微光刻投影曝光设备的照明系统和用于操作该系统的方法
【专利摘要】本发明涉及一种光刻投影曝光设备(12)的照明系统，其包括设置成产生光脉冲(42?1至42?3；42?1,42?2,52?1,52?2)序列的光源(LS；LS1,LS2)。该照明系统另外包括能够在两个切换位置之间进行数字切换的光学元件(32)的阵列(28)。控制器(34)这样控制光学元件(32)，使得这些光学元件仅在两个彼此相继的光脉冲之间改变它们的切换位置并且在光脉冲期间保持它们的切换位置。
【专利说明】
微光刻投影曝光设备的照明系统和用于操作该系统的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种微光刻投影曝光设备的照明系统，该照明系统包括以脉冲方式运行的光源和例如以MEMS技术制造的光学元件阵列，这些光学元件能够在两个切换位置之间进行数字切换。
【背景技术】
[0002]集成电路和其它微结构化的元器件一般地通过在适合衬底(该衬底大多为硅晶片)上施涂多个经结构化的层来制造。为使这些层结构化，首先用光刻胶(抗蚀剂)覆盖这些层，所述光刻胶对特定波长范围的光敏感，例如对在深紫外(DUV,deep ultrav1let)、真空紫外(VUV,vacuum ultrav1let)或极紫外(EUV,extreme ultrav1let)光谱区域中的光敏感。随后将这样涂覆的晶片在投影曝光设备中曝光。在此，借助投影透镜将设置在掩膜上的由衍射结构构成的图案成像至光刻胶上。因为成像比例尺的数在此一般小于1，所以这种类型的投影透镜有时也称作缩小透镜。
[0003]在光刻胶的显影后，对晶片进行蚀刻工艺，从而使所述层对应于掩膜上的图案被结构化。随后从所述层的余留部分去除仍余留的光刻胶。重复该过程，直到所有的层都被施加至晶片上。
[0004]在现有技术中已知这样的照明系统，所述照明系统使用镜面阵列以使该照明系统的瞳孔平面能够可变地照亮。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2010/006687 Al。在此一般涉及镜面阵列，其中，这些镜面能够经过连续地倾斜从而越过特定的角度范围。
[0005]从WO2012/100791 Al已知一种照明系统，其额外地具有能够进行数字切换的微镜面阵列。该微镜面阵列是借助透镜成像至光学积分仪的光入射面上的。类似的但是以其它方式控制的照明系统可从2 011年11月2 3日提交的案号为E P 1319 413 5.3的题为〃Illuminat1n System of a Microlithgraphic Project1n Exposure Apparatus〃的欧洲专利申请中得知，其内容形成了本申请的主题。
[0006]从EP2 202 580 Al中得知具有微镜面阵列的照明系统，然而该照明系统不能够在两个切换位置之间进行数字切换，而是能够连续地倾斜越过更大的倾斜角范围。微镜面阵列被用来调节照明设置并且这样与光源同步，使得能够在两个光脉冲之间进行照明设置的交换。
[0007]从US 5,880,817和US 2007/0181834 Al已知两个光源的时间多路工作方式。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是，提供一种照明系统，其包含光学元件的阵列，这些光学元件能够在两个切换位置之间进行数字切换，并且该照明系统具有特别稳定的光学性會K。
[0009]该技术问题通过微光刻投影曝光设备的照明系统得以解决，该照明系统具有设置成产生光脉冲序列的光源。该照明系统另外具有光学元件的阵列，这些光学元件能够在两个切换位置之间进行数字切换。照明系统的控制器被设置成这样控制这些光学元件，使得它们只是在两个彼此相继的光脉冲之间改变它们的切换位置并且在光脉冲期间保持它们的切换位置。
[0010]本发明基于以下认知，S卩，该阵列的光学元件应当这样与光源同步，使得切换位置的改变仅仅在彼此相继的光脉冲之间的时间间隔中发生。因为光脉冲通常是短暂的并且切换过程同样延伸越过特定的时间间隔，所以重要的是，在光脉冲内关于预定的时间点实施所述切换过程。这将会是在照射掩膜时获得限定的比例的前提。
[0011]本发明采取其它途径，方法是，在光脉冲期间基本上避免这样的切换过程。因此，始终明确地确定，为光学元件的哪种调整分配特定的光脉冲。
