TW201617742A - 微影投射曝光裝置之光學配置 - Google Patents

微影投射曝光裝置之光學配置 Download PDF

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Abstract

微影投射曝光裝置(10)的光學配置包含一反射鏡元件(M6)，其具有一反射鏡基板(34)及形成於反射鏡基板(34)之表面上的一反射區域。配置另外包含組態以在至少一自由度移動反射鏡元件(M6)的至少一致動器(46)、以及作用在反射鏡基板(34)的一架設元件(42)。根據本發明，架設元件(42)至少約在一平衡位置獨自固持反射鏡元件(M6)，使得至少一致動器(46)在平衡位置至少約為不受力。

Description

微影投射曝光裝置之光學配置 【相關專利參照】
本專利申請案主張2014年9月22日申請之德國專利申請案10 2014 218 969.1的優先權。此較早申請案的整體揭露內容係併入本文作為參考。
本發明關於微影投射曝光裝置的光學配置，其可組態用於例如極紫外光範圍(EUV)的波長。光學配置可包含於照明系統或此一裝置的透鏡中。
微影投射曝光裝置用以例如將配置在光罩上的結構轉移至光感層(例如光阻)。光感層通常位在晶圓或某些其他基板上。投射曝光裝置一般包含光源、照明系統(其調整由光源所產生的投射光並將其導向光罩)、及透鏡(lens)(其將由投射光所照明的光罩成像至光感層)。
投射光的波長越短，在投射曝光裝置的協助下可在光感層上產生的結構越小。最新一代的投射曝光裝置使用中心波長約為13.5奈米的投射光，其在極紫外光範圍(EUV)。這類裝置通常稱作EUV投射曝光裝置。
然而，沒有對此短波長具有足夠高透射率的光學材料。因 此，在EUV投射曝光裝置中，一般用於較長波長的透鏡元件及其他折射光學元件將由反射鏡所取代，因此光罩包含反射結構的圖案。
反射鏡包含具有反射區域的反射鏡基板，反射區域形成於反射鏡基板的表面上且反射鏡基板於反射區域中承載一反射塗層。反射鏡通常固定在支撐框體，其經由致動器連接至透鏡或照明系統的固定框體結構。包含反射鏡及(若適當的話)固定於其上之支撐框體的整個固有的剛性組裝體在下文中將稱作反射鏡元件。
照明系統的反射鏡元件將投射光導向至光罩；透鏡的反射鏡元件將光罩上被照明的區域成像至光感層。
為了達到所要求的準確度，反射鏡元件的反射區域必需在所有六個自由度中彼此精確地對準。可電性致動的致動器通常用於定位及將反射鏡元件對準。
具有大數值孔徑的EUV投射曝光裝置需要具有大直徑的反射鏡元件。這類反射鏡元件生產費用高，且因為其高固有重量而使其更難以在小形變下實施架設及致動。因為反射鏡元件並非理想的剛體，反射鏡基板的形狀可改變，例如長期來說由於材料的退化、短期來說由於致動期間作用在反射鏡基板上之力及力矩的影響。
EUV投射曝光裝置之反射鏡元件的反射鏡基板通常由在操作溫度具有非常低或甚至等於零的熱膨脹係數之材料所組成。這類材料可例如為玻璃陶瓷(如Zerodur®)或鈦矽酸鹽玻璃(如ULE®)。然而，熱致形變可能發生在反射鏡基板，該形變的產生是因為基板內由於部分投射光的吸收而造成的溫度梯度。
因為反射區域的表面準確度在EUV投射曝光裝置的操作期間必需維持在低至數奈米，對反射鏡元件之架設及致動的機械準確度也要有嚴格的要求。架設需以盡可能減少不想要及寄生之力或力矩的方式來組態。為了達成高的機械準確度，必需考量到潛在機械干擾的所有因素，像 是例如振動、氣壓波動或溫度波動及重力的影響與材料特性。
