CN101868764A - 增加设置在照射设备中的聚集器光学器件的操作寿命的方法及相应的照射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增加设置在照射设备中的聚光器单元(33)的操作寿命的方法。照射设备至少包括发射光学辐射特别是极紫外辐射或软X射线的辐射源(1)，所述辐射源(1)生成与聚光器单元(33)的光学表面碰撞的物质和/或粒子，聚光器单元形成由所述辐射源(1)发射的所述辐射的一部分的辐射束；和被设置在辐射源(1)和所述聚光器单元(33)之间的碎片减缓单元(37)。在所建议的方法中，聚光器单元(33)在设备的操作期间和/或操作间歇中被移动，使得与没有这样的移动相比，由所述物质和/或粒子与聚光器单元(33)的所述光学表面的碰撞引起的沉积或老化效果在所述光学表面上被分布得更均匀。利用该方法和相应的设备，聚光器单元的光学表面更均匀地老化，从而增加了该聚光器单元的寿命。

Description

增加设置在照射设备中的聚集器光学器件的操作寿命的方法及相应的照射设备
技术领域
本发明涉及一种增加设置在照射(irradiation)设备中的聚光器(optical collector)单元操作寿命的方法，所述照射设备至少包括发射光学辐射(特别是极紫外辐射(EUV)和/或软X射线)的辐射源，所述辐射源生成与所述聚光器单元的光学表面碰撞的物质和/或粒子；形成由所述辐射源发射的所述光学辐射一部分的辐射束的聚光器单元；和设置在所述辐射源和所述聚光器单元之间的碎片减缓(debrismitigation)单元。本发明还涉及一种具有适用于执行所建议方法的聚光器单元的照射设备。
背景技术
在半导体工业的光学光刻(lithography)领域中，为了确保所需的成像质量，使用复杂的光学器件。这特别地应用于EUV光刻，即使用极紫外辐射的光刻，其中在光源(也被称为辐射源)和将曝露的晶片衬底之间的真空腔中设置掠入射镜和/或多层镜。为了开发特别是用于EUV光刻的高功率光源，金属性辐射材料(例如Sn和Li)的使用是强制性的，以实现输入功率(放电等离子体光源的电功率或产生激光的等离子体的激光功率)转换为EUV辐射的高效率。
在使用这种材料时的一个暗含的问题是这些材料将凝结在聚集器光学器件(collector optics)上，聚集器光学器件必须在同一真空系统中靠近光源放置以聚集所发射的光。从光源释放的并沿聚集器光学器件的方向移动的物质或材料也被称为碎片。碎片层可沉积在聚集器光学器件(collector optics)的反射表面上，降低了该光学表面的质量。由于在反射表面上的吸收损失，很薄的沉积层已经显著地降低了EUV辐射的反射强度。当在光源和聚集器光学器件之间使用碎片减缓设备时，从光源传到聚集器光学器件反射表面的材料(material)量可被大大地减少，但绝不会是零。US2006/0203965A1公开了一种借助于等离子体生成极紫外和/或软X射线辐射的设备和方法，其中通过使用合适的碎片减缓设备获得了光学表面污染的减少。
碎片在光学设备的反射表面上的沉积不必是均匀的，因为这些物质从辐射源的发射不必是各向同性的，并且碎片减缓设备不必在所有方向上具有相同的减缓效率。这导致聚集器光学器件反射表面上将比其他区域老化得快的区域。于是，与均匀沉积相比，所述聚集器光学器件的操作寿命将更短，因为该操作寿命由其中沉积最高的最差区域的寿命限定。在达到最差区域的寿命标准结束之前，光照的均匀性将受影响，这导致光照系统的性能降低，或者，如果光必须被浪费掉以实现较低水平上的均匀光照，则这导致吞吐量(throughput)降低。
