专利名称：光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于EUV光刻的光学系统，其包含反射光学元件，该反射光学元件包括基底，该基底具有高反射涂层，在用EUV辐射照射该基底时，该基底发出二次电子；以及带电粒子的源，其布置为使得能够将带电粒子施加于反射光学元件。此外，本发明涉及一种用于EUV光刻的照明系统、一种用于EUV光刻的投射系统和具有这种光学系统的EUV光刻设备。
背景技术：
在EUV光刻中，针对半导体元件的光刻处理，反射光学元件用于软X射线(softX-ray)至极紫外(EUV)波长范围(例如大约在5nm和20nm之间的波长)，例如用于光掩模或多层反射镜。因为EUV光刻设备通常具有多个光学元件，所以他们必须具有最高可能的反射率，以确保足够的总反射率。因为多个光学元件通常串联地布置在EUV光刻设备中，所以即使任何一个光学元件的反射率的最轻微的退化，仍对EUV光刻设备中的总反射率具有严重的影响。在EUV光刻设备的运行中，反射光学元件暴露于尽可能强烈的EUV辐射，以保持曝光时间尽可能短。在EUV光刻设备的内部，特别是在照明和投射系统的内部，真空条件占大多数。然而，在残留气体环境中不能完全消除很小比例的水、氧和碳氢化合物。通过辐射，这些残留气体可被分裂为活性碎片(fragment)，其可导致反射光学元件的高反射涂层的表面的污染和退化。这些活性碎片可直接由EUV辐射产生，或由EUV辐射产生的二次电子产生。侵蚀反射光学元件的表面的两个重要过程为由吸收的水分子的分解导致的氧化和由吸收的碳氢化合物分子的分解导致的碳层的生长。这两个过程均由光致发射的二次电子引起。每一个反射光学元件的实际最大反射率可由于顶层的污染和氧化而减小。清洁反射光学元件的污染的表面的普通方法是为其提供氢基团和离子。从US6, 642，531B1可知通过使用电子喷淋反射光学元件的表面而为其提供电荷，并且通过静电元件将粒子从反射表面移离，来从表面移除粒子。为了减少二次电子的影响，已知电极装置，在所述电极布置中，连接反射光学元件作为第一电极，并且第二电极布置在离反射光学元件的被照射表面的一距离处，以在任何产生的二次电子对反射光学元件的碳污染或氧化有贡献之前，移除所产生的二次电子。减少二次电子的影响的另一种方法是将反射光学元件接地，以防止反射光学元件的表面被不受控制地充电。充电(electrical charging)具有如下缺点带电表面吸引具有相反电荷的带电碎片，这可引起在反射光学元件的表面上的溅射效应。为了实现用于EUV光刻的反射光学元件的接地，其中基底设有高反射涂层，可接触高反射涂层或基底以实现载流子补偿。然而，如果基底部分地或全部地由绝缘或导电性不好的材料构成，则不会出现足够的载流子补偿以避免对光学表面的充电
发明内容
本发明的一个目的是提供用于EUV光刻的光学系统，其在延长的时间周期上使用时确保足够高的最大反射率。通过一种用于EUV光刻的光学系统实现该目的，该系统包含反射光学元件，该反射光学元件包括基底，该基底具有高反射涂层，在用EUV辐射照射该基底时，该基底发出二次电子；以及带电粒子的源，其布置为使得能够将带电粒子施加于反射光学元件，其中所述源为浸没电子枪(flood gun)，其将电子施加至反射光学元件，作为用于载流子补偿的唯一手段(means) ο载流子源是补偿由二次电子导致的电荷差的所谓浸没电子枪，有时也被称为浸没源(flood source),其中,在EUV福射的影响下,反射光学元件的被照射的表面发出所述二次电子。特别地，浸没电子枪特别地被构造为商业上可得的多种形式的电子源，其中，可在从OeV至IOOeV的范围内非常精确地调整电子和作为整体的电子流的能量，在某些情况下，也在该范围之外。此外，它们发出不聚焦的电子束，以实现带电粒子向EUV辐射照明的表面的尽可能完整且均匀的施加。