CN101681114A - 光学设备和原位处理euv光学部件以增强降低的反射率的方法 - Google Patents

光学设备和原位处理euv光学部件以增强降低的反射率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学设备和原位处理所述光学设备中的反射EUV和/或软X射线辐射的光学部件(2，6，13)的方法，所述光学部件(2，6，13)设置在所述光学设备的真空室(14)中并且包括一个或多个具有一种或多种表面材料的顶层的反射表面(3)。在该方法中，在所述光学设备的所述室(14)中提供所述一种或多种表面材料的源(1，5)，并且在所述光学设备的操作期间和/或操作暂停期间将来自所述源(1，5)的表面材料沉积到所述一个或多个反射表面(3)上，以便覆盖或取代沉积的污染物材料和/或补偿消融的表面材料。

Description

光学设备和原位处理EUV光学部件以增强降低的反射率的方法
技术领域
本发明涉及用于EUV和/或软X射线辐射的光学设备，其在真空室中包括至少一个光学部件，所述光学部件具有一个或多个反射表面，所述反射表面具有一种或多种表面材料的顶层。本发明还涉及原位(in situ)处理光学设备中的这种反射EUV和/或软X射线辐射的光学部件以便增强该光学部件的降低的反射率的方法。
背景技术
本发明涉及用于极端紫外(EUV)和/或软X射线辐射的光谱范围的光学设备领域，所述光学设备包括具有用于反射EUV和/或软X射线辐射的反射表面的光学部件。这样的光学设备是例如EUV平版印刷术所需要的，其中掠入射镜和/或多层镜设置在辐射源与待照射的晶片衬底之间的真空室中。用于掠入射镜的反射表面的典型材料为例如钌(Ru)、钯(Pd)或者钼(Mo)。适合垂直或近垂直入射的用于上述光谱范围的多层镜典型地包括钼和硅(Si)的层的组合。通常，也应用钌的顶层以保护下面的层。
具有这样的反射光学部件的光学设备的操作期间主要出现的问题在于反射率随着时间的减小。反射率的这种降低可能由操作期间因来自辐射源的碎片而引起的或者因与真空室中剩余的气体的反应而引起的反射表面的污染所造成。目前，用于EUV平版印刷术的辐射源为气体放电等离子体或者激光等离子体。然而，用于等离子体生成的物质可以从辐射源移动到光学部件并且在光学表面上凝结，从而降低它们的反射率。从辐射源释放并且在光学部件的方向上移动的材料称为碎片。光学部件的其他污染可能由光学部件的制造工艺、运输或者安装造成。此外，反射表面的反射率可能通过辐射源的操作而引起的反射层的增大的表面粗糙度、降低的密度或者降低的厚度而降低。
WO2004/092693A2公开了一种用于在EUV灯中从EUV收集器的反射表面移除碎片的方法和设备。在该方法中，产生受控溅射离子源，其包括具有溅射离子材料的原子的气体以及使得溅射离子材料的原子在离子化状态下离开的激励机构。利用该溅射离子源，沉积到EUV收集器的反射表面上的碎片材料通过溅射而被移除。为了避免移除反射表面的顶层，将溅射离子材料的离子化状态选择成具有围绕选定的能量峰值的分布，该分布具有溅射碎片材料的高概率以及溅射反射表面顶层材料的非常低的概率。
发明内容
本发明的目的是提供原位处理光学设备中的反射EUV和/或软X射线辐射的光学部件的方法以及相应的光学设备，其允许增强光学部件的降低的反射率并且同时提高光学部件的寿命。
这个目的是利用依照权利要求1和10的方法和光学设备来实现的。该方法和光学设备的有利实施例是从属权利要求的主题或者在后面的说明和实例部分加以描述。
