CN102385257B - 极紫外集光器 - Google Patents

Abstract

一种收集且传输来自EUV辐射源的辐射的EUV集光器(15)包括：至少一个反射EUV辐射源的发射的集光器反射镜(23)，其被关于中轴(24)旋转对称配置；以及冷却该至少一个集光器反射镜(23)的冷却装置(26)，其中该冷却装置(26)包括至少一个冷却元件(27)，所述冷却元件各自具有关于集光器反射镜(23)的巷道，以使得所述巷道在垂直于中轴(24)的平面内的投影具有主方向，所述主方向和预先确定的优选方向(29)一起包围至多为20°的角度。由集光器(15)传输以用来照明物场的辐射的质量由所述类型的集光器(15)改善。

Description

极紫外集光器

本发明要求2010年8月31日提交的序列号为No.102010039965.5的德国专利申请以及2010年8月31日提交的序列号为No.61/378,413的美国临时专利申请的优先权，所述文件的内容被通过全文引用的方式合并，如同其被充分阐述于此。

技术领域

本发明涉及用于收集来自EUV(极紫外)辐射源的辐射的集光器。此外，本发明涉及具有此类型的集光器的照明系统，包括具有此类型的集光器的照明系统的投射曝光系统，使用此类型的投射曝光系统制造微结构或纳结构构件的方法以及使用所述方法制造的构件。

背景技术

开篇所提及的类型的集光器由文件WO 2007/051638A1，WO2009/095219A1，DE 102007041004A1以及US 2004/0227103A1已知。

发明内容

本发明的一方面是开发一种集光器，以使得由所述集光器传输的、照明物场的辐射的质量得以改进。

所述方面由集光器根据本发明实现，所述集光器收集且传输来自EUV辐射源的辐射，其具有至少一个反射EUV辐射源的发射的集光器反射镜，所述反射镜关于中轴旋转对称配置，所述集光器还具有冷却所述至少一个集光器反射镜的冷却装置，其中所述冷却装置包括至少一个冷却元件，所述元件都关于集光器反射镜具有巷道(course)，以使得所述巷道在垂直于中轴的平面内的投影具有主方向，所述主方向和预先确定的优选方向包围至多为20°的角度b。

根据本发明，发现物场平面内的光分布强烈地取决于照明系统入口处的准确的强度分布。集光器的表面缺陷，特别是其他表面变形，对物场平面内的光分布具有显著的影响。操作照明系统时，集光器反射镜的表面变形的主要原因是热力学变形。为了有效地将热力学加载转移开，冷却构思被提供给集光器。根据本发明，认识到物场平面内的光分布以可变的敏感度取决于集光器反射镜的表面变形的精确结构，特别是所述表面变形的取向。特别地，通过将集光器的冷却构思和照明系统的精确设计相匹配而改进掩模母版上的光分布。改进被实现，特别是在根据本发明的冷却构思中，具有至少一个冷却元件的冷却装置被提供，所述元件被取向为使得其巷道的主方向在垂直于集光器的中轴的平面内的投影和预先确定的优选方向包围了至多为20°的角度b。集光器反射镜可为椭球面反射镜，或是Wolter I型或II型反射镜。所述类型的反射镜的组合也是可能的。集光器反射镜可为布置成嵌套的多个反射镜壳层的部分布置。冷却装置可精确地具有一个冷却元件。在此情形中，所述唯一一个冷却元件的巷道在垂直于集光器反射镜的对称轴的平面内的投影和预先确定的优选方向之间的角度b为至多20°。如果冷却装置包括多个冷却元件，至少一定比例(所述比例大于50％)的所述冷却元件，通过其巷道在垂直于收集齐反射镜的中央对称轴的平面内的投影和预先确定的优选方向包围了至多为20°的角度b。特别地，冷却装置的全部冷却元件具有关于集光器反射镜的巷道，以使得所述巷道在垂直于所述中轴的平面内的投影具有主方向，所述主方向和预先确定的优选方向包围了至多为20°的角度b。当场分面镜被以线性方式配置时，冷却元件可被关于集光器反射镜布置成使得其巷道在垂直于中轴的平面内的投影是线性的。在曲面场分面镜，特别是环形段形状的场分面镜的情形中，所述至少一个冷却元件的巷道的投影可优选地具有相应的曲率。所述巷道的投影的主方向在此处被相应的环形段的弦所限定。

