TW202422233A - 殘留氣體分析儀、包含殘留氣體分析儀的投影曝光裝置及殘留氣體分析方法 - Google Patents
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Abstract
一種殘留氣體分析儀，特別係用於分析微影投影曝光裝置中的殘留氣體，包含一質譜儀（27）和一進氣裝置（28、29、24），用於將殘留氣體的成分從真空環境（25）引入至質譜儀（27）。進氣裝置（28、29、24）包含一可切換離子源（28、41）。處於第一開關狀態的離子源（28、41）允許該殘留氣體的離子化成分通過。處於第二開關狀態的離子源（28、41）將殘留氣體的中性成分進行離子化。本發明亦關於一種包含殘留氣體分析儀的投影曝光裝置及殘留氣體分析方法。
Description
本發明涉及一種殘留氣體分析儀，特別係用於分析微影投影曝光裝置中的殘留氣體。本發明還涉及一種包含殘留氣體分析儀的投影曝光裝置，以及一種殘留氣體分析方法。
微影投影曝光裝置用於生產具有特別維小結構的積體電路。將一個暴露於極短波長深紫外光或極紫外光輻射（DUV或EUV輻射）的光罩（遮罩）成像到微影物體上，以將光罩結構轉移至微影物體。
投射曝光設備包含複數個反射鏡，複數個反射鏡處可以將輻射線進行反射。反射鏡具有精確定義的形狀並且被精確定位，以確保光罩影像在微影物體上具有充分的品質。
由於所有氣體對於極短波長紫外光的透射率較低，故此類投影曝光裝置的光學元件在真空環境中進行運作。在投影曝光裝置運行的過程中，極短波長紫外光與真空環境中的殘留氣體相互作用，產生了殘留氣體的離子、自由基或中性（激發態）成分。了解此氣體或電漿的組成對於投影曝光裝置的運行至關重要。如果在裝置設計中指定的殘留氣體組成未符合規定，則可能會導致投影曝光裝置的反射鏡產生劣化效應。
這些劣化效應同時來自於殘留氣體中的離子成分和中性成分。根據已知的殘留氣體分析儀，其無法同時偵測殘留氣體中的離子成分和中性成分。
本發明的目的之一是提出一種殘留氣體分析儀、投影曝光裝置和殘留氣體分析方法，以避免前述不利情況。該目標藉由獨立請求項中的特徵來實現。有利的實施方式在附屬請求項中詳細說明。
本發明係關於一種殘留氣體分析儀，特別用於分析微影投影曝光裝置中的殘留氣體。殘留氣體分析儀包含一質譜儀和一進氣裝置，用於將殘留氣體的成分從真空環境中引入質譜儀中。進氣裝置包含一可切換的離子源。在第一切換狀態下，離子源允許離子化的殘留氣體成分通過。在第二切換狀態下，離子源將殘留氣體的中性成分進行離子化。
本發明基於藉由可切換的離子源實現殘留氣體分析儀的兩種操作模式的概念。在第一切換狀態下，已經存在於真空環境的大氣中的原生離子可以通過離子源並在質譜儀中進行分析。在第二切換狀態下，從真空環境的大氣中生成離子，將其傳輸到質譜儀進行分析。藉由利用這兩種運行模式，可以檢測到殘留氣體的離子化和中性成分。
離子源包含一離子化單元，在離子源處於第二切換狀態時，殘留氣體的中性成分可以被離子化。在離子源的第一切換狀態下，離子化單元可能處於未啟動的狀態。離子化可以基於離子化單元與殘留氣體成分之間的電相互作用進行。在一個實施例中，離子化基於電子離子化。離子化單元可能具有一個藉由電流通過的燈絲，從而使電子從燈絲材料中彈出。可以藉由電場使電子加速，並通過該電場將剩餘氣體的成分進行引導，從而使殘留氣體的成分藉由與電子的相互作用而被離子化。
離子源具有複數個電極，以影響離子的運動方向。可以對這些電極施加電壓，尤其是交流電壓，以將離子引導到質譜儀的方向。這些電極相對於離子源的中央通道置在外圍。由於中央通道淨空以供殘留氣體成分的通過，因此殘留氣體成分可以通過離子源進入質譜儀，而無需太大的阻力。通道的最小直徑較佳大於0.5公分，進一步更佳大於1公分。在離子化單元中形成的離子化容積的最小直徑較佳地至少與通道的最小直徑一樣大。