在所提出的原位处理光学设备中的光学部件的方法中，所述光学部件设置在所述光学设备的真空室中并且包括一个或多个具有一种或多种表面材料的顶层的反射表面，所述一种或多种表面材料的源在所述光学设备的所述真空室中提供并且来自所述源的表面材料在所述光学设备的操作期间和/或操作暂停期间沉积到所述一个或多个反射表面上，以便覆盖或取代沉积的污染物材料和/或补偿消融的表面材料。
因此，在所提出的方法中，所述一个或多个反射表面的顶层的所述一种或多种材料被原位沉积到这些表面上，即在不拆卸光学设备的情况下沉积到这些表面上。由于表面材料的这种沉积的原因，反射表面上的污染物被所述表面材料覆盖，从而导致该表面的反射率提高。此外，由于操作期间EUV灯中的反射表面的表面材料可能被消融，因而该消融的材料也由利用所提出的方法沉积的材料补偿。这意味着光学设备的反射层不会由于这些层的腐蚀而损失其反射率并且因而这些光学部件的寿命将高于未利用所提出的方法处理的光学部件的寿命。
所述材料的沉积可以通过各种已知的方法来实现，例如通过蒸发来自材料源的材料或者通过材料的(例如金属有机)化学气相沉积(CVD/MOCVD)或者通过溅射技术来实现，在所述溅射技术中，在真空室中提供包括表面材料的溅射靶。通过使用溅射技术，也可能产生具有高动能的表面材料离子，使得这些离子中的一些因而替换反射表面上的污染物材料的原子或分子。
可以在所述光学设备的操作期间连续应用本方法，在该光学设备的光学部件的安装之后和第一次使用之前连续应用本方法，在所述设备的操作期间或操作暂停中以及根据操作期间反射率的降低重复地应用本方法。在最后一种情况下，优选地连续或重复地测量所述一个或多个反射表面中的至少一个的反射率。然后，仅在所述反射率减小到一定阈值以下时才沉积表面材料，所述阈值可以由操作者设定。当测量反射率时，可以测量EUV或软X射线光谱范围内的反射率。也可以测量其他波长范围内的反射率，只要这些波长范围内的反射率也是EUV和/或软X射线辐射范围内的反射率的指示。然而，也可以执行其他类型的测量以便得到反射率的降低。这样的测量可以包括光学设备中的气体成分的测量，例如气体中镜材料的比例，晶体天平(crystal balance)的使用，衍射计的使用，能量色散X射线分析的使用或者分光镜椭圆偏光法的使用。
在一个优选的实施例中，将所述一种或多种表面材料的源作为所述光学设备的真空室中的溅射靶而提供。然后，通过使用适当的溅射气体(特别是像氩(Ar)那样的惰性气体)的溅射沉积来实现所述表面材料的沉积，所述溅射气体在所述光学设备的操作期间通常用作缓冲气体。该气体可以通过已知的手段来离子化，例如通过光(例如UV、VUV或EUV)、通过在光学部件周围产生微波、通过在靶与光学部件之间或者在光学部件与真空室中设置的另外的电极之间施加RF场来离子化。此外，离子枪也可以用来提供必要的溅射离子。所述溅射可以在具有或者没有磁控管单元或附加的反应气体的情况下连续地或者脉冲式进行。而且，施加rf衬底偏压以控制离子轰击和衬底冷却或加热以便影响表面迁移率和扩散性是可行的。
可以将溅射靶作为所述光学设备中设置的单独的部件而提供。在这种情况下，该单独的部件优选地可以在靠近用于溅射沉积的反射表面的位置以及远离该表面以便实现光学设备的正常操作的位置之间移动。在一个优选的实施例中，将多个溅射靶中的至少一个作为光学设备的光学部件表面上的衬底材料层而提供，所述表面不用于反射EUV和/或软X射线辐射。
所提出的光学设备在真空室中具有至少一个光学部件，所述光学部件具有一个或多个反射表面，所述反射表面具有表面材料的顶层，例如Ru或Mo/Si多层。例如对于EUV平版印刷术而言优选地为EUV灯的光学设备包括所述一种或多种表面材料的至少一个源，所述源可用来或可操作来在所述光学设备的操作期间和/或操作暂停期间将表面材料沉积到所述一个或多个反射表面上，以便覆盖或者取代沉积的污染物材料和/或补偿消融的表面材料。
