TWI820129B - 用以轉移微影光罩之原初結構部分的光學系統、用以將可配置微影光罩之至少一原初結構部分的物場進行成像的投射光學單元、微影光罩、投射曝光裝置、結構化組件、以及用以產生結構化組件的方法 - Google Patents

用以轉移微影光罩之原初結構部分的光學系統、用以將可配置微影光罩之至少一原初結構部分的物場進行成像的投射光學單元、微影光罩、投射曝光裝置、結構化組件、以及用以產生結構化組件的方法 Download PDF

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Abstract

用於轉移微影光罩(10)的原初結構部分(13)的光學系統。原初結構部分(13)具有大於4：1的x/y外觀比，且在微影光罩(10)上彼此相鄰配置成一線且藉由不帶有任何待成像結構的分離部分(14)而彼此分開。在將一物場成像至一影像場的協助下，光學系統將原初結構部分(13)轉移至基板(26)的影像部分(31)上，其中微影光罩(10)的原初結構部分(13)的其中至少一者可配置在物場中，且基板(26)的影像部分(31)的其中至少一者可配置在影像場中。原初結構部分(13)的每一者轉移到一單獨的影像部分(31)。轉移原初結構部分(13)於其上的影像部分(31)係彼此相鄰配置成一線。在此一光學系統中可採用的投射光學單元可具有這樣的變形具體實施例，其針對兩個相互垂直 的場座標具有不同的成像比例，其中一個成像比例針對其中一個場座標縮小，且其中另一個成像比例針對另一個場座標放大。這導致一光學系統，其中使用此一光學系統的投射曝光裝置的生產量增加。

Description

用以轉移微影光罩之原初結構部分的光學系統、用以將可配置微影光罩之至少一原初結構部分的物場進行成像的投射光學單元、微影光罩、投射曝光裝置、結構化組件、以及用以產生結構化組件的方法 【相關專利參照】
本專利申請案主張德國專利申請案DE 10 2018 207 277.9的優先權，其內容以引用的方式併入本文。
本發明關於用以轉移微影光罩之原初結構部分的光學系統。此外，本發明關於用以將可配置微影光罩之至少一原初結構部分的物場進行成像的用於投射微影的投射光學單元、包含此一投射光學單元的光學系統、包含複數個待成像的原初結構部分的微影光罩、包含此一光學系統的投射曝光裝置、用以使用此一投射曝光裝置來產生微結構或奈米結構組件的方法、以及使用此方法產生的微結構或奈米結構組件。
開頭所提出的類型的投射光學單元已揭露於US 2013/0128251 A1、DE 10 2014 208 770 A1、US 2016/0327868 A1及WO 2016/166 080 A1。此外，投射曝光裝置的具體實施例揭露於US 2010/0033698 A1、WO 2017/199096 A1及US 9,366,968 B2。進一步的現有技術由DE 10 2005 009 018 A1、DE 10 2004 008 835 A1及DE 103 17 893 A1組成。
本發明的一目的為發展在開頭所述類型的光學系統和微影光罩，使得使用此一微影光罩或此一光學系統的投射曝光裝置的生產量增加。
根據本發明，此目的藉由包含申請專利範圍第1項所述特徵的光學系統來實現。
根據本發明，已經認識到，有可能藉由複數個原初結構部分來減少微影光罩的位移花費，其中複數個原初結構部分在微影光罩上彼此相鄰配置成一行。接著，在投射曝光期間，有可能將此一微影光罩的原初結構部分連續地轉移到基板上，其中，特別地，這可在連續掃描程序(特別是具有不變的掃描速度)的協助下來實現。待成像的各個原初結構部分的維度範圍的外觀比大於4，且有助於使用轉移光學單元將原初結構部分轉移到基板的影像部分上，其中基板在兩個物體維度中具有不同的成像比例。具有不同成像比例的這種轉移較佳使得由原初結構部分所相應產生的影像部分的外觀比比原初結構部分的外觀比更接近數值1。舉例來說，待成像的個別原初結構部分的外觀比可大於4：1(4/1)、可大於6：1、可大於8：1、可大於10：1、可大於12：1、可大於15：1、且可為16：1。
光學系統利用此一微影光罩的優點。藉由此一光學系統將微影光罩上的一行原初結構部分轉移到基板上的一行影像部分上。與基板 直徑相當的影像部分總體的總長度導致可選擇藉由光學系統使用很少轉移程序來以影像部分覆蓋基板。特別地，轉移程序可在基板上產生一行影像部分，該行影像部分實際上覆蓋基板的整個直徑。以此方式，舉例來說，可逐行或逐列地覆蓋基板，其中在每一轉移期間在基板上產生完整的一行影像部分，且只有在行之間切換或在列之間切換時才會中斷轉移程序。基板可為圓形。若基板偏離圓形，則基板的直徑應理解為表示基板的典型表面尺寸。舉例來說，在方形基板或矩形基板的情況下，這將為側邊長度之一或各個側邊長度的平均值。在此處，沿著所考慮的影像部分整體的影像部分彼此相鄰配置於一行的方向延伸的基板的尺寸是決定性的。
本發明的另一目的在於發展出用於投射微影的投射光學單元，使得有助於投射光學單元的緊湊結構。
根據本發明，此目的藉由包含申請專利範圍第2項所述特徵的投射光學單元來實現。