主方向在垂直于中轴的平面内的投影和预先确定的优选方向之间的角度b优选地为至多7°。优选方向可为物体的扫描方向，所述物体被布置在物场内，且在来自EUV辐射源的辐射的帮助下被高质量地成像。

巷道的投影优选地平行于预先确定的优选方向。由于冷却元件的预先确定的巷道导致物场平面内强度调制的特定巷道，在物场的扫描曝光中沿扫描方向的强度调制被积分，而沿扫描方向相交的方向(即垂直或横切于扫描方向的方向)的照明场的干扰导致了曝光剂量的局部波动，而所述剂量亦没有在扫描曝光中被平均。

冷却装置优选地包括至少两个，优选地多个，特别地至少三个，特别地至少五个，优选地至少七个，空间分隔开的冷却元件。这允许了集光器反射镜更有针对性且更均匀的冷却。

物场内的光分布的均匀性被多个冷却元件的布置进一步改善，以使得其巷道在垂直于中轴的平面内的投影至少大致地，特别地至少部分地，彼此平行。

分开的冷却元件优选地可独立于彼此地被控制。作为结果，集光器反射镜的冷却可更灵活地，特别地动态地，适配于在照明系统的操作中发生的状况。

将冷却元件配置为可使用冷却介质加载的冷却通道是一种结构简单的可行方式，其将产生对集光器反射镜的有效冷却。

本发明的另一方面包括配置具有根据本发明的集光器的照明系统。

本方面由包括集光器以及照明物场的照明光学系统的根据本发明的照明系统而实现，所述物场可使用由集光器收集的辐射被成像光学系统成像。

所述类型的照明系统的优势对应着上文关于根据本发明的集光器时所讨论的优势。

在具有照明光学系统的照明系统中，所述照明光学系统具有至少一个具有多个拉长分面的分面镜，所述至少一个冷却元件的取向的优选方向被分面的纵向取向预先确定。由于出于照明物场的目的，分面被在物场中投射，物场内的光分布可通过被冷却元件的所述取向进一步地改进，所采用的扫描曝光沿垂直于被投射分面的纵向取向。

对EUV投射微光刻照明系统的应用来说，其优选地具有至少一个EUV辐射源。

本发明的其他方面将披露一种具有根据本发明的照明系统的投射曝光系统，一种使用所述投射曝光系统制造构件的方法，以及使用所述方法制造的构件。

所述方面由包括照明系统以及用于将物场成像于像场内的成像光学系统的投射曝光系统，用于制造微结构或纳结构构件的制造方法，以及由所述方法制成的构件根据本方面所实现，所述制造方法包括的步骤有提供掩模母版，提供具有光感涂层的晶片，在包括照明系统以及将物场成像于像场内的成像光学系统的投射曝光系统的帮助下将至少一部分掩模母版投射在晶片上，以及使晶片上曝光后的光感涂层显影。投射曝光系统优选地被配置为扫描曝光机。该投射曝光系统则为了待成像物体以及成像发生于其上的衬底(例如晶片)两者设置有夹具，所述夹具可在投射曝光中被沿扫描方向位移。

