CN117859100A - 加热设备及用于加热光学元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明系关于加热设备及用于加热光学元件的方法，尤其是一种微光刻投影曝光装置。一种根据本发明的加热设备包含至少一个光束成形单元(12、22、32、42、52、54)，用于对从辐射源引导到至少一个光学元件(25、35、45、55a、55b)的电磁辐射进行光束成形；以及传感器设备，其具有至少一个强度传感器(13、23、33a、33b、43、53)，其中该至少一个光束成形单元包含至少一个微结构元件，当该加热设备处于操作时，该微结构元件将一些电磁辐射引导到该传感器设备。

Description

加热设备及用于加热光学元件的方法

本专利申请案主张2021年6月17日申请的第DE 10 2021 206 203.2号德国专利申请案的优先权，此专利申请案的内容在此以引用方式并入本文供参考。

技术领域

本发明系关于加热设备及用于加热光学元件的方法，尤其是微光刻投影曝光装置。

背景技术

微光刻用于生产微型结构部件，诸如，例如集成电路或LCD。该微光刻处理在已知的投影曝光装置内执行，该装置包括照明装置及投影透镜。通过照明器件所照明的光罩(＝倍缩光罩)的影像，在此案例中是通过投影透镜投射到基材(例如，硅晶圆)上，该基材涂覆感光层(光阻)并布置在该投影透镜的该像平面内，以将该光罩结构转移到该基材的该感光涂层。

在设计用于EUV范围(亦即在例如约13nm或近似7nm的波长上)的投影透镜中，由于缺少合适可用的透光折射材料，因此反射镜用来当成该成像处理的光学部件。

在实践中出现的一个问题是，由于EUV光源所发射辐射的吸收以及其他原因，EUV反射镜会变热并经历相关热膨胀或变形，这然后可能对光学系统的成像特性产生负面影响。已知有多种方法可用于避免因输入到EUV反射镜中的热所引起表面变形。

示范方法包含使用基于电磁辐射的加热设备。利用这种加热设备，主动反射镜加热可发生在EUV使用辐射的相对低吸收阶段，其中所述主动反射镜加热随着EUV使用辐射的吸收增加而相对减少。再者，EUV反射镜可在实际操作之前或在EUV辐射照射在其上之前预热到所谓的过零温度，在该过零温度下的热膨胀系数在其温度依赖性方面具有过零度，在其附近没有反射镜基材材料的热膨胀，或者只有可忽略不计的热膨胀。

生成所需的加热曲线(应考虑到不断变化的辐射强度，例如考虑到强度在EUV反射镜的光学有效表面上，甚至在局部水平上变化的照明设定的使用)，包括在这情况下，提供加热所需的电磁辐射是一项重大挑战。

加热所需的电磁辐射通常经由光学玻璃纤维从相对激光光源引导到具有加热设备中各个光学部件的实际光学单元。除了必须考虑的安装空间限制的外，在这情况下于实践中出现的问题包括加热设备对故障的敏感性，例如由于光纤断裂，但也由于存在于加热设备内光学元件故障(例如，由于污染及/或吸收而故障)。

针对这背景，实际上需要在加热设备操作期间全程确定为了加热光学元件(例如EUV镜)而产生的电磁辐射也离开形成加热设备的光学系统。实际上存在的另一挑战涉及精确调整形成加热设备的光学系统(例如关于在相对安装位置中可能的偏心及/或倾斜)。

关于先前技术，仅举专利案DE 102017 207 862 A1为例供参考。

发明内容

本发明的目的为提供一种加热设备及一种用于加热光学系统中的光学元件的方法，特别是在微光刻投影曝光装置中，该加热设备及方法有利于有效避免由热输入到光学元件中所引起的表面变形和随之而来的光学像差，同时至少部分避免上述问题。

