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TWI853075B - Ｅｕｖ集光鏡、來源集光器模組、泵光源、照明光學設備、投影曝光設備、用於產生結構組件之方法及結構組件 - Google Patents

Ｅｕｖ集光鏡、來源集光器模組、泵光源、照明光學設備、投影曝光設備、用於產生結構組件之方法及結構組件 Download PDF

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TWI853075B
TWI853075B TW109129130A TW109129130A TWI853075B TW I853075 B TWI853075 B TW I853075B TW 109129130 A TW109129130 A TW 109129130A TW 109129130 A TW109129130 A TW 109129130A TW I853075 B TWI853075 B TW I853075B
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euv
pump
pump light
light
grating structure
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English (en)
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馬克思 科考夫
Original Assignee
德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司
荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
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Publication date
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Abstract

本發明揭示一種EUV集光鏡，其具有一反射面(16)，用於將來自一來源區域(17)入射到該反射面(16)的可用EUV光反射至一後續EUV光學設備。該反射面(16)承載一泵光柵結構(19)，其設計成使從該來源區域(17)射向該泵光柵結構(19)的泵光(22)回射回該來源區域(17)。該泵光(22)的波長偏離該可用EUV光之波長。此EUV集光鏡能夠一方面在一雷射放電產生電漿(Laser Discharged Produced Plasma，LDPP)EUV光源的泵光能量與另一方面所產生可用EUV能量之間實現高轉換效率。

Description

EUV集光鏡、來源集光器模組、泵光源、照明光學設備、投 影曝光設備、用於產生結構組件之方法及結構組件 [交互參照]
德國專利申請案第DE 10 2019 215 829.3號的內容以引用方式併入本文供參考。
本發明係關於一種用於EUV投影曝光設備的EUV集光鏡。
從專利申請案第DE 10 2013 002 064 A1號和第US 2019/0094699 A1號已知具有此一集光器的照明光學單元。從專利申請案第US 10,101,569 B2號已知一集光鏡。從專利申請案第DE 10 2019 200 698 A1號已知進一步EUV集光鏡。
本發明之一目的係開發一種EUV集光鏡，該反射鏡能夠一方面在一雷射放電產生電漿(LDPP)EUV光源的泵光能量與另一方面所產生可用EUV能量之間實現高轉換效率。
根據本發明，通過包括申請專利範圍第1項所指定多個特徵件的一EUV集光鏡來達成此目的。
