TWI430043B - 具有減少污染之用於遠紫外線（ｅｕｖ）微影之裝置 - Google Patents

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Stephan Muellender
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Description

具有減少污染之用於遠紫外線(EUV)微影之裝置
本發明大體而言係關於光學配置，尤指遠紫外線(EUV)微影之投影曝光裝置，其包含一封閉一內部空間之外殼，配置於該外殼中之至少一尤指反射光學元件的光學元件，及用於在內部空間中產生真空之至少一真空產生單元。本發明進一步關於具有基板及導電多層系統之反射光學元件，該導電多層系統在面向基板的一側上包含反射光學表面。
在外殼之內部空間中於真空條件下操作光學元件的光學配置以不同方式為已知的。通常，在EUV投影曝光裝置中，因為在如此等應用中所使用之大約13 nm的波長處，尚未發現提供足夠透射之光學材料，所以使用尤指鏡面之反射元件作為光學元件。在該等投影照明器具中，因為多層鏡面之使用壽命(service life)受到污染粒子或氣體之限制，所以有必要於真空中操作鏡面。為了此效果，已知將光學元件分成藉由分隔壁予以劃分之三個或三個以上的互連之外殼部分，亦即，具有光源及用於使照明輻射聚焦之集光器之第一外殼部分、具有照明系統的第二外殼部分，以及具有投影光學器件(optics)之第三外殼部分，該等外殼部分內之壓力經選擇為彼此不同，如US 2005/0030504 A1中所詳細描述，該案的全部內容由此以引用方式被併入。在本申請案之情況下，術語"外殼"係指EUV投影曝光裝置整體之外殼，且係指該裝置之部分區域，尤指上文提及之外殼部分中之一者。
於真空條件下操作該等EUV投影曝光裝置或其個別外殼部分，其中在使用動態氣鎖(DGL)減少來自抗蝕劑之釋氣產物(outgassing product)的情況下，有可能達成10－1 mbar(毫巴)及以上之氫分壓(partial hydrogen pressure)，然而通常達成大約10－3 mbar及以下之(總)壓力。在後一壓力區域中，分子運動為自由的，亦即，污染氣體可能在整個系統內傳播。因此，可達成之污染氣體分壓受到真空容器之所有組件的限制，該等組件存在於光學表面周圍或較為遠離光學表面。在本申請案之情況下，將污染氣體定義為易於在光學表面上形成沈積物(尤其在曝露於EUV輻射時)之氣體。就此而言，認為具有100 amu或以上之原子質量之非揮發性烴是污染物質，而一般具有100 amu以下之原子質量的揮發性烴(例如甲烷(CH4 ))即使在用EUV光對其進行輻射時通常仍保持為揮發性的，且因此不在光學表面上形成沈積物。
已知所有類型之原子、分子及化合物均具有到達光學表面及黏附於光學表面之特定機率。連同輻射進來之EUV光及因此而產生之光電子(尤指二次電子)，存在此等原子、分子或化合物與光學表面反應的特定機率，此引起污染之增加、增加之損害及相關聯之鏡面之反射損失，且因此總體上引起光學器件之透射損失。此外，作為溫度升高、光輻射或電子輻射之結果，黏附分子可使其自身與表面(例如，腔室壁等等)分開。此外，污染物亦可沈積於光學表面上，因為光電子(尤指二次電子)在光學表面上產生過量電荷，過量電荷吸引帶電的污染粒子。
亦已知藉由使光學表面與清洗劑(尤指與清洗氣體)接觸而至少部分地移除黏附於光學表面之污染物質。以此方式，可藉由使用原子氫作為清洗氣體而自光學表面移除碳污染。然而，歸因於原子氫不僅與碳高度反應而且亦與存在於光學表面之環境中的其他物質(尤其是藉由形成金屬氫化物而與金屬)高度反應之事實，此等組份由於清洗本身而釋放之污染物可能黏附於光學表面。
本發明之目標為提供引言中所提及之類型的光學配置以及引言中所提及之類型的反射光學元件，其中污染物之黏附得以減少。
根據本發明之第一態樣，達到此目標，因為光學配置包含一配置於外殼之內部空間中且至少封閉光學元件之光學表面的真空外殼，其中一污染減少單元與該真空外殼相關聯，該污染減少單元至少在光學表面附近相對於內部空間中之污染物質之分壓減小污染物質(尤指水及/或烴)之分壓。
在當前技術狀態中，個別光學表面不與光學配置之所有其他非光學材料分離，其可(例如)分別包含於EUV光學器件中及相關聯之微影曝光裝置中。因此，在彼配置中，真空條件不受光學元件自身的限制，而是受到真空系統之所有其他組件的限制。此配置之劣勢尤其在於，真空環境中使用的大多數材料不可烘焙以致於外殼中絕對可達成之真空壓力受到此等材料之釋氣(outgassing)的限制。
本發明因此提議至少部分地將光學表面與存在於外殼之剩餘內部空間中之非光學材料屏蔽(亦即，藉由在內部空間中提供至少一額外真空外殼)。另一方面，僅僅提供用於劃分內部空間之分隔壁本身不能使分離光學表面與釋出污染物質之非光學元件成為可能，尤其在該等光學元件不可烘焙的情況下。額外真空外殼較佳經置放於光學元件上或相關聯之安裝台(mount)上，且至少封閉光學表面之區域，其中尤其使含有該光學元件的部分體積與外殼之內部空間分離。由於可傾斜光學元件之使用在EUV投影曝光裝置中頻繁發生，因此真空外殼經附著以使得真空外殼與光學元件之表面之間(在需要時)保持小於5 mm，較佳地小於3 mm，尤其較佳地小於1 mm的非常小之間隙，該間隙提供用於使光學元件傾斜之必要餘隙，或者在彼位置中安裝有可撓性真空組件(例如，尤指金屬波紋管)。在有利布局中，此等開口關於面積及長度具有專用形狀以盡可能多地減少/抑制污染物自真空外殼之外部向內部之擴散及/或轉移。
同時，污染減少單元在很大程度上防止存在於真空外殼中或進入該真空外殼之任何污染粒子/分子到達光學表面。本發明因此導致在光學元件之表面附近的污染減少，因為在光學表面周圍產生數目減少了的污染粒子/分子的微環境(亦即，超高真空)，以使得較少粒子/分子可沈積在光學表面上。
為了此效果，減少表面附近的污染粒子/分子之分壓且以此方式(就此等物質而言)達成關於污染物分壓之更好的真空(與存在於外殼之剩餘內部空間中及/或真空外殼之剩餘內部空間中的真空相比)為足夠的。在本申請案之情況下，術語光學表面"附近"係關於距表面小於1 cm，較佳小於0.5 cm之距離，且特定言之，其亦關於表面自身。表面附近污染物之分壓愈低，污染增長之機率及相關聯之對光學表面之損害發生之機率愈不可能。
在尤其較佳之實施例中，污染減少單元包含使用較佳為He、Ne、Ar、Kr、Xe或H2 、N2 或其混合物之惰性氣體來淨化真空外殼之至少部分區域的淨化單元。在此配置中，較佳在自由分子運動之區域以外藉由在10－3 mbar至10 mbar，較佳在10－2 mbar與10－1 mbar之間的淨化氣體之分壓區域中帶走污染物而執行使用惰性氣體之淨化。在此配置中，有可能使用淨化單元在真空外殼之部分區域中產生一流，該流使污染粒子/分子遠離光學表面。可使用諸如逆流、擴散減少等等之並行物理過程來抑制污染物分子自外部進入微環境。在淨化單元之操作期間，在上文陳述之壓力區域中，污染物質(例如)由該流帶走，其中在此配置中，儘管總壓力增加，但在經淨化之區域中，向光學組件之擴散未顯著增加或者甚至得以減少。
另外，淨化氣體之選擇亦取決於其化學反應性，例如，關於減少污染物分子在光學表面之頂部上的黏附。然而，應注意，分別對淨化氣體之類型及組成以及對分壓之選擇亦需關於EUV輻射之透射行為(亦即，進入之氣體分子的EUV光吸收)且關於其與光學鏡面表面的化學反應性予以適當地調適，尤其是在EUV光曝光期間。因此待設定之淨化流為所應用之氣體之吸收能力關於EUV輻射、關於其化學反應性及關於其與任何可能污染物之相互作用係數的函數。有可能藉由使用專用吸取單元而自真空外殼移除淨化氣體流之污染物，該吸取單元可連接至真空泵或可簡單地經實施為用於移除污染物的真空外殼中之開口以產生自真空外殼之內部至外部之淨化氣體流。
在設計淨化氣體流中，大量變化為可能的。可(例如)藉由真空單元經由平行於光學表面之入口使淨化氣體計量式進入，且理想地可在與淨化氣體入口相對(亦關於光學表面而平行)之側將淨化氣體抽出。作為淨化單元之結果，亦有可能減少污染減少單元之吸取單元的數目，因為在光學元件附近有可能在無泵單元或某一其他污染減少選項的情況下操作，且替代地產生朝向較為遠離之吸取單元之氣流，該吸取單元藉由吸取而自真空外殼之內部移除污染物質。如上文所述，在真空外殼內部之總壓力(歸因於淨化氣體)大於真空外殼外部之壓力的情況下，可將吸取單元實施為真空外殼中之開口，以使得可產生自真空外殼之內部至外部的淨化氣體流。特定言之，亦有可能產生進入外殼之內部空間中之氣流，以使得真空產生單元藉由吸取而自外殼移除污染物質。
