TWI481896B - 成像光學構件、具有其之微影投射曝光裝置與製造結構化組件之方法 - Google Patents

成像光學構件、具有其之微影投射曝光裝置與製造結構化組件之方法 Download PDF

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Description

成像光學構件、具有其之微影投射曝光裝置與製造結構化組件之方法
本發明關於具有複數個反射鏡(mirror)之成像光學構件(imaging optics)，其將物件平面(object plane)之物場(object field)成像到影像平面(image plane)之影像場(image field)。再者，本發明關於具有此類光學構件之投射曝光裝置以及關於利用此類投射曝光裝置製造微結構組件(microstructured component)之方法。
上述類型之成像光學構件可由US 2006/0232867 A1及US 2008/0170310 A1得知，其包含將物場成像到中間影像(intermediate image)之第一部分物鏡(partial objective)，以及將中間影像成像到影像場之第二部分物鏡。於此狀況，第二部分物鏡包含在物場與影像場間之成像光(imaging light)光束路徑(beam path)中的倒數第二反射鏡(penultimate mirror)，以及光束路徑中的最後一個反射鏡。
本發明之一目的在於降低最後一個反射鏡的直徑。
本發明目的藉由一種成像光學構件達成，其具有複數個反射鏡，係將物件平面之物場成像到影像平面之影像場。成像光學構件包含將物場成像到中間影像之第一部分物鏡，以及將中間影像成像到影像場之第二部分物鏡。第二部分物鏡包含在物場與影像場間之成像光光束路徑中的倒數第二反射鏡，以及光束路徑中的最後一個反射鏡。於此案例中，倒數第二反射鏡及最後一個反射鏡設計為倒數第二反射鏡將中間影像成像到另一中間影像，而最後一個反射鏡將另一中間影像成像到影像場。
由於成像光學構件設計成另一中間影像位於倒數第二反射鏡與最後一個反射鏡間之光束路徑中之事實，可降低最後一個反射鏡之直徑。因為另一中間影像的存在，所以與在倒數第二反射鏡與最後一個反射鏡間沒有中間影像之成像光學構件相較，必須增加最後一個反射鏡之光學折射力(optical refractive power)以及曲率(curvature)，以利用最後一個反射鏡將中間影像成像到影像場。最後一個反射鏡的曲率越大會導致弧矢(sagitta)變大，尤其是在反射鏡的邊緣。因此，減小最後一個反射鏡的直徑。
於成像光學構件案例中，物件平面與影像平面皆位於離成像光學構件有限距離處。當物件平面與在最靠近物件平面之光學組件(optical component)間之距離，或影像平面與在最靠近影像平面之光學組件間之距離小於5m時，此距離視為有限。
於本案中，中間影像的意義為不是影像場之物場的實際影像(real image)，且是藉由另外成像而最先成像到影像場。
於本案中，部分物鏡的意義為一或更多光學組件之配置，其將成像光學構件之物場成像到實際中間影像，或將實際中間影像成像到另一實際中間影像，或將實際中間影像成像到成像光學構件之影像場。因此，於部分物鏡之案例中，成像光學構件之中間影像為部分物鏡之物場，或部分物鏡之影像場，或部分物鏡之物場及影像場。於此案例中，部分物鏡可包含兩個或更多的部分物鏡。由於第二部分物鏡包含在第二部分物鏡之兩個反射鏡間的中間影像，因此第二部分物鏡包含兩個部分物鏡。一個部分物鏡包含倒數第二反射鏡，而另一個部分物鏡包含最後一個反射鏡。
於此，最後一個反射鏡為設置在光束路徑中於影像平面直接上游的反射鏡，而倒數第二反射鏡為設置在光束路徑中於最後一個反射鏡直接上游的反射鏡。
倒數第二反射鏡具有正光學折射力，而將中間影像成像到另一中間影像。於一實施例，倒數第二反射鏡設計成凹面鏡(concave mirror)。
類似地，最後一個反射鏡具有正光學折射力，而將另一中間影像成像到影像場。於一實施例，最後一個反射鏡設計成凹面鏡。
於一實施例，最後一個反射鏡具有通孔(through-opening)，作為成像光的通道。因此，相較於具有沒通孔之最後一個反射鏡的成像光學構件，可增加影像場中的數值孔徑(numerical aperture)。具體而言，若最後一個反射鏡沒有成像光的通孔，光束路徑必須導引經過最後一個反射鏡。當數值孔徑增加時，會導致光線在倒數第二反射鏡及最後一個反射鏡有較大的入射角(incidence angle)。最後一個反射鏡之光學用區(optically used area)內的通孔效應在於，最後一個反射鏡不會反射整個成像光束(imaging light bundle)。根據通孔的大小，會發生瞳照射(pupil illumination)的遮蔽(obscuration)(所謂瞳遮蔽(pupil obscuration))。於此例中，光學用區為成像光照到反射鏡的區域。
