TWI781206B - 光學裝置及操作光學裝置的方法 - Google Patents

光學裝置及操作光學裝置的方法 Download PDF

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Abstract

一種用以操作一光學裝置(100A,100B,200)的方法，其包含配置於裝置(100A,100B,200)的一殘餘氣體氣氛(RGA)中且至少部分地由一元件材料形成，該元件材料由存在於殘餘氣體氣氛(RGA)中的一電漿成分(PK)進行一化學還原程序及/或一蝕刻程序，，將執行以下步驟：根據偵測到的抑制程度(UM)，提供至少部分地抑制還原程序的一氣體成分(GK)，用以藉由在殘餘氣體氣氛(RGA)中的抑制氣體成分(GK)來抑制還原程序及/或蝕刻程序；以及在配置於殘餘氣體氣氛(RGA)中的一感測器單元(208)的協助下偵測(S1)抑制程度(UM)，該感測器單元包含由一感測器材料組成的一感測器材料部分(211)，其中感測器材料部份(211)具有在抑制氣體成分(GK)的影響下可量測的一感測器部分特性。

Description

光學裝置及操作光學裝置的方法 【相關專利參照】
本專利申請案主張在2017年8月15日申請的德國專利申請案DE 10 2017 214 215的優先權，其整體內容以引用的方式併入本文。
本發明關於用以操作光學裝置的方法，特別是微影裝置，例如EUV微影系統或光罩檢查系統，且本發明也關於光學裝置。
微影用以產生微結構組件，例如積體電路。使用具有照明系統及投射系統的微影裝置進行微影程序。經由照明系統照射的光罩(遮罩)的影像在此情況下由投射系統投射到塗佈有光敏感層(光阻劑)的並配置在投射系統的影圖像平面中的基板(例如矽晶圓)上，以將光罩結構轉移到基板的光敏感塗層。
由於對積體電路生產中的更小結構的需求所驅動，目前正在開發的是使用波長在0.1nm至30nm範圍(特別是13.5nm)的光的光學EUV裝置。在這類EUV微影或光罩檢查裝置的情況下，由於大多數材料對此波 長的光的高度吸收，因此必須使用反射光學單元(即反射鏡)，而不是(如先前使用的)折射光學單元(即透鏡元件)。
EUV輻射在空氣中(例如在常壓下)的吸收長度小於1毫米。因此，用於成像的EUV輻射必須在超高真空(UHV)下在抽真空的環境中盡可能地導引。因此，所使用的光學單元及其安裝座和感測器配置係設置於將殘餘氣體氣氛封閉的真空腔室中。殘餘氣體氣氛中的剩餘物質(特別是氫氣)可在EUV光的影響下離子化及激發，從而導致形成對真空腔室中存在的材料有侵蝕性的電漿。在某些情況下，也希望將特定的氣體成分提供到微影系統的殘餘氣體氣氛，以例如實現清潔效果。在這種情況下，特別是使用氫氣作為淨化氣體。然而，在裝置的殘餘氣體氣氛中形成的氫電漿可能攻擊且在某些情況下損壞用於裝置內的零件的材料。由於氫電漿的存在，在這方面可能產生污染物質的排氣，其例如沉積在光學元件的光學表面上並損害該處的透射特性。
舉例來說，已知矽可能被侵蝕性氫電漿蝕刻，且可能在EUV曝光系統內以不希望的方式形成氣態矽烷和氧化而沉澱。因此，在過去，已將氧氣傳送到殘餘氣體氣氛中，以減少矽的蝕刻和溶解。
DE 10 2014 114 572 A1揭露一種EUV微影系統，其配備有供含氧氣體進入真空環境的供給單元。在這種情況下，在含矽表面的區域中設定特定的氧分壓。計量的一個困難為真空環境中相對過多的氧氣可能導致不希望的氧化。因此，首先需要偵測真空環境內存在關於蝕刻物質的成分，例如電漿成分，以及減少這種不希望的蝕刻程序的氣體，例如氧氣。
根據DE 10 2006 044 591 A1，藉由配置在真空殼體內側上的 氣體結合材料來降低EUV微影裝置中的反射光學元件的污染。
整體而言，仍然希望降低各個光學裝置(例如微影或光罩檢查裝置)內由被電漿成分從零件剝離出的物質所造成的污染，並以針對性的方式抵消此污染。
在此背景下，本發明的目的為提供一種用以操作光學裝置(特別是例如微影或光罩檢查裝置)的改良方法，以及適用於該方法的光學裝置。
因此，提出一種用於操作一光學裝置、特別是一微影或光罩檢查裝置的方法，該裝置包含一結構元件，該結構元件配置於光學裝置的殘餘氣體氣氛中，其中結構元件至少部分地由一元件材料形成，該元件材料由存在於殘餘氣體氣氛中的一電漿成分進行一化學蝕刻程序(特別是作為實際蝕刻程序的前驅階段一還原程序)。方法包含以下步驟：根據一偵測到的抑制程度，提供至少部分地抑制還原程序及/或蝕刻程序的一氣體成分，用以藉由在殘餘氣體氣氛中的抑制氣體成分來抑制還原程序及/或蝕刻程序；以及在配置於殘餘氣體氣氛中的一感測器單元的協助下偵測抑制程度，該感測器單元包含由一感測器材料組成的一感測器材料部分，其中感測器材料部份具有在抑制氣體成分的影響下可量測的一感測器部分特性。
此外，提出一種光學裝置，特別是微影或光罩檢查裝置， 其包含：一殼體，其封閉一殘餘氣體氣氛；一結構元件，其配置於殘餘氣環境中且至少部分地由一元件材料形成，該元件材料由存在於殘餘氣體氣氛中的一電漿成分進行一化學還原程序及/或蝕刻程序；一供給單元，用於提供至少部分地抑制還原程序及/或蝕刻程序的一氣體成分至殘餘氣體氣氛；以及一感測器單元，配置於殘餘氣體氣氛中，該感測器單元包含由一感測器材料所構成的一感測器材料部分，其中感測器材料部分具有在該抑制氣體成分的影響下變化的一可量測感測器部分特性。
在具體實施例中，光學裝置更配備有一控制單元，其組態以控制供給單元以執行前文或下文所述的方法。
在殘餘氣體氣氛中，特別地，離子化氫可存在作為電漿成分，但也可想到對結合在光學裝置(例如微影或光罩檢查裝置)中的結構元件的相應元件材料具有蝕刻效果的其他電漿成分。
元件材料例如為氧化物材料，例如二氧化矽、氧化鋁、氧化錫或氧化鋅。元件材料也可包含氧化物形式的磷或鋯。碳化物材料同樣是可能的，例如碳化矽。微影或光罩檢查裝置中的結構元件特別為用於EUV微影或EUV光罩檢查的光學元件，其中結構元件較佳由具有低熱膨脹係數的材料製成。摻雜的矽酸鹽玻璃(例如摻雜有二氧化鈦的矽酸鹽並稱作石英玻璃)在此背景下為已知。這類型的玻璃可為來自康寧的ULE(超低膨脹)玻璃。也可以考慮由氧化鋁構成的藍寶石結構元件。
元件材料也可以由玻璃陶瓷構成，其中晶相與含有二氧化矽的玻璃相的比例被設定為使得在溫度範圍內不同相的相互相對的膨脹係數實際上以有利的方式相互抵消。接著，決定溫度範圍，使得在光學裝置內的典型操作溫度期間(例如20℃至160℃)產生表現出特別小的幾何變化的材料。這種玻璃陶瓷的商品名稱為Schott AG的Zerodur或Ohara的商標ClearCeram。這種元件材料一般含有通常以二氧化矽形式存在的矽化合物，其可在作為電漿成分的氫的影響下被剝離或蝕刻，並可進入殘餘氣體氣氛中。
藉由提供稱作抑制氣體成分的氣體來對抗這種剝離的元件材料成分(例如矽)的污染以及其在光學裝置內的表面上的不希望的沉積。在具體實施例中，使用氧氣及/或水作為抑制氣體成分。
已經發現，例如，作為元件材料的含矽二氧化矽首先藉由殘餘氣體氣氛中存在的電漿中的氫自由基和氫離子的組合而化學還原成矽，該矽隨後進行轉變作為氫化物或矽烷進入殘餘氣體氣氛中。申請人的研究表明，抑制此還原程序的氣體成分(特別是氧氣及/或水)減少了元件材料的氫氣排放，並因此減少了還原元件材料在光學裝置內的沉積。