根據本發明，已經認識到，設計為對從LDPP來源的來源區域發出之泵光進行回射之光柵結構，能夠實現從泵光能到可用EUV光能的高轉換效率。回射的泵光再次用於供轉換為可用EUV光的該來源區域。
特別是，EUV集光鏡上的此回射泵光柵結構避免需要如先前技術已知泵光源的預脈衝/主脈衝方案。這有助於泵雷射光源的構造。特別是，沒有必要預成型LDPP來源的目標，例如錫液滴(Tin droplet)，以預脈衝來提高主脈衝轉換為可用EUV光的轉換效率。相對於建構一方面包括光源並且另一方面包括EUV集光鏡的來源集光器模塊，此導致成本降低。相較於習知預脈衝/主脈衝方案，使用泵光能量的效率可顯著提高，例如大約是50%甚至100%的數量。
特別是，球形目標可無需特別進一步成形而用於照射在泵光上。
該泵光柵結構可為閃耀光柵。可針對泵光波長的第0階或+/- 1階回射繞射以最佳化閃耀角(Blaze angle)。泵光柵結構的間距在EUV集光鏡的反射面上變化，以調適回射特性至入射在泵光柵結構上泵光線的入射角條件之角度。
在EUV集光鏡的反射面相對於旋轉對稱軸旋轉對稱之情況下，所述間距可隨著光柵結構到該對稱軸的距離增加而增加，或者在另一具體實施例中，間距可隨著距離增加而減少。在另一具體實施例中，間距和光柵結構到對稱軸的此距離間之相依性可非單一性。
該泵光柵結構可包括兩或多個不同的高度位準，即可實現為兩步階光柵或多步階光柵。
如申請專利範圍第2或3項之泵光波長已經證實特別適合用於有效產生可用EUV照明光。
如申請專利範圍第4項之間距(例如光柵週期)滿足泵光波長的回射條件。該間距取決於泵光在反射面上的入射角。此入射角取決於反射面上相 對泵光線的入射點與旋轉對稱軸間之距離。因此，該間距取決於承載泵光柵結構的反射面面積到此對稱軸之距離。隨著到對稱軸的距離增加，間距可能減少。
間距的典型尺寸可介於0.1mm至2mm之間的範圍內，特別是介於0.2mm和1.0mm之間，更特別是介於0.5mm和0.9mm之間。
通過使用適當的泵光柵結構可實現如申請專利範圍第5項之反射率。EUV集光鏡的反射面可承載高反射塗層，當然，該塗層主要針對可用EUV照明光的高反射而最佳化。此反射塗層亦可最佳化用於泵光波長的高反射。
如申請專利範圍第6項的來源集光器模塊之優點是以上關於EUV集光鏡所解釋之優點。
同樣適用於如申請專利範圍第7項之泵光源。
如申請專利範圍第8項之脈衝持續時間及/或如申請專利範圍第9項之脈衝上升時間經證明呈現特別高的轉換效率。
如申請專利範圍第10項的照明光學設備之優點、如申請專利範圍第11項的投影曝光設備之優點、如申請專利範圍第12項的產生方法之優點及如申請專利範圍第13項的微結構組件及/或奈米結構組件之優點，其對應至上面關於EUV集光鏡、來源集光鏡模組及泵光源所解釋之優點。
特別是，使用投影曝光設備可製成半導體組件，例如記憶體晶片。
1:投影曝光設備
2:光源模組
3:EUV照明光
4:物場
5:物平面
6:照明光學設備
6b:場形成反射鏡
6a:光瞳平面
7:投影光學單元
8:像場
9:影像平面
10:倍縮光罩
10a:倍縮光罩固定器
10b:倍縮光罩位移驅動器
11:基板
12:基板固定器
12a:基板位移驅動器
13、14:射線光束
15:EUV集光鏡
16:反射面
17:來源區域
18:光軸
19:泵光柵結構
20:正結構
21:負結構
22:泵光
22r:泵光線
23:泵光源
24:貫穿孔
25:錫液滴
PF:光瞳分面鏡
FF:場分面鏡
下面將參考圖式以更詳細解釋本發明的示範具體實施例，在該等圖式中顯示：圖1示意用於EUV微影蝕刻的投影曝光設備；圖2是EUV集光鏡的經面部分，其包括來自泵光源的泵光之光路徑； 圖3示意一反射面的放大截面，其顯示泵光柵結構，該結構設計為將入射到泵光柵結構上的泵光從來源區域回射回此來源區域，其中顯示用於+1階繞射亦用於-1階繞射的回射泵光線路徑。
