太阳城集团

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投射曝光系统的照明光学单元.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201580050425.6

申请日:

2015.10.02

公开号:

CN106716254A

公开日:

2017.05.24

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G03F 7/20申请日:20151002|||公开
IPC分类号: G03F7/20 主分类号: G03F7/20
申请人: 卡尔蔡司SMT有限责任公司
发明人: M.帕特拉; S.比林; M.德冈瑟; R.米勒
地址: 德国上科亨
优先权: 2014.10.17 DE 102014221175.1
专利代理机构: 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人: 邱军
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法律状态
申请(专利)号:

CN201580050425.6

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2017.11.10|||2017.05.24

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种投射曝光系统(1)的照明光学单元(17i),包含多个辐射反射组件,其中所有辐射反射组件布置为使得含照明辐射(5)的光束(10i)会在这些组件上以相同方式偏转。

权利要求书

1.一种将照明辐射(5)引导至物场(11i)的投射曝光系统(1)的照明光学单元(17i),包
含:
1.1.多个辐射反射组件,
1.2.其中所有辐射反射组件布置为使得在这些组件处以相同方式偏转具有照明辐射
(5)的光束(10i)。
2.如权利要求1所述的照明光学单元(17i),其特征在于所述辐射反射组件包含第一分
面镜(28i)、第二分面镜(29i)和至少一个其它反射镜(37i),所述至少一个其它反射镜布置
在光束路径中所述第二分面镜(29i)的下游或所述第一分面镜(28i)的上游。
3.如前述权利要求中任一项所述的照明光学单元(17i),其特征在于所述辐射反射组件
在光束路径的方向上,包含第一分面镜(28i)和第二分面镜(29i)以及精确的一个其它反射
镜(37i),所述其它反射镜布置在该第二分面镜(29i)与该物场(11i)之间的光束路径中,或
在该第一分面镜(28i)之前的光束路径中。
4.如前述权利要求中任一项所述的照明光学单元(17i),其特征在于所述具有照明辐射
(5)的光束(10i)在所述辐射反射组件的每一个处偏转一偏转角度,任两个偏转角度之间的
比不超过1.5。
5.如前述权利要求中任一项所述的照明光学单元(17i),其特征在于所述辐射反射组件
导致所述具有照明辐射(5)的光束的总偏转在从45°至135°的范围中。
6.如前述权利要求中任一项所述的照明光学单元,其特征在于所有所述辐射反射组件
布置为使得具有所述照明辐射(5)的光束(16i)分别具有入射角(αi),其在所述辐射反射组
件的每一个处不超过25°。
7.如前述权利要求中任一项所述的照明光学单元(17i),其特征在于所述辐射反射组件
之一将所述辐射反射组件中的另一个成像至下游的投射光学单元(14i)中的光瞳平面(40)
中。
8.如前述权利要求中任一项所述的照明光学单元(17i),其特征在于在所述照明辐射
(5)的光束路径中的所述辐射反射组件中的第一个实施为分面镜(28i),其具有可切换分面
(30)。
9.如前述权利要求中任一项所述的照明光学单元(17i),其特征在于所述光束路径中所
述辐射反射组件的前两个布置为彼此相距一距离(d1),该距离小于该光束路径中所述辐射
反射组件中第二个和第三个之间的距离(d2)。
10.一种光学系统(20i),包含:
10.1.照明光学单元(17i),用于引导照明辐射(5)至物场(11i),包含:
10.1.1.第一分面元件(28i),
10.1.2.第二分面元件(29i),以及
10.1.3.至少一个其它反射镜(37i),
10.2.投射光学单元(14i),用于将该物场(11i)成像在像场(23i)中,
10.3.其中该至少一个其它反射镜(37i)实施和/或布置在该照明光学单元(17i)的光束
路径中,
10.3.1.使得将该第二分面镜(29i)成像至该投射光学单元(14i)的光瞳平面中,或
10.3.2.在该第一分面元件(28i)的上游,以及
10.4.其中该照明光学单元(17i)的所有辐射反射组件布置为使得在这些组件处以相同
方式偏转具有照明辐射(5)的光束(10i)。
11.一种照明系统(19),包含
11.1.辐射源(4),具有自由电子激光器(FEL)的形式,以及
11.2.如权利要求1至9中任一项的至少一个照明光学单元(17i)。
12.如权利要求11所述的照明系统(19),其特征在于该辐射源(4)实施和/或布置为使
得其发出在水平方向上延伸的具有照明辐射(5)的光束。
13.一种投射曝光系统(1),包含:
13.1.如权利要求1至9中任一项的至少一个照明光学单元(17i),以及
13.2.至少一个投射光学单元(14i),用于将该物场(11i)成像至像场(23i)中。
14.一种制造微结构或纳米结构组件的方法,包含下列步骤:
-提供基板,其上至少一部分施加有由感光材料制成的层,
-提供掩模母版(22i),其具有要成像的结构,
-提供如权利要求13的投射曝光系统(1),
-借助于该投射曝光系统(1),将该掩模母版(22i)的至少一部分投射至该基板的光敏层
的区域上。
15.一种如权利要求14的方法制造的组件。

