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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Kontaminationen
von mindestens einer optischen Oberfläche, die in einer
Vakuum-Umgebung, bevorzugt in einer Projektionsbelichtungsanlage
für die EUV-Lithographie, angeordnet ist, mittels aktiviertem
Wasserstoff, sowie eine optische Anordnung, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage
für die EUV-Lithographie, zur Durchführung des Verfahrens.
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Auf
den Oberflächen von optischen Elementen, insbesondere von
Mehrlagen-Spiegeln, die in EUV-Lithographiesystemen verwendet werden,
lagern sich nach und nach beim Betrieb kontaminierende Stoffe ab.
Diese entstehen z. B. durch Reaktion von in der Vakuum-Umgebung
der optischen Oberflächen befindlichen Gasen mit der EUV-Strahlung
zu schwerflüchtigen Feststoffen. So kann sich bei der Bestrahlung
auf Grund von in der Umgebung der optischen Oberflächen
vorhandenen gasförmigen Kohlenwasserstoffen z. B. eine
Kohlenstoff-Schicht auf den Oberflächen anlagern, die nicht
selbst-terminierend ist, d. h. die mit zunehmender Bestrahlungsdauer
immer stärker anwächst. Die Bildung einer Kontaminationsschicht
auf der Oberfläche optischer Elemente ist in hohem Maße
unerwünscht, da der sich abscheidende Feststoff in der
Regel zu verstärkter Lichtstreuung und Absorption führt,
so dass die optische Performance des Gesamtsystems, in dem die optischen
Elemente verbaut sind, bezüglich Transmission, Uniformität,
Streulicht und Bildfehlern abnimmt.
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Die
WO 2004/099878 A2 beschreibt
ein Verfahren zur Vermeidung von Kontaminationen an den Oberflächen
reflektiver optischer Elemente für den weichen Röntgen-
und EUV-Wellenlängebereich, die eine Deckschicht aus mindestens
einem Übergangsmetall aufweisen und in einem evakuierten,
eine Restgasatmosphäre aufweisenden System angeordnet sind.
Um eine Degradation der Oberflächen durch Ablagerung von
Kohlenstoff während der Bestrahlung bei Betriebswellenlänge
zu vermeiden, wird sowohl ein reduzierendes Gas oder Gasgemisch
als auch ein Sauerstoffatome aufweisendes Gas oder Gasgemisch in
die Vakuum-Umgebung eingebracht. Als reduzierendes Gas kann insbesondere
ein Kohlenwasserstoff, z. B. Methyl-Metacrylat (MMA) dienen. Die
optische Oberfläche adsorbiert den Kohlenwasserstoff, der
durch die Beleuchtungsstrahlung angeregt wird und mit dem durch
das oxidierende Gas zu einem übersättigten Oxid
reagierten Metall ein leichtflüchtiges Gas, z. B. Kohlenmonoxid
oder Kohlendioxid, bildet. Hierdurch soll vermieden werden, dass
sich eine Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche ausbildet.
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Die
US 6,231,930 B1 beschreibt
ein Verfahren zum Erzeugen einer selbst-terminierenden und im Wesentlichen
zusammenhängenden Schutzschicht an einer optischen Oberfläche.
Bei dem Verfahren wird die Oberfläche einem Gas ausgesetzt, das
eine molekulare Substanz mit einer strukturellen Gruppe aufweist,
die sich zur Polymerisation eignet. Das an der Oberfläche
adsorbierte Gas dissoziiert unter dem Einfluss von Strahlung und
bildet eine dünne Polymerschicht an der Oberfläche
aus. Als Gase werden Methanol, Ethanol, Propanol oder Isopropanol
vorgeschlagen, die zur Bildung einer Kohlenstoffschicht dienen sollen,
welche die Oberfläche vor durch Wasser ausgelöster
Oxidation oder vor Degradation beim in Verbindung bringen der Oberfläche
mit Atmosphärenluft schützen soll.