[0012]控制器可设置成，这样控制光学元件，使得至少一个光学元件的切换位置在两个或多个彼此相继的光脉冲期间相同。当在其期间切换位置相同的那些光脉冲的数目在照射掩膜期间对于不同的光学元件而不同时，可以在被阵列照射的目标面上关于时间积分地产生不同的亮度级别。在此例如可使光脉冲的数目取决于目标面上或在与目标面光学共轭的面中的强度的测量或模拟。
[0013]在一个实施例中，光学元件在切换位置之间移动。控制器被设置成这样控制光学元件，使得切换位置在两个或更多个彼此相继的光脉冲之间改变2.η次，η = I，2，3，…。通过改变切换位置使得光学元件移动，这促进了围绕光学元件的空气(或其它气体)的移动并进而促进了光学元件的冷却。
[0014]本发明不限于带有微镜面的阵列，因为对于带有能够进行数字切换的光学元件的其它阵列也会出现类似问题。因此光学元件例如可为能够倾斜的楔形棱镜(Keilprismen)或可为液晶单元，正如从IXD中已知的那些。
[0015]在阵列和目标面之间可布置将阵列成像至目标面上的透镜。目标面尤其可以是光学积分仪的光入射面，光学积分仪在照明系统的瞳孔平面中产生了大量的二次光源。
[0016]光脉冲的次序通常是周期性的。但是本发明也可用于这样的光源，在所述光源中并非周期性地或并非严格周期性地发射光脉冲。
[0017]所述光源尤其可以是激光器，其设置成产生中心波长为150nm至250nm的投影光。然而，本发明也可用于更短的中心波长，例如在EUV光谱区域中的中心波长。
[0018]在一个实施例中，照明系统具有其它光源，其设置成产生其它光脉冲。这些其它光脉冲在时间上与所述光源的光脉冲错开地产生。该阵列设置成，在光学元件的第一切换位置中将所述光源的光脉冲和在光学元件的第二切换位置中将其它光源的光脉冲耦合输入到照明系统的共同光路中。以该方式可将两个光源耦合输入到该光路中，而没有因此升高照明系统的输入端的光导率。相较于常规的可切换的耦合元件如倾斜镜或旋转式棱镜，由能够进行数字切换的光学元件构成的阵列具有以下优点，即，其需要很小的结构空间并且由于小的待移动的质量而具有很短的切换时间。因此以该方式能够使照明系统的有效脉冲速率加倍并进而使可用于曝光感光层的光量加倍。
[0019]另外，本发明的技术主题是一种用于操作微光刻投影曝光设备的照明系统的方法，其包括以下步骤:
[0020]a)提供能够在两个切换位置之间进行数字切换的光学元件的阵列；
[0021]b)产生光脉冲的序列；
[0022]c)在两个彼此相继的光脉冲之间改变光学元件的切换位置至少两次。
[0023]优选地，这些光学元件在光脉冲期间保持它们的切换位置。该阵列可借助透镜成像至目标面上。
[0024]在一个实施例中，该阵列在光学元件的第一切换位置中将一个光源的光脉冲和在光学元件的第二切换位置中将其它光源的光脉冲耦合输入到共同光路中。
[0025]另外，本发明的技术主题在于一种微光刻投影曝光设备的照明系统，其具有设置成产生第一光脉冲的序列的第一光源，并且具有设置成产生第二光脉冲的序列的第二光源，所述第二光脉冲相对于第一光脉冲在时间上错开地发射。控制器设置成将能够在两个切换位置之间进行数字切换的光学元件的阵列这样控制，使得在光学元件的第一切换位置中仅将一个光源的光脉冲和在光学元件的第二切换位置仅将其它光源的光脉冲耦合输入到照明系统的共同光路中。
[0026]本发明的技术主题另外在于一种用于操作微光刻投影曝光设备的照明系统的方法，该方法具有以下步骤:
[0027]a)用第一光源产生第一光脉冲序列；
[0028]b)用第二光源产生第二光脉冲序列，所述第二光脉冲在时间上与第一光脉冲错开；
[0029]c)这样控制能够在两个切换位置之间进行数字切换的光学元件的阵列，使得在光学元件的第一切换位置中仅将一个光源的光脉冲和在光学元件的第二切换位置中仅将其它光源的光脉冲耦合输入到照明系统的共同光路中。
【附图说明】
[0030]借助附图由接下来对实施例的描述中得出本发明的其它特征和优点。其中:
[0031 ]图1示出了微光刻投影曝光设备的大幅简化的透视图；
[0032]图2以示意性透视图示出了根据本发明的照明系统的部件；
[0033]图3示出了其中绘制出取决于光脉冲的微镜面的角位置随时间变化的曲线图；
