TW202201142A - 組件，特別是在微影投影曝光設備中 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於組件，特別是在微影投影曝光設備中。根據一個態樣，該組件包括一光學元件(120)以及一接頭配置，用於機械承載該光學元件(120)，其中該接頭配置包括固定在該光學元件(120)上的至少一個連接元件(110、210、310、410、510)，並且其中該連接元件(110、310、410)的質量(m pin )分佈在其長度(L)上，如此與質量和長度相同的連接元件相比，該連接元件的轉動慣量(I)增加，其中該質量均勻分佈在該長度上。

Description

組件，特別是在微影投影曝光設備中
本專利申請案優先於2020年4月27日提出的第DE 10 2020 205 306.5號德國專利申請案，此專利申請案以引用方式併入本文中。
本發明係關於組件，特別是在微影投影曝光設備中。
微影係用來生產微型結構組件，例如積體電路或液晶顯示器。該微影處理在已知為投影曝光設備的安裝內執行，該設備包含一照明裝置以及一投影透鏡。藉由照明設備所照明一光罩(mask)(=遮罩(reticle))的影像，在此案例中由投影透鏡投射至基板(例如矽晶圓)上，該基板塗上感光層(光阻)並配置在該投影透鏡的該成像平面內，以便將該光罩結構轉移至該基板的該感光塗層。
在為EUV(例如，用於例如大約13nm或大約7nm的波長)設計的投影曝光設備中，由於透光材料不可用，因此反射鏡當成用於成像處理的光學組件。
這些反射鏡可安裝在例如支撐框架上，並且設置成至少部分可操縱，以允許相應反射鏡在六個自由度(即相對於三個空間方向x、y和z以及關於 相應軸的旋轉Rx、Ry和Rz)內移動。這允許對例如在投影曝光設備操作期間發生的光學特性變化進行補償，例如因為熱影響的結果。在這種情況下，已知例如在EUV投影曝光設備的投影透鏡中使用三個致動器裝置，例如在多達六個自由度中操縱諸如反射鏡這類光學元件，這三個致動器裝置分別包括至少兩個Lorentz致動器或兩個可主動驅動的移動軸。
反射鏡或反射鏡模組形式(例如，分面反射鏡形式)的光學元件可用機械方式安裝在已知的六足裝置中，如圖7所示，該圖只為示意性，其中總共六個連接元件(以插銷的形式)710-760之每一者在其端部具有球窩接頭，以便在致動光學元件(例如，反射鏡M)時促進與不需要的寄生力和扭力分離。用於在光學元件或反射鏡M上施加可控力的致動器，可設置在基板701與相應連接元件710-760之間。
在微影應用中通常需要小型致動器行程(例如，在個位數毫米範圍內)的情況下，使用萬向接頭(Cardan joint)形式(具有兩個傾斜接頭，傾斜軸相對於彼此垂直配置)的撓性軸承已證明其實現上述球窩接頭(ball joint)的功能之價值。在這種情況下，萬向接頭可特別設計成在不沿致動器的相應力量傳遞方向延伸之自由度中，實現盡可能低的抗彎強度(flexural strength)。
圖8顯示用於闡明可能的運動學之示意圖，其中銷形連接元件810(「插銷」)安裝在首先呈反射鏡形式的光學元件805或位於其上的軸承襯套804與其次一可移動馬達組件803之間。上述撓性軸承由「806」表示。支撐框架由「801」表示，其中在該支撐框架801和該可移動馬達組件803之間提供柔性導軌802。
在實踐中出現的問題是，在具有上述基於圖8中結構的組件中，根據連接元件810的組態，由於頻率相關的剛度貢獻，會出現不需要的寄生剛度，即使在連接元件810被設計為盡可能「軟」(即具有盡可能低的抗彎強度)的那些自由度中。這種與頻率相關寄生剛度貢獻的結果是，連接元件810或位於此處軸承的一端部中之偏轉，導致在連接元件810的相應另一端部處產生不需要 的力量。因此，不再需要通過上述撓性軸承806實現的解耦，因此振動，特別是例如在支撐結構801的一側，可傳遞到光學元件805或反射鏡。
從圖9中的圖表也可清楚看出上述效果。其中，YMM表示在連接元件110的一個端部處發生的偏轉，並且FFF表示由於連接元件110的頻率相關寄生剛度而作用在連接元件110的相對端部處之(承載)力。根據圖9，在連接元件810的一端處(特別是在支撐結構801的一側)已升高頻率
