TWI709004B - 微影投射曝光裝置中的組件與光學系統 - Google Patents

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Abstract

本發明關於在一微影投射曝光裝置中的組件，其具有一光學元件(100、200)、至少一重量補償裝置、以及具有複數個線圈(151a、151b、151c、152a、152b、152c、251a、251b、251c、252a、252b、252c)的一線圈配置，其中至少一重量補償裝置包含至少一磁路，由此磁路所產生的磁場產生一力，用以至少部分地補償作用在光學元件上的重量的力，以及其中線圈配置可由電流來賦能以產生作用於光學元件上的一補償力，此補償力至少部分地補償當光學元件移動時由磁路所施加的寄生力且對作用在光學元件上的重量的力的補償無貢獻。

Description

微影投射曝光裝置中的組件與光學系統
本發明關於微影投射曝光裝置中的組件。
微影用以生產微結構元件，例如積體電路或LCD。微影製程在所謂的投射曝光裝置中進行，其包含照明裝置和投射透鏡。由照明裝置所照明的光罩(遮罩)的影像通過投射透鏡投射到塗有光敏感層(光阻劑)並配置在投射透鏡的影像平面中的基板(例如矽晶圓)上，以將光罩結構轉移到基板的光敏感塗層。
在對EUV((舉例來說，例如約13nm或約7nm的波長)設計的投射曝光裝置中，由於無法利用透光材料，因此使用反射鏡作為用於成像程序的光學組件。這些反射鏡可例如安裝在支撐框架上並設計為至少部分可操縱的，以允許相應反射鏡在六個自由度上的移動(即，有關在三個空間方向x、y和z上的位移以及有關相對於相應軸的旋轉Rx、Ry和Rz)。這允許對例如在投射曝光裝置的操作期間發生的光學特性的變化(例如由於熱影響)進行補償。
舉例來說，已知在EUV投射曝光裝置的投射透鏡中使用三個致動器配置，用以在多達六個自由度中操縱例如反射鏡的光學元件(如圖4中示意性地示出)，其中三個致動器配置分別包含至少兩個勞倫茲致動器402和403、404和405、以及406和407(即，在每一情況下兩個可主動致動的移動 軸)。對於這些致動器配置中的每一個或對於每個相關的力引入點，在圖4的結構中在各個情況下還提供了承載光學元件或反射鏡400的重量的重量補償裝置，以最小化主動或可控的調整元件的能量消耗，因此在這方面不需要伴隨發熱的永久能量流。重量補償裝置(也稱作「MGC」=「磁重力補償器」)可設定為一特定的保持力，其通過機械元件(接腳(pin))415、425或435(其機械地耦合至反射鏡400)傳遞到反射鏡400。
根據圖5，磁路本身通常包含由外磁環510以及徑向上更向內配置的兩個磁環521、522所構成的(被動)磁路，其中外磁環510在所示的示例中相對在驅動方向上延伸的Z軸徑向地極化，且磁環521、522在所示的示例性具體實施例中分別相對Z軸軸向地極化，外磁環510和內磁環521、522在各個情況下皆形成為永磁體。此組件通過由包括片彈簧531、532的平行彈簧系統所形成的線性導引件來導引。在圖5的示例中，機械地耦合到反射鏡(在圖5中用「500」)或耦合到形成於反射鏡上的軸承襯套501的接腳在圖5中以「540」表示，且其一部分包含形成為片彈簧接頭的兩個撓曲件541、542，藉此而實現了在除了軸向z方向之外的所有方向上與反射鏡500的撓性附接。
然而，使用根據圖5的接腳的上述重量補償裝置的機械附接所存在的問題是，由於接腳的可能的彎曲運動，接腳540本身具有動態振動模式。這些內部振動模式一方面可能損害相關反射鏡的位置控制的穩定性，另一方面可能損害在較高頻率範圍內所需機械解耦的有效性，結果為反射鏡對較高頻率範圍的干擾的敏感度增加。
克服上述動態行為的損害的一種方法包含藉由使用磁力用於耦合來消除接腳形式的機械附接，接腳由(空氣)間隙取代，且圖5中的徑向內磁環521、522直接安裝在反射鏡500上。然而，省去任何機械導引而產生的需求的缺點在於，在反射鏡以六個自由度進行典型的預定運動期間，形成被動磁路的磁環之間的距離變化具有通過重量補償裝置將相對高的寄 生力(parasitic force)傳遞到反射鏡的效果，這又導致相關反射鏡的光學有效表面的不希望的變形，並因此導致光學系統性能的損害。藉由最佳化被動磁路的設計來最小化這些寄生力已證明難以在此實現，因為不可避免的磁性和幾何公差。
