TWI739951B - 光學元件，特別是用於微影投影曝光設備的光學元件 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種光學元件，特別是用於微影投影曝光設備的光學元件，其中該光學元件具有一光學有效表面。依據一個態樣，該光學元件包含一基板(105、205、305、405、505)；一層系統，其存在於該基板上；以及一保護蓋(130、230、330、430、530)，其延伸於緊鄰該光學有效表面的光學元件的一邊緣區域上，並在該光學元件的操作期間相較於無該保護蓋的一類似設計減少氫自由基進入該層系統，其中一間隙係形成於該保護蓋(130、230、330、430、530)與該層系統之間。
Description
本發明係關於一種光學元件，特別是用於微影投影曝光設備的光學元件。
微影係用於製造微結構組件，例如積體電路或液晶顯示器(Liquid Crystal Displays，LCDs)。該微影製程係在包含一照明裝置和一投影透鏡而被稱為投影曝光設備其中進行。藉由該照明裝置所照亮的圖罩(=倍縮光罩)的影像在這種情況下，係藉由該投影透鏡而投影到塗佈有光敏層(光阻)的基板(例如矽晶圓)上，並佈置於該投影透鏡的像平面中，以將該圖罩結構轉移到該基板的光敏塗層。
在設計用於極紫外光(Extreme Ultra-Violet，EUV)範圍(例如在約13nm或約7nm的波長)的投影透鏡中，由於無法取得合適的透光折射材料，因此反射鏡係用作該成像製程的光學組件。
該EUV光係借助基於電漿激發的EUV光源所產生。此EUV光源包含一CO2雷射，其用於生成紅外線輻射，前述紅外線輻射係藉由聚焦光學單元而聚焦，並如圖6僅示意性地描繪出，穿過體現為橢面(ellipsoid)的收集器鏡600中存在的開口601，而且係引導到借助目標源所生成並供應給電漿點燃位置的目標材料(例如錫微滴)。該紅外線輻射以前述目標材料轉 變成電漿狀態並發出EUV輻射的方式，加熱位於該電漿點燃位置的目標材料(其中該電漿在圖6中以「602」表示)。此EUV輻射係藉由收集器鏡600而聚焦到中間焦點上，並透過此中間焦點進入下游照明裝置。
為了避免收集器鏡600的光學有效表面受到目標材料(此例中的錫)污染，已知在該收集器表面上方引導氫氣的做法(如圖6所指示)。在此，該EUV輻射將該等氫分子分解成氫自由基，其依次與該錫化學結合，據此可抽出該產生的Sn-H化合物。此外，如圖6所指示，氫氣也可在電漿602的方向上被直接引導，以先保持錫(Sn)離子遠離該收集器表面。
為了避免由於污染物進入該各自光學系統所導致該等反射光學組件失去反射能力，該等相關反射光學組件的周圍環境也會以該投影曝光設備的其他區域中氫(作為「沖洗氣體(purge gas)」)所組成的氣體充氣，前述氫的氣體係欲防止不需要的污染物進入這些反射光學組件的周圍環境中。
在上述所有該等情況下，實作上皆可能產生的問題在於氫自由基進入該各自反射光學組件的基板上存在的層系統中，直到到達該基板表面，在那裡再結合形成氫分子，而且藉由伴隨氣相積聚的氣泡形成(所謂的「氣泡形成(blister formation)」)而導致層分離(layer detachment)，因此導致該反射光學元件失去反射能力或損壞。
這樣的情況在圖7中係完全示意性地指示，其中「705」在這種情況下表示反射鏡基板，於其上提供中間層710和反射層系統720所組成的層系統(其在該範例中包含鉬(Mo)和矽(Si)層的交替層序所組成的一多層系統)。如圖7所指示，由於那裡不再存在仍由該多層系統提供的阻障效應，因此在反射層系統720受到刮痕或孔洞妨礙的區域中，該等氫自由基進入的風險提高。
如圖8a和圖8b所指示，若在該各自光學元件或反射鏡的邊緣區域中，(依據圖8a)前述阻礙該等氫原子擴散的反射層系統820暴露或不 再存在於邊緣區域中(圖8a)，或是若前述反射層系統在邊緣區域821中受到刮傷(圖8b)而損害，因此氫自由基能夠進入並可能發生氣泡形成，則上述問題可能特別地嚴重。