於一實施例，倒數第二反射鏡在光學用區內不具有作為成像光之通道的通孔。這樣並不排除倒數第二反射鏡在光學用區外具有作為成像光通道之通孔。具體而言，就機械原因而言，將倒數第二反射鏡的實體範圍加大超過光學用區是有利的。如此可造成倒數第二反射鏡在光學用區外需要作為成像光的通孔。
於一實施例，倒數第二反射鏡設置在最後一個反射鏡與影像場間之成像光束外。成像光束包含從整個物場發出且完全填充成像光學構件之孔徑光闌(aperture stop)的所有光線。
就倒數第二反射鏡在光學用區內沒有作為成像光通過之通道且倒數第二反射鏡設置在最後一個反射鏡與影像場間之成像光束外的狀況而言，倒數第二反射鏡對瞳遮蔽沒有影響。
再者，藉此可在倒數第二反射鏡與影像平面間得到足夠大的工作距離(working distance)。於一實施例，倒數第二反射鏡的外直徑(outside diameter)對倒數第二反射鏡與影像平面間之工作距離的比例小於5。反射鏡的外直徑一方面定義為包圍反射鏡上光學用區之圓的直徑，另一方面具有最小半徑。光學用區包含成像光束所有光線在反射鏡上的照射點。反射鏡之工作距離定義為在反射鏡表面之點離影像平面的最小距離，此距離以垂直影像平面來量測。若倒數第二反射鏡的外直徑對倒數第二反射鏡與影像平面間之工作距離的比例為大於5的值，則因為反射鏡有過小的厚度而存在著倒數第二反射鏡變成不穩定的風險。
於一實施例，倒數第二反射鏡的外直徑對倒數第二反射鏡與影像平面間之工作距離的比例小於2。
於一實施例，倒數第二反射鏡的外直徑小於最後一個反射鏡的外直徑。於此案例中，第二部分物鏡造成中間影像與影像場間之數值孔徑增加。如此可使第一部分物鏡及第二部分物鏡中的數值孔徑以兩步驟方式增加。
於另一實施例，倒數第二反射鏡在倒數第二反射鏡之光學用區內具有通孔作為成像光的通道。舉例而言，這樣的組態發生於當倒數第二反射鏡與最後一個反射鏡具有共同的對稱軸時，其中這兩個反射鏡表面之表面數學描述(mathematical description)相對於此對稱軸為旋轉對稱的。最後一個反射鏡所反射的成像光通過在光束路徑上之倒數第二反射鏡中的通孔而到達影像平面。
至少其中一個反射鏡或成像光學構件可具有設計成自由形式表面(free form surface)之反射表面，其無法由旋轉對稱函數來描述。
針對微影投射曝光裝置之投射物鏡(projection objective)之反射鏡之反射表面的此類自由形式表面，可由US 2007/0058269 A1得知。舉例而言，可由旋轉對稱參考表面(rotationally symmetric reference surface)產生。
自由形式表面可藉由以下方程式數學地表示：
其中：
Z為自由形式表面在點X,Y(X2 +Y2 =r2 )之弧矢。
r為局部表面座標系統(local surface coordinate system)之半徑距離。
c為常數，對應於頂點曲率(apex curvature)。
k對應圓椎常數(conic constant)。
Cj 為單項式Xm Yn 的係數。
Rnorm 為係數的正規化因子(normalization factor)。
c、k及Cj 的值典型基於成像光學構件內部之反射鏡所需的光學性質來決定。單項式的級數m+n可依所需變化。越高階的單項式造成像光學構件具有較佳像差校正(aberration correction)的設計，但是計算更複雜。m+n可假設在3與超過20之間的值。
自由形式表面亦可以任尼克(Zernike)多項式數學地描述，例如任尼克多項式可在光學設計程式手冊(CODE)解釋。選替地，自由形式表面可利用二維樣條曲面(two-dimensional spline surface)來描述。範例如貝茲(Bezier)曲線或非均勻合理基本樣條曲線(non-uniform rational basis spline，NURBS)。二維樣條曲面可例如以xy平面中之點網絡與相關z值，或以這些點與相關的梯度來描述。根據樣條曲面的個別類型，可藉由使用例如多項式或函數在網絡點間內差而得到完整的表面，這些多項式或函數在連續性(continuity)及可微分性(differentiability)方面具有特定的性質。解析函數為此類範例之一。
自由形式表面相對於旋轉對稱表面較佳具有至少成像光波長絕對值的最大偏差，而最適合自由形式表面，其中旋轉對稱表面不需對應於設計參考表面(design reference surface)。於EUV波長(亦即5 nm至30 nm的波長)照射的案例中，此偏差至少為幾個10 nm，例如50 nm。舉例而言，也可能有更大的偏差，例如100 nm、500 nm、1 μm、或甚至在幾毫米範圍的更大偏差。當使用更高波長之成像光系統，甚至可得到更高的偏差。
於此案例，可將成像光學構件之單一反射鏡設計為自由形式表面，或將成像光學構件的複數個或所有反射鏡設計為自由形式表面。
使用自由形式表面而非具有旋轉對稱軸之反射表面產生新的設計自由度，且造成具有不能以旋轉對稱反射表面實現之組合性質的成像光學構件。對在最後一個反射鏡具有通孔之成像光學構件而言，使用自由形式表面提供實現具有小像差且尤其具有高光通量之精簡成像光學構件的可能性。由於使用自由形式表面，因為倒數第二反射鏡以偏離中心方式(decentered fashion)設置，所以在倒數第二反射鏡可實施為在光學用區內沒有作為成像光通道之通孔。
