TW200306461A - Method and device for decontaminating optical surfaces - Google Patents

Description

200306461 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係關於淨化在潔淨環境中應用uv-射線之光束引 導光學裝置表面之方法及裝置。此形式之方法及裝置用於 例如淨化光束導引光學裝置（如應用在微影成像投影曝光 系統上者）之鏡片及其他光學元件之表面。 先前技術 在應用波長範圍為約100 nm至約300 nm之深紫外線 (DUV)光譜範圍之極短波長射線（特別是應用例如157 nm 雷射射線）作操作之現代微影成像投影曝光系統之情況 中，由照射射線黏在其光束引導光學裝置之表面上之存在 雜質容易引起因吸收及/或散射之可注意的一嚴重的問 題。打算以淨化方法移除這類雜質，或至少減少其存在至 可接受之水準。 為了此一目的之淨化方法及結合至微影成像投影曝光 系統之相關淨化裝置揭示於德國專利公告案DE 198 30 438 A1中。在其應用技術之情況中，除了 DUV激光雷射作為 曝光源之外，亦提供第二個UV光源（如寬頻DUV激光雷射 或222-nm UV激光燈）作為淨化光源。結合投影曝光系統之 淨化光源在暫停應用曝光源時作用《同時，清潔氣體氣流 吹在欲清潔之表面上，此處建議應用含臭氧或氧之氣體的 氣流。後者解釋為氧含量超過空氣之氣體的氣流。因為此 特別方法以假定得到適當之清潔效應要求在清潔氣體之 氣流中相符之高氧濃度。 200306461

(2) 此一應用結合UV_射線及富氧或富臭氧氣體之清潔效 應在淨化基板表面（如破璃基板及晶圓之表面）之情況中 亦為習知的。參照例如日本專利公告案JP 07-288109 A。此 處建議結合波長為例如172 nm之Xe-激光雷射輻射與含臭 氧之清潔氣氛或空氣之氣氛。氧之目的為氧化有機雜質並 形成需要濃度之親水基。用作清潔目的之波長約172 nm之 UV-射線因氧之高吸收而範圍較短之事實。藉移動欲清潔 表面至足夠靠近（如在小於3 mm)用於清潔之UV光源或應 用較長波長之UV-射線（如波長為185 nm或254 nm之UV-射 線）作清潔目的解決。 雖然清潔設計作引導波長為如157 nm之較短波長雷射 射線之光束引導光學裝置之表面使用相當波長之雷射輻 射為可能的，實際上，其為非常困難之步驟且限制在只覆 蓋幾平方毫米之欲清潔表面之較小面積。 發明内客 本發明提出之技術問題提供一開始提及形式之方法及 裝置，因此裝置之光束導引光學裝置之表面（特別是引導 在波長為157 nm及更少放射之DUV-雷射之光束之裝置）與 較小努力且可靠地淨化帶有之妨害的雜質，甚至在雜質妨 害大面積時。 本發明以提供淨化光束引導光學裝置之表面（特別是微 影成像投影曝光系統之光學元件表面）之觀念解決此問 題，此處欲清潔之表面在清潔氣氛中以UV-射線照射清 潔，其中用於清潔之UV-射線波長在氧強烈吸收之光譜範 200306461 (3) 圍内且清潔氣氛之氧濃度小於空氣。在另一觀念中本發明 提供淨化具一或多個清潔目的之產生UV-射線之UV輻射 源及提供預定清潔氣氛之裝置之光束引導光學裝置表面 (特別是微影成像投影曝光系統之光學元件表面），其中用 於清潔之UV-射線波長在氧強烈吸收之光譜範圍内且提供 清潔氣氛之裝置設計成氧濃度小於空氣中之清潔氣氛。 根據本發明，波長在特徵為氧強烈吸收之光譜範圍内之 UV-射線提供作為淨化目的，因氧之高吸收引起之淨化射 線之短範圍之問題藉利用小於空氣中之較低氧濃度之清 潔氣氛處理。研究顯示結合這樣之淨化射線與具低氧含量 或無氧含量之清潔氣氛將允許達到適當之清潔作用，甚至 在光束引導光學裝置已設計成引導波長為如157 nm之短 波長UV雷射光之情況中達到’如應用在以DUV-射線操作 之微影成像投影曝光系統者之情況。 在本發明之較佳具體實施例中，在清潔氣氛中氧含量維 持在小於1%，以小於0.1%較佳。 在本發明之有益具體實施例中，淨化射線由波長為172 nm之Xe-放電燈或低壓汞燈產生。在任一情況中，為達成 適當清潔作用要求之努力小於當應用波長約157 nm之短 波長雷射射線時要求之努力。 有利具體實施例之淨化裝置包括具清潔部分之清潔 置’其置於其中之該部分（如光學元件）作清潔表面之目 的。保持一定間隔並在清潔部分上作用之幾個照射器 用於清潔，此處具低氧含量或無氧含量之清潔氣體之氣流 200306461

