CN116830044A - 用于加热微光刻投射曝光设备中的光学元件的方法以及光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加热微光刻投射曝光设备中光学元件的方法以及一种光学系统。在用于加热微光刻投射曝光设备中光学元件的方法中，使用加热装置(25)将加热功率引入光学元件中，其中基于设定点值来调节所述加热功率，并且其中所述设定点值在投射曝光设备(1)的操作期间随时间变化，加热功率的设定点值的变化包括基于光学元件的热行为的模型来模拟加热功率相较于其实际值的变化的效应。

Description

用于加热微光刻投射曝光设备中的光学元件的方法以及光学 系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年2月10日提交的德国专利申请DE 10 2021 201 258.2的优先权。该DE申请的内容通过引用并入本申请文本。

技术领域

本发明涉及一种用于加热微光刻投射曝光设备中的光学元件的方法，并且涉及一种光学系统。

背景技术

微光刻用于生产微结构部件，例如集成电路或液晶显示器。微光刻工艺在所谓的投射曝光设备中进行，该投射曝光设备具有照明装置和投射镜头。在这种情况下，通过照明装置照明的掩模(＝掩模母版)的像通过投射镜头投射到衬底(例如硅晶片)上，该衬底涂覆有光敏层(光致抗蚀剂)并布置在投射镜头的像平面中，从而将掩模结构转印到衬底的光敏涂层上。

在被设计用于EUV范围的投射镜头中，也就是说在例如大约13nm或大约7nm的波长处，由于缺乏合适可用的透光折射材料，反射镜被用作成像过程的光学部件。

实践中出现的一个问题是，除了其他原因之外，由于吸收了EUV光源发射的辐射，EUV反射镜变热并经历相关的热膨胀或变形，这又会对光学系统的成像特性产生不利影响。

已知有各种方法来避免由输入EUV反射镜的热量引起的表面变形以及与之相关的光学像差。

众所周知，尤其是使用具有超低热膨胀的材料(“超低膨胀材料”)，例如康宁公司(Corning Inc.)出售的名为ULE^TM的硅酸钛玻璃，作为反射镜基底材料，并且在光学有效表面附近的区域中设定所谓的过零温度。在该过零温度(例如对于ULE^TM，该过零温度θ大约＝30℃)下，热膨胀系数的温度依赖性具有过零点，在该过零点附近，镜基底材料不发生热膨胀或者仅发生可忽略的热膨胀。

用于避免由输入EUV反射镜的热量引起的表面变形的可能的进一步方法包括使用加热装置，例如使用基于红外辐射的加热装置。利用这种加热装置，在EUV使用辐射的相对较低的吸收阶段可发生主动反射镜加热，所述主动反射镜加热随着EUV使用辐射的吸收的增加而相应减少。在这种情况下，可以将一个或多个温度传感器附接至EUV反射镜，基于在相关温度传感器的位置处获得的温度的设定点值来控制由加热装置引入相应EUV反射镜中的加热功率。

然而，在实践中，由于使用了在反射镜的光学有效表面上存在强度变化的照明设定，并且还由于在各个传感器位置处测得的温度“滞后于”实际表面温度的情况，在各个温度传感器位置处测得的温度不同于EUV反射镜的光学有效表面上的最终相关温度的这一效应会产生进一步的问题，因此，上述加热功率的控制最终不足以避免不期望的热量输入以及随之而来的表面变形或光学像差。

关于现有技术，仅作为示例，参考DE 10 2017 207 862 A1、DE 10 2013204 427A1和DE 10 2017 205 405 A1。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于加热微光刻投射曝光设备中的光学元件的方法，以及一种光学系统，其能够有效地避免由输入光学元件中的热量引起的表面变形以及随之而来的光学像差。

该目的分别通过根据可选的独立专利权利要求的特征的方法和光学系统来实现。

在一种用于加热微光刻投射曝光设备中的光学元件的方法中，使用加热装置将加热功率引入光学元件中，基于设定点值控制该加热功率，该设定点值在投射曝光设备的操作期间随时间变化，并且该加热功率的该设定点值的变化包括基于光学元件的热行为的模型来模拟该加热功率相较于其实际值的变化的相应效应。

本发明尤其基于以下概念：基于在相关投射曝光设备的操作期间随时间可变设置的设定点值，通过加热装置实现对引入微光刻投射曝光设备中的光学元件的加热功率的动态闭环控制，从而考虑光学系统或投射曝光设备的不同操作状态，或者考虑在光学系统的操作期间在这方面可用的信息。

