專利名稱：有高孔徑與平端面的投影物鏡的制作方法
發(fā)明的背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于把在投影物鏡的物面上提供的圖案成像到投影物鏡的圖像面上的投影物鏡。投影物鏡可被使用于微光刻投影曝光機(jī)。本發(fā)明特別涉及用于那些被設(shè)計(jì)用于浸沒操作的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的曝光機(jī)，也就是說，在一個(gè)其圖像側(cè)數(shù)值孔徑NA大于1.0的孔徑范圍之中。
相關(guān)技術(shù)描述在特別是投影光刻的縮小光學(xué)成像的情形下，圖像側(cè)數(shù)值孔徑NA受到圖像空間中周圍的媒體的折射率限制。在浸沒光刻中，理論上可能的數(shù)值孔徑NA受浸沒媒體的折射率限制。浸沒媒體可以是液體或固體。在后者的情形下也稱為固體浸沒。
然而，由于實(shí)際原因，孔徑不應(yīng)當(dāng)任意接近最后的媒體(即，最接近于圖像的媒體)的折射率。因?yàn)檫@時(shí)傳播角相對(duì)于光軸變?yōu)榉浅４蟆Ｒ呀?jīng)證明，不要明顯地超過圖像側(cè)最后的媒體的折射率的約95％的孔徑是切合實(shí)際的。這相應(yīng)于相對(duì)于光軸約72°的傳播角。對(duì)于193nm，這在以水(nH2O＝1.43)作為浸沒媒體的情形下相應(yīng)于NA＝1.35。
對(duì)于折射率高于最后透鏡材料的折射率的液體，或在固體浸沒的情形下，如果最后端面(投影物鏡的出口面)的設(shè)計(jì)是平面的或僅僅稍微彎曲的，則最后透鏡單元(即，鄰近圖像的投影物鏡的最后的光學(xué)單元)的材料起到限制的作用。平面設(shè)計(jì)例如在下列情況下是有利的對(duì)于在要被曝光的晶片與最后的物鏡面之間的浸沒媒體的流體的特性和對(duì)于它們的清洗而測(cè)量在晶片與物鏡之間的距離。對(duì)于固體浸沒，特別是為了曝光同樣是平面的晶片，最后的端面必須是平面設(shè)計(jì)，對(duì)于DUV(248nm或193nm的工作波長(zhǎng))，通常用于最后的透鏡的材料是具有折射率nSiO2＝1.56的熔融石英(合成石英玻璃，SiO2)或具有折射率nCaF2＝1.50的CaF2。合成石英玻璃材料在下面也被簡(jiǎn)稱為“石英”。因?yàn)樵谧詈蟮耐哥R單元中的高輻射負(fù)荷，特別是在193nm最好使用氟化鈣作為最后的透鏡，因?yàn)楹铣墒⒉Ａг陂L(zhǎng)期將由于輻射負(fù)荷而損壞。這導(dǎo)致可以達(dá)到的約1.425(n＝1.5的95％)的數(shù)值孔徑。如果接受輻射損壞的缺點(diǎn)，則石英玻璃仍允許1.48(在193nm相應(yīng)于石英的折射率的約95％)的數(shù)值孔徑。這個(gè)關(guān)系在248nm時(shí)是類似的。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是提供高孔徑投影物鏡，它防止具有諸如水的浸沒媒體或具有諸如熔融石英和CaF2的透鏡材料的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有適度的尺寸和材料消耗的、適合于在圖像側(cè)浸沒光刻的、數(shù)值孔徑至少為NA＝1.35的投影物鏡。
作為這個(gè)和其它的目的的解決方案，按照一個(gè)公式，本發(fā)明提供一種用于把在投影物鏡的物面上提供的圖案成像到適合于微光刻投影曝光機(jī)的投影物鏡的圖像面上的投影物鏡，包括對(duì)在投影物鏡工作波長(zhǎng)的輻射是透明的多個(gè)光學(xué)單元；其中至少一個(gè)光學(xué)單元是由具有在工作波長(zhǎng)上折射率n≥1.6的高折射率材料制成的高折射率光學(xué)單元。
一個(gè)實(shí)施例包含具有優(yōu)選地大于或等于NA＝1.35的圖像側(cè)數(shù)值孔徑的防輻射光刻物鏡，以及對(duì)于它，至少最后透鏡單元包括高折射率材料(折射率n＞1.6，特別是n＞1.8)。因而在光刻的慣例的(絕對(duì)值)4∶1(|β|＝0.25)的縮小率的情形下，物體側(cè)(掩膜側(cè))數(shù)值孔徑是NAobj≥0.33，優(yōu)選地NAobj≥0.36。
