CN1881091A - 离轴投影光学***及使用该***的超紫外线光刻装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种离轴投影光学***，其包括离轴设置的第一和第二反射镜。第一反射镜弯曲部分的切向和径向半径分别为R_1t和R_1s。第二反射镜弯曲部分的切向和径向半径分别为R_2t和R_2s。从物点到第一反射镜10的光束入射角为i₁，从第一反射镜10反射到第二反射镜30的光束入射角为i₂。数值R_1t、R_1s、R_2t、R_2s、i₁和i₂可以满足下面的等式：R_1tcosi₁＝R_2tcosi₂，R_1s＝R_1tcos²i₁，R_2s＝R_2tcos²i₂。

Description

离轴投影光学***及使用该***的超紫外线光刻装置

技术领域

本发明示例性实施例涉及离轴投影光学***及使用该***的超紫外线(EUV)光刻装置。

背景技术

在半导体生产过程中的光刻处理中，用于实现直接写入分辨率低于100nm的曝光技术需要使用EUV带内的曝光波长。在EUV光刻技术中，可以使用小于100nm的非常短的波长，例如约13.5nm的波长的超紫外光。

因为大多材料都吸收EUV带中的光，所以很难和/或不可能使用针对EUV光的光学折射装置。因而，使用EUV光的曝光技术需要反射掩模。为使EUV光由反射掩模反射以向晶片传输，使用和/或需要具有多个反射镜的传统投影光学***。EUV光照向安装于一腔内的反射掩模。由投影光学***的多个反射镜反射后，从反射掩模反射的EUV光入射到晶片上，由此在晶片上形成与掩模对应的图案。

如上所述，传统的EUV光刻法使用和/或需要具有多个反射镜的投影光学***。

图1示意性示出了传统同轴投影光学***，其可以用于进行传统EUV光刻处理的曝光装置中。

参照图1，由EUV光源辐射到掩模1上的EUV光4被掩模1反射，然后入射到曝光装置2上。

曝光装置2包括第一和第二镜3和5，其用于将EUV光4向设置有晶片6的成像平面反射。在第一和第二镜3和5的中心分别形成有EUV光4可以穿过的第一和第二中心孔3a和5a。第二镜5靠近掩模1设置，而第一镜3相对远离掩模1设置。

经掩模1反射并在穿过形成在第二反射镜5中的第二中心孔5a后入射到第二反射镜5上的EUV光4是发散的。入射到第一反射镜3上的EUV光4可以反射到第二反射镜5，第二反射镜5可以反射EUV光4形成汇聚光束。然后，EUV光4在穿过形成在第一反射镜3中的第一中心孔3a后照射到位于像平面上的晶片6上。

在传统的同轴投影光学***中，由于在第一和第二反射镜3和5中分别形成中心孔3a和5a，所以可能存在通过第一和第二反射镜3和5的第一和第二中心孔3a和5a直接从掩模1传输到晶片6的散射光4’。

所以，使用典型同轴投影光学***的传统曝光装置2需要遮光部件7。遮光部件7的一个例子如图2所示。遮光部件可以降低和/或防止散射光直接传输到晶片6。遮光部件7可以设置在第一和第二反射镜3和5之间的位置，以阻挡EUV光4的中心部分。即，遮光部件7可以阻挡部分或者全部通过第二反射镜5上的中心孔5a向第一中心孔3a传输的散射光4’。

遮光部件7可以由一窄条形支持件8支持，从而使遮光部件7阻挡EUV光4的中心部分。例如参照图2，支持遮光部件7的支持件8可以是十字形的。

传统同轴投影光学***的缺点是阻挡散射光4’的遮光部件7是必须的。而且例如，遮光部件7可以引起衍射、散射和闪耀。

发明内容

本发明的示例性实施例提供了一种离轴投影光学***，其中不需要可能引发多种问题的遮光部件。根据本发明的一个实施例的EUV光刻装置可以使用离轴投影光学***。

本发明的一个示例性实施例提供了一种离轴投影光学***。该离轴投影光学***可以包括：离轴设置的第一和第二反射镜。第一反射镜弯曲部分的切向和径向半径分别为R_1t和R_1s。第二反射镜弯曲部分的切向和径向半径分别为R_2t和R_2s。从物点到第一反射镜10的光束入射角为i₁，从第一反射镜10反射到第二反射镜30的光束入射角为i₂。数值R_1t、R_1s、R_2t、R_2s、i₁和i₂满足下面的等式：

