CN116868130A - 光学***，特别是用于euv光刻 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一光学***，特别是用于EUV光刻的光学***，包含：用于使用照明辐射来照明一照明表面的照明源、用于照明辐射的空间分辨检测的具有检测表面(36)的检测器(35)、构造为将照明表面成像到检测表面(36)上的投射***、以及构造为基于检测表面(36)处的照明辐射的强度(I)来推断在照明表面和检测表面(36)之间的射束路径(29)中的光学元件(M6)上的污染物(36)的评估装置(37)。光学***配置为设定从照明表面传递到检测表面(36)的照明辐射的不同角度分布，且评估装置(37)构造为基于针对不同角度分布的检测表面(36)上的照明辐射强度(I)，推断出光学元件(M6)上的污染物，特别是污染物在光学元件(M6)上的位置。

Description

光学***，特别是用于EUV光刻
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年2月23日提交的德国专利申请102021201690.1的优先权，该申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分且通过引用并入本申请的公开内容中。
技术领域
本发明关于光学***，特别是用于EUV光刻，其包含：用于使用照明辐射来照明一照明表面的照明源、用于照明辐射的空间分辨检测的具有检测表面的检测器、构造为将照明表面成像到检测表面上的投射***、以及构造为基于检测表面处的照明辐射强度来检测照明表面和检测表面之间的射束路径中的光学元件上的污染物的评估装置。
背景技术
光学***可例如为用于曝光半导体基板(晶圆)的形式为投射曝光装置的光刻***。这种投射曝光装置包含投射***，以将掩模(掩模母版)上的结构成像到半导体基板上。为了实现高分辨率，特别是在这种光刻***上的光刻光学单元，几年来一直使用具有13.5nm波长的EUV光，相比之下，先前***的典型操作波长为365nm、248nm或193nm。向EUV范围迈进意味着放弃折射介质(其在此波长下不再能够有意义地使用)，并过渡到以几乎垂直入射或掠入射操作的纯反射镜***。
在DUV***中，通常借助于例如吹入和排出氮气或空气来实现通过***的气流。该气流对于因为吸收光而被加热的光学元件产生冷却作用，并排出有害物质，否则这些有害物质可能由于工厂影响或放气而积聚在光学***中。在EUV波长下，原则上采用真空，然而普遍采用低气压，较佳为氢气，这也是为了促进光清洁，有时也为了实现有限的冷却效果。
在半导体基板附近，引入气体使得首先在半导体基板方向上的第一部分流动减少了抗蚀剂脱气或其他污染源的后果，因为此材料在投射***的方向上迁移在这种情况下更为困难。同时，产生沿投射***方向的第二气流，其用于光清洁和冷却，并另外使得来自投射***方向的半导体基板的污染不太可能发生。
已经提出在投射***和半导体基板之间配置薄膜，以滤除特别是在可见光范围内或接近可见光范围内的曝光和热干扰波长。为了保持EUV使用光的可接受透射率，该膜必须非常薄并且通常具有100nm数量级的厚度。然而，结果为薄膜同时变得对压力差或热负荷敏感，这可能是局部偏高的，特别是在已沉积在薄膜上的颗粒处。膜可能撕裂，且不能排除该膜的成分的分离(在下文中也称为碎片(shred))。
致密粒子在弱气流中不会前进很远，因为在通常的几何形状中，它们会抵抗重力并失去作用，而薄膜部分的情况则不同。在这里，膜的碎片可能质量很小(因为它们很薄)、具有很大的表面积、并在气流中扬起。
污染材料的形成不仅会在膜破裂时发生，而且在其他干扰情况下也会发生，该材料在光学***中的扩散是不希望的。具体来说，如果污染材料(例如以粒子的形式)到达光学元件，则其在光学元件处通常会以干扰的方式影响反射、折射或衍射的光。在形式为反射镜的光学元件的情况下，污染材料通常会降低反射率和/或改变入射光和反射光的相位角。这发生在局部，使得在不进行清洁的情况下很难校正。反过来，清洁也可能很复杂，例如如果部件在真空中操作并且必须高度精确地对准，而且还涉及损坏的风险，例如对此类部件上的层或涂层的损坏。
由于光量的局部减少或相位角的变化，这些贡献在图像中的干扰受到影响，这通常会导致由投射***所成像的掩模结构的尺寸发生不希望的变化。这可能导致借助光刻***制造的半导体部件的电特性的短路、中断或偏差，这限制了半导体部件的功能性。
因此，对光学元件的清洁度关键区域进行有关污染物(例如形式为污染材料或颗粒)的监督或监测是有利的，即使对于光学元件安装在光学***的外壳中且光学***在终端客户的场所处运行的情况也是如此。这种监督确保在光学***中安装光学元件期间没有污染物沉积在光学元件的光学使用表面上。然而，光学元件在安装状态下的可接近性受到阻碍，例如受到光学***的外壳等的影响，使得不能直接检测到污染物。
用于检测光学元件上(更准确地说是在光学元件的光学使用表面上)的污染物的一种方法为使用自发光照明源(例如LED)，以对照明表面进行局部照明。光学元件上的污染物会根据它们出现的位置产生特定的影响，因为在将照明表面成像到检测表面上的过程中会出现与位置相关的均匀性差异。对于成功的测量，校准是有用的，以在计算上消除照明源的照明变化以及与设计相关的强度变化，例如由于与污染物无关的光学元件上的层产生的变化。
