EUV曝光设备制造技术

一种EUV光刻投影曝光系统的投影透镜，具有至少两个反射光学元件，每个反射光学元件包括主体和反射表面，用于在以EUV光的曝光功率对投影透镜曝光时，将分划板上的物场投影到衬底上的像场上，其中至少两个反射光学元件的主体包括具有与温度相关的热膨胀系数的材料，热膨胀系数在相应的零交叉温度处为零，并且其中零交叉温度之间的差异的绝对值大于6K。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种反射光学兀件,用于在EUV光刻投影曝光系统中反射小于50nm的波长范围中的光。此外，本专利技术涉及EUV光刻投影曝光系统的EUV投影透镜和配置EUV投影透镜的方法。
技术介绍
一EUV光刻投影曝光系统为了利用光刻技术减小像半导体电路(例如集成的、模拟的、数字的或存储电路、薄膜磁头)的微结构化器件的尺寸，必须进一步提高光学微光刻投影曝光系统的光学分辨率极限。由于衍射的原因，一阶近似的分辨率极限与微光刻投影曝光系统的投影透镜的数值孔径成反比，利用微光刻投影曝光系统的投影透镜，通过投影束从掩模向衬底上投影结构，以通过例如以至少部分投影光束对光致抗蚀剂(其覆盖衬底)曝光而在其上形成微结构化器件。因此，一个关注点是增大投影透镜的数值孔径。另一个关注点是减小对于投影过程而使用的波长，因为光学分辨率极限还与这一波长成正比。因此，光刻系统的历史发展是投影过程中使用的光的波长从可见光减小到紫外光，并且现在到达极深紫外光(VUV光，例如由高级ArF准分子激光器产生的193nm)。现在，VUV光刻广泛应用于半导体电路的大规模生产中。当前，高度集成电路的大规模生产几乎都是利用上述193nm波长的投影光在光刻投影曝光系统上进行的，而向衬底上投影掩模上的结构(或结构化物体)的投影系统的数值孔径NA远远大于1.0，甚至大于1. 3。这样高的数值孔径仅能够利用浸没系统实现。例如，已经在DD 221563A1或US 2006092533A1中描述了这种系统的原理。为了不断减小微结构化器件的尺寸，进一步减小投影光的波长是必需的。由于在极深紫外线波长范围中，几乎所有光学材料都变得不透明，所以对于低于大约157nm的波长，没有用于光学透镜的合适材料。对于投影光使用甚至更短的波长，投影透镜仅能够与像镜子或像衍射光学元件那样的反射光学元件一起工作。在过去一些年中，大量努力致力于开发用于小于50nm的投影过程波长的光学微光刻投影曝光系统。例如，在EP1533832A1或US 20040179192A1中描述了利用IOnm和14nm之间投影波长工作的系统。根据可用于这样短波长的投影光的光源，用于投影光的波长甚至可以是5nm或更小。在小于50nm或甚至更短的这种短波长下，光学微光刻投影系统的投影透镜仅包括像镜子那样的反射光学元件和/或像反射衍射结构的衍射结构。在小于大约50nm波长下工作的投影系统称为EUV (极紫夕卜)光刻投影曝光系统。图1中示意性地示出了简化的EUV光刻投影曝光系统100。该系统包括EUV光源1，产生在极紫外或EUV光谱区中，尤其是在小于50nm的波长范围中，优选在介于5nm和15nm的范围中，具有显著能量密度的EUV光。放电产生或激光产生的等离子体光源用作EUV光源，利用例如氙、锡或锂等离子体，产生极紫外光。这样的源在大约4^1立体角下辐射非偏振光。其他源产生更加有空间方向性且更加偏振的极紫外光束，例如同步加速辐射源。根据EUV光源1，尤其是如果使用EUV等离子体光源，可以使用集热器反射镜2收集光源I的EUV光，以提高EUV辐射的能量密度或辐照度，并形成照射束3。照射束3通过照射系统10照射结构化物体M。结构化物体M例如是反射性掩模，包括反射和非反射或至少微反射区域，以在其上形成至少一个结构。替代地或此外，结构化物体包括多个镜子或由多个镜子构成，该多个镜子在至少一个维度上并排布置以形成像镜子阵列的镜子装置。有利地，可以绕着至少一个轴调节镜子阵列的镜子，以调节辐照在相应镜子上的照射束3的入射角。应当理解，术语反射、微反射和非反射是指照射束3的EUV光的反射率。由于EUV光的波长非常短，如果EUV光的入射角小于大约45°，反射表面通常带涂层。涂层优选包括具有预定层厚度的预定层材料的多层。这样的镜子通常用于小于或远小于45°，直到大约0°的入射角。