JP2021536594A - 光学システム内の保護剤としての蒸気及び寿命延長装置 - Google Patents
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Abstract
光学構成要素を囲む筐体が、蒸気源と接続されてもよい。蒸気源は、５００ｐｐｍから１５０００ｐｐｍまでの蒸気レベルを有する筐体に蒸気を提供してもよい。筐体内の蒸気の濃度は、筐体内の光学構成要素の寿命を増加させてもよい。
Description
本開示は、レーザー及び光学システムについての寿命改善に関する。
半導体製造産業界の進展が、収益管理に対する、特に、計測及び検査システムに対する需要を増々大きくしている。限界寸法が縮小し続けているが、そのうえ、産業界は、高収率、高価値生産を達成するために時間を短縮する必要がある。収率問題を検出することからそれを修復するまでの全体時間を最小化することが、半導体メーカーにとっての投資対効果を決定する。
論理及びメモリ素子等の半導体素子を製造することは、典型的に、半導体素子の様々な特徴及び多階層を形成するために、多数の製造プロセスを用いて半導体ウェーハを処理することを含む。例えば、リソグラフィは、パターンをレクチルから半導体ウェーハ上に配列されたフォトレジストまで転写することを含む半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスについての追加の例としては、化学機械研磨（ＣＭＰ）、エッチング、堆積、及びイオン注入が挙げられるが、これに限定されない。複合半導体素子は、個々の半導体素子に分離される、単一の半導体ウェーハ上の配列で製造されてもよい。
検査プロセスが、半導体製造中の様々な段階で用いられることにより、ウェーハの欠陥を検出して、製造プロセスにおけるより高い収率、したがってより高い利益を促進する。検査は、常に、集積回路（ＩＣ）等の半導体素子を製造する重要な部分であった。しかし、半導体素子の寸法が減少するにつれて、より小さい欠陥が素子を故障させることがあるので、検査は、許容可能な半導体素子の良好な製造にとって更により重要になる。例えば、半導体素子の寸法が減少するにつれて、サイズが減少する欠陥の検出が必要になったが、その理由は、比較的小さい欠陥であっても半導体素子内に不必要な収差を生じさせることがあるからである。
欠陥精査は、典型的に、検査プロセスによって検出された欠陥を再検出することと、
高倍率光学システムか又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）かのどちらかを用いて、より高い分解能で欠陥についての追加の情報を生成することと、を含む。欠陥精査は、典型的には、検査によって欠陥が検出された試料の離散箇所において実行される。欠陥精査によって生成された、欠陥についてのより高い分解能データは、プロファイル、凹凸、又はより正確なサイズ情報等の欠陥属性を決定するのにより適している。
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ウェーハ検査システムは、高開口数（ＮＡ）を有する、２６０ナノメートルという短い波長を有する遠紫外線（ＤＵＶ）放射の照明源を典型的に使用する。１９３ナノメートル又は１２０ｎｍでさえある波長が、用いられてもよい。いくつかの例では、照明光はアークランプによって提供されてもよい。例えば、電極ベースの、比較的高強度の放電アークランプが、検査システム内で用いられる。いくつかの別の例では、照明光はレーザーによって提供される。所望の短波長放出を実現するための１つの手法は、より長い波長光源の高調波アップコンバージョンであった。
光学素子及びレーザーの寿命改善が、次世代半導体製造を可能にするために必要である。従来、蒸気フリーのガスが用いられて、検査システム内の光学構成要素への損傷を防止する。水について、蒸気フリーとは、２０ｐｐｍ以下の水を意味した。別の種について、蒸気フリーとは、低ｐｐｂレベルを意味した。これらの蒸気フリーのパージガスの物理作用及び化学作用は、特に高強度状態における光学素子の寿命を制限することがある。
そのため、光学素子及びレーザーの寿命改善のために改善された技術が必要である。
システムが、第１実施形態で提供される。システムは、光学構成要素と、光学構成要素を囲む筐体と、を含む。蒸気源が、筐体と流体連通している。蒸気源は、５００ｐｐｍから１５０００ｐｐｍまでの蒸気レベルを有する筐体に蒸気を提供し、蒸気は、水、メタノール、エチレングリコール、又はエタノールのうちの１つである。
一例では、光学構成要素は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、又はＢｅＦ２のうちの１つである。別の一例では、光学構成要素は、石英ガラス、石英、ホウ酸塩、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ルチル、サファイヤ、シリコン、ＹＶＯ４、ＳｒＢ４Ｏ７、又はＺｎＳｅのうちの１つである。更に別の一例では、光学構成要素は、ホウ珪酸塩、ＡＭＴＲ及びセレン化亜鉛材料、ＳｒＢ４Ｏ７、又はＹＶＯ４のうちの１つである。
