微光刻的投射物镜、具有所述投射物镜的微光刻投射曝光装置、部件的微光刻制造方法以...的制作方法

专利名称：微光刻的投射物镜、具有所述投射物镜的微光刻投射曝光装置、部件的微光刻制造方法以 ...的制作方法
微光刻的投射物镜、具有所述投射物镜的微光刻投射曝光装置、部件的微光
刻制造方法以及使用该方法制造的部件
本发明涉及微光刻应用的投射物镜。进一步，本发明还扩展到具有依照 本发明的投射物镜的光刻投射曝光装置。本发明的范围进一步包括用于制造 部件的微光刻制造方法。最后，本发明涉及根据所述制造方法制造的部件。
用于半导体元件和其它精细结构部件的微光刻生产的投射曝光装置的
性能本质上是由投射物镜的成像特性确定的。在WO 2004/019128 A2、 US 2005/0190435 Al、 WO 2006/133801和US 2007/0024960中可以找到有关将 掩模的图像成像到曝光场中的投射曝光装置的投射物镜的设计示例。这些参 考文件主要涉及浸没光刻的投射物镜的设计，如该技术所称的，其中浸没液
体存在于最后的光学元件和位于曝光场的场平面中的晶片之间。wo
2004/019128 A2、 US 2005/0190435 Al 、 WO 2006/133801和US 2007/0024960
的主题，包括权利要求书，通过引用整体合并在本申请的内容中。此外，还 有所谓EUV (极紫外)光刻中应用的投射曝光装置的投射物镜的设计，其 工作在小于100 nm的工作波长且因此不能够使用透镜作为光学部件，参看 US 2004/0051857 Al。
如通常所理解的术语"成像特性"除包含点到点的成像特性外，还包含诸 如由投射物镜所贡献的杂散光(下面，称之为杂散光成分)的数量的成像特 性类型，因为图像的对比度受其影响。
物镜的杂散光成分具有不同的原因，这些原因描述在HeinzHaferkom, "Optik; Physikalisch-technische Gmndlagen und Anwendungen"(光学，物理和 4支术理i仑及应用)，Fourth Revised and Expanded Edition; Verlag WileY-VCH， Weinheim;页690-694。 一方面，存在由光在透明光学材料内的不均匀处的 散射所导致的杂散光类型，以及另一方面，存在由光在光学元件的表面的不 规则处的散射所导致的杂散光类型。除了杂散光的这两种主成因外，也有副 成因，诸如双反射、发生在部分安装架装置的散射、发生在孔径光阑的边界 处以及壁上的散射、或由不期望的灰尘颗粒所导致的散射。前述杂散光的副 成因在上述文献中在被处理为术语"错光"。杂散光的副成因可以通过设计、安装架(mount)以及孔径光阑的仔细的布局；以及通过增加安装架的清洁 度和黑度、和通过所谓抗反射涂层的有效发展来极大的减少。在经典的玻璃 熔体中(玻璃熔体在这里也包括微光刻中所使用的投射物镜的石英玻璃)， 透明光学材料内部的不均匀性可以是小的内含颗粒、折射率的微小变化、气 泡和擦痕(striation )。新型光学材料、尤其浸没光刻中所使用的投射物镜的 新型光学材料，是由在其间存在有不同尺寸的中空空间的不同尺寸的大量单 独晶体构成的多晶材料，该中空空间下文中也称之为气泡(参看WO 2006/061225 Al ),通过引用将WO 2006/061225 Al的主题，包括权利要求 书，整体合并到本专利申请中。在多晶材料中，不仅气泡形式的不均匀性是 杂散光的原因，单独的小晶体形式的基底材料本身也导致杂散光。这使得新 材料区别于经典材料，由于后者的基底材料本身除非折射率的小的变化外不 导致杂散光。这点以及在新材料中存在比经典材料显著多的气泡的事实是由
因。此外，许多新型材料由双折射的晶体组成，且通过该材料的光线因此由 于不同的晶体取向而经历很多折射率的变化，从而由于折射率变化本身再次 产生杂散光，如上述。很多折射率变化因而具有以下的效应新型材料本身 很难具有双折射效应，尽管其由很多双折射材料的小晶体组成。
直径D依照三个不同的情形来对待
陽D相比X较小的情况可以:故称为瑞利(Rayleigh)散射； -如果D大约和X—样大，则其称为米(Mie)散射，以及 -如果D显著大于X，则其称作几何散射。
在这三个情形中的每一个中，使用不同的模型以便描述光的弹性散射。 在经典材料中，主要产生米(Mie)散射和几何散射。在新型材料中，由于 晶体之间大量的气泡可以非常小且大量的单独晶体可以非常大，作为散射
源，所以不能忽略上述散射类型中的任一。
基于下述假设通过光栅的衍射理论描述波长X的光在表面不规则处发 生的弹性散射光栅的高度等于不规则偏离理想表面的高度变化的均方值， 且光栅的栅格周期对应于不规则平均局部起伏波长。不规则距理想表面的高 度变化的均方值也称作为表面粗糙度的RMS值(均方根值)。 当表征投射物镜的可测量品质时，投射物镜的测量的杂散光成分归因的分析是不可能先验的。然而，通过其能够表征杂散光的可测量特性基于进入
阴影范围的不同横向穿透(参看WO 2005/015313和其中引用的参考文献)。 在传统测量方法的范围内，该特性是通过利用具有不同横向直径的暗区域的 适当的测试掩模来测试的。在由该投射物镜产生的这样的掩模图像中，在单 独的暗区域的各个图像的阴影范围的中心处，检查在投射物镜的场中有多大 的杂散光部分。在投射物镜的场平面中测量的关于单独的暗区域的图像的像 侧直径典型地为10拜、30拜、60拜、200,、 400jxm、 1 mm和2 mm。 在不同的场点处执行这样的测量，从而获得在投射物镜的曝光场上的杂散光 成分的分布。
仍能够到达大于400 pm直径的阴影范围的中心的杂散光具有大于200 (im的范围且被称作为长范围杂散光，而到达小于200 pm的阴影范围的中心 的杂散光指的是短范围或中间范围杂散光。然而，所述术语之间的转换是可 改变的，从而对于阴影范围直径的500 pm的量可以同样担当作长范围或短/ 中间范围杂散光的术语之间的分界线。
还应当注意到，作为借助于传感器测量杂散光的替换，杂散光还能够通 过光刻胶的曝光方法来测量，即，所谓Kirk检测。在该检测的第一步骤中， 操作者确定完全曝光光刻胶所需的剂量(所谓清澈剂量(clearing dose ) De )， 以及在第二步骤中，操作者确定不同尺寸的正方形结构过曝光所需要的剂量 Ds,从而它们在光刻胶中的图像完全消失。De和Ds之间的比现在表示所检 查的正方形结构的相对的杂散光成分的测量。
如这里所使用术语的投射物镜的杂散光成分的意思是相对于投射物镜 的有用光的投射物镜的全部杂散光成分，其作为不期望的有害光整体存在于 图像的投射中。
杂散光成分在图像上或在曝光场上的不同的变化。杂散光成分或者各个杂散 光成分的变化的该差异，导致投射物镜的对比度特性的差异。应当注意在本
物镜高的杂散光成分和高的杂散光成分变化。相似地，由于镜表面的表面粗 糙度产生的杂散光是将由对应的在空气中具有大约1.5的折射率的透镜的表 面粗糙度产生的杂散光的大约16倍的事实，EUV微光刻的投射物镜将具有 相对于与当前投射物镜的增加的杂散光成分。这没有考虑到可能来自EUV光刻中所使用的所谓多层涂层的貢献。
因此，本发明的一目的在于以确定的方式适配投射物镜的对比度特性。
根据本发明的一方面，利用观察结论在曝光场上的杂散光成分的变化
根据本发明的另一方面，利用观察结论各个杂散光成分之间的差异、 或者不同的投射物镜的曝光场上的各个杂散光成分的变化之间的差异对半 导体部件的制造导致的问题，与在投射物镜之间在生产工序的转换中的大的
杂散光成分或在投射物镜之一的曝光场上的杂散光成分的大的变化由其自 身对半导体部件的制造导致的问题相比，其更大。
根据本发明，该任务由一种投射物镜来解决，在该投射物镜中在曝光场 上亏J入具有非恒定的分布的附加的杂散光成分，或者该装置被提供于投射物
镜中，以将在曝光场上具有非恒定分布的附加的杂散光成分引入到场平面的 曝光场中。在本文中，在曝光场上具有非恒定分布的附加的杂散光成分的特 性可以被理解为 一种附加的杂散光成分的分布，其中对于曝光场中的至少两 个任意点，在附加的杂散光成分中相对于有用光部分存在^0.02%的差异。因 此，使得投射物镜可以用于微光刻，用于将掩模平面的图像投射到场平面中 以及在场平面中具有曝光场，其特征在于除了投射物镜已有的杂散光成分 之外，引入在曝光场上具有非恒定分布的附加的杂散光成分，并且/或者该投 射物镜包括装置，由此除了投射物镜已有的杂散光成分之外，将在曝光场上 具有非恒定分布的附加的杂散光成分引入到曝光场中。通过采取该4晉施'可 以减少在曝光场上的杂散光成分的变化。
根据本发明，进一步认识到，如果在曝光场的边界区域中的杂散光成分 与曝光场的中心区域相比是增加的，则对任何光学体而言是有意义的，以便 使得溯源来自有用光的均匀光流的、在曝光场上均匀杂散光成分的分布，即 使有用光的均匀光流仅发生在部分的光学体。这意味着光学体由均匀材料组 成且具有均匀修整表面的先决条件，光学体例如投射物镜的一个透镜或多个 透镜。尤其在浸没光刻的浸没物镜中，其中直接在该场之前的最后透镜的屈 光率是很正的，该弯曲很大的透镜单独具有这样的效应对于经过边界区域 的光线相比流经中心区域的光线而言，光线流经材料的路径长度有几个百分 比的差异，这导致杂散光成分附加的变化，在曝光场的中心区域中具有增加 的比例且在边界区域中具有降低的比例。如果使用强扩散性的材料，则该效应进一步增加。
对靠近该场的至少一个光学元件(这里也称作为近场元件)的至少一个 表面的修整处理体现了一种简单且有成本效率方法以在投射物镜中引入在 曝光场上具有非恒定分布的附加的杂散光成分。修整处理也可以施加到一些 近场表面，使得总附加杂散光成分等于由各个表面贡献的杂散光成分的和。 该附加的表面粗糙度在几个表面上的该分布是有利的，如果其通过对该表面 或其部分省略最后的抛光步骤能够简单地实现产生各个表面的粗糙度值的 话。在本文中，靠近场(或近场)意味着靠近中间像而不是靠近曝光场的表 面也能够选择进行修整处理。如果这些表面就其几何形状而言更容易被加 工，或者如果基于它们对图像误差的光学敏感度，它们比直接在曝光场之前 的最后光学元件更容易地安装或卸载，则这是特别有利的。具体地，基于这 点，平面平行板作为光学元件是优选的，因为平面平行板能够允许的机械位 置容差比透镜或镜大得多。平面平行板具有附加的优点在于，其还能够设计
作为可容易互换的元件且因此能够提供如下的可能性当系统在操作中时， 在稍后时刻，能够依照用户规格来替换或再加工或者改变该元件。
在光学使用区域的边缘增加表面粗糙度，是一种在曝光场中产生附加杂散光 成分的最简单的方式，该附加杂散光成分在曝光场上具有分布，且附加的杂 散光成分在曝光场的边界区域中比中心区域中更强。根据本发明，由此产生 附加杂散光成分，其以理想的方式补偿投射物镜的除此之外已有的杂散光成分。
导致近场表面光学使用区域的边缘的表面粗糙度和中心的表面粗糙度 的各个RMS值之间的差异大于0.5 nm的表面粗糙度调整，对应于在例如193 nm工作波长，对于曝光场中的有用光的大约0.02%比例的附加的杂散光成 分。0.5 nm的差异表示对于校正曝光场中的杂散光成分有意义的值的大致下 限值。根据本发明，通过引入在曝光场上具有非恒定分布的附加的杂散光成 分，对于从边界到中心的表面粗糙度的所述差异的大于2nm的RMS值胜任 校正当前微光刻的投射物镜的任务，投射物镜在曝光场上的杂散光成分的变 化在例如193 nm工作波长是相对于有用光的0.2%。
具体地，在浸没光刻的浸没物镜中，其中直接在场之前的最后透镜的屈 光率是很正的，如前所提及，曝光场上从边界区域到中心区域的杂散光成分的变化强，在该情形，通过使用从边界到中心的RMS表面粗糙度的较大差 值来补偿该变化是有意义的。此外，如果在该类型的布置中对于最后透镜使