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Zur
Verringerung der Kontaminationen ist es ferner bekannt, die optischen
Oberflächen mit aktiviertem Wasserstoff, d. h. Wasserstoff,
der in der Form von Radikalen (H·) oder Ionen (H+/H2 +)
vorliegt bzw. angeregte Elektronenzustände aufweist (H*),
in Kontakt zu bringen, wodurch insbesondere Kohlenstoff als Kontamination
in leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe wie Methan umgewandelt
wird.
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Aus
der
WO 2004/104707
A2 ist ein solches Verfahren zum Reinigen einer optischen
Komponente einer Vakuum-Umgebung in einer Projektionsbelichtungsanlage
bekannt geworden. Eine EUV-Strahlung erzeugende Strahlungsquelle
bringt hierbei eine anorganische, die optische Komponente kontaminierende
Substanz in die Vakuum-Umgebung ein. Zum Reinigen der optischen
Komponente wird vorgeschlagen, über eine Zuführungseinrichtung
einen Reaktionspartner einzulassen, der mit der kontaminierenden
Substanz zum Zwecke von deren Beseitigung chemisch reagiert. Als
Reaktionspartner kann eine wasserstoffhaltige Substanz verwendet
werden, die durch Bestrahlen oder mit einer zusätzlichen
Anregungseinrichtung in Radikale umgewandelt wird.
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Allerdings
können durch den aktivierten Wasserstoff auch Feststoff-Verbindungen,
die insbesondere Zinn, Zink oder Schwefel enthalten können und
sich an in der Vakuum-Umgebung vorgesehenen Baugruppen, bspw. an
Lötstellen, ausbilden, durch Reduktion zu leichtflüchtigen
Hydriden umgewandelt werden. Diese Hydrid-Verbindungen können
sich auf Teilen der zu reinigenden optischen Oberfläche
ablagern und lassen sich nicht mehr von dieser entfernen, was zu
einem dauerhaften Reflexionsverlust führt. Die an der optischen
Oberfläche angelagerten Metall-Verbindungen stellen somit
den die Lebensdauer der optischen Oberflächen limitierenden
Faktor dar.
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Zur
Vermeidung dieses Problems können entweder Stoffe, die
leichtflüchtige Hydride bilden, also insbesondere Zinn,
Zink und Schwefel, vollständig aus der Vakuum-Umgebung
entfernt werden, oder es kann versucht werden, eine andere Reinigungsmethode
zu verwenden. Allerdings ist zum jetzigen Zeitpunkt keine Reinigungsmethode
bekannt, die alle geforderten Randbedingungen erfüllen
kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine optische Anordnung
bereitzustellen, mit deren Hilfe Kontaminationen von optischen Oberflächen
mittels aktiviertem Wasserstoff entfernt werden können,
und bei denen das Ablagern von insbesondere metallischen Verunreinigungen
auf der optischen Oberfläche während der Reinigung
vermieden oder zumindest stark reduziert werden kann.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten
Art, umfassend: Erzeugen einer den aktivierten Wasserstoff und zumindest ein
Monomer eines Kohlenwasserstoffs, insbesondere Methyl-Metacrylat,
enthal tenden Restgasatmosphäre in der Vakuum-Umgebung,
sowie Entfernen der Kontaminationen von der optischen Oberfläche durch
den aktivierten Wasserstoff unter gleichzeitigem Anlagern des Monomers
an der optischen Oberfläche zur Ausbildung einer polymerisierten
Schutzschicht, welche die optische Oberfläche vor durch den
aktivierten Wasserstoff in der Restgasatmosphäre erzeugten
metallischen Verbindungen schützt.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, während des Reinigungsprozesses mit aktiviertem
Wasserstoff eine Schutzschicht auf der optischen Oberfläche
zu bilden, um die Anlagerung von leichtflüchtigen Verbindungen,
insbesondere Metall-Hydriden, die durch den aktivierten Wasserstoff
erzeugte werden, an der Oberfläche zu reduzieren bzw. zu
verhindern. Die Erfinder haben erkannt, dass die Ablagerungsrate
metallischer Hydrid-Verbindungen stark von der Art des Materials
abhängt, an dem die optische Oberfläche gebildet
ist. So weisen die üblicherweise als Deckschichten optischer
Elemente für die EUV-Lithographie verwendeten Übergangsmetalle, z.
