CN100573334C - 具有清洁装置的光学系统 - Google Patents

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Abstract

用于光学系统并且特别是用于设计为用于EUV辐射的光学系统的清洁装置。该清洁装置具有用于反应气体(29)的气体入口(28)。通过反应气体分离已经沉积在光学元件(110)的表面上的污染物(23)。还提供了优选地与要清洁的表面相对地布置的吸气剂表面(32)，通过吸气剂表面(32)吸收从这些表面分离的污染物。此吸收可以由于凝结在吸气剂表面上并且也可以通过化学反应发生。

Description

具有清洁装置的光学系统
技术领域
本发明涉及用于光学系统的清洁装置，该清洁装置具有用于清洁气体的气体入口。通过该气体分离停留于光学元件的表面上的污染物。
背景技术
从EP1213617知道，如果在光刻单元内进行定向的氧气供给，用于曝光的辐射自身足够在其曝光束路径上清洁单元内部的污染物。为此，连续地确定污染的程度并且与预置的阈值比较。根据当前的污染程度调节供给到光刻单元的氧气。供给的氧气在曝光束路径上被激化，并且由于扩散和轻微的对流，变成遍及光刻单元的整个内部分布。随后气体与污染物材料的膜反应。然而，供给氧气不是移除金属污染物的适当的方法。
从US2004/007246知道，EUV光刻系统具有用于净化集光器的装置。集光器的净化通过在包含氟的大气内的反应的放电实现。对于此方法，首先必须产生等离子体，例如通过高频技术或微波。当利用此方法时，必须使用耐化学反应的氟原子团的材料。
本发明的目的为提供用于光学系统的清洁装置，通过该清洁装置能够从光学元件移除污染物。
发明内容
为了实现本发明的上述目的，本发明提出一种用于EUV辐射的光学系统，其具有通过光学元件限定的光束路径并且具有包括反应气体入口和离开光束路径布置的至少一个吸气剂表面的清洁装置；所述吸气剂表面设计成通过化学反应吸收污染物，所述污染物通过与所述反应气体反应从所述光学元件的光学表面被去除，其中该反应气体是包含卤素的气体或包含氢的气体。
本发明还提出一种用于设计为用于EUV辐射的光学系统的清洁装置，，该清洁装置具有指向光学系统的光学元件的要清洁的光学表面的反应气体入口并且该清洁装置具有用于吸收污染物的吸气剂表面；所述吸气剂表面设计成通过化学反应吸收污染物，所述污染物通过与所述反应气体反应从所述光学表面被去除，其中该反应气体是包含卤素的气体或包含氢的气体。
本发明还提出一种用于清洁EUV辐射的光学系统中光学元件的光学表面的方法，其中，已经将反应气体施加到要清洁的所述光学表面以从该光学表面分离污染物，并且其中，由吸气剂表面通过化学反应吸收被分离的污染物，其中该反应气体是包含卤素的气体或包含氢的气体。
根据本发明的光学系统具有清洁装置，该清洁装置具有离开光束路径布置的反应气体入口和吸气剂表面。用这种方法防止或至少减少对光学元件的污染。由于存在于光学表面上的污染物与反应气体合作并且变回到气态，通过入射辐射分离存在于光学表面上的污染物。当污染物撞击至少一个吸气剂表面时，所述污染物被吸气剂表面束缚。
为了帮助永久地束缚污染物，可以提供将吸气剂气体以被导向到吸气剂表面上，该吸气剂气体导致污染物由于化学反应被吸气剂表面吸收。此吸气剂气体能够通过提供在表面内的一个或多个吸气剂气体入口导入。
因为吸气剂表面离开光束路径布置，它们被EUV辐射加热较不严重。通过此方法简单地促使污染物永久地束缚到吸气剂表面。
可以通过设计为多孔的形式的吸气剂表面帮助吸气剂表面吸收污染物。从而吸气剂表面具有可用于吸收污染物的大的表面积。
可以通过优选地通过多个气体入口导入吸气剂气体促使在吸气剂表面上吸收污染物。还可以提供通过形成在吸气剂表面内的孔引入吸气剂气体。
作为对吸气剂气体的替代或附加，还可以提供使用提供有涂层的吸气剂表面。撞击吸气剂表面的污染物由于此涂层被吸气剂表面束缚。
同样作为替代或附加，可以提供要被冷却的吸气剂表面。甚至可以提供仅在有些时候要被冷却的吸气剂表面。
通过替换吸气剂表面，能够永久地从系统移除污染物。因此吸气剂表面也可以用于改进真空。
选择的吸气剂气体或者选择的用于吸气剂表面的涂层应当优选地是支持特别是对诸如锡、铟、锑、碲、锂、钼、钨和它们的化合物，诸如例如碳化物、氮化物或氧化物的无机物质的吸收的。然而，对于对形成污染物的碳或包含碳的化合物的吸收特别关心。
可以提供卤素或氢、卤素或氢原子团、或包含卤素或氢的化合物用作反应气体。该反应气体能够与惰性气体一起使用。
孔状开口可以提供为用于导入反应气体。这些开口可以布置在吸气剂表面内，或者在曝光的表面内或者邻近曝光的表面。