所述光学设备优选地也包括用于将来自所述源的表面材料沉积到所述一个或多个反射表面上的装置。这些装置优选地为用于蒸发来自所述源的所述材料或者用于离子化溅射气体和溅射来自溅射靶的所述表面材料的电装置。为此目的，将光学部件或者该光学部件的部分连接到电装置以便在反射表面与溅射靶之间施加RF电压。此外，也可以施加DC电压以便在反射表面处产生DC偏压。
优选地，表面材料的所述源被设置成可以在所述光学设备的所述真空室内的至少两个位置之间移动。一个位置是靠近反射表面以便在该表面上实现最优化的材料沉积的位置。另一个位置是远离该表面以便实现所述光学设备的没有所述源的干扰的操作的位置。
所述光学设备可以包括控制反射表面上所述表面材料的沉积的控制单元。优选地，在所述光学设备中提供用于测量这些反射表面的至少一个的反射率的装置，其中所述控制单元控制用于沉积表面材料的装置，使得所述装置仅在所述反射率减小到预设的阈值以下时才沉积所述表面材料。该控制单元也可以控制所述材料源在所述两个位置之间的移动。
在一个优选的实施例中，所述光学设备包含具有多个壳体(shell)的EUV收集器，其用于收集来自相应的辐射源的EUV和/或软X射线辐射。在该实施例中，收集器壳体的前侧代表反射表面，而这些壳体的后侧不对反射产生贡献。这些后侧覆盖有厚的表面材料层并且用作用于溅射沉积的溅射靶。附加的假壳(dummy shell)被放置成靠近收集器的内层的反射表面并且在其后侧也覆盖有表面材料。然后，依照所提出的方法溅射来自后侧的所述一种或多种表面材料并且将其沉积到相应的相对收集器壳体的前侧上，即沉积到反射表面上。
在本说明书和权利要求书中，措词“包括/包含”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除复数。此外，权利要求中的任何附图标记都不应当被视为对这些权利要求的范围的限制。
附图说明
下面的实施例参照附图示出了本方法和相应的光学设备的实例，没有限制本发明的范围。这些附图示出：
图1本方法原理的示意图；
图2作为本方法实例的溅射沉积原理的示意图；
图3所提出的光学设备实例的部分视图；以及
图4EUV照射单元的示意性配置。
具体实施方式
在下文中，借助于EUV灯的实例来解释本方法和相应的设备，所述EUV灯用于EUV平版印刷术。在这样的灯中，产生热等离子体以发射希望的EUV辐射，该EUV辐射由收集器聚焦并且可以由一个或多个另外的光学部件偏转。在这个实例中，收集器包括掠入射镜的若干壳体，其具有由金属钌层制成的反射表面。所述另外的光学部件具有由钌的保护顶层覆盖的多层反射表面。尽管借助于作为表面材料的钌的实例来解释所提出的方法，但是应当清楚的是，该方法也适用于在EUV或软X射线光谱范围内用作反射或保护层的其他表面材料。
在这种EUV灯的操作期间，来自等离子体源的碎片(例如锡)朝光学部件逃逸并且可能沉积到反射表面上。收集器和其他光学部件的反射率通过污染物材料的这种沉积而降低。在反射率的这种降低达到预设的阈值之后，使用所提出的方法原位处理反射表面。
为此目的，钌源1在所述光学设备中被设置成远离EUV灯的光路。然后，如图1示意性地表示的，移动钌源1以靠近待处理的光学部件2的反射表面3。钌源1可以例如为溅射靶或者蒸发器。然后，从源1溅射或蒸发钌并且将其沉积到反射表面3上。该表面上的污染物材料(例如锡)由沉积的钌覆盖。通过相同的方式，EUV灯操作期间由腐蚀引起的来自反射表面的钌材料的消融也通过将附加的钌沉积到该反射表面上而得到补偿。