这些主题的优势对应着上文中已经描述过的优势。

附图说明

将结合附图对本发明的实施例进行更详尽的描述。

图1示意性地示出了EUV投射光刻用投射曝光系统的子午剖面；

图2示出了集光器反射镜沿其中轴方向的示意性视图；

图3示意性地示出了根据图2的集光器反射镜沿线III-III的子午剖面；

图4示出了沿垂直于根据图3的观察方向观察的、根据图2的集光器反射镜的示意性侧视图；

图5示出了根据第一实施例的照明光学系统的场分面镜；

图6和7示出了根据图2和图3的集光器反射镜的另一实施例的视图；

图8示出了第二实施例的照明光学系统的场分面镜；

图9和10示出了集光器反射镜的第三实施例的相应的视图；以及

图11示出了根据本发明的集光器对掩模母版上的照明光学强度分布的均匀性的影响的示例性视图，所述影响为局部波长的函数。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于微光刻的投射曝光系统1的子午线剖面。投射曝光系统1的照明系统2具有辐射源3和曝光物平面6内的物场5的照明光学系统4。掩模母版7布置在物场5中，且由(仅被删减地示出的)掩模母版夹具8夹持，掩模母版7在此处被曝光。投射光学系统9被用来将物场5在像平面11内的像场10中成像。掩模母版7的结构被成像于晶片12的感光层上，所述晶片被布置在像平面11内的像场10的区域内，且被(被示意性地示出的)晶片夹具13夹持。

辐射源3是放射出的有效辐射处在5nm至30nm范围内的EUV辐射源。这可以是等离子体源，诸如GDPP源(气体放电生成等离子体)或LPP源(激光生成等离子体)。基于同步加速器的辐射源也可被用做辐射源3。关于此种类型的辐射源的信息可由本领域技术人找到，例如，从文件US6,859,515B2。由辐射源3发射出的EUV辐射14被集光器15集束。在集光器15之后，EUV辐射14在照射分面镜17之前传播穿过中间焦平面16。场分面镜17被布置在照明光学系统4的平面内，所述平面与物平面6光学共轭。

EUV辐射14在下文中也被称作照明光或成像光。

在场分面镜17之后，EUV辐射14被光瞳分面镜18反射。光瞳分面镜18被布置在照明光学系统4的光瞳平面内，所述照明光学系统4的光瞳平面和投射曝光系统9的光瞳平面光学共轭。在光瞳分面镜18以及表现为透射光学系统19(透射光学系统19具有按照光路顺序指定的反射镜20、21和22)的成像光学组件组的协助下，场分面镜17的多个场分面被成像于物场5内。透射光学系统19的最后一反射镜22是掠入射反射镜。光瞳分面镜18以及透射光学系统19形成了将照明光14传输至物场5内的随后的光学系统。特别地，当光瞳分面镜18被布置在投射光学系统9的入瞳处时，透射光学系统9可被省略。

笛卡尔xyz-坐标系在图1中被示出，以简化对位置关系的描述。在图1中，x轴垂直于图平面且进入其中。y轴向右延伸。z轴向下延伸。物平面6和像平面11两者都平行于xy平面延伸。

掩模母版夹具8可被以受控的方式位移，以使得在投射曝光中，掩模母版7可被在物平面6内沿平行于y方向的位移方向移动。相应地，晶片夹具13可被以受控的方式位移，以使得晶片12可在像平面11内沿平行于y方向的位移方向移动。作为结果，掩模母版7和晶片12在一方面可被物场5扫描，而在另一方面可被像场10扫描。所述位移方向在下文中也可被称作扫描方向。掩模母版7和晶片12沿扫描方向的位移可优选地彼此同步地发生。集光器15的第一实施例将参照图2至4更详尽地描述。

仅示意性地在图1中示出的集光器15包括至少一个集光器反射镜23，以反射EUV辐射源3的EUV辐射14。

和图1中仅示意性视图不同，所示至少一个集光器反射镜23也可被沿光束方向布置在辐射源3之后。辐射源3后的集光器反射镜布置在图1中由虚线示出在23’处。如果指示集光器反射镜，则附图标记23将在下文中被统一地使用。

集光器反射镜23在各种情形中都相对于中心轴24旋转对称配置。图2至4中示出的集光器反射镜23为具有椭球镜面25的椭球面镜。

辐射源3被布置在镜面25的椭球面形状的焦点处。镜面25的椭球面形状的另一个焦点落在中间焦平面16内。椭球面集光器反射镜23被用来接收且反射沿辐射源3向后的方向发射出的总EUV辐射14，换言之，发射出的辐射由辐射源3前进入远离中间焦平面16的半空间。此外，椭球面集光器反射镜23也可反射部分沿向前的方向发射的EUV辐射14。为了收集沿向前的方向辐射出的EUV辐射，如图1中实线示出的集光器反射镜23也可为Wolter反射镜光学系统类型，这将在下文中结合根据图9和10的配置进行解释。