说明书

投射曝光系统的照明光学单元

相关申请的交叉引用

本申请要求德国专利申请DE 10 2014 221 175.1的优先权,通过引用将其内容并
入于此。

技术领域

本发明涉及一种投射曝光系统的照明光学单元,特别是涉及其中自由电子激光器
(FEL)充当辐射源的投射曝光系统的照明光学单元。本发明进一步涉及包含至少一个这种
照明光学单元的照明系统、包含照明光学单元和投射光学单元的光学系统,以及包含至少
一个这种照明光学单元的投射曝光系统。最后本发明涉及制造微结构或纳米结构组件的方
法,以及根据此方法制造的组件。

背景技术

在投射曝光设备中,辐射源发出的照明辐射常规上会在前往物场中要照明的掩模
母版的旅程中多次偏转。这会导致非所要的辐射损失和/或非所要的偏振效应。

发明内容

本发明的目的为改进用于将照明辐射引导至物场的照明光学单元。

此目的由包含多个辐射反射组件的照明光学单元实现,其中所有辐射反射组件布
置为使得具有照明辐射的光束在这些组件处以相同方式偏转。

照明光学单元特别用来将照明辐射从中间焦点传输至物场。照明光学单元适合用
于具有单一扫描仪的投射曝光设备。照明光学单元可以特别有利的方式用于具有多个扫描
仪的投射曝光系统,特别是其中将来自共享辐射源,特别是自由电子激光源(FEL)的照明辐
射供应给多个扫描仪的投射曝光系统。特别地,照明辐射可为EUV辐射,即波长范围为从2nm
至30nm,特别是范围为从2nm至15nm、特别是具有波长13.5nm的辐射。

根据本发明确定的是,通过以有目标方式选择的(特别是优化的)辐射反射组件的
布置,特别是考虑到照明辐射所导致的偏转角度,可改善照明光学单元的光学特性。特别
是,可减少辐射耗损和/或将偏振程度维持在特定范围内,特别是低于20%。

根据本发明的一个方面,辐射反射组件中的至少二个,特别是精确的二个,实施为
分面元件,特别是分面镜。特别地,其可为场分面镜和光瞳分面镜。

辐射反射组件更包含至少一个其它反射镜。特别地,该至少一个其它反射镜布置
在光束路径中第二分面镜下游。替代地,该至少一个其它反射镜布置在光束路径中第一分
面镜上游。

根据本发明的另一方面,在光束路径方向上,辐射反射组件包含第一分面镜、第二
分面镜以及精确的一个其它反射镜。后者布置在第二分面镜与物场之间的光束路径中或第
一分面镜上游。

特别地,照明光学单元实施为使得精确的一个反射镜布置在第二分面镜与物场之
间的光束路径中。

特别地,照明光学单元包含精确的三个反射镜元件。在此,两个分面镜包含多个辐
射反射单独分面。

特别地,布置在光束路径中第二分面镜下游或第一分面镜上游的其它反射镜并未
分面,即具有单体实施例。

特别地,该其它反射镜实施为成像反射镜,即具有成像效果的反射镜。特别地,该
其它反射镜具有非平面反射面。

根据本发明的另一方面,照明光学单元的光束路径中的第三反射镜特别用于将第
二分面镜(其特别形成光瞳分面镜)成像至布置在照明光学单元下游的投射光学单元内的
机械上无法达到的平面中,特别是成像至投射光学单元的机械上无法达到的光瞳平面中。

作为这种照明光学单元实施例的结果,可简化包含照明光学单元以及分配至此的
投射光学单元的光学系统的设计,特别是包含此光学系统的扫描仪的设计。

根据本发明的另一方面,具有照明辐射的光束会在照明光学单元的每一个辐射反
射组件处偏转一偏转角度,任两个偏转角度之间的比不超过1.5。任两个偏转角度(根据其
偏转方向而被测量为正的或负的)之间的比特别是为正的。照明光学单元的辐射反射组件
上任两偏转角度间的比尤其不超过1.3、尤其不超过1.2、尤其不超过1.1、尤其不超过1.05、
尤其不超过1.03、尤其不超过1.01。优选地,所有偏转角度都相等。

如此导致照明光学单元的特别高,特别是最高的总传输。在此方面,请注意此说法
是重要的。特别地,这并不适用于辐射反射组件的反射率的任意角度依赖性。不过,此结果
针对提供的辐射反射组件的反射率的已知角度依赖性已建立并且被确认。

更进一步,确定的是,可有利地选择至少一个,特别是精确的一个偏转角度不同于
两个其他偏转角度,因为进一步边界条件,特别是光学像差因素。这可能对总传输有害,并
且在需要处才提供。

根据本发明的另一方面,辐射反射组件布置为使得其导致照明辐射光束的总偏转
范围为从45°至135°。该总偏转特别位于从60°至120°的范围、特别位于从80°至100°的范
围、特别位于85°至95°的范围、特别为90°。

