CN110914763A - 微光刻的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微光刻的光学系统，光学系统设计为用电磁辐射进行操作，该电磁辐射沿着所使用的光束路径通行穿过光学系统，该光学系统具有：至少一个部件(105)，具有位于所使用的光束路径外部的区域；所述区域具有催化或化学活性层(110)，并且该催化或化学活性层(110)、和/或支撑所述层(110)的基板(230、240)是多孔的。

Description

微光刻的光学系统
本申请要求2017年7月31日提交的德国专利申请DE 10 2017 213 121.7的优先权。该德国申请的全部内容通过引用还并入在本申请文本中。
发明背景
技术领域
本发明涉及微光刻光学系统。
背景技术
微光刻用于制造例如集成电路或LCD的微结构部件。在包括照明装置和投射镜头的称为投射曝光设备中进行微光刻工艺。在此将通过照明装置照明的掩模(＝掩模母版)的图像通过投射镜头投射至涂有感光层(光刻胶)且设置在投射镜头的像平面中的基板(例如硅晶片)上，以便将掩模结构转印至基板的感光涂层。
在这样的微光刻投射曝光设备的操作中，尽管使用高纯度惰性吹扫气体(诸如氮气(N2))，但是例如可能发生特别是碳氢化合物形式的污染物进入投射镜头或其他照明装置的问题。这样的污染物可以继而沉淀在单独光学部件(例如镜头元件或反射镜)上，并且然后引起对操作中通行穿过相应光学系统的电磁辐射的有害吸收，这继而导致相应的光学性质(例如透镜元件的折射率或反射镜的反射率)发生变化。其他不利影响例如是热诱导的形变以及视情况而定对到达掩模或晶片的电磁辐射的均匀性的破坏。
如上所述的污染问题实际上难以避免，一个原因特别是提到的碳氢化合物可能穿过光学系统中所使用的密封剂和粘合剂且经由用于所使用的吹扫气体的无法避免的入口进入相应光学系统，使得最大净度的惰性吹扫气体其自身的使用无法在该方面提供一完整的补救办法。
具体对于避免这样的污染物进行的相应光学元件的集中清洁导致实际光刻工艺的中断，这对于实质上非常连续的操作而言是不期望的，实质上非常连续的操作的目标为尽可能最大化投射曝光设备的吞吐量。
关于现有技术，仅作为示例参考US 6,290,180 B1、US 2007/0264494 A1、US2003/0082367 A1和EP 0 887 104 A1。
发明内容
本发明的目的是提供微光刻光学系统，其使得在不会中断操作也不会损害光学系统的吞吐量的情况下有效减少污染物成为可能。
该目的由根据独立权利要求的特征的光学系统来实现。
本发明的微光刻光学系统被设计用沿使用的光束路径通行穿过光学系统的电磁辐射进行操作，该微光刻光学系统具有至少一个部件，该部件具有位于使用的光束路径外部的区域，其中该区域具有催化或化学活性层，并且其中催化或化学活性层、和/或承载所述层的载体是多孔的。
本发明尤其基于以下概念：通过在系统中能够通过在不用于光学目的(例如用于成像或曝光过程)的区域中提供催化或化学活性层而实现自清洁过程(将在下文中阐明)，消除在相应的光学系统的操作期间一开始所述的碳氢化合物形式的污染物。借助于催化或化学活性层、和/或承载所述层的载体是多孔的，可以提供较大的表面积，并对应地促进污染物或分子的积累和降解过程。
催化层尤其可以是光催化层。
根据本发明使用的催化层的特殊效应是将相对不易挥发性的污染物，例如碳氢化合物，转化为相对易挥发性的污染物(例如，与碳氢化合物相比具有较小的分子量)，或者通过降低能量(例如热能或辐射能)来促进这种转化，该能量是通过催化层裂解所述污染物所需的。结果，所述裂解甚至可以自动进行，或者可以通过操作中的光学系统中出现的电磁辐射的作用来进行。对应的裂解产物则由于其挥发性可以直接被转移走(例如利用出现的吹扫气体)或首先由出现的氧气(O2)和/或水(H2O)的轨迹进行氧化。
因此，可以实现将污染物几乎完全分解或转化为二氧化碳(CO2)和水(H2O)，其结果是可以有效避免对光学系统的性能造成与污染物有关的损害。由于催化层的上述效应，即使在没有其他能量供应情况下，或者，利用在操作光学系统的任何情况下出现的电磁辐射，仍然可以实现对污染物的上述转化，在此可以避免操作的重大中断以及光学系统的吞吐量的相关联损害。
在具有化学活性层的配置中，该层经由化学反应生成清洁效果，并且可以包括较多的镍氧化物，例如该镍氧化物一旦与污染物接触就会被还原，从而(在上面)氧化所讨论的污染物。