附图说明
本发明的这些和其它方面将通过参考下文中描述的实施例被阐明并且变得明显。
在图中：
图1为EUV成像系统的略图。
图2为具有作为光学系统的集光器的EUV辐射源的略图。
图3为图2所示集光器的放大的视图。
图4为集光器的一部分的详细视图，其中具有用于反应气体的入口和用于吸气剂气体的入口。
图5为集光器的一部分的视图，其中用于吸气剂气体和反应气体的入口结合在吸气剂表面内。
具体实施方式
在用于半导体工业的光学光刻中，使用昂贵的和复杂的光学系统确保需要的成像的高标准。特别是在下文中称作EUV光刻的使用远紫外辐射的光刻中，反射镜光学元件110用于在晶片上形成掩模的结构的图像。在图1所示的实施例中，集光器反射镜110和反射镜113位于真空系统117内在辐射源112和硅晶片120之间。在EUV光刻中，反射镜光学系统111用于保持任何对EUV辐射的吸收降低。因为可能发生的对EUV辐射的严重的吸收，此刻没有窗能够被提供在辐射源112和光学系统110、111之间。替代的，辐射源和照明的光学系统与掩模(没有示出)和晶片120一起形成连续的真空系统117。因为气体也导致对EUV辐射的严重的吸收，所以需要真空。
连续的真空系统117意味着来自光源的气体和微粒能够行进到光学系统110、111。在那里，它们构成可以降低光学部件110、113的质量的危险的污染物。
放电等离子体或激光等离子体可以用作用于EUV光刻的辐射源112。在全部两种情况中，产生非常热的等离子体，其中，增加地离子化的离子在短波EUV范围内放射。在放电等离子体中，通过放电的电能产生并且加热等离子体。在激光等离子体中，激光将非常高的能量施加到气体的、液体的或固体的目标，用这种方法产生热的等离子体。
在EUV范围内有效地放射的物质，并且尤其是在对于多层反射镜特别有利的13.5nm的波长的范围内有效地放射的物质，为氙、锂、锡、铟、锑和碲。然而，氙作为惰性气体，容易挥发，金属的物质难以挥发。如果没有清洁装置，它们可以从辐射源行进到光学部件并且凝结在其上。
因此，层可以形成在光学部件上并且特别是集光器反射镜110上。这样，由于在这些层内的吸收损失，在反射镜处的反射率将降低。考虑到在辐射到达晶片120以前需要的在反射镜处的许多反射，反射损失对可用的辐射的强度具有非常严重的影响。因为辐射的强度，并且因此每单位时间的晶片产出率是非常关键的因素，需要避免反射损失。污染物的沉积可以导致反射镜的反射率在时间上和空间上减低。
本发明的目的为在系统正在操作的同时通过提供的清洁装置和清洁方法从光学部件清洁沉积的物质。用这种方式确保对掩模和晶片的EUV照明在时间和空间上均匀。
通过参考图1描述用于清洁光学部件110的根据本发明的装置的操作原理，光学部件110这样布置在用于EUV光刻的系统100内，使得在真空系统117内，来自辐射源112的辐射被导向到要被处理的工件上，从而形成光束路径118，其中工件特别地为晶片120。特别是，在此情况中，辐射源112产生远紫外线和/或软X射线。在此情况中辐射在辐射源112内通过热的等离子体产生。为了产生此等离子体，可以使用能够通过放电激发的工作气体，诸如例如金属蒸气，和通过激光束脉冲气化的目标。在全部两种情况中，通过辐射源112将优选地为包含金属的并且特别是包含锡的物质的无机物质114引入真空系统117内，并且这些特别地污染光学部件110。
由于主要在系统100的操作期间通过图4和5所示的反应气体入口28执行的在真空系统117内普遍的温度和压强的条件下优选地为气体的和/或液体的反应物119的导入，与无机物质114并且特别是与污染光学部件110的沉积的污染物25开始化学反应，如图4和5所示。当此化学反应发生时，沉积物25转变为挥发性的化合物31。根据预期的污染物23这样选择通过反应气体入口28供给的反应气体29，使得能够发生快速和也是选择性的转化，以便很大程度上避免可能与例如真空系统117的部分发生的任何副反应。其它需要避免的事情为反射镜的表面被反应气体腐蚀。
因为，和光学部件113不同，特别是在这里示出的光学部件110位于相对靠近辐射源112的位置，所以在辐射源112和光学部件110之间供给反应气体29是适当的。在此区中能够预期无机物质114的更高的沉积率。
可以考虑是反应气体29的特别是包含氢的物质和/或卤素和包含卤间化合物和包含卤素的化合物和/或它们的结合。由于原子团的高反应性，它们特别适合。例如在此情况中元素氯呈现对于EUV射线的低吸收并且容易在真空系统117内形成高度反应性的氯原子团。与包含在其中的无机阳离子相比，在化学反应中形成的氯化物经常具有相当高的蒸气压并且因此具有较低的沸点。这样，在正常条件下，元素锡例如在大约2687摄氏度下沸腾，然而在同样的条件下，SnC12在大约605摄氏度沸腾并且SnC14在仅大约114摄氏度沸腾。
