CN107077076A - 微光刻投射曝光装置的光学配置 - Google Patents

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Abstract

微光刻投射曝光装置(10)的光学配置，包含反射镜元件(M6)，其具有反射镜基板(34)及形成于反射镜基板(34)的表面上的反射区域。所述配置另外包含配置为在至少一个自由度移动反射镜元件(M6)的至少一个致动器(46)、以及作用在反射镜基板(34)的安装元件(42)。根据本发明，安装元件(42)至少约在平衡位置独自保持反射镜元件(M6)，使得至少一个致动器(46)在平衡位置至少约为不受力。

Description

微光刻投射曝光装置的光学配置
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2014年9月22日提交的德国专利申请10 2014 218 969.1的优先权。此较早申请的全部公开内容通过参考并入本文。
技术领域
本发明关于可配置为用于例如极紫外光谱范围(EUV)的波长的微光刻投射曝光装置的光学配置。所述光学配置可包含于照明系统或此装置的镜头中。
背景技术
微光刻投射曝光装置用于例如将布置在掩模上的结构转印至光敏层(例如光致抗蚀剂)上。光敏层通常位于晶片或一些其他基板上。投射曝光装置一般包含光源、照明系统(其调整由光源所产生的投射光并将其引导至掩模)、及镜头(lens)(其将由投射光所照明的掩模成像至光敏层)。
投射光的波长越短，借助于投射曝光装置可在光敏层上产生的结构越小。最新一代的投射曝光装置使用中心波长约为13.5纳米的投射光，其在极紫外光范围(EUV)。这类装置通常称作EUV投射曝光装置。
然而，没有对此短波长具有足够高透射率的光学材料。因此，在EUV投射曝光装置中，一般用于较长波长的透镜元件和其他折射光学元件将由反射镜所取代，因此掩模包含反射结构的图案。
反射镜包含具有反射区域的反射镜基板，反射区域形成于反射镜基板的表面上且反射镜基板于反射区域中承载反射涂层。反射镜通常固定在支撑框体，其经由致动器连接至镜头或照明系统的固定框体结构。包含反射镜和(若适当的话)固定于其上的支撑框体或其它组件的整个固有的刚性组装体在下文中将称作反射镜元件。
照明系统的反射镜元件将投射光引导至掩模；镜头的反射镜元件将掩模上被照明的区域成像至光敏层。
为了达到所要求的准确度，反射镜元件的反射区域必需在所有六个自由度上彼此精确地对准。可电致动的致动器通常用于定位和对准反射镜元件。
具有大数值孔径的EUV投射曝光装置需要具有大直径的反射镜元件。这类反射镜元件生产费用高，且因为其高固有重量而使其更难以在小形变下实施安装和致动。因为反射镜元件并非理想的刚体，反射镜基板的形状可改变，例如长期来说由于材料的退化、短期来说由于致动期间作用在反射镜基板上的力及力矩的影响。
EUV投射曝光装置的反射镜元件的反射镜基板通常由在操作温度具有非常低或甚至等于零的热膨胀系数的材料组成。这类材料可例如为玻璃陶瓷(如)或钛硅酸盐玻璃(如)。然而，热致形变可发生在反射镜基板中，该形变的产生是因为基板内由于部分投射光的吸收而造成的温度梯度。
因为反射区域的表面准确度在EUV投射曝光装置的操作期间必需维持在低至数纳米，对反射镜元件的安装和致动的机械精度也要有严格的要求。安装需以尽可能减少不想要和寄生的力或力矩的方式来配置。为了实现高的机精度，必需考虑到潜在机械干扰的所有因素，像是例如振动、气压波动或温度波动及重力的影响与材料特性。
在EUV投射曝光装置中，每一个反射镜元件通常由作用在反射镜元件上且同时构成安装元件的三个致动器所致动。由致动器所施加的力可细分为仅用于在定位及对准期间造成反射镜元件运动的一部分、以及补偿反射镜元件的重力(weight force)的一部分。致动所需的XY-力及Z-力的有效线和重量补偿力的有效线在相应致动器的施力点相会。举例来说，这类反射镜元件揭露于US 2015/0055112 A1。此处的安装元件作用在反射镜基板的圆周表面。
