CN107810445A - 一种微光刻投射曝光设备的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微光刻投射曝光设备的光学系统，其中所述投射曝光设备具有照明单元和投射物镜，以及其中该光在投射曝光设备的操作期间，存在于使用光管(205，305)中的光从照明单元的入口经由投射物镜的物平面行进至投射物镜的像平面，该光学系统具有至少一个薄层组合件(210，310，410，420，430，440，450，510，520，610)，该薄层组合件具有至少一个反射薄层(211，212，311，312，511，512，611，612)，并且具有至少一个射束收集器(250)，其中薄层组合件(210，310，410，420，430，440，450，510，520，610)布置为使得在投射曝光设备的操作期间，将至少周期地照在薄层组合件上且不属于使用光管(205，305)的光朝向射束收集器(250)反射。

Description

一种微光刻投射曝光设备的光学系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年6月1日提交的德国专利申请DE 10 2015 210 041.3的优先权。将该德国申请的内容通过引用并入在本申请文本中。
技术领域
本发明涉及一种微光刻投射曝光设备的光学系统。
背景技术
微光刻用于制造微结构部件，例如集成电路或者LCD。微光刻工艺在所谓的投射曝光设备内执行，该设备包括照明装置和投射镜头。通过照明装置照明的掩模(＝掩模母版)的像在这种情况下通过投射镜头投射至涂有感光层(光刻胶)并且布置在投射镜头的像平面上的基板(例如硅晶片)上，从而将掩模结构转印至基板的感光涂层上。
在设计用于EUV范围(例如在波长约为13nm或约为7nm)的投射曝光设备中，由于缺少合适的光透射折射材料，将反射光元件作为光学部件用于成像过程。
为了产生EUV光，已知EUV光源例如具有等离子体光源或自由电子激光器(FEL)的形式。在此，趋势是使用相应EUV光源的更高的光输出，从而增加尤其是微光刻投射曝光设备的通过量，并且附加地最小化散粒噪声的影响，该噪声是非期望的(并且原则上随着波长的减小而增加)。
实际中与增加EUV光源的光输出相关的问题是部分的EUV光的阻挡(这由于设计的原因在投射曝光设备内的一些区域是必要的)导致热能量输入随光输出而增加，这继而导致EUV反射镜的非期望的基于热的变形(也可能是反射镜的保持设备)。
这些变形继而导致损害投射曝光设备的成像特性。
通常使用在投射镜头中以为孔径定界的孔径光阑，使用在照明装置中的掩模母版遮蔽系统和相关的REMA光阑，可能还有引入光束路径中以影响强度的元件在这方面特别值得提及。
对于现在技术，仅参考例如WO 2012/041341 A1。
发明内容
本发明的目的是提供一种微光刻投射曝光设备的光学系统，其中增加光输出成为可能，同时至少很大程度上避免前面描述的问题。
该目的通过根据独立权利要求1的特征的光学系统来实现。
根据本发明的微光刻投射曝光设备的光学系统，其中投射曝光系统具有照明装置和投射镜头，并且其中位于使用光管中的光，在操作投射曝光设备期间，从所述照明装置的入口经由所述投射镜头的物平面传输至所述投射物镜的像平面，所述光学系统具有：
-至少一个薄层布置，其具有至少一个反射薄层；以及
-至少一个射束收集器；
-其中所述薄层布置布置为使得其朝向所述至少一个射束收集器反射光，所述光在所述投射曝光设备的操作期间至少临时地入射至所述薄层布置上，且不属于所述使用光管。
在本发明的含义中，“使用光管”理解为意思是光或电磁辐射在其中传输的体积，所述光或电磁辐射能够适当有助于照明在投射镜头的像平面中的像场。如果有可调或时间上可变的光阑存在，使用光管也相应是时间上可变的。
本发明尤其基于在投射曝光设备内移除电磁辐射的构思，该电磁辐射不可用于微光刻成像过程，该投射曝光设备至少部分使用具有薄层布置的形式的附加部件，使得将所述电磁辐射朝向同样附加提供的射束收集器反射。文中本发明尤其包含的构思为：由于薄层布置的对准和合适的设计，通过至少主要在该薄层布置本身上发生的反射(如果可能，没有或仅一些吸收)，使至少主要仅在离光学部件足够距离处(确切地说，仅在射束收集器的位置处)发生对相关的电磁辐射的吸收，该电磁辐射不用于微光刻成像过程，如将在下文中更详细解释的。
这样，最终可很大程度上避免基于吸收的加热和存在于投射曝光设备中的光学部件的相关变形以及对投射曝光设备的成像特性的相应损害。
