專利名稱：微平版印刷投影曝光裝置的投影物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造大規(guī)模集成電路及其它微結(jié)構(gòu)元件的微平版印刷(microlithographic)投影曝光裝置。更具體地，本發(fā)明涉及這種裝置的為浸漬操作設(shè)計(jì)的投影物鏡。
背景技術(shù)：
通常通過(guò)將多個(gè)結(jié)構(gòu)層應(yīng)用在合適的襯底例如硅晶片上來(lái)制造集成電路及其它微結(jié)構(gòu)元件。為了構(gòu)造所述結(jié)構(gòu)層，首先用對(duì)特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光敏感的光致抗蝕劑(photoresist)覆蓋所述結(jié)構(gòu)層。然后使被這樣覆蓋的晶片在投影曝光裝置內(nèi)曝光。在此操作中，利用投影物鏡使掩模內(nèi)包含的結(jié)構(gòu)圖案在光致抗蝕劑上成像。由于成像比例通常小于1∶1，所以這種投影物鏡常常被稱為縮影物鏡。
在光致抗蝕劑顯象之后，對(duì)晶片進(jìn)行蝕刻或沉淀處理，從而根據(jù)掩模上的圖案構(gòu)造最上層。然后，從該層的剩余部分除去殘留的光致抗蝕劑。重復(fù)進(jìn)行該過(guò)程直到將所有層應(yīng)用在晶片上。
投影曝光裝置的開(kāi)發(fā)中的一個(gè)最主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是能夠在晶片上平版印刷地限定具有逐漸減小的尺寸的結(jié)構(gòu)。小結(jié)構(gòu)引起高集成密度，這通常對(duì)使用這種裝置制造的微結(jié)構(gòu)元件的性能具有有利的影響。
確定將被平版印刷地限定的結(jié)構(gòu)的最小尺寸的一個(gè)最重要的參數(shù)是投影物鏡的分辨率。由于投影物鏡的分辨率隨著投影光的波長(zhǎng)變短而提高，所以一種實(shí)現(xiàn)較小分辨率的方法是使用具有較短波長(zhǎng)的投影光。目前使用的最短的波長(zhǎng)在深紫外光(DUV)光譜范圍內(nèi)，并且為193nm和157nm。
另一種降低分辨率的方法是向位于投影物鏡的圖像側(cè)的末級(jí)透鏡與待曝光的光致抗蝕劑或另一感光層之間的空間內(nèi)引入具有高折射率的浸漬液。為浸漬操作設(shè)計(jì)的并且因此也被稱為浸漬透鏡的投影物鏡可獲得大于1例如為1.3或1.4的數(shù)值孔徑。在此申請(qǐng)的上下文中術(shù)語(yǔ)“浸漬液”還應(yīng)涉及通常被稱為“固體浸漬”的物質(zhì)。在固體浸漬的情況下，浸漬液實(shí)際上是固體介質(zhì)，但是該固體介質(zhì)沒(méi)有與光致抗蝕劑直接接觸而是與其隔開(kāi)一定的距離，該距離僅是使用的波長(zhǎng)的一小部分。這確保幾何光學(xué)規(guī)律不再適用從而沒(méi)有發(fā)生全反射。
但是，浸漬操作不僅允許實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)值孔徑并因此實(shí)現(xiàn)較小的分辨率，而且還對(duì)聚焦深度具有有利的影響。聚焦深度越高，則對(duì)在投影物鏡的像面內(nèi)的晶片的精確定位的要求就越低。除此之外，已發(fā)現(xiàn)浸漬操作顯著地放寬了某些設(shè)計(jì)約束，并簡(jiǎn)化了在數(shù)值孔徑?jīng)]有增加的情況下的像差修正。
同時(shí)，已開(kāi)發(fā)出這樣的浸漬液，其折射率遠(yuǎn)大于脫離子水的折射率(nH2O＝1.43)，并且對(duì)波長(zhǎng)為193nm的投影光是高透明和抵抗性的。當(dāng)使用具有這種高折射率的浸漬液時(shí)，會(huì)出現(xiàn)浸漬液的折射率大于構(gòu)成圖像側(cè)的末級(jí)光學(xué)元件的材料的折射率的情況。在圖像側(cè)具有帶平面表面的末級(jí)光學(xué)元件的傳統(tǒng)投影物鏡內(nèi)，最大數(shù)值孔徑受該末級(jí)光學(xué)元件的折射率限制。如果該光學(xué)元件例如由石英玻璃制成，則盡管浸漬液的折射率更高，但是數(shù)值孔徑的增加不會(huì)超過(guò)石英玻璃的折射率(nSiO2＝1.56)。
文獻(xiàn)JP 2000-058436A公開(kāi)了一種可用于干操作和浸漬操作的具有投影物鏡的投影曝光裝置。當(dāng)轉(zhuǎn)換到浸漬操作時(shí)，圖像側(cè)具有凹面的附加透鏡元件被引入投影物鏡的末級(jí)光學(xué)元件與晶片之間的間隙。該附加透鏡元件與晶片之間的空隙可充有浸漬液例如油。此文獻(xiàn)沒(méi)有公開(kāi)浸漬液及附加透鏡元件的折射率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種浸漬投影物鏡，其中圖像側(cè)的末級(jí)光學(xué)元件的折射率小于浸漬液的折射率，但是具有不受末級(jí)光學(xué)透鏡的折射率限制的數(shù)值孔徑。
