TWI633399B - 用於ｅｕｖ投射微影之照射光學單元與光學系統 - Google Patents

用於ｅｕｖ投射微影之照射光學單元與光學系統 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於EUV投射微影之照射光學單元，其用於傾斜照射一照射場，在該照射場中可配置一下游反射式成像光學單元之一物體場及要成像的一反射物體。該照射光學單元之一光瞳產生元件係體現成產生一照射光瞳，其導致一成像遠心對該要成像的物體之一結構變數的相依性。此相依性係致使至少部分地補償歸因於傾斜照射與要成像之物體之結構的交互作用的該成像遠心對要成像之物體之該結構變數的相依性。用於EUV投射微影之一光學系統亦具有在一照射光學單元旁邊之一反射式成像光學單元，並可額外具有一波前操縱元件。該波前操縱元件係體現成產生一波前，其導致成像焦點移位對要成像之物體之一結構變數的相依性，致使至少部分地補償歸因於傾斜照射與要成像之物體之結構的交互作用的該成像焦點移位對該要成像之物體之該結構變數的相依性。結果產生改良照射及成像性質勝於先前技術的照射光學單元及光學系統。

Description

用於EUV投射微影之照射光學單元與光學系統 【交互參照文件】
德國專利申請案DE 10 2012 207 377.9之內容以引用方式併入。
本發明有關一種用於EUV投射微影之照射光學單元，其用於傾斜照射一照射場，在該照射場中可配置一下游投射光學單元(downstream projection optical unit)之一物體場及要成像的一反射物體。此外，本發明有關一種用於EUV投射微影之光學系統，其包含該照射光學單元及將物體場成像於影像場中的投射光學單元。此外，本發明有關一種包含該光學系統之投射曝光裝置、一種用於設定該光學系統之方法、一種使用該投射曝光裝置製造微結構化或奈米結構化組件之方法、及一種根據該製造方法製造之微結構化或奈米結構化組件(尤其是半導體晶片)。
照射光學單元、光學系統、投射曝光裝置、組件製造方法及藉此製造的組件請見WO 2011/154 244 A1、DE 10 2010 003 167 A1及WO 2011/076 500 A1。US 2009/0097001 A1揭示一種非遠心微影裝置及一種製造積體電路的方法。US 2004/0137677 A1揭示一種元件製造方法及電腦程式及在此方面對微影裝置之投射系統的使用。
本發明之目的在於說明改良照射及成像性質勝於先前技術的照射光學單元及光學系統。
根據本發明，達成此目的係藉由：利用用於EUV投射微影之用於傾斜照射一照射場之一照射光學單元，在該照射場中可配置一下游投射光學單元之一物體場及一要成像的反射物體；- 包含一光瞳產生元件，其係體現成產生一照射光瞳；- 其導致一成像遠心(imaging telecentricity)對該要成像之物體之一結構變數(structure variable)的相依性(dependency)，致使至少部分地補償歸因於傾斜照射與該要成像之物體之結構的交互作用的該成像遠心對該要成像之物體之該結構變數的相依性；及利用一用於EUV投射微影之光學系統- 包含一用於傾斜照射一照射場之照射光學單元，在該照射場中可配置一下游投射光學單元之一物體場及要成像的一反射物體；- 包含該投射光學單元；- 包含一波前操縱元件(wavefront manipulation device)，其係體現成產生該投射光學單元之一波前； - 其導致一成像焦點移位(imaging focus shift)對要成像之該物體之一結構變數的相依性，致使至少部分地補償歸因於該傾斜照射的該成像焦點移位對要成像之該物體之該結構變數的相依性。
根據本發明已經瞭解到，傾斜照射與反射物體之結構的交互作用導致減少投射曝光裝置之成像效能(imaging performance)的成像像差(imaging aberration)。該等成像像差可因照射光在物體結構(例如直線或脊狀物(ridge))的遮蔽效應(shading effect)、及物體取決於入射角的反射行為而造成。物體結構的有限深度尤其可造成成像像差。物體可具有多層塗層(多層或多層堆疊)，以改良其與照射光的交互作用性質。借助根據本發明之照射光學單元的光瞳產生元件或借助投射光學單元的波前操縱元件或根據本發明之光學系統的投射光學單元，可補償減少成像品質(imaging quality)的成像變數(imaging variable)，繼而改良成像效能。光瞳產生元件用於操縱照射光學單元的照射光瞳。照射光學單元可具有光瞳琢面反射鏡(pupil facet mirror)及場琢面反射鏡(field facet mirror)，其中可在不同照射設定(illumination setting)之間(即，在以照射光照射的不同光瞳琢面整體之間)改變。在此情況中，照射光學單元的具體實施例可係如下：藉由傾斜設定反射鏡，尤其藉由傾斜場琢面反射鏡的場琢面，可在光瞳琢面反射鏡的不同光瞳琢面所相關聯的不同物體場照射通道(object field illumination channel)之間改變。照射光學單元的具體實施例可係如下：藉由傾斜設定反射鏡(尤其是場琢面)，可在與至少一個物體場照射通道相關聯的不同照射通道之間改變，此物體場照射通道對光瞳琢面及不促成此物體場照射的關閉照射通道(turn-off illumination channel)起作用。WO 2011/154 244 A1提出照射光學單元的實例，其中可在物體場照射通道及關閉照射通道之間改變。