CN102159996B - 用于半导体光刻的投射曝光设备中的振动衰减 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半导体光刻的投射曝光设备(310)的可换组件(1)，该可换组件(1)包括至少一个阻尼元件(2)。此外，本发明还涉及一种用于半导体光刻的投射曝光设备(310)以及一种用于半导体光刻的投射曝光设备的测量组件，该测量组件包括至少一个用于检测投射曝光设备的振动参数的传感器，其中该测量组件实施为能够插入到投射曝光设备(310)中为光学元件所准备的更换开口中。

Description

用于半导体光刻的投射曝光设备中的振动衰减

技术领域

本发明涉及一种包括多个光学元件和用于衰减机械振动的阻尼元件的用于半导体光刻的投射曝光设备，以及一种用于半导体光刻的投射曝光设备的可换组件。此外，本发明还涉及一种用于投射曝光设备的测量组件。

背景技术

在这种情况中，所讨论的机械振动通常会导致所讨论系统的光学成像质量下降，所述下降例如表现为对比度的损失且使具有完全符合要求的质量的半导体产品的成品率降低。所提及的问题领域尤其因一事实而加剧，该事实为：在用于半导体光刻的投射曝光设备的使用期限内，该设备所运行的工艺参数被改变很多次。例如，曝光时间或掩模母版和晶片台的行进速度会改变。投射物镜的动态行为受这些改变的影响。因此，根据所提及的工艺参数的改变，投射曝光设备中的光学元件被激励以产生固有振动。这使得从开始就相对于所有可能的使用参数来最优地设计投射曝光设备的阻尼系统变得困难得多。

发明内容

本发明的目标是提供一种装置，其就半导体光刻的投射曝光设备机械振动的衰减而言，相对于该设备的可能的使用参数具有改善的灵活性。

该目标通过一种可换组件、一种用于半导体光刻的投射曝光设备以及一种测量组件而实现。从属权利要求涉及本发明的有利实施例和变型。

所述可换组件包括至少一个阻尼元件，且所述可换组件实施为所述组件在小于12小时的时间周期内可被更换。所述投射曝光设备包括至少一个所述的可换组件。所述测量组件包括至少一个用于检测所述投射曝光设备的振动参数的传感器，其中所述测量组件实施为能够插入到所述投射曝光设备中为光学元件所准备的更换开口中。

根据本发明的用于半导体光刻的投射曝光设备具有多个光学元件以及用于衰减机械振动的阻尼元件，且包含可换组件，该可换组件包括至少一个阻尼元件；布置在可换组件中的阻尼元件可以是投射曝光设备中唯一的用于衰减机械振动的阻尼元件。可换组件实施为：该组件可以在小于12h的时间周期内，尤其在大约10h之内被更换。在该时间周期之前以及之后，投射曝光设备完全投入工作，这意味着所提到的时间周期也包括设备的校准/调整。在这种情况下，可换组件可以实施为可以插入到已存在的插口中的插入部件，由此，可以有利地实现所力求实现的组件的迅速更换。在这种情况下，该更换工艺与通过在接收器中替换阻尼元件或者附加地引入阻尼元件的光学元件的更换不同，所述接收器例如为已经存在于该组件中的螺纹孔。在这种情况下，该组件中阻尼元件自身的引入和替换通常需要小于10分钟的时间周期，通常大约5分钟或者更短。相反，尤其在投射物镜中，更换未布置在插口中而是与其他组件用螺丝固定在一起的组件将需要很多天。原则上，可换组件可以实际上布置在投射曝光设备中的所有位置处，例如，可以布置在照明装置中；然而，优选的安装位置是投射物镜。在可换组件在照明装置中的实施例中，该照明装置也可以实施为壳体部(housing part)。

阻尼元件实施为可换组件的一部分的事实使得对改变使用参数的适应的灵活性增强。在当前布置在可换组件中的阻尼元件的设计对给定一组使用参数不再能获得符合要求的结果的情况下，可以从投射物镜移除该可换组件，而不需要相对高的安装费用，且可以进行阻尼元件的更换或者可以用包括适当尺寸的阻尼元件的不同组件替换整个组件。

