操作微光刻投射曝光设备的方法及该设备的投射物镜的制作方法

操作微光刻投射曝光设备的方法及该设备的投射物镜的制作方法
【专利摘要】一种微光刻投射曝光设备(10)的投射物镜，包含波前校正装置(42)，其包含：第一折射光学元件(44)和第二折射光学元件(54)。第一折射光学元件包含第一光学材料，对于所述设备的工作波长，所述第一光学材料具有随温度增加而减小的折射率。第二折射光学元件包含第二光学材料，对于所述设备的工作波长，所述第二光学材料具有随温度增加而增加的折射率。在所述校正装置(42)的校正模式中，第一加热装置(46；146)在所述第一光学材料中产生非均匀且可变化的第一温度分布，第二加热装置(56；156)在所述第二光学材料中产生非均匀且可变化的第二温度分布。
【专利说明】操作微光刻投射曝光设备的方法及该设备的投射物镜

【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种包含波前校正装置的微光刻投射曝光设备的投射物镜，以及一种操作该设备的方法。

【背景技术】
[0002]微光刻(还称为光刻技术或简称为光刻)是用于制造集成电路、液晶显示器和其它微结构化装置的技术。微光刻的工艺与蚀刻工艺一起用于图案化已形成在基板上的薄膜堆叠(例如，硅晶片)中的特征。在制造每一层时，晶片首先涂覆有光刻胶，其为对例如深紫外(DUV)、真空紫外(VUV)或极紫外(EUV)光的辐射敏感的材料。接着，顶部具有光刻胶的晶片暴露于投射曝光设备中通过掩模的投射光。掩模包含要投射到光刻胶上的电路图案。在曝光之后，光刻胶显影以产生对应于包含在掩模中的电路图案的图像。那么，蚀刻工艺将电路图案转印至晶片上的薄膜堆叠中。最后，移除光刻胶。对不同掩模重复该工艺导致多层微结构化部件。
[0003]投射曝光设备通常包含照明系统，对准掩模的掩模对准台，投射物镜和对准涂有光刻胶的晶片对准台。照明系统照明掩模上的场，其可具有例如矩形狭缝或窄环段的形状。
[0004]在现有投射曝光设备中，可在两个不同类型的设备之间进行区分。在一个类型中，通过将整个掩模图案一次曝光于目标部分上来照射晶片上的每个目标部分，这种设备通常称为晶片步进机。在通常称为步进扫描设备或简称为扫描仪的另一类型设备中，通过在指定参考方向上在投射光束下逐步扫描掩模图案，同时平行或反平行该方向同步扫描基板，照射每个目标部分。晶片的速度与掩模的速度的比率等于投射镜头的放大率β。放大率的典型值为β = ±1/4。
[0005]应理解的是，将术语“掩模”(或掩模母版)广泛地解释为图案工具。常用掩模包含不透明、透明或反射图案，并可为例如二元、交替相移、衰减相移或多种混合掩模类型。
[0006]投射曝光设备的发展的基本目的之一是能够在晶片上光刻地制造具有更小尺寸的结构。小结构导致高集成密度，这通常具有对借助于这种设备制造的微结构化部件的性能的有利影响。此外，单个晶片上能制造的器件越多，制造工艺的吞吐量越高。
[0007]可产生的结构的大小主要依赖于使用的投射物镜的分辨率。因为投射物镜的分辨率与投射光的波长成反比例，一种增加分辨率的方式是使用具有更短波长的投射光。目前使用的最短波长为248nm、193nm或157nm,因此位于深紫外或真空紫外光谱范围中。此外，使用具有约13nm的波长的EUV光的设备同时在市场上可获得。未来设备可能使用具有如
6.9nm的低波长的EUV光。
[0008]像差(例如，图像误差)的校正变得对具有非常高分辨率的投射物镜日益重要。不同类型的像差通常需要不同的校正措施。
[0009]旋转对称像差的校正比较简单。如果投射物镜的出瞳中的波前变形旋转对称，则像差称为是旋转对称的。术语波前变形表示光波与理想无像差波的偏差。例如，通过沿着光轴移动单独光学元件，可至少部分地校正旋转对称像差。
[0010]非旋转对称的像差的校正更难。这种像差例如因为透镜或其它光学元件旋转不对称地加热而出现。一个该类型像差是像散。
[0011]旋转非对称像差的主要原因是掩模的旋转非对称、尤其是狭缝形照明，如通常在扫描仪型投射曝光设备中所遭遇。狭缝形照明场导致布置在场平面附件的那些光学元件的非均匀加热。该加热导致光学元件的变型，在透镜和其它折射型元件的情况下，导致它们的折射率的变化。如果折射光学元件的材料反复曝光于高能量投射光，还会观察到永久的材料变化。例如,可发生曝光于投射光的材料的致密化,并且该致密化导致折射率的永久局部变化。在反射镜的情况中，反射多层涂层可由高局部光强度损坏，所以反射比局部改变。
[0012]热致变形、热致折射率变化和热致涂层损坏改变光学元件的光学特性，因此导致像差。热致像差有时具有两重对称性。然而，在投射物镜中还频繁观察到具有其它对称性(例如三重或五重)的像差。
[0013]旋转非对称像差的另一主要原因是确定的非对称照明设定，其中照明系统的光瞳平面以旋转非对称方式照明。这种设定的重要示例是双极设定，其中仅两个极示于光瞳平面中。在这种双极设定的情况中，投射物镜中的光瞳平面还包含两个强照明区域。因此，布置在这种物镜光瞳平面中或附近的透镜或反射镜曝光于旋转非对称强度分布，其引起旋转非对称像差。四极设定有时也产生旋转非对称像差，尽管其程度比双极设定小。
[0014]为了校正旋转非对称像差，US 6，338，823B1提出一种透镜，其可借助于沿着透镜周边分布的多个致动器而选择性地变形。确定透镜的变形，使得热致像差至少部分校正。这种波前校正装置的更复杂类型描述于US2010/0128367A1中。
[0015]US 7，830，611B2公开一种相似的波前校正装置。在该装置中，可变形板的一个表面接触折射率匹配液体。如果该板变形，则邻近液体的表面的变形实际上没有光学效果。因此，该装置使得可从仅一个光学表面，而不是两个光学表面获得校正贡献。因此防止校正效应的部分补偿，如当两个表面同时变形时所观察的。
[0016]然而，光学元件借助致动器的变形还具有一些缺点。如果致动器布置在板或透镜的周边，则借助于致动器可产生仅受限的多种变形。这是由于以下事实:致动器的数量以及布置是固定的。特别地，通常难以或者甚至不可能产生可由更高次泽尼克系数(例如，z1(l、Z36、Z4tl或Z64)描述的变形。