非補償成像遠心(non-compensating imaging telecentricity)可大於10mrad、可大於15mrad、可大於20mrad、可大於30mrad或可以甚至還要更大。對於在20nm及250nm之間的範圍中的典型物體結構變數(typical object structure variable)，總體出現的補償遠心偏差(compensating telecentricity deviation)(這可利用光瞳產生元件的補償在物體場上產生)可小於10mrad、可小於8mrad、可小於5mrad及可甚至小於3mrad。當照射的主光線(chief ray)(該主光線照射中央場點(central field point))相對於照射場法線具有大於3°的角度時，出現照射場的傾斜照射。該角度可大於5°、可大於6°、可大於8°、可大於9°及尤其可以是至少10°。
照射光瞳具有：-一環形圈光瞳貢獻(ring-shaped ring pupil contribution)；及-在該環形圈光瞳貢獻之該圈中的一補償光瞳貢獻(compensation pupil contribution)；及具有-一雙極光瞳貢獻(dipole pupil contribution)；及-在該雙極光瞳貢獻之該雙極外的一補償光瞳貢獻；已證明特別適於補償。亦可補償其他典型照射設定，例如四極照射設定或已知照射設定的混合形式。已知照射設定的實例同樣請見WO 2011/154 244 A1。
偏離鏡面對稱性(mirror symmetry)的照射光瞳已證明特別適於補償，其中照射光瞳並非設計為鏡面對稱於至少一個 主光瞳座標(main pupil coordinate)，其中主光瞳座標是照射光瞳中的座標，其分別對應於垂直於傾斜照射的照射入射平面的一主物體場座標(main object field coordinate)及在照射入射平面中之另一主物體場座標。
做為替代或補充，照射光學單元可體現成照射光瞳相對於至少一個主光瞳座標具有極失衡(pole imbalance)，該極失衡的絕對值大於1%、大於2%、大於5%、大於7%、大於9%、大於10%或甚至還要更大。將此情況中的極失衡(PB)定義為：PB=(I1-I2)/(I1+I2)×100%。
在此情況中，I1是正值主光瞳座標(例如，σx>0)之光瞳上的積分照射光強度(integrated illumination light intensity)，及I2是負值主光瞳座標(即，σy<0)之光瞳上的積分照射光強度。
包含根據本發明之照射光學單元及包含將物體場成像於影像場中之投射光學單元之光學系統的優點對應於上文關於根據本發明之照射光學單元已經解說的優點。
一種用於EUV投射微影之光學系統- 包含一用於傾斜照射一照射場之照射光學單元，在該照射場中可配置一下游投射光學單元之一物體場及一要成像的反射物體；- 包含該投射光學單元；- 包含一波前操縱元件，其係體現成產生該投射光學單元之 一波前；- 其導致一成像焦點移位對要成像之該物體之一結構變數的相依性，致使至少部分補償地歸因於該傾斜照射的該成像焦點移位對要成像之該物體之該結構變數的相依性；對照該要成像的物體之一結構變數，補償一成像焦點移位。這由波前影響引起。產生投射光學單元之波前的補償貢獻，以補償成像焦點移位。藉此減少傾斜照射對非所要成像焦點移位的影響。
光學系統可製作成既利用光瞳產生元件補償成像遠心，且利用波前操縱元件補償成像焦點移位。
可利用投射光學單元之反射鏡或反射鏡區段的微調及/或利用反射鏡或反射鏡區段的變形，實現經組態為波前操縱元件的至少一個波前操縱器(wavefront manipulator)。尤其，可藉此操縱波前的對稱性貢獻。可基於一組函數，例如基於Zernike多項式，選擇性操縱該等對稱性貢獻。尤其，藉此可獲得利用最佳化計算預定義的所要值。原則上合適的波前操縱器請見DE 10 2007 019 570 A1、DE 10 2008 000 990 B3及US 5 420 436。
包含根據本發明之光學系統及包含EUV光源之投射曝光裝置的優點對應於上文關於根據本發明之照射光學單元及關於根據本發明之光學系統已經解說的優點。
一種包含以下步驟用於設定根據本發明之光學系統的方法： -決定一物體成像變數(object imaging variable)，其取決於一預定義參考物體(predefined reference object)之一物體結構變數(object structure variable)；-預定義一補償成像參數(compensation imaging parameter)以產生一結構相依總成像變數(structure-dependent total imaging variable)，其中該總成像變數落在成像變數值(imaging variable value)的預定義容許範圍內；使用該光瞳產生元件及/或該波前操縱元件的補償可能性。利用該設定方法影響的成像變數可以是光學系統的遠心或焦點移位。在此情況中，可考慮垂直於傾斜照射之入射平面的水平物體線(horizontal object line)及/或傾斜照射之入射平面中的垂直物體線。可藉由預定義成像變數與預定義值之偏差的最大值、或藉由預定義成像變數與預定義值之偏差的平均值、或藉由預定義所要照射變數的結構輪廓(structure profile)，來定義容許範圍(tolerance range)。在該設定方法中，可以考慮次要條件，例如光學系統的最小透射，或其他成像變數，例如NILS或對比。該設定方法可結合物體布局(object layout)或遮罩布局的結構預定義來執行。可藉由首先利用測量或計算決定補償干預(compensation intervention)的效應，及之後利用下一個干預步驟減少與預定義值的偏差，反覆執行設定方法。
