CN116209939A - 光学组件、控制光学组件的方法以及投射曝光设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半导体光刻的光学组件(20)，包括光学元件(21)和用于使光学元件(21)变形的致动器(26.4)，其中致动器(26.4)由至少三个截面段(27)构成。在这种情况下具有可在不同情况下借助于控制器控制的至少第一组(31)和第二组(32)的截面段(27)，其中第一组(31)用于粗略致动，第二组(32)用于精细致动。控制器(29)被配置成彼此独立地控制组(31、32)以及共同地控制组(31、32)中的截面段(27)。控制器还被配置成可变地设置每组(31、32)中共同控制的截面段(27)的数量。此外，本发明涉及配备有根据本发明的组件(20)的投射曝光设备(1、101)，并且涉及用于控制光学组件(20)的方法。

Description

光学组件、控制光学组件的方法以及投射曝光设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年8月26日提交的德国专利申请DE 10 2020 210773.4的优先权，其内容通过引用全部并入于此。

技术领域

本发明涉及一种光学组件，特别是用于投射曝光设备的光学组件，并且涉及一种用于控制光学组件的方法。此外，本发明涉及一种包括光学组件的投射曝光设备。

背景技术

这种设备用于特别是在半导体部件或其他微结构组成部分上制造非常精细的结构。所述设备的功能原理是基于：通过掩模(所谓的掩模母版)上结构的通常缩小的成像、在设有光敏材料的待结构化元件(所谓的晶片)上制造低至纳米范围的极其精细的结构。制成的结构的最小尺寸直接取决于所用光的波长。最近，越来越多地使用发射波长在几纳米范围内的光源，例如在1nm和120nm之间，特别是在13.5nm范围内。所描述的波长范围也被称为EUV范围。

除了使用EUV系统之外，还使用商业上已建立的DUV系统制造微结构部件，DUV系统具有100nm至400nm、特别是193nm的波长。由于引入了EUV范围内的曝光方法，能够制造甚至更小的结构，对于具有193nm波长的DUV系统的光学校正的需求也进一步增加。此外，与波长无关地，每个新一代投射曝光设备的产量都有所增加，从而增加收益；这通常导致更大的热负荷，并因此导致更多由热引起的成像像差。为了校正成像像差，可以使用光学组件，比如具有致动器的操纵器，例如，其改变光学元件的位置和对准，或者通过使光学有效表面变形来影响光学元件、特别是反射镜的成像特性。在这种情况下，光学元件的光学有效表面应该理解为是被用于成像的电磁辐射照射的表面。

在这种情况下，投射曝光设备中的温度变化不仅仅导致成像像差，如上文已经讨论过的，成像像差将由操纵器来校正。该温度变化还在操纵器本身中、尤其是在操纵器的致动器中首先导致热变形，其次还导致致动器的可控性的变化，这是由于改变了致动器效应下的物理效应的参数，物理效应例如为电致伸缩、压电或磁致伸缩效应。

由于所述的效应，致动器的精细设置、尤其是校正成像像差所需的精细设置变得更加困难。此外，致动器材料的滞后效应使得更难以可靠地控制致动器系统。

现有技术公开了用于实现精细设置的解决方案，其特别采用两个组合的致动器，其中第一致动器用于粗略设置，第二致动器用于精细设置。

就此而言，例如，德国专利申请DE 10 2018 213 220 A1特别公开了一种用于使光学元件变形的装置，该装置包括布置在相邻层中的两个压电致动器，第一层的压电致动器用于粗略设置，第二层用于精细设置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种光学组件和一种投射曝光设备，其为操纵器或致动器的精细设置提供了改进的并且更加灵活的可能性。本发明的另一个目的是指定一种用于光学组件的相应改进控制的方法。