令人驚訝地發現，具有針對一場座標減小的一成像比例和針對另一場座標放大的一成像比例的投射光學單元的具體實施例不僅適用且甚至有利於投射微影。沿其中一場座標提供最佳投射解析度對許多待產生的組件已足夠。沿其他場座標通常可容忍較低的解析度。由此產生的附加自由度可用於設計具有光學組件的投射光學單元，其中光學組件的使用光學表面明顯偏離已知投射光學單元的光學表面。舉例來說，這可用於提供具有緊湊折疊幾何形狀的反射投影光學單元。投射光學單元的兩個成像比例的其中至少一者可實施為負的，即具有影像反轉。短語「放大」和「縮小」係關於相應成像比例的絕對值。若此絕對值大於1，則成像比例放大，若此絕對值小於1，則成像比例減小。
投影光學單元可為反射光學單元。或者，投射光學單元可為折射或折反射光學單元。關於用於成像光的成像光束路徑的引導，投射光學單元可僅藉由反射鏡、僅藉由透鏡元件或藉由反射鏡和透鏡元件的組 合來實現。
申請專利範圍第3和4項所述的成像比例已發現特別適用於投射微影的目的。
申請專利範圍第5項所述的光學系統的優點對應已在前文中參照本發明的投射光學單元作出解釋的優點。
申請專利範圍第6項所述的光學系統以簡練的方式實現了上述兩個目的。在這種情況下，投射光學單元可設計使得應以彼此並排的方式轉移到影像部分的原初結構部分可緊湊地配置在微影光罩上，因為在原初結構部分對齊的方向上對相應影像部分進行放大成像，因此原初結構部分在此方向上在微影光罩上彼此緊密相連。
申請專利範圍第7項所述的光學系統有利於基板的確定使用。在此情況下，可實現掃描器操作和步進器操作。
申請專利範圍第8項所述的光學系統的設計確保了相較於基板的位移，微影光罩沿掃描方向的位移相對較小。在微影光罩上，這有利於沿待轉移的原初結構部分的掃描方向的緊湊具體實施例。沿物體位移方向的場座標中的投射光學單元的物體側數值孔徑可與垂直於物體位移方向的場座標中的數值孔徑一樣大或較小。舉例來說，入射到微影光罩的照明光束路徑以及遠離微影光罩的成像光束路徑可彼此分離，或者它們可在主射線方向上重合，如US 2015/0160561A1中所揭露。
申請專利範圍第9項所述的光學系統的優點對應已在前文作出解釋的優點。照明光學單元的物體側數值孔徑也可實施為與投射光學單元的數值孔徑匹配。
作為申請專利範圍第10項所述的光源，可使用EUV光源(特別是在5nm和30nm之間的波長範圍內)，或使用DUV光源(例如在193nm的波長範圍內)。若使用DUV波長，則可使用折反射或折射投射光學單元。
申請專利範圍第11項所述的微影光罩、申請專利範圍第12 項所述的投射曝光裝置、申請專利範圍第13項所述的生產方法、以及根據申請專利範圍第14項所生產的組件的優點對應於前文已作出解釋的優點，特別是參照光學系統及投射光學單元。可使用投射曝光裝置來生產微結構或奈米結構組件，特別是半導體組件，例如記憶體晶片。
1:微影投射曝光裝置
2:光源
3:照明光
4:物場
5:物體平面
6:照明光學單元
7:投射光學單元
8:影像場
9:影像平面
10:微影光罩
11:晶圓
12:遮罩位移驅動器
13:原初結構部分
14:分離部分
15:線
16:線間隙
17:線
18:線間隙
19:堆
20:行間隙
21:列間隙
22:線
23:斷點
24:數值孔徑
25:數值孔徑
26:基板
27:基板保持器
28:位移驅動器
29:光束
30:光束
31:影像部分
32:列
33:射線
34:中間影像平面
35:第一平面光瞳平面
36:第一平面光瞳平面
37:第二平面中間影像平面
38:第二平面中間影像平面
39:第二平面光瞳平面
40:第二平面光瞳平面
41:第二平面光瞳平面
42:照明角度空間
43:成像角度空間
44:角度空間
45:角度空間
46:投射光學單元
47:光瞳平面
AS:孔徑光闌
CR:主射線
CRA:角度
d:直徑
dOIS:物體/影像偏移
Dy:y範圍
L1-L23:透鏡元件
M1-M6:反射鏡
N:法線
下文將參考附圖更詳細地解釋本發明的示例性具體實施例。在圖式中：圖1示意性地顯示了微影投射曝光裝置；圖2顯示了要由投射曝光裝置所投射的微影光罩的平面圖，該微影光罩具有複數個待成像的原初結構部分，其彼此相鄰排成一線；圖3為具有影像部分的晶圓形式的基板的平面圖，在投射曝光期間原初結構部分被轉移到該基板上，其中突出顯示一列影像部分，其彼此相鄰排成一線且微影光罩的原初結構部分在連續掃描期間轉移於其上；圖4至圖6顯示了可成像的原初結構的各種示例，其可配置在微影光罩的原初結構部分上；圖7顯示了通過微影光罩附近的投射曝光裝置的照明光束路徑平行於物體平面延伸的截面，其中首先顯示了入射在微影光罩上的照明光的照明光束路徑的數值孔徑，且其次顯示了由微影光罩所反射的照明光束路徑的數值孔徑；圖8以透視的方式顯示了成像光學單元的反射鏡的配置，其可用作圖1的投射曝光裝置中的投射透鏡，特別是用於具有EUV波長的成像光，其中成像光束路徑僅以中心場點的主射線的形式表示；圖9顯示了根據圖8的成像光學單元的經向剖面；圖10顯示從圖9中的觀察方向X所見的視圖； 圖11和圖12以類似於圖7的圖式顯示了針對光學系統的其他具體實施例之用於照明微影光罩以及用於將原初結構部分成像到影像部分的入射至微影光罩及由微影光罩所反射的照明光束路徑的數值孔徑；圖13顯示了成像光學單元的另一具體實施例的經向剖面，其可用作圖1的投射曝光裝置中的投射光學單元，特別是用於具有DUV波長的成像光；以及圖14顯示從圖13中的觀察方向XIV所見的視圖。
