CN110312969A - 具有改进热传递的半导体光刻的投射曝光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体光刻的投射光系统，其包括将系统的部件(22)连接到支撑冷却结构(23)的连接元件(21)。连接元件(21)具有接收部件(22)的接收区域(24)和将连接元件(21)连接到投射光系统的支撑冷却结构(23)的足部区域(25)。至少一个接合件(26)布置在接收区域(24)和足部区域(25)之间，并且至少一个热传导元件(27)布置接收区域(24)和足部区域(25)之间。根据本发明，热传导元件(27)在接合件(26)的致动方向上是柔软的，并且垂直于接合件(26)的致动方向展示出一刚性，该刚性至少是在接合件(26)的致动方向上的刚性的两倍。

Description

具有改进热传递的半导体光刻的投射曝光设备
本申请要求德国专利申请DE 10 2017 202 653.7的优先权，其内容通过引用全部并入本文。
本发明涉及半导体光刻的投射曝光设备，特别是EUV投射曝光设备。这样的设备用于特别是在半导体部件或其他微结构的部件上制造非常精细的结构。所述的设备的操作原理基于以下：通过总体上将掩模(使用被称为掩模母版)上的结构缩小成像在配备有感光材料的要结构化的元件上，制造非常精细结构以高达纳米范围。制造的结构的最小尺寸直接取决于所使用的光的波长。最近，已经越来越多地使用具有发射波长在若干纳米的范围中(例如在1nm和30nm之间的范围中，特别是在13.5nm的范围中)的光源。所描述的波长范围还被称为EUV范围。
用于如上所描述的应用的成像的光学部件必须用最佳精度定位，以便可以确保足够的成像质量。如上提及的光学部件例如是场分面反射镜。这种类型的场分面反射镜例如从WO 2007/128407 A1获悉。
EUV应用中的高热负载的光学部件具体而言是那些场分面反射镜，它们的分面被固定到倾斜的操纵器并且经由操纵器的对应接合件发生热耗散。
文档DE 10 2008 049 556 A1公开了微光刻投射曝光设备包含具有主体和多个反射镜单元的反射镜布置。这些单元各包括反射镜和挠曲件，该挠曲件由至少一个接合件部件连接到主体。调整装置使得更改每个特定反射镜相对于主体的取向是可能的。为了减少其抗弯刚度，接合件部件被细分成多个间隔开的接合件元件。此外，反射镜单元具有热传导元件，该热传导元件不帮助支撑反射镜，连接到反射镜并且在主体的方向上延伸，使得可以将热从热传导元件转移到主体。
本发明的目的是在半导体光刻的投射曝光设备的部件方面开发半导体光刻的投射曝光设备。特别地，旨在于提供反射镜布置，其中在反射镜中产生的热可以特别容易地耗散，使得可以可靠地避免过热。
该目的由具有独立权利要求1的特征的装置来实现。从属权利要求涉及本发明的有利发展例和变型。
根据本发明的半导体光刻的投射曝光设备包括将设备的部件连接到支撑冷却结构的连接元件。连接元件具有接收部件的接收区域和连接到投射曝光设备的支撑冷却结构的足部区域。至少一个接合件布置在接收区域和足部区域之间，并且至少一个热传导元件布置在接收区域和足部区域之间。
在这种情况下，热传导元件配置为在接合件的致动方向上是柔软的，并且垂直于接合件的致动方向具有的刚性至少是在接合件的致动方向上的刚性的两倍。
换言之，本发明创造了在致动方向上是柔性但是具有限定刚性的热传导元件。特别是与高度柔性的线或带相比，根据本发明所使用的接合件使得精确计算其刚性是可能的。与此相反，例如线可以用各种各样的方式将其端部的附着点接合在一起，并且因此具有未限定的刚性。
特别是，垂直于致动方向，接合件可以比热传导元件更加坚硬50倍。
在本发明的有利实施例中，接合件可以是挠曲件。因此，与连接元件结合的操纵器的期望运动学以其他限定的方式来配置。驱动操纵器所需的力经由与热传导元件的刚性结合的挠曲件的刚性来限定。