關於先前技術，僅經由示例參照DE 10 2014 216 240 A1、DE 10 2014 222 534 A1、DE 10 2013 102 670 A1、DE 10 2011 077 983 A1、WO 2012/136420 A1和EP 2 905 637 A1。
在該前述背景下，本發明的目的在於提供一種光學元件，特別是用於微影投影曝光設備的光學元件，其中盡可能地避免受到在該光學元件的操作期間積聚的氫損傷該等反射性質或損壞。
此目的可例如透過申請專利範圍諸獨立項的該等特徵達成。
依據一個態樣，本發明係關於一種光學元件，特別是用於微影投影曝光設備的光學元件，其中該光學元件具有光學有效表面，包含一基板；一層系統，其存在於該基板上；以及一保護蓋，其延伸於緊鄰該光學有效表面的光學元件的一邊緣區域上方，並在該光學元件的操作期間相較於無該保護蓋的一類似設計減少氫自由基進入該層系統，其中一間隙係形成於該保護蓋與該層系統之間。
本發明特別是涉及以間隙距離將保護蓋提供給該層系統的概念，使得該保護蓋輔助氫自由基在前述保護蓋的表面再結合成氫分子。因此，在該光學元件的邊緣區域中，至少在很大程度上可避免氫自由基進入光學元件的層系統。
依據具體實施例，該間隙具有平均間隙厚度和間隙長度，其中平均間隙厚度與間隙長度之間的比率小於0.8，特別是小於0.5，更特別 是小於0.3，更特別是小於0.1，更特別是小於0.05，且更特別是小於0.01。
在此，本發明含有透過選擇合適的幾何形狀(即透過設計同時狹窄又細長的間隙)促進該邊緣區域中的該等氫自由基再結合的概念。
依據具體實施例，該間隙具有的平均間隙厚度小於0.6mm，特別是小於0.3mm，更特別是小於0.1mm，且更特別是小於0.05mm。該平均間隙厚度特別是可在0.1mm至0.6mm範圍內。
依據具體實施例，該間隙具有的間隙長度至少4mm，特別是至少6mm，更特別是至少8mm。
依據具體實施例，該間隙在其面向該光學有效表面的徑向內部部分中具有一密封件。
依據具體實施例，此密封件係體現為特別是由金屬製成的網格或薄膜堆疊。
依據具體實施例，該密封件係體現為特別是由聚乙烯(polyethylene，PE)、黏著劑、聚醯亞胺(polyimide，PI)或銦(In)製成的防刮塗層或防刮嵌入件。
依據具體實施例，該保護蓋包含一材料，其輔助氫自由基再結合形成氫分子。
依據本發明的又一態樣，一種光學元件，特別是用於微影投影曝光設備的光學元件，包含一光學有效表面，以及：一基板；一層系統，其存在於該基板上；以及一保護蓋，其延伸於緊鄰該光學有效表面的光學元件的一邊緣區域上方，並在該光學元件的操作期間相較於無該保護蓋的一類似設計減少氫自由基進入該層系統，其中該保護蓋包含一材料，其輔助氫自由基再結合形成氫分子。
在此，特別是，本發明所基的概念係在光學元件的邊緣區域 中，憑藉即使在這些氫自由基進入之前提高再結合的機率而避免氫自由基進入基板與提供於其上的層系統之間的區域中。進而，依據本發明的一個態樣，這係透過供應由輔助以相對較高能量入射的該等氫自由基再結合的合適材料製成的反應牆(reactive wall)實行。
依據將此反應牆提供給該光學元件的相關邊緣區域的本發明而對該保護蓋的限制首先可確保，透過氫自由基的所需沖洗效應係在該光學有效表面的其餘區域中進一步得到，但其次，更確保可防止氫進入的可靠保護和防止伴隨此的氣泡形成在如上述特別是具有該等氫自由基進入該光學元件的層系統中的風險的邊緣區域中。
依據具體實施例，在其面向該邊緣區域的表面上，該保護罩包含一塗層或一嵌入件(inlay)，其由輔助氫自由基再結合形成氫分子的材料製成。特別是，此材料可以係銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉻(Cr)或釩(V)。順帶一提，依據本發明的保護蓋可能係由例如鋁(Al)(作為基底材料)製成。
然而，本發明不限於包含由輔助氫自由基再結合的材料製成的一塗層的上述配置。在進一步具體實施例中，輔助氫自由基再結合的材料也可能在整體上用作依據本發明的保護蓋的基底材料，其中由未輔助該氫再結合的材料(例如鋁)製成的塗層，隨後可能提供於背離該層系統以在這方面確保氫自由基可繼續在前述表面上方被引導，直到要被沖洗的光學有效表面的保護蓋的(「頂」)側上。