EP 1 806 610 A1揭露一种EUV投射曝光装置的反射镜元件，其中反射镜装入支撑框体且支撑框体上三个施力点的布置选择成使得反射镜元件的重力沿三个施力点均匀地分布。在施力点均匀分布在反射镜周围的情况下以及在非旋转对称反射镜基板的情况下，这通过在支撑框体上的补偿重量来实现。在此情况下，重力的有效线与光学有效反射区域相交。
由于特定的边界条件(像是例如建构空间冲突、动态或热需求)，这类型的安装可证实为难以实现并限制可能光学设计的范围。特别地，若反射镜元件具有大直径，布置在反射镜元件周围的三个致动器或其他反射镜元件占据了相当大的建构空间。此外，由于在其反射区域附近在三个安装元件处的固定夹持，反射镜元件在温度变化的情况下可能以难以预见的方式变形。
WO 2011/029467 A1揭露使用用于反射镜基板的基座，该基座由致动器承载并仅在单一承载表面支撑反射镜基板。为了最小化寄生力及力矩以及所产生的反射镜基板的形变，反射镜元件固定于基座的安装元件，使得重力的有效线(effective line)通过承载表面(于此处，反射镜基板接触安装元件)的几何中心。因此，反射镜元件在其重心(centre ofgravity)之下直接由基座所支撑。
发明内容
本发明的目的为针对照明系统或投射曝光装置的镜头提供含有反射镜元件的光学配置，其中反射镜元件的形变非常小且占用镜头或照明系统中很小的结构空间。
此目的通过微光刻投射曝光装置的光学配置实现，其包含具有反射镜基板以及形成于反射镜基板表面上的反射区域的反射镜元件。所述配置更包含配置为在至少一个自由度移动反射镜元件的至少一个致动器，以及作用在反射镜基板的安装元件。根据本发明，安装元件至少约在平衡位置独自保持反射镜元件，使得至少一个致动器在平衡位置至少约为不受力。
本发明所基于的考虑为，使用单个支撑位置用于完全重量补偿使得有可能通过至少一个致动器而避免在反射镜元件上的永久外力作用。因此，致动器仅在致动期间传输力至反射镜元件，而该力又非常小。在光学有效反射区域附近的反射镜元件以及特别是其所包含的反射镜基板在致动期间发生形变的风险相当低。
洛伦兹致动器(Lorentz actuator)经常用于致动。在这些致动器的情况中，与所产生之力成比例的电流将流动，即使在静止状态。电流将导致致动器的加热，该加热取决于所产生力的大小。由于根据本发明，至少一个致动器至少约为不受力，因此没有或最多非常小的反射镜元件的加热会因致动器中的静态电流而产生。因此，用以维持镜头或照明系统中的设定温度的费用也将降低。
若仍然发生热致形变(thermally induced deformation)，其由于仅在单一支撑位置的支撑而可被较佳预测，且可更容易地通过其他校正措施来补偿，例如相同或不同的反射镜元件的致动。
由于至少一个致动器仅需传输小的力至反射镜元件，其可另外由更轻、更紧密的方式来实现。因此，反射镜元件的安装和致动需要镜头或照明系统中整体更小的结构空间。
根据本发明，作用于反射镜元件的重心的重力的有效线不与光学可用反射区域相交。若因在仅一个支撑位置的重力的补偿而发生反射镜元件的形变，具有最大形变的部分并非直接靠近光学可用反射区域，而是与其相距一距离。因此，由重力的支撑所造成的形变对反射镜元件的光学效应所造成的影响程度小于重力于例如反射区域的正下方或正上方受到补偿的情况。
若反射镜基板至少实质上具有板的形状，则当重力的有效线位于与反射区域相距大于板的最小厚度的一距离处时，反射区域上的影响将特别小。
一般而言，反射镜基板在反射区域中可具有涂层，该涂层反射尽可能多的投射光。然而，原则上，针对投射光的特定入射角及波长，即使没有涂层，反射镜基板仍可部分地反射照射的投射光。因此，反射区域仅为投射光在操作期间所入射于其上以及通常通过特别高的光学质量来区分的一个区域。
安装元件施加安装力于反射镜基板上，所述安装力的绝对值与重力的绝对值相等但作用在相反方向。为了实现反射镜元件的完全无力矩的安装，安装力的有效线必须与重力的有效线重合。