[0017]US 2010/0201958A1和US 2009/0257032A1公开了一种波前校正装置，其包含形成为板的折射光学元件。与在上述US 7，830，611B2中描述的装置相比，波前校正不通过变形板来产生,而是通过局部改变其折射率来产生。为此,板设有在其表面之一上延伸的薄加热线。借助于加热线，板内的温度分布可产生，这通过折射率η对温度T的依赖性dn/dT导致期望的折射率分布。
[0018]在该已知波前校正装置的一个实施例中，该板由熔融石英(即，石英玻璃，S12)制成。该元件附接至由CaF2(萤石)制成的第二厚折射光学元件。由于在熔融石英中，折射率随温度增加而增加，而在CaF2中，折射率随温度增加而减小，由两个材料引起的位相变化在由加热元件覆盖的区域之外彼此补偿。
[0019]尽管甚至更高级的波前变形可利用该已知的波前校正装置而得到非常好的校正，难以快速地改变校正效果。
[0020]WO 2011/116792A1公开了一种波前校正装置，其中，从出口孔出现的多个流体流进入投射光在投射曝光设备的运行期间所传播通过的空间。温度控制器对于每个流体流单独地设定流体流的温度。确定温度分布使得由温度分布导致的光学路径长度差校正波前变形。
[0021]由未公开的国际专利申请PCT/EP2011/004859(Zellner等人)，已知一种波前校正装置，其中多个加热光束被引导朝着折射光学元件的圆周边表面。在进入折射光学元件之后，加热光束在元件内部被部分吸收。以该方式，几乎任何任意温度分布可在折射光学元件内部产生，但是不需要将加热线布置在投射光束路径中，该加热线在即使小但是不可忽略的程度上吸收、反射、衍射和/或散射投射光。
[0022]US 5，883，704公开了一种投射物镜，其中由CaF2制成的透镜借助于在透镜表面之一上流动的气体流加热。为了防止布置在加热的CaF2透镜的两侧的由熔融石英制成的透镜也加热，借助于在邻近透镜的至少一个表面上流动的恒定温度气体将这些透镜保持在恒定温度。


【发明内容】

[0023]本发明的目的是提供一种操作微光刻投射曝光设备的方法和一种该设备的投射物镜，为了校正光学波前变形，投射物镜使得可在不同位相变化之间快速切换以及产生具有高空间频率的位相变化。
[0024]关于该方法，该目的通过包含以下步骤的方法实现:
[0025]a)提供一种投射曝光设备，其包含投射物镜，该投射物镜包含波前校正装置，所述装置包含:
[0026]-第一折射光学元件，其包含第一光学材料，对于该设备的工作波长，该第一光学材料具有随温度增加而减小的折射率，
[0027]-第二折射光学元件，其包含第二光学材料，对于该设备的工作波长，该第二光学材料具有随温度增加而增加的折射率，
[0028]b)通过测量和/或模拟来确定投射物镜的像差；
[0029]c)通过考虑步骤b)中确定的像差，确定第一位相变化和第二位相变化，其中，如果第一位相变化由第一折射光学元件产生，而第二位相变化由第二折射光学元件产生，则步骤b)中确定的像差被修改；
[0030]d)通过使用第一加热装置改变第一光学材料中的温度分布，产生第一位相变化；
[0031]e)通过使用第二加热装置改变第二光学材料中的温度分布，产生第二位相变化，该第二加热装置不同于且独立于第一加热装置。
[0032]具有相反的折射率η对温度T的依赖性dn/dT的两种光学材料的组合使得可在具有高空间频率的位相变化之间快速切换。快速响应时间，即从一个位相变化分布切换到另一个所需的时间与两个方面有关。
[0033]尤其在某些照明设定的情况下，一个方面涉及以下事实:投射光常聚集在包含在投射物镜中的透镜的非常小的部分中。尽管使用具有非常低的吸收系数的透镜材料，但是由于高能量投射光的永久影响，这些部分大幅度变热。因为比如为熔融石英(S12)的常见透镜材料具有正dn/dT，局部温度增长与折射率η的局部增长有关，这进而导致局部延迟的波前。
[0034]因为第一折射光学元件具有负dn/dT，所以可均等地加热元件的小部分，以补偿由透镜引入的延迟。然后，第一折射光学元件中局部减小的折射率抵消由透镜中局部增加的折射率产生的效应。仅加热折射光学元件的小部分意味着总体上产生较少热量。这帮助缩短响应时间，因为少量热比大量热消散得更快。
[0035]第二方面涉及针对那些具有负dn/dT且适用于投射曝光设备中的光学材料的大多数观察到的大导热系数。对于通常用在投射曝光设备中的波长，例如193nm和248nm，萤石(CaF2)和类似结晶材料(例如氟化钡((BaF2)、氟化锶(SrF2))以及混合结晶材料(例如Ca1^xBaxF2)具有负dn/dT。这些结晶材料具有比通常用作透镜的光学材料的熔融石英明显更高的导热系数。通常，更难在具有大导热系数的材料中确立稳定的温度分布，因为热迅速“流失”。另一方面，如果与具有相同形状和大小，但是具有较小的导热系数的折射光学元件相比，折射光学元件的大导热系数意味着温度分布可更迅速的变化。
[0036]因此，具有负dn/dT的第一折射光学元件可主要执行快速改变位相变化分布的任务，而具有正dn/dT的第二折射光学元件产生在设备的运行期间不会快速改变的位相变化分布。因为具有正dn/dT的熔融石英和其它光学材料常常对温度改变非常敏感，即，具有大dn/dT绝对值,所以可以说,第二折射光学元件可以接管(take over)校正需求的基本负载，从而因该大dn/dT而仅需要少量的额外热。
[0037]应注意，在本文中，术语“像差”在本发明的上下文中应非常广泛地理解。像差表示光学波前与在对于特定掩模，在最佳可能图像中产生的理想光学波前的任何偏差。
[0038]如果光瞳平面中的理想波前是完全平面的，则像差是常规图像误差，例如像散或畸变或其组合。
[0039]然而，在投射物镜和其它衍射受限光学系统中，光瞳平面中的理想波前可以不是平面。图像增强技术已发展到对于要成像的指定物体计算理想非平面波前，该理想非平面波前在有衍射存在时导致最佳可能图像。那么，在本发明中，像差被理解为描述实际光学波前与已由图像增强技术确定的这种理想非平面波前之间的差别。
[0040]此外，在步骤b)中确定像差也被广泛地理解。其不仅包含确定常规图像误差，而且包含确定实际光学波前与使用图像增强技术确定的理想非平面波前的偏差。
