TW202129432A

TW202129432A - 半導體微影的投影曝光設備

Info

Publication number: TW202129432A
Application number: TW109142987A
Authority: TW
Inventors: 瓊琴哈傑斯; 亞歷安卓渥夫; 托拉夫葛納
Original assignee: 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-08-01
Also published as: US20220299733A1; WO2021115789A1; DE102019219231A1; KR20220113448A

Abstract

本發明係關於一種半導體微影的投影曝光設備（1），包含一反射鏡（50），其中該反射鏡（50）包含至少一個切口（53）；一用於基於輻射調節溫度的溫度調節裝置（30、40），包含一溫度調節體（31、41），其係無接觸設置在該反射鏡（50）之該切口（53）中並具有一腔體（33、43）。依據本發明，該腔體（33、43）中存在用於對該溫度調節體（31）進行溫度調節的流體（39）。

Description

半導體微影的投影曝光設備

本申請案主張2019年12月10日之德國專利申請案DE 10 2019 219 231.9之優先權，其內容在此以引用方式完整併入本文。

本發明係關於一種半導體微影的投影曝光設備。

半導體微影的投影曝光設備在成像品質方面受到極嚴格要求，以便能夠盡可能生產所需極精細地微小結構而無缺陷。在微影製程或顯微蝕刻（microlithography）製程中，照明系統照明光刻（photolithographic）遮罩。通過遮罩的光或遮罩所反射的光係藉助投影光學單元，投影到塗佈有光敏層（光阻）並裝配在投影光學單元之影像平面中的基板（如晶圓）上，以便將遮罩之結構元件轉印到基板之光敏塗層。特別是，隨著每個新世代的投影曝光設備，照明系統所提供的光強度提高，這導致光學元件上的熱負載更高。

在極紫外光（EUV）投影曝光設備中，亦即在以具有波長在1 nm至120 nm之間、特別是在13.5 nm的電磁輻射操作的設備中，體現為反射鏡的光學元件之溫度通常係藉助水冷卻進行調節。為此目的，反射鏡包含切口，溫度調節水流過切口從而將熱能從反射鏡帶走。水冷卻的缺點在於，用於水的進給管線係機械性連接到反射鏡，從而來自外部的振動會傳遞到反射鏡。此外，水自身之流動造成所謂的流動引致（flow-induced）振動，其結果使成像品質受到不良影響。

專利申請案WO2014/139896 A2揭示一種無接觸設置在反射鏡之切口中的溫度調節裝置，其中溫度調節裝置包含冷卻元件和加熱元件。在該情況下，切口係垂直於反射鏡之光學軸設置。然而，用於控制熱能流動的冷卻和加熱之組合非常複雜，這對實現這種解決方案所需的基礎架構及因而導致的生產成本具有不利影響。

本發明之目的在於提供一種改良裝置，其排除先前技術之上述缺點。

此目的係藉由一種具有申請專利範圍獨立項之特徵的裝置達成。申請專利範圍附屬項係關於本發明之有利的發展和變化例。

一種依據本發明的半導體微影的投影曝光設備，包含反射鏡，包含至少一個切口；以及用於基於輻射調節溫度的溫度調節裝置，包含溫度調節體，其係無接觸設置在反射鏡之切口中。依據本發明，溫度調節體具有腔體，其中腔體中存在用於對溫度調節體進行溫度調節的流體。因此，在溫度調節體與反射鏡之間不存在機械性連接，其結果為不會傳遞振動。藉由流體進行的溫度調節可例如藉由對流實行。

在本發明之一個有利的具體實例中，反射鏡之中放置溫度調節體的至少一個切口係設置在兩個棒體（bar bodies）之間。在這種情況下，棒體應理解為意指縱向延伸、特別是棒狀體。在最簡單的情況下，棒體係體現為平行六面體，其在一個空間方向上的長度比在其他兩個空間方向上更長得多（特別是大於三倍）。與該平行六面形、特別是梯形橫截面的偏離也可想像到。在這種情況下，棒體係設置在反射鏡之底板上，其中至少一個反射鏡琢面（facet）係設置在棒體之背離底板的該側上。以此方式，可達成對琢面反射鏡之頂側特別有效的冷卻，前述頂側通常係受到很大的熱負載。

再者，腔體可包含用於該流體的入口和出口。結果，用於溫度調節的流體可流過腔體。入口和出口係可設置在與其上安裝反射鏡之承載結構不同的結構處。兩種結構係可以彼此分離的方式設置，這使得經由可能的共同基本載體而將振動傳遞最小化成為可能。

