增加設置在照射設備中的聚集器光學器件的操作壽命的方法及相應的照射設備的製作方法

2023-12-03 01:49:16 3

專利名稱：增加設置在照射設備中的聚集器光學器件的操作壽命的方法及相應的照射設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種增加設置在照射(irradiation)設備中的聚光器(optical collector)單元操作壽命的方法，所述照射設備至少包括發射光學輻射(特別是極紫外輻 射(EUV)和/或軟X射線)的輻射源，所述輻射源生成與所述聚光器單元的光學表面碰撞的 物質和/或粒子；形成由所述輻射源發射的所述光學輻射一部分的輻射束的聚光器單元； 和設置在所述輻射源和所述聚光器單元之間的碎片減緩(debrismitigation)單元。本發 明還涉及一種具有適用於執行所建議方法的聚光器單元的照射設備。
背景技術：
在半導體工業的光學光刻(lithography)領域中，為了確保所需的成像質量，使 用複雜的光學器件。這特別地應用於EUV光刻，即使用極紫外輻射的光刻，其中在光源(也 被稱為輻射源)和將曝露的晶片襯底之間的真空腔中設置掠入射鏡和/或多層鏡。為了開 發特別是用於EUV光刻的高功率光源，金屬性輻射材料(例如Sn和Li)的使用是強制性的， 以實現輸入功率(放電等離子體光源的電功率或產生雷射的等離子體的雷射功率)轉換為 EUV輻射的高效率。在使用這種材料時的一個暗含的問題是這些材料將凝結在聚集器光學器件 (collector optics)上，聚集器光學器件必須在同一真空系統中靠近光源放置以聚集所發 射的光。從光源釋放的並沿聚集器光學器件的方向移動的物質或材料也被稱為碎片。碎片 層可沉積在聚集器光學器件(collector optics)的反射表面上，降低了該光學表面的質 量。由於在反射表面上的吸收損失，很薄的沉積層已經顯著地降低了 EUV輻射的反射強度。 當在光源和聚集器光學器件之間使用碎片減緩設備時，從光源傳到聚集器光學器件反射表 面的材料(material)量可被大大地減少，但絕不會是零。US2006/0203965A1公開了一種借 助於等離子體生成極紫外和/或軟X射線輻射的設備和方法，其中通過使用合適的碎片減 緩設備獲得了光學表面汙染的減少。碎片在光學設備的反射表面上的沉積不必是均勻的，因為這些物質從輻射源的發 射不必是各向同性的，並且碎片減緩設備不必在所有方向上具有相同的減緩效率。這導 致聚集器光學器件反射表面上將比其他區域老化得快的區域。於是，與均勻沉積相比，所 述聚集器光學器件的操作壽命將更短，因為該操作壽命由其中沉積最高的最差區域的壽 命限定。在達到最差區域的壽命標準結束之前，光照的均勻性將受影響，這導致光照系統 的性能降低，或者，如果光必須被浪費掉以實現較低水平上的均勻光照，則這導致吞吐量 (throughput)降低。次於碎片材料的沉積，聚集器光學器件的性能和壽命還受到撞擊在該光學設備反 射表面上的快速粒子和離子的影響。這可導致聚光器材料的飛濺(sputter)，導致塗層變粗 糙或濺起，或者，如果對聚集器光學器件的塗層使用了多層，則導致鄰近層的混合。所有這 些效果導致反射表面相關區域反射率的降低。同樣在這種情況下，反射表面的暴露不是均勻的，並且某些區域可能比其他區域受到的影響更大。這再次導致光刻過程中進一步光照 的均勻性問題，並與反射表面的均勻暴露相比，導致了聚集器光學器件減少的吞吐量和減 少的壽命。為了克服以上問題，可以優化在基於等離子體光源情況下的等離子體箍縮 (plasma pinch)，以導致碎片材料儘可能多的各向同性發射。另外，碎片減緩設備可以設 計成具有對於所有光聚集相關方向來說相同的減緩效率，或者甚至具有碎片減緩的專用設 計，該專用設計糾正了輻射源的非各向同性碎片發射，這導致碎片減緩之後所有相關方向 的均勻情況。

發明內容