一用於微影蝕刻的投影曝光設備1包括用於EUV照明光3及/或成像光的光源模組2，以下將更詳細說明。此光源模組2亦稱為一來源集光器模組。光源模組2的光源是一EUV光源，其產生波長範圍例如介於5nm和30nm之間，特別是介於5nm和15nm之間的光。該EUV照明光3及/或成像光在下面亦稱為所使用EUV光。
特別是，所述EUV光源可為波長13.5nm的所使用EUV之光源或波長6.9nm或7nm的所使用EUV之光源。在此亦可有其他所使用EUV波長。圖1特別示意性描述EUV照明光3的光束路徑。
一照明光學設備6用於將EUV照明光3從光源引導到物平面5中的物場4。該照明光學設備6包括在圖1中特別示意性顯示的場分面鏡FF，及在EUV照明光3的光束路徑下游同樣特別示意性顯示的光瞳分面鏡PF。一用於切線入射(Grazig incident)的場形成反射鏡6b(GI反射鏡；切線入射反射鏡)配置在佈置於該照明光學設備6的光瞳平面6a內之該光瞳分面鏡PF與物場4之間EUV照明光3的該光束路徑中。此一GI反射鏡6b並非強制性。
該光瞳分面鏡PF的光瞳分面(未更詳細描述)是一轉移光學單元的一部分，其將該場分面鏡FF尤其是影像的視分面(同樣未描述)以彼此疊加的方式轉移到物場4中。先前技術中已知的具體實施例一方面可用於該場分面鏡FF，且另一方面可用於該光瞳分面鏡PF。舉例來說，從專利案第DE 10 2009 045 096 A1號中已知此一照明光學單元。
使用一投影光學單元7或成像光學單元，以預定的縮小比例將物場4成像在影像平面9中的像場8內。從專利案第DE 10 2012 202 675 A1號中已知可用於此的投影光學單元。
為了便於描述投影曝光設備1和投影光學單元7的各種具體實施例，在附圖中顯示笛卡爾xyz坐標系，從該系統中明顯例示圖式中所示組件的各自位置關係。在圖1中，該x方向垂直於後者的繪圖平面，該y方向延伸到圖1的左邊，並且該z方向延伸到圖1的上方。物平面5與XY平面平行延伸。
物場4和像場8為矩形。另外，物場4和像場8亦可具有彎曲或彎形的具體實施例，即特別是部分環形。物場4和像場8具有大於1的x/y長寬比。因此，物場4在x方向上具有較長的物場尺寸，並且在y方向上具有較短的物場尺寸。這些物場尺寸沿著該場座標x和y延伸。
從先前技術已知的示範具體實施例之一可用於投影光學單元7。在此情況下所成像為物件的是與物場4一致的反射光罩10的一部分，亦稱為倍縮光罩(Reticle)。該倍縮光罩10由一倍縮光罩固定器10a所承載，該倍縮光罩固定器10a由一倍縮光罩位移驅動器10b所位移。
通過投影光學單元7的成像在以晶圓形式的基板11之表面上實現，該基板由基板固定器12承載。基板固定器12由一晶圓或基板位移驅動器12a所位移。
圖1示意性例示在倍縮光罩10與投影光學單元7之間，進入該投影光學單元的EUV照明光3之射線光束13；及在投影光學單元7與基板11之間，從投影光學單元7射出的EUV照明光3之射線光束14。圖1中並未按比例重現投影光學單元7的像場側數值孔徑(NA)。
投影曝光設備1亦為掃描器類型。在投影曝光設備1的操作期間，倍縮光罩10和基板11兩者在y方向上接受掃描。步進器類型的投影曝光設備1亦有可能，其中在基板11的各個曝光之間實現倍縮光罩10和基板11在y方向上的逐步位移。這些位移通過位移驅動器10b和12a的適當致動而彼此同步實現。
圖2在經面截面中顯示為光源模組2之一部分的EUV集光鏡15之經面截面。EUV集光鏡15的反射面16用於將入射在反射面16上、圖2中未顯示的照明光，從來源區域17反射到後續EUV照明光學設備6。為此，反射面16具有相對於光軸18旋轉對稱的橢圓形狀。來源區域17配置在橢圓形反射面16的一焦點區域中。圖2中未顯示的中間焦點位於此橢圓形的另一焦點處，該中間焦點用於將可用EUV照明光3與其他波長和殘餘物區分開。
圖3顯示EUV集光鏡15的反射面16之放大截面。在此放大圖式中示意性顯示是一泵光柵結構19，該結構包括週期性交替的正結構20(「凸部」)和負結構21(「凹部」)。該光柵結構19的此循環性之特徵在於光柵間距p。