EP 2 064 597 B1揭露了一种用于投射曝光装置的照明***，该照明***包含用于照明出射光瞳平面的光源以及用于改变出射光瞳平面的照明的分面组件。分面组件使得可将出射光瞳平面中的至少一个第一照明改变为出射光瞳平面中的第二照明。照明***可包含储存单元，其将用于出射光瞳平面的不同照明的多个校准值储存在校准表中。照明***包含检测器，其用于根据在出射光瞳平面中的照明设定来提供控制信号，该控制信号致能投射曝光装置的扫描速度的设定。检测器可配置在投射曝光装置的物平面或像平面处或其附近。
发明内容
本发明的目的为提供一光学***，其改进了在光学元件的安装状态下对光学元件上的污染物的检测，特别是对污染物位置的检测。
本发明的主题
此目的通过光学***来实现，该光学***配置为设定从照明表面传递到检测表面的照明辐射的不同角度分布，且其中评估装置构造为根据不同角度分布的检测表面上的照明辐射的强度来推断光学元件上的污染物，特别是污染物在光学元件上的位置。
在根据本发明的光学***中，照明辐射从照明表面传递到检测表面的角度分布是变化的。具有给定方向或具有给定发射角度的照明表面上的每个发射点对应于通过光学***的照明射束，在光学元件上具有个别的表面通过点。如果这样的照明射束照射到污染物上，它会被吸收和/或偏转并以降低的强度撞击到原始图像点上。如果角度分布或照明方向因此发生变化，则这改变了在照明表面的特定目标点与(由于成像)相关的图像点之间通过光学***或通过投射***的照明射束。被该照明射束询问的光学元件的位置也相应地改变。
在以恒定角度分布或照明记录污染物的情况下，只有不同场点之间的比较才能揭示强度差异。因此需要对照明表面进行照明的照明源的恒定或完全校准的区域亮度。在使用多个照明或角度分布进行测量的情况下，角度分布的变化使得有可能放宽或选择性地完全免除此要求。
此外，对于一个或多个已知照明和相应的发射角分布发生强度损失这一事实产生了对故障原因或对照明表面与检测表面之间的射束路径中发生污染的地点/位置的指示，如下例所示：
为简化起见，我们假设照明表面仅在单一照明方向上发射(相干限制情况)，且照明表面的照明在例如十种不同的照明(其对应于照明表面的十个不同的照明方向)之间变化。
随后，我们将专注于检测表面上的个别固定图像点的光强度。在此处描述的示例中，对于照明1至9，照明射束在照明表面和检测表面之间的射束路径中看不到任何污染物。在这种情况下，照明辐射的强度仅由照明表面上的源位置的亮度或强度来决定(照明表面上的点与检测表面上的点之间的一对一分配占主导地位，使得检测表面的给定点仅由照明表面的单一点进行照明)，也由***透射的设计相关变化来决定，因为光学元件上的(反射)层以不同的角度照明，因此具有不同的反射率或透射率。光学***透射的这种变化将变得非常小，或至少基于光学设计以及光学元件上的(通常为反射的)层的层设计而为已知的，因此可通过校正计算来消除。
对于照明源，我们要求在点处的亮度具有足够的时间稳定性，而不必在整个区域上。为此，照明源可包含例如一个或多个发光二极管，选择性地以散射元件作为补充。在这种情况下，对于照明1-9，在检测表面上的像点处应该有相同的照明强度(如果在上述校正之后合适的话)。在此示例中，照明10产生照射在污染物上的照明射束。结果，在照明10的情况下，照明射束失去亮度，这导致检测表面上的检测强度降低。在此处描述的示例中，故障或污染物必须发生在由照明10的照明射束所看到的射束路径中的光学元件的光学使用表面上的那些部分区域中，这将每个光学元件上的区域从一个完整的子孔径限制为几乎一个点。在这种情况下，子孔径由被照明表面的相关场点所照明的光学元件的光学使用表面的部分区域给出。特别是在近光瞳光学元件的情况下，子孔径包含大部分光学使用表面。
如果评估装置将关于取决于照明表面上的场位置的强度降低的信息与照明辐射的分别设定的角度分布的已知特性相结合，则污染物通常可直接指派到射束路径中的个别光学元件的光学使用表面的一小的部分区域，即可推断出污染物在光学元件上的位置。为此目的，其他方法使用先前计算的敏感度表格、断层扫描方法，或者它们考虑到了所谓亮度降低的迁移速度作为方向和场的函数。
基于以下示例说明了根据有关强度降低的信息(其取决于场位置和照明)来推断污染物的位置：如果假设位于检测表面上的场中心左侧的场点的给定污染物(故障)受到来自光瞳中心右侧方向的照明射束的撞击，则该故障或该污染物直接位于光瞳中心的场中心，并在其右侧的场位置迁移到左半光瞳。如果例如左半光瞳中的一个极点形成第一照明，则光瞳中心的一个圆形区域形成第二照明，且右半光瞳中的一个极点形成第三照明，然后在位于左侧的场点处，与照明1和2相比，照明3将产生较低的强度。相比之下，在场中心，照明2与照明1和3相比为降低，而在位于右侧的场点，照明2和3产生比照明1更高的强度。
如果在前文进一步描述的示例中假设光学***在划分“右”和“左”的轴上具有旋转对称或至少镜像对称，则上述故障或污染物位于在场平面(例如物平面)和第一光瞳平面之间、或在另一场平面(例如中间像平面)和最近的光瞳平面之间的光学元件的中心。如果在该光学元件上，污染物位于光学元件的左侧部分区域，则只能降低左侧场点的照明2的强度和场中心的照明1的强度，且右场点将不会有取决于照明的变化，因为其子孔径不与此故障或此污染物重叠。