用强扩散材料，则需要另外增加RMS表面粗糙度的差异值。
根据由 一般多项式函数的根表示的函数，作为距离中心的横向距离的函 数的表面粗糙度的分布提供使得编程抛光机器(具体地为抛光机器人)容易 的优点，在一般多项式函数中横向距离是自变量，因为所使用的函数系是该 机器固有的或是所熟悉的。该类别中最简单且最快速的函数允许以最简单且 最快速的可能方式完成表面边界的RMS粗糙度值的增加，该函数是距中心 的横向距离的线性或二次函数。
1 mm和10 (im之间的表面粗糙度的局部起伏的波长范围的优点在于， 其保持所谓场外杂散光成分的量小。场外杂散光成分是达到曝光场外到可能 导致光的不期望照射的区域中的杂散光。权利要求11中所阐述1 mm和10 mm之间的起伏波长的局部范围的优点在于，其不仅影响杂散光成分，也影 响场点的成像波前，从而利用该局部波长范围可能获得任意场点的波前的同 时校正。如上所述，在本申请的范围内，表面粗糙度或不规则的局部波长范 围被理解为意味着沿光学元件表面的不规则的横向栅格周期的范围。
光传播方向的投射物镜的最后光学元件与场平面之间的场孔径光阑具
有防止附加引入的杂散光成分进入曝光场外的区域从而导致这些区域不期 望的照射的任务。
场孔径光阑与场孔径光阑的平面中的光学使用区域之间的小于1 mm的 尤其小于0.2 mm的横向尺寸容限，表示由于在制造工艺中所需较高精度而 导致高成本的过度紧(overly tight)容限与导致曝光场外太多不期望的杂散 光成分的过度大容限之间的有利折衷。
最后透镜的上表面，即，最后光学元件面向物的表面，有利地适于借助 表面粗糙度引入杂散光成分，因为一方面该表面如此接近曝光场，使得借助 于上表面上的表面粗糙度的分布，能够在曝光场中产生杂散光成分的分布， 并且因为另一方面上侧上各个场点的子孔径仍足够宽，以致修整上表面的小 不规则不影响各个场点的像。具体地，在浸没光刻的投射物镜中，因为由于 透镜和浸没液体的折射率的小差异，从而下表面的修整或再加工将导致大的 表面粗糙度值，而这将对投射物镜的成像特性或者扫描期间浸没液体的动力 学产生负面影响，所以最后光学元件的上表面的修整尤其重要。浸没光刻的投射物镜中，最后光学元件和晶片之间的设计距离过窄以不 允许使用机械光阑。因而，遮挡最后光学元件的下表面的构思几乎是浸没系 统中唯一可能实现防止附加引入的杂散光成分进入曝光场外的区域且导致 这些区域不期望的照射的场孔径光阑的方法。这种通过表面涂层实现的遮挡 类型是有成本效率的。
场孔径光阑的平面中的遮挡与光学4吏用区域之间的小于0.5 mm尤其小 于0.1 mm的尺度容限表示由于尤其对于涂敷工具所需要的高的制造精度而 导致高成本的过度紧的容限与导致曝光场外太多不期望的杂散光成分的过 度大的容限之间的有利折衷。
引入附加杂散光成分的发明构思对具有多晶材料的光学元件的投射物 镜是非常有利的，因为相比当前使用的投射物镜中的情况，这些投射物镜中 的多晶材料导致场上杂散光成分的较强变化。
在具有由氟化物、n族氧化物、in族氧化物、稀土氧化物、红宝石或尖 晶石制成的光学元件的投射物镜中引入附加杂散光成分的发明构思导致附 加分布部分的补偿，晶体和晶体之间的气泡对曝光场中的杂散光成分的分布
做出贡献。
在具有由很多双折射晶体组成的多晶材料的光学元件的投射物镜中引 入附加杂散光成分的发明构思，导致附加分布部分的补偿，由晶体的不同取 向引起产生的很多折射率的起伏对曝光场中的杂散光成分的分布做出贡献。
在具有表现出比每一单独晶体少的双折射程度的多晶材料的投射物镜 中引入附加杂散光成分的发明构思，对于浸没光刻的投射物镜特别地重要， 因为在这些投射物镜中，在曝光场前的最后光学元件特别优先使用几乎无双 折射的材料。
在具有多晶材料的至少一个光学元件的投射物镜中引入附加的杂散光 成分的发明构思代表一种合理的方法，尤其如果光学元件本身已经具有在曝
光场上大于0.1%的分布变化的杂散光成分的话，因为在这种情况中，各个
光学元件本身表现出在曝光场上的杂散光成分的变化等于在当前所使用的
投射物镜中所能看到的在曝光场上的杂散光成分的变化的大约一半。
具体地，参照从掩模平面到场平面的光线方向，位于场平面之前的多晶 材料的最后光学元件导致在曝光场上投射物镜的杂散光成分的较强变化，其 需要依照本发明来补偿，因为在这样的近场光学元件的下游没有在具有曝光场的场平面的直接前面放置孔径光阑的进一步的可能性以防止由该元件产 生的杂散光到达该曝光场。
为了增加浸没光刻所使用的未来投射物镜的分辨率，将可能必需进一步
增加数值孔径NA,即，孔径角。然而，如果工作波长例如是193 nm,则为 了实现这点，最后光学元件需要具有大于1.7的折射率的材料。在这点上， 请读者参照WO 2006/133,801 Al中最后透4竟元件的折射率的讨-沦。利用例 如157或248 nm的其它的工作波长，在具有高孔径的投射物镜中，对于最 后透镜元件使用在各个工作波长具有高折射率的材料也是合理的。对这样的 未来系统的成像特性所要求的必要条件以及同样地对曝光场上的杂散光成 分的变化所要求的必要条件将可能高于当前系统。由于本发明也提供满足未 来对曝光场上的杂散光成分的变化的增加的需要的能力，依照本发明的在此 类具有最后光学元件的投射物镜中引入附加的杂散光成分的构思考虑该被 期望的发展，最后光学元件的材料在工作波长具有大于1.7的折射率。
尤其在浸没光刻中使用的浸没物镜中，其中紧邻场之前的最后透镜的屈 光度很正，该强烈弯曲的透镜独自就具有如下效应对于穿过边界区域的光 线与流经中心区域的光线相比，光线通过材料的传播的路径长度有几个百分 比的不同，这导致杂散光成分的附加的变化。如果对于该最后透镜使用强扩 散材料，则该效应进一步增加。因而，依照本发明的在这样的投射物镜中引 入附加的杂散光的构思有助于减少具有正屈光度的最后透镜的投射物镜中 曝光场上的杂散光成分的变化。
利用平面平行板作为最后光学元件具有如下的优点相比透镜或镜，平 面平行板允许大的机械位置容限，因此其是光学非敏感的。因此，这种类型 的光学元件就再加工操作以增加表面粗糙度而言是有利的，因为其能够从投 射物镜卸除，或重新安装到投射物镜中，或者用另一平面平行板来替换，而 没有严重的问题。因而，在顾客位置处的重修整操作也变得可能，使得依照 顾客的期望调整杂散光的分布变得可行。该顾客要求可与例如掩模的特定照 明相联系。
镜表面的表面粗糙度具有在空气中具有大约1.5的折射率的透镜的等价 表面粗糙度大致16倍强的效应。在该情形，如果曝光场上的杂散光成分的 大的变化必须校正，则根据本发明，为了该目的使用镜表面是有利的。
具有附加杂散光成分的对应的投射物镜提供杂散光成分和杂散光成分分布的有目标且灵活的适配，其中附加杂散光成分是通过至少一个扩散(光 散射)和/或衍射光学元件产生，因为该光学元件可形成可以影响杂散光成分 的产生的自由度。
具有附加杂散光成分的对应的投射物镜表示用于在近场和近光瞳元件 之间产生杂散光的自由度的最佳划分方式，其中附加杂散光成分通过在光睡 中的至少一个扩散和/或衍射光学元件或者通过至少一个近场扩散和/或衍射 光学元件产生。
在具有用于产生附加杂散光成分的扩散和/或衍射光学元件的对应的投 射物镜中，借助其能够以简单且有目标的方式产生杂散光成分或杂散光成分 的分布的、技术上优选的产生杂散光的元件是来自包括如下各项的组中的扩
散和/或衍射光学元件扩散器盘；具有大于0.5nmRMS的、优选地大于1.0 nmRMS、更l尤选i也大于2.0 nm RMS的表面斗S4造度的光学元4牛；多晶 材料的 光学元件；衍射光学元件(DOE);衍射光栅(闪耀光栅、二元光栅、亚波 长光栅)；计算机生成全息图(CGH);线栅。
具有在曝光场上具有非恒定分布的附加杂散光成分的对应的投射物镜 提供以有目标的方式将投射物镜的杂散光成分的分布适配为期望的杂散光 成分的分布的可能性，其中具有非恒定分布的附加杂散光成分与曝光场上给 定的预定分布相符合。作为结果，例如对于特定类型的投射物镜，可以考虑 半导体制造商有关优选的杂散光成分，更具体地杂散光成分的优选分布的需 求。
具有在曝光场上具有非恒定分布的附加杂散光成分的对应的投射物镜 提供将一个投射物镜的杂散光成分或杂散光成分分布与另 一投射物镜相适 配的可能性，从而制造工序可以更容易地从一个到另一投射物镜转移，其中 具有非恒定分布的附加杂散光成分与曝光场上给定的预定分布相符合，且其 中该预定分布由另 一投射物镜的测量数据中确定。尤其当在物镜的开发原型 与生产单元之间转移生产工序时，对于半导体制造商而言，容易转移工序的 能力是决定性的，因为从开发到生产的转移所需要的时间是半导体部件早期 市场进入的决定性因素之一 。
具有附加杂散光成分的对应的投射物镜提供如上所讨论的相同的可能 性，其中附加杂散光成分将投射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成 分的变化与另 一投射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化相适配。
具有附加杂散光成分的对应的投射物镜提供在投射物镜之间转移制造 工序的可能性而必须关于杂散光成分来适配制造工序，其中附加杂散光成分 将投射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化与另一投射物 镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化相适配，其中在所述适配 之后，相对于两个杂散光成分各个最大值中的较大者，投射物镜的曝光场中 杂散光成分的最大值从另一投射物镜的曝光场中杂散光成分最大值偏离了
小于50%，优选小于25%。
本发明的另一目的在于，将投射物镜的对比度特性与另一投射物镜的对 比度特性相适配。
在处理这个任务的过程中，如上所提及，本发明利用这样的观察结果 不同投射物镜(尤其对于EUV光刻的投射物镜)之间制造工序的转移能力 的决定因子不是投射物镜之一的杂散光成分的绝对幅值，而是彼此之间杂散 光成分相对于各个投射物镜的有用光的相对可比较性。
在进一步处理这个任务的过程中，本发明的部分认识到更有利的方法 是将不同的投射物镜的杂散光成分或杂散光成分的变化彼此相适配，而不是
为目标而对透镜和镜的材料、涂层和表面修整方面的不断开发的努力，将投 射物镜彼此相适配。
通过依照本发明的在微光刻使用的投射物镜解决该任务，该投射物镜用 于将掩模平面投射到在场平面中，场平面具有曝光场，其特征在于投射物 镜具有至少一个扩散和/或衍射光学元件，用以产生附加杂散光成分量，附加 杂散光成分量为相对于有用光的大于0.2%、优选大于0.4%。
通过依照本发明的在微光刻使用的投射物镜进一步解决该任务，该投射 物镜用于将掩模平面投射到在场平面中，场平面具有曝光场，其特征在于 附加杂散光成分将投射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变 化与另一投射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化相适配。
为了处理该任务，投射物镜提供在投射物镜之间直接转移制造工序的可 能性而不必须关于杂散光适配制造工序，其中相对于两个杂散光成分的各个 最大值中的较大者，该投射物镜的曝光场上的杂散光成分的最大值从另 一投 射物镜的曝光场中的杂散光成分最大值偏离了小于50%,优选小于25%。在具有用于产生附加杂散光成分的扩散和/或衍射光学元件的对应的投 射物镜中，借助其能够以简单和有目标的方式产生杂散光成分或杂散光成分 的分布的、技术上优选的产生杂散光的元件是来自包含如下各项的组的扩散