在此,测量从光束进入方向(特别是在中间焦点的区域内)到物场区域内主射线方
向的总偏转。

根据本发明确定的是,这种总偏转对于照明水平布置的掩模母版特别有利。特别
是当使用具有水平输出方向的照明辐射的辐射源时,特别是FEL辐射源时,是有利的。

根据本发明的另一方面,所有辐射反射组件布置为使得具有照明辐射的光束分别
具有的入射角不超过25°,特别是不超过22.5°、特别是不超过20°、特别是不超过17.5°、特
别是不超过15°。有利的是,所有入射角,特别是所有三个入射角,都相等。

如此造成特别高的总传输和/或特别有利,尤其是足够低的照明辐射偏振程度。

根据本发明的另一方面,辐射反射组件之一布置与实施为使得在下游投射光学单
元的光瞳平面中成像另一个辐射反射组件。特别是,辐射反射组件可成像于下游投射光学
单元的机械上不可达到的光瞳平面中。特别是,提供布置在第二分面镜与物场之间的反射
镜,其将第二分面镜成像至投射光学单元的光瞳平面中。

根据本发明的另一方面,辐射反射组件之一具有可切换分面。特别是,提供光束路
径中的第一辐射反射组件,其实施成为具有可切换分面的分面镜。

在此,可切换分面理解为表示分面的旋转能力,特别是太阳城集团与第二分面镜不同分
面相同的分配。第一分面镜的分面也可切换至一位置,在此所述分面对于物场的照明无贡
献。

根据本发明的另一方面,光束路径中辐射反射组件中的前两个布置为彼此相距距
离d1,其小于光束路径中辐射反射组件的第二和第三个之间的距离d2。

这对于安装空间受限的情况相当有利。安排许多组件的有利可能性从示例性实施
例中呈现。

本发明的进一步目的在于:改善光学系统,特别是投射曝光系统的扫描仪。通过包
含照明光学单元以及投射光学单元的光学系统实现此目的,其中该照明光学单元具有至少
两个分面元件以及至少一个其它反射镜,其实施和/或布置在照明光学单元的光束路径中,
如此将照明光学单元的第二分面元件成像至第一分面元件上游投射光学单元的光瞳平面
中。

结果,可显著简化光学系统的光学设计。特别是,其它反射镜使得可将第二分面镜
(特别地,其形成光瞳分面镜)成像至投射光学单元的机械上不可达到的光瞳平面,特别是
机械上不可达到的入射光瞳。照明光学单元的光束路径中第一分面元件上游的其它反射镜
的布置,使可用空间中分面镜的布置更容易。更进一步,可降低分面镜上的热负载。可减小
第一分面镜上的入射角。可进一步用于使辐射源的远场的强度分布均匀化。如此,可增强照
明光学单元的分辨率。特别是,可减少第二分面上辐射源的像的变化。更进一步,可增大第
一分面元件上分面的封装密度。最终,在频带辐射之外,特别是具有波长小于13.5nm和/或
在范围为13.5nm至100nm的辐射可被吸收,或被引导远离主要光束路径,尤其使得这种辐射
不会照在第一分面镜上。

特别是,照明光学单元对应于上述的一个。特别是,照明光学单元实施为使得相同
的所有辐射反射组件布置为使得具有照明辐射的光束在这些组件上以相同方式偏转。

根据一个替代实施例,照明光学单元特别是实施为使得在第二分面元件与物场之
间的光束路径中只有一个反射镜,或在第一分面元件上游的光束路径中只有一个反射镜。

本发明的进一步目的在于:改善照明系统,特别是包含多个扫描仪的投射曝光系
统。

利用包含自由电子激光器(FEL)形式的辐射源以及根据先前描述的至少一个照明
光学单元的照明系统来实现此目的。

对应的照明光学单元特别有利地适合用于偏转从自由电子激光器(FEL)或基于同
步辐射源至水平布置的掩模母版的照明辐射。

根据本发明的一个方面,辐射源实施和/或布置为使得其发出具有照明辐射在水
平方向上延伸的光束。

特别是,照明系统具有光束进入方向,其相对于物场倾斜不超过45°,特别是不超
过30°、特别是不超过15°、特别是不超过10°、特别是不超过5°、特别是不超过3°、特别是不
超过1°。在此,该物场布置在物平面中。特别是,该光束进入方向与该物平面平行延伸。

本发明的进一步目的在于:改善投射曝光系统。通过投射曝光系统来实现此目的,
所述投射曝光系统包含根据上述的至少一个照明光学单元以及用来将物场成像至像场的
至少一个投射光学单元。优点从这些照明光学单元中呈现。

本发明的进一步目的在于:改善微结构或纳米结构组件制造方法,以及根据此方
法制造的组件。通过提供包含根据上述的照明光学单元的投射曝光系统来实现这些目的。
优点从上述中呈现。

附图说明

本发明的进一步优点与细节来自于基于示图对示例性实施例的说明。详述地:

图1显示投射曝光系统的组件与子系统的非常示意的图解;

图2显示根据图1的投射曝光系统的光学系统的示意图;

