α1 )且反射率對p-偏極化光為Rp 1 (α1 )；第二偏光反射鏡具有第二反射式鍍膜，在光從第二入射角範圍(t2 -△α2 )≦α2 ≦(t2 +△α2 )以第二入射角α2 入射在第二偏光反射鏡的情形下，其反射率對s-偏極化光為Rs 2 (α2 )且反射率對p-偏極化光為Rp 2 (α2 )；對極邊緣(polar edge)光束之s-偏極化光，其在第一及第二偏光反射鏡上反射所累加的第一反射率和(reflectivity sum)Rs PE ，實質上相同於對赤道邊緣(equatorial edge)光束之p-偏極化光，在第一及第二偏光反射鏡上累加的第二反射率和(reflectivity sum)Rp E 。
通常第一及第二偏光反射鏡之反射率R，決定於入射 於該鏡上的光線的極化方向成分(例如s-偏極化或p-偏極化)，及入射在該鏡上的入射角(α)。
這些相依性個別地以參數Rs 1 (α)，Rs 2 (α)，Rp 1 (α)及Rp 1 (α)給定，其中上標1與2代表各別地偏光反射鏡。其中入射光束具有一有限張角(決定於光束在各別偏光反射鏡位置上的數值孔徑)。落在一偏光反射鏡上的入射角譜，實質上以入射角為中心環繞，該入射角關聯於相關偏光反射鏡之傾斜角。個別偏光反射鏡上之入射角範圍在介於一最小入射角(αMIN )及最大入射角(αMAX )之間延伸，以一角度差異△α偏離中心值(α=傾斜角t)，△α依照公式：△α=asin(σ*NAOBJ /βx )，通常決定於投影物鏡之物體側數值孔徑NAOBJ ，介於投影物鏡之物面與接近於個別偏光反射鏡光場面之間的放大倍率βx ，及以個別照射模式所定義之參數σ。
其中，當一偏光反射鏡光學上置放接近於物面時，βx =1。當偏光反射鏡接近於由具有1：1放大倍率之一中繼系統(re1ay system)所形成的中間影像時，βx 同樣接近或等於1。參數σ的值(經常被視為同調因子(coherence factor))，習慣上以傳統設定的照射光強度圓盤之半徑，比上照射系統光瞳之半徑，兩者的比值被引用且因此其值介於0與1之間。
通常σ的值在或接近1(例如σ≧0.7或/及σ≧0.8)時，對應到光瞳位置是位於或接近於照射系統光瞳邊緣。對應於接近光瞳邊緣之區域的斜向照射方向，可被採用以獲得光蝕刻過程中的高解析度及高對比。源自接近光瞳邊緣之一窄區域的光束在本申請案中被定義為”光瞳邊緣光束”(pupil edge rays)。決定於個別的偏光反射鏡的方位，及 相對於傾斜偏光反射鏡其傾斜軸方向的光瞳邊緣光束原點位置，”光瞳邊緣光束”可以在接近最大或最小入射角入射個別的偏光反射鏡。特別其中源自以垂直傾斜偏光反射鏡之傾斜軸方向為中心的位置時，光瞳邊緣光束可發生大的入射角。該位置以垂直傾斜偏光反射鏡之傾斜軸方向為中心之光瞳邊緣光束，在本申請案中被定義為”極邊緣光束(polar edge rays)”。
相反的，源自光瞳一窄區域的光束，該窄區域以平行傾斜偏光反射鏡傾斜軸方向延伸且包含光軸，該光束可以在位於或接近於個別傾斜角的角度入射偏光反射鏡。以平行傾斜偏光反射鏡傾斜軸方向延伸的光瞳上一窄區域，在本申請案中被定義為”赤道區(equatorial zone)”。源自赤道區之光束在本申請案中被定義為”赤道光束”。例如，在一傾斜角度45°，赤道光束具有在一區域，例如，45°±5°或45°±3°的入射角。源自赤道區之光瞳邊緣光束在本申請案中被定義為”光瞳中心光束”。該光瞳中心光束典型地源自具有小σ值，例如，σ<0.2及/或σ<0.3的一中心區域。
名詞”偏光反射鏡”代表一反射式光學元件被設計成將一預先定義角度或一範圍的角度的輻射偏折。一”偏光反射鏡”可為平面反射鏡。在該案例中偏光反射鏡可有效摺疊光軸而不在反射光束上引入其它效應。一平面偏光反射鏡不具有折光率(optical power)。一偏光反射鏡可具有顯著地偏離一平面的表面形狀。例如，偏光反射鏡的表面可以為一球狀或非球狀樣式的曲面，以施加一正確效果在反射光束上。
其中偏光反射鏡之反射率依照本發明該方面調整，一 光束在第一與第二偏光反射鏡接下去的反射，在介於源自光瞳的極邊緣區域的光束(極邊緣光束)，與僅在入射角位於或接近於個別傾斜角之光束，例如，位於或接近於45°，例如，...源自赤道區之光束，藉由偏光反射鏡的反射式鍍膜之結構及反射特性，確保不會造成兩者之間太大的差異。
第一反射率和Rs PE 代表偏光反射鏡上個別地具有最大與最小入射角之光束個別所經歷的反射率損耗。該光束被採用在一雙束干涉(two-beam interference)情況以獲得高對比及高解析度。
此外光束僅以一微小量偏離極值，例如，5°或4°或3°或2°或更小，典型地被採用以在影像處理中獲得足夠的光強度。該光束可包含進Rs PE 的計算中。第二反射率和Rp E 代表偏光反射鏡上入射角位於或接近於個別傾斜角光束所承受的反射率損耗。通常該光束包含在或以相對於由光軸及個別偏光反射鏡之傾斜軸所定義的平面的一小角度傳播之光束。該偏移可小於，例如，5°或4°或3°或2°或更小。該光束可包含赤道邊緣光束且可包含沿著或以相對於光軸一小角度傳播之光束。
若該選定光束群的反射率本質地如上所述的被平衡掉，則對於個別的光蝕刻製程其所需要而言，位於偏光反射鏡光學地下游的光束之光強度的不均勻性，可以避免到一定的程度。在本文中詞”本質上等同”說明的是：典型地考慮到相對窄的角度範圍平均值這樣的事實，且第一及第二反射率和通常不需要明確的相同。在反射率和之間可允許的偏差量，典型地決定於個別蝕刻製程對於光瞳上光強度非均勻性的敏感程度，比如反射率和之間的偏差在數量 級3%或更少是可容許的。
通常在本申請案中，符號”%”被理解為”百分比點(percentage points)”。例如，反射率R=90%與R=91%相差1百分比點，即是1%。同樣對於R=50%與R=51%情況下也成立，儘管相對的差異較大。
在一實施例中，一有效反射率裂距，△R，被定義為第一反射率和，Rs PE ，與第二反射率和，Rp E ，之間的差異，依照△R=Rs PE -Rp E ，△R為小於2%。此處Rs PE =Rs 1 (t1 -△α1 )+Rs 1 (t1 +△α1 )+Rs 2 (t2 -△α2 )+Rs 2 (t2 +△α2 ) (1)且Rp E =2＊(Rp 1 (t1 )+Rp 2 (t2 )) (2)
