JP7791939B2 - Optical elements and optical devices for reflecting VUV radiation - Google Patents
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Description
[関連出願の参照]
本願は、2018年12月7日の独国特許出願第DE10 2018 221 191
.4号の優先権を主張し、当該出願の全開示を参照により本願の内容に援用する。
[Reference to Related Applications]
This application is a continuation of German patent application DE 10 2018 221 191 filed on December 7, 2018.
This application claims priority from application Ser. No. 09/199,394, filed on Mar. 1, 2009, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
本発明は、VUV波長域の放射線を反射する光学素子であって、基板と、基板に施され
且つ少なくとも1つのアルミニウム層を有する反射コーティングとを備えた光学素子に関
する。本発明は、VUV波長域用の光学装置、特にウェーハ検査システム又はVUVリソ
グラフィ装置であって、少なくとも1つの光学素子が配置される内部と、内部にガスを供
給する少なくとも1つのガス入口とを有する光学装置に関する。
The present invention relates to an optical element for reflecting radiation in the VUV wavelength range, the optical element comprising a substrate and a reflective coating applied to the substrate and comprising at least one aluminum layer.The present invention relates to an optical device for the VUV wavelength range, in particular a wafer inspection system or a VUV lithography device, the optical device having an interior in which at least one optical element is arranged and at least one gas inlet for supplying gas to the interior.
特に、真空紫外線波長域(VUV波長域)とも称する約100nm~約200nmの短
波紫外線波長域では、透過光学素子だけでなく反射光学素子も用いられることが多い。V
UV波長域の放射線用の光学装置は、例えば、ウェーハ又はマスクの光学検査の実行又は
半導体コンポーネントの製造に用いることができる。
In particular, in the short-wave ultraviolet wavelength range of about 100 nm to about 200 nm, also known as the vacuum ultraviolet wavelength range (VUV wavelength range), not only transmissive optical elements but also reflective optical elements are often used.
Optical devices for radiation in the UV wavelength range can be used, for example, to perform optical inspection of wafers or masks or in the manufacture of semiconductor components.
VUV放射線を反射する光学素子は、通常は反射コーティングを有し、反射コーティン
グは、特定の用途では、例えばウェーハを検査する場合には、VUV波長域内の大きなス
ペクトル域にわたって高い反射率を有するべきである。アルミニウムは、VUV波長域で
は約0.9すなわち90%という高い反射率を有するので、このような反射コーティング
が下地層(単数又は複数)として1つ又は場合によっては複数のアルミニウム層を有すれ
ば有利であることが分かっている。
Optical elements that reflect VUV radiation typically have a reflective coating, which in certain applications, for example when inspecting wafers, should have a high reflectivity over a large spectral range within the VUV wavelength range. Since aluminum has a high reflectivity of about 0.9 or 90% in the VUV wavelength range, it has been found to be advantageous if such a reflective coating has one or possibly more aluminum layers as an underlayer(s).
VUV波長域でアルミニウム層を用いる場合、アルミニウム層が大気又は反射光学素子
の周囲の雰囲気と接触すると、約2nm~3nmの大きさの層厚を有する自然酸化アルミ
ニウム(Al2O3)層を即座に形成するという問題が概してある。このAl2O3層は
、VUV波長域での吸収が強いので、アルミニウム層は、酸化からの保護対策をさらに講
じなければVUV波長域で用いる反射層としては魅力的でない。
A common problem with aluminum layers in the VUV wavelength range is that when the aluminum layer comes into contact with air or the atmosphere surrounding the reflective optical element, it immediately forms a native aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer with a thickness of about 2 nm to 3 nm. This Al 2 O 3 layer is highly absorbing in the VUV wavelength range, making the aluminum layer unattractive as a reflective layer for use in the VUV wavelength range unless additional measures are taken to protect it from oxidation.
アルミニウム層を酸化から保護するために、例えば、非特許文献1の論文から、アルミ
ニウム層に金属フッ化物の形態の、例えばMgF2、AlF3、又はLiFの形態若しく
はこれらの材料でできた3層保護コーティングの形態の保護層又は保護コーティングを施
すことが知られている。
In order to protect the aluminum layer from oxidation, it is known, for example from the article by [1], to provide it with a protective layer or coating in the form of a metal fluoride, for example MgF 2 , AlF 3 or LiF, or in the form of a triple-layer protective coating made of these materials.
しかしながら、リソグラフィで、特にマスク及びウェーハの検査時に起こり得るような
高い放射強度では、反射光学素子の激しい劣化が数時間又は数日以内に起こり、大きな反
射率損失が伴うことが確認されている。実際には環境に対して非常に良好な保護効果を示
す上述の金属フッ化物でできた保護層でも、照射の場合にアルミニウム層の酸化を抑える
ことはできない。著しい反射率の低下は、酸化防止のために光学素子の環境中の酸素又は
水分の含量を低下させた場合にも観察された。
However, it has been observed that at high radiation intensities, such as those that may occur in lithography, especially during mask and wafer inspection, severe degradation of reflective optical elements occurs within hours or even days, accompanied by significant losses in reflectivity. Even the protective layers made of the metal fluorides mentioned above, which in fact offer very good environmental protection, are unable to prevent oxidation of the aluminum layer in the event of irradiation. Significant reflectivity losses have also been observed when the oxygen or moisture content of the optical element's environment is reduced to prevent oxidation.
VUV波長域用の光学装置の場合、光学素子の環境中の不要なガス成分を完全に抑制で
きないので光学面が汚染されるという問題が概して追加される。これらのガス成分は、光
学面に堆積し、照射中にそこに「焼き付けられる(burned in)」。この問題は、反射光
学素子の光学面に関してだけでなく、透過光学素子の光学面に関しても存在する。
For optical devices for the VUV wavelength range, an additional problem generally exists: contamination of optical surfaces due to the inability to completely suppress unwanted gas components in the environment of the optical elements. These gas components deposit on the optical surfaces and are "burned in" there during irradiation. This problem exists not only for optical surfaces of reflective optical elements, but also for optical surfaces of transmissive optical elements.
本発明の目的は、耐用寿命を延ばすことができる、VUV波長域の放射線を反射する光
学素子及びVUV波長域用の光学装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical element for reflecting radiation in the VUV wavelength range and an optical device for use in the VUV wavelength range that can have an extended service life.
この目的は、(分子状)水素の解離のための少なくとも1つの水素触媒(hydrogen-cat
alytic)層がアルミニウム層に施される、前述のタイプの光学素子により達成される。
The object is to provide at least one hydrogen catalyst for the dissociation of (molecular) hydrogen.
This is achieved with optical elements of the type described above, in which a layer of aluminium is applied to the aluminium layer.
本発明者らの認識によれば、特定の材料が触媒的水素化分解(catalytic hydrogen spl
itting)又は分子状水素の解離を引き起こす。分子状水素は、場合によっては化合物の形
態で光学素子の環境に添加された場合、特に高い照射量で水素触媒層の材料において分離
して活性水素を形成する。活性水素は、水素ラジカル、水素イオン、及び/又は励起電子
状態にある水素を意味すると理解される。この活性水素は、通常は高い放射強度でもアル
ミニウム層の酸化を防止するか又は少なくとも大幅に減速させることができる。
The inventors have recognized that certain materials are suitable for catalytic hydrogen cracking.
This leads to oxidation (or dissociation) of molecular hydrogen, which, if added in the form of a compound to the environment of the optical element, dissociates in the material of the hydrogen catalyst layer, forming active hydrogen, especially at high irradiation doses. Active hydrogen is understood to mean hydrogen radicals, hydrogen ions, and/or hydrogen in an excited electronic state. This active hydrogen can usually prevent or at least significantly slow down oxidation of the aluminum layer, even at high irradiation intensities.
一実施形態では、水素触媒層の材料の場合、これはRu、Pt、Pd、Ni、Rhを含
む群から選択される。これらの材料、特にRu及びPtに関しては、例えば残留ガス雰囲
気中で環境に水素を添加することにより、酸化を事実上完全に防止することができること
が示されている。真空環境中で形成された酸化ルテニウムを、その後の水素添加によりル
テニウムに還元することができる、すなわち酸化反応を逆転させることができることが、
EUV波長域でのリソグラフィから既知である。
In one embodiment, the material of the hydrogen catalyst layer is selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Ni, and Rh. It has been shown that for these materials, especially Ru and Pt, oxidation can be virtually completely prevented by adding hydrogen to the environment, for example in a residual gas atmosphere. It has also been shown that ruthenium oxide formed in a vacuum environment can be reduced to ruthenium by subsequent addition of hydrogen, i.e., the oxidation reaction can be reversed.
It is known from lithography in the EUV wavelength range.
