CN116601534A - 制造用于半导体光刻的光学元件的主体的方法和用于半导体光刻的光学元件的主体 - Google Patents

制造用于半导体光刻的光学元件的主体的方法和用于半导体光刻的光学元件的主体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造用于半导体光刻的光学元件的主体(33)的方法，包括以下方法步骤：‑制造坯件(32)，‑将至少一个流体通道(36.x)引入坯件(32)，然后，‑通过将坯件(32)模制到模具(42)上来制造主体(33)。此外，本发明涉及一种包括至少一个流体通道(36.x)的光学元件的主体(33)，流体通道(36.x)被实施成使得流体通道(36.x)和主体(33)的为光学有效区域(41)提供的表面(40)之间的距离变化小于1mm，优选小于0.1mm，特别优选小于0.02mm。

Description

制造用于半导体光刻的光学元件的主体的方法和用于半导体 光刻的光学元件的主体
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2020年11月18日的德国专利申请DE102020214466.4的优先权，其内容通过引用完全并入本文。
技术领域
本发明涉及一种制造用于半导体光刻的光学元件的主体的方法，并且涉及一种用于半导体光刻的光学元件的主体。
背景技术
用于半导体光刻的投射曝光设备在成像质量方面有非常严格的要求，以便能够尽可能无缺陷地制造所需的微观小结构。在光刻工艺或微光刻工艺中，照明系统照射光刻掩模，也称为掩模版。通过掩模的光或被掩模反射的光通过投射光学单元被投射到衬底(例如晶片)上，该衬底涂有光敏层(光致抗蚀剂)并安装在投射光学单元的像平面中，以便将掩模的结构元件转印到衬底的光敏涂层上。关于图像表示在晶片上的定位和由照明系统提供的光的强度的要求随着每一代的更新而增加，这导致光学元件上更高的热负荷。
在高热负荷的情况下，实施为反射镜的光学元件可能是有利的，其在EUV投射曝光设备中，也就是说在用波长在1nm和120nm之间特别是13.5nm的光操作的设备中，通过水冷却来调节温度。反射镜包括切口，温度调节的水流过该切口，从而消散来自光学有效表面的热量，也就是说，被用于对结构元件成像的光照射的反射镜表面。一种常用于产生切口的方法是钻孔，其缺点是钻孔只能直接穿过反射镜材料，结果是离主要弯曲的光学有效区域的距离在半径上变化。这又导致在材料中形成不同的温度梯度，并导致反射镜表面的散热在局部水平上显著变化。这对反射镜的成像质量有不利的影响。
发明内容
本发明的目的是提出一种改进的方法，该方法消除了光学元件的光学有效区域和温度控制通道之间不同距离的缺点。此外，本发明的目的是提供一种用于光学元件的主体，其消除了现有技术的缺点。
该目的通过具有独立权利要求特征的方法和设备来实现。从属权利要求涉及本发明的有利发展和变型。
根据本发明的制造用于半导体光刻的光学元件的主体的方法包括以下方法步骤：
-制造具有光学侧的坯件，
-将至少一个流体通道引入坯件，随后，
-通过将坯件成形到模具上来制造主体。
坯件可以由低膨胀系数的材料制成，例如Schott AG的或CorningIncorporated的/>这些材料的特征在于非常低的热膨胀或者甚至没有热膨胀，这种所谓的零膨胀仅在特定温度下达到。特定的材料可以优选用于制造投射曝光设备中的反射镜。例如，坯件可被设计为平面平行板，其中形成至少一个实施为切口的流体通道。该切口可以通过钻孔或其他已知方法制成，例如选择性蚀刻。坯件在成形到模具上之前被加热，并且模具已经具有与随后光学使用的反射镜表面的几何形状相对应的几何形状。在这种情况下，坯件或主体的光学侧应理解为坯件的这样的侧或表面，在该侧或表面上提供了后续光学元件的光学有效区域。
坯件成形到模具上可以通过将坯件加热到低于所用材料的玻璃化转变温度的温度范围内来实现，例如加热到对于以下材料而言在大约1000℃-1400℃的温度范围内：石英玻璃、Zerodur或ULE。
