成像光学系统、包括该类型的成像光学系统的用于微光刻的投射曝光设备、以及利用该类型的投射曝光设备生产微结构部件的方法

具体实施方式

图1中示意示出的用于微光刻的投射曝光设备1具有用于照明光的光源2。光源2为产生波长范围具体在5nm与30nm之间的光的EUV光源。其他的EUV波长也是可行的。通常，可见波长或其他波长的任何期望波长(例如365nm、248nm、193nm、157nm、129nm、109nm)可以用于在投射曝光设备中引导的照明光3，该波长例如可以在光刻中使用，且对于该波长，适当的激光光源和/或LED光源是可用的。在图1中相当示意地示出照明光3的光路。

为了有助于描述投射曝光设备1和其中的部件，在图中给出xyz笛卡尔坐标系，以及该xyz笛卡尔坐标系示出图中所示的部件的各自位置。在图1中，x方向垂直图面且延伸入图内。y方向向右延伸而z方向向下延伸。

照明光3曝光两个物场4、5，该两个物场4、5在y方向上空间上彼此分离距离A(还参看图9和10)且位于公共物平面6中，该公共物平面6在图1中垂直于图面。物场4、5可以为环形场或者也可以为矩形场。

透镜系统7将来自光源2的照明光3引导到物场4、5。利用投射光学系统8(即，成像光学系统)，两个物场4、5以预指定的缩小比例被成像到公共像平面11中与之相关联的两个像场9、10中，该两个像场同样彼此分离布置。像平面11平行于物平面6。图1中，像场9、10很小以致在像平面11中未示出它们在空间上的延伸。下面的图中所示的实施例中的一个可以用于投射光学系统8。投射光学系统8具有例如为8的缩小因子。其他的成像因子或缩小比例也是可行的，例如4x、5x或甚至大于8x的缩小比例。1∶1成像也是可行的。8x的成像放大水平尤其适于具有EUV波长的照明光3，因为反射掩模12上的物方入射角能够因而保持小。此外，8x的成像放大等级不需要使用不必要大的掩模。投射光学系统8成像反射掩模(也称作掩模母版)的部分，该部分与物场4、5相一致。

像场9、10在像平面11中弯曲成弧形，界定像场9、10的两个弧弯曲之间的距离为1mm。界定像场9、10的直边边缘的边长也是1mm，所述直边在两个弧弯曲之间限定该像场9、10的，且平行于彼此且平行于y轴延伸。图1的图面平行于像平面9、10的这些边缘延伸。像场9、10的这些直边边缘彼此相距13mm。两个弯曲的像场9、10的面积相应于具有1mm×13mm的边长的矩形像场。该类型的矩形像场也可代替像场9、10。例如当使用具有自由曲面作为反射表面的反射系统时或当使用折反系统时，产生矩形像场。

成像发生在以晶片形式的基底13的表面上，该晶片由基底支撑14支撑。图1示意地示出掩模母版12和投射光学系统8之间的、进入到掩模母版12和投射光学系统8的照明光3的光束15、16。在该情况中，光束15离开物场4而光束16离开物场5。示出了在投射光学系统8和基底13之间，从投射光学系统8离开的照明光的两个光束17、18。光束17曝光像场9而光束19曝光像场10。

在图1中相当示意地示出光束15至18的路径。具体地，光束15及17一者和16及18另一者可以关于投射光学系统8的指定轴对称延伸、具体地关于投射光学系统8的光轴对称地延伸。

投射曝光设备1是扫描曝光机类型的设备。在投射曝光设备1的工作期间在y方向上扫描掩模母版12和基底13两者。可选地，投射曝光设备1可以是步进扫描曝光机类型的设备。在该情况中，在单个的曝光之间，在y方向上步进位移基底支撑14和与反射掩模12相关联的掩模母版支撑(未示出)。

图2示意地示出投射曝光系统1的投射光学系统8的变体。与那些之前已经参照图1解释过的部件相对应的部件具有相似的附图标记并将不再详细讨论。

图2示意地示出投射光学系统8的第一实施例的结构。其配置为成直线系统。投射光学系统8的所有光束引导部件与同一连续光轴19相关联，该连续光轴19因此始终延伸而没有弯曲。