本发明特别利用以下事实：即使在光学系统的“正常”操作中，例如微光刻投射曝光设备，杂散光形式的电磁辐射也会进入实际使用的光束路径外部的区域。因此，这些区域可以用于定位本发明的催化层。
换句话说，通过催化或化学活性层的清洁效果可以可靠地避免对实际成像或曝光过程的任何有害影响，因为所述层仅定位于实际使用的光束路径外部的区域中。例如(在不限制本发明的情况下)，这些区域可以是框或光阑的子区域(例如内部)。
另外，用于施加本发明的催化或化学活性层的这些区域还可以是光学元件(特别是透镜元件或反射镜)的位于实际使用的光束路径外部的子区域。在本发明的实施例中，除了如上所描述的对杂散光的利用以外，在此还可以因为临时建立适合该目的的照明设定(例如，仅在光学系统轴线的径向外部的环形区域进行照明的极环形照明设定)而带来电磁辐射对催化层的直接作用，其中将电磁辐射指引到本发明的催化层上，但不指引到例如投射镜头的像平面中出现的晶片上。
根据实施例，借助于本发明的(自)清洁过程在光学系统的操作中或至少在不拆卸光学系统的情况下“原位地”实现，从而使得连续降解污染物成为可能，可以避免与附加清洁步骤相关联的时间需求，并且视情况而定，还避免了光刻工艺的不必要中断，使得最终实现投射曝光设备吞吐量的提高。
与使用功能层的常规概念相反，根据本发明的催化层的使用不是例如用于改进特定材料性质(例如耐腐蚀性)，而是包括引入光学系统的附加功能，由此，例如出于消除不想要的污染物的目的，将通行穿过操作中的光学系统的电磁辐射(例如散射的辐射)用于实现自清洁过程。
在一个实施例中，将催化层整合到部件上出现的粘合剂保护层中。该配置的优点是，可以将粘合剂保护层的对应区域中典型较高的辐射强度用于本发明的自清洁过程，而且，另外，附加层的施加可以最小化。
在一个实施例中，催化或化学活性层已经被施加到对电磁辐射透明的载体。
在一个实施例中，催化层的厚度至少为1μm。在催化层或化学活性层的配置有较高厚度的情况下，对应的大量污染物或分子可在光学系统中积累和降解，存在以下可能性：由于在光学未利用区域中或在所使用的光束路径外部对催化或化学活性层的定位，因而同时利用由于催化层的吸收效果而引起的破坏性光损耗的缺乏。
在一个实施例中，催化层包括来自具有以下的组的至少一种材料：TiO2、ZnO、WO3、CaTiO3、SnO2、CaTiO3、MoO3、NbO5、Fe2O3、Ta2O5和TixZr1-xO2(其中0＜x＜1)。通过选择这些材料中的一个或多个，可以实现较长寿命的层的少量粒子发射或排气。
在一个实施例中，光学系统在多种照明设定下是可操作的，其中在这些照明设定中的至少一个照明设定中，将位于使用的光束路径外部的电磁辐射偏转到催化层上。
在一个实施例中，催化或化学活性层、和/或承载该层的载体将光学系统内存在的气体体积分割成两个不同区域。由于该气体体积分割成两个部分，整个气流可以通行穿过讨论中的部件，从而实现与清洁效果相关联的污染物的粘附或化学反应。
本发明进一步还涉及微光刻光学系统，该光学系统具有多孔部件，该多孔部件将光学系统内存在的气体体积分割成两个不同区域，其中在光学系统的清洁可通过光学系统中存在的污染物在该多孔部件上的积累或化学反应来实现。
在一个实施例中，该光学系统设计用于为小于400nm，特别是小于250nm，更特别是小于200nm的工作波长。
在一个实施例中，光学系统是微光刻投射曝光设备的投射镜头或照明装置。
在一个实施例中，光学系统是检验镜头、具体而言是晶片检验系统或掩模检验系统的检验镜头。
本发明进一步还涉及具有照明装置和投射镜头的微光刻投射曝光设备，其中，投射曝光设备具有的布置具有上文所描述的特征。
从说明书和从属权利要求中可以推断出本发明的其他配置。
下面参考附图中所示的工作示例详细阐明本发明。
附图说明
附图示出：
图1为阐明一个实施例中的本发明的用于降低污染的布置的功能模式的示意图；以及
图2为用于说明针对DUV中的操作而设计的微光刻投射曝光设备的可能构造的示意图，该微光刻投射曝光设备中可以实现本发明。
具体实施方式
在下文中首先参考图1的示意图描述本发明的装置的可能实施例。
图1中，“110”表示根据本发明已施加在微光刻光学系统(例如，微光刻投射曝光设备的投射镜头或照明装置)的部件105的光学未利用区域、或位于使用的光束路径外部的区域中的催化层。作为示例，部件105可以只是光阑或框。此外，部件105还可以是透镜元件或反射镜。
催化层110降低了对于裂解不想要的非挥发性污染物，例如碳氢化合物所需的能量(例如光子能量或温度)，因此实现了污染物或碳氢化合物的相应裂解，并且在此出现的碎片(如图1所指示)可以利用出现的吹扫气体直接被运输离开，或者可以通过供应氧气(O2)和/或水(H2O)而被氧化。