蒸気レベルは、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍ未満まで、５００ｐｐｍから５０００ｐｐｍ未満まで、又は５０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまであってもよい。一例では、これらの範囲の蒸気は、水であるけれども、メタノール、エチレングリコール、又はエタノールであってもよい。
蒸気源は、バブラー、浸透膜、半透膜、充電モザイク部材、又は双極性膜を含んでもよい。浸透膜は、ナフィオン又はポリアミドを含んでもよい。
蒸気源は、ガス源を含んでもよい。ガス源は、窒素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、クリプトン、アルゴン、キセノン、水素、酸素、圧縮乾燥空気、又はそれらの混合物を提供する。ガス源からのガスは、蒸気と混合される。
システムは、筐体と流体連通して配設された蒸気センサを更に含んでもよい。蒸気センサは、一酸化炭素検出器、二酸化炭素検出器、湿度計、又は水素センサのうちの１つである。システムは、また、蒸気センサと電子通信しているプロセッサを含んでもよい。プロセッサは、蒸気センサからの読取り値に基づいて、筐体からのパージガス内の蒸気レベルを調整するように構成されている。
方法が、第２実施形態で提供される。方法は、蒸気源から光学構成要素を囲む筐体まで蒸気を流すことを含む。パージガス内の蒸気レベルは、５００ｐｐｍから１５０００ｐｐｍまでで維持され、蒸気は、水、メタノール、エチレングリコール、又はエタノールのうちの１つである。
光学構成要素は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、又はＢｅＦ２のうちの１つであってもよい。
蒸気レベルは、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍ未満まで、５００ｐｐｍから５０００ｐｐｍ未満まで、又は５０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまでであってもよい。
方法は、筐体内に配設された蒸気センサを用いて、筐体内の蒸気レベルを測定することを更に含んでもよい。蒸気レベルを維持することは、蒸気センサからの読取り値に基づいてもよい。
本開示の性質及び対象についてのより完全な理解のために、次の添付図面に関連してなされた以下の詳細な説明が参照されなければならない。
クレームされる主題が特定の実施形態に関して説明されるけれども、本明細書で述べられた利点及び特徴の全てを提供するわけではない実施形態を含む別の実施形態が、また、本開示の範囲内にある。様々な構造的な、論理的な、プロセスステップの、及び電子的な変更が、本開示の範囲から逸脱することなくなされてもよい。したがって、本開示の範囲は、添付クレームへの参照によってのみ規定される。
取り合わされた蒸気ガスが、半導体検査ツール、半導体計測ツール、及び光学構成要素を有する別のツールにおける光学素子損傷を助長することがある。選択された１つ又は複数の蒸気が、単に物体外に熱を導くための冷却流体としてさらに役立ってもよい。本明細書で開示された実施形態では、蒸気は、光学素子の表面を損傷させるプロセスを停止させてもよい。したがって、蒸気は、損傷の物理作用及び化学作用が生じることを防止してもよい。このことは、これらの蒸気が光学素子損傷に寄与したという従来の考えと対照的である。
試験によって、光学素子に損傷を与えて伝播するレーザービームに形状を変化させる（例えば、損傷の認知）か、又は伝播するレーザービームの別の測定可能な品質に影響を及ぼす強磁場が存在した場合に、なんらかの蒸気が、光学素子の表面及び近表面の損傷を停止させたか又はその速度を減少させたと判定された。この物理作用及び化学作用において、レーザー結晶又は光学素子を囲む領域に蒸気を付加することは、レーザー結晶及び光学素子の寿命を安定化させること及び延長させるのを助けてもよい。
近表面損傷について、光駆動エネルギ交換の大部分が、光学素子の最初の約５０〜１００ｎｍ内に生じてもよい。このことは、光学素子の表面内に少なくとも１ミクロンだけ入る、より大きい材料変化を打ち込んでもよい。
蒸気及びそれの濃度の選択が、光学素子が作成される材料、及び／又は照明光の波長と強度レベルとに依存してもよい。例えば、ＭｇＦ２は水溶性であり、それで、より低い濃度の水が必要とされてもよく、又はアルコールが水の代わりに用いられて、ＭｇＦ２光学構成要素に対する水損傷を回避してもよい。水溶性光学構成要素を用いる別の一例において、水は、光学構成要素の溶媒和を生じさせないように十分低く維持され、損傷プロセスを停止させるように十分高く維持されてもよい。アルコール類等の別の蒸気が、また、損傷を防止するために用いられてもよく、そして、アルコール類は、光学構成要素の溶媒和を生じさせる可能性がより低いことがある。更に別の一例では、１９３ｎｍの光が用いられるならば、水がアルコールの代わりに用いられてもよい。アルコールは、この波長において表面上にあまりに速く汚染を生じさせることがある。アルコール類は、低強度でうまく機能することがあるけれども、高強度では、アルコール類は、局部加熱により十分に表面に付着しないことがある。それで、水は、水がずっとより大きい表面付着効率を有するので、高強度で用いられてもよい。