本发明进一步包括的构思为：部分减轻在相关光阑上的辐射吸收的负载，其通过投射曝光设备内所需的光阑提供，例如具有孔径光阑或者掩模母版遮蔽系统的REMA光阑的形式的光阑，使得相关光阑仅需吸收没有通过根据本发明的薄层布置预先偏转至射束收集器的方向上的辐射。也就是说，如果将根据本发明的薄层布置适当地放置，相关(如孔径或REMA)光阑仅需要例如捕获或吸收仅少量传输在使用光管之外的辐射，因为在使用光管之外位于相当远的电磁辐射已由根据本发明的薄层布置反射，并且经由根据本发明的射束收集器移除
根据实施例，光学系统具有至少一个光阑，其中薄层布置布置在距离该光阑小于200mm的距离处。
根据实施例，光阑是为数值孔径定界的孔径光阑，其布置在投射镜头中。
根据另一实施例，光阑是掩模母版遮蔽系统(REMA)的REMA光阑，其布置在照明装置内。这种掩模母版遮蔽系统的REMA光阑在微光刻过程中以已知方式动态位移，以确保电磁辐射仅入射至晶片当前要曝光的部分。
此处，晶片的移动通常遵循曲折的图案，其中掩模母版遮蔽系统的REMA光阑例如在晶片的横向移动阶段完全闭合。在该情况下，根据本发明前述的通过薄层布置(其在本发明的上下文中与射束收集器结合使用)对REMA光阑上的负载的“减轻”，使得可令相应光源甚至在REMA光阑完全闭合的所述阶段期间打开，导致结果为，例如在等离子体光源的情况下，能够确保稳定的(因为无干扰)操作。另外，使用自由电子激光器(FEL)(其同样需要无干扰的操作)作为光源是可能或容易的，尤其是如果自由电子激光器为多于一个的投射曝光设备提供照明光的话。
根据实施例，根据本发明的薄层布置具有多个反射薄层。这种设计使得可能使用薄层布置的相互不同的薄层来朝向射束收集器反射或偏转辐射的不同射线或部分，该辐射位于使用光管之外并如果可能因此被耦出，其中根据事实存在的光分布，能够提供各自优化的反射条件(当最小化通过各薄层的非期望吸收时)。此处，单独薄层关于光学系统轴线的各倾斜能够实际上以合适方式进行不同的选择，以针对辐射的单独射线在各种情况下实现朝向根据本发明的射束收集器的最高可能的有效反射，该辐射位于使用光管的外侧，并因此被耦出。同时可能根据具体的光分布，避免待耦出的部分的辐射(该辐射位于使用光管的外侧)错过薄层布置，并且因而能够影响由于系统中光学部件的吸收导致的非期望的热引入。
根据实施例，将至少一个反射薄层布置为，在投射曝光设备的操作期间，光至少临时以至少为65°的关于表面法线的入射角入射。因为这个条件(其对应“掠入射”)，意图实现最大反射效果(当对于薄层布置而言是非期望的吸收最小化时)。前文所述条件优选地针对所有根据本发明的薄层布置的反射薄层得到满足。
根据实施例，根据本发明的薄层布置布置成能够移动。这使得可以——尤其如果根据本发明的薄层布置如前文所述放置在掩模母版遮蔽系统的REMA光阑的区域中的话——在微光刻过程期间动态位移该薄层布置，因而尤其使其适配于(如REMA)光阑的各设定。
根据实施例，根据本发明的薄层布置的至少一个薄层具有由层材料制成的反射层，该层材料选自于包含钌，钼，硅，镧，硼，碳化硼和铑的组。还可有利地使用上述未列出的铂金属(即钯(Pd)，锇(Os)，铱(Ir)和铂(Pt))。
本发明不受限于此，根据本发明使用的薄层可以设计为普通反射镜的形式，该反射镜设计为用于在掠入射下操作(也称为GI反射镜，GI＝“grazing incidence，掠入射”)。为此，仅举例来说，在合适的基板(例如由反射镜基板材料制成，像这些以or名称销售的材料，石英或基于二氧化硅或硅和堇青石或碳化硅的混合物)上，各薄层能够具有厚度为例如30nm的钌层。
优选地选择作为薄层的各反射层的材料是表现出最高可能化学的和机械的稳定性的层材料(其不会释气，尤其在真空条件下)，其中还可以有利地利用以下事实：对反射层的粗糙度需求相对不重要或相对低(因为将待耦出的辐射朝向射束收集器偏转需要以相对较低的角度精度来实现)。
根据进一步实施例，将光学系统设计用于小于30nm，尤其是小于15nm，进一步优选小于8nm的工作波长。
本发明进一步涉及微光刻投射曝光设备，其包括照明装置和投射镜头，其中投射曝光设备包括具有上述特征光学系统。
本发明的其他构造能够从说明书和从属权利要求中获悉。
在下文，基于在附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明。
附图说明
附图中：
图1a-b示出用于解释设计用于以EUV操作的微光刻投射曝光设备的可能构造的示意图；以及
图2-6示出用于解释本发明的不同实施例的示意图。