具体来说，根据图1，在光学系统中构成不想要的污染物的有机化合物(例如碳氢化合物)的分子120撞击催化层110的表面，并首先被束缚在该表面上。同样如图1所指示的，在光学系统的操作中，尽管催化层110设置在实际光学未利用的区域中或在使用的光束路径外部，但电磁UV辐射仍会撞击分子120。例如，该电磁辐射可能为散射辐射，或者是在具体出于清洁目的(例如，不用于晶片曝光)而确立的照明设定中偏转到催化层110上的辐射。
如仅在图1中示意性地指示，由于由催化层110裂解分子120所需的能量(例如光子能量或温度)降低，电磁辐射的效应是将分子120裂解成碎片(即“活性的”)(例如，根据图1的碎片“A”和“B”)。这些碎片由于它们的分子量较低因而可更好地被吹扫离开光学系统(例如投射镜头)，例如通过存在的吹扫气体，或者在其他情况下(同样如图1所指示)与氧气(O2)或水(H2O)反应，从而被氧化(例如成组分“C”和“D”)。后者的反应/氧化的效应是：对应降解的分子120可以比较容易被吸收且被吹扫离开光学系统或投射镜头。
由于将催化层110定位在光学未利用区域中或在所使用的光光束路径外部，避免了由于催化层110的吸收效应而引起的不想要的光损耗的问题，因此可以不考虑所述吸收效应来设计催化层110。特别地，根据本发明，催化层110的厚度可以相对较大(例如，一个或多个微米的数量级)，因此如上所描述，可以积累和降解对应的大量的污染物或分子120。
在未示出的实施例中，催化层110还可以被施加到由透明和多孔材料(例如SiO2)构成的载体，以便进一步增强污染物或分子120的积累和降解过程。在实施例中，还可以引导整个(吹扫)气流穿过所述载体。通过载体的多孔配置，可以进一步增强污染物或分子120的积累和转化。在此可以经由相对密度将孔隙率定义为表观密度和真实密度的比率，例如，其中该比率应大于40％。
借助于具有高孔隙率的催化层110的配置，本发明利用了以下事实：讨论中的层110完全不需要传输任何机械力，并且层110可以仅以污染物的最大转化效率为目标进行设计(尽管应仅注意到，催化层的材料本身完全不示出任何排气效应、也不会对光学系统造成污染)。关于期望绑定最大量的污染物或分子，催化层110的粗糙度高同样是有利的。
在本发明的实施方式中，尤其可以将催化层110整合到粘合剂保护层中，这意味着可以利用通常在粘合剂保护层的对应区域中较高的辐射强度且避免施加附加层的需求。
在其他实施例中，层110还可以是化学活性层，该层经由化学反应实现清洁效果。该层可以包括例如较高的镍氧化物，其在与污染接触时被还原从而使讨论中的污染物氧化(在上面)。
图2示出了微光刻投射曝光设备200的可能构造的示意图，该微光刻投射曝光设备200被设计为用于在DUV范围内的波长(例如，约193nm)下进行操作，并且包括照明装置201和投射镜头208。
照明装置201包括：光源202；以及照明光学系统，由透镜元件203、204和光阑205以高度简化的方式表示。在示出的示例中，投射曝光设备200的工作波长在使用ArF准分子激光器作为光源202时为193nm。但是，例如，在i-line系统的情况中，工作波长还可以是365nm；当使用KrF准分子激光器作为光源202时，工作波长可以是248nm；或者当使用F2激光器作为光源202时，工作波长可以是157nm。在照明装置201和投射镜头208之间设置掩模207，该掩模207使用掩模保持器206在光束路径中保持在投射镜头208的物平面OP中。掩模207具有微米至纳米范围中的结构，通过投射镜头208将该结构例如缩小4或5倍地成像在投射镜头208的像平面IP上。投射镜头208包括镜头装置，该镜头装置也只是由透镜元件209至212和220以高度简化的方式表示且限定了光轴OA。
在投射镜头208的像平面IP中保持了基板216或晶片，其已经配备有感光层215且通过基板保持件218定位。在投射镜头208的像平面侧的最后一个光学元件220和感光层215之间，在工作示例中(但本发明不限于此)，存在可以例如是去离子水的浸没介质250。
图2还指示了作为示例适合多孔载体230或240的位置，已经对每个多孔载体施加催化层。这些位置各位于透镜元件(203)和照明装置201的外壁(外壳)之间，或者在透镜元件(209)和投射镜头208的外壁(外壳)之间。在出现大量杂散光的情况下，这些位置是有利的。优选地，多孔载体230或240或催化层在此形成区段(或分离件或分离层)，因此将光学系统内出现的气体体积分割成两个不同的区域，并且气流必须完全通行穿过它们。在其他实施例中，除了多孔载体，还可以提供一种多孔部件(其上没有催化或化学活性层)，该部件同样地将光学系统内出现的气体体积分割成两个不同的区域，在这种情况下，在该多孔部件上经由积累光学系统中出现的污染物可实现光学系统的清洁。