一例として、光学構成要素の周りの環境に蒸気を付加すると、規格を超えて損傷を受ける前に典型的には５〜１０日間しか耐用しない光学構成要素が、顕著により長く耐用することになる。図１は、光子への露光前における光学構成要素を示す。図２は、蒸気を伴わない７日間の露光後における光学構成要素の検査結果を示す。１０ｎｍ隆起部が、光学構成要素の中央に形成されている。これは、光学構成要素の動作及び／又は寿命に悪影響を及ぼす。図３は、蒸気を伴う６８日間の露光後における光学構成要素の検査結果を示す。図３の光学構成要素は、図２の光学構成要素のような損傷を示さない。図３の光学構成要素は、およそ０．１ｎｍの表面凹凸を有する。図３の例では、８００ｐｐｍから２２００ｐｐｍまでの蒸気が用いられた。それで、光学構成要素を蒸気に暴露することによって、この例については、約１００分の１の表面損傷が１０倍の時間で生じる。
蒸気は、多くの損傷機構に影響を及ぼすことがあり、これらは、表面温度を低下させること、損傷を与える表面化学（例えば酸化）を阻止すること、又は観測された物理変化について別の駆動要素に影響を及ぼすことを含む。これらの機構は、単に例であり、蒸気の存在下で光学構成要素寿命を改善する別の機構があり得てもよい。
図４は、蒸気が存在しなかった損傷箇所と蒸気が存在した損傷箇所との間の表面損傷／改質における観察可能な相違を示す。蒸気を伴う箇所は、蒸気が存在しない部位よりも１０倍長い期間では識別できる損傷を呈しない。
図５は、システム１００の実施形態についてのブロック図である。光学構成要素１０１は、筐体１０２内に配設されている。筐体１０２は、光学構成要素１０１を囲んでいる。
光学構成要素１０１は、ホウ珪酸塩、ＡＭＴＲ（Ｎｅｗｐｏｒｔ社製）、セレン化亜鉛材料、シリコンゲルマニウム、サファイヤ、ＭｇＦ２、ＬｉＦ２、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＳｒＢ４Ｏ７（ＳＢＯ）、又はＢｅＦ２のうちの１つであってもよい。光学構成要素１０１は、また、いずれかの等級及びタイプの石英ガラス、石英、ホウ酸塩（例えばホウ酸バリウム（ＢＢＯ））、ゲルマニウム、ルチル、サファイヤ、シリコン、ＹＶＯ４、又はＺｎＳｅのうちの１つであってもよい。別の材料があり得る。
光学構成要素１０１は、高フルエンスでの動作で用いられてもよい。１９３ｎｍ、２１３ｎｍ、２４８ｎｍ、２６５ｎｍ、２６６ｎｍ、又は２μｍの光が、光学構成要素１０１に入射してもよい。電球又はオープンプラズマ源からの広帯域光が用いられてもよい。より多くの電離エックス線を含む別の波長があり得る。
蒸気源１０３は、筐体１０２と流体連通している。蒸気源１０３は、ｐｐｂから高ｐｐｍレベル（例えば数万）までのレベルを有する筐体１０２に蒸気を提供することにより、光学素子又は結晶損傷を減速させるか又は停止させる。例えば、蒸気レベルは、５００ｐｐｍから１５０００ｐｐｍまでで、１．０ｐｐｍ毎のそれらの間の範囲の全ての値を含む。
一例では、蒸気レベルは、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍ未満までである。更に別の一例では、蒸気レベルは、約２０００ｐｐｍである。更に別の一例では、蒸気レベルは、約５０００ｐｐｍである。環境内の蒸気の濃度が、光学素子損傷をもたらす物理作用及び／又は化学作用を抑制してもよい。例えば、強レーザー光線によって生じさせられた高電場の影響が、軽減されてもよい。光学素子に対する損傷の速度が、本明細書で開示されたような光学環境内での正しい蒸気／材料結合の使用によって少なくとも１００倍だけ低減されてもよい。例えば、５０００ｐｐｍ以上のレベルは、ＣａＦ２について許容可能であり得るけれども、ＭｇＦ２について許容可能でないことがある。
蒸気は、ガス形態で環境に付加されてもよい。例えば、蒸気源１０３は、バブラーを含んでもよい。液体蒸発は、所望の蒸気濃度をガスパージに付加してもよい。バブラーは、環境内で一貫した量の蒸気を生成してもよい。
蒸気源１０３は、被加圧ガスボンベであってもよい。
蒸気源１０３は、また、浸透膜を用いてもよい。浸透膜は、ナフィオン、ポリアミド、又は別の透過材料を含んでもよい。環境に隣接したチューブ、隔膜、又は壁であってもよい浸透膜は、隣接する蒸気リッチなリザーバから制御される光学環境内まで目標の蒸気を優先的に引く。
ナフィオンは、浸透膜の一例である。ナフィオンは、極性分子が蒸気リッチな空気から蒸気プアーなパージガス流れまで通過することを可能にする。パージガス内の蒸気濃度が測定されて制御されることにより、光学環境内に指定濃度を生じさせてもよい。
浸透膜は、また、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はポリオレフィンのナイロン共重合体であってもよい。浸透膜は、また、アセタール、アクリロニトリル、又は官能化ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）であってもよい。