在本发明的一个有利实施例中，可换组件另外地包含至少一个光学元件。在这种情况下，布置在可换组件中的光学元件机械连接到阻尼元件的方式使得该光学元件的振动被该阻尼元件衰减。作为备选，该组件也可以被设计为：光学元件和阻尼元件仅空间地布置在同一组件中，而没有直接地机械相互作用。换言之，在后一种情况中，阻尼元件的主要作用不在于衰减布置在同一组件中的光学元件的可能振动，而是在于衰减影响整个投射物镜或者至少影响其分组件的振动。可换组件包括光学元件的事实意味着：在本发明的一个有利实施例中，可以实现改型方案。在这种情况下，该改型方案为：将可换组件实施为使得其可以插入到物镜的插口中，而该插口迄今为止仅设计为用于接受具有光学元件的可换安装件。这使得投射物镜也可以通过采用根据本发明的可换组件而因此被提供附加的减振功能。因为该可换组件仍具有最初提供的光学元件，所以从光学的角度看作用并未改变，而差别在于其现在还履行附加的减振功能。关于这点，在投射物镜的光瞳面区域中采用以上描述的可换组件的方案是尤其有利的。

阻尼元件可以实施为被动阻尼元件；尤其，阻尼元件可以具有连接到弹性元件的质量元件。

在这种情况下，弹性元件可以连接到质量元件使得阻尼元件可以进行剪切运动。在这种情况下，剪切运动的优势在于：机械振动能被消散，也就是，基本被转换成热，且在阻尼元件做剪切振动的情况下最有效。

对于质量元件，范围为150g-450g，尤其范围为250g-350g的质量已经被证明是最合适的。

弹性元件可以由含氟弹性体制成，尤其由氟橡胶制成。上述材料因其高稳定性，尤其在真空条件下的高稳定性而与众不同；对于这点，应该强调的是含氟弹性体表现出非常有利的除气行为。

与阻尼元件的被动实施例不同，该阻尼元件也可以实施为具有传感器和致动器的主动阻尼元件。在这种情况下，传感器记录例如要被减振的部件的偏转或加速度。然后，传感器的已经被相应地放大且移相的输出信号可以再次提供给致动器。

在这种情况下，阻尼元件可以包括插棒型线圈(plunger-type coil)。在这种情况下，插棒型线圈可以既用作传感器又用作致动器。在这种情况下，用途的选择可以仅通过驱动插棒型线圈来进行；由此，例如，在采用插棒型线圈作为传感器的第一测量周期中，也就是，通过测量插棒型线圈的输出信号的第一测量周期中，可以确定干扰振动的频率和幅度。在评估单元中评估干扰振动的参数之后，随后可以产生使被检测的振动可以最有效地衰减的信号形状。随后进入衰减周期，也就是，计算的信号施加到插棒型线圈，而该插棒型线圈作为衰减已确定振动的致动器来工作。在这种情况下，不必须是插棒型线圈被用作传感器和/或致动器；上述的过程原则上可以利用所有可用作传感器或致动器的部件。就此而言，可以采用例如压电元件、涡流制动器(eddy current brake)/传感器或者电容传感器/致动器。利用上述措施，可以节省部件，这意味着：首先可以降低系统的复杂度，其次可以使阻尼元件所占用的结构空间保持为较小。

在本发明的再一有利实施例中，阻尼元件可以实现为压电元件，尤其作为在公开的德国专利申请DE 100 225 266 A1中描述的压电致动器方式的致动器。所引用的文档中描述了这样的致动器，其中致动器转子(也就是，致动器的移动部，通常作用于要被操控或要被定位的部件)利用一个或更多前进元件(“脚”)而被驱动，所述前进元件实现为压电元件且垂直于该转子。在这种情况下，前进元件垂直于其自身的长度方向沿转子方向移动。在这种情况下，所描述的致动器可以以前进元件留在致动器上而不是通过落下(setting down)、前进以及后退来移动转子的方式而运行。该变型使得也可以用于操控光学元件的位置的致动器可以以替换或附加的操作方式用作振动阻尼器。这种情况下尤其使用压电元件的优势为：压电元件具有通常在0Hz到2000Hz范围内的相对高的带宽。

为了带走消散的机械能或者为了冷却阻尼元件的可能的主动部件，该阻尼元件可以装配冷却装置，冷却装置具体地为气体或液体冷却装置或者热管。在这种情况下，冷却装置具有使消散的能量离开投射物镜区域而不加热物镜的部件的效果。具体地，采用冷却装置具有这样的效果：随着时间的流逝使阻尼元件的温度保持稳定，从而阻尼元件的机械特性不会随时间而改变或者仅随时间稍微地改变。在本发明的一个简单变型中，为了避免污染而在投射物镜中总要使用的净化气体(purge gas)可以用于冷却阻尼元件。