包含以下步驟用於製造結構化組件之製造方法的優點：-提供一晶圓，在其上至少部分塗覆由一感光材料構成的一層；-提供一光罩(reticle)，其具有要成像的結構； -提供根據本發明之一投射曝光裝置；-利用根據本發明之方法設定投射曝光裝置的光學系統；-借助該投射曝光裝置將該光罩的至少一部分投射於晶圓之該層的一個區域上；及根據本發明之方法製造之一結構化組件的優點對應於上文關於根據本發明之投射曝光裝置及根據本發明之設定方法已經解說的優點。可預定義精確調適於要製造之組件結構的照射，致使尤其可製造具有極精細及尤其是複雜結構的半導體晶片。
1‧‧‧投射曝光裝置
2‧‧‧光源
3‧‧‧EUV照射光
31‧‧‧物體場照射通道
31'‧‧‧第二物體場照射通道
4‧‧‧收集器
5‧‧‧焦平面
6‧‧‧場琢面反射鏡
7‧‧‧場琢面
71‧‧‧場琢面
8‧‧‧場琢面群組
8a,8b‧‧‧場琢面群組
9‧‧‧間隙
10‧‧‧光瞳琢面反射鏡
11‧‧‧光瞳琢面
111、111’；112、112’；113、113'；114、114'‧‧‧光瞳琢面對
12、13、14‧‧‧EUV反射鏡
15‧‧‧轉移光學單元
16‧‧‧物體平面
17‧‧‧光罩
18‧‧‧物體場
19‧‧‧投射光學單元
20‧‧‧影像場
21‧‧‧影像平面
22‧‧‧晶圓
23‧‧‧照射光學單元
24‧‧‧載體板
251、252、253、254‧‧‧連接線
26‧‧‧場琢面載體
27‧‧‧樞接軸
28‧‧‧擋板
29‧‧‧擋板
29a‧‧‧致動器
29b‧‧‧中央控制元件
30‧‧‧關閉光束路徑
31‧‧‧照射光瞳
32‧‧‧光瞳平面
33‧‧‧水平線
34‧‧‧垂直線
35‧‧‧垂直結構遠心曲線
36‧‧‧水平結構遠心曲線
37‧‧‧補償照射光瞳
38‧‧‧環形圈光瞳貢獻
39‧‧‧補償光瞳貢獻
40‧‧‧水平結構遠心曲線
41‧‧‧垂直結構遠心曲線
42‧‧‧補償照射光瞳
43‧‧‧水平結構遠心曲線
44‧‧‧垂直結構遠心曲線
45‧‧‧水平結構遠心曲線
46‧‧‧垂直結構遠心曲線
47‧‧‧補償照射光瞳
48‧‧‧雙極光瞳貢獻
49‧‧‧補償光瞳貢獻
50‧‧‧水平結構遠心曲線
51‧‧‧垂直結構遠心曲線
52‧‧‧補償照射光瞳
53‧‧‧水平結構遠心曲線
54‧‧‧垂直結構遠心曲線
55‧‧‧遠心曲線
56‧‧‧補償照射光瞳
57‧‧‧總遠心曲線
58‧‧‧調整/變形單元
59‧‧‧水平結構焦點移位曲線
60‧‧‧垂直結構焦點移位曲線
61‧‧‧水平結構焦點移位曲線
62‧‧‧垂直結構焦點移位曲線
63、65、67‧‧‧水平結構焦點移位曲線
64、66、68‧‧‧垂直結構焦點移位曲線
M1-M6‧‧‧反射鏡
OF‧‧‧中央物體場點
pH‧‧‧水平節距
pV‧‧‧垂直節距
RG‧‧‧限制半徑
Z‧‧‧中心
本發明例示性具體實施例係參考圖式加以詳細解說。
圖1以縱剖面示意性及關於照射光學單元顯示用於微影的投射曝光裝置。
圖2顯示圖1投射曝光裝置之照射光學單元之場琢面反射鏡之琢面配置的平面圖。
圖3顯示圖1投射曝光裝置之照射光學單元之光瞳琢面反射鏡之琢面配置的平面圖。
圖4以類似於圖2的圖解顯示場琢面反射鏡之另一具體實施例的琢面配置。
圖5示意性顯示根據圖3之光瞳琢面反射鏡之類型的光瞳琢面反射鏡的一些光瞳琢面，其中各以連接線點出經由物體場照射通道分配給照射光學單元之場琢面反射鏡之同一個場琢面的成對光瞳琢面。
圖6以垂直於場琢面之反射表面的斷面圖示意性顯示分配給一對光瞳琢面的場琢面。
圖7示意性顯示物體場中要成像的物體在照射光學單元的照射光瞳上的傾斜照射的照射條件，其中圖解彼此層疊的功能性平面，即一方面是光瞳平面及另一方面是物體平面。
圖8顯示照射光學單元之光瞳琢面反射鏡之另一具體實施例之琢面配置的平面圖，其中點出照射光所照射之光瞳琢面的環形(環狀)照射設定。
圖9顯示在執行補償設定前，在圖7之環形照射設定中之照射光學單元之照射光瞳的光瞳座標圖。
圖10針對圖9的照射設定以曲線圖顯示遠心偏差(△TC)對典型物體結構變數(節距p)的相依性。
圖11以類似於圖9的圖解顯示在執行補償設定後的照射光瞳。
圖12針對圖11的照射設定以類似於圖10的圖解顯示遠心偏差及結構變數之間的相依性。
圖13同樣以類似於圖9的圖解顯示在執行補償設定後的另一照射設定，其中對比於圖11的照射設定，在圖13的照射設定中亦選取未促成物體場照射的關閉照射通道。
圖14針對圖13的照射設定以類似於圖10的圖解顯示遠心偏差及結構變數之間的相依性。
圖15以類似於圖8的圖解顯示雙極照射設定之光瞳琢面反射鏡之琢面配置的平面圖。
圖16以類似於圖9的圖解顯示圖15之y雙極照射設定在執行補償設定前的光瞳座標圖。
圖17針對圖16的照射設定以類似於圖10的圖解顯示遠心偏差及結構變數之間的相依性。
圖18以類似於圖9的圖解顯示在執行補償設定後的 照射設定。
圖19針對圖18的照射設定以類似於圖10的圖解顯示遠心偏差及結構變數之間的相依性。
圖20同樣以類似於圖9的圖解顯示在執行補償設定後的另一照射設定，其中對比於圖18的照射設定，在圖20的照射設定中亦選取未促成物體場照射的關閉照射通道。
