CN109791372A - 具有减小的热形变的半导体光刻的投射曝光设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体光刻的投射曝光***，其包括在操作期间经受热应力的反射镜布置。反射镜布置包括具有光学活动表面(25)的反射镜载体(23)，该光学活动表面(25)布置在反射镜载体(23)的覆盖表面(24)上。为了冷却，提供了冷却***(30)，其集成在反射镜载体(23)中并且具有冷却剂穿过其循环的冷却线(31)。冷却***(30)配置为使得光学活动表面(25)可以将引入到反射镜载体(23)中的热应力至少部分地排放到反射镜载体(23)的背离覆盖表面(24)的后面区域(26)中。此外，冷却***(30、60)包括：入口区域(32、62)，其邻接于反射镜载体(23、53)的覆盖表面(24、54)并且具有冷却剂供应线(35、65)；出口区域(33、63)，其布置在与反射镜载体(23、53)的覆盖表面(24、54)相距一距离处并且具有冷却剂排放线(36、66)；以及一个或多个连接线(34、64)，其将入口区域(32、62)连接到出口区域(33、63)，其中连接线(34、64)配置为使得它们以节流的方式作用在在入口区域(32、62)和出口区域(33、63)之间的冷却剂的流动上。

Description

具有减小的热形变的半导体光刻的投射曝光设备

本申请要求德国专利申请DE 10 2016 219 357.0的优先权，其内容通过引用全部并入本文中。

本发明涉及半导体光刻的投射曝光设备，特别是EUV投射曝光设备。这样的设备用于特别是在半导体部件或其他微结构的部件上制造非常精细的结构。所述的设备的操作原理基于：通常通过将掩模(还被称为掩模母版)上的结构的缩小成像在配置有感光材料的要结构化的元件上、并且通过随后的其他工艺步骤，以高达纳米范围制造非常精细结构。制造的结构的最小尺寸直接取决于所使用的光的波长。最近，已经越来越多地使用具有发射波长在若干纳米(例如在1nm和30nm之间的范围中，特别是在13.5nm的范围中)的光源。所描述的波长范围还被称为EUV范围。

为了引导且调节发射的光，使用例如称为分面反射镜的反射镜，该分面反射镜一般具有多个紧密相邻、相对小的面积的反射镜分面或微反射镜阵列。关于它们的取向，反射镜分面通常是可单独或组合式控制的，像是微反射镜阵列。它们一般布置在例如板型、平坦或弯曲的反射镜载体的凹陷中。在相关联的投射曝光设备的操作期间，所使用的反射镜暴露于高的热负载并且必须主动地冷却。热负载可能来自于入射的电磁、高能辐射，并且特别是当使用微反射镜阵列时还来自于直接布置在反射镜下方的电子部件的电功率损失。通常将出现的热排放到主动冷却的反射镜载体中。

在设备的操作期间，照明强度的分布以及因此在分面反射镜的整个表面之上的热负载经常改变。可能提及的引起这个的原因的示例可以例如是照明设定的变化(即掩模母版上的电磁辐射的强度分布)或者两个晶片或两个批次之间光源的开关。热负载中的这个变化经常导致形变、特别地导致反射镜载体的弯曲，这典型地反映在反射镜表面的取向的变化中、并且因此反映在整个设备的成像质量降低中。发生概述的问题，特别是因为由于***而在反射镜布置的照明侧出现热负载。

为了补偿在反射镜布置处的不对称的能量输入并且为了减小热诱导的形变，WO2012126830A1建议提供具有两个分离的冷却回路的反射镜布置，使得反射镜布置的光学活动表面在至少一个子区域中可以比其他子区域冷却得更多。然而，这样具有若干冷却回路的配置在制造和操作方面是非常复杂的。因此，可期望简化WO2012126830A1中所示的反射镜布置，使得单个冷却回路确保均匀的能量输入，并且最小化热诱导的形变。