[0041]类似地，像差或光学波前的“校正”不必然意味着波前变形减小或完全去除。即使在常规图像误差的情况下，有时最好将旋转非对称波前变形转换为旋转对称波前变形，旋转对称波前变形同等地“强”或甚至“更强”，但是可利用其它手段(例如某些透镜沿着光轴的位移)而更容易减小。
[0042]如果使用图像增强技术，所以理想光学波前是非平面的，则像差的校正在此被理解为必然不导致平面光学波前。
[0043]在步骤b)之后，在第一光学材料中将获得第一温度分布，在步骤e)之后，在第二光学材料中将获得第二温度分布。通常，第一温度分布和第二温度分布二者是非均匀的。特别地，第一温度分布和第二温度分布均可由包含至少一项Zia ^ 5)的泽尼克多项式的叠加描述。然后，具有高空间频率的波前变形还可顺利地对称、减小或者在图像增强技术的情况中产生。
[0044]通常，第一温度分布与第二温度分布不同。特别地，第一温度分布可至少基本上补偿第二温度分布不同。这使得由于第一和第二光学材料的正第二温度分布不同，可产生具有大梯度和高振幅的位相变化。在第一和第二折射光学材料中的补偿的温度分布可表示通过第一材料中温度最大的点的光线通过第二光学材料中温度最小的点，反之亦然。
[0045]在一些实施例之后，第一折射光学元件布置为紧邻第二折射光学元件。在该情况中，必需使两个折射光学元件彼此热隔离。
[0046]这可在至少基本上层状的流体流引导通过由第一折射光学元件和第二折射光学元件定界的空隙时实现。层状的流体流然后热隔离两个折射光学元件，并可通过形成共用吸热设备而附加地用于冷却折射光学元件。例如为纯净水的液体或例如为空气或氮的气体可用作用于该目的的流体。
[0047]如果第一和第二折射光学元件通过足够距离而隔开，则可省略这种流体流。
[0048]例如，至少一个透镜或其它固体光学元件可布置在第一折射光学元件和第二折射光学元件之间。从空间要求上来看，这种空间上分离的折射光学元件布置可是有利的，它还消除了对使两个折射光学元件彼此热隔离的要求。如果由两个折射光学元件产生的位相变化简单结合，则第一折射光学元件应布置在与布置第二折射光学元件的位置至少基本上光学共轭的位置处。
[0049]这可表示布置第一折射光学元件的位置处的近轴子孔径比为布置第二折射光学元件的位置处的近轴子孔径比的0.8至1.2倍之间。近轴子孔径比在上述US2009/0257032A1 中限定。
[0050]关于投射物镜，上述问题由包含波前校正装置的投射物镜解决，该波前校正装置包含:
[0051]a)第一折射光学元件，其包含第一光学材料，所述第一光学材料对于所述设备的工作波长具有随温度增加而减小的折射率，
[0052]b)第二折射光学元件，其包含第二光学材料，所述第二光学材料对于所述设备的工作波长具有随温度增加而增加的折射率，
[0053]c)第一加热装置，其构造为在校正装置的校正模式中在第一光学材料中产生非均匀且可变化的第一温度分布，
[0054]d)第二加热装置，其构造为在校正装置的校正模式中在第二光学材料中产生非均匀且可变化的第二温度分布。
[0055]上文参考操作方法所说明的考虑和优势也适用于此。
[0056]如果第一加热装置和第二加热装置各包含多个加热元件，该多个加热元件构造为由控制单元单独地控制，至少一个加热装置的各加热元件可包含电散热构件，其可接触与该至少一个加热装置关联的折射光学元件。这种电散热构件可由例如电阻线形成。
[0057]或者，至少一个加热装置的各加热元件可包含加热光源，例如LED或激光二极管。这种加热装置的可能构造在上述未公开国际专利申请PCT/EP2011/004859 (Zellner等人)中公开。
[0058]特别地，加热光源可构造为将加热光束引导到与至少一个加热装置关联的折射光学元件上。
[0059]在一个实施例中，波前校正装置包含计算单元，其构造为确定通过校正装置的光学波前的目标位相变化。目标位相变化是第一位相变化和第二位相变化的和。第一温度分布在投射光通过第一折射光学元件时产生第一位相变化，第二温度分布在投射光通过第二折射光学元件时产生第二位相变化。
[0060]通常，折射光学元件可具有任意形状。特别地，元件可由具有正或负折射能力的透镜或由板形成，所以它们具有平的且平行的表面。
[0061]在又另一实施例中，第一折射光学元件为具有均匀厚度Cl1的板，第二折射光学元件是具有均匀厚度d2的板。对于设备的工作波长及20°C与100°C之间的温度范围，第一光学材料的折射率Ii1随着温度T的增加按Cln1AlT减小。对于设备的工作波长及20°C与100°C之间的温度范围，第二光学材料的折射率n2随着温度T的增加按dn2/dT增加。如果条件(-dn/dT)/(dn2/dT) = k.d2/(I1适用，其中0.9 < k < 1.1，优选k = I,则两个板中相同的温度变化AT在两个板中产生至少基本上一样的位相变化，但是有相反的符号。例如，如果第一折射光学兀件由CaF2制成,第二折射光学兀件由S12制成,贝U第一折射光学兀件可比第二折射光学元件厚6.1至7.3倍。
[0062]定义
[0063]术语“光”表示任何电磁辐射，尤其是可见光、UV、DUV和VUV光。
[0064]术语“工作波长”在此用于表示波长，严格说来，表示窄范围波长的中心波长，对于所述波长设计投射曝光设备。
[0065]术语“光线”在此用于表示其传播路径可由线描述的光。
[0066]术语“光束”在此用于表示多个光线。光束通常具有在其直径上可沿传播路径变化的辐照分布。单个光束通常可与单个点或扩展光源关联。
[0067]术语“表面“在此用于表示三维空间中任意的平面或弯曲表面。表面可为物体的一部分或可从其完全分离。
[0068]术语“折射光学元件”在此用于表示至少对于投射光是透明的光学元件。此外，元件具有至少一个光学表面，通过该至少一个光学表面，投射光进入元件。通常，投射光在该光学表面处折射。
[0069]术语“光学共轭”在此用于表示两个点或两个表面之间的成像关系。成像关系意味着从点发出的光束会聚在光学共轭点处。
[0070]术语“场平面”在此用于表示与掩模平面光学共轭的平面。
[0071]术语“光瞳平面”在此用于表示在场平面中以相同角度会聚或发散的所有光线通过相同点的平面。如本领域所常用，术语“光瞳平面”还用在实际上其不是数学意义上的平面，但是轻微弯曲，所以严格意义上其应该称为光瞳表面。