在借助于测量进一步的照明或照明设定来推断污染物的位置时，通常可实现更精细的细分。在这种情况下，可决定形式为光瞳变化与场变化的比率的变量，举例来说，该变量取决于成因的光学元件(近场、中间或近光瞳)的位置，并具此光学元件或正在考虑的一小组光学元件的特征。同时，可在相应的光学元件上划定原因或污染物所在的位置。
设定面积照明的不同角度分布或不同照明有多种可能性。
在一具体实施例中，光学***包含照明***，其构造为改变照明表面处的照明辐射的角度分布。在此具体实施例中，照明***可设定不同的照明设定，从而在照明表面上产生变化的角度分布。在与照明表面互补的光瞳平面中，可实现例如在光瞳中心外的具有两个或更多极的偶极照明、涉及照明光瞳平面中的环形区域的环形场照明、均匀照明等。能够设定不同的照明设定或角度分布的照明***在现有技术中是已知的且通常以微光刻投射曝光装置的形式用于光学***中。照明***尤其是已知的，其提供具有几乎任何期望的灵活性的可变照明，且能够以这种方式对光学***进行精细测量。为了设定具有不同相干程度的照明设定，可使用光阑，例如，如EP 2064597B1中所述。为了设定不同的照明设定，也可改变双分面照明***中的光通道的分配，例如US2002136351A1中所描述的。
然而，可能出现的情况是，在投射***中安装光学元件后进行测量的情况下，照明***尚未整合到光学***中，或污染物的测量或推断不打算在操作波长下发生，因此在最坏的情况下，必须专门为此测量提供专用照明***。这种支出可能会降低此处描述的解决方案的吸引力。
在另一具体实施例中，光学***包含至少一个透射光学元件，其具有取决于入射角的透射率，其中透射光学元件可定位在照明表面和检测表面之间的射束路径中、或在照明表面和检测表面之间的射束路径之外。
作为借助于照明***设定角度分布的替代或附加，可借助于一个或多个透射光学元件来设定角度分布，其透射取决于照明辐射在透射光学元件上的入射角分布。借助这种透射光学元件，可设定两种不同的角度分布，其取决于透射光学元件是否配置在射束路径中。为了增加可设定角度分布的数量，光学***较佳包含两个或更多个透射光学元件。该透射光学元件可相互互换，从而选择性地将单一个透射光学元件配置在射束路径中，以增加可设定角度分布的数量。
在此具体实施例的一发展中，至少两个透射光学元件可共同地定位在照明表面和检测表面之间的射束路径中、或照明表面和检测表面之间的射束路径之外。作为替换个别透射光学元件的可能性的补充或替代，在这种情况下，两个或多个透射光学元件可共同地配置在射束路径中的不同点上。
在此具体实施例的进一步发展中，至少两个透射光学元件之间的距离是可设定的。对于不同角度分布的设定，在这种情况下，设定或改变透射光学元件之间的距离。如果在测量期间更换或引入和取出透射光学元件的过程涉及过高的费用或由于可移动部件而导致很大的污染风险，则这是有利的。在此具体实施例中，透射光学元件——通常在测量之前——被共同地引入到射束路径中。在测量期间改变透射光学元件之间的距离，并在测量之后将透射光学元件再次从射束路径中移除。为了引入和取出透射光学元件，光学***可包含可在驱动器的帮助下移动的传输装置。
在进一步的发展中，至少一个透射光学元件是板状的，且较佳具有小于10mm、尤其是小于1mm的厚度。板状光学元件可为薄的、通常有涂层的板或膜。板状光学元件的厚度应选择为不会过大，以防止在引入透射光学元件时照明表面与检测表面之间的射束路径发生明显变化。
在另一具体实施例中，板状透射光学元件在至少一个侧上具有涂层，该涂层具有与波长相关的透射率。举例来说，涂层可由银形成。涂层(即一层或多层)形成波长滤波器，通常形式为干涉滤波器。在近似单色光的情况下，该滤波器的效果对应于角度过滤。其原因是薄层情况下的相位条件。对于反射中的相长干涉，即低透射率，举例来说，以下近似适用于层厚度D：
其中λ是波长，n是折射率，α是入射角。
因此，如果为常数，则始终满足上述条件。因此，固定角度的波长滤波和固定波长的角度滤波之间存在关系。
举例来说，由银或一些其他合适材料构成的涂层可用作波长滤波器或干涉滤波器。然而，涂层也可包含由不同材料构成的多个层，这些层作用为波长滤波器。
在一发展中，定位在射束路径中的板状光学元件安装为可变形、可倾斜和/或可绕一旋转轴旋转。由于板状光学元件的变形或倾斜，板状光学元件上的照明辐射的入射角被改变(选择性地局部地)，从而导致了取决于入射角的传输发生变化，并因此导致了照明辐射的角度光谱的变化。
在另一具体实施例中，至少一个透射光学元件可定位在透射光学元件上的入射角光谱(angle of incidence spectrum)超过至少15°、较佳超过至少20°、特别较佳超过至少25°的射束路径的区域中。用于角度滤波的波长或干涉滤波器的效果在高入射角的情况下或在相对大的入射角光谱的情况下特别有效，使得透射光学元件较佳定位在射束路径中具有大的入射角光谱的区域中。大的入射角光谱是有利的，以在设定不同角度分布期间产生照射在检测表面上的照明辐射强度的最大变化。在光刻***形式的光学***的情况下，射束路径中的这种区域通常存在于投射***的最后一个光学元件和像平面之间，在曝光操作期间晶圆配置于其中。因此，已证明透射光学元件在此区域中的配置是有利的。
在另一具体实施例中，光学***配置为，在设定不同角度分布时，对于至少一个角度，将照射在检测表面上的照明辐射的强度改变至少5％、较佳为改变至少20％、特别较佳为改变至少50％。强度的变化被理解为是指最大强度和最小强度之间相对于最大强度的差异。对于检测表面上的至少一个位置，照明辐射强度在上述值范围内的变化是可能的；然而，特别地，这种强度变化也可在检测表面上的所有位置处产生。如果涂层是均匀的，即涂层具有与位置无关的恒定厚度和恒定折射率，则涂层产生的角度依赖性适用于整个检测表面。