对于这样的镜子，由于反射的EUV光在多层的各个层的各种材料边界处部分反射导致相长干涉，可以实现大于60%的反射率。这种多层涂层反射镜或表面的另一优点是它们能够用作光谱滤波器的特性，使得例如EUV光刻投影系统的照射和/或投影束更加单色的。在EUV光刻投影曝光系统中，带涂层镜子有时也称为正入射(normal incidence)镜子。对于大于大约45°的入射角，尤其是对于大得多的入射角，像大约70°甚至更大的角，如果反射表面包括像钌的金属或金属层，或者如果反射表面由金属或金属层，包括例如钌构成，则是足够的。在这样高的入射角下，反射率可以增大到高达60%和更高，而不需要上述的多层。作为一般规则，反射率随着入射角增大而增大，这就是为什么这些镜子也称为掠入射镜的原因。EUV光刻投影曝光系统常常使用等离子体光源。在这种情况下，集热器反射镜2可以是例如W02002/065482A2或US2004/0130809A1中所述的掠入射镜。结构化物体M将部分照射束3反射到形成形成投影束4的光路中。结构化物体M根据掩模M上的结构，在照射束3在其上被反射之后对其进行结构化。这个投影束4承载着结构化物体的结构信息并辐照进投影透镜20中，使得结构化物体M的结构的至少两个衍射级通过投影透镜20并在衬底W上形成结构化物体M的结构的一种图像。包括像硅的半导体材料的衬底W，例如晶片，布置于衬底台WS上，衬底台也称为晶片台。除了关于结构化物体M的结构的信息之外，投影束还包括关于照射条件的信息，即在结构化物体M的物点OP中在角度、偏振和强度(或每单位面积的辐射功率)方面结构化物体M如何被照射，以及这些参数如何分布在结构化物体M的所照射表面上。由术语“设定(setting)”表达照射的种类。这意味着结构化物体M上的物点OP是以预定义的角度和/或偏振和/或强度分布照射的，以及这些分布如何取决于结构化物体M上的空间位置。该设定还影响通过投影透镜20进行的投影过程的光学分辨率。通常，如果该设定适于结构化物体M上的结构的形状，光学分辨率可以增大。例如，在Wong，Alfred Kwok-Kit的著作“Resolution Enhancement Techniques in Optical Lithography，，，ISBN 0-8194-3995-9中描述了对于结构化物体的照射使用适应设定的高级照射技术。可以利用包括多个镜子12、13、14、15、16的照射系统10 (参见图1)调节照射的种类、设定。在图1中，作为范例，投影透镜20示意性示出了四个镜子21、22、23和24作为反射光学元件，以在晶片W上形成结构化物体M的结构的一种图像。这样的EUV投影透镜20通常包括4到8个镜子。然而，也可以使用仅有两个镜子的投影透镜。在面型(或其几何形式)和表面粗糙度方面，以最高精度制造这些镜子。与期望规格的每一偏差都导致衬底或晶片W上图像质量的下降。通常，规格要求与面型(要求或指定的表面形状的尺度)的偏差小于所使用的投影波长的十分之一。根据使用的波长，必须以好于Inm的精度制造镜子21、22、23和24的面型，对于一些镜子，精度要求甚至高5到20倍，最终处于远小于一个原子层的精度范围，这意味着好于0. lnm。为了利用EUV光刻投影技术从掩模向衬底投影结构，以使得衬底上的图像包括小至横向尺度大约IOnm的结构或横向尺度更小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.30 US 61/369,1421.ー种EUV光刻投影曝光系统的投影透镜，包括至少两个反射光学元件Mi，每个反射光学兀件Mi 包括主体MBi和反射表面MSi,用于在以EUV光的曝光功率对所述投影透镜曝光时将分划板上的物场投影到衬底上的像场上，所述EUV光在所述分划板由所述EUV光刻投影曝光系统的照射系统照射时从所述分划板反射，其中 至少两个反射光学元件的主体MBm，MBn包括具有与温度相关的热膨胀系数的材料，所述热膨胀系数在相应的零交叉温度Ttlm, T0n处为零，其中所述零交叉温度Ttlm, Ttln之间的差异的绝对值大于6K，表达为abs (T0m-T0n) >6K，并且其中 所述投影透镜设计为以波长在小于50nm的波长范围中的EUV光的大于8W的曝光功率曝光。2.