微光刻投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)和用于操作該系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光刻投影曝光設(shè)備(12)的照明系統(tǒng)，其包括設(shè)置成產(chǎn)生光脈沖(42?1至42?3；42?1,42?2,52?1,52?2)序列的光源(LS；LS1,LS2)。該照明系統(tǒng)另外包括能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換的光學(xué)元件(32)的陣列(28)?？刂破?34)這樣控制光學(xué)元件(32)，使得這些光學(xué)元件僅在兩個(gè)彼此相繼的光脈沖之間改變它們的切換位置并且在光脈沖期間保持它們的切換位置。
【專利說明】
微光刻投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)和用于操作該系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種微光刻投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括以脈沖方式運(yùn)行的光源和例如以MEMS技術(shù)制造的光學(xué)元件陣列，這些光學(xué)元件能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路和其它微結(jié)構(gòu)化的元器件一般地通過在適合襯底(該襯底大多為硅晶片)上施涂多個(gè)經(jīng)結(jié)構(gòu)化的層來制造。為使這些層結(jié)構(gòu)化，首先用光刻膠(抗蝕劑)覆蓋這些層，所述光刻膠對(duì)特定波長(zhǎng)范圍的光敏感，例如對(duì)在深紫外(DUV,deep ultrav1let)、真空紫外(VUV,vacuum ultrav1let)或極紫外(EUV,extreme ultrav1let)光譜區(qū)域中的光敏感。隨后將這樣涂覆的晶片在投影曝光設(shè)備中曝光。在此，借助投影透鏡將設(shè)置在掩膜上的由衍射結(jié)構(gòu)構(gòu)成的圖案成像至光刻膠上。因?yàn)槌上癖壤叩臄?shù)在此一般小于1，所以這種類型的投影透鏡有時(shí)也稱作縮小透鏡。
[0003]在光刻膠的顯影后，對(duì)晶片進(jìn)行蝕刻工藝，從而使所述層對(duì)應(yīng)于掩膜上的圖案被結(jié)構(gòu)化。隨后從所述層的余留部分去除仍余留的光刻膠。重復(fù)該過程，直到所有的層都被施加至晶片上。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中已知這樣的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)使用鏡面陣列以使該照明系統(tǒng)的瞳孔平面能夠可變地照亮。其示例可得自于EP I 262 836 AUUS 2006/0087634 A1、US2010/0060873 AUUS 2010/0277708 AUUS 7,061,582 B2、W0 2005/026843 厶2和冊(cè)2010/006687 Al。在此一般涉及鏡面陣列，其中，這些鏡面能夠經(jīng)過連續(xù)地傾斜從而越過特定的角度范圍。
[0005]從WO2012/100791 Al已知一種照明系統(tǒng)，其額外地具有能夠進(jìn)行數(shù)字切換的微鏡面陣列。該微鏡面陣列是借助透鏡成像至光學(xué)積分儀的光入射面上的。類似的但是以其它方式控制的照明系統(tǒng)可從2 011年11月2 3日提交的案號(hào)為E P 1319 413 5.3的題為〃Illuminat1n System of a Microlithgraphic Project1n Exposure Apparatus〃的歐洲專利申請(qǐng)中得知，其內(nèi)容形成了本申請(qǐng)的主題。
[0006]從EP2 202 580 Al中得知具有微鏡面陣列的照明系統(tǒng)，然而該照明系統(tǒng)不能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換，而是能夠連續(xù)地傾斜越過更大的傾斜角范圍。微鏡面陣列被用來調(diào)節(jié)照明設(shè)置并且這樣與光源同步，使得能夠在兩個(gè)光脈沖之間進(jìn)行照明設(shè)置的交換。
[0007]從US 5,880,817和US 2007/0181834 Al已知兩個(gè)光源的時(shí)間多路工作方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種照明系統(tǒng)，其包含光學(xué)元件的陣列，這些光學(xué)元件能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換，并且該照明系統(tǒng)具有特別穩(wěn)定的光學(xué)性會(huì)K。