例如，如果放置在模具上的坯件在炉中加热，所述坯件一旦开始流动就将在重力影响下逐渐适应模具。该过程可能需要几个小时甚至几天，这取决于所选温度和所用材料。同样可以想到将模具放置在坯件上，并以这种方式以合适的方式使坯件成形；同样可选地，该过程可以通过放置在模具或坯件上的质量体来加速，并且可以根据它们的形状进行调整。
特别地，至少一个流体通道可以在距坯件的光学侧恒定距离处被引入。选择恒定距离是有利的，因为已知的制造方法，例如成本有效的钻孔，可以用于形成流体通道。
此外，所述至少一个流体通道可被引入成使得在主体已经成形到模具上之后，它位于距主体的后续反射镜表面恒定距离处。这是有利的，因为在反射镜表面上输入相同热量的情况下，热传导是恒定的。在这种情况下，在成形期间可以考虑材料围绕流体通道的运动，或者可以提供材料围绕流体通道的不同运动。材料运动的差异可能是由例如成形过程中坯件边缘区域的较大变形引起的。
此外，由于加热和成形，流体通道的横截面可以改变。坯件的材料可被加热用于成形，直到它开始流动，由此流体通道周围的材料也被加热到流动温度。结合坯件在成形过程中的变形，这可能导致流体通道周围的材料以非保形方式变形或流动，并且流体通道的横截面在该过程中被改变。
特别地，在加热和成形之后，至少一个流体通道可以具有圆形横截面。从流体学的角度来看，圆形横截面是有利的。为此，当引入流体通道时，可以考虑所选择的几何形状的变化变形。
作为对此的替代，围绕至少一个流体通道的材料可以在成形期间被冷却。在这种情况下，可以通过让流体流过流体通道来实现冷却，其结果是，当坯件被加热时，可以保持流体通道周围的材料的温度低于流动温度，并且流体通道的几何形状因此在成形过程中得以保持。这是有利的，因为至少一个流体通道的优选圆形几何形状可以通过钻孔成本有效地制造，因为这种几何形状在成形后得以保留。
特别地，围绕流体通道的材料的温度可被设定成使得坯件的弯曲是可能的。因此，可以有利地选择围绕流体通道的材料的温度，使得流体通道的几何形状在成形过程中得以保持，并且除此之外，流体通道可以与坯件一起成形到模具上。
此外，可以通过精加工在主体的光学侧上形成光学有效区域。主体的形状可以已经设计有后续反射镜形状的几何形状，当坯件成形到模具上时，反射镜形状一对一地转移到成形表面上，也就是说坯件的与模具接触的表面上，并且转移到坯件的相对的例如平行上侧上。因此，对于精加工，研磨和抛光工艺足以制造光学有效区域。
此外，在精加工期间，光学元件的光学有效区域可以形成为球形或非球形。在球形表面的情况下，如上所述，如果所使用的形状具有适当形式，则仅需要产生表面的光学质量而不改变表面的几何形状。在非球形的情况下，在创建表面的光学质量之前，仍可以从球形形状开始对表面进行几何更改。
特别地，至少一个流体通道可以在精加工之后在距非球形光学有效区域的恒定距离处延伸。为此，在确定至少一个流体通道和坯件表面之间的距离时，例如在坯件中的至少一个流体通道的制造过程中，已经考虑了表面产生非球形的适应性以及表面和至少一个流体通道之间的距离。
在本发明的变型中，坯件的光学侧可以具有凹陷。当光学有效区域应被设计为非球形，特别是自由形式的非球形时，可能是这种情况。非球形偏离球形形式，并且在光学有效区域中可以具有来自其他球形表面的凹陷。这些可能如此之大以使得光学有效区域和流体通道之间的所得距离差对局部热传导并因此对局部冷却能力具有不可忽略的影响，所述流体通道在距坯件中的后续光学有效区域恒定距离处被引入，例如在平面平行的坯件中。在成形之前引入后续光学有效区域的凹陷形成为后续非球形的负部。特别地，凹陷被选择成使得在其区域中延伸的流体通道已经基本上处于距后续光学有效区域的期望距离处。在随后光学有效区域上提供凹陷以形成非球形形状的那些区域中，流体通道和光学侧之间的更大距离首先以这种方式被有意地设定。
此后，加热坯件的参数可被设定成使得在成形过程中凹陷靠在模具上。在这种情况下，坯件的光学侧优选成形到模具上。这最初导致流体通道和光学侧表面之间的距离不同的结构。在精加工过程中，为了设计非球形表面，在流体通道和光学表面之间的较大距离的区域加工凹陷。光学有效区域和流体通道之间的距离随后在整个表面上又是恒定的。
