具有包括凹面镜和凸面镜的聚光器的光刻投影装置 【技术领域】
本发明涉及一种光学系统，它包括辐射源和位于所述辐射源附近的至少一个聚光器，该聚光器用于聚集所述辐射以提供辐射光束。
背景技术
每一个光刻投影装置都具有辐射源。辐射源提供照射能量。由于辐射源大部分是类似点状的，因此通过辐射源发射的辐射具有高度发散性。因而聚光器用于将辐射聚焦为更加会聚的辐射光束。没有被聚集的辐射意味着照射能量的损失。因此以尽可能大的立体角来聚集辐射非常重要。多层(ML)聚光器能够以大于2πsr(然而实际的角度在1.4πsr到1.63πsr之间)的立体角聚集来自这样小的辐射源的辐射，并提供辐射光束。然而，对于具有大聚光器角的可利用的ML聚光器来说目前还没有其他合适的替代方案。
【发明内容】
因此本发明的一个目的是公开一种具有提供EUV辐射光束的聚光器的光刻投影装置，该EUV辐射光束具有以一定立体角聚集地辐射，该立体角的大小可与聚集辐射的ML聚光器中的立体角相比。
因此在本发明的第一个实施利中，其特征在于至少一个聚光器包括在一凹表面上的第一反射器和在一凸表面上的第二反射器，凸表面环绕着凹表面，且凹表面上的第一反射器被设置成接受来自所述辐射源的辐射并将它反射到所述凸表面上的第二反射器以产生所述辐射光束。以这种方式可以获得与ML聚光器相比的辐射能量的聚集量。
本发明另一实施例的特征在于第二反射器包括场棱面(fieldfacet)。这意味着可以省略通常位于光学系统下游的照射系统中的一个反射镜。当EUV辐射射到反射镜上时，大约30％的辐射能量会被吸收。因此，通过省略一个或多个反射镜，在根据本发明这一实施例的光刻投影装置中会消耗少很多的辐射能量。
在另一实施例中，本发明的特征在于第一反射器包括场棱面，第二反射器包括光瞳棱面(pupil facet)。同样，在光学系统下游的(照射)系统中需要更少的反射镜，因此光刻投影装置中辐射能量的消耗可以得到进一步地降低。
在另一实施例中，本发明的特征在于光刻投影装置进一步包括污染减小装置，它位于所述辐射源和所述至少一个聚光器之间并且被设置成让所述辐射通过。干净的辐射光束对于获得最小的不规则性(碎片)的光刻投影来说是极为重要的。污染减小装置(例如箔聚光器)导致污染减小装置下游的辐射中的碎片量降低。
本发明还涉及一种如上所述的光刻投影装置，包括：
-用于接收所述辐射光束的和产生辐射投影光束的光学系统；
-用于保持构图装置的支撑结构，所述构图装置由投影光束照射来对投影光束进行构图；
-用于保持基底的基底台；
-构造和设置为将构图装置的受照射部分成像到基底的目标部分上的投影系统。
-本发明还涉及一种通过光刻工艺利用如上所述的光刻投影装置制造集成结构的方法。
这里使用的术语“构图装置”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的装置，其中所述图案与要在基底的目标部分上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在目标部分中形成的器件如集成电路或者其它器件的特殊功能层相对应(如下文)。这种构图装置的示例包括：
■掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性地被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射辐射光束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束移动；
■可编程反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理是(例如)反射表面的已寻址区域将入射光反射为衍射光，而未寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。可编程反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此已寻址反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到未寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵定址。在上述两种情况中，构图装置可包括一个或者多个可编程反射镜阵列。这里涉及的反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在可编程反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的；
■可编程LCD阵列。例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图装置。
光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图装置可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅晶片)的目标部分上(例如包括一个或者多个管芯(die))。一般地，单一的晶片将包含相邻目标部分的整个网格，该相邻目标部分由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过将全部掩模图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分；这种装置通常称作晶片步进器或步进-重复(step-and-repeat)装置。另一种装置(通常称作步进-扫描装置)通过在投影光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一目标部分；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,792中获得，该文献这里作为参考引入。
在用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如打底，涂敷抗蚀剂和弱烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，强烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯割技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些处理的进一步信息可从例如Peter van Zant的“微芯片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guide toSemiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-06725 0-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。照射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于引导、整形或者控制辐射投影光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多台式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。
在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“中间掩模版(reticle)”，“晶片”或者“管芯(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“目标部分”代替。
在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)和粒子束，如离子束或者电子束。
【附图说明】
现在结合附图描述本发明，这仅仅是示出了例子，并不是限定保护范围，其中：
图1表示光刻投影装置的一般的总览示意图，
图2更详细地表示图1中的照射器或照射系统(IL)；
图3表示用于目前技术状况中的ML聚光器，
图4表示根据目前技术状况的掠入射(GI)聚光器，
图5是根据本发明的聚光器，
图6是具有位于凸面镜上的场棱面的聚光器，
图7是具有位于凹面镜上的场棱面和位于凸面镜上的光瞳棱面的聚光器。
【具体实施方式】