該目的是通過(guò)在浸漬操作期間浸漬液朝物面凸出地彎曲來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
作為浸漬液朝物面凸出地彎曲的結(jié)果，投影光線射入鄰接介質(zhì)如圖像側(cè)的末級(jí)光學(xué)元件和浸漬液之間的界面處的入射角減小。因而，可被平面界面全反射的光線現(xiàn)在可有助于圖像，這繼而可獲得更大的數(shù)值孔徑，該數(shù)值孔徑還可以大于圖像側(cè)的末級(jí)光學(xué)元件的折射率。這樣，數(shù)值孔徑僅受浸漬液的折射率限制，而不受與物體側(cè)的浸漬液鄰接的介質(zhì)的折射率限制。
實(shí)現(xiàn)朝物面凸出地彎曲的浸漬液的最簡(jiǎn)單的方式是允許浸漬液與投影物鏡的末級(jí)光學(xué)元件的凹入地彎曲的圖像側(cè)表面直接鄰接。從而，浸漬液的曲率由該表面的曲率不可改變地固定。
為了防止浸漬液從由末級(jí)光學(xué)元件的凹入地彎曲的圖像側(cè)表面形成的空腔不希望的排出，該表面可被排出阻擋件(drainage barrier)沿周向圍繞。該排出阻擋件可以例如是接合到投影物鏡的末級(jí)光學(xué)元件和/或殼體的環(huán)。可以例如由諸如石英玻璃或氟化鈣(CaF2)的標(biāo)準(zhǔn)透鏡材料制成還可以由陶瓷或硬化鋼制成的該環(huán)優(yōu)選地在內(nèi)部具有涂層，該涂層可防止浸漬液被該環(huán)污染。如果浸漬液的折射率等于或小于與物體側(cè)的浸漬液鄰接的介質(zhì)的折射率，則這種環(huán)也是有利的。
末級(jí)光學(xué)元件的圖像側(cè)表面可以是球面。計(jì)算表明曲率半徑可有利地選擇為此表面與像面之間的軸向距離(即頂點(diǎn)距離)的0.9倍與1.5倍之間并且優(yōu)選地為1.3倍。這種構(gòu)型在浸漬液的折射率等于或小于在物體側(cè)與的浸漬液鄰接的介質(zhì)的折射率的情況下也是有利的，這種構(gòu)型的優(yōu)點(diǎn)是可避免在浸漬液的物體側(cè)界面處具有大入射角。這種大入射角通常會(huì)導(dǎo)致界面對(duì)設(shè)計(jì)和制造缺陷非常敏感。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，入射角應(yīng)該盡可能小。這通常要求浸漬液的物體側(cè)界面具有非常大的曲率(即小曲率半徑)。
另一種獲得浸漬液的朝物面凸出地彎曲的界面的方法是在末級(jí)光學(xué)元件和浸漬液之間引入中間液。此中間液不能與浸漬液混溶，并且在浸漬操作期間在電場(chǎng)內(nèi)形成彎曲的界面。這種構(gòu)型在浸漬液的折射率等于或小于與物體側(cè)的浸漬液鄰接的介質(zhì)的折射率的情況下也是有利的。
此方法還利用被稱為“電潤(rùn)濕”的作用。如果電場(chǎng)大小改變，則伴隨界面的曲率的改變。但是，迄今為止此作用僅用于由法國(guó)Varioptic生產(chǎn)的元件上的CCD或CMOS傳感器的自動(dòng)聚焦透鏡。
兩種液體的電導(dǎo)率之間的差別越大，則界面的曲率越大。如果兩種液體之一例如中間液導(dǎo)電而另一種液體例如浸漬液電絕緣，則可實(shí)現(xiàn)很大的差別。
此外，如果中間液的密度與浸漬液的密度基本相同則是有利的，這是因?yàn)椴粫?huì)出現(xiàn)浮力，并且因此界面的形狀與空間上的布置位置無(wú)關(guān)。
中間液的折射率應(yīng)小于浸漬液的折射率，但是也可小于或大于圖像側(cè)的末級(jí)光學(xué)元件的折射率。
優(yōu)選地，形成彎曲界面所需的電場(chǎng)是通過(guò)電極產(chǎn)生的。例如，可通過(guò)使用設(shè)置在末級(jí)光學(xué)元件和像面之間的環(huán)錐形電極形成對(duì)稱的界面。這樣，界面的曲率可通過(guò)改變施加在電極上的電壓而連續(xù)改變。可應(yīng)用此措施以修正投影物鏡的特定成像性質(zhì)。
如上所述，希望在浸漬液和與物體側(cè)鄰接的介質(zhì)之間具有強(qiáng)彎曲的界面，因?yàn)檫@可簡(jiǎn)化成像像差的修正。但是，此界面的曲率小也非常有利。這是因?yàn)榇笄释ǔ?dǎo)致在末級(jí)光學(xué)元件內(nèi)形成空腔。這種空腔具有一些缺陷。例如，如果例如出于溫度穩(wěn)定的原因和為了凈化液體而必須維持浸漬液流動(dòng)，則會(huì)促使出現(xiàn)不希望的湍流。此外，折射率高的浸漬液的吸附作用稍大于透鏡材料。為此，浸漬液內(nèi)的最大幾何路徑長(zhǎng)度應(yīng)保持很小。最后，小曲率可簡(jiǎn)化出于清潔原因而接近末級(jí)光學(xué)元件的圖像側(cè)表面。
因此，通常優(yōu)選地，浸漬液和與浸漬液鄰接的介質(zhì)形成朝物面凸出地彎曲的界面，以使得光線以最大入射角通過(guò)該界面，該最大入射角的正弦值在0.98與0.5之間，更優(yōu)選地在0.95與0.85之間，并尤其優(yōu)選地在0.94與0.87之間。后者的值分別對(duì)應(yīng)于60°和70°的入射角。這里，入射角是指在光線射在表面上的位置處光線和法向平面之間的角度。這些構(gòu)型在浸漬液的折射率等于或小于與物體側(cè)的浸漬液相鄰的介質(zhì)的折射率的情況下也是有利的。