Figure 110114907-A0202-12-0003-13
下已經相對較小的偏轉會導致在連接元件810之另一端處(特別是在光學元件805或反射鏡處)產生顯著力量。
關於先前技術，僅作為範例參考WO 2005/026801 A2、WO 2008/012336 A1以及WO 2012/084675 A1。
本發明的一個目的是提供一種組件，特別是在微影投影曝光設備中，該組件有助於在光學元件的致動和/或承載期間使寄生振動激發的導入最小化。
根據獨立申請項的特徵可達成此目的。
根據一個態樣，本發明係關於組件，特別是在微影投影曝光設備中，包括
- 一光學元件；以及
- 一接頭配置，用於機械承載該光學元件，其中該接頭配置包括固定在該光學元件上的至少一個連接元件；
- 其中該連接元件的質量m pin 分佈在其長度L上，如此與質量和長度相同其中質量均勻分佈在該長度上的連接元件相比，該連接元件的轉動慣量I增加。
此處和下文中，該連接元件的轉動慣量應理解為，在該連接元件由於偏轉而旋轉的情況下，出現在該連接元件的質心處之轉動慣量。
特別是，對於包括具有用於機械承載一光學元件的目的之至少一個連接元件的一接頭配置之一組件，本發明基於以有針對性方式配置相關連接元件的概念，使得上述頻率相關效應或由此效應引起的寄生剛度盡可能減少或最小化。
在此，本發明的出發點是，特別是，所述的頻率相關剛度貢獻-如下面基於相關數學關係更詳細解釋-由具有不同符號的兩個項所組成，其中一項與該連接元件的轉動慣量成正比，另一項與該連接元件的質量成正比。從此發現開始，本發明的另一個出發點是，由於對以下兩個參數進行相應合適的選擇或調整之結果，首先是該連接元件的「轉動慣量」，其次是該連接元件的「質量」，可使與該寄生剛度相關的項盡可能小(理想情況下幾乎為零)。
特別是，如下文另將進一步討論，為了最小化所述於頻率相關寄生剛度貢獻，期望該轉動慣量I的值與該項(L-L s )L s m pin 的值有所偏差，其值如下盡可能小(理想情況下為零)。該連接元件的質量m pin 在其長度L上的上述(非均勻)分佈特別有利，就上述條件而言(即轉動慣量I之值與該項(L-L s )L s m pin 之值的偏差值不大)，可在結構上相對簡單的方式來實現。特別是，在某些具體實施例中，修改該慣性I，而質心L s 以及質量m pin 可保持不變。更特別地，在某些具體實施例中，可實現該連接元件在其長度上質量分佈之對稱修改。
特別地，在所有反射鏡或反射鏡模組(例如分面反射鏡(facet mirror))的機械軸承之情況下，本發明可有利地實現，在該範圍內應確保在相關光學系統操作期間避免發生振動。
根據一個具體實施例，該連接元件具有面向該光學元件的第一區段、遠離該光學元件的第二區段和位於該第一區段與該第二區段之間的第三區段，其中該連接元件在該第三區段中逐漸變細，相較於該第一和/或第二區段。
根據一個具體實施例，該連接元件通過在其遠離該光學元件的端部處之軸承安裝，其中該連接元件在遠離該光學元件的方向上延伸超過此軸承。
根據一個具體實施例，該連接元件具有大致銷形的幾何形狀(geometry)。
根據一個具體實施例，該連接元件至少局部具有中空的具體實施例。以此方式，與不具有中空構造的連接元件相比，該連接元件的質量m pin 可減少，同時保持相同的抗彎和軸向剛度(並因此保持連接元件的功能性)。
根據一個具體實施例，該光學元件為反射鏡或反射鏡模組。尤其是，此反射鏡模組也可設置成具有多個反射鏡分面的分面反射鏡。
根據一個具體實施例，該光學元件設計成用於小於30nm，特別是小於15nm的操作波長。
根據一個具體實施例，該連接元件在其質量(m pin )、轉動慣量(I)、長度(L)和質心(L s )方面經過設計，使得該連接元件的轉動慣量(I)具有範圍在該項(L-L s )L s m pin 之值的50%到150%間之值。
本發明係關於組件，特別是在微影投影曝光設備中，包括：
- 一光學元件；以及
- 一接頭配置，用於機械承載該光學元件，其中該接頭配置包括固定在該光學元件上的至少一個連接元件；
- 其中此連接元件在其質量(m pin )、轉動慣量(I)、長度(L)和質心(L s )方面經過設計，使得該連接元件的轉動慣量(I)具有範圍在該項(L-L s )L s m pin 之值的50%與150%間之值。