前文进一步描述的示例代表了变化或改变照明的可能性，使得在测量设定中或在测量期间根据污染物的位置和构成产生特征信号。
在进一步的具体实施例中，照明表面形成在投射***的第一场平面中，且检测表面形成在投射***的第二场平面中，其中第一场平面较佳形成投射***的物平面，且其中第二场平面较佳形成投射***的像平面，或反之亦然。照明表面较佳形成在投射***的物平面或像平面中。相应地，如果利用照明辐射的照明是从像平面实现的，则检测表面形成在投射***的像平面中、或是形成在投射***的物平面中。然而，原则上，也有可能在其他场平面中形成照明表面和/或检测表面，例如在中间像平面中。
在一发展中，照明表面覆盖第一场平面中的投射***的射束路径，且检测表面覆盖第二场平面中的投射***的射束路径。如果照明表面和/或检测表面覆盖整个射束路径或整个光学使用区域，则是有利的。对于照明表面形成投射***的物平面的情况，照明表面在这种情况下覆盖整个物场。对于检测表面形成投射***的像平面的情况，检测表面在此情况下覆盖投射***的整个像场。然而，原则上，照明表面和/或检测表面也有可能仅覆盖在相应第一和/或第二场平面中的射束路径的部分区域。
作为以上进一步描述的程序的补充或替代，光学***中容纳在外壳中或由机械外壳保护的光学元件也可借助照相机或检测器(其可以内视镜的方式设计)来检查污染物或清洁度故障。为此目的，可将专用照明指向该光学元件，或者光学元件可由使用射束路径中的光(在操作波长下或偏离操作波长)照射，且相机或检测器可定位在使用射束路径之外，使得相机或检测器仅被污染物处产生的散射光照明。
在照相机或检测器的帮助下被检查是否有污染物的至少一个光学元件较佳属于图像均匀性对给定尺寸的污染物的敏感度排序顺序中的三个最关键的光学元件。气流可被引导到正在针对污染物被检查的光学元件上或上方，该气流被引导为例如与使用光方向相反，并来自使用射束路径中的薄膜的方向。
对于涉及用于EUV光刻的光学***的情况，所述措施尤其也可在位于***的物平面或像平面与具有最大为相关光学***的最大光学使用元件的50％(较佳为20％)的光学使用面积的光学元件之间的区域中实施。
对于光学***是EUV光刻装置的情况，所使用的射束路径通常几乎完全被外壳包围，以保持光学元件区域中的真空。在这种情况下，内视镜相机可通过外壳中存在的少数开口之一来进入使用射束路径，其方式不会对真空产生明显的干扰。或者，可使用维修暂停来检查光学元件是否有污染物。这利用了光学***中的开口可为永久性或临时性的事实，例如在维修暂停期间，通过这些开口可引导内视镜光学单元，其记录了感兴趣的光学使用区域或感兴趣的光学元件的图像。在这种情况下，通过与相机相同的开口或通过额外的开口，照明源(例如LED)可导向该光学使用区域。然而，与此同时，也有可能使光源直接从EUV光刻装置的投射***的物平面(掩模母版)或像平面(基板)发光。也可将检测器或相机定位在设计或使用射束路径之外，使得它相应地看不到在光学使用区域的镜面反射。在设计方面完美的光学使用区域将不会在检测器的方向上投射光，而是沿着所提供的使用射束路径引导光。相比之下，光学使用区域上的颗粒或污染物通常具有不规则的表面或至少体现出一表面，从而照射出无法预见的散射角。污染物检测光学单元仅能看到后者，因此从其观点来看，污染物适当地发光。
如果光学***的操作波长在EUV波长范围内，因为在测量模式中使用了完全正常的使用光，检测器或相机可构造为将EUV光转换为不同的波长，例如通过发光或可使用光电二极管，从而在EUV照射期间产生电子流。
在用于原位观察光学元件的光学使用区域的已知方法中，通常执行形状变化检测，使得这里描述的较佳内视镜观察在没有干涉设置或条纹投射的情况下是不合适的。这里提出的解决方案与大量已知方法的不同之处在于，由于高对比度度(散射光相对于黑暗)，即使是很小的干扰也可进行测量，但无法以高准确度来检测表面形状。后者是许多已知方法的优势来源，但是这些方法的分辨率有限，且无法可靠地分辨例如尺寸小于10mm、较佳小于1mm、更佳小于0.1mm的结构。
相比之下，借助此处描述的过程，可在光学元件上或在光学***的光学使用区域上测量最大范围为至多10mm、较佳为至多1mm、更佳为至多0.1mm的清洁度缺陷或污染物。
从下文对本发明的示例性具体实施例的描述、参考显示本发明重要细节的附图的图式、以及从权利要求可明显看出本发明的其它特征和优点。在本发明的一变体中，各个特征可各自单独地实现、也可作为多个特征以任何所需的组合实现。
附图说明
示意图中绘示了示例性具体实施例，并在以下描述中进行解释。在图中：
图1示意性地显示了用于EUV光刻的投射曝光装置的子午剖面；
图2a-c显示了在这种光学***的像平面区域中的膜和夹在气流中的膜碎片的示意图；
图3显示了内视镜照相机的示意图，该照相机通过外壳中的开口对准反射光学元件；以及
图4a、b分别显示了配置在投射***的射束路径中的一个和两个板状光学元件的示意图，以设定从物场传递到投射***的像场的照明辐射的不同角度分布；以及
图5a、b显示了图4b中的两个板状光学元件在三个不同距离上的透射率作为入射角的函数的示意图。
在附图的以下描述中，相同的组件符号用于相同或功能相同的部件。