根据本发明的光学元件的主体包括至少一个流体通道，其中流体通道形成为使得流体通道与主体的光学侧的距离变化小于1mm，优选小于0.1mm，特别优选小于0.02mm。
此外，两个流体通道可以布置在离光学侧两个不同的距离处。因此，可以通过第二自由度单独设置表面上的局部冷却能力。
根据本发明的光学元件包括根据上述实施例之一的主体，该光学元件包括光学有效区域。在这种情况下，主体也可以被稳定，特别是通过保持在用于成形坯件的模具上。
附图说明
下面将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EUV投射曝光设备的基本结构，
图2示出了可以实施本发明的DUV投射曝光设备的基本结构，
图3a-c以平面图和两个截面图示出了成形之前坯件中的流体通道的布置示意图，
图4a、4b示出了用于解释凸形反射镜表面的制造的示意图，
图5a-c示出了用于解释凹形和非球形光学有效区域的制造的示意图，以及
图6示出了根据本发明的制造方法的流程图。
具体实施方式
图1通过示例示出了本发明可以应用的微光刻EUV投射曝光设备1的基本结构。投射曝光设备1的照明系统除了光源3之外还具有照明光学单元4，用于照射物平面6中的物场5。由光源3产生的光学使用辐射形式的EUV辐射14借助于集成在光源3中的收集器被对准，使得它在入射到场分面反射镜2上之前穿过中间焦平面15区域中的中间焦点。在场分面反射镜2的下游，EUV辐射14被光瞳分面反射镜16反射。借助于光瞳分面反射镜16和具有反射镜18、19和20的光学组件17，场分面反射镜2的场分面被成像到物场5中。
布置在物场5中并由示意性示出的掩模版支架8保持的掩模版7被照射。仅仅示意性示出的投射光学单元9用于将物场5成像到像平面11中的像场10中。掩模版7上的结构被成像到晶片12的光敏层上，晶片12布置在像平面11中的像场10的区域中，并且由同样部分示出的晶片保持器13保持。光源3可以发射使用过的辐射，特别是在1nm和120nm之间的波长范围内。
图2示出了可以应用本发明的示例性投射曝光设备21。投射曝光设备21用于在涂有光敏材料的衬底上成像结构，该衬底通常主要由硅构成，并被称为晶片22，用于制造半导体部件，例如计算机芯片。
在这种情况下，投射曝光设备21基本包括照明装置23、用于接收和精确定位设置有结构的掩模的掩模版支架24、所谓的掩模版25(通过其确定晶片22上的后续结构)、用于保持、移动和精确定位所述晶片22的晶片支架26以及成像装置，特别是具有多个光学元件28的投射镜头27，光学元件28通过支架29保持在投射镜头27的镜头外壳30中。
在这种情况下，基本的功能原理提供了引入到掩模版25中的结构在晶片22上成像，该成像通常减小了比例。
照明装置23提供电磁辐射形式的投射光束31，这是将掩模版25成像在晶片22上所需要的，所述辐射的波长范围尤其在100nm和300nm之间。用于这种辐射的源可以是激光、等离子体源等。照明装置23中的光学元件用于以这样的方式对辐射进行整形，使得当入射到掩模版25上时，投射光束31具有关于直径、偏振、波前形式等的期望属性。
掩模版25的像由投射光束31产生，并以适当减小的形式从投射镜头27转印到晶片22上，如上所述。在这种情况下，掩模版25和晶片22可以同步移动，使得掩模版25的区域在所谓的扫描操作期间几乎连续地成像到晶片22的相应区域上。投射镜头27具有多个单独的折射、衍射和/或反射光学元件28，例如透镜元件、反射镜、棱镜、终端板等，其中所述光学元件28可以例如通过一个或多个致动器装置(这里未示出)来致动。