根據(jù)本發(fā)明可行的例如可以為1.6和更大的非常大的數(shù)值孔徑在某些情況下需要投影物鏡的新穎設(shè)計(jì)。在這一點(diǎn)，包括至少兩個(gè)成像鏡并且其中形成至少兩個(gè)中間圖像的反射折射投影物鏡是有利的。這種構(gòu)型在浸漬液的折射率等于或小于與物體側(cè)的浸漬液的鄰接的介質(zhì)的折射率的情況下也是有利的。


結(jié)合附圖參考下文的詳細(xì)說(shuō)明可更容易地理解本發(fā)明的各個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1以不按比例的非常簡(jiǎn)化的視圖示出通過(guò)具有根據(jù)本發(fā)明的投影物鏡的投影曝光裝置的子午線部分；圖2示出圖1中所示的投影物鏡的圖像側(cè)端部的放大視圖；圖3示出具有排出阻擋件的可選實(shí)施例的類似于圖2的放大視圖；圖4示出根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的投影物鏡的圖像側(cè)端部，在該實(shí)施例中在浸漬液和圖像側(cè)的末級(jí)光學(xué)元件之間引入中間液；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的投影物鏡的圖像側(cè)端部處的幾何條件的細(xì)節(jié)；圖6示出通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的反射折射投影物鏡的子午線部分；圖7示出通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的反射折射投影物鏡的子午線部分；圖8示出通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的反射折射投影物鏡的子午線部分；圖9示出通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例的反射折射投影物鏡的子午線部分。
具體實(shí)施例方式
圖1以不按比例的非常簡(jiǎn)化的視圖示出通過(guò)總體由110指示的微平版印刷投影曝光裝置的子午線部分。投影曝光裝置110包括用于產(chǎn)生投影光113的照射系統(tǒng)112，該系統(tǒng)包括光源114、照射光學(xué)器件116和光闌118。在所示的示例性實(shí)施例中，投影光113的波長(zhǎng)為193nm。
投影曝光裝置110還包括投影物鏡120，該投影物鏡包括多個(gè)透鏡元件，為了清楚起見(jiàn)，在圖1中僅作為示例示出一些透鏡元件并用L1到L5指示。投影物鏡120使設(shè)置在該投影物鏡120的物面122內(nèi)的掩模124以減小的比例在感光層126上成像。可由光致抗蝕劑構(gòu)成的感光層126設(shè)置在投影物鏡120的像面128內(nèi)并應(yīng)用在襯底130上。如本領(lǐng)域內(nèi)已知的，感光層126本身可由多個(gè)層構(gòu)成并且還可包括抗反射層。
浸漬液134被引入圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5和感光層126之間的間隙132內(nèi)。
這可從圖2中更清楚地看到，該圖放大地示出投影物鏡120的圖像側(cè)端部。圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5在圖像側(cè)具有凹入地彎曲的表面136。圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5和感光層126之間的間隙132(通常在兩端是平的)現(xiàn)在轉(zhuǎn)化成一空腔。
表面136大致為球殼形狀，其曲率半徑在圖2中用R指示。在此布置中，曲率半徑R大約為圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5和感光層126之間的軸向距離的1.3倍。
浸漬液134的折射率nL大于構(gòu)成圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5的材料的折射率n1。例如，如果使用石英玻璃或氟化鈣作為該末級(jí)透鏡元件L5的材料，則應(yīng)選擇折射率nL高于1.56或1.5的浸漬液。如互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)www.eetimes.com/semi/news/OEG2004128S0017所述，這可通過(guò)例如在水中添加硫酸鹽、堿金屬例如銫、或磷酸鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些浸漬液即使在深紫外光光譜范圍內(nèi)的波長(zhǎng)下仍具有足夠的透明性和穩(wěn)定性。如果投影曝光裝置110是為較長(zhǎng)的波長(zhǎng)例如可見(jiàn)光光譜范圍內(nèi)的波長(zhǎng)設(shè)計(jì)的，則也可使用傳統(tǒng)的具有高折射率的浸漬液例如雪松油、二硫化碳或一溴代萘(monobromonaphthalene)作為浸漬液。