R_1tcosi₁＝R_2tcosi₂

R_1s＝R_1tcos²i₁

R_2s＝R_2tcos²i₂

根据本申请的一个示例性实施例，第一反射镜可以是凸面反射镜，第二反射镜可以是凹面反射镜。

根据本申请的一个示例性实施例，第一和第二反射镜每个都可以是非球面反射镜。

根据本申请的一个示例性实施例，第一和第二反射镜每个都可以是双侧对称的。

本发明的一个示例性实施例提供了一种光刻装置。该光刻装置通过使用具有一个或多个上述特征的离轴投影光学***，可以将带有掩模图案信息的光束照射到晶片上。

根据本发明的一个示例性实施例，该光束可以为EUV光束。

根据本发明的一个示例性实施例，该掩模为反射掩模。

本发明的一个示例性实施例提供一种离轴投影光学***。该离轴投影光学***可以包括用于反射EUV光束的第一反射镜和用于反射EUV光束的第二反射镜。该第一和第二反射镜可以离轴设置并构造成减小第三级象差。

本发明的一个示例性实施例提供一种光刻装置。该光刻装置包括离轴投影光学***，该离轴投影光学***包括用于反射EUV光束的第一反射镜和用于反射EUV光束的第二反射镜。该第一和第二反射镜离轴设置并构造成减小第三级象差。根据本发明的示例性实施例，光刻装置不包括遮光部件。

附图说明

通过参照附图详细说明本发明的示例性实施例，将清楚体现本发明的上述特点及优点，其中：

图1是在EUV曝光装置使用的用于执行光刻处理的传统同轴投影光学***的结构示意图；

图2是在图1所示的使用同轴投影光学***的曝光装置中使用的遮光部件的示意图；

图3是根据本发明一示例性实施例的离轴投影光学***的透视图；

图4是图3所示的离轴投影光学***的侧视图；

图5是图解斑点图的视图，所述斑点图通过本发明一示例性实施例的离轴投影光学***形成在表3所列每个场位置处的象平面上或设置在象平面上的晶片上；以及

图6是包括根据本发明一示例性实施例的离轴投影光学***的EUV光刻装置的侧视图。

具体实施方式

在此公开了本发明的具体实施例。但是在此公开的特定结构和功能细节仅是出于描述本发明实施例的目的。但是，本发明可以许多其他替换方式实施，不应解释为仅限定于在此提出的实施例。

应理解到，虽然文中用第一、第二等词语描述不同的部件，但这些部件不应受这些词语限制。这些词语仅用于将一个部件与另一部件区别开来。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一部件可以称作第二部件，同样第二部件也可以称作第一部件。如文中使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任一和全部的组合。

文中使用的术语只是为了描述特别实施例而不是限制本发明的实施例。如文中使用的，单数形式的“一”和“该”也意图包括多数形式，除非上下文清楚指定其他方式。还应理解到，术语“包含”(comprises、comprising)和/或“包括”(includes、including)，当在文中使用时，表示存在规定的特征、整体(integers)、步骤、操作、元件、组件和/或其组合，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体(integers)、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

除非有其他限制，文中使用的所有术语(包括科技术语)都具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解相同的含义。还要理解到，如常用辞典中定义的术语应解释为具有的含义与有关技术领域文献中含义相一致，但不解释为理想化或极端形式的意义，除非文中特别限定如此。

图3是根据本发明一示例性实施例的离轴投影光学***的透视图，图4是图3所示的离轴投影光学***的侧视图。

参照图3和图4，根据本发明实施例的该离轴投影装置可以包括：一对第一和第二反射镜10和30，其用于将入射光导向象平面。第一和第二反射镜10和30的光轴离轴设置。根据本发明实施例的该离轴投影光学***可以包括一对或多对第一和第二反射镜10和30。根据本发明的实施例，形成的第一和第二反射镜10和30满足下面的等式1。

第一反射镜10可以为一凸面镜，第二反射镜30可以为一凹面镜。此外，第一和第二反射镜10和30之一或两个可以是非球面反射镜。第一和第二反射镜10和30中的每个可以是关于中心点(如顶点)双侧对称的。

第一和第二反射镜10和30可以满足下面的等式1。也就是说，参照图3和图4，如果第一反射镜10弯曲部分的切向和径向半径分别为R_1t和R_1s；第二反射镜30弯曲部分的切向和径向半径分别为R_2t和R_2s；从物点O到第一反射镜10的光束入射角为i₁，从第一反射镜10反射到第二反射镜30的光束入射角为i₂；第一和第二反射镜10和30满足等式1：