通过这些手段，由被表面吸引或朝着表面加速的带电活性碎 片导致的局部充电效应以及因此的局部溅射效应，能够被有效地防止，使得不再需要其它手段用于在使用EUV辐射照射时从反射光学元件发出的二次电子的载流子补偿。因为载流子源构造为低能带电粒子的源，所以这减少了引入的带电粒子在他们撞击反射光学元件的被施加了带电粒子的表面时本身能够弓I起派射效应的可能性。有利地调整由浸没电子枪提供的电子的能量，使得在最大值，其对应于在每一个情况下使用的EUV辐射的能量。从OeV至IOOeV的能量范围对应于在大约13. 5nm的区域(即在EUV光刻中最常使用的波长范 中的EUV辐射的使用。对于较小的波长，例如约7nm，该能量范围也因此是可接受的。优选地，带电粒子具有在大约从IOeV至40eV或甚至更小的范围中的能量，以有效地减少任何溅射效应，并且同时提供足够的载流子补偿。使用浸没电子枪作为用于带电粒子的源的主要优势在于其提供不聚焦的粒子束。优选地，扩展粒子束，使得可将带电粒子施加于被EUV辐射照射的反射光学元件的表面的尽可能大的部分，用于载流子补偿。在另一变形中，用粒子束扫描被照射的表面，以在表面上实现尽可能均匀的载流子补偿。通过这些手段，能够避免局部电荷，否则局部电荷会由于活性碎片而弓I起溅射效应。已经发现，提供诸如浸没电子枪的带电粒子的专用源允许带电粒子向反射光学元件的受控制且及时的施加。特别地，由于二次电子和/或残留气体环境中的带电活性碎片导致的充电过程因此可被抵消掉。通过在与使用EUV辐射照射的时间相同的时间或接近的时间，以受控制的方式将电子施加至反射光学元件，电子的施加可确保足够的载流子补偿，以防止诸如电离的残留气体的带电碎片在反射光学元件的表面上的溅射效应。因此，在EUV光刻工艺的情况下，可在长运行周期确保反射光学元件的高且均匀的反射率。这里，载流子补偿独立于基底或高反射涂层的材料特性。因此，提议的光学系统可特别地具有如下反射光学元件，该反射光学元件的基底的材料具有高于IkQ的电阻率(resistivity),例如，作为这种情况，反射光学元件广泛使用的基底具有基于玻璃陶瓷或钛掺杂的石英玻璃的材料。特别地，不需要用于载流子补偿的其它手段，例如电气接地，因此提供了相当简单和紧凑的光学系统，其安装在各种EUV光刻设备中。在优选的实施例中，高反射涂层基于多层系统。需注意的是，高反射涂层是如下的涂层对于5nm至20nm的波长范围的子范围提供50%或更大的最大反射率，同时对于5nm至20nm的范围中不在该子范围内的波长显示显著小些的最大反射率。特别地，对于13. 5nm左右的子范围，利用针对EUV辐射的垂直入射而优化的并且基于多层系统(例如重复交替布置的硅和钥的层)的高反射涂层，通常实现甚至大于60%、尤其大于65%的最大反射率。对于在Inm至12. 5nm或15nm至20nm之间的波长,它们显示了接近零的最大反射率。多层系统主要由多个重复的叠层(stack)组成，该叠层为所谓间隔层(spacer layer)和所谓吸收层(absorberlayer)的叠层,在执行EUV光刻的波长处,间隔层具有较高折射率实部的材料，吸收层具有较低折射率实部的材料。这本质上模拟了晶体，其中吸收层对应于晶体中的晶格平面，它们之间的距离由各个间隔层限定，其上发生入射的EUV辐射的布拉格反射。具有各种材料组合的多层系统的使用可以提供针对EUV波长范围内的任意波长优化的高反射涂层。优选地，将浸没电子枪布置为使得电子仅被施加于主要暴露于EUV辐射的反射光学元件的高反射涂层的边界。通过施加电子至具有高反射涂层的反射光学元件的表面(从该表面可发出二次电子，例如，由于辐射效应)的边界，使用弱粒子流，已经能够实现有效的 载流子补偿，而不妨碍光刻过程期间的EUV辐射。此外，浸没电子枪提供的电子退化高反射涂层的风险进一步减小。有利地，将浸没电子枪布置为使得将电子仅且完全施加于反射光学元件的高反射涂层的边界，以关于高反射涂层提供最有效的、快速的且均匀的载流子补偿。在优选的实施例中，浸没电子枪布置为以与表面法线具有大于45°的角度将电子施加至反射光学元件的表面。