於一實施例，中間影像配置在最後一個反射鏡的通孔區域，意味著通孔有最小範圍。最後，如此當照射到最後一個反射鏡時，導致成像光束有較小的遮蔽。就最後一個反射鏡為唯一具有通孔的反射鏡而言，通孔範圍對最後一個反射鏡範圍的比例大約決定了瞳遮蔽的大小。
於一實施例，第一部分物鏡包含4個反射鏡。
於一實施例，從物場到中間影像之光束路徑中的第一個反射鏡具有正光學折射力，在光束路徑中的第三個反射鏡具有負光學折射力，而光束路徑中的第四個反射鏡具有正光學折射力。
於一實施例，成像光學構件具有正好6個反射鏡。
反射鏡的數目影響成像光學構件的透射(transmission)。反射鏡數目越小，成像光學構件的透射性越大。尤其是針對EUV波長之成像光學構件，因為當光垂直或直立入射時，EUV反射鏡的反射率最多約70%。
於一實施例，成像光學構件為反射物鏡(catoptric objective)。因此，使用專門作為成像光學元件的反射鏡。反射物鏡尤其適合於對於其波長無可適用之透明光學材料的成像光。
於一實施例，在所有反射鏡上的所有光線相對於在光線照射點位置正交之表面，具有小於45°的入射角。
在影像平面中至少為0.3的數值孔徑能得到成像光學構件的高解析度(resolution)。
於一實施例，數值孔徑至少為0.4。
於一實施例，數值孔徑至少為0.5。
藉由增加反射鏡數目，或利用非球面表面(aspheric surface)或自由形式表面，來增加設計的自由度，可實施高達0.8的數值孔徑。
於一實施例，物場為矩形。當使用成像光學構件時(尤其是作為投射曝光裝置中的投射物鏡)，如此可促進製程管理。尤其是使用非旋轉對稱自由形式表面作為成像光學構件之反射表面，可達到此類矩形場。影像場短邊可具有2 mm至6 mm的範圍，在長邊具有12 mm至26 mm之範圍。
於另一實施例，物場亦可具有環形場片段(annular field segment)的形狀。當所有光學組件的光學表面可藉由相對於通過其之光學軸旋轉對稱之數學函數來描述時，尤其有利。
當成像光學構件用作為微影的投射物鏡，優點特別的好。
本發明具有成像光學構件作為投射物鏡之投射曝光裝置的優點參考上述成像光學構件。
投射曝光裝置的光源可設計成產生具有波長在5nm及30nm間的EUV照射光(illumination light)。
本發明製造方法及藉此製造的微結構組件具有相應的優點。
圖1顯示成像光學構件1實施例之經向剖面圖(meridional section)。於本案中經向剖面圖為在成像光學構件之對稱平面中通過成像光學構件之截面。圖2顯示相同實施例中弧矢截面。於本案中弧矢截面為垂直於成像光學構件之對稱平面之平面中的截面。於此，反射鏡於平面中以截面線表示，而光線表示為投射入此平面。成像光學構件1將物件平面5之物場3成像到影像平面9之影像場7。成像光學構件1具有6個反射鏡，於光束路徑中從物場3開始依序標示為M1至M6。成像光學構件1為反射物鏡。
物場3為矩形，在y方向具有8mm的範圍而在x方向具有104mm的範圍。成像光學構件1的成像比例(imaging scale)為0.25，使得影像場7在y方向具有2mm的範圍而在x方向具有26mm的範圍。
影像側數值孔徑(image-side numerical aperture)NA為0.5。
成像光學構件1包含第一部分物鏡11以及第二部分物鏡13，其中第一部分物鏡11將物場3成像到中間影像15，而第二部分物鏡13將中間影像15成像到影像場7。第一部分物鏡11包含4個反射鏡M1至M4。第二部分物鏡13包含在物場3與影像場7間之成像光17之光束路徑中的倒數第二反射鏡M5以及在光束路徑中的最後一個反射鏡M6。倒數第二反射鏡M5設計成凹面鏡，並將中間影像15成像到一另一中間影像19。最後一個反射鏡M6類似地設計成凹面鏡，並將另一中間影像19成像到影像場7。
成像光學構件1之光學資料組合於表1a、1b、及1c。表1a分別針對反射鏡M1至M6之光學表面，指明頂點曲率c之倒數(半徑)，以及從物件平面開始對應於光束路徑中相鄰元件之z距離的距離值。z距離於此例中相關於全局參考座標系統(global reference coordinate system)，其中原點及x軸與y軸位在物件平面。表1b針對反射鏡M1至M6指明在上述自由形式表面方程式(1)中單項式Xm Yn 之係數Cj 。於此例中，Rnorm 表示正規化因子。再者，表1c具有從全局參考座標系統開始，個別反射鏡據此以毫米及度數為單位偏離中心(y離心)及旋轉(x旋轉)之絕對值。此乃對應於自由形式表面設計方法案例中的平行位移與傾斜。於此，在y方向有位移，且繞x軸旋轉。
所有6個反射鏡M1至M6之反射表面係根據上述方程式(1)及(2)設計成可以旋轉非對稱函數描述的自由形式表面。
反射鏡M1、M4、M5及M6設計成凹面鏡。反射鏡M2設計成凸面鏡。反射鏡M3具有鞍面(saddle surface)作為反射表面。
反射鏡M1及M6以及反射鏡M3及M6設置成背對背以定向反射表面的方位。