由于浸漬液相對(duì)于物面122與圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5形成凸出地彎曲界面139，所以在所述界面139處僅出現(xiàn)較小的光束入射角。這在圖2中作為示例由具有最大孔徑角α的孔徑射線113a和113b示出。結(jié)果，在所述界面處的反射損失相應(yīng)地較小。因此，相對(duì)于投影物鏡120的光軸OA具有大孔徑角的射線也可有助于形成掩模124的像，結(jié)果可通過(guò)投影物鏡120實(shí)現(xiàn)達(dá)到浸漬液134的折射率nL的數(shù)值孔徑。另一方面，如果如現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)的通常情況界面139是平面，則所述射線將在末級(jí)透鏡元件L5和浸漬液之間的界面處被全部反射。
圖3以與圖2類似的視圖示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的投影物鏡120。在該圖中相同的部分用相同的標(biāo)號(hào)指示。
投影物鏡120’與圖1和2中所示的投影物鏡120的不同之處僅在于一環(huán)140緊密地接合到投影物鏡120的末級(jí)透鏡元件L5和殼體141。環(huán)140用作浸漬液134的排出阻擋件。如果圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5的表面136很強(qiáng)地彎曲從而間隙132具有很大的沿光軸OA的最大延伸長(zhǎng)度，則這種排出阻擋件尤其有利。因此，浸漬液134的靜水壓力較高。在沒(méi)有排出阻擋件時(shí)，所述壓力可最終導(dǎo)致這樣的結(jié)果，即浸漬液134被從空腔擠出到投影物鏡120和感光層126之間的周圍間隙132，從而周圍氣體會(huì)進(jìn)入該空腔。
環(huán)140可由例如諸如石英玻璃或氯化鈣的標(biāo)準(zhǔn)透鏡材料制成，但是也可由諸如InvarTM鎳合金、不銹鋼或(玻璃)陶瓷的其它材料制成。
圖4示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的投影物鏡120”的圖像側(cè)端部，在該實(shí)施例中浸漬液134的彎曲以另一種方式實(shí)現(xiàn)。
在投影物鏡120”內(nèi)，浸漬液134并沒(méi)有與圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5”直接鄰接。相反，在圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5”和浸漬液134之間設(shè)置有另一種液體，該液體在下文被稱為中間液142。中間液142在所示的實(shí)施例中是已添加有離子的水。該水因離子而變得具有導(dǎo)電性。在此情況下折射率大于末級(jí)透鏡元件L5”的浸漬液134是電絕緣的。對(duì)于在可見(jiàn)光光譜范圍內(nèi)的投影光的波長(zhǎng)，例如上文提到的油和萘適于用作浸漬液134。
中間液142完全充滿圖像側(cè)的末級(jí)透鏡元件L5”的圖像側(cè)表面136”和浸漬液134之間的空間。表面136”在所示的示例性實(shí)施例中凸出地彎曲，但是該表面也可以是平面。與如上述示例性實(shí)施例中所述的具有排出阻擋件功能的環(huán)140”鄰接地設(shè)置有類似的環(huán)錐形電極146，該電極連接到可控電壓源147。一隔離層148應(yīng)用在錐形電極146上，該隔離層與感光層126一起確保浸漬液134相對(duì)于像面連續(xù)的隔離。電壓源147產(chǎn)生頻率在100kHz與500kHz之間的交流電壓。應(yīng)用于錐形電極146的電壓的幅值大約為40V。
當(dāng)向錐形電極146施加交流電壓時(shí)，已知的電潤(rùn)濕作用具有這樣的結(jié)果，即浸漬液134和中間液142之間的界面139朝物面122凸出地彎曲。此彎曲的原因是毛細(xì)管力，如果在電極146上施加足夠大的交流電壓，則毛細(xì)管力與總?cè)莘e的不可變性和將形成最小表面的傾向性一起導(dǎo)致非常近似地生成球形界面139。
如果交流電壓降低，則界面139的曲率減小。在圖4中這由如虛線所示的界面139’指示。因此，可以簡(jiǎn)單的方式即通過(guò)改變施加在錐形電極146上的交流電壓，連續(xù)改變由浸漬液134形成的液體透鏡的折射率。為了完整起見(jiàn)，還應(yīng)提到在此處界面139的彎曲不一定需要交流電壓，也可通過(guò)直流電壓實(shí)現(xiàn)。
另外，在此實(shí)施例中，朝物面122凸出地彎曲的浸漬液134的界面具有這樣的作用，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)值孔徑不受末級(jí)透鏡元件L5”的折射率限制而是僅受浸漬液134的折射率限制。
