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TWI710865B - 用以產生投射曝光裝置之反射光學元件的方法、用於投射曝光裝置的反射光學元件、投射透鏡以及投射曝光裝置 - Google Patents

用以產生投射曝光裝置之反射光學元件的方法、用於投射曝光裝置的反射光學元件、投射透鏡以及投射曝光裝置 Download PDF

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瑪西爾斯 麥杰
克里斯多福 派翠
派維爾 艾勒克斯夫
華特 包爾斯
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德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司
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Abstract

本發明有關於一種用以產生用於投射曝光裝置(1)的反射光學元件的方法，其中該反射光學元件包含具有基板表面(31)、保護層(38)和適合用於EUV波長範圍的層部分系統(39)的一基板(30)，方法包含以下方法步驟：
a)量測基板表面(31)，
b)在多個電子(36)的協助下照射基板(30)，
c)對基板(30)進行回火。
此外，本發明有關於一種用於EUV波長範圍的反射光學元件。
另外，本發明有關於一種投射透鏡，包含作為反射光學元件的反射鏡，以及一種包含投射透鏡的投射曝光裝置。

Description

用以產生投射曝光裝置之反射光學元件的方法、用於投射曝光裝置的反射光學元件、投射透鏡以及投射曝光裝置 【相關專利參照】
本專利申請案主張德國專利申請案DE 10 2018 211 596.6的優先權，其內容以引用的方式併入本文。
本發明關於用以產生投射曝光裝置的反射光學元件的方法以及用於投射曝光裝置的反射光學元件。此外，本發明關於包含此一元件的微影投射透鏡以及包含此一投射透鏡的微影投射曝光裝置。
用於5-20nm的EUV波長範圍的微影投射曝光裝置依賴於以下事實：用以將光罩成像到影像平面中的反射光學元件關於它們的表面形式具有高準確度。同樣地，作為用於EUV波長範圍的反射光學元件的光罩關於表面形式應具有高準確度，因為其使用對投射曝光裝置的操作成本的影響並非不顯著。
特別地，用以校正光學元件的表面形式的方法已揭露於 下：US 6 844 272 B2、US 6 849 859 B2、DE 102 39 859 A1、US 6 821 682 B1、US 2004 0061868 A1、US 2003 0006214 A1、US 2003 00081722 A1、US 6 898 011 B2、US 7 083 290 B2、US 7 189 655 B2、US 2003 0058986 A1、DE 10 2007 051 291 A1、EP 1 521 155 A2及US 4 298 247。
在特定文件中列出的某些校正方法是基於藉由照射來局部地壓實光學元件的基板材料。結果，在照射區域附近實現了光學元件的表面形式的改變。其他方法是基於光學元件的直接表面燒蝕。前述方法中的其他方法轉而利用材料的熱或電可變形性，以對光學元件施加空間延伸的表面形式變化。
除了校正表面形式之外，DE 10 2011084117 A1及WO 2011/020655 A1還揭露了用以保護反射光學元件的方法，使其免受體積的百分之幾數量級的長期壓縮，或使其免受因EUV輻射而造成的基板材料老化。為此，反射光學元件的表面藉由輻射而均勻地壓實及/或塗佈一保護層。兩種方法都可防止EUV輻射穿透到基板材料中。結果，可防止由於EUV輻射而使材料壓實所導致的表面變形(其從長遠來看是不可接受)。