具体实施方式
参考图1，下文将以示例的方式描述形式为微光刻投射曝光装置1的用于EUV光刻的光学***的基本部件。在此情况下对投射曝光装置1的基本结构及其部件的描述不应作限制性的解释。
投射曝光装置1的照明***2的除了包含照明源3之外，还包含用于照明物平面6中的物场(其形成照明表面5)的照明光学单元4。在这种情况下，对配置在物场中的掩模母版7进行照明。掩模母版7由掩模母版保持器8保持。掩模母版保持器8可借助于掩模母版位移驱动器9位移，特别是在扫描方向上。
为了解释的目的，图1中绘示了笛卡尔xyz坐标***。x方向垂直于绘图平面并进入绘图平面。y方向水平地运行，且z方向垂直地运行。在图1中，扫描方向沿y方向运行。z方向垂直于物平面6。
投射曝光装置1包含投射***10。投射***10用于将物场或照明表面5成像到像平面12中的像场11。掩模母版7上的结构被成像到晶圆13的光敏层上，其配置在像平面12中的像场11的区域中。晶圆13由晶圆保持器14保持。晶圆保持器14可借助于晶圆位移驱动器15位移，特别是沿y方向。一方面借助于掩模母版位移驱动器9对掩模母版7进行位移，而另一方面借助于晶圆位移驱动器15对晶圆13进行位移，其可以彼此同步的方式来进行。
照明源3为EUV辐射源。特别地，照明源3发射EUV辐射16，其在下文中也称作使用辐射或照明辐射。特别地，使用辐射具有范围在5nm和30nm之间的波长。照明源3可为等离子体源，例如LPP源(“激光产生等离子体”)或GDPP源(“气体放电产生等离子体”)。它也可为基于同步加速器的照明源。照明源3可为自由电子激光器(FEL)。
从照明源3射出的照明辐射16由集光器反射镜17聚焦。集光器反射镜17可为具有一个或多个椭圆形和/或双曲面反射表面的集光器反射镜。集光器反射镜17的至少一个反射表面可由照明辐射16以掠入射(GI)(即入射角大于45°)撞击，或以法线入射(NI)(即入射角小于45°)撞击。集光器反射镜17可被结构化和/或涂布，首先用于优化其对使用辐射的反射率，且其次用于抑制外来光。
在集光器反射镜17的下游，照明辐射16传播通过中间焦平面18中的中间焦点。中间焦平面18可表示具有照明源3和集光器反射镜17的辐射源模块与照明光学单元4之间的分离。
照明光学单元4包含偏转反射镜19和在射束路径中配置在其下游的第一分面反射镜(facet mirror)20。第一分面反射镜20包含多个单独的第一分面21，其在下文中也称作场分面。在图1中仅以示例性方式显示了这些分面21中的几个。在照明光学单元4的射束路径中，第二分面反射镜22配置在第一分面反射镜20的下游。第二分面反射镜22包含多个第二分面23。
照明光学单元4因此形成双分面***。此基本原理也称作蝇眼积分器。在第二分面反射镜22的帮助下，各个第一分面21被成像到物场中。第二分面反射镜22为最后一个射束成形反射镜，或为实际上在物场上游的射束路径中用于照明辐射16的最后一个反射镜。
投射***10包含多个反射镜Mi，根据它们在投射曝光装置1的射束路径中的排列对其进行连续编号。
在图1所示的示例中，投射***10包含六个反射镜M1至M6。具有四个、八个、十个、十二个或任何其他数量的反射镜Mi的替代方案也同样是可能的。倒数第二个反射镜M5和最后一个反射镜M6每个都具有用于照明辐射16的通孔。投射***10为双遮蔽光学单元。投射光学单元10的像侧数值孔径大于0.4或0.5，且可大于0.6，，且可为0.7或0.75。
就像照明光学单元4的反射镜一样，反射镜Mi可具有用于照明辐射16(EUV辐射)的高反射涂层。
图2a-c显示了投射曝光装置1中带有半导体基板或晶圆13的像平面12的区域，其与图1所示的投射曝光装置1的区别主要在于投射***10不是双重遮蔽的光学单元，而是单遮蔽的光学单元。因此，只有最后一个反射镜M6(而没有倒数第二个反射镜M5)具有用于使用辐射的通孔，这在图2a-c中没有显示。在这种情况下，使用辐射首先从最后一个反射镜M6的开口传到倒数第二个反射镜M5，并从反射镜M5反射回到最后一个反射镜M6的凹曲形镜面。最后的反射镜M6通过配置在像平面12附近的膜25将照明辐射反射到待图案化的晶圆13上。
配置在投射***10和晶圆13之间的膜25用于滤除特别是在可见光范围内或接近可见光范围的暴露和热干扰波长。为了保持EUV使用光的可接受透射率，膜25具有约100nm的厚度。由于膜25在相当大程度上吸收了除EUV辐射之外的光成分，因此它变热。这可能产生导致膜25撕裂的应力。在这种情况下，膜25的部分(在下文中也称为碎片)可能会脱落，如图2b、c中示意性地显示。
碎片构成污染材料26，其被夹带在用于光清洁和冷却的气流27中，并另外使得不太可能从投射***10的方向污染晶圆13。图2a-c以大致上简化的方式显示该气流27在投射***10的方向上的流线。不言而喻，气流27不流过膜25，而是围绕膜25或被引入膜25上方。气流27是氢气流，即分子氢(H2)的气流。气流27不限于图2a-c所示的体积区域28，其中描绘了流动线；相反地，气流27通过的体积区域28延伸到投射***10中，如图2a-c中的箭头所示。
致密颗粒在弱气流27中不会前进很远，因为在通常的几何形状中它们会抵抗重力并失败，但这对于薄膜25的碎片26来说是不同的：在这里，膜25的碎片26可以具有小质量(因为它们很薄)和大表面积，并在气流27中逆着重力方向往上航行，因为膜碎片26上的向上指向的力超过气流27中的重力。相应的碎片26可被夹带在气流27中并且在投射***10的方向上航行，如图2c所示。
