JP2005519738A - 光学表面の汚染除去を行う方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビームガイド光学系、特に、約１５７ｎｍ以下の波長で放出される遠紫外線レーザのビームを案内する光学系の表面の汚染除去を行い、妨害汚染物質、さらには広い面積にわたって分布する汚染物質が付着した表面の汚染除去を比較的わずかな労力で確実に行う方法及び装置を提供する。
【解決手段】 光学表面の汚染除去を行う方法及び装置、とくにクレンジング雰囲気内で紫外線を用いてビームガイド光学機器の表面の汚染除去を行う方法及び装置が開示されている。本発明によれば、使用される紫外線の波長は、酸素が強く吸収する範囲内に入り、クレンジング雰囲気は、空気より低い酸素濃度を有する。たとえば、マイクロリソグラフィック投影露光系のビームガイド光学機器の表面のクリーニングに適用。

Description

本発明は、クレンジング雰囲気内で紫外線を用いてビームガイド光学機器の表面の汚染除去を行う方法及び装置に関する。この形式の方法及び装置は、たとえば、マイクロリソグラフィック投影露光系に用いられるような、ビームガイド光学機器のレンズ及び他の光学素子の表面の汚染除去に使用される。

動作用に波長範囲が約１００ｎｍ〜約３００ｎｍである遠紫外（ＤＵＶ）スペクトル領域の超短波長放射光を用いる最近のマイクロリソグラフィック投影露光系、特に、動作用に、たとえば、１５７ｎｍのレーザ光を用いるものの場合、それらのビームガイド光学機器の表面上に存在して照明光が当たる汚染物質は、吸収及び／または散乱のために、目立ちやすい重大な問題を発生する。汚染除去プロセスは、そのような汚染物質の除去か、または少なくともそれらの存在を許容レベルまで減少させることを意図している。

その目的のための汚染除去方法、及びマイクロリソグラフィック投影露光系内に組み込まれた関連の汚染除去装置が、ドイツ特許出願ＤＥ１９８３０４３８Ａ１に記載されている。それに用いられている技術の場合、露光源として機能する遠紫外線エキシマレーザに加えて、汚染除去光源として機能する第２紫外線源、たとえば、広帯域遠紫外線エキシマレーザまたは２２２ｎｍ紫外線エキシマランプも設けられている。投影露光系内に組み込まれた汚染除去光源は、露光源を用いる際の休止中に動作する。それに平行して、クレンジングガス流がクリーニングすべき表面に送られ、その場合、オゾンまたは酸素を含有するガス流の使用が提案された。この特別な方法は、十分なクレンジング効果を得るためにはクレンジングガス流内に対応の高酸素濃度が必要であるという推測に基づくので、そのようなガス流は、空気の酸素含有量を超える酸素含有量を有するガス流であると解釈されるべきである。

紫外線及び酸素濃厚またはオゾン濃厚ガスの組み合わせを用いるこのクレンジング効果は、ガラス基板及びウェハの表面などの基板の表面の汚染除去の場合にも既知である。たとえば、特開平０７−２８８１０９号を参照すると、波長がたとえば、１７２ｎｍのキセノンエキシマレーザ光をオゾン含有クレンジング雰囲気または空気雰囲気と組み合わせることが提案されている。酸素の目的は、有機汚染物質を酸化して、必要とみなされる濃度で親水基を形成することである。クレンジングの目的で用いられる約１７２ｎｍの波長の紫外線の範囲が、酸素による高い吸収のために比較的狭いという事実に対して、クリーニングすべき表面をクリーニングに用いられる紫外線源に十分に近づける、たとえば、３ｍｍ未満以内に移動させることによるか、またはクレンジングのためにもっと長い波長の紫外線、たとえば、１８５ｎｍまたは２５４ｎｍの波長を有する紫外線を用いることによって対処している。