具有SiO2含量在體積上超過40%的成分的基板材料(如Schott AG的Zerodur®或Corning Inc.的ULE®)被壓實或老化的原因被認為是，熱力學非平衡狀態在基板材料的高生產溫度下被凍結了，該非平衡狀態在EUV照射的情況下合併成熱力學基態。符合此假設，有可能產生沒有這類壓實的SiO2塗層，因為在適當選擇的塗佈方法的情況下，這些層是在比基板材料低得多的溫度下生產的。
為了校正基板的表面形式以及防止由壓實所引起的長期變化而對材料進行的針對性局部或均勻的壓實的所有前述方法中的一個缺點為，該等方法沒有考慮到壓實將隨著時間而逐漸減弱並由此而引起表面形式變化。假定這種壓實減弱(以下也稱為解壓)是基於通過照射在材料中產生的缺陷狀態的鬆弛。
本發明的一目的為提供一種方法和反射光學元件，其解決了上述現有技術的缺點。本發明的另一目的在於提供一種投射透鏡和包含一改良光學元件的投射曝光裝置。
此目的藉由包含申請專利範圍第1項所述特徵的裝置來實現。申請專利範圍附屬項關於本發明的有利的發展和變化形式。
根據本發明的用以產生用於投射曝光裝置的反射光學元件的方法包含以下方法步驟，其中反射光學元件包含具有基板表面、保護層和適合用於EUV波長範圍的層部分系統的基板：
a)量測基板表面，
b)在電子的協助下照射基板，
c)對基板進行回火。
舉例來說，反射光學元件可為反射鏡或光罩。基板的塗層可包含針對EUV輻射(即，波長為13nm或7nm的輻射)的反射最佳化的至少一層部分系統。此反射層可包含至少一週期的個別層的週期序列，其中週期可包含在EUV波長範圍中具有不同折射率的兩個個別層。然而，僅包含一層的非週期層或塗層也是可能的。
選擇性地，可在基板和反射層之間施加保護層。此保護層防止了其下面的材料被使用EUV輻射(即裝置中用於曝光目的而使用的輻射)進一步壓實。在此處，保護層的層配置可包含至少大於20nm、特別是大於50nm的厚度，使得通過層配置的EUV輻射的透射小於10%，特別是小於2%。層部分系統可包含至少一層，其由以下的一組材料所形成或合成為化合物：鎳、碳、碳化硼、鈷、鈹、矽、氧化矽。這些材料首先對EUV輻射具有足夠高的吸收係數，其次在EUV輻射下不會發生變化。至少一保護層部分系統的層配置也可例如由個別層的至少兩個週期的週期性序列組成， 其中週期可包含由不同材料製成的兩個個別層，且其中形成週期的兩個個別層的材料可為鎳和矽，也可為鈷和鈹。與具有相應厚度的純金屬保護層的情況相比，這種層堆疊可抑制吸收性金屬的晶體生長，並因此為實際反射塗層提供較低的總體層粗糙度。
藉由量測基板表面來確定基板的精確表面形式，該表面形式通常與預期值有偏差。所量測的基板表面形式與基板的預期表面形式之間的差異會導致待校正的基板表面的偏差。由於基板的局部照射，基板在表面下方的1μm至100μm之間、較佳在1μm至30μm之間的區域中壓實，並收縮，導致了表面上的變形，其可用以校正基板表面。特別地，壓實取決於用於輻射目的的電子的能量和劑量或取決於材料所接收的劑量。舉例來說，電子的能量和劑量的值可分別落在5keV至80keV和0.1J/mm2至4000J/mm2的範圍。
輻射也可用以產生對基板的保護，使其在使用壽命期間免受由EUV輻射所造成的加劇的壓實。因此，基板表面可按劑量進行全面照射，其可落在高達4000J/mm2的區域。這導致壓實的飽和，即在進一步照射基板的情況下，基板的壓實不再增加或僅增加到可忽略的程度的狀態。此壓實區域形成保護層，其保護剩餘的基板免受EUV輻射造成的壓實。
可藉由電子束的不同穿透深度，將接近基板表面的用以校正表面形式偏差以及用以進行保護壓實的基板材料區域彼此分開。在此處，用於表面校正的能量可大於用於產生保護層的能量。通常，當使用電子進行照射以校正表面時，高達2500J/mm2的劑量足以進行足夠的表面形式校正。
最終的回火步驟導致先前在方法步驟中引入的基板材料的壓實的部分減退，即導致解壓。當在投射曝光裝置(例如EUV投射曝光裝置)中使用基板時，解壓會隨著時間而發生，因此可能導致基板表面不可忽略的變化。回火加速了解壓程序，其結果為可有利地將在基板的整個使用壽 命中由於解壓而造成的剩餘變化減小到可忽略的值。