離子源具有第一電極配置和第二電極配置。 第一電極配置設置在離子源的進氣口和離子化單元之間。第二電極配置設置在離子源和離子源的出氣口之間。可以在離子化單元和第一電極配置之間和/或離子化單元和第二電極配置之間形成熱絕緣，以防止由於離子化單元所導致的電極配置上的熱應力。
在殘留氣體分析儀的運作中，可致動第二電極配置，使得從離子化單元的區域接收離子，並且將離子導向至質譜儀。第二電極配置可在離子源的切換狀態下透過第一電訊號進行致動，並在離子源的第二切換狀態下透過不同的第二電訊號進行致動。
在離子源的第一切換狀態下，第一電極配置和第二電極配置被致動，從而使第一電極配置和第二電極配置共同形成傳輸原生離子進入離子源的離子光學元件(ion optics)。離子光學元件可以將離子從離子源的進氣口導向至出氣口，並將它們導向至質譜儀。
在第二切換狀態下，可致動第一電極配置和/或第二電極配置，從而阻擋原生離子，即阻止原生離子經由離子源進入質譜儀。以此方式，質譜分析可專注在殘留氣體中最初是中性且僅在離子化單元中轉化為離子化狀態的成分上。
殘留氣體分析儀的進氣裝置包含離子傳輸單元。該離子傳輸單元可設計成確保離子在往質譜儀的方向上通過，而不會因為與殘留氣體分析儀的組件接觸而中和這些離子。
離子傳輸單元可配置成使離子沿縱向方位穿過離子傳輸單元。離子傳輸單元的縱向方位對應於離子源的縱向方位。
離子傳輸單元包含由複數個電極構成的電極配置。可對這些電極施加交替電場，以將離子導向至離子傳輸單元的縱向方位的路徑上。每個電極設置在兩個具有相反電位的相鄰電極之間。可以對這些電極施加射頻（RF）電壓，即在無線電頻率區域的交流（AC）電壓。以此種方式，電極配置可以充當離子光學元件，經由光學傳輸元件將離子從進氣端導向至出氣端的離子傳輸單元。
電極配置可以是六極子（hexpole）的形式。六極子可以沿著離子傳輸單元的縱向方位延伸，並且在離子傳輸單元的周圍分佈有六個電極。離子傳輸單元可以由一個單獨的六極子所組成，此六極子延伸至整個離子傳輸單元的長度。也可以在縱向方位上依次配置複數個六極子。
離子傳輸單元設置在殘留氣體分析儀的進氣口和離子源之間。離子傳輸單元可用於將殘留氣體的原生離子導引至離子源的方向。如果離子源處於第一切換狀態，從離子傳輸單元輸出的離子可以通過離子源，然後根據它們的質量/電荷比在質譜儀中進行分析。
在某些情況下，離子源和/或質譜儀無法設置靠近於真空環境。為了能夠在離真空環境較遠的地方進行離子的質譜分析，有利的是當真空傳輸單元的延伸距離至少為20公分，較佳至少為50公分，最佳至少為80公分。在其他實施例中，如果離子源靠近真空環境，則在殘留氣體分析儀的進氣口和離子源之間不需要離子傳輸單元。
離子減速器設置在殘留氣體分析儀的進氣口與離子傳輸單元之間，以調整的減速電壓減緩進入殘留氣體分析儀的原生離子。只有那些進入殘留氣體分析儀時具有足夠動能以克服減速電壓的原生離子，才有助於質譜分析結果。透過這種方式，不僅可以藉由質量來解析，還可以藉由原生離子的動能來解析。
該質譜儀也可以採用飛行時間質量分析儀（TOF分析儀）的形式，特別是帶有正交加速階段的飛行時間質量分析儀。質譜儀的測量範圍可以包含1到500道耳吞，最好是1到1000道耳吞，以便在這個質量範圍內可以記錄完整的質譜。質譜儀的記錄頻率可以高於10 kHz。藉由將複數個質譜記錄進行累加，可以改善躁音訊號比。整個系統的時間分辨率是將光譜傳輸到評估中的頻率乘積。該頻率在0.1 Hz到100 Hz之間。這相對於現有系統是一個明顯的改進，在此系統中，需要幾分鐘來記錄1到200道耳吞的測量範圍內的單個光譜。