於圖1所示的經向剖面圖中，光束路徑各具有三道個別光線從圖1在y方向彼此相隔之三個物場點發出。這三道個別光線屬於三個物場點其中一個，且代表主光線(chief ray)23及兩個孔徑光線(aperture ray)。類似地，於圖2之弧矢截面中，光束路徑各具有三道個別光線從圖2在x方向彼此相隔之三個物場點發出。這三道個別光線屬於三個物場點其中一個，且代表主光線23及兩個孔徑光線。主光線23垂直於影像場7中之影像平面9行進。孔徑光線與對應於影像側數值孔徑之個別主光線23夾有角度。繪示於圖1之主光線23僅作為例示說明，因為成像光學構件1的瞳遮蔽，所以並不是成像光學構件1的實際光線，而是虛擬光線。這些主光線23源自物件平面5而相對於彼此初始發散地行進。於下此亦表示為成像光學構件1之入射瞳(entrance pupil)的負後焦點(negative back focus)。根據圖1，成像光學構件1的入射瞳不在成像光學構件1的內部，而是在物件平面5之上游光束路徑中。舉例而言，藉此可在成像光學構件1之上游光束路徑中設置照射光學構件之瞳組件於成像光學構件1之入射瞳，而不必再另外設置成像光學組件於瞳組件與物件平面5之間。
成像光學構件1設計成，使得成像光17行進遠至中間影像15而在個別反射鏡之間成像光束不相交。
於光學用區內，反射鏡M1至M4之光學用區不具有作為成像光17通道之通孔。反射鏡M5(即在物場3與影像場7間之成像光17之光束路徑中的倒數第二反射鏡)在光學用區內也沒有作為成像光17通道之通孔。
反射鏡M5設置在最後一個反射鏡M6與影像場7間之成像光束外。
反射鏡M6(即在物場3與影像場7間之成像光17之光束路徑中的最後一個反射鏡)具有作為成像光17通道之通孔。成像光17通過在反射鏡M4與M5間之光束路徑中的反射鏡M6的通孔21。反射鏡M6用在通孔21周圍。
圖3用於解釋如何決定倒數第二反射鏡M5與影像平面9之間的工作距離。顯示圖1之成像光學構件之細節，特別是顯示具有反射鏡M5及M6的第二部分物鏡13與成像光17之光束路徑。為了決定倒數第二反射鏡M5相對於影像平面9之工作距離，決定反射鏡M5之反射鏡表面到影像平面9之最小距離，此距離係垂直影像平面9來量測。倒數第二反射鏡M5與影像平面9之間的工作距離27為38 mm。
圖4用於解釋本案中如何決定反射鏡之外直徑。導因於出射瞳(exit pupil)之完整照射下的矩形物場3，可顯示在倒數第二反射鏡M5上之光學用區邊緣29。圖4亦顯示用於決定反射鏡M5之外直徑的輔助圓(auxiliary circle)31。輔助圓31決定成包圍照射區(illuminated area)29同時具有最小半徑。外直徑為166 mm。
因此，外直徑對工作距離的比例為4.4，係小於5。
最後一個反射鏡M6具有605 mm的外直徑。因此，倒數第二反射鏡M5之外直徑小於最後一個反射鏡M6之外直徑。
圖5顯示成像光學構件501之另一實施例之經向剖面圖。圖5中對應圖1的元件具有與圖1相同的參考符號再加上500。這些元件的說明參考圖1的相關說明。
成像光學構件501將物件平面505之物場503成像到影像平面509之影像場507。成像光學構件501具有6個反射鏡，於光束路徑中從物場503開始依序標示為M501至M506。成像光學構件501為反射物鏡。
成像光學構件501之成像比例為0.25。
影像側數值孔徑NA為0.5。
成像光學構件501包含第一部分物鏡511以及第二部分物鏡513，其中第一部分物鏡511將物場503成像到中間影像515，而第二部分物鏡513將中間影像515成像到影像場507。第一部分物鏡511包含4個反射鏡M501至M504。第二部分物鏡513包含在物場503與影像場507間之成像光517之光束路徑中的倒數第二反射鏡M505以及在光束路徑中的最後一個反射鏡M506。倒數第二反射鏡M505將中間影像515成像到另一中間影像519。最後一個反射鏡M506將另一中間影像519成像到影像場507。
成像光學構件501之光學資料組合於表5a、5b、及5c。
所有6個反射鏡M501至M506之反射表面設計成可以旋轉非對稱函數描述的自由形式表面。
反射鏡M501、M504、M505及M506設計成凹面鏡。反射鏡M502及M503具有鞍面作為反射表面。
反射鏡M501及M506以及反射鏡M503及M506設置成背對背以定向反射表面的方位。
於圖5所示的經向剖面圖中，光束路徑具有三道個別光線從物場503中心之物場點發出。這三道個別光線代表主光線523及兩個孔徑光線。主光線523垂直於影像場507中之影像平面509行進。孔徑光線與對應於影像側數值孔徑之主光線523夾有角度。再次重申，繪示於圖5之主光線523僅作為例示說明，因為成像光學構件501的瞳遮蔽，所以並不是成像光學構件501的實際光線，而是虛擬光線。
成像光學構件501具有成像光學構件501之入射瞳的負後焦點。
圖5之經向剖面圖清楚顯示在反射鏡M502與反射鏡M503間之成像光束與在反射鏡M504與反射鏡M505間之成像光束相交。亦即，此乃圖5實施例不同於圖1實施例之處。