在較佳改良中，一出口經提供於真空外殼中，其充當用於產生自真空外殼之內部至內部空間之淨化氣體流的吸取單元，該出口之布局較佳經選擇以防止污染物質自內部空間至真空外殼之內部的擴散。應選擇出口(尤其是在微環境中不可避免的出口，其作為(例如)真空外殼之光入口及出口)之布局(例如，直徑，長度等等)以便達成最佳污染抑制。應選擇出口之布局(尤指面積及長度)以盡可能多地減少污染物自真空外殼之外部向內部之擴散及/或轉移。此可(例如)藉由以具有適當長度及直徑之管狀形狀來實施出口而得以完成，該出口充當用於減少污染物質自真空外殼之外部至內部之擴散的閥。熟習此項技術者應瞭解，根據流體動力學法則，允許減少污染物質自真空外殼之外部至其內部之擴散的其他實施出口之方式為可能的。
在高度較佳之實施例中，光學配置進一步包含清洗頭，其用於將清洗氣體之噴柱引導至光學表面以自光學表面移除污染物質。藉由使得光學表面與清洗氣體接觸，可在將非揮發性污染物轉換為氣態物質之化學反應中移除附著至光學表面之污染物質。以此方式，藉由使用原子氫作為清洗氣體，其形成(例如)甲烷(CH4 )作為可自光學表面被傳送走之氣態物質，可自光學表面移除碳污染。應瞭解，化學反應所產生之氣態物質通常不升高接近於光學表面的污染物質之分壓，因為此等氣體不具有黏附至光學表面之傾向。
因為諸如原子氫之清洗氣體不僅與碳而且亦與可能存在於光學表面之環境中的諸如Sn、Zn、Mn、Na、P、S之其他物質高度反應，所以可藉由此等材料與原子氫之化學反應而形成揮發性Sn化合物、Zn化合物、Mn化合物、Na化合物、P化合物、S化合物。此等揮發性化合物黏附至光學表面的機率一般較高，尤其在使用釕或其他金屬頂蓋作為反射光學元件之多層系統之頂蓋層時。因此，應將清洗頭配置為盡可能接近於光學表面，且應將清洗氣體之分布應主要限制於反射表面(較佳在表面處為均勻的)以使得清洗氣體與環境之反應可得以減少。因此，在真空外殼內部提供清洗噴柱之密封為有利的。
在較佳改良中，清洗頭包含一活化單元，其用於藉由至少部分地活化淨化氣體(較佳為分子氫)流而產生清洗氣體之噴柱。在此情況下，清洗頭亦可用作淨化氣體之入口，亦即，清洗頭所提供之氣體噴柱包含清洗氣體與未經活化之(惰性)淨化氣體的混合物。藉由使用提供清洗氣體與淨化氣體之氣體噴柱，可產生用以傳送走可能污染物的朝向吸取單元之專用流。在原子氫清洗之情況下，淨化氣體亦可為分子氫，在使用高達2000(標準立方公分/分鐘)或更高之通量時，可以相對較低之裂解效率使分子氫裂解以形成原子氫。活化單元較佳包含用於使分子氫(於通常高達2400℃之溫度下)裂解的經加熱之細絲。
在另一較佳實施例中，真空外殼至少在其內部上之一部分區域中包含具有較低原子氫重組速率之材料，較佳為玻璃，尤指石英玻璃。以此方式，可減少在真空外殼之數個壁處原子氫至分子氫之重組。此外，尤指石英玻璃之玻璃可用以密封在真空外殼之內部上的易於釋出污染物質之組件。
在高度較佳之實施例中，在真空外殼之內部僅提供不會產生由清洗氣體誘發之釋氣產物的材料，如在使用原子氫之情況下的(例如)金屬氫化物。在多數情況下，真空外殼內部之材料作為氧化物存在於光學表面上。在幾乎所有情況下，原子氫均能夠減少此等氧化物。裸露材料現可蒸發，或者其可與原子氫形成氫化物。每一途徑之可能性由氫化物及通常為金屬材料之裸露材料的蒸汽壓力確定。由於氫誘發之釋氣產物通常在光學表面上產生不可逆之污染，因此在真空外殼內部應完全避免具有較低蒸汽壓力的諸如Sn、Zn、Mn、Na、P、S等等之材料的存在。
特定言之，操作光學配置所需的本質上所有會釋出污染物質之組件(諸如佈纜材料、焊接材料等等)配置於真空外殼外部。若在真空外殼內部仍需要該等組件，則用具有較佳非常低之釋氣速率之材料來密封此等組件。此為有利的，因為雖然原則上有可能密封在外殼內部之大多數組件，但此僅在相當大的額外消耗(與僅密封真空外殼內部之少數該等組件相比)的情況下方為可能的。尤其較佳地，除了光學表面及真空外殼之內部表面以外，無其他組件存在於真空外殼內部。
在另一高度較佳之實施例中，用於量測光學表面之污染狀態的量測單元配置於真空外殼內部。量測單元可(例如)如申請人於2007年8月11日所申請之德國專利申請案第DE 10 2007 037942.2號中所描述般予以設計，該申請案之全部內容由此以引用方式併入。特定言之，可藉由尤指透明材料(諸如石英玻璃)之適當材料來密封可能釋出污染物質之量測單元的組件(光源及感應元件)。以此方式，可將污染物質之分壓保持在較低水準，且可量測尤指污染層厚度的污染狀態。如上文引用之申請案中所詳細描述，使用LED(或UV源)作為量測單元之光源為高度較佳的。應瞭解，同樣可使用藉由使用其他量測技術(包括非光學技術)對光學表面之污染狀態之量測。
在另一較佳實施例中，真空外殼及光學元件在高達100℃或更高，較佳為150℃或更高之烘焙溫度下為耐高溫的。在此情況下，可烘焙真空外殼之壁(例如，由不鏽鋼組成之壁)以減少此等壁上之任何類型之污染(尤指水)，因為連同真空外殼一起被加熱的光學元件可承受高達烘焙溫度之加熱而其光學特徵不會退化。特定言之，在過去，反射光學元件之多層系統可承受之最大溫度為大約60℃，因為在此溫度以上，中間層擴散會引起多層系統之光學特徵的退化，因此將最大烘焙溫度限制於彼值。具有展示出高達200℃或更高之耐高溫性之中間層作為擴散障壁的多層系統之近來發展允許在曝光製程發生之前對真空外殼的烘焙。此外，對光學表面之環境進行烘焙之可能性受到位於光學表面附近且現可配置於真空外殼外部的溫度敏感性材料之限制，因此亦允許對於此等模組之材料選擇之有限約束。較佳地，光學配置進一步包含用於將至少一真空外殼加熱至烘焙溫度之至少一加熱單元。應瞭解，在真空外殼內部不可配置不能承受烘焙溫度之材料，亦即，將所有溫度敏感性設備配置於真空外殼外部。
在較佳實施例中，污染減少單元經設計以在光學表面處產生小於10－7 mbar之水分壓及/或小於10－9 mbar、較佳小於10－13 mbar之烴分壓(較佳為非揮發性烴分壓)。作為根據本發明之此配置之結果，可將光學表面上之水分壓減小至10－7 mbar以下，例如減小至0.8×10－7 mbar、0.5×10－7 mbar、1×10－8 mbar及以下，而在先前技術中，光學表面上之水分壓為10－7 mbar或以上。同樣地，可將(非揮發性)烴分壓自先前的最小10－9 mbar進一步減小至(例如)0.8×10－9 mbar、0.5×10－9 mbar、1×10－10 mbar及以下，理想地減小至小於10－13 mbar。
在尤其較佳之實施例中，污染減少單元經設計以產生小於10－9 mbar，較佳小於10－11 mbar，尤其較佳小於10－13 mbar的污染物質分壓。作為本發明之結果，在鏡面附近不僅有可能將烴或水之分壓減小至10－13 mbar以下之總分壓，而且有可能將所有污染物質之分壓減小至10－13 mbar以下之總分壓，該等污染物質特定言之亦包括揮發性及非揮發性烴、氣態金屬化合物及含有硫、磷或矽之有機化合物，特定言之，矽化合物、矽氧烷、鄰苯二甲酸鹽(phthalate)、具有羰基官能之烴(例如，甲基丙烯酸甲酯(methylmetacrylate)、丙酮等等)、二氧化硫、氨、有機磷酸鹽、脂肪烴、芳族烴、全氟烴(perfluorinated hydrocarbon)、金屬氫化物(metal hydride)等等。藉由減小在光學表面附近的污染材料之分壓，極大地減少污染物在光學表面上之沈積，其中在真空外殼之較遠端區域中或在剩餘的內部空間中，污染物質之(總)分壓(該分壓已由真空產生單元產生)高於(特定言之，大於)大約10－7 mbar。應瞭解，通常，在真空外殼外部之污染物質之分壓愈低，接近於光學表面之微環境中的污染物質之分壓愈低。通常，至少在光學表面附近的尤指非揮發性烴之污染物質之分壓與內部空間中之污染物質的分壓相比減小10倍或以上，較佳為100倍或以上，更佳為1000倍或以上，特定言之為10000倍或以上。通常，內部空間中之非揮發性烴之分壓大於10－9 mbar。
