用于半导体光刻的具有半主动间隔件的投射曝光设备的模块以及使用该半主动间隔件的方法与流程

本发明主张德国专利申请案de102018220565.5的优先权，其内容以参考方式全部并入本文。

本发明关于一种用于半导体光刻的具有半主动间隔件的投射曝光设备的模块以及关于一种使用该半主动间隔件的方法。

用于半导体光刻的投射曝光设备包括多个光学元件，这些光学元件被保持在支架中，又依序彼此连接以形成一投射光学单元，其中这些光学元件根据相应的设计规范相对彼此布置。在折射投射光学单元包括旋转对称透镜以及可能的反射镜的情况下，于支架的对准期间中，支架设计为安装座，安装座在三个平移自由度x、y以及z上且关于旋转自由度rotz相对于彼此对准。在此，z方向对应于所使用的光线的方向，也就是说，用于将光刻掩模的结构成像在半导体基板上的光线的方向，光刻掩模例如为一相位掩模，也就是所称的掩模母版(reticle)，半导体基板也就是所谓的晶片。两个光学元件在z方向上的间距是通过所谓的调节环所设定的，调节环设计为高精度的平面平行环，其厚度公差在几微米[μm]的范围内。垂直于z方向对准的另外两个平移自由度x以及y，通过安装座以及调节环在xy平面上的位移进行调整。旋转自由度rotz通过安装座绕z轴(也对应于光轴)的旋转来解决。在球面的情况下，绕x(rotx)以及y轴(roty)的旋转在光学上对应于在x以及y方向上的平移，从而这些自由度已由xy平面中的位移所涵盖。

在极紫外光(extremeultraviolet，euv)投射曝光设备的情况下，由于所使用的辐射的波长非常短，小于30nm，特别是13.5nm，因此在该情况下不可能再使用折射光学元件，所使用的反射镜布置在模块中。为了使模块在所有六个自由度上相对于彼此对准，在模块到投射曝光设备的基座框架的连接点之间使用高精度的间隔件，以下将其称为间隔件。在迭代过程中调整间隔件，直到模块在给定的公差范围内相对于彼此对准的时候为止。

假设需要在现场与客户交换模块或安装座，则必须再次安装新模块，以使光学元件相对于彼此的对准与交换之前的对准相对应。在此，必须确定模块的不同几何形状以及模块中光学元件的不同位置以及取向，并且在此基础上，必须制造一组新的间隔件，即制造多个间隔件。在确定模块的几何形状以及其中的光学元件的位置以及取向时，因为螺纹连接以及公差的不确定性影响，使用更前述方法的对准只有通过高度耗时的迭代步骤调整才有可能。

所描述的方法的另一个缺点是，当前系统的要求在小于1μm的范围内，特别是在模块或安装座必须在现场进行交换的情况下，使用这些方法只能实现10-15μm的位置精度。

解决此问题的一种方法是使用致动器作为间隔件，例如压电致动器。然而，这具有以下缺点：为了保持致动器的范围(extent)，必须施加电压，即所谓的偏移电压，此外，由于电压波动以及材料固有的磁滞效应，为了能够在相对较长的时段内保持设置的范围，无法避免麻烦的闭回路控制。在另一变型中，用于在操作期间定位光学元件的致动器也可以用于校正模块的位置以及取向。结果是，对致动器的行程的要求增加，因此行程的大小与调节精度的比率变得非常大，这可能对生产成本以及复杂性产生不利影响，且因而导致致动器故障的易感性。

本发明的目的是提供一种消除了现有技术的上述缺点的装置。本发明的另一个目的是指明一种用于在投射曝光设备中使用半主动间隔件的方法。

此目的通过具有独立权利要求的特征的装置以及方法来达成。从属权利要求关于本发明的有利进化以及变型。

根据本发明的用于半导体光刻的投射曝光设备的模块包括布置在支架中的至少一个光学元件，其中至少一个间隔件布置于支架与另一支架或本体之间，间隔件被设计为半主动地改变其范围。具有光学元件的几个支架可以是投射镜头的一部分，其中，特别是，光学元件之间的间距借助于半主动间隔件来调整。在本文中，半主动首先是指间隔件仅在特定的时间点被激活，例如在投射曝光设备的初始设置期间被激活。其次，半主动还意味着，仅当间隔件的形状要发生变化时，才需将其连接到开回路或闭回路控制单元上，并以稳定的方式将变化后的形状在长时间内保持在几纳米的范围内，特别是小于100nm，特别是小于20nm，特别是小于5nm，甚至在没有另外的能量供应的情况下，也就是说，为了调整的目的仅需要暂时的能量供应。