由浸漬液134形成的液體透鏡的屈光力的連續(xù)可變性也可有利地用在投影物鏡內(nèi)的其它位置。有利地，這種液體透鏡可用在投影物鏡內(nèi)暴露在特別高的光強(qiáng)度下的位置。這樣可抑制或至少通過(guò)僅替換浸漬液來(lái)補(bǔ)救例如在傳統(tǒng)固體透鏡的情況下發(fā)生的劣化現(xiàn)象。順便提及，對(duì)應(yīng)的解釋也可應(yīng)用于圖2和3中所示的實(shí)施例。
圖5示出根據(jù)又一示例性實(shí)施例的投影物鏡的圖像側(cè)端部。這里，末級(jí)透鏡元件L205具有朝向像面的球面236，與圖2和3中所示實(shí)施例的透鏡元件L5相比，該球面的凹曲率較小，即曲率半徑R較大。下文將更詳細(xì)地說(shuō)明末級(jí)透鏡元件L205和浸漬液134之間的界面的幾何條件。
標(biāo)號(hào)AR指示具有最大孔徑角的孔徑射線?？讖缴渚€AR在相對(duì)于光軸OA的高度h處的像場(chǎng)的周邊處入射到感光層126上?？讖缴渚€AR在末級(jí)透鏡元件L205和浸漬液134之間的界面處具有入射角α和折射角β。透鏡元件L205的最后表面236的頂點(diǎn)與感光層126位于其中的像面之間的距離由s指示。
投影物鏡的基本特征是兩個(gè)量即圖像側(cè)的數(shù)值孔徑NA＝n·sin()，和量2h，即可在其上形成圖像的繞光軸OA的圓的直徑。
可從圖像側(cè)的數(shù)值孔徑NA得到確保光可傳播通過(guò)末級(jí)透鏡元件和浸漬液而不會(huì)在該界面被反射的特定幾何特性。但是，對(duì)于末級(jí)透鏡元件的設(shè)計(jì)要求實(shí)際上比可僅從圖像側(cè)的數(shù)值孔徑得到的要求更嚴(yán)格些。例如，入射角α應(yīng)不超過(guò)特定值，例如大約75°，并更優(yōu)選地70°。這是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)顯示，具有較大入射角α的投影物鏡要求非常復(fù)雜的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的像差修正和降低對(duì)制造公差和變化的環(huán)境條件的敏感性。
目前用于干操作的投影物鏡實(shí)現(xiàn)接近大約0.95的圖像側(cè)NA。這意味著數(shù)值孔徑NA不會(huì)超過(guò)就在像面前方的介質(zhì)(通常是氣體或氣體的混合物例如空氣)的折射率的95％。在這種干投影物鏡內(nèi)，尤其是在接近像面的最后表面處以及透鏡元件的其它表面處，最大入射角為大約70°。
由于這些考慮也應(yīng)用于浸液物鏡，所以入射角應(yīng)保持低于這些值。從幾何考慮可清楚地看到，表面236的彎曲越強(qiáng)，則入射角越小。因此，強(qiáng)的彎曲可確保入射角不超過(guò)這些值。
另一方面，透鏡元件L205的表面236不應(yīng)過(guò)于嚴(yán)重地彎曲。這是因?yàn)檫^(guò)于嚴(yán)重的彎曲會(huì)導(dǎo)致浸漬液134的與流體動(dòng)力學(xué)、污染和溫度敏感性有關(guān)的問(wèn)題加重。例如，難以使浸漬液134的溫度均勻和恒定，并且浸漬液134會(huì)以這樣的方式被封閉在強(qiáng)凸出的空腔內(nèi)，使得例如出于清洗原因替換浸漬液的任務(wù)變得非常復(fù)雜。
已發(fā)現(xiàn)如果最大入射角α滿足以下條件則可實(shí)現(xiàn)很好的折衷0.95＞sin(α)＞0.85
在下文得到指定合適的曲率ρ的公式，該曲率是NA＝n·sin()、距離s、圖像高度h以及末級(jí)透射元件L205的折射率n’和浸漬液134的折射率n的函數(shù)，從而入射角α的正弦值不會(huì)超過(guò)特定的有利和可實(shí)用的值。已發(fā)現(xiàn)該值為sin(α)＜κ，其中κ＝0.95。使用折射定律，其遵循|nn′sin(β)|>κ]]>根據(jù)簡(jiǎn)單的幾何考慮，可從上式推導(dǎo)出 從而，ρ>(1-n′·κNA)s]]>是最小表面曲率的條件。對(duì)于半徑R＝1/ρ，這給出R>s(1-n′·κNA)]]>對(duì)于示例性的數(shù)值孔徑NA＝1.5，并使用n’＝1.56的SiO2作為末級(jí)透鏡元件L205的材料，這導(dǎo)致R＞m·s其中m≈83。對(duì)于s＝2mm，這使得對(duì)于最大曲率半徑，半徑R大約為167mm。
另外，如果在有限像場(chǎng)的情況下考慮最外部的圖像點(diǎn)的孔徑射線，則為此在上面的公式內(nèi)用根據(jù)下式的s’ 替換距離s。對(duì)于最大場(chǎng)高度h，然后最小曲率ρ遵循下式 如果以具有上述參數(shù)即NA＝1.5以及n’＝1.56的投影物鏡開(kāi)始，并且還假設(shè)最大場(chǎng)高度h為15mm，則最大曲率半徑R應(yīng)小于m＝83乘以(s-5.57mm)。對(duì)于s＝8mm，這導(dǎo)致大約為200mm的最大曲率半徑R，而對(duì)于s＝10mm，R大約為375mm。
例如，如果κ選為0.95并且使用折射率n＝1.43的浸漬液，則可通過(guò)用由SiO2制成的、與像面的距離s＝2mm并且最大曲率半徑小于大約80mm的末級(jí)透鏡元件L205，實(shí)現(xiàn)數(shù)值孔徑NA＝1.35。如果表面的最大半徑不僅低于給定值而且還至少基本上等于這些值，則可使上述在大曲率的情況下出現(xiàn)的有害影響最小。