由于由辐射源3发射且由集光器反射镜23反射的部分EUV辐射14被集光器反射镜23吸收，集光器反射镜23可在投射曝光系统1的操作过程中升温。这可导致集光器反射镜23的热力学变形。为了最小化此种类型的变形，EUV集光器15设置有冷却装置26。冷却装置26被特别地用来冷却集光器反射镜23。冷却装置26包括至少一个冷却元件27。所述至少一个冷却元件27示例性地被配置为冷却通道，其可载有冷却介质。冷却气体或冷却液可被用作所述冷却介质。水或乙二醇被优选地提供为冷却介质。

具有7个冷却通道的集光器反射镜23被示出在图2至4中。但不同数目的冷却元件27也是可能的。冷却装置26优选地包括至少两个，特别地至少3个，特别地至少5个，特别地至少7个，空分开的冷却元件27。

冷却元件27被整合入集光器15的衬底内。作为结果，集光器15的特别高效率的冷却成为可能。其中冷却元件27被布置在集光器15上，且冷却元件27刚性连接至所述集光器的布置也是可能的。

优选地被配置为冷却通道的冷却元件27被配置为对于冷却介质密封。为了用冷却介质加载冷却通道，其被图中未示出的供给以及排出管道，连接至图中亦未示出的冷却介质库。

局部笛卡尔xyz坐标系被各自绘制在图2至8中，以简化位置关系的描述。坐标系在此处被布置为使得z方向指向EUV辐射14在集光器反射镜23区域内的主延伸方向。在集光器15的区域内，z方向因此平行于集光器反射镜23的中轴24。在图2中，x方向向右延伸。y方向向上延伸。z方向垂直于图2中的绘图平面朝向观察者延伸。根据图2至8的局部xyz坐标系的x方向平行于根据图1的全局xyz坐标系的x方向延伸。在物平面6的区域内，y方向对应着扫描方向，而x方向对应着与扫描方向交叉的方向。

根据本发明，冷却元件27具有相对于集光器反射镜23的巷道，以使得其巷道在xy平面内的投影，即，在垂直于中轴24的平面内的投影，优选地平行于x方向延伸。总体而言，冷却元件27被相对于集光器反射镜23布置，以使得其巷道在以上限定的xy平面内的投影和预先确定的优选方向29包围至多为20°的角度b，特别地，所述角度b为至多7°，所述优选方向29对应着以上限定的坐标系内的x方向。如上所述，该x方向在物平面6内对应着与扫描方向交叉的方向。

如图2所示，冷却元件27被布置在集光器28的衬底内，以使得其巷道在xy平面内的投影为至少大致彼此平行的。大致平行被理解为在此处指的是两个冷却元件的巷道在xy平面内的投影包围了至多为7°的角度。冷却元件27的巷道在xy平面内的投影特别地都部分平行或完全平行。

在特别有利的实施例中，分开的冷却元件27可独立于彼此地受控。特别地，其可独立于彼此地载有冷却介质。

如上所述，照明系统2包括集光器15以及照明光学系统4，所述照明光学系统4包括场分面镜17。关于场分面镜17的细节，可参见文件DE 102007041004A1，特别是其附图3。场分面镜17包括大量的拉长的分面30。分面30都是长方形的。其高宽比至少为1∶2，特别地为至少1∶3，优选地为至少1∶5。这可被理解为分面30的长边都至少两倍、特别地至少3倍、特别地至少5倍于分面30的短边的长度。分面30的高宽比特别地在1∶15至1∶30的范围内。分面30的高宽比对应着物场5的高宽比。来自辐射源3的辐射14被场分面30分解成大量的辐射束。分面30被用来产生二次光源。其被光瞳分面镜18成像于物平面6内。

分面30被布置在场分面镜17内，使得其在物平面6内的像都平行于x方向(即与扫描方向交叉的方向)延伸。这可被理解为在分面30投射进入物平面6的过程中，每一个分面的长边都平行于x方向(即扫描方向交叉的方向)延伸，而每个分面30的短边都指向y方向(即扫描方向)。