在尤其較佳之實施例中，污染減少單元包含至少一吸取單元，其用於藉由吸取而自真空外殼移除污染物質，該吸取單元較佳提供於光學表面附近且較佳附著至真空外殼。在此配置中，吸取單元通常包含真空泵，該真空泵沿較佳的抽汲方向藉由吸取而移除保留在真空外殼中之任何污染粒子/分子，作為該過程之結果，在光學表面上產生減小之污染負荷。因此，可在鏡面元件之光學表面附近達成較低分壓(例如，烴分壓)。或者，尤其是在使用淨化氣體時，可將吸取單元實施為真空外殼中之用作淨化氣體之氣體出口的專用開口，真空外殼之內部空間具有與真空外殼外部之壓力相比較大之壓力，因此允許淨化氣體自真空外殼流向外殼的內部空間。
在此實施例之較佳改良中，吸取單元經設計以使得在真空容器中產生本質上平行於光學表面之壓力梯度。在此配置中，壓力梯度通常自光學表面開始一直延伸至吸取單元，亦即，壓力梯度的方向本質上為徑向向外。在此配置中，通常在距光學表面大約1至2 cm之距離處產生壓力梯度。
在較佳實施例中，真空外殼連接至另一真空外殼或連接至外殼之剩餘內部空間。藉由提供若干真空外殼之不透氣之連接(gas－proof connection)，可將大量光學元件一起與外殼之剩餘內部空間屏蔽，其中兩個彼此附接之真空容器可(例如)以不透氣方式將兩個光學元件之間的空間與外殼之剩餘內部空間屏蔽。術語"本質上不透氣之連接"係指在給定條件下(可傾斜鏡面等等)被實施成盡可能緊密的連接。作為替代，亦有可能僅將選定光學元件與外殼之剩餘內部空間屏蔽。若此等元件上之污染導致對整個光學配置尤為不利之結果(此在EUV投影曝光裝置之情況中為(例如)對在EUV光源附近之鏡面的情況，因為此等鏡面經受非常高之光強度；或者為在感光層(抗蝕劑)附近之鏡面的情況，因為感光層(抗蝕劑)頻繁釋出污染粒子)，則此可為有利的。
在較佳實施例中，光學元件之光學表面係配置於在外殼內延伸之光束路徑中，其中光束路徑延伸穿過真空外殼中之開口。由於此，光束路徑被至少部分地與外殼之剩餘內部空間屏蔽。特定言之，藉由一個或大量真空外殼，有可能達成光學配置之光束路徑與光學系統之剩餘組件的完全分離(見下文)。在此配置中，將真空容器連接至外殼之剩餘內部空間之開口較佳以可使開口盡可能小(亦即，較佳在焦點附近)之方式被配置於光束路徑中。
在另一較佳實施例中，真空外殼以封套狀方式封閉光束路徑，作為該配置之結果，可在一直到另一光學元件之相當大的距離上達成光束路徑之屏蔽。例如，藉由真空外殼之圓柱形形狀來達成以封套狀方式對光束路徑之封閉。
在尤其較佳之實施例中，藉由以不透氣方式彼此連接的真空外殼中之一者或複數者而將在外殼中延伸之整個光束路徑與外殼之剩餘內部空間本質上完全分離。由於此，在理想情況下，達成光學表面與光學配置之剩餘組件的完全不透氣之分離。由於在EUV系統中，特定鏡面經附著成可滑動或可傾斜，因此可能不能完全達成該分離，因為真空外殼通常不可與鏡面一起移動。術語"本質上完全"表示在考慮實踐限制的情況下盡可能充分地提供分離。然而，藉由用可撓真空組件(例如，波紋管)來連接真空外殼上之可傾斜鏡面，可達成完全分離。在光束路徑連同光學表面與外殼之剩餘內部空間之該完全分離中，便可將壓力選擇為高於已知系統中的情況；在理想情況下，剩餘內部空間中之壓力甚至可等於大氣壓力。在此情況中，僅在含有光束路徑之間隔區域中產生真空。
在另一較佳實施例中，真空外殼至少封閉兩個光學元件之光學表面，該等光學表面經接連地配置於光束路徑中。此在以下情況下尤其有利：當在光學元件以較短距離予以配置或配置成本質上彼此平行，以使得出於設計原因，此變化與對於每一個別光學元件提供一真空容器相比為較佳的。
在光學配置之另一較佳實施例中，污染減少單元包含一冷卻單元，該冷卻單元將真空外殼冷卻至小於290 K，較佳小於80 K，尤其較佳地小於20 K之溫度。為了將真空外殼冷卻至此等溫度，可使用水、液態氮或液態氦形式之冷卻劑。以此方式，在真空外殼內部上產生所謂的低溫面板，該低溫面板使污染粒子結合至真空外殼之表面。在此情況下，真空外殼充當污染減少單元，其在內部較佳包含至少一具有已(例如)藉由表面粗糙化而擴大之表面的部分區域。
其他或另外，真空外殼可用作污染減少單元，且至少在其內部之一部分區域中可包含尤指鈦、鉭、鈮、鋯石、釷、鋇、鎂、鋁、鐿或鈰之氣體結合材料。除了藉由將污染粒子冷凝下來而結合污染粒子(見上文)以外，亦可在真空外殼之內部上吸收該等粒子，其中在此情況下，真空外殼之內部上的凸起表面亦為有利的。內部上之該部分區域可由真空外殼自身形成，或藉由應用包含適當表面光潔度之額外元件而形成，或者藉由使用所提及之材料對內部進行塗佈而形成。
若將至少一組件配置於內部空間中，該組件釋出污染粒子/分子，則在另一較佳實施例中，污染減少單元包含一吸取單元，其藉由吸取而自外殼之內部空間移除該組件所釋出之物質。在此配置中，可將組件配置於形成部分體積之真空外殼中，或者可將組件配置於外殼之剩餘內部空間中。較佳將其他吸取單元配置於釋出特別大量之污染氣體(尤指水或烴)之彼等組件上。作為藉由吸取而進行之移除的結果，有可能在對適用於EUV系統之外殼中之EUV之材料及器件的選擇中引起較小消耗。組件可(例如)為感應器或其他設計相關器件，例如，安裝台、鏡面模組、電子組件、致動器、纜線捆束、黏著點、潤滑點或類似物。通常，吸取單元或吸取單元之吸取開口經配置為緊靠在釋氣組件之前且至少部分地封閉該組件。作為對藉由吸取而進行之移除之替代，亦可(例如)藉由密封而以不透氣方式將釋氣組件與外殼或真空外殼之剩餘內部空間分離。
在尤其較佳之改良中，將組件配置於基板上或光學元件之固持器件上。在此情況下，藉由吸取而進行之移除或密封尤其有利，因為組件配置於光學表面附近且因此可尤其易於污染該光學表面。在此配置中，釋氣組件可配置於光學元件之基板上且通常既而亦由光學元件之真空外殼予以封閉；作為替代，釋氣組件亦可定位於光學元件之固持器件上且因此通常位於光學配置的剩餘內部空間中。
本發明亦實施於一種光學配置中，特定言之，實施於EUV微影之投影曝光裝置中，該光學配置包含：封閉一內部空間之外殼；尤指反射光學元件的具有光學表面之至少一光學元件，其配置於外殼中；至少一真空產生單元，其用於在外殼之內部空間中產生真空；及至少一組件，其配置於內部空間中，該組件釋出污染物質。一吸取單元與該組件相關聯，該吸取單元藉由吸取而自外殼之內部空間移除組件所釋出的粒子。吸取單元與真空產生單元之不同之處在於，其允許藉由吸取而進行有目標的移除，亦即吸取單元或其吸取開口配置於內部空間中，亦即，通常鄰近於釋氣組件。
藉由用吸取而自內部空間移除所釋出之粒子/分子，亦有可能減小光學元件之表面上的污染物質之分壓。在此配置中，藉由吸取而進行之移除可僅對產生最大釋出量之污染物質或以尤其不利之方式予以配置(亦即，尤其鄰近於光學表面)的彼等組件發生；或者作為替代，藉由吸取而進行之移除可對外殼中之所有非光學組件或材料及器件發生。以此方式，在理想情況下，可達成與藉由具有相關聯之污染減少單元之真空外殼而將一個光學元件或若干光學元件與外殼之剩餘內部空間屏蔽的情況下相同之結果。藉由用吸取而進行之移除，在外殼之內部空間中(光學表面配置於該空間中)，藉由真空產生單元可產生在光學表面上之污染粒子(尤指水及/或烴)之小於10－9 mbar，較佳地小於10－11 mbar，尤其較佳地小於10－13 mbar之分壓。
在較佳實施例中，將釋氣組件配置於基板上或反射光學元件之固持器件上。如上文所陳述，藉由吸取而對該等組件進行之移除尤其有利，因為作為其在光學表面附近之位置的結果，該等組件與特別高之污染機率相關聯。
在另一較佳實施例中，光學配置包含一淨化單元，其用於使用較佳為He、Ne、Ar、Kr、Xe或H2 、N2 或其混合物之惰性氣體來淨化外殼之內部空間之至少一部分區域，其中該淨化單元經設計以產生在10－3 mbar與10 mbar之間，較佳地在10－2 mbar與10－1 mbar之間的淨化氣體分壓。淨化單元可用於向吸取單元或向真空產生單元供應所釋出之物質，因為產生了定向惰性氣體流。在此配置中，吸取單元可連接至真空產生單元之真空泵；其由於在外殼內部提供(例如)漏斗形狀之吸取開口而與真空產生單元本質上不同，該吸取開口使藉由吸取而進行之定向移除成為可能。