本发明尤其包括以下原理：以模型辅助的方式来确定由加热装置引入光学元件中的加热功率相较于相应(实际)值的变化的效应，然后根据由此确定的效应、在光学系统的操作期间、可选地为所述闭环控制指定新的加热功率设定点值。在这种情况下，加热功率的变化的上述效应可能特别涉及光学系统的相应波前特性(例如，在微光刻投射曝光设备的投射镜头的像平面或晶片平面中提供的波前)。此外，以模型辅助的方式确定相应加热功率的变化的效应可以包括：实施相关光学系统的光学前向传播。

此外，还可以测量特定平面(例如，投射镜头的晶片平面)中由光学系统提供的波前。特别地，相应的测量结果可以用于校准前述前向传播或所述模型。

因此，根据本发明的加热功率的闭环控制基于在光学系统的操作期间随时间变化的设定点值，可以用于使相应加热过程动态地适应于光学系统的实际存在的并且波动的操作状态，特别地，可以执行各个情况下的热状态及其传播趋势的在线模拟。

根据一个实施例，考虑投射曝光设备中当前设定的照明设定来改变该设定点值。

根据一个实施例，考虑投射曝光设备中当前使用的掩模母版来改变该设定点值。

根据一个实施例，基于投射曝光设备的预定平面中当前存在的强度分布的测量来改变该设定点值。

根据一个实施例，考虑光学元件的材料中过零温度的已知空间分布来创建该模型。

根据一个实施例，使用人工智能方法生成该模型，在学习阶段使用多种训练数据来训练该模型，并且每种训练数据包括加热功率的值以及被分配给这些值的该投射曝光设备的波前特性。

根据一个实施例，至少部分地基于对投射曝光设备的不同操作条件下预期的波前特性的基于模型的模拟来提供这些训练数据。

根据另一实施例，至少部分地基于先前在投射曝光设备中针对不同操作条件测得的波前特性来提供这些训练数据。

根据一个实施例，以减小光学元件中温度分布的空间和/或时间变化的方式加热该光学元件。

根据一个实施例，以至少部分地补偿在投射曝光设备中其他地方引起的光学像差的方式加热该光学元件。

根据一个实施例，光学元件是反射镜。

根据一个实施例，光学元件被设计用于小于30nm、特别是小于15nm的工作波长。

本发明还涉及一种微光刻投射曝光设备的光学系统，该光学系统具有至少一个光学元件、用于加热该光学元件的加热装置、以及用于基于设定点值对由该加热装置引入该光学元件中的加热功率进行闭环控制的控制单元，该设定点值在光学系统的操作期间随时间变化，并且该加热功率的设定点值的变化包括基于光学元件的热行为的模型来模拟该加热功率相较于其实际值的变化的相应效应。

在一个实施例中，光学系统被配置为执行具有上述特征的方法。关于光学系统的优点和进一步优选的配置，参考与根据本发明的方法相关的上述解释。

根据说明书和从属权利要求，本发明的进一步配置是显而易见的。

下面基于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

在附图中：

图1示出了被设计用于在EUV下操作的微光刻投射曝光设备的可能结构的示意图；

图2示出了用于解释根据本发明的用于加热光学元件的方法的基本可能过程的极简示意图；并且

图3示出了用于解释在根据图2的方法中执行的、用于确定新的加热功率设定点值的、基于模型的在线模拟的可能过程的图表。

具体实施方式

图1示出了投射曝光设备1的示意图，该投射曝光设备1被设计用于在EUV下工作，并且可在该投射曝光设备1中通过示例的方式实现本发明。

根据图1，投射曝光设备1包括照明装置2和投射镜头10。照明装置2用于通过照明光学单元4、以来自辐射源3的辐射、对物平面6中的物场5进行照明。在此，布置在物场5中的掩模母版7被曝光。掩模母版7由掩模母版支架8保持。掩模母版支架8可以通过掩模母版位移驱动器9移位，特别是在扫描方向上移位。出于解释的目的，在图1中示出了笛卡尔xyz坐标系。x方向垂直于图面向该图面内延伸。y方向水平延伸，而z方向垂直延伸。扫描方向沿着图1中的y方向延伸。z方向垂直于物平面6延伸。

投射镜头10用于将物场5成像到像平面12中的像场11中。掩模母版7上的结构被成像到晶片13的光敏层上，晶片13被布置在像平面12中的像场11的区域中。晶片13由晶片支架14保持。晶片支架14可通过晶片位移驱动器15移位，特别是相对于y方向纵向地移位。首先掩模母版7通过掩模母版位移驱动器9的移位以及其次晶片13通过晶片位移驱动器15的移位可以彼此同步地实施。