在此情況下，由電漿成分進行的元件材料的化學還原程序的抑制有效性取決於引入殘餘氣體氣氛中的氣體成分的量。為了將例如氧氣等抑制氣體成分適當地供給到組態為例如用於EUV光的微影或光罩檢查裝置的光學裝置的超高真空的殘餘氣體氣氛中，偵測抑制程度。這致能抑制氣體成分的最佳計量。在此情況下，原則上希望量測殘留氣體氣氛中存在的所有氣體成分。然而，在微影裝置的操作期間，以傳統方法在殘餘氣 體分析的背景下偵測殘餘氣體氣氛中的所有氣體成分和電漿成分是非常複雜的。舉例來說，由於光譜儀的複雜性，諸如X射線光電子光譜(XPS)的方法無法用於光束成形和照明系統中或微影或光罩檢查裝置的投射系統中。然而，在所提出的方法中，使用感測器單元，其偵測引入的氣體組分對抑制蝕刻及/或化學還原程序的影響。在這方面，感測器單元用以偵測待監視的化學反應，且可靈活地定位在受侵蝕的表面附近。傳統的殘餘氣體分析量測(例如通過質譜法)通常只能偵測光學裝置中特定位置的氣體組成，其結果為對殘餘氣體氣氛中的材料的實際影響可能仍未確定。
在具體實施例中，感測器材料部分配置在距離暴露於電漿成分的結構元件表面不超過1m、較佳不超過0.5m、且特別較佳不超過30cm的位置處。
選擇性地，方法包含特別地執行前驅物階段到實際蝕刻程序的偵測以及根據偵測來調整至少部分抑制氣體成分的供給。
接著，為了偵測在元件材料剝離進入氣相之前的化學還原程序的有效性和過程的抑制程度(藉由添加抑制氣體成分)，提出了在殘餘氣體氣氛中的感測器單元。在此情況下，使用暴露於殘餘氣體氣氛中的還原電漿成分及/或抑制氣體成分的感測器材料，其程度與受影響的結構元件相同。量測感測器材料的改變作為感測器部分特性。也就是說，在光學裝置內直接偵測電漿成分及/或抑制氣體成分的影響，例如在由電漿成分攻擊的結構元件附近。由此可得到抑制程度，使得可根據此一知識來適當地加入抑制氣體成分的量。整體而言，這導致光學裝置的操作，其中減少了由從結構元件移除的元件材料對表面的污染。
在具體實施例中，感測器部分特性為感測器材料部分的一導電率、在一基板上的感測器材料部分的一厚度、一光學反射及/或透射係數、及/或感測器材料部分的一質量。
在感測器材料部分的協助下，模擬在殘餘氣體氣氛中存在的電漿成分(例如氫電漿)對元件材料(例如反射鏡體的二氧化矽)的影響或效果。有利地，感測器材料部分可實施為明顯小於暴露於電漿的結構元件的表面。
由於抑制程度的決定，可基於對感測器材料的影響的知識來計量抑制氣體成分(例如氧氣)，使得元件材料受到電漿的侵蝕程度較小。
在具體實施例中，感測器材料組態以在感測器材料部分中的電漿成分及/或抑制氣體成分的影響下被蝕刻、還原或氧化，其中例如進行材料的移除。
舉例來說，可想到的是，感測器材料由元件材料形成並經歷與相應的結構元件相同的化學還原程序。感測器材料也可能特別是通過氣體成分(例如氧氣)進行氧化並因此而分離、或是有可能感測器材料部分的密度或質量發生變化。特別地，選擇感測器材料，使得感測器部分特性為可量測的，其與光學單元內的所需程序實施相關，並因此構成用於提供抑制氣體成分或光學裝置(特別是作為EUV微影或光罩檢查裝置)的操作的受控變數。
在這方面，在具體實施例中，方法更包含以下步驟：量測感測器部分特性；以及根據量測的感測器部分特性來決定在殘餘氣體氣氛中抑制氣體成分的 要供給的一物質量，以偵測抑制程度。
由於感測器部分特性的改變，例如由於特別是氣體成分所進行的氧化導致的質量或光學性質，這取決於殘餘氣體氣氛中的供給的物質量或其分壓，有可能定義合適的抑制程度。
在具體實施例中，抑制程度被偵測為在殘餘氣體氣氛中的電漿成分的比例與抑制氣體成分的比例的一比率。較佳地，可偵測分壓的比率作為抑制程度。特別地，有可能從量測的感測器部分特性導出分壓的比率。
在方法的另一變化形式中，執行以下步驟：量測感測器部分特性；以及將量測的感測器特性映射至抑制程度。
在此情況下，映射包含例如：使用或應用映射規格，針對抑制氣體成分及/或電漿成分對感測器材料及/或元件材料的影響，使用或應用反應模型，針對抑制氣體成分及/或電漿成分對感測器材料及/或元件材料的影響，使用或應用啟發式模型，及/或以映射表格的方式使用或應用表格。
映射規格可例如實施使得在偵測到感測器材料的還原/氧化時，抑制氣體成分的物質供給增加/減少一預定程度。在這種情況下，可以相對的方式(例如以百分比)或絕對的方式定義範圍。
在具體實施例中，在利用基於交流量測的皮膚效應的同時 量測感測器部分特性。舉例來說，電流可由於感測器部分材料的改變而變化，這可藉助於電射頻量測來偵測。
在方法的具體實施例中，提供抑制氣體成分係實施使得偵測的抑制程度在光學裝置的操作期間落在一預定義範圍內
抑制程度可在抑制程度值內指定，例如電漿成分與氣體成分的分壓比或在感測器單元的剩餘還原率。當在感測器單元的協助下監視抑制程度，抑制程度較佳設定在範圍或值範圍內。抑制程度可特別地由於抑制氣體成分被供給到殘餘氣體氣氛中而改變。
在具體實施例中，所偵測抑制程度的預定義範圍係選擇使得至少部分地避免了由於還原程序而還原的元件材料的一蝕刻程序。
在電漿成分對元件材料的影響(例如氫電漿對矽成分的影響)的情況下，有可能參照蝕刻程序。在此情況下，如上所述，從二氧化矽還原的矽被剝離到殘餘氣體氣氛中。這發生在具有氫電漿的氣氛中，形成矽烷和下面解釋的進一步的化學程序。也可能參考乾式蝕刻。
在其他的具體實施例中，微影或光罩檢查裝置包含具有一反射鏡表面的至少一光學元件，抑制氣體成分為一氧化劑，且其中提供抑制氣體成分係實施使得在由抑制氣體成分所氧化且之前由電漿成分所還原的元件材料的反射鏡表面上的沉積小於一預定義程度。
舉例來說，藉由研究感測器部分中的感測器材料，有可能執行「校準」，使得可從感測器材料的「消耗」或感測器部分特性的變化來推斷出電漿成分的蝕刻效果。因此，藉由根據同樣源自感測器部分特性的抑制程度來計量或供給抑制氣體成分，可實現殘餘氣體氣氛內的表面的汙 染的減少。
在方法的具體實施例中，作為光學裝置的微影裝置具有用以產生UV光的一照明裝置、用於具有微影資訊的一光罩的一遮罩裝置、以及用以將微影資訊成像到一晶圓上的一投射裝置。接著，感測器單元較佳配置於投射裝置中。在變化形式中，感測器單元配置在存在電漿成分的潛在污染源的位置，且特別是組件部件可在暴露於電漿的情況下經歷蝕刻程序的位置。
藉由與用以決定氣體氣氛成分的已知量測配置(例如，質譜法)相比較，感測器單元可以在支出方面有利的方式配置在微影或光罩檢查裝置內的不同位置處。
結構元件可例如為在微影或光罩檢查裝置內的一光學元件、一反射鏡體、一反射鏡塗層、一遮罩架及/或一承載元件。
在所述方法及/或所提出的光學裝置的具體實施例中，感測器單元包含由作為感測器材料的元件材料製成的奈米線作為感測器材料部分以及用以量測作為感測器材料部分的奈米線的電阻的量測單元。在此情況下，感測器材料組態使得其在電漿成分的影響下被還原，其中奈米線的電阻改變。
奈米線可例如由元件材料或元件材料氧化物形成。特別地，奈米線應理解為表示具有特別是平均直徑小於1μm、較佳小於500nm、更佳小於100nm的拉長線型元件。舉例來說，半導體或金屬奈米線可藉由蝕刻程序或在催化生長下產生。
在此情況下，感測器單元特別是偵測沿奈米線的縱向方向 的電阻或電導率或電流-電壓特性曲線。舉例來說，若使用材料氧化物作為奈米線材料，則由於電漿成分(例如氫)對氧化物進行化學還原而改變電阻。