殘留氣體分析儀可以包含過濾單元，以過濾掉具有特定質量/電荷比的離子成分。過濾裝置可以過濾進入過濾裝置時仍存在於離子流中的離子，使它們無法對質譜分析做出任何作用。具體地，可以過濾經過濾裝置離子化並在離子流中高密度存在的成分，從而增加質譜儀的動態範圍。在殘留氣體中經常以高濃度存在的成分，例如氫（H
2）或氮（N
2），也可以過濾掉。
過濾單元可採用四極子（quardrupole）形式。藉由施加適當的交流場，可以調節四極子，從而過濾殘留氣體的特定成分，因此對質譜分析不做出貢獻。過濾單元可以設置在離子源與質譜儀之間。過濾單元可以連接到質譜儀，以形成一個共同的組件。
在本案的其他值得關注的實施例中，即殘留氣體中那些電性中性但由於激發電子態而高度反應活躍的成分的檢測。由於與殘留氣體分析儀的組件的影響，在真空環境與質譜儀之間的路徑中，這些成分經常會失去反應活性。
本發明包含藉由將激發的殘留氣體成分置於離子化狀態來檢測這些成分的想法。 由於原始狀態已經是激發電子態，因此提供的較少能量就足以進行離子化。
在一實施例中，離子源包含藉由電場將殘留氣體的電性中性成分離子化的離子化單元。可以調整電場使得殘留氣體中的氫成分（如H
2、H
3等）離子化。離子化的氫成分可以將其他電性中性成分（例如N
2H
+或H
3O
+）轉化為離子化狀態。
離子源包含一個環繞離子化容積延伸的電導體。所謂的離子化容積是指由於離子化單元的效應而發生離子化的體積。特別地，電導體會沿著環繞離子化容積的螺旋路徑延伸。電導體中的電流流動可以產生電場，該電場足以引起場離子化。
電導體可低功率運作，例如在0.2瓦到5瓦之間的功率，較佳在0.5瓦到2瓦之間。已經發現這樣的功率足以產生足夠強度的電場進行場離子化，同時另一方面，可以避免干擾投影曝光裝置的電磁輻射，因此可以向電導體饋送頻率在10 MHz到20 MHz之間的電訊號。
為了避免被激發成分的活性損失，當離子源靠近容器設置時是有利的。相反，離子源和容器之間接近的缺點是容器中的殘留氣體會被離子源的組件移除的材料污染。因此，有利的是，離子源配置成不讓預計移除的材料不會與殘留氣體接觸。 具體地，離子源可以不具有與殘留氣體接觸的電極。
離子源的電導體由例如陶瓷材料組成。 在電導體和離子化容積之間形成隔板。隔板由介電材料組成。 在一個實施例中，隔板由玻璃組成。 陶瓷和玻璃都是能夠承受在真空環境中的氣體條件下能無困難地移除的材料。同樣可以使用對真空環境中存在的條件下具有相同抵抗力的材料。電導體可以用單根電線饋送，這有利於向外連接。
離子源由屏蔽外殼所包圍，以防止干擾性電磁輻射擴散到環境中。屏蔽外殼由管狀金屬外殼形成。在一個實施例中，屏蔽外殼由標準尺寸的真空法蘭（flange）形成，例如CF40適配器法蘭。
離子源具有進氣口，當殘留氣體從真空環境進入離子化容積時，殘留氣體的成分通過進氣口。離子源具有出氣口，當殘留氣體的成分離開離子源時通過該出氣口。屏蔽外殼包含進氣口的屏蔽，從而防止電磁輻射通過進氣口流出。屏蔽外殼包含出氣口的屏蔽，從而防止電磁輻射通過出氣口流出。
在離子源的第一切換狀態中，離子化單元是啟動狀態，從而將存在於離子化容積中的殘留氣體成分離子化。在離子源的第二切換狀態中，離子化單元處於未啟動的狀態，從而不對存在於離子化容積中的殘留氣體成分施加任何離子化影響。殘留氣體的成分可以自由通過離子源。離子化容積可以形成給殘留氣體成分的自由通過的通道。
離子轉移單元設置在離子源和質譜儀之間。離子轉移單元可以具備上述離子轉移單元的一個或多個特點。
殘留氣體分析儀包含控制單元，其用於驅動殘留氣體分析儀的組件。控制單元能夠向離子源發出控制指令，透過這些指令，離子源可以在第一切換狀態和第二切換狀態之間切換。控制單元被設計成可將質譜儀所確定的質譜記錄在記憶單元中，以確保測量的質譜與離子源相對應的切換狀態之間的設定。在第一切換狀態和第二切換狀態之間的切換時間可小於1秒，使得在任何時候都可以迅速且隨時地在殘留氣體分析儀的兩種運行模式之間進行變更。