本发明的目的是指定半导体光刻的投射曝光设备，其甚至在所使用的反射镜布置上作用的热负载改变的情况下维持良好成像质量。

该目的是由具有独立权利要求1的特征的装置来实现。从属权利要求关于本发明的有利发展例和变型。

半导体光刻的根据本发明的投射曝光设备包含具有至少一个光学活动表面的至少一个反射镜布置，该光学活动表面布置在反射镜载体的顶表面上。反射镜载体包含具有穿过冷却线循环的冷却流体的集成的冷却***，所述冷却流体用于能够将经由光学活动表面引入到反射镜载体中的热负载至少部分地消散到反射镜载体的远离顶表面的后面的区域中。

有利地，冷却***包括与反射镜载体的顶表面紧邻的入口区域、以及与反射镜载体的顶表面相距一距离的出口区域。经由多个连接线将入口区域和出口区域连接在一起，该连接线设计为或尺寸定为使得它们对入口区域和出口区域之间的冷却剂的流动给予节流作用。为此，连接线可以节流阀的方式来设计。

将冷却流体通过冷却流体馈送线引入到靠近光学活动表面的入口区域，并且在那里加热冷却流体(由于在反射镜载体的光学活动表面或顶表面上作用的热负载)。以这种方法加热的冷却流体然后流动穿过形式为节流阀的连接线并且到达出口区域处，从该出口区域通过冷却流体排出线来排放冷却流体。因为连接线节流了流体流动，它们在入口区域中带来了均匀的反向压力，这确保了冷却流体在入口区域中循环或保留并且在那里吸收要排放的热。在实质上穿过连接线流动时，冷却流体将热排放到连接线的壁，该热被传递到反射镜载体的邻接区域中。以这种方法，在入口区域中由冷却流体吸收的热在冷却流体流动穿过连接线和出口区域时，很大程度上被排放到反射镜载体的远离顶表面的区域。因此，反射镜载体的远离顶表面的区域的温度呈现与靠近顶表面的区域相似的温度，并且最小化了反射镜载体内的温度梯度。因此，冷却***具有如下效应：将经由光学活动表面或顶表面引入到反射镜载体中的热负载有效地分布在整个反射镜载体中。以这种方法，实现了均匀且对称地加热反射镜载体，因此避免了反射镜布置的热诱导的形变。因此，即使在反射镜布置上作用的热负载变化的情况下，仍可以维持良好的成像质量。

为了实现节流作用，连接线有利地具有比入口区域的流动横截面更小的流动横截面。它们因此确立了局部流动阻力，其具有如下效果：所使用的冷却流体可以在入口区域中循环或保留，并且可以有效地冷却暴露于热负载的所有区域。有利地，流动横截面是圆形的并且沿着连接线的整个长度为恒定的；这样的圆柱形连接线特别易于例如通过钻孔来制造。水或特别是乙二醇的酒精可以例如用作冷却流体。为了增加穿过连接线流动的流体的热释放，连接线的内表面可以是粗糙的和/或配备有表面结构化，以便于进一步增加连接线中的流动阻力。

连接线的节流作用还可以实现为，连接线具有局部横截面变窄或以曲折的方式来设计。曲折的设计被理解为连接线的多次改变方向的路径，使得冷却流体不直接地从入口区域被引导到出口区域。相似地，为了实现节流作用，连接线可以配备有障碍物，诸如网格或筛网或者围绕其发生流动的其他主体。

有利地，冷却***的入口区域覆盖了反射镜载体的暴露于热负载的整个顶表面。这使得可以确保反射镜载体的所有光学活动表面或整个顶表面供应有相同数量的冷却流体。

为了在反射镜载体的顶表面之上均匀地热消散，提供沿着反射镜载体的边分布的若干流体馈送线可以是有利的。替代地或附加地，可以有利地在反射镜载体的表面之上改变由节流阀施加的反向压力，因为例如不同连接线的流动横截面或钻孔直径配置得不同。因此，位于冷却流体馈送线附近的连接线特别地可以配备有与那些远离冷却流体馈送线的连接线相比更小的流动横截面/钻孔直径，使得这些连接线给予了比那些远离的连接线更强的节流作用。以这种方法，可以补偿流体馈送线中的局部压力增加，并且在整个入口区域中可以产生均匀压力。