本發明的目的是提供一種增加照射設備(特別是發射EUV輻射或軟X射線的照射 設備)的聚光器單元的操作壽命的附加方法，並提供一種允許執行所建議方法的適當的照 射設備。該目的用根據當前權利要求1和8的方法和設備來實現。該方法和設備的有益實 施例是從屬權利要求的主題，並進一步地在以下說明書和實現本發明的例子中得以描述。所建議的方法增加了設置在照射設備中的聚光器單元的操作壽命，所述照射設備 至少包括輻射源，該輻射源發射光學輻射，特別是極紫外輻射或軟X射線，並生成與所述聚 光器單元的光學表面碰撞的物質和/或粒子。這些物質和/或粒子在本說明書中被稱為碎 片，並可以由例如生成輻射等離子體所必需的經蒸發的液體或固體材料形成，或者由輻射 源操作期間生成的快速原子、分子、離子或電子組成。聚光器單元包括一個或幾個形成由輻 射源發射的所述輻射的一部分的輻射束的反射表面，並可以例如由一個或幾個掠入射鏡和 /或多層鏡形成。為了減少與聚集器單元的光學表面碰撞的所述物質和/或粒子的量，在照 射設備中還設置了至少一個碎片減緩單元，其典型地在輻射源和聚光器單元之間。在所建 議的方法中，在設備的操作期間和/或在操作間歇(operation pause)中移動所述聚集器 單元，使得與沒有這樣的移動相比，由所述物質和/或粒子與所述聚光器單元的所述光學 表面的碰撞引起的沉積或老化(degradation)效果在所述光學表面上被分布得更均勻。所建議的允許相應地執行所建議的方法的照射設備包括上述組件，即輻射源、聚 光器單元和碎片減緩單元，並且其特徵在於聚光器單元被安裝在驅動單元上，該驅動單元 被設置和設計成以上述方式移動(特別是旋轉和/或平移)所述聚光器單元。使用所建議的方法，通過以適當的方式移動聚集器單元，避免或者至少顯著地減 少了聚集器單元反射表面的不均勻老化。觀看(look on)在一年範圍中的這種聚集器單元 的壽命目標，已經可以通過引起整個光學表面上的老化散布的聚集器單元的相對緩慢的移 動來獲得均勻化。由於時間上的平均效果，這導致一個或幾個光學表面的更均勻的老化，從 而導致該聚集器單元增加了的操作壽命。移動聚集器單元的方式必須適合於照射設備的幾何形態，特別是適合於光路徑的 幾何形態和碎片發射的特殊不均勻性，聚光器單元還可由幾個獨立的、從而可獨立地移動 的組件組成。如上已所述，碎片既可以是從輻射源發射並沉積在光學表面上的材料或物質， 也可以是引起光學表面的飛濺或其他類型的表面老化的高能中性或帶電粒子。原則上，聚光器單元可使用不同類型的移動得以移動。第一類型的移動保持光路徑的幾何形態，因此能在照射設備(也可以是光刻工具)的操作期間得以完成，或者在短 暫的操作間歇中得以完成，但導致下一操作時段光路徑的正確幾何形態。這種移動主要地 但並非排他地基於聚光器單元圍繞它的光軸的旋轉。該光軸典型地在使用基於等離子體 的輻射源時還穿過該輻射源的等離子體箍縮，並穿過該照射設備的所謂中間焦點(經聚集 的光聚焦其上)。由一個或多個部件或組件構成的聚光器單元必須相對於光軸旋轉對稱。 如果該對稱對所有角度都成立，則該旋轉可在操作期間或在操作間歇期間的任意步驟中 連續地或斷續地或逐步地執行。如果該對稱對於例如由聚光器單元的支撐結構(holding structure)限定的特定角度是離散的(discrete)，那麼該旋轉應當僅在操作間歇中進行， 或者僅以離散角度的倍數執行。以這種方式，保證了光路徑和由支撐結構引起的陰影圖案 (shadowpatterning)總是相同的。如果聚光器單元的碎片暴露相對於圍繞光軸的方位角是 不均勻的，這是一個特別重要的情況，那麼利用這些旋轉可以實現均勻。由於旋轉，不同區 域暴露於不同的強烈的碎片負載，這導致聚光器單元的不同角度區域上的平均，從而導致 碎片更均勻的分布。在特殊情況下，存在其中材料沉積是主要的聚光器單元的角度區域，而在其他角 度區域，飛濺是主要的。由於在這種情況下聚光器單元的旋轉，沉積區域然後變為飛濺區 域，使得沉積再次被飛濺移除。這也導致均勻性和聚光器單元操作壽命的改善。