B. Ruthenium, eine hohe Neigung zur Anlagerung von Metallhydriden
auf, während andere Stoffe, z. B. Siliziumoxid (SiO2) oder Kohlenstoff, eine erheblich geringere
Neigung zur Anlagerung von Metallhydriden zeigen. Allerdings sind
sowohl SiO2 als auch Kohlenstoff gegenüber
aktiviertem Wasserstoff instabil, d. h. sie werden von diesem abgeätzt,
so dass das Aufbringen einer Schutzschicht aus diesen Materialien
auf die optische Oberfläche vor der Reinigung nicht ausreicht,
um die optische Oberfläche während der Behandlung
mit aktiviertem Wasserstoff dauerhaft zu schützen.
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Bei
der Erfindung wird daher die Schutzschicht auf der optischen Oberfläche
dynamisch erzeugt, und zwar indem ein Monomer insbesondere eines
Kohlenwasserstoffs in der Vakuum-Umgebung bereitgestellt wird, welches
sich an der optischen Oberfläche anlagert und dort polymerisiert,
so dass sich an der optischen Oberfläche eine im Wesentlichen
dichte, Kohlenstoff enthaltende Schutzschicht ausbildet. Die Polymerisationsreaktion
wird hierbei in der Regel durch den aktivierten Wasserstoff ausgelöst,
es ist alternativ und/oder zusätzlich aber auch möglich,
die Polymerisation des Kohlenwasserstoffs auf eine andere Weise
zu erzeugen, z. B. durch Bestrahlung der optischen Oberfläche,
insbesondere mit Strahlung bei Betriebswellenlänge. Es
versteht sich, dass alternativ ggf. auch Monomere auf Silizium-Basis
zur Erzeugung der Schutzschicht verwendet werden können.
Allerdings hat sich bei Versuchen gezeigt, dass insbesondere die
Verwendung von Methyl-Metacrylat (MMA) als Monomer zur Ausbildung
einer Poly-Methyl-Metacrylat (PMMA)-Schutzschicht an der optischen
Oberfläche zu einer Schutzschicht mit besonders günstigen
Eigenschaften führt.
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Bevorzugt
wird/werden der Partialdruck des aktivierten Wasserstoffs und/oder
der Partialdruck des Monomers in der Restgasatmosphäre
derart gesteuert, dass sich zwischen dem Anwachsen der Schutzschicht
durch Polymerisieren des Monomers und dem Abbau der Schutzschicht
durch den aktivierten Wasserstoff ein dynamisches Gleichgewicht
einstellt. Die Dicke der bei der Wasserstoff-Reinigung gebildeten
Schutzschicht sollte sich zwischen einer unteren Grenze (minimale
Dicke) und einer oberen Grenze (maximale Dicke) bewegen. Die minimale
Dicke wird benötigt, um die optische Oberfläche
wirksam vor den metallischen Verunreinigungen zu schützen.
Eine geeignet gewählte maximale Dicke sollte die Schutzschicht
insbesondere für den Fall nicht überschreiten,
dass die Wasserstoff-Reinigung online, d. h. während des
(Belichtungs-)Betriebs der optischen Anordnung durchgeführt
wird, da ansonsten die Reflektivität des optischen Elements
im Betrieb negativ beeinflusst wird. Aber auch bei einer Offline-Reinigung
der optischen Oberfläche ist es günstig, wenn
die Schutzschicht nicht zu dick gewählt wird, da diese
am Ende der Wasserstoff-Reinigung wieder abgetragen werden muss.