通过根据替代独立权利要求的特征的该加热设备及方法来达成此目的。

一种用于使用电磁辐射加热光学元件的加热设备包含：

至少一个光束成形单元，用于对从辐射源引导到至少一个光学元件的电磁辐射进行光束成形；及

传感器设备，其具有至少一个强度传感器，

其中该至少一个光束成形单元包含至少一个微结构元件，当该加热设备处于操作时，该微结构元件将一些电磁辐射引导到该传感器设备。

尤其是，该辐射源可为一激光光源，但在其他具体实施例中亦可为发射不同辐射的来源或发射辐射的对象。从辐射源引导到光学元件用于加热光学元件的电磁辐射可撞击光学有效表面或光学元件的背面。此外，该电磁辐射可为红外线辐射或不同波长的辐射。

尤其是，本发明基于概念，使用通常在任何情况下都存在于加热设备内的光束成形单元(并且特别是在具体实施例中具有至少一个绕射或折射光学元件)，以当监测是加热设备的功能时，将一些电磁辐射引导到包含至少一个强度传感器的传感器设备，该加热设备用于使用电磁辐射加热光学元件，特别是在微光刻投影曝光装置中。

换句话说，本发明特别提供使用一个或多个绕射(或折射)元件等，来将一些电磁辐射传输到角空间中的一个或多个预定位置，其中一个或多个强度传感器处理相关电磁辐射，并在每种情况下确定所需的信息。因此，可在其工作期间始终监控或确保加热设备的适当功能。此外，如以下仍将更详细描述，通过根据本发明传感器设备获得的信息也可用于驱动或控制产生电磁辐射的辐射源(特别是其源功率)。此外，所述信息同样可用于测量形成该加热设备的光学系统相对于待加热元件的位置或用于调整该光学系统，同样以下更详细描述。

根据本发明，使用存在于加热设备内并且特别是以至少一个绕射光学元件形式存在的光束成形单元以为了在传感器设备的方向上输出耦合辐射在这情况下具有多个优点：

首先，如以下所述，相关光束成形单元或绕射光学元件的多个区域(这些区域彼此不同)可将用于测量或监测目的的辐射引导到单一强度传感器，考虑到所需的安装空间和所需的传感器和电缆馈送数量，这在成本方面是有利的，并且考虑到在操作期间发生不希望的动态影响是有利的。在这情况下，传感器设备的位置可在形成加热设备的光学系统的内或的外以任何方式自由选择，这取决于具体的安装空间条件。

由于根据本发明用于辐射输出耦合的光束成形单元或至少一个绕射光学元件为在任何情况下通常存在于加热设备内的部件，因此根据本发明，引导到传感器设备的(测量)光束的输出耦合不需要附加光学元件。此外，如果光束成形单元或绕射光学元件设计有多个单独的区域，则这些区域可在相对于所用光的相对射出电磁辐射强度和相对于(测量)光束形状方面彼此独立设计。

根据本发明，关于光束成形单元和至少一个绕射光学元件的具体实施例所增加的支出(关于一个或多个附加测量光束的生成，因此DOE设计的复杂性增加)是可接受，以获得上述优点，特别是可靠的功能监控。

根据具体实施例，微结构元件为绕射光学元件(DOE)或折射光学元件(ROE)。

根据具体实施例，至少一个光束成形单元具有多个单独的区域，这些区域将入射电磁辐射偏转到彼此不同的方向上。

根据具体实施例，传感器设备包含多个强度传感器。

根据具体实施例，光束成形单元的单独区域将电磁辐射偏转到彼此不同的强度传感器。

根据具体实施例，该加热设备包含多个用于照射不同光学元件的光束成形单元，当加热设备处于操作时，这些光束成形单元将一些电磁辐射引导到一个相同的传感器设备。

根据具体实施例，该加热设备包含用于根据来自该传感器设备的信号以驱动辐射源的驱动单元。

根据具体实施例，加热设备包含用于根据来自传感器设备的信号以控制辐射源功能的控制单元。

根据具体实施例，该光学元件为反射镜。

根据具体实施例，该光学元件设计成用于小于30nm，特别是小于15nm的工作波长。

本发明更有关一种用于加热光学系统中光学元件的方法，特别是使用具有前述特征的加热设备，其中来自辐射源的电磁辐射经由包括至少一个微结构元件的至少一个光束成形单元撞击在光学元件上，其中一些电磁辐射由至少一个微结构元件引导到包含至少一个强度传感器的传感器设备，并且该部分电磁辐射的强度由传感器设备检测。