特别是，在辐射源112正在操作的同时供给反应气体29，以防止由于这里描述的过程对光学部件110的任何污染。反应气体29的此供给入可以被控制为连续的和以脉冲的形式，使得其根据的预先确定的反应动力学发生。
还可以提供导入两种不同的反应气体。第一种反应气体用于改变存在于光学表面上的污染物。优选地用于此的为同样仅通过入射辐射产生的原子团。的确，当这发生时同样吸收辐射，但是由此导致的选择为用于成像的例如13.5nm的辐射的减少非常小并且从而能够被忽略。
能够通过第二种反应气体帮助从光学表面以气态分离污染物。此气体可以但不是必须在辐射的暂停期间选择地供给。这样，还可以利用单独的晶片曝光过程之间的辐射的暂停。
通过在空间和时间上限制，发生的反应气体的供给入超过或达到相对于通过辐射源112引入的污染物23的量的化学当量点，以便实现反应气体29的完全转化。
为了使得能够受控地供给最优的量的反应气体23，可以提供测量设备。此测量设备可以例如检测通过集光器110反射的辐射的强度。优选地在光刻过程期间掩模和/或晶片120必须被改变时执行此检测。
在下文中，将通过参考图2和3详细解释对例如集光器的光学部件的清洁。图中示出了具有三个旋转对称的集光器壳10的说明性的布局。来自辐射源1的光束12通过碎片抑制系统7。术语“碎片”同样指的是产生自辐射源的污染物。提供为碎片抑制系统的可以例如是箔捕捉器。通过碎片抑制系统以后，辐射在集光器10处反射。反射并且从而也必须被清洁的表面13曝光于光源1。每个集光器壳110的后侧表示相对于光源1在阴影内的表面14。此表面14不执行任何光学功能。在本情况中，通过从曝光于光源1的表面13移除沉积的碎片材料并且将其沉积在阴影内的表面14上执行清洁。
沉积在光学表面上的污染物24的移除作为污染物材料24与反应气体29的反应的结果30发生，以形成随后气化为气态的可挥发的产物31，反应气体29在下面被称作清洁气体。
通过扩散，产物31中的至少一部分行进到被从光源遮蔽的直接相对地定位的表面14。在此表面上，或者在此表面附近，化合物撞击吸气剂物质34、35。在此情况中吸气剂物质可以作为吸气剂气体34供给，或者可以作为吸气剂表面32上的层35已经存在。
在各自的情况中，反应并且因此约束过程在吸气剂表面上发生或者与吸气剂物质发生。在此反应中，由污染物和反应气体29组成的可挥发的化合物被转变为由污染物23和吸气剂物质34和可能的反应气体29组成的不可挥发的化合物。在此情况中，吸气剂物质选择为使得不可挥发的化合物36比之前存在的可挥发的化合物31更加稳定。因此，所述的吸气剂反应不是自然地可逆的并且稳定的不可挥发的物质以凝结的形式保留在阴影内的表面14上。
通过此机制，有效地导致还称作碎片材料的污染物从要清洁的表面13传送到集光器壳的后侧14。这些在阴影内的表面14形成吸气剂表面32。
如果认为反应机制没有任何大的考虑，首先不可能排除上述吸气剂反应也发生在要清洁的表面13上的可能性，如果吸气剂气体34也行进到那里的话。这将减慢或者甚至防止碎片材料传送离开。同样，吸气剂气体34可以直接与沉积的材料反应并且形成稳定的不可挥发的化合物，并且从而由沉积的材料23和反应气体29组成的可挥发的化合物的形成将不发生。
然而，在本发明的情况中，能够利用所述的表面13曝光于光源1的事实。由于来自辐射源1处的等离子体的高能光子26、电子和离子27的撞击，形成在沉积的材料24和吸气剂气体34之间的稳定的化合物25通常再次分解，这意味着重复地发生沉积的材料24的释放。存在更进一步的机制，其中入射光子26首先能够从表面分离光电子，并且此光电子随后导致化合物分解。最后，释放的沉积的材料的至少一部分能够与反应气体29反应，气化并且扩散到相对地定位的在阴影内的表面。在那里，由于与吸气剂物质35、34反应，其被稳定地束缚并且不能再次被释放，因为所述的表面14相对于光源1在阴影内。
因此，实现将沉积的材料的净总值从曝光的表面13传送到在阴影内的表面14。稳定的不可挥发的化合物保留在阴影内的表面上，然而，要清洁的表面13上曝光于辐射、电子和离子防止稳定的化合物永久地形成。从而，沉积的污染物24的一部分能够重复地与清洁气体形成可挥发的化合物，气化并且行进到在阴影内的表面14。