於光學用區內，反射鏡M501至M504之光學用區不具有作為成像光517通道之通孔。反射鏡M505(即在物場503與影像場507間之成像光517之光束路徑中的倒數第二反射鏡)在光學用區內也沒有作為成像光517通道之通孔。
反射鏡M505設置在最後一個反射鏡M506與影像場507間之成像光束外。
反射鏡M506(即在物場503與影像場507間之成像光517之光束路徑中的最後一個反射鏡)具有作為成像光517通道之通孔。成像光517通過在反射鏡M504與M505間之光束路徑中的反射鏡M506的通孔521。
中間影像515鄰近反射鏡M506中的通孔521。相較於反射鏡M506所用的反射表面，此可使通孔521具有小組態。瞳遮蔽(即成像光學構件501之出射瞳內，由通孔521佔據的表面相對出射瞳總區域之比例)，在此例之成像光學構件501為5.2%。瞳遮蔽直徑對出射瞳直徑之比例為23%。
倒數第二反射鏡M505與影像平面509之間的工作距離為93 mm。
反射鏡M505之外直徑為135 mm。
因此，外直徑對工作距離的比例為1.45，係小於5，尤其更是小於2。
最後一個反射鏡M506具有906 mm的外直徑。因此，倒數第二反射鏡M505之外直徑小於最後一個反射鏡M506之外直徑。
圖6顯示成像光學構件601之另一實施例之經向剖面圖。圖6中對應圖1的元件具有與圖1相同的參考符號再加上600。這些元件的說明參考圖1的相關說明。
成像光學構件601將物件平面605之物場603成像到影像平面609之影像場607。成像光學構件601具有6個反射鏡，於光束路徑中從物場603開始依序標示為M601至M606。成像光學構件601為反射物鏡。
成像光學構件601具有光學軸(optical axis)633，係垂直於物件平面605與影像平面609，並從物件平面605到影像平面609形成連續直線。光學軸633同時為6個反射鏡M601至M606之反射表面之數學表面描述為旋轉對稱之對稱軸。
物場603構成繞光學軸633集中之環形場的片段。
影像側數值孔徑NA為0.3。
成像光學構件601包含第一部分物鏡611以及第二部分物鏡613，其中第一部分物鏡611將物場603成像到中間影像615，而第二部分物鏡613將中間影像615成像到影像場607。第一部分物鏡包含4個反射鏡M601至M604。第二部分物鏡613包含在物場603與影像場607間之成像光617之光束路徑中的倒數第二反射鏡M605以及在光束路徑中的最後一個反射鏡M606。倒數第二反射鏡M605設計成凹面鏡，並將中間影像615成像到另一中間影像619。最後一個反射鏡M606類似地設計成凹面鏡，並將另一中間影像619成像到影像場607。
反射鏡M602、M604、M605及M606設計成凹面鏡。反射鏡M601設計成凸面鏡。反射鏡M603具有幾乎平面的反射表面。
圖6顯示從物場603內部之物場點發出之複數個孔徑光線之光束路徑。孔徑光線以反射鏡M603為邊界，反射鏡M603的反射鏡邊緣作為孔徑光闌且設置在瞳平面(pupil plane)625。僅說明性的於圖6描繪一些孔徑光線，因為成像光學構件601之瞳遮蔽，所以並不是成像光學構件601的實際光線，而是虛擬光線。
成像光學構件601設計成，成像光617行進到中間影像615且成像光束在個別反射鏡之間沒有相交。
於光學用區內，反射鏡M601至M604之光學用區不具有作為成像光617通道之通孔。
相對地，於光學用區內，倒數第二反射鏡M605及最後一個反射鏡M606具有作為成像光617通道之通孔。成像光617通過在反射鏡M604及M605間之光束路徑中的反射鏡M606的通孔621。成像光617通過在反射鏡M606與影像場607間之光束路徑中之反射鏡M605的通孔635。
倒數第二反射鏡M605用在通孔635周圍，而最後一個反射鏡M606用在通孔621周圍。
以倒數第二反射鏡M605具有通孔635而言，反射鏡M605及M606一方面可具有相對於光學軸633個別機械表面描述為旋轉對稱之反射表面，另一方面可增加影像側數值孔徑，因為成像光617不再需要被導引經過倒數第二反射鏡M605。
遮蔽成像光學構件601之瞳的遮蔽光闌(obscutation stop)可設置於設在瞳平面625中之反射鏡M603上。於此例中，遮蔽光闌至少遮蔽在瞳平面625中之成像光617的某區域，因為兩個通孔621及635，該區域對物場603之成像沒有貢獻。
圖7以經向剖面圖顯示成像光學構件701之另一實施例。圖7中對應圖6的元件具有與圖6相同的參考符號再加上100。這些元件的說明參考圖6的相關說明。
成像光學構件701將物件平面705之物場703成像到影像平面709之影像場707。成像光學構件701具有6個反射鏡，於光束路徑中從物場703開始依序標示為M701至M706。成像光學構件701為反射物鏡。
成像光學構件701具有光學軸733，係垂直於物件平面705與影像平面709，並從物件平面705到影像平面709形成連續直線。光學軸733同時為6個反射鏡M701至M706之反射表面之數學表面描述為旋轉對稱之對稱軸。
物場703構成繞光學軸733集中之環形場的片段。
影像側數值孔徑NA為0.45。