たとえば、１５７ｎｍの波長を有する比較的短い波長のレーザ光を案内するように構成されているビームガイド光学機器の表面を、同一波長を有するレーザ光でクリーニングすることは実現可能であるが、実際には、それは非常に難しい方法であり、クリーニングすべき表面のわずか数平方ミリメートルにわたる比較的狭い面積に制限される。
ドイツ特許出願ＤＥ１９８３０４３８Ａ１ 特開平０７−２８８１０９号

本発明が取り組む技術的課題は、本明細書の冒頭に述べた形式の方法及び装置であって、ビームガイド光学系、特に、約１５７ｎｍ以下の波長で放出される遠紫外線レーザのビームを案内する光学系の表面の汚染除去を行い、妨害汚染物質、さらには広い面積にわたって分布する汚染物質が付着した表面の汚染除去を比較的わずかな労力で確実に行う方法及び装置を提供することである。

本発明は、請求項１の特徴を有する方法の提供、及び請求項４の特徴を有する装置によってその課題を解決する。

発明を実施するための形態

本発明によれば、酸素による強い吸収を特徴とするスペクトル範囲に入る波長を有する紫外線を汚染除去の目的で提供し、酸素による強い吸収のために狭い範囲になる汚染除去放射光の問題に対して、空気より低い比較的低い酸素濃度のクレンジング雰囲気を用いることによって対処する。そのような汚染除去放射光を低酸素濃度または無酸素のクレンジング雰囲気と組み合わせることによって、動作に遠紫外線を用いるマイクロリソグラフィック投影露光系に用いられるものなど、たとえば、１５７ｎｍの波長を有する短波長紫外レーザ光を案内するように構成されたビームガイド光学機器の場合でも、十分なクリーニング作用を得ることができることが、研究からわかった。

請求項２または５に記載された本発明の好適な実施形態では、クレンジング雰囲気内の酸素濃度が、１％未満、好ましくは０．１％未満に維持される。

請求項３または６に記載された本発明の好都合な実施形態では、汚染除去放射光が、１７２ｎｍの波長を有するキセノン放電ランプか、または低圧水銀ランプによって発生する。いずれの場合も、十分なクレンジング作用を達成するために必要な労力は、約１５７ｎｍの波長を有する短波長レーザ光を用いる時よりはるかに少ない。

請求項７に記載された汚染除去装置の好都合な実施形態は、表面をクリーニングするために、たとえば、光学素子を入れることができるクリーニング区域を設けたクリーニング室を有する。離隔配置されてクリーニング区域に作用する幾つかの紫外線源がクリーニングに用いられ、低酸素濃度または無酸素のクレンジングガス流をクリーニング区域全体に流すことができる。

請求項８に記載された本発明のさらなる好都合な改良では、汚染除去装置を光学モジュール内に組み込んで、モジュールの使用開始後も光学素子の表面を時々クリーニングすることができるようにする。光学モジュールをマイクロリソグラフィック投影露光系の一部にして、必要な時はいつもそれの光学素子の表面をクリーニングすることができるようにしてもよい。

本発明の好都合な実施例を図面に示し、以下に説明する。

図１は、光学素子の表面の汚染除去を行う装置の、本発明に必須である部分を示す。図１の概略図に示されているように、汚染除去装置は、密閉クリーニング室１を備え、その内部の上側に幾つかの紫外線源２が互いに離間して配置され、それにより、クリーニング区域として機能する室の中央区域に向けて紫外線を放射する。光学素子をクリーニング区域内に置いて、それらの表面の汚染除去すなわちクリーニングを行うことができる。その一例として、図１は、対応のマウントを備えたレンズ３を示している。クレンジングガス流を室１のクリーニング区域全体に流すことができ、そのため、室は、室の一方側の第１部分内に位置するガス入口４と、室の反対側の第２部分内に位置するガス出口５とを備えている。関連のガス供給システム及びガス排出システムは従来形式のものであり、そのため、図１には明示しない。