有利な実施形態において、水素触媒層は、0.1nm~3.0nm、好ましくは0.1
nm~1.0nmの層厚を有する。上記で指定した水素触媒材料は、通常はVUV波長域
において反射率が低すぎる又は吸収が大きすぎるので大きな層厚を適用できない。例えば
、Ruは、VUV波長域では0.6をかなり下回る反射率を有する。これに対応して、わ
ずか3nmの厚さを有するルテニウム層は、光学素子の反射率を全体で約0.2低下させ
、これは概して許容し難い。
In an advantageous embodiment, the hydrogen catalyst layer has a thickness of 0.1 nm to 3.0 nm, preferably 0.1
The layer thickness is between 1.0 nm and 1.0 nm. The hydrogen catalyst materials specified above typically have too low a reflectance or too high an absorption in the VUV wavelength range to allow for large layer thicknesses. For example, Ru has a reflectance well below 0.6 in the VUV wavelength range. Correspondingly, a ruthenium layer having a thickness of only 3 nm would reduce the overall reflectance of the optical element by about 0.2, which is generally unacceptable.
さらに別の実施形態において、水素触媒層は、アルミニウム層を完全に覆わない。層厚
が特定の値を下回る場合、通常は層を完全な密閉形態で施すことができなくなる。例えば
、Ruを層材料とすると、これは約1.0nm以下の層厚の場合である。したがって、厚
さがこの(材料に依存する)値を下回る場合、水素触媒層が施されているにも関わらず、
アルミニウム層の表面の一部が露出し、自然酸化アルミニウムが上記部分に形成され得る
。しかしながら、アルミニウム層のうち覆われている部分領域(単数又は複数)では自然
酸化アルミニウム層が形成され得ないので、完全に密閉されていない水素触媒層でも、照
射中の酸化率を低下させることができる。さらに、光学素子の環境に水素が添加される場
合、水素触媒層の材料の触媒効果により、場合によってはアルミニウム層の露出表面領域
でも酸化が起こり得ない。
In yet another embodiment, the hydrogen catalyst layer does not completely cover the aluminum layer. Below a certain layer thickness, the layer cannot usually be applied in a completely sealed manner. For example, for Ru as the layer material, this is the case for a layer thickness of about 1.0 nm or less. Therefore, below this (material-dependent) value, the hydrogen catalyst layer may not completely cover the aluminum layer, despite its application.
A portion of the surface of the aluminum layer is exposed, and native aluminum oxide can form in this portion. However, because a native aluminum oxide layer cannot form in the covered portion or portions of the aluminum layer, even a hydrogen catalyst layer that is not completely sealed can reduce the oxidation rate during irradiation. Furthermore, when hydrogen is added to the environment of the optical element, the catalytic effect of the material of the hydrogen catalyst layer can prevent oxidation from occurring even in the exposed surface region of the aluminum layer in some cases.
発展形態において、水素触媒層は、約10%~90%、好ましくは30%~70%の被
覆率でアルミニウム層を覆う。被覆率は、(基板とは反対側の)アルミニウム層の表面全
体に対する水素触媒層の表面の割合を意味すると理解される。通常は、水素触媒層での被
覆は、この場合はアルミニウム層上で水素触媒層の島状の離間した材料の蓄積物の形態で
起こる。密閉した水素触媒層のように、(分子状)水素がアルミニウムと水素触媒層との
間に蓄積して、水素触媒層の完全な又は部分的な剥離に普通はつながるような気泡の形成
を招くことがないので、これは有利である。水素の作用に起因した気泡の形成又は光学素
子のコーティングの劣化を防止するために、コーティングの上層の表面に吸着した水素原
子を分子状水素に変換して表面からそれを脱離させるように上層が水素脱離材料を含有す
ることが、独国特許出願公開第102017222690号明細書から既知である。
In a further development, the hydrogen catalyst layer covers the aluminum layer with a coverage of approximately 10% to 90%, preferably 30% to 70%. Coverage is understood to mean the proportion of the surface of the hydrogen catalyst layer relative to the total surface of the aluminum layer (opposite to the substrate). Typically, the coverage with the hydrogen catalyst layer occurs in the form of island-like, spaced-apart accumulations of material of the hydrogen catalyst layer on the aluminum layer. This is advantageous because, as with a sealed hydrogen catalyst layer, (molecular) hydrogen cannot accumulate between the aluminum and the hydrogen catalyst layer, leading to the formation of bubbles, which would normally lead to complete or partial peeling of the hydrogen catalyst layer. To prevent the formation of bubbles or degradation of the coating of optical elements due to the action of hydrogen, it is known from DE 10 2017 222 690 A1 that the upper layer of the coating contains a hydrogen desorbing material that converts hydrogen atoms adsorbed on the surface of the upper layer into molecular hydrogen and desorbs it from the surface.
さらに別の実施形態において、反射コーティングは、アルミニウム層及び水素触媒層に
施された保護層を含む。反射の理由で、水素触媒層がアルミニウム層を完全に覆わないほ
ど薄く施される場合、アルミニウム層の表面の一部が露出する。自然酸化物層がアルミニ
ウム層の露出表面領域に形成される場合、この反応は概して、酸素とのアルミニウムの反
応エンタルピーが比較的高いので水素の添加により逆転させることができなくなる。活性
水素は分子状水素よりも反応性がかなり高いが、上記のことは水素触媒層上に形成された
活性水素にも当てはまる。しかしながら、酸化反応がまだ起こっていない場合は状況が異
なる。酸素又は水酸化物分子は、反応前には表面への結合がさらにより緩く、したがって
水素ラジカルで還元されやすく、すなわちアルミニウムの酸化率はこの場合は低下する。
In yet another embodiment, the reflective coating includes a protective layer applied to the aluminum layer and the hydrogen catalyst layer. For reflection reasons, if the hydrogen catalyst layer is applied thinly enough that it does not completely cover the aluminum layer, part of the surface of the aluminum layer will be exposed. If a native oxide layer forms on the exposed surface area of the aluminum layer, this reaction generally cannot be reversed by adding hydrogen because the enthalpy of reaction of aluminum with oxygen is relatively high. The above also applies to active hydrogen formed on the hydrogen catalyst layer, although active hydrogen is significantly more reactive than molecular hydrogen. However, the situation is different if the oxidation reaction has not yet occurred. Oxygen or hydroxide molecules are much more loosely bound to the surface before the reaction and are therefore more susceptible to reduction by hydrogen radicals, i.e., the oxidation rate of aluminum is reduced in this case.
したがって、酸化を防止するのに十分な量の水素が光学素子の環境中に存在するまで保
護層を用いて、少なくとも水素触媒層で覆われていない表面領域(単数又は複数)におい
てアルミニウム層を酸化から保護することが通常は有利である。これは、例えば光学装置
での光学素子の動作時に、適当な水素含有環境がそこに設けられる場合である。
Therefore, it is usually advantageous to use a protective layer to protect the aluminum layer from oxidation at least in the surface area(s) not covered by the hydrogen catalyst layer until a sufficient amount of hydrogen to prevent oxidation is present in the environment of the optical element, which is the case when a suitable hydrogen-containing environment is provided therein, for example during operation of the optical element in an optical device.
保護層は、密閉層を形成することが好ましい。上述のように、保護層がアルミニウム層
の少なくとも露出表面領域(単数又は複数)を覆う必要がある。これは、アルミニウム層
とそれを部分的に覆う水素触媒層とに密閉保護層を施すことにより通常は達成される。代
替として、保護層をアルミニウム層の露出表面領域のみに施してもよいことを理解された
い。しかしながら、水素触媒層の厚さが小さいので、このような手順は概して実際的では
ない。
The protective layer preferably forms a sealing layer. As mentioned above, the protective layer must cover at least the exposed surface area(s) of the aluminum layer. This is typically achieved by applying the sealing protective layer to the aluminum layer and the hydrogen catalyst layer that partially covers it. It should be understood that, alternatively, the protective layer may be applied only to the exposed surface area(s) of the aluminum layer. However, due to the small thickness of the hydrogen catalyst layer, such a procedure is generally impractical.
保護層は、透明の、特にフッ化物材料、例えば金属フッ化物から形成される、例えばA
lF3でできていることが好ましい。この場合、保護層は、通常は不可逆的であり、すな
わち水素触媒層に永久的に施される。
The protective layer is made of a transparent, in particular fluoride material, for example a metal fluoride, for example A
Preferably, it is made of 1F 3. In this case, the protective layer is usually irreversible, i.e. it is permanently applied to the hydrogen catalyst layer.
一実施形態において、保護層は、VUV波長域の放射線での照射及び/又は水素との接
触により剥離可能な材料から形成される。この実施形態では、保護層は可逆的に施される
。すなわち、照射中の酸化からアルミニウム層を保護するために水素がいずれにせよ導入
されるので、又は反射コーティング、したがって保護層がVUV波長域の放射線にいずれ
にせよ曝されるので、光学装置での光学素子の動作時に保護層を容易に除去することがで
きる。保護層を剥離可能にするために、保護層は通常は反射コーティングの上層である。
In one embodiment, the protective layer is formed from a material that can be stripped by irradiation with radiation in the VUV wavelength range and/or contact with hydrogen. In this embodiment, the protective layer is applied reversibly. That is, the protective layer can be easily removed during operation of the optical element in the optical device, since hydrogen is anyway introduced to protect the aluminum layer from oxidation during irradiation, or the reflective coating, and therefore the protective layer, is anyway exposed to radiation in the VUV wavelength range. To make the protective layer strippable, the protective layer is usually a top layer of the reflective coating.
