用于EUV投射光刻投射曝光设备的照明系统 |
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| 申请号 | CN201380042232.7 | 申请日 | 2013-08-02 | 公开(公告)号 | CN104541207B | 公开(公告)日 | 2017-09-05 |
| 申请人 | 卡尔蔡司SMT有限责任公司; | 发明人 | M.帕特拉; | ||||
| 摘要 | 一种EUV投射 光刻 投射曝光设备(1)的照明系统，包含 光源 (2)，其产生具有预定偏振态的EUV照明光的输出光束(3)。照明光学单元(5)沿光轴引导输出光束(3)，从而，掩模母版平面(15)中的照明场(14)由输出光束(3)照明。光源(2)包含 电子 束供应装置(2a)、EUV产生装置(2c)和偏振设定装置(25)。通过电子束供应装置(2a)为EUV产生装置(2c)供应电子束(2b)。偏振设定装置(25)对电子束(2b)施加可调偏转效应，用于设定输出光束(3)的偏振。因此导致以基于电子束的EUV光源为 基础 进行操作且提供针对 分辨率 优化的照明而改进的输出光束的照明系统。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于EUV投射光刻投射曝光设备(1)的照明系统， |
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| 说明书全文 | 用于EUV投射光刻投射曝光设备的照明系统[0001] 相关申请的交叉引用 技术领域[0003] 本发明涉及一种用于EUV投射光刻投射曝光设备的照明系统。另外，本发明涉及这种照明系统的操作方法、具有这种照明系统的光学系统、具有这种光学系统的投射曝光设备、使用这种投射曝光设备制造微结构和/或纳米结构化组件的方法以及由该方法制造的微结构和/或纳米结构化组件。 背景技术[0004] 从WO 2009/121 438A1已知一种具有照明系统的投射曝光设备。从DE103 58 225 B3已知EUV光源。已知EUV光源的其它引用发现于WO2009/121 438 A1中。另外，从US 2003/0043359 A1和US 5,896,438已知EUV照明光学单元。 发明内容[0006] 根据本发明，该目的通过用于EUV投射光刻投射曝光设备的照明系统而实现，所述照明系统 [0007] -包含EUV光源，其产生具有预定偏振态的EUV照明光的输出光束，[0008] -包含照明光学单元，其沿光轴引导输出光束，因此，掩模母版平面中的照明场由输出光束照明， [0009] -其中，所述EUV光源包含以下各项： [0010] --电子束供应装置， [0011] --EUV产生装置，由电子束供应装置供应电子束， [0012] --偏振设定装置，其对电子束施加可调偏转效应，用于设定输出光束的偏振。 [0013] 根据本发明，确定的是，对电子束施加可调偏转效应以设定偏振的偏振设定装置导致对输出光束进行预定偏振指定(prescription)的选项。那么，输出光束的偏振在通过照明系统的物照明期间可适配于相应偏振要求。 [0015] 输出光束的偏振态可为线偏振的、椭圆偏振的、圆偏振的或这些偏振形式的混合。偏振态可以，由偏振设定装置预定的方式在各偏振形式之间交替改变。 [0016] 举例而言，偏振设定装置对波动器偏转磁体的影响效应可通过移动偏转磁体来改变磁体布置而产生，在所述波动器偏转磁体中，EUV产生装置实施为波动器，其中偏振设定装置实施为使得其影响波动器的偏转磁体对电子束的效应。EUV光源可以同步加速器的形式或以自由电子激光器(FEL)的形式来实施。 [0017] 电流控制可避免移动组件的必要性，在电流控制中，偏转磁体实施为电磁体，其中偏振设定装置控制通过电磁体的电流的电流强度。因此，可在不移动部件的情况下进行偏振规定。 [0018] 用于偏转输出光束的扫描装置以与偏振设定装置同步的方式工作，使得能够尤其可变地照明。