根据具体实施例，辐射源的功率系根据来自传感器设备的信号来控制。

根据具体实施例，根据来自传感器设备的信号来调整所运用的加热设备。

根据具体实施例，该光学元件系被加热，使得减小光学元件中温度分布的空间及/或时间变化。

关于该方法的优点和进一步较佳具体实施例，参考以上结合根据本发明加热设备的解释。

此外，本发明亦有关一种光学系统，特别是在微光刻投影曝光装置中，其具有至少一个光学元件与用于加热该光学元件的加热设备，该加热设备系使用前述特征具体实施。

从实施方式与多个附属项可汇聚出本发明的进一步组态。

以下将根据附图所例示的示范性具体实施例来更详尽解释本发明。

附图说明

具体地：

图1至图5显示用于解释根据本发明的加热设备的基本可能具体实施例的示意图；

图6a至图6e显示用于解释本发明具体实施例的加热设备的特定设计结构和功能的示意图；

图7显示用于解释本发明的进一步具体实施例的加热设备的特定设计结构和功能的示意图；

图8a至图8d显示用于解释根据本发明的加热设备的进一步设计与应用的示意图；及

图9显示设计用于EUV操作的微光刻投影曝光装置的可能结构示意图。

具体实施方式

图9首先显示设计用于该EUV内操作且其中可以示范方式实现本发明的投影曝光装置900的示意图。

根据图9，投影曝光装置900的照明装置包含场分面镜903及光瞳分面镜904。将来自含有EUV光源(等离子体光源)901和集光镜202的光源单元的光线引导到场分面镜903上。第一望远反射镜905与第二望远反射镜906布置在光瞳分面镜904的光路径下游中。偏转反射镜907布置在该光路径的下游，所述偏转反射镜将撞击其上的辐射引导到投影透镜的物平面内的物场上，该投影透镜包含六个反射镜921-226。在该物场的位置上，反射结构承载光罩931配置在光罩台930上，所述光罩借助于该投影透镜成像至像平面，其中涂覆感光层(光阻)的基材941位于晶圆台940上。

在光学系统或微光刻投影曝光装置的操作期间，入射到反射镜光学有效表面上的电磁辐射被部分吸收，且如先前技术中所解释，导致加热和相关的热膨胀或变形，这反过来又会导致光学系统成像特性受损。根据本发明的加热设备或用于加热光学元件的方法可例如应用于图9中的微光刻投影曝光装置的任何期望的反射镜。

此外，首先参考图1至图5解释根据本发明的加热设备的基本可能设计，随后基于图6a至图6e和图7描述本发明示范具体实施例中的具体设计。

加热设备的这些基本设计或特定具体实施例的共同点为使用光束成形单元，特别是至少一个绕射光学元件的形式，并使用该光束成形单元，尤其是为了将一些电磁辐射引导到角空间中的一个或多个预定义位置，然后通过包含至少一个强度传感器的传感器设备获取监控功能及选择性用于进一步任务(例如，驱动或控制辐射源及/或位置监控或调整)所需的信息。

图1以示意性和非常简化的表示显示位于光学系统11内并且具有绕射光学元件(DOE)形式的光束成形单元12，其部分将进入形成加热设备并入射到所述DOE上的光学系统11的电磁辐射引导到强度传感器13形式的传感器设备。未被引导到强度传感器13的其余(加热)辐射从加热设备11中出现，并用于撞击光学元件(例如未在图1中描述而在图2中指出)，例如以EUV反射镜的形式。根据图1的示意性范例，形成传感器设备的强度传感器13位于光学系统11中。