本發明還涉及一種配備此類殘留氣體分析儀的微影投影曝光裝置。投影曝光裝置包含發射極短波長紫外光的輻射源。極短波長紫外光輻射包含波長介於100奈米至300奈米之間的深紫外光（DUV）輻射，以及波長介於5奈米至100奈米之間，特別是介於5奈米至30奈米之間的極紫外光（EUV）輻射。投影曝光裝置包含曝光系統和投影透鏡，其中曝光系統將極短波長紫外光輻射導入物平面上的物件場，投影透鏡將物件場成像到像平面上。投影曝光系統包含眾多光學元件，利用這些光學元件將極短波長紫外光輻射沿著曝光光束路徑導向像平面。這些光學元件可以採用反射式光學元件的形式。
投影曝光系統的光學組件被包覆在真空外殼內。投影曝光系統包含連接至真空外殼的真空幫浦，真空幫浦被設計用於在真空外殼內產生高真空。高真空的壓力可能在 10
-7至 10
-8mbar 之間。
真空外殼內部可以形成內殼。內殼可以完全或部分包覆部分的曝光光束路徑和/或一個或多個光學元件，從而在真空外殼內形成微環境。這個內殼在宏觀意義上無需具有完全不透氣性。在真空外殼內的高真空條件下，一個在宏觀意義上不具有完全不透氣性的內殼足以在微環境內創建一個明顯不同於真空外殼其餘部分的環境。
在內殼設置用於淨化氣體的連接件，使得可以在微環境中施加與真空外殼的其餘部分不同的氣體。 微環境內的壓力可以處於高真空區域，例如在10
-1毫巴（mbar）和10
-3毫巴（mbar）之間。 淨化氣體可以是氫氣（H
2），其用於去除微環境中的污染物，尤其是去除其中存在的琢面的污染物。內殼中的氣體可以由根據本發明的殘留氣體分析儀檢測的殘留氣體所形成。
殘留氣體分析儀的進氣口設置在內殼中，使得殘留氣體可以從微環境進入殘留氣體分析儀。質譜儀可設於真空外殼的外部。可切換離子源設置在真空外殼內或外。離子在微環境和質譜儀之間所採取的路徑可以在真空管內延伸。真空管指的是一個將其圍護牆內部與真空外殼內的氛圍分隔開來的外殼牆。真空管是指將由殼體壁封閉的內部與真空殼體內的氣體隔開的殼體壁。術語「真空管」並不意味著對殼體壁的特定結構或形狀有任何限制。真空管內部和微環境之間可以存在自由質量傳輸，使得真空管中的氣體基本上對應於微環境中的氣體。內殼體的外壁和真空殼體的外壁之間的距離的主要部分可以由離子轉移單元所佔據。例如，離子轉移單元可以延伸此距離的至少50％，較佳至少70％，進一步更佳至少90％。
本發明還涉及一種殘留氣體分析的方法，特別是在微影投影曝光裝置中的殘留氣體分析方法。在此方法中，殘留氣體的成分被引導從真空環境進入質譜儀。質譜儀與真空環境之間設有離子源，離子源在第一切換狀態下允許已經被離子化的殘留氣體成分通過，並在第二切換狀態下離子化殘留氣體的中性成分。離子源在第一切換狀態和第二切換狀態之間進行切換。記錄第一切換狀態和第二切換狀態的質譜。
本案涵蓋了在本發明的殘留氣體分析儀的背景下描述的方法的進一步發展特徵。同樣，本案也涵蓋了在本發明的方法的背景下描述的殘留氣體分析儀的進一步發展特徵。
以下參考圖式使用最佳實施例來描述本發明。
圖1示出微影蝕刻EUV投影曝光裝置的示意圖。投影曝光裝置包含曝光系統10和投影鏡22。曝光系統10曝光物平面12中的物件場13。投影鏡22用於將物件場13成像到像平面21。
曝光系統10包含曝光輻射源14，其發射在EUV範圍內的電磁輻射，特別是波長在5奈米至30奈米之間。從曝光輻射源14發出的EUV輻射首先由收集器15聚焦到一個中間焦點平面16。
偏轉鏡17將EUV輻射偏轉到第一琢面反射鏡18上。第一琢面反射鏡18之後是第二琢面反射鏡19，其使第一琢面反射鏡18的各個琢面成像到物件場13。