【专利附图】

【附图说明】
[0072]参考下面结合考虑附图的详细说明，可更容易理解本发明的多个特征和优点。附图中:
[0073]图1是根据本发明的投射曝光设备的示意性透视图；
[0074]图2是穿过图1中示出的设备的示意性子午截面；
[0075]图3是根据本发明的第一实施例的波前校正装置的顶视图，该波前校正装置包含在为图1和2所不设备的一部分的投射物镜中；
[0076]图4为沿线IV-1V穿过图3所示波前校正装置的截面视图；
[0077]图5A和5B分别示意性示出两个校正板中的示例性步进温度分布以及在两个不同时间产生的位相变化；
[0078]图6A和6B分别示意性示出两个校正板中的示例性周期温度分布以及在两个不同时间产生的位相变化；
[0079]图7A和7B分别示意性示出两个校正板中的示例性连续温度分布以及在两个不同时间产生的位相变化；
[0080]图8A示出用于第一照明设定的光瞳平面中的辐照分布；
[0081]图8B示出用于校正像差的两个校正板中的温度分布，该像差与图8A中示出的照明设定关联；
[0082]图9A示出用于第二照明设定的光瞳平面中的辐照分布；
[0083]图9B示出用于校正像差的两个校正板中的温度分布，该像差与图9A中示出的照明设定关联；
[0084]图10为示出重要方法步骤的流程图；
[0085]图11是穿过根据替代性实施例的图1所示设备的示意性子午截面图，在该替代性实施例中，校正板布置在不同的光学共轭平面。

【具体实施方式】
[0086]1.投射曝光设备的总构造
[0087]图1是根据本发明的投射曝光设备10的透视且高度简化视图。设备10包含照明系统12，其产生具有193nm的中心波长(下文中称为设备10的工作波长)的投射光。投射光照明掩模16上包含精细特征19的图案18的场14。在该实施例中，照明场14具有矩形形状。然而，也考虑照明场14的其它形状，例如环段，以及其它工作波长，例如157nm或248nm。
[0088]具有光轴OA且包含多个透镜LI至L4的投射物镜20将照明场14内的图案18成像在光敏层22 (例如光刻胶)上，其由基板24支撑。可包含硅晶片的基板24布置在晶片台(图1中未示出)上，使得光敏层22的顶表面精确地位于投射物镜20的像平面中。掩模16利用掩模台(图1中未示出)定位在投射物镜20的物平面中。因为投射物镜20的具有放大率β且|β| <1，照明场14内的图案18的缩小像18'投射到光敏层22上。
[0089]在投射期间，掩模16和基板24沿着扫描方向移动,该扫描方向对应于图1中不出的Y方向。然后，照明场14在掩模16上扫描，所以可连续成像比照明场14大的图案化区域。基板24的速度和掩模16的速度之间的比等于投射物镜20的放大率β。如果投射物镜20不使像颠倒(β > O)，则掩模16和基板24沿相同方向移动，如图1中由箭头Al和Α2所示。然而，本发明还可与具有离轴物体和像场的折射反射式投射物镜20 —起使用。
[0090]图2是穿过图1所示的设备10的示意性子午截面。在该截面中,还示出掩模台26和晶片台32，该掩模台26在投射物镜20的物平面28中支撑并移动掩模16，该晶片台32在投射物镜20的像平面30中支撑并移动基板24。
[0091]在投射物镜20内部布置两个操纵器Ml和M2，其分别构造为沿着投射物镜20的光轴OA单独地移动透镜LI和L2。
[0092]在该实施例中，投射物镜20具有中间像平面34。特征18的形成在中间像平面中的像可因为多种像差而基本上模糊和/或扭曲。特别地，中间像平面34可强烈弯曲。
[0093]第一光瞳平面36位于物平面28和中间像平面34之间，第二光瞳平面38位于中间像平面34和投射物镜20的像平面30之间。在第一和第二光瞳平面36、38中，从任意场平面(即，物平面28、中间像平面34和像平面30)以相同角度会聚或发散的所有光线通过相同点，如图2所示。这表示平行于光轴OA与场平面相交的所有光线，例如表示为虚线的光线40在第一和第二光瞳平面36、38中与光轴OA相交。
[0094]在第一光瞳平面36中布置用于校正波前变形的波前校正装置42。下面，在以下部分中更详细地描述该装置。
[0095]I1.波前校正装置
[0096]再次参考图2，波前校正装置42包含第一折射光学元件，其在该实施例中由具有正方形周边和均匀厚度的第一校正板44形成。第一校正板44由具有折射率Ii1的第一光学材料构成，折射率H1随温度T增加而减小。在该实施例中，萤石(CaF2)用作第一校正板44的材料。萤石对于193nm的工作波长具有折射率Ii1对温度T的依赖性cK/dT，温度T约为-2.9.1^r1O
[0097]由电阻线46的规则网格或其它电散热构件形成的第一加热装置附接至第一校正板44的指向投射物镜20的物平面28的上表面48。电压可由控制单元50单独地施加至电阻线46，以致各种各样的不同温度分布可产生在第一校正板44中。
[0098]由于折射率Ii1对温度T的依赖性cK/dT，由电阻线46产生的温度分布与第一校正板44内的折射率分布有关。后者进而在温度T改变AT时产生第一位相变化Δφι = s*AT*dni/dT，其中s为投射光通过发生温度变化的光学材料所沿距离。位相变化Δφ!可用于以下文将更详细说明的方式校正，或者更主要改变投射光的光学波前。
[0099]校正装置42还包含由第二校正板54形成的第二折射光学元件。第二校正板54通常具有与第一校正板44相同的构成，即，第二校正板54支撑第二加热装置，其由第二校正板54的指向投射物镜20的像平面30的下表面58上的电阻线56的规则网格形成。然而，第二校正板54包含对于投射光的工作波长具有折射率η2的光学材料，折射率η2随着温度T的增加不会减小，但增加。在该实施例中，熔融石英(S12)用作第二校正板54的光学材料。对于193nm的工作波长，温度依赖性dn2/dT约为19.4.KT6K'
[0100]因此，与第一校正板44的温度依赖性Cln1AlT相比，第二校正板54的折射率的温度依赖性dn2/dT不仅具有正的符号，而且具有不同的绝对值。在该实施例中，第一校正板44的温度依赖性的绝对值比第二校正板54的相应值小约6.7倍。因此，校正板44、54的厚度选择为使得第一校正板44比第二校正板54厚约6.7倍。然后，温度变化Λ T将在两个校正板44、54中产生位相变化Δφ.!、Δφ2，它们具有相同的绝对值，但是有相反的符号，即，Acp J ~ - Δ?ρ】。
