TW201921033A - 用於生產作為投射微影之投射曝光裝置之光學系統之光學構件的反射鏡的方法 - Google Patents

用於生產作為投射微影之投射曝光裝置之光學系統之光學構件的反射鏡的方法 Download PDF

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Abstract

當生產反射鏡(M10)作為用於投射微影的投射曝光裝置的光學系統的光學構件時，首先決定全局重力加速度的平均值。接著，決定在生產地點的重力加速度與重力加速度平均值之間的一重力加速度差。在決定反射鏡的反射表面的目標表面形狀後，在考慮重力加速度差的情況下，在生產位置處加工一反射鏡基板，使得在重力加速度平均值的影響下，反射鏡基板的反射表面的當前表面形狀與目標表面形狀的偏差不會超過規定的形體值容差值(Pmax)。產生的結果為在反射鏡的使用位置處具有最小可能形體值的光學元件。

Description

用於生產作為投射微影之投射曝光裝置之光學系統之光學構件的反射鏡的方法 【相關專利參照】
本專利申請案主張德國專利申請案DE 10 2017 216 458.1的優先權，其內容以引用的方式併入本文。
本發明關於用於生產作為投射微影之投射曝光裝置之光學系統之光學構件的反射鏡的方法。此外，本發明關於以此方式生產的反射鏡、具有此一反射鏡的投射微影的投射曝光裝置的光學系統、具有此一光學系統的投射曝光裝置、用以使用此一投射曝光裝置來生產微結構或奈米結構構件的方法、以及由此方法所生產的微結構或奈米結構構件。
此一光學元件已揭露於DE 10 2013 214 989 A1。開頭所提出類型的成像光學單元已揭露於WO 2016/188934 A1及WO 2016/166080 A1。DE 10 2012 212 953 A1揭露一微影反射鏡配置。
本發明的一目的為提供在反射鏡的使用位置處具有最小可能形體值(figure)的光學元件。
根據本發明，此目的由包含申請專利範圍第1項所述特徵的光學元件來實現。
根據本發明已經發現，若在反射鏡的生產期間考慮到在生產地點的重力加速度(在DE 10 2017 216 458.1中誤稱作重力常數)與在反射鏡的各種可能使用位置處的全局(global)重力加速度的平均值的偏差，則在其他相同的生產條件下，可減小最大的形體值(即表面形狀與反射鏡反射表面的最大偏差)。此平均值可根據使用位置及/或考慮對相應使用位置的輸送概率而以加權方式決定。由於生產地點的重力加速度通常偏離所決定的全局重力加速度的平均值，因此這種差異考慮導致在使用地點的最大產生的形體值的減少。因此，從所有使用位置來看，以這種方式生產的反射鏡的形體值在平均上低於省略此差異考慮的情況。特別地，藉由生產方法可顯著降低反射鏡的散焦像差(defocus aberration)。
根據申請專利範圍第2項的目標餘量簡化了反射鏡的製造。在餘量表面形狀的生產期間的形體值餘量容差值不需要與申請專利範圍第1項所述的形體值容差值(figure tolerance value)相同。
申請專利範圍第3項的反射鏡、申請專利範圍第4項的光學系統、申請專利範圍第5項的投射曝光裝置、申請專利範圍第6項的微結構或奈米結構構件的生產方法及申請專利範圍第7項的微結構或奈米結構構件的優點對應於前文已參照根據本發明的光學元作出解釋的內容。特別地，可以使用投射曝光裝置來生產半導體構件，例如記憶體晶片。
光源可為EUV光源。或者，也可使用DUV光源，亦即例如波長為193nm的光源。
1‧‧‧微影投射曝光裝置
2‧‧‧光源