下面通過使用對(duì)于193nm的示例性實(shí)施例，更詳細(xì)地說明本發(fā)明的各種方面。在例子中，用于最后的透鏡單元或它的部件的材料是藍(lán)寶石(Al2O3)，而其余透鏡由熔融石英制成。然而，這些例子可被轉(zhuǎn)移到其它高折射率透鏡材料和其它波長(zhǎng)。例如，對(duì)于248nm，有可能使用二氧化鍺(GeO2)作為用于最后的透鏡或它的部件的材料。與藍(lán)寶石相比，這個(gè)材料具有優(yōu)點(diǎn)它不是雙折射的。然而，該材料在193nm不再是透明的。
在液體浸沒的情形下，如果使用具有比水更高的折射率的浸沒液體，則可以達(dá)到NA＞1.35。在某些應(yīng)用例子中使用環(huán)己烷(折射率n＝1.556)。
具有n＞1.6的浸沒媒體當(dāng)前被認(rèn)為是現(xiàn)實(shí)的。
如果使用浸沒液體，則高折射率液體--也就是說浸沒液體--的厚度優(yōu)選地可以是在0.1與10mm之間。在這個(gè)范圍內(nèi)的較小的厚度可以是有利的，因?yàn)楦哒凵渎式]媒體通常也呈現(xiàn)更高的吸收。
以上的和其它的特性不單可以在權(quán)利要求中而且也可以在說明和附圖中看到，其中各個(gè)特性可以單獨(dú)地或分組合地被用作為本發(fā)明的實(shí)施例，以及在其它領(lǐng)域中可以單獨(dú)地表示出有利的和可以專利的實(shí)施例。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是按照本發(fā)明的反射折射投影物鏡的第一實(shí)施例的縱向截面圖；圖2是按照本發(fā)明的反射折射投影物鏡的第二實(shí)施例的縱向截面圖；圖3是按照本發(fā)明的反射折射投影物鏡的第三實(shí)施例的縱向截面圖；圖4是按照本發(fā)明的反射折射投影物鏡的第四實(shí)施例的縱向截面圖；圖5是按照本發(fā)明的反射折射投影物鏡的第五實(shí)施例的縱向截面圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明在以下的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明中，術(shù)語“光軸”是指穿過所涉及到的光學(xué)單元曲面中心的直線或一系列直線段。光軸可以由折疊反射鏡(偏轉(zhuǎn)反射鏡)折疊。在這里給出的這些例子的情形下，所涉及的物體是載有集成電路的圖案的掩膜(掩膜原版)，或某個(gè)其它圖案，例如光柵圖案。在這里給出的這些例子中，物體的圖像被投影到用作為基片的晶片，其上涂覆著一層感光膠，雖然其它類型的基片，諸如液晶顯示器的元件或用于光柵的基片，也是可行的。
在表格被提供來公開如圖所示的設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范的場(chǎng)合下，表格由與各個(gè)附圖相同的數(shù)字來表示。
圖1顯示被設(shè)計(jì)用于大約193nm UV工作波長(zhǎng)的、按照本發(fā)明的反射折射投影物鏡100的第一實(shí)施例的縱向截面圖。它被設(shè)計(jì)成把被安排在物面OP的原版(或掩膜)上的圖案的圖像以縮小的比例，例如4∶1投影到圖像面IP，而同時(shí)精確地創(chuàng)建兩真實(shí)的中間圖像IMI1和IMI2。第一折射物鏡部分ROP1被設(shè)計(jì)成用于把物面上的圖案成像為第一中間圖像IMI1，第二反光(純反射)物鏡部分COP2把第一中間圖像IMI1以接近于1∶1的放大率成像為第二中間圖像IMI2，以及第三折射物鏡部分ROP3把第二中間圖像IMI2以很高的縮小率成像到圖像面。第二反光物鏡部分COP2包括具有面對(duì)物體側(cè)的凹面反射鏡面的第一凹面反射鏡CM1，以及具有面對(duì)圖像側(cè)的凹面反射鏡面的第二凹面反射鏡CM2。反射鏡面是連續(xù)的或不斷裂的，即它們沒有孔或洞?；ハ嗝鎸?duì)的反射鏡面規(guī)定了一個(gè)鏡間空間，即由凹面反射鏡面規(guī)定的曲面所包圍的空間。兩個(gè)中間圖像IMI1，IMI2都在幾何上位于鏡間空間內(nèi)，至少近軸中間圖像幾乎是在遠(yuǎn)離反射鏡面的該空間的中間。
凹面反射鏡的每個(gè)反射鏡面規(guī)定一個(gè)“曲面”或“彎曲面”，它是延伸到物理反射鏡面的邊緣以外和包含反射鏡面的數(shù)學(xué)表面。第一和第二凹面反射鏡是具有公共的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面的一部分。