在本發明的有利變化形式中，在對基板進行回火時所使用的溫度可在22℃至400℃之間的範圍內。在烤箱中進行回火的情況下，數值可落在22℃至最多60℃的範圍內。若藉由雷射對壓實層進行回火，則數值較佳可落在150℃和至多400℃之間。在此情況下，成立以下：隨著溫度的升高，可更快地壓實材料，由此可有利地最小化處理時間。
溫度的選擇取決於壓實程度和基板的幾何形狀。用於回火目的的溫度的上限是由用於基板的材料發生不可逆的改變或失去其形式的溫度來預先決定。舉例來說，用於基板的材料可為SiSic、Schott AG的Zerodur®或Corning Inc.的ULE®或石英玻璃或任何其他類型的玻璃。
在本發明的另一個有利的變化形式中，當對基板進行回火時，可在1小時至1000小時的持續時間內保持溫度。
在回火期間獲得的解壓取決於所採用的溫度、回火之前的壓實程度、基板的幾何形狀及保持溫度的持續時間。通常適用的是，在基板表面變化較小的情況下，亦即在回火之前的基板壓實度上，回火程序的持續時間較短，反之亦然。
在本發明的另一個有利的變化形式中，當對基板進行回火時，溫度可能隨時間變化。
溫度可隨時間變化，以例如實現最大的解壓及/或在相同的解壓下降低保持時間。
在本發明的另一個有利的變化形式中，可在回火期間以均勻的方式加熱基板。
為了回火目的而對整個基板進行均勻加熱是有利的，因為基板將非常均勻地進行回火，且其結果為在回火期間由於溫度梯度而不會在材料中引入額外的應力。舉例來說，回火所需的溫度可藉由使用雷射照射而引入到基板中。可藉由適當調節雷射的能量和穿透深度及/或藉由安裝 散熱器來影響材料中的熱流而以均勻的方式加熱基板。替代地，如從金屬製成的工件的回火中已知的，也可在例如烤箱中將基板加熱到一定溫度，並可在一定的保持時間之後再次冷卻基板。此程序的優點在於其為已知的且可使用可用的安裝。此外，程序簡單，這對生產成本具有正面的影響。
在本發明的另一個有利的變化形式中，可在回火期間局部加熱基板。
取決於基板的幾何形狀以及為了校正基板的表面形式而採取的壓實，不是均勻地加熱基板、而是藉由對基板進行局部加熱來達到對基板進行回火所需的溫度可能是有利的。局部加熱可藉由在基板表面上的輻射來實現，例如藉由雷射或燈來實現。輻射的波長較佳應落在反射塗層具有高透射率且基板具有高吸收度的區域中。局部加熱的優點是可在基板的壓實區域設定更高的溫度。舉例來說，在基板表面的最終生產期間，反射光學元件可能已組裝在保持器中，其可能僅暴露於例如不超過60℃的相對較低的溫度。由於局部加熱和用於局部散熱的配套措施，基板中的溫度可局部地達到例如高達400℃，而反射光學元件的溫度敏感區域沒有達到其臨界溫度。結果，可有利地減少保持時間，並因此可最小化生產成本。
在本發明的另一個有利的變化形式中，可藉由波長為2.6μm至2.8μm(特別是波長為2.755μm)的雷射照射而將溫度引入基板中。
所使用的基板材料具有體積為40%的SiO2成分，其中引入到SiO2網路中的OH基團在2.755μm的波長處具有共振。由於共振的激發，在此波長下的吸收特別高，其結果為，與其他波長相比，更快地實現基板中的溫度升高及/或基板中可達到更高的溫度。
在本發明的另一有利的變化形式中，可在方法步驟(b)中在對基板進行照射的過程中考慮由於回火引起的基板的變化。
試驗顯示，基板在解壓期間的變化在整個材料上基本上是均勻的，且只有很小、可忽略不計的變化是不均勻的。這種作用的優點是， 作其為結果，在試驗、基板的合適計算模型和FEM模型的協助下，可非常準確地預測解壓。材料的壓實同樣可被很好地預測，因此有利的是，在基板的壓實期間已經可考慮到回火引起的解壓，例如藉由留有餘量。因此，對回火後的基板表面的幾何形狀的預測是可能的，並可以所需的準確度來實施。