由于电子的这种掠入射，可在施加电子的表面上产生大的足印(footprint)。这提高了浸没电子枪提供的未聚焦电子束的影响。而且，如果需要的话，例如通过电磁场，可附加地扩展未聚焦的电子束，以实现带电粒子向EUV辐射照射的表面的尽可能完全且均匀的施加。浸没电子枪可基于两种不同原理而产生电子束。热电子浸没电子枪(Thermionicflood guns)通过发热元件的发热而呈现电子发射，例如，该发热元件为诸如钨或六硼化镧的难熔材料的灯丝。场发射浸没电子枪通过向某些材料施加提取电压(extract ionvoltage)而呈现电子发射。在优选的实施例中，浸没电子枪为具有发热元件的热电子浸没电子枪，该发热元件为平面元件。提供在两个维度上延伸的发热元件提高了以均匀的方式将电子施加至反射光学元件的可能性。有利地，光学系统包含优选地也可被施加来自粒子源的带电粒子的至少一个另外的光学元件、和/或至少一个另外的反射光学元件以更均匀地将电子施加至所述反射光学元件。此外，通过用于EUV光刻的照明系统，或用于EUV光刻的投射系统，以及通过具有诸如刚刚描述的光学系统的EUV光刻设备来实现该目的。因为它们装备有光学系统，该光学系统通过提供有效的载流子补偿而防止它们的反射光学元件的一个或多个带电，并且显著减少反射光学元件的表面上的溅射效应的风险，所以在较长的工作周期中，它们在其光学性能上，特别是在反射光学元件的反射率上表现了更好的稳定性。通过这些手段，相关光刻过程的生产率可在较长的工作周期中保持在较高的水平。 在所附权利要求中限定了有利的实施例。
参考优选的示例实施例，将更详细地说明本发明，其中图I不意地不出了包含光学系统的EUV光刻设备的实施例；图2a不意地不出了光学系统的第一实施例的结构；图2b、2c示意地示出了光学系统的第二实施例的结构；以及图3a、3b示意地示出了浸没电子枪的结构的两个示例。图I示意地示出了 EUV光刻设备100的示例。重要组件为光束整形系统110、照明系统120、光掩模130和投射系统140。在进一步的变形中，可将光束整形系统110全部地或部分地并入照明系统120中。等离子体源，或甚至同步加速器，可用作用于从5nm至20nm的波长范围的束源
111。发出的辐射首先由聚光反射镜112聚焦。而且，借助于单色器113，通过改变入射角度来滤出期望的工作波长。在上述波长范围内，聚光反射镜112和单色器113通常形成为反射光学兀件。将被在光束整形系统110中关于其波长和空间分布而处理的工作光束引入至照明系统120中。在图I示出的示例中，照明系统120具有两个反射镜121、122，在目前的示例中，该两个反射镜形成为多层反射镜，其在基底上包含基于多层系统的高反射涂层。反射镜121、122将光束引导至光掩模130，其具有将被成像至晶片150上的结构。对于EUV波长范围，光掩模130也是反射光学元件，其依赖于制造过程而被替换。借助于投射系统140，由光掩模130反射的光束被投射至晶片150上，因此将光掩模的结构成像至晶片上。在所示示例中，投射系统140具有两个反射镜141、142,在目前的示例中，该两个反射镜141、142·也形成为多层反射镜。应该注意到，投射系统140和照明系统120 二者也都可具有一个、或三个、四个、五个或更多的反射镜。在图I中示出的示例中，照明系统120和投射系统140 二者都包含用于EUV光刻的光学系统和带电粒子源，该光学系统包含具有高反射涂层的基底，该带电粒子源布置为使得可将带电粒子施加到反射光学元件，其中该源为浸没电子枪，其将电子施加至反射光学元件，作为用于载流子补偿的唯一手段。在图I中示出的示例中，照明系统120具有两个光学系统，其包含作为粒子源的浸没电子枪123、124和反射光学元件121、122。在这里示出的示例中，粒子源123布置为使得可将诸如电子的带电粒子施加于由EUV辐射照明的反射镜121的表面，用于载流子补偿，而粒子源124布置为使得可将带电粒子施加于反射镜122。