图3a示出了示意图的平面图，其中示出了例如设计为反射镜的光学元件的后续主体的坯件32。在这种情况下，坯件32是平面平行板，并且根据图4a和4b中描述的方法，成为后续反射镜的主体。坯件32被流体通道36.x穿过，流体通道36.x例如通过钻孔产生，并且在所示示例中布置在两个平面37、38中(参见图3b和3c)。在这种情况下，第一平面37的流体通道36.1形成为与第二平面38的流体通道36.2成直角，并且这些平面距坯件32的光学侧40的距离不同。在这种情况下，坯件32的光学侧40是为后续光学有效区域提供的表面，也就是说，后续光学元件的表面，通过该表面实现其对入射电磁辐射的光学效果。
图3b示出了坯件32的侧视图，其中第一平面37的流体通道36.1布置在距坯件32的光学侧40的距离A处。
图3c示出了坯件32的另一侧视图，其中第二平面38的流体通道36.2布置在距坯件32的光学侧40的距离B处。在这种情况下，图3b所示的第一平面的距离A小于距离B。坯件32中的流体通道36.x的布置是任意的，并且除了所示的布置之外，还可以设计成例如曲折形状。例如，曲折流体通道36.x可以通过选择性蚀刻产生。可替代地，流体通道36.x也可以布置在三个或更多个平面中，并且彼此平行。
图4a示出了反射镜制造过程中的初始状态，例如示出了模具42和尚未成形的坯件32。模具42已经呈现出后续反射镜表面的几何形状。将带有流体通道36.x的坯件32放置到模具42上，然后与模具一起加热，流体通道36.x布置在距光学侧40的距离A处，成形表面39与光学侧40相对。可替代地，在坯件32被放置在模具42上之前，坯件32和模具42也可被加热到允许坯件32在模具42上成形的温度。选择温度，使得作为重力的结果，坯件32的材料靠在成形表面39上，也就是说，例如改变形状而不改变厚度。
图4b示出了在坯件32已经在模具42上成形之后由坯件32制成的反射镜主体33。流体通道36.x距光学表面40的距离A等于或几乎等于坯件32中的距离A，因此流体通道36.x布置在距光学侧40恒定距离A处。与对流过流体通道36.x的冷却流体的热传导的影响相比，用于在光学侧40上产生光学有效区域的后续去除以及可选地施加涂层是可以忽略的。
图5a至5c示出了用于后续反射镜的凹非球形主体33(参见图5c)的制造过程，在所示示例中，该主体包括两个凸起45作为其非球形化的一部分。对于这种几何形状，坯件32的特殊设计是有利的，以便能够确保流体通道36.3和36.4与光学有效区域41的距离相同(参见图5c)。
图5a示出了具有流体通道36.3、36.4和形成在光学侧40中的切口44的坯件32。在这种情况下，凹陷44仅形成在光学侧40的区域中，在随后的用于制造后续光学有效区域41的过程中不再从该区域中移除。从图5a中很明显，流体通道36.3距光学侧40的距离C小于流体通道36.4的距离D。
图5b示出了在模具42上成形之后的坯件32，其中所示的成形表面39现在对应于光学表面40，这与图4a和4b中描述的制造方法形成对比。在成形过程中，凹陷44区域中的材料沉入模具42中，其中布置在凹陷44区域中的流体通道36.3同样在模具42的方向上移动。流体通道36.3在凹陷44的区域中的距离C和流体通道36.4在没有凹陷44的区域中相对于光学表面40的距离D在成形之后没有显著改变。
图5c示出了在随后产生的光学有效区域41中形成非球形45之后由坯件32制成的主体33，非球形45是通过从主体33的那些区域去除材料而形成的，在这些区域中，在图5a所示的坯件32中没有形成凹陷44。结果，两个流体通道36.3、36.4与随后产生的光学有效区域41具有相同的距离C，由此确保了到流体通道36.3、36.4的均匀热传导。
图6示出了制造用于半导体光刻的光学元件的主体33的可能方法的流程图。
在第一方法步骤51，制造坯件。
在第二方法步骤52，至少一个流体通道36.x被引入坯件32。
在第三方法步骤53，通过将坯件32成形到模具42上来制造主体33。
附图标记列表
1 投射曝光设备
2 场分面镜
3 光源
4 照明光学单元
5 物场
6 物平面
7 掩模版
8 掩模版支架
9 投射光学单元
10 像场
11 像平面
12 晶片
13 晶片支架
14 EUV辐射
15 中间场焦平面
16 光瞳分面反射镜
17 组件
18 反射镜
19 反射镜
20 反射镜