剥離可能な保護層は、空気環境に曝される前の光学素子の製造中又は製造後に概して施
される。光学素子を使用対象の光学装置内に移すために、保護層があるので、不活性ガス
/窒素又は場合によっては真空中での光学素子の取り扱い及び輸送という複雑な概念が必
要ない。光学装置が整備される場合、その際に光学素子が大気に曝されるのでアルミニウ
ム層の酸化を防止するのに十分な量の水素がなくなるが、必要であれば、例えば真空環境
又はフラッシングガスを流した環境であり得る光学素子の環境に適当な物質を例えば添加
することにより、保護層を再度施すことができる。
The peelable protective layer is generally applied during or after the manufacture of the optical element before it is exposed to an air environment. The protective layer eliminates the need for a complex concept of handling and transporting the optical element in an inert gas/nitrogen or even a vacuum in order to transfer the optical element into the optical device in which it is to be used. When the optical device is serviced, the optical element is exposed to the atmosphere, so there is no longer a sufficient amount of hydrogen to prevent oxidation of the aluminum layer, but if necessary, the protective layer can be applied again, for example, by adding a suitable substance to the environment of the optical element, which may be, for example, a vacuum environment or an environment with flushing gas.
発展形態において、保護層は、炭素又は少なくとも1つの炭化水素から形成される。上
述のように、保護層を容易に剥離し再度施すことができれば有利である。これは例えば、
炭素又は炭水化物を含有しており光学素子の動作時に炭素化合物ガスに還元される薄い保
護層の場合である。光学装置の反射光学素子の環境に炭素又は炭化水素を添加することに
より、保護層を水素触媒層に(再度)堆積させることが可能となる。保護層を形成する炭
化水素は、例えば、揮発性アルカン又はアルケンとすることができ、これは続いて表面に
付着して高分子層を形成する。
In a further development, the protective layer is formed from carbon or at least one hydrocarbon. As mentioned above, it is advantageous if the protective layer can be easily peeled off and reapplied. This can be achieved, for example, by
This is the case for a thin protective layer containing carbon or carbohydrates that are reduced to carbon compound gases during operation of the optical element. By adding carbon or hydrocarbons to the environment of the reflective optical element of the optical device, it is possible to (re)deposit the protective layer onto the hydrogen catalyst layer. The hydrocarbons that form the protective layer can be, for example, volatile alkanes or alkenes, which subsequently adhere to the surface to form a polymer layer.
本発明の第2態様は、光学素子が既に上述したように設計され、ガス入口が内部に(分
子状)水素を供給するよう設計又は構成された、前述のタイプの光学装置、特にウェーハ
検査システム又はVUVリソグラフィ装置に関する。内部には、ガス入口を介してフラッ
シングガスを流すことができ、ガス入口には水素が追加供給されるが、光学素子が配置さ
れる内部を真空環境にすることも可能であり、この真空環境に、ガス入口を介して水素が
追加供給される。内部への水素の供給のために、ガス入口は、分子状水素の貯留に用いる
ガスリザーバを通常は有する。
A second aspect of the invention relates to an optical device of the aforementioned type, in particular a wafer inspection system or a VUV lithography device, in which the optical element is designed as already described above and the gas inlet is designed or configured to supply (molecular) hydrogen to the interior. A flushing gas can be flowed into the interior via the gas inlet, to which hydrogen is additionally supplied, but it is also possible to have a vacuum environment inside where the optical element is located, to which hydrogen is additionally supplied via the gas inlet. To supply hydrogen to the interior, the gas inlet typically has a gas reservoir used for storing molecular hydrogen.
水素触媒層上に活性水素を形成し、このようにしてアルミニウム層を酸化から保護する
ために、光学素子が配置される内部に十分な量の分子状水素が供給される。光学素子の環
境中、すなわち周囲のフラッシングガス中又は真空中で酸素又は水等の酸化剤の量をでき
る限り少なく保つようにも試みるべきであることを理解されたい。これらの措置を総合し
た結果として、アルミニウム層のアルミニウムの酸化率を、光学素子の高い反射率が十分
に長い照射時間にわたって確保されるような程度まで通常は減らすことができ、その結果
として、光学素子を交換する必要ができる限り少なくなるか、又は反射コーティングを新
しくする必要ができる限り少なくなる。
A sufficient amount of molecular hydrogen is provided inside the optical element to form active hydrogen on the hydrogen catalyst layer and thus protect the aluminum layer from oxidation. It should be understood that an attempt should also be made to keep the amount of oxidizing agents, such as oxygen or water, as low as possible in the environment of the optical element, i.e., in the surrounding flushing gas or vacuum. As a result of these measures taken together, the oxidation rate of the aluminum in the aluminum layer can usually be reduced to such an extent that a high reflectivity of the optical element is ensured over a sufficiently long irradiation time, thereby minimizing the need to replace the optical element or to renew the reflective coating.
本発明のさらに別の態様は、本発明の第2態様に従って設計することができるが必ずし
もそうでなくてもよい前述のタイプの光学装置に関する。光学装置は、光学素子の光学面
の少なくとも1つの部分領域において大気圧プラズマを発生させるためにガス入口を介し
て内部にプラズマガスを供給するプラズマ発生デバイスを有する。
A further aspect of the invention relates to an optical apparatus of the aforementioned type, which may, but not necessarily, be designed in accordance with the second aspect of the invention, the optical apparatus comprising a plasma generation device into which a plasma gas is supplied via a gas inlet in order to generate atmospheric pressure plasma in at least one partial region of the optical surface of the optical element.
光学素子は、VUV波長域の放射線用の反射光学素子とすることができ、その反射コー
ティングに光学面が形成される。光学素子は、代替として、VUV波長域の放射線が光学
面を通過する透過光学素子とすることができる。いずれの場合も、光学面は、光学装置の
ビーム経路に少なくとも部分的に配置される。
The optical element may be a reflective optical element for radiation in the VUV wavelength range, with the optical surface formed on a reflective coating thereof, or alternatively, the optical element may be a transmissive optical element through which radiation in the VUV wavelength range passes, in either case the optical surface being at least partially disposed in the beam path of the optical device.
既に上述したように、VUV波長域の放射線用の光学装置で用いられる反射光学素子及
び透過光学素子の両方に関する問題は、上記光学素子の光学面に堆積するガス成分が環境
中にあることにより、上記光学素子が経時的に汚染されることである。光学面をクリーニ
ングするために、本発明のこの態様では、大気圧プラズマを用いて光学面(単数又は複数
)上の不要な堆積物を除去することが提案される。特に光学装置がフラッシングガス雰囲
気中で動作することができ、真空ポンプを設けなくてもよいので、真空条件下で発生する
プラズマと比べて、大気圧プラズマ、すなわち100mbarを超える、好ましくは約1
barの圧力のプラズマの使用が有利であることが分かった。この場合、圧縮空気又は別
のタイプのフラッシングガス、例えば窒素及び/又は希ガス、例えばアルゴンをプラズマ
ガスとして又はプラズマガスの主成分として用いることができる。プラズマのクリーニン
グ効果を高めるために、反応性ガス又は反応種、例えば水素、酸素、又は水をプラズマガ
スに場合によっては添加することができる。
As already mentioned above, a problem with both reflective and transmissive optical elements used in optical devices for radiation in the VUV wavelength range is that they become contaminated over time due to the presence of gaseous components in the environment which deposit on the optical surfaces of said optical elements. In order to clean the optical surfaces, this aspect of the invention proposes to use atmospheric pressure plasma to remove unwanted deposits on the optical surface(s). Compared to plasmas generated under vacuum conditions, atmospheric pressure plasmas, i.e. above 100 mbar, preferably around 100 mbar, are advantageous, in particular because the optical device can be operated in a flushing gas atmosphere and no vacuum pumps are required.
It has been found advantageous to use a plasma at a pressure of 100 bar. In this case, compressed air or another type of flushing gas, such as nitrogen and/or a noble gas, such as argon, can be used as the plasma gas or as the main component of the plasma gas. To enhance the cleaning effect of the plasma, reactive gases or species, such as hydrogen, oxygen, or water, can optionally be added to the plasma gas.
一実施形態において、プラズマ発生デバイスは、光学素子の光学面上で水素プラズマを
発生させるよう設計される。この実施形態では、水素をプラズマガスに添加することがで
き、プラズマガスはガス入口を介して内部に供給される。代替として、プラズマガス及び
水素を2つ以上の別個のガス入口を介して内部に供給することが可能である。水素プラズ
マが光学面の環境で形成されることが重要である。
In one embodiment, the plasma generation device is designed to generate hydrogen plasma on the optical surface of the optical element. In this embodiment, hydrogen can be added to the plasma gas, which is supplied to the interior through a gas inlet. Alternatively, the plasma gas and hydrogen can be supplied to the interior through two or more separate gas inlets. It is important that the hydrogen plasma is formed in the environment of the optical surface.