辐射源3是EUV辐射源。辐射源3尤其发射EUV辐射，其在下文中也被称为使用辐射或照明辐射。特别地，使用辐射具有在5nm和30nm之间的范围内的波长。辐射源3可以是例如等离子体源、基于同步加速器的辐射源或自由电子激光器(FEL)。从辐射源3发出的照明辐射16被集光器17聚焦，并且通过中间焦平面18中的中间焦点传播到照明光学单元4中。照明光学单元4包括偏转镜19，以及布置在光路中偏转镜下游的第一分面镜20(具有示意性示出的分面21)和第二分面镜22(具有示意性示出的分面23)。

投射镜头10包括多个反射镜Mi(i＝1，2，…)，这些反射镜根据它们在投射曝光设备1的光路中的排列顺序而编号。在图1所示的示例中，投射镜头10包括六个反射镜M1至M6。具有四个、八个、十个、十二个或任何其他数量的反射镜Mi的替代方案同样是可能的。倒数第二个反射镜M5和最后一个反射镜M6分别具有用于照明辐射16的通孔。投射镜头10是双重遮挡的光学单元。投射镜头10具有像侧数值孔径，仅作为示例，该数值孔径可以大于0.3，并且特别地还可以大于0.5，并且更特别地大于0.6。

在微光刻投射曝光设备1的操作期间，入射在反射镜的光学有效表面上的电磁辐射被部分地吸收，并且如引言中所解释的，导致加热和相关的热膨胀或变形，这又会导致光学系统的成像特性的损害。如一开始所述，在所使用的EUV辐射的吸收相对较低的阶段，此时可以发生使用预热器的相应的主动反射镜加热，并且随着所使用的EUV辐射的吸收的增加，所述主动反射镜加热相应地减少。

根据本发明，此时基于在光学系统或投射曝光设备的操作期间随时间变化的设定点值来控制由相应的加热装置引入至少一个反射镜中的加热功率。由此，考虑了光学系统的不同操作状态，其中考虑了在光学系统操作期间可用的信息(例如，投射曝光设备中当前设定的照明设定或投射曝光设备中当前使用的掩模母版)。

在图1中仅示意性地示出了加热装置，其由“25”表示，并且在该示例中，该加热装置25用于将加热功率引入反射镜M3。在这种情况下，本发明不进一步限制引入加热功率的方式或为此目的使用的加热装置的配置。仅举例来说，加热功率可以以本身已知的方式通过红外辐射器或者通过电极来引入，电压可以施加到该电极上，并且该电极布置在待加热的光学元件或反射镜上。

此外，本发明在待加热的光学元件或反射镜的数量方面不受进一步限制，因此，根据本发明的该闭环控制可以应用于仅加热单个光学元件或者加热多个光学元件。

图2最初示出了用于解释根据本发明的方法的示例性实施例的极简示意图。

根据图2，在功能块220中，以基于模型的方式(即，基于模拟光学元件或反射镜的热状态的“热模型”)，通过模拟“在线”或在光学系统的操作期间，确定加热功率相较于相应实际值的变化对于由光学系统提供的波前特性的效应。根据图2，在功能块210中提供的输入数据的基础上，通过模拟该加热功率的变化的相应效应来执行这种确定，所述输入数据包括相对于光束路径存在于掩模母版下游的光分布，并且还包括由加热装置辐射的当前加热功率P(t)。特别地，可以考虑光学元件的材料中过零温度(＝“过零点温度”)的已知空间分布来创建热模型。

在功能块220中执行的、对相应加热功率的变化的效应的确定可以特别包括光学系统中基于模型的光学前向传播，为此进而，根据功能块230，可以基于温度传感器数据(例如，来自位于相应光学元件或反射镜上的至少一个温度传感器)和波前数据(例如，来自位于晶片平面区域中的波前传感器)执行在线校准。

图3示出了用于更详细解释在根据本发明的方法中实现的、基于模型来确定光学系统的操作期间各个新的加热功率设定点值的图表。

根据图3，使用根据功能块220而用作基础的热模型、基于根据功能块210的前述输入数据来确定相应的温度分布、产生的变形、由此产生的波前影响、以及产生的成像特性。根据图3，这在参考路径240(图3中的上部路径)和比较路径250(图3中的下部路径)二者中实现。在参考路径240中执行现有参数(Mi、x、y、z、t₀)的光学前向传播的同时，根据变化的加热功率设定点值的模拟测试，在比较路径250中执行相应地变化的参数(Mi、x、y、z、t_k)的相应前向传播。作为执行优化的结果，输出新的加热功率设定点值，并将其用作控制加热装置的基础。

替代地，也可以仅通过选择比较路径中关于评价函数的最佳参数来执行优化，也就是说，不需要参考路径的显式模拟。该评价函数可以例如最小化波前像差W或者最小化波前的某些与相应应用特别相关的特性，例如彗形像差或像散。如果波前本身被优化，则图3所示的基于波前来计算成像特性的最后步骤是不必要的。然而，波前本身常常不是最相关的应用变量，由波前产生的成像特性才是。例如，这些成像特性可以是对成像在晶片上的相关结构的结构尺寸(通常表示为“CD”＝“临界尺寸”)的效应或对结构的定位的效应(即，对“叠加覆盖”的影响)。这种影响可以通过使用模拟模型或者特别是使用预先确定的对波前像差的灵敏度，由该波前计算得出。通常使用评价函数来最小化这种像差。