成像光學構件701包含第一部分物鏡711以及第二部分物鏡713，其中第一部分物鏡711將物場703成像到中間影像715，而第二部分物鏡713將中間影像715成像到影像場707。第一部分物鏡包含4個反射鏡M701至M704。第二部分物鏡713包含在物場703與影像場707間之成像光717之光束路徑中的倒數第二反射鏡M705以及在光束路徑中的最後一個反射鏡M706。倒數第二反射鏡M705設計成凹面鏡，並將中間影像715成像到另一中間影像719。最後一個反射鏡M706類似地設計成凹面鏡，並將另一中間影像719成像到影像場707。
成像光學構件701總共有4個中間影像以及5個部分物鏡。反射鏡M701作為產生第一中間影像739之部分物鏡。反射鏡M702做為另一個部分物鏡，將中間影像739成像到另一中間影像741。反射鏡M703及M704做為又一個部分物鏡，將中間影像741成像到另一中間影像715。反射鏡M705做為另一個部分物鏡，將中間影像715成像到另一中間影像719。反射鏡M706做為又一個部分物鏡，將中間影像719成像到影像場707。因此部分物鏡711包含3個部分物鏡，而部分物鏡713包含2個部分物鏡。
反射鏡M701、M702、M704、M705、及M706設計成凹面鏡。只有反射鏡M703設計成凸面鏡。
圖7顯示從物場703內部之物場點發出之複數個孔徑光線之光束路徑。孔徑光線以反射鏡M703為邊界，反射鏡M703的反射鏡邊緣作為孔徑光闌且設置在瞳平面725。僅說明性的於圖7描繪一些孔徑光線，因為成像光學構件701之瞳遮蔽，所以並不是成像光學構件701的實際光線，而是虛擬光線。
於光學用區內，反射鏡M701至M703之光學用區不具有作為成像光717通道之通孔。
反射鏡M703完全設置在反射鏡M704與中間影像715間之成像光光束路徑內，因此造成瞳照射遮蔽，即使反射鏡M703不具有作為成像光717通道之通孔。
於光學用區內，反射鏡M704具有作為成像光717通道之通孔。成像光717通過在反射鏡M702及M703間之光束路徑中之反射鏡M704的通孔737。
反射鏡M704用在通孔737周圍。
反射鏡M704具有通孔737而言，反射鏡M703及M704一方面可具有相對於光學軸733個別機械表面描述為旋轉對稱之反射表面，另一方面可增加中間影像715中的數值孔徑，因為成像光717不再需要被導引經過反射鏡M704。
於圖7之實施例中，於光學用區中，倒數第二反射鏡M705及最後一個反射鏡M706具有作為成像光717通道之通孔。成像光717通過在反射鏡M704及M705間之光束路徑中之反射鏡M706的通孔721。成像光717通過在反射鏡M706與影像場707間之光束路徑中之反射鏡M705的通孔735。
倒數第二反射鏡M705用在通孔735周圍，而最後一個反射鏡M706用在通孔721周圍。
遮蔽成像光學構件701之瞳的遮蔽光闌可設置於設在瞳平面725中之反射鏡M703上。於此例中，遮蔽光闌至少遮蔽在瞳平面725中之成像光717的某區域，因為有三個通孔721、735、及737以及設置在成像光束中的反射鏡M703，該區域對物場703之成像沒有貢獻。
圖8以經向剖面圖顯示成像光學構件801之另一實施例。圖8中對應圖7的元件具有與圖7相同的參考符號再加上100。這些元件的說明參考圖7的相關說明。
成像光學構件801將物件平面805之物場803成像到影像平面809之影像場807。成像光學構件801具有8個反射鏡，於光束路徑中從物場803開始依序標示為M801至M808。成像光學構件801為反射物鏡。
成像光學構件801具有光學軸833，係垂直於物件平面805與影像平面809，並從物件平面805到影像平面809形成連續直線。光學軸833同時為8個反射鏡M801至M808之反射表面之數學表面描述為旋轉對稱之對稱軸。
物場803構成繞光學軸833集中之環形場的片段。
成像光學構件801之成像比例為0.25。
數值孔徑NA之成像比例為0.5。
成像光學構件801包含第一部分物鏡811以及第二部分物鏡813，其中第一部分物鏡811將物場803成像到中間影像815，而第二部分物鏡813將中間影像815成像到影像場807。第一部分物鏡包含6個反射鏡M801至M806。第二部分物鏡813包含在物場803與影像場807間之成像光817之光束路徑中的倒數第二反射鏡M807以及在光束路徑中的最後一個反射鏡M808。倒數第二反射鏡M807設計成凹面鏡，並將中間影像815成像到另一中間影像819。最後一個反射鏡M808類似地設計成凹面鏡，並將另一中間影像819成像到影像場807。
成像光學構件801總共有3個中間影像以及4個部分物鏡。反射鏡M801至M804作為產生第一中間影像843之部分物鏡。反射鏡M805及M806做為另一個部分物鏡，將中間影像843成像到另一中間影像815。反射鏡M807做為又一個部分物鏡，將中間影像815成像到另一中間影像819。反射鏡M808做為另一個部分物鏡，將中間影像819成像到影像場807。因此部分物鏡811及部分物鏡813各包含2個部分物鏡。
反射鏡M801、M804、M806、M807及M808設計成凹面鏡。反射鏡M802、M803及M805設計成凸面鏡。