在另一具體實施例中，感測器單元包含由感測器材料製成而作為感測器材料部分的奈米線以及和用以量測作為感測器材料部分特性的奈米線的電阻的量測單元。感測器材料特別組態使得其由抑制氣體成分氧化而形成感測器材料氧化物，其中奈米線的電阻改變。在此具體實施例中，有可能偵測電流-電壓特性曲線作為感測器部分特性，並特別地由此推斷出在殘餘氣體氣氛中的抑制氣體成分的比例及/或抑制氣體成分與電漿成分的比率。
在具體實施例中，奈米線組態使得感測器材料氧化物從感測器材料剝離。也就是說，奈米線的直徑在氣體成分的影響下減小，因此導致流經奈米線的電流切變，進而可被偵測到。
特別地，可設想到偵測作為奈米線的矽奈米管上的皮膚效應。舉例來說，偵測在0和10MHz之間的頻率的一或多個奈米管的電抗及/或電導率，並偵測電漿和抑制氣體成分對電特性的影響。
在具體實施例中，感測器單元包含由感測器材料製成並配置於基板上作為感測器材料部分的的薄層、以及用於量測作為感測器部分特性的薄層的電阻的量測單元。感測器材料較佳組態為由抑制氣體成分氧化以形成感測器材料氧化物，其中薄層的電阻改變。在這方面，偵測電阻的變化或是電流-電壓特性曲線的變化將有可能推斷出在殘餘氣體氣氛中抑制氣體成分的存在或量。
此外，特別地，有可能偵測作為感測器部分特性的薄層的 光學特性。
在具體實施例中，感測器單元包含由感測器材料製成作為感測器材料部分的薄膜以及用以量測作為感測器器部分特性的光學特性的量測單元。
光學特性可特別以非接觸的方式來偵測，從而致能在費用和讀出方面是有利的感測器單元。薄膜的感測器材料可特別組態以由抑制氣體氣氛氧化而形成感測器材料氧化物。隨著感測器材料氧化物的形成，產生具有變化厚度的感測器材料氧化物層，其結果為表面的光學性質可改變，使得有可能很好地偵測感測器部分特性。
此外，可設想到，感測器材料組態成在電漿成分的影響下被還原。以這種方式製造且其表面由電漿成分還原的薄膜同樣改變了其光學性質，這可被偵測。
在具體實施例中，感測器單元組態以決定作為膜的表面的光學特性的橢圓量測參數作為感測器部分特性。在感測器單元的一變化形式中，量測膜的光學透射或反射特性作為感測器部分特性。
在感測器單元的又一具體實施例中，感測器單元包含石英晶體微量天平，用以量測在抑制氣體成分及/或電漿成分對感測器材料的影響下從感測器部分移除的感測器材料。
在石英微量天平的情況下，藉由施加AC電壓使壓電晶體(例如石英)振盪。由於這類振盪的振盪器的相應共振頻率隨質量的變化而變化，因此可偵測到附著在石英晶體微量天平上的感測器部分的質量變化。在這方面，在這樣的具體實施例中，偵測共振頻率變化作為感測器部分特 性中的化學或機械變化的結果，其中共振頻率變化為絕對值或作為與從變化中排除的參考石英的差值(拍頻)。
較佳地，在石英晶體微量天平的情況下，使用塗佈有氧化矽的釕層來偵測對矽的蝕刻及/或還原程序。釕導致矽的有利結合，其結果為感測器單元對殘餘氣體氣氛的污染在最大程度上被排除。
相應適用的感測器單元可用以決定進一步的污染程序及其前驅物。
在具體實施例中，光學裝置的殘餘氣體氣氛具有在10-4至5毫巴的一壓力。
分壓(特別是抑制氣體成分的分壓)較佳在10-10和10-7毫巴之間。
在具體實施例中，供給單元包含毛細管，用以按照預定的物質量來計量氣體成分從殘餘氣體氣氛外到殘餘氣體氣氛內的速率。
在具體實施例中，光學裝置為EUV微影或光罩檢查裝置，其包含用以在EUV輻射的協助下成像微影資訊的投射裝置。
在進一步的具體實施例中，微影或光罩檢查裝置可為DUV微影或光罩檢查裝置。微影或光罩檢查裝置可包含複數個用於抑制氣體成分的供給單元及/或感測器單元。
在具體實施例中，光學裝置為光罩檢查裝置，其包含用於產生UV光的照明裝置、用於具有微影資訊的光罩的遮罩裝置、以及用於成像和用於檢查微影資訊的投射裝置。感測器單元較佳配置在投射裝置中。
在具體實施例中，感測器單元配置成直接靠近受影響的零 件，使得對感測器單元對電漿成分的暴露與相應零件的暴露相對應。
EUV代表「極紫外光」，且指的是工作光的波長在0.1nm和30nm之間。DUV代表，「深紫外光」，且指的是工作光的波長在30nm和250nm之間。
在本情況下，「一」不一定被理解為僅限於一個元件。而是，也可能提供複數個元件，例如兩個、三個或更多個元件。此處使用的任何其他數字也不應理解為必須實現對相應元件數量的精確限制。而是，向上及向下的數值偏差是可能的。
化學還原程序理解為特別是指物質接受電子並在程序中還原的反應。氧化理解為表示待氧化的物質(電子供體)釋放電子的化學反應。另一物質(氧化劑)接受電子(電子受體)。電子受體因接受電子而還原。兩個反應一起特別被認為是氧化還原反應的部分反應。氧化可以但不需要使用氧氣作為氧化劑進行。可想到使用硫或鹵素作為氧化劑。
由於蝕刻程序會在抑制成分的協助下減少，因此特別適合在殘餘氣體氣氛中將矽轉化為氣態矽烷。還可想到藉由暴露於在相應殘餘氣體氣氛中的氫離子來移除鋅、錫、磷、銅、錳、鎂或鋯材料。
本發明的其他可能的實施方式也包含上文或下文關於示例性具體實施例所描述的特徵或具體實施例的未明確提及的組合。在此情況下，所屬技術領域中具有通常知識者也將加入個別態樣作為對本發明的相應基本形式的改進或補充。
100A‧‧‧EUV微影裝置
100B‧‧‧DUV微影裝置
102‧‧‧光束成形和照明系統
103‧‧‧遮罩裝置
104‧‧‧投射系統
106A‧‧‧EUV光源
106B‧‧‧DUV光源
108A‧‧‧EUV輻射
108B‧‧‧DUV輻射
110‧‧‧反射鏡
112‧‧‧反射鏡
114‧‧‧反射鏡
116‧‧‧反射鏡
118‧‧‧反射鏡
120‧‧‧光罩
122‧‧‧反射鏡
124‧‧‧晶圓
126‧‧‧光軸
128‧‧‧透鏡元件
130‧‧‧反射鏡
132‧‧‧介質
200‧‧‧微影裝置
201‧‧‧結構元件
202‧‧‧塗層
203‧‧‧二氧化矽
204‧‧‧閥單元
205‧‧‧氣體儲存器
206‧‧‧開口
207‧‧‧控制單元
208‧‧‧感測器單元
209‧‧‧殼體
210‧‧‧結構元件主體
211‧‧‧感測器材料部分
700‧‧‧感測器單元
701‧‧‧奈米線
702‧‧‧接觸
703‧‧‧電阻量測儀器
704‧‧‧評估單元
705‧‧‧材料氧化物
706‧‧‧還原材料氧化物
707‧‧‧奈米線
708‧‧‧奈米線材料
709‧‧‧奈米線材料氧化物
800‧‧‧感測器單元
801‧‧‧奈米線
802‧‧‧奈米線
803‧‧‧奈米線
804‧‧‧奈米線
805‧‧‧接觸
806‧‧‧電阻量測單元
807‧‧‧評估單元
900‧‧‧感測器單元
901‧‧‧二氧化矽膜
902‧‧‧基板
903‧‧‧接觸
904‧‧‧電阻量測儀器
905‧‧‧評估單元
906‧‧‧矽
1000‧‧‧感測器單元
1001‧‧‧感測器材料膜
1002‧‧‧基板
1003‧‧‧表面
1004‧‧‧發射單元
1005‧‧‧接收單元
1006‧‧‧評估單元
1100‧‧‧感測器單元
1101‧‧‧感測器材料膜
1104‧‧‧發射單元
1105‧‧‧接收單元
1106‧‧‧評估單元
1200‧‧‧感測器單元
1201‧‧‧石英晶體微量天平
1202‧‧‧基板
1203‧‧‧感測器材料層
1204‧‧‧評估單元
CR‧‧‧蝕刻區域
CT‧‧‧控制信號
D‧‧‧直徑
D’‧‧‧直徑
D”‧‧‧直徑
ER‧‧‧蝕刻區域
GK‧‧‧氣體成分
I‧‧‧入射光
M1-M6‧‧‧反射鏡
PK‧‧‧電漿成分
R‧‧‧反射光
RGA‧‧‧殘餘氣體氣氛
SC‧‧‧矽汙染