以上進一步描述的方法也可應用於已生產的反射光學元件的校正。在量測包含已塗佈的塗層的基板表面後，可使用介於5和80keV之間的能量和介於0.1J/mm2和2500J/mm2之間的劑量來照射基板，以校正基板表面的局部變形。照射之後的回火可使用與上述方法相同的方式進行。如同在生產反射光學元件的情況一樣，也可藉由輻射和回火來預測基板的壓實和解壓。因此，可保持在照射期間因解壓而減少的基板表面的校正，即基板的壓實，以實現基板表面與表面的預期值的有利最小偏差。
本發明進一步包含用於EUV波長範圍的反射光學元件，其包含施加到基板表面的層配置，其中層配置包含至少一層部分系統。在鄰接層配置距離表面5μm的表面區域中，基板的平均密度比距離基板1mm處的基板的平均密度按照體積高0.1%以上。此外，至少沿著距離表面1μm至100μm之間、較佳1μm至30μm之間的固定距離處的想像區域，基板的密度變化按照體積大於0.1%。在此處，在光學元件生產後的最初7年中，密度(其比距表面1mm處的基板的平均密度按照體積高出0.1%以上)的時間變化小於20%。
基板的尺寸穩定性直接影響基板表面，並因此影響光學元件的成像品質。由於反射光學元件在操作期間的加熱而導致的基板表面的變形可藉由冷卻或適當的操縱器來補償。由於長期效應(其可例如是由於解壓而導致的基板隨時間的變化所引起的)而導致的基板表面的變化可同樣藉由操縱器來補償。然而，基板表面的變化順序有可能落在可能超過操縱器的有限行程的範圍內，特別是結合在操作期間由加熱引起的變形。由於基 板具有長期穩定性，因此可有利地將此成分最小化至可接受的數值。
此外，本發明包含一微影投射透鏡，其包含根據前文進一步描述的具體實施例的作為反射光學元件的反射鏡及/或根據前文進一步描述的其中一方法而製造的作為反射光學元件的反射鏡。
微影投射透鏡由於使用輻射(其波長較佳為13.5nm)以及在其他波長下的輻射而暴露於高負載，結果為該微影投射透鏡在操作期間被加熱。藉由使用前文所進一步描述的反射鏡的其中一者，可有利地最小化由於材料的解壓而導致的反射鏡表面隨時間的變化。
此外，本發明包含一種微影投射曝光裝置，其包含根據前文進一步描述的具體實施例的投射透鏡。
投射曝光裝置全天候運行，每個故障都會影響投射曝光裝置的性能。藉由使用具有長期穩定性的投射光學單元，可有利地減少投射曝光裝置的維修時間。
1‧‧‧投射曝光裝置
2‧‧‧琢面反射鏡
3‧‧‧光源
4‧‧‧照明光學單元
5‧‧‧物場
6‧‧‧物體平面
7‧‧‧光罩
8‧‧‧光罩保持器
9‧‧‧投射光學單元
10‧‧‧影像場
11‧‧‧影像平面
12‧‧‧晶圓
13‧‧‧晶圓保持器
14‧‧‧EUV輻射
15‧‧‧中間焦點平面
16‧‧‧光瞳琢面反射鏡
17‧‧‧組合件
18‧‧‧反射鏡
19‧‧‧反射鏡
20‧‧‧反射鏡
30‧‧‧基板
31‧‧‧基板表面
32‧‧‧表面形式偏差
33‧‧‧照射
34‧‧‧基板區域
35‧‧‧電子束源
36‧‧‧電子
37‧‧‧想像區域
38‧‧‧保護層
39‧‧‧反射層
40‧‧‧雷射源
41‧‧‧雷射光
42‧‧‧烤箱
下文將參考附圖更詳細地解釋本發明的示例性具體實施例及變化形式，其中：
圖1顯示了本發明可實施於其中的EUV投射曝光裝置的基本架構；
圖2a-2c顯示了用以產生根據本發明的光學元件的根據本發明的方法的示意圖；以及
圖3a-3c藉由程序顯示了根據本發明的元件的表面形式的示意圖。
圖1以示例的方式顯示了可在其中使用本發明的微影EUV 投射曝光裝置1的基本結構。投射曝光裝置1的照明系統除了光源3之外，還包含了照明光學單元4，用以照明物體平面6中的物場5。形式為光源3所產生的光學使用輻射的EUV輻射14藉由整合在光源3中的集光器進行對準，使得該輻射在其入射到場琢面反射鏡2上之前通過中間焦點平面15的區域中的中間焦點。在場琢面反射鏡2的下游，EUV輻射14由光瞳琢面反射鏡16反射。在光瞳琢面反射鏡16和具有反射鏡18、19和20的光學組合件17的協助下，場琢面反射鏡2的場琢面被成像到物場5中。