图2的投射光学系统8具有三个部件组20、21、22，每一个都构造成光束引导光学部件。

图2左面所示的两个部件组20、21是场部件，于其中引导分别来自物平面4、5的光束15、16。该光束15、16在两个场组20、21中彼此独立地引导。

在图2中，场组20布置在场组21的下面。场组20位于投射光学系统8的物场4和光瞳平面23之间。离开场组20、21的两个光束15、16在光瞳平面23中交叠。

图2右面所示的部件组22是孔径组，于其中引导来自所有物平面4、5的光束15、16(即，成像光线)。孔径组22布置在光瞳平面23和两个像场9、10之间。

图2的实施例的部件组20至22为纯镜组或反射组，即，仅包括镜作为光束引导光学部件的部件组。原则上，部件组20至22也可以是折反射或折射组。

两个场组20、21从结构上可以完全彼此分离，但仍可以集成为具有共同壳体24的一个结构单元，如图2所表示的。

图3示出投射光学系统8的第一结构变体。与那些之前已经参照图1和图2解释过的部件相对应的部件具有相似的附图标记并将不再详细讨论。

示出三个单个光线25的每一个的光路，在每一情况中该三个单个光线25的每一个来自物场4和5的两个物场点，图3中该两个物场点在y方向上彼此相距一距离。属于这些总共4个物场点中的一个的三个单个光线25中的每个与用于场点的三个不同照明装置相关联。因为这些不是投射光学系统8的真实的成像光路，所以仅为了说明的原因，在图3中包含有主光线16，该主光线16延伸通过投射光学系统8的光瞳平面23的中心。

在每个情况中与相同的场点照明角相关联的单个光线15从各自的物平面4、5发散延伸。下面将这称作入瞳的负后焦距。图3的投射光学系统8的入瞳没有位于投射光学系统8的内部而是位于光路中物平面4、5之前。作为替代，入瞳的正后焦距或者物方上的远心光路是可行的，例如当使用分束元件用于照明反射掩模时或者当使用透过掩模时。这使得例如可以将照明光学系统7的光瞳部件布置在投射光学系统8的入瞳中、在光路中投射光学系统8之前，而在这些光瞳部件和物平面4、5之间不必须存在另一成像光学部件。

投射光学系统8的场组20包括两个镜M1a、M2a。投射光学系统8的场组21同样具有两个镜M1b和M2b。这里，在下面，场组内将附图标记M1、M2用附图标记M1a/b、M2a/b代替，例如，在每一情况中它们指代M1a/b、M2a/b两者。投射光学系统8的镜的编号方式以从物场4和5出发的光路的顺序编号。镜M1a及M1b和镜M2a及M2b中的每个都具有布置在关于光轴19成旋转对称的相同表面上的反射表面，镜M1a及M1b一者和M2a及M2b另一者因此可以为同一个镜的部分。然而，这不是强制性的。镜M1a、M1b、M2a、M2b可以全部等价地空间上彼此分离。

在镜M1a/b和M2a/b之后，投射光学系统8还包括属于孔径组22的4个另外的镜M3、M4、M5和M6。

图3仅示出镜M1至M6的反射表面。镜M1至M6的反射表面在表面的每个情况中至少部分作为整体关于光轴19成旋转对称。镜M1、M4、M5和M6形成为凹镜。镜M2和M3形成为凸镜。

下面，借助两个表示出图3的投射光学系统8的光学数据。

列“半径”中，第一表示出每一情况中的镜M1至M6的曲率c的倒数。第二列(厚度)描述每一情况中随后表面距物平面6的距离。

第二表描述了镜M1至M6的反射表面的精确的表面形式，其中常数K和A至G用在下面关于弧失高度z的方程中：

$z\left(h\right)=$

$=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\mathrm{SQRT}\{1-(1+K)c^2{h}^2\}}+$

$+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}$

在该情况中，h表示距光轴19的距离。因此，h²＝x²+y²。对于c，使用半径的倒数。

两个场组20、21的镜M1a/b和M2a/b以环形段形状且关于光轴19离轴使用。镜M1和M2的所采用的光学反射表面因此位于距光轴19的一距离处。

镜M3的所采用的光学反射表面近似关于光轴19居中。

光瞳平面23位于投射光学系统8的成像光路中的镜M3上的单个光线25的反射区域中。在镜M4和M5的成像光路中，空间上在镜M6和M5之间中，存在有投射光学系统8的中间像平面26。

在镜M2a/b和M3之间，单个光线25经过镜M4中的通孔27。镜M4围绕通孔27使用。镜M4因此是遮拦镜。如M4，镜M5和M6也都被遮拦且相似地每个也包括通孔27。

镜M3，即光路中像场9和10之前的第四最末镜为非遮拦的。镜M3的光学有效反射表面的外边缘28在镜M5上的反射区域中的成像光路上的出瞳平面29中提供投射光学系统8(即，成像光学系统)的中心遮拦。镜M3因此遮蔽镜M4和M5之间的光路。