根據一個具體實施例，該連接元件的轉動慣量I具有範圍在該項(L-L s )L s m pin 之值的70%與130%之間，特別是在90%與110%間之值。
根據一個具體實施例，該連接元件的質量m pin 在其長度L上不規則分佈。
根據一個具體實施例，該連接元件的質量m pin 分佈在其長度L上，如此與質量和長度相同的連接元件相比，該連接元件的轉動慣量I增加，其中質量均勻分佈在該長度上。
本發明另關於一種微影投影曝光設備的光學系統，其具有至少一個具備上述特徵的組件。
從說明與所屬申請專利範圍可收集到本發明的進一步組態。
以下將根據附圖所例示的示範具體實施例來更詳盡解釋本發明。
105、505:軸承
110、210、310、410、510、710-760:連接元件
120、805:光學元件
205、305、405:支撐結構
311、312、411:外部區域
610:投影曝光設備
611:電漿光源
612:集光鏡
613:場分面反射鏡
614:光瞳分面反射鏡
615:第一望遠反射鏡
616:第二望遠反射鏡
617:偏轉反射鏡
630:光罩台
631-636:反射鏡
640:晶圓台
641:基板
701:基板
801、105:支撐框架
802:柔性導軌
803:可移動馬達組件
804:軸承襯套
806:撓性軸承
810:銷型連接元件
圖式中：
圖1顯示用於闡明本發明概念的示意圖；
圖2-5顯示用於闡明在根據本發明的組件中所使用連接元件之可能具體實施例示意圖；
圖6顯示用於闡明設計用於EUV中操作的微影投影曝光設備之可能設置示意圖；
圖7顯示用於闡明本發明可能應用的已知六足結構之示意圖；以及
圖8-9顯示用於闡明已知組件中所發生問題的示意圖。
圖6首先顯示設計用來在該EUV內操作並且其中可用示範方式實現本發明的一投影曝光設備610之示意圖。
根據圖6，投影曝光設備610的照明裝置包含一場分面反射鏡613以及一光瞳分面反射鏡614。將來自包含一電漿光源611和一集光鏡612的一光源單元之光線引導到場分面反射鏡613上。一第一望遠反射鏡(telescope mirror)615與一第二望遠反射鏡616都排列在光瞳分面反射鏡614的光路徑下游內。以掠入射操作的偏轉反射鏡617佈置在光路的下游，並將入射到其上的輻射引導到具有反射鏡631-636的投影透鏡之物平面中的物場上，這僅在圖6中表示。在該物場的該位置上，一反射結構承載光罩631排列在一光罩台630上，該光罩借助於該 投影透鏡成像至一像平面，其中塗上一感光層(光阻)的基板641位於一晶圓台640上。
根據本發明的組件用於光學元件的機械承載和/或致動，僅當成範例，該光學元件可為微影投影曝光設備(例如，圖6中的投影曝光設備610)的反射鏡或反射鏡模組。
圖1顯示用於闡明本發明概念的示意以及更簡化的圖式。
根據圖1，「110」表示插銷形式的連接元件，例如能夠用於圖7所示的六足配置(hexapod arrangement)中。在進一步具體實施例中，該配置還可為軸承(也稱為「3-2-1軸承」)，其中三個連接元件平行於第一空間方向(例如x方向)延伸，使得在三個自由度(例如x、Ry、Rz)中固定，另外兩個連接元件平行於與其垂直的空間方向(例如y方向)延伸，使得在另兩個自由度(例如y和Rx)中固定，並且其他連接元件在剩餘又垂直的空間方向(z方向)上於一個自由度(z)中固定。在這方面，關於先前技術，請參閱出版物Paul R.Yoda：「Opto-Mechanical Systems Design」，第三版，ISBN 081946091-5。
「105」純粹示意性表示支撐結構的一區段(例如，照明裝置的支撐框架)，而「120」表示光學元件或反射鏡模組。
基於機械模型和現有的力平衡，使用如圖1中結構的模型化描述，可在連接元件110的一端部處產生的偏轉yMM與由於連接元件110的頻率相關寄生剛度而作用在連接元件110的相對端部之(承載)力FFF之間導出以下關係(1)：
Figure 110114907-A0202-12-0007-1