微影投射曝光裝置1具有用以提供照明光或成像光3的光源2。光源2為EUV光源，其產生波長範圍在例如5nm和30nm之間、特別是在5nm和15nm之間的光。光源2可為基於電漿的光源(雷射產生電漿(LPP))、氣體放電產生電漿(GDP))或基於同步加速器的光源，例如自由電子雷射(FEL)。特別地，光源2可為波長為13.5nm的光源或波長為6.9nm的光源。其他EUV波長也是可能的。一般來說，對於在投射曝光裝置1中導引的照明光3，甚至任意波長也是可能的，例如可見光波長或可在微影中使用(例如DUV、深紫外光)並有可使用的合適雷射光源及/或LED光源的其他波長(例如365nm、248nm、193nm、157nm、129nm、109nm)。圖1以非常示意性的方式顯示照明光3的光束路徑。
照明光學單元6用以將來自光源2的照明光3導引到物體平面5中的物場4。使用投射光學單元或成像光學單元7，將物場4以預定的縮小比例成像至影像平面9中的影像場8。
為了便於描述投射曝光裝置1和投射光學單元7的各種具體實施例，在圖式中顯示了笛卡爾xyz座標系統，從該系統可清楚看出圖中所示組件的相應位置關係。在圖1中，x方向垂直於繪圖平面並延伸離開繪圖平面。y方向向右，且z方向向上。
在投射光學單元7中，物場4和影像場8具有彎曲或弧形的具體實施例，特別是形狀像部分環形的具體實施例。此場曲率的曲率半徑在影像側可為81mm。物場4或影像場8的邊界輪廓的基本形式具有相應的彎曲。因此，影像場8的環形場半徑為81mm。有關此「環形場半徑」參數的細節可參考WO 2005/098 506 A1。環形場半徑的定義可參考WO 2009/053 023 A2。或者，有可能將物場4和影像場8實施為矩形。物場4和影像場8具有大於1的x/y外觀比。因此，物場4在x方向上具有較長的物場尺寸，而在y方向上具有較短的物場尺寸。這些物場尺寸沿場座標x和y延伸。
因此，物場4由第一笛卡爾物場座標x和第二笛卡爾物場座標y展開。垂直於這兩個物場座標x和y的第三笛卡爾座標z在下文中也稱作法線座標。
下文所示出和描述的示例性具體實施例之一可用於投射光學單元7。
基於圖8至圖10描述投射光學單元7的反射式反射變化形式。根據圖8至圖10的投射光學單元7在矢狀平面xz中縮小了4倍且在經向平面yz中放大了4倍。矢狀平面xz中的成像比例βx是0.25，且經向平面yz中的成像比例βy是-4。βy的負號表示在將物場4成像到影像場8中時存在影像翻轉。投射光學單元7是變形投射光學單元。兩個成像光平面xz、yz中的其他成像比例也是可能的，例如3x、5x、6x、7x或者大於8x的成像比例、或是1/3、1/5、1/6、1/7、1/8的成像比例或者小於1/8的成像比例。相應的縮小比例可伴隨或不伴隨影像翻轉。
在根據圖1的投射光學單元7的具體實施例中，影像平面9配置為平行於物體平面5。在此情況下所成像的是與物場4重合的微影光罩10(其實施為反射光罩，也稱作遮罩)的一部分。遮罩10由遮罩保持器11所承載。遮罩保持器11由遮罩位移驅動器12來位移。遮罩位移驅動器12的位移方向(也稱作掃描方向)為y方向。遮罩保持器11也稱作光罩保持器。遮罩位 移驅動器12也稱作光罩位移驅動器。
圖2以平面圖顯示微影光罩10。微影光罩10具有待成像的複數個原初結構部分13，在所示示例性具體實施例中總共十個，該原初結構部分在y方向上彼此相鄰配置成一線。原初結構部分13藉由不承載任何待成像結構的分離部分14而彼此分開。
圖4至圖6顯示可成像結構的範例，其可配置在遮罩10的原初結構部分13中。
圖4顯示了沿y方向延伸的簡單密集線15，作為這種可成像結構的示例。在各個情況下，相鄰的線15藉由線間隙16而彼此分開。
圖5再次以線17的形式顯示了物體結構，其沿y方向延伸且以類似於圖4中的線15的方式藉由線間隙18彼此分開。根據圖5的結構的線17以矩形及例如方形線堆19的形式配置。堆19以規則的行和列網格排列。相鄰的堆19在沿掃描方向y延伸的一行行間隙20內彼此分開，且在沿x方向延伸的一列列間隙21內彼此分開。一方面行間隙20和列間隙21的範圍比另一方面相鄰線15和17之間的線間隙16和18的範圍大許多倍，且例如可為線間隙16及18的範圍的十倍。
在根據圖6的結構中，線22(其對應圖4中的線15)在掃描方向y上由線斷點23中斷。斷點23可針對不同的線22相對於相應的y座標彼此偏移地配置。線22中的每一者可恰好具有一個斷點23或多個斷點23。在根據圖6的結構具體實施例中，一些線22也可不間斷地延伸穿過整個原初結構部分13。
圖7說明了在微影光罩10處反射的情況下的照明光3的光束路徑的數值孔徑。在圖7的底部顯示了角度空間24，其中照明光被導引到微影光罩10，亦即在撞擊微影光罩10之前的照明光束路徑的數值孔徑。在頂部，圖7顯示了在微影光罩10被撞擊之後的照明光束路徑的角度空間25，即數值孔徑。此角度空間25與投射光學單元7的物體側數值孔徑相匹配。數值 孔徑24和25在投射光學單元7中是圓形的；即，它們在x方向和y方向上具有相同的直徑。因此，以下適用於投射光學單元7的物體側數值孔徑NAO,xz和NAO,yz，第一個在矢狀平面xz中，第二個在經向平面yz中：NAO,xz=NAO,yz