借助投影鏡22的幫助，使用多個反射鏡20將物件場13成像到像平面21中。在物件場13中放置光罩（亦稱為遮罩），光罩成像到位於像平面21中的晶圓的感光層上。
投影曝光裝置中用於反射照明輻射的各種反射鏡採用EUV反射鏡的形式。這些EUV反射鏡具有高反射塗層。這些塗層可以是多層塗層，特別是具有交替的鉬和矽的多層塗層。
投影曝光裝置的各個組件位於真空外殼23內。在投影曝光裝置運行時，真空外殼23的內部會使用真空泵（未顯示）處於高真空狀態，壓力例如為10
-8毫巴。真空外殼23的內部設有圍繞曝光光束路徑的內殼25。
圖1僅示出位於偏轉鏡17和第一琢面反射鏡18之間的內殼25的一部分。實際上，內殼25圍繞光束路徑的其他部分。內殼25被配置為可使曝光光束路徑在各種光學元件17、18、19、20之間穿過，而不會受到內殼25的阻礙。
在宏觀意義上，內殼25未對真空外殼23內部的其餘部分具有完全密閉性的。例如，可以在內殼25與光學元件17、18、19、20之間形成間隙，其允許對光學元件進行機械調整，且曝光光束路徑於此被反射。然而，在真空外殼23中存在的高真空條件下，內殼25使得內殼25內部中的氣體與真空外殼23的其餘部分中的氣體明顯不同。
投影曝光裝置包含淨化氣體連接口（圖1未示出），藉此將氫氣注入內殼25，從而在內殼25的內部形成約為10
-2毫巴量級的部分氫氣分壓。
EUV輻射和氫之間的相互作用產生電漿，形成了離子電漿物質（H+）或自由基電漿物質（H）。氫電漿具有去除設置在內殼25中的光學元件表面上的污染物的效果。這導致例如氫和碳的化合物或者氫和氮的化合物分佈在內殼25的內部殘留氣體中。
根據本發明的殘留氣體分析儀24的目的是為了獲取有關內殼25內部殘留氣體組成的訊息。關注的物質包含存在於殘留氣體中的離子物質和中性物質。圖1示出殘留氣體分析儀24連接至偏轉鏡17和第一琢面反射鏡18之間的內部外殼25區域。投影曝光裝置含多個殘留氣體分析儀24，以便能夠分析內殼25不同區域的殘留氣體組成。
殘留氣體分析儀24包含真空管26，其從內殼25的內部穿過真空外殼23的壁部向外延伸。真空管26的長度為80公分。真空管26具有設置在內殼25中的進氣口，使得內殼25中的殘留氣體與真空管26的內部之間發生氣體交換。真空管26相對於真空外殼23的內部是密封的。
殘留氣體的組分通過真空管26引導至位於真空外殼23外部的質譜儀27，質譜儀將對這些組分的質量和電荷比進行分析。
根據圖2，殘留氣體分析儀24在真空管26內部具有離子減速器29和離子傳輸單元34。真空外殼23外部設置可切換的離子源28和質譜儀27。在殘留氣體分析儀24的第一運行模式中，離子源28處於第一切換狀態，在該狀態下，離子物質藉由離子源28定向到質譜儀。離子減速器29和離子傳輸單元34用於殘留氣體分析儀24的第一運行模式，用於向離子源28供應來自殘留氣體中的原生離子。在殘留氣體分析儀24的第二運行模式中，離子源28處於第二切換狀態，其中殘留氣體的中性成分被中和。殘留氣體的中性成分藉由自由氣體交換滲透至離子源28。在殘留氣體分析儀24的第二運行模式中，離子減速器29和離子傳輸單元30不運作。
首先，將簡要介紹殘留氣體分析儀（residual gas analyser）的第一操作模式下的功能模式。離子減速器29設置在真空管（vacuum tube）26的進氣口附近，使得進入真空管26的原生離子會大量進入離子減速器29的影響區域，而不會與殘留氣體分析儀24的其他組件接觸而被預先中和。根據圖3，離子減速器29包括沿著離子物質的移動方向上連續佈置的四個網格30、31、32、33。對這些網格施加減速電壓，以令當原生離子穿過離子減速器29時能被減速。只有在進入離子減速器29時具有足夠高動能以克服減速電壓的離子物質，才能進一步穿過離子減速器29直至離開。