此外，上述的磁耦合在以下的方面也提出了嚴峻的挑戰：為了避免引入寄生力矩到反射鏡和伴隨的變形，通過磁路的力傳遞必須盡可能接近反射鏡的中性面來進行，這從安裝空間的角度來看又可能會很困難。
關於現有技術，僅作為示例參考DE 10 2009 054 549 A1以及R.Deng、R.Saathof、J.W.Spronck、S.Hol、R.Munnig Schmidt在2014,Proc.22nd Intl.Conf.on Magnetically Levitated Systems and Linear Drives所發表的：「用於精確定位的具有重力補償器的積體6-DoF勞侖茲致動器(Integrated 6-DoF Lorentz Actuator with Gravity Compensator for Precision Positioning)」。
本發明的一目的為提供在微影投射曝光裝置中的組件，其允許致動盡可能不受干擾的光學元件，同時至少在很大程度上避免了如上所述的問題。
此目的根據獨立項申請專利範圍第1項的特徵來實現。
根據本發明的組件(特別是在微影投射曝光裝置中的組件)包含：- 一光學元件；- 至少一重量補償裝置，其包含至少一磁路，由此磁路所產生的一磁場產生一力，用以至少部分地補償作用在光學元件上的重量的力；以及 - 具有複數個線圈的一線圈配置，線圈配置可由電流來賦能以產生作用於光學元件上的一補償力，此補償力至少部分地補償當光學元件移動時由磁路所施加的一寄生力但對作用在光學元件上的重量的力的補償無貢獻。
本發明特別地基於具有重量補償裝置的組件的概念，其中重量補償裝置用以至少部分地補償作用在光學元件(例如反射鏡)上的重量的力，一方面省去在重量補償裝置和光學元件之間的任何機械附接(例如前述所解釋的接腳)，以磁性附接來取代，另一方面藉由使用可用電流賦能的線圈配置，主動補償由於以此方式省去機械附接、特別是由於沒有磁性附接所需的磁體的機械導引而在當光學元件運動時發生的寄生力。
因此，使用存在於根據本發明的線圈配置中且可用電流賦能的線圈作為調節元件，用以補償由於光學元件或反射鏡的運動導致的磁體的位置變化所引起的寄生力或干擾力，所考慮的位置相關干擾力有可能在根據操作期間預期的光學元件或磁體的位置變化的知識預先執行的校準中決定，或者是在操作期間通過存在於合適位置的力感測器來量測。因此，存在於根據本發明的線圈配置中的線圈的賦能可精確地執行，以補償該干擾力並避免或至少實質地減小光學元件或反射鏡的不期望的變形。
因此，根據本發明，由於重量補償裝置與所涉及的光學元件的機械附接，因此避免了在傳統重量補償裝置(例如基於圖5描述的架構)中所造成的缺點，且同時克服了同樣如先前所述的關於實現純磁性附接並取消機械導引的問題。
同時，本發明還包含放置線圈的原理，其中線圈用以對發生的干擾力進行主動補償且可在重量補償裝置的被動磁路的雜散場(stray field)中以電流賦能。
與直接放置在可相對彼此移動的組件的組件之間(特別是放置在相應磁體之間的間隙的區域中)相比，此配置具有的優點是，重量補償 裝置本身的設計可獨立於通過線圈配置的根據本發明的主動干擾力補償的特定要求來形成或最佳化，且特別是對於重量補償裝置中存在的(被動)磁路的配置不需妥協。
這是因為，根據本發明，被動磁路所產生的磁場的磁場線也存在於實際用於重量補償效果的(間隙)區域之外，明確地說特別是也在該雜散場中，使得此雜散場(通常保持未使用)可用於藉由根據本發明的線圈配置主動產生用於干擾力補償的補償力。
除了上述獨立於根據本發明的線圈配置的最佳化重量補償裝置的可能性之外，線圈配置在重量補償裝置的被動磁路的雜散磁場中的放置也使得可能實現特別緊湊的整體架構，其一方面從安裝空間的方面來看是有利的，另一方面也關於線圈配置的理想佈置盡可能靠近被動磁路的磁體以實現足夠大的補償力。
在本發明所提出的在力補償裝置和光學元件之間省去磁性附件和導引的另一優點在於消除了圖5中的傳統結構中存在的可移動撓曲件(例如片彈簧)，結果為可降低故障率並可增加組件的壽命。
根據一具體實施例，線圈配置的線圈可彼此獨立地由電流賦能。
根據一具體實施例，線圈配置包含至少五個線圈，特別是至少六個線圈。
根據一具體實施例，至少某些線圈相對重量補償裝置的一系統軸在方位角上偏移。
根據一具體實施例，線圈配置包含具有相對重量補償裝置的一系統軸在方位角上相對於彼此偏移的線圈的第一組以及具有相對系統軸在方位角上相對於彼此偏移的線圈的第二組。