换言之，热传导元件可以配置为在接合件的致动方向上是柔软的。热传导元件自身在其设计中包括一种从动接合件，其在接合件的致动方向上更为柔软，并且可选地以硬性或同样柔性的方式实施在其他不被致动的空间方向上。优选地，接合件的致动不受热传导元件的机械性质进一步地影响或阻碍。因此，在连接元件中，机械性质和热导率可以被认为是单独且相互独立的自由度。接合件的刚性和运动学行为或者从动接合件的刚性和运动学行为可以被精确计算，并且在结构上由几何尺寸、连接元件中的位置、取向或其他材料参数来限定。在从动接合件的情况下，相对于至少一个接合件的形状、位置和取向被适当地度量。
在本发明的有利的变型中，接合件和热传导元件整体地形成。在这种情况下，连接元件具有第一区域和第二区域，该第一区域用于机械致动且支持元件，第二区域由于其几何设计优选地确保改进的热传输穿过连接元件。以这种方法，可以实现在紧凑的、热加载光学组装件内的改进的热耗散。
换言之，整体式连接元件不再通过接合方法由多个部件来制造。然而，它可以由满足对良好热导率的需求的若干材料构成，并且提供所需的柔性和同时提供机械致动的刚性。制造这样的连接元件的基本材料因此可以由多个材料类型(例如复合材料)构成。然而，还存在具有全部所需求的性质的均质材料。
连接元件的整体式实施例不必与热传导元件的如上所述设计相关联。在这种情况下，特别是还可想到在没有限定的、方向相关的刚性的情况下形成热传导元件，例如线、线缆或带。
热传导元件的合适材料特别是硅、硅化合物，或者特别是铜和铜合金的金属。这些材料具有特别高的热导率并且可以甚至易于在精密应用中进行处理。材料具有的良好热导率应该大于100W/(m·K)、优选地大于300W/(m·K)，并且材料的高屈服点Rp0.2大于200MPa。还应该期望具有多于1 000 000周期的周期数的长使用寿命。
整体式连接元件可以通过腐蚀和高速研磨由单片式基本材料或由复合材料来制造。因此，附加的热接合或机械接合方法(例如焊接、焊合或夹紧)作为制造过程不是必要的。
相应的设计方案可以确保在致动方向上与良好的弹性结合的良好刚性，而且同时确保良好热导率。然而，在根据本发明的连接元件的情况下，运动学和热传导可以作为单独的自由度很大程度上彼此独立地优化。因此，可用的安装空间全部用于最佳可能的热传导。
因为根据本发明的解决方案，从热加载的光学组装件有效地耗散过多的热。
在本发明的有利变型中，热传导元件可以沿着穿过连接元件的热传导元件在接收区域和足部区域中的附着点的连接直线以中断的方式形成。因此，与接合件的刚性相比较，在热传导元件的确定运动学的自由度的方面以柔软的方式实施热传导元件。换言之，热传导元件不会沿着连接直线延伸或仅部分地沿着连接直线延伸，该连接直线穿过热传导元件在接收区域和足部区域中的附着点。因此，它具有纽结或弯曲并且因此不位于连接直线上的部分。
有利地，热传导元件的形式可以为平的、成角度的元件。因此，热传导元件足够柔软和柔性而不会损害操纵器装置的必要刚性。这样的实施例不会导致操纵器的致动力的显著增加。
在本发明的有利实施例中，热传导元件可以具有相对于连接直线倾斜延伸的部分。在特别优选的配置中，热传导元件可以具有垂直于连接直线延伸的部分。接收区域中的附着点和足部区域中的附着点因此不必布置为一个直接在另一个上方。通过热传导元件的部分倾斜或垂直的路线，热耗散可以发生在特别合适的点处，例如在足部区域和场分面反射镜的支撑冷却结构中。
有利地，热传导元件可以具有连接到至少一个叶片式弹簧状部分的中央部件。在从动接合件的情况下，相对于至少一个接合件的移动方向的形状、位置和取向被适当地度量。
如上文所提及的，热传导元件可以具有线状部分，特别是在连接元件的整体式实施例中。为了避免反射镜过热，反射镜单元具有作为热传导元件的金属线，将该金属线的一端整体地或以接合方式连接到部件，并且以热传导方式将该金属线的另一端整体地或以接合方式连接到足部区域。线优选地由金属构成并且允许在足部区域中从热负载的反射镜到散热器的热耗散。金属线的直径小到它们足以具有高柔性。因此，金属线仅向反射镜的枢转移动提供极小抵抗。合适的金属特别是铜、铜合金、银和银合金。通过线状部分，柔性热传导结构以对从动接合件等同作用的方式来形成。线的用途特别有利于如下情况，其中连接元件可以在多于一个自由度上，特别是两个自由度上被致动。
下文参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例及其变型，附图中：