在一實施例中，有效反射率裂距△R可為1.5%或更小及/或1%或更小。
通常一有限量的反射率裂距發生在大多數的案例中。僅有在考慮到窄角譜光束時可獲得接近△R=0的小數值。例如反射式鍍膜可被設計為，使得對於一對入射角αmax 與αmin 反射率裂距為△R=0，αmax 與αmin 對應於圖案的最關鍵週期，其繞射階數位在投影物鏡之光瞳邊緣鄰近區域中，例如，在σ≧0.98處。若整個入射角範圍介於極值之間(個別為αmax 與αmin )，且靠近或位在中央值(例如，α=t)的入射角值被考慮，則已發現對於在一圖案中較大週期的角譜，由該非均勻光強度分佈所造成的光強度橢圓率 (intensity ellipticity)及相關的CD變異可以避免。依照一實施例則該情形為可能，在其中入射角為α的s-偏極化光的反射率變化Rs (α)，在第一及第二偏光反射鏡上至少其中之一，實質上對於在對應於偏光反射鏡傾斜角之入射角的反射率值Rs (t)為點對稱，使條件：Rs (t+δα)+Rs (t-δα)=Rs (t)±0.5% (3)對所有在各別偏光反射鏡入射角範圍內的所有入射角α成立，δα為傾斜角t與個別的入射角間的一角差距。以數學上想法而言，來自點對稱之可接受的一偏差可更小，例如，±4%及/或±0.3%及/或±0.2%(符號”%”代表反射率百分比點)。
對於照射模式相關於正切偏極化(tangential polarization)其位於或接近於光瞳邊緣區域，例如，在0.7<α≦1區域中，由方程式(1)到(3)出現的條件可被視為確保其卓越效能的最低要求。若需要使用本質上為非偏極化光以運作曝光設施，條件(Rs (t+δα)+Rs (t-δα))/2=Rs (t)±2% (4)除了方程式(1)與(2)之外亦要成立。若該條件成立下，光強度橢圓率本質上對於正切偏極化以及徑向偏極化(radial polarization)(偏極化傾向的方向是在光瞳的徑向方向)是可以避免的，且其中使用非偏極化光(本質上無偏極化方向傾向的光)。 其中條件(Rs (t-△α)+Rs (t+△α))/2=Rp (t)±0.5% (5)對於一偏光反射鏡的反射率特性成立，單一反射鏡可用為一偏光反射鏡以角度t傾斜而不會引入反射率非均勻性，如同所述之使用偏極化光時。該反射鏡可被定義為一”平衡(balanced)”反射鏡。具有相同鍍膜結構之兩”平衡”偏光反射鏡的一偏光裝置可被使用。
若需使用非偏極化光(本質上無偏極化方向傾向的光)在一曝光過程，若需要一平衡反射鏡，則除了條件(5)之外，相關於正交偏極化方向的條件(Rp (t-δα)+Rp (t+δα))/2=Rs (t)±0.5% (6)應成立。因此條件(5)與(6)成立，則允許使用正切或徑向偏極化光或去偏極化光(depolarized light)。
除了條件(5)之外，鍍膜使條件Rp (t)=Rs (t)±0.5% (7)成立以允許使用在光瞳邊緣的正切偏極化光及靠近光瞳中心(接近光軸)的非偏極化光。
因此本發明也相關於一反射鏡其具有一反射鏡基材及一反射式鍍膜鍍在基材上其中反射式鍍膜鍍之反射率特性是依照方程式(5)或方程式(5)及(6)或方程式(5)及(7)。該反射鏡可為一平面反射鏡，其適用作為不具有折光率的一偏 光反射鏡以折疊光軸。
上述條件可被使用作為標的函數(target function)，其使用在對於光蝕刻製程所需範圍之預定條件集合的觀點下，設計及最佳化使用在偏光反射鏡之反射式鍍膜的結構。例如反射式鍍膜的一集合可對照射模式之一限定集合做最佳化，例如偶極照射(dipole illumination)或四極照射(quadrupole)在連繫到某個所需偏極化條件時，例如，正切偏極化。當使用其它照射設定時，一偏差會發生在偏光反射鏡下游預定之光強度分布。若有需要，該偏差可被額外的測量補償。在某些實施例中在照射系統中之有效光源的光強度分布，以一標的性方式(target manner)被影響以提供一非均勻性之光強度分布，其被調適於在偏光反射鏡上反射率的非均勻性效應，使得組合後以偏光反射鏡可獲得其下游實質上無光強度橢圓率的相對均勻光強度分布。在照射系統的光瞳中以一局部解析方式調整光強度分布的適用方法，包含在照射系統的一光瞳面區域中使用一可變透射濾光片，或使用繞射光學元件以提供不同照射光瞳區域不同繞射效率，或使用複數個平面反射鏡的排置，例如US 2005/0152046 A1中所示，或具有相似能力之其它方式，在照射系統光瞳面中以標的方式定義非均勻空間光強度分布。
依照本發明另一方面，係相關於使用一折射反射式投影物鏡製造半導體裝置與其它類型之微裝置的方法，其包含；以一預定波長的紫外光照射光罩； 使用前後文所述之折射反射式投影物鏡，投射一圖案之影像至光敏性基材上。
本發明也相關於一投影曝光設施其包含：產生主光線之一光源；形成主光線之一照射系統，以產生照射光線入射在具有圖案的一光罩上；以及一投影物鏡投射一圖案之影像至光敏性基材上，該投影物鏡本質上如前後文所述被組態。
適合的紫外主光線其波長範圍介於260nm與100nm之間，例如193nm或157nm可被採用。
考慮到本發明可實施在其乾式光蝕刻之投影物鏡其NA<1及浸潤式光蝕刻之投影物鏡特別是其NA≧1。例如，實施例可具有NA≧0.80及/或NA≧0.90及/或NA≧1.0。
先前及其它特性不僅可在請求項中看到，也可在敘述及圖示中看到，其中，個別的特性可單獨使用，也可使用在次組合中以作為本發明及其它領域中一實施例，且可個別代表有利及可專利的實施例。
在較佳實施例中接下來的敘述，所牽涉的物件為具有積體電路一層圖案或其它圖案，例如一光柵圖案的一光罩(標線)物件影像，被投射至作為基材的一晶圓上，其上被鍍以一層光阻，而對其它類型的基底亦為可行，例如液晶顯示器的組件或光柵的基底。
圖中相關特徵被以類似或相同之參照識別(reference identification)做為設計以幫助理解。