根據一具體實施例，第一組的線圈相對第二組的線圈在方位角上偏移。
根據一具體實施例，磁路的至少一磁體固定在光學元件上。
根據一具體實施例，磁路的至少一磁體固定在一固定支撐框架上。
根據一具體實施例，重量補償裝置具有相對光學元件固定不動的一部分，並僅通過磁力耦合至光學元件。
根據一具體實施例，重量補償裝置包含第一磁環和至少一第二磁環，至少一第二磁環比第一磁環相對重量補償裝置的一系統軸在徑向上更向內地配置。
根據一具體實施例，線圈配置係配置在位於第一磁環和第二磁環之間的一間隙之外。
根據一具體實施例，組件包含至少一力感測器，用以量測當光學元件移動時由磁路所施加的一寄生力。
根據一具體實施例，光學元件為一反射鏡。
本發明也關於微影投射曝光裝置的一光學系統，其具有至少一個包含前述特徵的組件。
本發明的進一步組態可從說明書和申請專利範圍附屬項中獲得。
下文將基於在附圖中表示的範例具體實施例更詳細地解釋本發明。
100:光學元件
101:襯套
105:支撐框架
110:外磁環
121:內磁環
122:內磁環
151:線圈組
151a:線圈
151b:線圈
151c:線圈
152:線圈組
152a:線圈
152b:線圈
152c:線圈
200:光學元件
201:襯套
205:支撐框架
210:外磁環
221:內磁環
222:內磁環
251a:線圈
251b:線圈
251c:線圈
252a:線圈
252b:線圈
252c:線圈
300:投射曝光裝置
301:電漿光源
302:集光器反射鏡
303:場琢面反射鏡
304:光瞳琢面反射鏡
305:第一望遠反射鏡
306:第二望遠反射鏡
307:偏轉反射鏡
320:光罩台
321:光罩
351-356:反射鏡
360:晶圓台
361:基板
400:反射鏡
402-407:勞倫茲致動器
415:接腳
425:接腳
435:接腳
500:反射鏡
501:襯套
510:外磁環
521:內磁環
522:內磁環
531:片彈簧
532:片彈簧
540:接腳
541:撓曲件
542:撓曲件
在圖式中：圖1-圖2顯示用以解釋根據本發明的組件的可能具體實施例的示意圖；圖3顯示設計用於在EUV範圍中操作的投射曝光裝置的示意圖； 圖4顯示用以解釋用以在六個自由度下操縱反射鏡的傳統架構的示意圖；以及圖5顯示用以解釋重量補償裝置的傳統架構的示意圖。
基於圖1的示意圖，首先解釋根據本發明的組件的可能架構。
下文參照圖1a-b和圖2a-b中的示意圖描述根據本發明的組件的各種具體實施例。
這些具體實施例的共同之處在於，重量補償裝置與待致動的光學元件的耦合僅通過磁路來實現(亦即，特別是省去如上所述的直接機械附接接腳)，且藉由利用電流賦能線圈配置來實現對這些寄生力的補償，而實現了伴隨這種磁耦合的寄生力的減小。
在圖1a的組件中，重量補償裝置用以補償作用在形式為反射鏡的光學元件100上的重量的力。重量補償裝置首先以本身已知的方式包含由外磁環110(其相對於沿驅動方向延伸的z軸徑向地極化(在所繪示的坐標系中))以及在徑向上更向內地配置的兩個磁環121、122(其分別相對z軸軸向地極化)所構成的(被動)磁路。外磁環110和內磁環121、122都形成為永磁體。
與基於圖5描述的傳統組件的不同之處在於，在根據圖1a的本發明架構中，沒有接腳形式的機械耦合用以將被動磁路附接到光學元件100的。相較之下，重量補償裝置或被動磁路與光學元件100或反射鏡之間的附接完全是磁性的，徑向內磁環121、122或徑向外磁環110係機械地固定在可移動的光學元件100上，而另一個或多個磁性元件在各個情況下係機械地固定在固定支撐框架(「框架」)上，亦即在「固定世界(fixed world)」上。
在圖1a-1b的特定示例性具體實施例中，徑向外磁環110機械 地固定在光學元件100上(例如，以螺旋連接的方式固定)，而徑向內磁環121、122機械地固定在支撐框架105上或在「固定世界」上。此外，根據圖1a的徑向外磁環110在光學元件100上的固定由標示為「101」的襯套來進行(本發明並不限於此)。
特別地，圖1a中所顯示的根據本發明的組件沒有機械導引，例如以撓曲件的形式。在沒有進一步措施的情況下，這一事實將導致光學元件100或反射鏡在組件操作期間發生的在六個自由度中的運動將伴隨著磁環110和121、122之間存在的距離的變化(特別是在徑向方向上)，由此寄生磁力將轉而以不希望的方式傳遞到光學元件100，並將引起光學元件100的變形。