系統(tǒng)100是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，以及具有一個(gè)對(duì)于所有折射和反射光學(xué)單元共同的直光軸AX。沒有折疊反射鏡。凹面反射鏡具有小的直徑，允許它們靠近在一起以及與位于它們之間的中間圖像相當(dāng)接近。凹面反射鏡是作為軸對(duì)稱面的離軸分段而建造和被照射的。光束傳送通過面向光軸的凹面反射鏡的邊緣而不變模糊。
具有這種一般結(jié)構(gòu)的反射折射投影物鏡例如在2004年1月14日提交的、序列號(hào)60/536,248；在2004年7月14日提交的、序列號(hào)60/587,504的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)；以及在2004年10月13日提交的以后的擴(kuò)展的申請(qǐng)中被公開。這些申請(qǐng)的內(nèi)容被合并到本申請(qǐng)，以供參考。這種類型的反射折射投影物鏡的一個(gè)特征化的特性是在物面與第一中間圖像之間、在第一與第二中間圖像之間、和在第二中間圖像與圖像面之間形成各出射孔表面(在主射線與光軸交叉軸線位置上)，以及所有的凹面反射鏡被安排成在光學(xué)上遠(yuǎn)離出射孔表面，尤其是在成像處理過程的主射線高度超過成像處理過程的邊緣射線高度的位置上。而且，最好是至少第一中間圖像在幾何上位于在第一凹面反射鏡和第二凹面反射鏡之間的鏡間空間。優(yōu)選地，第一中間圖像和第二中間圖像在幾何上位于在凹面反射鏡之間的鏡間空間內(nèi)。
下面描述的示例性例子共享這些特性，它們?cè)试S用相對(duì)少量的光學(xué)材料構(gòu)建的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值孔徑NA＞1的浸沒光刻。
圖1顯示作為第一示例性實(shí)施例的193nm光刻物鏡，具有藍(lán)寶石透鏡和環(huán)己烷作為浸沒媒體并與NA＝1.45的圖像側(cè)數(shù)值孔徑相結(jié)合。藍(lán)寶石透鏡是最接近于圖像面的最后的光學(xué)單元LOE。圖像側(cè)工作距離是1mm。反射折射設(shè)計(jì)具有兩個(gè)凹面反射鏡，主要用于色度校正和Petzval校正，以及一個(gè)中間圖像，分別處在這對(duì)反射鏡的上游和下游。然而，這些中間圖像沒有完全被校正，以及主要用于設(shè)計(jì)的幾何限制和用于分離出向反射鏡行進(jìn)和在被反射鏡反射后背離反射鏡行進(jìn)的兩條光束路徑。圖像場(chǎng)(在晶片上)是矩形。外場(chǎng)半徑(在晶片邊)是15.5mm，內(nèi)場(chǎng)半徑是4.65mm。這樣的結(jié)果是26×3.8mm的矩形場(chǎng)。
在第一示例性實(shí)施例中，孔徑膜片(孔徑光闌AS，系統(tǒng)孔徑)被安排在第一折射物鏡部分ROP1。這是有利的，一方面為了制成較小的可變的孔徑膜片，以及另一方面，當(dāng)縮小孔徑膜片時(shí)，主要地保護(hù)以后的物鏡部分(從物面(掩膜面)看到的)免受無用的和干擾的輻射負(fù)荷。在圖像側(cè)物鏡部分ROP3中的后膜片面，即可在其中放置孔徑光闌的位置，被定位在最大直徑的透鏡LMD與在收斂光束路徑上的圖像面IP之間的區(qū)域內(nèi)。
一個(gè)收斂部分(光束和透鏡直徑的收縮)被形成在物體側(cè)前折射的局部物鏡ROP1中，該收斂部分主要用于校正圖像場(chǎng)曲面(Petzval總和)?？讖焦怅@AS被安排在收斂部分。
把CaF2用于最后透鏡不是優(yōu)選的，因?yàn)檫@需要盡可能不大于1.425(CaF2的折射率的約95％)的數(shù)值孔徑。在本例中，藍(lán)寶石(Al2O3)在193mm被用作為最后的透鏡單元LOE中的高折射率材料。在如圖所示的所有的實(shí)施例中，由藍(lán)寶石制成的光學(xué)單元畫上陰影線成為灰色，以便于參考。
當(dāng)使用藍(lán)寶石時(shí)發(fā)生的雙折射通過把最后透鏡分離成兩個(gè)透鏡單元LOE1和LOE2以及圍繞光軸互相相對(duì)地旋轉(zhuǎn)兩個(gè)透鏡單元而在很大程度上被補(bǔ)償。在這種情形下，分離交界面S1(兩個(gè)透鏡單元LOE1和LOE2的接觸面)優(yōu)選地被彎曲，以使得兩個(gè)透鏡單元具有類似的折射能力。替換地，有可能為了補(bǔ)償而使用由藍(lán)寶石制成的位于物鏡中一個(gè)位置(例如在中間圖像附近或在物面附近)的第二單元，它在光學(xué)方面起類似的作用。在本例中，最后的藍(lán)寶石透鏡LOE被分離成實(shí)際上起相同作用的兩個(gè)透鏡單元LOE1和LOE2。藍(lán)寶石透鏡LOE的前面半徑(即，光進(jìn)入側(cè)的半徑)被設(shè)計(jì)成使得孔徑光束，即以聚集光束的周界(parimeter)向圖像行進(jìn)的光束趨向圖像場(chǎng)的中心穿過交界面而實(shí)際上是不折射的，也就是說，實(shí)際上垂直地投射到交界面(透鏡半徑實(shí)際上與圖像面和光軸的交叉點(diǎn)是同心的)。在該藍(lán)寶石剖開透鏡(split lens)的兩個(gè)透鏡單元之間的分割交界面SI的半徑是更平坦的(半徑＞1.3乘以與其上可以放置晶片的圖像面之間的距離)。