另一个碎片26可从气流27沿倒数第二个反射镜M5的方向横向地偏转并到达其光学使用表面。由于要保持自由的光量，倒数第二个反射镜M5不能以直接的方式被充分屏蔽。如果碎片26落在光学使用的表面上，则反射率会降低或在那里发生局部的变化，并产生不希望的成像效果，例如均匀性像差(光量的局部变化)或相位像差，这会扰乱成像的干涉并导致例如在晶圆13曝光期间的结构尺寸偏差。
图3显示了碎片或颗粒26形式的这种污染物，该污染物已沉积在投射***10的第四反射镜M4的光学使用区域30上。如图3所示，照明辐射16在第四反射镜M4的光学使用区域30处镜面反射并形成从第三反射镜M3到第五反射镜M5的射束路径29。在光学使用区域30处散射的辐射31由形式为内视镜光学单元(具有一整合相机)的检测器32所检测。检测器32配置在射束路径29之外，因此看不见镜面反射的辐射16。检测器32仅描绘了在具有不规则表面的颗粒26形式的污染物处散射的辐射31。以这种方式，在检测污染物26的过程中增加了亮度对比度，使得即使是很小的干扰也可被识别。以这种方式，甚至具有至多10mm、较佳为至多1mm、尤其是至多为0.1mm的最大范围的污染物26也是可检测的。
内视镜相机形式的检测器32被引导通过真空外壳形式的外壳34中的开口33。基本上光学***1的整个射束路径被封装在外壳34中，如例如在WO 2008/034582A2中所描述的，该专利以引用的方式整体并入本申请案的内容中。外壳34用于维持光学元件(例如反射镜M1至M6)附近的真空。
或者，为了检测污染物26，第四反射镜M4可由照明源进行照明，例如由一LED照明，其被引导通过相同的开口33或外壳34中的不同开口。对于使用产生EUV辐射的光学***1的照明源3的情况，如果检测器32例如通过发光将波长转换成不同的波长范围，则可能是有利的。或者，可使用光电二极管作为检测器32，其在EUV照射期间产生电子流。
图4a、b显示了用于检测投射***10的反射镜M1至M6的光学使用表面上的污染物26、或用于推断污染物26的存在和位置的另一种可能性。为了使这成为可能，取代图1和图2a-c中所示的晶圆13，检测器35配置在像平面12中，该检测器具有检测表面36，以便以空间分辨的方式检测从投射***10的物场发出的照明辐射16，该物场在照明***2的帮助下被照明。物场形成照明表面5，其覆盖了投射***10在物平面6中的整个射束路径29。相应地，检测表面36也覆盖了投射***10在像平面12中的整个射束路径29。检测表面36被理解为表示(可能更大的)检测器表面的部分区域，其配置在投射***10的射束路径29中。
照明表面5由投射***10成像到检测表面36上，即在照明表面5上的点和在检测表面36上的点之间存在一对一的分配。以空间分辨的方式检测从照明表面5传递到检测表面36的照明辐射16的强度I，并将其传送到评估装置37。评估装置37可为计算机或一些其他可程序化硬件和/或软件。评估装置37可基于在检测表面36处以空间分辨方式检测到的照明辐射16的强度I来推断在照明表面5和检测表面36之间的投射***10的射束路径29中的反射镜M1至M6上的污染物26。
为了检查投射***10的污染物26，可以将照明***2和EUV辐射源3更换为自发光照明源，例如LED，其以预定的强度分布(例如尽可能均匀地)照亮照明表面5，但这不是绝对必要的。在这种情况下，由于检测表面36上出现强度I的位置相关差异，污染物26根据其出现的位置而有特定的影响。为了成功地进行测量，校准是有利的，以通过计算提取照明源3的照明变化并设计相关的强度变化，其出现是例如由于反射镜M1到M6等上的反射层上的不同入射角，并非归因于污染物26。
如果光学***1构造为设定或改变从照明表面5传递到检测表面36的照明辐射16的角度分布，则可提高借助评估装置37来检测污染物26期间的准确度。改变角度分布有多种可能性：
举例来说，照明***2可构造为在照明表面5处产生变化的角度分布W1、W2、…。在光学***1为用于EUV光刻的投射曝光装置形式的情况下，通常在照明***2的帮助下能够在照明表面5处产生变化的角度分布(“设定”)。举例来说，可在照明表面5中设定均匀照明、偶极照明、四极照明、环形照明或——取决于照明***2的类型——多种其他类型的角度分布。
具有给定发射方向的照明表面5上的每个发射点对应于穿过投射***10的射束，在反射镜M1至M6的光学使用区域上具有个别的表面通过点。如果这样的射束撞击到污染物26上，它会被吸收和/或偏转，因此在检测表面36上的相关图像点处以减小的强度I撞击。如果照明表面5上的角度分布W1、W2、...变化，则通过投射***10在照明表面5上的相应物点和检测表面36上的相应图像点之间通过的射束也发生变化。反射镜M1至M6的光学使用表面上的被相应射束针对污染情况进行询问的位置也因此发生变化。
评估装置37将关于在检测表面36上的相应点处强度I的降低的信息与关于相应(已知)照明设定或角度设定的信息相结合。这样，不仅可决定存在污染物26，而且通常还可识别投射***10中污染物的地点或位置。在这种情况下，通常不仅可决定污染物26出现在反射镜M1到M6中的哪一个上，也可将污染物26的位置限定在六个反射镜M1到M6之一的相应光学使用区域的部分区域。因此，评估装置37通常不仅可决定反射镜M1至M6上是否存在污染物26；在许多情况下，还可根据角度分布W1、W2、...的变化来决定反射镜M1至M6上污染物26的位置。