图2示出了其中钌源为由承载衬底4形成的溅射靶的实例，所述承载衬底由钌的厚靶层5覆盖。承载衬底4和光学部件2连接到用于产生DC和AC(RF)电压的电源。承载衬底4用作阴极，光学部件2用作阳极，这从物理气相沉积领域通常是已知的。在阳极和阴极之间，存在工作气体，例如氩。氩原子通过施加的RF电压而离子化并且氩离子例如在≈300eV下朝靶层5加速以使自由钌原子在数eV下放电。在当前实例中，示出的光学部件2具有平坦的反射表面3。对于具有这种可容易接近的(accessible)几何结构的光学部件而言(这通常是例如多层镜的情况)，溅射靶可以具有相同的设计，可以在待处理的反射表面3之前移动并且取向平行于该反射表面3，如图2所示。
如果施加的RF和/或DC电压被选择成使得产生钌离子，那么就可以实现反射表面的溅射，其结果是，污染物材料从该表面移除并且被钌离子取代。在离子能量约为1keV下，钌的溅射效率近似为1。这意味着对于每个钌离子来说，污染物材料的一个原子或者反射表面顶层的一个钌原子被移除。因此，在适当的处理时间之后，实现了相对纯净的钌层。
所述钌源的多个靶层中的至少一个也可以在光学部件的非反射表面上提供，所述非反射表面即在EUV灯的操作期间不使用的表面。图3示出了光学设备的这种实例，其中收集器6的后侧用作溅射靶。从辐射源11(等离子体源)发射的EUV辐射由收集器6聚焦。收集器6包括四个收集器壳体7。每个壳体7的前侧8具有反射表面；后侧9不用于反射辐射。收集器6的壳体7的后侧9由钌的厚靶层覆盖，并且前侧的反射表面也由钌层制成。这些靶层可以通过电镀(galvanically)来施加。除了所述四个收集器壳体7之外，在里面的壳体之前提供了假壳10。该假壳10在后侧具有与其他壳体相同的靶层；然而，该假壳的前侧没有任何功能。
收集器6的壳体7是电隔离的，并且连接到电源12。该电源12产生直流电流(偏压)以及RF交流电流以便在壳体之间产生等离子体。工作气体(例如氩)存在于这些壳体之间。该工作气体在EUV灯的操作期间用作缓冲气体。不同壳体的DC电位U1、U2、U3和U4被选择成使得每个壳体7的前侧8相对于相对的壳体的后侧正向充电。这意味着U0＞U1＞U2＞U3＞U4。在电源12的操作期间，氩气在壳体之间被离子化，从而溅射来自后侧的钌原子，所述钌原子然后沉积到壳体的前侧上，即沉积到反射表面上。
这个过程可以在EUV灯的正常操作期间进行。然而，优选的是仅在EUV灯的操作暂停期间执行该溅射沉积。此外，在任何情况下都不必同时在每个壳体之间产生溅射等离子体。也可以一个接一个地处理单个的壳体。在这种情况下，仅在一对相对的壳体之间同时施加DC和RF电压，并且随后将其切换到另一对相对的壳体，等等。
图4示意性地示出了具有相应的EUV灯的EUV平版印刷系统的典型布局。EUV灯在真空容器14中基本上包括辐射源11、收集器6以及多层镜13。从辐射源11发射的辐射由反射式收集器6收集并且聚焦到中间焦点15上。在该中间焦点15的位置处，孔径将EUV灯的第一体积16与第二体积17连接。在该第二体积17中，多层镜13被设置成将来自中间焦点15的辐射引导到平版印刷掩模(mask)(未示出)和晶片衬底18。在大多数EUV平版印刷系统中，用于碎片缓解的装置19设置在辐射源11与收集器6之间。在这样的EUV灯中，收集器6可以如结合图3所描述的那样进行设计以便连续地或者重复地增强反射表面的降低的反射率。
附图标记列表
1  钌源
2  光学部件
3  反射表面
4  承载衬底
5  靶层
6  收集器
7  壳体
8  前侧
9  后侧
10  假壳
11  辐射源
12  电源
13  多层镜
14  真空容器
15  中间焦点
16  第一体积
17  第二体积
18  衬底
19  用于碎片缓解的装置

Claims (19)

1.原位处理光学设备中的反射EUV和/或软X射线辐射的光学部件(2，6，13)的方法，所述光学部件(2，6，13)设置在所述光学设备的真空室(14)中并且包括一个或多个具有一种或多种表面材料的顶层的反射表面(3)，