(4) 可引導覆蓋整個清潔部分。 在本發明之另一有利改良上，淨化裝置結合至光學模組 使其光學元件表面在模組啟用後偶爾清潔。光學模組可為 微影成像投影曝光系統之一部分，使其光學元件表面在需 要時可清潔。 實施方式 圖1描繪本發明必要之淨化光學元件表面之裝置的一部 分。如圖1中顯現之圖形所描述，淨化裝置含有密封清潔 室1，在其中幾個UV-照射器2按一定之間隔安置在室1之頂 邊，使其向作為清潔部分之室之中央部分照射UV-射線。 光學元件可置於清潔部分以淨化或清潔其表面β如其實 例，圖1完整地描繪鏡片3，並包括其相關之支架。清潔氣 體之流動可引導覆蓋整個室1之清潔部分，對此提供該室 位於室之一侧之第一部分内之氣體注入口 4及位於室之另 一侧之第二部分内之氣體出口 5 ^相關之氣體供應系統及 氣體排 以具 放射激 照射器 之強度 面積表 可允許 裝適當 顯地， 出系統為傳統形式’而因此未明示在圖1中。 中心波長為172 rnn光譜頻寬為約13 nm之連續形式 光射線之氙放電燈作為UV·照射器2。由於幾個uv_ 2之間隔安排，淨化射線在不同角度並以高度均句 分佈照射清潔部分使欲清潔之個別光學元件3之大 面面對UV-照射器2，可藉潘A & J精4化射線均句地照射β這 可靠清潔實質上之平面及陡峭 ★沙各七 巧 < 曲面。可在背面安 之反射器以增加照射水準。沾a 現包含之特別應用，明 UV·照射器2可由不同之方法八 々承分佈在清潔室1之適當 -10· 200306461

位置，取代分怖在室1之一側。 在清潔部分中以提供一載體（未顯示）較佳。欲清潔之光 學元件3裝置在此載體上且其裝在室1内使其高度可調 整，如圖1雙頭箭頭Η象徵性的指示。若需要亦提供此載 體之其他動作能力，如使其允許在室1之清潔部分内旋轉 欲清潔之光學元件3。

選定作UV-照射器2之放射波長（172 nm)已證實對產生臭 氧特別有效，因為其接近分子氧（02)之最大吸收。用於此 目的之Xe-放電燈有高UV-射線效率，這保持欲清潔之光學 元件3之熱負載低。種種型號之適當Xe-激光照射器可購自 例如德國之Radium公司。可應用放射線接近185 nm及254 nm之低壓汞燈，然而其光譜強度在極深紫外線（VUV)之光 譜區域内低於Xe-放電燈。