和/或衍射光学元件扩散器盘；具有大于0.5nmRMS的、优选地大于1.0 nm RMS、且更优选的大于2 nm RMS的表面粗糙度的光学元件；多晶材料的光 学元件；衍射光学元件(DOE);衍射光栅(闪耀光栅、二元光栅、亚波长 光栅)；计算机生成全息图(CGH);线栅。
具有附加杂散光成分的对应的投射物镜提供减少曝光场上的杂散光成 分的变化的可能性，其中附加杂散光成分在曝光场上具有非恒定的分布。
在曝光场上具有附加杂散光成分的对应的投射物镜代表快速且有效地 增加投射物镜的杂散光成分的简单且有成本效率的可能性，其中场平面中的 曝光场具有中心区域和边界区域，且通过光瞳中的扩散和/或衍射光学元件在 场的中心区域中调整具有非恒定分布的附加杂散光成分。
在曝光场上具有附加杂散光成分的对应的投射物镜代表快速且有效地 校正曝光场的边缘区域中的杂散光成分的简单且有成本效率的可能性，其中 场平面中的曝光场具有中心区域和边界区域，且通过至少一个近场扩散和/ 或衍射光学元件在场的边缘区域中调整具有非恒定分布的附加杂散光成分。
在掩模和/或改变的掩模结构上的改变的照明角分布的情况下，具有至少 一个用于产生附加杂散光成分的扩散和/或衍射光学元件的对应的投射物镜
的快速反应，在投射物镜中提供了装置以交换和/改变扩散和/或衍射光学元 件的散射效应。
具有至少一个用于产生附加杂散光成分的扩散和/或衍射光学元件的对
应的投射物镜甚至对于场上小的杂散光成分的变化也提供了补偿的可能性， 其中相对于曝光场上的有用光，附加杂散光成分在场上具有大于0.1%、尤 其大于0.2%的变化。
本发明的又一 目的在于提供在整个曝光场中具有近似相当的对比度特
性的投射物镜。
通过微光刻中使用的投射物镜来解决该问题，该投射物镜用于将掩模平 面投射到场平面中，具有大量的光学元件，其特征在于在场平面中的曝光 场中，在扫描方向上平均的投射物镜的杂散光成分具有相对于有用光的小于0.2%的变化。
为了解决该任务，相应的投射物镜同时提供高对比度的优点，该投射物 镜特征在于，曝光场在扫描方向上平均的杂散光成分的最大值为相对于有用 光的小于2%。
另外，相应的投射物镜同时具有曝光场外的杂散光成分不足以大到产生
不期望的照射的优点，该投射物镜特征在于曝光场在扫描方向上平均的杂 散光成分的最大值为相对于有用光的小于2%。
相应的投射物镜甚至对场上的杂散光成分的小变化也提供补偿的可能 性，该投射物镜特征在于扩散和/或衍射光学元件产生投射物镜的附加杂散 光成分，其中附加杂散光成分在场上具有相对于曝光场中的有用光的多于 0.1%、尤其多于0.2%的变化。
在相应的投射物镜中，其中通过扩散和/或衍射光学元件产生附加杂散光 成分，借助于其可以以简单且有目标的方式产生杂散光成分或杂散光成分的 分布的、技术上优选产生杂散光的元件是来自包含如下各项的组中的扩散和 /或衍射光学元件扩散器盘；具有大于0.5 nm RMS、优选地大于1.0 nm RMS、且更优选的大于2 nm RMS的表面粗糙度的光学元件；多晶材料的光 学元件；衍射光学元件(DOE);衍射光栅(闪耀光栅、二元光栅、亚波长 光栅)；计算机生成全息图(CGH);线栅。
本发明的另一目的在于，提出一种适配投射物镜对比度特性的方法。
根据本发明，该任务是通过适配具有至少一个扩散和/或衍射光学元件的 微光刻应用的投射物镜的杂散光成分的方法来解决的，至少一个扩散和/或衍 射光学元件引入附加杂散光成分，其中附加杂散光成分具有相对于曝光场中 的有用光的大于0.1。/。、尤其大于0.2%的变化。
杂散光成分的相应的方法，提供以有目标的方式将投射物镜的杂散光成分的 分布适配成期望的杂散光成分的分布的可能性。结果，半导体制造商关于优 选的杂散光成分、更具体地杂散光成分优选的分布的请求，能够例如对于特 定类型的投射物镜来考虑。
其中预定的分布从另 一投射物镜的测量数据确定的相应的方法，提供将 一投射物镜的杂散光成分或杂散光成分的分布与另一投射物镜的杂散光成 分或杂散光成分的分布相适配的可能性，使得制造工序可以更容易地从一个投射物镜转移到另 一投射物镜。尤其当在物镜的开发原型与生产单元之间转 移生产工序时，对于半导体制造商而言，容易转移工序的能力是决定性的， 因为从开发到生产的转移所需要的时间是半导体部件早期市场进入的决定 性因素之一。
其中使用附加杂散光成分以将投射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或 杂散光成分的变化与另一投射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成 分的变化相适配的相应的方法，提供如上所述相同的可能性。
其中附加杂散光成分通过交换和/或改变扩散和/或衍射元件的散射效应 而以非恒定分布变化的相应的方法，在改变的掩模上的照明角分布和/或改变
分布的要求的快速反应。
其中引入投射物镜的附加杂散光成分，使得投射物镜产生的掩模结构的 像在临界尺度(CD)上相对于用另一投射物镜产生相同掩模结构的像所施
加的临界尺度有小于20。/。的偏离的相应方法，满足在投射物镜之间转移半导
体元件的制造工序而不必由于投射物镜的杂散光成分适配掩模结构的条件。 掩模结构的适配通常需要生产新的掩模，这一方面昂贵且另一方面冒着适配
的掩模结构对杂散光成分适配无效的风险。
本发明的另 一 目的在于提供具有投射物镜的投射曝光装置以及提出可 以利用该装置执行的微光刻生产工艺，以及能够通过所述工艺生产的部件。
根据本发明，该任务是通过如前所述的对殳射曝光装置和制造方法、以及 利用依照本发明的投射物镜或方法在该方法下制造的部件来完成的。
将参照附图更详细讨论本发明的实施例的示例，其中


图1是用作扫描曝光机(scanner)的微光刻应用的投射物镜的场平面中
的曝光场的示意图，包括相对于两个正交轴(X轴和Y轴)的有用光的分布； 图2是用作扫描曝光机的且具有长方形的所谓离轴场的微光刻应用的投
射物镜的场平面的曝光场的示意场平面的曝光场的示意图4是用作步进曝光机(stepper)的且具有正方形区域的 光刻应用的 投射物镜的场平面的曝光场的示意图；图5示出投射物镜以及用以解释所得的自然杂散光分布的均匀玻璃柱体
形式的投射物镜的替代模型的示意性简化截面图6示出根据几何光学的投射物镜的成像光束的图案的示意图以说明场 和光瞳的;f既念；
图7是相对于微光刻应用的投射物镜的有用光的、以百分比表示的杂散 光成分的分布的曲线图，该分布沿X方向的场，在扫描方向Y上被平均； 图8示意性地表示浸没光刻的投射曝光装置的光学部件； 图9表示具有显微结构的多晶材料的平面图10表示作为平均晶体尺寸的函数的、相对于有用光以百分比表达的 基于模型的多晶材料的杂散光成分的曲线图11表示作为平均气泡尺寸的函数的、相对于有用光以百分比表达的 基于模型的多晶材料的杂散光成分的图12表示用于说明透镜中的原理性概念的略图以及用于分别解释最后 透镜的多晶材料中的不均匀处的散射以及适配最后透镜的表面粗糙度以及
图13表示沿X方向的场在扫描方向Y上平均的微光刻应用的^:射物镜
图14表示具有大于1的数值孔径的浸没光刻的投射物镜的所谓双镜设 计的光学部件在Y-Z平面中的截面图15表示具有1.2的数值孔径的浸没光刻的投射物镜的所谓四镜设计的 光学部件在Y-Z平面中的截面图16表示具有1.25的数值孔径的浸没光刻的投射物镜的所谓RCR设计 的光学部件在Y-Z平面中的截面图17表示具有1.75的数值孔径的浸没光刻的投射物镜的另一个双镜设 计的光学部件在Y-Z平面中的截面图18示意性地示出在图17的双镜设计的场平面之前的最后光学元件；
图19表示EUV光刻的投射物镜的所谓六镜设计的光学部件的截面能分布的曲线图21表示根据本发明的在投射物镜中产生经校正的杂散光成分的几个 可能的过程步骤的流程图；图22表示借助于具有根据本发明的投射物镜的投射曝光装置生产微结
构化的半导体元件的方法的流程图；以及
图23是通过投射物镜的示例所示的本发明的又一实施例的示意图。
图1示出用作扫描曝光机的微光刻应用的投射物镜的场平面中的曝光场15，包括沿X和Y方向的有用光的分布。图1中，在平面图中可以看见曝光区15所在的场平面，这意味着纸面和场平面重合。另外在图1中，根据对于所谓的扫描曝光机来说扫描方向为Y方向的原则，定义场平面的坐标系统。在所谓扫描曝光机中，微结构部件的掩模结构不在一个曝光步骤中通过投射物镜整体地转移到所谓的晶片上，因为对于投射物镜的最大像场1来说，整个掩模结构的像太大。取而代之，在扫描过程中，逐步地移动掩模结构通过投射物镜的物面或者掩模平面，而可同时同步移动晶片通过像平面或场平面。在传统旋转对称投射系统中，其仅具有折射元件，场平面中的最大像场1是其中心由投射系统光轴3定义的圆形。利用位于照明系统中的场孔径光阑(所谓的母版(REMA)片)，将最大像场1修整回到其中心由物镜的光轴3定义的矩形曝光场15。 REMA片在扫描过程的开始及结束时分别还有另外的用途，用以在曝光场15上收回和部署REMA片本身。曝光场15的中心由图1中画有阴影的中心区域5形成。和图1中一样的涂有阴影的曝光场的边缘区7和9 (这里也称为边界区)，是矩形曝光场的边缘区域7和9，它们形成了垂直于扫描方向的曝光场的左右边界。在扫描方向上，曝光场15的前边缘11和后边缘13是于其之间有曝光场15且由物镜投射的光具有大于0的强度的线。扫描方向和垂直于扫描方向的有用光的各个的强度分布彼此不同的，如图1中两个图表所示。在扫描方向上，调整有用光的强度分布，以使强度在前边缘11和后边缘13具有零值且在中心区域5中具有最大值。选择这两点间确切的强度分布，从而在扫描过程中每个微结构部件的局部区域接收近似相等的光量。利用所谓高帽(top hat)分布(即扫描方向的矩形分布)是不可能实现这点的，因为脉冲激光器典型用作光源，且在该情形不能排除微结构部件中一个局部区域比另一个局部从多于一个脉冲接收到光，典型地为每个局部或者每个曝光场内5至7个脉沖。在扫描方向从前边缘11和后边缘13的0值向中心区5连续增加的强度分布下，抑制了对于微结构部件上的强度效应。
23与之不同，在曝光场15上垂直于扫描方向的强度分布是所谓的高帽分
布或矩形分布，对于中心区域5、边缘区域7和9以及沿着垂直于扫描方向的线位于其间的全部场点具有相同的强度值。在该情形，如果强度分布在扫描方向平均，那么这个强度分布的形状不改变。在扫描方向上平均且以相对于有用光的百分数表示的该强度分布如图1中的底部图所示。相对于有用光，对于中心区5和边缘区7，该平均强度分布有相同值100%。
如图1所示，在本文中上面定义的杂散光成分可以理解为在扫描方向上平均并表达为相对于有用光的相对量即表达为相对于扫描方向的强度分布值100%的相对量的杂散光成分。
典型地，扫描曝光机的曝光场15在垂直于扫描方向上为20-30 mm以及在扫描方向上为5-10 mm。结合这些尺寸，曝光场15的中心区5不应该超过4 mm直径，曝光场的边纟彖区7和9在垂直于扫描方向上不该超过2 mm的宽度，因为这些区域应当仅占据紧邻曝光区的中心和边缘区域的小表面部分，而不扩散到曝光场15的主要部分。
