将物场成像于像场的投射光学单元以及包含这种投射光学单元的投射曝光设备的制造方法
【专利说明】将物场成像于像场的投射光学单元以及包含这种投射光学 单71：的投射曝光设备
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 通过引用，将德国专利申请第10 2013 214 770. 8号，第10 2014 203 190. 7号以 及第10 2014 208 770. 8的内容并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种将物场成像于像场的投射光学单元。此外，本发明涉及一种包含 此投射光学单元的光学系统，一种包含此光学系统的投射曝光设备，一种使用此投射曝光 设备制造微结构化或纳米结构化部件的方法和一种通过此方法制造的微结构化或纳米结 构化部件。
【背景技术】
[0004] 一开始所提类型的投射光学单元请见DE10 2012 202 675Al、DE10 2009 011 328A1、US8 027 022B2及US6 577 443B2。投射曝光设备的照明光学单元请见DE10 2009 045 096Al〇
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于开发一开始所提类型的投射光学单元，使得这导致良好校正的 可成像场且同时具有高成像光通量（throughput)。
[0006] 根据本发明，该目的通过包含如权利要求1所述的特征的投射光学单元，以及通 过包含如权利要求10所述的特征的EUV投射光学单元来实现。
[0007] 根据本发明，已发现的是，投射光学单元内布置为一个直接接着另一个的用于掠 入射的两个反射镜导致可设计具有高成像光通量的投射光学单元，所述高成像光通量在要 成像的整个场上是均匀的，其中同时还提供通过具有掠入射的反射镜校正像场中的像的自 由度。
[0008] 投射光学单元的反射镜可承载增加成像光反射率的涂层。钌和/或钼可用作这些 涂层的涂层材料。
[0009] 用于掠入射的反射镜可具有位于75%和95%之间的范围中的反射率，且此反射 率尤其可以是至少80%。用于掠入射的反射镜可具有线性地取决于入射角的反射率。这种 线性依赖性可通过使用至少一个用于掠入射的其它反射镜来补偿，该至少一个用于掠入射 的其它反射镜同样具有反射率对入射角的相应线性依赖性。投射光学单元适合于EUV波长 的成像光，尤其是在5nm和30nm之间的范围中的波长。成像光在用于掠入射的反射镜上的 入射角可大于65°、可大于70°、可大于72°、可大于75°、可大于80°或还可大于85°。 [0010] 投射光学单元可实施为成像反射式掩模母版的一部分。为此，中央物场点的主光 线可包括与物面法线呈大于3°和例如等于5. 5°的角度。
[0011] 至少两个用于掠入射的反射镜之一可以是投射光学单元在成像光束路径中在物 场下游的第一反射镜。用于掠入射的反射镜可具有偏离平表面的反射表面，并且尤其可具 有校正图像像差的表面形状。用于掠入射的反射镜的反射表面可实施为非球面表面或为无 旋转对称性的自由形式表面（free-formsurface)。
[0012] 在用于掠入射的反射镜上，中间像面可布置在反射区域中。这导致成像光束在用 于掠入射的反射镜的区域中的有利压缩（constriction)，并且因此避免用于掠入射的反射 镜需要非期望的大反射表面。
[0013] 投射光学单元可实施为反射式光学单元。
[0014] 投射光学单元可包含至少一个反射镜，其具有用于照明光的通道开口。投射光学 单元可实施为遮挡的光学单元（obscuredopticalunit)。
[0015] 替代地，投射光学单元还可实施为使得投射光学单元的所有反射镜的反射表面被 全部使用到。投射光学单元可实施为无遮挡的光学单元。
[0016] 投射光学单元的至少一个反射镜的由照明光所光学撞击的反射表面（即，使用的 反射表面）的x/y长宽比可小于1、可小于0. 8、可等于0. 7、可小于0. 7、可小于0. 6且可等 于0.5。此处，y坐标位于分别所观察反射镜的入射平面中。X坐标则垂直于分别所观察反 射镜的入射平面。其中要成像的物体和/或其上发生成像的基板位移的扫描方向也可沿着 y坐标延伸。
[0017] 投射光学单元的至少一个反射镜的由照明光所光学撞击的反射表面（即，使用的 反射表面）的x/y长宽比可大于1、可等于2、可大于2、可等于2. 5、可大于2. 5、可大于3、 可大于4、可大于5、可大于6、可等于7. 5、可大于10且可等于15。