通過由雙折射材料制成的單元的相對(duì)旋轉(zhuǎn)而對(duì)雙折射效應(yīng)起補(bǔ)償作用的例如在由本申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)DE 101 23 725 A1(例如相應(yīng)于US 2004/0190151 A1)或WO 03/077007 A2中更詳細(xì)地描述。具有設(shè)計(jì)成為由雙折射材料(氟化鈣)制成的剖開的最后透鏡的、與圖像面最靠近的最后透鏡單元的反射折射投影物鏡是從US 6,717,722B獲知的。
圖1的設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范在表1中概述。最左面的列列出折射面、反射面或另外指定的面的號(hào)碼，第二列列出該面的半徑r[mm]，第三列列出在該面與下一個(gè)面之間的距離d[mm]，它被稱為光學(xué)單元的“厚度”的參數(shù)，第四列列出用于制造光學(xué)單元所采用的材料，以及第五列列出用于它的制造所采用的材料的折射率。第六列列出光學(xué)部件的光學(xué)上可利用的、清楚的半直徑[mm]。在這個(gè)表上，對(duì)于具有無窮大半徑的平面給出的半徑值r＝0。
在這個(gè)特定的實(shí)施例的情形下，15個(gè)面是非球面的面。表1A列出對(duì)于這些非球面的相關(guān)的數(shù)據(jù)，由此，它們的表面數(shù)字的彎矢作為高度h的函數(shù)可以利用以下公式進(jìn)行計(jì)算p(h)＝[((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2)]+C1·h4+C2·h6+....，其中半徑的倒數(shù)值(1/r)是所討論的表面在表面頂部的曲率，以及h是在其上的一個(gè)點(diǎn)離光軸的距離。因此彎矢p(h)代表沿z方向--即沿光軸--測(cè)量的、該點(diǎn)離所討論的表面的頂部的距離。常數(shù)K，C1，C2等等在表1A上列出。
同樣地，以下的實(shí)施例的技術(shù)規(guī)范對(duì)于圖2的表2，2A；對(duì)于圖3的表3，3A；對(duì)于圖4的表4，4A；和對(duì)于圖5的表5，5A中是以類似的方式表示的。
按照?qǐng)D2上的投影物鏡200，在圖像面上的最后的光學(xué)單元LOE具有平面凸透鏡的總的形狀。透鏡被再劃分成兩個(gè)光學(xué)單元LOE1和LOE2，它們沿平面分割交界面S1互相接觸。特別地，具有進(jìn)入面的正曲率半徑和其后是平面的石英玻璃透鏡LOE1被粘合在由藍(lán)寶石制成的一個(gè)(或兩個(gè))平行平面板LOE2上。這產(chǎn)生不高于石英玻璃中可能的NA的數(shù)值，但它具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即光束的傳播角在最后的物鏡部分處被減小，而在那里孔徑由于高折射率的媒體而是最大的。當(dāng)考慮在交界面和在最后的端面上可能的保護(hù)層上的反射損耗和散射光效應(yīng)時(shí)這是有利的，這些散射光效應(yīng)對(duì)于那些否則將是非常大的傳播角度將構(gòu)成問題。這樣，最大的角度只在石英透鏡LOE1與第一高折射率平行平面板LOE2之間的粘合的表面發(fā)生。這個(gè)粘合的表面(其中相鄰的光學(xué)單元通過粘合而互相粘結(jié)的接觸面)被保護(hù)免受污染和損壞，以及可用具有對(duì)環(huán)境影響也敏感的涂層來設(shè)計(jì)。如果兩個(gè)平行平面板用來形成平行平面高折射率元件LOE2，則由藍(lán)寶石制成的兩個(gè)平行平面板可以繞光軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)，而在實(shí)際上理想地補(bǔ)償在x和y方向上的S和P極化的雙折射效應(yīng)，這是對(duì)于使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)成像是首先需要的。