图2示出用作扫描曝光机的微光刻应用的投射物镜场平面中的曝光场45，该投射物镜具有一个所谓的矩形离轴场45作为曝光场45。与图1中的元件相应的图2中的元件的参考标记增加了 30。作为投射物镜曝光场45的这样的矩形离轴场45在具有至少有一个折反射式部分物镜的投射物镜中是典型的。这里，属性"折反式，，意味着除了例如透镜的折射元件，还有例如镜的反射元件，其对成像做出贡献并因此具有屈光度。由于这些系统的折叠光路，曝光场45偏离这些系统的光轴33和最大像场31。当在本文中指称光轴33和最大像场31时，这并不意味着光轴33以及整个最大像场31可以被这些折反式投射物镜的投射的像中覆盖。其仅表明许多折反式投射物镜就它们的设计而言仍可被描述为旋转对称，即使用在完全的物镜中使用的光线传播模式没有折叠，相对于光轴31具有旋转对称，以及一些光学元件的物理形状相对于光轴31不再是旋转对称的。具有矩形离轴场45作为曝光场45的折反式投射物镜的设计例子有US 2005/0190435 Al, WO 2004/019128 A2和WO 2006/133801 Al，以及本专利申请中图14, 16和17。在图1上下文中上述的关于扫描方向和垂直于扫描方向的强度分布的内容也可以直接应用于矩形离轴场45，且因此无需进一步解释。折反式投射物镜的矩形离轴场45和纯粹的折射式投射物镜的曝光场15具有相同尺寸。折反式投射物镜基
24本上用于浸没式光刻，因为即使在浸没透镜大于1的大数值孔径值(NA)的情
况，相比较于纯粹的折射式设计，折反式投射物镜容许透镜和镜的直径保持相对小。
图3示出用作扫描曝光机的微光刻应用的投射物镜场平面的曝光场65，该投射物镜有一个所谓的环场65作为曝光场65。与图1中的元件相应的图3中的元件的参考标记增加了 50。对于不容许导致矩形场的光路折叠的折反式物镜设计，这样的环场65是非常典型的。在上面图l的上下文中已经说明的扫描方向和垂直于扫描方向的强度分布的内容也可应用于环场65,因此不需要进一步解释。扫描方向的强度分布可以不同于图l所示的强度分布，其程度为，在x方向上高度不同的情况下，所得到的分布对于在扫描方向的所有强度分布不相同。但是这是不重要的，并且如果在具有矩形场15， 45的系统中其也发生，这也不重要，因为所有扫描曝光机系统总被设计为，无论沿扫描方向的强度分布形状如何，设计者总是获得垂直于扫描方向的强度分布，当在扫描方向上平均该强度分布时，其与图1中下部分所示类型的高帽分布或矩形分布相符。折反式投射物镜的环场65的垂直于扫描方向的尺寸和纯粹折射投射物镜中曝光场15垂直于扫描方向上的尺寸大致相同。
图4示出用作步进曝光机的微光刻应用的投射物镜场平面中的曝光场85，该4殳射物镜具有一正方形场85作为曝光场85。与图1中的元件相应的图4中的元件的参考标记增加了 70。和扫描曝光机相比，步进曝光机以这样的方式运作放置在投射物镜的物面和掩模平面处的要生产的半导体元件的掩模结构以整体投射至场平面的曝光场85，即，在没有扫描处理。然而，这要求投射物镜比在扫描曝光机的情形提供更大的曝光场85。在步进曝光机情况中，作为大曝光场85的替代，步进曝光机中的半导体元件可以利用所谓的缝合技术以单独的部分顺序曝光。在这种情况下，也可以比扫描曝光机情况使用更小的曝光场85。通过照明系统中的REMA片可以任意使;彈步进曝光机中曝光场85在X方向以及Y方向中更大或更小。步进曝光机中曝光场85的强度分布是完全均匀的，以至于得到的分布在X方向和Y方向上具有高帽或矩形分布。为了确保在本专利申请的范围内步进曝光机可以和扫描曝光机相当，边缘区77和79，分别位于垂直于Y方向的步进曝光机场边缘的右和左。另外，类似于这里描述的扫描曝光机，X方向的强度分布在Y方向上平均，其导致图1下部分所示类型的高帽分布，对于中心区5和75分别具有相同的有用光的100%的强度值，对于边缘区7和77也是如此。为了保 持与扫描曝光机兼容，步进曝光机的杂散光成分被同样定义为沿Y方向平均。
图5为投射物镜103的示意图，也是投射物镜的替代才莫型，作为均匀玻 璃柱体111用以解释作为场平面105产物的自然杂散光成分分布。在图5的 上部分中，投射物镜103的示意图由沿着光轴113的四个透4竟109表示。该 投射物镜103起到将位于掩模平面中的掩模101的图像投射到场平面105的 作用。基于这个目的，要投射的掩模由来自照明系统(图中未示出)的光107 均匀照明。该照明系统能够改变均匀落在掩模101上的入射光线107的角分 布，而不因此改变掩模上的强度分布。这使得可以具有对于半导体制造商来 说可用的不同设置，这可以利用部分相干图像的理论来描述，且目的在于将 掩模101上的特定结构可以投射为尽可能小的图像尺寸。
图5下半部分表示作为投射物镜103的替代模型的均匀玻璃柱体111, 其被均匀落在掩模101上的光线107均匀照明。这种在其横断面上被均匀照 明的玻璃柱体111将在横断面区域的相等尺寸表面元件内产生等量的杂散光 成分。如果沿着光轴113从掩模101到场平面105的玻璃柱体111可以看作 是一系列许多这样均匀照明横断面，其中由于吸收和散射，整个照明强度沿 着从掩模101到场平面105的光轴113减少，则在场平面105中获得在扫描 方向Y上平均的杂散光成分，其与图5右下的图一致。由于每一横断面的相 等尺寸表面元件中的每一个都产生等量的杂散光成分，场平面105的曝光场 的中心区域115中的杂散光成分比例高于曝光场的边缘区117 (图5右下图 中所示的)，因为中心区115要比边缘区117接收到每个横断区域的相互邻 近表面元件的更多杂散光成分。如图5中的右下部分所示的由柱形玻璃体的 均匀照明而产生的曝光场上的杂散光成分的分布，在下文中将称为杂散光成 分的自然分布。
图6示出依照几何光学原理的投射物镜的成像光线图案，以说明场和光 瞳的概念。图6中的投射物镜123示出以该示意简化图示的所谓4f系统， 其组成为两个透镜129、在两个透镜之间的光瞳平面133以及透镜129所位 于其中的两个近场平面135和137。投射物镜将由光线127均匀照明的掩模 121的像沿着光轴131投射到场平面125。为了解释像投射的光线图案，对 于掩模121的轴点示出了三条特定光路，即，沿光轴131的主光线139、上
26孔径光线(aperture my )或慧差光线(coma ray) 141、和下孑L径光线或慧差 光线143。这些孔径光线或慧差光线是以最大可能角离开轴点的光线，以该 最大可能角那些光线仍能通过投射物镜被投射成像。也示出过要通过投射物 镜投射的对于最外场点的主光线149的路径。光瞳被定义为其中心为所有场 点的主光线139、 149^f皮此相交的点并且其尺寸由孔径光线141， 143确定的 区域。因此，光瞳不是必总如图6所示必须要在光瞳平面133中，而类似图 6中的图示有助于和光瞳的光学概念的解释。根据图6的光瞳平面133因此 处于相对光传播方向或Z-方向、场点的主光线139、 149纟皮此相交的位置。 因为主光线139和光轴一致，所以图6中光瞳也在场点的所有主光线与光轴 相交的位置。所以场点的主光线139、 149在光瞳中距光轴没有高度或距离。 另一方面，孔径光线141、 143定义了光瞳的边缘，因此在光瞳中的所有可 能光线中，它们距光轴的高度或距离最大。光线距光轴的高度和距离代表物 镜中光学元件是否被称为靠近光瞳(近光瞳)或靠近场(近场)的适当判据。 如果在光学元件表面的轴点或中心场点的孔径光线141、 143的高度或距离 是同一平面上最外可投射场点的主光线高度的六倍大，那么该光学元件在这 里将被称作靠近光瞳(或近光瞳)，除此以外，它在这里也将被称作靠近场 (近场)，其中在所谓RCR设计(折射-折反式-折射设计)中，在Schupmann 组G20(见图16)的元件中的光线的距离的基准是光轴。基于该判据，很明显 图6中两个透镜129分别位于近场平面135和137中。另外，场和光瞳通过 空间傅里叶变换彼此相关，其中场中的成像光线139、 141、 143、 149距光 轴131的高度或距离对应于光瞳中成像光线139、 141、 143、 149与光轴之 间的角度。同时，逆关系也成立，即，在场中的成像光线139、 141、 143、 149与光轴之间的角度对应于场中成像光线139、 141、 143、 149距光轴131 的高度或距离。换句话，在掩模121的像平面中，能够投射的最外场点的主 光线149的路径具有距光轴131的最大高度或最大距离，相对于光轴131角 度为0。相同光路149和光轴131以最大的交角相交于光瞳平面133中心， 即，在这个点光线距光轴131的高度最小而相对于光轴131的角度最大。相 反，孔径光线在掩模121的像平面和场平面125中具有相对于光轴131的最 小高度和最大角度，而在光瞳平面133中具有相对于光轴131的最大高度和 最小角度。基于场和光瞳之间的这种特殊关系，可以对光瞳中的光分布进行 干涉，其对于场的每一场点都具有一致的效应。例如，最简单的可行性是利用光阑来限制光瞳，使得所有场点缺少其在场中的角大于由限制光瞳所允i午 的最大孔径角的光线。
利用照明系统，就相对于光轴的角分布而言调整均匀落在掩才莫121上的
光线127，使得它们满足确定所谓照明设置的客户需求，从而在投射物镜的
光瞳中形成具有强度各异的不同区域，由此根据照明设置不同地照明投射物 镜光瞳附近的透镜。例如，与适当掩模结构相结合的环形设置使得近光瞳的 透镜仅在透镜光学有效部分的边缘区中接收光。对于与掩才莫结构相结合的照 明设置的工作原理的解释，读者可以参照涉及非发光物体的部分相干图像的
理论的有关文献。
在光瞳，尤其靠近光瞳的透镜以及杂散光成分之间的关系中，重要的是 由于瑞利散射，米散射和几何散射这三个原因，在玻璃材料的非均匀处产生 的波长为X的光的弹性散射总是产生绕有用光线方向成对称的环形分布。这 就意味着对于场边缘的场点(其主光线在光瞳中被强烈偏折角度)，以及对 于o值小的传统设置(该设置仅使用光瞳中心区域，即主光线穿过的区域) 来说，在近光瞳透镜中的杂散光成分的所得角分布是向外朝向物镜的壳体且 远离光轴，从而从光瞳到场的途中，杂散光成分被物镜壳体和透镜安装架吸 收。所得的结果是，由于杂散光成分吸收，在场上杂散光成分分布在曝光场 边缘区147比曝光场其他区域具有更低的值。另一方面，对于使用光瞳边纟彖 区域及因此被孔径光线穿越的区域的环形装置，在边缘区域场点和中心区域 场点之间，孔径光线的倾斜角总体具有不显著的差异，但是由于光瞳边缘区 邻近物镜壳体，所以大角度下在光瞳中散射的部分杂散光成分被最强烈地吸 收。因为光瞳中的大角度根据傅里叶变换转换成场中的大高度，在大角度下 在光瞳中散射的杂散光在物镜壳体中被吸收，且因此与曝光场的中心区l45 相比在边缘区147中缺少。因此，环形照明设置尤其(即，入射角光线127 以窄限定的角范围以旋转对称落在掩模121上的设置)不会导致与用传统设 置所获得的分布性质上不同的杂散光成分分布。
在浸没式光刻的投射物镜中，具有强正屈光度的最后透镜使得不同场点 在光学材料中的路径长度不同。仅对于这样的透镜，与曝光场的中心场点的 所有成像光线相比，曝光场的边缘区中的场点的所有成像光线的相对路径长 度差异可以达到几个百分数。因此，由于玻璃材料的非均匀性，杂散光成分 直接取决于有用光在玻璃材料中走过的路径长度，这在强散射材料中尤其导致场上的所得杂散光成分分布在曝光场的边缘区147中比中心区145中具有 更低的值。
在图5和图6的上下文中，已经讨论了三个不同效应的总和，它们都导 致了在扫描方向经平均的杂散光成分，其中曝光场上的分布在曝光场的中心 区145中比边缘区147中具有更强的杂散光成分,如图6的右手部分示出。所
主要杂散光，且它们分别是均匀照明的玻璃体的自然杂散光分布、近光瞳透 镜的杂散光分布、以及归因于强的正场透镜的路径长度差引起的杂散光分布。