然而，通常可容忍安装力的有效线与重力的有效线之间的些微偏差以及因而产生的较小残留力矩。若安装力的有效线与重力的有效线相距的距离小于一纵向范围的0.1倍，则有效线的偏差视为可容忍的小，该纵向范围为反射镜元件在与重力的有效线正交的所有平面中最大的纵向范围。在此情况中，安装力的有效线可与重力的有效线平行或相对倾斜。
在安装力的有效线与重力的有效线不完全重合的情况中，提供至少一个致动器，其能够作用于反射镜基板，使得反射镜元件保持平衡。在此情况中，所述至少一个致动器施加小的安装力矩于反射镜基板上，该安装力矩与小的残留力矩方向相反但绝对值与其相等。
在上述情况中，所述至少一个致动器位于与反射区域相距大于所述板的最小厚度的一距离处是有利的。由于致动器所施加的安装力矩所造成的反射区域的形变可因此而降低。
为了实现力的额外衰减(damping)以及力矩及振动的解耦(decoupling)，若安装力为电场或磁场所产生的力，则是有利的。举例来说，以此方式，有可能避免投射曝光装置的移动部分所造成的振动传送到反射镜元件。
为了以仅一个安装元件将反射镜元件安装于平衡位置，反射镜元件可具有位移机构，其中补偿重量可位移地布置于其上且借助于螺丝钉或一些其他固定元件而固定于其上的不同位置。借助于补偿重量，反射镜元件的重心可偏移，使得反射镜元件呈现所需的平衡位置。
本发明另外关于包含上述光学配置的微光刻投射曝光装置的镜头和照明系统。
附图说明
本发明的其他特征及优点将由下文中参照示图对实施例的描述而变得明显，其中：
图1为包含照明系统和镜头的微光刻EUV投射曝光装置的示意性透视图；
图2为穿过具有根据本发明第一实施例的反射镜元件的图1所示投射曝光装置的镜头的子午截面图；
图3为图2所示的反射镜元件的透视图；
图4为穿过图2所示的反射镜元件的横截面；
图5为根据第二实施例的基于图3的反射镜元件的透视图，其中重力及安装力的有效线不完全重合；以及
图6为根据第三实施例的基于图3的反射镜元件的透视图，其中反射镜基板承载位移重心的补偿重量。
具体实施方式
1.投射曝光装置的基本构造
图1以未依比例的透视且高度示意的示图显示根据本发明的微光刻投射曝光装置的基本构造，该装置整体标示为10。投射曝光装置10用于将布置在掩模14的一侧(图1中朝向下方)上的反射结构12投射至光敏层16。光敏层16(其特别是可为光致抗蚀剂(还称抗蚀剂))可由晶片18或一些其他基板所承载。
投射曝光装置10包含照明系统20，其以EUV光22照明掩模14设有结构12的一侧。特别地，在5纳米与30纳米之间的范围适合作为用于EUV光22的波长。在所示的实施例中，EUV光22的中心波长约为13.5纳米。EUV光22照明在掩模14的面向下一侧的照明场24，该照明场在此处具有环形段的几何形状。
投射曝光装置10更包含镜头26，其在光敏层16上产生位于照明场24的区域中的结构12的缩小像24′。镜头26具有光轴OA，其与环形段成形的照明场24的对称轴重合，因此位于照明场24之外。
镜头26针对扫描操作而设计，其中掩模14在光敏层16的曝光期间与晶片18同步地位移。掩模14和晶片18的这些位移运动由图1的箭头A1、A2所表示。在光敏层16的曝光期间，照明场24以类似扫描仪的方式扫过掩模14，其结果为相对大的邻近结构区域可投射至光敏层16上。掩模14和晶片18位移速度的比在此情况中等于镜头26的成像比例β。在所示实施例中，镜头26所产生的像24′为缩小的(|β|＜1)且直立的(β＞0)，为此理由，晶片18的位移比掩模14慢，但在相同的方向。
光束从位于镜头26的物平面中的照明场24中的每一点出发，该光束进入镜头26。镜头26的作用为将进入的光束聚集在镜头26的像平面中的场点。光束所出发的物平面中的场点、以及该光束再次聚集的像平面中的场点在此情况中彼此具有称作光学共轭的关系。
针对在照明场24的中心的单独点，此光束示意性地表示并标示为28。在此情况中，光束28在进入镜头26时的孔径角为其数值孔径NA的测量。由于缩小成像，镜头26的像侧数值孔径NA放大了成像比例β的倒数。