反射光学素子のアルミニウム層のクリーニングに水素プラズマを特に有利に用いること
ができ、反射光学素子の表面が露出していることにより、水素プラズマがアルミニウム層
の表面と接触する。既に上述した自然Al2O3層は、プラズマの励起水素イオンにより
アルミニウムに完全に又は部分的に還元され、その結果として、反射光学素子の反射率が
向上し且つ光学装置の透過率が向上する。
Hydrogen plasma can be used particularly advantageously to clean the aluminum layer of the reflective optical element, the exposed surface of which brings the hydrogen plasma into contact with the surface of the aluminum layer, and the native Al2O3 layer already mentioned above is completely or partially reduced to aluminum by the excited hydrogen ions of the plasma, resulting in an increase in the reflectivity of the reflective optical element and an increase in the transmittance of the optical device.
既に上述したように、酸素とのアルミニウムの反応エンタルピーが高いので、水素又は
水素触媒層上で活性化した水素を供給するだけでは酸化アルミニウムのアルミニウムへの
還元は不可能である。しかしながら、水素プラズマを用いたクリーニング時には、このよ
うな還元反応が可能であり、したがって、分子状水素の解離のための既に上述した水素触
媒層を場合によってはなくすことができる。水素プラズマを連続的にではなく動作の中断
中に断続的に、例えば所定の時間間隔で発生させる場合、又は光学素子の反射率が著しく
低下する場合、水素プラズマの発生と既に上述した水素触媒層との組み合わせが有利であ
る。
As already mentioned above, the reaction enthalpy of aluminum with oxygen is high, so that it is not possible to reduce aluminum oxide to aluminum by simply supplying hydrogen or hydrogen activated on a hydrogen catalyst layer.However, when cleaning with hydrogen plasma, such a reduction reaction is possible, and therefore the hydrogen catalyst layer already mentioned above for dissociating molecular hydrogen can be omitted in some cases.If the hydrogen plasma is not generated continuously but intermittently during interruptions in operation, for example at predetermined time intervals, or if the reflectivity of the optical element is significantly reduced, it is advantageous to combine the generation of hydrogen plasma with the hydrogen catalyst layer already mentioned above.
プラズマガス、より厳密にはプラズマ形成中に生成されるプラズマガスイオンは、種々
の方法で光学面に供給することができる。
The plasma gas, or more precisely the plasma gas ions produced during plasma formation, can be delivered to the optical surface in a variety of ways.
一実施形態において、ガス入口は、光学面の少なくとも1つの部分領域にプラズマガス
を供給するプラズマノズルとして設計される。この場合、ガス入口は、少なくとも1つの
出口開口を有することができ、これは、プラズマガスのプラズマガス流を光学面へ又は光
学面の少なくとも1つの部分領域へ指向させるよう設計される。この場合、ガス入口はプ
ラズマノズルであり、そのガス出口は、プラズマノズル又はその出口開口を光学面に対し
て移動、例えば傾斜及び/又は変位させることができるならば、光学面へ向けられる又は
向けられることができる。プラズマノズルの場合、例えばオイルフリー圧縮空気の形態又
はフラッシングガス、例えば窒素若しくは別の不活性ガスの形態のプラズマガスは、通常
は放電部を通って流れ、そこで励起されてプラズマ状態に変換される。例えば水素又は別
の活性ガスを添加され得るプラズマガスは、プラズマ状態でプラズマノズルから内部に入
る。プラズマノズルから出てすぐに電気的に中性であるべきである活性ガスジェットの発
生を可能にするプラズマノズルの例が、独国特許出願公開第10145131号に記載さ
れており、その全体を参照により本願の一部とする。
In one embodiment, the gas inlet is designed as a plasma nozzle that supplies plasma gas to at least one partial region of the optical surface. In this case, the gas inlet can have at least one outlet opening designed to direct a plasma gas flow of plasma gas toward the optical surface or toward at least one partial region of the optical surface. In this case, the gas inlet is a plasma nozzle, and its gas outlet is or can be directed toward the optical surface if the plasma nozzle or its outlet opening can be moved, for example tilted and/or displaced, relative to the optical surface. In the case of a plasma nozzle, the plasma gas, for example in the form of oil-free compressed air or a flushing gas, for example, nitrogen or another inert gas, typically flows through a discharge section where it is excited and converted into a plasma state. The plasma gas, which may be doped with, for example, hydrogen or another active gas, enters the interior of the plasma nozzle in a plasma state. An example of a plasma nozzle that allows the generation of an active gas jet that should be electrically neutral immediately after leaving the plasma nozzle is described in German Patent Application Publication No. 10145131, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
代替として又は追加として、プラズマ発生デバイスは、光学面から離間して、光学面の
少なくとも1つの部分領域で大気圧プラズマを発生させる少なくとも1つの電極を有する
ことができる。電極(単数又は複数)を用いて、プラズマを内部の所望の場所で狙い通り
に発生させることができる。この場合、例えば、反射コーティングのアルミニウム層又は
別の金属層は、対向電極として、又はプラズマ電極の接地電位を提供するよう働くことが
できる。電極(単数又は複数)は、例えば、電極チップの領域でプラズマガスをイオン化
するか又は光学面の部分領域まで延びるプラズマをそこで発生させるためにテーパ状であ
り得る。
Alternatively or additionally, the plasma generation device can have at least one electrode spaced apart from the optical surface for generating atmospheric pressure plasma in at least one partial region of the optical surface. The electrode(s) can be used to generate the plasma in a targeted manner at a desired internal location. In this case, for example, an aluminum layer or another metal layer of the reflective coating can serve as a counter electrode or to provide a ground potential for the plasma electrode. The electrode(s) can be tapered, for example, to ionize the plasma gas in the region of the electrode tip or to generate a plasma there that extends to the partial region of the optical surface.
さらに別の実施形態において、プラズマ発生デバイスは、光学面で場所に応じて可変の
大気圧プラズマを発生させるよう設計される。光学面の部分領域が以前に汚染又は酸化さ
れた程度までしかプラズマに曝されなければ有利であることが分かった。これは、プラズ
マノズル(単数又は複数)及び/又は電極(単数又は複数)の適当な配置により達成する
ことができる。例えば、電極及び/又はプラズマノズルを光学素子の周りにリング状に配
置して、各電極又はプラズマノズルが光学面の部分領域にそれぞれ割り当てられるように
することができる。個々のプラズマノズル又は電極の狙い通りの活性化により、光学面上
の大気圧プラズマを場所に応じて変えることができる。特に、各プラズマノズル又は各電
極がクリーニング作業又は還元反応のために活性化される時間を、特に光学面の各部分領
域の汚染度又は酸化度に応じて個別に設定することもできる。
In yet another embodiment, the plasma generation device is designed to generate a location-variable atmospheric pressure plasma on the optical surface. It has been found to be advantageous if partial areas of the optical surface are only exposed to the plasma to the extent that they were previously contaminated or oxidized. This can be achieved by a suitable arrangement of the plasma nozzle(s) and/or electrode(s). For example, the electrodes and/or plasma nozzles can be arranged in a ring around the optical element, with each electrode or plasma nozzle assigned to a partial area of the optical surface. Targeted activation of the individual plasma nozzles or electrodes allows the atmospheric pressure plasma on the optical surface to be location-variable. In particular, the time during which each plasma nozzle or each electrode is activated for a cleaning operation or reduction reaction can be individually set, in particular depending on the degree of contamination or oxidation of each partial area of the optical surface.
各部分領域の汚染度又は酸化度を判定するために、光学装置は、例えばカメラ等の形態
の検査デバイスを有し得る。動作の中断中にプラズマを発生させる場合、光学面の酸化又
は汚染に関する場所依存情報を得るために動作の中断中にカメラ又は別の検査デバイスを
内部に導入することができる。
To determine the degree of contamination or oxidation of each partial area, the optical apparatus may have an inspection device, for example in the form of a camera, etc. If a plasma is generated during interruptions in operation, a camera or another inspection device can be introduced inside during interruptions in operation to obtain location-dependent information about the oxidation or contamination of the optical surface.
既に上述した例では、プラズマノズル(単数又は複数)又は電極(単数又は複数)が光
学装置のビーム経路外に配置されるものとした。しかしながら、適当なアクチュエータを
用いて、プラズマノズル(単数又は複数)又は電極(単数又は複数)を光学装置のビーム
経路に導入し且つそれらを再度除去することも可能である。これは、大気圧プラズマの発
生が光学装置の動作の中断中にのみ起こる場合に特に有用であり得る。
In the examples already mentioned above, it was assumed that the plasma nozzle(s) or electrode(s) are arranged outside the beam path of the optical device. However, it is also possible to introduce the plasma nozzle(s) or electrode(s) into the beam path of the optical device and remove them again using suitable actuators. This can be particularly useful if the generation of atmospheric pressure plasma only occurs during interruptions in the operation of the optical device.
既に上述した大気圧プラズマのクリーニング作業又は還元効果により、光学素子の反射
率を高めることができ、すなわち光学素子を光学装置から取り外す必要がない。このよう
に、光学装置から各光学素子を頻繁に取り外して構造的に同一の新たな光学素子に交換す
るか、又は反射コーティングを除去して除去後に再度施す必要がないようにすることがで
きる。
The cleaning or reducing effect of atmospheric pressure plasma, as already mentioned above, can increase the reflectivity of optical elements, i.e., without the need to remove the optical elements from the optical device, thus eliminating the need to frequently remove each optical element from the optical device and replace it with a new, structurally identical optical element, or remove and then reapply the reflective coating.
