CN103080842A - 投射曝光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半导体光刻的投射曝光装置(11)，其包含光学元件(1、18)，其中所述光学元件(1)中的至少一个具有用于在该光学元件(1)中以非接触方式产生电流的构件(2)，所述电流适合于至少在多个区域中加热该至少一个光学元件(1)。

Description

投射曝光装置

技术领域

本发明涉及一种用于半导体光刻的投射曝光装置，尤其涉及一种包含可加热光学元件的EUV投射曝光装置。

背景技术

随着半导体技术中组件持续进一步微型化的趋势，投射曝光装置中使用的光波长也必须变得越来越短，以便能够对应地增加所使用的投射物镜(projection objective)的分辨性能(resolution capability)。所使用的光学辐射的波长近来已缩短到EUV(=Extreme UltraViolet，极紫外光)范围。在这样的波长范围中，实际上已没有任何可用的光学组件可利用衍射(即光折射)产生成像。替代地，在所述波长范围中，必须利用反射或利用反射元件实现成像。为此目的，先前技术使用反射镜(mirror)，其表面性质针对在投射曝光装置的投射物镜(即，例如掠入射反射镜(grazing incidence mirror)或多层反射镜(multilayermirror))使用所要的光学效应(optical effect)而被优化。

然而，必须将相当大功率密度(power density)的光学辐射施加至所述反射镜以实现满意的成像。在此情况中，有相当大比例的光学辐射在反射镜材料中被吸收，因而导致反射镜的发热。另一个因素是，反射镜的照明根据要成像的结构不是均匀的，而是根据应用在反射镜区域上具有相当大的强度梯度。这些强度梯度来自于以下事实：对于要在要曝光的晶片上产生的不同结构，在要成像的掩模(mask)上也需要不同的照明分布。在此情况中，还要参考不同的照明设定(illumination setting)。一个典型的照明设定在于例如以下事实：在掩模上出现照明辐射的两个强度最大值；在此语境中也称为双极设定(dipole setting)。也可以设想其他设定。所以，投射物镜中使用的反射镜的不均匀照明由于分别选择的照明设定，而具有反射镜被局部加热至不同程度的效应。由于反射镜材料的热膨胀，所得的温度梯度使得反射镜产生变形，因而最终破坏成像质量(imaging quality)。为了对抗此效应，过去已提出各种解决方案，以用于在反射镜材料上实现均匀的温度分布。

一个可能性在于例如利用以目标方式(targeted manner)引入的光学辐射，其波长与用于成像的光学辐射显著不同，以便以目标方式在多个区域中加热相应光学元件。但这需要精确将辐射对准于所要的区域，且要使辐射源与要加热的区域之间的区域没有任何可能破坏光学元件上的入射的干扰元件。此外，在此情况中，还有一个问题是，如果适当，则不打算要加热的区域由于杂散光(stray light)(其例如构成另一源误差)而被意外加热。

发明内容

因此，本发明的一目的是规定一种投射曝光装置，通过其可以获得多个区域中的目标加热。

此目的利用如权利要求1所述的投射曝光装置来实现。从属权利要求有关本发明的有利实施例和变型。

根据本发明的用于半导体光刻的投射曝光装置展现光学元件，其中所述光学元件中的至少一个具有在该光学元件中以非接触方式产生电流的构件（means）；在此情况中，该电流适于至少在多个区域中加热该至少一个光学元件。换言之，在意图成为温度调节的光学元件中，例如以目标方式产生诸如涡流(eddy current)的局部电流，所述电流由于光学元件的材料的欧姆电阻而导致局部加热且因此最终导致光学元件上的温度分布的均匀化。结果，有效避免了如引言中论述的光学元件的不期望变形及与其相关联的成像误差。凭借加热不是因为外部的辐射入射所引起，而是在光学元件本身的材料中直接引起的事实(不像先前技术的传统做法)，有效地避免了上述有关其他元件的不期望加热或遮蔽（shading）的问题。

凭借在光学元件中以非接触方式(即没有机械接触)产生电流的事实，实现光学元件中由于引入电流所造成的最小机械应力。

以非接触方式产生所述电流的一个有利可能性在于以下事实：以非接触方式产生电流的构件是感应线圈(induction coil)。可以在光学元件的区域中以空间分布的方式布置所述感应线圈的多个样本（specimen），从而由感应线圈产生的交变磁场可对光学元件的特定区域起作用；以频率在25至50Hz的范围中的AC电流操作感应线圈构成线圈的操作参数的有利选择。特别地，选择低频率是有利的，因为其与投射曝光装置中的光学元件通常拥有的机械固有频率(mechanical natural frequency)相距足够远。