通過投射光學單元7的成像在晶圓形式的基板26的表面上實現，其中基板26由基板保持器27所承載。基板保持器27由晶圓或基板位移驅動器28來移位。
圖1示意性地顯示了在遮罩10和投射光學單元7之間進入該投射光學單元的照明光3的光束29(角度空間25；參照圖7)，以及在投射光學單元7和基板26之間從投射光學單元7射出的照明光3的光束30。投射光學單元7的物場側數值孔徑(NAO,yz)和影像場側數值孔徑(NAI,yz)在圖1中未按比例重現。
圖3顯示了基板26的平面圖。基板26具有直徑d。基板26具有影像部分31，其中微影光罩10的原初結構部分13藉由使用投射光學單元7成像而轉移到影像部分31上。以虛線框突出顯示在掃描方向y中彼此相鄰配置的具有十個影像部分31的列32，其中微影光罩10的十個原初結構部分13成像於其上。影像部分31的該列32表示在使用投射光學單元7的單一不間斷轉移程序期間在基板26上產生的影像部分31的整體，作為十個原初結構部分13的影像。列32具有y範圍Dy。以下適用：Dy>d/2。因此，可藉由成像十個原初結構部分13在基板26上產生的影像部分31的總體具有沿掃描方向y的一範圍Dy，其大於基板26的直徑d的一半。以下甚至適用於所示的具體實施例：Dy
Figure 108115745-A0305-02-0012-29
d。
影像部分31在各個情況下為正方形；亦即，它們的x/y外觀比為1/1。關聯於前文所示的0.25的成像比例βx以及-4的成像比例βy，這得到的原初結構部分13的x/y外觀比為16/1。
根據於投射光學單元7的具體實施例，相應的原初結構部分 可具有大於4：1(4/1)的xy外觀比，例如x/y外觀比為5/1、6/1、7/1、8/1、10/1、12/1或15/1。
再次，根據具體實施例，影像部分31也可具有偏離1/1的x/y比，例如x/y外觀比為13/16。
微影光罩10沿y方向的整體範圍可落在120mm和160mm之間的範圍內，特別是在128mm和152mm之間的範圍內。例如圓形基底26的直徑可落在300mm和450mm之間的範圍內。放大成像比例βy的絕對值可落在1.97、2.11、2.34、2.69、3.17、或在3.51。
根據投射光學單元7的具體實施例，縮小成像比例βx可落在1/8和1/3之間的絕對值範圍內。根據投射光學單元7的具體實施例，放大成像比例βy可落在1.5和5之間的絕對值範圍內。
投射光學單元7具有放大具體實施例的場座標y與物體位移方向y一致。
在每一情況下，微影光罩10的至少一原初結構部分13可配置在物場4中。在每一情況下，基板26的至少一影像部分31可配置在影像場8中。
在投射曝光期間，一方面為微影光罩10和另一方面為基板26係以彼此同步的方式位移，使得在沿掃描方向y的連續掃描期間，原初結構部分13轉移到影像部分31的相應一列(例如列32)。在此轉移中，每一原初結構部分13轉移到基板26的一單獨影像部分31上。這針對基板26上的影像部分31的每一列實現，其中在完成原初結構部分13轉移到影像部分31的整體相應列之後，基板26沿x方向移位一列距離。可在相應的相反掃描方向上實現與影像部分31的相鄰列相關的掃描；亦即，舉例來說，列32的掃描可在正y方向上實現，且影像部分31的後續列的掃描(例如與列32的右邊相鄰的列)可在負y方向上實現。若影像部分31的相應列具有少於十個影像部分31，在針對此轉移適當數量的物體結構部分13之後終止相應的掃描，並接著掃 描影像部分31的下一列。
投射曝光裝置1為掃描器類型。在投射曝光裝置1的操作期間，在y方向上掃描遮罩10和基板26兩者。有可能為步進式類型的投射曝光裝置1，其中在基板26的各個曝光之間實現遮罩10和基板26在y方向上的步進式位移。這些位移藉由位移驅動器12和28的適當致動而彼此同步地實現。投射曝光裝置1的中央控制裝置(圖中未示出)用於同步化驅動器12、28。
在下文中，基於圖8至圖10更詳細地解釋投射光學單元7。投射光學單元7為反射式具體實施例的一示例。
圖8以透視圖顯示投射光學單元7，其中為了闡明成像光3的光束路徑，僅在物場位置處示意性顯示的微影光罩10與在影像場位置處同樣示意性顯示的基板26之間示意性地顯示中心場點的主射線CR。
圖9顯示投射光學單元7的經向剖面，亦即成像光3在yz平面中的光束路徑。圖10顯示了投射光學單元7在矢狀平面xz中的成像光束路徑。
圖9繪示了在各個情況下從在圖9中的y方向中彼此隔開的三個物場點發出的三條個別射線33的光束路徑。所繪示的是這三個物場點的主射線CR(即通過投射光學單元7的光瞳平面中的光瞳中心的個別射線33)以及在各個情況的上彗差射線和下彗差射線。從物場4開始，中心物場點的主射線CR包含與物體平面5上的法線N成約8°的角度CRA。
在物場4和影像場8之間的成像光束路徑中，投射光學單元7具有總共六個反射鏡，其沿成像光束路徑以它們的入射順序由M1到M6表示。
圖10同樣顯示了同樣三條個別射線的光束路徑，其同樣從三個物場點發出，這三個物場點在圖10中的x方向上彼此間隔開。再次地，顯示了主射線CR和兩個相應的邊緣側彗差射線。
物體平面5平行於影像平面9。