圖21針對圖20的照射設定以類似於圖10的圖解顯示遠心偏差及結構變數之間的相依性。
圖22同樣以光瞳座標圖顯示在執行補償設定前之y雙極設定的另一實例。
圖23針對圖22的照射設定以類似於圖10的圖解顯示遠心偏差及結構變數之間的相依性。
圖24顯示圖22在執行補償設定後的照射設定。
圖25針對圖24的照射設定顯示遠心偏差及結構變數之間的相依性。
圖26至29針對在補償設定之前及之後的成像波前，各以曲線圖顯示成像焦點移位(最佳焦點移位，bfs)對結構變數(節距p)的相依性。
用於微影的投射曝光裝置1用於製造微結構化或奈米結構化電子半導體組件。光源2發射用於例如5nm及30nm之間波長範圍照射的EUV輻射。光源2可以是GDPP源(氣體放電產生電漿(gas discharge produced plasma))或LPP源(雷射產生電漿(laser produced plasma))。基於同步加速器的輻射源亦可用作光源2。熟習此技術者可在例如US 6 859 515 B2中找到關於此類型光源的資 訊。EUV照射光或照射輻射3用於在投射曝光裝置1中照射及成像。在光源2的下游，EUV照射光3首先通過收集器4，其可例如是具有先前技術已知之多殼構造的巢套收集器(nested collector)，或是橢圓形收集器。對應的收集器請見EP 1 225 481 A。在收集器4的下游，EUV照射光3首先通過中間焦平面(intermediate focal plane)5，其可用於使EUV照射光3與非所要輻射或粒子部分分開。在通過中間焦平面5後，EUV照射光3首先撞擊在場琢面反射鏡6上。
為了幫助說明定位關係(positional relationship)，在圖1中描繪笛卡爾全域xyz座標系統。在圖1中，x軸垂直於圖式平面延伸並延伸出圖式平面。在圖1中，y軸向右方延伸。在圖1中，z軸向上延伸。
為了幫助說明投射曝光裝置1之個別光學組件的定位關係，在以下圖中各亦使用笛卡爾局部xyz或xy座標系統。除非另外說明，相應局部xy座標橫跨光學組件的相應主要配置平面，例如反射平面。全域xyz座標系統及局部xyz或xy座標系統的x軸彼此平行延伸。局部xyz或xy座標系統的相應y軸與全域xyz座標系統的y軸呈一角度，其對應於相應光學組件在x軸上的傾斜角。
舉例而言，圖2顯示場琢面反射鏡6之場琢面7的琢面配置。場琢面7為矩形且各具有相同的x/y高寬比。x/y高寬比例如可以是12/5、可以是25/4或可以是104/8。
場琢面7預定義場琢面反射鏡6的反射表面且四行 成一組，每行具有六到八個場琢面群組8a,8b。場琢面群組8a各具有七個場琢面7。兩個中央場琢面行的兩個額外邊緣場琢面群組8b各具有四個場琢面7。在兩個中央場琢面行之間及在第三及第四琢面列之間，場琢面反射鏡6的琢面配置具有間隙9，其中場琢面反射鏡6因固持收集器4的輪輻(spoke)而被遮蔽。
在場琢面反射鏡6反射後，EUV照射光3分成分配給個別場琢面7的若干光束或局部光束並撞擊在光瞳琢面反射鏡10上。
圖3顯示光瞳琢面反射鏡10之圓形光瞳琢面11的例示性琢面配置。光瞳琢面11圍繞中心配置成一圈又圈的琢面圈。一光瞳琢面11分配給被場琢面7之一者反射之EUV照射光3的每個局部光束，致使被撞擊及包含場琢面7之一者及光瞳琢面11之一者的相應琢面對(facet pair)預定義EUV照射光3之相關聯局部光束的物體場照射通道。取決於投射曝光裝置1的所要照射，實現光瞳琢面11對場琢面7的逐通道分配。
經由光瞳琢面反射鏡10(圖1)及由三個EUV反射鏡12,13,14組成的下游轉移光學單元(downstream transfer optical unit)15，場琢面7被成像於投射曝光裝置1的物體平面16中。EUV反射鏡14係體現為掠入射的反射鏡(掠入射反射鏡(grazing incidence mirror))。配置在物體平面16中作為要成像的物體的是反射光罩17，從此光罩17，用EUV照射光3照射形式為照射場的照射區，其與投射曝光裝置1之下游投射光學單元19之物體場18重合。物體場照射通道在物體場18中疊加。EUV照射光3從光罩17反射。
投射光學單元19將物體平面16中的物體場18成像至影像平面21中的影像場20中。照射光3因此又名為「成像光」。配置在該影像平面21中的是晶圓22，其具有在投射曝光期間利用投射曝光裝置1曝光的感光層。在投射曝光期間，以同步方式在y方向中掃描光罩17及晶圓22。投射曝光裝置1係體現為掃描器。下文又將掃描方向名為「物體位移方向」。
場琢面反射鏡6、光瞳琢面反射鏡10及轉移光學單元15的反射鏡12至14均屬於投射曝光裝置1之照射光學單元23的部分。照射光學單元23連同投射光學單元19一起形成投射曝光裝置1的光學系統。
投射光學單元19係體現為反射式光學單元，即，體現為具有複數個反射鏡的光學單元，在圖1中圖解在投射光學單元19的照射光束路徑中的第一反射鏡M1及最後反射鏡M6。由於光罩17係體現成其對照射光3為反射，因而需要光罩17的傾斜照射，以將撞擊在光罩17上之照射光3的光束與從光罩17反射之照射光3的光束分開。照射光3的光束以在中央物體場點的主光線及物體平面的法線之間的入射角α撞擊在光罩17上，其中最小角α取決於投射光學單元19使用的物體側數值孔徑(object-side numerical aperture)。在照射光罩17的入射平面(與yz平面重合)中測量入射角α。