[0101]因此，如果相同温度变化产生在校正板44、54中，则产生的位相变化会完全互相补偿，以致投射光的波前完全不会受到影响。如在随后部分III中所述，结合具有带有相反符号的dn/dT的两个校正板44、54的好处仅在复杂控制配置应用于与校正板44、54关联的加热装置时变得显而易见。
[0102]图3和4分别以顶视图和沿着线IV-1V的截面视图示意性地示出校正装置42的一些构造细节。
[0103]在图3的顶视图中，可看到第一校正板44容纳在设置在具有圆形周边63的支撑框架62中的中央正方形凹槽60中。支撑框架62的上表面支撑电子电路板64，其经由以虚线表示的柔性引线65将可变电压应用于电阻线46，其附接至第一校正板44的上表面48。以未详细不出的方式,可在由成对正交电阻线46限定的各个正方形表面兀件66内电产生热。为此，可使用二极管电路和时分复用控制配置。关于校正板44、54的加热装置的布局和控制的更多细节可从上文进一步提及的US 2010/0201958A1中获知。
[0104]通过其允许投射光通过第一光瞳平面36的最大区域在图3中由虚圆圈68表示。
[0105]如可从图4的横截面看到的，第二校正板54以相似方式容纳在凹槽60中。将电压施加至附接到第二校正板54的下表面58的电阻线56的电子电路板64支撑在支撑框架62的相对表面上。
[0106]两个校正板44、54没有彼此接触，而是由空隙隔离。因为折射光学元件在该实施例中形成为平面校正板44、54，所以空隙具有具有均匀厚度的间隙7的形状。由箭头72表示的至少基本上分层的流体流引导通过间隙70。为此，流体供应单元74和收集单元76经由通道78连接至间隙70的相对侧。流体供应单元74和收集单元76分别产生并收集流体流72。经由返回线80，由收集单元76收集的流体返回至供应单元74，以致流体不断地再循环。
[0107]流体供应单元74在该实施例中包含热交换器82、循环泵84和过滤器86。由流体供应单元74设定的温度由控制单元50确定，使得校正装置42的总净热平衡保持不变。换句话说，由校正板44、54上的电阻线46产生的总热量约等于由流体流72从校正板44、54移除的热量。
[0108]此外，流体流72帮助使第一和第二校正板44、54彼此热隔离。这使得可在第一和第二校正板44、54内产生不同且独立的温度分布，尽管校正板44、54之间的距离小。因此，借助于第一电阻线46而在第一校正板44中产生的温度分布基本上独立于由第二电阻线56在第二校正板54中产生的温度分布。该温度分布独立性对校正装置42是重要的，因为这使得可实现对光学波前的校正效应，其中，由校正板44、54中的温度分布导致的相反位相变化不会彼此补偿，但是导致例如具有陡峭梯度和较高振幅及/或可比现有技术装置改变更快的位相变化。这在部分III中对校正装置42的功能的以下描述中得到更详细地说明。
[0109]在图4中，还可看到两个校正板44、54通过小的热隔离销88彼此连接，热隔离销88沿着周边分布且保持校正板44、54分开。第一校正板44以及隔着销88的第二校正板54以与常规透镜或其它光学元件安装在投射物镜20相似的方式通过周边可调安装件90保持并定位在支撑框架62的凹槽60中。自然，两个校正板44、54可彼此独立地安装，以致可省略销88。
[0110]II1.功能
[0111]在下文中，参考图5至10说明波前校正装置42的功能。
[0112]图5A在其上部示出由萤石制成且具有负dn/dT的第一校正板44内的在第一时间tl的温度分布的示意图。具有较亮阴影线的区域90代表第一校正板44的未被电阻线46加热的部分。因此，下文称为未加热部分90的这些部分具有原始温度T1，其优选等于或小于在投射物镜20内普遍存在的环境温度。
[0113]具有较深阴影线的区域92代表第一校正板44的已由电阻线46加热的部分。因此，下文称为加热部分92的这些部分具有升高的温度T2 > 1\。
[0114]这里，假设加热部分92为第一校正板44的中央部分，未加热部分90周围加热部分92。自然，温度分布的该示图是高度示意性的，并不反映由例如热传输和热辐射的效应导致的实际温度分布的连续性质。
[0115]因为第一校正板由具有负Cln1AlT的萤石制成，正温度差AT = T2-T1表示在中央加热部分92中，与熔融石英中的情形不同，折射率Ii1小于周围未加热部分90。因此，位相变化Δφ丨在中央加热部分92中是负的，在该中央加热部分92处，折射率Ii1较小。这在下方的曲线图中示出，该曲线图示出在通过第一校正板44的光学波前中引起的位相变化Δφ1β在该曲线图中，以及还在别处的相似曲线图中，由未加热部分90产生的位相变化设为零。
[0116]图5Α的中间部分示出借助于第二加热装置的电阻线56在时间&在第二校正板54中产生的温度分布。可看到，未加热部分90和加热部分92的分布与第一校正板44中产生的温度分布互补。本文中的互补意味着，与第一校正板44相比，未加热部分90现在是中央部分，加热部分92围绕未加热部分90。
[0117]因为第二校正板54由具有正dn2/dT的熔融石英制成，该温度分布导致折射率n2的分布，其中，周围加热部分具有比中央未加热部分90较高的折射率n2。因此，正位相变化厶(|)2由周围加热部分92产生，如第二校正板54正上方的曲线图中所示。但是，因为与周围加热部分92相比，中央未加热部分90中的位相较少地延迟，第二校正板54对光学波前的总效果按相对价值计算再次为中央未加热部分90中的波前延迟。
[0118]因此，两个校正板44、54延迟它们的中央部分中的波前。如果第一校正板44比第二校正板54厚6.7倍，并且假设温度变化AT = T2-T1在两个校正板44、54中相同，那么中央部分中的相对延迟也将相同。那么，由校正板44、54的组合产生的对波前的总效果为中央部分中的延迟，其量为各个单独校正板44、54产生的量的两倍。这示于图5A的底部，其示出总相位变化Acpt = Δφι + Δφ2<.