替代地，感应线圈亦可在几kHz的频率范围中操作；当然，在此情况中，选择与所用的光学元件的机械固有频率相距足够远的频率范围也是有利的。

特别地，在EUV半导体光刻的投射曝光装置中应用本发明的情况中，光学元件可以是反射光学元件，尤其是掠入射反射镜或多层反射镜。应明白，在下文中，掠入射反射镜是指具有金属反射表面的反射镜。在此种反射镜在短波频谱范围中操作期间，反射镜的反射率朝着浅（shallow）入射角变得更高(掠入射)。与此相反的是，多层反射镜并非基于镜面金属层(mirroringmetallic layer)的反射，而是基于以下事实：入射电磁辐射从具有在一个方向上周期性变化的折射率的空间延伸结构(spatially extended structure)反射。特别地，由施加于基板的多层区域产生所提的周期性结构。特别地，多层区域可以是硅和钼层的交替连续。

反射光学元件可具有基板及布置在基板上的反射区域。接着，可以将用于以非接触方式产生时变电流的构件可布置在例如反射光学元件的基板一侧上。由于通常从设置有反射区域的一侧将用于曝光的光学辐射施加到反射光学元件，所以在基板侧上布置用于以非接触方式产生时变电流的构件构成一变型例，其中该构件的存在对光学元件(即，在本例中为反射镜)的光学功能性(optical functionality)的破坏最少。

在本发明的一个简单实施例中，将一个或多个感应线圈布置在多层反射镜的基板侧上。交变磁场在反射镜的多层区域中(尤其是在钼层中)产生涡电流，其由于所提到的层的欧姆电阻而已经使反射镜受到一定的加热。

在此情况中，可在多层区域中采用10^-6ohm*cm至10^-5ohm*cm范围的电阻率。

因此亦可为了加热的目的，向未更改的多层反射镜提供所述用于以非接触方式产生电流的构件，即，例如感应线圈。此变型允许例如改进已在现场中(即在工业使用中)的投射曝光装置。

特别地，凭借铁磁材料(ferromagnetic material)位于多层反射镜的多层区域与基板之间的事实，可提高加热的效率。在此情况中，可将铁磁材料实施为厚度小于100nm(优选小于50nm，尤其优选小于5nm)的层。铁磁材料可布置为在多层区域与基板之间的整个区域中具有均匀厚度的层。或者，亦可不将铁磁材料布置在多层区域与基板之间的整个区域上；换言之，在多层区域与基板之间也可以存在铁磁材料的岛状区域，且在其他区域中，基板与多层区域直接接触，如果合适，以金属附着力促进剂层(metallic adhesionpromoter layer)居中接触。在此情况中，基板与多层区域之间的铁磁材料的单独（individual）区域的实施例具有以目标方式在特定区域中加热光学元件的效果。光学元件的加热由多层区域的良好传热性支持。

在本发明的一个变型中，以在一至多个μm的范围中的厚度形成铁磁材料层；在此情况中，仅期望的热产生的所述层厚度的改变可以也对多层反射镜的表面几何的校正有显著贡献。

如果合适，铁磁材料层可设置有平滑或抛光层，以使粗糙度适合多层反射镜的需求。此处的平滑层可为几nm厚，抛光层可为几μm厚。铁磁层本身亦可被实施成其可被抛光。

为了提高铁磁层对相邻层的附着力，还可以采用附着力促进层(adhesionpromotion layer)，例如使用金属氧化物(尤其是氧化铝(aluminium oxide)或氧化锆(zirconium oxide))、或诸如Cr或Ti的金属；此层亦可被实现为层系统，其可具有例如20nm至200nm之间的厚度。

举例来说，抛光层可由非晶硅、微晶硅、碳化硅、氮化硅、氮化钛、氧化铝、二氧化锆、铬和/或其混合物构成，或包含上述材料中的一个或多个。

抛光层可具有1μm至10μm、优选3μm至6μm的厚度。

利用例如关于铁磁层的厚度、磁性质或组成的局部变化，可以在多层反射镜中设定期望的温度分布。作为替代或补充，亦可利用用于以非接触方式产生电流的构件的空间布置来设定特定温度分布。

此外，铁磁材料亦可布置在掠入射反射镜的反射区域及其基板之间。

再者，铁磁材料不一定只布置在多层反射镜的多层区域与基板之间。作为布置在多层区域与反射镜基板之间的替代或补充，同样可设想对在多层反射镜上的基板与多层层之间的中间区域之外的区域提供铁磁材料；尤其，在此考虑光学元件的边缘区域。相同的做法相应地适用于掠入射反射镜。