能够通过参考图4和5中所示的实施例解释清洁机制。来自光源的辐射21在要清洁的集光器的表面20处被反射22。污染物23也从辐射源1行进到表面20并且沉积在那里24。污染物24还能够成为表面20上的稳定的、不可挥发的化合物25。这样的化合物25可以由于来自辐射源1处的热的等离子体的光子21或电子或离子27的撞击分解26。通过反应气体入口28导入的反应气体29与已经被释放或者还没有反应的沉积的材料24反应。可挥发的化合物31气化并且其的至少一部分扩散到相对地定位的表面32，表面32相对于光源在阴影内。吸气剂气体34能够通过吸气剂气体入口33供给。然而，吸气剂物质也可以以还被称作吸气剂表面的在阴影内的表面32上的层35的形式存在。通过与吸气剂物质反应36，可挥发的化合物31转变为更加稳定的不可挥发的化合物37。
用于反应气体29的反应气体入口28指向要清洁的表面20是有用的，并且用于吸气剂气体34的吸气剂气体入口33指向污染物将要沉淀在其上的在阴影内的表面32是有用的。这样，通过气体29、34的浓度的差异在所有情况下优选希望的反应。
作为一种形式的实施例，气体入口以例如孔的形式结合到表面内可以是有用的，如在图5中通过示例示出的在阴影内的表面的情况中。
在阴影内的表面32构造为使得其表面积最大化以便实现尽可能高的表面反应速率和覆盖尽可能大的能力也是有帮助的。
这在吸气剂物质35以固体或液体层35的形式存在于在阴影内的表面32上时特别重要，因为在此情况中，如果完全地被不可挥发的化合物覆盖话，清洁作用减小。
如果吸气剂物质为层35的形式，所述吸气剂物质仅局部地存在并且不能行进到要清洁的表面20，这是非常有利的。为了允许对不同的反应、气化和凝结过程施加有利的影响，通过加热或冷却系统控制表面20、32的温度是有帮助的。通过利用集光器110的适当的热设计来尽可能多地增强较热的曝光的表面和较冷的在阴影内的表面之间的温度梯度也是有利的。
为了冷却，可以在阴影内的表面上安装冷却液体流动通过的冷却管。
在阴影内的表面32和曝光的表面20之间提供例如空气间隙的绝热设备可以是有利的。曝光的表面简单地仅通过入射辐射加热。应该记住，在此情况中，表面的光学性质通过对其的加热改变。因此，至少对于曝光的表面，使用的材料具有良好的导热性，并且从而曝光的表面上的温度波动小是有利的。在设计中必须为在曝光的表面处的希望的温度留余地。
行进到要清洁的表面的污染物的主要部分为来自辐射源1的污染物材料。这些污染物通常首先包括无机材料。特别关心金属，并且特别是锡、铟、锑、锂、碲、钼及其化合物，诸如例如氧化物、碳化物和氮化物。还特别关心碳和包含碳的化合物。
以纯的形式或作为混合物的适合作为清洁气体的气体为：卤素、氢或包含卤素的或包含氢的化合物。可挥发的化合物为例如金属卤化物或金属氢化物。
以纯的形式或作为混合物的适合作为吸气剂物质的物质为：氧、氮、碳或包含氧的、包含氮的或包含碳的化合物。不可挥发的化合物为例如氧化物、氮化物或碳化物。
参考数字列表
1     辐射源
2     真空容器
3     集光器
4     泵
5     中间的焦点
6
7     碎片抑制系统
8
9
10    集光器壳
11    光源
12    光束
13    要清洁的表面
14    在阴影内的表面
15
16
17
18
19
20    要清洁的表面
21    辐射
22    反射的辐射
23    污染物
24    沉积的污染物
25    稳定的化合物
26    光子
27    离子
28    反应气体入口
29    反应气体
30    与反应物质反应
31    可挥发的化合物
32   在阴影内的表面/吸气剂表面
33   吸气剂气体入口
34   吸气剂气体/吸气剂物质
35   吸气剂层
36   与吸气剂物质反应
37   不可挥发的化合物
100  用于EUV光刻的系统
110  集光器
111  反射镜系统
112  辐射源
113  反射镜
114  无机物质
115  沉积物
116  可挥发的化合物
117  真空系统
118  光束路径
119  反应物
120  晶片

Claims (23)

1.一种用于EUV辐射的光学系统(100)，其具有通过光学元件(110，113)限定的光束路径(118)并且具有包括反应气体入口(28)和离开光束路径(118)布置的至少一个吸气剂表面(32)的清洁装置；所述吸气剂表面(32)设计成通过化学反应吸收污染物，所述污染物通过与所述反应气体反应从所述光学元件(110，113)的光学表面被去除，其中该反应气体是包含卤素的气体或包含氢的气体。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述吸气剂表面(32)设计成除了通过化学反应吸收污染物之外，还通过冷却凝结来吸收污染物。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，提供用于吸气剂气体(34)的吸气剂气体入口(33)。