氧分子對Xe-放電燈2放射波長約172 nm之UV-射線的吸 收係數大略為5 cnT1，這符合在純氧分子中入射強度減半 為1.4 mm而在空氣中為7 mm之範圍。範圍為0 %至與空氣一 樣之任意濃度之分子氧用作清潔氣氛。以不超過約1 %較 佳而以甚至不超過0. 1 %更佳，視包含之特別應用而定。 後面之值產生對入射強度減半之範圍為10 cm或更大，這 允許容易地以足夠高強度之淨化射線照射甚至陡峭之曲 面及/或小模組組件之表面，藉此適當地將其清潔。頃發 現甚至重度污染表面可使氧濃度為約0,1%有效地清潔。與 要求（低）濃度氧混合之極高純度惰性氣體（如氮）之氣流 作為引導覆蓋整個清潔部分之清潔氣體之氣流。 -11 - 200306461

(6) 欲除去之雜質主要為煙（my)及水（仏0)，其可例如影響 在VUV光譜區域内操作之微影成像光學裝置之性能。在炉 之細微雜質之情沉中’頃發現常常根本不需要添加任何氧 至惰性清潔氣體之氣/乱’此處其殘留氧含量之範園為口有 數ppm至低到〇2濃度小於0.1 ppm之幾乎無氧氣氛。之後 172-nm淨化射線之範圍不再受吸收之限制，而將單獨由 UV-照射器2之幾何排列決定》 為維持清潔之清潔氣氛，清潔室i之壁由抗vuv•射線之 材料（如去油脂、電抛光之不銹鋼）製造。清潔氣體之氣流 之適當流動速率之範圍為如5 1(STP)/分鐘（5 slm)至5〇 1(STp)/ 分鐘（50 slm)。清潔氣體注入口 4可用氣體淋浴頭之形式配 置，這允許以控制之方法引導清潔空氣至欲清潔之表面。 在極低氧濃度下清潔動作藉應用uv-射線對活化或打破 烴分子之鍵結有贡獻’《後―些以（CxHy)之形式解吸收 而一些以存在之任何殘留氧形成之臭氧氧化成c〇2&H2〇 之後解吸收。頃發現使用結合照射大表面區域之整列uv_ 照射器2與具低氧含量或無氧含量之清潔氣氛允許有效並 經濟地淨化光學元件及以適當方法由^元件安排之模 組。、與使用157-饋雷射照射之清潔相比較，這裏應用之淨 化万法較容易使用且允許清潔不限於幾咖2之較大區域。 圖2及3以有形、圖形、騎之清潔結果確認前面有關使 用—本發明可得到之清潔作用之陳述。圖2特別地描繪一系 j試驗果’其中以柷反射塗層塗佈相同形式之光學元 件表面以172-nmXe-激光輕射如上述應用不同氧分壓之清 •12· 200306461

⑺ 潔氣氛清潔。如波長函數之準直化射線之清潔光學元件之 總透光率0丁（即入射強度之反射部分R及穿過部分T之算 術和）隨後在波長範圍擴大為120 nm至230 nm測定，此處應 用範園為〇,34%至15.8%之四種不同氧濃度之清潔氣氛。如 讦由圖2所見，在四種情況中得到相似、良好之清潔作用， 其對157-nm之雷射射線產生總透光率gt為約80%且隨較 長之波長增加，最後達到接近1〇〇〇/0。 圖3描繪比較根據本發明之清潔步驟與只適合小區域之 更多問題之157-nm雷射射線。結果描繪在圖3之一系列試 驗以使用應用172-nm Xe-激光射線之根據本發明之清潔方 法清潔塗佈抗反射塗層之光學元件及應用能量密度為2 mJ/Cm2之157_nm雷射射線之清潔方法為基礎。圖3描述其個 別之清潔作用，其以光學元件之透光率為基礎，隨後結論 為清潔方法為其應用照射期間之長度的函數。如圖3可 見，應用較簡單設定並使用l72-nm Xe-激光射線之根據本 發明之清潔過程產與較困難設定及使用157-nm雷射射線 者相當之良好清潔作用，此處亦見到根據本發明之淨化方 法產生甚至比較長照射期間之競爭方法較佳之透光率。 雖然在圖1所示之樣品具體實施例中，淨化裝置在其用 於光束導引目的前作為相關光學系統之清潔室1内之個別 光學元件或模組，本發明之另一具體實施例允許以根據本 發明之方法淨化光束引導光學裝置，其至在已組裝並在使 用時。在這樣之情況中，淨化裝置形成含光束引導光學裝 置之裝置之必要部分。例如，淨化裝置可為微影成像投影 -13· 200306461