照明表面5上的角度分布W1、W2、……的变化需要提供这种功能的照明***2。然而，在安装投射***10之后，可能会出现照明***2尚不可用或尚未整合到投射曝光装置1中的情况。此外，投射***10对污染物26的检查可能不打算在EUV波长范围内的操作波长下发生，因此在最坏的情况下，将需要专用的照明***来专门用于该检查。
为了设定可变照明或角度分布，替代地或附加地，一个或多个透射光学元件38、38a、b可配置在照明表面5和检测器表面36之间的射束路径29中，如下文参考图4a、4b所描述的。
在结合图4a、b描述的示例中，照明表面5不是由上述EUV辐射源形式的照明源3、而是由一些其他照明源(例如LED)来尽可能均匀地照明。在这种情况下，照明源3配置在投射***10的物平面6附近的掩模母版7的区域中。照明源3用于尽可能均匀地对照明表面5进行照明，并可产生与使用辐射的波长偏离的波长，例如在可见光波长范围内，例如在大约500nm的波长处。
在图4a所示的示例中，投射曝光装置1包含一个透射光学元件38，其可选择性地被引入到照明表面5和检测表面36之间的投射***10的射束路径29中，或是从射束路径29移除。为此目的，投射曝光装置1包含传送装置41，其可包含例如线性马达等，以位移透射光学元件38并以此方式将其传送离开或传送进入射束路径29。
透射光学元件38移动到投射***10的射束路径29中，用于测量投射***10关于污染物26的情况。相比之下，在曝光操作期间，透射光学元件38配置在射束路径29之外。如在图4a中可以看出，透射光学元件38以板形方式实施并且具有小于10mm、选择性地小于1mm的厚度D，以在测量期间不明显地改变射束路径29。在本申请案的含义内，板状的透射光学元件38也被理解为表示一膜。
透射光学元件38具有取决于入射角α的透射率T，其中入射角α，依照一般惯例，是相对于板状光学元件38的法线方向测量的。在图4a所示的示例中，取决于入射角α的透射率T由施加到板状透射光学元件38的第一侧的涂层39产生。不言而喻，相应的涂层39也可应用于第二相对侧。涂层39用作波长滤波器并具有取决于波长λ的透射率T(λ)。通过使用产生基本上单色的照明辐射16的照明源3，波长选择涂层39的效果将对应于角度滤波，即对应于特定入射角α的透射的衰减。在所示示例中，波长选择涂层39为银，但也可使用产生波长选择效果的一些其他材料或多种材料或多个夹层或层的组合。
入射角α通常沿板状光学元件38的表面变化。出于以下考虑，入射角α与板状光学元件38的表面中心处的位置有关。
为了产生透射率T的最大可能变化，将板状透射光学元件38配置在射束路径29中的入射角光谱|αMAX-αMIN|(即最小入射角αMIN和最大入射角αMAX之间的差)尽可能大的位置处是有利的。如果以下情况适用于差异|αMAX-αMIN|将会是有利的：|αMAX-αMIN|≥15°、较佳≥20°、特别是≥25°成立。这么大入射角光谱|αMAX-αMIN|通常存在于投射***10的最后一个反射镜M6和像平面12之间，因此图4a中的板状透射光学元件38配置在射束路径29中的该位置处。
如在图4a中可看出，投射曝光装置1包含匣(magazine)42，其中储存有多个另外的板状透射光学元件38'。传送装置41构造为将配置在射束路径29中的透射光学元件38更换为储存在匣42中的另外的板状透射光学元件38'之一。通过更换透射光学元件38、38'(其在每种情况下具有取决于入射角α的不同透射率T)，可设定从照明表面5传递到检测表面36的照明辐射16的变化角度分布W1、W2、…。
作为更换板状透射光学元件38的替代或补充，为了设定变化的角度分布W1、W2、…，板状透射光学元件38可在合适部件的协助下变形或倾斜，其未显示于图中。同样可将板状透射光学元件38安装成使其可围绕旋转轴40旋转，其中旋转轴40基本上沿着投射***10的射束路径29中的中心光方向定向在板状透射光学元件38的位置处，如图4a所示。
在图4b所示的示例中，两个透射板状光学元件38a、b可共同定位在照明表面5和检测表面36之间的射束路径29中或射束路径29之外。在图4b所示的示例中，投射曝光装置1也包含用于共同传送板状光学元件38a、38b的传送装置41。
然而，已经证明对于设定变化的角度分布W1、W2、……有利的是改变平行排列的两个板状光学元件38a、b之间的距离d，如图4b所示。在所示的示例中，距离d的改变是在传送装置41的帮助下进行的，传送装置41包含针对此目的的合适驱动器(马达)。在图4b所示的示例中，两个板状光学元件38a、b之间的距离d的变化仅可能在微米范围内的相对较小的间隔内，特别是在d＝0.9μm和d＝1.1μm之间。然而，不言而喻地，选择性地甚至可设定两个板状光学元件38a、b之间的距离d的更大变化。
图5a、b显示了在约为500nm的照明辐射16的波长λ下，针对三个不同距离，两个板状光学元件38a、b的(组合)透射率T作为入射角α的函数：d＝0.9μm、d＝1.0μm、以及d＝1.1μm。