在上文所述之光學配置之較佳實施例中，提供殘餘氣體分析器，其用於判定污染物質之分壓。使用殘餘氣體分析器來判定內部空間中之污染物質之分壓。在本申請案之情況下，術語"殘餘氣體分析器"係指質譜儀(例如，四極譜儀)，其用於在外殼之內部空間中之當前情況下，於真空條件下量測實驗體積中的氣體粒子之質量或質譜之分壓分布。該等質譜儀基本上包含使待研究之氣體混合物之幾部分離子化的離子源、用於根據各種氣體離子之質荷比而將其分離之分析器系統，以及用於關於待偵測之質荷比而量測離子或離子流的離子偵測系統。藉由殘餘氣體分析器，有可能檢查污染物質(尤指水及烴)之分壓是否處於規定範圍內，亦即，對於典型EUV投影曝光裝置在p(H2 O)＝10－7 mbar及p(Cx Hy )＝10－9 mbar或更低之情況下。
在此實施例之較佳改良中，在外殼上提供有校正洩漏部，其用於以已定義之洩漏速率將惰性氣體引入至外殼之內部空間中。在習知的殘餘氣體分析器中，已注意到，在光學配置之操作期間敏感性逐漸減小或者以不正確的細絲參數操作該等分析器，因此，不清楚污染物質之分壓是否已處於規定範圍內或是仍在規定範圍以上。藉由校正洩漏部，可相對地校正殘餘氣體分析器，且以此方式，可監視殘餘氣體分析器之功能，因為視選定之洩漏速率及所供應之氣體的裝瓶大小而定，校正洩漏部之輸出速率可在若干年內為穩定的。校正洩漏部之洩漏速率經選擇為足夠小的，以使得其不對真空有任何有害影響。所使用之惰性氣體可為(例如)包含大於45之質荷比之氪或氙，或者不同惰性氣體的混合物。特定言之，經單獨離子化之氙(Xe＋ )具有大約100質量單位左右的質荷比，且因此在臨界烴之區域中。
藉由上文所述之殘餘氣體分析器連同校正洩漏部，有可能在接通程序期間(亦即，在於外殼之內部空間中產生真空時且仍在接通EUV光源以便進行照明操作之前)執行一方法，在該方法中，對內部空間中之氣體的分析連續進行或以特定時間間隔(例如，每10分鐘)進行。在此配置中，相對於校正洩漏部之惰性氣體分壓來分配污染物分壓，且僅在污染物分壓處於所要規格中(亦即，低於臨界臨限值)時才致動照明源。與此對比，根據先前技術僅知曉在抽出開始之後等待經判定之時間段(大約10 h)，以便確保污染物質之分壓在臨限值以下。藉由上文所述之方法，EUV照明器具可能夠早得多地開始(例如，在數小時之後已開始)照明操作。
在另一較佳實施例中，提供光學諧振器，其用於判定污染物質之分壓。在於本專利說明書中用於判定分壓之量測配置中，光學諧振器亦被稱作振盪衰減腔室(ring－down cavity)。與殘餘氣體分析器比較，此量測配置提供之優勢在於不會有濺鍍產物經由細絲出現。
在此實施例之有利改良中，光學諧振器配置於光學元件之表面上且較佳封閉該表面。與藉由殘餘氣體分析器而進行之量測對比，藉由使用光學諧振器，分壓量測可"原位"(亦即，在光學表面附近)進行。因此，可直接在光學表面上量測上文所述的減小之污染物質分壓(亦即，減小至10－13 mbar及以下之高真空壓力範圍)。
在另一有利實施例中，光學配置包含用於向光學諧振器供應雷射脈衝之雷射光源及配置於光學諧振器下游的分析器件，該分析器件用於量測雷射脈衝隨時間推移之強度。在必要時，雷射光源與分析器件可為獨立單元，亦即，不強制其整合於光學配置中。在所謂的腔室振盪衰減吸收光譜分析中，將雷射脈衝輸入光學諧振器中，且藉由分析器件，隨時間推移而量測脈衝之光子壽命之強度梯度。對衰變曲線之分析提供關於吸收之資訊，且因此提供關於EUV真空中所含有的待研究之污染物質之分壓之濃度的資訊。所使用之雷射器較佳為變頻雷射器，因為視輸入波長而定，可執行對各種氣體之選擇性研究。特定言之，在一波長處可進行對於水之研究，而在另一波長處可進行對於特定烴之研究。
本發明亦實施於引言中所提及之類型的反射光學元件中，其中一導電層配置於基板與多層系統之間，該導電層可經電接觸以用於傳走光電流、用於接地或用於施加已定義之電壓。藉由在用EUV光進行輻射期間形成尤指二次電子之光電子，於元件之光學表面上產生電荷，藉由基板無法傳走該等電荷，因為基板係電絕緣的或與多層系統相比導電性顯著較小。
雖然由於光學表面直接經電接觸而可自光學表面傳走電荷，但此可損害光學表面之表面形狀、表面粗糙度等等。藉由在基板與多層系統之間塗覆額外導電層，於此層處之接觸可發生，作為其結果，可防止光學表面之任何損害。藉由施加已定義之電壓或藉由使導電層接地，可藉由此層將電荷自光學表面傳走，且以此方式可防止光學元件之表面的靜電充電。另外或其他，亦可使用接觸來量測在用EUV光進行輻射期間由於形成二次電子而產生之光電流。光電流提供對光學表面之污染程度或降級程度之指示。
在較佳實施例中，導電層包含尤指金、鎳、釕、銠、鈀、鉬、銥、鋨、錸、銀、氧化鋅或相關合金之金屬，或多層系統，特定言之，多層系統包含交替之Mo/Si層或Mo/SiNi層。可以簡單方式將由此等材料製成之導電層塗覆至基板。使用多層系統作為導電層為有利的，因為原則上可使用相同塗佈技術(特定言之，亦同時使用)，該技術亦用於EUV反射層之塗覆中。
在尤其較佳之實施例中，導電層之厚度小於50 nm，較佳地小於1 nm。導電層愈薄，需要的材料愈少且粗糙度增加之風險愈低。
在另一較佳實施例中，具有導電層之基板在多層系統之邊緣區域中突出，且在該邊緣區域中，提供至少一接觸點，該至少一接觸點用於將一線連接至導電層。光學表面通常小於鏡面基板之表面，以使得在鏡面基板突出之部分中有可能提供例如焊接點或黏著點的適當接觸點或例如夾具之連接。
本發明進一步實施於引言中所提及之類型的反射光學元件中，該反射光學元件包含配置於基板上鄰近於光學表面處之材料，該材料吸收污染物質。在污染物質(氣體)之規定分壓下，光學元件之表面處的佔據有經判定之機率。作為污染原子及分子在表面上之非定向隨機運動之結果，視表面之溫度、環境壓力、流動條件等等而定，該等原子及分子可在有限時間內到達吸收材料。
在較佳實施例中，吸收材料特定言之以環形方式封閉光學表面(亦即，在曝光操作期間被光照射的表面)。在此配置中，吸收材料之形狀與光學表面之形狀匹配，亦即(例如)，在圓形光學表面之情況下吸收材料為環形。若將得自高度吸收性材料之環置放於該表面周圍，則污染物質"黏附"至此環且不會進一步反應，因此光學表面保持不受損害。
在另一尤其有利之實施例中，吸收材料為釕。已知用包含銠、鈀、鉬、銥、鋨、錸、銀、氧化鋅或其合金或相關合金(尤其較佳地為釕)之覆蓋層來覆蓋EUV微影之多層系統，因為此等材料具有強烈催化特徵。此特徵在於典型EUV環境中對表面之輻射期間變得尤為清楚，該輻射由水及烴分壓支配，且其中幾乎始終可在催化覆蓋層上觀測到作為EUV輻射之結果的碳的增加，亦即，光學表面被碳污染，其中污染隨著輻射曝光之時間長度增加而增加。實驗已顯示，與被碳污染且在量測誤差內實際上找不到Sn及Zn原子之釕表面對比，由Sn及Zn原子造成之污染極易於沈積於純釕上。藉由將釕環置放於光學表面周圍(其在輻射期間未曝露於任何EUV輻射且因此未被碳污染)，Sn及Zn污染物向吸收環之黏附與被碳污染之光學表面相比顯著增加。
在尤其較佳之實施例中，光學元件包含用於在光學表面與吸收材料之間產生溫度梯度之單元，例如用於表面之加熱器件。作為加熱之結果，減少污染物質在表面上之佔據；該等物質更快速地移動，且歸因於溫度差異，其朝向吸收材料移動，因為該吸收材料之溫度低於光學表面之溫度。在此配置中，可使光學表面之溫度(例如)升高至大約60℃。藉由適當選擇多層系統中之擴散障壁，亦有可能在光學表面之區域中實施高達300℃之溫度。
本發明亦實施於尤指上文描述之類型的光學配置之光學配置中，該光學配置包含上文所述之至少一光學元件。在此配置中，同一光學元件可不僅包含配置於基板與多層系統之間的導電層，而且亦包含配置於鄰近光學表面處之吸收材料。
在光學配置之一實施例中，較佳地藉由一線將導電層連接至大電位且/或連接至一電流或電壓量測器件，其中電流或電壓量測器件用於量測光電流。
在較佳改良中，該線經調適用於以大於1 kHz之頻率量測光電流。調適藉由對纜線之適當屏蔽以及藉由調諧纜線之頻率回應而進發生。纜線通常用於導引來自真空系統之外殼之光電流信號，且用於將光電流信號饋送至配置於真空系統外部之量測系統。歸因於EUV投影照明器具之以1 kHz以上(高達10 kHz)之頻率進行的脈衝操作，光電流之脈衝解析量測為必要的，其需要經相應調適之線。
在對本發明之例示性實施例之以下描述中，自圖式中的諸圖且自申請專利範圍提供本發明之其他特徵及優勢，該等圖展示在本發明之情況下重要之細節。個別特徵可予以獨立地個別實施，或在本發明之變化中若干特徵可以任何所要組合予以實施。