SE‧‧‧蝕刻速率
SO‧‧‧層氧化物
SR‧‧‧抑制程度
SS‧‧‧感測器信號
T‧‧‧透射光
TR‧‧‧轉換範圍
UM‧‧‧抑制程度
UMB‧‧‧抑制程度範圍
W‧‧‧厚度
W’‧‧‧厚度
本發明的其他有利組態和態樣為申請專利範圍附屬項以及下文所描述的本發明的示例性具體實施例的主題。下文中將參考附圖並基於較佳具體實施例更詳細地解釋本發明。
圖1A顯示了EUV微影裝置的一具體實施例的示意圖；圖1B顯示了DUV微影裝置的一具體實施例的示意圖；圖2顯示了微影裝置的另一具體實施例的示意圖，用於說明操作該微影裝置的方法；圖3顯示了用以說明氫電漿對矽的蝕刻程序的圖表，其取決於殘餘氣體氣氛中的氧-氫比率；圖4顯示了根據殘餘氣體氣氛中的氧氣添加來說明微影裝置中由矽造成的污染的示意圖；圖5和圖6顯示了方法步驟的示意流程圖，其說明用以操作圖2所示的微影裝置的方法的變化形式；以及圖7到圖12顯示用以在圖2所示的微影裝置中使用的量測單元的具體實施例的示意圖。
除非有相反的指示，否則相同的元件或具有相同功能的元件在附圖中具有相同的元件符號。在當前情況下，若一元件符號具有複數個參考線，這意味著相應的元件是多重存在的。指示隱藏細節的參考標記線以虛線方式示出。也應注意，附圖中的示意圖不一定按比例繪製。
在下文中稱作微影裝置的系統應特別理解為表示一光罩檢 查系統。此外，考慮微影裝置作為一般光學裝置的示例。
圖1A顯示了EUV微影裝置100A的示意圖，其包含光束成形和照明系統102和投射系統104。在此情況下，EUV表示「極紫外光」且指的是在0.1nm和30nm之間的工作光波長。光束成形和照明系統102和投射系統104分別設置在真空殼體(未顯示)中，每個真空殼體在抽空裝置(未顯示)的協助下被抽真空。在具體實施例中，真空殼體也可彼此連通。真空殼體由機房(未顯示)包圍，其中設置有用以機械地移動或調整光學元件的驅動裝置。此外，也可在該機房中設置電子控制器等。
EUV微影裝置100A包含EUV光源106A。舉例來說，可提供發射在EUV範圍(極紫外光範圍)(亦即例如在5nm至20nm的波長範圍內)的輻射108A的電漿源(或同步加速器)作為EUV光源106A。在光束成形和照明系統102中，EUV輻射108A被聚焦，並從EUV輻射108A過濾出所需的操作波長。由EUV光源106A所產生的EUV輻射108A對空氣具有相對低的透射率，因此光束成形和照明系統102及投射系統104中的光束導引空間被盡可能地抽真空。剩下的就是殘餘氣體氣氛RGA。
圖1A中所示的光束成形和照明系統102具有五個反射鏡110、112、114、116、118。在通過光束成形和照明系統102後，EUV輻射108A被導引至在遮罩裝置103中的光罩(稱作為遮罩)120上。光罩120同樣形成為反射光學元件，且可配置在系統102、104的外部。此外，EUV輻射108A可藉由反射鏡122導引到光罩120上。光罩120具有含微影資訊的結構，其在EUV光的協助下藉由投射系統104以縮小的方式成像至晶圓124或類似物上。
投射系統104(也稱作投射透鏡或投射裝置)具有六個反射鏡M1至M6，用以將光罩120成像到晶圓124上。在此情況下，投射系統104的各個反射鏡M1至M6可相對投射系統104的光軸126對稱地配置。EUV微影裝置100A的反射鏡M1至M6的數量不限於所示的數量。也可提供更多或更少數量的反射鏡M1至M6。此外，反射鏡M1至M6通常在其正面彎曲，以進行光束塑形。
圖1B顯示了DUV微影裝置100B的示意圖，其包含光束成形和照明系統102和投射系統104。在此情況下，DUV表示「深紫外光」且指的是在30nm及250nm之間的工作光的波長。如已參考圖1A所作的描述，光束成形和照明系統102和投射系統104可配置在真空殼體中及/或由具有相應驅動裝置的機房包圍。
DUV微影裝置100B具有DUV光源106B。舉例來說，可提供例如發射在193nm的DUV範圍中的輻射108B的ArF準分子雷射作為DUV光源106B。
圖1B中所示的光束成形和照明系統102將DUV輻射108B導引到光罩120上。配置在遮罩裝置103中的光罩120係實施為透射光學元件且可配置在系統102、104的外部。光罩120又具有含微影資訊的結構，其藉由投射系統104而以縮小的方式成像到晶圓124或類似物上。
投射系統104具有複數個透鏡元件128及/或反射鏡130，用以將光罩120成像至晶圓124上。在此情況下，投射系統104的各個透鏡元件128及/或反射鏡130可相對投射系統104的光軸126對稱地配置。DUV微影裝置100B的透鏡元件128和反射鏡130的數量不限於所示的數量。也可提供更多 或更少數量的透鏡元件128及/或反射鏡130。此外，反射鏡130通常在其正面彎曲，以進行光束塑形。
最後一個透鏡元件128和晶圓124之間的氣隙可由折射率>1的液體介質132代替。液體介質132可例如為高純度的水。此一架構也稱作浸潤式微影，並具有增加的微影解析度。介質132也可稱作浸潤液體。
由於高能量UV光，特別是在EUV微影或光罩檢查裝置中，氣體電漿存在於殘餘氣體氣氛RGA內。在下文中，舉例來說，氫電漿被認為是殘餘氣體氣氛RGA中的電漿成分。存在於相應微影或光罩檢查裝置中的零件部分地由在相應電漿成分(例如氫電漿)的影響下受到侵蝕的材料製造。可提及的是，可開始氫輔助蝕刻程序。結果，揮發性材料成分可能進入殘餘氣體氣氛RGA並在不希望的位置處沉澱。
特別地，一個困難處在於微影或光罩檢查裝置內作為反射鏡或透鏡元件本體或其他結構元件的成分的矽可能在氫電漿的影響下開始被蝕刻。接著，矽可能沉積於光學表面上，例如作為氧化物。在反射鏡本體或光學表面上，這類矽污染物可能對光學特性產生不希望的影響。舉例來說，申請人的研究已顯示，投射光學單元的透射特性受到微影裝置內的矽蝕刻程序和包含矽的材料的污染的損害。
這藉由提供抑制此蝕刻程序的氣體來抵消，例如作為氣體成分的氧氣。下文基於氧氣的例子描述如何可方便地進行抑制蝕刻程序的氣體成分的計量。因此，下文將特別地參照含矽的元件材料來討論在殘餘氣體氣氛RGA內的矽蝕刻和沈積。所描述的蝕刻或化學程序可類似地存在於微影或光罩檢查裝置中的其他材料或物質上。
申請人已經認識到，在微影裝置的殘餘氣體氣氛中，矽蝕刻程序隨著前驅物(即二氧化矽前驅物)的出現而發生。這類型的二氧化矽也已存在於例如上述和下述的石英玻璃或ULE材料的反射鏡架或塗層中。相應的二氧化矽首先藉由氫電漿還原成元素矽，該矽反應形成矽烷SiH4。此外，在還原程序中產生水，該水同樣存在於殘餘氣體氣氛中。矽烷可以在催化劑(例如釕)的影響下分解，其同樣存在於殘餘氣體氣氛中，使得矽及/或二氧化矽(由於存在水及/或氧成分)沉積。這種包含矽的沉積層被認為是污染，且特別被認為是對光學表面產生不利影響的干擾。
藉由添加氧、水或其他氧化劑，可減少氫電漿對含有作為元件材料的二氧化矽的零件的腐蝕性或腐蝕性影響。因此，也提到氧氣或水作為抑制氣體成分。特別地，已發現到氧氣將二氧化矽和自由基氫之間的還原反應的平衡從氫電漿朝氧化相轉移。然而，同樣已發現到，由於其氧化作用，氧的添加可能對零件的表面產生進一步的不利影響。
以下部分概述了在微影或光罩檢查裝置的殘餘氣體氣氛中可能在矽蝕刻程序期間發生的反應：
由於EUV輻射的影響，存在於殘餘氣體氣氛中的分子氫(例如作為淨化氣體殘餘物)被離子化並轉換成電漿成分。
H2+γEUV → Hi+,H*.