Ferner können in der Regel nur Kontaminationen entfernt
werden, die eine größere Dicke als die der Schutzschicht
aufweisen. Idealer Weise besteht die Schutzschicht hierbei lediglich
aus einer geschlossenen Mono-Lage, um den entstehenden Transmissionsverlust
möglichst gering zu halten. Der durch die EUV-Bestrahlung
induzierte Kohlenstoff kann hierbei auch auf der Schutzschicht aufwachsen.
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Das
Anwachsen der Schutzschicht kann ggf. aber auch dadurch gestoppt
werden, dass eine selbst-terminierende Schutzschicht erzeugt wird,
d. h. eine Schicht, die aufgrund der Struktur ihrer Konstituenten
eine maximale Dicke nicht überschreiten kann, wie in der
eingangs zitieren
US
6,231,930 B1 dargestellt, welche bezüglich dieses
Aspekts zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. In letzterem Fall
muss lediglich dafür gesorgt werden, dass die Dicke der
Schutzschicht bei der Wasserstoff-Reinigung einen Minimalwert nicht
unterschreitet.
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In
einer Weiterbildung werden die Partialdrücke so gesteuert,
dass sich eine Schutzschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 nm und
2 nm, bevorzugt zwischen 0,1 nm und 1 nm, insbesondere zwischen
0,1 und 0,3 nm an der optischen Oberfläche einstellt. Wird
ein solcher Dickenbereich gewählt, lässt sich insbesondere
eine Online-Reinigung des optischen Elements realisieren, da in
diesem Fall die durch die Schutzschicht hervorgerufene Verschlechterung
der optischen Eigenschaften des optischen Elements hinreichend klein
ist, um den Belichtungsbetrieb weiter aufrecht erhalten zu können.
Typische Partialdruckbereiche, bei denen sich ein solches Gleichgewicht
einstellt, liegen zwischen ca. 0,01 mbar und 0,03 mbar, insbesondere
um 0,02 mbar für den Partialdruck von atomarem Wasserstoff
an der optischen Oberfläche und zwischen ca. 10–6
mbar und 10–4 mbar, insbesondere
um 10–5 mbar für den Partialdruck
von MMA als Monomer an der optischen Oberfläche.
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In
einer vorteilhaften Variante wird der aktivierte Wasserstoff durch
Aktivieren von molekularem Wasserstoff gebildet, wobei bevorzugt
zur Steuerung des Partialdrucks des aktivierten Wasserstoffs in
der Restgasatmosphäre die der Aktivierung zugeführte Menge
an molekularem Wasserstoff eingestellt wird. Dies stellt eine besonders
einfache Weise dar, den Partialdruck des aktivierten Wasserstoffs
in der Vakuum-Umgebung einzustellen. Zur Aktivierung des Wasserstoffs
bestehen mehrere Möglichkeiten, z. B. die Erzeugung eines
Plasmas, Aktivierung durch Stoßionisation und/oder Erhitzen
des molekularen Wasserstoffs. Es versteht sich, dass alternativ
oder zusätzlich zur Durchflussmenge des der Aktivierung
zugeführten molekularen Wasserstoffs auch die Effektivität
der Aktivierung, d. h. der aus dem molekularen Wasserstoff gebildete
Anteil an aktiviertem Wasserstoff eingestellt werden kann.
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Beispielsweise
ist dies möglich, wenn der molekulare Wasserstoff durch Überleiten über
ein Heizelement aktiviert wird. In diesem Fall kann die Temperatur
des Heizelements zur Steuerung des Partialdrucks des aktivierten
Wasserstoffs in der Restgasatmosphäre eingestellt werden.