為了主動地補償這類寄生力或干擾力，根據圖1a的本發明組件因此包含由線圈構成的線圈配置，該線圈可由電流來賦能。在圖1a-1b的特定示例性具體實施例中，此線圈配置包含具有線圈151a-151c的第一組151和具有線圈152a-152c的第二組152。組151和152的具體配置在圖1b中以平面圖示出。
線圈151a-151c和152a-152c的組151和152位於由磁環110和121、122形成的被動磁路的雜散磁場中。此外，線圈151a-151c和152a-152c可彼此獨立地由電流賦能。
藉由使用電流的這種賦能，可產生在不同方向上作用的補償力(如圖1a中的箭頭所示)，以補償上述的寄生(干擾)力。此處應注意到，參考圖1b，相對z軸徑向地配置的線圈部分沒有產生力效應，因為它們平行於同樣在徑向方向上延伸的磁場佈置，因此在此情況下勞倫茲力等於零。因此，基於勞倫茲力的力效應僅從分別不平行於磁場方向延伸的線圈部分發出，即在示例性具體實施例中，從相對z軸呈正切方向排列的線圈251a-251c和252a-252c的線圈部分發出。其中，第一組151的線圈151a-151c在軸向或z方向上產生力，而第二組152的線圈152a-152c產生具有在垂直方 向或z方向上以及在水平方向上(即在xy平面中)延伸的分量的力貢獻。因此，以此方式，可在任何期望的(x、y或z)方向上產生補償力，且當光學元件100以六個自由度運動時，可實現對發生的寄生力的有效補償。
從圖1b中可以看出，第一組151的線圈151a-151c和第二組152的線圈152a-152c在方位角上相對彼此偏移(在特定示例性具體實施例中為在各個情況下偏移120°的角度)。將各組151和152分別選擇「劃分」成三個線圈151a-151c和152a-152c有利地具有這樣的結果：可避免對組151或152內的相應力貢獻的相互補償。
此外，根據圖1b(但本發明不限於此)，第一組151的線圈151a-151c相對於第二組152的線圈152a-152c在方位角方向上相對於z偏移，結果為實現了線圈151a-151c和152a-152c的節省空間且緊湊的嵌套配置，這對於安裝空間方面特別有利。然而，在其他具體實施例中，也可能省去這種嵌套和方位角偏移的配置，使得第一組151的線圈151a-151c也可配置成相對第二組152的線圈152a-152c有較小的方位角偏移或根本沒有方位角偏移。
在組件的操作期間，在各個情況下通過根據本發明的線圈配置所產生的補償力、以及在各個情況下對適當的線圈配置的電流供應可例如在預先針對光學元件的任何所需偏轉所進行的校準中決定。此外，與位置有關的干擾力也可藉由存在於合適位置的力感測器來量測。因此，可精確地執行對存在於根據本發明的線圈配置中的線圈的賦能，以補償該干擾力並避免或至少實質地減小光學元件或反射鏡的不期望的變形。
圖2a-b顯示根據本發明的組件的另一具體實施例，與圖1a-1b相比之下為類似的或實質上具有相同功能的組件以增加「100」的元件符號來表示。
圖2a-2b的組件與圖1a-1b的組件的不同之處在於，兩個徑向內磁環221、222固定在光學元件200或反射鏡上，而不是徑向外磁環210，使得在圖2a-2b中，徑向外磁環210固定在支撐框架205上(即在「固定世界」) 上。線圈251a-251c和252a-252c的具體配置也相應地修改，已經考慮了與圖1a-1b相比已經改變的相應區域的位置，其具有水平或垂直對準的磁場。在此情況下，圖2a-2b的具體實施例具有更複雜的線圈配置設計，使得其與圖1a-1b的不同之處在於，相對於z軸在切線方向上配置的線圈部分不再在同一個平面上。然而，相比之下，從圖2a中可以看出，與圖1a相比，光學元件200或反射鏡上的襯套201有可能為較小的結構形式。
前文基於圖1a-1b和圖2a-2b所描述的具體實施例的共同之處在於，根據本發明實施例的線圈配置沒有配置在光學元件100或200上，而是配置在「固定世界」或支撐框架上105、205上。這樣做的好處之一是它允許良好的熱附接，例如至冷卻系統，並避免熱傳導到光學元件100、200。然而，本發明不限於這些組態，因此將線圈配置放置在相應的光學元件上的具體實施例也欲包含於本申請案中。
圖3僅顯示了投射曝光裝置300的示意圖，其設計用於在EUV範圍內操作，且本發明可通過示例的方式實現於其中。