这个目的通过具有独立权利要求特征的装置和方法来实现。从属权利要求涉及本发明的有利发展和变型。

根据本发明的用于半导体光刻的光学组件至少包括光学元件和用于使光学元件变形的致动器。在这种情况下，致动器由至少三个截面段构成，并且具有至少第一和第二组的截面段，这些截面段在不同情况下都可以借助于控制器来控制。在这种情况下，第一组用于粗略致动，第二组用于精细致动。控制器被配置成彼此独立地控制这些组，并且共同地控制组中的各个截面段。根据本发明，控制器被配置为可变地设置每组中共同控制的截面段的数量。

特别地，这使得可以以适合于该情形的方式设定致动器粗略设置所需的致动器最大偏转和致动器精细设置所需的致动器最大偏转之间的比率。就此而言，在第一应用情形下，例如，在包括六个截面段的致动器中，组合用于粗略设置的四个截面段以形成第一组并共同控制该四个截面段可能是有利的。然后，第五和第六截面段形成第二组，并且同样共同控制该第五和第六截面段以用于精细设置。然后，通过第一组，可以实现相对较大的偏转，通过第二组，可以实现精确的精细设置。对于必须进一步增加精细设置的精度的情况，在第二应用情形下，各组的比率可适于第一组包括五个截面段而第二组包括一个截面段的效果。假设各组以相同的方式实施，在这种情况下，用于粗略设置的最大偏转将进一步增加，而精细设置可用的最大偏转将减半。然而，作为回报，精细设置的分辨率将加倍。同样可以想到的是，仅可变地设置两组中的一组的受控截面段的数量；这也可以包括特定数量的截面段不受控制的特别情况。

在本发明的一个有利实施例中，至少两个截面段连接至电极，以使得在该至少两个截面段的每一个中可以产生单独的电场。这意味着，例如，每个截面段由两个接地电极包围，并且包括用于施加控制电压的控制电极。

此外，致动器可以被配置成通过致动器的横向收缩来使光学元件变形。在这种情况下，致动器可以是致动器矩阵的一部分，例如，致动器矩阵通过每个致动器的一端、以抗剪切的方式连接至光学元件，例如反射镜。在这种情况下，致动器矩阵方便地连接至反射镜的背对用于成像的光学有效表面的背面。致动器的第二端是自由的，因此反射镜的变形仅由垂直于致动器线性膨胀的横向收缩引起，该横向收缩通过致动器的抗剪切连接传递至反射镜。

此外，致动器可以被配置成基于致动器的纵向膨胀来使光学元件变形。在这种情况下，致动器可以是致动器矩阵的一部分，例如，该致动器矩阵可以布置在实施为反射镜的光学元件的背对光学有效表面的背面和基部元件之间。如果仅致动器的纵向膨胀会导致反射镜的变形，则垂直于纵向膨胀的、与反射镜和基部元件的连接必须是柔性的，即：不传递力。这可以通过非抗剪切连接或者通过去耦元件来实现。通过致动器的纵向膨胀和横向收缩的变形的组合也是可设想的。在这种情况下，致动器以抗剪切的方式连接至光学元件，并且布置在所述光学元件和基部元件之间，该基部元件用作纵向膨胀的支座。在这种情况下，基部元件可以实施为具有预定刚度的弯曲刚性件。

配备有根据本发明的光学组件的投射曝光设备的特征在于提高了成像质量。

根据本发明的用于控制上述光学组件、特别是投射曝光设备中的光学组件的方法包括以下方法步骤：

将第二组定位在中间位置，

确定光学元件的光学有效表面在特定测量时间与目标值的偏差，

控制第一组的致动器，以便校正先前确定的偏差，

控制第二组，以便校正在测量时间之后出现的偏差，而不主动控制第一组。

换句话说，第一组的截面段用于执行第一粗略校正，这通常需要致动器的相对较大的冲程。为此，第一组可以包括比第二组更多的受控截面段。该第一粗略校正尤其可以发生在投射曝光设备的第一次曝光周期之后的第一测量时间，因为在这样的曝光周期之后无论如何都要提供曝光暂停，例如用于晶片更换。