依據具體實施例，間隙係形成於該保護蓋與該層系統之間。
依據具體實施例，該保護蓋至少在區域中係與該層系統直接接觸。在此，本發明特別可運用的效應係在合適地選擇輔助該氫再結合的材料〔例如銅(Cu)〕的情況下，面向該層系統的保護蓋的相關部分足夠柔軟，可在該調整或運輸期間避免刮傷該層系統，例如在這方面敏感的鉬和矽層所組成的反射層堆疊。相較之下，在例如相對較堅硬材料(例如鋁)的情況 下，在運輸或調整期間刮傷受損的風險將成為該保護蓋與該層系統之間直接接觸的障礙。
然而，即使在上述具有該光學元件的保護蓋與層系統之間的直接接觸的配置中，同時依據本發明使用的材料的再結合促進效應可承載達到的程度，係在形狀誤差或公差存在的情況下(其可導致區域中形成間隙或隆起)，對進入間隙區域中的該等氫自由基而言，仍可得到再結合成氧分子。
依據具體實施例，該工作波長小於30nm，其中特別是，其可能在5nm至15nm範圍內，更特別是在5nm至10nm範圍內。
前述為了改進該邊緣區域中氫自由基再結合的目的而在該保護蓋與層系統之間盡可能狹窄又盡可能細長的間隙的設計，係可獨立地於上述具有輔助氫自由基再結合形成氫分子的材料的保護蓋的配置展現出優勢。
依據具體實施例，該光學元件係一反射鏡。在此，特別是(然而本發明不限於所述)，這可能係關於電漿光源的收集器鏡。
本發明更關於一種微影投影曝光設備的光學系統，前述光學系統包含至少一光學元件，其具有上述該等特徵。特別是，該光學系統可以係電漿光源。
本發明也更關於一種包含一照明裝置和一投影透鏡的微影投影曝光設備，其中該照明裝置在該投影曝光設備的操作期間照亮位於該投影透鏡的物件平面中的圖罩，而且該投影透鏡將前述圖罩上的結構成像到位於該投影透鏡的像平面中的光敏層上，其中該投影曝光設備包含一光學元件或一光學系統，其具有上述該等特徵。
本發明的進一步配置可從說明和申請專利範圍諸依附項收集。
以下基於所附圖式中例示的示例性具體實施例更詳細地解 說本發明。
1‧‧‧電漿光源
2‧‧‧收集器鏡
3‧‧‧場鏡面反射鏡
4‧‧‧光瞳琢面鏡
5‧‧‧第一望遠反射鏡
6‧‧‧第二望遠反射鏡
7‧‧‧偏轉反射鏡
10‧‧‧投影曝光設備
21-26‧‧‧反射鏡
30‧‧‧圖罩台
31‧‧‧含反射結構的圖罩
40‧‧‧晶圓台
41、105、205、305、405、505‧‧‧基板
110‧‧‧任意中間層
120、420、520‧‧‧反射層堆疊
130、230、330、430、530‧‧‧保護蓋
240、340‧‧‧密封件
450、550‧‧‧塗層
600‧‧‧收集器鏡
601‧‧‧開口
602‧‧‧電漿
705‧‧‧反射鏡基板
710‧‧‧中間層
720、820‧‧‧反射層系統
821‧‧‧邊緣區域
在所附圖示中：圖1至圖5顯示用於闡明本發明的示例性具體實施例中的光學元件的可能設計的示意例示圖；圖6顯示用於闡明慣用EUV光源的設計的示意例示圖；圖7至圖8顯示用於闡明構成本發明基礎之問題的示意例示圖；以及圖9顯示設計用於在EUV中操作的投影曝光設備的示意例示圖。
圖9首先僅顯示設計用於在EUV中操作且於其中本發明可以示例性方式實現的投影曝光設備10的示意例示圖。
依據圖9，投影曝光設備10的照明裝置包含一場鏡面反射鏡3和一光瞳琢面鏡4。來自包含一電漿光源1和一收集器鏡2的光源單元的光係引導到場鏡面反射鏡3上。第一望遠反射鏡5和第二望遠反射鏡6佈置於光瞳琢面鏡4下游的光路徑中。以掠入射操作的偏轉反射鏡7佈置於該光路徑中的下游，並將入射到其上的輻射引導到具有反射鏡21-26的投影透鏡的物件平面中的物件場上(僅示於圖9中)。在該物件場的位置，含反射結構的圖罩31佈置於圖罩台30上，前述圖罩借助於投影透鏡成像到像平面中，其中塗佈有光敏層(光阻)的基板41位於晶圓台40上。
以下，參照圖1至圖5的該等示意例示圖說明依據本發明的光學元件的可能具體實施例。在此，這可能係關於例如出自圖9的投射曝光設備的反射鏡，或是基於圖6說明的EUV光源的收集器鏡。