圖1展示EUV微影之投影曝光裝置1之示意圖，該投影曝光裝置1包含與真空產生單元3相關聯之外殼2。根據配置於該外殼2中之組件之光學功能，將外殼2劃分為三個外殼部分(圖1中未展示)，亦即，首先是具有光產生單元4之第一外殼部分，該光產生單元4(例如)包含電漿光源及用於使照明輻射聚焦之EUV集光器鏡面。
在後續第二外殼部分中，配置有遵循光束路徑之照明系統，該照明系統包含具有場光柵元件之鏡面5及具有光瞳光柵元件之鏡面6。配置於下游且充當望遠鏡透鏡7的三個鏡面之群組包含在正入射下操作之第一鏡面8及第二鏡面9以及具有負折射能力之第三鏡面10，光以掠入射入照射於該第三鏡面10上。照明系統在物平面(object plane)11中產生盡可能均勻之像場，在該物平面11中配置有主光罩12，主光罩12具有待以減小之大小予以成像之結構(未圖示)。
藉由配置於下游之投影系統將配置於物平面11中之主光罩12上的結構成像於像平面13(其配置於第三外殼部分中)上，在該像平面13中配置有具有感光層(未圖示)之晶圓。為了進行大小減小之成像，投影系統3包含另外六個鏡面14.1至14.6作為反射光學元件。
在外殼2中，真空產生單元3在大約10－7 mbar之水分壓及大約10－9 mbar之烴分壓下產生真空。然而，此真空不足以有效地防止水及烴及其他污染物質沈積於鏡面4至10或14.1至14.6以及主光罩12之表面上。將污染物質釋出至外殼2之內部空間15中的若干組件會產生污染物質。經由圖1中之實例來展示配置於外殼2之壁之部分區域上的該組件16。無法完全防止在外殼2中配置該等釋氣組件，因為EUV投影曝光裝置中所使用之許多材料不可烘焙。
外殼2中可得到之真空因此受到來自組件16之污染物質及其他物質之釋氣的向下限制。雖然在提供有極高效能之泵的情況下有可能改良外殼中之真空，然而，為了避免誘發額外消耗且為了減少技術工作量，僅在光產生單元4之集光器鏡面之光學表面17(為了簡單起見將其展示為平坦表面)附近產生高真空係顯著更為有利。
此得以達成係因為，首先，藉由真空外殼18將光學表面17與內部體積15予以屏蔽或分離。在此配置中，真空容器18以封套狀方式封閉自光學表面17射出之光束路徑19，其中該真空容器18由適於真空條件之材料製成，例如，具有較低釋氣速率之不鏽鋼。藉由真空容器18，將部分體積與外殼2之內部空間15予以分離，該部分體積僅經由真空容器18中之開口20而與剩餘內部空間15連通。舉例而言，可在開口20中配置用於真空分離且/或用於過濾向內輻射之EUV光的薄膜過濾器。在此配置中，將真空容器18選擇為具有足夠長度以使得開口20配置於光束路徑19之一區域中，在該區域中光束路徑19之直徑特別小。因此，光束路徑19可穿過開口20而不會有大量污染粒子能夠進入由真空容器18形成之部分體積。
在真空容器18之圓柱形壁上，提供吸取單元21(在圖1中由兩個箭頭指示)作為污染減少單元，其藉由抽汲動作而將污染粒子自真空外殼18所定界之部分體積移動至外殼2之剩餘內部空間15中。應瞭解，吸取單元21亦可用於將污染粒子完全自內部空間15移除，且在必要時，為了此效果而被連接至真空產生單元3。在任一情況下，將吸取單元21配置於真空外殼18上在光學表面17附近，亦即，距後者大約1 cm至3 cm之距離處，且將吸取單元21用於產生本質上平行於光學表面17之壓力梯度，以使得污染粒子在徑向方向中自圓柱形真空外殼18之中央開始移動至吸取單元21。
作為以上之結果，在光學表面17附近，亦即，在距光學表面17小於大約1 cm之距離處，較佳地在距光學表面17小於0.5 cm之距離處，高真空產生，其中分壓(例如)在水的情況下小於大約10－7 mbar，且在烴之情況下小於大約10－9 mbar。因此本質上可防止此等物質對光學表面17之污染。在必要時，可進一步減小污染物質之分壓，例如減小至小於10－13 mbar。
除了吸取單元21，圖1亦提供冷卻單元22，其使用冷卻水、液態氮或液態氦而至少在圖1所示之部分區域中將真空外殼18冷卻至小於290 K、80 K或20 K之溫度，其結果是，額外粒子冷凝於真空外殼18之內部23上。為了增大表面，可用適當材料塗佈真空外殼18之內部23或者為內部23提供粗糙表面結構。
此外，提供用於使用惰性氣體(較佳為He、Ne、Ar、Kr、Xe或H2 、N2 或其混合物)來進行淨化之淨化單元24作為污染減少單元，其在自由分子運動之區域以外在10－3 mbar與10 mbar之間的分壓範圍內帶走污染物。惰性氣體淨化會產生遠離光學表面17而朝向開口20之流，經由該流將惰性氣體所傳送之污染粒子移動至外殼2之內部空間15，藉由吸取而自內部空間15移除該等污染粒子。此外，藉由使用真空容器18之圓柱形壁上之吸取單元21(由兩個箭頭指示)而進行的吸取移除，將污染物質或氣體粒子移動至在真空外殼18所定界之部分體積外部的區域中，亦即，移動至外殼2之剩餘內部空間15中或理想地移動至外殼2外部之區域中。
此外，為了改良外殼2之內部空間15中之真空，提供另一吸取單元25a，用於藉由吸取而自外殼2的內部空間15移除另一組件16a所釋出之污染粒子。在此配置中，另一吸取單元25a連接至另一真空泵3a，但作為替代，其亦可連接至真空泵3。當然，配置於真空外殼18上之吸取單元21亦連接至真空泵(未圖示)。
另一組件16a釋出大量污染物質，且由另一吸取單元25a所屏蔽以使得污染粒子無法進入外殼2之內部空間15。藉由吸取對另一組件16a進行的移除為明智的，因為另一組件16a釋放的污染物質之數量比在組件16之情況下大，因此無需強制性地使組件16與外殼2之內部空間15分離。作為對藉由吸取而進行之移除之替代，亦可藉由密封將另一組件16a與外殼2之內部空間15分離。
當然，亦可將該等污染組件配置於鏡面4至10及14.1至14.6上，如圖4中所展示，關於照明系統之第一鏡面5予以配置。除配置於光束路徑19中之光學表面26以外，將其他兩個組件16b、16c配置於鏡面5上，該等其他組件16b、16c釋放其他污染物質，由相關聯之其他吸取單元25b、25c收集其他污染物質。當然，以此方式，藉由吸取而進行之移除亦可在位於鏡面之固持器件上之組件上發生，或者在需要時在鏡面固持器件自身上發生。藉由適當密封或藉由吸取而進行之移除，不僅光學表面17自身而且整個光學元件4可經整合至真空外殼18中且可由真空外殼18所封閉。
雖然在圖1中，僅在光產生單元4之集光器鏡面的光學表面17上(亦即，在單一光學元件上)產生具有特別良好之真空條件之微環境，但在圖2中，在所有鏡面4至10、14.1至14.6以及在投影照明器具1之主光罩12上產生該環境，亦即，投影照明器具之整個光束路徑19與外殼之剩餘內部空間15分離，且藉由適當吸取單元21而分別在鏡面5至10、14.1至14.6之每一光學表面上以及在主光罩12上產生高真空，如在圖1之情況下更詳細描述的，吸取單元21由箭頭指示。出於此目的，在外殼2中提供複數個真空外殼18.1至18.10，在該等真空外殼18.1至18.10中，除光束路徑19中之第一者及最後一者以外，在每一情況中均配置至少兩個光學元件。後文中，為了簡短起見，術語"光學元件"係指鏡面5至10、14.1至14.6及主光罩12。
在每一情況中，接連地配置於光束路徑19中之兩個真空外殼18.1至18.10均得以互連(例如，用凸緣彼此連接)以使得光束路徑19可通過共用開口。在每一情況中，通常將該等鏡面中之兩者5、6連同其光學表面17.1、17.2配置於真空外殼之相對的壁上，此係(例如)第二真空外殼18.2之情況。在若干光學元件經配置成彼此緊鄰之區域中(例如，在主光罩12附近)，可在共用真空外殼中配置兩個以上的光學元件。
視情況，所有真空外殼18.1至18.10均可包含圖1中所示之冷卻器件22且/或在內部23之至少部分區域中其可包含尤指鈦、鉭、鈮、鋯石、釷、鋇、鎂、鋁、釕、鐿或鈰之氣體結合材料。以此方式，可藉由冷凝或吸收而達成真空外殼18.1至18.10中污染粒子之數目的額外減少。
在具有光產生單元4之第一真空外殼18.1中，配置有淨化單元24，其如圖1中所描述產生將污染物質帶至鄰近之真空外殼18.2中之惰性氣體流，藉由吸取單元21而將該等污染物質自真空外殼18.2移動至內部空間15中。在此情況下，無需在第一真空外殼18.1之內部體積中提供吸取單元，因為該第一真空外殼18.1藉由可撓性真空元件而連接至光產生單元4(以致為不透氣的)，因此在充分程度上使污染淨化單元24之物質遠離光學表面17。