因此，在测量时间测得的偏差可以包含从曝光周期开始以来的所有偏差的总和。因此，在第一时间段之后的测量结果可以作为第一区域控制的基础，使得所提到的第一粗略校正已经发生。

由于不再主动地控制第一组来校正在测量时间之后出现的偏差，而是基本上保持在恒定电压并因此保持偏转，因此只有致动器的部分区域用于该校正。因此，首先，可以实现每电压变化的致动器行程的改善的分辨率。其次，上面已经提到的滞后效应对致动器效应的影响可以显著减小，因为只有致动器材料的一部分或只有致动器截面段的一部分用于这种校正，使得可能的滞后效应仅以减小的方式起作用。

将第二区域定位至中间位置，特别是中心位置，使得能够在两个方向上移动，因此对于所需的校正具有最大的灵活性，通常通过施加电压来达到该中间或中心位置。

在本发明的一个有利变型中，两组中的至少一组、特别是第一组和第二组中截面段的数量是可变的。上面已经解释了关于可能的精细设置和可控性的最终优势。

还可以想到的是，用不同的电压来控制两组中各个单独的截面段，这预先假定了控制中相应数量的电源。此外，致动器也可以包括多于两个组。

此外，用于精细设置的第二组可以通过没有反馈变量的控制来控制。光学元件在测量时间之后的预期变形以及由此产生的与目标值的偏差可以通过模型和/或预先校准以及通过检测间接测量值来确定，间接测量值例如为光学元件由于受到用于成像的辐射的照射而产生的热负荷。随后可以使用第二组从其确定精细校正所需的致动器偏转。

致动器可以实施为例如压电致动器或电致伸缩致动器。这种致动器的优点在于，它们通常是由截面段逐个构造的，并且各个单独的截面段可以以这样的方式实施，即：可对两个组或者甚至对于每个单独的截面段进行单独控制，例如，施加电压。

附图说明

下面参照附图更详细地解释本发明的示例性实施例和变型，其中

图1示出了可以实施本发明的DUV投射曝光设备的基本设置，

图2示出了可以实施本发明的EUV投射曝光设备的基本设置，

图3a-3c示出了现有技术中已知的光学组件，

图4示出了本发明的详细视图，以及

图5示出了根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了可以应用本发明的示例性投射曝光设备1。投射曝光设备1用于曝光衬底上的结构，该衬底涂覆有光敏材料，通常主要由硅构成并被称为晶片2，用于生产半导体元件，例如计算机芯片。

在这种情况下，投射曝光设备1基本上包括：照明装置3，用于照明物平面9中的物场8；掩模母版支架6，用于接收和精确定位设置有结构并布置在物平面9中的掩模，所述掩模是所谓的掩模母版7，用于确定晶片2上的结构；晶片支架10，用于安装、移动和精确定位所述晶片2；以及成像装置，即投射光学单元13，具有多个光学元件14，这些光学元件通过安装支座15保持在投射光学单元13的透镜壳体16中。

这种情况下的基本功能原理将引入掩模母版7中的结构成像到晶片2上，该成像通常减小了尺寸。

照明装置3的光源4提供电磁辐射形式的投射光束17，所述投射光束是将布置在物平面9中的掩模母版7成像到布置在像平面12中的像场11的区域中的晶片2上所需要的，所述电磁辐射尤其在100nm和300nm之间的波长范围内。激光器、等离子体源等可以用作这种辐射的源4，这种辐射在下文中也称为使用光。通过照明装置3的照明光学单元5中的光学元件18对辐射进行整形，使得投射光束17在入射到布置在物平面9中的掩模母版7上时，以关于直径、偏振、波前形状等的期望属性照明该物场8。

掩模母版7的图像通过投射光束17产生，并且在被投射光学单元13相应地缩小之后、被转印到布置在像平面12中的晶片2上，如上文已经解释过的。在这种情况下，掩模母版7和晶片2可以同步移动，使得掩模母版7的区域在所谓的扫描操作期间几乎连续地成像到晶片2的相应区域上。投射光学单元13具有多个单独的折射、衍射和/或反射光学元件14，例如透镜元件、反射镜、棱镜、终止板等，所述光学元件14能够例如通过一个或多个致动器装置(图中未单独示出)来致动。