本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明に必須の詳細を示す図面の図を参照した以下
の本発明の例示的な実施形態の説明から及び特許請求の範囲から明らかである。個々の特
徴のそれぞれを、単独で又は本発明の一変形形態において複数の任意の組み合わせで実施
することができる。
Further features and advantages of the invention are apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings which show the details essential to the invention, and from the claims. Each of the individual features can be implemented alone or in any combination of several in a variant of the invention.
例示的な実施形態を概略図に示し、以下で詳細に説明する。 An exemplary embodiment is shown in the schematic diagram and described in detail below.
図面の以下の説明において、同一又は機能的に同一の構成部品には同一の参照符号を用
いる。
In the following description of the drawings, the same reference numbers are used for identical or functionally identical components.
図1は、特に100nm~200nm又は190nmの範囲の波長用のVUVリソグラ
フィ装置の形態の光学装置1を概略的に示す。VUVリソグラフィ装置1は、必須コンポ
ーネントとして、照明系12及び投影系14の形態の2つの光学系を有する。VUVリソ
グラフィ装置1は、露光プロセスを実行するための放射源10を有し、これは、例えば1
93nm、157nm、又は126nmのVUV波長域の波長の放射線11を発するエキ
シマレーザとすることができ、VUVリソグラフィ装置1の一体部分であり得る。
1 shows diagrammatically an optical arrangement 1 in the form of a VUV lithography apparatus, in particular for wavelengths in the range of 100 nm to 200 nm or 190 nm. The VUV lithography apparatus 1 has as essential components two optical systems in the form of an illumination system 12 and a projection system 14. The VUV lithography apparatus 1 has a radiation source 10 for carrying out an exposure process, which may be, for example, a 1
It may be an excimer laser emitting radiation 11 at a wavelength in the VUV wavelength range of 93 nm, 157 nm or 126 nm and may be an integral part of the VUV lithography apparatus 1 .
放射源10が発した放射線11は、照明系12を用いて、レチクルとも称するマスク1
3を完全に照明できるように調整される。図1に示す例では、照明系12は、透過光学素
子及び反射光学素子の両方を有する。例えば、放射線11を集束させる透過光学素子12
0と、放射線11を偏向させる反射光学素子121とを、図1に代表的に示す。既知のよ
うに、さまざまな透過光学素子、反射光学素子、又は他の光学素子を任意の所望のさらに
複雑な方法で照明系12において相互に組み合わせることができる。
The radiation 11 emitted by the radiation source 10 is projected onto a mask 1, also called a reticle, by means of an illumination system 12.
1, the illumination system 12 includes both transmissive and reflective optical elements. For example, the transmissive optical element 12 focuses the radiation 11.
1, a reflecting optical element 121 that deflects radiation 11. As is known, various transmissive, reflective, or other optical elements can be combined with each other in illumination system 12 in any desired and more complex manner.
マスク13は、投影系14を用いて半導体コンポーネントの製造の一部として露光され
る素子15、例えばウェーハに転写される構造を表面に有する。図示の例では、マスク1
3は、透過光学素子として具現される。マスク13は、代替的な実施形態において反射光
学素子として具現することもできる。投影系14は、図示の例では少なくとも1つの透過
光学素子を有する。図示の例では、2つの透過光学素子140、141が代表的に示され
ており、これらは、例えばマスク13上の構造をウェーハ15の露光に望まれるサイズに
縮小する働きをする。投影系14にも、特に反射光学素子を設けることができ、任意の光
学素子を任意の既知の方法で相互に組み合わせることができる。透過光学素子のない光学
装置をVUVリソグラフィに用いることもできることも指摘しておく。
The mask 13 has a structure on its surface that is to be transferred onto an element 15, e.g., a wafer, that is exposed using a projection system 14 as part of the manufacture of a semiconductor component.
3 is embodied as a transmissive optical element. Mask 13 can also be embodied as a reflective optical element in an alternative embodiment. Projection system 14 has at least one transmissive optical element in the example shown. In the example shown, two transmissive optical elements 140, 141 are representatively shown, which serve, for example, to reduce the structures on mask 13 to a size desired for exposure of wafer 15. Projection system 14 can also be provided with, in particular, reflective optical elements, and any optical elements can be combined with one another in any known manner. It should also be pointed out that optical arrangements without transmissive optical elements can also be used for VUV lithography.
図2は、ウェーハ検査システム2の形態の光学装置の例示的な実施形態を概略的に示す
。以下で行う説明は、マスク検査用の検査システムにも同様に当てはまる。
2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an optical apparatus in the form of a wafer inspection system 2. The description given below applies equally to inspection systems for mask inspection.
ウェーハ検査システム2は、放射源20を有し、その放射線21は光学系22によりウ
ェーハ25へ指向される。この目的で、放射線21は、凹面ミラー220からウェーハ2
5へ反射される。マスク検査システム2の場合、ウェーハ25の代わりに検査対象のマス
クを配置してもよい。ウェーハ25で反射、回折、及び/又は屈折した放射線は、同じく
光学系22に関連するさらに別の凹面ミラー221により、さらなる評価用の検出器23
へ指向される。例として、放射源20は、実質的に連続した放射スペクトルを提供するた
めに1つの放射源のみ又は複数の個別の放射源の組み合わせであり得る。変更形態におい
て、1つ又は複数の狭帯域放射源20を用いることもできる。好ましくは、放射源20が
発生する放射線21の波長又は波長帯は、100nm~200nm、特に好ましくは11
0nm~190nmの範囲にある。
The wafer inspection system 2 comprises a radiation source 20, whose radiation 21 is directed by an optical system 22 to a wafer 25. For this purpose, the radiation 21 is directed from a concave mirror 220 to a wafer 25.
In the case of mask inspection system 2, a mask to be inspected may be placed in place of wafer 25. Radiation reflected, diffracted, and/or refracted from wafer 25 is reflected by a further concave mirror 221, also associated with optical system 22, onto detector 23 for further evaluation.
By way of example, the radiation source 20 may be only one radiation source or a combination of several individual radiation sources to provide a substantially continuous radiation spectrum. In a variant, one or several narrowband radiation sources 20 may also be used. Preferably, the wavelength or wavelength band of the radiation 21 generated by the radiation source 20 is between 100 nm and 200 nm, particularly preferably between 110 nm and 250 nm.
It is in the range of 0 nm to 190 nm.
例えば図1からのVUVリソグラフィ装置1又は図2からのウェーハ又はマスク検査シ
ステム2等の光学装置の動作中、各反射光学素子121、220、221の反射光学面1
21a、221a、222aの酸化が起こり得る。反射光学素子121、220、221
は、VUV放射線11を反射する金属ミラー層を有することができ、アルミニウム層が、
例えば100nm~200nmの広い波長域で高い反射率を有する金属ミラー層であるこ
とが分かっている。
During operation of an optical apparatus, such as the VUV lithography apparatus 1 from FIG. 1 or the wafer or mask inspection system 2 from FIG. 2, the reflective optical surface 1 of each reflective optical element 121, 220, 221
Oxidation of the reflective optical elements 121, 220, and 221a may occur.
can have a metal mirror layer that reflects VUV radiation 11, and the aluminum layer
For example, it is known that the metal mirror layer has high reflectivity in a wide wavelength range of 100 nm to 200 nm.
一例として、このようなアルミニウム層の反射率Rを、約120nm~約280nmの
波長域の、すなわち約100nm~200nmのVUV波長域のほぼ全体を包含する波長
域の波長λの関数として図3に示す。この場合に図3に破線で示す曲線は、図示の波長域
全体で0.9を超える非酸化アルミニウム層の反射率Rに対応する。
By way of example, the reflectance R of such an aluminum layer is shown as a function of wavelength λ for the wavelength range from about 120 nm to about 280 nm, i.e., covering substantially the entire VUV wavelength range from about 100 nm to 200 nm, in Figure 3. In this case, the dashed curve in Figure 3 corresponds to a reflectance R of the non-oxidized aluminum layer that is greater than 0.9 throughout the wavelength range shown.
図3に実線で示す曲線は、VUV波長域の放射線11、21での照射により酸化された
アルミニウム層の反射率Rを示す。ここで該当する約200nm未満の波長λに関する反
射率Rが、著しく、具体的には約140nm未満の波長λで0.1未満の値まで低下する
ことが明確に分かる。図3に示す反射率Rの曲線を用いると、金属ミラー層として働くア
ルミニウム層がVUV波長域の放射線11の反射に用いられる場合に、その酸化を回避す
べきであることは極めて明白である。
The solid curve in Figure 3 shows the reflectance R of an aluminum layer oxidized by irradiation with radiation 11, 21 in the VUV wavelength range. It can be clearly seen that the reflectance R for wavelengths λ less than about 200 nm, which is relevant here, drops significantly, specifically to a value less than 0.1 for wavelengths λ less than about 140 nm. Using the reflectance R curve shown in Figure 3, it is quite clear that oxidation of an aluminum layer acting as a metallic mirror layer should be avoided when it is used to reflect radiation 11 in the VUV wavelength range.