圖4顯示場琢面反射鏡6的另一具體實施例。對應於上文參考圖2之場琢面反射鏡6已經解說之組件的組件具有相同參 考數字且僅就圖2之場琢面反射鏡6之組件的不同之處進行解說。圖4的場琢面反射鏡6具有包含彎曲場琢面7的場琢面配置。該等場琢面7總共配置成五行，每行具有複數個場琢面群組8。場琢面配置係刻在場琢面反射鏡之載體板24的圓形邊界中。
圖4具體實施例的場琢面7全具有相同面積及x方向中的寬度與y方向中的高度的相同比率，其對應於圖2具體實施例之場琢面7的x/y高寬比。
場琢面反射鏡6之相應具體實施例的每個場琢面7經由相應物體場照射通道，精確地分配給光瞳琢面反射鏡10的兩個光瞳琢面11。因此，與場琢面反射鏡6所具有場琢面7相較，光瞳琢面反射鏡10具有精確兩倍之多的光瞳琢面11。
圖5及6基於光瞳琢面反射鏡10之另一具體實施例的示意性圖解琢面配置圖解此情況。圖5中對琢面配置的圖解為高度示意性的。圖3及5之具體實施例的光瞳琢面反射鏡10實際上具有約800個光瞳琢面11。每個光瞳琢面11具有直徑約10mm。
場琢面反射鏡6之場琢面7的反射表面可在以下兩個定位之間傾斜：第一照射傾斜定位，用於沿著第一物體場照射通道，將撞擊在場琢面7上的EUV局部光束引向光瞳琢面11i之一者的方向中；及另一照射傾斜定位，用於沿著另一物體場照射通道，將撞擊在場琢面7上的EUV局部光束引向光瞳琢面11i之另一者(與局部光束在場琢面7的第一照射傾斜定位中所被引向的那個光瞳琢面11不同)的方向中。
圖5以重點方式示意性顯示總共四對光瞳琢面11：111、111’；112、112’；113、113'；114、114'，其中每對光瞳琢面分別分配給場琢面7之一者的兩個照射傾斜定位。在光瞳琢面對111、111'；112、112'；113、113'；114、114'之間的連接線251、252、253、254示意性指示當該場琢面7在兩個照射傾斜定位之間改變時從分配的場琢面7反射之EUV局部光束的路徑。
連接線25示意性圖解為直線。事實上，連接線25通常不會筆直延伸，而是帶有圓錐斷面的形式。連接線25之路線的精確形式一方面取決於光瞳琢面11之照射的幾何形狀，及另一方面取決於相應場琢面7的傾斜機制。
利用光瞳琢面對111、111'；112、113'；113、113'；114、114'，外光瞳琢面111、112、113、114及內光瞳琢面111’、112’、113’、114’各分配給彼此。內光瞳琢面111’至114’亦可移動比圖5中所示意性圖解的甚至更接近光瞳琢面反射鏡10的中心Z。
可將光瞳琢面11的配置約略又分成四個象限I、II、III、IV，其中圖5的象限I涵蓋以下光瞳琢面11：如從圖4所示載體板24的中心Z觀看，位在配置在右邊的扇區中，及其他象限II至IV以逆時針方向接續編號，如同一般在數學上的做法。
可在照射傾斜定位之間傾斜的場琢面7另外可傾斜至關閉傾斜定位(turn-off tilting position)中。儘管兩個照射傾斜定位利用可傾斜場琢面7之傾斜的終端擋板(end stop)精確地定義於 其定位中，但位在兩個照射傾斜定位之間的關閉傾斜定位並非如此。關閉傾斜定位用於將撞擊在場琢面7上的EUV局部光束引向對物體場18不起作用之關閉光束路徑的方向中，該方向不同於物體場照射通道的方向。
這參考圖6來圖解，圖中以垂直於場琢面之反射表面的斷面圖顯示分配給光瞳琢面對111、111'的該場琢面71。場琢面71一方面可在場琢面71上在以擋板28,29定義的兩個照射傾斜定位之間，及另一方面可在場琢面載體26上借助致動器(未圖解)，在樞接軸27(垂直於圖6的圖式平面)上相對於場琢面載體26傾斜。將場琢面71圖解為位在這兩個照射傾斜定位之間的關閉傾斜定位中。圖6另外示意性顯示：照射光3入射在場琢面71上的EUV局部光束、分配給第一照射傾斜定位的物體場照射通道31、分配給第二照射傾斜定位的第二物體場照射通道31'、及虛線形式的關閉光束路徑(turn-off beam path)30。
場琢面7各利用致動器29a而傾斜，致動器29a以未圖解的方式信號連接至投射曝光裝置1的中央控制元件29b。
圖7示意性圖解經由照射光學單元23的照射光瞳31將光罩17上的中央物體場點OF照射在物體場18中。照射光瞳31位在照射光學單元23的光瞳平面32中。照射光3在照射光瞳31中的強度分布與物體場18上之照射的照射角分布(illumination angle distribution)直接相關。取決於照射光3如何利用可傾斜場琢面7驅動物體場照射通道撞擊在光瞳琢面11的整體上，這造成照射光瞳31中的預定義強度分布，及對應地造成在例如中央物體場點OF照 射期間的照射角分布。
可基於分布I(σx,σy)指出照射光瞳上的照射光強度分布，其中σx及σy是光瞳座標，即，橫跨照射光瞳31對應於物體場座標x,y的座標。
圖7另外舉例顯示光罩17上的兩個典型直線結構，即，預計在投射曝光期間轉移至晶圓22的典型結構變化。此圖解顯示水平線結構的水平線33及垂直線結構的垂直線34。在相鄰水平線33之間的距離是pH(水平節距)。在相鄰垂直線34之間的距離是pV(垂直節距)。
水平線33延伸平行於圖1之全域xyz座標系統的x軸。垂直線34延伸平行於圖1之全域xyz座標系統的y軸。
圖8及15舉例顯示不同的照射設定，即，可經由物體場照射通道照射之光瞳琢面11的不同分布。這些不同的照射設定對應地導致照射場(即，物體場18)用以照射之照射角的不同分布。
圖8顯示位在圍繞光瞳琢面反射鏡10之中心Z的限制半徑RG外之光瞳琢面11的照射。因此，這涉及光瞳琢面反射鏡10產生環狀照射設定的照射。