3‧‧‧照明光
4‧‧‧物場
5‧‧‧物體平面
6‧‧‧照明光學單元
7‧‧‧投射光學單元
8‧‧‧影像場
9‧‧‧影像平面
10‧‧‧遮罩
10a‧‧‧遮罩保持器
10b‧‧‧遮罩位移驅動器
11‧‧‧基板
12‧‧‧基板保持器
12a‧‧‧基板位移驅動器
13‧‧‧射線光束
14‧‧‧射線光束
15‧‧‧射線
16‧‧‧主射線
17‧‧‧通道開口
18‧‧‧主體
19‧‧‧安裝開口
20‧‧‧反射表面
CRA‧‧‧角度
M1-M10‧‧‧反射鏡
P‧‧‧形體值
Pmax‧‧‧最大形體值
下文將參照附圖更詳細地解釋本發明的示例性具體實施例。在圖式中：圖1示意性地顯示用於EUV微影的投射曝光裝置；圖2顯示一成像光學單元的具體實施例的經向剖面，其可使用作為圖1的投射曝光裝置中的投射透鏡，其中繪示了針對主射線及針對三個選定場點的上彗差射線和下彗差射線的成像光束路徑；圖3顯示圖2中的成像光學單元的反射鏡的使用反射鏡表面的邊緣輪廓；圖4透視地顯示圖2的成像光學單元的反射鏡；圖5顯示根據圖4的鏡子的反射鏡的反射鏡基板的反射表面的當前表面形狀與目標表面形狀的偏差；圖6顯示根據圖4的反射鏡在其在生產位置處的加工之後的情況，其考慮了在生產位置處的重力加速度與重力加速度平均值之間的重力加速度差；以及圖7顯示了根據圖6的餘量製造的反射鏡在具有三種不同使用位置重力加速度的三個替代使用位置處的情況。
微影投射曝光裝置1具有用以提供照明光或成像光3的光源2。光源2為EUV光源，其產生波長範圍在例如5nm和30nm之間、特別是在5nm和15nm之間的光。光源2可為基於電漿的光源(雷射產生電漿(LPP))、氣體放電產生電漿(GDP))或基於同步加速器的光源，例如自由電子雷射(FEL)。特別地，光源2可為波長為13.5nm的光源或波長為6.9nm的光源。其他EUV波長也是可能的。一般來說，對於在投射曝光裝置1中導引的照明光3，甚至任意波長也是可能的，例如可見光波長或可在微影中使用(例如DUV、深紫外光)並有可使用的合適雷射光源及/或LED光源的其他波長(例 如365nm、248nm、193nm、157nm、129nm、109nm)。圖1以非常示意性的方式顯示照明光3的光束路徑。
照明光學單元6用以將來自光源2的照明光3導引到物體平面5中的物場4。使用投射光學單元或成像光學單元7，將物場4以預定的縮小比例成像至影像平面9中的影像場8。
為了便於描述投射曝光裝置1和投射光學單元7的各種具體實施例，在圖式中顯示了笛卡爾xyz座標系統，從該系統可清楚看出圖中所示構件的相應位置關係。在圖1中，x方向垂直於繪圖平面並延伸進入繪圖平面。y方向向左，且z方向向上。
在投射光學單元7中，物場4和影像場8具有彎曲或弧形的具體實施例，特別是形狀像部分環形的具體實施例。此場彎曲的曲率半徑在影像側可為81mm。在WO 2009/053023 A2中定義了影像場的對應環形場半徑。物場4或影像場8的邊界輪廓的基本形式具有相應的彎曲。或者，有可能將物場4和影像場8實施為矩形。物場4和影像場8具有大於1的x/y外觀比。因此，物場4在x方向上具有較長的物場尺寸，而在y方向上具有較短的物場尺寸。這些物場尺寸沿場座標x和y延伸。
因此，物場4由第一笛卡爾物場座標x和第二笛卡爾物場座標y展開。垂直於這兩個物場座標x和y的第三笛卡爾座標z在下文中也稱作法線座標。
投射光學單元7具有26mm的影像場的x維度以及1.2mm的影像場8的y維度。
圖2中所繪示的範例具體實施例可用於投射光學單元7。圖2和圖3中所示的投射光學單元7的光學設計已揭露於WO 2016/188934 A1，其內容全部引用。