図4a、図4bは、VUV波長域の放射線11を反射するよう具現され、図1又は図2
の反射光学素子121、220、221のうちの1つを例えば形成し得る、光学素子4を
示す。図4a、図4bに示す光学素子4は、基板41を有するミラーであり、基板41は
、図示の例では石英(ガラス)、特にチタンドープ石英ガラス、セラミック、又はガラス
セラミックであり得る。反射コーティング42が基板41に施され、上記反射コーティン
グは、金属ミラー層として働く連続アルミニウム層43を有する。アルミニウム層43は
、基板41に直接施すことができる。図4a、図4bに示す例では、接着促進層44の形
態の機能層がアルミニウム層43と基板41との間に施される。接着促進層44の材料は
、多数の材料から選択することができるが、基板41及びアルミニウム層43の両方に十
分な接着があるように注意すべきである。他の機能層、例えば平滑化層及び/又は研磨層
を、アルミニウム層43と基板41との間に設けてもよい。
4a and 4b are embodied to reflect radiation 11 in the VUV wavelength range, and are not shown in FIG.
4a and 4b show an optical element 4, which may form, for example, one of the reflective optical elements 121, 220, 221 of the present invention. The optical element 4 shown in FIGS. 4a and 4b is a mirror having a substrate 41, which in the illustrated example may be quartz (glass), in particular titanium-doped quartz glass, ceramic, or glass-ceramic. A reflective coating 42 is applied to the substrate 41, said reflective coating comprising a continuous aluminum layer 43 acting as a metallic mirror layer. The aluminum layer 43 may be applied directly to the substrate 41. In the example shown in FIGS. 4a and 4b, a functional layer in the form of an adhesion-promoting layer 44 is applied between the aluminum layer 43 and the substrate 41. The material of the adhesion-promoting layer 44 can be chosen from a number of materials, although care should be taken to ensure sufficient adhesion to both the substrate 41 and the aluminum layer 43. Other functional layers, such as smoothing and/or polishing layers, may also be provided between the aluminum layer 43 and the substrate 41.
図4a、図4bに示す例では、活性水素中又は水素ラジカル中の分子状水素H2の解離
に役立つ水素触媒層45が、アルミニウム層43に施される。水素触媒層45の材料は、
例えばRu、Pt、Pd、Ni、又はRhであり得る。
In the example shown in Figures 4a and 4b, a hydrogen catalyst layer 45 is applied to the aluminum layer 43, which serves to dissociate molecular hydrogen H2 into active hydrogen or hydrogen radicals. The material of the hydrogen catalyst layer 45 is:
For example, it can be Ru, Pt, Pd, Ni, or Rh.
上記材料は、VUV波長域の放射線11に対して比較的低い反射率を有する。したがっ
て、図4a、図4bに示す例では1.0nm未満である水素触媒層45の厚さDができる
限り薄ければ有益である。このような小さな厚さDを有する水素触媒層45は、完全に被
覆するように、すなわち密閉層の形態でアルミニウム層43に施すことはできず、図4a
、図4bに示すように、水素触媒層45の島状の離間した材料の蓄積物がアルミニウム層
43上に形成される。
The above materials have a relatively low reflectivity for radiation 11 in the VUV wavelength range. Therefore, it is beneficial if the thickness D of the hydrogen catalyst layer 45 is as small as possible, which is less than 1.0 nm in the example shown in Figures 4a and 4b. A hydrogen catalyst layer 45 with such a small thickness D cannot be applied to the aluminum layer 43 in a completely covering manner, i.e., in the form of a sealing layer, and therefore the thickness D of the hydrogen catalyst layer 45 is not sufficient to completely cover the aluminum layer 43, i.e., in the form of a sealing layer.
4b, island-like spaced apart accumulations of material of hydrogen catalyst layer 45 are formed on aluminum layer 43.
水素触媒層45によるアルミニウム層43の被覆率は、約10%~約90%、好ましく
は30%~70%であり、小さな厚さDを有する水素触媒層45の実現を可能にするので
光学素子5の反射率Rが低下しすぎず、さらに、VUV放射線11、21での照射中のア
ルミニウム層43の酸化を防止するのに十分な水素触媒層45の解離効果が可能となる。
The coverage of the aluminum layer 43 by the hydrogen catalyst layer 45 is between about 10% and about 90%, preferably between 30% and 70%, which allows for a hydrogen catalyst layer 45 with a small thickness D so that the reflectivity R of the optical element 5 is not reduced too much, and further allows for a dissociation effect of the hydrogen catalyst layer 45 sufficient to prevent oxidation of the aluminum layer 43 during irradiation with VUV radiation 11, 21.
水素触媒層45の保護効果の必要条件は、反射光学素子4の環境中で分子状水素H2を
利用可能であることである。図1に示すVUVリソグラフィ装置1における分子状水素H
2は、照明系12のハウジング122に形成されたガス入口123を介して、反射光学素
子121が配置されたハウジング122の内部122aに供給される。この目的で、ガス
入口123は、分子状水素H2を収容するガスリザーバ(図示せず)を有する。十分な量
の分子状水素H2が反射光学素子121の環境中に存在する場合、これは、水素触媒層4
5で活性水素に変換されることができ、したがってアルミニウム層43を酸化から保護す
る。
A necessary condition for the protective effect of the hydrogen catalyst layer 45 is the availability of molecular hydrogen H2 in the environment of the reflective optical element 4. The molecular hydrogen H2 in the VUV lithography apparatus 1 shown in FIG.
The hydrogen H 2 is supplied via a gas inlet 123 formed in the housing 122 of the illumination system 12 to an interior 122a of the housing 122 in which the reflecting optical element 121 is arranged. For this purpose, the gas inlet 123 has a gas reservoir (not shown) for containing molecular hydrogen H 2. If a sufficient amount of molecular hydrogen H 2 is present in the environment of the reflecting optical element 121, this will cause the hydrogen catalyst layer 4 to react with the hydrogen H 2.
5 can be converted to active hydrogen, thus protecting the aluminum layer 43 from oxidation.
照明系12のハウジング122の内部122aに設置されると、反射光学素子121は
、概して大気に曝され、これが水素触媒層45又はアルミニウム層43の不可逆的である
可能性がある酸化につながり得る。したがって、図4bに例として示すように、水素触媒
層45に保護層46を施すことが有益である。保護層46は、アルミニウム層43及び水
素触媒層45の両方を覆う密閉層を形成すべきである。保護層46は、水素触媒層45に
永久的に施すことができる。この場合、保護層46の材料は、アルミニウム層43に良好
な保護効果を与える透明材料とすべきである。この場合、保護層46の材料は、例えばフ
ッ化物材料、例えばAlF3の形態の例えば金属フッ化物であり得る。
When placed inside 122a of housing 122 of illumination system 12, reflective optical element 121 is generally exposed to the atmosphere, which can lead to potentially irreversible oxidation of hydrogen catalyst layer 45 or aluminum layer 43. It is therefore beneficial to apply a protective layer 46 to hydrogen catalyst layer 45, as shown by way of example in FIG. 4b. Protective layer 46 should form a sealing layer that covers both aluminum layer 43 and hydrogen catalyst layer 45. Protective layer 46 can be permanently applied to hydrogen catalyst layer 45. In this case, the material of protective layer 46 should be a transparent material that provides good protection for aluminum layer 43. In this case, the material of protective layer 46 can be, for example, a fluoride material, e.g., a metal fluoride in the form of AlF3 .
代替として、保護層46は、水素触媒層45及びアルミニウム層43に可逆的に施すこ
とができる。この場合、保護層46は、反射光学素子121が照明系122に導入された
後に再度除去されることができる。この目的で、VUV波長域の放射線11での照射時及
び/又は(分子状)水素H2との接触時に剥離される材料が、保護層46に用いられる。
照射に起因して剥離され得る保護層46の材料は、炭素又は少なくとも1つの炭化水素、
例えばパリレンであり得る。
Alternatively, the protective layer 46 can be applied reversibly to the hydrogen catalyst layer 45 and the aluminum layer 43. In this case, the protective layer 46 can be removed again after the reflective optical element 121 has been introduced into the illumination system 122. For this purpose, a material is used for the protective layer 46 which is released upon irradiation with radiation 11 in the VUV wavelength range and/or upon contact with (molecular) hydrogen H2 .
The materials of the protective layer 46 that can be stripped due to irradiation include carbon or at least one hydrocarbon,
For example, it can be parylene.
アルミニウム層43、それに施された水素触媒層45、及びそれに施される可能がある
保護層46は、原子層堆積により堆積させることが好ましい。原子層堆積は、特に薄く平
滑な層の堆積を可能にし、且つこのようにして、吸収に起因した反射率の損失及び散乱の
低減を可能にする。原子層堆積のほかに、他のコーティングプロセス、例えばマグネトロ
ンスパッタリング、イオンアシスト蒸着、プラズマ強化蒸着、熱蒸着等も適している。
The aluminum layer 43, the hydrogen catalyst layer 45 applied thereto, and the possible protective layer 46 applied thereto are preferably deposited by atomic layer deposition. Atomic layer deposition allows the deposition of particularly thin and smooth layers and thus allows the reduction of reflectivity losses and scattering due to absorption. In addition to atomic layer deposition, other coating processes are also suitable, such as magnetron sputtering, ion-assisted deposition, plasma-enhanced deposition, thermal evaporation, etc.
