TWI457720B - 投射曝光裝置 - Google Patents

Description

投射曝光裝置

本發明有關一種用於半導體微影的投射曝光裝置，尤其有關一種包含可加熱光學元件的EUV投射曝光裝置。

隨著半導體技術持續進一步微型化組件的趨勢，投射曝光裝置中使用的光波長也必須變得越來越短，以便能夠對應地增加所使用之投射物鏡(projection objective)的解析度性能(resolution capability)。所使用光學輻射的波長近來已縮短到EUV(=Extreme UltraViolet，極紫外線)範圍。在此波長範圍中，實際上已沒有任何可用的光學組件可利用繞射(即光折射)產生成像。替代地，在所述波長範圍中，必須利用反射或利用反射元件實現成像。為此目的，先前技術使用反射鏡(mirror)，其表面性質針對在投射曝光裝置中使用之投射物鏡(即，例如掠入射反射鏡(grazing incidence mirror)或多層反射鏡(multilayer mirror))的所要光學效應(optical effect)而被最佳化。

然而，必須將相當大功率密度(power density)的光學輻射施加至該等反射鏡以實現理想成像。在此例中，有極大比例的光學輻射在反射鏡材料中被吸收，因而導致反射鏡的加熱。另一個因素是，反射鏡的照明取決於要成像的結構而並非均勻(uniform)，但是還取決於應用而在鏡區域上具有相當多的強度梯度。這些強度梯度的發生原因是，針對要在曝光的晶圓上產生的不同結構，在要成像的遮罩(mask)上也需要不同的照明分布。在此例中，還要參考不同的照明設定(illumination setting)。一個典型的照明設定在於例如以下事實：照明輻射的兩個強度最大值見於遮罩上；在此脈絡中還要參考雙極設定(dipole setting)。也可以設想其他設定。所以，投射物鏡中使用之反射鏡的不均勻照明由於分別選擇的照明設定，而具有反射鏡被局部加熱至不同程度的效應。由於反射鏡材料的熱膨脹，所得溫度梯度使得反射鏡產生變形，因而最終損及成像品質(imaging quality)。為了對治此效應，在過去已提出各種解決方案，以用於在反射鏡材料上實現均勻的溫度分布。

一個可能性在於例如利用以鎖定目標的方式(targeted manner)引入的光學輻射，其波長與用於成像的光學輻射明顯不同，以便以鎖定目標的方式在若干區域加熱相應光學元件。但這需要精確將輻射對準於所要的區域，且要使輻射源及要加熱的區域之間的區域沒有任何妨礙的元件，以免破壞光學元件上的入射。此外，在此例中，還有一個問題是，不打算要加熱的區域恰巧由於漫射光(stray light)(其例如構成另一來源錯誤)而意外加熱。

因此，本發明之一目的是針對一種以鎖定目標的方式在若干區域加熱的投射曝光裝置。

此目的利用如申請專利範圍第1項所述的投射曝光裝置來實現。申請專利範圍附屬項是有關於本發明的有利具體實施例與變化。

根據本發明用於半導體微影的投射曝光裝置展現光學元件，其中該等光學元件的至少一者具有在該光學元件中以非接觸方式產生電流的構件；在此例中，該等電流適於在至少若干區域加熱該至少一個光學元件。換言之，在預計成為溫度調節式的光學元件中，諸如渦流(eddy current)的局部電流係例如以鎖定目標的方式產生，此等電流由於光學元件之材料的歐姆電阻，導致光學元件上的局部加熱且因此最終導致溫度分布的均勻化。結果，有效避免如引言中論述之光學元件的非所要的變形及與其相關聯的成像誤差。憑藉加熱並不是因為外部的輻射入射所引起，而是在光學元件本身的材料中直接引起的事實(不像先前技術的習用做法)，有效避免上述有關其他元件之非所要的加熱的問題或遮蔽。

憑藉在光學元件中以非接觸方式(即沒有機械性接觸)產生電流的事實，達成光學元件中由於引入電流所造成的最小機械應力。

以非接觸方式產生該等電流的一個有利的可能性在於以下事實：以非接觸方式產生電流的構件係感應線圈(induction coil)。複數個該等感應線圈的樣本可以空間分布的方式配置在光學元件的區域中，致使由感應線圈產生的交變磁場可對光學元件的特定區域起作用；以頻率在25至50 Hz之範圍中的AC電流操作感應線圈有利於選擇線圈操作參數。選擇低頻率尤其有利，因其與投射曝光裝置之光學元件通常擁有的機械自然頻率(mechanical natural frequency)相距夠遠。