在EUV投射曝光裝置中，每一反射鏡元件通常由作用在反射鏡元件上且同時構成架設元件的三個致動器所致動。由致動器所施加的力可細分為僅用於在定位及對準期間造成反射鏡元件運動的一部分、以及補償反射鏡元件之重量力(weight force)的一部分。致動所需之XY-力及Z-力的有效線及重量補償力的有效線在個別致動器的施力點相會。舉例來說，這類反射鏡元件揭露於US 2015/0055112 A1。此處的架設元件作用在反射鏡基板的圓周表面。
EP 1 806 610 A1揭露一種EUV投射曝光裝置的反射鏡元件，其中反射鏡裝入一支撐框體且支撐框體上三個施力點的配置係選擇使得反射鏡元件的重量力(weight force)沿三個施力點均勻地分布。在施力點均勻分布在反射鏡周圍的情況下以及在非旋轉對稱反射鏡基板的情況下，這藉由在支撐框體上的補償重量而達成。在此情況下，重量力的有效線與光學有效反射區域相交。
由於特定的邊界條件(像是例如建構空間衝突、動態或散熱需求)，這類型的架設可證實為難以實現並限制可能光學設計的範圍。特別地，若反射鏡元件具有大直徑，配置在反射鏡元件周圍的三個致動器或其他反射鏡元件佔據了相當大的建構空間。此外，由於在其反射區域附近於三個架設元件的固定夾持，反射鏡元件在溫度變化的情況下可能以難以預見的方式變形。
WO 2011/029467 A1揭露使用用於反射鏡基板的基座，該基座由致動器承載並僅在單一承載表面支撐反射鏡基板。為了最小化寄生力及力矩以及所產生之反射鏡基板的形變，反射鏡元件係固定於基座的架設元件，使得重力(gravitational force)的有效線(effective line)通過之承載表面(於此處，反射鏡基板接觸架設元件)的幾何中心。因此，反射鏡元件在其重力中心(centre of gravity)之下直接由基座所支撐。
本發明的一目的為針對照明系統或投射曝光裝置的透鏡提供含有一反射鏡元件的一光學配置，其中反射鏡元件的形變非常小且佔用透鏡或照明系統中很小的結構空間。
此目的藉由微影投射曝光裝置的光學配置所達成，其包含具有反射鏡基板以及形成於反射鏡基板表面上之反射區域的一反射鏡元件。配置更包含組態以在至少一自由度移動反射鏡元件的至少一致動器、以及作用在反射鏡基板的一架設元件。根據本發明，架設元件至少約在一平衡位置獨自固持反射鏡元件，使得至少一致動器在平衡位置至少約為不受力。
本發明所基於的考量為，使用單一支撐位置用於完全重量補償將有可能藉由至少一致動器而避免在反射鏡元件上的永久外力作用。因此，致動器僅在致動期間傳輸力至反射鏡元件，而該力非常小。在光學有效反射區域附近的反射鏡元件以及特別是其所包含的反射鏡基板在致動期間發生形變的風險相當低。
羅倫茲致動器(Lorentz actuator)經常用於致動。在這些致動器的情況中，與所產生之力成比例的電流將流動，即使在靜止狀態。電流將導致致動器的加熱，該加熱取決於所產生力的強度。由於根據本發明，至少一致動器係至少約為不受力，因此沒有或只有非常小的反射鏡元件的加熱會因致動器中之靜態電流而產生。因此，用以維持透鏡或照明系統中之設定溫度的費用也將降低。
若仍然發生熱致形變(thermally induced deformation)，其由於僅在單一支撐位置的支撐而可被較佳的預測，且可更容易地藉由其他校正量測來補償，例如相同或一不同的反射鏡元件的致動。
由於至少一致動器僅需傳輸小的力至反射鏡元件，其可另 外由更輕、更緊密的方式來實現。因此，反射鏡元件的架設及致動需要透鏡或照明系統中整體更小的結構空間。
根據本發明，在反射鏡元件之作用於重力中心之重量力的有效線不與光學可用反射區域相交。若因在單一支撐位置之重量力的補償而發生反射鏡元件的形變，具有最大形變的部分並非直接靠近光學可用反射區域，而是與其相距一距離。因此，由重量力之支撐所造成的形變對反射鏡元件的光學效應所造成的影響程度小於重量力於例如反射區域之正下或正上方受到補償的情況。