圖一顯示以晶圓掃描機(wafer scanner)WS作為其型態之微影光蝕刻投影曝光設施，其可提供作為以步進-掃描(step-and-scan)模式製造大尺寸積體半導體組件。該投影曝光設施包含波長運作約在193nm之ArF準分子雷射(excimer laser)做為其光源。其它波長，例如248nm或157nm，也可能運用在其它實施例中。一下游照射系統ILL在其出光面ES產生大的、明確界定的(sharply delimited)、均勻照射的照射光場，其被調適於下游折射反射式投影物鏡PO的遠心要求。該照射系統具有裝置以選取照射模式，在範例中，照射模式可在具有可調變同調程度(σ)之傳統偏軸照射、及偏軸照射，特別是環式照射(具有在照射系統之光瞳面上環狀照射區域)、及偶極或四極照射中改變。
置於照射系統下游為一裝置RS(標線平台)，將位於照射系統出光面ES上之形成在光罩上的圖案，以與投影物鏡PO之物面OS同位運作(coincide)方式，來支撐與操控一光罩M，且可在標線平台所位於的一平面上移動做掃描運作(scanning operation)，其掃描方向(Y-方向)垂直於照射系統與投影物鏡所共有的光軸AX(即Z-方向)。
該縮倍投影物鏡PO被設計為以一縮倍尺寸4：1(放大比例(magnification ratio)|β|=0.25)。將光罩提供的圖案之影像，以影像側數值孔徑NA>1條件下，成像至被鍍以一光阻層之一晶圓W上。作為光敏性基材之該晶圓W，以使具有光阻層之平坦基材面SS本質上與投影物鏡之平坦像面IS重疊的方式安置。該晶圓以包含掃瞄機驅動器(scanner drive)之裝置WS(晶圓平台)支撐，並以平行光罩方式同步地移動晶圓。該裝置WS也包含操控器(manipulator)，以在平行光軸之Z方向及垂直光軸之X與Y方向移動晶圓。具有至少一垂直光軸之傾斜軸的傾斜裝置被整合於其中。
投影物鏡PO具有一平凸(planoconvex)最後的透鏡(Last lens)LL作為最後的光學元件，其接近於像面IS。該最後的透鏡之平出光面為投影物鏡PO最後的光學面(出光面)。
該曝光設施被組態用於NA>1之浸潤式光蝕刻術，且包含一浸潤介質導引系統(未顯示)以導引一透明、高折射率浸潤液體IL，例如，純水或含有添加物的水至位於投影物鏡的出光面與基材之間的小間隙，使得浸潤液體至少在曝光區域中，將晶圓上的基材表面完整覆蓋，且投影物鏡的出光側(exit-side end)區域被浸入浸潤液體中。同時一有限的影像側工作距離正確的被設定。該整體系統由中央電腦COMP控制。
該照射系統ILL包含一光瞳塑形單元(pupil shaping unit)PSU，其被組態以造出由先前定義在照射系統光瞳面PILL 上光強度分佈的一有效光源EFF。該光瞳面PILL 為相關於光罩M位置，亦即投影物鏡PO之物面的傅立葉轉換(fourier transform)。因此有效光源EFF之光強度空間分佈決定入射光罩M上的照射光線的角度分佈。一聚光系統CS被提供以進行該傅立葉轉換。
投影物鏡PO之出光側之光瞳面PPO 光學共軛於照射系統光瞳面PILL 。因此在無光罩情形下，在投影物鏡光瞳面 PPO 上可形成一光強度空間分布等同於有效光源EFF上之光強度分布。其中具有一圖案之光罩被置於照射系統與投影物鏡之間，投影物鏡PO之光瞳面PPO 上光強度分布也包含關聯於光罩圖案其特性之繞射資訊。
圖一所示的情形中光瞳塑形單元之可調變光學元件，被調整使得先前定義之有效光源EFF的光強度分佈為四極照射模式。其可用四個偏軸極點PX1、PX2、PY1、PY2做為其特徵，每個極點皆具有一環形之一片段的形狀，且位置接近於光瞳邊緣(見圖1B至1D)。在此處使用的名詞”極點”意思為具有相對高光強度的給定形狀與尺寸之一區域，其被低或無光強度的區域包圍。該極點在徑向方向延伸，其σ範圍△σ介於內緣σ值σi 及接近1之外緣σ值σo 之間。該值σi 與σo 為極點之內緣與外緣半徑對於光瞳半徑的比例。在照射模式其被調適為運用投影物鏡完全的解析力時，σ典型地介於，例如約在σi =0.7與σo =0.98之間。在實施例中極點在方位角(azimuthal angle)(圓周的(circumferential))方向以約30°至40°，例如35°延展。
源自接近光瞳邊緣一窄區域之光束(σ值在或接近1，例如σ≧0.7及/或σ≧0.8)被表示為”光瞳邊緣光束”。光瞳邊緣光束可以接近最大或最小入射角，入射至個別偏光反射鏡上，其最大或最小入射角取決於個別偏光反射鏡之方位，及光瞳邊緣光束相對傾斜偏光反射鏡傾斜軸的位置。源自一位置其以垂直於偏光反射鏡傾斜軸之方向(y-方向)為中心的光瞳邊緣光束，在本申請案中被代表為”極邊緣光束”。因此y-極點PY1及PY2對應於極邊緣光束。因此該極點亦被表示為”極區極點(polar poles)”。
相對上源自光瞳”赤道區域”EZ之光束以平行偏光反射鏡傾斜軸的方向(即平行x-方向)延伸且包含光軸AX，該光束可以在或接近於個別傾斜角度作為入射角，入射於偏光反射鏡上。源自赤道區域EZ的光束被表示為”赤道光束”。源自赤道區域的光瞳邊緣光束(例如σ≧0.7及/或σ≧0.8)被表示為”赤道邊緣光束”。因此x-極點PX1及PX2對應於赤道邊緣光束。因此該極點亦被表示為”赤道極點”。
源自光瞳赤道區域位置在或接近於光軸之光束在本申請案中被表示為”光瞳中心光束”(例如圖1D中光瞳中心光束PCR)。該光瞳中心光束典型地源自具有小的σ值例如σ<0.2及/或σ<0.3的中心區域。
出自極點PX1，PX2之光線其位置為沿著x-方向(亦表示為”x-極點”或”赤道極點”)主要影響光罩子圖案沿著y-方向成像。該圖案有時表示為”垂直線”且其對應對應的x-極點為”垂直點”。出自極點PY1，PY2之光線沿著y-方向(亦表示為”y-極點”或”水平極點”或”極區極點”)主要影響光罩子圖案其具有x-方向上主要特徵(有時表示為”水平線”)。
裝設有一極化影響設計(polarization influencing arrange-ment)之照射系統可調整有效光源EFF的偏極化狀態。在實施例中偏極化狀態被調整以獲得”正切偏極化(tangential polarization)”，其電場向量震盪方向通常較佳為以雙箭號表示之正切方向(垂直於徑向方向)。其中正切偏極化使用時，較佳的偏極化方向通常垂直由光軸及源自偏軸極點光線的行進方向所定義的一平面，藉此可特別在高影像側NA下得到一有效干涉，像是浸潤式操作下可得NA>1。