在图3的投射光学系统8的实施例中，第四最末M3和最末镜M6之间的距离近似等于物平面6距像平面11的距离的22％。

图3的投射光学系统8具有0.55的像方数值孔径。图3的投射光学系统8具有1.4nm的最大均方根(rms)波前误差。最大畸变为1.4nm。光瞳遮拦为16.8％。

到现在为止已经引导到单独的镜M1a/b、M2a/b上的、两个成像光路的光束15、16在孔径组22中交叠，即镜M3至M6上。

在图3的投射光学系统中，两个物场4、5之间的距离A(也参照图9和图10)为164mm。

在通过下述方式的微光刻部件的生产中，投射光学系统8可以用在投射曝光设备1中：最初，准备掩模母版12和晶片13。随后，布置在第一物场4中的、掩模母版12上的结构被投射到第一像场9中的晶片13的光敏感层上。通过借助于基底支撑14对晶片13进行移动，经曝光的光敏感层接着在正y方向上从第一像场9移动到第二像场10。随后，布置在第二物场5中的、掩模母版12上的结构被投射到第二像场10中的晶片13的在前经曝光的光敏感层。以这样的方式，在晶片13上产生微结构。就所涉及的基本步骤而言(但不涉及这里示出的光学部件的使用)，该方法已知为“双曝光”方法并允许微结构化比利用传统“单曝光”方法可行的结构更小的结构。能够在投射曝光设备1中使用的双曝光方法例如在专业论文A.Poonawala，Y.Borodovsky，和P.Milanfar，“ILT for Double Exposure Lithography withConventional and Novel Materials(利用传统和新颖材料的用于双曝光光刻的ILT)”，SPIE先进光刻讨论会论文集，2007年2月中公开。在该专业论文中，也解释了如下要讨论的用于接收晶片的拓扑的第二场区域的使用。在US2007/0080281A1和US 5,268,744中解释了能够使用投射曝光设备1的所公开的变体的另一晶片监视方法。

在投射曝光设备1内的投射光学系统8的从替代或附加可行的应用中，准备好掩模母版12和晶片13之后，第一像场9中的晶片13的光敏感层最初利用第一光波长的准备光曝光，该准备光经由第一物场4和场组20耦合到第一像场9。随后，以该方式准备的光敏感层从第一像场9移动到第二像场10，如在上面在前所解释的。随后，掩模母版12上布置在第二物场5中的结构被投射到第二像场10中的晶片13的准备好的光敏感层上。以这样的方式，在晶片13上产生微结构。在方法的变体中，掩模母版12不覆盖第一物场4。可替代的，可以仅在物场5的位置中利用准备光准备光敏感层后才准备掩模母版12。

具有准备光的辐照例如可以用于使得晶片13上的光敏感层对利用照明光3的后续辐照处理更敏感。

在投射曝光设备1内的投射光学系统8的替代或附加可行应用中，利用准备光一者和照明光另一者的晶片13的曝光的顺序相比上面解释的方法是相反的。在第一像场9中，晶片13上的光敏感层最初用照明光3曝光。当将晶片13的在前曝光的光敏感层移动到第二像场10之后，用准备光辐照第二像场10中的在前曝光的光敏感层。

在投射曝光设备1内的投射光学系统8的另一应用中，投射光学系统8具有在图2中用虚线所示的附加部件。附加部件包括光学感测装置30，该光学感测装置30例如可以为CCD相机。光学感测装置30以其光学感测表面环绕场组21的物场5的方式布置。光学感测装置30因此环绕像场10和物场5之间的成像光线。光学感测装置30经由信号线31与投射曝光设备1的中心控制装置32信号连接。

此外，对于该再一应用，投射光学系统8具有投射曝光设备1内的用于校正场组20(即，并非与光学感测装置30直接相关联的场组)的成像特性的校正装置33。继而，校正装置33经由信号线34与控制装置32信号连接。

校正装置33例如可以是借助于至少一个驱动器(未示出)可移动的镜、或者是可调整的光阑或滤波元件。

在使用部件30至34的投射曝光设备1内的投射光学系统8的应用中，在物场4的区域中准备掩模母版12而在两个像场9和10的区域中准备晶片13。随后，借助光学感测装置30测量像场10中的晶片的拓扑。借助于从光学感测装置30传送到控制装置32的测量的拓扑和相应的拓扑数据，控制装置32计算校正值。随后，基于计算的校正值通过驱动校正装置33校正投射光学系统8的成像特性。最后，利用校正的投射光学系统8，将掩模母版12上布置在物场4中的结构投射到像场9中晶片13的光敏感层上。