该方法包括步骤：
-在所述光学设备的所述室(14)中提供所述一种或多种表面材料的至少一个源(1，5)，以及
-在所述光学设备的操作期间和/或操作暂停期间将来自所述源(1，5)的表面材料沉积到所述一个或多个反射表面(3)上，以便覆盖或取代沉积的污染物材料和/或补偿消融的表面材料。
2.依照权利要求1的方法，其中通过化学气相沉积来沉积所述表面材料。
3.依照权利要求1的方法，其中通过溅射沉积来沉积所述表面材料。
4.依照权利要求3的方法，其中在所述光学设备的操作暂停中移动所述表面材料的所述源(1，5)以靠近所述一个或多个反射表面(3)。
5.依照权利要求3的方法，其中将所述表面材料的所述源(1，5)作为所述光学设备的所述光学部件(2，6，13)或者其他光学部件(6，13)的一个或多个非反射表面上的靶层(5)而提供。
6.依照权利要求3或4或5的方法，其中用于所述光学设备的操作的缓冲气体用作用于溅射沉积的工作气体。
7.依照权利要求1或2或3的方法，其中连续或重复地测量所述一个或多个反射表面(3)中的至少一个的反射率，并且仅在所述反射率减小到一定阈值以下时才沉积所述表面材料。
8.依照权利要求1或2或3的方法，其中所述光学设备为EUV和/或软X射线灯。
9.依照权利要求1或2或3的方法，其中所述光学部件(2，6，13)为收集器。
10.用于EUV和/或软X射线辐射的光学设备，特别是EUV和/或软X射线灯，在真空室(14)中包括至少一个光学部件(2，6，13)，所述光学部件(2，6，13)具有一个或多个反射表面(3)，所述反射表面具有一种或多种表面材料的顶层，其中该光学设备包括所述一种或多种表面材料的至少一个源(1，5)，所述源(1，5)可用来在所述光学设备的操作期间和/或操作暂停期间将表面材料原位沉积到所述一个或多个反射表面(3)上，以便覆盖或者取代沉积的污染物材料和/或补偿消融的表面材料。
11.依照权利要求10的光学设备，其中所述光学设备包括用于在所述光学设备的操作期间和/或操作暂停期间将来自所述源(1，5)的表面材料沉积到所述一个或多个反射表面(3)上的装置。
12.依照权利要求10的光学设备，其中所述源(1，5)被设置成在所述光学设备的操作暂停中是可移动的，以靠近所述一个或多个反射表面(3)。
13.依照权利要求11的光学设备，其中所述用于沉积表面材料的装置包括化学气相沉积系统。
14.依照权利要求10的光学设备，其中表面材料的所述源(1，5)为溅射靶并且所述光学设备包括用于通过溅射沉积将来自所述源(1，5)的表面材料沉积到所述一个或多个反射表面(3)上的装置。
15.依照权利要求14的光学设备，其中所述用于沉积表面材料的装置包括连接到表面材料的所述源(1，5)以及连接到所述光学部件(2，6，13)的DC和RF电源(12)。
16.依照权利要求14或15的光学设备，其中所述溅射靶包括所述光学设备的所述光学部件(2，6，13)或者其他光学部件(6，13)的一个或多个非反射表面上的靶层(5)。
17.依照权利要求16的光学设备，其中所述光学部件(2，6，13)为具有多个收集器壳体(7)的收集器(6)并且所述靶层(5)在所述收集器壳体(7)的后侧提供。
18.依照权利要求10的光学设备，其中所述光学部件(2，6，13)为由一个或多个多层镜形成的收集器(6)。
19.依照权利要求11或14的光学设备，其中所述光学设备包括用于连续地或重复地测量所述一个或多个反射表面(3)的至少一个的反射率的装置以及控制单元，该控制单元控制所述用于沉积表面材料的装置，使得所述装置仅在所述反射率减小到一定阈值以下时才沉积所述表面材料。
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