在投射光學單元7中，所有反射鏡M1到M6組態為用於法線入射的反射鏡，即成像光3以小於45°的入射角入射於其上的反射鏡。這些用於法線入射的反射鏡也稱作NI(法線入射)反射鏡。
反射鏡M1至M6帶有塗層，其最佳化了反射鏡M1至M10對成像光3的反射率。在此處，這可為一釕塗層、或在各個情況下具有由例如釕製成的最上層的多層。這些高反射層(特別是用於法線入射的反射鏡M1到M6)可組態為多層層，其中連續層可由不同材料製造。也可使用交替材料層。典型的多層層可具有五十個雙層，其分別由鉬層和矽層製成。這些可包含由例如C(碳)、B4C(碳化硼)製成的額外分離層，且可由朝向真空的保護層或保護層系統來終止。
在第一成像光平面xz中，投射光學單元7在物體側具有0.125的數值孔徑NAO,xz。在第二成像光平面yz中，投射光學單元7在物體側具有同樣為0.125的數值孔徑NAO,yz。在影像側，投射光學單元7在第一成像光平面中具有0.5的數值孔徑NAI,xz，且在第二成像光平面中具有0.5/16=0.03125的數值孔徑NAI,yz。
反射鏡M1至M6中沒有一個包含用於成像光的通道開口。因此，所有反射鏡M1至M6在沒有間隙的連續區域中以反射方式使用。
在第一成像光平面xz(第一平面)中，投射光學單元7在位於成像光束路徑中的反射鏡M4和M5之間的中間影像平面34中具有剛好一個第一平面中間影像。第一個第一平面光瞳平面35位於物場4和第一平面中間影像平面34之間的成像光束路徑中的反射鏡M2和M3之間。第二個第一平面光瞳平面36位於反射鏡M5的成像光的反射區域中。
在第二成像光平面yz(第二平面)中，投射光學單元7具有兩個第二平面中間影像平面37、38。第一個第二平面中間影像平面37位於成像光束路徑中的反射鏡M1和M2之間。另一個第二平面中間影像平面38位於成像光束路徑中的反射鏡M3和M4之間。第一個第二平面光瞳平面39位於成 像光束路徑中的反射鏡M1和M2之間，恰好在第一個第二平面中間影像平面37的前面。另一個第二平面光瞳平面40位於成像光束路徑中的反射鏡M2和M3之間。第二個第二平面光瞳平面40與第一個第一平面光瞳平面35重合。第三個第二平面光瞳平面41位於成像光束路徑中的反射鏡M4和M5之間，在空間上鄰接反射鏡M6。
第二平面光瞳平面40配置於在圓周側上可完全進入的成像光束路徑的一部分中，使得可在該處配置作用為兩個成像光平面xz、yz之一的孔徑光闌。
作為第一成像光平面xz的替代或附加的孔徑光闌可配置於反射鏡M5的區域中，例如作為反射鏡塗層。
投射光學單元7在影像側是遠心的。在物體側的遠心度偏差很小。
反射鏡M1到M6實施為自由形式表面，其無法由旋轉對稱方式描述。反射鏡M1到M6的其中至少一個實施為旋轉對稱非球面的投射光學單元7的其他具體實施例也是可能的。DE 10 2010 029 050 A1揭露了用於這種旋轉對稱非球面的非球面方程式。所有反射鏡M1到M6也有可能都實施為這樣的非球面
自由形式的表面可由以下的自由形式表面方程式(1)來描述：
Figure 108115745-A0305-02-0016-1
 (1)
以下適用於此方程式(1)的參數： Z為自由形式表面在點x、y的矢狀高度，其中x2+y2=r2。在此處，r為與自由形式方程式的參考軸(x=0；y=0)之間的距離。
在自由形式表面方程式(1)中，C1,C2,C3...表示以x及y的冪次展開的自由形式表面級數的係數。
在錐形底面積的情況下，cx、cy為對應至相應非球面的頂點曲率的常數。因此，適用cx=1/Rx及cy=1/Ry。kx及ky每一者對應相應非球面的錐形常數。因此，方程式(1)描述雙錐自由形式表面。
另一可能的自由形式表面可由旋轉對稱的參考表面產生。用於微影投射曝光裝置的投射光學單元的反射鏡的反射表面的這類自由形式表面已揭露於US 2007/0058269 A1。
在自由形式表面的數學描述的範疇內也可能使用其他多項式系統，例如Zernike多項式、Chebyshev多項式、Legendre多項式或Forbes多項式。
或者，也可使用二維樣條曲面來描述自由形式表面。其範例為Bezier曲線或非均勻有理的基本樣條曲線(NURBS)。舉例來說，二維樣條曲面可由在xy平面中的點的網格及相關z數值、或由這些點及與其相關的斜率來描述。取決於樣條曲面的相應類型，使用例如在其連續性及可微分性方面具有特定特性的多項式或函數，藉由網格點之間的內插來獲得完整的表面。其範例為解析函數。
投射光學單元7係設計用於13.5nm的照明光3的操作波長。影像場8的x-範圍為26mm且y-範圍為30mm。
投射光學單元7的反射鏡M1至M6的反射表面的光學設計資料可由以下表格獲得。這些光學設計資料在各個情況下從影像平面9開始，即描述成像光3在影像平面9和物體平面5之間的反向傳播方向上的相應投 射光學單元。
這些表格中的第一個提供光學組件的光學表面的頂點半徑(Radius_x=Rx,Radius_y=Ry)以及折射率數值(Power_x,Power_y)。在缺少值Ry的規格的情況下，以下適用：Rx=Ry。負的半徑值表示在具有考慮平面(xz,yz)的相應表面的區段中朝入射照明光3成凹形的曲線，其由在頂點的表面法線與相應的曲率方向(x,y)展開。兩個半徑Radius_x、Radius_y可明確地具有不同的正負號。
