[发明专利]具有带反射涂层的反射镜元件的投影物镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有带有反射涂层的反射镜元件的光学系统，在光刻仪器中与短波长光线协同使用。

背景技术

此类型的光学系统如投影物镜可以用在用于制造半导体器件和其它类型微器件的投影曝光系统中并且用于在具有超高分辨率的光敏涂层的对象上的光掩模(或者刻线上)投影图案。

为了允许生成更精细的结构，正在进行着各种改进投影物镜分辨能力的方法。已知的是分辨能力可以通过增加投影物镜的像方数值孔径(NA)来改进。另一种方法是使用较短波长的电磁辐射。

例如，在193nm的深紫外(DUV)光刻法中，通常需要投影系统具有0.75或者更高的数值孔径以实现0.2μm或者更小的特征。在此NA处，焦深(DOF)是几十个微米。另外，制造和装配容许公差使得制造具有这个大NA的光学系统很困难。

如本领域技术人员所知，由于本征体吸收，短波长深紫外辐射(小于193nm)与很多折射透镜材料不兼容。为了减小在光学系统内的辐射吸收，可以使用反射元件来代替折射元件。已有技术的DUV系统的经常使用兼反射光和折射光的光学系统，其包括折射透镜和反射元件(反射镜)。

通过增大数值孔径来改进分辨率存在一些不足。主要的不足是焦点可达到的深度(DOF)随着数值孔径的增加而减小，其作为缺陷是因为例如考虑到构成的基板的可达到最大平面和机械允许公差，至少一微米级的焦深是理想的。可以因此得到工作在适度的数值孔径并通过来自极紫外(EUV)光谱范围的短波长电磁辐射来大大改进分辨能力的系统。在使用13.5nm的工作波长的EUV光刻情况下，在典型的1μm级的焦深处的0.1μm级的分辨率对于数值孔径NA＝0.1可以在理论上获得。

已知的是从极紫外光谱范围发射出的光线不能使用折射光学元件聚焦，因为在有关短波长处的辐射可以被已知的光学材料吸收，其对于较长的波长是透明的。具有几个凹面的和/或凸面的带有反射涂层的曲面反射镜的纯反射镜系统(反射光学系统)被用在EUV光刻系统中。所用的反射涂层通常是多层涂层，其具有例如交互的钼和硅层(薄膜)。

用在EUV光刻系统中的反射型投影物镜具有四个反射镜的，每个该反射镜具有均匀厚度层的反射涂层，在美国专利NO.5,973,826中被公开。

在美国专利NO.5,153,898中揭示了另一种EUV光刻系统。该系统具有最大值为五个的反射镜，至少其中的一个具有非球面反射表面。揭示了许多用于适合在EUV中使用的多层反射涂层的材料组合。它们的层(膜)都具有均匀厚度。

虽然具有均匀厚度的反射层相对容易沉积，但是入射在反射镜的使用区域上的射线入射角Θ变化的光学系统中，它们通常产生高反射率损失，因为层厚度被优化用于特定的入射角、或者只是很小范围的入射角。

US6,014,252公开了一种用于EUV光刻系统的光学系统，其被构造层可以通过改进光学元件反射率来提高光线通过量。光学元件被构造成具有尽可能垂直的光线入射角。可以接受的入射角范围也被最小化以保持均匀反射率并且消除渐变涂层的需要，因此均匀厚度的多层堆叠可以用在所有的反射镜上。

US5,911,858揭示了反射EUV成像系统，其具有渐变反射涂层，该涂层具有关于整个光学系统的光轴旋转对称的膜厚度梯度的特性。使用渐变反射涂层可以获得在一定入射角范围上的更均匀分布的反射强度。

US6,927,901揭示了在物平面和像平面之间具有几个成像反射镜的EUV投影物镜，其定义了一个投影物镜的光轴并且具有反射涂层。该反射镜的至少一个具有渐变反射涂层，其具有关于涂层光轴旋转对称的层厚度梯度，其中该涂层光轴是关于投影物镜的光轴离心的设置的。提供至少一个离心的、渐变、反射涂层允许设计具有高均匀视场照明和高全透射率的投影物镜。

光刻器件、或者步进器，使用两种不同的方法用于投影掩模到基板上，名义上，“步进—重复”方法和“步进—扫描”方法。在“步进—重复”方法中，基板上的大面积被顺序曝光，利用呈现在刻线上的所有图案。相关的投影光学因此具有足够大的可以将整个掩模成像在基板上的像场。基板在每次曝光后被平移并且曝光过程被重复。在步进—扫描方法中，此处优选的是，掩模上的图案通过一个可移动的狭缝被扫描到基板上，其中该掩模和狭缝同时在平行的方向内以和投影物镜放大率相同的比率被平移。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种EUV投影光学系统，其可在具有相对大的透射率的的数值孔径下操作，提供比传统系统较高的晶片生产量。