图2同样示意性且未依比例地显示镜头26的重要组件的子午截面。在标示为30的物平面与标示为32的像平面之间，一共有六个反射镜元件M1到M6沿光学轴OA布置。反射镜元件M1到M6中的每一个包含反射镜基板34和反射区域36，如图中以示例方式针对反射镜元件M6所显示。由物平面30中一点出发的光束28首先照在凹面的第一反射镜元件M1上、反射回凸面的第二反射镜元件M2、照在凹面的第三反射镜元件M3上、反射回凹面的第四反射镜元件M4、并接着照在凸面的第五反射镜元件M5上，其将EUV光引导回凹面的第六反射镜元件M6。第六反射镜元件M6最后将光束28聚焦在像平面32中的共轭像点。
若反射镜元件M1到M6增补了图2中虚线所示的部分，则因此而增补的反射镜元件的反射区域36关于镜头26的光学轴OA将为旋转对称的。然而，可轻易地理解到，上述的光束路径无法实现此完全旋转对称的反射区域36，因为反射镜单元M1到M6将部分地阻挡光路径。因此，反射镜元件M1到M6具有实线所示的形状。
遮蔽光阑(shading stop)38布置于反射镜元件M5与M6之间。
2.反射镜元件M6的光学配置
反射镜元件M6为根据本发明的光学配置40的部分，其在下文中将参照图2到图6作更详细的描述。图2显示在此情况中于镜头26的安装情况中的光学配置40。
除了具有反射镜基板34及反射区域36的反射镜元件M6之外，光学配置40还包含示意显示的第一致动器46以及同样示意显示的安装元件42，它们牢固地固定至镜头26的支撑结构44。反射镜元件M6在其重心S的附近由安装元件42所支撑，使得安装元件42至少约在平衡位置独自保持反射镜元件M6，且设计成在至少一个自由度上移动反射镜元件M6的致动器46在该平衡位置不受力。
图3以放大的方式描述图2的光学配置40的透视图。明显地，光学配置40更包含两个另外的致动器46(示意性地绘示)，其固定至支撑结构44且其作用在反射镜基板34上并同样设计成精确地将反射镜元件M6对准。
反射镜元件M6的反射镜基板34实质上以板形方式实施且在图3中方向向下并特别准确成形的一表面上具有涂层37，其中涂层37反射投射光22并限定反射镜元件M6的光学有效反射区域36。在相对反射区域36的反射镜基板34的相对侧，三个致动元件48黏接或以一些其他方法防止移动的方式来固定，使得其可将由致动器46所施加的力F1至F3传输至反射镜基板34。或者，致动元件48可整体实施为反射镜基板34的部分。再者，可想到的实施例为致动元件48布置于板形反射镜基板34的圆周表面或布置于反射区域36所在的反射镜基板34的相同侧。
具有通过反射镜元件M6的重心S的有效线WG的合成重力G作用于反射镜元件M6上。
图2进一步示意地表示安装元件42，其施加安装力F于反射镜基板34上，该安装力在与重力G相反的方向沿有效线WF而作用。在本实施例中，安装力F为电场或磁场所产生的力，使得反射镜元件M6以无接触的方式支撑。
为了实现安装力F的完全无力矩支撑，安装元件42在此实施例中布置为使得有效线WF准确地通过反射镜元件M6的重心S，并由此而与重力G的有效线WG重合。因此，反射镜元件M6处于平衡。因此，致动器46仅在致动期间传输力至反射镜基板34。因此，在光学有效反射区域36附近，反射镜元件M6以及特别是包含于其中的反射镜基板34在致动期间发生形变或因致动器46中所散逸的致动能量而升温的风险为低。
在本实施例中，致动器46实施为电磁洛伦兹致动器。在这些致动器的情况中，与所产生的力成比例的电流将流动，即使在静止状态。电流导致致动器46的加热，该加热取决于所产生力的大小。因为致动器46仅在反射镜元件M6的运动期间传输力，因此没有或至多非常小的反射镜元件M6的加热会因致动器46中的静态电流而产生。因此，用以维持镜头26中的设定温度的费用也将降低。
若仍然发生热致形变，其由于仅在单一支撑位置的支撑而可被较佳地预测，且可更容易地通过其他校正措施来补偿，例如反射镜元件M6或不同的反射镜元件M1-M5的致动。
由于致动器46仅需传输小的力至反射镜元件，其可由特别轻且紧密的方式来实现。因此，反射镜元件M6的安装和致动需要镜头26中整体更小的结构空间。
图4显示图3的光学配置的对称平面的剖面图，该对称平面包含重心S以及光轴OA。反射镜基板34在该对称平面中有其最大纵向范围L且在反射区域36中有其最小厚度D。反射区域36相对重心S布置为使得在反射镜元件M6的重心S作用的重力G的有效线WG不与反射区域36相交。这避免安装力F(其抵消重力G，特别是在致动器46的致动期间)导致在反射区域36附近的反射镜基板34产生不可接受的形变。