或者，感應線圈亦可在幾kHz的頻率範圍中操作；然而，在此例中，選擇與所用光學元件之機械自然頻率相距夠遠的頻率範圍也很有利。

尤其在EUV半導體微影之投射曝光裝置中應用本發明的例子中，光學元件可以是反射光學元件，尤其是掠入射反射鏡或多層反射鏡。應明白，以下的掠入射反射鏡是指具有金屬反射表面的鏡。在此種反射鏡於短波光譜範圍的操作期間，反射鏡的反射率對淺入射角(掠入射)變得比較高。與此相反的是，多層反射鏡並非基於鏡射金屬層(mirroring metallic layer)的反射，而是基於以下事實：入射電磁輻射自具有折射率在一個方向上週期性變化的空間延伸結構(spatially extended structure)反射。所提週期性結構尤其係由塗覆於基板的多層區域產生。多層區域尤其可以是一連串交替的矽及鉬層。

反射光學元件可具有基板及配置在基板上的反射區域。接著，以非接觸方式產生時變電流的構件尤其可配置在反射光學元件之基板的一側上。由於曝光使用的光學輻射通常從設置有反射區域的一側施加於反射光學元件，在基板側上配置以非接觸方式產生時變電流的構件構成該構件的存在對於光學元件(即，在本例中為反射鏡)之光學功能性(optical functionality)破壞最少的變化形式。

在本發明之一簡單的具體實施例中，將一個或複數個感應線圈配置在多層反射鏡的基板側上。交變磁場在反射鏡的多層區域中(尤其是在鉬層中)產生渦電流，其由於所提到的該些層之歐姆電阻而使反射鏡受到某種程度加熱。

在此例中，在多層區域中可假設在10^-6 ohm*cm至10^-5 ohm*cm範圍中的電阻率。

因此亦可為了加熱，使未更改的多層反射鏡設置有該以非接觸方式產生電流的構件，即，設置有例如感應線圈。此變化形式允許例如改進已在此領域中(即在工業用領域中)的投射曝光裝置。

尤其憑藉鐵磁材料(ferromagnetic material)位在多層反射鏡的多層區域及基板之間的事實，可改良加熱的效率。在此例中，可將鐵磁材料體現為厚度小於100 nm(較佳小於50 nm，尤其較佳小於5 nm)的一層。鐵磁材料可配置為在多層區域及基板之間的整個區域中具有一致厚度的層。或者，亦可不將鐵磁材料配置在多層區域及基板之間的整個區域之上；換言之，存在於多層區域及基板之間的也可以是鐵磁材料島狀區域，且在其他區域中，基板及多層區域直接接觸，視需要以金屬附著力促進劑層(metallic adhesion promoter layer)居中接觸。在此例中，鐵磁材料的個別區域在基板及多層區域之間的具體實施例具有以鎖定目標的方式在光學元件中加熱特定區域的效應。加熱光學元件的一個重要因素是多層區域的良好傳熱性。

在本發明之一變化形式中，以在一至複數個μm之範圍中的厚度形成鐵磁材料層；在此例中，在該層厚度中只有(所要)熱誘導變更(thermally induced change)亦可明顯校正多層反射鏡的表面幾何。

鐵磁材料層可視需要設置有平滑或拋光層以適應多層反射鏡需求的粗糙度。此處的平滑層可為幾nm厚，及拋光層可為幾μm厚。鐵磁層本身亦可體現成其可被拋光。

為了提高鐵磁層對相鄰層的附著力，還可以採用附著力促進層(adhesion promotion layer)，如其使用金屬氧化物(尤其是氧化鋁(aluminium oxide)或氧化鋯(zirconium oxide)、或諸如Cr或Ti的金屬)；此層亦可體現為層系統，可具有厚度如在20 nm及200 nm之間。

舉例來說，拋光層可由非晶矽、微晶矽、碳化矽、氮化矽、氮化鈦、氧化鋁、二氧化鋯、鉻及/或其混合物組成，或包含上述材料之一或多者。

拋光層可具有厚度為1 μm至10 μm，較佳為3 μm至6 μm。

利用如關於鐵磁層之厚度、磁性質或組成物的局部變動，可以在多層反射鏡中設定所要的溫度分布。作為替代或補充，亦可利用以非接觸方式產生電流之構件的空間配置設定特定溫度分布。

此外，鐵磁材料亦可配置在掠入射反射鏡的反射區域及其基板之間。

再者，鐵磁材料未必只能配置在多層反射鏡的多層區域及基板之間。作為配置在多層區域及反射鏡基板之間的替代或補充，同樣可設想在多層反射鏡上之基板及多層之層之間的中間區域之外提供具有鐵磁材料的區域；尤其，在此考量光學元件的邊緣區域。此相同做法對應地適用於掠入射反射鏡的應用。