图3A显示考虑到p偏振EUV辐射的、作为最有可能适合于叠层厚度之后平均入射角
以及半角带宽的函数的辐射反射元件的反射率的曲线图;

图3B显示根据图3A但是用于s偏振EUV辐射的曲线图;

图4显示在三个辐射反射元件处以总偏转大约90°以及3°半角带宽来偏转的情况
下,取决于第一与第二入射角的EUV辐射的总传输的曲线图;

图5显示原始未偏振EUV光束的偏振程度的对应曲线图;

图6显示阐明照明辐射的偏振程度上的需求取决于数值孔径,以便实现空间像侧
面的最小斜率,表示为“NILS>2”的示意图;

图7显示根据图4的示图,利用应该在垂直入射于所有三个辐射反射面上的情况下
出现的总传输值标准化;

图8显示在三个辐射反射元件处偏转并且总偏转为90°的情况下,取决于预定入射
角的相对最大总传输的示图;

图9显示对应于图8的用于偏振程度的示图;

图10显示在照明光学单元中并且布置在其下游的投射光学单元中的几何情况的
示图;

图11显示用于显示光瞳分面镜的最大半径的取决于照明光学单元的第三光束偏
转反射镜与掩模母版的距离,以及取决于掩模母版与投射光学单元的入射光瞳的距离的曲
线图;以及

图12显示根据图1的投射曝光系统的照明光学系统的替代实施例的示意图。

具体实施方式

下面初步参考图1说明投射曝光系统1的基本组件。

投射曝光系统1细分成下文使用的子系统主要用于区分其术语。这些子系统可形
成分离的结构化子系统。然而,区分成子系统不一定反映在结构划分上。

投射曝光系统1包含辐射源模块2以及多个扫描仪3i。

辐射源模块2包含辐射源4,用于产生照明辐射5。

辐射源4特别为自由电子激光器(FEL)。辐射源也可为同步辐射源或基于同步辐射
的辐射源,其产生具有非常高辉度的相干辐射。有关这种辐射源,以范例方式参照US 2007/
0152171 A1和DE 103 58 225 B3。

举例而言,辐射源4的平均功率范围从1kW至30kW,并且具有范围在10MHz至1.3GHz
的脉冲频率。每一个单独辐射脉冲都可例如贡献83μJ的能量。在100fs的辐射脉冲长度的情
况下,这对应于833MW的辐射脉冲功率。

辐射源4具有在千赫范围内(例如100kHz),或低兆赫范围内(例如3MHz),中兆赫范
围内(例如30MHz),高兆赫范围内(例如300MHz),或千兆赫范围内(例如1.3GHz)的重复率。

特别是,辐射源4可为EUV辐射源,特别是,辐射源4发出波长范围例如为2nm与30nm
之间,特别是2nm与15nm之间的EUV辐射。

辐射源4以原始光束6的形式发出照明辐射5。原始光束6具有非常低的发散度。原
始光束6的发散度小于10mrad、特别小于1mrad、特别小于100μrad、特别小于10μrad。

辐射源模块2进一步包含光束成形光学单元7,其布置于辐射源4的下游。光束成形
光学单元7用来从原始光束6产生集中输出光束8。集中输出光束8具有非常低的发散度。集
中输出光束8的发散小于10mrad、特别小于1mrad、特别小于100μrad、特别小于10μrad。

再者,辐射源模块2包含输出联接光学单元9,其布置于光束成形光学单元7的下
游。输出联接光学单元9用来从集中输出光束8产生多个,换言之n个,单独输出光束10i(i=
1至n)。在每一情况中,单独输出光束10i形成用于照明物场11i的光束,在每一情况中,所述
光束包含多个分离的部分光束12i。特别是,单独输出光束10i与照明光学单元17i或扫描仪
3i之间具有一对一对应。

扫描仪3i在每一情况中都包含光束引导光学单元13i以及投射光学单元14i。

光束引导光学单元13i用于将照明辐射5,特别是各单独输出光束10i,引导至单独
扫描仪3i的物场11i。

每一情况中,投射光学单元14i用于将布置在物场11i之一中的掩模母版22i成像至
像场23i中,特别是至布置在像场23i中的晶片25i上。

光束引导光学单元13i按照明辐射5的光束路径的顺序可在每一情况下包含偏转
光学单元15i、输入联接光学单元16i(特别是聚焦总成的形式),以及照明光学单元17i。输入
联接光学单元16i可特别实施为Wolter III型收集器。

根据一个变型,可省去偏转光学单元15i。另外,偏转光学单元15i可实施为使得单
独输出光束10i只能小角度偏转,特别是偏转角度小于30°、特别是偏转角度小于10°、特别
是偏转角度小于5°以及特别是偏转角度小于2°。

特别地,输入联接光学单元16i用来将照明辐射5,特别是输出联接光学单元9所产
生的单独输出光束10i之一,联接至照明光学单元17i中相应的一个。如此也可省去输入联接
光学单元16i。