在目前的示例中，粒子源123、124构造为提供低能电子的浸没电子枪，该低能电子具有在从IOeV至40eV的范围内或更小的能量。用于测量电荷状态的传感器可存在于反射镜121、122上。可将这些传感器连接至粒子源123、124，使得发射的电子流可依赖于各个反射镜121、122的电荷状态而变化。通过这些手段，可补偿EUV光束中的任何强度波动，否则，其可能弓I起或多或少的二次电子或光电子的产生。这导致仅借由相应的浸没电子枪123、124就在可被施加电子的反射镜121、122中产生特别受控制和及时的载流子补偿。在这里示出的示例中，在投射系统140中，提供作为粒子源143的浸没电子枪，其布置为使得其发射的作为带电粒子的电子撞击由EUV辐射照射的反射镜141的表面。在这里示出的示例中，源143为可移动布置的浸没电子枪，使得粒子源143的取向可随着需要而变化，从而为了在需要时也在反射镜142上实现载流子补偿，也可将带电粒子施加于反射镜142的被照射表面。为了优化包含粒子源143和两个反射镜141、142的光学系统的此特定变形的功能，可将传感器安装在每一个反射镜141、142上，用于确定每一个反射镜141、142的当前电荷状态，并且将该传感器连接至粒子源143的控制设备，其调整粒子源143的取向，使得超过某一预定电荷阈值的带电粒子被选择地施加于反射镜141、142。因为撞击的EUV辐射强度随着其在光路中从一个反射镜行进至下一个反射镜而减小，所以在图I中示出的示例中，光路上游的反射镜141比反射镜142更快地达到这种阈值。因此，在来自源143的粒子流恒定的情况下，平均而言，带电粒子施加于反射镜141的时间更长。应该注意到，在照明系统和投射系统二者中，每一个反射镜都可选择地装备有其自己的浸没电子枪，借助于该浸没电子枪，可将电子施加于两个、三个或更多的反射镜，或者，除了这里提及的光学系统以外，还可提供布置在光路中但不被施加带电粒子的反射镜。此外，光束整形系统Iio的光学元件121、113或掩模130也可装备有一个或更多的粒子源，以为它们提供载流子补偿。此外，具有特别大的照明区域的反射镜可设置有多于一个的粒子源，以确保表面被提供有尽可能均匀的带电粒子的施加。图2a以示例的方式示出了光学系统1，其包含反射光学元件2和在目前的示例中形成为电子源的带电粒子的源3。反射光学元件2包含具有特别低的热膨胀系数且电阻大于IkQ的玻璃陶瓷的基底21。基底21的在EUV光刻的情况中首先曝露于EUV辐射4的一侦牝设置有基于多层系统的高反射涂层22。高反射涂层22的多层系统主要由在进行EUV光刻的波长处具有较高折射率实部 的所谓间隔层和具有较低折射率实部的所谓吸收层的多个重复叠层组成。这本质上模拟了晶体，其中吸收层对应于晶体中的晶格平面，它们之间的距离由各个间隔层限定，在其上发生入射EUV辐射的布拉格反射。在图2a示出的示例中，高反射涂层22在反射光学元件2的面向撞击辐射4的整个表面上延伸。在变形中，仅该表面的一部分可设置有如图2c中所示的反射光学涂层22。有利地，高反射涂层22的表面区域至少与由EUV辐射照明的区域一样大。为了实现受控制的载流子补偿，在图2a示出的示例中，光学系统I具有电子源3，其相对于光学元件2布置为使得来自电子源3的电子被施加于由EUV辐射4照射的高反射涂层22。优选地，调整由电子源3发射的电子束，使得以最高可能的精度补偿由发射的二次电子或光电子引起的充电。可根据考虑用于二次电子的产生的EUV辐射强度和有效横截面等的试验测量和/或计算获得用于此所必须的电子束。为了在被照射的表面上实现尽可能均匀的载流子补偿，在这里示出的示例中，扩展电子束，并相对于高反射涂层22的表面法线以大于45°的角度施加该电子束。可选地，可增加二次电子源3a (虚线)，以改进在高反射涂层22上施加电子的均匀性。为了检查电荷状态，在图2a示出的示例中，将例如以电压表23形式的传感器提供于反射光学元件上，用于测量电荷状态，从而测量反射光学元件的具有暴露于EUV辐射4的高反射涂层22的表面相对于基底21的充电强度如何。