出自極點PY1外緣之第一光瞳邊緣光束PER1及出自極點PY2外緣之第二光瞳邊緣光束PER2的位置在圖1B中指出。當需要雙光束(two-beam)干涉以獲取一圖案關鍵結構之影像，即具有最小週期長度之結構，其需要光蝕刻在投影物鏡解析力的極限下，該光瞳邊緣光束PER1及PER2代表使用於一光蝕刻過程中之照射方向。
圖2顯示一折射反射式投影物鏡部份細節之示意圖，其具有單一凹面鏡CM位於投影物鏡之光瞳面。以環繞平行x-方向之第一傾斜軸的第一傾斜角t1 =45°，相對光軸AX傾斜的一平面第一偏光鏡M1，被提供以將來自物面的光線偏折朝向凹面反射鏡。以環繞平行第一傾斜軸(即平行x-方向)之第二傾斜軸的第二傾斜角t2 =45°，相對光軸傾斜的第二偏光鏡，被提供以將來自凹面反射鏡的光線偏折朝向像面。反射鏡的平面反射面被調整為彼此垂直方向以使得物面與像面彼此垂直。
在此使用的偏光反射鏡之”傾斜角”被定義為介於偏光反射鏡上光軸與平面反射鏡面法線之間的夾角。入射角被定義為介於光線入射偏光反射鏡上的方向與其法線之間的夾角。對平行光軸的入射光，入射角因而對應於偏光反射鏡之傾斜角。對於s-偏極化的光，其電場向量垂直於入射面震盪，該入射面包含入射方向與偏光反射鏡面法線方向，而p-偏極化的光其電場向量平行於入射面震盪。
來自物面及/或來自偏光反射鏡上游的中間影像IMI1之光線在以一範圍內之入射角，入射於每個偏光反射鏡M1，M2上，該入射角範圍由光束在偏光反射鏡區域之數值孔徑，及偏光反射鏡相對於照射光束的導向所定義。在 每個案例中最大及最小入射角對應於源自位於或接近於照射光瞳邊緣之區域的有效光源EFF其最外緣。如圖2明顯所示，以斷線所繪之光瞳邊緣光束PER1以小於傾斜角之相對小的入射角αMIN 1 ，例如約31°入射第一反射鏡M1上。在第一偏光反射鏡及凹面反射鏡上反射過後，光束PER1以大於傾斜角之相對大的入射角αMAX 2 ，例如約59°入射第二反射鏡M2上。而源自光瞳相反位置上之光瞳邊緣光束PER2，一開始以相對大的入射角αMAX 1 >t1 ，例如約59°入射第一偏光反射鏡M1上，而在第二偏光反射鏡M2上對應的入射角αMIN 2 小於第二傾斜角t2 (例如約31°)。
另一方面，源自x-極點PX1及PX2之光束(即赤道邊緣光束)以相對小的入射角範圍，約為偏光反射鏡的傾斜角，入射兩偏光反射鏡上。在實施例中，該光束入射角範圍可為例如45°±5°及/或45°±4°及/或45°±3°及/或45°±2°。
來自極點光線的較佳偏極化方向為正切方向(圖1B)，其造成的效果為光瞳邊緣光束PER1及PER2之電場震盪方向垂直於入射面，例如反射於偏光反射鏡上之光線為s-偏極化光。相對上，由於電場震盪方向本質上在入射面上，造成來自x-極點PX1，PX2(赤道極點)效果，在反射於偏光反射鏡上之光線為p-偏極化光。
現在考慮對於各種光束在第一及第二偏光反射鏡連續反射所累積的全反射耗損(overall reflection loss)。對於每道光束其累積的全反射耗損，由光束在第一及第二偏光反射鏡上個別反射率的和所決定。為說明反射耗損的原因，圖3顯示一偏極化相依(polarization-dependent)反射率變異之典型示範例，其具有一先前工藝系統(WO2005/124420 A1)之 入射角。在該傳統反射式鍍膜，s-偏極化之反射率Rs 通常較p-偏極化高。p-偏極化之反射率Rp 典型地在入射角增高時下降且在布魯斯特角(Brewster angle)時達到一局部極小值，該布魯斯特角典型在50°及60°入射角區域。
假設兩偏光反射鏡上反射式鍍膜具有相似反射率性質，在兩光瞳邊緣光束本質上會以相同方式衰減，此因連串反射對於承受連續反射的全衰減具有微小或無影響。光瞳邊緣光束之反射耗損可用第一反射率和Rs PE 描述，依照：Rs PE =Rs 1 (t1 -△α1 )+Rs 1 (t1 +△α1 )+Rs 2 (t2 -△α2 )+Rs 2 (t2 +△α2 )如同圖2所解釋。光瞳邊緣光束PER1及PER2之反射以入射角區域接近於最小值(例如介於31°與29°之間)或最大入射角區域(例如介於57°與59°之間)兩者其中之一發生。在30°<α<35°區域中平均反射率Rs 約為92.5%。在57°<α<59°區域中平均反射率Rs 約為90%。因此依照上述定義之第一反射率和的四分之一為約91%，由圖3中斜線部份顯示。另一方面，第二反射率和的四分之一Rp E 其定義為：Rp E =2＊(Rp 1 (t1 )+Rp 2 (t2 ))約為87%，因t1 =t2 =45°且Rp (45°)=87%。因此一有效反射率裂距△R=Rs PE -Rp E ，在圖3描述之先前工藝系統約為4個百分比點。
對於圖1B四個極點發射之不同光束所累積的光耗損，會產生下列情形：y-極點PY1，PY2(極區極點)發射出的光線是依照反射率在相對高入射角(約接近60°)，及相對 低入射角(約接近30°)的區域累積反射耗損。累積的光耗損以第一反射率和Rs PE 表示。因為光耗損通常由反射率對於p-偏極化光在45°附近的值Rp (45°)所決定，對於從以赤道區內x-方向為中心之x-極點PX1，PX2(赤道極點)所發射出光束之光耗損為明顯不同。因而造成在投影物鏡之光瞳面PPO (光學共軛於照射系統之光瞳面PILL )的光強度分布在y-方向上極點與x-方向上極點不同，其中，由於在偏光反射鏡上連續反射導致較大光耗損，x-方向上極點顯出較小平均光強度。
x-極點(垂直極點，x-方向上極點，赤道極點)與y-極點(水平極點，y-方向上極點，極區極點)之間光強度的差異接下來被稱為”光強度橢圓率”。該光強度橢圓率關聯於水平極點在約45°時反射率RP 與在光瞳位置之y-方向所對應的入射角之反射率平均值的差異。若不同極點間光強度差異超過一可接受閥值(threshold value)，該光強度橢圓率會造成或貢獻方向相依線寬差異(亦表示為CD變異)，該閥值決定於特定的光蝕刻過程。
由偏光反射鏡不均勻反射耗損造成之光強度橢圓率，可藉由提供偏光反射鏡具有角度相依反射率的反射式鍍膜以處理上述的效應。可使用於第一及第二偏光反射鏡上，由圖4說明反射性質之一實施例的反射式鍍膜。多層反射式鍍膜之結構在底下表1給出。