光束引导光学单元13i与光束成形光学单元7和输出联接光学单元9一起形成照明
装置18的部分。

照明装置18,就如同辐射源4,为照明系统19的部分。

每一照明光学单元17i都分别分配有投射光学单元14i之一。分配给彼此的照明光
学单元17i以及投射光学单元14i一起也称为光学系统20i。

在每一情况中,照明光学单元17i用于将照明辐射5传输至布置在物平面21中的物
场11i中的掩模母版22i。投射光学单元14i用于将掩模母版22i,特别是用于将掩模母版22i上
的结构,成像于布置在像平面24中的像场23i中的晶片25i上。

投射曝光系统1包含特别是至少两个、特别是至少三个、特别是至少四个、特别是
至少五个、特别是至少六个、特别是至少七个、特别是至少八个、特别是至少九个、特别是至
少十个扫描仪3i。投射曝光系统1可包含最多二十个扫描仪3i。

共享辐射源模块2,特别是共享辐射源4,将照明辐射5供应给扫描仪3i。

投射曝光系统1用来制造微结构或纳米结构组件,特别是电子半导体组件。

照明辐射5,特别是单独输出光束10i,各通过中间焦点平面27中的中间焦点26i。中
间焦点26i可分别布置在光学系统20i或扫描仪3i的外壳的通道开口的区域中。特别地,该外
壳可抽真空。

在每一情况中,照明光学单元17i包含第一分面镜28i和第二分面镜29i,其功能在
每一情况中都对应于从先前技术已知的功能。第一分面镜28i可特别为场分面镜,第二分面
镜29i可特别为光瞳分面镜。然而,第二分面镜29i也可布置为距离照明光学单元17i的光瞳
平面一段距离。该一般情况也称为镜面反射体。

分面镜28i、29i在每一情况中包含多个分面30、31。在投射曝光系统1的操作期间,
每一个第一分面30都分别分配有第二分面31之一。在每一情况中分配给彼此的分面30、31
形成照明辐射5的照明通道,用于以特定照明角度照明物场11i。

根据所要的照明,特别是预定照明设定,执行第二分面31至第一分面30的逐通道
分配。在每一情况中,第一分面镜28i的分面30可实施为使得它们可位移,特别是可倾斜,特
别是具有两个倾斜自由度。第一分面镜28i的分面30可特别在不同位置之间切换。在不同的
切换位置,在第二分面31之间分配给不同的第二分面31。在每一情况中,也可提供第一分面
30的至少一个切换位置,其中照在所述第一分面上的照明辐射5对于物场11i的照明并无贡
献。第一分面镜28i的分面30可实施为虚拟分面30,这应该理解为其由多个单独反射镜,特
别是多个微反射镜的可变组所形成。相关细节请参阅WO 2009/100856 A1,其整体内容在此
并入本申请做为一部分。

第二分面镜29i的分面31可对应实施为虚拟分面31。它们也可对应实施为使得它
们可位移,特别是可倾斜。

通过第二分面镜29i和其它反射镜37i,第一分面30成像至掩模母版平面或物平面
21中的物场11i中。

单独照明通道导致以特定照明角度照明物场11i。如此通过照明光学单元17i,所有
照明通道导致物场11i的照明的照明角度分布。该照明角度分布也称为照明设定。

掩模母版22i具有反射照明辐射5的结构,并且布置在物平面21中,在物场11i的区
域中。掩模母版22i由掩模母版支架承载,该掩模母版支架以通过位移装置驱动的方式而可
位移。

在每一情况中,投射光学单元14i将物场11i成像至像平面24中的像场23i中。晶片
25i在投射曝光期间布置在该像平面24中。晶片25i具有光敏涂层,其在投射曝光期间由投射
曝光系统1曝光。晶片25i由晶片支架承载。该晶片支架以通过位移装置控制的方式而可位
移。

掩模母版支架的位移装置以及晶片支架的位移装置可彼此信号相连。它们尤其同
步。掩模母版22i和晶片25i可特别以太阳城集团彼此同步的方式位移。

下面说明光学系统20i或照明系统19,特别是照明光学单元17i的进一步细节与特
殊之处。

照明光学单元17i布置在外壳38中,这在图2中示意性地示出。特别地,外壳38可通
过负压装置39抽真空。

照明辐射5以一个或多个单独输出光束10i的形式进入照明光学单元17i,因此形成
具有照明辐射的光束。照明辐射5的中央射线进入照明光学单元17i,限定光束方向。该照明
辐射可持续称为单独输出光束10i,即使在照明光学单元17i中。

照明辐射5,特别是单独输出光束10i,水平进入照明光学单元17i中。特别地,照明
辐射5在中间焦点26i的区域中进入照明光学单元17i。照明辐射5进入照明光学单元17i的水
平进入方向是有利的,特别是结合实施为自由电子激光器(FEL)的辐射源4。特别地,在辐射
源4与照明光学单元17i之间的光束路径中可省去辐射偏转元件。