[0034]图4相比于图2的图示示出了根据其它实施例的本发明照明系统的部件；
[0035]图5示出了针对图4中示出的实施例的对应于图3的图。
【具体实施方式】
[0036]图1以大幅简化的透视图示出了投影曝光设备10，其适合用于微结构化的元器件的光刻法制造。投影曝光设备10包含带有光源LS的照明系统12，该光源LS设置用于产生中心波长为193nm的投影光。照明系统12将由光源LS产生的投影光引导至掩膜14上并在那里照亮了狭窄的、在所示实施例中呈矩形的照明场16。同样也可考虑其它的照明场形状，如环段状。
[0037]将掩膜14上的处于照明场16内的结构18借助包含多个镜头LI至L4的投影透镜20成像至感光层22上。感光层22(其例如可为光刻胶)被施涂在晶片24或其它适合衬底上并存在于投影透镜20的像平面上。因为投影透镜20—般具有|β|〈I的成像比例尺，所以处于照明场16内的结构18以缩小的方式被成像至投影场18 ’上。
[0038]对于所示的投影曝光设备10，掩膜14和晶片24在投影期间沿着以Y表示的方向行进。行进速度的比例在此与投影透镜20的成像比例尺β相同。如果投影透镜20将图像反转(即β〈0)，则掩膜14和晶片24的行进运动则是相反走向的，正如图1中由箭头Al和Α2表示。以该方式将照明场16以扫描运动在掩膜14上导引，因此还能够将更大的结构化区域连贯地投影到感光层22上。
[0039]在图2中以透视图示意性地示出了根据本发明的照明系统12的部件。照明系统12包括用于微镜面阵列28的载体26，光源LS直接地或通过未示出的其它光学元件将投影光30对准微镜面阵列28。可实施为DMD(数字镜面器件(digital mirror device))的微镜面阵列28包含规则排列的微镜面32，这些微镜面32分别能够在两个切换位置之间进行数字切换。为了该目的，微镜面阵列28通过以虚线表示的信号连接与控制器34相连接。撞击在微镜面阵列28上的投影光30在经由平面状的折叠镜36换向之后通过透镜38对准目标面40，所述目标面40例如可以是光学积分仪的表面。在此，透镜38所起的作用是，将微镜面阵列28成像至目标面40上。以该方式能够借助微镜面阵列28可变地照亮目标面40。
[0040]图3示出了这样的曲线图，在该曲线图中关于时间t绘制出由光源LS产生的投影光30的强度(右侧的坐标)和微镜面32的角位置(左侧的坐标)。在该实施例中假定，光源LS以周期T产生了时长At的光脉冲42-1至42-3，其中At/T〈〈l。因此，在两个彼此相继的光脉冲42之间流逝了相对长的时间，在所述相对长的时间中没有投影光穿过照明系统12。光源LS的脉冲频率通常处于几个kHz的数量级。
[0041 ]在图3的曲线图中可见，利用在彼此相继的光脉冲42之间的相对长的时间间隔使相关的微镜面32在其两个切换位置之间切换多次，这两个切换位置的角度对应于aodP/或aoff。然而，在光脉冲42期间，相关的微镜面32总是存在于限定的切换位置，S卩，在首先的两个光脉冲42-1和42-2期间，相关的微镜面32存在于其中光对准目标面40的切换位置(α =αοη)，并且在第三光脉冲42-3期间，相关的微镜面32存在于其中光不对准目标面40的第二切换位置(a = aoff)0
[0042]通过在彼此相继的光脉冲42-1至42-3之间多次改变切换位置，促进了围绕微镜面32的空气(或其它种气体)的运动和进而微镜面32的冷却。之所以需要冷却，通常是因为撞击在微镜面32上的高能量的投影光30的一部分(也可更少)被微镜面32的反射涂层吸收并转换成热。因此，单独地通过载体26进行关于微镜面32的冷却是不够用的。特别有效的是，当使周围空气和改变其切换位置的微镜面32运动时，通过对流进行冷却。
[0043]图4相比于图2的图示示出了其它实施例，其中微镜面阵列28被用来以一种时间多路工作方式使由第一光源LSl产生的第一光脉冲和由第二光源LS2产生的第二光脉冲交叠，从而在微镜面阵列28后具有双倍脉冲频率的投影光30对准照明系统12的随后的光学元件。
[0044]为了该目的，控制器34这样控制微镜面阵列28，使得在微镜面32的第一切换位置中仅有第一光源LSl的第一光脉冲并且在微镜面32的第二切换位置中仅有第二光源LS2的第二光脉冲耦合输入到照明系统的共同光路中。