这种扫描装置的优点详细解释于WO 2009/121 438 A1中。根据本发明，扫描装置与偏振设定装置的同步导致进行特别灵活的照明调整的选项。 [0019] 具有照明光学单元的照明系统使用尤其好地同步扫描装置与偏振设定装置的选项，所述照明光学单元包含：具有多个场分面的场分面反射镜；以及具有多个光瞳分面的光瞳分面反射镜，用于通过输出光束规定照明场的照明的照明角分布，其中输出光束沿照明通道引导，以在场分面的相应一个与光瞳分面的相应一个上规定照明角，并且其中用于偏转输出光束的扫描装置布置在场分面反射镜的前方，并且偏振设定装置实施为使得输出光束偏振态在照在第一场分面上与通过扫描装置的适当扫描偏转之后照在另外的场分面之间变化。每个场分面又可由多个单独反射镜构成。尤其在扫描期间的偏振态变化可在邻近的场分面之间产生。 [0020] 根据本发明的照明系统的操作方法的优点对应于上文参考根据本发明的照明系统已说明的那些，借助该操作方法，特别地，可规定输出光束在光瞳分面反射镜上的偏振分布以及因此在照明角上的偏振分布。所述操作方法包含以下步骤： [0021] -设定场分面反射镜的场分面与光瞳分面反射镜的光瞳分面的倾斜角关联，使得场分面组的场分面中的要由输出光束照射的相应一个经由照明通道与光瞳分面中的一个相应地关联， [0022] -其中所述扫描装置、偏振设定装置和倾斜角关联彼此匹配，使得各个光瞳分面上的输出光束具有预定偏振态。 [0023] 如果在扫描装置、偏振设定装置和倾斜角关联彼此匹配使得各个光瞳分面上的输出光束的偏振态具有线偏振成分的偏振规定的情况下，则这可产生切向偏振，其中照明物体的输出光束的偏振相应地垂直于输出光束的入射平面，该线偏振成分垂直于从光瞳分面至光瞳分面反射镜上的光瞳分面布置的中心的连接线，垂直于上述连接线的线偏振成分仅是输出光束的偏振成分。替代地，还可提供椭圆偏振，其较大的偏振主轴垂直于连接线。 [0024] 在引导输出光束通过光瞳分面反射镜与照明场之间的照明光学单元时，在所照射的光瞳分面上规定的偏振态中包含的偏振引导(polarization lead)例如可预先补偿偏振变化、尤其是偏振旋转的效应，所述偏振引导考虑在光瞳分面反射镜之后沿输出光束路径的随后偏振的影响。 [0025] 以使光瞳分面反射镜上的多个光瞳分面被顺次照射的方式产生的匹配可通过偏振设定装置减少必要的切换过程数量，在多个光瞳分面之间，没有规定偏振态差别。 [0026] 光学系统、EUV光刻投射曝光设备、用于制造结构化组件的方法以及根据本发明的方法制造的微结构和/或纳米结构化组件的优点对应于上文参考根据本发明的照明系统所说明的优点。所述光学系统：-包含根据本发明的照明系统，-包含用于将照明场成像至像场的投射光学单元。所述EUV光刻投射曝光设备：-包含根据本发明的光学系统，-包含在掩模母版平面中保持掩模母版的掩模母版保持器，光学系统的照明光要照在所述掩模母版上，-包含用于将照明场成像至像面中的像场的投射光学单元，-包含在像面中保持晶片的晶片保持器，使得在投射曝光期间布置在照明场中的掩模母版结构成像至布置在像场中的晶片部分上。所述用于制造结构化组件的方法包含以下方法步骤：-提供掩模母版和晶片，-借助于根据本发明的投射曝光设备，将掩模母版上的结构投射至晶片的光敏层，-在投射期间操作根据本发明的照明系统，-在晶片上产生微结构和/或纳米结构。附图说明 [0027] 下文基于附图将更详细地说明本发明的示例性实施例。在图中： [0028] 图1参考照明光学单元以子午截面示意性显示EUV投射光刻投射曝光设备； [0029] 图2参考场分面反射镜示意性显示根据图1的投射曝光设备的照明系统的几个组件的平面图，以及用于偏转EUV光源的EUV输出光束的扫描装置； [0030] 图3同样示意性显示输出光束的扫描轮廓的示意图； [0031] 图4显示照明光学单元的光瞳分面反射镜的平面图，其中数字表示在扫描装置的扫描过程期间，光瞳分面的照明序列；以及 [0032] 图5以类似于图4的示意图显示在扫描装置的扫描过程期间的光瞳分面照明序列的变型。 