然而，因?yàn)樗妮^低的折射率，石英透鏡LOE1在這里具有下述效應(yīng)，--因?yàn)樗妮^小的集中效應(yīng)--即使對(duì)于有限總長(zhǎng)度的投影物鏡的圖像側(cè)數(shù)值孔徑，也需要非常大的透鏡直徑，而實(shí)際上這些直徑不是那么大的。在第二示例性實(shí)施例中(圖2)，孔徑是NA＝1.35，但透鏡直徑比起第一實(shí)施例中的更大。這里，透鏡直徑已經(jīng)超過143mm，因此實(shí)際上是數(shù)值孔徑的212倍，而在第一實(shí)施例中只達(dá)到200倍的數(shù)值孔徑。具體地，在圖2的示例性實(shí)施例中，在143mm下的最大半透鏡直徑甚至大于在約136mm下的反射鏡半直徑。
為了最小化投影物鏡的最大透鏡單元的直徑，并且同時(shí)最小化雙折射的效應(yīng)，在具有NA＝1.45的設(shè)計(jì)例的替換實(shí)施例(投影物鏡300)中，最后的透鏡單元LOE包括具有正的折射能力的薄的藍(lán)寶石透鏡LOE1、球面彎曲的進(jìn)入面、和被粘合在薄的石英玻璃板LOE2上的平面外出面(圖3的示例性實(shí)施例3)。提供物鏡的外出面的平行平面石英玻璃板然后可以在發(fā)生由于輻射負(fù)荷造成的損壞后被交換。因此粘合的石英板也用作為可交換的保護(hù)層，保護(hù)藍(lán)寶石透鏡LOE1免受污染和/或刮傷或破壞。實(shí)施例3適配于環(huán)己烷作為浸沒流體，它具有與用于與浸沒流體相接觸的板的熔融石英的折射率(n＝1.560)類似的折射率(n＝1.566)。
在這些情形下，NA受石英玻璃的折射率限制。然而，與具有由純石英玻璃制成的最后透鏡的設(shè)計(jì)相比較，在最后透鏡的上游的結(jié)果是較小的光束角，所以也是總的物鏡的較小的直徑和最后透鏡單元的較低的靈敏度(對(duì)制造容差的干擾敏感性)。在實(shí)施例3中，在135mm下最大透鏡直徑現(xiàn)在約為數(shù)值孔徑的186倍。
當(dāng)然，本發(fā)明也可以用于低數(shù)值孔徑的物鏡，以便顯著地減小以前的投影物鏡的直徑。這有利地影響投影物鏡的價(jià)格，因?yàn)椴牧狭靠杀伙@著地減少。
第四示例性實(shí)施例(圖4)顯示用于193nm的光刻物鏡400，它具有由藍(lán)寶石制成的但單片的最后透鏡和以水(nH2O＝1.43)作為浸沒媒體，NA＝1.35和工作距離為1mm。單片(一個(gè)部件，不分割的)藍(lán)寶石透鏡LOE的頂部面(進(jìn)入面)是非球面的，以及孔徑光闌AS位于處在具有最大直徑的雙凸面透鏡LMD的第三物鏡部分ROP3中的最大光束直徑的區(qū)域與圖像面IP之間的會(huì)聚輻射的區(qū)域中圖像面折射物鏡部分ROP3的后面部分中。最大透鏡直徑被限于小于數(shù)值孔徑的190倍。
藉助于至少最后透鏡單元的高折射率材料，即使是比NA＝1.45更高的數(shù)值孔徑也是可能的。
第五示例性實(shí)施例500(圖5)是設(shè)計(jì)成用于NA＝1.6的具有平面凸面藍(lán)寶石透鏡(nsapphire＝1.92)的固體浸沒(接觸物鏡光刻的)。因此，即使高達(dá)NA＞1.8的數(shù)值孔徑在原理上也是可行的。在本例中，在晶片側(cè)的外部場(chǎng)半徑是15.53mm，以及內(nèi)部場(chǎng)半徑是5.5mm，也就是說，矩形場(chǎng)的尺寸是26×3mm。
由于具有NA＞0.52的的孔徑的高孔徑光束在平面出口面處當(dāng)從藍(lán)寶石轉(zhuǎn)移到空氣時(shí)會(huì)經(jīng)受全反射，所以對(duì)于固體浸沒必須實(shí)現(xiàn)小于波長(zhǎng)的工作距離，以便有效地使用損耗波來使晶片曝光。這可以這樣來實(shí)現(xiàn)在真空中把晶片放在在最后透鏡表面附近對(duì)例如100nm(≈λ/2)恒定地曝光。