除了杂散光的主成因(即，玻璃材料中的非均匀性处的光的弹性散射) 导致的刚提到的这些效应外，还有因表面不规则的光散射产生的叠加杂散 光，正如上文所说，它是杂散光的次主要成因。透镜通常被抛光以在表面的 所有部分有均勻的修整品质，且因此，以上的系列推导，来自场的边缘区的 场点的成像光路比来自中心区的场点的成像光路总体上更强地相对于光轴 且相对于折射表面倾斜，结合在表面散射的情况中，杂散光的角分布对于有 用光的方向旋转对称的事实，得到的结论是，表面不规则处的散射同样导致 扫描方向上均匀的杂散光成分，该杂散光成分在场的中心区中比在场的边缘 区中更强，且由在场上的分布来表征。
由任意衍射物体导致且其因此不能依照传统分类划分成主因和次因的 杂散光的情况中，对于在场中心和边缘区中的杂散光成分不能作出总的论 述。
图7示出依照这里观察到的测量规则，当前设计的微光刻投射物镜在扫 描方向平均的典型杂散光成分151，作为在曝光场上沿X方向分布曲线图。 明显的是，杂散光成分151在场的中心区155中比在边缘区157中高，在中 心区中相对于有用光的值为0.8%，在边缘区中为0.6%。
图8简要地示出了浸没光刻的投射曝光装置201的光学部分。投射曝光 装置201具有受激准分子激光器203作为光源，其波长为193nm。作为替代， 也可以使用诸如248nm或157nm的其它波长。布置在光源光路下游的照明 系统205在其像平面207中产生严格限定的均匀照明场，像平面207同时是 投射物镜211的物面207,投射物镜211在光路中跟在照明系统之后。通常， 在这种布置中，可调整照明系统205输出侧的光线几何形状为投射系统211的输入侧的光线几何形状。如上所述，照明系统205包括结构化落在物面207 上的光线207角分布以及控制入射光线的偏振态的装置。所谓母版台(reticle stage )将掩模213保持在照明系统的物面中，并与扫描过程一致沿扫描方向 215移动掩模。在同时代表掩模平面207的物面207之后，在光路中接下来 的是投射物镜211，其将掩模213的缩小像投射到晶片219上。晶片219携 载光敏感的所谓光刻胶221，并被定位以使具有光刻胶221的晶片219的平 面表面位于在投射物镜211的像平面223或场平面223中。晶片219被所谓 的晶片台217支持，且以与掩模213的移动同步的速率推进。晶片台217也 具有能够沿着光轴225或垂直于此的方向移动晶片219的操纵器。同样在晶 片台217中结合有能够绕垂直于光轴225的轴倾斜晶片219的倾斜操纵器。 晶片台217对于浸没光刻特别设计且包括用于基底219的带浅槽的支持元件 227和用来容纳浸没液231的边缘229。
浸没光刻应用的投射物镜211具有大于1.0的优选大于1.2的更优选大 于1.5的像方数值孔径NA。投射物镜211在场平面223前的最后一个光学 元件是平凸透镜233，它的底面235是投射物镜211沿从掩模平面到场平面 的光线传播方向可见的的光路中最后一个光学表面。该底面235完全浸没在 浸液231中。
半球形的平凸透镜233优选地由显微结构如图9所示的多晶材料组成。 可设想投射物镜中的另 一透镜237也可以由多晶材料组成。
图9是示意且不按真实比例示出了多晶体材料的显微结构。这里给出的 材料300是多晶体镁尖晶石(MgAl2O4)且其具有大量的由各自晶界303划分 的不同取向的晶体302。在这个例子中平均晶体尺寸约为25 (xm。夹在晶体 302之间的是中空空间或气泡304,在该例子中其平均尺寸约为1 |im。同样 可以设想其他多晶体材料用于光学材料，例如其他多晶体尖晶石、多晶 YAG[钇铝石榴石(Y3Al5Ol2)]、多晶LuAG[镥铝石榴石(Lu3Al5012)]、多晶氧 化镁(MgO)、多晶氣化铍(BeO)、多晶氧化铝(A1203 )多晶氧化钇(丫203)或 具有高折射率的多晶体氟化物，诸如BaLiF3或LaF3。
图IO示出，根据WO 2006/061225给出的杂散光模型，作为平均晶体尺 寸D的函数的40 mm厚的尖晶石均匀多晶材料的杂散光成分相对有用光的 百分比。这个杂散光模型，除了考虑由晶体沿光路不同取向引起的折射率扰 动而产生的杂散光Iret，还包含在晶界303发生的全反射而产生的杂散光成分Iscat。它们加起来为杂散光成分的总体杂散光成分，其在图10中由Is^表示
并对于由箭头P标出的晶体尺寸具有最小值。另外，在图11中示出40 mm 厚的尖晶石多晶体材料的基于模型的杂散光成分，其根据WO 2006/061255 的杂散光模型表达为作为平均气泡直径的函数的相对于有用光的百分比。
基于WO 2006/061255的杂散光模型，或者在图10和11中，多晶体材 料的平均晶体尺寸和平均气泡直径的仅特定参数范围对于在微光刻的投射
物镜中使用这类材料是可用的，否则投射物镜的杂散光成分会变得过大。然 而，图IO和11导致的结论是即使在多晶体尖晶石材料生产中遵循就杂散 光成分而言最佳的参数范围，但40 mm厚的尖晶石光学元件仍将产生相对 有用光0.4%的杂散光成分。另外考虑到上面提到的携带均匀光流的物体的 自然杂散光分布，可以获得这样的结果对于直接在场平面之前的多晶体材 料的最后的近场透镜，在扫描方向平均的杂散光成分分布具有在整个场平面 相对有用光0.4%的变化。对于这样的近场透镜的在扫描方向平均的杂散光 成分，在场平面中的曝光场上确切的变化量取决于透镜和曝光场的确切的几 何形状以及透镜距场平面的距离，而且完全可能这个变化仅达到上述值的一 半。在该情形，作为物镜的最后透镜的尖晶石强正单透镜，在曝光场上杂散 光的变化为目前设计中整个投射物镜的变化的大约一半。
图12为概图，以说明有关最后透镜400的多晶体材料中的非均匀407 处的散射原理概念、和有关适配最后透镜的表面粗糙度403以及在场上所得 的杂散光分布411、 413的概念。图12中，投射物镜的最后透镜400被布置 在场平面405前，该场平面直4妾在最后透镜400之后沿垂直光轴401方向延 展。在透镜400中示意性表示了玻璃材料的非均匀，其为代表杂散光的角分 布的散射片407。在扫描方向平均的、归因于玻璃材料的非均匀性(体散射) 的透镜400的杂散光成分411表达为相对有用光的百分比，其在如图12中 间部分示为沿X方向在场上分布曲线图。考虑了归因于由多晶材料组成且在 沿从掩模平面和场平面的光线方向置于场平面之前的透镜的体散射的杂散 光成分411的目前蒙特卡洛模拟导致了这样的结果在扫描方向上平均且被 表达为有用光的百分比的杂散光成分在曝光场的中心区415为约0.4%以及 在曝光场的边缘区417中为约0.2%，从而证实了上述讨论的在WO 2006/061225的杂散光值。为了补偿归因于由尖晶石组成的最后透镜的体散 射的杂散光成分411，在边缘地带403中增加最后透镜面的上表面402 (即背离场平面405的透镜的表面)的表面粗糙度，其产生附加杂散光成分413。 选择上表面402的表面粗糙度的变化，以使曝光场上附加杂散光成分413分 布补偿体散射引起的杂散光成分411,从而整体杂散光成分加起来近似恒定。 在图12的右手部分示出由表面粗糙度引起的附加杂散光成分413，该附加杂 散光成分413表达为有用光的百分比并在扫描方向上平均，示为沿X方向在 场上的分布曲线图。通过改变最后透镜上表面402的表面粗糙度，与杂散光 的增加量为0.5%的曝光场的边缘区417相比，仅非常小量的附加杂散光成 分413引入到曝光场的中心区415,其补偿来源于最后透镜的体散射的杂散 光411。上表面402的表面粗糙度不必须由再加工操作产生；它也可以在透 镜制造过程中预先适配。
散光成分，其已经根据本发明被校正，在扫描方向y上平均，以及表示为沿 场在X方向的分布曲线图501。图13中的细点线图表示投射物镜的在扫描 方向平均的杂散光成分，其中最后透镜元件不是由多晶体材料组成，形式为 沿X方向在具有中心区505和边缘区507的曝光场上的分布曲线503。该杂 散光成分在场上的变化小于0.2%，后者因此被认为是本申请范围内的固定 杂散光成分。具有0.2%高度的水平格线和带509作为图表背景来表示在其 内在本申请中杂散光成分被认为是恒定的范围。其中最后透镜由多晶体材料 组成的可比拟的投射物镜的杂散光成分在图13中用参考标记502以虚线表 示。杂散光成分502在场上呈现了比恒定杂散光成分509可允许的更强的变 化。图13中的加粗实线501代表了已根据本发明校正过的具有多晶体材料 的最后透镜的投射物镜的杂散光成分。根据本发明校正过的投射物镜的该杂 散光成分501中，中心区域505的和边缘区域507中的以及两个区域间所有 场点的杂散光成分总量达到相对于有用光的大约1.3%。因此，这代表了在 扫描方向平均的非常恒定杂散光成分，其在曝光场上的变化远低于相对于有 用光的0.2%。
在这里，本发明不仅适于具有多晶体材料的最后透镜的投射透镜的校 正，还适于当前投射物镜的改进使得它们将具有在曝光场上小于0.2%的变 化的恒定杂散光成分。
图14示出像方数值孔径大于1的的浸没光刻的投射物镜的所谓两镜设 计2100。设计2100借鉴US2005/01卯435 Al的图38，参考标记不变。相比
32较US 2005/0190435 Al的图38,只是新加入了增加的表面粗糙度的区域2003 的参考标记。图14a画出设计2100是X-Y截面图从而位于由扫描方向y和 光轴z方向定义的平面内，因为除此之外光路的折叠结构无法被可视化。相 同的表现形式也可以用于此后讨论的所有折反式设计。掩模平面2101由第 一折射物镜组2110投射到扩展中间像平面2103上。第一折射物镜组2110 具有光瞳或孔径平面A。含镜2121和2122的镜组2120将扩展中间像平面 2103投射到另 一扩展中间像平面2104中。第二折射物镜组2130将扩展中间 像平面2104投射到场平面2102中。在从掩模平面2101到场平面2102的光 线方向，场平面2102前的最后透镜采用参考标记2150。靠近曝光场2102 或靠近中间场平面2103和2104的近场光学元件的表面区域由更粗的锯齿线 2003来表示，依照本发明其适用于通过增加表面粗糙度来校正曝光场的杂散 光成分变化。为了更清楚，在图14b中的放大图中示出第二折射组2130的 下部。由图14b中的阴影条进一步表示的是在从掩模平面2101到场平面2102 的光线方向的在场平面2102前的最后光学元件2150的表面的区域2005,其 中孔径光阑可以适当地布置以减少杂散光成分，尤其是场外的杂散光成分。 这个孔径光阑可实现为最后光学元件2150和场平面2102之间的机械场孔径 光阑。然而，通过遮挡在图14b中由阴影条示出的最后光学元件的表面部分 2005来实现该孔径光阑更有益，因为这不产生空间相干且也不会对浸没液的 流动力学造成有害影响。通过对图14b中的阴影区域2005上吸收或反射涂 层能够有成本效率地完成该遮挡。
然而，在图14a和图14b的设计表示中，应该注意到，该设计是在Y-Z 截面中示出且因此是在扫描方向中，因为无法在X-Z截面(即，垂直于扫描 方向)示出设计的结构概念。图14a和14b中较粗的锯齿线2003仅指示根 据本发明调整表面粗糙度所考虑的近场表面，且另一方面仅说明根据本发明 的原理近场表面的那些曝光场的外场点光线相交或穿越的区域2003具有 更高的表面粗糙度。在设计的X-Z截面中，能够更好说明具有增加的表面粗 糙度近场表面区域2003，其适于减小在扫描方向上平均的杂散光成分在曝光 场上沿垂直于扫描方向的变化的量。在X-Z截面图中可见，具有增加的表面 粗糙度的区域2003被布置在光学元件上，使得它们等距地位于光学可用区 中心的左和右(相对于X方向)的边缘，使得它们在中心区的左右(相对于 X方向)的边缘区域中对于在扫描方向平均的杂散光成分有相等作用。图15示出像方数值孔径为1.2的浸没光刻的投射物镜的所谓四个镜设计