在優選實施例中通過引起碎片的飛濺移除引起碎片的沉積的思想通常可以用於 改善聚光器單元的均勻性和壽命，這歸因於聚光器單元相對於輻射源的移動。在操作間歇 中，在聚光器單元相對於光源的位置改變也是可能的場合(這導致在晶片暴露期間即設備 的正常操作期間不可接受的光路徑的改變)，可以相對於輻射源在每個方向上移動聚光器 單元，使得在正常操作期間沉積為主要的區域現在是飛濺變成主要的區域。在該實施例中， 還必須在設備或光刻工具的以上操作間歇中操作輻射源，其中不使用經反射的光，並且如 果必需也可以將其阻擋。輻射源的操作對於飛濺效果來說是必需的。附加於或替代聚光器單元的旋轉移動，還可以執行平移移動。取決於該移動是否 為光軸方向上的或與其垂直的這樣的平移或者是否必需旋轉(在這種情況下，可以應用與 真空環境兼容的標準機械解決方案)，可以以不同的方式來實現該移動。當然必須保證聚光 器單元的位置穩定性和位置可逆性以保持該設備的光學性能。為了執行聚光器單元的移動，聚光器單元附著於或安裝在驅動單元上。在優選實 施例中，控制單元根據所建議的方法控制驅動單元以獲得聚光器單元的高的操作壽命。可 控制該移動為連續的，優選地具有不變的速度，或者為斷續的或逐步的。控制單元依賴於例 如該設備的操作參數或操作條件(例如操作時間和/或操作電壓和/或操作頻率)來控制 該移動。在該情況下，碎片負載作為這些參數的函數應當是已知的。不同地或附加地，可以 使用中間焦點中的、遠場中的或甚至使用適當輻射傳感器的照射設備或光刻工具的光學路 徑更深處的光學測量來控制對移動的需要和如何執行移動的方式。以這種方式，光分布的 不均勻性可用作即將執行的移動的指導。利用控制單元，從而可以決定是否需要或者什麼 時候需要移動，或者將以何種方式和何種速度來進行移動。如上已所述，聚光器單元可由一個單獨的或者幾個也可以單獨移動的獨立組件構 成。輻射源優選地是基於放電等離子體或基於雷射等離子體的基於等離子體的輻射源。 聚光器單元可包括至少一個掠入射聚光器或可由至少一個近正入射聚光器(near normalincidence collector)形成，特別是用於聚集EUV輻射或軟X射線的聚光器。並且還可以 用具有不止一個輻射源的照射設備來執行所建議的方法。還可以根據本方法移動其他遭受 碎片老化的光學組件。


以下的示例性實施例參考附圖展示了本方法和設備的例子，並不限制保護範圍。 附圖示出了圖1 :EUV發光單元的示意配置；圖2a 平行於根據本發明的發光單元的旋轉聚集器光學器件光軸的橫截面示意 圖；圖2b 垂直於圖2a的旋轉聚集器光學器件光軸的橫截面；圖3a 平行於根據本發明的另一種類型旋轉聚集器鏡的光軸的橫截面的示意圖；圖3b 平行於根據本發明的具有另一種類型移動的聚集器鏡的光軸的橫截面示 意圖；以及圖3c 平行於根據本發明的示出另一種可能移動的聚集器鏡的光軸的橫截面示 意圖。
具體實施例方式EUV發光單元的一種典型結構如圖1所示。該EUV發光單元主要由在真空容器32 中的輻射源31、聚集器單元33和多層鏡38組成。從輻射源31發射的輻射36由聚集器單 元33的反射表面聚集，並被聚焦在中間焦點35上。在中間焦點35的位置處，孔將該第一 容積40與該照射設備的第二容積41相連接。在第二容積41中多層鏡38被設置成將輻射 從中間焦點35引導至即將被照射的掩模(mask)和晶片襯底39。在大多數EUV光刻系統 中，用於碎片減緩的裝置37被設置在輻射源31和聚集器單元33之間。為了達到該光刻系 統的經濟操作，碎片應當減少幾個數量級。然而，這樣的高減緩在輻射源和聚集器單元之間 的短距離上非常困難。因此強烈需要適當的方法來延長聚集器單元的操作壽命。使用所建 議的方法和照射設備(該照射設備可以構造成如圖1的照射設備一樣)，聚集器單元33必 須安裝在適當的驅動單元7上，驅動單元7能夠移動聚集器單元33以與沒有這樣的移動的 分布相比在該聚集器單元的反射表面上獲得更均勻的碎片分布或碎片粒子撞擊。