作為光束路徑19與外殼2之剩餘內部空間15之本質上完全密封的結果，在彼等情況中，有可能選擇有利程度較低之真空條件(其通常為實際情況)，亦即，真空產生單元3可在減小之抽汲輸出下操作，可使用較強之釋氣組件，且一般而言需要較少對組件的釋氣的關注。在最為有利之情況下，不再需要使用真空產生單元3在外殼2之內部空間中產生真空，而實情為，可僅使用真空產生單元3作為吸取單元21之泵。在此情況下，大氣壓力在外殼2之剩餘內部空間15中占優。
在圖1與圖2中分別展示之情況(在該等情況中，在改良之真空條件下操作一個光學元件或所有光學元件)之間，任何其他等級當然為可能的，其中光學元件中之(例如)兩者、三者等等及其光學表面分別配置於高真空中。在所有此等情況中，若可量測內部空間15中或光學表面17、17.1、17.2上之污染物質之分壓，則為有利的。
出於量測外殼2之內部空間15中之污染物質的分壓之目的，提供殘餘氣體分析器27，藉由其可判定分壓之質譜。為了校正殘餘氣體分析器27，具有作為惰性氣體之氙的氣體容器29藉由校正洩漏部28而與外殼2之內部空間15連通。校正洩漏部28確保存在惰性氣體至內部空間15中的恆定流入。殘餘氣體分析器27可經校正且其功能可關於校正洩漏部28之洩漏速率予以監視。以此方式，有可能監視是否已達到所要之污染物質分壓及投影曝光裝置1是否可開始曝光操作，尤其是在接通過程期間(亦即，在藉由真空產生單元3在外殼2中產生真空時)。
除了量測內部空間15中之污染物質分壓的殘餘氣體分析器27外，在外殼2中還配置有光學諧振器48，該光學諧振器48用於直接在光學元件6之光學表面17.2上量測分壓。整個相關聯之量測結構展示於圖6中；其包含呈脈衝式變頻雷射器之形式的雷射光源46、輸入光學器件47、光學諧振器48(振盪衰減腔室)及評估單元49，評估單元49包含偵測器及示波器(電腦連接至其)。僅強制配置輸入光學器件47之幾部分及用於將投影曝光裝置1中之雷射光予以去耦之相應部分，其中耦合與去耦較佳藉由纖維光學器件而發生。
為了量測分壓，首先將雷射光源46設定為對應於待偵測之氣體之轉變的波長，該氣體對光學表面有污染效應。隨後，產生經由輸入光學器件47而進入光學諧振器48之雷射脈衝。如圖7中所示，雷射脈衝隨時間推移之強度梯度提供關於在光學諧振器48之體積中對雷射脈衝之吸收程度的資訊。圖7a展示在光學諧振器48中不存在吸收氣體之情況下，光子強度之衰變曲線50a，而圖7b展示在具有該吸收物質的情況下之衰變曲線50b。圖式清楚地展示，在後一情況中，減少了光學諧振器中之光子的壽命。由半衰期值之減小(作為吸收之結果)，有可能獲得關於光學諧振器48中之物質之濃度的資訊(該物質在特定情況中已經激勵)，且因此有可能獲得關於其分壓之資訊。上文描述之量測方法使得有可能獲得正好對於小於10－13 mbar之區域的高度準確之分壓量測結果，以使得即使極低之烴分壓亦可直接在光學表面上予以判定。
圖3展示用於在高真空下操作所有光學元件之替代選擇。作為實例，圖3展示釋出污染物質之三個組件16a至16c。此等組件中之兩者與吸取單元25a、25b相關聯，吸取單元25a、25b使所釋出之污染粒子遠離外殼2之內部空間15。淨化氣體單元24與第三組件16c相關聯，淨化氣體單元24產生淨化氣體流。已自第三組件16c釋出之污染粒子由該流帶走且被移動至真空產生單元3附近，藉由真空產生單元3自外殼2移除該等污染粒子。若提供對外殼2中之所有組件16a至16c之密封，或至少對具有釋出污染物質的特別強之傾向之彼等組件之密封，則真空產生單元3可在外殼之內部空間15中產生真空，其中污染物質之(總)分壓亦在10-9 mbar以下。當然，由於此，亦極大地減少污染物在光學表面上之沈積。
圖9展示用於圖1之三個反射元件5、6、8的用於減少外殼18.11之微環境中之污染物質之量的另一實例，該等反射元件之光學表面17.3至17.5被配置成本質上平行的。可將圖9之真空外殼18.11固定至圖1之真空外殼18，開口20允許光束路徑19到達第一反射光學元件5之光學表面17.3。與圖1至圖4之配置對比，在清洗頭60中活化由淨化氣體單元(未圖示)提供之分子氫之部分，以藉由使分子氫流過細絲61a而形成原子氫，由活化單元61將細絲61a加熱至大約2400℃之溫度。清洗頭60配置於真空外殼18.11之內部接近於第三反射光學元件9之光學表面17.5，且經設計以產生朝向光學表面17.5的清洗氣體之噴柱62。清洗氣體之噴柱62包含原子氫，原子氫用以自光學表面17.5移除尤指碳之污染物質。噴柱62之剩餘物由在細絲61a處未被裂解且可用作淨化氣體之分子氫組成，以產生一流，該流經由充當吸取單元21之出口而移除原子氫清洗之反應產物(尤指甲烷)連同來自真空外殼18.11之其他污染物質，該出 口配置於第一反射元件5與第二反射元件6之間。將出口21設計成具有經選擇以防止污染物質自內部空間15(圖1中所示)向真空外殼18.11之內部的擴散之長度及直徑。熟習此項技術者應瞭解設計出口21之其他可能性存，從而以減小污染粒子/分子向真空外殼18.11中擴散之速率。
應瞭解，對於每一光學表面17.3至17.5，可在真空外殼18.11內部提供一單獨的清洗頭。在不需要清洗時，可切斷細絲61a，從而允許清洗頭60用作作為淨化氣體之分子氫的入口。應瞭解，除分子氫以外，其他淨化氣體(尤指上文所述之氣體)同樣可由經加熱之細絲61a予以活化。
又，為了增加原子氫清洗之清洗速率，在真空外殼18.11之內部23上提供石英玻璃塗層。已知尤指石英玻璃之玻璃狀物質具有較低原子氫重組速率，以使得碰撞在真空外殼18.11之內部23上之原子氫的重組機率較低，以使得在真空外殼18.11的內部23上不形成分子氫，從而增加與存在於光學表面17.5上之污染物之反應速率。
另外，在真空外殼18.11之內部配置包含作為光源之LED 63及光學感應器64之量測單元，其用於判定第二光學元件6之光學表面17.4的污染狀態。LED 63以可見光譜中之波長發射光，自光學表面17.4將該光反射至感應元件64，感應元件64量測經反射之光之強度而以上文引用之德國專利申請案第DE 10 2007 037942.2號中所詳細描述的方式判定污染狀態，特定言之，光學表面17.4上之污染層(未圖示)之厚度。由於光學感應器64及光源63可釋出污染物質，因此藉由真空外殼18.11之內部23上的石英玻璃塗層將其密封。由於在真空外殼18.11之內部未配置其他釋氣組件，因此可將真空外殼18.11內部的污染物質之量保持為非常低。
在真空外殼18.11之內部23上提供石英玻璃塗層具有以下額外優勢：可防止氫誘發之釋氣(亦即，歸因於與原子氫之反應而自真空外殼18.11內部之材料釋出污染物質)，因為石英玻璃本質上對於原子氫為惰性的。不產生揮發性由清洗誘發之釋氣產物的其他材料(特定言之，不含有Sn、Zn、Mn、Na、P、S之鋼)亦適於此目的。
為了在曝光開始之前(亦即，在EUV投影曝光裝置1之停機時間期間)自真空外殼18.11之內部23移除污染物質，提供加熱單元65來將真空外殼18.11均勻加熱至150℃之烘焙溫度。以此方式，可自真空外殼18.11之內部23釋放尤指水之污染物質且經由吸取單元21將其傳送至外部。為使烘焙成為可能，可不在真空外殼18.11內部配置無法承受烘焙溫度之材料。特定言之，反射光學元件5、6、9具備多層系統(未圖示)，在該多層系統之頂部上配置有光學表面17.3至17.5，該多層系統耐受高達200℃之溫度而其光學特徵不降級。
圖10展示如美國專利申請案第2005/0275821 A1號中所描述之另一EUV投影曝光裝置1'的基本部分，該申請案之全部內容由此以引用方式併入。EUV投影曝光裝置1'包含投影光學系統107，其用於配置於主光罩載物台106上之主光罩106A上之結構向配置於晶圓載物台108上的晶圓108A之感光抗蝕劑之縮小的成像。投影光學系統107之外殼107A包含：第一低溫冷凍機124，其具有經配置為接近於一通向主光罩106A所在之空間之開口的低溫面板124A；及第二低溫冷凍機123，其具有接近於晶圓108A所在之空間之低溫面板123A。投影系統107內部之EUV輻射之光束路徑108B通過第一低溫面板124A，且在其通過第二低溫面板123A且照射於晶圓108A上之前由五個反射光學元件A至E予以反射。