根据权利要求1所述的投影透镜，包括 四个或六个反射光学兀件Mi, 所述投影透镜设计为以大于IOW的曝光功率曝光，并且 所述零交叉温度な，Ttln之间的差异的绝对值大于8K，表达为abs (T0m-T0n) >8K。3.根据权利要求1或2所述的投影透镜，包括 支撑结构，用于被动地或主动地支撑所述反射光学元件Mi,其中所述支撑结构的至少一部分的温度处于基准温度TK6f， 用于加热所述主体MBm，MBn中的至少ー个的加热器，所述主体包括具有与温度相关的热膨胀系数的材料，所述热膨胀系数在相应的零交叉温度Ttlm, Ttln处为零，以及 温度控制系统，用于将至少ー个可加热的主体MBn，MBm的温度控制到温度Tk。4.根据权利要求3所述的投影透镜，其中 在所述加热器不工作的情况下，以由所照射的分划板反射并包括根据照射设定的角度、偏振和強度的空间分布的EUV光对所述主体MBn，MBm的所述反射表面MSm和MSn曝光，获得所述主体MBn，MBm相对于所述基准温度Tltef的具有相应的平均和最大温度ATnav，ATmav以及 aTim 和 ATnmax 的温度分布 ATn (x，y, z) = (Tn(x, y, z) -TEef), ATm (x，y, z) = (Tm(x, y,z)-TEef);并且其中 至少ー个零交叉温度な，Ttln高于最高基准温度TK6f和基于相应的空间温度分布ATm(x, y, z), ATn(x，y，z)的相应的平均或最大温度八 T_+Tref 或 A T_ax+Tref, A Tnav+Tref或 ATnmJTref 中的最大值，表达为 T0l>ax(TKef，A T_+Tref)，T0m>max (TEef, A T_x+Tref)或T0n>max (TRef，A Tnav+TEef), T0n>max (TEef, A Tnmax+Tref)。5.根据权利要求4所述的投影透镜，其中 包括所述零交叉温度Ttlm, Ttln的所述材料由于制造导致相应的制造公差ATtlni, AT0n而改变它们的零交叉温度的实际值，使得相应的零交叉温度的实际值在区间T-土 ATtlni和TQn± ATtln内，并且其中 至少ー个零交叉温度Ttlm, Ttln高于最高基准温度Tltef和基于相应的空间温度分布ATffl(x,y,z), ATn(x,y,z)的相应的平均或最大温度 A T_+TKef 或 AT_x+TKef，A Tnav+TKef 或A Tmia^Tlief中的最大值与相应的制造公差A T0m, A T0n的绝对值之和，表达为TJmax (TEef,八 Tmav+TRef) +1 A T0m I，T0m>max (TRef，A Tmmax+TEef) +1 A T0m I 或 T0n>max (TRef，A Tnav+TEef) +1 A T0n |，T0n>max (TRef，A し虹+丁耐)+1 A T0n |。6.根据权利要求4或5所述的投影透镜，其中 所述至少一个加热的主体MBn，MBm的所述温度Tk在以所述相应的零交叉温度Ttlm, T0n为中心附近±5K的区间内，更好在±2K的区间内。7.根据权利要求3到6中的一项所述的投影透镜，其中 在以所述EUV光的所述曝光功率对所述投影透镜曝光之前的时刻，通过以第一加热功率加热所述加热器，将所述至少ー个加热的主体MBn，MBffl的所述温度Tk控制到其值。8.根据权利要求7所述的投影透镜，其中 在以所述EUV光的所述曝光功率对所述投影透镜曝光的同时，所述加热器的加热功率低于所述第一加热功率。9.根据权利要求7或8所述的投影透镜，其中 所述温度控制系统控制所述温度Tk，使得加热所述至少ー个主体MBn，MBffl的所述加热器的加热功率和由所述至少一个加热的主体MBn，MBm吸收的所述EUV光的所述曝光功率在时间上恒定。10.根据权利要求1到9中的一项所述的投影透镜，具有4或6个镜子形式的反射光学元件。11.根据权利要求3到10中的一项所述的投影透镜，其中所述至少一个加热的主体MBn, MBffl连接到致动器，用以平移移动所述主体。12.根据权利要求3到11中的一项所述的投影透镜，其中用于加热所述主体MBn，MBffl中的至少ー个的所述加热器包括从由IR发光二极管、Peltier元件、光纤、光导棒和IR激光器构成的组中选择的加热元件。13.