TW401516B - Optical device and a microlithography projection exposure system with passive thermal compensation - Google Patents

Optical device and a microlithography projection exposure system with passive thermal compensation Download PDF

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TW401516B
TW401516B TW088100316A TW88100316A TW401516B TW 401516 B TW401516 B TW 401516B TW 088100316 A TW088100316 A TW 088100316A TW 88100316 A TW88100316 A TW 88100316A TW 401516 B TW401516 B TW 401516B
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optical
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Christian Dr Wagner
Michael Trunz
Ralf Hilgers
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Zeiss Stiftung
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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _ B7 五、發明説明（） 本發明係有關一種光學配置，包括一光源及一光學元 件，尤其是一微石版印刷投影曝光設備，其因光源之發射 而出現非旋轉對稱之熱影響作用。 此種作用對像場爲縫隙狀之晶圓掃瞄特別重要，該種 像場爲一狹長縫隙矩形，其寬長比由典型之1:5至1:9， 爲反射鏡系統時，則亦可是圓弧形。 專利EP-A 0 678 768曾提出此種成像失誤之主動補 償，其利用受控之非旋轉對稱加熱或冷卻，甚至機械切削。 專利EP-B1 0 532 236早就已提出此種方法，其最好 用於反射鏡加熱。 本發明之目的在於，以儘量簡單的方法大量減少因光 吸收及其所造成之增溫產生的光學元件特性變化，或使其 對稱，尤其是針對投影曝光設備。 本目的因申請專利範圍第1，2或19項之光學配置及 申請專利範圍第3, 4,或20項之投影曝光設備而達成。 本發明放棄主動控制光學元件，不採主動元件，尤其 _2__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 401516 經濟部中央橾率局貝工消费合作社印装 A7 B7 '_#%減4、整個能量輸入。 此外，採不對稱冷卻之本發明並捨棄迄今習用之高度 對稱鏡框技術，尤其是用於投影曝光設備。 申請專利範圍第2及4項冷卻利用元件而非鏡框’故 鏡框仍能保持對稱。 申請專利範圍附屬項第5至18項爲本發明之有利進 一步設計。 以下將依據附圖進一步說明本發明。 圖1係縫隙照亮透鏡與不同材質鏡框連接片之示意 〇 圖2係偶極照亮透鏡與不同截面鏡框連接片之示意 圖。 圖3a係設在對稱鏡框中之縫隙照亮透鏡與非旋轉對 稱之冷卻體。 圖3b係圖3a線A-A之截面圖。 圖3c係圖3b線B-B之截面圖。 圖4係另一冷卻連接片與導熱纜線之截面圖。 圖5係相同冷卻體對稱配置之FEM模型圖。 圖5b係圖5之截面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------装—— i. , (請先閲讀背面之注意事項再^/寫本貰) 訂 摩· A7 B7 五、發:月説^ 5^1、相同之FEM模其冷卻體位置、 大小及材料可變化。 圖7係另—冷卻體截面圖，其冷卻作用隨溫度感應而 變化。