每一光學表面上的頂點係定義為導引射線的入射點，其沿對稱平面x=0(即圖9的繪圖平面(經向平面))從物場中心傳播到影像場8。
在頂點的折射率Power_x(Px)、Power_y(Py)定義為：
Figure 108115745-A0305-02-0018-2
Figure 108115745-A0305-02-0018-3
在此處，AOI表示導引射線相對表面法線的入射角。
第二表格指定了以毫米為單位的反射鏡M1到M6的圓錐常數kx及ky、頂點半徑Rx(=Radius_x)及自由形式表面係數Cn。表格中未列出的係數Cn的值皆為0。
第三表格仍指定相應反射鏡從參考表面開始在y方向上的離心(DCY)、在z方向上的位移(DCZ)及傾斜(TLA、TLC)的絕對值。這對應在自由表面設計方法情況下的平行偏移及傾斜。在此處，位移在y方向及在z方向上以毫米為單位進行，且傾斜相對x軸及相對z軸進行。在此情況下，旋轉角度以度為單位。先偏離中心，再進行傾斜。偏離中心期間的參考表面在各個情況下為指定光學設計資料的第一表面。在y方向及z方向上的偏離中心也指定用於物場4。除了指派給個別反射鏡的表面，第三表格也將影像平面列表為第一表面及光闌表面(具有標記「AS」)。
第四表格描述孔徑光闌AS的內邊緣輪廓，其在邊緣側分別 限定光瞳平面35和40中的成像光束路徑。邊緣輪廓的描述係基於表面AS上的多邊形鏈來實現，其由適當的x和y值表示。從照明光3的所有射線的光闌表面上的交叉點出現光闌AS的光闌表面的邊緣，其中照明光3在影像側以完整的影像側遠心孔徑在場中心點沿光闌表面的方向上傳播。當光闌實施為孔徑光闌時，邊界為內邊界。
Figure 108115745-A0305-02-0019-5
Figure 108115745-A0305-02-0019-6
Figure 108115745-A0305-02-0020-7
Figure 108115745-A0305-02-0021-8
Figure 108115745-A0305-02-0021-9
Figure 108115745-A0305-02-0022-11
Figure 108115745-A0305-02-0023-12
Figure 108115745-A0305-02-0023-13
Figure 108115745-A0305-02-0023-15
Figure 108115745-A0305-02-0024-16
Figure 108115745-A0305-02-0024-17
Figure 108115745-A0305-02-0025-18
物體平面5和影像平面9之間的距離是2164mm。
在中心物體場點和中心影像場點之間沿y座標的物體/影像偏移dOIS為906mm。投射光學單元7中的波前像差(RMS)約為100mλ。
由於因不同的成像比例所產生的不同影像側數值孔徑以及中間影像平面的位置而出現的是反射鏡M2到M5具有x/y外觀比，其分別顯著大於1且其可大於4、大於5、大於6、也大於8。此外觀比表示用於反射鏡M1到M6的反射表面的x範圍與y範圍的比例。
如圖9所示，出現的是yz平面中的反射鏡M1至M6的非常緊湊的折疊幾何形狀，具有相應小的入射角，特別是在反射鏡M2、M5和M6上。
反射鏡M1至M6的參考軸通常相對影像平面9的法線傾斜，從表格中的傾斜值可清楚看出。
光闌AS可位於平面中或具有三維具體實施例。光闌AS的範圍在掃描方向(y)上可小於在交叉掃描方向(x)上的範圍。
圖11和圖12在各個情況下以類似於圖7的圖式顯示了在照明和成像微影光罩10時配置數值孔徑的變化形式。在根據圖11的具體實施例中，照明角度空間42和成像角度空間43都實施為具有橢圓形邊緣輪廓和2/1的x/y外觀比。如結合現有技術中已知的變形投射光學單元(參見 US2013/0128251A1、DE1020142077070A1和US2016/0327868A1)所作的解釋，這可達成微影光罩上的反射折疊角度的減小，其有助於提高成像品質。在此情況下，沿掃描方向y的數值孔徑是在x方向上與其垂直的尺寸的一半。
在根據圖12的具體實施例中，一方面入射在微影光罩10上的照明光束路徑的角度空間44與另一方面由微影光罩10反射的成像光束路徑的角度空間45重合。這可藉由例如US 2015/0160561 A1中的光學系統的組態來實現。
下文基於圖13和圖14描述投射光學單元46的另一具體實施例，有可能使用該投射光學單元來代替樣式為投射曝光裝置1的投射曝光裝置中的投射光學單元7，特別是當使用具有DUV波長的成像光3時。與在前文中已基於圖1至圖12、特別是基於圖8至圖10作出解釋的組件和功能對應的組件和功能具有相同的元件符號且將不再詳細討論。
投射光學單元46為投射曝光裝置1的投射光學單元的折射具體實施例的一示例。圖13顯示了投射光學單元46的經向剖面，亦即yz平面中的成像光3的光束路徑。圖14顯示了投射光學單元46在矢狀平面xz中的成像光束路徑。
在各個情況下，圖13和圖14中所顯示的為相應三條個別射線33的光束路徑，其分別從在y方向(圖13)或在x方向(圖14)上間隔開的物場點發出。再次地，顯示了這三個物場點的主射線CR及在各個情況下的上下射線。從物場4開始，中心物場點的主射線CR垂直於物體平面5；亦即，它平行於物體平面5的法線延伸。因此，角度CRA為0°。