若反射鏡基板至少實質上具有平板的形狀，則當重量力的有效線位在與反射區域相距大於平板最小厚度的一距離處時，反射區域上的影響將特別小。
一般而言，反射鏡基板可具有一塗層於反射區域，該塗層反射盡可能多的投射光。然而，基本上，針對投射光的特定入射角及波長，即使沒有塗層，反射鏡基板仍可部分地反射撞擊的投射光。因此，反射區域僅為投射光在操作期間所入射於其上以及通常藉由特別高的光學性能來區分的一個區域。
架設元件施加一架設力於反射鏡基板上，其絕對值與重量力相等但作用在相反方向。為了達成反射鏡元件之完全無力矩的架設，架設力的有效線必須與重量力的有效線重合(coincide)。
然而，通常可容忍架設力的有效線與重量力的有效線之間的些微偏差以及因而產生的殘留力矩。若架設力的有效線與重量力的有效線相距的距離小於一縱向範圍的0.1倍，則有效線的偏差視為可容忍的小，該縱向範圍為反射鏡元件在與重量力的有效線正交的所有平面中最大的縱向範圍。在此情況中，架設力的有效線可與重量力的有效線平行或相對傾斜。
在架設力的有效線與重量力的有效線不完全相符的情況 中，已證明至少一致動器能夠作用於反射鏡基板使得反射鏡元件處於平衡狀態。在此情況中，至少一致動器施加一小的架設力矩於反射鏡基板上，該架設力矩與小的殘留力矩方向相反且絕對值與其相等。
在上述情況中，至少一致動器位於與反射區域相距大於平板最小厚度的一距離處是有利的。由於致動器所施加之架設力矩所造成之反射區域的形變可因此而降低。
為了達成力的額外衰減(damping)以及力矩及震盪的解耦(decoupling)，若架設力為電場或磁場所產生的力是有利的。舉例來說，以此方式，有可能避免投射曝光裝置的移動部分所造成之震動傳送到反射鏡元件。
為了以單一個架設元件將反射鏡元件架設於平衡位置，反射鏡元件可具有位移機制，其中補償重量係可位移地配置於其上且在螺絲或某些其他固定元件的協助下固定於其上的不同位置。在補償重量的幫助下，反射鏡元件的重力中心可偏移使得反射鏡元件呈現所需的平衡位置。
本發明另外關於包含上述光學配置之微影投射曝光裝置的透鏡及照明系統。
10‧‧‧投射曝光裝置
12‧‧‧反射結構
14‧‧‧光罩
16‧‧‧光感層
18‧‧‧晶圓
20‧‧‧照明系統
22‧‧‧EUV光
24‧‧‧照明場
24’‧‧‧縮小影像
26‧‧‧透鏡
28‧‧‧光束
30‧‧‧物體平面
32‧‧‧影像平面
34‧‧‧反射鏡基板
36‧‧‧反射區域
37‧‧‧塗層
38‧‧‧阻蔽光闌
40‧‧‧光學配置
42‧‧‧架設元件
44‧‧‧支撐結構
46‧‧‧致動器
48‧‧‧致動元件
50‧‧‧補償重量
B‧‧‧距離
D‧‧‧最小厚度
F‧‧‧架設力
F1‧‧‧力
F2‧‧‧力
F3‧‧‧力
G‧‧‧重量力
L‧‧‧縱向範圍
M1‧‧‧反射鏡元件
M2‧‧‧反射鏡元件
M3‧‧‧反射鏡元件
M4‧‧‧反射鏡元件
M5‧‧‧反射鏡元件
M6‧‧‧反射鏡元件
OA‧‧‧光學軸
S‧‧‧重力中心
WF‧‧‧有效線
WG‧‧‧有效線
本發明的其他特徵及優點將由下文中參照圖式對具體實施例的描述而變得明顯，其中：圖1為包含照明系統及透鏡之微影EUV投射曝光裝置的示意透視圖；圖2為根據本發明第一具體實施例之具有反射鏡元件之圖1投射曝光裝置的透鏡的縱向剖面圖；圖3為圖2所示之反射鏡元件的透視圖；圖4為圖2所示之反射鏡元件的橫截面； 圖5為根據第二具體實施例之基於圖3的反射鏡元件的透視圖，其中重量力及架設力的有效線不完全一致；以及圖6為根據第三具體實施例之基於圖3的反射鏡元件的透視圖，其中反射鏡基板承載位移重力中心的補償重量。