光罩7被照明，其配置在物場5中並由示意性顯示的光罩保持器8所保持。僅示意性地顯示的投射光學單元9用以將物場5成像到影像平面11中的影像場10中。光罩7上的結構被成像到晶圓12的光敏感層上，其中晶圓12配置在影像平面11中的影像場10的區域中並由同樣部分顯示的晶圓保持器13所保持。光源3可發射特別是在5nm到30nm之間的波長範圍內的使用輻射。
本發明同樣可應用在DUV裝置(其未示出)。原則上，DUV裝置的設置類似於上述的EUV裝置1，其中反射鏡和透鏡元件在DUV裝置中可使用作為光學元件，且DUV裝置的光源發射在100nm至300nm的波長範圍內的使用輻射。
圖2示意性地顯示了用於產生根據本發明的反射光學元件(其例如為根據本發明的反射鏡18、19、20或根據圖1的本發明的光罩7)的方法步驟(a)至(c)。在方法步驟(a)中，提供了反射鏡18、19、20或光罩7，其包含具有層部分系統39(其適合用於在EUV波長範圍內的反射)及保護層38的基板30。層部分系統39可由至少一週期的個別層的週期性序列組成，其中週期包含在EUV波長範圍內具有不同折射率的兩個個別層。層部分系統39也可僅由一層組成，或包含具有非週期性層序列的層系統。配置在反射層39下的保護層38應防止EUV輻射穿透到基板30中。藉由干涉儀來量測反射鏡18、19、20或光罩7的表面形式31。為了清楚起見，在圖2中未示出藉由 干涉儀的量測。這樣做，在方法步驟(a)中決定反射鏡18、19、20或光罩7具有與期望的預期表面形式偏離的不想要的表面形式偏差32。
在方法步驟(b)中，通過照射33，藉由由此引起的基板區域34的壓實來校正此表面形式偏差32。照射33由電子束源35的電子36提供。此處可特別考慮的是在0.1J/mm2至2500J/mm2的劑量下以能量為5至80keV的電子36進行電子照射33及/或借助於波長在0.3至3μm之間、重複率在1Hz至100MHz之間且脈衝能量在0.01μJ至10mJ之間的脈衝雷射進行光子照射。由於基板區域34的壓實，沿著距表面固定距離的想像區域37產生按照體積超過0.1%的基板材料的密度變化，該想像區域延伸穿過壓實的基板區域34。在此處，密度的變化係理解為表示沿此恆定距離的想像區域37的密度最大值和密度最小值之間的差。在基板區域34的均勻照射33的情況下，此規定意味著基板區域34的密度比在距表面相同距離處的相鄰非照射區域的密度按照體積高出0.1%以上。表面形式的校正被過度校正，以在進一步的程序中保持效果，並因此在最後的方法步驟(c)之後獲得所需的表面形式。進一步的細節將在方法步驟(c)及圖3中進行描述。
最後，在方法步驟(c)中對基板30進行回火。藉由將基板30加熱到一定溫度並在一定時段內保持溫度來實現回火。基板30的加熱可藉由雷射源40的雷射光41來實現，其全部或僅部分地照射基板表面31。由於對基板30進行回火，再次部分地消除了壓實，亦即相對於緊接在方法步驟(b)之後的狀態，表面形式偏差32再次地沿相反方向改變。如關於方法步驟(b)所述，在壓實過程中已經可考慮到這種解壓，以校正基板表面31，從而藉由最後的回火方法步驟(c)獲得所預期的表面形式。作為替代方案，如從用以回火金屬的方法中已知的，基板30也可在烤箱42中加熱。這樣做時，將基板30放置在烤箱42中，其中已經將用於基板的所有附件組裝到位。接著，可在烤箱42上設定預定的溫度-時間曲線，該曲線導致與預期的表面形式對應的表面形式的期望結果。
通過圖2的方法步驟(a)至(c)所產生的反射光學元件可隨後使用作為投射曝光裝置中的EUV反射鏡18、19、20或EUV光罩7。
圖3a-3c顯示了藉由干涉儀量測所產生的基板表面31的示意影像，或是由干涉儀量測所產生的基板表面31的兩個影像之間的差(藉由計算產生)。圖3a至圖3c中的線應理解為輪廓線，其中實線代表高出繪圖平面，而虛線代表凹入繪圖平面。