PL1。设计PL1借鉴US 2007/0024960 Al中的图9,参考标记保持不变。和 US 2007/0024960 Al中的图9相比，仅有场平面的参考标记Wl是新增加的。 通过第一折反式物镜组Gl将掩模平面Rl投射到中间像平面Q上，该折反 式物镜组Gl由具有透镜Ll至L4的纯折射子组Gl 1组成以及由透镜5和镜 Ml以及M2组成的折反子组。中间像平面Q 一皮第二折反式物镜G2投射到 直接在透镜18后面的场平面Wl上，第二折反式物镜G2由两个镜M3和 M4、具有透镜L6和L7的折射子组G21、具有透镜L8至L12的折射子组 G22以及具有透镜L13至L18的折射子组G23组成。光瞳平面或孔径平面 AS1置于子组G22和G23之间。扩展镜表面M2和M3的虚线表明上述的陈 述，及折反设计可以通过旋转对称设计的术语描述，即使该设计中实际光线 路径几何形状或光学元件的实际物理形状不再呈现这种旋转对称。为了追溯 该思考过程，图15中示出的设计PL1必须关于光轴AX1旋转。在该旋转之 后，所有光学元件具有相对光轴AX1的旋转对称，且光轴AX1现也是设计 PL1内所有光学元件的光轴。
依照本发明，在从掩模平面Rl到场平面Wl的光路方向上的接近场平 面Wl或接近中间像平面Q的近场表面区域适于通过增加表面粗糙度来校正 曝光场的杂散光成分变化，在这个设计PL1中，这些表面区域是所有镜表面 Ml至M4以及透4竟L5、 L6、 L18的表面。
图16示出像方数值孔径为1.25的浸没光刻的投射物镜的所谓RCR设计 (折射_折反式_折射设计)。该设计借鉴US 2004/019128 A2的图19,其中参 考标记最大程度地保持，相比US 2004/019128 A2的图19,除了组和透镜的 参考标记的每一个已用增加的零扩展之外，还新增了场平面的参考标记Wl 、 第一改变方向的镜的参考标记M10和第二改变方向的镜的参考标记M20。 具有透镜L110到L1100的第一折射物镜组G10将掩模平面Rl投射到在第 一改变方向的镜M10之后的第一扩展中间像区。由透镜L210、 L220和球面 镜CM组成的折反式组G20形成了校正纵向色差的所谓Schupmann (舒曼) 消色差透镜并将第一扩展中间像区投射到第二改变方向镜M20前的第二扩 展中间像区。第二中间像平面被具有透镜L310到L3150的第二折射物镜组 G30投射到直接在透镜L3150下的场平面Wl。第二折射物镜组具有由AS 表示的光瞳平面或孔径面。正如上面已经提到的，Schupmann消色差透镜或200880017510 组G20的光轴代表参考轴，以关于第一改变方向的镜Ml0后以及第二改变 方向的镜M20前的所有元件定义这里所用的场和光瞳的概念，因为相比较 这里呈现的所有其他设计，本设计中关于光轴的旋转对称性被这些改变方向 的镜打破。在这个RCR设计中，在从掩才莫平面Rl到场平面Wl的光路方向 的靠近场平面Wl或中间像平面Q的近场表面是改变方向的镜M10、 M20 的表面以及透镜L100、 L310和L3150的表面。根据本发明其适于通过增加 表面粗糙度校正整个曝光场的杂散光成分的变化。
图17示出具有像方数值孔径为1.75的浸没光刻的投射物镜的另一双镜 设计800。设计800是借鉴US 2006/133801 Al的图8，其中最大程度地保持 参考标记。相比较于US 2006/133801 Al的图8,仅物镜组G100到G900的 参考标记通过增加了两个零来扩展。第一折射物镜组ROP1将掩模平面OP 投射到扩展中间像平面IMIl。第一折射组具有表示为AS的光瞳平面或孔径 平面。扩展中间像平面IMI1被具有镜CMl和CM2的镜组COP2投射到另 一扩展中间像平面IMI2。第二折射物镜组ROP3将扩展中间像平面IMI2投 射到场平面IP。在/人掩i^平面OP到场平面IP的光线方向，场平面IP前的 最后透镜具有参考标记LOE且其由两个部分透镜LOE1和LOE2组成，两 个部分透镜之间是浸没液IL (参见图18的描述)。
在设计800中，在从掩模平面OP到场平面IP的光路方向的靠近场平面 IP或靠近扩展中间像平面IMI1和IMI2的近场表面是镜CMl和CM2的表 面以及透4竟B800、 LOE的表面和在掩冲莫平面OP到^象平面IP的光线方向的 CMl前面的透镜的表面，根据本发明其适于通过增加表面粗糙度来校正曝 光场上的杂散光成分的变化。
图18示出作为图17的设计800的细节，在从掩模平面OP到像平面IP 的光线方向的场平面IP前的最后透镜元件LOE。该透镜元件由用于部分透 镜LOEl的石英玻璃和用于部分透镜LOE2的蓝宝石组成，其中后者中的晶 轴取平行于光轴AX的方向CA。在两个部分透镜LOE1和LOE2之间存在 有浸没液。在WO 2005/133801中也提到用于第二部分透镜LOE2的具有高 折射率的其它晶体材料，诸如尖晶石(MgAl204 )、 YAG[钇铝石榴石 (Y3A15012)]、氧化镁(MgO)、氧化铍(BeO)、氧化铝(A1203 )、氧化钇(Y203 ) 或氟化镧(LaF3)。在浸没光刻的背景中，注意到WO 2006/133801 Al中的 教导是重要的当在设计中要求指定高像方数值孔径时，像方数值孔径值不应超越曝光场前的最后光学元件的折射率。这一点对于具有大于1.7的数值 孔径的设计很重要，如在设计800中，对于最后透镜元件在可应用的工作波
长具有大于1.7的折射率。用作图18的第二部分透镜LOE2的材料的蓝宝石 在工作波长193 nm具有1.92的折射率，并从而根据WO 2006/133801 Al的 教导具有距设计800的1.75的像方数值孔径足够的数值距离。然而，这也不 涉及主要任务将设计800适配为其中曝光场前的最后透镜由在例如193 nm 的工作波长具有大于1.7的折射率的晶体材料组成、以及同时实现大约1.7 的高数值孔径值的设计。
图19示出所谓的极紫外(EUV)光刻应用的投射物镜的六镜设计。该 设计借鉴于US 2004/0051857 Al的图1，最大程度地保持相同的参考标记， 仅增加了数值5。第 一折反式物镜组Gl5利用镜Ml5和M25将掩模平面OB5 投射到中间像IMI5中。所述物镜组包括光瞳平面或孔径平面APE5。第二折 反式物镜G25利用镜M35、 M35、 M45和M65将中间像IMI5投射到场平 面IM5中。由于对于100 nm以下的波长现实中没有足够透明的材料，所以 EUV光刻的投射物镜通常由镜组成。在这里，对于因为玻璃材料中的不均 匀引起的杂散光成分的部分，均化曝光场上的分布的任务本身无法在这些投 射物镜中呈现。然而，具有相同表面修整的镜对光的散射是在空气中具有折 射率约为1.5的透镜的16倍。所以，EUV投射物镜比普通折射系统对因光 学元件的表面性质引起的杂散光成分有更严格的要求。作为附加因素，不仅 光学元件自身的抛光，还有高反射涂层作为杂散光源在EUV物镜中起了很 大作用。在这里，对EUV光刻使用的投射物镜有实用的益处是，根据本发 明减小在扫描方向上平均的、在曝光场的杂散光成分分布，或根据这个专利
从掩模平面OB5到场平面IM5的光路方向上靠近中间像平面IMT5的近场 表面在这个设计中是镜表面M25、 M35和M45,根据本发明其适于通过增 加表面粗糙度来校正曝光场的杂散光成分变化。
因为很多情况下，投射物镜的镜上的光学可用区位于距投射物镜的光轴 OA5 —段相当大的距离，为了区别EUV光刻的投射物镜的近光瞳和近场元 件，光轴不再是以上给出的定义下的距离的参考轴。而是， 一表面的光学可 用区内几何中心点的法向矢量被选做距离的新参考轴，根据其区分EUV光 刻的投射物镜中的近瞳和近场的元件。如果在光学元件表面上的曝光场的中心点的孔径光线离定义的法向矢量的距离是光学元件的同一表面上的曝光 场的边缘点的主光线距法向矢量的距离的六倍，那么光学元件就被称为近光 瞳，除此之外，它被称为是近场。
作为一个可能的例子，图20示出表面粗糙度的增加的分布，作为从掩 模平面到场平面的光线方向在场平面前的最后透镜上表面的光学可用区上 的RMS值，其就在曝光场上的分布与在扫描方向上平均的附加杂散光成分 相关，曝光场的中心区内的杂散光成分较少，而曝光场的边缘区中的杂散光 成分较高，使得因此，在扫描方向平均的杂散光成分，在投射物镜的曝光场 上有更小的变化，或是更具体的说，在这个专利申请的意义上，获得的在扫 描方向平均的投射物镜的杂散光成分是固定的。图的X轴的标尺被归一化， 从而在最后透镜的上表面沿X轴正方向的光学可用区边缘的高度值为1，光 学可用区中心的高度值为0。在这个图中，与光学可用区中心的RMS值相 比较，在例如193nm的操作波长，RMS值增量的最大值在光学可用区左右 边缘略大于2 nm是足够的，从而校正在扫描方向上平均的投射物镜的杂散 光成分的变化，在曝光场上大约为0.2%。根据图14、 15、 16和17的设计， 这是基于一些假设最后透镜典型几何关系，最后透镜和曝光场之间的距离， 曝光场的长宽比，以及最后透镜元件的折射率。根据这些不同参数，可能得 到扫描方向平均的杂散光成分在曝光场上变化的大约0.1%到0.4%的不同的 值。如果扫描方向平均的杂散光成分在曝光场上变化的将被校正了多于 0.2%,表面粗糙度的要求值可以相应的通过归一化图20的图得到。图20图 内的表面粗糙值的分布可以用 一般多项式根形式的函数来描述，其中距中心 的横向距离为自变量。该描述的优势在于，从其得到的系数有利地适于抛光 机，例如抛光机器人的编程。然而，利用抛光机实现的分布不是对任意选择 都适用，因为抛光头有有限的尺寸，其对代表由图20示例的图中的表面粗 糙度分布的曲线的曲率施加限制。例如，对于抛光机不可能实现图20的图 的曲线中高度0处的中断，因为抛光机头的有限尺寸总具有的后果是，不是 0的表面粗糙度值将仍在高度0处保持。例如，这将造成中心区415的附加 杂散光成分413的剩余值，如图12所示。
图21简要的示出了可以提供微光刻领域中应用的投射物镜的不同方法， 其具有扫描方向上平均的附加杂散光成分，其在曝光场上的分布使得在扫描 方向上平均的投射物镜的杂散光成分，在曝光场上具有减小的变化，或者更
37具体说，该专利申请的意义上，获得的扫描方向上平均的投射物镜的杂散光成分是恒定的。在第一步A中，投射物镜的杂散光成分或者被模拟或者根据成分的数据或各表格的数据决定。在作为替换的第一步B中，可对才殳射物镜本身进行测量，或对相同设计的投射物镜进行测量，由此确定投射物镜的曝光场上的杂散光成分变化。在第二步中，近场光学元件的一表面的表面粗糙度或多个近场光学元件的几个表面的表面粗糙度特性，或者在生产过程中在投射物镜的安装之前预先适当调整，或者随后改变适当的量，使得在扫描方向上平均的杂散光成分在曝光场上有递减的变化，或者更具体来说，在这个专利申请的意义上，获得的扫描方向上平均的投射物镜杂散光成分在曝光场上是恒定的。第二步中采取的措施的成功可以在第三步中通过作为物镜的质量检测的一部分的测量中得到验证。根据第三步的结果，投射物镜或作为具有足够好的校正而被接受，或工艺循环返回第二步，其中近场元件的表面或多个近场元件的多个表面的表面粗糙度较以前值被改变。这些工艺步骤二和步骤三被重复直到发现足够的校正量。
作为前面提到方法的替代，对于一个单独透镜对杂散光成分的主要部分
起贡献的投射物镜来说，这样是合理的在该方法的第一步骤中仅仅确定单独透镜的贡献，第二步中通过表面粗糙度的预先调整或随后改变来补偿所述贡献，使得能在第三步中执行投射物镜的质量检测。在这个替代程序下，第一个工艺步骤B中在透镜自身上可以执行测量，或者可以根据第一工艺步骤B中对同一设计的透镜采取的测量来确定透镜贡献。作为替代，单个透镜可以被模拟，作为第一工艺步骤A中的一部分，或是从透镜的胚料得到的数据来确定这个透镜的贡献。