該泵光柵結構19設計成使從來源區域17射向泵光柵結構19的泵光22(亦相較於圖2)回射回該來源區域。
如圖2示意性所示，泵光22從泵光源23發射。泵光源23是CO2雷射光源，其產生具有波長約10μm的泵光，例如波長10.6μm的泵光。或者，該泵光源23可為Nd基固態雷射光源，例如產生泵光波長約1μm(例如泵光波長1.064μm)的Nd：YAG雷射。泵光22的波長偏離EUV照明光3的波長，即偏離可用EUV光波長。
泵光22係經脈衝化。該泵光源23是一主振盪器功率放大器(Master Oscillator Power Amplifier，MOPA)雷射光源。
準直泵光22穿過配置在EUV集光鏡15的反射面16內之貫穿孔24，並且入射在配置在來源區域17中的錫液滴25上，以產生圖2中未顯示的EUV照明光3。從泵光源23到來源區域17的泵光22之光路係與EUV集光鏡15的反射面16之光軸18共線。
錫液滴25具有球形形狀，即當由泵光22照射時無扁平形狀。
入射到錫液滴25上的泵光22之一部分由錫液滴25吸收。入射的泵光22的另一部分由錫液滴25反射。此反射的泵光22之光束路徑在圖2中示例為泵 光線22r。由於錫液滴25的球狀，使得反射的泵光線22r入射在絕大部分的反射面16上，該表面承載泵光柵結構19，如圖3所示。
圖3亦意性顯示一種示範反射泵光線22r的回射條件。此泵光線22r以入射角α(亦稱為θr)入射在反射面16上。此入射角θr取決於泵光線22r在反射面16上的撞擊點IP與光軸18間之徑向距離。在圖3中，撞擊點IP與光軸18之間的此距離表示為r。
泵光柵結構19的間距p在反射面16上根據以下公式分別取決於正結構20和負結構21與光軸的距離r而變化：p(r)=λPL/2 sin(θr)
其中p(r)表示取決於各個撞擊點IP與光軸18之間距離r的泵光柵結構19之間距；λPL表示泵光22的波長；θr表示相對泵光線22r在反射面16上的入射角，即一方面入射泵光線22r與各自撞擊點IP四周反射面16的主表面截面之法線間之角度。
根據上式，較小的入射角θr導致較大的間距p，反之亦然，較大的入射角θr導致較小的間距p。隨著入射幾何形狀，即取決於反射面16的配置、其曲率和來源區域的位置，此導致以下關於間距與各個階層結構20/21至光軸18的距離r之相依性的變化：- 間距p的變化可使得間距隨著距離r的增加而增加；- 間距p的變化可使得間距隨著距離r的增加而減少；- 間距p可非單獨取決於距離r。
泵光柵結構19的間距滿足+1階繞射泵光線22r之每一者的回射條件。因此，撞擊在EUV集光鏡15的反射面16上的泵光柵結構19之所有泵光線22r如圖2所示回射，並且對於泵光線22r之一者亦如圖3所示。
另外，圖3亦顯示-1階繞射的繞射光束。
泵光柵結構19受強烈照射，用於圖3未顯示的泵光線22r之+1階反射。因此，+1階繞射繞射承載幾乎入射泵光線22r的所有能量。
回射的泵光線22r再次照射到錫液滴25上，因此增加光源模組2的泵作用效率。
泵光22的個別脈衝具有小於50ns，最好小於40ns、最好小於30ns、最好小於20ns、最好小於10ns、最好小於8ns、最好小於5ns的脈衝持續時間(半峰全寬)。
特別是，低於最大脈衝強度之10%的低亮度位準與高於最大脈衝強度之80%的高亮度之間的泵光脈衝的上升時間是低於15ns、低於10ns、或甚至低於5ns。此短脈衝持續時間及/或此短上升時間導致從泵光能量到可用EUV照明光3能量之良好轉換效率。
泵光柵結構19對泵光22的反射率大於50%。特別是，此反射率r介於50%和90%之間的範圍內，並且可介於60%和85%之間的範圍內或介於65%和75%之間的範圍內。
通過泵光22與錫液滴25的相互作用，產生具有例如6.5nm或13nm波長的可用EUV照明光3。