为了依赖于电荷状态而增加或减少来自电子源3的电子流，可将电压表23连接至电子源3的控制装置(未示出)。特别地，以该方式监测电荷状态的优势在于可更好地补偿EUV辐射的强度的起伏，该起伏否则会引起光电子的不同发射率。电子源3为所谓的浸没电子枪，有时也被称为浸没源。它们是商业上以各种形式可得的特别构造的电子源，其中可非常精确地在从OeV至IOOeV的范围(在某些情况下也超过该范围)内调整电子和作为整体的电子流二者的能量。而且，它们发射不聚焦的电子束，如果需要，其可例如借由电磁场而附加地扩展，以实现带电粒子至由EUV辐射照明的表面的尽可能完全和均匀的施加。通过这些手段，可有效地防止由于表面吸弓I或朝向表面加速的带电活性碎片导致的局部充电效应以及因此的局部溅射效应，并且这仅通过浸没电子枪3实现。图2b、c以从侧面的剖视图(图2b)和从顶部的视图(图2c)示出了光学系统I的实施例的第二个示例。根据该示例的浸没电子枪3'为具有传统发热灯丝或平面发热元件的热电子浸没电子枪，其布置为围绕反射光学元件2的环，并被优化为以掠入射角度将电子仅仅并完全地施加于基底21上的高反射涂层22的边界24。因此，以最均匀的方式施加电子，而不妨碍EUV辐射4对高反射涂层22的照明。 在图2c示出的变形中，高反射涂层22不完全覆盖基底21。被施加来自电子源3'的电子的边界24因此部分是基底21，部分是高反射涂层22。 图3示意地示出了构造为浸没电子枪的电子源3的可能结构的第一示例。在示出的示例中，灯丝31通过白炽发射(incandescent emission)而产生电子。为了影响电子束的强度，柱电极32布置为在白炽灯丝31的直接附近，并设置有相对于灯丝31的负电势。通过调整该相对于灯丝31的此电压，能够渡过(bridge)该电势的电子的数量被改变。通过这些手段，可控制电子束的强度。由负电极32发射的电子通过另一电极33而加速，该另一电极具有相对于灯丝31和第一电极32的正电势，使得电子从接地的壳体34以预定的能量发射。正电极33也可具有圆柱形状。首先负然后正的电极32、33的序列确保电子束不聚焦。通过在正电极33之后施加附加的电场和/或磁场，如果需要的话，电子束可附加地向外展开，使得电子可被施加于尽可能大的表面区域。另外，电子流的强度也可被灯丝31的温度或电压影响。在图3b示出的浸没电子枪3的示例中，以其内部的顶视图示出了，灯丝31'被整形为形成在两个维度上延伸的平面发热元件。平面发热元件的形状可适配于要施加电子的反射光学元件或高反射元件的形状，以利用大足印提供电子的高均匀施加，从而实现最有效的载流子补偿。优选地，在一些优选的实施例中，在OeV至100eV、优选IOeV至40eV的能量范围内的特别强的EUV辐射的情况下，驱动电极32、33和灯丝31，使得电子束导致了大约I至10 μ Α、或高达500 μ A的量级。在其他优选实施例中，可使用例如具有钨丝的热电子浸没电子枪，其提供大约I μ A的最大电流和大约3eV至4eV的电子能量，或者使用具有六硼化镧灯丝的热电子浸没电子枪，其提供大约0. 5μ A的最大电流和大约I. 5eV至3eV的电子能量，或者使用场发射浸没电子枪，其提供0. 3μ A的最大电流和大约0. 4eV至I. 5eV的电子能量。有利地，使用不止一个以上这些浸没电子枪用于将电子施加至反射光学元件。电子束可展开为使得其例如在离壳体34的出口 40mm的距离处具有15mm至25mm的直径。如果反射光学元件上的甚至更大的表面被EUV辐射照明，并因此发射二次电子，则为了在表面上实现尽可能均匀的载流子补偿，该表面可由展开的电子束扫描。其他的可能性为增加入射角度和利用两个、三个、四个、五个或更多的浸没电子枪，其优选地具有平面加热元件。有利地，浸没电子枪布置为围绕反射光学元件或高反射涂层的环。所有的这些可能性可彼此组合。当仅将电子施加于围绕高反射涂层的边界时，可以比将电子施加于高反射涂层的整个表面时更小的足印工作。