離子減速器29的長度僅為幾公分，因此在能夠使用質譜儀27檢測原生離子的成分之前，仍需要在真空管26內行進相當長的距離。原生離子穿過離子傳輸單元34繼續在真空管26內傳送。離子傳輸單元34包含一個沿著原生離子運動方向延伸的六極子35。六極子35由均勻分佈在離子傳輸單元34周圍的六根極棒組成，這些極棒交替處於正或負電位。除了交流電壓外，還可以對六極子35施加直流偏壓，以使原生離子保持其優選方向。六極子35作為離子光學元件，將離子物質集中成一束離子束，沿著六極子35的中心軸移動。圖2顯示了一個完整長度的單個六極子35，延伸至整個離子傳輸單元34的長度。或者，也可以在離子傳輸單元34的長軸方向上連續排列多個六極子35。
由於未帶電的物質可以毫不阻礙地穿過離子減速器29，因此在離子傳輸單元34的區域中存在具有高比例氫氣，其與內部外殼25類似。與氫成分碰撞導致離子物質減速，因此離子物質的動能在離子傳輸單元34出口處基本上相當於熱運動。這意味著離子物質在離子傳輸單元34出口處具有一個定義的狀態，這為隨後的質譜分析創造了有利的起點。
設置在真空外殼23外的可切換離子源28緊接在真空管26的末端。在殘留氣體分析儀24的第一操作模式中，可切換離子源28充當離子光學元件，從離子傳輸單元34通過的離子聚焦到質譜儀27的進氣口上。參見圖7，離子光學元件由第一電極配置37和第二電極配置38組成，這些電極配置由電訊號適當地致動。
離子源28還包含離子化單元36，其設計用於對殘留氣體的中性成分進行離子化。在殘留氣體分析儀24的第一操作模式中，離子化單元36是未啟動的，因此來自離子傳輸單元34的離子可以在不受離子化單元36影響的情況下通過離子源28。
在第二操作模式中，殘留氣體分析儀24用來分析殘留氣體的中性成分，這些中性成分已經通過自由氣體交換從內部外殼25進入可切換離子源28。離子化單元36處於啟動狀態，其中離子化單元36的燈絲被供電，從而通過熱電子發射釋放電子。藉由施加電壓，這些氣體透過設定在電離單元36內的電離容積而被加速，從而對殘留氣體的中性成分進行離子化。請參見圖8，第一電極配置37被制動，使原生離子被阻擋且無法進一步穿越到電離容積。第二操作模式中，離子減速器29和離子傳輸單元34不起作用。
質譜儀27也可以採用飛行時間質量分析儀（TOF分析儀）的形式，尤其是帶有正交加速段的飛行時間質量分析儀。質譜儀27的測量範圍可以為1到500道耳吞（dalton），這樣可以在這個質量範圍內記錄完整的質譜。質譜儀的記錄頻率可能大於10千赫茲（kHz）。增加這些質譜可以顯著提高訊噪比。
整個系統的時間解析度是質譜轉移到評估的頻率的產物。這個頻率可以在0.1赫茲至100赫茲之間。這相對於現有系統而言是明顯的改進，因為在現有系統中，需要幾分鐘才能記錄1到200道耳吞測量範圍內的單個質譜。
質譜儀27的進氣口由四極子39組成。四極子39可以過濾高密度離子進入質譜儀27，從而增加質譜儀的動態範圍。特別地，可以針對殘留氣體中具有特定質荷比的個別成分進行有針對性的過濾，例如常常以高分壓存在的氫（H
2）或氮（N
2）成分。藉由施加適當的交流電場，可以調整四極子39，以便選擇性地過濾掉殘留氣體中的特定成分，因此這些成分不會對質譜分析產生任何影響。
殘留氣體分析儀24包含控制單元40，該控制單元40控制殘留氣體分析儀24的組件之間的相互作用。控制單元40向離子源28發送控制命令，以便使離子源28在第一切換狀態和第二切換狀態之間進行切換。控制單元40以這樣的方式儲存從質譜儀27獲得的質譜，使得質譜和離子源28的相應切換狀態之間存在關聯。在第一切換狀態和第二切換狀態之間的切換時間小於1秒，因此可以隨時迅速地在殘留氣體分析儀的兩種運行模式之間進行切換。