根據圖3，投射曝光裝置300的照明裝置包含場琢面反射鏡303和光瞳琢面反射鏡304。來自包含電漿光源301和集光器反射鏡302的光源單元的光被導引至場琢面反射鏡303。第一望遠反射鏡305和第二望遠反射鏡306配置在光瞳琢面反射鏡304下游的光路中。以切線入射操作的偏轉反射鏡307配置在光路的下游並將撞擊於其上的輻射導引至具有反射鏡351-356的投射透鏡的物體平面中的物場上，其僅在圖3中示出。在物場的位置處，反射結構承載光罩321配置在光罩台320上，該光罩在投射透鏡的協助下成像到影像平面中，其中塗有光敏感層(光阻劑)的基板361位於晶圓台360上。
即使已基於特定具體實施例描述了本發明，但對熟此技術領域者來說，許多變化和替代具體實施例是顯而易見的，例如藉由組合及/或交換個別具體實施例的特徵。因此，對熟此技術領域者來說不言而喻的 是，這些變化和替代具體實施例也包含在本發明中，且本發明的範疇僅受所附申請專利範圍及其均等物的含義所限制。
100:光學元件
101:襯套
105:支撐框架
110:外磁環
121:內磁環
122:內磁環
151:線圈組
152:線圈組

Claims (14)

  1. 一種在一微影投射曝光裝置中的組件，具有：一光學元件；至少一重量補償裝置，其包含至少一磁路，由該磁路所產生的一磁場產生一力，用以至少部分地補償作用在該光學元件上的重量的力；以及具有複數個線圈的一線圈配置，該線圈配置可由電流來賦能以產生作用於該光學元件上的一補償力，該補償力至少部分地補償當該光學元件移動時由該磁路所施加的一寄生力但對作用在該光學元件上的該重量的該力的補償沒有貢獻；其特徵在於這些線圈中至少某些線圈相對該重量補償裝置的一系統軸在方位角上偏移。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的組件，其特徵在於該線圈配置的該線圈至少部分地位在該磁路的雜散場中。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該線圈配置的該線圈可彼此獨立地由電流賦能。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該線圈配置包含至少五個線圈，特別是至少六個線圈。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該線圈配置包含具有相對該重量補償裝置的一系統軸在方位角上相對於彼此 偏移的線圈的一第一組以及具有相對該系統軸在方位角上相對於彼此偏移的線圈的一第二組。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的組件，其特徵在於該第一組的該線圈相對該第二組的該線圈在方位角上偏移。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該磁路的至少一磁體固定在該光學元件上。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該磁路的至少一磁體固定在一固定支撐框架上。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該重量補償裝置具有相對該光學元件固定不動的一部分，並僅通過磁力耦合至該光學元件。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該重量補償裝置包含一第一磁環和至少一第二磁環，該至少一第二磁環比該第一磁環相對該重量補償裝置的一系統軸在徑向上更向內地配置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的組件，其特徵在於該線圈配置係配置在位於該第一磁環和該第二磁環之間的一間隙之外。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該組件包含至少一力感測器，用以量測當該光學元件移動時由該磁路所施加的一寄生力。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件，其特徵在於該光學元件為一反射鏡。
  14. 一種用於一微影投射曝光裝置的光學系統，其特徵在於該光學系統具有至少一個如申請專利範圍第1項或第2項所述的組件。
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