[0119]图5Β以与图5Α相似的示图示出在较后时间t2 > &普遍存在的情形。
[0120]这里，已假设第一校正板44的部分92的加热已停止，以致在不久之后，原始温度T1普遍存在于整个第一校正板44中。因此，由第一校正板44产生的位相变化等于零。那么，总位相变化&内仅由温度分布得到维持的第二校正板54产生的位相变化Δφ2确定。
[0121]如通过比较图5Α和5Β的底部的曲线图所看到，在第一光瞳平面36的中央部分中的波前延迟因此已按因子2减小。重要的是注意，对光学波前的效果的该变化可快速实现，因为由萤石制成的第一校正板44具有约为9.Tlffm-1K-1的导热系数。这约与熔融石英的导热系数(LSSWnrt1)的七倍一样大。
[0122]由于显著较大的导热系数，在第一校正板44中由电阻线46产生的热快速地传至限制间隙70且由流体流72冷却的第一校正板44的周边表面和下表面。这使得可以几分钟或者甚至几秒的时间量程(取决于第一校正板44的厚度等)改变第一校正板44中的温度分布。如果第一校正板44的厚度相对较厚，如所示实施例中的情况，可设想通过建立周边表面与周围的吸热设备之间的直接接触，经由第一板44的周边表面来改进热传输。例如，周边表面可邻接由铜或铝制成的条。
[0123]校正装置42的在对光学波前的不同校正效果之间的快速切换非常有用，因为对于校正效果的需求有时也改变地非常快。这种快速切换需求的原因在于结构19的不同图案18将投射光衍射到不同方向。因此，布置在光瞳平面中或紧邻其的透镜上的辐照分布也快速改变。这些辐照分布可引起像差，尤其是在总辐照区域较小时。
[0124]至少在第一板44的周边表面显著促进将热从第一板44传输走时，单独利用第二校正板54不会完成校正效果的这种快速切换，因为熔融石英的导热系数比较低，因此，温度分布不会足够快速地改变。在本文中，还应考虑的是，第二校正板54的厚度需要为两倍以在省略第一校正板44时达到相同的校正效果。
[0125]图6A和6B分别示出在不同时间&和t2的第一和第二校正板44、54中稍微更真实的连续温度分布。为了简化，假设温度分布沿着所示方向以周期方式变化。因此，未加热部分90和加热部分92在两个校正板44、54中周期地且连续地交替，如在图6A和6B的上部和中间部分所示。
[0126]首先参考图6A，假设在第一和第二校正板44、54中产生的温度分布彼此补偿，以致通过第一校正板44中温度最大的点的光线通过第二校正板54中温度最小的点，反之亦然。换言之，校正板44、54中产生的温度分布移动半周期。
[0127]由于相反的依赖性dn/dT，产生的位相变化Δφ!, Δφ2重叠，以致总位相变化Δφ,的振幅为单独位相变化的振幅的两倍。
[0128]在时间t2，假设第一校正板44中的温度分布移动四分之一周期，如图6B的顶部所示。那么，第一校正板44中产生的位相变化Δφ!的最小值与第二校正板54产生的位相变化Δφ2的最大值重合。由于该补偿，总位相变化Acpt变为零。
[0129]这示出的是，通过仅在第一校正板44中移动温度分布，可在具有陡位相梯度的大位相变化(参见图6Α的底部的曲线图)与零校正效果(参见图6Β的底部的曲线图)之间快速转换。由于第一校正板44的大导热系数，该转换可非常快速地实现。
[0130]图7Α和7Β以类似于图6Α和6Β的表示法示出位相变化的空间频率可如何增加或快速变化。
[0131]这里假设在时间&，第一校正板44中的温度分布包含单个加热部分92，温度从该单个加热部分92连续减小到未加热的周围部分90。第二校正板54中的温度分布选择为致使其对应于第一校正板44中的温度分布，但是移动小数量。这导致在图7A的底部示出的总位相变化其空间频率为校正板44、54中产生的温度分布的空间频率的两倍。
[0132]通过稍微移动第一校正板44中的温度分布，使得其优选与第二校正板54中的温度分布重合，可获得完全补偿，其导致零总位相变化Acpt，如图7Β的底部所示。因此，仅通过移动第一校正板44中的温度分布小数量，可在具有非常高空间频率的位相变化(图7Α)与零校正效果(图7Β)之间非常快速地切换。
[0133]在下文中，将参考图8和9说明第一和第二校正板44、54对温度变化的不同反应可如何用于使校正装置42的校正效果适配于改变照明设定。
[0134]下文中说明的控制配置依赖于以下构思:由熔融石英制成的慢反应第二校正板54产生即使照明设定改变也不会改变的那些位相变化。另一方面，由萤石制成的快反应第一校正板44仅产生照明设定每改变一次就需要快速改变的那些位相变化。
[0135]假设在时间h的照明设定对应于第一光瞳平面36中的辐照分布，如图8A所示。在第一光瞳平面36中，中央极100和两个极102、104被照射，外部极102、104沿着X方向对准并与中央极100分开相等距离。
[0136]图9A示出在稍后时间t2的照明设定，其对应于第一光瞳平面36中的辐照分布，其中中央极100再次被照射，而两个其它极102、104现在沿着Y方向布置。换言之，中央极100被恒定照射，而外部极102、104在照明设定每次改变时改变它们的位置。
[0137]图8B和9B分别示意性地示出在时间h和t2于校正板44、54中产生的温度分布，以校正与图8A和9A中示出的照明设定关联的像差。
[0138]在时间h，第一校正板44包含两个加热部分90，它们的位置对应于第一光瞳平面36中的极102、104。由于第一校正板44的负dn/dT，加热部分90中的折射率Ii1小于周围未加热部分92。这补偿由透镜L1、L2产生的延迟。这些透镜曝光于如图8A所示的相似辐照分布，因为透镜L1、L2布置为紧邻第一光瞳平面36。
[0139]另一方面，与中央极100关联的延迟仅由第二校正板54补偿。为此，温度分布产生在加热部分92围绕中央未加热部分90的第二校正板54中。
[0140]如果照明设定从图8A所示的X双极设定变为图9A所示的Y双极设定，则第二校正板54中的温度分布保持未改变，因为中央极100没有改变其位置。然而，外部极102、104现在沿着Y方向对准，因此，第一校正板44内的温度分布必需也旋转90°。至少在第一板44的周边表面显著促使热从第一板44传输走时，，这可因为第一校正板44的大导热系数而非常快速地完成。