在表1中，第一行表示從基材側(0層)朝向反射層(23)之自由表面(free surface)的反射式鍍膜個別層的數字。其它行則顯示層之幾何厚度d[nm]，個別材料，及定義材料複數折射率N=n-ik之參數，其中n為複數折射率之實數部份及k為複數折射率之虛數部份。該無因次吸收係數k經常被視為消光係數(extinction coefficient)並以關係式k=(αλ)/4π，關聯於因次吸收係數α[1/cm]，其中λ代表光對應之波長。
形成多層反射式鍍膜之基材側層的鋁材料以足夠之穩定性結合相對高之反射率以抵抗高能量紫外光的老化(degrading)影響。其它金屬例如鎂、銥、錫、鈹或釕或其合金亦可。層1至23形成具有低折射係數材料(在此為錐冰晶石)與高折射係數材料(在此為氧化鋁)交替層之介電多層堆疊。也可使用其它材料或材料組成物，例如包含氟化鎂(MgF2 )氟化鋁(AlF3 )錐冰晶石，冰晶石，氟化釓(GdF3 )，二氧化矽(SiO2 )，氟化鑭(LaF3 )或氟化鉺(ErF3 )。
對s-偏極化光之反射率Rs ，對於入射角的變化實質上以反射率Rs 在α=45°的值為點對稱，例如在入射角對應於偏光反射鏡之傾斜角t，此處Rs (45°)~93%。當入射角從傾斜角偏離朝向較高入射角，反射率在約α=54°時約以線性下降(平均斜率數量為約0.2%反射率/入射角度數)至約Rs =91.5%，在其中發生反射率局部極小值。發生於局部極小值上方，在α=60°時反射率Rs 輕微增加至92%。對比上，反射率Rs 在入射角偏離45°一微小量時，在α=34°以近似線性增加至約94.3%，在其中發生對s-偏極化光反射率極小值。通常條件 Rs (t+δα)+Rs (t-δα)=Rs (t)±0.5%在δα在0°至15°時成立。
在α=45°區域附近，對應於s-偏極化光反射率Rs 之p-偏極化光反射率Rp ，Rp (45°)典型約為93%。當入射角越來越偏離傾斜角時，Rp 之值在小入射角(α=30°)時快速朝著相對小值約91%下降，且在較大入射角至60°，實質上小於90%數值之下。(注意到這些小反射率值為容許的，因在此討論到的偏軸照射設定下，p-偏極化光不會使用在最高或最低的入射角。如此則允許鍍膜額外的自由度，且促進修正Rs (α)之最佳化表現。)
該反射率特性允許實際地避免在偏光反射鏡上連續反射造成的光強度橢圓率。如上解釋，第一反射率和Rs PE 決定源自環繞y-方向之y-極點PY1，PY2之光所遭遇的累加光強度耗損。而對於介於29°與31°之間的最低入射角其平均反射率約為94%。在大角度入射角，即約57°至59°之間的角譜終端處，反射率約為92%。平均上第一反射率和Rs PE 的四分之一約為93%，如圖4斜線區域所示。同樣數量的反射率耗損發生在源自兩偏光鏡上赤道區內，環繞x-軸之x-極點PX1，PX2之光。因而實際上無有效反射率裂距，即△R=0。在此情形下，若在照射系統光瞳面PILL 上對應極點具有相等光強度且無發生其它效應影響光強度分布，投影物鏡之光瞳面PPO 的光強度極點具有相等光強度。因而並無偏光反射鏡造成之光強度橢圓率。
具有如圖4所示之通常特性之該反射式鍍膜，也可被使用於其它照射模式而不造成光強度橢圓率。因為對s-偏極化光反射率Rs 其基本上對於偏光反射鏡之傾斜角t=45°而言為點對稱，反射率耗損之一補償，在y-方向對所有介於光軸(α=45°)與光瞳邊緣間的σ值獲得(方程式(3)之條件)。
進一步而言，在α=45°時，圖4之反射式鍍膜Rs =Rp 成立。反射式鍍膜可用在無偏極化之光而不造成光強度橢圓率。
另外可使用在對應圖4之反射式鍍膜的照射模式為四極設定，通常依照圖1B或1C中4個具有正切偏極化的極點使用，且其中有效光源也包含無偏極化光其環繞光軸的顯著光強度，即在光瞳中心區域(圖1D)。因為條件Rp (45°)=Rs (45°)成立，環繞光軸之光強度不會造成明顯的光強度橢圓率。除了有複數條具有小週期的密集間隔線段(densely spaced lines)，該照射模式也可用於印製存在孤立線段(isolated lines)的圖案(例如在一晶片設計中周圍導線)。
對於一光學系統其具有圖4所示的反射率特性之反射式鍍膜的偏光反射鏡，其效能增強的證據呈現在圖5。取自揭露在EP 1 767 978 A1(對應於WO 2005/124420 A1)圖12中之先前工藝系統，其具有兩平面偏光反射鏡之參考系統REF，與具有相同於先前工藝系統之光學設計的第一實施例EMB1，兩者之光學效能做比較，其中兩系統差異處僅在於兩平面偏光反射鏡其反射式鍍膜的結構。參考系統REF之偏光反射鏡具有層結構為Al/MgF2 /LaF3 /MgF2 的反射式鍍膜，其揭露在EP 1 767 978 A1及相關敘述，在第一 實施例EMB1中偏光反射鏡之反射式鍍膜具有如圖所揭露之多層結構且其反射率特性揭露於圖4。
對於成像的模擬是使用由Synopsys,Inc.,Mountain View,CA 94043,USA所提供之商業成像模擬軟體SOLID E進行，該軟體廣泛使用於光學微影中的製程建立與最佳化。關於細節參考例http：//www.synopsys.com/products/tcad/acqnr/sgmc/solide.html。SOLID E為用於對所有光學微影中製程與技術的模擬與建立模型之視窗體系的軟體程式。該軟體程式可對積體電路裝置所經歷光學微影製程中各種不同階段，模擬出3維形貌特徵的演進。
測試圖案是使用具有平行線段LI子圖案，其線段走向為互相垂直(x-方向或y-方向)。線寬LW=45nm在所有模擬中之所有測試圖案上使用。該模擬光罩為衰減式相位移光罩，其在線段LI間空白處具有全穿透率(100%)，且在線段上有殘餘6%的穿透率。為數量上評估對不同結構方向在印製上方向相依(orientation-dependent)差異(亦表示為H-V差異)，對各種皆具有相同線寬(45nm)但不同間距(pitch)圖案進行模擬，該間距代表在週期性子圖案中相關結構的週期長度(圖5B)。不同間距值115nm，125nm，130nm，140nm，150nm，180nm，270nm，315nm及1000nm被使用以數量化H-V差異。在此所用之H-V差異△HV[nm]為方向互相垂直的相同週期長度(或間距)線段，在被印製時線寬的差異。