首先，天然二氧化矽由氫電漿成分還原。作為微影或光罩檢查裝置中的零件的元件材料的二氧化矽在這方面經歷了化學還原程序：SiO2+2 Hi+,H* → 2 H2O(g)+Si(s).
此外，可進一步設想氫電漿將所形成的矽及/或來自不同來 源的矽轉化為氣態矽烷：Si(s)+2 Hi+,H* → SiH4(g).
此處可參照矽的化學蝕刻程序。矽烷可在釕的影響下分解，使得矽再次沉積在其他地方，例如在反射鏡表面上：SiH4(g) → Si-Ru+2H2.
從反應產生的矽隨後在殘餘氣體氣氛中被水或氧氣氧化而形成二氧化矽，其仍然作為釕上的污染物：Si-Ru+2H2O/O2 → SiO2.
藉由與氫電漿成分的還原，所形成和沈積的SiO2可再次受到化學蝕刻程序，結果為再次形成氣相中的矽烷。Ru上的薄SiO2層的蝕刻速率低於在SiO2體積本體情況下的蝕刻速率，其結果為可能建立永久性污染。
然後，為了藉由加入氧氣到殘餘氣體氣氛中來限制氫電漿所造成的二氧化矽的矽蝕刻程序或還原程序，需要適當的計量。這是在用於圖2所示的微影裝置的操作方法的協助下來實現，該操作方法將在下文中基於該微影裝置進行解釋。在此情況下，如在圖5和圖6中基於示例性流程圖所闡明的，以適當的方式控制抑制氣體成分的氧氣供給。
接著，圖2顯示了另一微影裝置200的一示例性具體實施例。所示的微影裝置200可理解為例如圖1a中所示的EUV微影裝置(100a)的投射系統104的一部分。微影裝置200包含殼體209，其藉由合適的真空泵為殼體209內存在的結構元件提供了抽真空的環境。較佳在殼體209中產生壓力在10-4mbar和2mbar之間的真空。
由於此處未作進一步解釋的措施，特別是作為淨化氣體的 氫氣進入在殼體209內佔優勢的殘餘氣體氣氛RGA。圖2表明殘餘氣體氣氛RGA可包含電漿成分PK，此處考慮氫電漿。由於用以成像微影結構的EUV輻射的影響，產生了由小圓圈所表示的氫電漿，以氫氣作為淨化氣體，如上所述。
此外，微影裝置包含例如由201表示的結構元件。結構元件201可例如為由玻璃陶瓷或ULE材料所製成的反射鏡本體。在這方面，存在結構元件主體210和反射鏡塗層202。EUV反射鏡通常包含多層塗層202，其包含高折射率層材料和低折射率層材料的交替層。舉例來說，使用由鈹、釕、鑭、鉬、特別是矽所形成的個別層。氫電漿PK也特別用以保護這些層202免受腐蝕。範例中提到的作為結構元件201的EUV反射鏡特別具有由二氧化矽203構成的表面。這表示二氧化矽存在於零件201中或之上。二氧化矽可特別以混合物形式存在或作為天然二氧化矽存在。
如上所述，二氧化矽203或層受電漿成分(亦即氫電漿PK)的影響。這可能導致上述的蝕刻程序，使得矽或二氧化矽不利地沉積在殘餘氣體氣氛中的其他地方。為了抵消這種情況，將降低或減少此還原程序的氣體成分GK引入殘餘氣體氣氛中。這由三角形GK表示。這特別涉及了作為氣體成分GK的氧氣，其減少了還原程序，簡稱「減少氣體成分」。為此，在殼體209中設置開口206，來自氣體儲存器205的開放氧氣GK通過開口206經由可控閥單元204進入殼體209的內部，即殘餘氣體氣氛RGA。
由於已發現氧的加入將使天然或存在的二氧化矽的上述還原反應在氧化物相的方向上移動，因此可至少部分地防止由氫電漿PK所驅動的還原程序，其結果隨後在殘餘氣體氣氛內會發生為較少的矽化學蝕刻。
為了適當地計量氧氣供給，在殘餘氣體氣氛RGA內提供感測器單元208，該感測器單元將感測器信號SS提供給控制單元207。控制單元207接著經由取決於控制信號SS的控制信號CT來控制閥204。在此情況下，感測器單元208具有暴露於殘餘氣體氣氛RGA的感測器材料部分211。也就是說，感測器材料部分211受到氫電漿PK和所供給的氧GK的影響。
根據申請人的研究，作為減少還原程序的氣體成分GK的氧氣GK的作用取決於殘餘氣體氣氛中氧氣及/或氫氣的比例。在這方面，定義了抑制程度UM，其可通過量測殘餘氣體氣氛內的氣體組成來決定。舉例來說，抑制程度應理解為一方面是蝕刻程序的定量描述，另一方面是還原程序的定量描述。抑制程度UM的一種可能選擇為殘餘氣體氣氛RGA中氧氣和氫氣的量的比率或感測器材料部分的還原率。
由於藉由傳統的措施(例如藉由殘餘氣體分析儀(例如質譜儀))實際上不可能決定殘餘氣體氣氛RGA的氣相中的氣體組成，因此將合適的感測器單元208引入到殘餘氣體氣氛中。感測器單元208使得能夠決定抑制程度。
如圖5中所示，在微影裝置200的操作期間，首先在步驟S1中執行抑制程度的偵測，也就是說，例如為基於感測器單元208的量測結果以感測器信號SS的方式來偵測殘餘氣體氣氛RGA中氧與氫的比率。
接著，在步驟S2中，供給氧氣，以建立有利於操作和抑制二氧化矽的還原程序的程序參數。也就是說，氧氣與氫氣的比例可認為是抑制程度UM。
控制單元207藉由閥204的封閉迴路或開放迴路控制將一定 量的氧氣GK供給到殘餘氣體氣氛RGA，使得抑制程度UM落在特定範圍內。
圖3再現了申請人的研究所產生的圖表，其比較了矽蝕刻速率與氧-氫比率。在x軸上表示了任意單位的氧O2與氫離子H+的比率。在y軸上表示了同樣為任意單位的定性矽蝕刻速率。曲線SE顯示矽蝕刻速率如何作為O2/H+比率的函數而變化。可以說，O2/H+比率表示對氫電漿所造成的矽蝕刻或還原程序(存在於蝕刻程序期間)的抑制程度UM。
在低O2/H+比率的範圍ER中存在高蝕刻速率，而在高O2/H+比率的範圍內存在非常低的矽蝕刻速率。這兩個範圍(即蝕刻範圍或蝕刻區域ER和抑制程度或抑制區域方案SR)之間的轉換由TR表示並且具有陡峭的過程。也就是說，在轉換範圍TR中，抑制程度UM或O2/H+比率的改變導致矽蝕刻的增加。
相當希望在UHV區域中留下盡可能少的外來氣體，例如氧氣。這是因為供給到殘餘氣體氣氛RGA中的氧的氧化作用可能對殘留氣體氣氛RGA中存在的物質產生進一步的影響。特別是，可能發生底層矽層或阻障層(例如反射鏡的光學塗層)的層氧化，這同樣可能會損害光學單元的透射特性。這在氧氣GK的計量中被考慮在內。
接著，供給氧氣(步驟S2)，至少使得作為O2/H+比率的抑制程度UM落在抑制區域SR中的值範圍UMB。這較佳考慮到以下的事實：關於所決定的抑制程度、或關於在圖3例子中的殘餘氣體氣氛RGA中氧氣與氫氣比例，存在一定程度的不確定性。藉由將氧添加到殘餘氣體氣氛中來設定抑制程度UM，使得由感測器單元208按模計算抑制程度UM的量測的不確定性或容差，抑制程度UM的值落在UMB範圍內。可以說，調節在步驟S2 中的氧氣供給(參考圖5)，使得抑制程度始終保持在抑制區域SR中。氣體成分GK的供給係調節以實現最小的可能值並使抑制區域SR繼續被維持。
申請人進行了關於矽污染在微影裝置(例如在圖2中示意性地示出)的殘餘氣體氣氛RGA中的影響的進一步研究。這包含研究在O2分壓下量測的殘餘氣體氣氛中氧的比例如何影響反射鏡表面的透射特性。圖4再現了相應的圖表。x軸以對數方式表示在存在氫電漿PK的情況下在殘餘氣體氣氛RGA內以任意單位(a.u.)表示的氧分壓。在y軸上指示EUV反射鏡的反射鏡表面的傳輸耗損。在研究中，傳輸耗損係理解為表示通過整個光學單元的光通量相對於初始值的相對耗損。