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8係〜反射鏡與可達不同冷卻作用之不同材質支柱 截面圖 ® 9係〜投影曝光設備之示意圖^ 圖1之配置顯示一透鏡鏡框2，一透鏡丨利用多個橋 片21·28 (顯示出八個）無應力且精確地固定在該鋳框2 中。橋片21-28 (輻條，連接片）與透鏡丨邊緣黏合，或 以其他接合法連接。 透鏡1狹長縫隙區域10被照亮。在UV及DUV範圍 工作之投影曝光設備的問題是，透鏡材料具高吸收度，故 * · » 區域10大量輸入熱。其所造成的溫度升高使折射率改變， 且由於熱延展而產生變形。因此產生了出現像散作用的透 鏡變化。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 利用周遭氣體（投影曝光設備通常使用氦）及熱輻射 只能達到極小部份冷卻。首先將熱經透鏡1、接合處（黏 合處）、接合處周遭氣體及橋片21-28而送至鏡框2。 本發明使橋片由不同材料構成，故具不同之導 4 本紙張纽適用中國國家樣準（CNS )八4麟（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 A7 ___B7 五、明柯如辱接近狹長縫隙區域10之橋片21，25由具極 佳導熱性的銀構成，中間的橋片22, 24, 26, 2S則由具中 等導熱性的鋁構成。於是透鏡1的溫度分佈在橋片21, 23 間被相對降低，橋片23, 27之間則被相對升高’因此’ 至少部份，均勻化及對稱化溫度分佈，並減少透鏡1光學 特性干擾。 實際上，尙需考量橋片2N28所使用材料之其他特 性，例如強度、彈性、熱延展。利用有限元件法(Finite Element Method，FEM)進行的機械、熱及光學特性模擬計 算使得此處可做最佳之選擇及配置。 圖2顯示另一方法，其亦可與上述實施例組合。此處 透鏡1與鏡框2以橋片211至214 (爲明白之故只顯示4 個，實際上則多於此數）連接，其具不同的截面，放亦具 . · 不同的導熱。橋片211至214皆具相同的彈性接頭221至 224，故無不同之機械特性。利用充塡氣體（氦）或一並 聯撓性金屬纜線（股線）（比較圖6b)，即可經旁邊的 狹窄縫隙（接頭只需極小活動性）而達到足夠的導熱。 此處之精確組合亦仰賴模擬計算之支援。與使用不同 材料，如圖1所示，組合可進一步提高調整性。 圖2尙顯示一透鏡「偶極」照明，包括不在中心之兩 5 _ 本紙張尺度適用中國國家標f(CNS ) A4規格（210X297公ϋ " 'Μ------、訂---—^---^ J (請先聞讀背面之注f項再填寫本頁) 401516 經濟部中央橾隼局貝工消費合作社印装 A7 B7 五、lOj，正如採對稱傾斜照明之投影曝光系統光圈 平面或相當之平面範圍所應用者。如此亦會因光吸收而產 生像散失誤，其可藉被動冷卻補償而減少。 圖3a-c顯示本發明之一變化設計，其加設一導熱元 件3，其只針對冷卻補償,。. 透鏡1與鏡框2以相同的橋片或可選擇性冷卻的橋片 21-28連接，如圖1或圖2所示。其他任何鏡框技術皆可 應用。 導熱元件3與鏡框良好導熱固定連接，並蓋住部份透 鏡1，該部份不被光穿過，即在狹長縫隙照亮區域10之 外。 覆蓋最好無接觸，如有一約爲0.1 mm之距離，使得 充塡氣體可確保良好的熱傳輸，但同時又不會帶給透鏡1 任何應力。若透鏡1與導熱元件3間之縫隙充塡黏合劑、 凝膠、液態晶體等低應力傳輸材料時’則自然可得到較佳 之導熱。 導熱與其局部分散可藉導熱元件3調整’如圖3b區 域10縱向截面A-A所示，導熱元件3延伸至接近照亮區 域10，圖3c則顯示截面B-B，導熱元件與區域間之距離 6 ^紙張尺度通用中國國家搮準< CNS > A4規格（210X297公釐） ---------表---------ir—Ί-I——-% (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 401516 經濟部中夬橾牟局員工消费合作社印裝 A7 B7 五、明（） 圖3a顯示之導熱元件3具有多根輻條，利用其寬度、 形狀及分佈可調整導熱。導熱元件設計成圓片或孔板時， 其厚度亦可局部不同。亦可使各輻條比照圖1之橋片21_ 28由不同之導熱材料製成。當然亦可使導熱元件3設在 透鏡1的兩側。 