Insbesondere kann durch Anpassung der Temperatur und/oder die Steuerung
der Durchflussmenge eine für die Reinigung günstige,
gepulste Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff erzeugt werden, wie
in der
PCT/EP2007/009593 der
Anmelderin näher beschrieben ist, welche bezüglich
dieses Aspekts durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Als Heizelement können beheizte, insbesondere metallische
Flächen zum Einsatz kommen, die z. B. in Form von Heizdrähten
ausgebildet sein können.
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Es
ist vorteilhaft, nach dem Entfernen der Kontaminationen die Schutzschicht
zumindest teilweise von der optischen Oberfläche zu entfernen, wozu
bevorzugt der Partialdruck des Monomers in der Restgasatmosphäre
reduziert wird. Insbesondere kann die Zufuhr des Monomers in die
Restgasatmosphäre vollständig eingestellt werden,
während der aktivierte Wasserstoff weiter in der Restgasatmosphäre
vorhanden ist, so dass die Schutzschicht durch den aktivierten Wasserstoff
schnell abgebaut werden kann. Es ist aber auch möglich,
kurz vor dem Ende des Reinigungsvorgangs den Partialdruck des Monomers
kontinuierlich zu reduzieren, so dass sich die Schutzschicht langsam
abbaut. In jedem Fall ist es günstig, wenn die Dicke der
Kontaminationsschicht und/oder der Schutzschicht während
der Reinigung überwacht werden, was durch geeignete Messinstrumente
erfolgen kann, wie sie beispielsweise in der
US 2004/0227102 A1 der
Anmelderin beschrieben sind, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit
zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Falls der Abtrag der Schutzschicht
nur langsam erfolgt, kann ggf. die Schutzschicht nur bis zu einer Restdicke
abgetragen werden, welche keine zu große Verringerung der
Reflektivität zur Folge hat. Es versteht sich, dass die
Schutzschicht gegebenenfalls auch mittels eines Reinigungsverfahrens
von der optischen Oberfläche entfernt werden kann, das
ohne atomaren Wasserstoff auskommt, so dass sich beim Entfernen
der Schutzschicht keine metallischen Verunreinigungen auf der optischen
Oberfläche anlagern können.
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In
einer bevorzugten Verfahrens-Variante wird die optische Oberfläche
während des Entfernens der Kontaminationen mit Strahlung
bestrahlt, die geeignet ist, die Polymerisierung des Monomers zu
bewirken. Hierbei kann es sich z. B. um Strahlung bei einer Wellenlänge
im EUV-Bereich (Betriebswellenlänge) handeln, d. h. die
Wasserstoff-Reinigung wird im Betrieb der optischen Anordnung durchgeführt.
Der Einfluss der Strahlung auf die Polymerisationsreaktion und/oder
die Bildung von aktiviertem Wasserstoff wird in diesem Fall bei
der Einstellung des dynamischen Gleichgewichts der Schutzschicht berücksichtigt.
Es versteht sich, dass auch eine Offline-Reinigung der optischen
Oberfläche durchgeführt werden kann, d. h. eine
Reinigung, bei der keine EUV-Strahlung auf die optische Oberfläche
eingestrahlt wird, oder dass die Reinigung mit Strahlung bei anderen
Wellenlängen (oder Wellenlängenbereichen) als
der Betriebswellenlänge durchgeführt werden kann,
bei denen die Polymerisationsreaktion ebenfalls begünstigt
wird.
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Die
Erfindung ist auch verwirklicht in einer optischen Anordnung der
eingangs genannten Art, umfassend: ein Vakuumgehäuse, mindestens
ein in dem Vakuumgehäuse angeordnetes optisches Element,
eine Restgasatmosphäre in dem Vakuumgehäuse, umfassend:
aktivierten Wasserstoff zum Entfernen von Kontaminationen von einer
optischen Oberfläche des optischen Elements, und zumindest ein
Monomer eines Kohlenwasserstoffs, insbesondere Methyl-Metacrylat,
zum Anlagern an der optischen Oberfläche unter Ausbildung
einer polymerisierten Schutzschicht, welche die optische Oberfläche
vor durch den aktivierten Wasserstoff in der Restgasatmosphäre
erzeugten metallischen Verbindungen schützt.