反射镜载体的远离反射镜载体的顶表面的背面可以配备有加热装置，借助于该加热装置可以更进一步提高反射镜载体的均匀且对称的加热。特别是在冷却装置的出口区域没有布置成紧邻反射镜载体的背面而是在反射镜载体的中间区域(即顶表面和背面之间的中间区域中)时，推荐这样的背面附加的加热。在这种情况下，借助于该加热装置，将附加的热进入到反射镜载体的背面中，以便于补偿在反射镜载体的顶表面上入射的热负载，并且以便于避免反射镜载体的热诱导的形变。

为了确保反射镜载体的背面呈现循环的流体的温度和热尽可能与顶表面达到相同程度，反射镜载体的出口区域可以配备有热交换器，该热交换器优选地通过使与背面相邻的壁对应的结构化(并且表面面积相关联的增加)来形成。

反射镜布置可以例如是掠入射或垂直入射反射镜，其具有连续地覆盖反射镜载体的顶表面的光学活动表面。替代地，反射镜布置可以是分面反射镜，其中光学活动表面布置在至少部分地接合在反射镜载体的***开口中的反射镜元件上。

反射镜载体优选地由不锈钢、铝、SiSiC、硅、Zerodur或ULE构成。连接线和/或入口区域和/或出口区域特别是可以通过铸造方法、冲压方法、3D打印方法、腐蚀、蚀刻或切割制造方法来形成。

从制造的观点来看，有利的是，将反射镜载体实现在具有主体和覆盖件的多个部件中，与入口区域相对应的切断件已经被加工(例如通过铸造、腐蚀、蚀刻等)到该主体中，并且该覆盖件已经通过特别是焊接或熔接的连接方法来连接到主体。覆盖件的远离入口区域的侧面然后形成反射镜载体的顶表面。类似地，与出口区域对应的切断件已经被加工到主体中也是可能的，所述切断件由其他覆盖件封闭，使得覆盖件的远离出口区域的侧面形成反射镜载体的背面。

为了控制反射镜布置的局部温度，可以提供温度传感器，将其有利地嵌入在反射镜载体中。

下文参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例和变型，附图中：

图1示出了其中使用本发明的半导体光刻的投射曝光设备；

图2a示出了已经配备有形变减小的冷却***的掠入射或垂直入射反射镜的细节的示意性截面图；

图2b示出了图2a中示出的掠入射或垂直入射反射镜的变型，其中附加地提供了加热装置；

图3a示出了已经配备有形变减小的冷却***的分面反射镜的细节的示意性截面图；

图3b示出了图3a的反射镜载体的所示的覆盖件的示意性俯视图。

图1举例示出了本发明可以应用的微光刻EUV投射曝光设备1的基本构造。除了光源3以外，投射曝光设备1的照明***2还具有照明在物平面6中的物场5的照明光学单元4。在物场5中布置的掩模母版7被照明，所述掩模母版7由示意性示出的掩模母版保持件8保持。仅示意性示出的投射光学单元9用于将物场5成像到像平面11中的像场10中。将掩模母版7上的结构成像在像平面ll中的像场10的区域中布置的晶片12的感光层上，所述晶片由同样部分地图示的晶片保持件13来保持。光源3可以发射特别地范围在5nm和30nm之间的使用的辐射。

通过光源3产生的EUV辐射14通过集光器来对准，该集光器被集成在光源3中，使得所述辐射通行穿过中间焦平面15的区域中的中间焦点，然后入射在场分面反射镜16上。在场分面反射镜16的下游，EUV辐射14由光瞳分面反射镜17反射。借助于光瞳分面反射镜17和具有反射镜19、20和21的光学组装件18，将场分面反射镜16的场分面成像到物场6中。