图22简要的示出根据本专利申请，通过使用具有投射物镜的投射曝光器件在晶片上制造微结构的工艺步骤。第一步，将薄金属膜气相沉积在晶片上。然后，在第二步骤中，含金属膜的晶片^皮覆盖一层感光涂层，所谓的光刻胶。第三步，根据本专利申请，具有投射物镜的投射曝光装置通过光刻胶的照相曝光在扫描过程中将掩模平面的掩模结构转移到晶体上的半导体元件的目前涉及的表面。这个步骤重复直到晶片上的所有半导体元件表面都被曝光。随后，含已曝光的光刻胶的晶片被显影，由此在已收到足够曝光的的晶片上的位置从晶片去除光刻胶。这使得可以在前面工艺步骤中去除光刻胶的位置去除金属膜的。这个工艺步骤被称作蚀刻。在下一步骤中，晶片已预备好进行进一步的处理，为此晶片回到图22工艺中的起点或是引导到另一装置的另一工艺的起点。
图23是通过冲殳射物镜600的一个例子示出的本发明的另一个实施例的简要图示。投射物镜600具有在光瞳平面633a中的扩散光学元件623和近场的扩散光学元件631。投射物镜600将被光线627均匀照射的掩模621的像沿着光轴635投射到像平面或场平面605。投射物镜例如由两个部分物镜600a和600b组成,中间4象平面或中间场平面607位于两个部分物《竟600a和600b之间。部分物镜600a和600b可以简略的用透《竟625、 627、 629、 631来表示，并分别具有光瞳平面633a和633b。具有不同散射函数619的可互换的扩散光学元件623可以设在第一光瞳平面633a中。进一步可能的是使
光线639和645是可投射的中心场点和最外场点的主光线。光线641和643分别是中心场点的上孔径光线、下孔径光线或慧差光线。这些光线用来区分这个例子的投射物镜600中的场平面和光瞳平面。光瞳被定义为所有场点的所有主光线639、645都相交在其中心的位置，而其尺寸由孔径光线641、643来确定。相反的，场平面定义为中心场点的孔径光线641、 643和主光线639相交于其中心的位置。
根据它们的散射函数619,光瞳平面633a中的扩散光学元件623在像平面或场平面605中产生的杂散光成分的分布611,以放大图中在图23中所示。对于所谓的扫描曝光机，在本申请中规则也适用，杂散光成分的分布611在扫描方向Y上取平均，根据示出的坐标系统，扫描方向Y是垂直于图面的方向。杂^:光成分的分布611在中心场点附近比在场中的边缘区617有更高的杂散光成分。
根据散射函数609，近场扩散光学元件631在像平面或场平面605中产生杂散光成分的分布613,如以放大图的图23所示，到杂散光成分611的曲线右侧。这个例子中的扩散光学元件631没有在光学元件631的直径上均匀的散射函数609,而其特征在于是仅在光学元件631的边缘区中产生达到明显程度杂散光的散射函数609。例如，这可以利用光学元件631来实现，光学元件631具有增加的表面粗糙度(见图12的描述)。杂散光成分的分布6n示出边缘区617比中心区615有更高比例的杂散光成分，使得具有光瞳633a中的扩散光学元件623的散射函数619和近场扩散光学元件631的散射函数609之间适当的选择。本发明的该实施例允许由叠加本发明的附加的杂散光成分的分布611和分布613来产生平均的杂散光成分的任何期望的分布。
这个解决方法可以实现作为替代方案或与具有增加的表面粗糙度光学元件的上述静态版本结合。在这些可能性之间，通过增加表面粗糙度的杂散光成分分布的静态调整和通过可互换的散射元件的动态调整的结合，为最广泛多样的照明角分布(设置)和掩模结构提供了最大可能的灵活性来实现期望的杂散光成分分布。因此，交换扩散元件623和631的构思使得可以对于一个掩模的不同掩模结构或与入射光线627的不同照明角分布结合的不同掩模621的非常多样的成像要求进行快速反应。
布，使得生产工艺可以更容易地从一个投射物镜转移到另一个投射物镜。当执行这种的适配时，也有可能考虑适配投射物镜的相同或不同照明角分布和/或一个或多个掩模的相同或不同的掩模结构。而且在应用这个构思时，图23的实施例也不限于示意性示出的具有中间场平面607的投射物镜600，而是可以被转移到上迷的投射物镜屮的任意一个，只要它至少有一个光瞳平面和一个场平面。
作为具有不同散射函数619和609的不同扩散光学元件623和631,人们可以例如使用常规扩散器盘；具有增加表面粗糙度的光学元件(见上)；强扩散材料的光学元件(诸如多晶体材料，见上)；衍射光学元件(DOEs);衍射光栅(闪耀光栅，二元光栅，亚波长光栅)；计算机生成全息图(CGH)，还有用于补偿所谓的透镜升温的线栅。为了产生期望的场分布，在这种情况下，有可能使得散射函数619和609，尤其是在近场光学元件631中，限于仅在光学元件623和631的部分区域上延伸。在产生分别具有不同散射函数619和609的扩散光学元件623或631的所有上述提到可能性中，应注意到除了常规扩散器盘和具有增加表面粗糙度的光学元件，所有提到的可能元件通常在投射物镜中还执行其他功能，且次要地作为杂散光成分操纵器。例如，为了与光学设计相关的原因，人们主要在投射物镜中使用强扩散材料的光学元件。例如，DOE可以用于波前校正。衍射光栅，尤其是亚波长光栅的形式的衍射光栅，可以用作投射物镜600的偏振性质校正。CGH能完成很多任务，上面提到的线栅可以主要用于有用光引起的透镜升温的校正，或是在EUV光刻的投射物镜中执行不同任务。
40因此，上述单独或组合使用的元件通常首先对于它们的主要功能设计，然后根据它们的散射性质仅次要地选择。上面提到的原件可以单独优化或组合优化，如果需要与特别考虑到它的扩散效应设置在光瞳中的附加光学元件一起，如果对于杂散光成分优化明确要求这个自由度，使得针对给定类型的投射物镜，这些元件的优化结果将会产生理想的杂散光成分操纵。当优化杂散光成分元件，或在该情形更明确的投射物镜的杂散光成分操纵，必须考虑
落在其图像要被投射的掩模621上的光线627的期望的照明角分布，以及掩模621的期望的掩模结构像，因为这些因素决定了光通过的光瞳区域。这种优化也可以用于可互换的扩散光学元件623和631的设计中，从而例如当存在照明角分布之间和/或掩模结构的变化的情况，通过互换元件623和631对于不同照明角分布和不同掩模结构实现杂散光成分的最佳分布。
下面是作为投射物镜的光瞳中使用的扩散光学元件的具有周期p和覆盖率W的衍射二元结构的简单情况，对于像平面中的衍射级n示出杂散光范围Rs以及其相对强度L。除了透镜处的二元相光栅(菲涅尔透镜、衍射光学元件等)，这种衍射二元装置可以是在透镜处校正有用光加热透镜的线栅、或EUV光刻的对应线栅，其中在这些情况下覆盖率W可以定义为线厚度和两个相邻线的距离或周期p之间的比。在衍射的铬掩模中，例如对于计算机生成全息图(CGH),覆盖率W定义为 一个铬迹线的宽度与两个相邻铬迹线之间的距离或周期p的比例。在这些情况中，对于像平面中衍射级n的杂散光成分的范围R和相关强度I由下列公式描述
《s = x"A^xi^/p;以及
/_、， = [sin(w;z")/"7r _ , x (1 — T) x sin(";r,)/w;rff ]2
其中，所述符号表示为
X光波长；
NA投射物镜的数值孔径；RNA光瞳直径；P衍射结构的周期；
W各个衍射结构元件的宽度和P之间的比；T衍射结构(例如线或铬迹线)的透光率。
另外，为了避免像平面中的鬼像，应当注意在光瞳中存在有光学元件的衍射结构的最小的周期Pmm或最大密度，其可以通过下述方程根据要在图像中呈现的最小的结构尺寸(临界尺寸CD)来估计
其中所述符号表示X光波长；
NA投射物镜的数值孔径；RNA光瞳直径；以及CD临界尺寸。
尽管通过特定实施例的呈现已经描述了本发明，但是本领域中的技术人员将认识到变体和替换实施例的各种可能性，例如通过组合和/或替换各个实施的特征。因此，相关领域的技术人员将理解到，这样的变体和替换实施例被认为是包含在本发明中以及本发明的范围仅由 附权利要求及其等价体来限定。
权利要求
1、将掩模平面的像投射到场平面的微光刻领域的投射物镜，在所述场平面中有曝光场，其特征在于，将在所述曝光场上具有非恒定的分布的附加的杂散光成分引入到所述场平面中的曝光场内。
2、 将掩模平面的像投射到场平面的微光刻领域的投射物镜，在所述场 平面中有曝光场，其特征在于，所述投射物镜包括用于将在所述曝光场上具 有非恒定分布的附加杂散光成分引入到所述场平面中的曝光场的装置。
3、 如权利要求1或2所述的微光刻区域的投射物镜，其中所述场平面 中的曝光场包括中心区域和边缘区域，且相比所述场的边缘区域，所述场的 中心区域中的附加的杂散光成分较4氐。
4、 如前述权利要求之一所述的微光刻领域的投射物镜，其沿从所述掩 模平面到所述场平面的光束路径具有大量的光学元件，在所述掩模平面到所 述场平面的光束方向的至少一个近场光学元件布置在场平面之前，或者在所 述掩模平面到所述场平面的光束方向的至少 一 个近场光学元件直接地布置 在与所述场平面共轭的中间像平面之前或之后，其特征在于，所述至少一个 光学元件的至少一个表面具有产生所述曝光场上的非恒定分布的附加的杂 散光成分的表面粗糙度。
5、 如权利要求4所述的微光刻领域的投射物镜，其中所述表面包括具 有中心和边缘的光学利用区域，以及其中所述表面的表面粗糙度从所述光学 利用区域的中心到所述光学利用区域的边缘增加。
6、 如权利要求5所述的微光刻领域的投射物镜，具有从所述边缘到所 述中心的表面粗糙度的差异，其中所述差异大于0.5 nm RMS，优选地大于 1.0nmRMS，以及更优选地大于2 nm RMS。
7、 如权利要求5或6所述的微光刻领域的投射物镜，其中作为距所述 中心的横向距离的函数的表面粗糙度对应于一般多项式的根函数，其中所述 横向距离表示变化量。
8、 如权利要求7所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所述表面粗糙 度随着距中心的所述横向距离的增加而二次地增加。
9、 如权利要求7所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所述表面粗糙 度随着距中心的所述横向距离的增加而线性增加。
10、 如权利要求4至9之一所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所述 表面粗糙度具有局部起伏的波长范围并且所述表面粗糙度的局部起伏的波 长范围在1 mm与10 pm之间。
11、 如权利要求4至9之一所述的微光刻领域的投射物镜，其中所述表 面粗糙度具有局部起伏的波长范围并且所述表面粗糙度的局部起伏的波长 范围在10 mm与1 mm之间。
12、 如前述权利要求之一所述的微光刻领域的投射物镜，其沿从所述掩 模平面到所述场平面的光束路径具有大量的光学元件，在所述掩模平面到所 述场平面的光束方向的最后光学元件布置在所述场平面之前，其特征在于， 场光阑存在于所述最后光学元件与所述场平面之间。
13、 如权利要求12所述的微光刻领域的投射物镜，其中，光学利用区 域在所述场孔径光阑的平面中延展，并且其中所述场孔径光阑具有小于1 mm尤其小于0.2 mm的横向尺寸的增加的容差。
14、 如权利要求4至13之一所述的微光刻领域的投射物镜，其沿从所 述掩模平面到所述场平面的光束路径具有大量的光学元件，在所述掩模平面 到所述场平面的光束方向的最后光学元件布置在所述场平面之前，其中，最 后光学元件具有上表面和下表面，并且其中，相关于从所述掩模平面到所述 场平面的光束方向，所述上表面占据下表面之前的位置而所述下表面占据所 述场平面之前的位置，以及其中所述表面是所述最后光学元件的所述上表 面。