次于碎片材料的沉积，聚集器光学器件的性能和寿命还受到撞击在该光学设备反射表面上的快速粒子和离子的影响。这可导致聚光器材料的飞溅(sputter)，导致涂层变粗糙或溅起，或者，如果对聚集器光学器件的涂层使用了多层，则导致邻近层的混合。所有这些效果导致反射表面相关区域反射率的降低。同样在这种情况下，反射表面的暴露不是均匀的，并且某些区域可能比其他区域受到的影响更大。这再次导致光刻过程中进一步光照的均匀性问题，并与反射表面的均匀暴露相比，导致了聚集器光学器件减少的吞吐量和减少的寿命。
为了克服以上问题，可以优化在基于等离子体光源情况下的等离子体箍缩(plasma pinch)，以导致碎片材料尽可能多的各向同性发射。另外，碎片减缓设备可以设计成具有对于所有光聚集相关方向来说相同的减缓效率，或者甚至具有碎片减缓的专用设计，该专用设计纠正了辐射源的非各向同性碎片发射，这导致碎片减缓之后所有相关方向的均匀情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种增加照射设备(特别是发射EUV辐射或软X射线的照射设备)的聚光器单元的操作寿命的附加方法，并提供一种允许执行所建议方法的适当的照射设备。
该目的用根据当前权利要求1和8的方法和设备来实现。该方法和设备的有益实施例是从属权利要求的主题，并进一步地在以下说明书和实现本发明的例子中得以描述。
所建议的方法增加了设置在照射设备中的聚光器单元的操作寿命，所述照射设备至少包括辐射源，该辐射源发射光学辐射，特别是极紫外辐射或软X射线，并生成与所述聚光器单元的光学表面碰撞的物质和/或粒子。这些物质和/或粒子在本说明书中被称为碎片，并可以由例如生成辐射等离子体所必需的经蒸发的液体或固体材料形成，或者由辐射源操作期间生成的快速原子、分子、离子或电子组成。聚光器单元包括一个或几个形成由辐射源发射的所述辐射的一部分的辐射束的反射表面，并可以例如由一个或几个掠入射镜和/或多层镜形成。为了减少与聚集器单元的光学表面碰撞的所述物质和/或粒子的量，在照射设备中还设置了至少一个碎片减缓单元，其典型地在辐射源和聚光器单元之间。在所建议的方法中，在设备的操作期间和/或在操作间歇(operation pause)中移动所述聚集器单元，使得与没有这样的移动相比，由所述物质和/或粒子与所述聚光器单元的所述光学表面的碰撞引起的沉积或老化(degradation)效果在所述光学表面上被分布得更均匀。
所建议的允许相应地执行所建议的方法的照射设备包括上述组件，即辐射源、聚光器单元和碎片减缓单元，并且其特征在于聚光器单元被安装在驱动单元上，该驱动单元被设置和设计成以上述方式移动(特别是旋转和/或平移)所述聚光器单元。
使用所建议的方法，通过以适当的方式移动聚集器单元，避免或者至少显著地减少了聚集器单元反射表面的不均匀老化。观看(look on)在一年范围中的这种聚集器单元的寿命目标，已经可以通过引起整个光学表面上的老化散布的聚集器单元的相对缓慢的移动来获得均匀化。由于时间上的平均效果，这导致一个或几个光学表面的更均匀的老化，从而导致该聚集器单元增加了的操作寿命。
移动聚集器单元的方式必须适合于照射设备的几何形态，特别是适合于光路径的几何形态和碎片发射的特殊不均匀性，聚光器单元还可由几个独立的、从而可独立地移动的组件组成。如上已所述，碎片既可以是从辐射源发射并沉积在光学表面上的材料或物质，也可以是引起光学表面的飞溅或其他类型的表面老化的高能中性或带电粒子。
原则上，聚光器单元可使用不同类型的移动得以移动。第一类型的移动保持光路径的几何形态，因此能在照射设备(也可以是光刻工具)的操作期间得以完成，或者在短暂的操作间歇中得以完成，但导致下一操作时段光路径的正确几何形态。这种移动主要地但并非排他地基于聚光器单元围绕它的光轴的旋转。该光轴典型地在使用基于等离子体的辐射源时还穿过该辐射源的等离子体箍缩，并穿过该照射设备的所谓中间焦点(经聚集的光聚焦其上)。由一个或多个部件或组件构成的聚光器单元必须相对于光轴旋转对称。如果该对称对所有角度都成立，则该旋转可在操作期间或在操作间歇期间的任意步骤中连续地或断续地或逐步地执行。如果该对称对于例如由聚光器单元的支撑结构(holding structure)限定的特定角度是离散的(discrete)，那么该旋转应当仅在操作间歇中进行，或者仅以离散角度的倍数执行。以这种方式，保证了光路径和由支撑结构引起的阴影图案(shadowpatterning)总是相同的。如果聚光器单元的碎片暴露相对于围绕光轴的方位角是不均匀的，这是一个特别重要的情况，那么利用这些旋转可以实现均匀。由于旋转，不同区域暴露于不同的强烈的碎片负载，这导致聚光器单元的不同角度区域上的平均，从而导致碎片更均匀的分布。