 等式(1)已線性化。在這種情況下，I表示連接元件110的轉動慣量，m pin 表示連接元件110的質量，L表示連接元件110的長度，L s 表示連接元件110遠離光學元件120的端部與連接元件110的質心間之路徑，並且β表示連接元件110或插銷在 基本狀態(即沒有運動)下的偏轉。根據偏轉yMM和力FFF的自由度組合(例如，力在z方向上的情況下，x方向上的偏轉，或力在z方向上的情況下，y方向上的偏轉)，偏轉yMM和力FFF之間的關係可能與上述特定關係略有不同。在圖1中，mvcm-表示馬達的移動零件。φ表示關於光學元件120的「歸零位置」之偏轉(即φ在yMM=0時為零)。因此，β+φ將是連接元件110在任何任意位置中一般運動或偏轉yMM所導致的偏轉。
即使若圖1中的偏轉yMM被考慮在連接元件110面向光學元件120的端部處，並且力FFF被考慮在連接元件110的相對端部處(即在面對支撐框架105的端部處)，關係(1)也存在於「反方向」的事實，即對於存在於支撐框架105的側面上之偏轉與由於連接元件110的頻率相關寄生剛度在光學元件120處產生的力間之關係。
現在為了使在支撐框架105的零件上發生偏轉(例如由於振動)之情況下，將光學元件120側面上來自連接元件110的頻率相關寄生剛度貢獻所產生之力最小化，根據下項，等式(1)是可取的：
Figure 110114907-A0202-12-0008-2
 因此另針對該轉動慣量I的值與該項(L-L s )L s m pin 的值之偏差，具有盡可能小之值(理想情況下為零)。
從這個想法出發，本發明現在包含考慮到出現在該項中的參數，通過連接元件110的合適設計，來實現上述項中最小化的原理。根據本發明，連接元件110的轉動慣量I具有範圍在該項(L-L s )L s m pin 之值的50%與150%之間，較佳在70%與130%之間，進一步較佳在90%與110%間之值。
在該處理中，根據本發明，特別可利用這樣的情況，即在上述數學表達式中，對於頻率相關剛度貢獻是決定性的，與連接元件的轉動慣量成比例的項或被加數具有與連接元件的質量m pin 成正比的項或被加數相反之符號。 由於該量L-L s 總是具有正值，因此對於連接元件110的已知質量m pin 之轉動慣量I適當調整，特別能夠實現被加數I和(L-L s )L s m pin (至少近似地)在絕對量值方面大小相同，並且因此與頻率相關剛度貢獻相關的項變成(至少近似)為零。
根據本發明，連接元件110的參數(特別是轉動慣量I)之上述適當調整可通過各種措施來實現，如下面將參考圖2至圖5的純粹示意性和大幅簡化的圖式所說明。在這種情況下，需要注意的是，相關措施也可根據具體的應用情況進行組合實現。F表示承載力(或約束力)，而x表示在連接元件的相對端部處發生的偏轉。
根據圖2，根據本發明的連接元件210(其在示意圖中其一個端部處安裝在支撐結構205上)可具有中空具體實施例，特別是至少在局部中。與不具有中空構造的連接元件210相比，這尤其減少了連接元件210的質量m pin ，而其中抗彎和軸向剛度則保持不變(並且因此保持連接元件210的功能)。通過在連接元件210的生產期間使用合適的材料，例如通過使用陶瓷材料代替金屬材料，還可另外降低質量m pin (不違反現有的剛度要求)。
根據圖3和圖4，在另外的具體實施例中，連接元件310和410也可分別具有在相應長度L上不規則分佈的質量m pin 。特別是，連接元件310或410在位於其外端部之間的區域中可具有較小質量，這又可通過減小該區域中的直徑和/或將額外質量附加到相應外部區域或端部(如圖3和圖4中分別用參考符號「311」和「312」以及「411」表示)來獲得。「305」或「405」分別表示圖3和圖4中的支撐結構。
此外，根據圖5，連接元件510還可設置成讓其在遠離該光學元件的端部延伸超過軸承505，相應突出部分的長度由圖5中的「d」表示。由於所述突出部分對等式(1)中的相關轉動慣量I有貢獻，但對相關質量m pin 沒有貢獻，因此與具有相同質量m pin 但不具有突出部分的連接元件之構造相比，這允許增加要獲得的轉動慣量I。
即使已經根據特定具體實施例來說明本發明，精通技術人士將可了解許多變化與替代具體實施例，例如利用個別具體實施例特色的組合及/或交換。因此，精通技術人士將了解，本發明涵蓋這種變化與替代具體實施例，並且本發明的範圍只受限於申請專利範圍及其附屬項。