在此情況下，圖4顯示了矽蝕刻程序對EUV反射鏡的透射率的影響，以及由於前驅物反應而存在(亦即氫電漿將二氧化矽還原成矽)對EUV反射鏡的透射率的影響。曲線SC顯示閉合方塊作為針對矽蝕刻程序的量測點。曲線大致對應於圖3中所示的曲線SE。由閉合圓形成的曲線SO顯示殘餘氣體氣氛內的氧氣的氧化作用對層氧化物的影響。如上所述，增加的氧氣添加會導致光學塗層的層氧化，這導致被認為是不利的傳輸耗損。在這方面，舉例來說，O2分壓設定為替代的抑制程度UM，使得抑制程度UM仍落在用於形成層氧化物SO的可容忍範圍內，也就是低於曲線SO的預定閾值。圖4顯示此一範圍UMB。已發現到，組合傳輸耗損的最小值落在UMB的左側，也就是在盡可能最小的O2濃度下，然而這仍然僅足以抑制蝕刻程序。
為了偵測或決定抑制程度UM，建議在感測器單元208的協助下監視存在於殘餘氣體氣氛RGA中的氣體(例如特別是氫電漿PK，以及供 給的氧氣GK)的影響。由於在相應零件201的結構環境，可避免在氣相中的直接測量。在這方面，感測器單元位於殘餘氣體氣氛RGA內的其他地方，其中較佳存在相同或相似的電漿暴露。
圖6示意性地顯示了使用感測器單元208操作微影裝置200的可能方法步驟，其中監測抑制程度UM並相應地設定氧氣供給。也可參考控制迴路，儘管供給氧GK(參見圖2)對氫或氫電漿PK的還原作用的影響發生在零件201的表面203處和感測器材料部分211上。控制單元207通過控制信號CT控制閥204，使得抑制程度UM落在抑制區域SR中(參見圖3)且還低於層氧化物生產的影響的預定臨界值(參見圖4)。為此，在方法步驟S12中，較佳在微影裝置200的操作過程中定期地量測感測器部分特性。
在以下的圖7至圖12中闡述可能的感測器單元組態和感測器部分特性。從感測器部分特性或變化的感測器部分特性(像是例如電阻)，抑制程度UM由控制單元207導出。為此，舉例來說，可存在校準曲線、或可使用用以將量測的感測器部分值映射到抑制程度的合適規範。舉例來說，若感測器部分211具有特定電阻，則將其映射到抑制程度數值。接著，設定氧氣供給使得由感測器單元208所量測的電阻值落在預定義的範圍內。這確保了氧氣供給的計量將減少由於在氣體殘留氣體RGA內的矽蝕刻程序而產生的污染。
下面的圖7至圖12顯示了感測器單元，其中殘餘氣體氣氛中的不同感測器材料暴露於電漿成分，例如氫氣及/或抑制還原程序的氣體(例如氧氣)。根據變化的感測器材料特性的量測和研究，接著藉由合適的映射來決定抑制程度。
圖7A顯示感測器單元700的第一具體實施例，例如可使用作為感測器單元208，例如在根據圖2的微影裝置中。這同樣適用於下文所述的後續附圖中的修改的感測器單元。
感測器單元700包含由二氧化矽形成的奈米線701，該奈米線經由接觸702耦合到電阻量測儀器703。電阻量測儀器703特別地將奈米線701的當前電阻提供給評估單元704。進一步指出，電漿成分PK(即微影裝置中的氫)作用於二氧化矽奈米線701。相應的奈米線701可以各種方式生產，並具有特別是在10nm至500nm的直徑。它們可具有例如在10nm至10-100μm的長度。舉例來說，藉由矽結構的氧化而獲得二氧化矽奈米線。
由於氫電漿PK的影響，奈米線的外表面被還原為矽。這顯示於圖7B，其中顯示了奈米線701的橫截面，並包含由二氧化矽材料705構成的內部核心以及由還原的矽構成的覆套706。由於奈米線701表面處的氫的化學還原程序，奈米線701的導電性或電阻根據存在於電漿PK中的氫自由基的反應性而變化。圖7B顯示了具有比內部二氧化矽705低的電阻的外包覆層706的厚度T是如何變化的。藉由感測器單元700中的電性量測，例如藉由射頻或直流量測或相應的電流-電壓特性曲線，殘餘氣體氣氛中的電漿PK和供給的氧氣GK的影響可從產生的電阻或電導來推斷，也就是說，電阻值可使用作為抑制程度UM的量度。
在用於感測器單元700的具體實施例的一變化形式中，矽奈米線可使用作為感測器材料部分。這在圖7C至圖7F中示出。從如圖7C中所示的具有直徑D的矽奈米線的橫截面開始，矽以例如非晶形的形式708存在於奈米線707中。在引入剩餘氣體氣氛中作為減少的氣體成分GK的氧的影 響下，奈米線707的表面氧化(如圖7D所示)以形成二氧化矽709。這產生了包含內部矽區域708及外部二氧化矽表面709的核心包覆結構。奈米線707的改變的機械和化學結構導致可變的電特性，例如特別是變化的電阻。
可以設想，奈米線的氧化方式使得氧化層與核心分離，從而使得(如圖7E所示)奈米線在其直徑D'上減小。若奈米線707由於氧化或蝕刻程序而進一步氧化，則奈米線707可在蝕刻區域CR中完全破裂或分解。這在圖7F中示出。在蝕刻區域CR中，奈米線的厚度D"比在前述圖式中更薄。若奈米線707斷裂，則這將導致無限大的電阻值，其可藉由電阻量測單元703來偵測。
奈米線707的原始厚度D的設定使得有可能偵測例如供給到微影裝置內部的氧的作用或影響。在如圖8所示的感測器單元的具體實施例中，可提供具有不同直徑的複數個奈米線，並可量測和監視它們的電特性。因此，圖8中顯示了感測器單元800的另一具體實施例。提供了四個奈米線801、802、803、804，其在各個情況下經由接觸805接觸並由相應的電阻量測單元806監視。電阻量測單元806將量測信號提供給評估單元807，其又將感測器信號SS提供給例如控制單元204(參見圖2)。接著，有可能使用例如直徑為7nm的第一矽奈米線、直徑為14nm的第二矽奈米線、直徑為21nm的第三矽奈米線、及直徑為28nm的第四矽奈米線。在相應奈米線801、802、803和804的量測電阻值或電流-電壓特性曲線的協助下，在奈米線801、802、803、804的相應穿孔時，可使用步進的方式偵測氧對蝕刻程序的影響。特別地，在這樣的電路中，也可能結合感測器變體7B和7E以實現抑制程度UM的改良偵測。
圖9a中顯示了感測器單元900的另一具體實施例。感測器單元900包含施加在基板902上的二氧化矽膜或層901。基板902可包含例如釕。二氧化矽膜901通過接觸903電性地接觸，使得可在電阻量測儀器904的協助下偵測電阻值。再次地，藉由電流及/或電阻量測儀器904所量測的電阻、電導或電流-電壓特性曲線提供了有關在殘餘氣體氣氛內的氫氣或氧氣的影響的資訊。
評估單元905提供一感測器信號，其饋送到控制單元207(參見圖2)。
在二氧化矽膜901的表面處可能發生矽的還原，尤其以類似於在因氫電漿而暴露於腐蝕的零件處相似的方式進行。這在圖9B中示出。這顯示了具有二氧化矽層901作為感測器部分材料的釕基板902。二氧化矽層901的厚度W為開始點。在具有還原作用的氫電漿的氫自由基的影響下，二氧化矽在表面處還原，使得固體矽906被添加到表面。因此而變化的電特性(即電阻值及/或電導或電流-電壓特性曲線)可被認為是殘餘氣體氣氛中氫濃度的影響的一種度量。特別地，右邊的圖9B顯示了二氧化矽901的厚度W'如何由於還原而降低。