鐵磁材料尤其可含有群組Co、Fe、Ni、CrO₂ 、Gd、Dy、EuO或Ho的物質。

本發明之另一有利變化形式在於多層反射鏡之多層區域的至少一層含有鐵磁材料的事實。有利的雙重效應可藉此實現：第一，多層區域的該層首先促成光學效應，即多層反射鏡的反射率，及其次，藉由例如從反射鏡後側入射的交變磁場協助反射鏡的加熱。尤其，在由兩個類型的層構成之多層區域之構造的例子中，一個類型的層可完全含有鐵磁材料。

為了避免惱人的磁伸縮效應(magnetostrictive effect)，如，可將以非接觸方式產生電流之構件的操作限制於不進行曝光的時間。同樣地，憑藉所用交變磁場的頻率明顯高於投射所使用之光源的操作頻率，可以實現使用平均化效應(averaging effect)維持理想成像性質的效應。

圖1純粹概略式圖解EUV投射曝光裝置11，其中實現根據本發明的概念。投射曝光裝置11展現：光源12；EUV照明系統13，用於照明物體平面(object plane)14(其中配置負有結構的遮罩)中的場(field)；及還有投射物鏡15，其具有外殼16；及輻射束20，用於將物體平面14中負有結構的遮罩成像於光敏基板(light-sensitive substrate)17上以生產半導體組件。投射物鏡15具有用於光束整型(beam shaping)的光學元件，其體現為反射鏡18。照明系統13亦具有此類用於光束整型或光束導向的光學元件。但在圖1中未詳細圖解照明系統13。

從圖1清楚可見，反射鏡1根據本發明配備有以非接觸方式產生電流的構件2，在本例中為感應線圈。亦可設想其他反射鏡18設置有以非接觸方式產生電流的構件。

圖2顯示本發明之第一具體實施例，其中將光學元件體現為多層反射鏡1。在此例中，多層反射鏡1展現基板102及配置在基板102上的多層區域101。基板102尤其可以是具有低熱膨脹係數的材料，諸如Zerodur或ULE。基板用以在機械上穩定多層反射鏡1。多層區域101配置在基板102上，該多層區域具有交替變更的材料層，例如，矽及鉬在每一層中交替。在本實例中僅顯示上述矽及鉬各三層；在現實中，在多層反射鏡1上配置大約30至100個該等層。鐵磁材料21的層係配置在多層區域101及基板102之間。在該鐵磁材料中，利用時變磁場產生電流(尤其是渦流)尤其有效。材料Co、Fe、Ni、CrO₂ 、Gd、Dy、EuO或Ho的一個或複數個適於用作鐵磁材料。在多層反射鏡1的基板側，兩個線圈2係配置為以非接觸方式產生電流(尤其在鐵磁材料21中)的構件。在操作期間，將大約25至50 Hz之範圍中的AC電壓施加至線圈2，因而引起時變磁場，且正好延伸至鐵磁材料21的區域中。由於交變磁場，在鐵磁材料21中感生電流，這些電流由於鐵磁材料21的歐姆電阻，導致鐵磁材料21的加熱及多層反射鏡1中周圍區域的加熱。選擇上述AC電壓的頻率具有的優點是：藉此確保與周圍組件(尤其是反射鏡1)之機械自然頻率的充分較大差距，致使有效避免由於時變場而激發機械振盪。

如所提到的，只要與所用組件的機械自然頻率有充分的差距，亦可使用高頻率AC電壓。

由於熱膨脹，在多層反射鏡1的材料21內且同樣也在鄰接的加熱區域內，進一步引起局部密度及因而厚度變動，因此實現多層反射鏡1之表面形式的校正。因而可主動驅動反射鏡1的表面形式。然而，在驅動線圈2以設定所要的局部溫度變動時，應考慮到反射鏡1亦被照射的成像光加熱。這可藉由以下方式來補償：例如在投射曝光裝置的操作期間測量成像像差(imaging aberration)(即波前像差(wavefront aberration))，然後從中產生用於驅動線圈2的控制信號。這具有額外優點：可校正僅在投射物鏡操作期間發生的成像像差。例如，在折反射投射物鏡的例子中，由於透鏡元件的加熱而引起波前像差。當成像光通過折射元件時，總有一部分輻射也被吸收並導致元件的局部加熱，進而導致表面某種程度的變形。此類在操作期間引起的成像像差亦可利用根據本發明的反射鏡1主動驅動表面形式來補償。

在此例中，可為有利的是例如為了穩定性及附著力促進，提供進一步中間層。再者，舉例來說，在所有具體實施例中，為了實現必要的平滑度，亦可在材料21及多層區域101之間配置額外中間層。舉例來說，為此目的，可使用聚醯亞胺層(polyimide layer)。作為替代或補充，亦可在多層區域101下方提供額外中間層，此層尤其也可以被拋光。因此，舉例來說，尤其也可以設定實際的表面形式。