[0045]因此，第一和第二光脉冲恰好从相同的方向撞击在折叠镜36上，然而是以相较于每个单独的光源LS1、LS2的脉冲频率而言双倍的脉冲频率撞击的。
[0046]在图5中示出的图说明了这一点。第一和第二光脉冲42-1,42-2或52-1,52-2的周期性次序通过不同的阴影线标识。通过使以周期Tl发射的第一光脉冲和以周期T2 = T1发射的第二光脉冲交叠可获得具有有效周期Teff = Τ1/2 = Τ2/2的光脉冲序列。控制器34这样控制相关的微镜面32，使得该微镜面32在第一光脉冲42-1，42-2，42-3期间存在于其第一切换位置，该第一切换位置对应于角度31。在第二光脉冲52-1，52-2期间该微镜面存在于其第二切换位置，该第二切换位置对应于倾斜角如。
[0047]在本实施例中，微镜面32也在两个彼此相继的、但源自不同光源LSI，LS2的光脉冲42-1，42-2，42-3，52-1，52_2之间多次在微镜面32的两个切换位置之间切换，以改善由于围绕的空气造成的冷却。
【主权项】
1.一种微光刻投影曝光设备的照明系统(10)，其具有: a)光源(LS;LSI, LS2)，其设置成产生光脉冲(42-1，42-2，42-3，52-，52-2)的序列， b)光学元件(32)的阵列(28)，这些光学元件能够在两个切换位置之间进行数字切换， c)控制器(34)，所述控制器设置成将光学元件控制为使得这些光学元件只是在两个彼此相继的光脉冲之间改变它们的切换位置并且在光脉冲期间保持它们的切换位置。2.根据权利要求1的照明系统，其中，控制器(34)设置成将光学元件(32)控制为使得至少一个光学元件的切换位置在两个或更多个彼此相继的光脉冲期间相同。3.根据权利要求2的照明系统，其中，控制器(34)设置成将光学元件(32)控制为使得在其期间切换位置相同的那些光脉冲的数目在照射掩膜(14)期间对于不同的光学元件(32)是不同的。4.根据权利要求2或3的照明系统，其中，这些光学元件在切换位置之间移动，并且其中，控制器设置成将光学元件控制为使得切换位置在两个或更多个彼此相继的光脉冲之间改变2.η次，n = l，2，3,…。5.根据前述权利要求之一所述的照明系统，其中，在所述阵列(28)和目标面(40)之间的光径中布置透镜(38)，所述透镜将所述阵列成像至所述目标面上。6.根据前述权利要求之一所述的照明系统，所述照明系统具有其它光源(LS2)，所述其它光源设置成产生其它光脉冲，其中，所述其它光脉冲(52-1，52-2)相对于所述光源的光脉冲(42-1，42-2，42-3)在时间上错开地产生，并且其中，所述阵列(28)设置成，在光学元件(32)的第一切换位置中将所述光源的光脉冲和在光学元件的第二切换位置中将所述其它光源的光脉冲耦合输入到照明系统(12)的共同光路中。7.—种用于操作微光刻投影曝光设备(10)的照明系统(12)的方法，所述方法包括以下步骤: a)提供能够在两个切换位置之间进行数字切换的光学元件(32)的阵列(28); b)产生光脉冲(42-1，42-2，42-3，52-，52-2)的序列; c)仅在两个彼此相继的光脉冲之间、但不在光脉冲期间改变光学元件的切换位置。8.根据权利要求7所述的方法，其中，至少一个光学元件(32)的切换位置在两个或更多个彼此相继的光脉冲期间相同。9.根据权利要求8所述的方法，其中，在其期间切换位置相同的光脉冲的数目在照射掩膜(14)时对于不同的光学元件(32)是不同的。10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述光学元件在切换位置之间移动，并且切换位置在两个或更多个彼此相继的光脉冲之间改变2.η次，n = l，2，3，…。11.根据权利要求7至10之一所述的方法，其中，所述阵列(28)在光学元件(32)的第一切换位置中将所述光源(LSI)的光脉冲(42-1，42-2，42-3)和在光学元件(32)的第二切换位置中将所述其它光源(LS2)的光脉冲(52-，52-2)耦合输入到共同光路中。
【文档编号】G03F7/20GK106030412SQ201580009193
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月10日
【发明人】M.德冈瑟, V.达维登科, T.科布, J.艾森门格
【申请人】卡尔蔡司Smt有限责任公司