圖4顯示由殘留氣體分析儀24生成的質譜圖。水平軸上繪製的是質量對電荷的比值（m/z），而垂直軸上則是以標準化單位表示的強度。所顯示的是由於在進入質譜儀27時的離子物質的定義狀態，根據本發明的殘留氣體分析儀可以實現的非常良好的解析度。例如，在約17道耳吞時，離子物質OH
+、NH
3+和CH
4 +等離子種形成了三個明顯分離的峰。相同的情況也適用於接近18道耳吞的H
2O
+和NH
4 +峰。在傳統方法中，這些峰會在更廣泛的分佈中消失。
圖5顯示一相對應的質譜圖，其中在3道耳吞（H
3 +）處飽和。質譜圖是在四極子39處的射頻電壓為21伏特的情況下記錄的，其結果是大量的H
3 +物質通過四極子濾波器。為了比較，圖6顯示了在四極子39處的射頻電壓為230伏特的情況下的質譜圖，因此H
3 +物質被有效過濾掉，以至於它們在質譜分析方面不再起作用。現在訊號在19道耳吞（H
3O
+）處飽和，這導致分析的動態範圍顯著增加。
圖9顯示根據本發明的殘留氣體分析儀24的另一實施例，其中可切換的離子源41位於內部外殼25和離子傳輸單元34之間。如圖10所示，離子源41包含由玻璃管42和包圍玻璃管42的陶瓷材料製成的螺旋導體43所形成的離子化單元。玻璃管42封閉了與離子傳輸單元34對齊的中央通道。中央通道形成了離子化單元的離子化容積。玻璃和陶瓷是在給定條件下不會產生需要移除的材料，因此避免了殘留氣體環境中的雜質。
在第一切換狀態下，離子源41處於未啟動的狀態，因此殘留氣體的成分可以無阻礙地通過離子源41，並且可以通過自由氣體交換進入質譜儀27，接著可以按照上述描述進行質譜分析。
在第二切換狀態下，對導體43施加電壓，使其充當螺旋諧振器。已處於激發狀態的殘留氣體的中性成分會透過場電離進行離子化，離子化的物質穿透到離子傳輸單元34的進氣側，如上述所述，它們被傳送到質譜儀27，那裡藉由質量-電荷比進行分析。
圖11顯示使用殘留氣體分析儀記錄的氫氣中的螺旋諧振器電漿的質譜圖。由於氫氣是主要成分，因此電漿由帶電載體如H
2 +和H
3 +主導。這兩種帶電載體都能夠通過電荷轉移離子化微量區域中的其他中性物質，這可以從氮（N
2H
+）和水（H
3O
+）的附加訊號中看出。
10:曝光系統
24:殘留氣體分析儀
12:物平面
25:內部外殼
13:物件場
26:真空管
14:曝光輻射源
27:質譜儀
15:收集器
28:離子源
16:中間焦點平面
29:離子減速器
17:光學元件
30:網格
18:光學元件
31:網格
19:光學元件
32:網格
20:光學元件:
33:網格
21:像平面
34:離子傳輸單元
22:投影鏡
35:六極子
23:真空外殼
36:離子化單元
37:第一電極配置
38:第二電極配置
39:四極子
40:控制單元
41:離子源
42:玻璃管
43:導體
圖1：根據本發明的投影曝光裝置的實施例。
圖2：根據本發明的殘留氣體分析儀的實施例。
圖3：圖2中的離子減速器的放大示意圖。
圖4：根據本發明的殘留氣體分析儀記錄的質譜圖。
圖5：未使用低質量過濾器記錄的質譜圖。
圖6：使用低質量過濾器記錄的質譜圖。
圖7：圖2中的離子源的第一切換狀態的示意圖。
圖8：圖2中的離子源的第二切換狀態的示意圖。
圖9：根據本發明的殘留氣體分析儀的另一實施例。
圖10：圖9的離子源的示意圖。
圖11：使用圖9的殘留氣體分析儀記錄的質譜圖。
23:真空外殼
24:殘留氣體分析儀
25:內部外殼
26:真空管
27:質譜儀
28:離子源
29:離子減速器
30:網格
31:網格
32:網格
33:網格
34:離子傳輸單元
35:六極子
36:離子化單元
37:第一電極配置
38:第二電極配置
39:四極子
Claims (16)
