[发明专利]投射物镜及投射曝光机

说明书

技术领域

本发明涉及一种投射物镜，用于将布置在投射物镜的物平面中的物成像为位于投射物镜的像平面中的物镜的像。优选应用领域是用于微光刻投射曝光机的投射物镜。这种投射物镜是在投射曝光机的操作中用于将布置在其物平面中的掩模的图案成像到布置在该投射物镜的像平面中的光敏基底上的光学成像系统。

背景技术

当前主要使用微光刻投射曝光方法产生半导体组件和其他精细结构化的组件。在此情况下，使用携带或形成要被成像的结构的图案(例如半导体组件的层的线图案)的掩模(掩模母版)。掩模被定位投射曝光机中照明系统和投射物镜之间、投射物镜的物面的区域中，并借助于照明系统提供的照明辐射，在有效物场的区域中照明掩模。由掩模和图案改变的辐射作为成像光束行进通过投射物镜的成像光束路径，投射物镜将有效像场的区域中的掩模的图案成像到要被曝光的基底上，该有效像场与有效物场光学共轭。基底通常具有对投射辐射敏感的层(光刻胶)。

投射曝光机的开发的目的之一在于在基底上光刻地产生具有越来越小的尺寸的结构。例如在半导体组件的情况下，相对小的结构导致相对高的集成密度，并且这一般对所制造的微结构化的组件的性能具有有利的效果。可以产生的结构的尺寸决定性地取决于所使用的投射物镜的分辨能力，并且，一方面可以通过减小用于投射的投射辐射的波长，另一方面可以通过提高在处理中使用的投射物镜的像侧数值孔径NA，来提高分辨能力。

过去主要使用纯粹的折射投射物镜用于光刻。在纯粹的折射投射物镜的情况中，所有具有折射能力的光学元件都是透明的折射元件(透镜)。在折射系统的情况中，提高的数值孔径和减小的波长使得更难校正基本像差，例如校正色差和校正像场曲。

获得平像面和良好色差校正的一个方法在于使用折反射投射物镜，其包括具有折射能力的折射透明光学元件(即透镜)，以及具有折射能力的反射元件(弯曲的反射镜)。典型地包括至少一个凹反射镜。虽然具有正折射能力的透镜与具有负折射能力的透镜在光学系统中对总折射能力、像场曲以及色差的贡献是互相相反的，然而，如正透镜一样，凹反射镜具有正折射能力，但对像场曲的影响与正透镜相反。此外，凹反射镜不引入任何像差。

通常，投射物镜具有多个透明光学元件，尤其是正透镜和负透镜，以便甚至在使用大数据孔径的情况下也能够部分抵消关于像差的校正的要求。在微光刻领域中，折射和折反射成像系统两者通常具有十个或更多透明光学元件。

借助于支撑装置，将光学元件支撑在沿着成像光束路径的规定位置处。在用于微光刻的光学系统的领域中，已经开发了非常复杂的技术在此情况下用于支撑装置的设计，以便在不同的工作条件中通过所支撑的光学元件在成像光束路径中的精确定位来确保成像系统的高成像质量，并且以便确保尽量轻柔且无应力地支撑昂贵而敏感的光学元件。在微光刻的领域中，通常经由均匀地布置在各个光学元件周边的多个支撑元件支撑透镜和其他透明光学元件。在此情况下，光学元件具有位于成像光束路径中的光学有用区域，以及位于光学有用区域之外的边缘区域，被分配给光学元件的支撑装置的一个或多个支撑元件作用在边缘区域上接触区的区域中。制备光学元件的表面，以在光学有用区域中具备光学品质，但在边缘区域不需要达到该光学品质。光学有用区域通常也被表示为光学元件的“自由光学直径”。

已经提出了用于将光学元件固定在支撑元件上的不同的选择。专利申请US 2003/0234918A1呈现了钳夹技术的示例，在该情况中，在弹性支撑元件的边缘区域支撑光学元件，该弹性支撑元件在边缘区域中的各个接触区的区域中夹住光学元件并对所支撑的光学元件整体上允许一定的移动性(软安装)。对于其他支撑装置，支撑装置的弹性支撑元件在分别分配的接触区的区域中接合到光学元件。US 4,733,945或US 6,097,536中呈现了该接合技术的示例。

在投射物镜可能由于其光学设计或其制造而具有的本征像差之外，在服务寿命期间也可能出现像差，例如在投射曝光机的操作期间。通常导致这样的像差的原因在于由于操作期间使用的投射辐射而导致的安装在投射物镜中的光学元件的改变。例如，该投射辐射可能被投射物镜中的光学元件部分吸收，吸收的程度取决于用于光学元件的材料等，例如透镜材料，反射镜材料和/或可能提供的抗反射膜或者折射膜的特性。投射辐射的吸收可能导致光学元件的发热，并且这可能直接或间接地导致光学元件的表面变形，以及在折射元件的情况下，经由热引起的机械应力而导致折射率的改变。折射率的改变以及表面变形最终导致各个单独光学元件的成像特性的改变，并因此还导致投射物镜的成像特性整体上的改变。这些问题通常在“透镜发热”的标题下处理。