1.投射曝光裝置的基本架構
圖1以未依比例之透視且高度示意的圖式顯示根據本發明之微影投射曝光裝置的基本架構，該裝置整體係標示為10。投射曝光裝置10用以將配置在光罩14之一側(圖1中朝向下方)上的反射結構12投射至光感層16。光感層16(其特別是可為光阻(photoresist)(亦稱阻劑(resist))可由晶圓18或某些其他基板所承載。
投射曝光裝置10包含照明系統20，其以EUV光22照明光罩14設有結構12之側。特別地，在5奈米及30奈米之間的範圍適合作為用於EUV光22的波長。在所述的具體實施例中，EUV光22的中心波長約為13.5奈米。EUV光22照明在光罩14之面向下的照明場24，該照明場在此處具有環形段的幾何形狀。
投射曝光裝置10更包含透鏡26，其在光感層16上產生位在照明場24之區域中的結構12的縮小影像24’。透鏡26具有光學軸OA，其與環形段照明場24的對稱軸相符，因此位於照明場24之外。
透鏡26係針對掃描操作而設計，其中光罩14在光感層16的曝光期間與晶圓18同步地位移。光罩14及晶圓18的這些位移運動由圖1的箭頭A1、A2所表示。在光感層16的曝光期間，照明場24以類似掃描器的方式掃過光罩14，其結果為相對大的鄰近結構區域可投射至光感層16上。光罩14及晶圓18位移速率的比值在此例中等於透鏡26的成像比例β。在所述的具體實施例中，透鏡26所產生的影像24’為縮小(|β|<1)且直立(β>0)，為此理 由，晶圓18的位移比光罩14慢，但在相同的方向。
光束從位在透鏡26之物體平面的照明場24中的每一點出發，該光束進入透鏡26。透鏡26的作用為將進入的光束聚集在透鏡26之影像平面的場點。光束所出發之物體平面中的場點、以及該光束再次聚集之影像平面中的場點在此情況中彼此具有稱作光學共軛的關係。
針對在照明場24之中心的個別點，此一光束係示意性地表示並標示為28。在此情況中，光束28在進入透鏡26時的孔徑角度為其數值孔徑NA的量測。由於縮小成像，透鏡26的影像側數值孔徑NA放大了成像比例β的倒數。
圖2同樣示意且未依比例地顯示透鏡26的重要組件的縱向剖面圖。在標示為30的物體平面與標示為32的影像平面之間，一共有六個反射鏡元件M1到M6沿光學軸OA配置。反射鏡元件M1到M6之每一者包含反射鏡基板34及反射區域36，如圖中以例示方式針對反射鏡元件M6所顯示。由物體平面30中一點所出發之光束28首先撞擊凹面的第一反射鏡元件M1、反射回凸面的第二反射鏡元件M2、撞擊凹面的第三反射鏡元件M3、反射回凹面的第四反射鏡元件M4、並接著撞擊凸面的第五反射鏡元件M5，其將EUV光導向回凹面的第六反射鏡元件M6。第六反射鏡元件M6最後將光束28聚焦在影像平面32中的共軛影像點。
若反射鏡元件M1到M6增補了圖2之虛線所示的部分，則因此而增補之反射鏡元件的反射區域36相對透鏡26的光學軸OA將為旋轉對稱。然而，可輕易地理解到，上述的光束路徑無法實現此完全旋轉對稱的反射區域36，因為反射鏡單元M1到M6將部分地阻擋光路徑。因此，反射鏡元件M1到M6具有實線所示的形狀。
阻蔽光闌(shading stop)38配置於反射鏡元件M5及M6之間。
2.反射鏡元件M6的光學配置
反射鏡元件M6為根據本發明之光學配置40的部分，其在下文中將參照圖2到圖6作更詳細的描述。圖2顯示在此例中於透鏡26之安裝情況中的光學配置40。