若单独输出光束10i进入照明光学单元17i,并未完全水平而仅大约水平进入,则也
存在根据本发明的照明光学单元17i的优点。如此,仍可在辐射源4与照明光学单元17i之间
的光束路径中使用光束偏转元件,特别是以实现扫描仪3i太阳城集团输出联接光学单元9的有利
几何布置。

其中布置掩模母版22i的物平面21水平延伸。

在替代实施例中,其中布置掩模母版22i的物平面21往水平方向倾斜。角度可介于
1°与30°之间,特别是介于2°与8°之间。单独输出光束10i进入照明光学单元17i,并未完全水
平而仅大约水平进入。进入单独输出光束10i的方向与水平方向以及物平面22的方向与水
平方向的偏差可相同,即单独输出光束10i与物平面之间的角度小于第一范例中的两角度。

照明辐射5,特别是单独输出光束10i,会在照明光学单元17i内多次偏转。单独输出
光束10i特别在第一分面镜28i处、第二分面镜29i处以及其它反射镜37i处偏转。特别地,在
到物场11i的光束路径26i中精准偏转三次。三个反射镜28i、29i和37i布置成使得单独输出光
束10i在所有三个反射镜28i、29i和37i处以相同方式偏转。下面将三个反射镜28i、29i和37i
处的入射角标示为α1、α2和α3。

三个反射镜28i、29i和37i布置成使得总传输达到最小值和/或实现所要的照明辐
射的偏振程度。要实现的总传输和/或偏振程度可预定为边界条件。特别地,三个反射镜
28i、29i和37i布置成使得总传输最大化。

特别地,照明光学单元17i可实施为所谓的蝇眼聚光器。第一分面镜28i可形成场分
面镜,第二分面镜29i可形成光瞳分面镜,其它反射镜37i可用来将第二分面镜29i成像至投
射光学单元14i的入射光瞳40中。如此使得可使用具有不可达到的入射光瞳40的投射光学
单元14i。运用根据本发明的照明光学单元17i,可特别在含不可达到的入射光瞳40的投射光
学单元14i的情况下使用蝇眼聚光器。特别地,如此使得可使用具有大数值孔径的投射光学
单元14i。照明光学单元17i具有蝇眼聚光器的实施例简化了光学系统20i的光学设计。

照明光学单元17i精确包含三个辐射偏转元件:第一分面镜28i、第二分面镜29i以
及其它反射镜37i。其它反射镜37i布置在第二分面镜29i与掩模母版22i之间的光束路径中。
根据本发明,经证实其它反射镜37i可用于实现额外光学功能性。特别地,即使其位于机械
上不可达到的平面中,还是可用来将第二分面镜29i成像至投射光学单元14i的入射光瞳40
中。

照明光学单元17i的三个反射镜28i、29i和37i导致在照明光学单元17i的辐射入
口,特别是中间焦点26i,与照明光学单元17i的物场11i之间,照明辐射5的90°的总偏转。

投射光学单元14i包含多个反射镜41i。投射光学单元14i的反射镜41i根据其在从
掩模母版22i出发的照明辐射5的光束路径中的顺序,从1至n编号。反射镜41i的数量n至少为
二,可为三、四、五、六、七、八或更多。

为了描述本发明,图3A和图3B说明具有多层的单独反射镜的反射率对平均入射角
(ew)(x轴)与半角带宽(wbb)(y轴)的依赖关系。图3A说明用于p偏振辐射的反射率。图3B说
明用于s偏振辐射的反射率。范围从10%至60%的反射率值的轮廓线被再现。

针对已知入射方向,多层的反射率取决于单独层的厚度。若光线以大约平均入射
角的特定角带宽入射,则叠层厚度必须根据平均入射角以及该半角带宽来调整,以便优化
总反射率。

从单独反射值,可确定在具有多个反射的系统当中,特别是具有三次反射(即是三
次辐射偏转)的系统当中,总传输有多高。

照明光学单元17i的本实施例经过优化,将以下边界条件列入考虑:在三个反射镜
28i、29i和37i处的总偏转为90°。单独输出光束10i具有3°的半角带宽,即是52mrad。

一般而言,总传输是三个平均入射角的函数,可由用于p偏振与s偏振光线的单独
反射的角度相依反射率值来呈现。

该边界条件(据此总偏转为90°)可改写为三个入射角的和为45°的范围。如此使得
可去除一个角度,因此所呈现的总传输取决于两个剩余角度。图4中再现了对应曲线图。每
一情况中的轮廓线都对应至具有特定传输程度的总传输。

图5据此描述三次反射之后的偏振度。最内侧的轮廓线对应至20%的偏振度;最外
侧的轮廓线对应至80%的偏振度。

根据本发明所要识别并且列入考虑的为偏振度对于可分辨的线宽有实质影响。此
背景下的相关参数就是所谓的NILS值(标准化强度对数平方值(normalized intensity
log square value)),其表示空间像侧面陡度的测量值。作为粗略指标,也就是说对于在空
间像中稳定微光刻处理,应该实现至少为2的NILS值,即不考虑抗蚀剂扩散。