具体实施方式[0033] 微光刻投射曝光设备1用于制造微结构和/或纳米结构电子半导体组件。光源和/或辐射源2发射波长范围例如在5nm至30nm之间的EUV辐射。光源2实施为自由电子激光器(FEL)。在此，光源为同步加速器辐射源，其产生具有非常高谱亮度的相干辐射。描述这种FEL的现有公开详述于WO2009/121 438 A1中。例如，可使用的光源2描述于Uwe Schindler的“Ein supraleitender Undulator mit elektrisch umschaltbarer ”(A superconducting undulator with electrically switchable helicity),Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft,wissenschaftliche Berichte,FZKA 6997,August 2004,and in DE 103 58 225 B3。 [0035] 为了投射曝光设备1中的照明与成像，所用辐射光束3(还称为输出光束)用作照明光。所用辐射光束3借助于下文将说明的扫描装置6在孔径角4中向外照明，所述孔径角4与投射曝光设备1的照明光学单元5匹配。从光源2出发，所用辐射光束3具有小于5mrad的发散。扫描装置6布置在照明光学单元5的中间焦平面6a中。在扫描装置6之后，所用辐射光束3首先照在场分面反射镜7上。关于扫描装置6的细节将在下文基于图2和3来说明。 [0036] 所用辐射光束3更特别地具有小于2mrad，并且优选小于1mrad的发射。所用辐射光束在场分面反射镜7上的光斑尺寸大约为4mm。 [0037] 图2以示例性方式显示场分面反射镜7的场分面8的分面布置、分面阵列。以示例性方式示出的仅是实际呈现的场分面8的位于三列x15行中的一些。场分面反射镜7的场分面阵列整体上具有6列且75行。场分面8具有矩形形状。场分面8的其它形状也是可能的，例如弓形形状或环形形状或亚环形形状。总的来说，场分面反射镜7因此在一个可能的变型中具有450个场分面8。各个场分面8在图2中的水平方向上具有50mm的范围，在图2中的竖直方向上具有4mm的范围。整个场分面阵列因而具有300mm x 300mm的范围。场分面8未按真实比例示于图2中。 [0038] 在场分面反射镜7的反射之后，已经细分为与单独场分面8相关联的光线锥的所用辐射光束3照在光瞳分面反射镜9上。光瞳分面反射镜9的在图1中未示出的光瞳分面9a(参考图4和5)为圆形的。所用辐射光束3的由场分面8之一反射的各光线锥与这些光瞳分面9a之一关联，因此场分面8之一与光瞳分面9a之一的照射的分面对相应预定照明通道或光束引导通道用于所用辐射光束3的关联的光线锥。光瞳分面9a与场分面8的逐通道关联以取决于投射曝光设备1的照明的方式发生。因此，为了规定沿照明通道的单独照明角，在相应的一个场分面8与相应的一个光瞳分面9a的各对上引导输出光束3。为了致动相应设计的光瞳分面9a，场分面反射镜8相应地单独倾斜。 [0039] 通过光瞳分面反射镜9和随后的由三个EUV反射镜10、11、12构成的传输光学单元13，场分面8成像在投射曝光设备1的投射光学单元16的掩模母版或物面15中的照明场或物场14中。EUV反射镜12实施为掠入射反射镜。 [0040] 由通过单独分面对8、9a设定的单独照明角的序列，由照明光学单元导致的、物场14的照明的照明角分布通过所有光学通道的扫描积分而形成，通过借助于扫描装置6照明场分面反射镜7的分面8而导致。 [0041] 在照明光学单元5的一个实施例(未示出)中，尤其在投射光学单元16的入瞳位于适当位置的情况下，还可省略反射镜10、11、12，导致投射曝光设备对所用辐射光束3的传输率相应增加。 [0042] 对于场分面反射镜7的每个完整扫描，49.2J的总剂量到达整个物场14。