除了所使用的感測器材料的電特性之外，也可能量測和測試感測器材料的光學特性。圖10示意性地顯示感測器單元的另一具體實施例的配置。感測器單元1000包含基板1002，其由例如釕形成，且在其上配置有數奈米到數微米的薄材料層1001。舉例來說，材料層1001由矽或二氧化矽形成。感測器單元1000更包含一量測配置，其包含光發射器1004和接收器1005，它們分別從評估單元1006接收控制信號CT並將其發射。光發射 單元1004將入射光I輻射到材料層1007的表面1003上。反射光R由接收單元1005接收。
舉例來說，量測裝置有可能組態以進行橢圓量測研究。這包含在感測器材料層1001的表面1003上反射時量測光I的極化狀態的變化。由於表面1003因為氫電漿效應及/或供給的氧氣的氧化作用而改變，因此能夠從光學特性(例如橢圓量測參數ψ及δ)的變化推導出抑制程度UM。同樣在圖10中顯示出的評估單元1006提供感測器信號SS。
除了變化的感測器材料特性的反射量測之外，也可能進行透射量測。為此，在圖11中顯示了感測器單元的另一具體實施例。感測器單元1100包含感測器材料膜1101，其包含例如矽或氧化矽。再次地提供包含光發射器1104和接收器1105的量測配置，其發射及/或接收控制信號CT並通過薄膜1101(具有例如5nm到20nm的厚度)執行透射量測。評估單元1106再次地提供感測器信號SS以進行進一步處理。
圖12顯示了適用於微影或光罩檢查裝置的感測器單元的另一具體實施例。
感測器單元1200包含石英晶體微量天平1201。在相應的石英晶體微量天平1201的情況下，使壓電元件(例如，作為質量部分的石英晶體)進行振盪。共振頻率是根據關於振盪元件的尺寸和質量的相應組態而建立。由於振盪質量部分的質量的變化，共振頻率也發生變化，這又可藉由過評估單元1204來偵測。
接著，將感測器材料部分(例如以基板層配置的方式)施加到石英晶體微量天平1201上。在此情況下，在圖12的示例中，施加釕基板層 1202以及矽或氧化矽層1203到石英晶體微量天平1201。
由於與殘餘氣體氣氛中存在的氫電漿反應，膜或層1203的質量由於蝕刻程序及/或化學反應而改變。這導致石英晶體微量天平1201的共振頻率的變化，其進而被偵測到。在這方面，可以電子方式精確地偵測感測器部分的質量變化。在這種情況下，質量的變化可特別地通過將氧化矽還原成矽來實現，還可通過矽的氧化或二氧化矽的蝕刻來實現。
圖7至圖12中所示的感測器單元特別適用於微影裝置的投射裝置中的配置。所提出的量測或感測器配置以及包含可能的感測器材料的單元允許決定抑制氣體成分，而不需要在氣相中進行量測。這是特別有利的，因為微影或光罩檢查裝置內的結構空間通常是有限的。感測器的尺寸或感測器部分的面積足夠小，以至於可忽略所使用的感測器材料部分的排氣。
所提出的感測器單元允許偵測微影或光罩檢查裝置零件內的矽材料的蝕刻程序的前驅物，這導致對進入到殘餘氣體氣氛中的氧的適當計量。由於在感測器單元的協助下所偵測的感測器部分特性的調整或校準到抑制程度UM，因此可適當地設定抑制程度以至少部分地防止微影或光罩檢查裝置內由於不希望的蝕刻程序而造成的汙染。
儘管已基於示例性具體實施例更詳細地解釋了本發明，但可以各種方式對其進行修改。儘管已經基於氫電漿和氧氣成分的實例解釋了該功能，但也可避免由於蝕刻程序及/或顯示出還原前驅物的程序而污染殘餘氣體氣氛內的其他物質。舉例來說，具有磷或錫成分的污染也是可能的。雖然已基於包含矽的元件材料的例子進行了解釋，但反射鏡表面中矽 層的腐蝕也因所提出的方法和裝置而減少。根據有害電漿(特別是氫電漿)的作用機制(藉由感測器單元偵測)，以抑制程度的方式控制抑制氣體成分的供給能夠改善微影或光罩檢查裝置的操作。儘管在說明書中考慮了微影裝置的投射光學單元的示例，但是方法也可用於微影或光罩檢查裝置的其他真空區域或抽真空區域。這特別適用於照明光學單元、遮罩裝置或在晶圓平面區域中的微影裝置的情況。
特別有利的是，不必進行氣相中所需的直接殘餘氣體分析。然而，該分析僅產生間接指示，例如H2、O2和H2O的分壓分佈，並且還需要反應模型(表現出誤差)，以能夠描述在微影裝置的其他位置處的分壓分佈以及所偵測的H2O、O2、H2成分與特別是含矽材料之間的相互作用((例如還原和蝕刻程序)。
所提出的感測器單元允許直接量測蝕刻程序的作用或效果，且不需要詳細的反應模型。在感測器單元的協助下，有可能實現直接和局部的量測變量，特別是針對氧氣/水計量的調整。相比之下，傳統的RGA量測技術通常只對在微影裝置的特定位置處的殘餘氣體氣氛中的氣體成分產生數值。因此，這種氣體成分的量測不太適合作為控制局部化學反應的量測變量。所提出的措施在小型、結構空間節省和相對便利的感測器單元的協助下能夠對抑制氣體成分進行針對性的計量，而無需評估多個成分的氣相的詳細反應動力學和相互作用和其與EUV輻射和元件材料的相互作用。
200‧‧‧微影裝置
201‧‧‧結構元件
202‧‧‧塗層
203‧‧‧二氧化矽
204‧‧‧閥單元
205‧‧‧氣體儲存器
206‧‧‧開口
207‧‧‧控制單元
208‧‧‧感測器單元
209‧‧‧殼體
210‧‧‧結構元件主體
211‧‧‧感測器材料部分
CT‧‧‧控制信號
GK‧‧‧氣體成分
PK‧‧‧電漿成分
RGA‧‧‧殘餘氣體氣氛
SS‧‧‧感測器信號

Claims (29)

  1. 一種用於操作一光學裝置的方法，該光學裝置包含一結構元件，該結構元件配置於該光學裝置的一殘餘氣體氣氛中且至少部分地由一元件材料形成，該元件材料由存在於該殘餘氣體氣氛中的一電漿成分進行一化學還原程序及/或一蝕刻程序，該方法包含以下步驟：根據一偵測的抑制程度，提供至少部分地抑制該還原程序及/或該蝕刻程序的一抑制氣體成分，用以藉由在該殘餘氣體氣氛中的該抑制氣體成分來抑制該還原程序及/或該蝕刻程序；以及在配置於該殘餘氣體氣氛中的一感測器單元的協助下偵測該抑制程度，其中上述偵測是基於該感測器單元的一感測器材料部分的一感測器材料的一感測器部分特性，該感測器部分特性在該抑制氣體成分的影響下是可量測的；以及進行一材料移除或一材料補充，使得該感測器材料在該感測器材料部分中的該電漿成分及/或該抑制氣體成分的影響下被蝕刻、還原或氧化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該感測器部分特性為該感測器材料部分的一導電率、在一基板上的該感測器材料部分的一厚度、一光學反射及/或透射係數、及/或該感測器材料部分的一質量。
  3. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，更包含：量測該感測器部分特性；以及 根據該量測的感測器部分特性來決定在該殘餘氣體氣氛中該抑制氣體成分的要供給的一物質量，以偵測該抑制程度。
  4. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中該抑制程度被偵測為在該殘餘氣體氣氛中的該電漿成分的比例與該抑制氣體成分的比例的一比率。