间隔件例如可以具有垫圈的形式，也就是说，包括在中心具有孔的圆形。对于间隔件的组装，当两个部件之间的间距要被调节，可以将间隔件布置在两个部件之间。这两个元件可以通过螺丝，特别是通过膨胀螺丝彼此连接，其中，在这种情况下，螺丝被引导穿过间隔件的孔。

尤其，间隔件可以包括压电材料。压电材料通常需要所谓的偏移电压，以实现形状的改变。偏移电压的大小与偏转成比例。如果减小偏移电压或将压电体从电压源断开，则压电材料再次返回其原始状态，其中偏转受到磁滞的影响。诸如physikinstrumentegmbh公司的pirest系列之类的新开发成果，在断开电源后仍保持形状，因此在漂移方面非常稳定。

在本发明的一个变型中，可以在支架以及间隔件之间或者在支架以及本体之间布置中间元件。中间元件例如可以用于补偿在毫米范围内的大间距，其中半主动间隔件可以仅补偿例如在μm范围内的相对小的间距。

中间元件还可以被设计为被动间隔件。中间元件例如可以是所谓的调节环，例如在现代系统中用于调整两个支架之间的间距。

在本发明的一个实施例中，第一支架可以以静定的方式(staticallydeterminatemanner)安装在第二支架或本体上。通常以三点安装的形式进行的静态安装具有以下效果：上支架以限定的方式位于三个点上，这可以有利地减小在螺纹连接期间由于另外的接触点而导致的支架变形。

另外，第一支架可以以超静定的方式(staticallyoverdeterminatemanner)安装在第二支架或本体上。超静定的安装方式的优点在于，第一支架与第二支架或本体之间的连接可以设计成比静定的安装方式更牢固。根据支架的设计，可以将因超静定的安装而产生的变形降至最低。

在本发明的一个变型中，可以将开回路以及闭回路控制装置配置成用于控制至少一个间隔件，以便调节两个支架之间或支架与主元件之间的间距。可以配置开回路以及闭回路控制装置，使得其可以控制并联和/或串联的多个半主动间隔件。这样做的优点是，可以减少开回路以及闭回路控制装置的数量，这可以对生产成本产生正面的影响。

此外，可以布置多个间隔件，使得支架由于间隔件的移动而变形。在此，支架可以设计成使得支架的变形可以传递到由支架保持的光学元件。在这种情况下，间隔件不仅可以用于调整间距，而且可以与支架一起形成位置或变形操纵器，这可以有利地通过光学元件的有目标性的变形来改善投射曝光设备的成像品质。

特别是，可以在两个支架之间或者在支架与本体之间布置密封件。前述密封件例如相对于周围环境密封投射光学单元的内部，使得可以在投射光学单元中维持光学元件的受控环境条件。在这种情况下，密封件例如设计为o形环，设计为三点支撑或多点支撑的半主动间隔件的行程，可能比该密封件的预加载所引起的密封件压缩要短得多，因此即使间隔件移动，也可以始终确保密封作用。

在根据本发明的用于将至少一个支架定位在用于半导体光刻的投射曝光设备中的方法中，使用半主动间隔件来定位支架。这样做的优点是，可以在不松开支架、组装一适配间隔件以及再次产生螺纹连接的情况下，能够在几nm的范围内对支架之间或支架与本体之间的间距进行调整。