為了產生微結構或奈米結構的組件，該投影曝光設備1的使用方式如下：首先，提供反射光罩10或倍縮光罩及基板或晶圓11。然後，在投影曝光設備1的幫助之下，將倍縮光罩10上的結構投影至該晶圓11的感光層上。然後，通過顯影感光層，在晶圓11上產生微結構或奈米結構，並由此產生結構化的組件。
15:EUV集光鏡
16:反射面
17:來源區域
18:光軸
19:泵光柵結構
20:正結構
21:負結構
22r:泵光線

Claims (13)

  1. 一種EUV集光鏡(15)，具有一反射面(16)，用於將來自一來源區域(17)並入射到該反射面(16)的可用EUV照明光(3)反射至一後續EUV照明光學設備(6)，其中該反射面(16)承載一泵光柵結構(19)，該結構設計成使來自該來源區域(17)並入射到該泵光柵結構(19)的泵光(22)回射回到該來源區域(17)，該泵光(22)的波長(λPL)偏離該可用EUV照明光(3)的波長，其中，該泵光柵結構(19)的一間距在該EUV集光鏡(15)的該反射面(16)上變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之EUV集光鏡，其中該泵光柵結構(19)設計成讓該泵光(22)具有約10μm的波長(λPL)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之EUV集光鏡，其中該泵光柵結構(19)設計成讓該泵光(22)具有約1μm的波長(λPL)。
  4. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之EUV集光鏡，其中於該泵光柵結構(19)的一光柵間距p(r)遵照下列等式：p(r)=λPL/2 sin(θr)，其中：p(r)表示該泵光柵結構(19)的該間距，該間距取決於該反射面(16)上的一相應撞擊點與該反射面(16)的一光軸(18)間之距離r；λPL表示該泵光(22)的該波長；θr表示一相對泵光線(22r)在該反射面(16)上的入射角。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之EUV集光鏡，其中該泵光柵結構(19)對該泵光(22)的反射率介於50%與90%之間。
  6. 一種來源集光器模組，具有一泵光源(23)以產生泵光(22)；具有如申請專利範圍第1至5項任一項所述之EUV集光鏡(15)。
  7. 一種泵光源(23)，其包含如申請專利範圍第6項所述之來源集光器模組之一部分。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之泵光源，產生脈衝持續時間低於50ns的泵光脈衝。
  9. 如申請專利範圍第7或8項所述之泵光源，其產生具有脈衝上升時間低於5ns的泵光脈衝。
  10. 一種用於EUV投影曝光設備(1)的照明光學設備(15、6)，其包括如申請專利範圍第1至5項任一項所述之EUV集光鏡(15)。
  11. 一種投影曝光設備，其包括：一如申請專利範圍第10項所述之照明光學設備(15、6)，用於將來自該EUV集光鏡(15)的可用EUV照明光(3)引導朝向一物平面(5)中的一物場(4)，其中要成像的一物件為可配置；一投影光學單元(7)，用於將該物場(4)成像至可配置一基板(11)的像場(8)； 固定器(10a、12)，一方面用於待成像的該物件，另一方面用於該基板(11)。
  12. 一種用於產生結構組件之方法，該方法包括下列方法步驟：提供一倍縮光罩(10)和一晶圓(11)；在如申請專利範圍第11項所述之投影曝光設備的幫助之下，將該倍縮光罩(10)上的結構投影至該晶圓(11)的一感光層上；在該晶圓(11)上產生一微結構及/或奈米結構。
  13. 一種如申請專利範圍第12項所述之方法所產生的結構組件。
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