铁磁材料尤其可包含来自组Co、Fe、Ni、CrO₂、Gd、Dy、EuO或Ho的物质。

本发明的另一有利变型在于多层反射镜的多层区域的至少一个层含有铁磁材料的事实。可因此实现有利的双重效应：首先，多层区域的所述层首先贡献光学效应，即多层反射镜的反射率，其次，通过例如从反射镜的后侧入射的交变磁场支持反射镜的加热。尤其，在由两种类型的层构成的多层区域的构造的例子中，一种类型的层可完全包含铁磁材料。

为了避免恼人的磁致伸缩效应(magnetostrictive effect)，例如，可将用于以非接触方式产生电流的构件的操作限制到不进行曝光的时间。同样地，凭借所用交变磁场的频率显著高于投射所使用的光源的操作频率，可以实现使用平均效应(averaging effect)维持满意的成像性质的效果。

附图说明

下面参考附图详细说明本发明。

图1显示一种EUV投射曝光装置，其中在多个反射镜之一中实现本发明。

图2显示本发明的变型，其中均匀铁磁材料层位于多层反射镜的多层区域与基板之间；

图3显示本发明的一实施例，其中在多层区域与基板之间不均匀地形成铁磁材料层；

图4显示另一变型，其中多层区域的多层的一个类型包含铁磁材料；以及

图5显示本发明的另一实施例，其中铁磁材料位于多层反射镜的基板与多层区域之间的区域之外。

具体实施方式

图1纯粹示意性地示出EUV投射曝光装置11，其中实现根据本发明的构思。投射曝光装置11展现：光源12；EUV照明系统13，用于照明物平面(object plane)14(其中布置了承载结构的掩模)中的场(field)；以及投射物镜15，其具有壳体16和辐射束20，辐射束20用于将物平面14中承载结构的掩模成像到光敏基板(light-sensitive substrate)17上以生产半导体组件。投射物镜15具有用于光束整形(beam shaping)的光学元件，其实施为反射镜18。照明系统13亦具有这种用于光束整形或光束引导的光学元件。然而，在图1中未更详细显示照明系统13。

从图1清楚可见，根据本发明，反射镜1配备有用于以非接触方式产生电流的构件2，在本例中为感应线圈。亦可设想向其他反射镜18提供用于以非接触方式产生电流的构件。

图2显示本发明的第一实施例，其中将光学元件实施为多层反射镜1。在此例中，多层反射镜1展现基板102及布置在基板102上的多层区域101。基板102尤其可以是具有低热膨胀系数的材料，诸如零膨胀微晶玻璃（Zerodur）或超低膨胀玻璃（ULE）。其用以在机械上稳定多层反射镜1。多层区域101布置在基板102上，该多层区域具有交替变化的材料层，例如，分别为硅和钼交替。在本示例中，仅显示上述层中的各三层；在现实中，多层反射镜1上布置大约30至100个所述层。铁磁材料21的层布置在多层区域101与基板102之间。在该铁磁材料中，利用时变磁场特别有效地产生电流，尤其是涡电流。材料Co、Fe、Ni、CrO₂、Gd、Dy、EuO或Ho中的一个或多个适于用作铁磁材料。在多层反射镜1的基板侧上，两个线圈2被布置为用于以非接触方式产生电流的构件(尤其在铁磁材料21中)。在操作期间，将大约25至50Hz的范围中的AC电压施加至线圈2，因而引起时变磁场，其直接延伸至铁磁材料21的区域中。由于交变磁场，在铁磁材料21中感生电流，该电流由于铁磁材料21的欧姆电阻而导致铁磁材料21的加热以及多层反射镜1中的周围区域的加热。选择AC电压的上述频率具有如下优点：由此确保与周围组件(尤其是反射镜1)的机械固有频率具有充分大的差距，从而有效避免由于时变场而激发机械振荡。

如所提到的，只要确保与所用组件的机械固有频率有充分的差距，亦可使用高频率AC电压。

由于热膨胀，在多层反射镜1的材料21以及同样也被加热的邻接区域内，进一步引起局部密度变化，并因而引起厚度变化，因此可以实现多层反射镜1的表面形状的校正。因而可主动驱动反射镜1的表面形状。然而，当驱动线圈2以设定所要的局部温度变化时，应考虑到反射镜1亦被照射的成像光加热。这可通过以下方式来补偿：例如在投射曝光装置的操作期间测量成像像差(imaging aberration)(即波前像差(wavefront aberration))，并从中产生用于驱动线圈2的控制信号。这具有附加优点：可校正仅在投射物镜操作期间发生的成像像差。例如，在折反射投射物镜的例子中，由于透镜元件的加热而引起波前像差。当成像光通过折射元件时，也总有一部分辐射被吸收并导致元件的局部发热，进而导致表面的某种程度的变形。此类在操作期间引起的成像像差亦可由根据本发明的反射镜1通过表面形状的主动驱动来补偿。