特别是，该类型的方法可包括以下方法步骤：

a)将至少一个半主动间隔件组装到第一支架、第二支架或本体上，

b)将支架组装到至少一个间隔件或第二支架或本体上，其中间隔件布置在第一支架与第二支架和本体之间，

c)将间隔件连接到开回路以及闭回路控制装置，

d)确定第一支架相对于第二支架或本体的位置以及取向，

e)确定位置以及取向与设定点位置以及设定点取向的偏差，

f)借助开回路以及闭回路控制装置通过一暂时能量供应，来根据所确定的偏差对准支架，

g)检查支架的位置以及取向，

h)重复步骤d)至g)，直到达到设定点位置以及设定点取向。

可以根据间隔件的布置以及数量来调节不同的自由度。例如，通过以120°偏移的方式布置三个间隔件，可以在适当地控制间隔件的情况下，使间隔件在延伸方向上的间隔以及围绕垂直于延伸方向以及彼此垂直布置的两个轴线的倾斜度被调整。在六个间隔件的情况下，例如可以调节六个自由度，这通常也是反射镜对准中所需要的。为了使间隔件解耦以便将各种自由度之间的串扰减小到最小，可以将前述间隔件连接到解耦元件。

在本发明的一个变型中，方法可包括以下步骤：

a)组装所述支架，其中一中间元件至少布置在第一支架以及第二支架之间，目的在于预设定支架之间的间距，和/或其中，至少一个半主动间隔件至少布置在第一支架以及第二支架之间，目的在于调节支架之间的间距，

b)将间隔件连接到开回路以及闭回路控制装置，

c)确定投射曝光设备的成像像差，

e)为了校正成像像差，确定至少一个半主动间隔件的行程，

f)借助开回路以及闭回路控制装置通过一暂时能量供应来移动间隔件，

g)检查成像，

h)重复步骤c)至g)，直到成像位于设定的公差范围内。

在本发明的另一实施例中，方法可包括以下方法步骤：

a)卸载第一支架，

b)安装带有半主动间隔件的新支架，

c)将间隔件连接到开回路以及闭回路控制装置，

d)确定支架相对于第二支架或本体的位置以及取向，

e)确定位置以及取向与设定点位置以及设定点取向的偏差，

f)借助开回路以及闭回路控制装置通过一暂时能量供应，来根据确定的偏差对支架进行对准，

g)检查支架的位置以及取向，

h)重复步骤d)至g)，直到达到设定点位置以及设定点取向。

此外，其中半主动间隔件至少暂时地连接至开回路以及闭回路控制装置的方法可包括以下步骤：

a)确定投射曝光设备的成像像差，

b)确定半主动间隔件的行程，

c)借助于一暂时能量供应使半主动间隔件移动预定行程。

d)检查成像像差，

e)重复步骤b)至d)，直到成像像差在设定的公差范围内。

在此，在确定成像像差之后，可以确定行程，使得投射曝光设备的所有成像像差最小化。或者是，行程也可以被确定为使得成像有意地失谐，也就是说，包括对制程有利的某些成像像差，这还受到除了成像品质以外的制程参数的影响。

此外，除了半主动间隔件外，额外的中间元件可用于作为被动式间隔件。

特别是，在最后的方法步骤之后，半主动间隔件可以从开回路以及闭回路控制装置断开。由此，可以仅使用一个开回路以及闭回路控制装置来激活多个半主动间隔件，这可以对投射曝光设备的生产成本产生有利影响。在机器对准的背景下调整间隔件之后，可以将电缆从前述间隔件上拆卸下来，这首先减少了从周围环境到机器的振动的引入，其次节省了结构空间，这可在机器操作期间用于其他目的。

在此，支架的位置以及取向例如可以由外部测量装置确定。例如，这可以是简单的开关或间距传感器，其可以根据构造的类型至少暂时地附接到一个或两个支架或附接到支架和/或本体。

此外，可以通过投射曝光设备的波前测量间接地确定支架的位置以及取向。在投射曝光设备的初始组装期间，可以在初始组装以及支架对准之后执行波前测量。这可以在模型的基础上进行评估，并根据结果确定单独间隔件的行程。如此确定的数值之后可以例如传送到中央开回路以及闭回路控制装置，该中央开回路以及闭回路控制装置将半主动间隔件移动到设定点位置。由此，可以避免由于支架之间或支架与本体之间的螺纹连接的松开以及重新拧紧所引起的不同的变形。波前测量也可以用于将间隔件用作变形操纵器。在波前测量的基础上，对于波前校正所需要的变形可以在模型的基础上确定，并且同样地传送到用于控制半主动间隔件的开回路以及闭回路控制装置。