圖4延用圖3之方法’顯示冷卻元件3如何利用材料 或形狀與透鏡1接觸，而不干擾鏡框2及連接件21之機 械特性。冷卻元件3配置一撓性導熱纜線30，例如一銅 股線，其與一散熱體20連接。 圖5a顯示透鏡1四分之一有限元件模型俯視圖（中 心厚度14.4 mm，上彎曲半徑1600 mm，下彎曲半徑220 mm ’雙凹，直徑160 mm)。八片鋁製連接片(51，52, 53) 以圖5b截面圖所示方式，平均分佈在透鏡1周圍。該連 接片寬度爲30 mm，厚度超出透鏡2 mm，徑向覆蓋透鏡 ό mm，除此部份外，其徑向長度尙有8 mm，厚度 4 mm ° 其外緣維持基礎溫度，例如利用撓性導熱股線50。 在所示透鏡1表面，近似矩形之區域4中，光吸收產 生之熱輸入設爲1 W/cm2。於是中心點溫度上升達7.6毫 度。標出等溫線0.1至0.9，其顯示溫度上升相應部份之 7 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝------'«T-------- (請先聞讀背面之注f項再填寫本頁) 4015J6 A7 B7 五、A更高時’則溫度上升大範圍爲線性° 非常明顯的是，此種屬現行技術採對稱冷卻之設計， 整個透鏡上溫度之分佈極不對稱。 圖6所示本發明設計省略了 Y軸上的冷卻連接片。X 軸上的冷卻連接片510寬度加倍，並由導熱性較佳的銀製 戒。連接片52則保持不變，如區域4之熱輸入。 如此中心點之溫度上升成爲9.2毫度。等溫線至最大 溫度上升之0.7倍及透鏡直徑的一半皆良好對稱。 透鏡1與鏡框可使用冷卻連接片510, 52連接，或任 意之鏡框技術，其最好具較低之導熱性。 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 -- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖7顯示近似圖3a-c之一變化設計，其導熱元件之 輻條31，32由雙金屬製成，即兩層具不同熱延展性之材 料。圖左低溫^下，雙金屬條31彎離透鏡1，其只可吸 收少量的熱。圖右較高溫12下，雙金屬條32伸直，與透 鏡1距離極小，故其可吸收大量的熱。 除上述實施例所述透鏡之外，本發明當然亦可應用於 稜鏡，光柵或反射鏡，即所有熱負荷不均勻之光學元件。 8 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS > A4規格（210X297公釐） 401516 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印装 A7 ____B7_ 五、發明鼠明琿示尹特別針對反射鏡6之設計。反射鏡6利用 分佈在其背面的支柱71至77 (單獨之橋片或支撐環） 被支撐在一支座7上。 藉支柱在反射鏡6背面的分佈，其形狀及其材料之比 導熱性（例如中間支柱74‘由銀製成，旁邊支柱72, 76由 鉛製成，其他支柱73, 75由鋁製成，外側支柱71，77由 Zerodur製成），可依需要而調整冷卻效果，以配合照亮 面10。 支柱71-77材料之不同熱延展性同樣可被利用於補償 反射鏡6因增溫而產生的變形，或故意造成變形。後者可 補償其他在系統中與反射鏡6互相作用之光學元件的干 擾。 圖9顯示微石版印刷投影曝光設備整個光學系統之示 意圖。一DUV準分子雷射爲光源·61。光學元件62設有 Zoom Axicon物鏡63，一可選擇之孔板64 (可更換，習 用孔，環狀孔，偶極孔，四極孔）及—均勻化石英棒65 ’ 該光學元件62均勻照亮REMA孔板66，該孔板由於後接 之REMA物鏡67成爲邊緣淸晰之均勻光點’尤其是狹窄 掃瞄縫，成像於一遮蔽罩68上。 後接之縮小投影物鏡69將遮蔽罩68成像於晶圓70 9______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇X 297公羡） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝- 訂 401536 Α7 Β7 五、至明Μ人物k 67之透鏡671及672與投影物鏡69之透 鏡692最好採應用本發明冷卻法之光學元件。冷卻減少掃 描器同步掃瞄遮蔽罩68及晶圓70時，由於狹窄縫隙狀照 亮像場而出現之成像失誤。 