除了如上文所述最大入射角不應(yīng)超過(guò)特定的上限和下限之外，應(yīng)確保在從像面上的一點(diǎn)朝物面看時(shí)光線相當(dāng)快地收斂。否則需要具有非常大的直徑的光學(xué)元件。此定性設(shè)計(jì)規(guī)則可按以下方式在數(shù)學(xué)上表示如果k、l、m是孔徑射線的三個(gè)方向余弦而n是介質(zhì)內(nèi)的折射率，同時(shí)k2+l2+m2＝n2，則在其中(k2+l2)/n2＞K0的物鏡內(nèi)(尤其是在像面附近)不應(yīng)有容積。限值K0應(yīng)選擇為K0＝0.95或更好地K0＝0.85。
圖6示出通過(guò)圖1和2中所示的投影物鏡120的第一示例性實(shí)施例的子午線部分。該投影物鏡的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在表1中列出；半徑和厚度均以毫米為單位。在投影物鏡上的數(shù)字針對(duì)光學(xué)元件的被選擇的表面。以短條組為特征的表面非球面地彎曲。所述表面的曲率用以下非球面公式說(shuō)明z=ch21+1-(1+k)c2h2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14]]>在此等式內(nèi)，z是平行于光軸的各個(gè)面的弧矢，h是距離光軸的徑向距離，c＝1/R是在各個(gè)面的頂點(diǎn)處的曲率，其中R是曲率半徑，k是圓錐常數(shù)而A、B、C、D、E和F是表2中列出的非球面常數(shù)。在該示例性實(shí)施例中，球面常數(shù)k等于0。
投影物鏡120包含兩個(gè)非球面鏡S1和S2，在這兩個(gè)鏡之間生成兩個(gè)(沒(méi)有被最佳地修正的)中間圖像。投影物鏡120針對(duì)193nm的波長(zhǎng)以及折射率nL為1.60的浸漬液設(shè)計(jì)。投影物鏡120的線性放大率為β＝-0.25并且數(shù)值孔徑為NA＝1.4。但是，一些額外改進(jìn)使得可容易地實(shí)現(xiàn)剛好達(dá)到浸漬液的折射率并因此僅稍小于1.6的數(shù)值孔徑NA。
圖7至9示出通過(guò)圖1和圖2中所示的投影物鏡120的另外三個(gè)示例性實(shí)施例的子午線部分。圖7中所示的投影物鏡的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和非球面常數(shù)在表3和4中列出；表5、6和表7、8分別列出圖8和圖9中所示實(shí)施例的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和非球面常數(shù)。
圖7至9中所示的投影物鏡均具有NA＝1.40的圖像側(cè)數(shù)值孔徑和折射率nL＝1.60的的浸漬液。因此，此折射率總是大于由CaF2制成的末級(jí)透鏡元件的折射率，即nL＞nCaF2。
圖7中所示的針對(duì)波長(zhǎng)λ＝193nm設(shè)計(jì)的投影物鏡未被消色差并具有末級(jí)透鏡元件LL7，該末級(jí)透鏡元件具有形成一種用于浸漬液134的空腔的強(qiáng)凹入地彎曲的圖像側(cè)表面。波陣面被修正為大約2/100λ。
圖8中所示的投影物鏡是針對(duì)波長(zhǎng)λ＝157nm設(shè)計(jì)的并且被消色差。末級(jí)透鏡元件LL8的圖像側(cè)表面更強(qiáng)地凹入地彎曲；除此之外，曲率半徑與末級(jí)透鏡元件LL8與像面之間的軸向距離基本相等，即曲率中心基本上位于像面內(nèi)。結(jié)果，浸漬液134具有很大的最大厚度。盡管在λ＝157nm下CaF2的折射率大約為nCaF2＝1.56，但是仍假設(shè)浸漬液的折射率較大(nL＝1.60)。波陣面被修正為大約4/100λ。
圖9中所示的投影物鏡是針對(duì)波長(zhǎng)λ＝193nm設(shè)計(jì)的并且未被消色差。末級(jí)透鏡元件LL9的圖像側(cè)表面僅具有較小的凹曲率，從而浸漬液934基本形成平面層。曲率半徑遠(yuǎn)大于末級(jí)透鏡元件LL9與像面之間的軸向距離(大約為10倍)，即曲率中心與像面之間具有很大的距離。在末級(jí)透鏡元件LL9和浸漬液934之間的界面處的最大入射角為大約67°(即sinα＝0.92)。波陣面被修正為大約5/100λ。
當(dāng)比較在圖7和圖9中所示類似實(shí)施例中的波陣面誤差時(shí)，可清楚地看到，圖7中末級(jí)透鏡元件LL7的圖像側(cè)表面具有較大曲率的設(shè)計(jì)允許實(shí)現(xiàn)更好的波陣面修正(2/100λvs.5/100λ)。但是，盡管圖9中所示的投影物鏡沒(méi)有如圖7中所示的投影物鏡那樣好地被校正，但由于比較大的曲率半徑，在末級(jí)透鏡元件LL9之下僅存在小空腔，根據(jù)上述原因這是有利的。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于如上所述的用于反射折射投影物鏡。本發(fā)明還可有利地用于具有數(shù)量比所示實(shí)施例少或多的中間圖像的投影物鏡，以及具有或不具有中間圖像的折射投影物鏡。另外，光軸也可延伸通過(guò)像場(chǎng)的中心。例如可在US 2002/0196533 A1、WO 01/050171 A1，WO 02/093209A2和US 6496306 A中發(fā)現(xiàn)另外的合適的透鏡設(shè)計(jì)的示例。