已经发现：当所设计的阻尼元件用于衰减频率范围为10Hz到800Hz的振动时可以实现有效的衰减。在用于半导体光刻的投射曝光设备运行期间，经常发生所提及的频率。

阻尼元件的固有频率可以是投射物镜的固有频率的约95％。

为了所需要的适配而对于更换阻尼元件做最优的准备，有利的是提供一种测量组件，其装配有至少一个用于检测投射物镜的振动参数的传感器。在这种情况下，测量组件可以实施为其可以插入到投射物镜中为光学元件提供的更换开口中。在本发明的一个有利实施例中，所讨论的测量组件包括在半导体制造期间为相应的工艺总要提供的光学元件，使得该测量组件不影响投射物镜的光学特性。从而，投射物镜的振动可以在实际的使用条件下被记录。所确定的参数随后用于就相应的工艺以及与之相关的典型振动而言最优地设计被动或者主动阻尼单元。

作为替换或者附加地，所提及的测量也可以采用设备自身的传感器系统或者基于对晶片的诊断而实现。

下面将参考附图讨论本发明的原理和有利的示例实施例。

附图说明

在图中：

图1示出可以采用本发明的用于半导体光刻的投射曝光设备310；

图2示出包括阻尼元件的可换组件的示意图；以及

图3示出采用根据本发明的可换组件的投射物镜的基本示意图。

具体实施方式

图1示出了可以采用本发明的用于半导体光刻的投射曝光设备310。在这种情况中，图1中的示意图仅用于示出整个系统的概观，而未详细地示出本发明本身。该设备用于将结构曝光到涂敷有光敏材料的基板上，所述基板通常主要由硅构成且被称为晶片320，例如用于生产诸如计算机芯片的半导体部件。

在这种情况下，投射曝光设备310主要包括照明系统330；装置340，用于支撑且精确地定位提供有结构的掩模；所谓的掩模母版350，其决定晶片320上的后来的结构；装置360，用于保持、移动且精度地定位所述晶片320；以及成像装置，也就是，投射物镜370，包括利用安装件(mount)390安装在投射物镜370的物镜壳体(objective housing)6中的多个光学元件7。

在这种情况下，基本的功能原理为：引入到掩模母版350的结构将被成像到晶片320上；该成像通常以缩小的方式实施。

在曝光之后，晶片320进一步沿箭头方向移动，使得在同一晶片320上曝光多个独立场，其中每个独立场具有由掩模母版350预定义的结构。由于投射曝光设备310中晶片320的步进式前进移动，所以投射曝光设备310通常也被称为步进式曝光机。

照明系统330提供将掩模母版350成像到晶片320上所需的投射束410，例如，光或类似的电磁辐射。激光器等可以用作这种辐射的辐射源。该辐射利用光学元件在照明系统330中成形，使得投射束410在投射到掩模母版350上时在直径、偏振、波前形状等方面具有期望的特性。

利用束410，掩模母版350的图像通过投射物镜370相应地以缩小的方式产生且转移到晶片320，如同以上已经所解释过的。投射物镜370具有多个独立的折射、衍射和/或反射光学元件7，诸如，透镜、反射镜、棱镜、终端板等。

图2示出根据本发明的方案的第一实施例的基本图解。图2示出了诸如用于半导体光刻的投射曝光设备中采用的基本安装件4。基本安装件(basicmount)4具有切口(cut-out)5，可换安装件1可以沿箭头11的方向插入到该切口5中。在这种情况下，可换安装件1包括光学元件3和阻尼元件2。阻尼元件2可以是例如主动或被动阻尼器或者是以已公开的德国专利申请DE 100 225 266 A1中描述的系统的方式实施为操纵器的其他阻尼器。例如，阻尼元件2可以利用螺纹孔连接到可换安装件1。

图3示出了用于半导体光刻的投射物镜的物镜壳体6，其包括多个光学元件7和7’和插口(图中未示出)，其中多个光学元件7和7’在本示例中实施为透镜，且具有光学元件3的可换安装件1插入到该插口中。除了光学元件3之外，可换安装件1还具有阻尼元件2，阻尼元件2在本示例中实施为包括质量元件(mass element)21和弹性部件22的被动阻尼元件。在光学元件7’在箭头8的方向上以其固有频率振动的情况下，光学元件7’的振动通过耦接到物镜壳体6而有规律地传输得更远。结果，布置在物镜壳体6中的另外组件，具体地也就是具有阻尼元件2的可换安装件1，也被导致以与光学元件7’的固有频率相同的频率而振动。在这种情况下，这种振动导致阻尼元件2中的弹性元件22的剪切运动(shear movement)，所述剪切运动由箭头9标识。然而，由于另一光学元件7和光学元件3的不同的固有频率，这种振动的幅度将证明为小于光学元件7’的振动幅度，这是因为毕竟光学元件7’以其固有频率振动。虽然如此，光学元件7’的振动衰减仍可以通过经由物镜壳体6和可换安装件1耦接阻尼元件2而实现。为此，应该根据光学元件7’的固有频率来选择阻尼元件2的固有频率。