分面30和附图中未示出的光瞳分面镜18的光瞳分面一起，被用来产生限定的照明设定，以照明物场5。

根据集光器15在图2至4中示出的实施例，上述的冷却元件27的取向的优选方向29被精确地由分面30的纵向方向所预先确定。换言之，优选方向29精确地对应着分面30的纵向取向在xy平面(即垂直于中轴24的平面)内的投影。在根据图5的示意图中，其中分面30都被示出为未倾斜的，分面30的纵向取向和x方向一致。

场分面镜17的内部照明界限31也被示意性地示出在图5中。这可示例性地是由图中未示出的集光器15的中心挡板(stop)所造成的。

场分面镜17包括大量的场分面组32，而所述分面组继而由大量的单独分面30构成。

关于场分面镜的更多细节，请参考文件DE 102007041004A1，特别是其附图3。

集光器33的另一实施例，以及具有相应的集光器33和场分面镜34的照明系统2将在下文中结合图6至8进行描述。已在上文中被参照图1至5进行了描述的、对应着他们的构件具有相同的附图标记，将不再对其做详细的讨论。

集光器33(参见图6和7)，除了冷却装置26的冷却元件27的布置以外，对应着以上所述的集光器15。

场分面镜34(参见图8)也包括很多具有大量分面35的场分面组32。场分面组32在此实施例中按列布置。根据此实施例，单个分面35是弓形的。弓形分面35的高宽比对应着已描述实施例的长方形分面30的高宽比。此外，分面35的主方向36都被理解为平行于由分面35所提供的扇段的弧的弦的方向，即，图8中的x方向。

冷却元件27关于集光器反射镜23的巷道被根据弓形分面进行配置。换言之，本实施例中的冷却元件27具有关于集光器反射镜23的巷道，以使得该巷道在xy平面(即在垂直于中轴24的平面)内的投影为弓形，其特别地为环形扇段的弧，所述投影的主方向平行于预先确定的优选方向29，即图6中的x方向。根据本发明的优选方向29在此处被分面35的主方向36的投影所限定。总体地，冷却元件27的巷道的投影，特别地，冷却元件27的巷道的在xy平面内投影的主方向和优选方向29包围了至多为20°的角度b，所述角度特别地为至多7°。

冷却元件27的弓形部分的数量优选地精确对应着场分面镜34上的场分面组32的列的数量。

将在下文中结合附图9和10对集光器37的另一实施例进行描述。

根据此实施例，集光器37具有多个嵌套的反射镜层，其中的一个在图9和10中被示出。相应的集光器示例性地由文件DE 102007041004A1已知，所述文件在此处被引用。集光器37示例性地具有一个反射镜层40，嵌套的两个反射镜40或两个以上反射镜40，特别地为3个、4个、5个或甚至更多个嵌套的反射镜层40。

嵌套的反射镜40形成了I型或II型Wolter光学系统。其具有环绕中轴24延伸的弯折区域(kink region)38，所述区域仅被示意性地标示在图10中。反射镜层40被设计用于掠入射。EUV辐射14在反射镜层40上的入射角因此在界限角度以下。掠反射EUV辐射14都被反射镜层40反射，所述反射精确地为两次，即一次在弯折区域38之前，而一次在弯折区域38之后。此种类型的集光器37是由文件WO 2009/095219A1以及WO 2009/095220A2已知的。

反射镜层40在其环绕轴24的中央区域都包括穿通开口39。在穿通开口39的关于y方向的水平面上延伸的冷却元件27可被折叠回其自身。可替换地，穿过穿通开口39的冷却介质给送和/或排出线路也是可能的。

集光器37都被布置在面向中间焦平面16的辐射源3的半空间内。

显然，冷却元件27可在本实施例中在场分面镜中被配置为具有弯曲分面，所述弯曲分面和图6和7中示出的带有弯曲部分的冷却元件27的实施例一致。

均匀性U是量化物场6的照明质量的特征之一。均匀性U被根据下列公式确定：

$U=\frac{{\mathrm{SE}}_{\max }-{\mathrm{SE}}_{\min }}{{\mathrm{SE}}_{\max }+{\mathrm{SE}}_{\min }}\×100[\%],$