表1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

表2非球面常數(shù)

表3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)


表4非球面常數(shù)

表5設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)


表6非球面常數(shù)

表7設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)


表8非球面常數(shù)

權(quán)利要求
1.一種微平版印刷投影曝光裝置(110)的投影物鏡，該投影物鏡用于使設(shè)置在該投影物鏡(120；120’；120”)的物面(122)內(nèi)的掩模(124)在設(shè)置在該投影物鏡的像面(128)內(nèi)的感光層(126)上成像，其中該投影物鏡(120；120’；120”)是為其中浸漬液與感光層(126)鄰接的浸漬操作設(shè)計(jì)的，并且浸漬液的折射率大于在物體側(cè)與該浸漬液鄰接的介質(zhì)(L5；142；L205；LL7；LL8；LL9)的折射率，其特征在于，該投影物鏡(120；120’；120”)設(shè)計(jì)成使得在浸漬操作期間所述浸漬液(134)朝所述物面(122)凸出地彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影物鏡，其特征在于，在浸漬操作期間所述浸漬液(134)與作為投影物鏡(120)的圖像側(cè)的末級(jí)光學(xué)元件的光學(xué)元件(L5；L205；LL7；LL8；LL9)的凹入彎曲的圖像側(cè)表面(136)直接鄰接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影物鏡，其特征在于，所述彎曲的圖像側(cè)表面(136)被排出阻擋件(140)圍繞。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投影物鏡，其特征在于，所述排出阻擋件設(shè)計(jì)為與投影物鏡(120’)的所述光學(xué)元件(L5)和/或殼體(141)鄰接的環(huán)(140)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的投影物鏡，其特征在于，所述彎曲的圖像側(cè)表面(136)是球面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影物鏡，其特征在于，所述彎曲的圖像側(cè)表面(136)的曲率半徑(R)為該彎曲的圖像側(cè)表面(136)與所述像面(128)之間的距離的0.9倍與1.5倍之間并且優(yōu)選地為1.3倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影物鏡，其特征在于，在浸漬操作期間在所述浸漬液(134)和作為投影物鏡(120”)的圖像側(cè)的末級(jí)光學(xué)元件的光學(xué)元件(L5”)之間設(shè)置有中間液(142)，該中間液不可與浸漬液(134)混溶，并且該中間液在電場(chǎng)中形成彎曲的界面(139，139’)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影物鏡，其特征在于，所述中間液(142)是導(dǎo)電的，所述浸漬液(134)是電絕緣的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的投影物鏡，其特征在于，所述中間液(142)的密度與所述浸漬液(134)的密度基本相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影物鏡，其特征在于，所述浸漬液(134)是油，所述中間液(142)是水。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的投影物鏡，其特征在于，具有用于產(chǎn)生電場(chǎng)的電極(146)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影物鏡，其特征在于，所述電極是設(shè)置在所述光學(xué)元件(L5”)和所述像面(128)之間的環(huán)錐形電極(146)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的投影物鏡，其特征在于，所述界面(139，139’)的曲率能通過(guò)改變施加在所述電極(146)上的電壓而改變。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的投影物鏡，其特征在于，所述中間液(142)與所述浸漬液(139)之間的界面(139，139’)至少近似為球面。