在根據圖2的投射光學單元7的具體實施例中，影像平面9配置為平行於物體平面5。在此情況下所成像的是與物場4重合的反射光罩 10(也稱作遮罩)的一部分。遮罩10由遮罩保持器10a所承載。遮罩保持器10a由遮罩位移驅動器10b來位移。
透過投射光學單元7的成像在形式為晶圓的基板11的表面上實現，其中基板11由基板保持器12承載。基板保持器12由晶圓或基板位移驅動器12a來位移。
圖1示意性地顯示在遮罩10和投射光學單元7之間進入該投射光學單元的照明光3的射線光束13，以及在投射光學單元7和基板11之間從投射光學單元7所發出的照明光3的射線光束14。投射光學單元7的影像場側數值孔徑(NA)在圖1中未按比例再現。
投射曝光裝置1為掃描器類型。在投射曝光裝置1的操作期間，在y方向上掃描遮罩10和基板11。步進式的投射曝光裝置1也是可能的，其中在基板11的各個曝光之間實現遮罩10和基板11在y方向上的逐步位移。藉由位移驅動器10b和12a的適當致動，這些位移將彼此同步地進行。
圖2顯示了投射光學單元7的光學設計。圖2顯示了投射光學單元7的經向剖面，即成像光3在yz平面中的光束路徑。根據圖2的投射光學單元7一共具有十個反射鏡，這些反射鏡從物場4開始按照個別射線15的光束路徑的順序由M1到M10連續編號。
圖2繪示了在各個情況下從在圖2中的y方向上彼此間隔開的三個物場點所發出的三條個別射線15的光束路徑。所繪示的為主射線16(即通過投射光學單元7的光瞳平面中的光瞳的中心的個別射線15)，以及在各個情況下為這兩個物場點的上彗差射線(coma ray)和下彗差射線。從物場4開始，主射線16包括與物體平面5的法線成5.2°的角度CRA。
物體平面5平行於影像平面9。
圖2繪示了反射鏡M1至M10的計算反射表面的截面。使用這些計算的反射表面的一部分。只有反射表面的此實際使用區域，加上突出部，實際上存在於真實反射鏡M1至M10中。
圖3顯示反射鏡M1至M10的反射表面的實際使用區域。反射鏡M10具有供成像光3通過的通道開口17，其中成像光3從倒數第三個反射鏡M8反射朝向倒數第二反射鏡M9。反射鏡M10圍繞通道開口17以反射的方式使用。其他反射鏡M1至M9中沒有一個具有通道開口，且該些反射鏡在無間隙的連續區域中以反射的方式使用。
反射鏡M1至M10係實施為自由形式表面，其無法由旋轉對稱函數來描述。投射光學單元7的其他具體實施例也是可能的，其中反射鏡M1至M10中的其中至少一個係實施為旋轉對稱的非球面。DE 10 2010 029 050 A1揭露了用於這種旋轉對稱非球面的非球面方程式。所有反射鏡M1至M10也有可能實施為這類非球面。
自由形式表面可由以下自由形式表面方程式(方程式1)來描述：
以下適用於此方程式(1)的參數：Z為自由形式表面在點x、y處的垂度，其中x2+y2=r2。在此處，r為與自由形式方程式的參考軸(x=0；y=0)的距離。
在自由形式表面方程式(1)中，C1、C2、C3......表示自由形式表面級數以x和y冪次展開的係數。
在錐形基底區的情況下，cx、cy是對應於相應非球面的頂點曲率的常數。因此，適用cx=1/Rx和cy=1/Ry。在此處，kx和ky各自對應於相應非球面的錐形常數。因此，方程式(1)描述了雙錐形自由形式表面。
可從旋轉對稱的參考表面產生替代的可能的自由形式表面。用於微影投射曝光裝置的投射光學單元的反射鏡的反射表面的這種自由形式表面已揭露於US 2007-0058269 A1。