图2通过示例示出了微光刻EUV投射曝光设备101的基本设置，本发明同样可以应用于该设备中。投射曝光设备101的设置以及将布置在物平面109中的掩模母版107上的结构成像到布置在像平面112中的晶片102上的原理与图1中描述的设置和过程类似。相同的组成部分由相对于图1增加了100的附图标记表示，也就是说，图2中的附图标记从101开始。与图1中描述的透射光设备相比，在EUV投射曝光设备101中，由于用作使用光的EUV辐射117的短波长在1nm到120nm的范围内，特别是13.5nm，所以只有实施为反射镜的光学元件114、118可以用于成像和/或照明。

除了光源104之外，投射曝光设备101的照明装置103还包括照明光学单元105，用于照明物平面109中的物场108。由光源104产生的光学使用辐射形式的EUV辐射117借助于集成在光源104中的集光器而被对准，使得该EUV辐射117在入射到场分面镜120上之前、穿过中间焦平面119区域中的中间焦点。在场分面镜120的下游，EUV辐射117被光瞳分面镜121反射。在光瞳分面镜121和具有反射镜118的光学组件122的帮助下，场分面镜120的场分面被成像到物场108中。除了使用反射镜114外，下游的投射光学单元113的设置在原理上与图1中描述的设置没有区别，因此不再详细描述。

图3a示出了根据现有技术的光学组件20，其包括作为光学元件的反射镜21和致动器26.1，反射镜21被示出为处于变形状态。致动器26.1以致动器矩阵25的形式布置在反射镜的背面24上，对应于反射镜21相对于光学有效表面23的相对侧。致动器26.1通过其一端连接至反射镜的背面24，并且通过另一端连接至实施为背板28.1的基部元件。在所示的例子中，背板28.1非常坚硬，并且被设计成在反射镜21变形期间吸收致动器26.1的反作用力，而自身在该过程中不会显著变形。反射镜21因此通过致动器26.1在纵向方向上的膨胀而变形。致动器26.1通过线路30连接至控制器29。

与之相比，图3b示出了光学组件20的布置，其中致动器26.2仅通过一端以抗剪切的方式连接至反射镜21的背面24，并且光学有效表面23变形。在这种情况下，反射镜21的变形以及因此光学有效表面23的变形是由致动器26.2的横向收缩引起的，即：在纵向方向上的偏转期间，致动器26.2的横截面的变化。连接至反射镜背面24的致动器26.2的端面发生变化，其结果是，在所示的例子中，在位于对面的光学有效表面23处形成曲率。借助于适当的电极布置(未示出)，各个单独的致动器26.2也可以实施为致动器层27的一部分。这具有以下优势，即：同样如图3a所示布置在致动器矩阵25中的致动器26.2可以作为一个整体连接至反射镜21。

图3c示出了根据图3a和3b中描述的现有技术的致动器26.1、26.2的布置的组合。致动器26.3布置在支撑于支撑件22上的反射镜21的背面24与背板28.2之间。背板28.2在此以下述方式实施，即：它具有与反射镜21的刚度相似数量级的刚度，也就是说，背板28.2和反射镜21的刚度比率在1/5和5之间。由于这种布置，在致动期间，致动器26.3由于纵向效应(即：在致动器26.3的纵向方向上)和横向效应(即：致动器26.3的横向收缩)而使反射镜21变形。该纵向效应和横向效应的比率取决于反射镜21和背板28.2的刚度比率。该比率还决定了变形效果的宽度，即：光学有效表面23的曲率范围。如已经在图3a和3b中描述的，致动器26.3被布置在致动器矩阵25中，并通过线路30连接至控制器29。