图2同样以示意性和更加简化的方式显示进一步基本可能的设计，其相较于图1系类似或基本功能相同的元件由增加“10”的附图编号表示。相较于图1，根据图2形成传感器设备的强度传感器23位于光学系统21之外。要加热的光学元件使用“25”表示。

图3再次以示意性和非常简化的方式显示进一步可能的基本设计，相较于图2，DOE形成具有两单独区域32a、32b的光束成形单元32，其部分将电磁(加热)辐射引导到强度传感器33a、33b，这些传感器形成传感器设备并且彼此不同。

图4显示类似于图3的呈现，其中类似于图3或在功能上基本相同的元件由增加“10”的参考编号表示。相较于图3，形成光束成形单元42的DOE的单独区域42a、42b将电磁辐射引导到根据图4的一个相同强度传感器43。

图5显示用于解释进一步可能设计的示意性和非常简化的表示。根据图5，加热设备具有两单独的光学系统51a、51b，用于撞击单独的光学元件55a、55b，这些光学系统中的每一者具有类似于图4的相对设计。在这情况下，分别由形成相对光束成形单元52或54的DOE的单独区域52a、52b和54a、54b在传感器设备方向上引导的辐射入射到一个相同强度传感器53上。

图6a至图6e显示用于解释本发明具体实施例中加热设备的特定设计的结构和功能的示意图。

根据图6a，根据本发明的加热设备尤其包含多个发射器601、602、603、604，其亦可以更多或更少的数量呈现。举例来说，发射器601、602、603、604可设计为IR激光或IR LED(本发明不限于此)。根据图6a，由发射器601-604产生的电磁辐射经由微透镜数组620撞击由“630”表示的光束成形单元，该微透镜数组选择性提供以产生准直光束路径，并从所述光束成形单元，所述电磁辐射撞击光学元件或反射镜(图6a中未描绘)的光学有效表面。

光束成形单元630包含至少一个微结构元件，特别是绕射光学元件(DOE)或折射光学元件(ROE)。在具体实施例中，光束成形单元630可亦具有多个光束成形段，这些光束成形段的每一者能够指派给相对发射器601-604。这些光束成形段导致关于电磁(加热)辐射的光束成形和光束偏转，电磁(加热)辐射将被引导到要加热的光学元件的光学有效表面。

如图6a和图6b所示，形成光束成形单元630的DOE具有在空间上彼此分离的单独区域631、632、633、634。根据图6c，单独区域的每一者在角空间中产生电磁辐射的第一定义角度分布641、642、643或644，对于单独区域，所述角度分布能够彼此不同。再者，根据图6d，单独区域的每一者分别在角空间中产生电磁辐射的第二定义角度分布651、652、653或654，对于单独区域，第二角度分布能够彼此不同。上述第一和第二角度分布可照射真实空间中的对应或单独区域，这些区域基本上能够具有根据图6e中任何期望的形式(其中区域661、671、664和674以示范方式勾勒出)，并也可相互重迭。

图7显示用于解释本发明另一具体实施例中加热设备的特定设计结构和功能的示意图。

根据图7，由辐射源(未描绘)产生的光束，其可纯粹以示范方式，是用于产生例如1070nm波长的IR辐射的光纤激光，出现在由“701”表示的光纤端，并且首先通过光学准直器705，该准直器根据图7纯粹以示范方式由透镜706、707构成。从准直器705射出的准直光束进入光学部件710。在具体实施例中，光纤端701在这情况下可在横向(即，在与绘制在光纤端701的区域中坐标系统相关的xy平面内)和轴向(即，在与此坐标系统相关的z方向内)上可调整。