图1示出其中本发明可以找到应用的EUV投射曝光设备的基本构造的示例，
图2示意性示出穿过根据本发明的具有冷却结构和光学部件的连接元件的横截面，
图3示意性示出穿过其他连接元件的横截面，
图4示意性示出穿过连接元件的其他配置的横截面，
图5示意性示出穿过具有材料变窄的连接元件的其他配置的横截面，
图6示意性示出穿过具有一个自由度的连接元件的其他配置的横截面，
图7示意性示出穿过具有一个自由度的连接元件的其他配置的横截面，
图8示意性示出穿过具有一个自由度的连接元件的其他配置的横截面，
图9示意性示出穿过具有从动接合件的热传导元件的替代实施例的横截面，
图10示意性示出穿过具有共同中间部件的连接元件的替代实施例的横截面，
图11示意性示出穿过具有线状的热传导元件的连接元件的替代实施例的横截面，以及
图12示意性示出具有线状的热传导元件和两个自由度的连接元件的替代实施例的横截面。
图1示出其中本发明可以找到用途的微光刻EUV投射曝光设备1的基本构造的示例。除了光源3以外，投射曝光设备1的照明系统具有照明物平面6中的物场5的照明光学单元4。以由光源3产生的光学使用辐射的形式的EUV辐射14通过集光器来对准，该集光器被集成在光源3中，使得所述辐射通行穿过中间焦平面15的区域中的中间焦点，然后入射在场分面反射镜2上。在场分面反射镜2的下游，EUV辐射14由光瞳分面反射镜16反射。借助于光瞳分面反射镜16和具有反射镜18、19和20的光学组装件17，将场分面反射镜2的场分面成像到物场5中。
照明掩模母版7，其布置在物场5中并且由示意性图示的掩模母版保持件8来保持。仅示意性图示的投射光学单元9用于将物场5成像到像平面11内的像场10中。将掩模母版7上的结构成像到晶片12的感光层上，该晶片12布置在像平面11中的像场10的区域中并且由同样部分地图示的晶片保持件13来保持。光源3可以发射特别地波长范围在5nm和30nm之间的使用的辐射。
图2示意性示出穿过根据本发明的具有支撑冷却结构23和光学部件22的连接元件21的横截面。连接元件21由用于光学部件22的接收区域24和足部区域25构成。在该配置中，挠曲件的形式的接合件26和热传导元件27位于接收区域24和足部区域25之间。由光学部件22吸收的热经由接合件26和热传导元件27由足部区域25传递到支撑冷却结构23中，其用作散热器。替代地，足部区域25自身可以实施为冷却结构。此外，支撑冷却结构23和足部区域25可以配置在一个部件中并且因此整体地添加到连接元件21。
热传导元件27包含伸出的从动接合件30，其在接合件26的致动方向上比接合件26更加柔软。确定运动学的接合件26以以下事实为特征：它在接收区域24和足部区域25之间建立期望的移动性。对运动学的偏转没有贡献的力由该接合件26来支撑。因此，例如实施为叶片式弹簧的接合件26允许接收区域24绕垂直于叶片弹簧平面的轴线相对于足部区域25的水平位移和倾斜。在过程中，接合件26在接收区域24和足部区域25之间支撑垂直力，而没有显著的变形。相比之下，热传导元件27的从动接合件30具有确定运动学的接合件26的移动性，而且具有附加的柔软度以便不妨碍运动学。为此，致使从动接合件30在垂直方向上顺应的附加水平弯曲件已经被添加到从动接合件30，使得在垂直方向上不可能朝向接收区域24或足部区域25施加显著的力至从动接合件30。
图3示意性示出穿过其他连接元件21的横截面。在确定光学部件的运动学的接合件26和不影响运动学的热传导元件27之间的差异是指热传导元件27不沿着穿过热传导元件在接收区域24和足部区域25中的附着点271、272的连接直线G延伸。从动接合件30由两个弯曲件构成，这两个弯曲件倾斜于接合件26的纵向轴线定向，使得从动接合件30横向地并且平行于接合件26的纵向轴线是顺应的。在这种情况下，从动接合件30横向地或平行于接合件26的纵向轴线对接收区域24和足部区域25不施加大的力。因为形成的弯曲点，热传导元件27以与较坚硬的接合件26相比更柔软的方式来形成。