[0141]此外，由具有负dn/dT的材料制成的第一校正板44和具有正dn/dT的第二校正板54的结合使得可快速改变校正装置42的校正效果，这在照明设定在投射曝光设备10运行期间快速改变时是重要的。
[0142]与仅使用由萤石制成的单个校正板的方法相比，具有相反dn/dT的两个校正板44,54的结合具有以下优点:熔融石英的折射率的较强温度敏感性(即，较大的dn/dT绝对值)可用于甚至对于小温度变化和薄校正板产生强校正效果。因此，也可以说，由熔融石英制成的第二校正板54接管基本负载，而由萤石制成的第一校正板44接管快速变化的剩余校正效果。
[0143]另外，不仅大大热系数，而且负dn/dT促成第一校正板44的快响应时间。这是因为第一校正板44的上表面上的仅两个小区域必需由用于产生对光学波前的期望校正效果的电阻线46来加热。要加热的小体积使得可非常快地散热。
[0144]相反，如果假设第一校正板44也由熔融石英制成，则几乎第一校正板的全部表面需要由电阻线加热。这不仅会增加由校正装置42产生的总热量，而且会使得难以快速改变第一校正板44内的温度分布。
[0145]IV.校正方法
[0146]在下面的多个方面总结了校正装置42可如何用于校正波前变形。
[0147]在第一步骤中，确定投射曝光设备20的像差。这可通过测量和/或通过模拟来进行。模拟可基于实验数据来进行，并且具有以下优点:投射曝光设备的运行不必中断以执行例如图像质量的测量。如果应用图像增强技术，则通常也包含模拟。另一方面，如果以最高可能精度确定像差，则通过测量确定像差是必需的。为了测量像差，例如斐索干涉仪的光学波前测量装置110可插入投射物镜20的像平面30中，如图2中箭头112所指示。
[0148]此外，使用一些测量以及模拟的混合方法可用于快速且准确地确定像差。例如，理想的非平面波前可使用图像增强技术来计算，以及测量实际光学波前。
[0149]在下一步骤中，必须确定获得期望光学波前所需的校正效果。该步骤还可考虑:不仅校正装置42，而且其它校正系统(例如构造为沿着光轴OA移动透镜L1、L2的操纵器Ml、M2)可用于减小像差。一种方法是在共同优化过程中考虑所有可用校正系统。奇异值分解(SVD)或提克洛夫规则化(Tikhonov regularizat1n)可用于该方面。基于凸规划(ConvexProgramming)的另一方法描述在WO 2010/034674A1中。在这种优化过程中，第一和第二校正板44、54被认为是独立校正系统，但是应考虑不同导热系数导致的不同暂时行为。
[0150]优化过程产生要由第一校正板44产生的第一位相变化和要由第二校正板54产生的第二位相变化。如果投射物镜20包含例如操纵器M1、M2的其它校正组件，则第一和第二位相变化可修改之前确定的像差，以致其它校正组件能够修改仍进一步存在的像差，以获得期望光学波前。在常规图像误差的情况中，第一和第二位相变化的效果通常，但不是必然包含光学波前对称化。这意味着波前变形至少基本上旋转对称。这进而表示较高次泽尼克多项式的系数至少基本上为零。如果应用图像增强技术，则第一和第二位相变化将选择性地与其它校正组件产生的位相变化一起修改光学波前，从而获得理想的非平面光学波前。
[0151]然后，算法分别计算第一和第二校正板44、54中所需的温度分布，以产生第一和第二位相变化。在下一步骤中，必须确定哪个电压必须施加到电阻线46、56。这再次通过使用优化过程来实现，因为各个电阻线46、56可被认为是单个校正组件。关于折射光学元件中温度分布的计算和产生的更多细节描述在上述未公开专利申请PCT/EP2011/004859 (Zellner 等人)中。
[0152]最后，控制单元68控制电子电路板64，以致它们经由柔性引线65将那些电压施加到电阻线46、56，需要电阻线46、56以产生校正板44、54中之前已计算的温度分布。
[0153]图10为总结根据本发明的微光刻投射曝光设备的操作方法的重要方面的流程图。
[0154]在第一步骤SI中，提供波前校正装置，其包含具有符号相反的dn/dT的第一和第二折射光学元件。
[0155]在第二步骤S2中，确定投射物镜的像差。
[0156]在第三步骤S2中，通过考虑像差来确定第一位相变化和第二位相变化。
[0157]在第四步骤S4中，通过改变使用第一加热装置的第一折射光学元件中的温度分布来产生第一位相变化。
[0158]在第五步骤S5中，通过改变使用第二加热装置的第二折射光学元件中的温度分布来产生第二位相变化，该第二加热装置不同于且独立于第一加热装置。
[0159]V.替代实施例
[0160]图11以类似于图2的子午截面示出投射曝光设备10的第二实施例，其中两个校正板44、54没有布置为彼此紧邻或接近第一光瞳平面36，而是进一步彼此远离，以致多个光学兀件，这里为透镜LI和L3布置在校正板44、54之间。
[0161]更确切地说，由萤石制成的第一校正板44仍布置在第一光瞳平面36中。然而，由熔融石英制成的第二校正板54布置在与第一光瞳平面36共轭的第二光瞳平面38中。
[0162]关于投射物镜20中的空间需求，将校正板44、54布置在不同但光学共轭的平面中可是有利的。此外，与热隔离两个校正板44、54关联的问题得到相当大地减少。
[0163]另外，校正板44、54未被电阻线加热，而是由例如LED或激光二极管的光源146、156加热,光源146、156发出经由它们的周边表面I禹合进板44、54中的加热光112。关于在折射光学元件内产生温度分布的方式的更多细节描述在上述未公开国际专利申请PCT/EP2011/004859 (Zellner 等人)中。
[0164]替代地或附加地，根据本发明且以虚线示出的校正装置142可布置为紧挨着投射物镜20的物平面28。在这种位置，校正装置142可用于校正畸变或其它场依赖性像差。不必说，还可仅将校正板44、54之一布置在物平面28附近，将另一个校正板布置在光学共轭位置，例如在中间像平面34附近。还可将两个校正板44、54布置在中间轴位置，即在光瞳中或在场平面中，只要这些中间位置至少近似光学共轭。
[0165]还应注意到，不用说，第一和第二校正板44、54的顺序可颠倒。此外，校正装置还可包含多于一个的具有负dn/dT的校正板和多于一个的具有正dn/dT的校正板。