根据权利要求12所述的投影透镜，其中在一个维度或两个维度上以预定义的空间坐标布置所述加热元件，形成栅格结构。14.根据权利要求12或13所述的投影透镜，其中发射或引导IR辐射的所述加热元件包括用以配置所述IR辐射的光学装置，所述光学装置包括从由准直器、聚焦透镜、可调节透镜、镜子和衍射光学元件构成的组中选择的布置元件，其中所述布置元件可以绕至少ー个轴傾斜。15.根据权利要求12到14中的一项所述的投影透镜，其中所述主体MBn，MBm中的至少ー个包括所述镜子主体中或上的变型，所述变型选自由凹陷、盲孔、定义的表面粗糙度、衍射结构、球形突起、球形凹陷和表面曲率构成的组。16.ー种EUV光刻投影曝光系统，包括根据权利要求1到15中的一项所述的投影透镜。17.ー种EUV光刻投影曝光系统的投影透镜，包括 至少两个反射光学元件Mi，每个反射光学元件Mi 包括主体MBi和反射表面MSi,用于在以波长在小于50nm的波长范围中的EUV光的曝光功率对所述投影透镜曝光时将分划板上的物场投影到衬底上的像场上，所述EUV光在所述分划板由所述EUV光刻投影曝光系统的照射系统照射时从所述分划板反射，其中 至少两个反射光学元件的主体MBm，MBn包括具有与温度相关的热膨胀系数的材料，所述热膨胀系数在相应的零交叉温度Ttlm, T0n处为零，并且其中所述透镜包括 支撑结构，用于被动地或主动地支撑所述反射光学元件Mi,其中所述支撑结构的至少一部分的温度处于基准温度TK6f， 用于加热所述主体MBni, MBn中的至少ー个的加热器，所述主体MBni, MBn包括具有所述零交叉温度Ttlm, T0n的所述材料，以及 温度控制系统，用于将所述至少一个加热的主体MBn，MBffl的温度控制到温度Tk，其中 在不以所述加热器加热所述主体MBn，MBffl的情况下，以由所照射的分划板反射并包括根据照射设定的角度、偏振和強度的空间分布的所述EUV光的所述曝光功率对所述反射表面MSm和MSn曝光，获得所述主体MBn，MBm相对于所述基准温度Tltef的具有相应的平均和最大温度 ATnav, ATniav 以及 A Tnmax 和 A Tnmax 的温度分布 ATn(x，y，z) = (Tn(x, y, z)-Tltef)，ATm(x, y, z) = (Tm(x, y, z) -TEef);并且其中 至少ー个零交叉温度Ttlm, Ttln高于最高基准温度Tltef和基于相应的空间温度分布ATm(x,y, z), ATn(x, y, z)的相应的平均或最大温度与所述基准温度之和(A Tmav+TMf或八 Tmmax+TRef，A Tnav+TEef 或 A Tnmaj^Tltef)中的取大值，表达为 T0m>max (TEef, A Tmav+TEef)，T0m>max (TEef,八sK T0n>max (TEef, ^ Tnav+TEef), T0n>max (TEef,八。18.根据权利要求17所述的投影透镜，其中 包括所述零交叉温度な，T0n的所述材料由于制造导致制造公差A T0ffl, A T0n而改变它们的零交叉温度的实际值，使得相应的零交叉温度的实际值在区间TQni±ATQn^P TQn± ATtln内，并且其中 至少ー个零交叉温度Ttlm, T0n高于所述最高基准温度Tltef和基于相应的空间温度分布A Tffl (x, y，z)，A Tn (X，y，z)的相应的平均或最大温度 A Tfflav+TEef 或 A T_x+TKef，A Tnav+TEef 或A Tmia^Tlief中的最大值与相应的制造公差A T0m, A T0n的绝对值之和，表达为TJmax (TEef,八 Tmav+TRef) +1 A T0m I，T0m>max (TEe ▲ A Tmmax+TEef) +1 A T0m I 或 T0n>max (TRef，A Tnav+TEef) +1 A T0n |，T0n>max (TRef，A し虹+丁耐)+1 A T0n |。19.根据权利要求17或18所述的投影透镜，其中所述零交叉温度Ttlm, Ttln之间的差异的绝对值大于6K，表达为abs (T0m-T0n) >6K，并且其中 所述投影透镜被设计为以波长在小于50nm的波长范围中的EUV光的大于8W的曝光功率曝光。20.