在此處，圖3a顯示了在例如藉由使用的EUV輻射進行4000小時的長時間照射之後的基板表面31。圖3b顯示了相同基板30在方法步驟(b)之後的基板表面31。若兩個量測值的差是藉由計算形成的，則這包含均勻分量和非均勻分量。差異的均勻分量比非均勻分量大得多，使得在上述方法之後，非均勻分量與表面形式的可能預測無關。由此得出一個簡單的計算規則，如下所示：
表面形式c)=KF x表面形式b)+非均勻差異，其中
- 表面形式c)表示在方法步驟(c)(即回火)之後所獲得的基板30的最終表面形式，
- KF表示取決於基板材料、基板30的幾何形狀和表面校正尺寸的因子，
- 表面形式b)表示在方法步驟(b)之後的表面形式，以及
- 非均勻差異表示難以預測的殘差。
有可能基於試驗來建立有關材料在因照射33所造成的壓縮期間以及藉由回火而解壓期間的行為模型，其中基板材料30如前文在方法步驟(b)中所述藉由照射33進行處理，並接著根據前文進一步描述的方法步驟(c)藉由回火進行處理。在FEM模型的幫助下，這些模型可用以確定因子KF。在此處，FEM模型可藉由考慮基板30的幾何形狀，將由壓實產生的應力轉換為基板表面31的變化。在此處，在方法步驟(b)中已經可考慮到在方法步驟(c)中所產生的解壓及其對表面形式偏差32的影響。方法可用以生產 具有最大長期穩定性的反射光學元件7、18、19、20，以用於EUV投射曝光裝置。此外，方法也可用以校正已完成生產的反射光學元件。
7‧‧‧光罩
18‧‧‧反射鏡
19‧‧‧反射鏡
20‧‧‧反射鏡
30‧‧‧基板
31‧‧‧基板表面
32‧‧‧表面形式偏差
33‧‧‧照射
34‧‧‧基板區域
35‧‧‧電子束源
36‧‧‧電子
37‧‧‧想像區域
38‧‧‧保護層
39‧‧‧反射層
40‧‧‧雷射源
41‧‧‧雷射光
42‧‧‧烤箱

Claims (10)

  1. 一種用以產生用於一投射曝光裝置的一反射光學元件的方法，其中該反射光學元件包含具有一基板表面、一保護層和適合用於EUV波長範圍的一層部分系統的一基板，該方法包含以下方法步驟：a)量測該基板表面，以確定該基板的一表面形式，b)以多個電子照射該基板，c)對該基板進行回火；其中在方法步驟(b)中在對該基板進行照射的過程中考慮由於回火引起的該基板的變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在對該基板進行回火時所使用的溫度在22℃至400℃之間的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的方法，其中當對該基板進行回火時，在1小時至1000小時的持續時間內保持溫度。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的方法，其中當對該基板進行回火時，溫度隨時間變化。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的方法，其中在回火期間以均勻的方式加熱該基板。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述的方法，其中在回火期間以局部的方式加熱該基板。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的方法，其中藉由波長為2.6μm 至2.8μm的雷射照射而將溫度引入該基板中。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中該波長為2.755μm。
  9. 一種微影投射透鏡，包含作為如申請專利範圍第1至8項任一項所述的方法製造的反射光學元件的一反射鏡。
  10. 一種微影投射曝光裝置，包含如申請專利範圍第9項所述的投射透鏡。
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