【权利要求】
1.一种操作微光刻投射曝光设备(10)的方法，所述方法包含以下步骤: a)提供包含投射物镜(20)的投射曝光设备，所述投射物镜(20)包含波前校正装置(42)，所述装置包含: -第一折射光学元件(44)，所述第一折射光学元件包含第一光学材料，对于所述设备的工作波长，所述第一光学材料具有随温度增加而减小的折射率， -第二折射光学元件(54)，所述第二折射光学元件包含第二光学材料，对于所述设备的工作波长，所述第二光学材料具有随温度增加而增加的折射率， b)通过测量和/或模拟来确定所述投射物镜(20)的像差； c)通过考虑步骤b)中确定的所述像差，确定第一位相变化和第二位相变化，其中，如果所述第一位相变化由所述第一折射光学元件(44)产生，而所述第二位相变化由所述第二折射光学元件(54)产生，则步骤b)中确定的所述像差被修改； d)通过使用第一加热装置(46;146)改变所述第一光学材料中的温度分布，产生所述第一位相变化； e)通过使用第二加热装置(56;156)改变所述第二光学材料中的温度分布，产生所述第二位相变化，所述第二加热装置不同于且独立于所述第一加热装置(46 ;146)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)之后，在所述第一光学材料中获得第一温度分布，并且其中，在步骤e)之后，在所述第二光学材料中获得第二温度分布。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一温度分布和所述第二温度分布二者是非均匀的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一温度分布和所述第二温度分布二者可以由包含至少一项Zi的泽尼克多项式的叠加来描述，其中i > 5。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述第一温度分布与所述第二温度分布不同。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一温度分布至少基本上与所述第二温度分布互补。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一折射光学元件(44)布置为紧邻所述第二折射光学元件(54)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，至少基本上层状的流体流(72)被引导通过由所述第一折射光学元件(44)和所述第二折射光学元件(54)界定的空隙(70)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个固体光学兀件(L2、L3)布置在所述第一折射光学元件(44)和所述第二折射光学元件(54)之间。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一折射光学元件(44)布置的位置与所述第二折射光学元件(54)布置的位置至少基本上光学共轭。
11.一种微光刻投射曝光设备(10)的投射物镜，包含波前校正装置(42)，所述波前校正装置包含: a)第一折射光学元件(44)，所述第一折射光学元件包含第一光学材料，对于所述设备的工作波长，所述第一光学材料具有随温度增加而减小的折射率， b)第二折射光学元件(54)，所述第二折射光学元件包含第二光学材料，对于所述设备的工作波长，所述第二光学材料具有随温度增加而增加的折射率， c)第一加热装置(46; 146)，所述第一加热装置构造为在所述校正装置(42)的校正模式中在所述第一光学材料中产生非均匀且可变化的第一温度分布， d)第二加热装置(56; 156)，所述第二加热装置构造为在所述校正装置(42)的校正模式中在所述第二光学材料中产生非均匀且可变化的第二温度分布。
12.根据权利要求11所述的物镜，其中，所述第一加热装置和所述第二加热装置各包含多个加热元件(46，56 ; 146，156)，所述多个加热元件构造为由控制单元独立地控制。
13.根据权利要求12所述的物镜，其中，至少一个加热装置的各个加热元件包含电散热构件(46，56)。
14.根据权利要求12或13所述的物镜，其中，至少一个加热装置的各个加热元件包含加热光源(146，156)。
15.根据权利要求11至14所述的物镜，其中，至少一个固体光学元件(L2、L3)布置在所述第一折射光学元件(44)和所述第二折射光学元件(54)之间。
16.根据权利要求15所述的物镜，其中，所述第一折射光学元件(44)布置的位置与所述第二折射光学元件(54)布置的位置至少基本上光学共轭。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的物镜，其中， a)所述第一折射光学元件(44)是具有均匀厚度Cl1的板， b)所述第二折射光学元件(56)是具有均匀厚度d2的板， c)对于所述设备的工作波长及20°C与100°C之间的温度范围，所述第一光学材料的折射率随着温度的增加按cK/dT减小， d)对于所述设备的工作波长及20°C与100°C之间的温度范围，所述第二光学材料的折射率随着温度的增加按dn2/dT增加，
其中，(-(In1ZdT)/(dn2/dT) = k.Cl2Zd1,其中 0.9 < k < 1.1。
18.根据权利要求17所述的物镜，其中，所述第一折射光学元件(44)由CaF2制成，所述第二折射光学元件(54)由S12制成，并且其中，所述第一折射光学元件比所述第二折射光学元件厚6.1至7.3倍。
【文档编号】G03F7/20GK104169797SQ201280071422
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2012年2月4日 优先权日:2012年2月4日
【发明者】H.沃尔特, B.比特纳 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司