图6以示范方式描述具备NILS>2和NILS<2的区域取决于数值孔径(NA)以及偏振
度(DOP)。在此,切向偏振表示为DOP>0,而径向偏振则表示为DOP<0。切向与径向的含意取
决于掩模母版22i的结构,因此在光束偏转位置处并不是已知的。因此,通过预防措施,需要
在DOP≠0的情况下假设最坏的情况。从图6可发现,在数值孔径(NA)为0.6的情况下,偏振度
(DOP)最多20%,以确保稳定的光刻处理(NILS>2)。下面考虑20%的偏振度为最大可接受
值。

为了能更好比较在三个反射镜28i、29i和37i处反射情况下的总传输与其他系统,
图7再次描述来自图4的曲线图,将在垂直入射三次反射的情况下的总传输的值标准化。最
大相关总传输超过70%。

针对各单独层反射率的当前角依赖性,发现当所有三个角度α1、α2和α3相同时,即
为15°,α1=α2=α3=15°,会达到最大总传输。

在特定环境中,可选择三个偏转角度之一小于30°,即为了光学像差,所以要选择
对应的入射角小于15°。因此,另两个角度增加,如此总传输降低。图8中再现利用三次偏转
所能实现,与在总偏转90°的情况下的系统的最大可能总传输有关的相对总传输Trel.,取决
于此入射角。图9再现对应的偏振度DOP。

图10示意描述光学系统20i中的几何环境,特别是照明光学单元17i中的几何环
境。相关变量为组件彼此之间的距离d、所述组件的焦距(下面由f指示),以及所述组件的半
径r。在此方面,应该参照以下事实:rPF表示整个光瞳分面镜29i的半径,而rFF表示场分面30
中单独一个的半径,dFF,PF表示场分面镜28i与光瞳分面镜29i之间的距离;dPF,N表示光瞳分面
镜29i与其它反射镜37i之间的距离;dN,Ret表示其它反射镜37i与掩模母版22i之间的距离;
dRet,Pup表示掩模母版22i与光瞳平面40之间的距离。

场分面30成像至掩模母版22i上,确切地说是通过由光瞳分面31中的相应一个与
其它反射镜37i所组成的双反射镜系统。这可通过对应成像条件以及对应后焦点条件表示。

光瞳分面31成像至投射光学单元14i的入射光瞳40中。这也可用成像情况以及后
焦点条件来表示。在此,掩模母版处的数值孔径NA包括在稍后成像情况的后焦点条件中。

场分面镜28i、光瞳分面镜29i以及其它反射镜37i的焦距可自由选择为最大可能范
围,因此与构造条件无进一步关联。若已经消除对许多焦距f的明确依赖性,则从成像与后
焦点条件产生以下条件:

dN,Ret rPF=dRet,Pup(dPF,N NA-rPF)

rFF rPF=dFF,PF NA rRet

dFF,PF dN,Ret rRet=dRet,Pup(dPF,N rFF-dFF,PF-rRet)

这些条件可进一步缩短为:

dpF,N dRet,Pup NA=(dRet,Pup+dN,Ret)rPF

dPF,N dRet,Pup rFF=dFF,PF(dRet,Pup+dN,Ret)rRet

根据本发明,进一步证实该几何边界条件可分成以下组:

光瞳分面镜29i、场分面镜28i以及其它反射镜37i不可过大或过小,即是rFF和rPF必
须在特定间隔内。场分面的有利尺寸具有5mm至200mm,特别是介于20mm与70mm之间的半径。
光瞳分面的有利尺寸具有1mm至10mm,特别是介于2mm与5mm之间的半径。

所述组件之间的距离不可特别大或特别小,必须在特定间隔内。

特别地,两分面镜28i、29i之间的距离dFF,PF位于从500mm至1500mm的范围内。特别
地,第二分面镜29i与其它反射镜37i之间的距离dPF,N位于从650mm至1800mm的范围内。特别
地,其它反射镜37i与掩模母版22i之间的距离dN,Ret位于从1000mm至3000mm的范围内。差异
dpF,N-dFF,PF至少为150mm,特别地,其位于从150mm至1000mm的范围内。特别地,差异dN,Ret-
dpF,N大于-100mm,特别地,其位于从-100mm至150mm的范围内。

组件之间的距离必须满足他们之间某些条件,以避免安装空间冲突。特别地,光瞳
分面镜29i不可超过具有掩模母版22i的物平面21,因为此体积由掩模母版台占据。举例而
言,这可由以下条件表示:

dN,Ret-dPF,N≥c1以及

dN,Ret-dFF,PF≥c2,具有正常数c1和c2。

若场分面30的大小无关紧要,并且只有光瞳分面镜29i的半径rPF重要,则出现以
下:


省略分母中的dN,Ret导致评估:rPF<dPF,NNA。

若采用具有投射光学单元14i的可达到入射光瞳40的光学系统20i中光瞳分面镜
29i与掩模母版22i之间的距离取代dPF,N,此评估应精确导致光瞳分面镜29i的半径rPF。

其他评估源自于以下事实:由于前述安装空间条件,因此以下适用:dPF,N<dN,Ret。
这导致以下条件:


图11中再现呈现此依赖性的图形表示。

因此,光瞳分面镜29i显著小于在具有投射光学单元的可达到入射光瞳的光刻系
统中所应该有的大小。若单独光瞳分面的大小因为生产因素而受限,这表示光瞳分面数量
必须减少。

也因为此因素,辐射源4有利地实施为自由电子激光源(FEL)。在FEL中,期望能够
提供最小可能光瞳填充并不受限于辐射源的集光率(etendue)。因此,对于具有特定最小数
量的光瞳分面31的需求较不显著,

与可能呈现的中间焦点与场分面镜28i之间的距离无直接关联。仅包括于场分面
30的必要屈光能力中。

表1举例再现可能实现的特定值。所有实现都假设掩模母版半径为52mm。所有长度
规格都以mm为单位。为了可与来自已知EUV光学单元的数据比较,表1指定晶片25i处的数值
孔径NA以及投射光学单元14i的成像比β。

因为焦距fPF、fFF和fN与可实现性的陈述不相关,所以并未列在表中。


表1

场分面30和/或光瞳分面31可实施为无屈光能力,即以平面式实施。结果可节省成
本。此情况下的示例设计汇总于表2中:


表2

在下文中,参阅图12描述照明光学单元17i的替代实施例。此实施例基本上对应于
图2中所示的先前说明的实施例,此时并入参考。相较于图2显示的实施例,重新排列三个反
射镜28i、29i和37i。它们特别布置在光束路径中,使得其它反射镜37i位于前面,即在第一分
面镜28i的上游。

在此布置的情况下,更容易将分面镜28i、29i,特别是第一分面镜28i,布置在可用
空间中。

在此布置的情况下,并无分面镜28i、29i成像至下游投射光学单元14i的光瞳平面
40中。

反射镜37i可具有非球面反射面,其可特别具有对应于圆锥截面的反射面。反射镜
37i的反射面也可不具备旋转对称性,特别是其也可称为自由形式表面。

反射镜37i的表面可设计成用于均匀化辐射源4的远场的强度分布。如此可降低热
负载,特别是分面镜28i、29i上的热负载。更进一步,可强化照明光学单元17i的分辨率。这可
由于第二分面镜29i的分面31上辐射源4的像大小变化减少所致。

特别地,反射镜37i的反射面可经过设计,以便因为辐射源模块的聚集反射镜的形
状,校正用于将辐射源4成像至中间焦点26i的再现比的变化。如此,第二分面镜29i的分面31
大小缩小并且光瞳填充可减少,造成光学单元17i的分辨率增大。

反射镜37i的反射面也可设计成增大封装第一分面镜28i上分面30的效率。为此目
的,反射镜37i的反射面可特别为自由形式表面。如此,可改变中间焦点26i上的集光率,使得
辐射源4的远场呈现矩形形状或至少大约为矩形的形状。

在连续可微分表面的情况下,反射镜的边界将映射到远场的边界。因为反射镜的
边界连续可微分,远场的边界也必定如此。因此,将可实现无边角的远场边界。利用适当定
义该映射,该边角可近似于具有大曲率的连续可微分曲线(例如xn中n较大的行为)。若该反
射镜是唯一分段连续可微分的,这表示该表面内有扭结,该远场的边界会具有边角。

中间焦点26i中的辐射源4的像形状可特别转变成第一分面镜28i的分面30的形状。

根据本发明的另一个方面,反射镜37i的反射面可设计成减少照明辐射在第一分
面镜28i的分面30上的入射角。为此,反射镜37i的反射面可具有旋转抛物面或其一部分的形
状。如此,中间焦点26i可成像至无限远。这允许准直第一分面镜28i处辐射的发散光束,由此
减少照明辐射5在分面30上的入射角。在此同时,照明辐射5在分面30上的入射角减少,导致
阴影效应降低。

根据本发明的另一个方面,频带外的辐射,特别是具有波长小于13.5nm和/或波长
在介于13.5nm与100nm之间范围内的辐射,可由反射镜37i吸收或可被引导,特别是反射远
离第一分面镜28i。如此,可减小第一分面镜28i的外形。这特别有利,因为反射镜37i的单体
实施例而容易冷却。

更进一步,根据图12反射镜37i、28i和29i的布置具有优点,就是利用替换反射镜可
轻易交换此反射镜,这在辐射源4变化的情况下是可能需要的。一般而言,反射镜37i需要的
空间小于第一分面镜28i。即使照明辐射5在此反射镜37i上的入射角分布改变会导致第一分
面镜28i的照明改变,仍可让包含两个分面镜28i、29i的集光器不随第二分面31至第一分面
30的通道分配而变。这可通过使反射层失谐,使得基于局部强化吸收,只有总的传输减小。

在此所描述照明光学单元17i的不同的实施例不仅在使用FEL以及辐射源4时有好
处,在与等离子体结合时也有好处,特别是与具有发出的照明辐射5的水平或大约水平的光
束路径的等离子体结合时。

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投射 曝光 系统 照明 光学 单元
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