根據圖1，依據本發明形式為EUV電漿光源的收集器鏡的光學元件包含一基板105和一層系統，其存在於基板105上，前述層系統 在該示例性具體實施例中，具有反射層堆疊120〔具有鉬(Mo)和矽(Si)層的交替層序〕和佈置於反射層堆疊120與基板105之間的任意中間層110(或是複數中間層)。
如圖1所指示，為了避免污染物的目的或為了沖洗目的，氫氣係在該光學元件的表面上被引導，前述氫氣在該相關光學系統的操作期間存在的電磁(EUV)輻射的影響下分解成氫自由基(以「H*」表示)。以本來已知的方式，這些氫自由基的作用係與存在於該收集器鏡的表面上的污染物形成化學化合物(例如錫污染物)，據此所需的沖洗效應係透過泵走(pump away)該各自化合物〔該範例中的錫(Sn)-氫(H)化合物〕而得到。
依據圖1，依據本發明的光學元件包含一保護蓋130，其延伸於該光學元件或收集器鏡的邊緣區域上方。在該示例性具體實施例中，保護蓋130係由鋁(Al)製成。具有小於0.1的平均間隙厚度與間隙長度之間的比率的細長間隙，係位於保護蓋130與該層系統或反射層堆疊120之間。在諸具體實施例中，該平均間隙厚度可能在0.1mm至0.6mm範圍內，而該間隙長度可能係例如至少6mm。
若能與導電性良好的金屬或具有高導電係數的金屬接觸，則特別可促進氫自由基再結合。特別是在間隙狹長的情況下，由於接觸的機率對應地提高，因此該等H*-金屬接觸的數量增加並促進該再結合。
由於此特別狹窄又細長的間隙幾何形狀，因此可在該等氫自由基滲入該層系統中之前，促進該光學元件或收集器鏡的邊緣區域中前述氫自由基再結合，且因而可減少附隨此之形成氣泡的風險和該光學元件的損壞。此外，依據本發明的保護蓋130也透過屏蔽達成防止該光學元件的邊緣區域刮傷的機械保護，以及關於該電磁(例如EUV)輻射的輻射保護。
圖2和圖3顯示本發明的進一步可能具體實施例的示意例示圖，其中類似於圖1中的那些組件或實質上具有與其相同的作用的組件，係分別以增加「100」和「200」的參考符號表示。
在這些具體實施例中，上述在每種情況下的間隙皆在其面向該光學有效表面的徑向內部部分中分別具有密封件240和340。如圖2和圖3所指示，密封件240和340分別可能具有不同的幾何形狀，而且特別是在該等氫自由基和EUV輻射的影響下，較佳為由未呈現任何污染物或釋氣效應的材料製成。在諸具體實施例中，適當金屬薄膜的金屬網格或堆疊特別可能用作密封件，由此對該等氫自由基提供提高的再結合表面。在進一步具體實施例中，相關密封件240和340也可分別配置為可能塗佈有用於避免刮傷而受損的相對較柔軟金屬(例如薄片金)的載體或黏著劑層。亦可能使用形式為銦(In)、聚乙烯(PE)、聚醯亞胺(PI)薄膜或氟化橡膠(Viton)等的柔軟基底材料，以避免刮傷而受損。
圖4和圖5顯示本發明的進一步具體實施例，其中類似於圖1中的那些組件或實質上具有與其相同的作用的組件，係分別以增加「300」和「400」的參考符號表示。
這些具體實施例的共同之處在於，在其面向該光學元件或收集器鏡的邊緣區域的表面上，保護蓋430和530分別具有分別由輔助氫自由基再結合形成氫分子的材料製成的塗層450和550。或者，代替塗層，也可使用由該等適當材料製成的嵌入件。舉例來說，此材料可以係銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉻(Cr)或釩(V)。因此，在這些具體實施例中的每種情況下皆提供由合適材料製成的反應牆，前述反應牆可輔助該等氫自由基再結合，由此大幅減少氫自由基分別透過反射層堆疊420和520進入該層系統中的風險。
儘管塗層450延伸於面向圖4的示例性具體實施例中及在這方面類似於圖1的示例性具體實施例的層系統或反射層堆疊420的保護蓋430的整個表面上方，但在保護蓋430與該層系統或反射層堆疊420之間存在有限間隙間隔，依據圖5的示例性具體實施例的塗層550僅提供於保護蓋530的徑向內部部分中，其中前述塗層直接位於該層系統或反射層堆疊 520上，並封閉該相關間隙。由於配置要由相對較柔軟材料(例如銅)製成的塗層，因此在此可同時避免反射層疊層520因刮傷而受損。