该总剂量仍首先乘以照明光学单元5的总传输率，其次乘以投射光学单元16的总传输率。 [0044] 投射光学单元16将物场14成像于像面18中的像场17中。在投射曝光期间，承载光敏层的晶片18a布置在该像面18中，所述光敏层通过投射曝光设备1在投射曝光期间曝光。晶片18a由晶片保持器18b承载，晶片保持器18b进而可通过晶片位移驱动器18c以受控方式移动。 [0045] 为了简化位置关系的示图，下文使用xyz坐标系。x轴垂直于图1的示图平面并指向所述平面。y轴延伸到图1的右侧。在图1中，z轴向下延伸。 [0046] 在投射曝光期间，通过掩模母版位移驱动器16c与晶片位移驱动器18c的合适致动而以同步方式在图1的y方向上扫描掩模母版与晶片二者。在投射曝光期间，在y方向以典型扫描速度600mm/s扫描晶片。两个位移驱动器16c的同步扫描可独立于扫描装置6的扫描操作发生。 [0047] 场分面8的长边垂直于扫描方向y。场分面8的x/y纵横比对应于狭缝形物场14的x/y纵横比，狭缝形物场14可同样具有矩形或弓形实施例。 [0048] 图2和3更详细地显示所用辐射光束3的扫描装置6。为了简化位置关系的示图，使用x'-y'坐标系用于图2和3中的扫描装置。平行于x轴的x'轴延伸进图2中的示图平面并在图3中向上延伸。位于yz平面中的y'轴在图2中倾斜地延伸到右上方，并且在图3中延伸到右方。 [0049] 为了表示相对于场分面反射镜7的位置关系，相应使用xFF-yFF坐标系。xFF轴平行于x轴延伸，即在矩形场分面8的长边方向上延伸。yFF方向垂直于所述xFF轴，在矩形场分面8的短边方向上延伸。在图3中，场分面8示意性地以方形方式示出。 [0050] 因而，为了表示相对于光瞳分面反射镜9的位置关系，下文使用xPF-yPF坐标系。在图4和5中，xPF轴延伸到右侧。在图4和5中，yPF轴向上延伸。 [0051] 扫描装置6是扫描反射镜，其以掠射方式反射所用辐射光束3并且可关于线扫描轴19与移行轴20倾斜，所述线扫描轴19与y'轴重合，所述移行轴20平行于x'轴。两个轴19、20位于扫描装置6的反射镜表面21中。 [0052] 图3中，场分面反射镜7示意性地示为4x 4阵列，具有各自具有四个场分面8的四个水平行。跟随频率与时间数据与6x 75阵列的场分面反射镜7的照明有关，已结合图2对其进行了说明。关于用于沿xFF方向扫描场分面行的扫描轴19的倾斜所述实施例中以7.5kHz的行频率发生。在此，反射镜表面21倾斜+/-4.5°，导致所用辐射光束3的偏转角为+/-9°。因而，所用辐射光束3在场分面反射镜7的相应一行(yFF＝常数)上的停留时间为133.3μs。在yFF方向上的移行通过关于移行轴20的同步倾斜来导致，使得75行以正确行距来扫描，其中所述关于移行轴20的倾斜还确保所用辐射光束3从最后一个扫描的场分面8z返回要扫描的第一个场分面8a。因此，反射镜表面21附加地以100Hz的频率关于移行轴20倾斜。每个单独场分面8的停留时间为22.2μs。因此，在场分面8上的停留时间期间，660个EUV辐射脉冲照在场分面8上。 [0053] 比上述7.5kHz的行频率更高的行频率也是可能的，例如，10kHz、15kHz、20kHz的行频率或甚至更高的行频率。 [0054] 反射镜表面21与场分面反射镜7之间的距离大约为1m。 [0055] 除了关于移行轴20的倾斜，移行还可借助于多边形扫描仪来产生，所述多边形扫描仪关于移行轴20旋转。对于反射镜倾斜变化+/-4.5°来说，该多边形扫描仪具有总共40个多边形分面，即该多边形扫描仪在围绕其旋转轴的圆周方向上形成为规则的四十tetracontagon。7.5kHz的行频率通过多边形扫描仪的187.5Hz的旋转频率来实现。在具有多边形反射镜(未示出)的扫描装置6的实施例中，倾斜反射镜布置在其上游或下游，所述倾斜反射镜如上所述可关于移行轴20倾斜。 [0056] 像场17平行于扫描方向y具有2mm的狭缝宽度，并且垂直于扫描方向，即在x方向具有26mm的狭缝幅宽。