以下附圖 示例性地展示了適當的移動以獲得導致聚集器單元操作壽命增加的均勻性。圖2a展示了平行於掠入射聚集光學器件3光軸的橫截面。在該圖中指示了輻射 源1和由該輻射源1發射、在聚集光學器件3的反射表面處反射以形成會聚光束的光束2， 以及聚集光學器件3的光軸4。在該實例中，聚集光學器件3圍繞光軸4在特定時間間隔後 以逐步旋轉來旋轉。旋轉的方向在該圖中用箭頭指示。每個旋轉步驟的旋轉角度由聚集光 學器件3的旋轉對稱來限定。圖2b在垂直於光軸的橫截面中顯示了本例中的該旋轉對稱。聚集光學器件3由 包括四個互成90°角度距離的輻條(spoke) 5的支撐結構支撐。因此，旋轉聚集光學器件3 的旋轉步驟是90°或其倍數的步驟以在照射設備的光分布中保持相同的陰影圖案。在圖2a和2b的例子中，僅畫出了一個聚集器框架(collectorshell)。然而，該旋轉還應用於具有兩個或多個聚集器框架的聚集器光學器件，這些聚集器框架典型地如一般 情況一樣是同軸的。圖3&至(在平行於光軸的橫截面中示意性地展示了另一種類型的聚集光學器件。 該聚集光學器件是近正入射聚集光學器件6。在這些圖中指示了輻射源1和在聚集光學器 件6處反射的光束2以及光軸4。為了獲得本發明的優點，這些圖展示了聚集光學器件6的 不同的可能移動。該移動可以是如圖3a的箭頭所示的永久旋轉。這樣的永久旋轉不會影 響照射設備的聚焦屬性。該移動也可以是如圖3b中所示的在光軸4方向上的移動，以為特定的時間間隔獲 得其他暴露角度，同時聚焦屬性在該時間期間被改變。圖3c展示了在聚焦屬性在該時間期間被改變時導致該光學設備的特定區域的集 中暴露(concentrated exposure)的垂直於光軸4的近正入射聚集光學器件6的移動。具 有改變的聚焦屬性的移動最好在照射設備的操作間歇期間(即當該設備例如不用於暴露 晶片襯底時)進行。然而，在該情況下，在聚集光學器件旋轉期間應當操作輻射源。在圖1中還示意性地顯示了用於聚集單元33的驅動單元7，和用於驅動單元7的 控制、從而用於聚集器單元33的移動的控制單元8。控制單元8可基於該設備的操作參數 或基於也在圖1中指示的可選輻射傳感器9的測量數據來控制驅動單元。雖然在附圖和上述說明書中詳細地解釋和描述了本發明，但這樣的解釋和說明應 當被理解為解釋性的或示意性的，並非限制性的，本發明並不限於公開的實施例。上面描述 的和權利要求中的不同實施例也可以結合。根據對附圖、說明書和附加權利要求書的研究， 對公開實施例的其他變型可由那些本領域技術人員在實踐要求保護的發明時理解和實現。 例如，聚集器單元的結構不限於附圖的示例結構。聚集光學器件例如也包括幾個互相同軸 設置的反射框架。並且，聚集器單元的移動類型不限於公開的移動。該移動也可以是平移 或旋轉移動的混合，只要選取的移動在可自由選取的操作期間改善了在聚集器單元的光學 表面上的碎片撞擊的均勻性。碎片減緩單元可以是減少與聚集器單元的光學表面碰撞的物 質和/或粒子的量的任何類型的裝備或裝置。這樣的裝置的例子是箔阱(foil trap)、電 場、磁場或氣簾。在權利要求書中，單詞「包括」不排除其他元件或步驟，不定冠詞「一」或者「一個」 不排除多個。在互不相同的從屬權利要求中陳述措施這一起碼事實並不表示不能有利地使 用這些措施的組合。權利要求書中的附圖標記不應當被解釋為限制這些權利要求的範圍。附圖標記列表1 EUV 輻射源2 EUV 光束3 掠入射聚集器光學器件4 光軸5 輻條6 近正入射聚集光學器件7 驅動單元8 控制單元9 光學傳感器
8
31輻射源
32真空容器
33聚集器光學器件
35中間焦點
36輻射路徑
37用於碎片減緩的裝置
38多層鏡
39晶片襯底
40第一容積
41第二容積
9
權利要求