21 投射曝光设备
22 晶片
23 照明光学单元
24 掩模版支架
25 掩模版
26 晶片支架
27 投射镜头
28 光学元件
29 支架
30 镜头外壳
31 投射光束
32 坯件
33 主体
36.1-36.4 流体通道
37流体通道平面1
38流体通道平面2
39 成形表面
40 反射镜表面
41 光学有效表面
42 模具
44 凹陷
45 非球形
51方法步骤1
52方法步骤2
53方法步骤3
A、B、C、D流体通道和表面之间的距离

Claims (15)

1.一种制造用于半导体光刻的光学元件的主体(33)的方法，包括以下方法步骤：
-制造具有光学侧(40)的坯件(32)，
-将至少一个流体通道(36.x)引入坯件(32)，随后，
-通过将坯件(32)成形到模具(42)上来制造主体(33)。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述坯件的成形包括加热坯件。
3.如权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个流体通道(36.x)在距所述坯件(32)的光学侧(40)恒定距离处被引入。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个流体通道(36.x)被引入成使得在所述主体已经成形到所述模具(42)上之后，所述至少一个流体通道位于距所述主体(33)的光学表面(40)恒定距离处。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个流体通道(36.x)的横截面由于所述成形而改变。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个流体通道(36.x)在成形后具有圆形横截面。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
围绕所述至少一个流体通道(36.x)的材料在成形期间被冷却。
8.如权利要求7所述的方法，
其特征在于，
围绕所述至少一个流体通道(36.x)的材料的温度被设定成使得材料的弯曲是可能的。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
通过精加工在所述主体(33)的光学侧(40)上形成光学有效区域(41)。
10.如权利要求9所述的方法，
其特征在于，
在所述精加工期间，所述光学元件的光学有效区域(41)形成为球形或非球形。
11.如权利要求10所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个流体通道(36.x)在精加工之后在离非球形光学有效区域(41)的恒定距离处延伸。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述坯件(32)的光学侧(40)具有凹陷(44)。
13.如权利要求12所述的方法，
其特征在于，
用于所述坯件(32)成形的参数设定成使得所述凹陷(44)在成形期间抵靠所述模具(42)。
14.一种具有至少一个流体通道(36.x)的光学元件的主体(33)，
其特征在于，
至少一个流体通道(36.x)形成为使得所述至少一个流体通道(36.x)距主体(33)的光学侧(40)的距离变化小于1mm，优选小于0.1mm，特别优选小于0.02mm。
15.如权利要求14所述的主体(33)，
其特征在于，
两个流体通道(36.3、36.4)布置在距所述主体(33)的光学侧(40)的两个不同距离(A、B)处。
CN202180077451.3A 2020-11-18 2021-11-04 制造用于半导体光刻的光学元件的主体的方法和用于半导体光刻的光学元件的主体 Pending CN116601534A (zh)

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