然而，由于通過消失場(chǎng)(evanescent field)的傳輸功率隨距離按指數(shù)下降，距離的微小改變也將導(dǎo)致均勻性的強(qiáng)烈波動(dòng)，所以把晶片與投影物鏡的最后的端面(出口面)直接機(jī)械接觸是有利的。為了曝光，晶片可被粘合到最后的平面透鏡面(接觸面CS)上，以便達(dá)到在投影物鏡的出口面和與基片相關(guān)聯(lián)的內(nèi)耦合面之間的機(jī)械接觸。分步掃描模式或拼接的曝光方法在這種情形下是優(yōu)選的，也就是說，比圖像場(chǎng)更大的區(qū)域分別在各個(gè)步驟中被曝光，掩膜原版也相應(yīng)地被調(diào)整以便對(duì)準(zhǔn)，而不是像以前的慣例那樣對(duì)晶片調(diào)整。由于縮小了的成像，調(diào)整原版可以用比調(diào)整晶片較低的精度，這也是有利的。互相鄰接的曝光區(qū)域(目標(biāo)區(qū)域)或隨后的曝光步驟的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的后續(xù)層次由此通過掩膜原版的橫向和軸向運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)而得到良好的重疊，由此以優(yōu)于幾納米的重疊精度把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)曝光到可能也有缺陷的貼合的晶片上。例如原版的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記為此也與已在晶片上曝光的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記相對(duì)準(zhǔn)晶片從最后表面上取出優(yōu)選地在真空中進(jìn)行。如果需要，在晶片與最后的平面透鏡面之間放置一個(gè)薄層(薄膜/膜片)，它可以例如在每次曝光步驟后被交換。這個(gè)膜片例如也可以保持被接合在晶片上以及有助于分離，并且特別地用作為對(duì)于最后的平面透鏡面的保護(hù)層。后者可任選地另外由薄保護(hù)層來保護(hù)。
在固體浸沒的情形下，由于成像干擾的情形，在曝光期間在最后的透鏡面的邊緣區(qū)域可以產(chǎn)生高強(qiáng)度的駐波。所以，當(dāng)晶片由于粘合偶爾不精確地放置在幾微米的某個(gè)范圍時(shí)，對(duì)于把一個(gè)結(jié)構(gòu)在晶片上重復(fù)曝光，通過使用原版而調(diào)整使它多少能被補(bǔ)償，以便防止系統(tǒng)性的結(jié)構(gòu)被燒到最后的透鏡上，是更為有利的。
以上討論的所有的示例性實(shí)施例是具有正好兩個(gè)凹面反射鏡和正好兩個(gè)中間圖像的反射折射投影物鏡，其中所有的光學(xué)單元是沿一個(gè)未折疊的直線光軸而對(duì)準(zhǔn)的。被選擇來說明本發(fā)明的優(yōu)選變例的統(tǒng)一的基本類型的投影物鏡打算幫助說明某些基本變例以及與本發(fā)明的不同的變例有關(guān)的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)。然而，在具體地用于深紫外線(DUV)范圍中的工作波長(zhǎng)的投影物鏡中由高折射率材料(例如n≥1.6或甚至n≥1.8)制成的透鏡單元的說明性使用并不限于這種投影物鏡。本發(fā)明也可以被引入到純折射投影物鏡。在這些類型中，最接近于圖像面的最后的透鏡單元常常是平凸透鏡，它例如可以按上述的、用于第一到第五實(shí)施例中的每一個(gè)的最后的光學(xué)單元LOE的法則被設(shè)計(jì)。一些例子例如在申請(qǐng)人的具有序列號(hào)10/931,051(也見WO 03/075049 A)、10/931,062(也見US 2004/0004757 A1)、10/379,809(也見US 2004/0004757A1)的、美國專利申請(qǐng)中或在WO 03/077036A中給出。這些文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此引用以供參考。
同樣地，本發(fā)明可以實(shí)施為僅具有一個(gè)凹面反射鏡的反射折射投影物鏡，或?qū)嵤樵谝粋€(gè)不同于具有兩個(gè)以上凹面反射鏡的附圖或?qū)嵤├难b置中的、具有兩個(gè)凹面反射鏡的反射折射投影物鏡。另外，本發(fā)明的使用可以與在光學(xué)設(shè)計(jì)中是否存在折疊反射鏡無關(guān)地被實(shí)施。反射折射系統(tǒng)的例子在具有序列號(hào)60/511,673、10/743,623、60/530,622、60/560,267的申請(qǐng)人的美國專利申請(qǐng)中或在US2002/0012100中描述。這些文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此引用以供參考。其它例子在US 2003/0011755 A1和相關(guān)的申請(qǐng)中顯示。