圖8顯示從物場803內部之物場點發出之複數個孔徑光線之光束路徑。孔徑光線以反射鏡M805為邊界，反射鏡M805的反射鏡邊緣作為孔徑光闌且設置在瞳平面825。僅說明性的於圖8描繪一些孔徑光線，因為成像光學構件801之瞳遮蔽，所以並不是成像光學構件801的實際光線，而是虛擬光線。
於光學用區內，反射鏡M801至M804之光學用區不具有作為成像光817通道之通孔。
於光學用區內，反射鏡M805及反射鏡M806具有作為成像光817通道之通孔。成像光817通過在反射鏡M804及M805間之光束路徑中之反射鏡M806的通孔845。成像光817通過在反射鏡M806及中間影像815間之光束路徑中之反射鏡M805的通孔847。
反射鏡M805用在通孔847周圍。反射鏡M806用在通孔845周圍。
如圖7之實施例，於光學用區中，倒數第二反射鏡M807及最後一個反射鏡M808具有作為成像光817通道之通孔。成像光817通過在反射鏡M806及M807間之光束路徑中之反射鏡M808的通孔821。成像光817通過在反射鏡M808與影像場807間之光束路徑中之反射鏡M807的通孔835。
倒數第二反射鏡M807用在通孔835周圍，而最後一個反射鏡M808用在通孔821周圍。
圖9顯示可使用前述實施例之成像光學構件做為投射物鏡907之微影投射曝光裝置901。投射曝光裝置901具有光源902，用於產生照射光903。光源902為EUV光源，其產生波長範圍例如在5 nm至30 nm(尤其是5 nm至15 nm)之間的光。具體而言，光源902可為具有波長13.5 nm之光源、或具有波長6.9 nm之光源。亦可為其他EUV波長。一般而言，即使任意波長，例如可見光波長，或其他可用於微影且可由雷射光源及/或LED光源得到的波長(例如365 nm、248 nm、193 nm、157 nm、129 nm、109 nm)皆可為照射光903。照射光903之光束路徑示意地顯示於圖9。
照射光學構件(illumination optics)906用於將照射光903從光源902導引到物件平面905的物場904。利用投射物鏡907，以預定的縮減比例將物場904成像到在影像平面909之影像場908。圖1至圖8其中一實施例之成像光學構件可用作為投射物鏡907。影像場908在x方向具有13 mm至26 mm間的範圍，在y方向具有2 mm至6 mm間的範圍，例如x方向範圍為26 mm，而y方向範圍為2 mm。當使用圖1或圖5實施例之成像光學構件做為投射物鏡907時，物場904及影像場908為矩形。當使用圖6、圖7、或圖8實施例之成像光學構件做為投射物鏡907時，物場904及影像場908為環形片段的形狀。影像平面909設置成平行於物件平面905。於此被成像的為反射光罩(reflection mask)910(亦稱為遮罩(reticle))的一部分，其與物場904一致。
投射物鏡907成像到由基板支托器(substrate holder)912支撐之晶圓形式的基板911表面。圖9示意地顯示在光罩910與投射物鏡907間行進到投射物鏡907之成像光的光線束913，以及在投射物鏡907與基板911間從投射物鏡907出來之成像光的光線束914。
為了有助於說明投射曝光裝置901以及投射物鏡907的各種設計，圖式採用笛卡兒xyz座標系統，用於定義圖中元件的個別空間關係。圖9中的x方向從圖面垂直而出。y方向為向左，而z方向為向下。
投射曝光裝置901為掃描及步進(step)類型。在投射曝光裝置901操作期間，遮罩910及晶圓911皆於y方向掃描。在曝光微電子組件後，將晶圓911以步階方式在x或y方向位移。亦可使用投射曝光裝置901的步進機操作，其中在晶圓911的個別曝光之間，僅使晶圓911在x或y方向步階式位移。
投射曝光裝置901以下述方式使用，以產生微結構組件：首先，準備反射光罩910或遮罩以及基板或晶圓911。接著，利用投射曝光裝置901，將遮罩910上的結構投射到晶圓911的感光層。然後顯影感光層，以產生微結構於晶圓911，因而產生微結構化的組件。
1、501、601、701、801．．．成像光學構件
3、503、603、703、803．．．物場
5、505、605、705、805．．．物件平面
7、507、607、707、807．．．影像場
9、509、609、709、809．．．影像平面
11、511、611、711、811．．．第一部分物鏡
13、513、613、713、813．．．第二部分物鏡
15、515、615、715、815．．．中間影像
17、517、617、717、817．．．成像光
19、519、619、719、819．．．另一中間影像
21、521、621、721、821．．．通孔
23、523．．．主光線
27．．．工作距離
29．．．光學用區邊緣
31．．．輔助圓
625、725、825．．．瞳平面
633、733、833．．．光學軸
635、735、835．．．通孔
737．．．通孔
739．．．第一中間影像
741．．．另一中間影像
843．．．第一中間影像
845．．．通孔
847．．．通孔
901．．．投射曝光裝置
902．．．光源
903．．．投射物鏡