△HV的值由對具有平行線段，其方向初始為x方向，後為y方向之一給定結構(圖案)的成像過程模擬作計算來給出。對所有模擬使用相同照射劑量(illumination dose)， 個別線寬可從施加在給定光敏性材料(例如光阻)上，相同光強度閥值的潛在影像(aerial image)所決定。若在x-方向印製的線寬為LWx 且在y-方向印製的線寬為LWy ，則△HV=LWx -LWy 。
照射由環形設定(具有在照射系統中光瞳面上環狀有效光源)做模擬，該環狀有效光源其內緣與外緣之相對徑向位置以σi =0.82及σo =0.97描述(例如與圖1B或1C中σ值的定義相比較)。不同於圖1B所示的四極點設定，模擬中環形設定沒有被分割成四個區塊，而是完整封閉環狀照射，在方位(azimuthal)方向上無中斷。該投影物鏡影像側數值孔徑NA設定在NA=1.3。該照射輻射偏極化特性被設定對應於”xy偏極化狀態”，由將照射光瞳子分割為四塊90°楔形區塊，其個別以x-及y-軸為中心使得相鄰區塊其邊界在x-及y-軸間為45°對稱走向。在每個區塊以具有線性偏極化，電場向量震盪方向垂直個別區塊中心軸的輻射做模擬，以提供相似於圖1C所示之類型的必要的正切偏極化。
圖5顯示模擬結果為具有在x-軸上子圖案間距[nm]的圖形，且對應之y-軸上水平-垂直差異△HV[nm]，其中虛線REF對應於參考系統的值，且實線EMB1對應於第一實施例的值(反射式鍍膜顯示在圖4)。兩曲線皆被歸一化使得在100nm間距時△HV=0。明顯的是△HV顯示間距上一顯著的變化，特別在關鍵細微結構區域，其以介於100nm及200nm至400nm的小間距值為其特徵。△HV絕對值的變化在例如100nm及200nm間的間距約為1.2nm。該相對大的值造成顯著的線寬差異，特別是在細微間隔圖案其被印製時，主要是使用來自照射光瞳外緣區域的照射。
當依照圖4中表1，使用實施例之反射式鍍膜時可獲得△HV一顯著增進。因為△HV隨著間距之變化在小間距值區域中明顯較小例如△HV在介於100nm間距與400nm間距之間變化僅約0.2nm。指出密集間隔線段在本發明實施例中，在x-及y-方向兩者上具有相似線寬。通常在間距介於約100nm及1000nm之間，△HV變異可為1.2m或更小(或1nm或更小，或0.8nm或更小，或0.5nm或更小)。
第二實施例之一平衡反射式鍍膜，可使用在一光學系統中之一或多個偏光反射鏡上，該第二實施例在之後的表2及圖6中敘述。第二實施例之多層反射式鍍膜結構在表2給出，其中層數#，厚度d，材料及定義折射率N=n-ik之參數n與k皆相同於表1。該實施例為一純介電多層系統，由具有53單層的低折射率材料(此處為錐冰晶石)與高折射率材料(此處為氧化鋁)之交替層所形成之一介電多層堆疊。直接形成在基材表面上之第一層為一低折射率層，而相鄰於外在環境之外層53亦為低折射率之錐冰晶石。
如圖6所見，s-偏極化光之反射率Rs 對於入射角的變化，實質上以反射率Rs 在對應於偏光反射鏡之傾斜角t的α=45°的值為點對稱，此處Rs (45°)~89%。當入射角從傾斜角偏離朝向較低入射角，反射率粗略地以線性上升至α=40°或更小，在其中反射率約以相同數量約在α=50°時下降至83%，而局部極小值約在α=51°。通常條件Rs (t+δα)+Rs (t-δα)=Rs (t)±0.5%在δα約在0°至10°時成立。
而明顯的是p-偏極化光之反射率Rp 約在α=45°時Rp =Rs ，且具有本質上相反的點對稱行為。當入射角朝向較小值下降時，Rp 在α=40°下降至約83%。在另一方面，Rp 在α=50°時約以線性增加至約Rp ~92%，使得條件Rp (t+δα)+Rp (t-δα)=Rp (t)±0.5%在δα在0°至10°時成立。
反射式鍍膜之反射率特性因而不僅實質上對s-偏極化光為對於Rs(t) =45°為點對稱，對p-偏極化光亦然。特別出現於方程式4，6及7之條件，即(Rp (t+δα)+Rp (t-δα))/2=Rs (t)±2% (4)
(Rp (t+△α)+Rp (t-△α))/2=Rs (t)±0.5% (6)
Rp (t)=Rs (t)±0.5% (7)除了在方程式1至3及5所出現條件外，至少對入射角在介於約40°與約50°(對t=45°時，△α=5°或更高)時成立。因而該鍍膜類型可使用於正切偏極化光及徑向偏極化光或無偏極化光，對於所提到任一偏極化狀態皆不會引入光強度橢圓率。
偏光反射鏡之實施例可使用於各種折射反射式投影物鏡。圖7與8以簡圖顯示R-C-R型投影物鏡之第一與第二實施例，其被設計使用三個疊接(或串接)成像物鏡組件及確實的兩個中間影像，成像來自物面OS之一圖案至光學共軛之像面IS。第一折射物鏡組件(縮寫”R”)產生圖案之第一中間實像IMI1。包含一凹面反射鏡之第二折射反射式物鏡組件(縮寫”C”)，從第一中間影像產生第二中間實像IMI2。第三折射物鏡組件(縮寫”R”)成像第二中間影像至像面上。典型上第一折射物鏡組件具有放大率接近1：1，且為了之後連續成像步驟，其作用為適當定義第一中間影像之尺寸，位置及校正狀態的”中繼(relay)”系統。皆使用偏軸光場以獲取無光暈及光暗化影像之兩實施例，其使用置於或光學上接近於第二物鏡組件之光瞳面的單一凹面反射鏡CM，且與置放在凹面反射鏡前的一或多片負透鏡組合以校正軸色散像差(CHL)及珀茲伐和(Petzval sum)。第三物鏡組件典型作為具有密集封裝透鏡的聚焦群組的最佳化，以獲得縮倍率的主要部份及所需之影像側NA。
在圖7中投影物鏡500之平面偏光反射鏡M1被安置 以偏折來自物面OS，及第一中間影像IMI1的光線朝向凹面反射鏡CM，而其中第二平面偏光反射鏡M2在光學上被安至接近於第二中間影像IMI2，且導引由凹面反射鏡反射之光線朝向像面。該通常建構物之示範例可在例如WO 2005/111689 A2或WO 2005/124420 A1中找到。
在圖8投影物鏡600中來自物面之光線，藉由第一中間影像IMI1，在照射到平面第一偏光反射鏡M1之前，先入射於凹面反射鏡CM上，該第一偏光反射鏡將來自凹面反射鏡之光線偏折朝向像面。一第二平面偏光反射鏡M2，光學上位於第二中間影像下游且被導向垂直於第一偏光反射鏡，允許將像面IS導向平行於物面。該通常建構物之示範例被揭露在例如US 2004/0233405 A1。