此外，可存在用於藉由雷射照射冷卻溫度調節體中流體的工具（means）。在這種情況下，包含例如銣及/或氬的流體係可藉由雷射照射並因此冷卻。這種影響可歸因於藉由以雷射輻射（光子）的適度照射而降低原子之速度，並已經實驗驗證。該影響係可藉由溫度調節體之內側上的塗層增強，前述塗層在所使用的雷射之波長範圍內為反射性。反射率可具有大於90%之數值。

再者，溫度調節體可配置為使得其溫度可在攝氏20°至攝氏負70°之範圍內調整。溫度調節體無接觸設置在反射鏡之切口中在此具有以下優勢：與以機械性接觸的冷卻對比，可能在溫度調節體與反射鏡之間設定很大的溫差，由於溫度梯度大而未在材料中生成不可容許的應力。

此外，溫度調節體朝向反射鏡材料及/或切口之內表面的外側可包含塗層。特別是，塗層可在6 µm至20 µm之波長範圍內具有較佳為50%、更佳為80%、且特佳為90%之吸收率。溫度調節體在攝氏22°下之光譜輻射率在9 µm之區域中具有其最大值，而在6 µm至20 µm之範圍外可忽略不計。

在本發明之另一具體實例中，該溫度調節體可配置為使得其定位及/或定向為可調整。通常，反射鏡自身之定位及/或定向也為可調整。結果所致的溫度調節體與反射鏡之間的距離變更，可藉由溫度調節體之定位及/或定向之可調整性抵消。或者，除了溫度調節體之溫度之外，距離變更也可用於控制熱能流動。

再者，溫度調節體與切口之內表面之間的距離係可藉由感測器進行檢測。基於所檢測距離，可判定與目標距離的偏離，並可再次將該溫度調節體帶到正確定位及/或定向上。

特別是，投影曝光設備之開迴路及/或閉迴路控制可配置為當溫度調節體與切口之內表面之間少於預定最小距離，使得溫度調節體係定位和定向以使得最小距離重新被維持。

再者，可存在用於檢測反射鏡之溫度的至少一個感測器。在這種情況下，針對表面之變形對成像性質之影響，表面處的溫度檢測為特別相關，前述變形由溫度差引起。然而，經常為了技術原因，借助於有限元素模型（finite element models）測量反射鏡中的溫度，並判定反射鏡表面處的溫度。相同模型也可用於控制反射鏡之溫度。

此外，可存在用於檢測溫度調節體之溫度的至少一個感測器。

特別是，可存在用於溫度調節的開迴路及/或閉迴路控制，並將其配置為使得溫度調節體之溫度係基於反射鏡及/或溫度調節體所檢測溫度進行控制。舉例來說，開迴路及/或閉迴路控制可在第一控制迴路中將溫度調節體之溫度控制為預定目標溫度，並在第二控制迴路中控制反射鏡之溫度。反射鏡溫度之偏離導致溫度調節體之目標溫度之調適，並因此導致目前實際溫度與新目標溫度之偏離。因此，溫度調節體之實際溫度之偏離可藉由實際溫度之實際溫度變更，或藉由上位（superordinate）控制所判定的目標溫度之調適造成。

在本發明之另一具體實例中，經投影曝光設備用於成像所採用的使用光之波長可在1 nm至120 nm之範圍內、特別是可為13.5 nm。

再者，用於操作該投影曝光設備之周圍條件可包含在光學元件之區域中真空。

圖1藉由實例顯示本發明可應用於其中的顯微蝕刻EUV投影曝光設備1之基本構造。投影曝光設備1之照明系統除了光源3以外，還具有用於物件平面6中物件場5之照明的照明光學單元4。形式為光源3所產生光學使用輻射的EUV輻射14係借助整合在光源3中的收集器進行對準，使得其在入射在場琢面鏡2上之前通過中間聚焦平面15之區域中的中間焦點。在場琢面鏡2之下游，EUV輻射14係受到光瞳琢面鏡16反射。借助於光瞳琢面鏡16以及具有反射鏡18、19、和20的光學組件17，場琢面鏡2之場琢面係成像到物件場5中。

照明設置在物件場5中並藉由圖解性繪示之倍縮光罩夾8扣持的倍縮光罩（reticle）7。僅圖解性繪示之投影光學單元9用於將物件場5成像到影像平面11中的影像場10中。倍縮光罩7上的結構係成像在晶圓12之光敏層上，該晶圓設置在影像平面11中影像場10之區域中並藉由同樣經部分表示之晶圓夾13扣持。光源3可發出特別是在1 nm至120 nm之間之波長範圍內的使用輻射。