在此例中，例如为了稳定和附着力促进，提供其它中间层可以是有利的。再者，举例来说，在所有实施例中，为了实现必要的平滑度，亦可在材料21与多层区域101之间布置附加中间层。举例来说，为此目的，可使用聚酰亚胺层(polyimide layer)。作为替代或补充，亦可在多层区域101下方提供附加中间层，此层可被抛光得特别好。因此，举例来说，实际的表面形状也可被设定得特别好。

在此例中，多层反射镜1的几何的变化不一定是可逆的。在适当选择材料的情况下，同样可设想，例如为了校正制造错误或在操作期间产生的变形，通过适当材料层的感应加热而执行不可逆的密度和因此的厚度改变，作为直接在生产多层反射镜1后或在一定操作期间后的校正措施。

图3显示本发明的变型，其中在与图2的其它方面实际上构造相同的情况下，不以连续方式实施具有铁磁材料21的区域。铁磁材料21以岛状分布的方式布置在多层区域101与基板102之间的区域中。此布置具有如下效果：光学元件1由于对其作用的交变磁场所造成的加热主要发生在光学元件1中与铁磁材料21相邻的那些区域中。在图3所示的示例中，因此尤其可以补偿多层区域101中极大的位置相依(location-dependent)的温度分布。

图4显示本发明的实施例，其中将多层区域101′实施为使得所述层的一个类型由铁磁材料21构成或设置有铁磁材料21。因此，可去除如图2和3所示的铁磁材料21的附加层；线圈2的交变磁场的作用直接在多层反射镜1的多层区域101′中产生所要的加热。尤其，已提过的来自组Co、Fe、Ni、CrO₂、Gd、Dy、EuO或Ho的物质已被证明是用于设置有铁磁材料的这些层的有利材料。

图5显示本发明的变型，其中铁磁材料21也位于多层层101与基板102之间的区域之外。如图5所示，将铁磁材料21的附加区域布置在基板102的侧面区域；与该侧面区域相邻，安装附加感应线圈2，因此可对反射镜基板并因此对多层反射镜1实现特别快速和大面积的加热。亦可设想多种变型，其中铁磁材料21只位于多层反射镜1的侧面区域，使得可去除在基板102与多层区域101之间的铁磁材料21的层；然而，在此情况中，优选加热多层反射镜1的边缘区域，这对于特定应用及特定照明设定可以同样有利。

Claims (11)

1.一种用于半导体光刻的投射曝光装置（11），包含光学元件（1、18），其特征在于所述光学元件（1）中的至少一个具有用于在所述光学元件（1）中以非接触方式产生电流的构件（2），所述电流适合于至少在多个区域中加热所述至少一个光学元件（1）。

2.如权利要求1所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述用于以非接触方式产生电流的构件（2）是感应线圈。

3.如权利要求1或2所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述至少一个光学元件（1）是反射光学元件，尤其是掠入射反射镜或多层反射镜。

4.如权利要求3所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述反射元件（1）具有基板（102）以及布置在所述基板上的反射区域（101），并且在所述基板的侧面布置用于以非接触方式产生时变电流的构件（2）。

5.如权利要求4所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述反射元件（1）是具有布置在所述基板上的反射区域的掠入射反射镜，并且铁磁材料位于所述反射区域与所述基板之间。

6.如权利要求4所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述反射元件（1）是具有布置在所述基板（102）上的多层区域（101）的多层反射镜，并且铁磁材料位于所述多层区域（101）与所述基板（102）之间。

7.如权利要求5或6所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述铁磁材料被实施为厚度小于100nm、优选小于50nm、尤其优选小于5nm的层。

8.如权利要求5或6所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述铁磁材料（21）不布置在所述反射区域或所述多层区域（101）与所述基板（102）之间的整个区域上。

9.如前述权利要求4至8中的任一项所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述铁磁材料（21）布置在所述反射光学元件（1）上的所述基板（102）与所述反射区域（101）之间的中间区域之外。

10.如前述权利要求5至9中的任一项所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述铁磁材料（21）包含来自以下组Co、Fe、Ni、CrO₂、Gd、Dy、EuO或Ho的物质。

11.如前述权利要求4至10中的任一项所述的投射曝光装置（11），其特征在于所述反射元件（1）是具有布置在所述基板（102）上的多层区域（101）的多层反射镜（1），并且所述多层反射镜（1）的所述多层区域（101）的至少一个层包含铁磁材料（21）。

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