透鏡691設在投影物鐃69孔板690旁。其因特殊之 照明方式，例如偶極孔（比較圖2)，而有特別之負荷。 藉本發明之不對稱冷卻法亦可減少此種干擾。 圖示之說明只顯示定義於申請專利範圍之本發明的實 ϋ例。本發明之特徵可有多種組合，冷卻亦可進行調整， 以配合變 ........- -----------^— 〆 (請先W讀背面之注意事項再^寫本頁} -訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印袈 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0Χ297公釐） 401516 A7 B7 五、發明説明（ 圖號說明 (請先閲讀背面之注意事項t繼寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 1透鏡 21-28 ; 211-214 橋片 3導熱元件 6反射鏡 10照亮區域 20散熱體 31，32雙金屬條 51-53連接片 61光源 63 Zoom Axicon 物鏡 65石英棒 67 REMA物鏡 68遮蔽罩 690孔板 70晶圓 2 鏡框 221-224彈性接頭 4矩形區域 7 支座 101，102 光點 3〇撓性導熱纜線 50撓性導熱股線 510連接片 62光學元件 64孔板 66 REMA孔板 671, 672 透鏡 69縮小投影物鏡 691, 692 透鏡 71-77支柱 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

  1. 401516 修正 A8 B8 3. 經濟部t央揉準局負工消費合作社印装 、申請專利範圍 .......... 1.—種光學配置，包括一光源(61)及一光學元件(671，672, 691; 1)，其固定在一鏡框(2)中，光源(61)發射出光， 光射至光學元件(671，672, 691; 1)，而出現一熱輸入， 該熱輸入與光學元件(671，672, 691; 1)之形狀不對稱， 其特徵在於，在光學元件（1)與鏡框(2)間設一連接結構 (21-28)，該連接結構與光學元件（1)之形狀不對稱，且 對光學元件（1)至少部份有均勻化溫度分佈之作用。 2. —種光學配置，包括一光源(61)及一光學元件（1)，其 固定在一鏡框(2)中，光源（61)發射出光，光射至光學 元件（1)，而出現一熱輸入，該熱輸入與光學元件（1)之 形狀不對稱，其特徵在於，設單或多件式導熱元件 (21-；28, 211-214, 3)與光學元件（1)及鏡框(2)有效連接， 該導熱元件具熱輸送形狀，其形狀至少部份補償光學 元件（1)溫度分佈之不對稱。 屬微石版印刷投影曝光設備，包括一光學元件（1) ’ 其被光束非旋轉對稱加熱，並包括一非旋轉對稱之光 學元件⑴冷卻體(21-28, 211-214, 3)，其特徵在於，冷 卻採用被動導熱裝置（21-28,211-214, 3)。 4. 一種微石版印刷投影曝光設備，包括一光學元件（1) ’ 其被光束非旋轉對稱加熱，其特徵在於，至少設一元 件（3)與光學元件（1)熱接觸，其蓋住光學元件（1)不被 12 - . ---------.'·-------..1Τ------it------1 — ,---------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標隼（CNS > A4规格（2丨0X297公釐） 401516 修正 A8 B8 3. 經濟部t央揉準局負工消費合作社印装 、申請專利範圍 .......... 1.—種光學配置，包括一光源(61)及一光學元件(671，672, 691; 1)，其固定在一鏡框(2)中，光源(61)發射出光， 光射至光學元件(671，672, 691; 1)，而出現一熱輸入， 該熱輸入與光學元件(671，672, 691; 1)之形狀不對稱， 其特徵在於，在光學元件（1)與鏡框(2)間設一連接結構 (21-28)，該連接結構與光學元件（1)之形狀不對稱，且 對光學元件（1)至少部份有均勻化溫度分佈之作用。 