作为替代，阻尼元件2也可以被设计为：其固有频率和/或其振动方向与可换安装件中布置的光学元件3的固有频率和/或振动方向相协调。因此，所实现的是：阻尼元件2主要衰减光学元件3的振动。

因此，图2所示的布置使得可以提供这样一类模块化系统，其中提供了多种类型的阻尼元件2且阻尼元件2被调整到投射曝光设备运行期间产生的相应的问题频率。这样，本发明使得可以在投射曝光设备的生产操作中迅速地改变取决于应用的阻尼功能。因此，尤其例如当诸如对比度损失的动态范围问题在改变曝光工艺之后发生时，期望的阻尼也可以适配于独立的物镜、设备或其他工艺参数，诸如，掩模母版的速度。在这种情况下，本发明使得可以在几天之内，或者如果合适，可以在几小时内在不需要拆解物镜的前提下解决这个问题。

Claims (19)

1.一种用于半导体光刻的投射曝光设备(310)的可换组件(1)，其特征在于所述可换组件包括：

至少一个阻尼元件(2)，以及

至少一个光学元件(3)，

所述阻尼元件(2)的固有频率与所述可换组件(1)之外的光学元件(7，7’)的固有频率相协调，且所述可换组件实施为所述组件在小于12小时的时间周期内可被更换。

2.根据权利要求1所述的可换组件(1)，其特征在于所述阻尼元件(2)实施为被动阻尼元件。

3.根据权利要求2所述的可换组件(1)，其特征在于所述阻尼元件(2)具有连接到弹性元件(21)的质量元件(20)。

4.根据权利要求3所述的可换组件(1)，其特征在于所述弹性元件(21)以所述阻尼元件(2)能进行剪切运动的方式连接到所述质量元件(20)。

5.根据权利要求3所述的可换组件(1)，其特征在于所述质量元件(20)的质量在150g-450g的范围内。

6.根据权利要求5所述的可换组件(1)，其特征在于所述质量元件(20)的质量在250g-350g的范围内。

7.根据权利要求3所述的可换组件(1)，其特征在于所述弹性元件(21)由含氟弹性体制成。

8.根据权利要求7所述的可换组件(1)，其特征在于所述弹性元件(21)由氟橡胶制成。

9.根据权利要求1所述的可换组件(1)，其特征在于所述阻尼元件(2)实施为具有传感器和致动器的主动阻尼元件。

10.根据权利要求9所述的可换组件(1)，其特征在于所述阻尼元件(2)包括插棒型线圈。

11.根据权利要求9所述的可换组件(1)，其特征在于所述阻尼元件(2)包括压电元件。

12.根据权利要求1和2中任一项所述的可换组件(1)，其特征在于所述阻尼元件(2)装配有冷却装置。

13.根据权利要求12所述的可换组件(1)，其特征在于所述冷却装置为气体或液体冷却机构或热管。

14.根据权利要求1和2中任一项所述的可换组件(1)，其特征在于所述可换组件(1)实施为插入元件。

15.根据权利要求1和2中任一项所述的可换组件(1)，其特征在于所述阻尼元件(2)被设计用于衰减具有范围为10Hz-800Hz的频率的振动。

16.根据权利要求1和2中任一项所述的可换组件(1)，其特征在于所述投射曝光设备的投射物镜包括所述阻尼元件(2)，且所述阻尼元件(2)的固有频率为所述投射物镜的固有频率的约95％。

17.一种用于半导体光刻的投射曝光设备(310)，其特征在于包括至少一个如权利要求1-16中任一项所述的可换组件(1)。

18.根据权利要求17所述的用于半导体光刻的投射曝光设备(310)，其特征在于所述阻尼元件(2)的所述固有频率和/或振动方向与布置在所述可换组件(1)中的光学元件(3)的固有频率和/或振动方向相协调。

19.根据权利要求17所述的用于半导体光刻的投射曝光设备(310)，其特征在于所述可换组件(1)布置在插口中。