在特殊情况下，存在其中材料沉积是主要的聚光器单元的角度区域，而在其他角度区域，飞溅是主要的。由于在这种情况下聚光器单元的旋转，沉积区域然后变为飞溅区域，使得沉积再次被飞溅移除。这也导致均匀性和聚光器单元操作寿命的改善。
在优选实施例中通过引起碎片的飞溅移除引起碎片的沉积的思想通常可以用于改善聚光器单元的均匀性和寿命，这归因于聚光器单元相对于辐射源的移动。在操作间歇中，在聚光器单元相对于光源的位置改变也是可能的场合(这导致在晶片暴露期间即设备的正常操作期间不可接受的光路径的改变)，可以相对于辐射源在每个方向上移动聚光器单元，使得在正常操作期间沉积为主要的区域现在是飞溅变成主要的区域。在该实施例中，还必须在设备或光刻工具的以上操作间歇中操作辐射源，其中不使用经反射的光，并且如果必需也可以将其阻挡。辐射源的操作对于飞溅效果来说是必需的。
附加于或替代聚光器单元的旋转移动，还可以执行平移移动。取决于该移动是否为光轴方向上的或与其垂直的这样的平移或者是否必需旋转(在这种情况下，可以应用与真空环境兼容的标准机械解决方案)，可以以不同的方式来实现该移动。当然必须保证聚光器单元的位置稳定性和位置可逆性以保持该设备的光学性能。
为了执行聚光器单元的移动，聚光器单元附着于或安装在驱动单元上。在优选实施例中，控制单元根据所建议的方法控制驱动单元以获得聚光器单元的高的操作寿命。可控制该移动为连续的，优选地具有不变的速度，或者为断续的或逐步的。控制单元依赖于例如该设备的操作参数或操作条件(例如操作时间和/或操作电压和/或操作频率)来控制该移动。在该情况下，碎片负载作为这些参数的函数应当是已知的。不同地或附加地，可以使用中间焦点中的、远场中的或甚至使用适当辐射传感器的照射设备或光刻工具的光学路径更深处的光学测量来控制对移动的需要和如何执行移动的方式。以这种方式，光分布的不均匀性可用作即将执行的移动的指导。利用控制单元，从而可以决定是否需要或者什么时候需要移动，或者将以何种方式和何种速度来进行移动。
如上已所述，聚光器单元可由一个单独的或者几个也可以单独移动的独立组件构成。辐射源优选地是基于放电等离子体或基于激光等离子体的基于等离子体的辐射源。聚光器单元可包括至少一个掠入射聚光器或可由至少一个近正入射聚光器(near normal incidence collector)形成，特别是用于聚集EUV辐射或软X射线的聚光器。并且还可以用具有不止一个辐射源的照射设备来执行所建议的方法。还可以根据本方法移动其他遭受碎片老化的光学组件。
附图说明
以下的示例性实施例参考附图展示了本方法和设备的例子，并不限制保护范围。附图示出了：
图1：EUV发光单元的示意配置；
图2a：平行于根据本发明的发光单元的旋转聚集器光学器件光轴的横截面示意图；
图2b：垂直于图2a的旋转聚集器光学器件光轴的横截面；
图3a：平行于根据本发明的另一种类型旋转聚集器镜的光轴的横截面的示意图；
图3b：平行于根据本发明的具有另一种类型移动的聚集器镜的光轴的横截面示意图；以及
图3c：平行于根据本发明的示出另一种可能移动的聚集器镜的光轴的横截面示意图。
具体实施方式