在晶片18a上假定剂量为30mJ/cm2的情况中，所述剂量确保光敏层能起反应、在掩模母版16a处的600mm/s的扫描速度以及26mm的像场幅宽，输出光束3必须以5W的功率到达晶片18a。 [0057] 移行，即场分面反射镜7的各个行之间的切换，还可替代地通过位于与场分面反射镜7的列平行的分面反射镜22处的反射来实现，所述分面反射镜示于图3中的右下方。分面反射镜22的位移方向平行于yFF方向。取决于所用辐射光束3照在分面反射镜22的分面23之一上的点，所用辐射光束3被引导到场分面反射镜7的的不同行。图3示出具有五个分面23的分面反射镜22。该示图简化了内容。为了照明根据图2的分面反射镜7，需要具有75个分面的分面反射镜22。那么，所述分面化为75个分面还可与在围绕移行轴19的圆周方向上的分面化结合，使得分面反射镜22接收分面的凸体、尤其是分面的球体的形式。在足够小的所用辐射光束3的情况中，分面反射镜22还可设计有连续轮廓，而不是分面化，具有连续过渡，没有急剧边缘呈现在各分面表面之间。这些柔和的过渡之间的平面部分具有与具有急剧边缘的实施例相同的法线向量。 [0058] 在投射曝光设备1的另一变型中，光源2装配有用于调制所用辐射光束3的强度的强度调制器24。为了同步，强度调制器24为信号连接至扫描装置6。强度调制器24可操作为使得所用辐射光束3在场分面反射镜(例如，场分面反射镜7)的单独场分面8上扫射时在其强度方面受到影响。如果该影响在场分面反射镜7的扫射的场分面8处以相同方式产生，则这导致对物场14中照明的强度分布的相应影响。 [0059] 替代地或附加地，通过强度调制器24导致的强度调制可与扫描装置6同步，使得所用辐射光束3在其强度方面以与光瞳分面反射镜上的扫射同步的方式受到影响。这可实现在物场14上的照明角分布的校正。 [0060] 与通过强度调制器24导致的强度调制对应的效应还可通过改变所用辐射光束3在场分面反射镜7上扫射时的偏转速度来获得。举例而言，如果以变化的偏转速度扫描场分面反射镜7，使得比场分面8的右侧与左侧的两个边缘更快速地扫射各个场分面8的中心，则导致物场14由所用辐射光束3所照射，其中，与边缘相比，中心被更强地照射。 [0061] EUV光源2具有产生电子束2b的电子束供应装置2a和EUV产生装置2c。EUV产生装置2c由电子束供应装置2a供应电子束2b。EUV产生装置2c实施为波动器。 [0062] EUV光源2另外具有偏振设定装置25，对于设定输出光束3的偏振而言，偏振设定装置25对EUV产生装置2c中的电子束2b施加可调偏转效应。在此，偏振设定装置25实施为其影响波动器2c的偏转磁体26对穿过波动器2c的电子束2b的效应。作为波动器2c的这些偏转磁体26中的一些示意性地示于图1中。 [0063] 通过偏振设定装置25设定的输出光束3的偏振态可为线性偏振的、椭圆偏振的或圆偏振的。这些偏振态的混合形式也是可能的。 [0064] 偏振磁体26实施为电磁体。偏振设定装置25控制穿过偏转磁体26的电流的电流强度。 [0065] 电流的致动使得能够在线性偏振态、椭圆偏振态和圆偏振态之间的偏振态中的变化，例如输出光束3的偏振在例如平行于x方向的线性水平偏振与例如平行于y方向的线性竖直偏振之间变化，输出光束3在该情况中沿z方向传播。 [0066] 通过用于设定输出光束3的偏振态的波动器的偏转磁体致动电流的示例提供于Uwe Schindler的“Ein supraleitender Undulator mit elektrisch umschaltbarer ”(A superconducting undulator with electrically switchable helicity),Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft,wissen-schaftliche Berichte,FZKA 6997,August 2004,以及DE 103 58 225 B3中。 [0067] 所用光的偏振态可在照在第一场分面(例如，图3中的场分面8a)上以及在相应扫描偏转之后照在另外的场分面(例如，图3中的场分面8b)上之间转变。这里，例如，在线性x偏振与线性y偏振之间的转变是可能的。在任意偏振对“方向a上的线性偏振”、“方向b上的线性偏振”、“圆偏振”以及“具有长轴比c/d的椭圆偏振”之间的不同转变也是可能的。 [0068] 当操作具有EUV光源2和照明光学单元5的照明系统时，可设定场分面反射镜7的场分面8与光瞳分面反射镜9的光瞳分面9a的倾斜角关联，使得光瞳分面9a中相应的一个与要由输出光束3照射的场分面8的组的场分面8(例如，场分面反射镜7的所有场分面8)经由照明通道关联。然后，扫描装置6、偏振设定装置25和倾斜角关联彼此匹配以使光瞳分面9a中每一个上的输出光束3具有预定的偏振态。 [0069] 下文基于图4的“四极照明设定”将更详细地说明该匹配过程。所示出的是场分面反射镜(未示出)的场分面与光瞳分面反射镜9的光瞳分面9a之间的角关联，使得在场分面8的通过扫描装置6的扫描期间，导致照在图4中由标号的光瞳分面9a规定的光瞳分面9a上的输出光束序列。在此，偏振设定装置25以与扫描装置6同步的方式转换输出光束3的偏振态，使得四极照明设定的四个极I至IV分别由具有均匀偏振态的照明光4照射。 [0070] 在此，极I至IV形成几个光瞳分面9a的毗邻区域。 [0071] 极I和III可由沿yFF方向偏振的照明光3照射。相比之下，极II和IV可由与yFF方向垂直，即沿xPF方向线性偏振的照明光3照射。 [0072] 自然，形式对应于以给定倾斜关联在扫描装置6与偏振装置25之间的同步的其它偏振关联也是可能的。 [0073] 举例而言，光瞳分面反射镜9的照射是可能的，其中，光瞳分面9a的环形区域由围绕光瞳分面反射镜9的中心Z的照明光3照射，使得在各个照射的光瞳分面9a上的输出光束3的偏振态具有线性偏振成分27(参考图4)，其垂直于光瞳分面9a与光瞳分面反射镜9上的光瞳分面9a的布置的中心Z之间的连接线28。如果该线性偏振的方向的关系满足光瞳分面反射镜9的环形照明的所有光瞳分面9a，则导致具有切向偏振的环形照明。在环形照明的情况中，或者还可将椭圆偏振实现为主偏振主方向垂直于相应连接线28。 [0074] 与照明通道之一相应关联的输出光束3的这些光束成分的偏振态还可以设定为使得这些光束成分包含偏振引导，其考虑尤其是在光瞳分面反射镜9之后的沿输出光束3的路径的偏振的随后影响。在此，例如，可考虑输出光束3在其到物场14的路径上的偏振的几何偏振旋转。 [0075] 下文基于图5将说明顺次照射光瞳分面反射镜9的光瞳分面9a，在该顺次照射期间，偏振设定装置25的许多转换程序与根据图4的照射相比减少。相同的在区域中线性偏振的四极照明设定应由如具有根据图4的照射序列的根据图5的照射序列规定。与根据图4的照射相比，根据图5的照射序列设计为，最初照在呈现在极I和III中的光瞳分面9a上，随后照在呈现在极II和IV中的光瞳分面9a上。因为一方面的极I和III与另一方面的极II和IV中的光瞳分面9a由在相同方向上线性偏振的所用光照射，偏振设定装置25的单个转换程序在根据图5的照射序列期间是足够的，即，在该序列中的第14与第15位置处由输出光束3照射的光瞳分面9a之间。在这两个光瞳分面9a之间有输出光束3在yPF方向的偏振到在xPF方向的偏振的转换。 [0076] 因此，在根据图5的序列中，顺次地照射光瞳分面反射镜9上的若干光瞳分面9a，在所述光瞳分面之间，没有规定偏振态差别。 [0077] 当使用投射曝光设备1制造微结构或纳米结构化组件时，最初提供掩模母版16a和晶片18a。掩模母版16a上的结构借助投射曝光设备1顺序投射在晶片18a的光敏层上。通过转印光敏层，微结构或纳米结构化组件制造在晶片18a上，因此制造了微结构和纳米结构化组件，例如存储器芯片形式的半导体组件。 |
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