在图5a所示的示例中，板状光学元件38a、b没有被涂覆，因此两个距离d＝0.9μm和d＝1.1μm之间的摆动或透射差异仍被限制在最大值25％(假设入射角α约为32°)。在图5b所示的示例中，两个板状光学元件38a、38b均具有银的(薄)涂层。在图5b所示的示例中，两个距离d＝0.9μm和d＝1.1μm的传输率T之间的摆动或最大差异因此变得更大，约为60-70％，并在入射角α约为15°时达到。对涂层的额外优化或对涂层的进一步或其他材料的使用，使得有理由期待板形光学元件38a、b的最大和最小距离d之间有更高的透射率T差异。
图5a、b中所示的垂直线表示在示例性投射曝光装置1的物平面6中的最大入射角α。在图5a所示的示例中，板状光学元件38的配置在物平面6中或在其附近是不利的；相反，板状光学元件38应位于入射角光谱或最大入射角αMAX较大的位置。由于典型投射***10中的数值孔径由于光展量保持而从物平面6开始增加，因此将图5a中所示的板状光学元件38定位在缩小的中间像中或其附近、特别是定位在像平面12附近是有利的，在该处较大的入射角光谱占主导地位，如图5a中所示。
相反地，在图5b所示的示例中，板状光学元件38a、38b可以或应该配置在入射角变化至少为15°的位置处。在图5b所示的示例中，例如对于15°的入射角α，板状光学元件38a、b的联合透射率T——以及因此从照明表面5照射到检测表面36上的照明辐射16的强度I——不仅可改变至少5％或至少20％，还可改变至少50％。
与前文进一步的描述相反，照明表面5不一定配置在物平面6中，且检测表面36不一定配置在像平面12中。物平面6和像平面12的角色可以互换。此外，可在投射***10的不同场平面(例如在中间像平面等)中形成检测表面36或照明表面5。

Claims (12)

1.一种光学***，特别是用于EUV光刻，该光学***包含：
照明源(3)，用于以照明辐射(16)照明一照明表面(5)，
检测器(35)，具有一检测表面(36)，用于对该照明辐射(16)进行空间分辨检测，
投射***(10)，构造为将该照明表面(5)成像到该检测表面(36)上，以及
评估装置(37)，构造为基于在该检测表面(36)处的该照明辐射(16)的强度(I)来推断在该照明表面(5)和该检测表面(36)之间的一射束路径(29)中的光学元件(M1至M6)上的污染物(26)，
其特征在于：
该光学***(1)配置为设定从该照明表面(5)到该检测表面(36)的该照明辐射(16)的不同角度分布(W1,W2,…)，以及
该评估装置(37)构造为基于针对该不同角度分布(W1,W2,…)的该检测表面(36)上的该照明辐射(16)的该强度(I)，推断出所述光学元件(M1至M6)上的所述污染物(26)，特别是所述污染物(26)在所述光学元件(M1至M6)上的位置。
2.如权利要求1所述的光学***，更包含：
照明***，构造为改变该照明表面(5)处的该照明辐射(16)的该角度分布(W1,W2,…)。
3.如前述权利要求的其中任一项所述的光学***，更包含：
至少一个透射光学元件(38,38a,b)，具有取决于入射角(α)的透射率(T)，其中该透射光学元件(38)能够定位在该照明表面(5)与该检测表面(36)之间的该射束路径(29)中、或能够定位在该照明表面(5)与该检测表面(36)之间的该射束路径(29)之外。
4.如权利要求3所述的光学***，其中至少两个透射光学元件(38a,b)能够共同定位在该照明表面(5)与该检测表面(36)之间的该射束路径(29)中、或能够定位在该照明表面(5)与该检测表面(36)之间的该射束路径(29)之外。
5.如权利要求4所述的光学***，其中该至少两个透射光学元件(38a,b)之间的距离(d)是可设定的。
6.如权利要求3到5中任一项所述的光学***，其中该至少一个透射光学元件(38,38a,b)为板状，且较佳地具有小于10mm、特别是小于1mm的厚度(D)。
7.如权利要求6所述的光学***，其中板状的该透射光学元件(38,38a,b)在至少一个侧上具有一涂层(39)，该涂层具有与波长相关的透射率(T(λ))。
8.如权利要求3到7中任一项所述的光学***，其中位于该射束路径(29)中的板状的该光学元件(38,38a,b)安装为使其能够变形、能够倾斜和/或能够绕一旋转轴(40)旋转。
9.如权利要求3到8中任一项所述的光学***，其中该至少一个透射光学元件(38,38a,b)能够定位在该射束路径(29)中的一区域中，在该区域中，该透射光学元件(38,38a,b)上的入射角光谱(αMIN,αMAX)超过至少15°、较佳超过至少20°、特别较佳超过至少25°。
10.如前述权利要求中任一项所述的光学***，其构造为在设定不同的角度分布(W1,W2,…)时，针对至少一个角度(α)，使从该照明表面(5)照射到该检测表面(36)上的该照明辐射(16)的该强度(I)改变至少5％、较佳改变至少20％、特别较佳改变至少50％。
11.如前述权利要求中任一项所述的光学***，其中该照明表面(5)形成在该投射***(10)的第一场平面(6)中，且其中该检测表面(36)形成在该投射***(10)的第二场平面(12)中，其中该第一场平面(6)较佳形成该投射***(10)的物平面，且其中该第二场平面(12)较佳形成该投射***(10)的像平面，或者反之亦然。
12.如权利要求11所述的光学***，其中该照明表面(5)覆盖该投射***(10)在该第一场平面(6)中的该射束路径(29)，且其中该检测表面(36)覆盖该投射***(10)在该第二场平面(12)中的该射束路径(29)。
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