在物場4和影像場8之間的成像光束路徑中，投射光學單元46總共具有二十三個透鏡元件，其沿著圖13及圖14中的成像光束路徑以它們的入射順序由L1到L23表示。
在投射光學單元46中，同樣地，物體平面5也平行於影像平面9。
透鏡元件L1至L23在其相應的透鏡元件表面上具有反射最小化塗層。透鏡元件L1至L23由SiO2製成。
在成像光平面xz中，投射光學單元46在物體側具有0.225的數值孔徑NAO,xz。在第二成像光平面yz中，投影光學單元46在物體側具有同樣為0.225的數值孔徑NAO,yz。在影像側，投射光學單元46在第一成像光平面中具有0.9的數值孔徑NAI,xz，且在第二成像光平面中具有0.9/16=0.05625的數值孔徑NAI,yz。
投射光學單元46沒有中間影像。
光瞳平面47位於成像光束路徑中的透鏡元件L14的正前方。
投射光學單元46的光瞳在光瞳平面47的區域中是強橢圓形的，其中yz平面中的主軸比xz平面中的主軸小多倍。
所有透鏡元件L1至L23的使用反射表面的x/y外觀比均大於1。此x/y外觀比在第一透鏡元件群組L1至L13的區域中比在第二透鏡元件組L14至L23的區域中小。
投射光學單元46在透鏡元件L10和L11的區域中的經向剖面中具有明顯的腰部。在透鏡元件L14和L15的區域中的矢狀平面中存在腰部。
用於限定光瞳平面47中的邊緣側處的光瞳的孔徑光闌AS係配置在光瞳平面47的區域中。在投射光學單元46中，此孔徑光闌AS也可配置為透鏡元件L14的輸入表面的塗層。
投射光學單元46在影像側是遠心的。
透鏡元件L1至L23的折射輸入和輸出表面係實施為自由形式表面，其無法由旋轉對稱功能來描述。投射光學單元46的其他具體實施例也是可能的，其中透鏡元件L1至L23的至少一個這樣的表面實施為旋轉對稱的非球面。以上結合反射鏡M1至M6的反射表面所解釋的內容相應地適用於此。
投射光學單元46設計用於193.4nm的照明/成像光3的操作 波長。物場4的x範圍為104mm且y範圍為3.25mm。
以下適用於投射光學單元46的成像比βx、βy：βx=-0.25及βy=-4。
投射光學單元46中的波前像差RMS為30.0mλ。
可從下表獲得投射光學單元46的透鏡元件L1至L23的折射表面的光學設計資料。這些光學設計資料從物體平面5開始，即在物體平面5和影像平面9之間沿成像光束路徑描述投射光學單元46。
以下表格中的第一個表格列出了投射光學單元46的組件(即透鏡元件L1至L23)的光學表面、孔徑光闌AS以及物體平面5和影像平面9。表格1以物體平面5開始，其表面編號為1。編號表面2至27以成像光束路徑中的通過順序描述了透鏡元件L1至L13的入射和出射表面。表面28描述孔徑光闌AS。表面29至48描述了透鏡元件L14至L23的入射和出射表面。表面49描述影像平面9的位置。半徑Ry和相應表面與後續表面之間在z方向上的距離列於表格1中，其關聯於投射光學單元46(表格1係關聯於圖13)。此外，在每一情況下，針對透鏡元件L1至L23指定材料和折射率。
對於投射光學單元46，以下的表格2a至2d以對應關聯於投射光學單元7的表格2的方式將以下列表：圓錐常數kx、ky、頂點半徑Rx、以及針對以下的自由形式係數Cn：透鏡元件L1的入射表面(S2)、透鏡元件L2的入射表面(S4)、透鏡元件L5的入射表面(S10)、透鏡元件L6的出射表面(S13)、透鏡元件L13的入射表面(S26)、透鏡元件L14的出射表面(S30)、透鏡元件L15的出射表面(S23)、透鏡元件L17的出射表面(S36)、透鏡元件L18的出射表面(S38)、透鏡元件L19的出射表面(S40)和透鏡元件L21的入射表面(S43)。投射光學單元46的透鏡元件L1至L23的其他折射表面(未在表格2中列出)以旋轉對稱的方式描述，且表格1中的半徑值的規格足以完整地描述表面。
以與關聯於投射光學單元7的表格4類似的方式，投射光學 單元46的表格3再次描述了孔徑光闌AS的內邊緣輪廓，其限定了光瞳平面47中的邊緣側上的成像光束路徑。關於投射光學單元7的第四表格所解釋的內容以相應的方式適用於此。
Figure 108115745-A0305-02-0029-19
Figure 108115745-A0305-02-0030-20
Figure 108115745-A0305-02-0030-21
 針對圖13的表格2a
Figure 108115745-A0305-02-0031-22
Figure 108115745-A0305-02-0031-23
Figure 108115745-A0305-02-0032-24
Figure 108115745-A0305-02-0032-25
Figure 108115745-A0305-02-0032-26
Figure 108115745-A0305-02-0033-28
 針對圖13的表格3
中心物場點的主射線CR沿著直線延伸，其指定投射光學單元46的參考軸。因此，在投射光學單元46的情況下，物體影像偏移剛好為0。