除了具有反射鏡基板34及反射區域36的反射鏡元件M6之外，光學配置40還包含示意顯示的第一致動器46以及同樣示意顯示的架設元件42，其牢固地固定至透鏡26的支撐結構44。反射鏡元件M6在其重力中心S的附近由架設元件42所支撐，使得架設元件42至少約在一平衡位置獨自固持反射鏡元件M6，且設計以在至少一個自由度上移動反射鏡元件M6的致動器46在該平衡位置不受力。
圖3以放大的方式描述圖2之光學配置40的透視圖。明顯地，光學配置40更包含兩個另外的致動器46(示意性地繪示)，其固定至支撐結構44且其作用在反射鏡基板34上並同樣設計以精確地將反射鏡元件M6對準。
反射鏡元件M6的反射鏡基板34實質上以平板形狀的方式實施且在圖3中方向向下並特別準確成形的一表面上具有塗層37，其中塗層37對投射光22有反射性並定義反射鏡元件M6的光學有效反射區域36。在相對反射區域36之反射鏡基板34的相對側，三個致動元件48係以黏接或以某些其他方法防止移動的方式來固定，使得其可將由致動器46所施加的力F1至F3傳輸至反射鏡基板34。或者，致動元件48可整合地實施為反射鏡基板34的部分。再者，可能的一具體實施例為致動元件48配置於平板形反射鏡基板34的圓周表面或配置於反射區域36所在之反射鏡基板34的相同側。
具有通過反射鏡元件M6之重力中心S的有效線WG的合力重量力G係作用於反射鏡元件M6上。
圖2進一步示意地表示架設元件42，其施加一架設力F於反射鏡基板34上，該架設力在與重量力G相反的方向沿有效線WF而作用。在本具體實施例中，架設力F為電場或磁場所產生的力，使得反射鏡元件M6 以無接觸的方式支撐。
為了達成架設力F的完全無力矩支撐，架設元件42在此具體實施例中係配置使得有效線WF準確地通過反射鏡元件M6的重力中心S，並由此而與重量力G的有效線WG一致。因此，反射鏡元件M6處於平衡。因此，致動器46僅在致動期間傳輸力至反射鏡基板34。因此，在光學有效反射區域36附近的反射鏡元件M6以及特別是包含於其中的反射鏡基板34在致動期間發生形變或因致動器46中所散逸的致動能量而升溫的風險為低。
在本具體實施例中，致動器46係具體化為電磁羅倫茲致動器。在這些致動器的例子中，與所產生之力成比例的電流將流動，即使在靜止狀態。電流將導致致動器46的加熱，該加熱取決於所產生力的強度。因為致動器46僅在反射鏡元件M6的運動期間傳輸力，因此沒有或只有非常小的反射鏡元件M6的加熱會因致動器46中之靜態電流而產生。因此，用以維持透鏡26中之設定溫度的費用也將降低。
若仍然發生熱致形變，其由於僅在單一支撐位置的支撐而可被較佳的預測，且可更容易地藉由其他校正量測來補償，例如反射鏡元件M6或一不同的反射鏡元件M1-M5的致動。
由於致動器46僅需傳輸小的力至反射鏡元件，其可由特別輕且緊密的方式來實現。因此，反射鏡元件M6的架設及致動需要透鏡26中整體更小的結構空間。
圖4顯示圖3之光學配置之對稱平面的剖面圖，該對稱平面包含重力中心S以及光學軸OA。反射鏡基板34在該對稱平面中有其最大縱向範圍L且在反射區域36中有其最小厚度D。反射區域36相對重力中心S配置使得在反射鏡元件M6之重力中心S作用之重量力G的有效線WG不與反射區域36相交。這避免架設力F(其抵消重量力G，特別是在致動器46的致動期間)導致在反射區域36附近的反射鏡基板34產生不可接受的形變。
在本具體實施力中，重量力G的有效線WG與光學可用反射 區域36之間的距離A大於反射鏡基板34的最小厚度D。因此，架設力F特別地遠離反射區域36而作用在反射鏡基板34上。
較佳地，致動器元件48同樣也位於與反射區域36相距大於反射鏡基板34之最小厚度D的一距離處(未特別指明)。在這樣一大距離的情況中，因由致動器46所施加於反射鏡基板34的力矩及/或力而造成反射區域36之不可接受形變的風險相當低。