[0009]該技術(shù)問題通過微光刻投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)得以解決，該照明系統(tǒng)具有設(shè)置成產(chǎn)生光脈沖序列的光源。該照明系統(tǒng)另外具有光學(xué)元件的陣列，這些光學(xué)元件能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換。照明系統(tǒng)的控制器被設(shè)置成這樣控制這些光學(xué)元件，使得它們只是在兩個(gè)彼此相繼的光脈沖之間改變它們的切換位置并且在光脈沖期間保持它們的切換位置。
[0010]本發(fā)明基于以下認(rèn)知，S卩，該陣列的光學(xué)元件應(yīng)當(dāng)這樣與光源同步，使得切換位置的改變僅僅在彼此相繼的光脈沖之間的時(shí)間間隔中發(fā)生。因?yàn)楣饷}沖通常是短暫的并且切換過程同樣延伸越過特定的時(shí)間間隔，所以重要的是，在光脈沖內(nèi)關(guān)于預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)實(shí)施所述切換過程。這將會(huì)是在照射掩膜時(shí)獲得限定的比例的前提。
[0011]本發(fā)明采取其它途徑，方法是，在光脈沖期間基本上避免這樣的切換過程。因此，始終明確地確定，為光學(xué)元件的哪種調(diào)整分配特定的光脈沖。
[0012]控制器可設(shè)置成，這樣控制光學(xué)元件，使得至少一個(gè)光學(xué)元件的切換位置在兩個(gè)或多個(gè)彼此相繼的光脈沖期間相同。當(dāng)在其期間切換位置相同的那些光脈沖的數(shù)目在照射掩膜期間對(duì)于不同的光學(xué)元件而不同時(shí)，可以在被陣列照射的目標(biāo)面上關(guān)于時(shí)間積分地產(chǎn)生不同的亮度級(jí)別。在此例如可使光脈沖的數(shù)目取決于目標(biāo)面上或在與目標(biāo)面光學(xué)共軛的面中的強(qiáng)度的測(cè)量或模擬。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件在切換位置之間移動(dòng)?？刂破鞅辉O(shè)置成這樣控制光學(xué)元件，使得切換位置在兩個(gè)或更多個(gè)彼此相繼的光脈沖之間改變2.η次，η = I，2，3，…。通過改變切換位置使得光學(xué)元件移動(dòng)，這促進(jìn)了圍繞光學(xué)元件的空氣(或其它氣體)的移動(dòng)并進(jìn)而促進(jìn)了光學(xué)元件的冷卻。
[0014]本發(fā)明不限于帶有微鏡面的陣列，因?yàn)閷?duì)于帶有能夠進(jìn)行數(shù)字切換的光學(xué)元件的其它陣列也會(huì)出現(xiàn)類似問題。因此光學(xué)元件例如可為能夠傾斜的楔形棱鏡(Keilprismen)或可為液晶單元，正如從IXD中已知的那些。
[0015]在陣列和目標(biāo)面之間可布置將陣列成像至目標(biāo)面上的透鏡。目標(biāo)面尤其可以是光學(xué)積分儀的光入射面，光學(xué)積分儀在照明系統(tǒng)的瞳孔平面中產(chǎn)生了大量的二次光源。
[0016]光脈沖的次序通常是周期性的。但是本發(fā)明也可用于這樣的光源，在所述光源中并非周期性地或并非嚴(yán)格周期性地發(fā)射光脈沖。
[0017]所述光源尤其可以是激光器，其設(shè)置成產(chǎn)生中心波長(zhǎng)為150nm至250nm的投影光。然而，本發(fā)明也可用于更短的中心波長(zhǎng)，例如在EUV光譜區(qū)域中的中心波長(zhǎng)。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，照明系統(tǒng)具有其它光源，其設(shè)置成產(chǎn)生其它光脈沖。這些其它光脈沖在時(shí)間上與所述光源的光脈沖錯(cuò)開地產(chǎn)生。該陣列設(shè)置成，在光學(xué)元件的第一切換位置中將所述光源的光脈沖和在光學(xué)元件的第二切換位置中將其它光源的光脈沖耦合輸入到照明系統(tǒng)的共同光路中。以該方式可將兩個(gè)光源耦合輸入到該光路中，而沒有因此升高照明系統(tǒng)的輸入端的光導(dǎo)率。相較于常規(guī)的可切換的耦合元件如傾斜鏡或旋轉(zhuǎn)式棱鏡，由能夠進(jìn)行數(shù)字切換的光學(xué)元件構(gòu)成的陣列具有以下優(yōu)點(diǎn)，即，其需要很小的結(jié)構(gòu)空間并且由于小的待移動(dòng)的質(zhì)量而具有很短的切換時(shí)間。因此以該方式能夠使照明系統(tǒng)的有效脈沖速率加倍并進(jìn)而使可用于曝光感光層的光量加倍。
[0019]另外，本發(fā)明的技術(shù)主題是一種用于操作微光刻投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)的方法，其包括以下步驟:
[0020]a)提供能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換的光學(xué)元件的陣列；