15、 如权利要求14所述的微光刻领域的投射物镜，其中场孔径光阑位 于所述最后光学元件与所述场平面之间以及所述场孔径光阑通过遮挡所述 最后光学元件的下表面的部分来实现。
16、 如权利要求15所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所述遮挡通 过具有吸收或反射层的涂层来实现。
17、 如权利要求16所述的微光刻领域的投射物镜，其中，光学利用区 域在所述最后光学元件的下表面上延展，以及其中所述遮挡包括对光学利用 区域增加的小于0.5 mm的尤其小于0.1 mm的横向尺寸的容差。
18、 如前迷权利要求之一所述的微光刻领域的投射物镜，其具有大量的 光学元件，其特征在于，至少一个光学元件由多晶材料组成。
19、 如权利要求18所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所述多晶材料组成为氟化物、n族氧化物、m族氧化物、稀土氧化物、红宝石或尖晶石。
20、 如权利要求18或19所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所述多晶材料由有双折射性的多个单独的晶体组成。
21、 如权利要求20所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所述多晶材料的光学元件总体比每一个单独的晶体具有更小的双折射度。
22、 如权利要求18至20之一所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所 述多晶材料的光学元件随场变化具有相对于所述曝光场中的有用光的、多于 0.1%尤其多于0.2%的杂散光成分。
23、 如权利要求18至22之一所述的微光刻领域的投射物镜，其沿从所 述掩模平面到所述场平面的光束路径具有大量的光学元件，以及在所述掩才莫 平面到所述场平面的光束方向的最后光学元件布置在所述场平面之前，其特 征在于，至少所述最后光学元件由多晶材料组成。
24、 如前述权利要求之一所述的微光刻领域的投射物镜，其沿从所述掩 模平面到所述场平面的光束路径具有大量的光学元件，以及在所述掩模平面 到所述场平面的光束方向的最后光学元件布置在所述场平面之前，其特征在 于，所述最后光学元件是由在操作波长处具有大于1.7的折射率的材料组成。
25、 如权利要求12至24之一所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所 述最后光学元件是透镜。
26、 如权利要求12至24之一所述的微光刻领域的投射物镜，其中，所 述最后光学元件是平面平行平板。
27、 如权利要求4所述的微光刻领域的投射物镜，其中所述至少一个近 场光学元件是镜且至少一个表面是镜表面。
28、 如权利要求1或2所述的投射物镜，其中，附加的杂散光成分通过 至少一个扩散和/或衍射光学元件产生。
29、 如权利要求1或2所述的投射物镜，其中，所述附加的杂散光成分 通过在所述光瞳中的至少一个扩散和/或衍射光学元件以及/或通过至少一个 近场扩散和/或衍射光学元件产生。
30、 如权利要求28或29所述的投射物镜，其中所述至少一个扩散和/ 或衍射光学元件是来自由下述各项组成的组的光学元件扩散器盘；具有大 于0.5nm RMS优选地大于1.0 nm RMS且更优选地大于2腿RMS的表面4且 糙度的光学元件；多晶材料的光学元件；衍射光学元件(DOE)、衍射光栅(闪耀光栅、二元光栅、亚波长光栅)；计算机生成全息图(CGH);线栅。
31、 如前述权利要求之一所述的投射物镜，其中，具有非恒定分布的所 述附加的杂散光成分与所述曝光场上的给定的分布相一致。
32、 如权利要求28所述的投射物镜，其中，所述给定的分布根据另一 投射物镜的测量数据确定。
33、 如前述权利要求之一所述的才更射物镜，其中，所述附加的杂散光成 分将所述投射物镜曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化与另 一投 射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化适配。
34、 如权利要求33所述的投射物镜，其中，在所述适配之后，相对于 两个杂散光成分的各个最大值的较大者，所述投射物镜的曝光场中的最大杂 散光成分从所述另一投射物镜的曝光场中的最大杂散光成分偏离了小于 50%,优选地小于25%。
35、 微光刻领域的投射物镜，该投射物镜用作将掩模平面的像投射到场 平面，具有所述场平面中的曝光场，其特征在于，所述投射物镜包括用于产 生附加杂散光成分的至少一个扩散和/或衍射光学元件，其中所述曝光场的场 点中的所述附加杂散光成分相对于有用光总量到多于0.2%,优选多于0.4%。
36、 微光刻领域的投射物镜，该投射物镜用作将掩模平面的像投射到场 平面，具有所述场平面中的曝光场，其特征在于，附加杂散光成分将投射物 镜曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化与另 一投射物镜曝光场上 的杂散光成分和/或杂散光成分的变化相适配。
37、 如权利要求36所述的投射物镜，其中，相对于两个杂散光成分的 各个最大值中的较大者，所述投射物镜曝光场中的杂散光成分的最大值从所 述另一个影物镜曝光场中的杂散光成分的最大值偏离了小于50%，优选小于 25%。
38、 如权利要求35至37之一所述的投射物镜，其中，由扩散和/或衍射 光学元件产生附加杂散光成分，并且其中所述扩散和/或衍射光学元件是来自 由下述各项组成的组中的光学元件扩散器盘；具有大于0.5 nm RMS、优 选大于l.OnmRMS、且更优选大于2nmRMS的表面粗糙度的光学元件；多 晶材料的光学元件；衍射光学元件(DOE);衍射光栅(闪耀光栅、二元光 栅、亚波长光栅)；计算机生成全息图(CGH);线栅。
39、 如权利要求35至38之一所述的投射物镜，其中，所述附加杂散光成分在所述曝光场上具有非恒定分布。
40、 如权利要求39所述的投射物镜，其中，具有非恒定分布的所述附 加杂散光成分与所述曝光场上给定的预定分布一致。
41、 如权利要求40所述的投射物镜，其中，给定的预定分布根据另一 投射物镜的测量数据确定。
42、 如权利要求39所述的投射物镜，其中，所述场平面中的曝光场具 有中心区域和边缘区域，并且其中所述具有非恒定分布的附加杂散光成分通 过光瞳中的扩散和/或衍射光学元件在所述场的中心区域中调整。
43、 如权利要求39所述的投射物镜，其中，所述场平面中的曝光场具 有中心区域和边缘区域，并且其中所述具有非恒定分布的附加杂散光成分通 过至少一个近场扩散和/或衍射光学元件在所述场的边缘区域中调整。
44、 如权利要求35至43之一所述的投射物镜，其中，提供用于交换和 /或改变扩散和/或衍射光学元件的散射效应的装置。
45、 如权利要求35至44之一所述的投射物镜，其中，所述附加杂散光 成分在所述场上相对于所述曝光场中的有用光变化了多于0.1%，尤其多于 0.2%。
46、 微光刻领域的投射物镜，该投射物镜将掩模平面的像投射到场平面 中，具有大量的光学元件，其特征在于，所述场平面中的曝光场接收在扫描 方向上平均的所述投射物镜的杂散光成分，其相对于有用光在所述曝光场上 变化了小于0.2%。
47、 如权利要求45所述的微光刻领域的投射物镜，其特征在于，投射 区域接收相对于有用光的小于2%的、在扫描方向上平均的投射物镜的最大 杂散光成分。
48、 如权利要求45至46之一所述的投射物镜，其特征在于，所述曝光 场外的场平面接收相对于有用光的小于2%的、在扫描方向上平均的投射物 镜的最大杂散光成分。
49、 如权利要求45至47之一所述的投射物镜，其特征在于，扩散和/ 或衍射光学元件产生所述投射物镜的附加杂散光成分，其中所述附加杂散光 成分相对于曝光场中的有用光，在所述场上具有大于0.1%'尤其大于0.2% 的变4匕。
50、 如权利要求49所述的投射物镜，其中，扩散和/或衍射光学元件产生所述附加杂散光成分，并且其中所述扩散和/或衍射光学元件是来自由下述各项组成的组中的光学元件扩散器盘；具有大于0.5 nm RMS、优选大于 l.OnmRMS、且更优选大于2 nm RMS的表面粗糙度的光学元件；多晶材料 的光学元件；衍射光学元件(DOE);衍射光栅(闪耀光栅、二元光栅、亚 波长光栅)；计算机生成全息图(CGH);线栅。
51、 适配微光刻领域的投射物镜的杂散光成分的方法，该投射物镜具有 至少一个引入附加杂散光成分的扩散和/或衍射光学元件，其中所述附加杂散 光成分在所述场上具有大于相对于曝光场中的有用光的0.1%,尤其大于 0.2%的变化。
52、 如权利要求51所述的方法，其中，引入在曝光场上具有非恒定分 布的附加杂散光成分，其与给定的预定的分布相 一致。
53、 如权利要求52所述的方法，其中，所述给定的预定的分布根据另 一投射物镜的测量数据确定。
54、 如权利要求51至53之一所述的方法，其中，所述附加杂散光成分 用于将投射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化与另一投 射物镜的曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化适配。
55、 如权利要求51至54之一所述的方法，其中，所述附加杂散光成分 的非恒定分布通过扩散和/或衍射光学元件的散射效应的交换和/或改变来改变
56、 如权利要求51至55之一所述的方法，其中，所述投射物镜的附加 杂散光成分以如下方式引入，所述投射物镜产生其临界尺寸具有相对于用另 一投射物镜产生相同掩模结构所使用的临界尺寸的小于20%的偏离的掩模结构的像。
57、 如权利要求1至50之一所述的投射曝光装置。
58、 具有投射物镜的投射曝光装置，该投射物镜具有附加的杂散光成分， 用权利要求51至56之一所述的方法生产。
59、 有微结构的部件的微光刻生产的方法，包括以下的步骤 提供衬底，至少在部分的衬底表面上，在衬底上沉积感光材料的涂层； 提供包括要被生产的图像的结构的掩模；提供根据权利要求57到58之一的投射曝光装置；通过所述投射曝光装置，将至少一部分的掩模投射到所述衬底的感光涂层的一区域上。
60、有结构的部件，其通过根据权利要求59的方法生产。
全文摘要
当前设计的微光刻的投射物镜具有在曝光场上变化的杂散光成分。通过引入额外的杂散光，该场上杂散光成分的变化能够被减少和/或与另一投射物镜的变化相配。通过预先适配或改变近场表面的表面粗糙度和/或通过安装在光瞳平面中具有指定目标光散射特性的光学元件，来有利地完成这点。在这点中，本发明利用了观察结论相比杂散光成分本身，该场上的杂散光成分的变化和不同投射物镜的杂散光成分的各个不同的变化对半导体部件的制造产生更大的问题。特别在其中使用强散射的多晶材料的浸没光刻的投射物镜中，本发明提供了一种补偿这些投射物镜在场上的杂散光成分的增加的变化，并且从而获得在整个场上恒定的杂散光成分。进一步，特别在比传统投射物镜呈现更高杂散光成分的EUV光刻的投射物镜的情形中，可以关于曝光场上的杂散光成分和/或杂散光成分的变化来使不同的投射物镜彼此相适配。
文档编号G03F7/20GK101689027SQ200880017510
公开日2010年3月31日 申请日期2008年5月21日 优先权日2007年5月25日
发明者丹尼尔·克雷默, 弗拉迪米尔·卡梅诺夫, 迈克尔·托特泽克, 阿克赛尔·戈纳迈耶 申请人:卡尔蔡司Smt股份公司