第一低溫面板124A與第二低溫面板123A之間的光束路徑由複數個真空外殼109完全密封，該等真空外殼109以不透氣方式彼此連接。因此，反射光學元件A至E得以保護而不受向投影系統107之外殼107A之內部空間釋出污染物質的組件(未圖示)的影響。出於減小真空外殼109內部之污染物分壓的目的，提供淨化單元111以產生朝向真空外殼109之兩個開口之淨化氣體流，該等開口用作光束路徑108B的入口及出口，經定位為接近於第一低溫面板124A及第二低溫面板123A。可如關於圖9所描述般設計此等開口(未圖示)，亦即，該等開口可具有防止污染物質向真空外殼之內部擴散之形狀。
與投影系統107之情況類似，在主光罩106A與具有光束成形單元(未圖示)之EUV光源(未圖示)之間配置照明系統之複數個真空外殼110，以來保護另外四個反射光學元件的表面不受EUV投影曝光裝置1'之外殼(未圖示)內部的污染粒子的影響，圖10中展示該等反射光學元件中之一者(105A)。
在圖10中所示之實例中，真空外殼中之兩者109、110分別密封在投影系統107之反射光學元件(鏡面)之間的光束路徑以及在照明系統之反射光學元件(鏡面)之間的光束路徑。唯一不受真空外殼保護之反射表面為主光罩106A之反射表面，因為一般而言提供負載鎖以在需要對不同結構之成像時改變主光罩106A，以使得可在EUV投影曝光裝置1'外部執行對主光罩的清洗。
在圖1至圖4及圖9以及圖10所示之配置中，在最為有利之情況下，在鏡面之緊靠的環境中，可將污染物(例如，烴或水)之分壓減小至小於10－13 mbar(尤其是在經淨化之微環境的情況下)。此外，對適於在外殼2中使用之EUV之材料及設備的選擇涉及減少之消耗。應瞭解，上文所述之方法不限於EUV投影曝光裝置，而亦可有利地與包含變化之數目及形狀之光學元件的任何光學配置一起使用，尤其是在包含反射光學元件之光學器件(例如，EUV光學器件)之情況下。
如將在下文更詳細地闡述，除藉由對投影曝光裝置1採取的措施而提供之污染減少以外，亦可對光學元件自身採取污染減少措施。圖5展示用於圖1至圖3中所示之投影曝光裝置之光學元件40。該光學元件40包含基板41及多層系統42，該多層系統42具有曝露於污染物質之光學表面44。為了在可能的最大程度上防止該污染物質在光學表面44上之沈積，圍繞光學表面44或圍繞多層系統42配置釕環43，釕環43提供尤其對於作為污染物質的金屬及金屬化合物(例如，錫化合物及鋅化合物)以及烴之良好吸收。
存在於光學表面44上之污染物質進行熱非定向運動。一旦污染物質到達光學表面44之邊緣，其即黏附至吸收材料，由於此，可減少對光學表面44之污染。為了增強此效應，對光學表面44進行加熱係有利之舉，出於此目的，將加熱器45嵌埋於圖5中所示之光學元件40之基板41中。藉由此加熱器45，引起光學表面44之溫度升高，該溫度升高觸發污染物質之分子或原子的增加之運動，以使得該等物質較快速地向前移動且在較短時間段內到達光學表面44的邊緣。藉由與吸收材料43相比提高光學表面44之溫度，產生溫度梯度且因此另外產生朝向吸收材料之對流。其他或另外，可藉由冷卻單元來降低吸收材料之溫度。
圖8展示用於EUV微影之另一反射光學元件30，該元件30包含具有較低導電性之基板31及導電多層系統33，該導電多層系統33在與基板31相反之側上包含反射光學表面34。
藉由EUV光學器件中之照明輻射，通常在光學表面上產生尤指二次電子之光電子，其可導致充電且因此導致帶電粒子或可極化粒子之沈積。因此，在光學元件30中，提供配置於基板31與多層系統33之間的導電層32，其用於傳走光電流、用於接地或用於施加已定義之電壓，以使得光學元件30可經電接觸。出於此目的，具有層32之基板31在多層系統33之邊緣區域中突出，在該邊緣區域中已施加焊接點或黏著點35作為用於使層32連接至線36之觸點。在當前情況下，導電層32包含鎳且厚度大約為20 nm。作為替代，層32亦可包含具有足夠厚度之金或某一其他適當材料，尤指多層系統。藉由施加已定義之電壓或大電位，可將電荷自光學表面34傳走而無需直接接觸後者。
在圖8中，線36係連接至用於量測光電流之電流或電壓量測器件37，藉由該電流或電壓量測器件37可得出關於光學表面34之污染程度的結論。為了量測光電流，線36包含適當屏蔽以使得可進行以大於1 kHz之頻率(對應於EUV投影照明器具之脈衝頻率)而量測光電流。在此配置中，線36將感應電流導引出光學元件30通常所在之真空外殼。
藉由施加額外的導電且可接觸之層32，不需要直接接觸光學表面34，以使得可避免光學表面34之光學特徵的變形或降級。當然，亦可以不同於上文描述之方式的方式(例如，不同之處在於，將電接觸點嵌埋於基板31中)來接觸層32。
圖5及圖8中執行的對光學元件40或30之措施亦可對單一光學元件結合執行。上文所述之光學元件40及30可如(例如)圖1至圖3中所示而有利地用於微影之投影曝光裝置中或用於其他EUV光學器件中。
1．．．投影曝光裝置/投影照明器具
1'．．．EUV投影曝光裝置
2．．．外殼
3．．．真空產生單元/投影系統/真空泵
3a．．．真空泵
4．．．光產生單元/鏡面/光學元件
5．．．鏡面/第一反射光學元件
6．．．鏡面/光學元件
7．．．望遠鏡透鏡
8．．．第一鏡面
9．．．第二鏡面
10．．．第三鏡面
11．．．物平面
12．．．主光罩
13．．．像平面
14.1．．．鏡面
14.2．．．鏡面
14.3．．．鏡面
14.4．．．鏡面
14.5．．．鏡面
14.6．．．鏡面
15．．．內部空間/內部體積
16．．．組件
16a．．．組件
16b．．．組件
16c．．．組件
17．．．光學表面
17.1．．．光學表面
17.2．．．光學表面
17.3．．．光學表面
17.4．．．光學表面/第二光學元件
17.5．．．第三反射光學元件/光學表面
18．．．真空外殼/真空容器
18.1．．．第一真空外殼
18.2．．．第二真空外殼
18.3．．．真空外殼
18.4．．．真空外殼
18.5．．．真空外殼
18.6．．．真空外殼
18.7．．．真空外殼
18.8．．．真空外殼
18.9．．．真空外殼
18.10．．．真空外殼
18.11．．．真空外殼
19．．．光束路徑
20．．．開口
21．．．吸取單元/出口
22．．．冷卻單元/冷卻器件
23．．．內部
24．．．淨化單元/淨化氣體單元
25a．．．吸取單元
25b．．．吸取單元
25c．．．吸取單元
26．．．光學表面
27．．．殘餘氣體分析器
28．．．校正洩漏部
29．．．氣體容器
30．．．反射光學元件
31．．．基板
32．．．導電層
33．．．導電多層系統
34．．．反射光學表面
35．．．焊接點或黏著點/接觸點
36．．．線
37．．．電流或電壓量測器件
40．．．光學元件
41．．．基板
42．．．多層系統
43．．．環/吸收材料
44．．．光學表面
45．．．加熱器/雷射光源
46．．．雷射光源
47．．．輸入光學器件/光學諧振器
48．．．光學諧振器/分析器件
49．．．評估單元
50a．．．衰變曲線
50b．．．衰變曲線
60．．．清洗頭
61．．．活化單元
61a．．．細絲
62．．．噴柱
63．．．光源/LED/量測單元
64．．．光學感應器/感應元件/量測單元
65．．．加熱單元
105A．．．反射光學元件
106．．．主光罩載物台
106A．．．主光罩
107．．．投影光學系統
107A．．．外殼
108．．．晶圓載物台
108A．．．晶圓
108B．．．光束路徑
109．．．真空外殼
110．．．真空外殼
111．．．淨化單元
123．．．第二低溫冷凍機
123A．．．第二低溫面板
124．．．第一低溫冷凍機
124A．．．第一低溫面板
A．．．反射光學元件
B．．．反射光學元件
C．．．反射光學元件
D．．．反射光學元件
E．．．反射光學元件
圖1為根據本發明之EUV投影曝光裝置之第一實施例的示意圖，其包含在部分區域中以圓柱形方式封閉光束路徑之真空外殼；圖2為EUV投影曝光裝置之第二實施例之類似示意圖，其具有完全屏蔽該裝置之光束路徑之複數個真空外殼；圖3為EUV投影曝光裝置之類似示意圖，其中釋出污染粒子之組件與吸取器件相關聯；圖4為圖1之具有釋出污染粒子之兩個組件連同相關聯之吸取器件的部分，該等組件配置於光學元件上；圖5a、圖5b為光學元件的俯視圖(a)及側視圖(b)，其光學表面由吸收材料封閉；圖6為用於使用光學諧振器藉由吸收光譜分析而量測高真空中之壓力之量測配置；圖7a、圖7b為使用根據圖6之量測配置所測得的雷射脈衝隨時間推移之衰變行為之強度曲線；圖8為包含反射光學元件之光學配置，反射光學元件具有可接觸之導電層；圖9為以三維表示的具有三個反射光學元件及清洗頭之真空外殼之示意圖，及圖10為具有經密封之光束路徑的EUV投影曝光裝置之基本部分之示意圖。