参照附图，以下将更详细地解释本发明的例示性实施例以及变型，其中：

图1示出euv投射曝光设备的基本构造；

图2示出duv投射曝光设备的基本构造；

图3示出本发明的第一实施例的详细视图；

图4示出本发明的另一详细视图；

图5示出本发明的另一实施例；以及

图6示出本发明的另一实施例。

图1示出微光刻euv投射曝光设备1的基本构造的示例，在其中可以找到本发明的用途。投射曝光设备1的照明系统除了具有光源3外，还具有照明光学单元4，用于照明物面6中的物场5。由光源3所产生的光学使用辐射形式的euv辐射14借助于合并在光源3中的收集器来对准，使得前述辐射在入射到场分面反射镜(fieldfacetmirror)2之前穿过一中间焦平面(intermediatefocalplane)15的区域中的中间焦点。在场分面反射镜2的下游，euv辐射14被光瞳分面反射镜(pupilfacetmirror)16反射。借助于光瞳分面反射镜16以及具有反射镜18、19以及20的光学组件17，场分面反射镜2的场分面被成像到物场5中。

掩模母版7被照明，其布置在物场5中，并通过示意性例示的掩模母版支架8所保持。仅示意性例示的投射光学单元9用于将物场5成像到像面11中的像场10中。掩模母版7上的结构被成像到晶片12的光敏层上，晶片12布置在像面11中像场10的区域中，并且由同样部分例示的晶片支架13所保持。光源3可以发出特别是在5nm与30nm之间的波长范围内的使用辐射。

本发明同样可以用在图2所例示的深紫外光(deepultraviolet，duv)投射曝光设备31中。这使用了从100nm到300nm的波长范围内的使用辐射。

投射曝光设备31用于在一基板上曝光结构，该基板上涂覆有光敏材料并且通常主要由硅构成并且被称为晶片32，用于制造诸如计算机芯片的半导体部件。

在这种情况下，投射曝光设备31大体上包括照明装置33、掩模母版台34、晶片台36以及成像装置，掩模母版台34用于接收并精确定位设有结构的掩模，即所谓的掩模母版35，通过掩模母版35确定晶片32上的后续结构，晶片台36用于保持、移动以及精确具体地定位该晶片32，该成像装置具体是投射镜头37，具有多个光学元件38，其通过投射镜头37的镜头壳体40中的安装座39所保持。

在这种情况下，基本功能原理提供了：将引入到掩模母版35中的结构的像投射到晶片32上，而成像通常以缩小的比例进行。

照明装置33提供呈电磁辐射形式的投射光束41，这是将掩模母版35成像在晶片32上所必需的。可以使用激光器、等离子体源等作为此辐射的来源。在照明装置33中的光学元件用于以以下的方式来成形该辐射，当其入射在掩模母版35时，投射光束41具有所需的关于直径、偏振、波前的形式等等的性质。

如上述已解释的，掩模母版35的像由投射光束41所产生，并且以适当缩小的形式从投射镜头37转移到晶片32上。在这种情况下，掩模母版35以及晶片32可以同步地移动，使得掩模母版35的区域的像在所谓的扫描操作期间实际上连续地投射到晶片32的相应区域上。投射镜头37具有多个单独的折射、衍射和/或反射的光学元件38，例如透镜元件、反射镜、棱镜、端接板等，其中该光学元件38例如可以通过此处描述的一个或多个致动器布置来致动。

图3是本体54以及支架50的示意图，本体54例如是图2所例示的镜头壳体，支架50例如是图2所例示的安装座，其中支架50包括凸缘51。半主动间隔件52布置在该凸缘以及本体54之间。该半主动间隔件被设计为环，使得例如可以设计为膨胀螺丝的螺丝53首先连接凸缘51以及本体54，且接着间隔件52被预负载。为了密封连接，在凸缘51以及本体54之间同样布置有设计成o形环56的密封件。在这种情况下，半主动间隔件52的行程比密封件56的压缩要短得多，使得可以始终确保密封作用。可选地，另一密封件可布置在间隔件52的另一侧。