图4示意性示出穿过连接元件21的其他配置的横截面。同样，在图4中，图示出在确定运动学的不同接合件26、29和不确定运动学的热传导元件27之间的差异。接合件26、29以以下事实为特征：它们在接收区域24中的附着点261、291和它们在足部区域25中的附着点262、292之间存在直接连接。在这种情况下，接合件29具有材料变窄，以便相应地设定刚性。这样的接合件26、29自身可以配置为叶片式弹簧。相比之下，热传导元件27以以下事实为特征：其在接收区域24中的附着点271和其在足部区域25中的附着点272之间不存在直线连接。直接直线连接由从动接合件30的突出件中断。因此，热传导元件27在确定运动学的自由度方面比接合件26、29更柔软，因此致动需要一定的刚性。
图5示意性示出穿过包含具有材料变窄的接合件29的连接元件21的其他配置的横截面，该接合件29在它从接收区域24出发到足部区域25的中间收缩。热传导元件27的从动接合件30实施为叶片式弹簧。水平延伸的叶片式弹簧平面相交于接合件29的材料变窄。在叶片式弹簧平面中力的传输期间，从动接合件30支撑具有材料变窄的接合件29。针对与叶片式弹簧平面垂直方向上的力，从动接合件30再次以柔软方式来表现。
图6示意性示出穿过具有从动接合件30中的变厚中间部件31的连接元件21的其他配置的横截面。这是具有一个自由度的单轴操纵器。还将这些变厚中间部件31以单片方式或整体地集成到热传导元件27中。在致动方向上的热传导元件27的柔软度再次由在这种情况下围绕中间部件31的两个从动接合件30来产生。这样的变厚部分在热传导元件27中增加了热耗散，并且在对于运动学不重要的点处将其并入到结构中。
图7示意性示出穿过具有热传导元件27中的变厚中间部件31的连接元件21的其他配置的横截面。从动接合件30是叶片式弹簧，其叶片式弹簧平面垂直于热传导元件27的纵向轴线布置。如在图6中，操纵器是具有一个自由度的单轴操纵器。
图8示意性示出穿过具有一个自由度的连接元件的其他配置的横截面。热传导元件27和接合件26在这种情况下取向为使得它们的纵向轴线在运动学的支点D处相交。再次，从动接合件30的叶片式弹簧平面垂直于热传导元件27的相应纵向轴线取向。
图9图示具有从动接合件30的热传导元件27的替代实施例。附着接收区域24的上部附件实施为叶片式弹簧32，其平行于热传导元件27的相应纵向轴线取向。附着足部区域25的下部附件实施为具有叶片式弹簧的从动接合件30，其垂直于热传导元件27的相应纵向轴线取向。该布置表示了热传导元件25的节约空间且有效的运动解耦。
图10示意性示出穿过具有共同中间部件31的连接元件21的替代实施例的横截面。将柔性从动接合件30和接合件26连接到共同中间部件31。以这种方法，安装空间可以用热传导材料来最优地填充，因此进一步增强从接收区域24到足部区域25的热交换。
图11示意性示出穿过具有线状的热传导元件33的连接元件21的替代实施例的横截面。
为了引起从接收区域24到足部区域25的热耗散的进一步增强，连接元件21具有金属线作为热传导元件33，将金属线的一端以热传导方式整体地连接到接收区域24并且将金属线的另一端以热传导方式整体地连接到足部区域25。替代地，这些附加的热传导元件33还可以通过接合方法来连接，例如焊接、焊合或夹紧。线可以是圆形材料或具有矩形或正方形截面的材料。线可以由束或编织物构成。在此还可以考虑带。金属线的直径在任何情况下小到它们足以具有高柔性。因此，金属线仅向反射镜的枢转移动提供极小抵抗。在所示出的示例中，仅示出单轴操纵器。然而，线状热传导元件的用途还有利于用在多轴操纵器中，例如如在德国公开说明书DE 10 2013214407A1的双轴操纵器中，该说明书源于申请人且通过引用完全并入本文中。
图12示意性示出具有附加的线状的热传导元件33和两个自由度的连接元件21的替代实施例的横截面。因此，在所示的示例中图示双轴操纵器。该操纵器由两类接合件263、264构成，这两类接合件263、264垂直于彼此作用，经由中间部件40一起连接并且连接接收区域24和足部区域25。第一接合件263用于在垂直于附图的平面的方向上倾斜，即绕位于附图平面中的倾斜轴线倾斜。第二接合件264用于在附图的平面中倾斜，即绕垂直于附图的平面的轴线倾斜。为了引起从接收区域24到足部区域25的热耗散的进一步增强，对于双轴操纵器而言，同样，连接元件21具有金属线作为热传导元件33，将金属线的一端以热传导方式整体地或以接合的方式连接到接收区域24并且将金属线的另一端以热传导方式整体地或以接合的方式连接到足部区域25。金属线的直径再次小到它们足以具有高柔性。因此，金属线仅向反射镜的枢转移动提供极小抵抗。