[0018] 投射光学单元可具有一系列反射镜，其中除了至少一个GI反射镜对（即，在光束 路径中布置为一个直接接着另一个的两个用于掠入射的反射镜）之外，还有单个GI反射 镜。投射光学单元可具有三个连续GI反射镜。
[0019] 投射光学单元可包含至少一个反射镜，其具有鞍状表面（saddlesurface)的实施 例，即，其在一个平面中具有正折射屈光度，并且在与该平面垂直的平面中具有负折射屈光 度。投射光学单元可具有多个这种鞍状反射镜。
[0020] 已发现如权利要求2所述的精确的两个用于掠入射的反射镜尤其适合于投射光 学单元。
[0021] 如权利要求3所述的在物面和像面之间的角度使得能够进行成像光光束路径或 成像光束路径的尤其紧凑的引导。此角度可大于Γ、可大于2°、可大于3°、可大于5°、 可大于7°、可大于10°、可大于20°、可大于30°并可等于39°。
[0022] 还发现如权利要求4所述的精确的四个用于掠入射的反射镜尤其适合。
[0023] 已发现，如权利要求5所述的用于掠入射的反射镜的成对布置适合于补偿取决于 入射角的反射。用于法线入射的至少一个反射镜可位于用于掠入射的反射镜对之间。用于 掠入射的反射镜对可布置使得连续布置的两个反射镜的偏转效应相加，即，使反射角相加。 此实施例能够补偿用于掠入射的反射镜上的取决于入射角的反射率。替代地，可在穿过投 射光学单元的成像光的光束路径的不同点处，将用于掠入射的补偿反射镜指派给用于掠入 射的反射镜，其中以相对较大入射角入射在用于掠入射的反射镜上的单独光线相应地以较 小入射角入射在补偿反射镜上，并且反之亦然。另一用于掠入射的反射镜和/或用于法线 入射的反射镜可布置在掠入射的反射镜与指派给该掠入射的反射镜的补偿反射镜之间。就 在投射光学单元中提供多于两个用于掠入射的反射镜来说，补偿反射镜的补偿效应还可应 用于其他用于掠入射的反射镜中的多于一者。因此，例如，在三个用于掠入射的反射镜的情 况中，可提供一个用于掠入射的补偿反射镜，其补偿另两个用于掠入射的反射镜的反射的 入射角依赖性。
[0024] 已发现，如权利要求6所述的实施例尤其适合于满足加于投射光学单元的边界 条件。至少两个用于法线入射的反射镜可为以下入射角的成像光所撞击：小于40°、小于 35°、小于30°、小于25°、小于20°及甚至可以更小。
[0025] 如权利要求7所述的四个用于法线入射的反射镜导致具有尤其良好的像校正的 投射光学单元的选项。
[0026] 投射光学单元的像侧数值孔径可为至少0. 4或0. 5或0. 6。此投射光学单元实现 尤其高的分辨率（resolution)。
[0027] 如权利要求8所述的投射光学单元的总反射率可为9. 75%、可大于10%、可大于 11%、可等于11. 97%、可大于12%及尤其可等于12. 2%。尤其取决于反射镜上增加反射的 涂层的实施例，还可以有较大的总反射率。
[0028] 如权利要求9所述的EUV投射光学单元同时具有用于EUV成像光的高结构分辨率 及高通量。也就是说，在投射期间损失较少使用光，这进而减少曝光持续期间，并因此增加 配备此EUV投射光学单元的投射曝光设备的晶片产量。总反射率可大于8%、可大于9%、 可大于10%或甚至可更大。
[0029] 已发现如权利要求10所述的实施为变形光学单元的投射光学单元尤其有利。
[0030] 变形光学单元（anamorphicopticalunit)具有用于不同场坐标、尤其用于正交 场坐标的不同成像比例（imagingscale)。此处，投射光学单元的绝对缩小因子称为成像比 例。举例而言，缩小因子4的投射光学单元相应地具有成像比例为4。那么，成像比例较大 是指缩小因子增加。因此，在此意义内，缩小因子8的投射光学单元具有比缩小因子4的投 射光学单元大的成像比例。
[0031] 变形光学单元可具有取决于方向的（direction-dependent)(即，取决于场坐标 的（fieldcoordinate-dependent))物侧数值孔径（object-sidenumericalaperture)。
[0032] 已知如果物侧数值孔径增加，则需要放大物侧主光线角（object-sidechiefray angle)，因而可能导致吸收体结构的遮蔽效应（shadowingeffect)，以及导致层传输的问 题，尤其通过掩模母版涂层导致强烈切趾效应（apodizationeffect)。此外，已知利用变 形成像光学单元，尤其利用变形成像投射镜头，具有预定大小的掩模母版可以预定成像比 例从物场成像至预定照明场，其中照明场在第一成像比例的方向上被完全照明，而第二方 向上的增加的成像比例对投射曝光设备的产量没有负面影响，而是可通过适合措施加以补 偿。