904．．．物場
905．．．物件平面
906．．．照射光學構件
907．．．投射物鏡
908．．．影像場
909．．．影像平面
911．．．基板
912．．．基板支托器
913．．．成像光光線束
914．．．成像光光線束
M1-M6、M501-M506、M601-M606．．．反射鏡
701-M706、M801-M808．．．反射鏡
本發明參考圖式詳細說明，其中：
圖1顯示成像光學構件實施例之經向剖面圖，其中倒數第二反射鏡不具有通孔；
圖2顯示圖1實施例之弧矢截面；
圖3顯示1之經向剖面之細節；
圖4顯示在圖1實施例之倒數第二反射鏡之照射區域以及用於決定倒數第二反射鏡外直徑之輔助圓；
圖5顯示像光學構件之另一實施例之經向剖面圖，其中倒數第二反射鏡不具有通孔；
圖6顯示像光學構件實施例之經向剖面圖，其中倒數第二反射鏡具有通孔；
圖7顯示像光學構件之另一實施例之經向剖面圖，其中倒數第二反射鏡具有通孔；
圖8顯示像光學構件之另一實施例之經向剖面圖，其中倒數第二反射鏡具有通孔；以及
圖9顯示用於EUV微影之投射曝光裝置之示意圖。
1．．．成像光學構件
3．．．物場
5．．．物件平面
7．．．影像場
9．．．影像平面
11．．．第一部分物鏡
13．．．第二部分物鏡
15．．．中間影像
17．．．成像光
19．．．另一中間影像
21．．．通孔
23．．．主光線
M1-M6．．．反射鏡

Claims (14)

  1. 一種成像光學構件，具有複數個反射鏡，將一物件平面之一物場成像到一影像平面之一影像場，包含：一第一部分物鏡，將該物場成像到一中間影像；以及一第二部分物鏡，將該中間影像成像到該影像場，且包含在該物場與該影像場間之成像光之光束路徑中之一倒數第二反射鏡以及在該光束路徑中之一最後一個反射鏡，其特徵在於：該倒數第二反射鏡將該中間影像成像到一另一中間影像，而該最後一個反射鏡將該另一中間影像成像到該影像場；該物件平面與該影像平面彼此平行；以及該成像光學構件設計為用於微影之一投射物鏡。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成像光學構件，其中該最後一個反射鏡具有一通孔，作為該成像光之通道。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之成像光學構件，其中在該光束路徑中，該倒數第二反射鏡之一反射表面在該倒數第二反射鏡之一光學用區內沒有作為該成像光之通道的通孔。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之成像光學構件，其中該倒數第二反射鏡設置在該最後一個反射鏡與該影像場間之成像光束外。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之成像光學構件，其中該倒數第二反射鏡具有一外直徑並與該影像平面相距一工作距 離，其中該外直徑對該工作距離之比例小於5。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之成像光學構件，其中該倒數第二反射鏡具有一外直徑，該最後一個反射鏡具有一外直徑，以及其中該倒數第二反射鏡之該外直徑小於該最後一個反射鏡之該外直徑。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之成像光學構件，其中在該光束路徑中，該倒數第二反射鏡之一反射表面在該倒數第二反射鏡之一光學用區內具有作為該成像光之通道之一通孔。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之成像光學構件，其中至少一反射鏡之一反射表面設計成可由一旋轉不對稱函數描述之一自由形式表面。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之成像光學構件，其中該第一部分物鏡包含4個反射鏡。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之成像光學構件，其中該成像光學構件為一反射物鏡。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之成像光學構件，其中在該影像平面之數值孔徑至少為0.3。
  12. 一種用於微影之投射曝光裝置，具有：如申請專利範圍第1至11項之任一項所述之成像光學構件； 一光源，用於產生照射光；以及一照射光學構件，用於導引該照射光至該成像光學構件之該物場。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之投射曝光裝置，其中該光源設計成用於產生具有波長在5至30nm之間的照射光。
  14. 一種製造結構化組件之方法，包含以下步驟：提供一遮罩與一晶圓；利用如申請專利範圍第12或13項所述之投射曝光裝置，投射該遮罩上之一結構到該晶圓之一感光層；以及製造一微結構於該晶圓上。
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