EUV发光单元的一种典型结构如图1所示。该EUV发光单元主要由在真空容器32中的辐射源31、聚集器单元33和多层镜38组成。从辐射源31发射的辐射36由聚集器单元33的反射表面聚集，并被聚焦在中间焦点35上。在中间焦点35的位置处，孔将该第一容积40与该照射设备的第二容积41相连接。在第二容积41中多层镜38被设置成将辐射从中间焦点35引导至即将被照射的掩模(mask)和晶片衬底39。在大多数EUV光刻系统中，用于碎片减缓的装置37被设置在辐射源31和聚集器单元33之间。为了达到该光刻系统的经济操作，碎片应当减少几个数量级。然而，这样的高减缓在辐射源和聚集器单元之间的短距离上非常困难。因此强烈需要适当的方法来延长聚集器单元的操作寿命。使用所建议的方法和照射设备(该照射设备可以构造成如图1的照射设备一样)，聚集器单元33必须安装在适当的驱动单元7上，驱动单元7能够移动聚集器单元33以与没有这样的移动的分布相比在该聚集器单元的反射表面上获得更均匀的碎片分布或碎片粒子撞击。以下附图示例性地展示了适当的移动以获得导致聚集器单元操作寿命增加的均匀性。
图2a展示了平行于掠入射聚集光学器件3光轴的横截面。在该图中指示了辐射源1和由该辐射源1发射、在聚集光学器件3的反射表面处反射以形成会聚光束的光束2，以及聚集光学器件3的光轴4。在该实例中，聚集光学器件3围绕光轴4在特定时间间隔后以逐步旋转来旋转。旋转的方向在该图中用箭头指示。每个旋转步骤的旋转角度由聚集光学器件3的旋转对称来限定。
图2b在垂直于光轴的横截面中显示了本例中的该旋转对称。聚集光学器件3由包括四个互成90°角度距离的辐条(spoke)5的支撑结构支撑。因此，旋转聚集光学器件3的旋转步骤是90°或其倍数的步骤以在照射设备的光分布中保持相同的阴影图案。
在图2a和2b的例子中，仅画出了一个聚集器框架(collectorshell)。然而，该旋转还应用于具有两个或多个聚集器框架的聚集器光学器件，这些聚集器框架典型地如一般情况一样是同轴的。
图3a至c在平行于光轴的横截面中示意性地展示了另一种类型的聚集光学器件。该聚集光学器件是近正入射聚集光学器件6。在这些图中指示了辐射源1和在聚集光学器件6处反射的光束2以及光轴4。为了获得本发明的优点，这些图展示了聚集光学器件6的不同的可能移动。该移动可以是如图3a的箭头所示的永久旋转。这样的永久旋转不会影响照射设备的聚焦属性。
该移动也可以是如图3b中所示的在光轴4方向上的移动，以为特定的时间间隔获得其他暴露角度，同时聚焦属性在该时间期间被改变。
图3c展示了在聚焦属性在该时间期间被改变时导致该光学设备的特定区域的集中暴露(concentrated exposure)的垂直于光轴4的近正入射聚集光学器件6的移动。具有改变的聚焦属性的移动最好在照射设备的操作间歇期间(即当该设备例如不用于暴露晶片衬底时)进行。然而，在该情况下，在聚集光学器件旋转期间应当操作辐射源。
在图1中还示意性地显示了用于聚集单元33的驱动单元7，和用于驱动单元7的控制、从而用于聚集器单元33的移动的控制单元8。控制单元8可基于该设备的操作参数或基于也在图1中指示的可选辐射传感器9的测量数据来控制驱动单元。
虽然在附图和上述说明书中详细地解释和描述了本发明，但这样的解释和说明应当被理解为解释性的或示意性的，并非限制性的，本发明并不限于公开的实施例。上面描述的和权利要求中的不同实施例也可以结合。根据对附图、说明书和附加权利要求书的研究，对公开实施例的其他变型可由那些本领域技术人员在实践要求保护的发明时理解和实现。例如，聚集器单元的结构不限于附图的示例结构。聚集光学器件例如也包括几个互相同轴设置的反射框架。并且，聚集器单元的移动类型不限于公开的移动。该移动也可以是平移或旋转移动的混合，只要选取的移动在可自由选取的操作期间改善了在聚集器单元的光学表面上的碎片撞击的均匀性。碎片减缓单元可以是减少与聚集器单元的光学表面碰撞的物质和/或粒子的量的任何类型的装备或装置。这样的装置的例子是箔阱(foil trap)、电场、磁场或气帘。