如果需要，也可通过将气体引入至壳体34中而将如图3a或3b以示例的方式所示的电子源修改为其他带电粒子的源，其中，所述气体被电子的脉冲电离。合适的电场和/或磁场可确保仅电子或仅电离的粒子或二者都从壳体34发出。此外，传统的电子枪可用作电子源或带电粒子的源，可利用其有利地扫描被照射的表面，以实现均匀的载流子补偿，或者，视情况而定，尤其是在传统的电子枪发射低能量电子或其他带电粒子时，其为具有要被电离的气体的放射源。参考标记列表I光学系统2、2'反射光学元件 3、3'、3”、3a 电子源4EUV 辐射5 边界21 基底22高反射涂层23电压表31、31'灯丝32 电极33 电极34、34'壳体100EUV光刻设备110光束整形系统111辐射源112聚光反射镜113单色器120照明系统121、122 反射镜123、124带电粒子源130光掩模140投射系统141、142 反射镜143带电粒子源150 晶片
权利要求
1.一种用于EUV光刻的光学系统，其包含反射光学元件，该反射光学元件包括基底，该基底具有高反射涂层，在用EUV辐射照射该基底时，该基底发出二次电子；以及带电粒子的源(3)，其布置为使得能够将带电粒子施加于所述反射光学元件(2)，其中所述源(3)为浸没电子枪，其将电子施加至所述反射光学元件(2)，作为用于载流子补偿的唯一手段。
2.根据权利要求I所述的光学系统，其中，所述浸没电子枪(3)布置为使得所述电子仅被施加至所述反射光学元件(2)的所述高反射涂层(22)的边界(24)。
3.根据权利要求I或2所述的光学系统，其中，所述浸没电子枪(3)布置为使得将所述电子仅仅且完全地施加至所述反射光学元件(2)的所述高反射涂层(22)的边界(24)。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的光学系统，其中，所述浸没电子枪(3)布置为以相对于所述反射光学元件(2)的表面法线大于45°的角度将电子施加至所述反射光学元件(2)的表面。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的光学系统，其中，所述浸没电子枪(3)为具有加热元件(31，31’ )的热电子浸没电子枪，所述加热元件为平面元件(31’)。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的光学系统，其中，所述高反射涂层(22)基于多层系统。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的光学系统，其中，所述光学系统包括至少一个另外的反射光学元件(122)和/或至少一个另外的反射光学元件(3a)。
8.一种用于EUV光刻的照明系统，其包含根据权利要求I至7中任一项所述的光学系统(I)。
9.一种用于EUV光刻的投射系统，其包含根据权利要求I至7中任一项所述的光学系统(I)。
10.一种用于EUV光刻的EUV光刻设备，其包含根据权利要求I至7中任一项所述的光学系统(I)。
全文摘要
为了在用EUV辐射(4)照射用于EUV光刻的反射光学元件(2)时，防止该反射光学元件带电，提出了一种用于EUV光刻的光学系统，该光学系统包含反射光学元件(2)，其包括具有高反射涂层(22)的基底(21)，在用EUV辐射(4)照射该基底时，该基底发出二次电子；以及带电粒子的源(3)，其布置为使得能够将带电粒子施加于反射光学元件(2)，其中源(3)为浸没电子枪，其将电子施加至反射光学元件(2)，作为用于载流子补偿的唯一手段。
文档编号G03F7/20GK102939567SQ201180029301
公开日2013年2月20日 申请日期2011年6月14日 优先权日2010年6月14日
发明者D.H.埃姆, M.韦斯, C.扎克泽克, T.哈克尔, W.塞茨 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司