R_1tcosi₁＝R_2tcosi₂

R_1s＝R₁tcos²i₁                       (1)

R_2s＝R_2tcos²i₂

如果第一和第二反射镜10和30设计为满足等式1，则可以减小和/或最小化第三级象差。第三级象差是Seidel五种象差之一，包括球形象差，彗形象差，像散，场弯曲(field curvature)和畸变。

在上述根据本发明实施例的离轴投影光学***中，第一和第二反射镜10和30可以表示为下面等式2的第十级多项式：

$z=\underset{n=2}{\overset{10}{\∑}}\underset{m=0}{\overset{m\≤n/2}{\∑}}{a}_{n,2m}{x}^{2m}{y}^{n-2m}---\left(2\right)$

其中，z是距顶点(例如，入射到反射镜的光束中心的位置)的高度，a_n，2m是多项式系数，x是沿平行于径向平面的轴距顶点的距离，y是沿切向平面的轴的顶点的距离。

当相对第一反射镜10的光束入射角i₁为15.257660°，相对第二反射镜30的光束入射角i₂为-4.434095°时，下表1和2图解了由等式2的多项表达式表示的并满足等式1的第一和第二反射镜10和30的多项式系数的例子：

表1

x2：1.2401E-03y3：1.4662E-06y4：2.1696E-08y5：6.3745E-11x2y4：1.8126E-12

y2：1.0988E-03x4：2.4522E-08x4y：7.9299E-11x6：6.2187E-13y6：5.8342E-13

x2y：1.6185E-06x2y2：4.6152E-08x2y3：1.3869E-10x4y2：1.8613E-12x6y：-1.0996E-14

x4y3：6.9177E-15x8：4.0817E-17x2y6：1.1891E-16x6y3：-1.2891E-17y9：96114E-19

x2y5：-4.6916E-15x6y2：1.2177E-16y8：2.7415E-17x4y5：1.2685E-17

y7：-5.8437E-16x4y4：1.6695E-16x8y：1.1644E-17x2y7：5.6045E-18

表2

x2：1.1850E-03y3：-3.1629E-08y4：1.7524E-09y5：-1.7128E-13x2y4：1.6304E-14x4y3：-3.4107E-18x8：2.1875E-20x2y6：8.9096E-20x6y3：-1.7370E-22y9：4.1187E-24x6y4：1.4960E-24y10：6.1892E-26

y2：1.1735E-03x4：1.7091E-09x4y：-1.7400E-13x6：5.5346E-15y6：5.3790E-15x2y5：-5.1155E-18x6y2：8.9416E-20y8：2.2130E-20x4y5：9.1255E-23x10：1.0216E-25x4y6：5.8667E-25

x2y：-3.2669E-08x2y2：3.5427E-09x2y3：-3.5141E-13x4y2：1.6455E-14x6y：-2.7616E-18y7：-1.5540E-18x4y4：1.2709E-19x8y：9.5593E-23x2y7：3.5377E-23x8y2：1.8425E-25x2y8：2.8987E-25

如果第一和第二反射镜10和30使用上述数据设计，则辐射到象平面，例如晶片上的EUV光的RMS波阵面误差如下面表3所示。

表3

位置		焦点RMS(波阵面误差)
			XY	0.000.00	0.0029
XY	0.001.00	0.0467
			XY	0.00-1.00	0.0461

XY	1.000.00	0.0352
			XY	-1.000.00	0.0352

表3中，X和Y分别表示相对于象平面的中心，如晶片的中心沿水平轴和垂直轴的位置，X＝1或X＝-1和Y＝1或Y＝-1对应于距晶片中心的距离为0.6mm的点。

焦点RMS，即RMS波阵面误差值以相对13.5nm的波长λ的方式表示。如果RMS波阵面误差值低于0.1λ，则像的大小会小于衍射极限。表3中，当第一和第二反射镜10和30使用表1和2中的数据设计时，RMS波阵面误差值小于0.1λ(例如，当波长为13.5nm时，波阵面误差值约为1.35nm)，因此满足衍射极限条件。

从表3的结果，可以看出根据本发明实施例的离轴投影光学***可以实现如0.6mm×0.6mm足够大的场尺寸。也就是说，由于根据本发明实施例的离轴投影光学***具有足够小的第三级象差，所以可以实现足够大的场尺寸。