图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置1。
该装置包括：
-辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投影光束PB，其中包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)。在这种具体情况下，辐射系统也包括辐射源LA；
-第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如中间掩模版)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；
-第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW连接；
-投影系统(“镜头”)PL，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯(die))上。
如这里指出的，该装置属于反射型(即具有反射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如透射型(具有透射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图装置，如上述涉及的可编程反射镜阵列型。
辐射源LA(例如激光器产生的等离子体或放电等离子体EUV辐射源)产生辐射光束。该光束直接或在横穿过如扩束器Ex等调节装置后，馈送到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有所需的均匀度和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投影装置的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投影装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。
光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的目标部分C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片步进器中(与步进-扫描装置相对)，掩模台MT可与短冲程致动装置连接，或者固定。掩模MA与基底W可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2进行对准。
所示的装置可以按照二种不同模式使用：
1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投影(即单“闪”)到目标部分C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的目标部分C能够由光束PB照射；
2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是给定的目标部分C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投影光束PB在掩模图像上扫描；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。以这种方式，可以曝光相当大的目标部分C，而没有牺牲分辨率。
图2更详细地示出照射系统IL，该图是以US6438199B1的图70为基础的。该系统可以与在US6438199中详细描述的系统相似，该文献在此引入作为参考，因此这里仅仅描述了该照射系统IL的概况。
图2中示出的装置包括产生辐射光束202的辐射源201。在辐射源201的后面设置凹面镜203。辐射源前面放置微小的分开的凸面镜209，即所谓的场棱面(field facet)。每个场棱面209将入射的辐射光束202朝对应的反射镜215反射。反射镜215也称为光瞳棱面。随后，辐射光束202反射到反射镜223上，反射镜223是凹面镜，之后反射到以掠入射方式设置的反射镜227上。分开的辐射光束202在从位于231处的构图装置反射后形成辐射源201的分开的图像235。
离开辐射源201的辐射光束202由椭球形的凸面镜203聚集。反射镜203向凸面镜209发送辐射光束202。在这里将辐射光束分成与存在的反射镜209一样多的分开的辐射光束202*。凸面镜元件209朝特定的光瞳棱面215反射每个辐射光束。光瞳棱面215设置在辐射光束202*的焦点处，因此产生图2中由参考数字207示出的点状(二次)辐射源。由于它们的位置位于辐射光束202*的焦点处，因此可将光瞳棱面设计成微小的平面反射镜。另外，由于在焦点处的辐射光束202*的强度非常高，因此也可将光瞳棱面215设置在焦点外。
可是根据经验，二次辐射源207和相应的平面反射镜之间的距离不得超过凸面镜209和用于辐射光束202*的光瞳棱面215之间距离的20％。辐射光束由哪个特定的凸面镜209反射到哪个光瞳棱面215上是由使用者确定的。为此凸面镜209和光瞳棱面215可以单独倾斜。凸面镜223和以掠入射方式设置的反射镜227起准直透镜的作用。各个辐射光束202*在构图装置231上叠加并在反射后发散。
在图3中，示出同样已知的光学系统39，该光学系统可用于在焦点37处得到高强度的辐射光束35。光学系统包括ML聚光器33和辐射源31。
由辐射源31发出的辐射经过ML聚光器33反射到焦点37。该辐射具有高度发散性，但是根据辐射源31的位置和ML聚光器33的形状，以大约为2πsr的立体角发出的辐射可被聚集到焦点37，在图3中聚光器的形状类似一个半球形。
在图4中，示出另一种已知的可获得高强度辐射光束47的光学系统49。该系统49包括辐射源41。在辐射源41附近设置掠入射(GI)聚光器43。GI聚光器43包括几个反射层45。
由辐射源41发出的辐射被层45反射并聚焦在焦点(未示出)处。在光学系统49中，小于2πsr的立体角的辐射可被聚焦到焦点。掠入射(GI)聚光器可与污染减轻系统相结合。但是，GI聚光器的一个主要缺陷就是其辐射聚集角受到限制(1.1πsr到1.2πsr)，从而导致辐射量受到限制。
例1
在图5中示出包括根据本发明的聚光器59的光学系统。该系统59包括发射辐射52的辐射源51以及看起来像Schwarzschild透镜的聚光器。但该聚光器与Schwarzschild透镜有很大差别。该聚光器包括由凹面镜53(在整个专利申请中也称作凹表面上的第一反射器)环绕的凸面镜55(在整个专利申请中也称作位于凸表面上的第二反射器)。在凸面镜53上有一个孔57。
从辐射源51发射的辐射52首先由凹面镜53反射，然后由凸面镜55反射。该辐射52经过孔57从光学系统59射出。由于凹面镜53的特定形状和辐射源51的位置，该凹面镜53以大约为2πsr的立体角聚集辐射。辐射52被聚焦在焦点37(图5中未示出)。
例2
一个重要的优点就是在如图5所示的装置中，可以在辐射源51和凸面镜55之间插入一个污染减少装置56。该污染减少装置56可以是一个箔聚光器，例如类似于在EP-A-1223468和EP-A-1057079中描述的聚光器。辐射52离开孔57之后被引导到照射系统IL中，例如引导到图2所示照射系统IL的场棱面209。
例3
图6中与图5的参考数字相对应的参考数字表示相同的部件。
图6中，光学系统63的凸面镜55上存在场棱面61。
场棱面61将辐射光束52分为独立的辐射源，这些辐射源的起点位于各个场棱面61上。目前，这种组合出现在与图2结合描述的照射系统IL。通过在凸面镜55上设置场棱面61，可以省略位于聚光器63下游的场棱面209。由于每次辐射光束入射到反射镜都会被吸收掉大约30％的辐射能量，因此上述结构特别有用。
图7中与图5和6的参考数字相对应的参考数字表示相同的部件。在图7中，场棱面61位于聚光器73的凹面镜53上，并且光瞳棱面71位于凸面镜55上。
在这种情况下，与结合图6描述的情况相比需要较少的反射镜，这导致相对更多的辐射功率。
如上所述的聚光器59、63和73与现有光刻投影装置中使用的聚光器相比具有额外的有利特点。即，本领域技术人员知道，当适当设计后，图3所示的已知聚光器可用本发明的聚光器59、63和73替换，而不需改变辐射源31的位置，也不会影响焦点37的位置。