[0021]b)產(chǎn)生光脈沖的序列；
[0022]c)在兩個(gè)彼此相繼的光脈沖之間改變光學(xué)元件的切換位置至少兩次。
[0023]優(yōu)選地，這些光學(xué)元件在光脈沖期間保持它們的切換位置。該陣列可借助透鏡成像至目標(biāo)面上。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，該陣列在光學(xué)元件的第一切換位置中將一個(gè)光源的光脈沖和在光學(xué)元件的第二切換位置中將其它光源的光脈沖耦合輸入到共同光路中。
[0025]另外，本發(fā)明的技術(shù)主題在于一種微光刻投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)，其具有設(shè)置成產(chǎn)生第一光脈沖的序列的第一光源，并且具有設(shè)置成產(chǎn)生第二光脈沖的序列的第二光源，所述第二光脈沖相對(duì)于第一光脈沖在時(shí)間上錯(cuò)開地發(fā)射?？刂破髟O(shè)置成將能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換的光學(xué)元件的陣列這樣控制，使得在光學(xué)元件的第一切換位置中僅將一個(gè)光源的光脈沖和在光學(xué)元件的第二切換位置僅將其它光源的光脈沖耦合輸入到照明系統(tǒng)的共同光路中。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)主題另外在于一種用于操作微光刻投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)的方法，該方法具有以下步驟:
[0027]a)用第一光源產(chǎn)生第一光脈沖序列；
[0028]b)用第二光源產(chǎn)生第二光脈沖序列，所述第二光脈沖在時(shí)間上與第一光脈沖錯(cuò)開；
[0029]c)這樣控制能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換的光學(xué)元件的陣列，使得在光學(xué)元件的第一切換位置中僅將一個(gè)光源的光脈沖和在光學(xué)元件的第二切換位置中僅將其它光源的光脈沖耦合輸入到照明系統(tǒng)的共同光路中。
【附圖說明】
[0030]借助附圖由接下來對(duì)實(shí)施例的描述中得出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。其中:
[0031 ]圖1示出了微光刻投影曝光設(shè)備的大幅簡(jiǎn)化的透視圖；
[0032]圖2以示意性透視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的部件；
[0033]圖3示出了其中繪制出取決于光脈沖的微鏡面的角位置隨時(shí)間變化的曲線圖；
[0034]圖4相比于圖2的圖示示出了根據(jù)其它實(shí)施例的本發(fā)明照明系統(tǒng)的部件；
[0035]圖5示出了針對(duì)圖4中示出的實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖3的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]圖1以大幅簡(jiǎn)化的透視圖示出了投影曝光設(shè)備10，其適合用于微結(jié)構(gòu)化的元器件的光刻法制造。投影曝光設(shè)備10包含帶有光源LS的照明系統(tǒng)12，該光源LS設(shè)置用于產(chǎn)生中心波長(zhǎng)為193nm的投影光。照明系統(tǒng)12將由光源LS產(chǎn)生的投影光引導(dǎo)至掩膜14上并在那里照亮了狹窄的、在所示實(shí)施例中呈矩形的照明場(chǎng)16。同樣也可考慮其它的照明場(chǎng)形狀，如環(huán)段狀。
[0037]將掩膜14上的處于照明場(chǎng)16內(nèi)的結(jié)構(gòu)18借助包含多個(gè)鏡頭LI至L4的投影透鏡20成像至感光層22上。感光層22(其例如可為光刻膠)被施涂在晶片24或其它適合襯底上并存在于投影透鏡20的像平面上。因?yàn)橥队巴哥R20—般具有|β|〈I的成像比例尺，所以處于照明場(chǎng)16內(nèi)的結(jié)構(gòu)18以縮小的方式被成像至投影場(chǎng)18 ’上。
[0038]對(duì)于所示的投影曝光設(shè)備10，掩膜14和晶片24在投影期間沿著以Y表示的方向行進(jìn)。行進(jìn)速度的比例在此與投影透鏡20的成像比例尺β相同。如果投影透鏡20將圖像反轉(zhuǎn)(即β〈0)，則掩膜14和晶片24的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)則是相反走向的，正如圖1中由箭頭Al和Α2表示。以該方式將照明場(chǎng)16以掃描運(yùn)動(dòng)在掩膜14上導(dǎo)引，因此還能夠?qū)⒏蟮慕Y(jié)構(gòu)化區(qū)域連貫地投影到感光層22上。