⑻ 曝光系統之一部分；在其中，如在其他淨化裝置之情況中 (如符合在開始敘述而因此不需要進一步描寫及解釋之技 藝之狀態者），一或多個uv-淨化射線源已定位在適當位置 且提供清潔氣體排出系統。在此一情況中，投影曝光系統 之鏡片及光學元件偶爾可作應用如172-nm Xe-激光射線結 合具低氧含量或不具氧含量之清潔氣體之氣流的表面淨 化方法，在製造操作進行之前、之時，與在塗佈過程後及 在曝光系統作用後組合及對位光學裝置之時與之後進行。 圖式簡單說明 本發明之有利具體實施例已藉圖式描述。這些圖示描 繪： 圖1 淨化欲安裝光學元件表面之清潔室的圖形化侧視 圖， 圖2 在圖1所示裝置在種種氧分壓之清潔氣氛中清潔 之光學元件之總透光率對波長之圖，及 圖3 比較在圖1所示裝置中淨化之光學元件之透光率 與使用157-nm雷射輻射淨化之光學元件之透光率 對淨化期間之圖》 圖式代表符號說明 1 密封清潔室 2 UV照射器 3 鏡片 4 氣體注入口 5 氣體出口 •14-

Claims (1)

1. 200306461 拾、申請專利範圍 1 一種淨化光束引導光學裝置之表面方法，特別是淨化 微影成像投影曝光系統之光學元件之表面，此處 - 欲清潔表面在清潔氣氛中以UV-射線照射， 其中 - 用於清潔UV-射線之波長在氧強烈吸收之光譜範圍 内且該清潔氣氛之氧濃度小於空氣之氧濃度。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在清潔氣氛中之氧 濃度小於1%，以小於0.1%較佳。 3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該用於清潔之 UV-射線為波長範圍在172 nm附近之Xe-放電燈之激光 射線或低壓Hg燈之射線。 4 一種淨化光束引導光學裝置之表面的裝置，特別是淨 化微影成像投影曝光系統之光學元件的表面，其具有 一或多個產生清潔目的之UV-射線之UV-射線源（2)及 提供預定清潔氣氛之裝置（4、5)， 其中 用於清潔之UV-射線之波長在氧強烈吸收之光譜範 圍且該提供清潔氣氛之裝置設計成提供氧濃度小於空 氣之清潔氣氛。 5 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該提供清潔氣氛之 裝置設計成提供氧濃度小於1 %之清潔氣氛，以小於 0.1%較佳。 6.如申請專利範圍第4或5項之裝置，其中每一 UV-射線源 200306461 申諸專利範園續頁 含有放射波長為約172 nm之Xe-放電燈或低壓Hg燈。 7.如申請專利範圍第4或5項之裝置，其有一個具清潔部 分之清潔室（1 )，欲清潔之個別物件可置於其中，且含 有按特定間隔裝置在該清潔室内作用在該清潔部分之 幾個UV-射線源（2)，且該裝置提供含引導清潔氣體之氣 流覆蓋該清潔部分之裝置清潔氣氛。 8 如申請專利範圍第4或5項之裝置，其結合一種光學模 組。 9.如申請專利範圍第8項之裝置，其中該光學模組為微影 成像投影曝光系統之一部分。