具体实施方式
首先，图1a示出投射曝光设备10的示意图，该投射曝光设备通过示例的方式给出，并设计为在EUV范围内运行。
根据图1a，投射曝光设备10的照明装置包括场分面反射镜3和光瞳分面反射镜4。光来自光源单元，该光源单元包括例如等离子体光源1和集光器反射镜2，将光引导至场分面反射镜3上。将第一望远镜反射镜5和第二望远镜反射镜6布置在光瞳分面反射镜4下游的光路中。将偏转反射镜7布置在光路下游，该偏转反射镜将入射其上的辐射引导至投射镜头的物平面中的物场上，该投射镜头包括六个反射镜21-26。在物场的位置处，将反射结构承载掩模31布置在掩模台30上，借助于投射镜头将所述掩模成像在像平面中，在该像平面中，涂有感光层(光刻胶)的基板41位于晶片台40上。结构承载掩模31也称为掩模母版。基板41也称为晶片。
掩模31的结构承载区域一般大于投射镜头的物场，尤其沿一个方向扩张更多。鉴于该原因，基板41的曝光通过扫描，即掩模台30和晶片台40而发生，并且因此掩模31和基板41也以同步的方式相对于彼此移动，其中各速度的比由投射镜头的放大率决定。位移方向也称为扫描方向，且物场沿扫描方向的范围也称为扫描狭缝的长度。
如果在扫描操作期间到达掩模31的结构承载区域的边缘，可以通过可移位的掩模母版遮蔽光阑(REMA光阑)32a，32b来确保掩模31的非结构承载区域对基板41的曝光没有贡献。
在图1a中示出的投射曝光设备中，无需用于晶片曝光或者会导致非期望的晶片曝光的电磁辐射或EUV光，由于设计而在不同的位置被耦出或阻挡。这种耦出在照明装置内尤其是经由在掩模母版31附近的掩模母版遮蔽系统32的REMA光阑32a，32b来实现。这种耦出在投射镜头内通过为孔径定界而出现的孔径光阑27而进一步实现。
EUV辐射在其中传输的体积在此称为使用光管，该EUV辐射由等离子体光源1发射并能够适当贡献于投射曝光设备10的投射镜头的像场的照明，并因此贡献于基板40的感光层的感光层。此处，使用光管尤其通过投射曝光设备10的光阑27，32a，32b限定。如果光阑是可调的，或它们的设置为时间上可变的，那么使用光管也相应地为时间上可变的。
在由球面反射镜构成的投射镜头中，将孔径光阑布置在反射镜22上，如图1a针对孔径光阑27示出的。在非球面设计中，孔径光阑的其他位置也是可能的，特别是或者在其它反射镜(除了反射镜26)之一上，或者介于两个反射镜之间，在该两个反射镜之间，中间像不存在且使用光管不重叠，即例如介于反射镜22和23之间(如图1b针对孔径光阑27’所示的)。
在没有额外措施的情况下，在操作图1a-b的投射曝光设备期间，EUV光源的光输出的增加会导致非期望地引入热能量至光学系统内，该引入由尤其在前文所述的光阑(例如REMA光阑32a，32b和孔径光阑27)的区域中的吸收引起，并且导致光学部件或EUV反射镜的相关变形，以及损害投射曝光设备的成像结果。
为了避免该效应，根据本发明使用具有至少一个反射薄层的薄层布置来朝向射束收集器反射电磁辐射，该电磁辐射无需用于微光刻成像过程(即不属于使用光管)，根据本发明同样额外提供该射束收集器，以仅在距相关光阑或光学部件相对远距离处，确切地说仅在相关射束收集器的位置处，允许吸收和关联转换为热，。使用射束收集器能够进一步提供的优势是，该射束收集器能够针对从系统移除热而特定地优化。
另外，参照图2-4描述本发明实施例，其中根据本发明的薄层布置布置在孔径光阑(例如图1a-b的投射曝光设备的投射镜头中的孔径光阑27)的区域中。
图2仅以示意图示出了投射镜头的截面，其中仅两个EUV反射镜220和240被示出。将“205”标注为使用光管，它包围EUV光对晶片的曝光有贡献的那些射线，即从照明装置的入口经物平面传输到投射镜头的像平面。
除了上述使用光管，其它EUV辐射还存在于图2中以虚线标出的体积中，其中孔径光阑230(类似于图1a-b中的孔径光阑27or 27’)用于阻止不属于使用光管的辐射成分。
为了减少(尤其是EUV光源在大于1千瓦区域的较高光输出)孔径光阑230由于吸收“多余的”或未使用的EUV辐射(其不属于使用光管)引起的加热，根据图2提供具有多个反射薄层211，212，…的薄层布置210，其(如图2例如针对射线“S”所示)将电磁辐射朝向远程的射束收集器250偏转，该电磁辐射不在使用光管205内传输。EUV辐射经薄层布置210到达射束收集器250且被所述射束收集器250吸收，因此不再对孔径光阑230的任何非期望的加热(或至如EUV反射镜220，240的区域中的相关热引入，其会使反射镜变形)有贡献。