在操作投射曝光设备1的期间，特别地由于反射镜上入射的辐射，所用的反射镜被暴露于高的热负载，并且必须主动地冷却所用的反射镜。因为由于该***而特别在反射镜的照明侧上出现的热负载，可发生反射镜的形变(特别是失真)，其不得不尽可能被避免以便于确保设备1的高成像质量。

图2a示出了称为具有反射镜载体23的掠入射或垂直入射反射镜22的反射镜的细节的示意图，反射镜载体23的面向入射辐射的顶表面24具有反射入射辐射的光学活动表面25，在此由箭头表示辐射14。为了在操作期间避免反射镜载体23的局部加热，反射镜载体23包括具有冷却线31的集成的冷却***30，穿过该冷却线31循环冷却流体(附图中没有分别指定的)。冷却流体将引入到反射镜载体23的热负载经由光学活动表面25排放离开顶表面24的区域，并且将热负载至少部分地引入到反射镜载体23的远离顶表面24的后面区域26中。特别地可以使用水、乙二醇或液态金属作为冷却流体。

冷却***30包括与反射镜载体23的顶表面24相邻的入口区域32、和反射镜载体23的在远离顶表面24的后面区域26中布置的出口区域33、以及连接线34，该连接线34将入口区域32连接到出口区域33。为了馈送和排放冷却流体，冷却流体馈送线35配备在入口区域32中，并且冷却流体排出线36配备在出口区域33中。

横向地(即在平行于反射镜载体23的顶表面24的平面中)，入口区域32实质上覆盖整个光学活动表面25。入口区域32中循环的冷却流体因此可以均匀地吸收和消散经由活性表面25引入的热量。在图2a的示例性实施例中，入口区域32形式为具有净高37’、平行于顶表面24延伸的间隙32’，其中间隙32’的内部配备有形式稳定的间隔体39。连接线34形式为具有比入口区域32的净高37’小得多的直径41的圆柱形管。由于它们小的横截面38——相对于入口区域32的流动横截面37——连接线34表示节流阀，当冷却流体流动到连接线34中时该节流阀将局部流动阻力强加在冷却流体上。这具有以下效果，在进入连接线34之前，冷却流体实质上在入口区域32中自由地循环，并且均匀地吸收经由顶表面24引入的热，然后它进入连接线34。正在穿过连接线34流动时，冷却流体将吸收的热经由连接线的内壁40传递到反射镜载体23，并且以这种方法引起反射镜载体23的内部区域的加热直到出口区域33，在该处，由于出口区域33的所示的设计，冷却流体在反射镜载体23的后面区域中收集并且同样地以这种方法有效地排放热。因此冷却流体中包含的热在反射镜载体23的后面区域26的方向上传输，因为该后面区域26的相关联的加热，在反射镜载体23的内部中的温度梯度和反射镜载体23的伴随的形变被避免或减小。

在较靠近于冷却剂馈送线35布置的连接线34’的区域中，由于局部上略高的入口压力而存在较高的压力，因此冷却流体的穿过这些连接线34’的流速可能略高于远离于馈送线35布置的连接线34”中的流速。为了避免该效果(其可能导致在反射镜载体23的内部中不均匀的热分布)，与较靠近于馈送线35的连接线34’(横截面38’)相比，远离馈送线35的连接线34”可以配备有略大的横截面38”。然后这些远离连接线34”中的流体节流略低于较靠近连接线34’中的流体节流，因此由馈送线35带来的压力差异被补偿。这在图2a中以非常放大的方式示出。

为了维持尽可能均匀地加热反射镜载体23，热交换器结构43可以配备在冷却***30的出口区域33中，所述热交换器结构43可以通过例如结构化出口区域33的壁(肋状物43’)来实现。热交换器结构43优选地靠近反射镜载体23的远离顶表面24的背面27。通过这样的结构化所实现的表面面积的增加引起了更快速且更均匀地加热反射镜载体23的背面27，并且因此有助于降低反射镜载体23的内部中的温度梯度。在反射镜载体23中得到的局部温度梯度对于一些应用是可容忍的，特别是因为反射镜载体23中的大部分是均匀地受温度控制的。当然还可以想到在与反射镜载体23相距一距离处形成热交换器。