[0039]在圖2中以透視圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)12的部件。照明系統(tǒng)12包括用于微鏡面陣列28的載體26，光源LS直接地或通過未示出的其它光學(xué)元件將投影光30對(duì)準(zhǔn)微鏡面陣列28?？蓪?shí)施為DMD(數(shù)字鏡面器件(digital mirror device))的微鏡面陣列28包含規(guī)則排列的微鏡面32，這些微鏡面32分別能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換。為了該目的，微鏡面陣列28通過以虛線表示的信號(hào)連接與控制器34相連接。撞擊在微鏡面陣列28上的投影光30在經(jīng)由平面狀的折疊鏡36換向之后通過透鏡38對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)面40，所述目標(biāo)面40例如可以是光學(xué)積分儀的表面。在此，透鏡38所起的作用是，將微鏡面陣列28成像至目標(biāo)面40上。以該方式能夠借助微鏡面陣列28可變地照亮目標(biāo)面40。
[0040]圖3示出了這樣的曲線圖，在該曲線圖中關(guān)于時(shí)間t繪制出由光源LS產(chǎn)生的投影光30的強(qiáng)度(右側(cè)的坐標(biāo))和微鏡面32的角位置(左側(cè)的坐標(biāo))。在該實(shí)施例中假定，光源LS以周期T產(chǎn)生了時(shí)長(zhǎng)At的光脈沖42-1至42-3，其中At/T〈〈l。因此，在兩個(gè)彼此相繼的光脈沖42之間流逝了相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間，在所述相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間中沒有投影光穿過照明系統(tǒng)12。光源LS的脈沖頻率通常處于幾個(gè)kHz的數(shù)量級(jí)。
[0041 ]在圖3的曲線圖中可見，利用在彼此相繼的光脈沖42之間的相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間間隔使相關(guān)的微鏡面32在其兩個(gè)切換位置之間切換多次，這兩個(gè)切換位置的角度對(duì)應(yīng)于aodP/或aoff。然而，在光脈沖42期間，相關(guān)的微鏡面32總是存在于限定的切換位置，S卩，在首先的兩個(gè)光脈沖42-1和42-2期間，相關(guān)的微鏡面32存在于其中光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)面40的切換位置(α =αοη)，并且在第三光脈沖42-3期間，相關(guān)的微鏡面32存在于其中光不對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)面40的第二切換位置(a = aoff)0
[0042]通過在彼此相繼的光脈沖42-1至42-3之間多次改變切換位置，促進(jìn)了圍繞微鏡面32的空氣(或其它種氣體)的運(yùn)動(dòng)和進(jìn)而微鏡面32的冷卻。之所以需要冷卻，通常是因?yàn)樽矒粼谖㈢R面32上的高能量的投影光30的一部分(也可更少)被微鏡面32的反射涂層吸收并轉(zhuǎn)換成熱。因此，單獨(dú)地通過載體26進(jìn)行關(guān)于微鏡面32的冷卻是不夠用的。特別有效的是，當(dāng)使周圍空氣和改變其切換位置的微鏡面32運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過對(duì)流進(jìn)行冷卻。
[0043]圖4相比于圖2的圖示示出了其它實(shí)施例，其中微鏡面陣列28被用來以一種時(shí)間多路工作方式使由第一光源LSl產(chǎn)生的第一光脈沖和由第二光源LS2產(chǎn)生的第二光脈沖交疊，從而在微鏡面陣列28后具有雙倍脈沖頻率的投影光30對(duì)準(zhǔn)照明系統(tǒng)12的隨后的光學(xué)元件。
[0044]為了該目的，控制器34這樣控制微鏡面陣列28，使得在微鏡面32的第一切換位置中僅有第一光源LSl的第一光脈沖并且在微鏡面32的第二切換位置中僅有第二光源LS2的第二光脈沖耦合輸入到照明系統(tǒng)的共同光路中。
[0045]因此，第一和第二光脈沖恰好從相同的方向撞擊在折疊鏡36上，然而是以相較于每個(gè)單獨(dú)的光源LS1、LS2的脈沖頻率而言雙倍的脈沖頻率撞擊的。
[0046]在圖5中示出的圖說明了這一點(diǎn)。第一和第二光脈沖42-1,42-2或52-1,52-2的周期性次序通過不同的陰影線標(biāo)識(shí)。通過使以周期Tl發(fā)射的第一光脈沖和以周期T2 = T1發(fā)射的第二光脈沖交疊可獲得具有有效周期Teff = Τ1/2 = Τ2/2的光脈沖序列?？刂破?4這樣控制相關(guān)的微鏡面32，使得該微鏡面32在第一光脈沖42-1，42-2，42-3期間存在于其第一切換位置，該第一切換位置對(duì)應(yīng)于角度31。在第二光脈沖52-1，52-2期間該微鏡面存在于其第二切換位置，該第二切換位置對(duì)應(yīng)于傾斜角如。