在图2的示例性实施例中(但本发明不受限于此)，薄层211，212，…相对于光学系统轴线具有不同的倾斜。考虑到在操作投射镜头期间产生的光分布，单独薄层211，212，…各自的倾斜角在此能够选择成使得辐射(其如上所述使用薄层布置210耦出(即，它不属于使用光管))的最大可能部分在掠入射下在各个情况下入射至薄层布置210的一个反射薄层211，212，...，结果，避免或最小化通过各反射叠层的吸收，其随不断增多的垂直入射而增加。
如图4a-e仅示意性所示，在各薄层布置中反射薄层的不同几何形状在各个情况下是可行的或有利的，这取决于待耦出的电磁辐射的角分布，其发生在操作投射曝光设备期间，其中薄层关于光学系统轴线的各斜率或倾斜能够沿光传播方向增加或减少，其中还提供具有曲率或纠缠的其它(如图4d和图4e所示)薄层布置440或450来可能多次反射光线(除此之外此处为了使吸收损失最小化)。
图3示出用于解释本发明的另一实施例的示意图，其中类似或实质上功能等同于图2的部件由增加“100”的附图标记标注。不同于图2，在图3的实施例中的孔径光阑330布置在一个EUV反射镜(特别是EUV反射镜340)的附近，其中此处还在光束路径中显示另一EUV反射镜360，它跟随EUV反射镜340。因此，根据本发明，使用薄层布置(同样如图3所示并标注为“310”)不受限于具体的几何形状，但是有利地可用于任何期望的构造中或在投射曝光设备的束路径中，其中，如上文所述，薄层布置310的反射薄层311，312，…各自的对准能够根据具体的辐射路径来选择，致使实现不属于使用光管的电磁辐射到根据本发明的射束收集器(未在图3中示出)的最有效反射可能性，并且附加地将机械或设计努力保持为尽可能低。
参照图5a-b和图6，本发明的其它实施例描述如下，其中根据本发明的薄层布置用于投射曝光设备的照明装置内掩模母版遮蔽系统的区域中。根据图5a-b，该掩模母版遮蔽系统包括：尤其两个REMA光阑531，532，它们可关于扫描方向(在所示坐标系中的y方向上延伸)平行移动；以及未示出的两个另外的REMA光阑(它们实质上被固定并在x方向上为掩模母版上的照明区域定界，x方向垂直于y方向)。REMA光阑531，532对应于图1a-b的光阑32a，32b。REMA光阑531，532彼此独立地可位移。
根据图5a-b，将该掩模母版遮蔽系统的REMA光阑531和532放置于掩模母版540(对应于图1a-b中的元件31)附近，其中扫描狭缝的长度l，如图5a-b所示，通过位移REMA光阑531，532而是可变的。在图5a-b的实施例中，沿y方向可位移的REMA光阑531，532各分配到一个薄层布置510或520，该薄层布置各具有薄层511，512……或521，522……，它们沿着双向箭头“P”指示的移动方向(即同样在y方向)可位移。这样，薄层布置510和520的薄层511，512……和521，522……能够对应于REMA光阑531，532的移动在光束路径中连续移动，以根据REMA光阑531，532的要求或设置来反射不属于使用光管的电磁辐射，，并将该电磁辐射朝向本发明的射束收集器(未在图5a-b中示出)偏转。
文中，薄层布置510或520的薄层511，512……和521，522……的倾斜优选地选为，在薄层和掩模母版540的法线之间的角大于掩模母版处的数值孔径(NA)，即薄层不应当太陡峭，因为否则射线可入射至相同薄层的两侧。薄层布置510和520的薄层511，512……和521，522……的顶端有利地布置为使得顶端至少近似位于一线上，该线与掩模母版540的法线间的角等于掩模母版处的数值孔径(NA)。这准许将薄层布置510和520的所有薄层放置在使用光管附近。
本发明不受限于前文所述的、连续插入薄层511，512……和521，522……或根据图5a-b存在的两个薄层布置510和520。在其它实施例中，插入两个薄层布置或单个薄层布置至光束路径中也能够发生，仅在掩模母版遮蔽系统的REMA光阑完全闭合之后，其中尤其根据图6，具有薄层611，612……的单个薄层布置610也是足够的。前文所述的不连续插入尤其单个薄层布置减少了机电努力，并且尤其当满足如下的条件时是可接受的：
2*α*d≥1 (1)
文中，α表示掩模母版上游的照明辐射的数值孔径，d表示最接近掩模母版的薄层的顶端与掩模母版之间的距离，以及1表示掩模母版处的扫描狭缝的长度，其中公式2*α*d表示产生的半阴影的范围。