光学部件710(其包含根据图7的分束器711和偏转镜712)的功能从进入部件710时最初仍然未偏振的激光束提供两部分光束，每个部分光束都线性偏振，其中所述线性偏振部分光束能够用将加热辐射耦合—最佳关于吸收—输入在每种情况下被加热的光学元件(例如，来自图9中的微光刻投影曝光装置的EUV反射镜)。这样通过光学元件710产生两个部分光束，每个部分光束都线性偏振，其优点在于即使当以相对于相对表面法线的相对大入射角(所谓的“掠入射”)输入耦合所产生的热辐射时，也可实现对热辐射的充分吸收。如果(通常情况下)在投影曝光装置中在垂直于要加热的光学元件表面方向上没有足够结构空间，这种热辐射与“掠入射”的输入耦合反过来可能证明在结构空间方面的具体应用情况下是有利的，甚至是必要的。此外，取决于具体应用情况，加热辐射与掠入射的该输入耦合使得可选择性确保加热设备的布置在实际使用的光束路径外。此外，掠入射的输入耦合使得热辐射可以相对大的角度离开相关EUV反射镜，而不是直接转向紧邻的反射镜。此外，在合适的偏振情况下，可减少发生在EUV反射镜处的反射IR辐射。

根据图7，每个具有线性偏振的部分光束沿原始光传播方向，沿两独立的平行光束路径从光学元件710射出，并且每个分别依序通过光学延迟器721和731，分别通过绕射光学元件(DOE)722和732，以及分别通过光学望远镜723和733。可通过光学延迟器721和731(例如，其可设计为λ/2板)来实现对各个偏振方向的合适设定。DOE 722和732尤其当成光束成形单元，用于通过要引导到光学元件中光学有效表面上的IR辐射的光束成形，将单独的加热分布映入所要加热的光学元件中。在这情况下，至少两DOE 722和732的一者可在具体实施例中配置成可围绕相对元件轴线旋转以用于调节目的，如用于元件732的示范方式所示。根据图7，光学望远镜723和733分别由透镜724-726和734-736构成，纯粹为示范方式。在具体实施例中，望远镜722、733的一者或望远镜722、733的另外一者中光束路径内的相对最后透镜726或736可通过横向位移(即，在相对于在透镜726、736的区域中绘制的坐标系统的xy平面内)来调整。光学望远镜723和733用于在电磁(加热)辐射输入耦合到待加热的光学元件或进入EUV反射镜之前，提供合适的附加光束偏转。

在根据图7的具体实施例中，DOE 722和732以类似于前述具体实施例的方式将入射电磁(加热)辐射(但在这情况下，结合光束路径下游的望远镜723和733)引导到角空间中的定义位置，其中由望远镜723和733产生的角空间和真实空间中辐射的相对分布是对应的或者能够彼此不同。此外，每个DOE 722和732可具有单一区域(如图7中所示)，或者，在这类似于图6A的方面中，可具有彼此分离的多个区域，然后由DOE 722、733的前述区域所生成的角度分布可彼此对应或彼此不同。

即使，如前述，根据图7的设计所产生在每种情况下为线性偏振的两部分光束是有利的，但在进一步具体实施例中，也可省略用于产生第二部分光束的光学路径(由元件712、731、732和733形成)。特别系，在这情况下，光可为非偏振。

根据本发明将电磁辐射经由至少一个光束成形单元引导到传感器设备，如图8a至图8d所示，也可用于调整和控制形成加热设备的光学系统或其元件的安装位置，例如可诊断(例如，热引起)漂移。在图8a至图8d中，“801”、”802”和”803”表示由传感器设备位置处的偏转所产生的光点，而”811”、”812”和”813”表示传感器设备的强度传感器。强度传感器811-813有助于空间解析的强度测量，因此能够诊断图8b(对应于偏心)、图8c(对应于倾斜)和图8d(对应于扭转)中示意性指示的场景。在这情况下，由强度传感器811-813形成的传感器设备直接放置在要加热的光学元件或EUV反射镜附近，特别是也在位于光学元件本身上的所述光学元件所使用区域之外的区域中。