図2に示すウェーハ検査システム2の反射光学素子220、221も、図4a、図4b
に関連して記載したように設計することができる。ウェーハ検査システム2の光学系22
は、ハウジング24を有し、その内部24aには2つの反射光学素子220、221が配
置される。分子状水素H2をハウジング24の内部24aに供給することができるガス入
口26が、ハウジング24に形成される。
The reflective optical elements 220 and 221 of the wafer inspection system 2 shown in FIG. 2 are also shown in FIGS. 4a and 4b.
The optical system 22 of the wafer inspection system 2 can be designed as described in connection with
has a housing 24, in an interior 24a of which are disposed two reflecting optical elements 220, 221. A gas inlet 26 is formed in the housing 24 through which molecular hydrogen H2 can be supplied to the interior 24a of the housing 24.
図5a、図5bは、VUV波長域の放射線11、21を反射するよう設計され、図1又
は図2の反射光学素子121、220、221のうちの1つを例えば形成し得る、反射光
学素子5を示す。図5a図5bの反射光学素子5は、実質的に図4a、図4bに示す反射
光学素子4のように設計されるが、水素触媒層45も保護層36も有しておらず、すなわ
ち、アルミニウム層43が環境に直接曝され、その上部が反射光学面5aを形成する。
Figures 5a and 5b show a reflective optical element 5 which is designed to reflect radiation 11, 21 in the VUV wavelength range and which may for example form one of the reflective optical elements 121, 220, 221 of Figures 1 or 2. The reflective optical element 5 of Figures 5a and 5b is designed substantially like the reflective optical element 4 shown in Figures 4a and 4b, but does not have the hydrogen catalyst layer 45 or the protective layer 36, i.e. the aluminium layer 43 is directly exposed to the environment and its upper part forms the reflective optical surface 5a.
反射光学素子5のアルミニウム層43を酸化から保護するために、図5a、図5bの反
射光学素子5が配置される各光学装置1、2は、反射光学素子5の反射光学面5a上で大
気圧プラズマ51を発生させるプラズマ発生デバイス50を有する。この目的で、プラズ
マ発生デバイス50は、プラズマノズル52a~52fの形態の6つのガス入口を有し、
これらは、上面図では円形である光学面5aの周りに周方向に均一な分配で、具体的には
図5bに破線で示すVUV放射線11、21のビーム経路53の外側に配置される。
In order to protect the aluminum layer 43 of the reflecting optical element 5 from oxidation, each optical apparatus 1, 2 in which the reflecting optical element 5 of Figures 5a, 5b is arranged comprises a plasma generation device 50 for generating an atmospheric pressure plasma 51 on the reflecting optical surface 5a of the reflecting optical element 5. For this purpose, the plasma generation device 50 has six gas inlets in the form of plasma nozzles 52a to 52f,
These are arranged in a uniform circumferential distribution around the optical surface 5a, which is circular in top view, specifically outside the beam path 53 of the VUV radiation 11, 21, shown in dashed lines in Figure 5b.
プラズマノズル52a~52fは、各プラズマガス流の形態のプラズマガス54a~5
4fを光学面5aに供給するよう設計される。図5a、図5bに示す例では、各プラズマ
ガス流54a~54fは、上面図では円形である光学面5aの円弧を形成する光学面5a
の6つの部分領域5a~5fのうちの1つにそれぞれ供給される。反射光学素子5の横断
面を示す図5bで見ることができるように、各プラズマノズル52a~52fは、したが
ってプラズマガス流54a~54fも、光学面5aに対して斜めに向けられる。
The plasma nozzles 52a to 52f emit plasma gas in the form of respective plasma gas streams 54a to 54f.
5a and 5b, each plasma gas flow 54a-54f is designed to supply an arc of the optical surface 5a, which is circular in top view.
As can be seen in Figure 5b, which shows a cross section of the reflecting optical element 5, each plasma nozzle 52a-52f, and therefore also the plasma gas flow 54a-54f, is directed obliquely with respect to the optical surface 5a.
図示の例では、プラズマ発生デバイス50は、水素プラズマ51を発生させるよう設計
される。この目的で、プラズマノズル52a~52fから出るプラズマガス流54a~5
4fは、例えば窒素、希ガス、又は上記ガスの混合物の形態のフラッシングガスに加えて
、比較的低比率の水素を有する。(分子状)水素H2をプラズマガス54a~54fに添
加することにより、大気圧プラズマ51のクリーニング効果が向上し、照射中に光学面5
a上に形成された薄い酸化アルミニウム層がアルミニウムに再還元される。
In the example shown, the plasma generation device 50 is designed to generate a hydrogen plasma 51. For this purpose, plasma gas flows 54a-54f issuing from plasma nozzles 52a-52f are
4f has a relatively low proportion of hydrogen in addition to a flushing gas, for example in the form of nitrogen, a noble gas, or a mixture of the above gases. The addition of (molecular) hydrogen H2 to the plasma gases 54a-54f improves the cleaning effect of the atmospheric pressure plasma 51 and reduces the amount of cleaning of the optical surface 5 during irradiation.
The thin aluminum oxide layer formed on a is reduced back to aluminum.
図3に関連して上述したように、反射光学素子5の反射率Rをこのように著しく高める
ことができる。反射光学素子5も位置付けられている各内部122a、24aに通常配置
されるプラズマノズル54a~54fの使用により、各内部122a、24aに分子状水
素H2を供給するための図1及び図2に示すガス入口123、26を省くことができる。
As discussed above in connection with Figure 3, the reflectivity R of the reflective optical element 5 can be significantly increased in this way. The use of plasma nozzles 54a-54f, which are typically located in each interior 122a, 24a in which the reflective optical element 5 is also located, makes it possible to eliminate the gas inlets 123, 26 shown in Figures 1 and 2 for supplying molecular hydrogen H2 to each interior 122a, 24a.
図6a、図6bは、VUV波長域の放射線11、21を反射するよう設計され、図1又
は図2からの反射光学素子121、220、221のうちの1つを例えば形成し得る反射
光学素子6の光学面6aで大気圧プラズマ61を発生させるのに用いられる、プラズマ発
生デバイス60を示す。図6a、図6bのプラズマ発生デバイス60が図5a、図5bに
示すプラズマ発生デバイス50と異なるのは、反射光学素子6の光学面6aで大気圧プラ
ズマ61を発生させるために6つの先鋭電極(pointed electrodes)62a~62fを有
する点である。6つの電極62a~62fは、光学素子6が用いられる光学装置1、2の
ビーム経路63の外側に配置される。
Figures 6a and 6b show a plasma generation device 60 that is used to generate atmospheric pressure plasma 61 at the optical surface 6a of a reflective optical element 6 that is designed to reflect radiation 11, 21 in the VUV wavelength range and that may form, for example, one of the reflective optical elements 121, 220, 221 from Figures 1 or 2. The plasma generation device 60 of Figures 6a and 6b differs from the plasma generation device 50 shown in Figures 5a and 5b in that it has six pointed electrodes 62a to 62f for generating atmospheric pressure plasma 61 at the optical surface 6a of the reflective optical element 6. The six electrodes 62a to 62f are arranged outside the beam path 63 of the optical arrangement 1, 2 in which the optical element 6 is used.
プラズマ発生デバイス60は、電極62a~62fと規定電位に保たれ図示の例では接
地電位に接続されたアルミニウム層54の光学面6aとの間に電位差を発生させ、その結
果として、各電極62a~62fと光学面6aとの間に光学面6aまで延びる大気圧プラ
ズマ61ができる。図6a、図6bに示すプラズマ発生デバイス60では、各電極62a
~62fは、円弧を形成する光学面6aの部分領域65a~65fにそれぞれ割り当てら
れる。プラズマガス64は、この例では図1又は図2からの関連の内部122a、24a
への各ガス入口123、26を介して、光学面6aの環境に供給される。ここで、図1及
び図2に示すように、ガス入口123、26を介して内部122a、24aに分子状水素
H2をさらに供給できるが、これは概して少量の添加剤(small admixture)の形態でプ
ラズマガス64に添加される。
The plasma generating device 60 generates a potential difference between the electrodes 62a to 62f and the optical surface 6a of the aluminum layer 54, which is kept at a predetermined potential and connected to ground potential in the illustrated example, and as a result, atmospheric pressure plasma 61 is generated between each of the electrodes 62a to 62f and the optical surface 6a, extending to the optical surface 6a. In the plasma generating device 60 shown in Figures 6a and 6b, each of the electrodes 62a
1 or 2. The plasma gas 64 is supplied to the optical surface 6a through the associated interiors 122a, 24a, 25a, 26a, 27a, 28a, 29a, 30a, 31a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a, 37a, 38a, 39a, 40a, 41a, 42a, 43a, 44a, 45a, 46a, 47a, 48a, 49a, 50a, 51a, 52a, 53a, 54a, 55a, 56a, 57a, 58a, 59a, 60a, 61a, 62a, 63a, 64a, 65a, 65a, 66a, 67
1 and 2, molecular hydrogen H2 can also be supplied to the interiors 122a, 24a via gas inlets 123, 26, but this is generally added to the plasma gas 64 in the form of a small admixture.