图4示出了本发明的详细视图，以截面图示出了致动器26.4。致动器26.4包括多个实施为致动器层的截面段27，这些截面段被细分成具有三个致动器层的第一组31和具有一个致动器层的第二组32。接地电极34布置在每个致动器层27的上方和下方，控制电极33.1或33.2布置在每个致动器层27的中心。因此，对于每个致动器层27，可以通过经由线路30.1或30.2连接至控制器29的电源35.1或35.2的控制电极33.1或33.2产生单独的电场，致动器层27由此被偏转。在图4所示的电路中，连接至第一组31中的致动器层27的控制电极33.1被并行控制，即：由公共电源35.1控制，因此具有相同的电压。也可以设想这样的电路，其中，组中的每个致动器层27被单独控制，因此，分辨率和致动精度也得以提高。第二组32中的致动器层27由控制电极33.2控制，该控制电极33.2可以通过线路30.2、用控制器29的第二电源35.2来控制，因此独立于控制电极33.1。在所示的例子中，第一组31可以用于校正在相对较长的时间段内出现的偏差，该偏差在曝光序列开始时被校正，例如在图1和2中描述的投射曝光设备1、101中的晶片曝光。这些偏差是累积到该时间点的偏差的总和，并且可以构成致动器26.4的整个行程的80％。在曝光序列期间，第一组31的电压保持恒定，并且只有第二组32用于在曝光序列期间校正光学有效表面23的形状与预定目标值的偏差。与第一组31所需的行程相比，为此所需的行程较小，行程值为20％，因此少量的致动器层27就足够了。在控制电压的电压范围和分辨率相同的情况下，较少数量的致动器层27导致用于偏差校正的更高分辨率和更高的行程精度。后者通常通过模型和/或校准来确定，其中，检测影响变量并将其用作模型的输入变量，影响变量比如为结构的照明形状和/或用于曝光的辐射强度以及曝光长度。

图5示出了用于控制光学组件、特别是投射曝光设备中的光学组件的一种可能的方法，该光学组件包括光学元件和用于使光学元件变形的致动器，其中致动器包括第一组和第二组以及控制器，每个组包括至少一个截面段。

在可选的第一方法步骤41中(通常在前一曝光阶段结束期间或结束之后)，可用于致动的致动器层27可分成第一组31和第二组32。为此目的，在前馈操作(没有反馈变量的控制)期间所需的行程可以特别地以基于模型的方式被估计，并且被分配给第二组32。这对于每个晶片来说不是绝对必要的。

在第二方法步骤42中，第二组32被致动至中间位置。这使得第二组32能够在正方向和负方向上偏转，以用于随后的前馈操作。第二方法步骤42有利地在曝光暂停期间执行。

第三方法步骤43涉及确定光学元件21的光学有效表面23在特定测量时间与目标值的偏差。这可以通过测量来实现，特别是通过对变形的光学测量、对波前的测量、对致动器伸展状态的测量或与光学表面的变形相关的一些其他变量，但是也可以通过基于适当模型的预测来实现。

第四方法步骤44涉及控制致动器26.4的第一组31，以用于校正在第三方法步骤43中确定的偏差。然而，由于第一组31较低的设置精度以及不可再现性和滞后效应的出现，设定行程将偏离目标行程。

为此，借助可选的第五方法步骤45，可以通过上面已经描述的方法来执行光学有效表面与目标值的偏差的重新测量。

之后，在同样可选的第六方法步骤46中，可以重新调整第一或第二组31或32的致动器层，在重新调整第一组31的情况下，预期更大的残留误差。在重新调整第二组32的情况下，预期较小的残余误差，但第二组32的剩余行程单方面减少。在个别情况下，可以通过前馈建模来确定更有利的变型。

第七方法步骤47涉及再次确定光学有效表面的实际值。所述实际值用作随后的第八方法步骤48的参考，在该第八方法步骤48中，控制第二组32以校正在测量时间之后出现的偏差，而不控制第一组31。在这种情况下，第八方法步骤48可以全部或部分地在曝光阶段内执行。