即使已经根据特定具体实施例来说明本发明，但是本领域技术人员者将可明白众多变化与替代具体实施例，例如透过组合及/或交换个别具体实施例的多个特征件。因此，不言而喻，对于本领域技术人员而言，本发明涵盖这类变化与替代具体实施例，且本发明的范畴只受限于文后申请专利范围及其附属项。

Claims (15)

1.一种加热设备，通过使电磁辐射撞击到所述加热设备上来加热光学元件，所述加热设备包含：

至少一个光束成形单元(12、22、32、42、52、54)，用于对从辐射源引导到所述至少一个光学元件(25、35、45、55a、55b)的电磁辐射进行光束成形；及

传感器设备，具有至少一个强度传感器(13、23、33a、33b、43、53)；

其中所述至少一个光束成形单元(12、22、32、42、52、54)包含至少一个微结构元件，当所述加热设备处于操作时，所述微结构元件将一些电磁辐射引导到所述传感器设备。

2.如权利要求1所述的加热设备，其特征在于所述微结构元件为绕射光学元件(DOE)或折射光学元件(ROE)。

3.如权利要求1或2所述的加热设备，其特征在于所述至少一个光束成形单元(32、42、52、54)具有多个单独区域(32a、32b、42a、42b、52a、52b、54a、54b)，这些单独区域沿彼此不同的方向偏转入射电磁辐射。

4.如权利要求1至3中任一项所述的加热设备，其特征在于所述传感器设备包含多个强度传感器(33a、33b)。

5.如权利要求3和4所述的加热设备，其特征在于所述光束成形单元(32)的所述单独区域(32a、32b)将电磁辐射偏转到彼此不同的强度传感器(33a、33b)。

6.如前述权利要求中任一项所述的加热设备，其特征在于所述加热设备包含多个用于撞击不同光学元件(55a、55b)的光束成形单元(52、54)，当所述加热设备处于操作时，这些光束成形单元(52、54)将一些电磁辐射引导到一个相同的传感器设备(53)。

7.如前述权利要求中任一项所述的加热设备，其特征在于所述加热设备包含用于根据来自所述传感器设备的信号以驱动所述辐射源的驱动单元。

8.如前述权利要求中任一项所述的加热设备，其特征在于所述加热设备包含用于根据来自所述传感器设备的信号以控制所述辐射源功率的控制单元。

9.如前述权利要求中任一项所述的加热设备，其特征在于所述光学元件(25、35、45、55a、55b)为反射镜。

10.如前述权利要求中任一项所述的加热设备，其特征在于所述光学元件设计成用于小于30nm、特别是小于15nm的工作波长。

11.一种用于加热光学系统中的光学元件的方法，特别是使用如前述权利要求中任一项所述的加热设备，其中来自辐射源的电磁辐射经由包含至少一个微结构元件的至少一个光束成形单元(12、22、32、42、52、54)撞击在光学元件(25、35、45、55a、55b)上，其中所述电磁辐射的一些由所述至少一个微结构元件引导到包含至少一个强度传感器(13、23、33a、33b、43、53)的传感器设备，并且此部分电磁辐射的所述强度由所述传感器设备检测。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于根据来自所述传感器设备的信号以控制所述辐射源的功率。

13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于根据来自所述传感器设备的信号以调整所运用的加热设备。

14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于加热所述光学元件，使得减小所述光学元件(25、35、45、55a、55b)中温度分布的空间及/或时间变化。

15.一种光学系统，特别是在微光刻投影曝光装置中，具有至少一个光学元件(25、35、45、55a、55b)及用于加热此光学元件(25、35、45、55a、55b)的加热设备，所述加热设备根据权利要求1至10中任一项所述的方法来具体实施。