蒸気源１０３は、また、半透膜、荷電モザイク膜、又は双極性膜を用いてもよい。
一例では、蒸気源１０３は、ガス源１０４を含む。ガス源１０４は、窒素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、クリプトン、アルゴン、キセノン、水素、酸素、圧縮乾燥空気、又は蒸気と混合されるこれらのガスの混合物のうちの１つ又は複数を提供してもよい。
蒸気センサ１０５は、筐体１０２と流体連通した状態で配設されてもよい。蒸気センサ１０５は、筐体１０２内に、又は筐体１０２までの蒸気供給経路に沿って配設されてもよい。蒸気センサ１０５は、例えば、水素センサ、湿度計、一酸化炭素検出器、又は二酸化炭素検出器であってもよい。プロセッサ１０６は、蒸気センサ１０５と電子通信していてもよい。プロセッサ１０６は、蒸気センサ１０５からの読取り値に基づいて筐体内の蒸気レベルを調整してもよい。
本明細書で開示されたシステムの実施形態は、いずれかのレーザーシステム又はプラズマベース光源システムに実装されてもよい。
図６は、方法２００の実施形態についての流れ図である。蒸気リッチなガスが、２０１において、蒸気源から、光学構成要素を囲む筐体まで流れる。光学構成要素は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＢｅＦ２、又は別の材料のうちの１つであってもよい。筐体内の光学構成要素の周りの環境は、窒素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、クリプトン、アルゴン、キセノン、水素、酸素、若しくは圧縮乾燥空気のうちの少なくとも１つ、又はこれらのガスの混合物を含んでもよい。
２０２において、ガス内の蒸気レベルは、ｐｐｂレベルから、使用事例の大気条件（例えば、圧力、温度、蒸気の濃度、及び蒸気中のガス混合物）下での蒸気のおよそ濃縮濃度まで、例えば、５００ｐｐｍから１５０００ｐｐｍまでの蒸気に維持される。一例では、蒸気レベルは、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍ未満までの蒸気である。別の一例では、蒸気レベルは、５０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまでである。例えば、５０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまでの蒸気レベルが、ＣａＦ２光学構成要素に対して改善された結果を提供してもよく、そして、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍ未満までの蒸気レベルは、ＭｇＦ２に対して改善された結果を提供してもよい。
特定の一実施形態では、蒸気レベルは、６０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまで、７０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまで、８０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまで、９０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまで、１００００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまで、１１０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまで、１２０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまで、１３０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまで、又は１４０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまでである。
蒸気レベルは、バブラー若しくは浸透膜を用いて、ガスに付加されてもよく又はガス内に維持されてもよい。
一例では、筐体内の蒸気レベルは、筐体内に配設された蒸気センサを用いて測定される。筐体内の蒸気レベルは、蒸気センサからの読取り値に基づいて調整されてもよい。
図７は、テストシステムを用いる試験についてのブロック図である。清浄乾燥空気（ＣＤＡ）及びＮ２が、別個のニードル弁を通って清浄装置まで流れる。ＣＤＡ及びＮ２は、３０ｐｓｉまで調節されてもよい。清浄装置の後に、ＣＤＡ及びＮ２は、バブラー、次いでセンサまで流れ、当該センサは、Ｏ２メータ及び蒸気センサを含んでもよい。結果として生じるガスが入力として用いられ、蒸気と混合されてもよい。
図８は、ビーム形状が変化しており、結果として、ＣａＦ２光学構成要素に対して表面損傷及び酸化をもたらしていることを表す。
図９は、部分的に損傷を受けた表面／表面下を示す。
図１０は、ＣａＦ２損傷についての別の説明図である。図１０に示すように、損傷は、ビーム形状変化になることがある。