圖15顯示y雙極照射設定，其中經由物體場照射通道照射象限II及IV中的光瞳琢面11。與此y雙極照射設定互補，也 可以有x雙極照射設定，其中經由物體場照射通道照射象限I及III中的光瞳琢面11。
圖9以光瞳座標圖顯示在執行補償設定前，照射光3在環狀照射設定中的例示性強度分布。照射光3的局部光束各撞擊在光瞳琢面11之一者的位置處，且因而提供圖9圖中的強度貢獻(intensity contribution)I(σx,σy)。取決於其中出現及在光瞳琢面位置上積分的強度，以不同大小圖解強度貢獻I。較小的點對應於較低的積分強度。強度上的差異由於經由相應物體場照射通道引導的不同照射光強度而形成。
無論如何，圖9的環狀照射設定就照射光3所撞擊之光瞳琢面11的組態而言，相對於光瞳座標σx及相對於光瞳座標σy均為鏡面對稱。
圖10以另一曲線圖顯示遠心偏差△TC對物體結構變數p(節距)的相依性。該相依性係標繪為具有垂直線34之物體結構的遠心曲線35及具有水平線33之物體結構的遠心曲線36。
在△TC=0時，垂直結構遠心曲線35無關於結構變數而行進。水平結構遠心曲線36在結構變數p約40nm時，具有約-12mrad的值。結構變數p越大，此值的絕對值越小並在p80nm時達到-5mrad的值，在p=100nm時達到△TC-4mrad的值，及在p130nm時停滯在的△TC=-3mrad值。
由於光罩17的傾斜照射(具有原則上以不同於垂直 線34的方式照射水平線33的效應)，所以產生一方面為水平線33及另一方面為垂直線34之遠心曲線35,36的這些不同輪廓。
圖11再次以光瞳座標圖顯示補償照射光瞳37的強度分布。補償照射光瞳37是補償設定的結果，其解說如下。補償照射光瞳37導致成像遠心TC對光罩17之結構變數p的相依性，致使減少(即，至少部分補償)如上文參考圖10說明由於傾斜照射而產生的成像遠心TC對結構變數p的相依性。
補償照射光瞳37具有環形圈光瞳貢獻38、對應於圖9環狀照射設定之限制半徑的內限制半徑RG及外限制半徑。此外，補償照射光瞳37在環形圈光瞳貢獻38內(即，在其中RRG的光瞳座標值處)具有補償光瞳貢獻39。
藉由在相應第一照射傾斜定位(其中該等場琢面根據圖9的照射設定在光瞳琢面11上起作用)及第二照射傾斜定位(其中照射在限制半徑RG內的光瞳琢面)之間改變所選定場琢面7，產生補償光瞳貢獻39。可傾斜場琢面7是用於產生預定義照射光瞳的光瞳產生元件。
關於所作用的光瞳琢面11，補償照射光瞳37既非相對於座標軸σx且非相對於座標軸σy為精確鏡面對稱。
大體上，為產生補償照射光瞳37，將約5%的場琢面7從第一照射傾斜定位改變成第二照射傾斜定位。亦可使用不同的改變百分比，例如1%、2%、3%、4%、6%、7%、8%、9%、10% 或10%以上。
圖12以對應於圖10的△TC/節距曲線圖顯示補償照射光瞳37的水平結構遠心曲線40及垂直結構遠心曲線41。水平結構遠心曲線40在p=40nm時具有△TC-2mrad的值。該值的絕對值在p60nm時下降至△TC0，及接著在較大的結構變數p中，在p130nm時緩慢地向上增加至△TC-1.5mrad的值，並保持此值直到p250nm。就絕對值來說，水平結構遠心曲線40具有遠心偏差△TC為2mrad的最大絕對值。垂直結構遠心曲線在結構變數80nm時具有△TC-2.5mrad的值，及接著改變正負號直到結構變數p=100nm且在此處具有△TC2mrad的值。此正值接著僅稍微上升且從p160nm開始具有其最大值△TC2.5mrad。垂直結構遠心曲線41在值△TC為2.5mrad時具有最大絕對值。由於提供補償照射光瞳37，因此最大遠心偏差的絕對值已從約12mrad的值減少至約2.5mrad的值。
圖13以對應於圖11之圖解的圖解顯示另一補償照射光瞳42。此補償照射光瞳42亦從圖9的環狀照射設定開始產生。在此情況中，一些場琢面7不僅變成第二照射傾斜定位，且亦變成關閉傾斜定位。大體上，約5%的場琢面7變成第二照射傾斜定位，及4%的場琢面7變成關閉傾斜定位。這些百分比比例亦可變化並具有上文參考圖11已經解說的值。
圖14再次以△TC/p曲線圖顯示補償照射光瞳42之水平結構遠心曲線43及垂直結構遠心曲線44的輪廓。
遠心曲線43、44的曲線輪廓在質性上類似於圖12之遠心曲線40、41的曲線輪廓，其差別在於：與水平結構遠心曲線40相比，水平結構遠心曲線43有點朝向較高△TC值移位，而與垂直遠心曲線41相比，垂直結構遠心曲線44有點朝向較低△TC值移位。這使得△TC的最大絕對值再次減小為2.1mrad的值。大體上，與△TC之絕對值的初始最大值(參見圖10，12mrad)相比，減小超過5倍。
採用以下程序對照射光學單元23進行補償設定。
首先，決定物體成像變數，其取決於光罩17的物體結構變數，即，尤其是節距p。如上文舉例解說，物體成像變數可以是遠心偏差。
在此情況中，遠心偏差或遠心誤差(telecentricity error)代表橫向影像移位(lateral image shift)與聚焦偏差(focus deviation)的比率。聚焦偏差係垂直於影像平面21而測量，且代表在理想影像點的z座標及實際影像點(測量影像之處或要在晶圓22上曝光之層所在之處)的z座標之間的差。橫向影像移位係測量於平行於理想影像平面21的平面中。在此測量平面及理想影像平面21之間的距離正是聚焦偏差。橫向影像移位代表在平行於影像平面21的測量平面中在理想影像點及實際影像點之間的距離。此遠心偏差可因光罩17的傾斜照射與照射光3的交互作用而形成。可另外利用照射光瞳的組態來影響遠心偏差。