在包含附加部件30至32(即，光学感测装置30、控制装置32和相关联的信号线31)的投射光学系统8的替换或附加可行应用中，再次在物场4中准备掩模母版和在像场9和10中准备晶片。随后，利用投射光学系统8，将掩模母版12上布置在第一物场4中的结构投射到像场9中晶片13的光敏感层上。随后，晶片13移动，从而最初位于像场中的部分转移到像场10中。随后，借助于布置在物场5中的光学感测装置30，测量投射光学系统8的像场10中晶片13的由前述投射影响的拓扑。这样，投射步骤的结果经历中间检查。

图4示出用于投射曝光设备1的投射光学系统8的另一实施例。与那些在前已经参照图1至3解释过的部件相对应的部件具有相似的附图标记并将不再详细讨论。除非下面另有所指，图4的投射光学系统的应用也与上面解释的那些相对应。

在图4的实施例中，第一场组20包括总共4个镜M1a、M2a、M3a和M4a。第二场组21包括镜M1b、M2b、M3b和M4b，类似于图3的实施例的镜M1和M2的关于光轴19成对称布置的部分，该镜M1b、M2b、M3b和M4b位于关于光轴19成旋转对称的反射表面上，并且在该反射表面上镜M1a、M2a、M3a和M4a也分别位于与其空间上分离的部分中。镜M1a和M1b、镜M2a和M2b、镜M3a和M3b以及镜M4a和M4b的反射表面因此成对地位于相同的表面上且关于公共光轴19旋转对称布置。在该情况中，镜M4a和M4b之间的分离相比镜M1至M3之间的分离相对小。

孔径组22包括成像光路中图4的投射光学系统8的随后的镜M5至M8。

镜M3a及M3b一者和M6另一者就其反射表面背对背布置。同样应用于镜M1a及M1b一者和M4a及M4b另一者。

光瞳平面23位于光路中镜M5和M6之间，紧邻镜M5上单个光线25的反射之后。中间像平面26位于光路中镜M6和M7之间。该平面空间上位于镜M5至M8之间，镜M5至M8类似地就其反射表面背对背使用。在图4的实施例中，出瞳平面29在镜M7上单个光线25的反射区域中。

图4的投射光学系统8具有0.6nm的均方根(rms)最大波前误差、小于1nm的畸变和6％的光瞳遮拦。

镜M1、M4和M5是凸的。镜M2、M3、M6、M7和M8是凹的。镜M5至M8的每一个包括中心通孔27且因此被遮拦。

图4的投射透镜系统8还具有8的缩小比例。图4的投射透镜系统8的像方数值孔径为0.60。

下面，借助两个表示出图4的投射光学系统8的光学数据，这两个表在它们的布局方面相应于用于图3的表。

在图4的投射光学系统8中，两个物场4、5之间的距离A(也参看图9和图10)为88.308mm。

下面，借助图5公开投射光学系统8的再一实施例。与那些在前已经参照图1至4解释过的部件相对应的部件具有相似的附图标记并将不再详细讨论。除非下面另有所指，图5的投射光学系统的应用也与上面解释的那些相对应。

从物场4、5出发，图5的投射光学系统8首先包括具有镜M1a、M2a一者和M1b、M2b另一者的两个场组20、21，该两个场组20、21在结构上类似于图3的实施例的场组20、21。

图5的实施例具有布置在两个场组20、21后面的两个另外的场组35、36，该两个另外的场组35、36分别包括四镜M3a、M4a、M5a、M6a一者和M3b、M4b、M5b、M6b另一者。在该情况中，场组35在从该物场发出的单个光线25的光路中布置在场组20的后面。场组36在从物场5发出的单个光线25的光路中布置在场组21的后面。在图5中，场组35位于光轴19的上面而场组36位于光轴19的下面。继而，场组20、21、35、36的镜M1至M6的每一个包括两个镜a/b，该两个镜a/b位于光轴外并且该两个镜a/b的反射表面位于关于公共光轴19成旋转对称的公共表面上。

图5的投射光学系统8的第一光瞳平面37位于场组20及35一者和21及36另一者之间。在第一光瞳平面37之后，与两个物场4、5相关联的单个光线的光束再次完全分离，从而场组35、36的下面的第一镜M3a/b也是空间上彼此分离。