在本实施例中，重力G的有效线WG与光学可用反射区域36之间的距离A大于反射镜基板34的最小厚度D。因此，安装力F特别地远离反射区域36而作用在反射镜基板34上。
较佳地，致动器元件48同样也位于与反射区域36相距大于反射镜基板34的最小厚度D的一距离处(未特别指明)。在这样大的距离的情况中，因由致动器46所施加于反射镜基板34的力矩和/或力而造成反射区域36的不可接受形变的风险相当低。
图5显示光学配置40的第二实施例的透视图，其中安装力F的有效线WF与重力G的有效线WG相距一小距离B。由于安装力F的有效线WF更相对重力G的有效线WG轻微地倾斜，安装力F具有平行于重力G的第一分量以及与其垂直的第二分量，其中由于有效线WG的轻微倾斜，第二分量的绝对值显著小于第一分量的绝对值。由于重力G与安装力F的第一分量所形成的力对之间的距离B而产生残留力矩。较佳地，有效线WF与WG之间的最小距离B小于反射镜基板34的纵向范围L的0.1倍，使得该残留力矩的绝对值非常的小。因此，残留力矩和安装力F的第二分量可由致动器46来处理。
或者，有效线WF可平行于有效线WG轻微地位移距离B，其结果为仅产生小的残留力矩，而无第二分量。在此，同样地，由于距离B而产生的小残留力矩的部分将由致动器46处理，但无力分量需由致动器46补偿。
因为致动器46仅需补偿小的残留力矩和/或分量，其对反射镜基板34的形变的贡献很小。
图6显示第三实施例的透视图，其中重心S的位置通过补偿重量50来设定，使得重力和安装力分别的有效线WG及WF尽可能完全重合。补偿重量50首先可在反射镜基板34的表面上自由地位移，且调整后可通过例如黏接而固定于其上。作为对其的替代选择，包含例如一个或多个轨道的位移机构也是合适的，于其上补偿重量50可在反射镜基板34上位移并接着通过固定螺丝钉或其他固定元件而固定。
所述包含反射镜元件M6的光学配置的构造当然也可应用在其他反射镜元件M1至M5。

Claims (7)

1.一种微光刻投射曝光装置(10)的光学配置，其中该光学配置(40)包含：
(a)反射镜元件(M6)，具有反射镜基板(34)和形成于该反射镜基板(34)的表面上的反射区域；
(b)至少一个致动器(46)，配置为以至少一个自由度移动该反射镜元件(M6)；以及
(c)安装元件(42)，作用于该反射镜基板(34)，
其中该安装元件(42)至少约在平衡位置独自保持该反射镜元件(M6)，使得该至少一个致动器(46)在该平衡位置至少约为不受力；以及
其中在该反射镜元件(M6)的重心(S)作用的重力(G)的有效线(WG)不与该反射区域(36)相交。
2.如权利要求1所述的光学配置，其中该反射镜基板(34)至少实质具有板的形状，且其中该重力(G)的有效线(WG)位于与该反射区域(36)相距大于该板的最小厚度(D)的距离(A)处。
3.如权利要求1或2所述的光学配置，其中该反射镜基板(34)在该反射区域(36)承载反射涂层(37)。
4.如前述权利要求中任一项所述的光学配置，其中该安装元件(42)施加安装力(F)于该反射镜元件(M6)上，且其中该安装力(F)的有效线(WF)与该重力(G)的有效线(WG)重合。
5.如前述权利要求1至3中任一项所述的光学配置，其中该安装元件(42)施加安装力(F)于该反射镜元件(M6)上，且其中该安装力(F)的有效线(WF)在该基板内与该重力(G)的有效线(WG)相距一距离(B)，该距离小于纵向范围(L)的0.1倍，该纵向范围为该反射镜元件(M6)在关于该重力(G)的有效线(WG)的所有正交平面中的最大纵向范围。
6.一种微光刻投射曝光装置的镜头，包含如前述权利要求中任一项所述的光学配置(40)。
7.一种微光刻投射曝光装置的照明系统，包含如权利要求1至5中任一项所述的光学配置(40)。
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