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Die
erfindungsgemäße optische Anordnung kann eine
Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie sein,
in deren Vakuumgehäuse das optische Element angeordnet
ist. Die optische Anordnung kann aber auch ein weiteres, in dem
Vakuumgehäuse der Projektionsbelichtungsanlage angeordnetes
Vakuumgehäuse sein, welches zur Erzeugung eines verbesserten
Vakuums (mit geringeren Drücken) nur die unmittelbare Umgebung
des optischen Elements einschließt.
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Bevorzugt
umfasst die optische Anordnung eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung
der Partialdrücke des aktivierten Wasserstoffs und des
Monomers in der Restgasatmosphäre derart, dass sich zwischen
dem Anwachsen der Schutzschicht durch Polymerisieren des Monomers
und dem Abbau der Schutzschicht durch den aktivierten Wasserstoff
ein (dynamisches) Gleichgewicht einstellt. Durch die Steuerung der
jeweiligen Partialdrücke kann ein Gleichgewichtszustand
hergestellt werden, bei dem sich die Dicke der Schutzschicht in
einem vorgegebenen Dickenbereich bewegt. Es versteht sich, dass
zur Regelung der Dicke der Schutzschicht Mess-Einrichtungen zur
Messung der Partialdrücke und/oder der Dicke der Schutzschicht
in der optischen Anordnung vorgesehen sein können. In diesem
Fall kann die Steuerungseinrichtung gleichzeitig als Regeleinrichtung
dienen.
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Zur
Einstellung des Gleichgewichts kann eine steuerbare Zuleitung zur
Zuführung des Monomers in die Restgasatmosphäre
dienen. Unter einer steuerbaren Zuleitung wird eine Zuleitung verstanden,
bei der die Zuflussmenge und/oder der Druck des in die Vakuum-Umgebung
eingebrachten Gases einstellbar ist/sind.
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Zur
Bildung von atomarem Wasserstoff durch Aktivieren von molekularem
Wasserstoff kann weiterhin mindestens eine steuerbare Aktivierungseinrichtung
in der optischen Anordnung angebracht sein. Unter einer steuerbaren
Aktivierungseinrichtung wird hierbei eine Einrichtung verstanden,
bei welcher der Anteil an aktiviertem Wasserstoff im Verhältnis
zum der Einrichtung zugeführten molekularen Wasserstoff
eingestellt werden kann. Insbesondere kann die Aktivierungseinrichtung
zur Aktivierung des molekularen Wasserstoffs eine geheizte Fläche
z. B. in Form eines Heizdrahts aufweisen und der Anteil an aktiviertem
Wasserstoff kann durch die Steuerung bzw. Regelung der Temperatur
des Heizelements vorgenommen werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung ist die Aktivierungseinrichtung
zur Bildung eines gerichteten Stroms von aktiviertem Wasserstoff
auf die optische Oberfläche ausgelegt. Um eine gezielte
Reinigung der optischen Oberfläche zu bewirken, können
insbesondere zwei oder mehr solche Aktivierungseinrichtungen zum
Reinigen derselben optischen Oberfläche vorgesehen sein.
Zur Erzeugung des Gasstroms kann eine Öffnung der Aktivierungseinrichtung,
die den aktivierten Wasserstoff in die Restgasatmosphäre
entlässt, düsenförmig ausgebildet sein
und/oder die Richtung des Gasstroms durch die Richtung des in die
Aktivierungseinrichtung einströmenden molekularen Wasserstoffs
vorgegeben werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das optische
Element eine Deckschicht auf, die aus mindestens einem Übergangsmetall,
insbesondere Ruthenium, gebildet ist. Die Deckschicht, an der die
optische Oberfläche gebildet ist, dient dem Schutz von
darunter liegenden Schichten eines Mehrfachschichtsystems, das typischer
Weise alternierende Schichten aus Silizium und Molybdän
umfasst, deren Schichtfolge und Schicht-Dicken so gewählt
sind, dass sich eine hohe Reflektivität bei der Wellenlänge
der Beleuchtungsstrahlung (EUV-Strahlung) von typischer Weise ca.