附图标记列表
1 投射曝光设备
2 光学组装件；场分面反射镜
3 光源
4 照明光学单元
5 物场
6 物平面
7 掩模母版
8 掩模母版保持件
9 投射光学单元
10 像场
11 像平面
12 晶片
13 晶片保持件
14 EUV辐射
15 中间焦平面
16 光瞳分面反射镜
17 光学组装件
18 反射镜
19 反射镜
20 反射镜
21 连接元件
22 部件、光学部件
23 支撑冷却结构
24 接收区域
25 足部区域
26 接合件、挠曲件
261 接合件在接收区域中的附着点
262 接合件在足部区域中的附着点
263 绕像平面内的轴线倾斜的接合件
264 绕垂直于像平面的轴线的接合件
27 热传导元件
271 热传导元件在接收区域中的附着点
272 热传导元件在足部区域中的附着点
29 具有材料变窄的接合件
291 接合件在接收区域中的附着点
292 接合件在足部区域中的附着点
30 从动接合件
31 中间部件
32 叶片式弹簧
33 线
40 中间部件
G 直线
D 支点

Claims (11)

1.一种半导体光刻的投射曝光设备(1)，具有将所述设备的部件(22)连接到支撑冷却结构(23)的连接元件(21)，其中所述连接元件(21)具有接收所述部件(22)的接收区域(24)和连接到所述投射曝光设备(1)的支撑冷却结构(23)的足部区域(25)，并且其中至少一个接合件(26)布置在所述接收区域(24)和所述足部区域(25)之间，并且其中另外至少一个热传导元件(27)布置在所述接收区域(24)和所述足部区域(25)之间，
其特征在于，
所述热传导元件(27)配置为在所述接合件(26)的致动方向上是柔软的，并且在于所述热传导元件(27)垂直于所述接合件(26)的致动方向具有的刚性至少是在所述接合件(26)的致动方向上的刚性的两倍。
2.根据权利要求1所述的投射曝光设备(1)，
其特征在于，
垂直于所述致动方向，所述接合件(26)比所述热传导元件(27)更加坚硬至少50倍。
3.根据权利要求1或2所述的投射曝光设备(1)，
其特征在于，
所述接合件(26)是挠曲件。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的投射曝光设备(1)，
所述方法特征在于，
所述接合件(26)和所述热传导元件(27)整体地形成。
5.根据权利要求4所述的投射曝光设备(1)，
其特征在于，
所述热传导元件(27)沿着穿过所述连接元件的热传导元件(27)在所述接收区域(24)和所述足部区域(25)中的附着点(271、272)的连接直线(G)以中断的方式形成。
6.根据权利要求5所述的投射曝光设备(1)，
其特征在于，
所述热传导元件(27)的形式为平的、成角度的元件。
7.根据权利要求6所述的投射曝光设备(1)，
其特征在于，
所述热传导元件(27)具有相对于所述连接直线(G)倾斜延伸的部分。
8.根据权利要求7所述的投射曝光设备(1)，
所述方法特征在于，
所述热传导元件(27)具有垂直于所述连接直线(G)延伸的部分。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，
其特征在于，
所述热传导元件(27)具有连接到至少一个叶片式弹簧状部分的中央部件。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备，
其特征在于，
所述连接元件(21)能够在多于一个自由度上被致动。
11.根据权利要求10所述的投射曝光设备，
其特征在于，
所述连接元件(21)允许绕两个轴线倾斜。
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