镜M1a及M1b一者和M4a及M4b另一者就其反射表面背对背布置。同样的也适于镜M3a和M3b一者和M6a和M6b另一者。

镜M1、M4、M5、M8、M9和M10是凹的。镜M2、M3、M6和M7是凸的。

镜M7至M10属于图5的投射光学系统的孔径组22。镜M7至M10的每一个都包括中心通孔27且因此被遮拦。

投射光学系统8的第一中间像平面38位于镜M5a及M6a一者和M5b及M6b另一者之间的光路中。另一光瞳平面39位于镜M7上的单个光线25的反射的附近，该另一光瞳平面39近似相应于图4的实施例的光瞳平面23。图5的投射光学系统8的另一中间像平面40位于镜M8和M9之间的光路中。该另一中间像平面40空间上位于镜M7和M10之间。

就其反射表面，镜M5a及M5b一者和M8另一者相对于彼此背对背布置。就其反射表面，镜M7和M10相对于彼此背对背布置。

出瞳平面29布置在镜M9上的单个光线25的反射的附近。

图5的投射光学系统8具有8x的缩小比例和0.80的数值孔径。波前误差的均方根(rms)为2nm。畸变最大为1.5nm以及光瞳遮拦为9％。

下面，借助两个表示出图5的投射光学系统8的光学数据，这两个表在它们的布局方面相应于用于图3的表。

在图5的投射光学系统8中，两个物场4、5之间的距离A(也参看图9和图10)为104mm。

图6以类似图2的图示中示出投射光学系统8的再一实施例。与那些在前已经参照图1至5解释过的部件相对应的部件具有相似的附图标记并将不再详细讨论。同样的也适于图6的投射光学系统8的应用。

图6的实施例中，两个物场4、5和两个像场9、10空间上彼此分离。物场方两个场组20、21的布置相应于图2的布置。图6的投射光学系统8在第一光瞳平面23和另一光瞳平面42之间具有孔径组41作为第三部件组。在每个情况中，两个另外的场组43、44位于另一光瞳平面42与两个像场9、10之一之间。在图6的投射光学系统8的示意图中，部件组20、21、41、43、44的布置因此关于与孔径组41居中交叉的xy平面反射对称。

图6中以虚线示出的场组44可以依如下方式配置：场组44的像平面11a与像场9的像平面11分开一距离ΔF。在图6的实施例中，像场10a的像平面11a在正z方向上关于像场9的像平面11移动。该位移ΔF例如可以仅为几微米。因此，在上面描述的双曝光方法的范围内，可以在晶片13上的光敏感层中产生不同深度的图像。以这样的方式，通过适当选择物场4和5中的掩模母版的结构，可以在晶片13中产生三维结构。

图7以类似图2的图示中示出投射光学系统8的再一实施例。与那些在前已经参照图1至6解释过的部件相对应的部件具有相似的附图标记并将不再详细讨论。同样的也适于图7的投射光学系统8的应用。

在图7的投射光学系统8中，首先孔径组45位于物场4和5与场组20、21之间，在该孔径组45中一起引导光束15、16。光束15、16仅在第一光瞳平面46后分离，并接着进入场组20、21。

场组21例如可以继而包含光学校正装置33，该光学校正装置33的功能等同于已经关于图2的投射光学系统8解释过的功能。

图8以类似图2的图示中示出投射光学系统8的再一实施例。与那些在前已经参照图1至7解释过的部件相对应的部件具有相似的附图标记并将不再详细讨论。同样的也适于图8的投射光学系统8的应用。

在图8的实施例中，属于物场4a、5a的两个场组20、21的物平面6a、6b平行于彼此延伸并彼此相距一距离。场组20在对于不同波长(例如，对于准备光和测量光)的其光学结构方面配置为场组21的结构。在该情况中，光束15是准备光，其具有不同于照明光(即，光束16)的波长。

以与如图2中的一个相同的方式另外构造的图8的投射光学系统8，尤其适于之前在上面讨论的借助于测量的拓扑数据校正成像特性以及检测投射曝光步骤之后从而在基底13上产生的拓扑的方法。

通常，在投射光学系统8的在前公开的实施例之一中，场组具有比孔径组小的孔径。

图9和图10用于图示物场4、5之间的距离A的定义。因此，图9示出其中物场4、5为环形场的情形，而图10示出其中物场4、5为矩形场的情形。

在环形场的情况中，物场4、5尤其因此通过面对光轴19的多个内弧界定，距离A定义为在物场4、5的中心高度(x＝0)，两个弧上两个点之间的距离。在两个内弧关于光轴19同轴的情况中，该距离A因此定义为界定环形场的内弧的半径R的两倍。在矩形物场4、5的情况中，距离A定义为物场4、5的、彼此相面对的两个纵边缘之间的距离。