13.5 nm einstellt. Es versteht sich, dass auch weitere Übergangsmetalle, z.
B. Rhodium, Palladium, Silber, Rhenium Osmium, Iridium, Platin und/oder
Gold bzw. ein Gemisch, eine Verbindung oder eine Legierung aus diesen
Elementen als Deckschicht dienen kann. Auch kann die Deckschicht
aus den Materialien bestehen, die in der
US 6,724,462 B1 beschriebenen
sind, die durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der
Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen,
und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können
je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination
bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen
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1a,
b schematische Darstellungen einer Vakuum-Umgebung mit einem optischen
Element bei der Wasserstoff-Reinigung, und
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2 eine
schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für
die EUV-Lithographie bei der Wasserstoff-Reinigung.
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In 1a ist
schematisch eine optische Anordnung 1 mit einem eine Vakuum-Umgebung
definierenden Vakuumgehäuse 2 gezeigt, in dem
ein optisches Element 3 angeordnet ist. Das optische Element 3 weist
ein Substrat 4 auf, auf dem ein Mehrfachschichtsystem 5 mit
einer Mehrzahl von alternierenden Schichten 6a, 6b aus
Molybdän und Silizium aufgebracht ist. An der Oberseite
einer Deckschicht 7 des Mehrfachschichtsystems 5,
die aus Ruthenium besteht, ist eine optische Oberfläche 7a gebildet,
auf der sich Kontaminationen 8 in Form einer inhomogenen
Kohlenstoffschicht abgelagert haben.
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Zur
Entfernung der Kontaminationen 8 wird in eine Restgasatmosphäre 9 in
dem Vakuumgehäuse 2 aktivierter Wasserstoff 10 eingeleitet,
der als gerichteter Gasstrom auf die optische Oberfläche 7a auftrifft,
um den aktivierten Wasserstoff 10 auf dem stark kontaminierten,
zentralen Bereich der optischen Oberfläche 7a zu
konzentrieren. Der aktivierte Wasserstoff 10 wird hierbei
in einer Aktivierungseinrichtung 11 gebildet, in die molekularer
Wasserstoff 12 über eine Zuleitung 12a aus
einem (nicht gezeigten) Druckbehälter eingeleitet wird
und dort auf ein Heizelement in Form eines Heizdrahts 13 aus
Wolfram trifft, der auf Temperaturen von mehr als 2000°C aufgeheizt
werden kann. An dem Heizdraht 13 wird der molekulare Wasserstoff 12 aktiviert,
d. h. es bilden sich Wasserstoff-Radikale H· sowie ionisierter Wasserstoff
(H+ und/oder H2 +). Der hierbei gebildete, stark reaktive
aktivierte Wasserstoff 10 trifft auf die Kohlenstoff-Kontaminationen 8 und
reagiert mit diesen zu leicht flüchtigen Verbindungen wie
Methan, die über eine Absaugeinrichtung 14 aus
dem Vakuumgehäuse 2 entfernt werden. Die optische
Oberfläche 7a außerhalb der Kontaminationen 8 wird
durch die Deckschicht 7 sowie durch die gezielte Aufbringung
des aktivierten Wasserstoffs 12 auf die Kontaminationen 8 ausreichend
geschützt, so dass keine Degradation des Mehrfachschichtsystems 5 durch den
aktivierten Wasserstoff 10 eintritt.