图2b示出了掠入射或垂直入射反射镜22’的示意性截面图，其中冷却***30的出口区域33’——与图2a中的配置相比——没有布置在反射镜载体23的后面区域26中，而是在反射镜载体23的顶表面24和背面27之间的中间区域中。这样的布置特别是在冷却流体不能——如图2所示——穿过反射镜载体23的背面27来排放时是有利的。在这种情况下，建议在反射镜载体23的背面27的区域中提供加热装置42，通过该加热装置42可以将热引入到反射镜载体23的该区域中以便于补偿经由顶表面馈送进来的热负载。加热装置42可以特别地由施加于背面27的加热箔42’、或者由集成到反射镜载体23中的加热装置42”(由图2b中的虚线所示的)来实现。替代地，加热装置还可以由朝向反射镜载体23的背面27指引的红外加热器来形成。

图3a示出了被称为分面反射镜16的反射镜的细节的示意图。分面反射镜包括具有其中已经***多个反射镜元件55的***开口28的反射镜载体53。反射镜元件55的每一个具有面向入射辐射的光学活动表面25，其反射入射辐射。***开口28以锥形方式成形在反射镜载体53的顶表面54的区域中，以便于接收反射镜元件55的对应的锥形形状的接触区域56。经由这个接触区域56，经由光学活动表面25引入到反射镜元件55中的热负载可以传递到反射镜载体53。为了避免在此加热反射镜载体53，反射镜载体53包括具有冷却线61的集成的冷却***60，穿过该冷却线61循环冷却流体，这将经由反射镜元件55的接触区域56引入到反射镜载体53中的热负载排放至***开口28的区域外，并且在反射镜载体53的远离光学表面25的后面区域26处引入该热负载。

类似于图2a的示例性实施例，冷却***60包括围绕反射镜元件55的接触区域56的入口区域62和反射镜载体53的在远离接触区域56的后面区域26中布置的出口区域63、以及连接线64，该连接线64将入口区域62连接到出口区域63。为了馈送和排放冷却流体，冷却流体馈送线65配备在入口区域62中，并且冷却流体排出线66配备在出口区域63中。

横向地(即在平行于反射镜元件55的光学活动表面25的平面中)，冷却***60的入口区域62实质上覆盖整个光学活动表面25，使得入口区域62中循环的冷却流体可以均匀地吸收和消散经由活动表面25引入的热。入口区域62形式为具有净高67’的间隙62’，其中围绕反射镜元件55的锥形接触区域56的旋转对称的网状物57突出到该间隙62’中。入口区域62因此形成大的容器。连接线64形式为具有比入口区域62的净高67’小得多的直径71的圆柱形管。由于流动线64的流动横截面68远小于入口区域62的流动横截面67，因此连接线64用作节流阀并且当冷却流体流动到连接线64中时将局部流动阻力强加在冷却流体上。穿过馈送线35引入的冷却流体在入口区域62中循环并且在那里吸收经由反射镜元件55的锥形接触区域56引入的热，然后冷却流体进入连接线64并且将在那里吸收的热经由连接线64的内壁70传递到反射镜载体53。以这种方法，整个反射镜载体53直到出口区域63被加热，因此温度梯度和反射镜载体53的伴随的形变被避免或减小。连接线64的节流阀确保了所有反射镜元件55供应有相同数量的冷却流体，因为它们确保在入口区域62中压力的均匀构建。

在图3a的示例性实施例中，反射镜载体53实施在多个部件中并且包括主体58，其中入口和出口区域62、63的结构已经被加工(例如碾磨或蚀刻)到该主体58中。此外，反射镜载体53包括覆盖件59、59’，其从外部封锁入口和出口区域62、63并且已经连接到反射镜载体53的主体58，特别是焊接或熔接于此。入口区域62因此在其正面(面向光学活动表面25)上由覆盖件59定界，已经将该覆盖件59焊接或熔接到网状物57的区域中的主体58上。相似地，出口区域63因此在其背面(远离光学活动表面25)上由覆盖件59’定界，已经将该覆盖件59同样地焊接或熔接到主体58上。图3b示出了具有反射镜元件55的切断件70和环状焊接或熔接区域71的覆盖件59的区域的示意性俯视图。