图4是两个支架50、50′的示意图，其中第一支架50包括凸缘51。在第二支架50′上布置有中间元件57，中间元件57例如设计为被动式间隔件并且包括用于螺丝53的通孔58。在中间元件57以及第一支架50的凸缘51之间布置有半主动间隔件52，半主动间隔件52设计为环，并且螺丝53穿过其开口延伸，以用于连接第一支架50以及第二支架50′。在凸缘51以及中间元件57之间同样布置有例如设计为o形环56′的密封件。中间元件57可以例如在支架50、50′的初始组装以及确定了光学元件的设定点间距之后，被再次卸载并重新工作。在重新组装之后，可以通过半主动间隔件52来调整剩余的偏差。这具有的优点是，由于两个支架50、50′的螺纹连接而导致的不可预料的变形可以减少到最小。

图5是投射曝光设备的另一示意图，其中，为清楚起见，并未例示照明装置。投射光学单元37包括上镜头零件60、支架62以及下镜头零件61，上镜头零件60包括多个支架52，支架62设计为一模块，下镜头零件61包括多个支架52。在必须交换模块62的情况下，移除上镜头零件60并交换模块62，其中借助于设计为被动式间隔件的中间元件57，模块62相对于下透镜零件61对准。图3以及图4中描述的半主动间隔件52布置在模块62上，上镜头零件60又组装在模块62上。上镜头零件60通过半主动间隔件52的移动相对于模块62对准，其中，例如，上镜头零件60在模块62上的一静定三点安装允许调整关于两个轴的倾斜度，并允许沿投射光学单元的纵轴进行调整。

图6是设计成模块72的支架的示意图，该支架尤其可以用于euv投射曝光设备中。模块72例如设计为一反射镜，其中模块72安装在本体74中，从而在六个自由度上是可操纵的。为了将模块72定位在本体74上，在模块72上布置了六个半主动间隔件52，其中在图6中仅可见三个间隔件是因为其他的已隐藏。为了使间隔件52运动，间隔件52连接到开回路以及闭回路控制装置59上。为了使因其他相应间隔件52的运动所引起的间隔件52的寄生运动(parasiticmovement)解耦，解耦元件73布置在间隔件52以及本体74之间，这些解耦元件仅在间隔件52的作用方向上刚性地附接到本体74，并且柔性地附接在其他五个自由度中。

在上下文中，在所使用的材料的设计以及技术特征，例如屈服强度或抗弯强度的背景之下，柔性旨在表示解耦元件的刚性尽可能配置为低。相反地，刚性应理解为表示在所使用的材料的设计以及技术特征的背景下具有最大可能的刚性。

为了清楚起见，图6中未例示投射曝光设备的另外的致动器，且特别是在投射曝光设备中的模块72的初始对准期间，可使用半主动间隔件52以用使得投射曝光设备的另外的致动器在操作期间出于定位模块72的目的，而需要针对模块72的对准实际上未使用行程的这般精度来定位模块72。优点在于，通过使用半主动间隔件，致动器在操作期间使用的行程与在对准期间使用的行程的比率通常为1∶100，特别是1∶50，特别是1∶10的情况下，可以用更短行程配置，从而使价格更低。

附图标记列表

1投射曝光设备

2场分面反射镜

3光源

4照明光学单元

5物场

6物面

7掩模母版

8掩模母版支架

9投射光学单元

10像场

11像面

12晶片

13晶片支架

14euv辐射

15中间场焦平面

16光瞳分面反射镜

17组件

18反射镜

19反射镜

20反射镜

31投射曝光设备

32晶片

33照明装置

34掩模母版台

35掩模母版

36晶片台

37投射光学单元

38光学元件

39安装座

40镜头壳体

41投射光束

50、50′支架

51凸缘

52半主动间隔件

53预加载元件(螺丝)

54本体

56、56′o型环

57中间元件

58通孔

59开回路以及闭回路控制装置

60上镜头零件

61下镜头零件

62模块

72模块

73解耦元件

74本体