- 一種殘留氣體分析儀，特別用於分析微影投影曝光裝置中的殘留氣體，包含一質譜儀（27）和一進氣裝置（28、29、24），用於將該殘留氣體的成分從真空環境（25）引入至該質譜儀（27），其中該進氣裝置（28、29、24）包含一可切換離子源（28、41），其中處於第一開關狀態的該離子源（28、41）允許該殘留氣體的離子化成分通過，並且其中處於第二開關狀態的該離子源（28、41）將該殘留氣體的中性成分進行離子化。
- 如請求項1所述之殘留氣體分析儀，其中該離子源（28）包含一離子化單元（36、43），其藉由電性相互作用將殘留氣體的成分進行離子化。
- 如請求項2所述之殘留氣體分析儀，其中該離子源（28）包含一第一電極配置（37）和一第二電極配置（38），其中該第一電極配置（37）設置在該離子源（28）的一進氣口和該離子化單元（36）之間，且其中該第二電極配置（38）設置在該離子化單元（36）和該離子源的一出氣口之間。
- 如請求項3所述之殘留氣體分析儀，其中在該第一開關狀態下，該第一電極配置（37）和該第二電極配置（38）共同形成傳輸離子進入該離子源（28）的離子光學元件。
- 如請求項3或4所述之殘留氣體分析儀，其中在該第二開關狀態下，致動該第一電極配置及/或第二電極配置（37、38），以阻擋原生離子。
- 如請求項1至5中任一項所述之殘留氣體分析儀，其中該進氣裝置（28、29、34）包含設置在該殘留氣體分析儀的一進氣口與該質譜儀（27）之間的一離子傳輸單元（34）。
- 如請求項6所述之殘留氣體分析儀，其中該離子傳輸單元（34）的延伸距離至少為20公分，較佳至少50公分，更佳至少80公分。
- 如請求項1至7中任一項所述之殘留氣體分析儀，其中一離子減速器（29）設置在該殘留氣體分析儀的該進氣口和該離子傳輸單元（34）之間，以可調的減速電壓來減緩進入該殘留氣體分析儀的原生離子。
- 如請求項1、7和8中任一項所述之殘留氣體分析儀，其中該離子源（41）包含離子化單元，其藉由電場將殘留氣體的中性成分進行離子化。
- 如請求項9所述之殘留氣體分析儀，其中該離子化單元包含由陶瓷材料組成的電導體（43）。
- 如請求項9或10所述之殘留氣體分析儀，其中該離子傳輸單元（34）設置在該離子源（41）和該質譜儀（27）之間。
- 如請求項1至11中任一項所述之殘留氣體分析儀，其中該質譜儀（27）採用飛行時間質量分析儀的形式，尤其是具有正交加速階段的飛行時間量分析儀。
- 如請求項1至12任一項所述之殘留氣體分析儀，進一步包含一控制單元（40），用於致動該離子源（28、41），使得該離子源（28、41）在該第一開關狀態和該第二開關狀態之間進行切換。
- 一種投影曝光裝置，包含輻射源（14），其用於發射極短波長的紫外光，並具有複數個光學元件（17、18、19、20），以引導沿著曝光光束路徑發射的輻射進入像平面（21），其中該光學元件（17、18、19、20）配置在真空外殼（23）中，並且該投影曝光裝置包含如請求項1至13中任一項所述之殘留氣體分析儀（24）。
- 如請求項14所述之投影曝光裝置，其中一內殼（25）設置在該真空外殼（23）的內部，其內部氣體與真空外殼（23）的其餘部分不同，且該殘留氣體分析儀（24）的進氣口設置在該內殼（25）內。
- 一種殘留氣體的分析方法，特別對於微影投影曝光裝置中的殘留氣體，包含將該殘留氣體的成分從真空環境（25）導入質譜儀（27），其中一離子源（28、41）設置在該真空環境（25）與該質譜儀（27）之間，使得該殘留氣體的離子成分在第一開關狀態下通過，並在第二開關狀態下將殘留氣體的中性成分進行離子化，其中該離子源（28、41）在第一開關狀態和第二開關狀態之間進行切換，且該質譜儀對該第一開關狀態和該第二開關狀態進行記錄。
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