多くの極性分子が、蒸気として用いられて光学素子損傷を抑制してもよい。例えば、水、メタノール、エチレングリコール、又はエタノールが用いられてもよい。
本開示が、１つ又は複数の特定の実施形態について説明されてきたけれども、本開示の別の実施形態が、本開示の範囲から逸脱することなく成されてもよいことが理解されるであろう。それゆえに、本開示は、添付クレーム及びその合理的な解釈によってのみ限定されると考えられる。
Claims (20)
- システムであって、
光学構成要素と、
前記光学構成要素を囲む筐体と、
前記筐体と流体連通している蒸気源であって、前記蒸気源は、５００ｐｐｍから１５０００ｐｐｍまでの蒸気レベルを有する前記筐体に蒸気を提供し、前記蒸気は、水、メタノール、エチレングリコール、又はエタノールのうちの１つである、蒸気源と、
を備えるシステム。 - 前記光学構成要素は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、又はＢｅＦ２のうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
- 前記光学構成要素は、石英ガラス、石英、ホウ酸塩、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ルチル、サファイヤ、シリコン、ＹＶＯ４、ＳｒＢ４Ｏ７、又はＺｎＳｅのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
- 前記光学構成要素は、ホウ珪酸塩、ＡＭＴＲ及びセレン化亜鉛材料、ＳｒＢ４Ｏ７、又はＹＶＯ４のうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気は水である、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気レベルは、５００ｐｐｍから５０００ｐｐｍ未満までである、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気レベルは、５０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまでである、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気源はバブラーを含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気源は浸透膜を含み、前記浸透膜は、ナフィオン又はポリアミドを含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気源は半透膜を含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気源は、荷電モザイク膜又は双極性膜を含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気源は、ガス源を含み、前記ガス源は、窒素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、クリプトン、アルゴン、キセノン、水素、酸素、圧縮乾燥空気、又はそれらの混合物を提供し、前記ガス源からの前記ガスは、前記蒸気と混合される、請求項１に記載のシステム。
- 前記筐体と流体連通して配設された蒸気センサを更に備え、前記蒸気センサは、一酸化炭素検出器、二酸化炭素検出器、湿度計、又は水素センサのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
- 前記蒸気センサと電子通信しているプロセッサを更に備え、前記プロセッサは、前記蒸気センサからの読取り値に基づいて、前記筐体からのパージガス内の前記蒸気レベルを調整するように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
- 方法であって、
蒸気源から光学構成要素を囲む筐体まで蒸気を流すステップと、
パージガス内の蒸気レベルを５００ｐｐｍから１５０００ｐｐｍまでに維持するステップであって、前記蒸気は、水、メタノール、エチレングリコール、又はエタノールのうちの１つである、ステップと、
を含む方法。 - 前記光学構成要素は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、又はＢｅＦ２のうちの１つである、請求項１５に記載の方法。
- 前記蒸気レベルは、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍ未満までである、請求項１５に記載の方法。
- 前記蒸気レベルは、５０００ｐｐｍ超から１５０００ｐｐｍまでである、請求項１５に記載の方法。
- 前記筐体内に配設された蒸気センサを用いて、前記筐体内の前記蒸気レベルを測定するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記維持するステップは、前記蒸気センサからの読取り値に基づいている、請求項１９に記載の方法。
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