為了產生微結構或奈米結構組件，投射曝光裝置1係使用如下：首先，提供反射光罩10或遮罩及基板或晶圓11。接著，在投射曝光裝置1的協助下，將遮罩10上的結構投射至晶圓11的光感層上。接著，藉由顯影光感層而在晶圓11上產生微結構或奈米結構，並因此產生微結構化組件。
10:微影光罩
13:原初結構部分
14:分離部分
26:基板
31:影像部分
32:列
d:直徑
Dy:y範圍

Claims (20)

  1. 一種用於轉移包含待成像的複數個原初結構部分的一微影光罩的原初結構部分的光學系統，該原初結構部分彼此相鄰配置成一線且藉由不帶有任何待成像結構的多個分離部分而彼此分開，其中該等原初結構部分具有在一第一維度的一第一範圍以及在垂直於該第一維度延伸的一第二維度的一第二範圍，其中這兩個範圍的一外觀比大於4：1，其中在將一物場成像至一影像場的協助下，實現這種轉移到具有一直徑的一基板的多個影像部分上，其中該微影光罩的該等原初結構部分的其中至少一者可配置在該物場中，且該基板的該等影像部分的其中至少一者可配置在該影像場中，其中該光學系統係實施使得該等原初結構部分的每一者的一影像轉移到一單獨的影像部分，且其中轉移該等原初結構部分的該等影像於其上的該等影像部分係彼此相鄰配置成一線；以及該微影光罩上的該等原初結構部分的一總體在轉移期間產生該等影像部分的一總體，其中該等影像部分的該總體在一方向上的一總長度大於該基板的該直徑的一半。
  2. 一種用以將一物場成像至一影像場的用於投射微影的投射光學單元，其中一微影光罩的至少一原初結構部分可配置在該物場中，且一基板的至少一影像部分可配置在該影像場中，其中該投射光學單元具有一變形具體實施例，其針對兩個相互垂直的場座標具有不同的成像比例； 其中該投射光學單元係實施使得該成像比例的其中一者針對該場座標的其中一者縮小，且該成像比例的其中另一者針對該場座標的其中另一者放大。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的投射光學單元，其特徵在於一放大成像比例的絕對值範圍在1.5到5之間。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的投射光學單元，其特徵在於一縮小成像比例的絕對值範圍在1/8到1/3之間。
  5. 一種光學系統，包含如申請專利範圍第2項至第4項的其中任一項所述的一投射光學單元。
  6. 一種如申請專利範圍第1項及第5項所述的光學系統。
  7. 如申請專利範圍第1、5或6項所述的光學系統，包含一光罩保持器，用以保持該微影光罩，該光罩保持器可藉由一光罩位移驅動器在一物體位移方向上位移；以及包含一基板保持器，用以保持該基板，該基板保持器可藉由一基板位移驅動器以與該光罩位移驅動器同步的方式沿該物體位移方向位移。
  8. 如申請專利範圍第1項及第5項至第6項的其中任一項所述的光學系統，其特徵在於該投射光學單元具有一放大具體實施例的該場座標與該物體位移方向一致。
  9. 如申請專利範圍第1項及第5項至第6項的其中任一項所述的光學系統，其特徵在於一照明光學單元，用以以一光源的照明光照射該物場。
  10. 如申請專利範圍第1項及第5項至第6項的其中任一項所述的光學系統，其特徵在於用於該照明光的一光源。
  11. 如申請專利範圍第1項及第5項至第6項的其中任一項所述的光學系統，其中該基板的該等影像部分上的所述轉移包含在第一維度上的一縮小與在第二維度上的一放大。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的光學系統，其中該放大在絕對值範圍內是介於1.5和5之間。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的光學系統，其中該縮小在絕對值範圍內是介於1/8和1/3之間。
  14. 一種微影光罩，包含待成像的複數個原初結構部分，其彼此相鄰配置成一線且藉由不帶有任何待成像結構的多個分離部分而彼此分開，其中該等原初結構部分具有在一第一維度的一第一範圍以及在垂直於該第一維度延伸的一第二維度的一第二範圍，其中這兩個範圍的一外觀比大於4：1。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的微影光罩，其中該複數個原初結構部分係組態以在該第一維度上的一縮小與在該第二維度上的一放大而被成像。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的微影光罩，其中該放大在絕對值範圍內是介於1.5和5之間。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的微影光罩，其中該縮小在絕對值範圍內是介於1/8和1/3之間。
  18. 一種投射曝光裝置，包含如申請專利範圍第10項所述的一光學系統。
  19. 一種用以產生一結構化組件的方法，其包含以下方法步驟：提供一遮罩及一晶圓，在如申請專利範圍第18項所述的該投射曝光裝置的協助下，投射該遮罩上的一結構至該晶圓的一光敏感層上，在該晶圓上產生一微結構或奈米結構。
  20. 一種結構化組件，根據申請專利範圍第19項所述的一方法而生產。
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