图5是图解斑点图的视图，所述斑点图通过本发明一示例性实施例的离轴投影光学***形成在表3所列每个场位置处的象平面上或设置在象平面上的晶片上。图5中，标尺(scale bar)的尺寸为30nm。与标尺相比，图5显示出所示光斑在0.6mm×0.6mm场区域内小于20nm。

这里，衍射极限为约30nm。从表3和图5的结果中，可以看出光斑可以聚焦到小于20nm的区域，其小于距晶片中心的X＝0.6mm，Y＝0.6mm处的光照强度衍射极限。

与传统的同轴投影衍射***不同，由于根据本发明实施例的离轴投影光学***中不产生直接传输到象平面的散射光，因而不使用和/或不需要遮光部件，像衍射、散光和闪耀这样问题可以减小和/或消除。

虽然本发明的投影光学***具有离轴结构，但由于可减小和/或最小化通常失常的第三级象差(如，Seidel象差)，所以可以实现足够大的，例如0.6mm×0.6mm的场尺寸。

图6为使用图3和4的离轴投影光学***将具有掩模图案信息的光照射到晶片上的EUV光刻装置的侧视图。

参照图3、4和6，具有图案的反射掩模50可设置于物平面上，晶片70设置于像平面上。照射到反射掩模50的EUV光束可由反射掩模50反射到第一反射镜10。然后由第一反射镜10反射的EUV光入射到第二反射镜30上。然后，该EUV光由第二反射镜30反射并聚焦到晶片70上，该晶片可设置于象平面上，从而形成对应于反射掩模50上形成的图案的图案。

在根据本发明实施例的离轴投影光学***中使用的反射镜数目可以至少为两个。但是，考虑到EUV光刻装置中使用/或需要的反射掩模与晶片的安装位置和方位，可以在根据本发明实施例的离轴投影光学***中使用一个或多个额外的反射镜。

如上所述，虽然本发明实施例的离轴投影光学***可以应用于EUV光刻装置，但本发明不限制为EUV光刻装置。也就是说，根据本发明实施例的离轴投影光学装置可以应用于多种光学装置中。

与传统的轴上(on-axis)投影光学***不同，由于在根据本发明实施例的离轴投影光学***中可以克服和/或消除直接传输到象平面上的迷光(stray light)，所以不需要遮光部件。

而且，虽然根据本发明实施例的投影光学***具有离轴结构，但可以减小和/或最小化通常失常的第三级象差(如Seidel象差)，所以可实现足够大的场尺寸。

虽然特别参照本发明实施例展示和描述了本发明，但本领域普通技术人员要理解到在不背离本发明精神和范围的情况下，可以对其在形式和细节上进行各种变化。

本申请要求2005年6月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2005-0052727号的优先权，其全部内容结合作为参考。

Claims (11)

1、一种离轴投影光学***，包括：

离轴设置的第一和第二反射镜，其中如果

第一反射镜弯曲部分的切向和径向半径分别为R_1t和R_1s；

第二反射镜弯曲部分的切向和径向半径分别为R_2t和R_2s；

从物点到第一反射镜的光束入射角为i₁；

从第一反射镜反射到第二反射镜的光束入射角为i₂，则满足下面的等式：

R_1t cosi₁＝R_2t cosi₂

R_1s＝R_1t cos²i₁

R_2s＝R_2t cos²i₂

2、如权利要求1所述的离轴投影光学***，其中：第一反射镜为凸面镜，第二反射镜为凹面镜。

3、如权利要求2所述的离轴投影光学***，其中：每个第一和第二反射镜均为非球面镜。

4、如权利要求1所述的离轴投影光学***，其中：每个第一和第二反射镜均为非球面镜。

5、如权利要求1至4任意一个所述的离轴投影光学***，其中：每个第一和第二反射镜均为双侧对称。

6、一种光刻装置，其通过使用如权利要求1至4任意一个所述的离轴投影光学***将具有掩模图案的光束照射到晶片上。

7、如权利要求6所述的光刻装置，其中：每个第一和第二反射镜均为双侧对称。

8、如权利要求6所述的光刻装置，其中：所述光束为超紫外线即EUV光束。

9、如权利要求8所述的光刻装置，其中：所述掩模为反射掩模。

10、一种离轴投影光学***，包括：

用于反射超紫外即EUV光的第一反射镜；以及

用于反射EUV光的第二反射镜，其中

第一和第二反射镜离轴设置并构造成减少第三级象差。

11、一种光刻装置，包括：

如权利要求10所述的离轴投影光学***，其中

光刻装置不包括遮光部件。

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