同樣地，本發(fā)明可以被實(shí)施為不具有中間圖像的、或按要求具有任何適當(dāng)數(shù)目的中間圖像的投影物鏡。
表1實(shí)施例1NA＝1.45，β＝-0.25，λ＝193.4nm
表1A非球面常數(shù)
表2實(shí)施例2(b037b)NA＝1.35，β＝-0.25，λ＝193.4nm
表2A非球面常數(shù)
表3實(shí)施例3(b037a)NA＝1.45，β＝-0.25，λ＝193.4nm
表3A非球面常數(shù)
表4實(shí)施例4NA＝1.35，β＝-0.25，λ＝193.4nm
表4A非球面常數(shù)
表5實(shí)施例5NA＝1.6，β＝-0.25，λ＝193.4nm
表5A非球面常數(shù)
權(quán)利要求
1.一種用于把在投影物鏡的物面上提供的圖案成像到適合于微光刻投影曝光機(jī)的投影物鏡的圖像面上的投影物鏡，包括對(duì)于在投影物鏡的工作波長(zhǎng)上的輻射是透明的多個(gè)光學(xué)單元；其中至少一個(gè)光學(xué)單元是由具有在工作波長(zhǎng)上的折射率n≥1.6的高折射率材料制成的高折射率光學(xué)單元。
2.按照權(quán)利要求1的投影物鏡，其中高折射率材料在工作波長(zhǎng)上具有折射率n≥1.8。
3.按照權(quán)利要求1或2的投影物鏡，其中高折射率材料是藍(lán)寶石。
4.按照權(quán)利要求1和2的投影物鏡，其中高折射率材料是二氧化鍺。
5.按照前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的投影物鏡，其中物體側(cè)數(shù)值孔徑NAObj大于0.3。
6.按照權(quán)利要求5的投影物鏡，其中與|β|≤0.25的絕對(duì)縮小率相結(jié)合的物體側(cè)數(shù)值孔徑NAObj＞0.36。
7.按照前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的投影物鏡，具有第一高折射率光學(xué)單元和至少一個(gè)第二高折射率光學(xué)單元。
8.按照權(quán)利要求7的投影物鏡，其中第一高折射率光學(xué)單元和第二高折射率光學(xué)單元的每一個(gè)由高折射率材料制成，該材料呈現(xiàn)出規(guī)定了每個(gè)光學(xué)單元的雙折射取向的雙折射，其中第一和第二高折射率單元相對(duì)于雙折射的取向不同地進(jìn)行安裝，以使得由高折射率光學(xué)單元造成的雙折射的效應(yīng)至少部分被補(bǔ)償。
9.按照前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的投影物鏡，其中投影物鏡具有最接近于圖像面的一個(gè)最后的光學(xué)單元，以及其中最后的光學(xué)單元至少部分由具有折射率n＞1.6的高折射率材料制成。
10.按照權(quán)利要求9的投影物鏡，其中最后的光學(xué)單元是由具有折射率n＞1.6的高折射率材料制成的單片平凸透鏡。
11.按照權(quán)利要求9的投影物鏡，其中最后的光學(xué)單元由沿分割交界面互相光學(xué)接觸的至少兩個(gè)光學(xué)單元組成，其中形成最后的光學(xué)單元的至少一個(gè)光學(xué)單元由具有折射率n＞1.6的高折射率材料組成。
12.按照權(quán)利要求9的投影物鏡，其中最后的光學(xué)單元由具有彎曲的進(jìn)入面和平面的出口面的一個(gè)進(jìn)入面的平凸透鏡單元和沿平面分割面與該平凸透鏡單元光學(xué)接觸的一個(gè)出口面平行平面板組成。
13.按照權(quán)利要求12的投影物鏡，其中凸平面透鏡單元由具有折射率n＞1.6的高折射率材料組成，以及其中出口面平行平面板由熔融石英組成。
14.按照權(quán)利要求12的投影物鏡，其中平凸透鏡單元由熔融石英組成以及該出口面平行平面板由具有折射率n＞1.6的高折射率材料組成。
15.按照權(quán)利要求11的投影物鏡，其中最后的光學(xué)單元被成形為平凸透鏡，以及分割面被彎曲以使得在分割面處接觸的兩個(gè)光學(xué)單元是具有類似的折射能力的透鏡部分。