可借助光學模擬計算測量或計算遠心偏差。
之後，在上文解說之實例中，將補償成像參數(即，在照射光瞳31中的強度分布)預定義成造成結構相依總成像變數，其可由補償前的成像變數及成像變數的補償貢獻組成，其中總成像變數位在成像變數值的預定義容許範圍內。在遠心偏差(參見圖12及14)的上述實例中，引起導致低於遠心偏差最大絕對值3mrad的總遠心偏差。可由經驗決定的個別場琢面傾斜改變的補償影響決定補償成像參數的預定義。做為替代或補充，利用光學模擬計算以計算決定補償影響。
在決定及補償物體成像變數時，可考慮垂直於照射入射平面的水平物體線及/或照射入射平面中的垂直物體線。亦可預定義成像變數與預定義值之偏差的平均值，來替代預定義成像變數與預定義值之偏差的最大值。亦可定義所要成像變數的結構相依性輪廓。結合補償成像參數的預定義，亦可考慮次要條件，例如照射光學單元23的最小透射、或其他成像變數，例如NILS值或照射的對比值。
NILS(「正規化影像對數斜率(normalized image log slope)」)指示成像結構(如，直線)之邊緣定位的空中影像強度曲線(aerial image intensity curve)(即，成像光在影像場20上的強度)的微分，及以相當於對比的方式測量影像的品質。NILS值可計算如下：NILS=CD×d(ln I)/dx|I0=CD/I0×dI/dx|I0在此情況中，CD(「臨界尺寸」)是線寬(一般為成像物體的寬度)， I是作為空間座標x之函數的影像強度，ln是自然對數，I0是所估計空中影像的強度臨限值。「|I0」是指在空中影像強度I採取值I0的定位x處形成微分。
可結合預定義光罩的特定布局，預定義補償成像參數，其又名為光學鄰近校正(optical proximity correction)。這涉及在光罩17上製造預補償結構輪廓，其中在結構上預先補償因使用投射曝光裝置1進行成像所造成的像差。
可反覆預定義補償成像參數。
以下參考圖16至25舉例說明，從y雙極照射設定開始產生補償照射光瞳作為補償成像參數的不同變化。
圖16以類似於圖9的圖解顯示y雙極設定，其中照射在光瞳琢面反射鏡之象限II及IV的光瞳琢面11。
圖17以對應於圖10之圖解的圖解顯示水平結構遠心曲線45及垂直結構遠心曲線46的輪廓。
水平結構遠心曲線45在p=35nm時具有△TC-5.5mrad的值。在水平結構遠心曲線45中，遠心偏差的絕對首先在p42nm時下降至△TC-8mrad的值。之後，遠心偏差值在p85nm時上升至△TC-3mrad，及接著在較大結構變數p中保持在此水準。垂直結構遠心曲線46在△TC=0具有與結構變數無關的輪廓。在圖16的照射設定中，遠心偏差的最大絕對值因此處於約8mrad 的值。
圖18顯示基於圖16的y雙極光瞳藉由將約5%的場琢面7再次從第一照射傾斜定位改變至第二照射傾斜定位所獲得的補償照射光瞳47。在補償照射光瞳47中，在象限I及III中所照射光瞳琢面11的補償光瞳貢獻49亦出現在象限II及IV中所照射光瞳琢面11的雙極光瞳貢獻48旁邊。
圖19再次顯示補償照射光瞳47的水平結構遠心曲線50及垂直結構遠心曲線51。水平結構遠心曲線50在結構變數p35nm及p75nm之間在△TC-1mrad的平線區上延伸。之後，水平結構遠心曲線50改變正負號及在p85nm時達到△TC1mrad的值，並在較大結構變數中保持約在此值。垂直結構遠心曲線51在結構變數p75nm及p200nm之間，保持大約△TC0。兩個遠心曲線50、51各具有遠心偏差最多為1.4mrad的最大絕對值。
圖20以對應於圖13之圖解的圖解顯示另一補償照射光瞳52，其中再次從造成圖16之y雙極照射設定的第一照射傾斜定位開始，約4%的場琢面被改變成第二照射傾斜定位，及約1%的場琢面7被改變成關閉傾斜定位。
圖21顯示圖20之補償照射光瞳52的水平結構遠心曲線53及垂直結構遠心曲線54。遠心曲線53、54的輪廓約對應於遠心曲線50、51的輪廓。
圖22顯示y雙極照射設定的變化，其中在象限II及 IV內，照射在距離中心Z大於限制半徑RG之距離R處的照射光瞳或光瞳座標。此外，圖22之y雙極的兩極如同圖16的y雙極設定，在圍繞中心Z的圓周方向中未延展超過90°，而是延展僅60°。關於極失衡，PBσy=0%適用於圖22的照射設定。圖22中的上雙極光瞳貢獻48因此如圖22中的下雙極光瞳貢獻48，具有精確相同的積分照射光強度。
圖23顯示水平物體線33之所要遠心曲線55的所要結構輪廓。該所要遠心曲線55代表由於光罩17上的結構在光罩17上反射後所產生之遠心曲線的負曲線。
圖24顯示從圖22之y雙極照射設定開始產生的補償照射光瞳56。藉由將場琢面7的一部分從第一照射傾斜定位(其中根據圖22的設定進行照射)改變成第二照射傾斜定位，再次獲得補償照射光瞳56。約15%的場琢面7被改變。圖24的照射設定具有極失衡PBσy=-9.59%。因此，在負σy值上積分時的照射光強度比在正σy值上積分時的高。
此外，對於補償照射光瞳56，其他場琢面7從關閉傾斜定位被改變成照射傾斜定位，即，額外照射通道可用於照射補償照射光瞳56。在補償照射光瞳56中，照射光3撞擊在比圖22的照射設定多出約10%的照射通道上。
藉由改變在第一照射傾斜定位中照射y雙極設定的下極(在圖22及24中)的場琢面7，及藉由在其他場琢面7中切換，幾乎獨一無二地產生補償照射光瞳56。補償照射光瞳56相對於σy軸 為鏡面對稱。