在此例中，多層反射鏡1的幾何變更未必是可逆的。在適當選擇材料的情況下，同樣可設想如校正製造錯誤或在操作期間產生的變形，以藉由感應式加熱適當材料層作為直接在生產多層反射鏡1後或在特定操作期間後的校正措施，執行不可逆的密度及因而厚度變更。

圖3顯示本發明的變化形式，其中在與圖2實際上相同的構造下，並不以連續方式體現具有鐵磁材料21的區域。鐵磁材料21以島狀樣式分布的方式配置在多層區域101及基板102之間的區域中。此配置具有效應如下：光學元件1由於交變磁場在其上發揮作用所造成的加熱主要發生在光學元件1中與鐵磁材料21相鄰的這些區域中。在圖3所示實例中，因此尤其可以補償多層區域101中極度位置相依(location-dependent)的溫度分布。

圖4顯示本發明之一具體實施例，其中該些層的一個類型是由鐵磁材料21組成或設置有鐵磁材料21的方式而體現多層區域101' 。因此可去掉如圖2及3所示的額外層鐵磁材料21；線圈2之交變磁場的作用直接在多層反射鏡1的多層區域101' 中產生所要的加熱。尤其，已經提過的來自群組Co、Fe、Ni、CrO₂ 、Gd、Dy、EuO或Ho的物質已證明是設置有鐵磁材料的這些層的有利材料。

圖5顯示本發明的變化形式，其中鐵磁材料21亦位在多層之層101及基板102之間的區域之外。如圖5所示，將鐵磁材料21的額外區域配置在基板102的側面區域；安裝與該側面區域相鄰的額外感應線圈2，因此這可對反射鏡基板及因此多層反射鏡1實現尤其快速及大面積的加熱。亦可設想若干變化形式，其中鐵磁材料21只位在多層反射鏡1的側面區域，致使可去掉在基板102及多層區域101之間的鐵磁材料21的層；然而，在此例中，較佳是加熱多層反射鏡1的邊緣區域，這對於特定應用及特定照明設定同樣有利。

1．．．反射鏡/多層反射鏡/光學元件

2．．．以非接觸方式產生電流的構件/線圈

11．．．EUV投射曝光裝置

12．．．光源

13．．．EUV照明系統

14．．．物體平面

15．．．投射物鏡

16．．．外殼

17．．．光敏基板

18．．．反射鏡

20．．．輻射束

21．．．鐵磁材料

101．．．多層區域

101'．．．多層區域

102．．．基板

以上參考圖式詳細解說本發明。

圖1顯示一種EUV投射曝光裝置，其中在若干反射鏡之一者中實現本發明。

圖2顯示本發明之一變化形式，其中均勻鐵磁材料層位在多層反射鏡的多層區域及基板之間；

圖3顯示本發明之一具體實施例，其中鐵磁材料層在多層區域及基板之間不均勻地形成；

圖4顯示另一變化形式，其中多層區域的一個多層類型含有鐵磁材料；及

圖5顯示本發明之另一具體實施例，其中鐵磁材料位在多層反射鏡的基板及多層區域之間的區域之外。

1．．．反射鏡

2．．．以非接觸方式產生電流的構件

11．．．EUV投射曝光裝置

12．．．光源

13．．．EUV照明系統

14．．．物體平面

15．．．投射物鏡

16．．．外殼

17．．．光敏基板

18．．．鏡

20．．．輻射束

Claims (7)

1. 一種用於半導體微影的投射曝光裝置，其包含複數個光學元件，其特徵在於該等光學元件的至少一者具有在該光學元件中以非接觸方式產生電流的構件，其適於在至少複數個區域加熱該至少一個光學元件；其中具有一基板之該至少一光學元件係一多層反射鏡，其具有配置在該基板上的一多層區域，以及該多層反射鏡之該多層區域的至少一層含有一鐵磁材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投射曝光裝置，其中該以非接觸方式產生電流的構件係感應線圈。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之投射曝光裝置，其中該至少一光學元件具有配置在該基板上的一反射區域，及該以非接觸方式產生時變電流的構件係配置在該基板的側面。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之投射曝光裝置，其中該鐵磁材料係體現為具有一厚度小於100nm、較佳是小於50nm、尤其較佳是小於5nm的一層。
5. 如申請專利範圍第3項所述之投射曝光裝置，其中該鐵磁材料並非配置在該反射區域或該多層區域及該基板之間的整個區域之上。
6. 如前述申請專利範圍第3項所述之投射曝光裝置，其中該鐵磁材料配置在該至少一光學元件上之該基板及該反射區域之間 的中間區域之外。
7. 如前述申請專利範圍第1或2項所述之投射曝光裝置，其中該鐵磁材料含有來自以下群組Co、Fe、Ni、CrO₂ 、Gd、Dy、EuO或Ho的一物質。