本發明同樣係可用於DUV設備（未繪示）。原則上，DUV設備係如同上述EUV設備1般設置，其中反射鏡和透鏡元件可在DUV設備中用作光學元件，且DUV設備之光源發出在100 nm至300 nm之波長範圍內的使用輻射。

圖2顯示繪示反射鏡50（其可例如對應於圖1中所繪示反射鏡18或19）之圖解細節圖的本發明之第一具體實例。反射鏡50包含反射鏡體51和光學表面52，其係藉由EUV輻射14之部分吸收進行加熱。再者，反射鏡50包含切口53，其穿越整個反射鏡體51垂直於反射鏡50之光學軸54而延伸。依光學表面52之形狀以及用於切口53的生產方法而定，後者（切口53）也可平行於光學表面52而延伸。溫度調節裝置30之溫度調節體31係設置在切口53中，使得溫度調節體31與切口53之內表面沒有機械性接觸，並係與切口53之內表面等距離定位在後者（切口53）中。溫度調節體31包含腔體33，流體39流過此腔體。舉例來說，腔體33係經由入口34連接到用於將流體39（如氦）調整為例如預定溫度（如攝氏負70°）的系統（未繪示）。設置在反射鏡30之相對側上係腔體33之出口35，其將流體39傳回到該系統以供調整。入口34和出口35也可設置在反射鏡50之同一側上，且在這種情況下，流體39係可在溫度調節體31之相對端處轉向，使得腔體33包含傳出部和傳回部。溫度調節體31係安裝在溫度調節裝置30之插座32中，其藉由致動器36連接到圖1中所繪示的投影曝光設備1之框架38，並因此相對於反射鏡50機械性分離。結果，無振動可從溫度調節裝置30傳遞到反射鏡50。致動器36可移動溫度調節體31，使得即使在移動反射鏡50以便校正成像像差的情況下，溫度調節體31與切口53之間的距離仍維持恆定。為了檢測該距離之目的，感測器37係設置在溫度調節體31上。或者，感測器37也可設置在反射鏡50之切口53中。所檢測到信號係傳達到開迴路及/或閉迴路控制（未繪示），其基於感測器信號控制致動器36。開迴路及/或閉迴路控制也控制溫度調節體31中流體39之流速和溫度。為了清楚表示，未繪示用於檢測溫度調節體31和反射鏡50之溫度的感測器。

圖3顯示本發明之另一示例性具體實例，其繪示具有切口53的反射鏡50。該設置等同於圖2中所繪示之反射鏡50，不同之處在於流體45不會流過溫度調節裝置40之溫度調節體41。流體45（例如包含銣及/或氬）係設置在溫度調節體41之腔體43中並藉由雷射42照射，其因此冷卻。這種影響可歸因於藉由以雷射輻射47（光子）的適度照射降低該等原子46之速度，並已經實驗驗證。該影響係藉由腔體43之內側上的塗層44而增強，前述塗層在所使用的雷射之波長範圍內為反射性。在這種情況下，反射率具有大於90%之數值。在反射鏡50之切口53中並在可藉由框架38上的致動器36移動的插座32上之溫度調節體41的設置，以及切口53關於光學軸54及/或關於光學表面52之定向係等同於圖2中所說明者，且在此不再重複。

圖4顯示本發明之另一示例性具體實例，其繪示具有複數反射鏡琢面61（例如圖1中所說明的場琢面鏡2或光瞳琢面鏡16）的反射鏡60。反射鏡琢面61係一個接一個設置在棒體68上，亦即設置在圖4所繪示視圖中的圖式平面內。棒體68係彼此相鄰設置在底板67上，其係藉由冷卻裝置69冷卻。為了棒體68（其由背離反射鏡琢面61的該側連接到底板67）之額外溫度調節，溫度調節裝置63調節棒體68之溫度。前述溫度調節裝置包含溫度調節體64，其設置在個別棒體68之間的切口62中，使得棒體68無接觸之溫度調節係藉由輻射實現。為了溫度調節之目的，如圖2中所說明，流體66可流過形成在溫度調節體64中的腔體65，或者如圖3中所說明，內含在流體66中的銣（未繪示）或氬（未繪示）係藉由雷射照射以便實現雷射冷卻。在第一種情況下，腔體65係連接到入口和出口（皆未在所示視圖中繪示）。也可想像到溫度調節體之其他種類的溫度調節。

圖5顯示對於在攝氏22°之溫度下反射鏡50之切口53之內表面（圖2至圖4中所繪示）繪製光譜輻射率（W/m² nm sr）相對於波長之關係圖。發出最多熱能的最大值係可在9 µm之波長處看到。基此，反射鏡50之切口53之內表面及溫度調節體之外表面係配置為使得這兩者分別在此波長處皆吸收特別良好從而確保充分冷卻能力。