尽管已经参考具体实施例描述本发明，但是例如通过组合和/或更换单独实施例的特征，许多变型和替代性实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明还涵盖了这样的变型和替代性实施例，并且本发明的范围仅受限于所附的权利要求及其等同物的范围内。

Claims (16)

1.一种微光刻光学系统，其中所述光学系统设计为用沿着所使用的光束路径通行穿过所述光学系统的电磁辐射进行操作，所述光学系统包括：
至少一个部件(105)，具有在所使用的光束路径外部的区域；
其中该区域具有催化或化学活性层(110)；并且
其中所述催化或化学活性层(110)、和/或承载所述层(100)的载体(230、240)是多孔的。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，与不具有所述催化层(110)的类似系统相比较，所述催化层(110)降低所述光学系统中存在的污染物的裂解和/或氧化所需的能量。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，这些污染物包括碳氢化合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述部件(105)是光阑或框。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述部件(105)是透镜元件或反射镜。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，将所述催化或化学活性层(110)整合到所述部件(105)上存在的粘合剂保护层中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述催化或化学活性层(110)已经被施加到对于所述电磁辐射透明的载体(230、240)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述催化层(110)的厚度为至少1μm。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述催化层(110)包括来自含有以下材料的组的至少一种材料：TiO2、ZnO、WO3、CaTiO3、SnO2、CaTiO3、MoO3、NbO5、Fe2O3、Ta2O5和TixZr1-xO2(其中0＜x＜1)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统在多种照明设定下是可操作的，其中在这些照明设定的至少一个照明设定中将位于所使用的光束路径外部的所述电磁辐射偏转到所述催化层(110)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述催化或化学活性层(110)、和/或承载所述层(110)的载体(230、240)将所述光学系统内存在的气体体积分割成两个不同区域。
12.一种微光刻光学系统，具有多孔部件，所述多孔部件将光学系统内存在的气体体积分割成两个不同区域，其中所述光学系统中的清洁能够通过所述光学系统中存在的污染物在该多孔部件上的积累来实现。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统设计为用于小于400nm、特别地小于250nm、更特别地小于200nm的操作波长。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统是用于微光刻投射曝光设备的投射镜头或照明装置。
15.根据权利要求1至13中的任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统是检验镜头、尤其是晶片检验系统或掩模检验系统的检验镜头。
16.一种微光刻投射曝光设备，具有照明装置和投射镜头，其特征在于，所述投射曝光设备包括根据权利要求1至15中任一项所述的光学系统。
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