  5. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，更包含：量測該感測器部分特性；在以下的協助下映射該量測的感測器特性：a)一映射規範，b)針對該抑制氣體成分及/或該電漿成分對該感測器材料及/或該元件材料的影響的一反應模型，c)針對該抑制氣體成分及/或該電漿成分對該感測器材料及/或該元件材料的影響的一啟發式模型，及/或d)一表格於該抑制程度。
  6. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中上述提供該抑制氣體成分係包含決定該偵測的抑制程度在該光學裝置的操作期間落在一預定義範圍內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該預定義範圍係選擇以至少部分地避免了由於該還原程序而減少的該元件材料的一蝕刻程序。
  8. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中該光學裝置包含具有一反射鏡表面的至少一光學元件，該抑制氣體成分為一氧化劑，且其中提供該抑制氣體成分係包含沉積由該抑制氣體成分所氧化且之前由該電漿成分所還原的元件材料至小於一預定義程度的一程度。
  9. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中該光學裝置為一微影裝置，其包含用以產生UV光的一照明裝置、用於具有微影資訊的一光罩的一遮罩裝置、以及用以將該微影資訊成像到一晶圓上的一投射裝置，且該感測器單元配置於該投射裝置中。
  10. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中該光學裝置為一光罩檢查裝置，其包含用以產生UV光的一照明裝置、用於具有微影資訊的一光罩的一遮罩裝置、以及用以成像和用以檢查該微影資訊的一投射裝置，且該感測器單元配置於該投射裝置中。
  11. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中該結構元件為一光學元件、一反射鏡體、一反射鏡塗層、一遮罩架及/或一承載元件。
  12. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中該元件材料選自由以下所組成的群組：一氧化物材料、一玻璃材料、一ULE材料、氧化鋅、非晶或結晶矽以及一碳化矽。
  13. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中該電漿成分包含氫。
  14. 如申請專利範圍第1項到第2項的其中任一項所述的方法，其中抑制該蝕刻及/或還原程序的該氣體成分包含氧氣及/或水。
  15. 一種光學裝置，包含：一殼體，其封閉一殘餘氣體氣氛；一結構元件，其配置於該殘餘氣環境中且至少部分地由一元件材料形成，該元件材料由存在於該殘餘氣體氣氛中的一電漿成分進行一化學還原程序及/或一蝕刻程序；一供給單元，用於提供至少部分地抑制該還原程序及/或該蝕刻程序的一抑制氣體成分至該殘餘氣體氣氛；以及一感測器單元，配置於該殘餘氣體氣氛中，該感測器單元包含由一感測器材料所構成的一感測器材料部分，其中該感測器材料部分具有在該抑制氣體成分的影響下變化的一可量測感測器部分特性，且其中該感測器材料係組態在該感測器材料部分中的該電漿成分及/或該抑制氣體成分的影響下被蝕刻、還原或氧化。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的光學裝置，更包含一控制單元，組態以控制該供給單元。
  17. 一種光學裝置，包含：一殼體，其封閉一殘餘氣體氣氛；一結構元件，其配置於該殘餘氣環境中且至少部分地由一元件材料形成，該元件材料由存在於該殘餘氣體氣氛中的一電漿成分進行一化學還原程序及/或一蝕刻程序；一供給單元，用於提供至少部分地抑制該還原程序及/或該蝕刻程序的一抑制氣體成分至該殘餘氣體氣氛；以及一感測器單元，配置於該殘餘氣體氣氛中，該感測器單元包含由一感測器材料所構成的一感測器材料部分，其中該感測器材料部分具有在該抑制氣體成分的影響下變化的一可量測感測器部分特性；其中該感測器單元包含由作為該感測器材料的該元件材料所製成的作為該感測器材料部分的一可變電阻奈米線、以及用以量測作為該感測器部分特性的該奈米線的一電阻的一量測單元，其中該感測器材料組態以在該電漿成分的影響下被還原。
  18. 如申請專利範圍第15項到第17項的其中任一項所述的光學裝置，其中該感測器單元包含由該感測器材料所製成的作為該感測器材料部分的一可變電阻奈米線、以及用以量測作為該感測器部分特性的該奈米線的一 電阻的一量測單元，其中該感測器材料組態以由該抑制氣體成分氧化以形成一感測器材料氧化物。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的光學裝置，其中該奈米線組態使得該感測器材料氧化物從該感測器材料剝離。
  20. 如申請專利範圍第15項到第17項的其中任一項所述的光學裝置，其中該感測器單元包含由該感測器材料製成且配置在一基板上作為該感測器材料部分的一可變電阻薄層、以及用於量測作為該感測器部分特性的該薄層的一電阻的一量測單元，其中該感測器材料組態以由該抑制氣體成分氧化而形成一感測器材料氧化物。
  21. 如申請專利範圍第15項到第17項的其中任一項所述的光學裝置，其中該感測器單元包含由該感測器材料所製成的作為該感測器材料部分的一膜以及用以量測作為該感測器部分特性的一光學特性的一量測單元。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的光學裝置，其中該感測器材料組態以由該抑制氣體成分氧化而形成一感測器材料氧化物。
  23. 如申請專利範圍第21項所述的光學裝置，其中該感測器材料組態以在該電漿成分的影響下還原。
  24. 如申請專利範圍第21項的其中任一項所述的光學裝置，其中該感測器單元組態以決定該膜的一表面的橢圓參數作為該感測器部分特性及/或組態以量測該膜的一光學傳輸特性作為該感測器部分特性。
  25. 如申請專利範圍第15項到第17項的其中任一項所述的光學裝置，其中該感測器單元包含一石英晶體微量天平，用以量測在該抑制氣體成分及/或該電漿成分對一感測器材料的影響下從該感測器部分移除或補充至該感測器部分的該感測器材料。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的光學裝置，其中該石英晶體微量天平包含塗佈有氧化矽的一釕層、一鈀層、一鉑層或一銠層。
  27. 如申請專利範圍第15項到第17項的其中任一項所述的光學裝置，其中該殘餘氣體氣氛具有在10-4至5毫巴之間的一壓力。
  28. 如申請專利範圍第15項到第17項的其中任一項所述的光學裝置，其中該抑制氣體成分的一分壓在10-10和10-7毫巴之間。
  29. 如申請專利範圍第15項到第17項的其中任一項所述的光學裝置，包含組態以在EUV輻射的協助下成像微影資訊的一投射裝置。
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