１７２ｎｍの波長を中心にした約１３ｎｍのスペクトル幅を有する連続光の形のエキシマ放射光を放出するキセノン放電ランプが、紫外線源２として働く。幾つかの紫外線源２の離隔配置により、汚染除去放射光はクリーニング区域をさまざまな角度から非常に均一な強度分布で照らして、クリーニングすべきそれぞれの光学素子３の紫外線源２に面する表面の大面積を汚染除去放射光によって均一に照らすことができるようにし、これにより、ほぼ平坦な表面及び急な湾曲の表面の両方を確実にクリーニングすることができる。照射レベルを高めるために、裏側に適当な反射鏡を取り付けてもよい。関係する個々の用途に応じて、代替として紫外線源２を、図示のように室１の片側全体に分散させるのではなく、クリーニング室１の適当な場所全体に異なったやり方で分散させてもよい。

クリーニングすべき光学素子３を載置するキャリアであって、図１に両方向矢印Ｈで記号表示されているように高さを調節できるように室１内に取り付けられたキャリア（図示せず）をクリーニング区域内に設けることが好ましい。このキャリアの他の動き、たとえば、クリーニングすべき光学素子３を室１のクリーニング区域内で回転させることができるようにする動きも、必要に応じて与えることができる。

紫外線源２用に選択された放出波長１７２ｎｍは、分子酸素（Ｏ_２）の吸収極大の近くに位置するので、オゾンの発生に特に有効であることがわかっている。この目的に用いられるキセノン放電ランプは高い紫外線放射効率を有し、そのため、クリーニングすべき光学素子３の熱負荷が低く保たれる。さまざまなモデルの適当なキセノンエキシマ線源が、たとえば、ドイツ、ビッペンフルスのＲａｄｉｕｍ社から市販されている。１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ付近に輝線を有するが、極遠紫外（ＶＵＶ）スペクトル領域内の波長別放射強度がキセノン放電ランプのものより低い低圧水銀ランプを使用してもよい。

キセノン放電ランプ２によって放出される約１７２ｎｍの波長の紫外線に対する分子酸素の吸収係数はほぼ５ｃｍ−１であり、これは、入射強度の半分の強度低下の場合、純分子酸素で１．４ｍｍ程度、空気で約７ｍｍに対応する。クレンジング雰囲気に用いられる分子酸素濃度は、関係する個々の用途に応じて、０％〜空気でのそれの濃度、好ましくは約１％を超えない、さらに好ましくは０．１％を超えない任意濃度にすることができる。後者の値は、入射強度の半分の強度低下の場合、１０ｃｍ以上の範囲を生じ、これにより、急な湾曲の表面及び／または小さいモジュール部品の表面でも十分な高強度の汚染除去放射光を容易に照射し、それにより、それらを十分にクリーニングすることができる。約０．１％の酸素濃度を使用すれば、激しく汚れた表面でも効果的にクリーニングできることがわかっている。超高純度の窒素などの不活性ガスに所望の低濃度の酸素を混合した流れが、クリーニング区域全体に通すクレンジングガス流として用いられる。

除去すべき汚染物質であって、たとえば、極遠紫外スペクトル領域で動作するリソグラフィック光学機器の性能に影響を与える可能性がある汚染物質は、主に炭化水素（Ｃ_ｘＨ_ｙ）及び水（Ｈ_２Ｏ）である。炭化水素によるわずかな汚染の場合、不活性クレンジングガス流に酸素をまったく加える必要がないことが多いとわかっており、その場合の残留酸素含有量は、わずかに数ｐｐｍから酸素濃度が０．１ｐｐｍ未満のほぼ無酸素雰囲気までの範囲になるであろう。その場合、１７２ｎｍの範囲の汚染除去放射光は、もはや吸収によって制限されることはなく、専ら紫外線源２の幾何学的配置によって決定されるであろう。