或者，也可在二維樣條表面的協助下來描述自由形式表面。這方面的例子為Bezier曲線或非均勻有理的基本樣條(non-uniform rational basis spline，NURBS)。舉例來說，二維樣條表面可由在xy平面中的點的網格及相關z數值、或由這些點及與其相關的斜率來描述。取決於樣條表面的相應類型，使用例如在其連續性及可微分性方面具有特定特性的多項式或函數，藉由網格點之間的內插來獲得完整的表面。其範例為解析函數。
反射鏡M1至M10的使用反射表面由主體承載。
主體18可由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷所製成。主體18的材料可匹配使得其在反射鏡M的選定操作溫度下的熱膨脹係數非常接近0的數值且理想上恰好為0。Zerodur®為這種材料一個例子。
圖4透視地顯示了投射光學單元7的其中一反射鏡，特別是反射鏡M10，其中省略了通道開口17。
反射鏡M10的反射鏡基板或主體18具有三個安裝開口19，用以將反射鏡基板18保持在反射鏡保持器上。
圖5顯示了反射鏡M10的形體值(figure)，亦即反射鏡M10的反射表面20的當前表面形狀與最佳目標表面形狀的偏差。所示形體值的整體絕對值區域被分成複數個值區域區段，其在各個情況下都以不同的陰影線表示，形體值等值線在其中延伸。相應的形體值數值在圖5中的左側從底部到頂部以絕對增加的方式以任意單位給出。
由於反射鏡基板18的安裝點在安裝開口19上的三重配置，相應地出現了形體值的三重圖案。在安裝開口19的區域中，形體值為最小且在各個情況下連續增加直到反射表面20的中心，在該處的形體值是最大的。在反射鏡基板18周圍的圓周方向上，周向位置的形體值在各個情況下在兩個安裝開口19之間為最大，且在此處約為在反射表面20的中心處的最大形體值的一半。
最大形體值的典型數量級約為10μm。根據反射鏡的直徑、根據安裝點的數量、配置和類型、根據反射鏡基板的材料和厚度、以及根據反射鏡的安裝位置，也可能得到更大的最大形體值(例如在100μm的區域中)、或更小的形體值(例如在1μm的數量級)。
反射鏡M10的生產如下：首先，以全局重力加速度的平均值為基礎。此處使用的是在投射曝光裝置1的可能使用位置處(也就是說，例如在客戶位置)的重力加速度的可能加權平均值。所使用的全局重力加速度的平均值可例如為9.80m/s2。全局重力加速度的平均值的決定可包含反射鏡在相應使用位置處的輸送概率，結果為具有較高輸送概率的使用位置包含在具有較高加權的平均值決定中。
接著，決定在生產位置處的重力加速度與所決定的重力加速度平均值之間的重力加速度差。舉例來說，生產地點的重力加速度可為9.81m/s2，使得重力加速度差為0.01m/s2。
此外，在生產方法中所決定的是反射鏡M10的反射表面20的目標表面形狀。
接著，在考慮到重力加速度差的情況下，在生產位置處加工反射鏡基板18，使得在重力加速度平均值的影響下，反射鏡基板18的反射表面20的當前表面形狀與目標表面形狀的偏差不會超過規定的形體值容差值(prescribed figure tolerance value)。
為了確定在重力加速度平均值的影響下，當前表面形狀和目標表面形狀之間的偏差是否保持在形體值容差值內，遵循以下程序：首先，計算反射鏡M10的反射表面在生產位置處必須具有的目標餘量表面形狀(target allowance surface shape)，使得在重力加速度平均值的影響下，產生目標表面形狀。然後，在生產位置處加工反射鏡基板18，使得反射鏡基板18的反射表面的當前表面形狀與目標餘量表面形狀的偏差不會超過規定的形體值餘量容差值。