1．．．投影曝光裝置/投影照明器具
2．．．外殼
3．．．真空產生單元/投影系統/真空泵
4．．．光產生單元/鏡面/光學元件
5．．．鏡面/第一反射光學元件
6．．．鏡面/光學元件
7．．．望遠鏡透鏡
8．．．第一鏡面
9．．．第二鏡面
10．．．第三鏡面
11．．．物平面
12．．．主光罩
13．．．像平面
14.1．．．鏡面
14.2．．．鏡面
14.3．．．鏡面
14.4．．．鏡面
14.5．．．鏡面
14.6．．．鏡面
15．．．內部空間/內部體積
16．．．組件
17．．．光學表面
17.1．．．光學表面
17.2．．．光學表面
18.1．．．第一真空外殼
18.2．．．第二真空外殼
18.3．．．真空外殼
18.4．．．真空外殼
18.5．．．真空外殼
18.6．．．真空外殼
18.7．．．真空外殼
18.8．．．真空外殼
18.9．．．真空外殼
18.10．．．真空外殼
19．．．光束路徑
21．．．吸取單元/出口
23．．．內部
24．．．淨化單元/淨化氣體單元
27．．．殘餘氣體分析器
28．．．校正洩漏部
29．．．氣體容器
48．．．光學諧振器/分析器件

Claims (28)

  1. 一種用於遠紫外線(EUV)微影之裝置，其包含：一封閉一內部空間(15)之外殼(2)；尤指反射光學元件的至少一光學元件(4至10、12、14.1至14.6)，其配置於該外殼(2)中；及至少一真空產生單元(3)，其用於在該外殼(2)之該內部空間(15)中產生一真空，該光學配置之特徵在於至少一真空外殼(18、18.1至18.11、109)，其配置於該外殼(2)之該內部空間(15)中且至少封閉該光學元件(4至10、12、14.1至14.5)之光學表面(17、17.1至17.5)，該至少一真空外殼(18、18.1至18.11、109)係獨立於該外殼(2)；其中一污染減少單元與該真空外殼(18、18.1至18.11、109)相關聯，該污染減少單元至少在該光學表面(17、17.1至17.5)附近相對於該內部空間(15)中的尤指水及/或烴之污染物質之分壓減小該等污染物質之分壓，其中該污染減少單元包含一淨化單元(24、111)，其藉由一惰性氣體淨化該真空外殼(18、18.1、18.11、109)之至少一部分區域，該裝置進一步包含位於該真空外殼(18.11)中之一出口，該出口作用為用於產生自該真空外殼(18.11)之內部至該內部空間(15)之一淨化氣體流的一吸取單元(21)，其中一光束路徑不延伸穿過該出口。
  2. 如請求項1之裝置，其中用於該污染減少單元之該惰性氣體較佳為He、Ne、Ar、Kr、Xe或H2 、N2 或其混合物。
  3. 如請求項2之裝置，其中該淨化單元(24)經設計以產生一在10-3 mbar與10mbar之間，較佳地在10-2 mbar與10-1 mbar之間的淨化氣體壓力。
  4. 如請求項2之裝置，其中位於該真空外殼(18.11)中之該出口之布局較佳經選擇以防止污染物質自該內部空間(15)至該真空外殼(18.11)之內部的擴散。
  5. 如請求項1之裝置，其進一步包含至少一清洗頭(60)，該至少一清洗頭(60)用於將一清洗氣體之一噴柱(62)引導至該光學表面(17.5)，從而自該光學表面(17.5)移除污染物質。
  6. 如請求項5之裝置，其中該清洗頭(60)包含一活化單元(61)，該活化單元(61)用於藉由至少部分地活化一較佳為分子氫流之淨化氣體流而產生該清洗氣體噴柱。
  7. 如請求項6之裝置，其中該活化單元(61)包含一經加熱之細絲(61a)。
  8. 如請求項1之裝置，其中該真空外殼(18.11)至少在其內部之一部分區域中包含一具有一低原子氫重組速率之材料，該材料較佳為玻璃，尤指石英玻璃。
  9. 如請求項5之裝置，其中在該真空外殼(18.11)內部僅提供石英玻璃或不含有Sn、Zn、Mn、Na、P、S之鋼。
  10. 如請求項1之裝置，其中一用於量測該光學表面(17.4)之 一污染狀態之量測單元(63、64)經配置於該真空外殼內部。
  11. 如請求項1之裝置，其中該真空外殼(18.11)及該光學元件(17.3至17.5)在一高達100℃或更高，較佳地為150℃或更高之烘焙溫度下為耐高溫的。
  12. 如請求項11之裝置，其進一步包含用於將該至少一真空外殼(18.11)加熱至該烘焙溫度之至少一加熱單元(65)。
  13. 如請求項1之裝置，其中該污染減少單元經設計以在該光學表面(17、17.1至17.5)處產生一小於10-7 mbar之水分壓及/或一小於10-9 mbar，較佳地小於10-13 mbar之烴(較佳為非揮發性烴)分壓。
  14. 如請求項1之裝置，其中該污染減少單元經設計以產生小於10-9 mbar，較佳地小於10-11 mbar，尤其較佳地小於10-13 mbar的該等污染物質之一分壓。
  15. 如請求項1之裝置，其中該污染減少單元包含用於藉由吸取而自該真空外殼(18、18.1至18.11、109)移除污染物質之至少一吸取單元(21)，該吸取單元(21)較佳地經提供於該光學表面(17、17.1至17.5)附近且較佳地經附著至該真空外殼(18、18.1至18.11、109)。
  16. 如請求項15之裝置，其中該吸取單元(21)經設計以使得在該真空外殼(18)中產生一本質上平行於該光學表面(17)之壓力梯度。
  17. 如請求項1之裝置，其中該真空外殼(18.1；18)經連接至另一真空外殼(18.2)或連接至該外殼(2)之該剩餘內部空 間(15)。
  18. 如請求項1之裝置，其中該光學元件(4)之該光學表面(17)經配置於在該外殼(2)中延伸之該光束路徑(19)中，其中該光束路徑(19)延伸穿過該真空外殼(18)中的一開口(20)。
  19. 如請求項18之裝置，其中該真空外殼(18、18.1至18.11、109)以一封套狀方式封閉該光束路徑(19)。
  20. 如請求項1之裝置，其中在該外殼(2)中延伸之該整個光束路徑(19)藉由以一不透氣方式彼此連接的真空外殼(18.1至18.11)中之一者或複數者而與該外殼(2)之該剩餘內部空間(15)在本質上完全分離。
  21. 如請求項1之裝置，其中該真空外殼(18.2)至少封閉兩個光學元件(5、6)之該等光學表面(17.1、17.2)。
  22. 如請求項1之裝置，其中該污染減少單元包含一冷卻單元(22)，其將該真空外殼(18)冷卻至小於290 K，較佳地小於80 K，尤其較佳地小於20 K之溫度。
  23. 如請求項1之裝置，其中該真空外殼(18.2)係用作一污染減少單元，且至少在其內部(23)上之一部分區域中包含一尤指鈦、鉭、鈮、鋯石、釷、鋇、鎂、鋁、釕、鐿或鈰之氣體結合材料。
  24. 如請求項1之裝置，其中至少一組件(16a)配置於該內部空間(15)中，該組件(16a)釋出污染粒子/分子，且其中該污染減少單元包含一藉由吸取而自該外殼(2)之該內部空間(15)移除該組件(16a)所釋出之該等粒子的吸取單元 (25a)。
  25. 如請求項24之裝置，其特徵在於，組件(16b、16c)經附著於一基板上或該光學元件(5)之一固持器件上。
  26. 如請求項1之裝置，其包含用於EUV微影之至少一反射光學元件(30、40)，該至少一反射光學元件(30、40)包含：一基板(31)，及一導電多層系統(33)，其在與該基板(31)相反之一側上包含一反射光學表面(34)，一導電層(32)，其配置於該基板(31)與該多層系統(33)之間的，該導電層(32)可經電接觸以用於傳走一光電流、用於接地或用於施加一已定義之電壓。
  27. 如請求項26之裝置，其中該導電層(32)較佳地藉由一線(36)得以連接至大電位且/或連接至一電流或電壓量測器件(37)。
  28. 如請求項27之裝置，其中該線(36)經調適而以一大於1kHz之頻率量測光電流。
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