[发明专利]用于显微光刻投影曝光装置的传输光学元件和物镜

说明书

本申请按照35U.S.C.119(e)(1)要求了2004年12月9日提 交的美国临时申请No.60/634792、2005年1月21日提交的美国临时 申请No.60/646046以及2005年9月9日提交的美国临时申请No. 60/715813的权益。

2004年12月9日提交的美国临时申请634792、2005年1月21 日提交的美国临时申请No.60/646046以及2005年9月9日提交的美 国临时申请No.60/715813的公开内容被认为是本申请的公开内容的 一部分并且通过引用结合到本申请的公开内容中。

技术领域

本发明涉及适于在显微光刻术的投影曝光装置的物镜中使用的 传输光学元件以及显微光刻术的投影曝光装置中的物镜。本发明特 别涉及具有至少一个光学元件的物镜。

背景技术

显微光刻术的投影曝光装置用来产生半导体设备和其它精密结 构部件、如集成电路或LCD。这样的投影曝光装置不仅包括用于光 掩膜或分度线照明的光源和照明系统，还包括投影物镜，它将分度 线图案投影到光敏衬底(如已被涂上光刻胶的硅片)上。

迄今为止，特别是如下三种方法已被接受以产生数量级小于100 nm的更小结构：首先，试图将投影物镜的像侧数值孔径NA扩大到 更大的范围。其次，照明光的波长更进一步被减小，最好是小于250nm 的波长(例如248nm、193nm、157nm或甚至更小)。最后，进一 步的测量用来增强分辨率，如相移掩模、多极照明或倾斜照明。

另一种增加分辨能力的方法基于将浸液引入到中间空间的想 法，它保持在投影物镜像侧上的最近光学元件特别是透镜和待曝光 的光刻胶或另一光敏层之间。该技术被称为浸入式光刻术。设计用 于浸液操作的投影物镜也因此被称为浸液物镜。

浸入式光刻术的优势源于浸液相对真空的较高的折射率容许照 明波长被减小到有效照明波长的事实。这导致分辨率和焦深的增加。

当使用高折射率的浸液时，进入光刻胶的入射角的相当大的增 加相比没有浸液的系统是可能的。这容许了更大于1.0的数值孔径 (NA)值。然而为了容许高折射率浸液的优势的最大利用，与浸液 接触的最近光学元件有必要也具有高折射率。在该情况下，“高” 意味着在给定工作波长下折射率的值相当大，即比石英多10％(在 λ＝193nm时n≈1.56)。

对波长小于250nm下的显微光刻术的投影曝光装置的物镜中的 光学元件，迄今为止单晶材料如氟化钙(CaF₂)或石英玻璃被用作 材料。然而石英玻璃不仅具有波长193nm下的较低的折射率1.56， 还具有这样的缺点，当UV辐射负载高时局部密度改变发生，它导致 成像质量的退化。

当使用单晶材料如CaF₂时，归因于UV辐射的局部密度改变问 题并不发生。然而193nm波长下的CaF₂折射率仅1.5016。此外，在 CaF₂中固有双折射效应在该波长范围中变得显著并在较小工作波长 如157nm下达到更大的程度。由固有双折射引起的折射率和入射光 的极化状态之间的关系限制了利用这些材料产生的投影物镜的成像 质量。复杂补偿测量如结合不同双折射透镜材料或晶体取向的特定 物镜设计因此被要求，目的是确保此类投影物镜的适当的成像质量。

进一步可用于显微光刻术的投影物镜中的晶体材料如氟化锂 (LiF)、氟化钡(BaF₂)、氟化钾(KCl)、氟化钠(NaCl)或蓝 宝石(Al₂O₃)在J.Optics(巴黎)1984的第15卷4号281-285页的 G.Roblin的“在UV中光化还原物镜的设计引发的问题”文章中提及。