きれいなクレンジング雰囲気を維持するために、クリーニング室１の壁は好ましくは、脱脂された電解研磨ステンレス鋼などの、極遠紫外線に耐える材料から作製される。クレンジングガス流の適当な流量は、たとえば、５ｌ（ＳＴＰ）／分（５ｓｌｍ）〜５０ｌ（ＳＴＰ）／分（５０ｓｌｍ）の範囲である。クレンジングガス入口４は、クレンジングガスをクリーニングすべき表面に制御状態で流すことができるガスシャワーヘッドの形に構成することができる。

非常に低い酸素濃度でのクレンジング作用は、炭化水素分子の活性化、すなわちそれの結合が切れることに起因し、その一部はＣ_ｘＨ_ｙ−分子の形で脱着され、また一部は存在している残留酸素から発生したオゾンで酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏになり、用いる紫外線によって脱着される。大きい表面積を照射するための多数の紫外線源２を、低または無酸素濃度のクレンジング雰囲気と組み合わせるこの汚染除去技術を使用することにより、光学素子及び光学素子から構成されたモジュールの十分な汚染除去を有効かつ経済的に行うことができることがわかった。１５７ｎｍレーザ光を使用するクリーニングと比較して、本明細書で用いる汚染除去プロセスは、はるかに使用しやすく、また、数ｍｍ２に限定されないはるかに大きい面積をクリーニングすることができる。

図２及び図３のグラフは、本発明を使用して得られるクレンジング作用に関する以上の記述を、クリーニング結果の具体的なグラフ表示で立証する。特に図２は、反射防止膜を塗布した同一形式の光学素子表面を、異なった酸素分圧を有するクレンジング雰囲気を用いて上記のように１７２ｎｍキセノンエキシマ放射光によってクリーニングした一連の試運転の結果を示す。その後、平行光におけるクリーニングされた光学素子の入射強度の全波長透過率ＧＴ、すなわち、反射部分Ｒ及び透過部分Ｔの代数的合計を波長の関数として、１２０ｎｍ〜２３０ｎｍの波長範囲にわたって決定し、ここでは０．３４％〜１５．８％の範囲の異なった４種類の酸素濃度を有するクレンジング雰囲気を使用した。図２からわかるように、１５７ｎｍレーザ光の場合に約８０％の全波長透過率ＧＴを生じ、波長が長くなるほどそれを超えて増加し、最終的にほぼ１００％に達する同様で良好なクレンジング作用が、４例すべてで得られた。

図３は、本発明に従ったクリーニング手順と、問題がより多く、狭い面積だけに適用可能である１５７ｎｍレーザ光クリーニングとの比較を示す。結果を図３に示す一連の試運転は、反射防止膜を塗布した光学素子を、本発明に従って１７２ｎｍキセノンエキシマ放射光を用いたクリーニングプロセス、及びエネルギ密度が２ｍＪ／ｃｍ２の１５７ｎｍレーザ光を用いたクリーニングプロセスの両方を使用してクリーニングすることに基づいたものである。図３は、クリーニングプロセスに用いられた照射時間の長さの関数としてのクリーニングプロセスの終了後の光学素子の透過率に基づいて、それぞれのクレンジング作用を示している。図３からわかるように、より簡単なセットアップを用いると共に１７２ｎｍキセノンエキシマ放射光を使用する本発明に従ったクリーニングプロセスは、セットアップがより難しいと共に１５７ｎｍレーザ放射を使用するものに匹敵する良好なクレンジング作用を生じ、また、本発明に従った汚染除去プロセスは、照射時間がより長い競合プロセスより良好な透過率さえ生じる。