図5a、図5bに示すプラズマ発生デバイス50及び図6a、図6bに示すプラズマ発
生デバイス60の両方において、光学面5a、6a上の各大気圧プラズマ51、61は場
所に応じて変わり得る。この目的で、プラズマノズル52a~52f又は電極62a~6
2fを個別に制御することができる。例えば、図5a、図5bに示すプラズマ発生デバイ
ス50では、各プラズマノズル52a~52fを通る流れ及び/又はプラズマガス流54
a~54fが光学面5aの各部分領域55a~55fへ流れる時間を個別に設定すること
ができる。これに対応して、光学面6aの各部分領域65a~65fで発生する水素プラ
ズマ61の強弱を変えるために、各電極62a~62fと光学素子6又はアルミニウム層
43との間の電位又は電位差を変えることもできる。
In both the plasma generating device 50 shown in Figures 5a and 5b and the plasma generating device 60 shown in Figures 6a and 6b, the atmospheric pressure plasmas 51, 61 on the optical surfaces 5a, 6a may vary depending on their locations.
For example, in the plasma generation device 50 shown in Figures 5a and 5b, the flow through each plasma nozzle 52a-52f and/or the plasma gas flow 54 can be individually controlled.
The time for which the hydrogen plasma 61 flows to each of the partial regions 55a to 55f of the optical surface 5a can be individually set. Correspondingly, the potential or potential difference between each of the electrodes 62a to 62f and the optical element 6 or the aluminum layer 43 can be changed to change the strength of the hydrogen plasma 61 generated in each of the partial regions 65a to 65f of the optical surface 6a.
このように、各プラズマ発生デバイス50、60を用いて、光学面5a、6aのうち以
前に酸化又は汚染された部分領域55a~55f、65a~65fで狙い通りにプラズマ
クリーニングを実行することができる。光学面5a、6aのうち各関連部分領域55a~
55f、65a~65fに属さない場所のプラズマノズル52a~52f又は電極62a
~62fによっても、(あまり強くない)大気圧プラズマ51、61が発生するので、全
てのプラズマノズル52a~52f又は全ての電極62a~62fを活性化して大気圧プ
ラズマ51、61を発生させることは必ずしも必要でない。図5a、図5b及び図6a、
図6bに示す6つのプラズマノズル52a~52f又は6つの電極62a~62fの数は
、一例にすぎず、すなわち、プラズマ発生デバイス50、51は、より少数又は多数のプ
ラズマノズル52a~52f又は電極62a~62fを有することもできる。
In this way, each plasma generating device 50, 60 can be used to carry out targeted plasma cleaning of previously oxidized or contaminated partial areas 55a-55f, 65a-65f of the optical surfaces 5a, 6a.
Plasma nozzles 52a to 52f or electrodes 62a in locations not belonging to 55f, 65a to 65f
5a, 5b, and 6a, 6b, and 6c, the atmospheric pressure plasmas 51, 61 are generated by the plasma nozzles 52a to 52f or the electrodes 62a to 62f, so it is not necessarily necessary to activate all the plasma nozzles 52a to 52f or all the electrodes 62a to 62f to generate the atmospheric pressure plasmas 51, 61.
The number of six plasma nozzles 52a-52f or six electrodes 62a-62f shown in FIG. 6b is just an example, i.e. the plasma generation devices 50, 51 may have fewer or more plasma nozzles 52a-52f or electrodes 62a-62f.
図5a、図5b及び図6a、図6bに示すプラズマ発生デバイス50、60を用いて、
反射光学素子5、6の前側の反射面5a、6aで大気圧プラズマ51、61を発生させる
ことができるだけでなく、透過光学素子、例えば図1に示す投影系14の2つの透過光学
素子140、141でも大気圧プラズマ51、61を発生させることができる。この場合
、大気圧プラズマ51、61を用いて、汚染物質を各透過光学面140a、140b、1
41a、141bから除去することができる。クリーニング効果を高めるために、反応性
ガス成分、例えば上述の水素又はおそらく酸素若しくは水を、大気圧プラズマ51、61
の発生に用いられるプラズマガスに添加することができる。これが可能なのは、酸素の酸
化効果により損傷を受ける可能性があるアルミニウム層43又は任意の他の材料でできた
層を有する反射光学素子が、投影系14に配置されていないからである。
Using the plasma generation devices 50 and 60 shown in FIGS. 5a, 5b and 6a, 6b,
Atmospheric pressure plasmas 51, 61 can be generated not only at the front reflective surfaces 5a, 6a of the reflective optical elements 5, 6, but also at the transmissive optical elements, for example the two transmissive optical elements 140, 141 of the projection system 14 shown in Figure 1. In this case, the atmospheric pressure plasmas 51, 61 can be used to remove contaminants from the respective transmissive optical surfaces 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 140g, 140h, 140h, 140i ...
To enhance the cleaning effect, reactive gas components, such as the above-mentioned hydrogen or possibly oxygen or water, can be removed from the atmospheric pressure plasma 51, 61.
This is possible because projection system 14 does not have any reflective optical elements with aluminum layers 43 or layers made of any other material that may be damaged by the oxidizing effects of oxygen.
既に上述した措置は、アルミニウム層43の酸化による反射光学素子121、220、
221の反射率Rの低下を抑えることができる。大気圧で水素プラズマ51、72を発生
させることにより、アルミニウム層54の酸化反応をさらに逆転させることができ、すな
わち、すでに形成された酸化アルミニウムを金属アルミニウムに再還元することができる
。大気圧プラズマ51、61の作用により、透過光学素子140、141の光学面140
a、140b、141a、141bも汚染物質の除去によりクリーニングすることができ
る。
The measures already mentioned above prevent the reflection of the reflective optical elements 121, 220,
The reduction in the reflectivity R of the aluminum layer 54 can be suppressed by generating hydrogen plasma 51, 72 at atmospheric pressure. The oxidation reaction of the aluminum layer 54 can be further reversed, i.e., the aluminum oxide already formed can be re-reduced to metallic aluminum. The action of the atmospheric pressure plasma 51, 61 reduces the reflectivity R of the optical surface 140 of the transmissive optical element 140, 141.
a, 140b, 141a, 141b can also be cleaned by removing contaminants.
Claims (14)
基板(41)と、該基板(41)に施され且つ少なくとも1つのアルミニウム層(43)を有するVUV波長域の放射線(11、21)を反射するための反射コーティング(42)と
を備えた光学素子(4)において、
分子状水素(H2)の解離のための少なくとも1つの水素触媒層(45)が前記アルミニウム層(43)に施され、
さらに、前記アルミニウム層(43)及び前記水素触媒層(45)に施された少なくとも1つの保護層(46)を備え、
前記保護層は、フッ化物材料から形成されることを特徴とする光学素子。 An optical element (4) in the form of a mirror for reflecting radiation (11, 21) in the VUV wavelength range,
An optical element (4) comprising a substrate (41) and a reflective coating (42) for reflecting radiation (11, 21) in the VUV wavelength range, the reflective coating (42) having at least one aluminum layer (43) applied to the substrate (41),
At least one hydrogen catalyst layer (45) for dissociation of molecular hydrogen (H 2 ) is applied to said aluminum layer (43) ,
and at least one protective layer (46) applied to the aluminum layer (43) and the hydrogen catalyst layer (45).
The optical element , wherein the protective layer is made of a fluoride material .
少なくとも1つの光学素子(121、220、221;140、141;4、5、6)が配置される内部(122a、24a)と、
該内部(122a、24a)にガス(H2)を供給する少なくとも1つのガス入口(123、26)と
を備えた光学装置において、
前記光学素子(121、220、221、4)は、請求項1~7のいずれか1項に記載のように設計され、前記ガス入口(123、26)は、前記内部(122a、24a)に水素(H2)を供給するよう設計されることを特徴とする光学装置。 1. An optical device for use in the VUV wavelength range, comprising:
an interior (122a, 24a) in which at least one optical element (121, 220, 221; 140, 141; 4, 5, 6) is arranged;
and at least one gas inlet (123, 26) for supplying gas (H 2 ) to the interior (122a, 24a),
Optical device, characterized in that the optical element (121, 220, 221, 4) is designed as claimed in any one of claims 1 to 7 and the gas inlet (123, 26) is designed to supply hydrogen (H 2 ) to the interior (122a, 24a).
前記光学素子(5、6)の光学面(5a、6a)の少なくとも1つの部分領域(55a~55f、65a~65f)で大気圧プラズマ(51、61)を発生させるために前記ガス入口(123、26)を介して前記内部(122a、24a)にプラズマガス(54a~54f、64)を供給するプラズマ発生デバイス(50、60)
を特徴とする光学装置。 9. The optical device according to claim 8 ,
a plasma generating device (50, 60) for supplying plasma gas (54a to 54f, 64) to the interior (122a, 24a) via the gas inlet (123, 26) to generate atmospheric pressure plasma (51, 61) in at least one partial region (55a to 55f , 65a to 65f ) of the optical surface (5a, 6a) of the optical element (5, 6 );
An optical device comprising:
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