圖25顯示為補償照射光瞳56產生之遠心偏差及光罩引致遠心偏差之貢獻總數的總遠心曲線作為總遠心曲線57。總遠心曲線57在p25nm時具有△TC0的值。總遠心接著在p=40nm時上升至△TC約6mrad的值，及接著在p90nm時緩慢下降至△TC-5.5mrad的值。在總遠心曲線57中，總遠心偏差△TC的最大絕對值為5.5mrad。
以下參考圖26至29，討論作為投射光學單元19之一部分之波前操縱元件的效應。波前操縱元件是形式為調整/變形單元(adjustment/deformation unit)58(參見圖1)的操縱器，其在投射光學單元19的至少一個反射鏡M1至M6上起作用且在其中提供反射鏡或反射鏡之一區段的微調及/或變形。調整/變形單元58因此構成投射光學單元19的波前操縱器。
利用投射光學單元19之反射鏡的調整及/或變形，可導致成像光3之波前在影像場20中的對應影響。使用此波前影響以對應地影響成像焦點移位(最佳焦點移位，bfs)，即，一方面是光罩17之水平線33及另一方面是垂直線34之影像之影像定位的z偏移(z-offset)。
圖26以焦點移位(最佳焦點移位，bfs)/結構變數(節距)曲線圖顯示水平結構焦點移位曲線59及垂直結構焦點移位曲線60。這些焦點移位曲線59、60適用於非補償波前。在偵測的最小結構變數p40nm中，水平結構焦點移位曲線59具有hfs17nm 的值。此值在p50nm時上升至bfs22nm，及接著在p80nm時下降至bfs8nm的值，及接著大約保持在此水準。在垂直結構焦點移位曲線60中，在p40nm時的bfs值約-25nm，接著在p55nm時上升至約-22nm，及接著從結構變數p80nm開始，再次下降至bfs-30nm，及在較大結構變數中，大約保持在此值。
利用借助調整/變形單元58的反射鏡調整/變形最佳化(其中使用Zernike多項式Z4、Z5、Z9、Z12、Z16、Z17、Z21及Z25作為最佳化的對稱性貢獻)，產生反射式光學單元19之成像光3的補償波前，致使補償水平結構焦點移位曲線61及補償垂直結構焦點移位曲線62大約在結構變數範圍40nm<p<200nm中圍繞bfs值0振盪及產生bfs的最大絕對值小於2.5。
圖27至29顯示基於補償水平結構焦點移位曲線63、65、67及垂直結構焦點移位曲線64、66、68，對波前的對應調整/變形補償。在圖27的波前補償中，對稱性群組根據Zernike多項式Z4、Z5及Z9而有所變化。在圖28的波前補償中，對稱性群組根據Zernike多項式Z4及Z5而有所變化。在圖29的波前補償中，對稱性群組根據Zernike多項式Z5而有所變化。在所有情況中，與焦點移位的初始曲線59、60相比，同樣出現焦點移位的最大絕對值明顯減小。該最大絕對值在圖27的補償中是bfs4，在圖28的補償中是bfs8nm，及在圖29的補償中是bfs9nm。與非補償焦點移位曲線59、60相比，在所有情況中出現焦點移位的最大絕對值減小超過2倍。
一方面由於遠心偏差、及另一方面由於焦點移位利 用上文解說的補償引起的誤差貢獻減小，因此對應地改良在晶圓22上產生極精細結構的成像性質。
利用場琢面7的傾斜定位，亦可產生其他照射設定(例如x雙極設定、四極照射設定或某個其他多極照射設定)的補償變化。
在投射曝光期間，提供光罩17及晶圓22(具有對EUV照射光3為感光的塗層)。之後，借助投射曝光裝置1，借助對應地由至少一個補償成像參數之預定義設定的光學系統，將光罩17的至少一個斷面投射至晶圓22上。最後，顯影用EUV照射光3曝光在晶圓22上的感光層。以此方式，製造微結構化或奈米結構化組件(例如半導體晶片)。

Claims (6)

  1. 一種用於EUV投射微影之光學系統，- 包含一照射光學單元，用於藉由傾斜照射而形成一照射場，在該照射場中可配置一下游投射光學單元之一物體場及要成像的一反射物體；- 包含該投射光學單元；- 包含一波前操縱元件，其係實施為產生該投射光學單元之一波前；- 其導致一成像焦點移位對要成像之該物體之一結構變數的相依性，致使至少部分地補償歸因於該傾斜照射的該成像焦點移位對要成像之該物體之該結構變數的相依性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，其中該投射光學單元具有至少一個波前操縱器作為該波前操縱元件，其中利用該投射光學單元之多個反射鏡或多個反射鏡區段的微調及/或利用該投射光學單元之該等反射鏡或該等反射鏡區段的變形，來實現該波前操縱器。
  3. 一種投射曝光裝置，包含如申請專利範圍第1至2項中任一項所述之一光學系統及包含一EUV光源。
  4. 一種用於設定如申請專利範圍第1至2項中任一項所述之一光學系統的方法，包含以下步驟：- 決定取決於一預定義參考物體之一物體結構變數的一物體成像變數；- 將一補償成像參數預定義成產生一結構相依總成像變數，其中該總成像變數落在成像變數值的預定義容許範圍內。
  5. 一種製造結構化組件的方法，包含以下步驟：- 提供一晶圓，在其上至少部分塗覆由一感光材料構成的一層；- 提供一光罩，其具有要成像的結構；- 提供如申請專利範圍第3項所述之一投射曝光裝置；- 利用如申請專利範圍第4項所述之方法設定該投射曝光裝置的光學系統；- 借助該投射曝光裝置將該光罩的至少一部分投射於該晶圓之該層的一個區域上。
  6. 一種根據如申請專利範圍第5項之一方法製造的結構化組件。
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