図１に示された例示の実施形態の場合、汚染除去装置がクリーニング室１内に収容されている個々の光学素子またはモジュールを、関連の光学系にビームの案内を目的としてそれらを使用する前にクリーニングするように働くが、本発明の代替の実施形態では、本発明に従った方法でのビームガイド光学系の汚染除去を、それらを組み立てて使用開始した後でも行うことができ、その場合、汚染除去装置は、ビームガイド光学機器を含む装置の一体部分を形成する。たとえば、汚染除去装置は、マイクロリソグラフィック投影露光系の一部にすることができ、その内部で、他の汚染除去装置、たとえば、冒頭に記載しており、したがってここではさらなる描写及び説明がまったく必要ない、現時点で最先端の技術に対応するもののように、１つまたは複数の汚染除去紫外線源を適当な位置に設置して、クレンジングガスフラッシング系を実現した。この場合、投影露光系のレンズ及び他の光学素子に対して時々、たとえば、１７２ｎｍキセノンエキシマ放射光を低または無酸素濃度のクレンジングガス流と組み合わせた表面汚染除去プロセスを、製造作業の実施中、コーティングプロセス中及びその前後、さらに露光系の使用開始後の光学機器の組み立て及び位置合わせ中及びその後に実施することができる。

内部に置いた光学素子の表面の汚染除去用のクリーニング室の概略的な側面図である。 クリーニング雰囲気内のさまざまな酸素分圧について、図１に示された装置でクリーニングされた光学素子の全波長透過率を波長の関数として示すグラフである。 図１に示された装置で汚染除去された光学素子の、汚染除去時間の関数としての透過率を、１５７ｎｍレーザ光を使用して汚染除去された光学素子の透過率と比較したグラフである。

符号の説明

１ 密閉クリーニング室
２ 紫外線源
３ 光学素子
４ ガス入口
５ ガス出口

Claims (9)

1. ビームガイド光学機器の表面、特にマイクロリソグラフィック投影露光系の光学素子の表面の汚染除去を行うために、
   クレンジング雰囲気内でクリーニングすべき表面に紫外線を照射する方法であって、
   クリーニングに用いられる紫外線の波長は、酸素が強く吸収するスペクトル範囲内に入り、前記クレンジング雰囲気は、空気より低い酸素濃度を有する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記クレンジング雰囲気内の酸素濃度は、１％未満、好ましくは０．１％未満である、請求項１に記載の方法。
3. クリーニングに使用される紫外線は、波長範囲が１７２ｎｍ付近に入るキセノン放電ランプからのエキシマ放射光か、または低圧水銀ランプからの放射光である、請求項１または２に記載の方法。
4. ビームガイド光学機器の表面、特にマイクロリソグラフィック投影露光系の光学素子の表面の汚染除去を行うために、
   クリーニングのための紫外線を発生する１つまたは複数の紫外線源（２）、及び
   事前に決定可能なクレンジング雰囲気を準備する手段（４、５）
   を有する装置であって、
   クリーニングに用いられる紫外線の波長は、酸素が強く吸収するスペクトル範囲内に入り、前記クレンジング雰囲気を準備する前記手段は、空気より低い酸素濃度を有するクレンジング雰囲気を準備するように構成されていることを特徴とする装置。
5. 前記クレンジング雰囲気を準備する手段は、酸素濃度が１％未満、好ましくは０．１％未満であるクレンジング雰囲気を準備するように構成されている、請求項４に記載の装置。
6. 各紫外線源は、放出波長が約１７２ｎｍのキセノン放出ランプか、または低圧水銀ランプを含む、請求項４または５に記載の装置。
7. さらに、それぞれのクリーニングすべき物体を入れることができるクリーニング区域を設けたクリーニング室（１）を有し、該クリーニング室内に離隔配置されて前記クリーニング区域に作用する幾つかの紫外線源（２）を備えており、前記クレンジング雰囲気を準備する前記手段は、クレンジングガス流を前記クリーニング区域全体に流す手段を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 光学モジュール内に組み込まれた、請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記光学モジュールは、マイクロリソグラフィック投影露光系の一部である、請求項８に記載の装置。
   
   

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