[0047]在本實(shí)施例中，微鏡面32也在兩個(gè)彼此相繼的、但源自不同光源LSI，LS2的光脈沖42-1，42-2，42-3，52-1，52_2之間多次在微鏡面32的兩個(gè)切換位置之間切換，以改善由于圍繞的空氣造成的冷卻。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微光刻投影曝光設(shè)備的照明系統(tǒng)(10)，其具有: a)光源(LS;LSI, LS2)，其設(shè)置成產(chǎn)生光脈沖(42-1，42-2，42-3，52-，52-2)的序列， b)光學(xué)元件(32)的陣列(28)，這些光學(xué)元件能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換， c)控制器(34)，所述控制器設(shè)置成將光學(xué)元件控制為使得這些光學(xué)元件只是在兩個(gè)彼此相繼的光脈沖之間改變它們的切換位置并且在光脈沖期間保持它們的切換位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中，控制器(34)設(shè)置成將光學(xué)元件(32)控制為使得至少一個(gè)光學(xué)元件的切換位置在兩個(gè)或更多個(gè)彼此相繼的光脈沖期間相同。3.根據(jù)權(quán)利要求2的照明系統(tǒng)，其中，控制器(34)設(shè)置成將光學(xué)元件(32)控制為使得在其期間切換位置相同的那些光脈沖的數(shù)目在照射掩膜(14)期間對(duì)于不同的光學(xué)元件(32)是不同的。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的照明系統(tǒng)，其中，這些光學(xué)元件在切換位置之間移動(dòng)，并且其中，控制器設(shè)置成將光學(xué)元件控制為使得切換位置在兩個(gè)或更多個(gè)彼此相繼的光脈沖之間改變2.η次，n = l，2，3,…。5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的照明系統(tǒng)，其中，在所述陣列(28)和目標(biāo)面(40)之間的光徑中布置透鏡(38)，所述透鏡將所述陣列成像至所述目標(biāo)面上。6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)具有其它光源(LS2)，所述其它光源設(shè)置成產(chǎn)生其它光脈沖，其中，所述其它光脈沖(52-1，52-2)相對(duì)于所述光源的光脈沖(42-1，42-2，42-3)在時(shí)間上錯(cuò)開地產(chǎn)生，并且其中，所述陣列(28)設(shè)置成，在光學(xué)元件(32)的第一切換位置中將所述光源的光脈沖和在光學(xué)元件的第二切換位置中將所述其它光源的光脈沖耦合輸入到照明系統(tǒng)(12)的共同光路中。7.—種用于操作微光刻投影曝光設(shè)備(10)的照明系統(tǒng)(12)的方法，所述方法包括以下步驟: a)提供能夠在兩個(gè)切換位置之間進(jìn)行數(shù)字切換的光學(xué)元件(32)的陣列(28); b)產(chǎn)生光脈沖(42-1，42-2，42-3，52-，52-2)的序列; c)僅在兩個(gè)彼此相繼的光脈沖之間、但不在光脈沖期間改變光學(xué)元件的切換位置。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，至少一個(gè)光學(xué)元件(32)的切換位置在兩個(gè)或更多個(gè)彼此相繼的光脈沖期間相同。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在其期間切換位置相同的光脈沖的數(shù)目在照射掩膜(14)時(shí)對(duì)于不同的光學(xué)元件(32)是不同的。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，所述光學(xué)元件在切換位置之間移動(dòng)，并且切換位置在兩個(gè)或更多個(gè)彼此相繼的光脈沖之間改變2.η次，n = l，2，3，…。11.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的方法，其中，所述陣列(28)在光學(xué)元件(32)的第一切換位置中將所述光源(LSI)的光脈沖(42-1，42-2，42-3)和在光學(xué)元件(32)的第二切換位置中將所述其它光源(LS2)的光脈沖(52-，52-2)耦合輸入到共同光路中。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK106030412SQ201580009193
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日
【發(fā)明人】M.德岡瑟, V.達(dá)維登科, T.科布, J.艾森門格
【申請(qǐng)人】卡爾蔡司Smt有限責(zé)任公司