在各实施例中，可以使用人工智能方法生成热模型，该热模型用作确定相应加热功率的变化的效应的基础，并且在学习阶段使用多种训练数据来训练该模型。该训练数据可以分别包括加热功率的值以及与这些值相关联的投射曝光设备的波前特性，并且可以基于对投射曝光设备的不同操作状态下预期的波前特性的基于模型的模拟和/或基于先前在投射曝光设备中针对不同操作状态测得的波前特性来提供该训练数据。为了通过投射曝光设备上的测量来生成合适的训练数据，例如，可以在设备启动期间执行目标的“校准测量”，在此期间，被视为代表后续应用的测量参数组合发生变化。尤其在没有足够精确的可用模拟的情况下，可以使用借助于测量的训练。例如，这可能是由于可用的模拟模型本身，或者是由于所包括的条件的有限精度(例如，反射镜的真实材料特性或热环境条件的知识)。相比之下，用模拟数据进行训练具有特别的优点，即：不需要设备上的测量时间，并且可以对训练时不能在设备上生成的条件进行建模。在学习阶段，用模拟中生成的数据进行的初始训练与随后用设备本身的测量数据进行的训练相结合，尤其可以结合两种训练方法的优点。人工智能的使用是有吸引力的，特别是因为本发明中加热功率的优化优选地发生在设备以高产量(“在线”)运行的过程中。这导致与优化所需时间相关的苛刻要求，可以通过人工智能应用阶段中典型的加速潜力来满足(例如，与复杂的物理模拟相比)这些苛刻要求。

尽管在本发明的一种应用中加热了至少一个光学元件或反射镜，以便减少光学元件中温度分布的空间和/或时间变化，或者减少随之而来的热致变形，但是本发明不限于此。在进一步的实施例中，也可以加热至少一个光学元件或反射镜，以便至少部分地补偿在投射曝光设备中其他地方引起的光学像差。

尽管已经基于具体实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，例如通过单独实施例的特征的组合和/或交换的许多变化和替代实施例将是显而易见的。因此，对于本领域技术人员来说，不言而喻的是，这种变化和替代实施例同时包含在本发明中，并且本发明的范围仅限制在所附专利权利要求及其等同物的含义内。

Claims (14)

1.一种用于加热微光刻投射曝光设备中的光学元件的方法，其中，使用加热装置(25)将加热功率引入所述光学元件，并且基于设定点值来控制所述加热功率，所述设定点值在投射曝光设备的操作期间随时间变化，并且所述加热功率的设定点值的变化包括基于所述光学元件的热行为的模型来模拟所述加热功率相较于其实际值的变化的相应效应。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑所述投射曝光设备(1)中当前设定的照明设定来改变所述设定点值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，考虑所述投射曝光设备中当前使用的掩模母版(7)来改变所述设定点值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，基于所述投射曝光设备(1)的预定平面中当前存在的强度分布的测量来改变所述设定点值。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，考虑所述光学元件的材料中过零温度的已知空间分布来创建所述模型。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用人工智能方法生成所述模型，在学习阶段使用多种训练数据来训练所述模型，并且每种训练数据包括所述加热功率的值和分配给这些值的所述投射曝光设备(1)的波前特性。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，至少部分地基于对所述投射曝光设备(1)的不同操作条件下预期的波前特性的基于模型的模拟来提供这些训练数据。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，至少部分地基于在所述投射曝光设备(1)中针对不同操作条件测得的波前特性来提供这些训练数据。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以减小所述光学元件中温度分布的空间和/或时间变化的方式来加热所述光学元件。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以至少部分地补偿在所述投射曝光设备(1)中其他地方引起的光学像差的方式来加热所述光学元件。

11.如前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述光学元件是反射镜(M1-M6)。

12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学元件被设计用于小于30nm、特别是小于15nm的工作波长。

13.一种微光刻投射曝光设备的光学系统，具有：

至少一个光学元件；

用于加热所述光学元件的加热装置(25)；以及

控制单元，用于基于设定点值对由所述加热装置引入所述光学元件的加热功率进行闭环控制，所述设定点值在所述光学系统的操作期间随时间变化，并且所述加热功率的设定点值的变化包括基于所述光学元件的热行为的模型来模拟所述加热功率相较于其实际值的变化的相应效应。

14.如权利要求13所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统被配置为执行如权利要求1至12中任一项所述的方法。