附图标记列表

1 DUV投射曝光设备

2 晶片

3 照明装置

4 光源

5 照明光学单元

6 掩模母版支架

7 掩模母版

8 物场

9 物平面

10 晶片支架

11 像场

12 像平面

13 投射光学单元

14 光学元件(投射光学单元)

15 安装支座

16 透镜壳体

17 投射光束

18 光学元件(照明装置)

20 光学组件

21 反射镜

22 支撑件

23 光学有效表面

24 反射镜的背面

25 致动器矩阵

26.1-26.4 致动器

27 (致动器的)截面段

28.1,28.2 背板

29 控制器

30.1,30.2 线路

31 第一区域

32 第二区域

33.1,33.2 控制电极

34 接地电极

35.1,35.2 电源

41 方法步骤1

42 方法步骤2

43 方法步骤3

44 方法步骤4

45 方法步骤5

46 方法步骤6

47 方法步骤7

48 方法步骤8

101 EUV投射曝光设备

102 晶片

103 照明装置

104 光源

105 照明光学单元

106 掩模母版支架

107 掩模母版

108 物场

109 物平面

110 晶片支架

111 像场

112 像平面

113 投射光学单元

114 光学元件(投射光学单元)

116 透镜壳体

117 投射光束

118 光学元件(照明装置)

119 中间焦点

120 场分面镜

121 光瞳分面镜

122 光学组件

Claims (10)

1.一种用于半导体光刻的光学组件(20)，包括

光学元件(21)，以及

致动器(26.4)，用于使所述光学元件(21)变形，其中，

所述致动器(26.4)由至少三个截面段(27)构成，并且

具有在不同情况下借助于控制器可控制的至少第一组(31)和第二组(32)的截面段(27)，

其中，所述第一组(31)用于粗略致动，所述第二组(32)用于精细致动，

其中，所述控制器(29)被配置成彼此独立地控制所述组(31、32)以及共同地控制组(31、32)中的截面段(27)，

其中，所述控制器还被配置成可变地设置每组(31、32)中共同控制的截面段(27)的数量。

2.如权利要求1所述的光学组件(20)，其中，

至少两个截面段(27)连接至电极(33.1、33.2)，以使得能够在所述至少两个截面段(27)中的每一个中产生单独的电场。

3.如前述权利要求中任一项所述的光学组件(20)，其中，

所述致动器(26.4)被配置成借助于所述致动器(26.4)的横向收缩使所述光学元件(21)变形。

4.如权利要求1或2所述的光学组件(20)，其中，

所述致动器(26.4)被配置成基于所述致动器(26.4)的纵向膨胀使所述光学元件(21)变形。

5.一种投射曝光设备(1、101)，包括如前述权利要求中任一项所述的光学组件(20)。

6.一种用于控制投射曝光设备(1、101)中的光学组件(20)的方法，其中，所述光学组件包括光学元件(21)和用于使所述光学元件(21)变形的致动器(26.4)，其中所述致动器(26.4)包括在不同情况下借助于控制器可控制的第一组(31)和第二组(32)的截面段(27)，

所述方法包括以下方法步骤:

将所述第二组(32)致动至中间位置，

确定所述光学元件(21)的光学有效表面(23)在特定测量时间与目标值的偏差，

控制所述致动器的所述第一组(31)，以便校正先前确定的偏差，

控制所述第二组(32)，以便校正在所述测量时间之后出现的偏差，而不控制所述第一组(31)。

7.如权利要求6所述的方法，其中，

两个组(31、32)中的至少一组的截面段(27)的数量是可变的。

8.如权利要求7所述的方法，其中，

所述第一组(31)和所述第二组(32)中的截面段(27)的数量是可变的。

9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，

通过没有反馈变量的控制来控制所述第二组(32)。

10.如权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，

所述致动器(26.4)实施为压电致动器或电致伸缩致动器。

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