105:軸承
110:連接元件
120:光學元件

Claims (16)

  1. 一種組件，特別是在一微影投影曝光設備中，包括：
    一光學元件(120)；以及
    一接頭配置，用於機械地承載該光學元件(120)，其中該接頭配置包括固定在該光學元件(120)上的至少一個連接元件(110、310、410)；
    其中該連接元件(110、310、410)的質量(m pin )分佈在其長度(L)上，使得與質量和長度相同其中該質量均勻分佈在該長度上的連接元件相比，該連接元件的轉動慣量(I)增加。
  2. 如請求項1之組件，特徵在於該連接元件(110、310、410)具有面向該光學元件(120)的一第一區段、遠離該光學元件(120)的一第二區段和位於該第一區段與該第二區段之間的一第三區段，其中相較於該第一區段和/或該第二區段，該連接元件(110、310、410)在該第三區段中逐漸變細。
  3. 如請求項1或2之組件，特徵在於該連接元件(110、510)通過在其遠離該光學元件(120)的端部處之一軸承(105、505)安裝，其中該連接元件(110、510)在遠離該光學元件(120)的方向上延伸超過此軸承。
  4. 如請求項1至3任一項之組件，特徵在於該連接元件(110、210、310、410、510)具有實質上插銷形狀的幾何形狀。
  5. 如前述請求項任一項之組件，特徵在於該連接元件(110、210)具有一中空具體實施例，至少在多個局部當中。
  6. 如前述請求項任一項之組件，特徵在於該光學元件(120)為一反射鏡或一反射鏡模組。
  7. 如前述請求項任一項之組件，特徵在於該光學元件(120)設計成用於小於30nm，特別是小於15nm的操作波長。
  8. 如前述請求項任一項之組件，特徵在於該連接元件(110、210、310、410、510)在其質量(m pin )、轉動慣量(I)、長度(L)和質心(L s )方面經過設 計，使得該連接元件(110、210、310、410、510)的轉動慣量(I)之值範圍在項(L-L s )L s m pin 之值的50%與150%之間。
  9. 一種組件，特別是在一微影投影曝光設備中，包括：
    一光學元件(120)；以及
    一接頭配置，用於機械地承載該光學元件(120)，其中該接頭配置包括固定在該光學元件(120)上的至少一個連接元件(110、210、310、410、510)；
    其中此連接元件(110、210、310、410、510)在其質量(m pin )、轉動慣量(I)、長度(L)和質心(L s )方面經過設計，使得該連接元件(110、210、310、410、510)的轉動慣量(I)之值範圍在項(L-L s )L s m pin 之值的50%與150%之間。
  10. 如請求項8或9之組件，特徵在於該連接元件(110、210、310、410、510)的轉動慣量(I)之值範圍在該項(L-L s )L s m pin 之值的70%與130%之間，特別是在90%與110%之間。
  11. 如請求項9或10之組件，特徵在於該連接元件(210)具有一中空具體實施例，至少在多個局部當中。
  12. 如請求項9至11任一項之組件，特徵在於該連接元件(110、310、410)的質量(m pin )不規則地分佈在其長度(L)上。
  13. 如請求項12之組件，特徵在於該連接元件(110、310、410)的質量(m pin )分佈在其長度(L)上，使得與質量和長度相同其中該質量均勻分佈在該長度上的連接元件相比，該連接元件(110、310、410)的轉動慣量(I)增加。
  14. 如請求項9至13任一項之組件，特徵在於該光學元件(120)為一反射鏡或一反射鏡模組。
  15. 如請求項9至14任一項之組件，特徵在於該光學元件(120)設計成用於小於30nm，特別是小於15nm的操作波長。
  16. 一種微影投影曝光設備的光學系統，特徵在於其具有至少一如前述請求項任一項之組件。
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