依照本發明不同實施例之投影物鏡也可僅具有一中間影像，例如在WO 2004/025370 A1或US 2006/0077366 A1中所示，或超過兩中間影像例如在WO 2005/040890 A2或US 2005/0185269 A1中所揭露。
上述之較佳實施例以由示範例方式給出。從本發明中熟知該技藝之人士不僅可理解本發明及其伴隨之優點，也可找出對揭露之結構與方法明顯不同的改變與修改。因而可尋得涵蓋，如同定義在附加的申請專利範圍及其等同物中，落在本發明精神與範疇中的所有的改變與修改。
所有申請專利範圍之內容以參照方式構成敘述之一部分。
500‧‧‧投影物鏡
600‧‧‧投影物鏡
AX‧‧‧光軸
CM‧‧‧單一凹面鏡
COMP‧‧‧中央電腦
CS‧‧‧聚光系統
EFF‧‧‧有效光源
ES‧‧‧出光面
EZ‧‧‧赤道區域
M1、M2‧‧‧偏光反射鏡
IL‧‧‧浸潤液體
ILL‧‧‧下游照射系統
IMI1、IMI2‧‧‧中間影像
IS‧‧‧像面
L‧‧‧光源
LI‧‧‧線段
LW‧‧‧線寬
LL‧‧‧最後的透鏡(Last lens)
PPO ‧‧‧光瞳面
PILL ‧‧‧光瞳面
PERI、PER2‧‧‧光瞳邊緣光束
PO‧‧‧投影物鏡
PCR‧‧‧光瞳中心光束
PSU‧‧‧光瞳塑形單元(pupil shaping unit)
PX1、PX2、PY1、PY2‧‧‧偏軸極點
OS‧‧‧物面
RS‧‧‧標線平台
SS‧‧‧基材面
W‧‧‧晶圓
WS‧‧‧晶圓掃描機(wafer scanner)
“R”‧‧‧第一、第三折射反射式物鏡組件
“C”‧‧‧第二折射反射式物鏡組件
圖1A顯示微影蝕刻術所使用的具有一照射系統及一投影物鏡之投影曝光設施實施例之一示意圖；圖1B及1C顯示照射系統光瞳面上一有效光源之光強度分布軸向圖，其依照具有正切偏極化之四極照射模式，且圖1D顯示另外在或接近於光軸上具有無偏極化光強度的照射模式。
圖2顯示折射反射式投影物鏡一部份之詳細示意圖，該物鏡包含單一凹面反射鏡及兩偏光反射鏡，做為導引來自與朝向凹面反射鏡之光線。
圖3個別地顯示在鍍有傳統反射式鍍膜之一偏光反射鏡，對於s-偏極化與p-偏極化光線之反射率Rs 及Rp 與入射角α的相依性。
圖4個別地顯示在鍍有第一實施例之反射式鍍膜的一偏光反射鏡，對於s-偏極化與p-偏極化光線反射率Rs 及Rp 與入射角α的相依性。
圖5顯示的5A為由參考系統REF，及本發明第一實施例EMB1所產生之對於不同線段週期(間隔)，關於H-V差異的成像模擬之比較圖而所使用之測試圖案示意地繪於5B。
圖6個別地顯示在鍍有第二實施例之反射式鍍膜的一偏光反射鏡，對於s-偏極化與p-偏極化光線反射率Rs 及Rp 與入射角α的相依性。
圖7顯示第一實施例之折射反射式投影物鏡的示意圖，包含依照本發明一實施例之偏光反射鏡。
圖8顯示第二實施例之折射反射式投影物鏡的示意圖，包含依照本發明一實施例之偏光反射鏡。
AX‧‧‧光軸
CM‧‧‧單一凹面鏡
COMP‧‧‧中央電腦
CS‧‧‧聚光系統
EFF‧‧‧有效光源
ES‧‧‧出光面
IL‧‧‧浸潤液體
ILL‧‧‧下游照射系統
IMI1、IMI2‧‧‧中間影像
IS‧‧‧像面
L‧‧‧光源
LL‧‧‧最後的透鏡(Last lens)
PPO ‧‧‧光瞳面
PILL ‧‧‧光瞳面
PO‧‧‧投影物鏡
PSU‧‧‧光瞳塑形單元(pupil shaping unit)
OS‧‧‧物面
RS‧‧‧標線平台
SS‧‧‧基材面
W‧‧‧晶圓
WS‧‧‧晶圓掃描機(wafer scanner)

Claims (26)

  1. 一種折射反射式投影物鏡，包含：複數個光學元件，沿一光軸排置以將置於投影物鏡物面上的一圖案，成像至投影物鏡像面上，此光學元件包含：一凹面反射鏡；一第一偏光反射鏡，相對光軸以環繞第一傾斜軸之一第一傾斜角t1 而傾斜，以將來自物面之光線偏折朝向凹面反射鏡，或將來自凹面反射鏡之光線偏折朝向像面；一第二偏光反射鏡，相對光軸以環繞第二傾斜軸之一第二傾斜角t2 而傾斜；第一偏光反射鏡具有第一反射式鍍膜，在光從第一入射角範圍(t1 -△α1 )≦α1 ≦(t1 +△α1 )，以第一入射角α1 入射在第一偏光反射鏡的情形下，反射率對s-偏極化光為Rs 1 (α1 )，且反射率對p-偏極化光為Rp 1 (α1 )；第二偏光反射鏡具有第二反射式鍍膜，在光從第二入射角範圍(t2 -△α2 )≦α2 ≦(t2 +△α2 )，以第二入射角α2 入射在第二偏光反射鏡的情形下，反射率對s-偏極化光為Rs 2 (α2 )，且反射率對p-偏極化光為Rp 2 (α2 )；對極邊緣(polar edge)光束之s-偏極化光在第一及第二偏光反射鏡上反射所累加的第一反射率和(reflectivity sum)Rs PE ，實質上等於對赤道邊緣(equatorial edge)光束之p-偏極化光在第一及第二偏光反射鏡上累加的第二反射率和(reflectivity sum)Rp E ； 其中該第一及該第二偏光反射鏡上之入射角範圍在介於一最小入射角(αMIN )及最大入射角(αMAX )之間延伸，分別以一角度差異△α1 及△α2 偏離中心值(α=傾斜角t)，△α1 及△α2 依照公式：△α=asin(σ*NAOBJ /βx )，當中NAOBJ 為投影物鏡之物體側數值孔徑，βx 為介於投影物鏡之物面與接近於個別偏光反射鏡光場面之間的放大倍率，及以σ為個別照射模式所定義之參數；及其中40°<t1 <50°且40°<t2 <50°，及物面平行於像面。
  2. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中有效反射率裂距(reflectivity splitting)△R依照△R=Rs PE -Rp E ，被定義為第一反射率和Rs PE 與第二反射率和Rp E 之間的差距，△R小於2%，其中Rs PE =Rs 1 (t1 -△α1 )+Rs 1 (t1 +△α1 )+Rs 2 (t2 -△α2 )+Rs 2 (t2 +△α2 )且Rp E =2＊(Rp 1 (t1 )+Rp 2 (t2 ))。