不言而喻，图中所示的技术方案并不完全相互排斥。如果需要的话，本领域技术人员将对所示的技术特征进行合适的子组合。

Claims (17)

1.一种半导体光刻的投射曝光设备(1)，包含具有至少一个光学活动表面(25)的至少一个反射镜布置，所述至少一个光学活动表面(25)布置在反射镜载体(23、53)的顶表面(24、54)上，并且所述至少一个反射镜布置具有在所述反射镜载体(23、53)中集成的冷却***(30、60)，其中冷却流体循环穿过冷却线(31、61)，所述冷却流体用于将经由所述光学活动表面(25)引入到所述反射镜载体(23、53)中的热负载至少部分地消散到所述反射镜载体(23、53)的远离所述顶表面(24、54)的后面区域(26)中，其中所述冷却***(30、60)包括：

入口区域(32、62)，其邻接所述反射镜载体(23、53)的顶表面(24、54)、具有冷却流体馈送线(35、65)，

出口区域(33、63)，其布置在与所述反射镜载体(23、53)的顶表面(24、54)相距一距离处、具有冷却流体排出线(36、66)，

以及一个或多个连接线(34、64)，其将所述入口区域(32、62)连接到所述出口区域(33、63)，

其中所述连接线(34、64)设计为使得它们对在所述入口区域(32、62)和所述出口区域(33、63)之间的冷却剂的流动施加节流的作用。

2.根据权利要求1所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述连接线(34、64)具有比所述入口区域(32、62)的流动横截面(37、67)更小的流动横截面(38、68)。

3.根据权利要求2所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述连接线(34、34’、34”)具有不同流动横截面(38、38”)，其中所述连接线(34’)中靠近于所述冷却液体馈送线(35)的至少一些与远离所述冷却液体馈送线(35)的那些连接线相比具有更小的流动横截面(38’)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述入口区域(32、62)实质上覆盖所述反射镜载体(23、53)的整个光学活动表面(25)或顶表面(24、54)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

水或特别是乙二醇的酒精用作所述冷却流体。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述反射镜载体(23)配备有在远离所述顶表面(24)的背面(27)的区域中的加热装置(42、42’、42”)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述冷却***(30)的出口区域(33)配备有热交换器(43)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述反射镜布置是掠入射或垂直入射反射镜。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述反射镜布置是分面反射镜(16、17)。

10.根据权利要求9所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述光学活动表面(25)布置在反射镜元件(55)上，所述反射镜元件(55)至少部分地接合在所述反射镜载体(53)的***开口(28)中。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述反射镜布置具有微反射镜阵列。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述反射镜载体(23、53)至少部分地由不锈钢、铝、SiSiC、硅、Zerodur或ULE构成。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述连接线(34、64)和/或所述入口区域(32、62)和/或所述出口区域(33、63)通过铸造方法、冲压方法、3D打印方法、腐蚀、蚀刻或切割制造方法来形成。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述反射镜载体(53)实施在多个部件中。

15.根据权利要求14所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述冷却***(60)的入口区域(62)在其面向所述光学活动表面(25)的侧面由覆盖件(59)定界，所述覆盖件(59)已经通过连接方法，特别是通过焊接或熔接来连接到所述反射镜载体(53)的主体(58)。

16.根据权利要求14或15所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述冷却***(60)的出口区域(63)在其远离所述光学活动表面(25)的侧面由覆盖件(59’)定界，所述覆盖件(59)已经通过连接方法，特别是通过焊接或熔接来连接到所述反射镜载体(53)的主体(58)。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的投射曝光设备(1)，

其特征在于，

所述反射镜布置包括温度传感器。