因此，连续插入至少一个薄层布置至光束路径中的权宜之计，依赖于由薄层布置产生的半阴影的尺寸对比于扫描狭缝的整个范围。如果半阴影相对大，插入薄层布置的薄层也能够以不连续的方式实现(例如紧随已实现的REMA光阑的闭合位置之后)，而没有发生REMA光阑上吸收的相关增加，但是连续插入薄层至光束路径能够是有优势的，如果由薄层布置产生的半阴影的范围相对于扫描狭缝的长度是相当低的话。
尽管基于具体实施例描述了本发明，大量的变型和可替代实施例对于本领域技术人员是显而易见的，例如通过结合和/或交换单独实施例的特征。因而，对本领域技术人员不言而喻的是，这类变型和可替代实施例同时包括在本发明中，而且本发明的范围仅受限于所附的专利权利要求以及其等同物的含义内。

Claims (12)

1.一种微光刻投射曝光设备的光学系统，其中所述投射曝光设备具有照明装置和投射镜头，其中位于使用光管(205，305)中的光，在所述投射曝光设备的操作期间，从所述照明装置的入口经由所述投射镜头的物平面传输至所述投射镜头的像平面，所述光学系统具有：
·至少一个薄层布置(210，310，410，420，430，440，450，510，520，610)，其具有至少一个反射元件(211，212，311，312，511，512，611，612)，以及
·至少一个射束收集器(250)；
·其中所述薄层布置(210，310，410，420，430，440，450，510，520，610)布置成朝向所述至少一个射束收集器(250)反射光，所述光在所述投射曝光设备的操作期间至少临时地入射至所述薄层布置上且不属于所述使用光管(205，305)。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还具有至少一个光阑，其中所述薄层布置布置在距离该光阑小于200mm的距离处。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述光阑是为数值孔径定界的孔径光阑(230，330)，其布置在所述投射镜头中。
4.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述光阑是掩模母版遮蔽系统(REMA)的REMA光阑(531，532，631，632)，其布置在所述照明装置中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述薄层布置(210，310，410，420，430，440，450，510，520，610)具有多个反射薄层(211，212，311，312，511，512，611，612)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，至少一个反射薄层(211，212，311，312，511，512，611，612)布置成使得在所述投射曝光设备的操作期间，光至少临时地以关于表面法线的小于65°的入射角入射。
7.根据权利要求5或6所述的光学系统，其特征在于，所有反射薄层(211，212，311，312，511，512，611，612)布置成使得在所述投射曝光设备的操作期间，光至少临时地以关于表面法线的小于65°的入射角入射至各薄层。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统具有光学系统轴线，其中至少两个薄层(211，212，311，312，511，512，611，612)布置为关于所述光学系统轴线倾斜，所述倾斜彼此不同。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述薄层布置(210，310，410，420，430，440，450，510，520，610)布置成能够移动。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述至少一个薄层(211，212，311，312，511，512，611，612)具有由层材料制成的反射层，所述层材料选自于包含钌，钼，硅，镧，硼，碳化硼和铑的组。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，该光学系统设计用于小于30nm，尤其小于15nm，更优选小于8nm的工作波长。
12.一种微光刻投射曝光设备(10)，具有光照明装置和投射镜头，其特征在于，所述投射曝光设备具有根据前述权利要求中任一项所述的光学系统。
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