在進一步具體實施例中，依據本發明的保護蓋也可能在整體上由上述該等促進氫再結合的材料之一(例如銅)製成，其中在這種情況下，未輔助該等氫自由基再結合的塗層係提供於背離該層系統或反射層堆疊的此保護蓋的(表)面上，以繼續促進將氫氣供應到該光學元件的光學有效表面要清洗的區域中。
儘管已基於特定具體實施例說明本發明，但熟習此項技術者透過例如組合及/或交換個別具體實施例的特徵，將明白眾多變化例和替代性具體實施例。據此，對熟習此項技術者而言，不言而喻的是本發明同時涵蓋此類變化例和替代性具體實施例，而且本發明的範疇僅在所附諸申請專利範圍請求項及其相等物的意義內受到限制。
405‧‧‧基板
420‧‧‧反射層堆疊
430‧‧‧保護蓋
450‧‧‧塗層
Claims (17)
- 一種光學元件，其中該光學元件具有一光學有效表面，包含：一基板(105、205、305、405、505)；一層系統(layer system)，其設置於該基板上；以及一保護蓋(130、230、330、430、530)，其延伸於緊鄰該光學有效表面的光學元件的一邊緣區域上，並在該光學元件的操作期間相較於無該保護蓋的一類似設計減少氫自由基進入該層系統，其中該保護蓋(130、230、330、430、530)包含一材料，其輔助氫自由基再結合形成氫分子。
- 如申請專利範圍第1項之光學元件，其特徵在於，在其面向該邊緣區域的表面上，該保護蓋(430、530)包含一塗層(450、550)或一嵌入件，其由輔助氫自由基再結合形成氫分子的材料製成。
- 如申請專利範圍第1或2項之光學元件，其特徵在於，其特徵在於輔助氫自由基再結合形成氫分子的材料係選自含有銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉻(Cr)和釩(V)的群組。
- 如申請專利範圍第1或2項之光學元件，其特徵在其中一間隙係形成於該保護蓋(130、230、330、430、530)與該層系統之間。
- 如申請專利範圍第4項之光學元件，其特徵在於該間隙具有一平均間隙厚度和一間隙長度，其中平均間隙厚度與間隙長度之間的比率小於0.8。
- 如申請專利範圍第4項之光學元件，其特徵在於此間隙具有的一平均間隙厚度小於0.6mm。
- 如申請專利範圍第4項之光學元件，其特徵在於此間隙具有的一間隙長度至少4mm。
- 如前述諸申請專利範圍第4項之光學元件，其特徵在於此間隙在其面向該光學有效表面的徑向內部部分中具有一密封件(240、340)。
- 如申請專利範圍第8項之光學元件，其特徵在於此密封件(240、340)係體現為特別是由金屬製成的一網格或薄膜堆疊。
- 如申請專利範圍第8項之光學元件，其特徵在於此密封件(240、340)係體現為特別是由聚乙烯(PE)、一黏著劑、聚醯亞胺(PI)或銦(In)製成的一防刮塗層或一防刮嵌入件。
- 如前述諸申請專利範圍第1或2項之光學元件，其特徵在於，該保護蓋(530)至少在區域中係與該層系統直接接觸。
- 如前述諸申請專利範圍第1或2項之光學元件，其特徵在於係一反射鏡。
- 如前述諸申請專利範圍第1或2項之光學元件，其特徵在於係一電漿光源的一收集器鏡。
- 如前述諸申請專利範圍第1或2項之光學元件，其特徵在於前述光學元件係設計用於小於30nm範圍內的一工作波長。
- 一種微影投影曝光設備的光學系統，其特徵在於前述光學系統包含如前述諸申請專利範圍第1或2項之至少一光學元件。
- 如申請專利範圍第15項之光學系統，其特徵在於前述光學系統係一電漿光源。
- 一種微影投影曝光設備，包含一照明裝置和一投影透鏡，其中該照明裝置在該投影曝光設備的操作期間照亮位在該投影透鏡的一物件平面中的一圖罩，而且該投影透鏡將前述圖罩上的結構成像於位在該投影透鏡的一像平面中的一光敏層上，其中該投影曝光設備包含如申請專利範圍第1或2項之至少一光學元件。
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