形體值容差值和圖形餘量容差值都低於1nm，且可低於100pm或也可低於10pm。
圖6顯示了在生產地點的相應生產的反射鏡M10。在圖6中，以極大誇張的方式顯示了反射鏡M10的形體值P。此形體值表示反射表面的當前表面形狀與在生產位置處的目標表面形狀的偏差。
圖7以類似於圖6的圖式顯示了根據圖6所生產的反射鏡M10，其在具有三種不同重力加速度的三種不同使用位置處。重力加速度可從圖7左側所示的比例中得知。
圖7在頂部顯示了在具有最大重力加速度9.83m/s2的使用位置處的反射鏡M10。此處的形體值具有最大值Pmax，其略大於圖6所示的目標餘量表面形狀所造成的形體值。
圖7在中心顯示了在使用位置處的反射鏡M10，所考慮的全局重力加速度的平均值(9.80m/s2)在該處佔優勢。在此處，可達到的形體值原則上等於0，因為在根據圖6的生產期間的餘量表面形狀與此重力加速度平均值精確地匹配。
圖7在底部顯示了在具有最小重力加速度9.77m/s2的使用位置處的反射鏡M10。結果為完全相同的最大形體值Pmax，其與圖7頂部的最大形體值Pmax相比具有相同的絕對值和相反的正負號。
由於考慮了根據圖6的具有形體值P的餘量表面形狀，在具 有相同的可達到的製造容差的不同的可能使用位置處，實現了0到Pmax之間的較低形體值行程。
為了製造微結構或奈米結構構件，投射曝光裝置1使用如下：首先，提供反射光罩10或遮罩以及基板或晶片11。接著，在投射曝光裝置1的協助下將遮罩10上的結構投射到晶圓11的光敏感層上。接著，藉由顯影光敏感層產生晶圓11上的微結構或奈米結構，從而產生微結構化構件。

Claims (7)

  1. 一種用於生產作為投射微影之一投射曝光裝置的一光學系統的一光學構件的一反射鏡的方法，具有以下步驟：決定一全局重力加速度的一平均值，決定在生產地點的重力加速度與該重力加速度平均值之間的一重力加速度差，決定該反射鏡的一反射表面的一目標表面形狀，以及在考慮該重力加速度差的情況下，在該生產位置處加工一反射鏡基板，使得在該重力加速度平均值的影響下，該反射鏡基板的該反射表面的當前表面形狀與該目標表面形狀的偏差不會超過一規定的形體值容差值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其特徵在於該為了確定在該重力加速度平均值的影響下是否保持該反射表面的該當前表面形狀與該目標表面形狀之間的一偏差在該形體值容差值內，執行以下程序：計算該反射鏡的該反射表面在該生產位置處必須具有的一目標餘量表面形狀，使得在重力加速平均值的影響下，在該反射鏡的一使用位置處產生該目標表面形狀，在該生產位置處加工該反射鏡基板，使得該反射鏡基板的該反射表面的一當前表面形狀與該目標餘量表面形狀的偏差不會超過一規定的形體值餘量容差值。
  3. 一種反射鏡，由如申請專利範圍第1項及第2項之任一項所述的一方法所生產。
  4. 一種用於投射微影的一投射曝光裝置的光學系統，具有如申請專利範圍第3項所述的一反射鏡。
  5. 一種投射曝光裝置，包含如申請專利範圍第4項所述的一光學系統並包含用以產生該照明光的一光源。
  6. 一種用以產生一結構化構件的方法，包含以下方法步驟：提供一遮罩及一晶圓；在如申請專利範圍第5項所述的投射曝光裝置的協助下，將該遮罩上的一結構投射至該晶圓的一光敏感層上，以及產生一微結構或奈米結構於該晶圓上。
  7. 一種結構化構件，由如申請專利範圍第6項所述的一方法所生產。
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