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的投影物鏡，其特征在于，所述浸漬液以這樣的方式與朝物面凸出地彎曲的介質(zhì)形成界面，即光線以正弦值在0.5與0.98之間的最大入射角通過(guò)該界面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投影物鏡，其特征在于，所述最大入射角的正弦值在0.85和0.95之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的投影物鏡，其特征在于，所述最大入射角的正弦值在0.87和0.94之間。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的投影物鏡，其特征在于，在投影物鏡內(nèi)的任意容積內(nèi)滿足條件(k2+l2)/n2＞K0，其中k、l、m是孔徑射線的三個(gè)方向余弦，n是該容積內(nèi)的折射率并且k2+l2+m2＝n2以及K0＝0.95。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的投影物鏡，其特征在于，K0＝0.85。
20.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影物鏡，其特征在于，所述圖像側(cè)表面的最大曲率的曲率半徑等于乘積m·s，其中s是該彎曲的圖像側(cè)表面和像面之間的軸向距離，m是20與200之間的實(shí)數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的投影物鏡，其特征在于，m在40與100之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的投影物鏡，其特征在于，m在70與90之間。
23.一種微平版印刷投影曝光裝置的投影物鏡，該投影物鏡用于使掩模在設(shè)置在該投影物鏡的像面內(nèi)的感光層上成像，其中該投影物鏡(120；120’；120”)是為其中浸漬液與感光層(126)鄰接的浸漬操作設(shè)計(jì)的，其特征在于，所述浸漬液(134)和在所述投影物鏡的物體側(cè)與該浸漬液鄰接的介質(zhì)(LL9)形成界面，該界面朝所述掩模凸出地彎曲，使得最大曲率半徑等于乘積m·s，其中s是該界面和所述像面之間的軸向距離，m是20與120之間的實(shí)數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的投影物鏡，其特征在于，m在40與100之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的投影物鏡，其特征在于，m在70與90之間。
26.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的投影物鏡，其特征在于，所述投影物鏡(120)是具有至少兩個(gè)成像鏡(S1，S2)并且其中形成至少兩個(gè)中間圖像的反射折射物鏡。
27.一種用于生產(chǎn)微結(jié)構(gòu)元件的微平版印刷投影曝光裝置，其特征在于，具有根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的投影物鏡(120’；120’；120”)。
28.一種用于平版印刷地生產(chǎn)微結(jié)構(gòu)元件的方法，包括以下步驟a)設(shè)置襯底(130)，在該襯底上至少部分地應(yīng)用由感光材料制成的層(126)；b)設(shè)置包含待成像的結(jié)構(gòu)的掩模(124)；c)設(shè)置包括根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的投影物鏡(120；120’；120”)的投影曝光裝置；d)利用所述投影曝光裝置將所述掩模(124)的至少一部分投影在所述層(126)的區(qū)域上。
23.采用根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法生產(chǎn)的微結(jié)構(gòu)元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微平版印刷投影曝光裝置的投影物鏡。該微平版印刷投影曝光裝置(110)的投影物鏡是為其中浸漬液(134)與感光層(126)鄰接的浸漬操作而設(shè)計(jì)的。浸漬液的折射率大于在投影物鏡(120；120’；120”)的物體側(cè)與浸漬液相鄰的介質(zhì)(L5；142；L205；LL7；LL8；LL9)的折射率。投影物鏡設(shè)計(jì)成在浸漬操作期間浸漬液(134)朝物面(122)凸出地彎曲。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1914563SQ200480041615
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者B·尼爾, N·瓦布拉, T·格魯納, A·艾普勒, S·貝德, W·辛格 申請(qǐng)人:卡爾蔡司Smt股份有限公司