16.按照前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的投影物鏡，其中投影物鏡被設(shè)計(jì)為一個(gè)參考像差而修正的浸沒物鏡，以使得在最后的光學(xué)單元與圖像面之間的圖像側(cè)工作距離由具有折射率顯著地大于1的浸沒媒體所填充。
17.按照權(quán)利要求16的投影物鏡，其中投影物鏡是適配于浸沒流體的，該浸沒流體在工作波長(zhǎng)時(shí)具有大于1.4的折射率。
18.按照權(quán)利要求17的投影物鏡，其中投影物鏡被設(shè)計(jì)為用于193nm工作波長(zhǎng)，以及其中浸沒流體是環(huán)己烷。
19.按照前述權(quán)利要求1到15的任一項(xiàng)的投影物鏡，其中投影物鏡被設(shè)計(jì)為具有約為或低于工作波長(zhǎng)的有限的圖像側(cè)工作距離的固體浸沒媒體，以使得從投影物鏡的圖像側(cè)出口面外出的消失場(chǎng)可被使用于成像。
20.按照前述權(quán)利要求1到15的任一項(xiàng)的投影物鏡，其中投影物鏡被設(shè)計(jì)用于固體浸沒光刻，其中投影物鏡的圖像側(cè)出口面與要被曝光的基片相關(guān)聯(lián)的耦合面有機(jī)械接觸。
21.按照前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的投影物鏡，其中圖像側(cè)數(shù)值孔徑NA大于1.3。
22.按照前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的投影物鏡，其中最接近于圖像面放置的光孔面被放置在最接近于圖像面的光束直徑局部最大值的區(qū)域與圖像面之間的收斂光束的區(qū)域之間。
23.具有圖像面和一個(gè)離它最遠(yuǎn)的透鏡的投影物鏡，以及從該投影物鏡出發(fā)，具有一個(gè)直達(dá)該圖像面的收斂光束，其中光孔面或系統(tǒng)孔徑被安排在所述透鏡的圖像面處至少10mm的距離。
24.用于把在位于投影物鏡的物面中的掩膜上提供的圖案成像到設(shè)置在投影物鏡的圖像面中的基片上的微光刻投影曝光方法，其中使用按照前述權(quán)利要求中的至少任一項(xiàng)的微光刻投影物鏡，以及在微光刻投影物鏡的最后的透鏡與要被曝光的基片之間引入浸沒流體。
25.按照權(quán)利要求24的方法，其中使用了在投影物鏡的工作波長(zhǎng)上具有大于1.4的折射率的浸沒流體。
26.按照權(quán)利要求25的方法，其中浸沒流體在工作波長(zhǎng)上具有大于1.5的折射率。
27.用于把在位于投影物鏡的物面中的掩膜上提供的圖案成像到設(shè)置在投影物鏡的圖像面中的基片上的微光刻投影曝光方法，其中所使用的投影物鏡圖像側(cè)的最后的光學(xué)單元被貼合或壓在要被曝光的物體上，包括以下給定序列的步驟互相相對(duì)地放置投影物鏡和要被曝光的基片；使投影物鏡的出口面和基片的耦合面接觸；相對(duì)于投影物鏡來對(duì)準(zhǔn)掩膜，以使得掩膜中想要的圖案區(qū)域被成像在一個(gè)與投影物鏡的出口面接觸的基片的目標(biāo)區(qū)域。
28.按照權(quán)利要求27的方法，其中對(duì)基片上多個(gè)并列的目標(biāo)區(qū)域重復(fù)進(jìn)行所述各步驟。
29.按照權(quán)利要求27或28的方法，其中把薄的透明膜片放置在要被曝光的基片與投影物鏡的出口面之間。
30.按照權(quán)利要求24到29的任一項(xiàng)的方法，其中使用按照權(quán)利要求1到23之一的微光刻投影物鏡。
31.用于把在位于投影物鏡的物面中的掩膜上提供的圖案成像到設(shè)置在投影物鏡的圖像面中的基片上的微光刻投影曝光方法，其中使用微光刻投影物鏡，以及在微光刻投影物鏡的最后的透鏡與要被曝光的基片之間引入浸沒流體，并且其中用環(huán)己烷作為浸沒流體。
全文摘要
一種用于把在投影物鏡的物面上提供的圖案成像到適合微光刻投影曝光機(jī)的投影物鏡的圖像面的投影物鏡，具有多個(gè)對(duì)于投影物鏡的工作波長(zhǎng)的輻射是透明的光學(xué)單元。至少一個(gè)光學(xué)單元是由具有在工作波長(zhǎng)上折射率n≥1.6的高折射率材料制成的高折射率光學(xué)單元。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1894632SQ200480037372
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者S·貝德爾, W·辛格爾 申請(qǐng)人:卡爾蔡司Smt股份公司