一種增加設置在照射設備中的聚光器單元(3，6)的操作壽命的方法，所述照射設備至少包括-發射光學輻射特別是極紫外輻射或軟X射線的輻射源(1)，所述輻射源(1)生成與所述聚光器單元(3，6)的光學表面碰撞的物質和/或粒子，-所述聚光器單元(3，6)，其形成由所述輻射源(1)發射的所述輻射的一部分的輻射束，和-碎片減緩單元(37)，其減少與所述聚光器單元(3，6)的光學表面碰撞的所述物質和/或粒子的量，所述方法包括在所述設備的操作期間和/或在操作間歇中移動所述聚光器單元(3，6)，使得與沒有這樣的移動相比，由所述物質和/或粒子與所述聚光器單元(3，6)的所述光學表面的碰撞引起的沉積或老化效果在所述光學表面上被分布得更均勻。
2.根據權利要求1的方法，其中所述聚光器單元(3，6)具有光軸(4)，並且圍繞它的光 軸⑷被旋轉。
3.根據權利要求1的方法，其中所述聚光器單元(3，6)在所述設備的操作期間連續地 被旋轉。
4.根據權利要求1的方法，其中所述聚光器單元(3，6)在所述設備的操作期間或在操 作間歇中以限定的角度逐步地被旋轉。
5.根據權利要求1的方法，其中所述聚光器單元(3，6)朝向所述輻射源(1)或以所述 輻射源(1)的相反方向或垂直於所述聚光器單元(3，6)的光軸(4)被移動。
6.根據權利要求1的方法，其中所述聚光器單元(3，6)取決於所述設備的操作參數而 移動。
7.根據權利要求1的方法，其中所述聚光器單元(3，6)取決於被設置成測量所述輻射 束光強度或光分布的至少一個光學傳感器(9)的測量數據而移動。
8.一種照射設備，其至少包括-發射光學輻射特別是極紫外輻射或軟X射線的輻射源(1)，所述輻射源(1)生成與所 述設備內部的光學表面碰撞的物質和/或粒子，-聚光器單元(3，6)，其形成由所述輻射源(1)發射的所述輻射的一部分的輻射束，和-碎片減緩單元(37)，其減少與所述聚光器單元的光學表面碰撞的所述物質和/或粒 子的量，_其中所述聚光器單元(3，6)被安裝在驅動單元(7)上，所述驅動單元(7)被設置和設 計成移動所述聚光器單元(3，6)。
9.根據權利要求8的設備，其中所述聚光器單元(3，6)具有光軸(4)，並且所述驅動單 元(7)被設計成圍繞所述光軸(4)旋轉所述聚光器單元(3，6)。
10.根據權利要求8的設備，其中所述驅動單元被設置和設計成朝向所述輻射源(1)或 以所述輻射源(1)的相反方向或垂直於所述聚光器單元(3，6)的光軸(4)移動所述聚光器 單元(3,6) 0
11.根據權利要求8的設備，其進一步包括控制單元(8)，控制單元(8)控制所述驅動 單元(7)以執行所述聚光器單元(3，6)的所述移動。
12.根據權利要求11的設備，其中所述控制單元(8)被設計成基於所述設備的操作參 數來控制所述驅動單元(7)。
13.根據權利要求11的設備，其中所述控制單元(8)被設計成基於設置成測量所述輻 射束的光強度或光分布的至少一個光學傳感器(9)的測量數據來控制所述驅動單元(7)。
全文摘要
本發明涉及一種增加設置在照射設備中的聚光器單元(33)的操作壽命的方法。照射設備至少包括發射光學輻射特別是極紫外輻射或軟X射線的輻射源(1)，所述輻射源(1)生成與聚光器單元(33)的光學表面碰撞的物質和/或粒子，聚光器單元形成由所述輻射源(1)發射的所述輻射的一部分的輻射束；和被設置在輻射源(1)和所述聚光器單元(33)之間的碎片減緩單元(37)。在所建議的方法中，聚光器單元(33)在設備的操作期間和/或操作間歇中被移動，使得與沒有這樣的移動相比，由所述物質和/或粒子與聚光器單元(33)的所述光學表面的碰撞引起的沉積或老化效果在所述光學表面上被分布得更均勻。利用該方法和相應的設備，聚光器單元的光學表面更均勻地老化，從而增加了該聚光器單元的壽命。
文檔編號G03F7/20GK101868764SQ200880117271
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月19日 優先權日2007年11月22日
發明者P·辛克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司