根据权利要求19所述的投影透镜，包括 四个或六个反射光学兀件Mi, 所述投影透镜被设计为以波长在小于50nm的波长范围中的EUV光的大于IOW的曝光功率曝光，并且 所述零交叉温度な，T0n之间的差异的绝对值大于8K，表达为abs (T0m-T0n) >8K。21.根据权利要求17到20中的一项所述的投影透镜，其中 所述至少一个加热的主体MBn，MBm的温度Tk在以相应的零交叉温度Ttlm, Ttln为中心附近±5K的区间内，更好±2K的区间内。22.根据权利要求17到21中的一项所述的投影透镜，其中 在所述投影透镜受到所述EUV光的所述曝光功率作用之前的时刻，通过以第一加热功率加热所述加热器，将所述至少ー个加热的主体MBn，MBffl的所述温度Tk控制到其值。23.根据权利要求22所述的投影透镜，其中 在所述投影透镜受到所述EUV光的所述曝光功率作用时，所述加热器的加热功率小于所述第一加热功率。24.根据权利要求22或23所述的投影透镜，其中 所述温度控制系统控制所述温度Tk，使得加热所述至少ー个主体MBn，MBffl的所述加热器的所述加热功率和由所述至少一个加热的主体吸收的所述EUV光的所述曝光功率在时间上恒定。25.根据权利要求17到24中的一项所述的投影透镜，其中 具有所述相应的零交叉温度な，T0n的所述主体MBn，MBm由相同材料制成。26.根据权利要求17到25中的一项所述的投影透镜，具有4或6个镜子形式的反射光学元件。27.根据权利要求17到26中的一项所述的投影透镜，其中所述至少一个加热的主体MBn, MBffl连接到致动器，用以平移移动所述主体。28.根据权利要求17到27中的一项所述的投影透镜，其中用于加热所述主体MBn，MBffl中的至少ー个的所述加热器包括从由IR发光二极管、Peltier元件、光纤、光导棒和IR激光器构成的组中选择的加热元件。29.根据权利要求28所述的投影透镜，其中在一个维度或两个维度上以预定义的空间坐标布置所述加热元件，形成栅格结构。30.根据权利要求28或29所述的投影透镜，其中发射或引导IR辐射的所述加热元件包括用于配置所述IR辐射的光学装置，所述光学装置包括从由准直器、聚焦透镜、可调节透镜、镜子和衍射光学元件构成的组中选择的布置元件，其中所述布置元件可以绕至少ー个轴傾斜。31.根据权利要求28到30中的一项所述的投影透镜，其中所述主体MBn，MBffl中的所述至少ー个包括所述镜子主体中或上的变型，所述变型选自由凹陷、盲孔、定义的表面粗糙度、衍射结构、球形突起、球形凹陷和表面曲率构成的组。32.—种EUV光刻投影曝光系统，包括根据权利要求17到31中的一项所述的投影透镜。33.ー种EUV光刻投影曝光系统的投影透镜，包括 至少两个反射光学元件Mi，每个反射光学元件Mi 包括主体MBi和反射表面MSi,用于在以波长在小于50nm的波长范围中的EUV光的曝光功率对所述投影透镜曝光时将分划板上的物场投影到衬底上的像场上，所述EUV光在所述分划板由所述EUV光刻投影曝光系统的照射系统照射时从所述分划板反射，其中 至少两个反射光学元件的主体MBn，MBffl包括具有与温度相关的热膨胀系数的材料，所述热膨胀系数在至少两个零交叉温度T1tlnm和T2tlnin处为零，并且其中所述透镜包括 支撑结构，用于被动地或主动地支撑所述反射光学元件Mi,其中所述支撑结构的至少一部分的温度处于基准温度TK6f， 至少两个回火模块，优选为加热器，用于独立地加热和/或冷却所述至少两个主体MBn, MBm,以及 温度控制系统，用于独立地将所述至少两个加热或冷却的主体MBn，MBm的温度控制到相应的温度Tkn和Tkm，并且其中 在以所述EUV光的所述曝光功率对所述透镜曝光期间，所述温度受控的主体MBn的温度Tkn在以所述第一零交叉温度T1tlnm*中心附近±5K的区间内，更好±2K的区间内，所述温度受控的主体MBm的温度Tkm在以所述第二零交叉温度T2tln...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·贝尔，U·勒尔林，O·纳特，G·维蒂希，T·劳弗尔，P·屈尔兹，G·林巴赫，S·亨巴赫尔，H·沃尔特，YBP·关，M·豪夫，FJ·施蒂克尔，J·凡舒特，
申请(专利权)人：卡尔蔡司SMT有限责任公司，ASML荷兰有限公司，
类型：
国别省市：