圖5顯示光學配置40之第二具體實施例的透視圖，其中架設力F的有效線WF與重量力G的有效線WG相距一小距離B。由於架設力F的有效線WF更相對重量力G之有效線WG輕微地傾斜，架設力F具有平行於重量力G的第一分力、以及與其垂直的第二分力，其中由於有效線WG的輕微傾斜，第二分力的絕對值顯著小於第一分力的絕對值。由於重量力G所形成之力與架設力F的第一分力之間的距離而產生殘留力矩。較佳地，有效線WF與WG之間的最小距離B小於反射鏡基板34之縱向範圍L的0.1倍，使得該殘留力矩的絕對值非常的小。因此，殘留力矩及架設力F的第二分力可由致動器46來處理。
或者，有效線WF可平行於有效線WG輕微地位移距離B，其結果為僅產生小的殘留力矩，而無第二分力。在此處亦同，由於距離B而產生之小殘留力矩的部分將由致動器46所處理，但無分力需由致動器46所補償。
因為致動器46僅需補償小的殘留力矩及/或分力，其對反射鏡基板34之形變的貢獻很小。
圖6顯示第三具體實施例的透視圖，其中重力中心S的位置係藉由補償重量50而設定，使得重力及架設力分別的有效線WG及WF盡可能完全重合。補償重量50首先可在反射鏡基板34的表面上自由地位移，且調整後可藉由例如黏接而固定於其上。作為對其的替代選擇，包含例如一或複數個軌道的位移機制也是適當，於其上補償重量50可在反射鏡基板34上 位移並接著藉由固定螺絲或其他固定元件而固定。
所述包含反射鏡元件M6之光學配置的架構當然也可應用在其他反射鏡元件M1至M5。
34‧‧‧反射鏡基板
36‧‧‧反射區域
40‧‧‧光學配置
42‧‧‧架設元件
46‧‧‧致動器
48‧‧‧致動元件
F‧‧‧架設力
F1‧‧‧力
F2‧‧‧力
F3‧‧‧力
G‧‧‧重量力
M6‧‧‧反射鏡元件
S‧‧‧重力中心
WF‧‧‧有效線
WG‧‧‧有效線

Claims (7)

  1. 一種用於一微影投射曝光裝置的光學配置，其中該光學配置包含：(a)一反射鏡元件，具有一反射鏡基板及形成於該反射鏡基板之一表面上的一反射區域；(b)至少一致動器，組態以於至少一自由度移動該反射鏡元件；以及(c)一架設元件，作用在該反射鏡基板，其中該架設元件至少約在一平衡位置獨自固持該反射鏡元件，使得該至少一致動器在該平衡位置至少約為不受力；以及其中在該反射鏡元件之作用於重力中心之重量力的有效線不與該反射區域相交。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學配置，其中該反射鏡基板至少實質具有一平板的形狀，且其中該重量力的有效線位在與該反射區域相距大於該平板之最小厚度的一距離處。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之光學配置，其中該反射鏡基板在該反射區域承載一反射塗層。
  4. 如前述申請專利範圍之其中任一項所述之光學配置，其中該架設元件施加一架設力於該反射鏡元件上，且其中該架設力的有效線與該重量力的有效線重合。
  5. 如申請專利範圍第1至3項之其中任一項所述之光學配置，其中該架設元件施加一架設力於該反射鏡元件上，且其中該架設力的有效線在該基板內與該重量力的有效線相距一距離，其小於一縱向範圍的0.1倍， 該縱向範圍為該反射鏡元件在與該重量力的有效線正交的所有平面中之最大縱向範圍。
  6. 一種用於一微影投射曝光裝置的透鏡，包含如前述申請專利範圍之任一項所述之一光學配置。
  7. 一種用於一微影投射曝光裝置的照明系統，包含如申請專利範圍第1至5項之其中任一項所述之一光學配置。
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