1:投影曝光設備 2:場琢面鏡 3:光源 4:照明光學單元 5:物件場 6:物件平面 7:倍縮光罩 8:倍縮光罩夾 9:投影光學單元 10:影像場 11:影像平面 12:晶圓 13:晶圓夾 14:EUV輻射 15:中間場聚焦平面 16:光瞳琢面鏡 17:組件 18,19,20,50,60:反射鏡 30,40,63:溫度調節裝置 31,41,64:溫度調節體 32:插座 33,43,65:腔體 34:入口 35:出口 36:致動器 37:感測器 38:框架 39:氫（H₂ ）、流體 42:雷射 44:塗層 45:銣、流體 46:原子 47:雷射輻射 51:反射鏡體 52:光學表面 53,62:切口 54:光學軸 61:反射鏡琢面 66:流體 67:底板 68:棒體 69:冷卻裝置

以下參照所附圖式更詳細解說本發明之示例性具體實例和變化例。在圖中：圖1顯示可實行本發明的投影曝光設備之基本示意圖，圖2顯示本發明之第一示例性具體實例，圖3顯示本發明之另一示例性具體實例，圖4顯示本發明之另一示例性具體實例，及圖5顯示光譜輻射率與波長之關係圖。

1:投影曝光設備

2:場琢面鏡

3:光源

4:照明光學單元

5:物件場

6:物件平面

7:倍縮光罩

8:倍縮光罩夾

9:投影光學單元

10:影像場

11:影像平面

12:晶圓

13:晶圓夾

14:EUV輻射

15:中間場聚焦平面

16:光瞳琢面鏡

17:組件

18,19,20:反射鏡

Claims

一種半導體微影的投影曝光設備（1），包含：一反射鏡（50、60），其中該反射鏡（50、60）包含至少一個切口（53、62），一用於基於輻射調節溫度的溫度調節裝置（30、40、63），包含一溫度調節體（31、41、64），其係無接觸設置在該反射鏡（50、60）之該切口（53、62）中並具有一腔體（33、43、65），其特徵在於該腔體（33、43、65）中存在用於對該溫度調節體（31、41、64）進行溫度調節的一流體（39、45、66）。
如請求項1之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於該反射鏡（60）之中放置一溫度調節體（64）的至少一個切口（62）係設置在兩個棒體（68）之間，該等棒體設置在該反射鏡（60）之一底板（67）上，其中至少一個反射鏡琢面（61）係設置在該等棒體（68）之背離該底板（67）的該側上。
如請求項1或2之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於該腔體（33、65）包含用於該流體（39）的一入口（34）和一出口（35）。
如請求項1或2之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於存在用於藉由雷射照射冷卻該溫度調節體（41）中該流體的工具。
如前述請求項中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於該溫度調節體（31、41、64）係配置為使得其溫度可在攝氏20°至攝氏負70°之範圍內調整。
如前述請求項中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於該溫度調節體（31、41、64）朝向反射鏡材料及/或該切口（53、62）之內表面的外側包含一塗層（44）。
如請求項6之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於該塗層（44）在6 µm至20 µm之波長範圍內具有較佳為50%、更佳為80%、且特佳為90%之吸收率。
如前述請求項中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於該溫度調節體（31、41、64）係配置為使得其定位及/或定向為可調整。
如前述請求項中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於該溫度調節體（31、41、64）與該切口（53、62）之該等內表面之間的距離係藉由一感測器（37）進行檢測。
如請求項9之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於該投影曝光設備（1）之一開迴路及/或閉迴路控制係配置為當該溫度調節體（31、41、64）與該切口（53、62）之該內表面之間少於一預定最小距離，使得該溫度調節體（31、41、64）係定位和定向以使得該最小距離重新被維持。
如前述請求項中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於存在用於檢測該反射鏡（50、60）之溫度的至少一個感測器。
如前述請求項中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於存在用於檢測該溫度調節體（31、41、64）之溫度的至少一個感測器。
如請求項11和12中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於存在一控制器，其係配置為使得該溫度調節體（31、41、64）之溫度係基於該反射鏡（50、60）及/或該溫度調節體（31、41、64）所檢測溫度進行控制。
如前述請求項中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於經該投影曝光設備（1）用於成像所採用的使用光（14）之波長係在1 nm至120 nm之範圍內、特別是在13.5 nm。
如前述請求項中任一項之半導體微影的投影曝光設備（1），其特徵在於用於操作該投影曝光設備（1）之周圍條件包含在光學元件（2、16、18、19、20）之區域中真空。