在权利要求书中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中陈述措施这一起码事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的附图标记不应当被解释为限制这些权利要求的范围。
附图标记列表
1    EUV辐射源
2    EUV光束
3    掠入射聚集器光学器件
4    光轴
5    辐条
6    近正入射聚集光学器件
7    驱动单元
8    控制单元
9    光学传感器
31   辐射源
32   真空容器
33   聚集器光学器件
35   中间焦点
36   辐射路径
37   用于碎片减缓的装置
38   多层镜
39   晶片衬底
40   第一容积
41   第二容积

Claims (13)

1.一种增加设置在照射设备中的聚光器单元(3，6)的操作寿命的方法，所述照射设备至少包括
-发射光学辐射特别是极紫外辐射或软X射线的辐射源(1)，所述辐射源(1)生成与所述聚光器单元(3，6)的光学表面碰撞的物质和/或粒子，
-所述聚光器单元(3，6)，其形成由所述辐射源(1)发射的所述辐射的一部分的辐射束，和
-碎片减缓单元(37)，其减少与所述聚光器单元(3，6)的光学表面碰撞的所述物质和/或粒子的量，
所述方法包括
在所述设备的操作期间和/或在操作间歇中移动所述聚光器单元(3，6)，使得与没有这样的移动相比，由所述物质和/或粒子与所述聚光器单元(3，6)的所述光学表面的碰撞引起的沉积或老化效果在所述光学表面上被分布得更均匀。
2.根据权利要求1的方法，其中所述聚光器单元(3，6)具有光轴(4)，并且围绕它的光轴(4)被旋转。
3.根据权利要求1的方法，其中所述聚光器单元(3，6)在所述设备的操作期间连续地被旋转。
4.根据权利要求1的方法，其中所述聚光器单元(3，6)在所述设备的操作期间或在操作间歇中以限定的角度逐步地被旋转。
5.根据权利要求1的方法，其中所述聚光器单元(3，6)朝向所述辐射源(1)或以所述辐射源(1)的相反方向或垂直于所述聚光器单元(3，6)的光轴(4)被移动。
6.根据权利要求1的方法，其中所述聚光器单元(3，6)取决于所述设备的操作参数而移动。
7.根据权利要求1的方法，其中所述聚光器单元(3，6)取决于被设置成测量所述辐射束光强度或光分布的至少一个光学传感器(9)的测量数据而移动。
8.一种照射设备，其至少包括：
-发射光学辐射特别是极紫外辐射或软X射线的辐射源(1)，所述辐射源(1)生成与所述设备内部的光学表面碰撞的物质和/或粒子，
-聚光器单元(3，6)，其形成由所述辐射源(1)发射的所述辐射的一部分的辐射束，和
-碎片减缓单元(37)，其减少与所述聚光器单元的光学表面碰撞的所述物质和/或粒子的量，
-其中所述聚光器单元(3，6)被安装在驱动单元(7)上，所述驱动单元(7)被设置和设计成移动所述聚光器单元(3，6)。
9.根据权利要求8的设备，其中所述聚光器单元(3，6)具有光轴(4)，并且所述驱动单元(7)被设计成围绕所述光轴(4)旋转所述聚光器单元(3，6)。
10.根据权利要求8的设备，其中所述驱动单元被设置和设计成朝向所述辐射源(1)或以所述辐射源(1)的相反方向或垂直于所述聚光器单元(3，6)的光轴(4)移动所述聚光器单元(3，6)。
11.根据权利要求8的设备，其进一步包括控制单元(8)，控制单元(8)控制所述驱动单元(7)以执行所述聚光器单元(3，6)的所述移动。
12.根据权利要求11的设备，其中所述控制单元(8)被设计成基于所述设备的操作参数来控制所述驱动单元(7)。
13.根据权利要求11的设备，其中所述控制单元(8)被设计成基于设置成测量所述辐射束的光强度或光分布的至少一个光学传感器(9)的测量数据来控制所述驱动单元(7)。
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