[0033] 因此，变形镜头既使得能够在第一方向上以较大物侧数值孔径完全照明图像区， 且成像掩模母版的范围不需要在此第一方向上放大且此不会造成投射曝光设备的产量减 少，且还能够使因照明光的倾斜入射引起的成像质量损失最小化。
[0034] 由于具有在两个主截面的方向上具有相同符号的成像比例，因此避免了像颠倒 (imageinversion)(像翻转（imageflip))。光学单元尤其在两个主截面的方向上具有正 成像比例。
[0035] 变形光学单元协助在反射物体上产生成像光的入射角，该入射角尽可能小。较大 物侧数值孔径可垂直于成像光在物体上的入射平面而存在。构造变形光学单元并不强制使 用圆柱形光学单元。不同成像比例可具有用于两个场坐标的正号。不同成像比例可具有用 于两个场坐标的缩小效应。变形投射光学单元可具有椭圆形入射光瞳及/或椭圆形出射光 瞳。变形投射光学单元可具有旋转对称及η重旋转对称出射光瞳。正交场坐标的不同成像 比例可相差至少1. 1倍、至少1.2倍、至少1.3倍、至少1.4倍、至少1.5倍、至少1.7倍、至 少2倍、至少2. 5倍及至少3倍或甚至更多倍。
[0036] 权利要求11、12及16的优点对应于上文已经论述的优点。较小的成像比例相当 于较小的缩小效应。
[0037] 已发现如权利要求13及14所述的成像比例尤其适合。举例而言，两个不同成像 比例中的较小者可为5. 4、可小于5、可等于4或甚至可更小。两个不同成像比例中的较大 者可等于7、可等于8或甚至可更大。
[0038] 如权利要求15所述的实施为自由形式表面的反射镜反射表面能够扩大投射光学 单元的设计自由度。尤其，变形效应可在多个反射镜表面上分布。
[0039] 如权利要求17至19所述的数值孔径及像场尺寸针对投射曝光设备中在使用期间 关于成像质量及晶片曝光的需求充分调适。
[0040] 投射光学单元可具有孔径光阑（aperturestop)。此孔径光阑可位于平面中或具 有三维实施例。孔径光阑的范围在扫描方向上可比与其垂直的方向上的小。
[0041] 投射光学单元可具有遮挡光阑（obscurationstop)。上文关于孔径光阑说明的内 容适用于关于遮挡光阑的实施例。
[0042] 如权利要求20所述的具有范围比率的光阑针对投射光学单元的变形效应进行调 适。光阑可布置在投射光学单元的入射光瞳平面中。沿着较短物场维度的范围与沿着较长 物场维度的范围的比率可对应于在较长物场维度中的缩小成像比例与在较短物场维度中 的缩小成像比例的比率。
[0043] 上文参考各种投射光学单元论述的特征可以与彼此的任何组合来实现。
[0044] 如权利要求20所述的光学系统的优点对应于上文参考投射光学单元已经说明的 优点。就使用变形投射光学单元而言，照明光学单元可针对投射光学单元的非旋转对称入 射光瞳进行调适。
[0045] 投射光学单元的优点在如权利要求21所述的光学系统中尤其显著。用于EUV光 源的可能工作波长可为13. 5nm。替代地，还可使用DUV光源，也就是说，例如，波长193nm的 光源。
[0046] 如权利要求22所述的投射曝光设备的优点对应于上文已经参考投射光学单元所 说明的优点。
[0047] 如权利要求23所述的投射曝光设备使用变形投射光学单元的优点。
[0048] 如权利要求24所述的掩模母版针对变形投射光学单元进行调适。
[0049] 如权利要求25所述的制造方法及如权利要求26所述的微结构化或纳米结构化部 件的优点对应上文参考投射光学单元及光学系统及投射曝光设备已经说明的优点。
[0050] 尤其，可使用投射曝光设备制造半导体部件，例如存储芯片。
【附图说明】
[0051] 下文基于附图详细说明本发明的示例性实施例。在图中：
[0052] 图1示意性显示EUV光刻的投射曝光设备；
[0053] 图2以子午截面显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射镜头的成像光学单元 的实施例，其中描绘两个选定场点的主光线及上下彗差光线的成像光束路径；
[0054] 图3至13以类似于图2的示图分别显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射 镜头的成像光学单元的其他实施例；
[0055] 图14以类似于图2的示图显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射镜头的成 像光学单元的另一实施例，其具有弯曲场及从物场发出的发散主光线；