其中SE_max以及SE_min指示在物场5的场高度之上的最高或最低扫描积分能量。均匀性U的值越小，物场5的照明越均匀，并因此越好。集光器15、33、37的冷却装置26的冷却元件27的巷道对物场5的照明的均匀性U的影响被通过示例的方式示出在图11中。虚线示出了物场6内的强度分布的均匀性U，在此处其为由冷却装置的径向远场干扰的局部波长λ的函数，所述冷却装置的冷却元件关于中轴24旋转对称配置。实线相应地示出了根据本发明的冷却装置26的影响。可清晰地看出，冷却元件27的根据本发明的布置导致了物场6内强度分布的均匀性U的可观的改善。

当使用具有上述的集光器变体中一个的投射曝光系统1时，掩模母版17以及载有照明光14的感光涂层的晶片12被提供。至少一部分掩模母版7此时在投射曝光系统1的帮助下，被投射在晶片12上。在将掩模母版7投射在晶片12上时，掩模母版夹具8和/或晶片夹具13可被沿平行于物平面6或平行于像平面11的方向位移。掩模母版7和晶片12的位移可优选地被关于彼此同步地进行。最终，由照明光14曝光的、位于晶片12上的感光层被显影。微结构或纳结构构件，特别是半导体芯片，因此被制成。

Claims (14)

1.一种极紫外集光器(15；33；37)，以收集且传输来自极紫外辐射源(3)的辐射(14)，

-具有至少一个反射所述极紫外辐射源(3)的发射的集光器反射镜(23；40)，所述集光器反射镜被关于中轴(24)旋转对称配置，且

-具有冷却所述至少一个集光器反射镜(23；40)的冷却装置(26)，

-其中所述冷却装置(26)包括至少一个冷却元件(27)，所述元件各自具有关于所述集光器反射镜(23；40)的巷道，以使得所述巷道在垂直于所述中轴(24)的平面内的投影具有主方向，所述主方向和预先确定的方向(29)一起包围至多为20°的角度b。

2.如权利要求1所述的集光器，其特征在于所述角度b为至多7°。

3.如权利要求1所述的集光器，其特征在于所述至少一个冷却元件(27)的巷道的投影平行于所述预先确定的方向(29)。

4.如权利要求1所述的集光器，其特征在于所述冷却装置(26)具有至少两个空间分开的冷却元件(27)。

5.如权利要求4所述的集光器，其特征在于所述冷却元件(27)的巷道在垂直于所述中轴(24)的平面内的投影为相互平行。

6.如权利要求4所述的集光器，其特征在于所述冷却元件(27)的巷道在垂直于所述中轴(24)的平面内的投影为至少部分相互平行。

7.如权利要求4所述的集光器，其特征在于所述冷却元件(27)可独立于彼此地被控制。

8.如权利要求1所述的集光器，其特征在于所述冷却元件(27)被配置为可载有冷却介质的冷却通道。

9.一种照明系统(2)，包括

-如权利要求1所述的集光器(15；33；37)，以及

-照明物场(5)的照明光学系统(4)，其可被成像光学系统(9)使用由所述集光器(15；33；37)收集的辐射(14)成像。

10.如权利要求9所述的照明系统(2)，其中所述照明光学系统(4)具有至少一个具有大量拉长分面(30；35)的分面镜(17；34)，以产生照明所述物场(5)的限定好的照明设定，其特征在于所述预先确定的方向(29)被所述至少一个分面(30；35)的纵向取向预先确定。

11.如权利要求9所述的照明系统(2)，其特征在于其包括至少一个EUV辐射源(3)。

12.一种投射曝光系统(1)，其包括

-如权利要求9所述的照明系统(2),以及

-成像光学系统(9)，以将所述物场(5)在像场(10)内成像。

13.一种用于制造微结构以及纳结构构件组的方法，其包括下列方法步骤：

-提供掩模母版(7)

-提供具有光感涂层的晶片(12)，

-在如权利要求12所述的投射曝光系统(1)的帮助下，将所述掩模母版(7)的至少一部分投射在所述晶片(12)上，

-使所述晶片(12)上的曝光后的所述光感涂层显影。

14.构件部分，由如权利要求13所述的方法制成。