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，吸气剂表面(32)具有吸气剂涂层(35)。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，吸气剂表面(32)提供有用于扩大吸气剂表面的表面积的表面结构。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，反应气体入口(28)指向光学元件(110)的要清洁的表面(13，20)。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，吸气剂气体入口(33)指向吸气剂表面(32)。
8.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，吸气剂气体入口(33)和/或反应气体入口(28)具有多个开口或打开的多孔的结构。
9.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，吸气剂气体入口(33)的开口结合在吸气剂表面(32)内或布置在吸气剂表面(32)处。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，吸气剂表面(32)提供有冷却系统。
11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，光学元件具有与暴露到所述辐射的表面关联的加热装置，用于加热所述暴露到所述辐射的表面。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，吸气剂表面(32)与辐射施加到的光学元件的表面(20)相对地或邻近地布置。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，光学系统包括彼此同轴地布置的反射镜表面(13)，吸气剂表面(32，14)布置在反射镜表面(13)之间并且与所述反射镜表面(13)相对。
14.根据权利要求13所述的光学系统，其特征在于，所述吸气剂表面(32，14)布置成与反射镜表面(13)等距离并且安装在另外的光学元件上。
15.根据权利要求1或2或3所述的光学系统，其特征在于，反应气体入口(28)的开口结合在吸气剂表面(32)内或邻近要清洁的表面(13，20)布置。
16.一种用于设计为用于EUV辐射的光学系统(100)的清洁装置，该清洁装置具有指向光学系统(100)的光学元件(110，123)的要清洁的光学表面(13，20)的反应气体入口(28)，并且该清洁装置具有用于吸收污染物的吸气剂表面(14，32)；所述吸气剂表面(14，32)设计成通过化学反应吸收污染物，所述污染物通过与所述反应气体反应而从所述光学表面被去除，其中该反应气体是包含卤素的气体或包含氢的气体。
17.根据权利要求16所述的清洁装置，其特征在于，所述吸气剂表面(32)设计成除了通过化学反应吸收污染物之外，还通过冷却凝结来吸收污染物。
18.一种用于清洁EUV辐射的光学系统(100)中光学元件(110，123)的光学表面(13，20)的方法，其中，已经将反应气体(29)施加到要清洁的所述光学表面(13，20)以从该光学表面(13，20)分离污染物，并且其中，由吸气剂表面(32)通过化学反应吸收被分离的污染物，其中该反应气体是包含卤素的气体或包含氢的气体。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述吸气剂表面(32)设计成除了通过化学反应吸收被分离的污染物之外，还通过冷却凝结来吸收被分离的污染物。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，吸气剂气体(34)流过吸气剂表面(14，32)。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述吸气剂气体(34)是包含碳的和/或包含氮的和/或包含氧的气体。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，反应气体(29)的导入以脉冲的方式发生。
23.一种用于产生EUV辐射的辐射源，其包括根据权利要求1到15中的任一项所述的光学系统，将该光学系统作为集光器系统。
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