[0056] 图15显示从图14的观看方向XV所见，根据图14的成像光学单元的视图；
[0057] 图15A显示根据图14及15的成像光学单元的反射镜的光学使用表面的边缘轮廓 的视图；
[0058] 图16以类似于图2的示图显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射镜头的成 像光学单元的另一实施例；
[0059] 图17显示从图16的观看方向XVII所见，根据图16的成像光学单元的视图；
[0060] 图18以类似于图2的示图显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射镜头的成 像光学单元的另一实施例；
[0061] 图19显示从图18的观看方向XIX所见，根据图18的成像光学单元的视图；
[0062] 图20以类似于图2的示图显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射镜头的、构 造为变形光学单元的成像光学单元的另一实施例；
[0063] 图21显示从图20的观看方向XXI所见，根据图20的成像光学单元的视图；
[0064] 图21A显示根据图20及21的成像光学单元的反射镜的光学使用表面的边缘轮廓 的视图；
[0065]图22以类似于图2的示图显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射镜头的、构 造为变形光学单元的成像光学单元的另一实施例；
[0066]图23显示从图22的观看方向XXIII所见，根据图22的成像光学单元的视图；[0067]图24以类似于图2的示图显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射镜头的、构 造为变形光学单元的成像光学单元的另一实施例；
[0068]图25显示从图24的观看方向XXV所见，根据图24的成像光学单元的视图；[0069]图26以类似于图2的示图显示可用作根据图1的投射曝光设备中投射镜头的、构 造为变形光学单元且无光瞳遮挡的成像光学单元的另一实施例；
[0070] 图27显示从图26的观看方向XXVII所见，根据图26的成像光学单元的视图。
【具体实施方式】
[0071] 微光刻投射曝光设备1包含用于照明光或成像光3的光源2。光源2为EUV光 源，产生光的波长范围例如在5nm与30nm之间，尤其在5nm与15nm之间。尤其，光源2可 以是波长13. 5nm的光源或波长6. 9nm的光源。还可以使用其他EUV波长。一般而言，在投 射曝光设备1中引导的照明光3还可使用任何所要波长，例如可见波长或其他波长，其可在 微光刻中使用（如，DUV、真空紫外线）且其可使用适合的激光光源和/或LED光源（例如 365nm、248nm、193nm、157nm、129nm、109nm)。在图1中示意性描绘照明光3的光束路径。
[0072] 照明光学单元6适用于将来自光源2的照明光3引导至物面5中的物场4。使用 投射光学单元或成像光学单元7,以预定的缩小比例将物场4成像于像面9中的像场8中。
[0073] 为了简化投射曝光设备1和投射光学单元7的各种实施例的说明，在图式中指定 笛卡尔xyz坐标系统，以此坐标系统展现图中描绘的部件之间的相应位置关系。在图1，X 方向延伸垂直于示图平面并向示图平面中延伸。y方向向左延伸，而z方向向上延伸。
[0074] 物场4与像场8均为矩形。替代地，物场4和像场8还可实施为弯形或弯曲，也就 是说，尤其呈现局部环形的形式。物场4和像场8具有xy长宽比大于1。因此，物场4在X 方向上具有较长物场尺寸，并且在y方向上具有较短物场尺寸。这些物场尺寸沿着场坐标 X及y延伸。
[0075] 在图2等中描绘的示例性实施例之一可用于投射光学单元7。根据图2的投射光 学单元7具有缩小因子8。也可以使用其他缩小比例，例如4X、5X或大于8X的缩小比 例。在图2及图5等的实施例中，投射光学单元7中的像面9布置为平行于物面5。在此描 绘的是反射掩模1〇(又称为掩模母版）的区段（section)，其与物场4重合。掩模母版10 由掩模母版保持器l〇a承载。掩模母版保持器10a由掩模母版位移驱动器10b位移。
[0076] 在基板11的表面上进行投射光学单元7的成像，基板11的形式为晶片，由基板保 持器12承载。基板保持器12由晶片或基板位移驱动器12a位移。
[0077] 在掩模母版10与投射光学单元7之间，进入后者的照明光3的光束13示意性描 绘于图1中，如在投射光学单元7与基板11之间，出自投射光学单元7的照明光3的光束 1