2. —種光學配置，包括一光源(61)及一光學元件（1)，其 固定在一鏡框(2)中，光源（61)發射出光，光射至光學 元件（1)，而出現一熱輸入，該熱輸入與光學元件（1)之 形狀不對稱，其特徵在於，設單或多件式導熱元件 (21-；28, 211-214, 3)與光學元件（1)及鏡框(2)有效連接， 該導熱元件具熱輸送形狀，其形狀至少部份補償光學 元件（1)溫度分佈之不對稱。 屬微石版印刷投影曝光設備，包括一光學元件（1) ’ 其被光束非旋轉對稱加熱，並包括一非旋轉對稱之光 學元件⑴冷卻體(21-28, 211-214, 3)，其特徵在於，冷 卻採用被動導熱裝置（21-28,211-214, 3)。 4. 一種微石版印刷投影曝光設備，包括一光學元件（1) ’ 其被光束非旋轉對稱加熱，其特徵在於，至少設一元 件（3)與光學元件（1)熱接觸，其蓋住光學元件（1)不被 12 - . ---------.'·-------..1Τ------it------1 — ,---------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標隼（CNS > A4规格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4ϋ15ΐ6 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 照亮之區域，且降低光學元件（1)之溫度梯度。 5. 根據申請專利範圍第1至2項之任一項之光學配置， 其中光學元件（1)是一透射元件，尤其是一透鏡（1)。 6. 根據申請專利範圍第1至2項之任一項之光學配置， 其中光學元件是一反射鏡（6)。 7. 根據申請專利範圍第3至4項之任一項之投影曝光設 備，其中光學元件（1)是一透射元件，尤其是一透鏡（1)。 8. 根據申請專利範圍第3至4項之任一項之投影曝光設 備，其中光學元件是一反射鏡(6P 9. 根據申請專利範圍第3之投影曝光設備，其中像場（10) 爲狹長縫隙狀。 10. 根據申請專利範圍第3之投影曝光設備，其中光學元 件（671，672, 692)接近像面。 11. 根據申請專利範圍第3之投影曝光設備，其中調制盤 之照明爲非旋轉對稱，尤其是傾斜、偶極或四極照明。 12. 根據申請專利範圍第11項之投影曝光設備，其中光學 元件（691)接近一光瞳面（690)。 13 本^張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 訂 線 ABCD 401516 六、申請專利範圍 13. 根據申請專利範圍第1項之光學配置，其中連接結構 (21-28, 211-214)由不同材料製成的部件構成。 14. 根據申請專利範圍第2項之光學配置，其中導熱元件 由不同材料製成的部件構成。 I5·根據申請專利範圍第3項之投影曝光設備，其中導熱 裝置由不同材料製成的部件構成。 16. 根據申請專利範圍第4項中之投影曝光設備，其中熱 接觸元件(3, 31，32)由不同材料製成。 17. 根據申請專利範圍第1項之光學配置，其中連接結構 (211-214)具可調整部件（221-224)。 18. 根據申請專利範圍第2項之光學配置，其中導熱元件 (31，32)可調整。 19. 根據申請專利範圍第3項之投影曝光設備，其中導熱 裝置具可調整部件。 20·根據申請專利範圍第4項之投影曝光設備，其中熱接 觸元件(31，32)至少部份可調整。 21.—種光學配置，包括一光源(61)及至少一光學元件（1)， 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 401516 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 其特徵在於，光源（61)之光束所造成非旋轉對稱熱效 應設有被動補償。 22. —種微石版印刷投影曝光設備，包括一光學元件（1)， 其被光束加熱，並包括一非旋轉對稱之光學元件（1)冷 卻體（21-28, 211-214, 3)，其特徵在於，冷卻採用被動 導熱裝置（21-28, 211-214, 3)。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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