  3. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中，第一及第二偏光反射鏡至少其中之一，入射角為α的s-偏極化光的反射率變化Rs (α)，對於在對應於偏光反射鏡傾斜角之一入射角的一反射率值Rs (t)實質上為點對稱，使條件：Rs (t+δα)+Rs (t-δα)=Rs (t)±0.5% 對在各別偏光反射鏡入射角範圍內的所有入射角α皆成立，δα為傾斜角t與各別的入射角間的一角差值(angular difference)。
  4. 依照請求項第3項所述的投影物鏡，其中額外條件：(Rs (t+δα)+Rs (t-δα))/2=Rs (t)±2%成立。
  5. 依照請求項第3項所述的投影物鏡，其中對於第一及第二偏光反射鏡的反射率特性，下列條件：(Rs (t-δα)+Rs (t+δα))/2=Rp (t)±0.5%成立。
  6. 依照請求項第5項所述的投影物鏡，其中對於第一及第二偏光反射鏡的反射率特性，下列條件：(Rp (t-δα)+Rp (t+δα))/2=Rs (t)±0.5%成立。
  7. 依照請求項第5項所述的投影物鏡，其中對於第一及第二偏光反射鏡的反射率特性，下列條件：Rp (t)=Rs (t)±0.5%成立。
  8. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中t1 =45°及t2 = 45°。
  9. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中第一反射式鍍膜及第二反射式鍍膜具有相同鍍膜結構。
  10. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中第一反射式鍍膜及第二反射式鍍膜，對於波長範圍介於260nm與100nm之間的紫外光為有效。
  11. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中投影物鏡包含二或更多疊接(cascaded)式成像物鏡組件及一或更多中間(intermediate)影像。
  12. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中投影物鏡包含一單凹面反射鏡，其位於或光學上接近於一折射反射式物鏡組件之一光瞳面，該折射反射式物鏡組件與一或多片負透鏡(negative lenses)組合而排置在凹面反射鏡之前。
  13. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中投影物鏡包含：一第一折射式目鏡組件，其產生圖案之一第一真實中間影像；一第二折射反射式物鏡組件，包含一凹面反射鏡，其自第一中間影像產生一第二真實中間影像；以及一第三折射式目鏡組件，其將第二中間影像成像至像面上。
  14. 依照請求項第13項所述的投影物鏡，其中第一偏光反射鏡光學上排置接近於第一中間影像，以將來自物面之光 線偏折朝向凹面反射鏡；且第二偏光反射鏡光學上排置接近第二中間影像，以將來自凹面反射鏡之光線偏折朝向像面。
  15. 依照請求項第13項所述的投影物鏡，其中來自物面的光經由第一中間影像，在照射到第一偏光反射鏡之前，先入射至凹面反射鏡上，第一偏光反射鏡將來自凹面反射鏡的光偏折至像面上，且其中第二偏光反射鏡光學上排置於第二中間影像之下游，且其被導向垂直於第一偏光反射鏡，使得像面被導向為平行於物面。
  16. 依照請求項第1項所述的投影物鏡，其中投影物鏡為一浸潤式投影物鏡，被組態以運作在一影像側數值孔徑NA>1。
  17. 一種反射鏡，包含：一反射鏡基材；一反射式鍍膜鍍於該基底上；該反射式鍍膜鍍在光從第一入射角範圍(t-△α)≦α≦(t+△α)，以入射角α入射在反射鏡的情形下，其反射率對s-偏極化光為Rs (α)且反射率對p-偏極化光為Rp (α)，使得條件：(Rs (t-△α)+Rs (t+△α))/2=Rp (t)±0.5%成立，其中該反射鏡上之入射角範圍在介於一最小入射角 (αMIN )及最大入射角(αMAX )之間延伸，以一角度差異△α偏離中心值(α=傾斜角t)，△α依照公式：△α=asin(σ*NAOBJ /βx )，當中NAOBJ 為投影物鏡之物體側數值孔徑，βx 為介於投影物鏡之物面與接近於個別偏光反射鏡光場面之間的放大倍率，及以σ為個別照射模式所定義之參數；及其中40°≦t≦50°且△α>10°。
  18. 依照請求項第17項所述的反射鏡，其中條件：(Rp (t-△α)+Rp (t+△α))/2=Rs (t)±0.5%成立。
  19. 依照請求項第17項所述的反射鏡，其中條件：Rp (t)=Rs (t)±0.5%成立。
  20. 依照請求項第17項所述的反射鏡，其中反射式鍍膜對於波長範圍介於260nm與100nm之間的紫外光為有效。
  21. 依照請求項第17項所述的反射鏡，其中反射鏡為平面反射鏡，其具有一平面的反射面。
  22. 一種使用折射反射式投影物鏡製作半導體裝置，及其他形式之微型裝置之方法，包含以一預定波長的紫外照射光照射一光罩；使用依照請求項第1項所述之折射反射式投影物 鏡，將圖案之影像投影至光敏性基底上。
  23. 依照請求項第22項所述的方法，其中光罩之圖案以照射光線照射，而照射光線來自一有效光源，其由一照射系統的光瞳面上一光強度分布所形成，照射系統對應於包含四個離軸照射極(off-axis illumination poles)之離軸照射(off-axis illumination)模式。
  24. 依照請求項第23項所述的方法，其中照射光線具有在照射極(illumination poles)內的正切極化(tangential polarization)。
  25. 依照請求項第24項所述的方法，其中照射系統在光瞳面上的光強度分布，包含在一光軸上之一中央極(central pole)，其中照射光線在中央極上實質為非極化性。
  26. 一種投影曝光裝置，包含：產生主光線之一光源；一照射系統所形成之主光線，以產生入射在具有圖案之一光罩的照射光線；以及一投影物鏡，投射一圖案之影像至一光敏性基底上，此投影物鏡依照請求項第1項被組態。
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