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Allerdings
reagiert der aktivierte Wasserstoff 10 mit weiteren, insbesondere
metallischen Komponenten, die in dem Vakuumgehäuse 2 angeordnet sind,
z. B. an einer Lötstelle 15 aus Zinn, zu flüchtigen
Hydriden 16. Die Ruthenium-Deckschicht 7 des optischen
Elements 3 ist besonders anfällig für
die Anlagerung von Metall-Hydriden, so dass es in der in 1a gezeigten
Konfi guration zu einer Anlagerung der Hydride als metallische Verunreinigungen
auf der optischen Oberfläche 7a der Deckschicht 7 kommen kann.
Eine solche metallische Verunreinigung lässt sich von der
Deckschicht 7 mittels des aktivierten Wasserstoffs 10 nicht
mehr entfernen und verbleibt auf der optischen Oberfläche 7a,
so dass die Reflektivität des optischen Elements 3 dauerhaft
reduziert wird.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, ist an dem Vakuumgehäuse 2 eine
Zuführungseinrichtung 17 in Form einer Zuleitung
für ein Monomer 18, im vorliegenden Fall Methyl-Metacrylat
(MMA) vorgesehen. Das Monomer 18 lagert sich an der optischen Oberfläche 7a an
und bildet unter dem Einfluss des aktivierten Wasserstoffs 10 eine
polymerisierte Schutzschicht 19 aus Poly-Methyl-Metacrylat
auf der optischen Oberfläche 7a aus, wie in 1b gezeigt ist.
Die Schutzschicht 19 lagert sich hierbei lediglich in den
Bereichen an der optischen Oberfläche 7a an, die
nicht von den Kontaminationen 8 bedeckt sind.
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Um
die Dicke der Schutzschicht 19 einstellen zu können,
ist ferner an der optischen Anordnung 1 eine Steuerungseinrichtung 20 vorgesehen,
die mit entsprechenden Stelleinrichtungen (nicht gezeigt) der Zuführungseinrichtung 17 für
das Monomer 18, der steuerbaren Zuführung 12a für
den molekularen Wasserstoff 12, sowie dem Heizdraht 13 verbunden ist,
um den Partialdruck des Monomers 18 sowie den Partialdruck
des aktivierten Wasserstoffs 12 in der Restgasatmosphäre
einzustellen. Die Einstellung des Heizdrahts 13 auf eine
bestimmte Temperatur (über die Einstellung des Stroms bzw.
der Spannung durch den Heizdraht 13) ermöglicht
es hierbei, den Anteil des molekularen Wasserstoffs 12,
der in aktivierten Wasserstoff 10 umgewandelt wird, einzustellen.
Je geringer die Temperatur des Heizdrahts 13 gewählt
wird, desto geringer ist der Anteil an aktiviertem Wasserstoff 10,
der zusammen mit molekularem Wasserstoff 12 aus der Aktivierungseinrichtung 11 in die
Restgasatmosphäre 9 austritt.
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Durch
die Wahl eines geeigneten Partialdrucks sowohl des aktivierten Wasserstoffs 10 als auch
des Monomers 18 kann die Dicke D der Schutzschicht 19 eingestellt
werden. Typischer Weise werden die Partialdrücke so gewählt,
dass die Dicke D in einem Bereich zwischen 0,1 nm und 2 nm liegt.
Dies kann z. B. für MMA als Monomer 18 erreicht
werden, wenn für dieses ein Partialdruck von ca. 10–5 mbar eingestellt wird und für
den aktivierten Wasserstoff 10 ein Partialdruck von ca.
0,02 mbar. In der Regel ist als Schutzschicht 19 eine (geschlossene)
Monolage ausreichend, deren Dicke typischer Weise im Bereich zwischen
0,1 nm und 0,3 nm liegt. Die Dicke D der Schutzschicht 19 ist
in diesem Bereich einerseits groß genug, um die optische
Oberfläche 7a wirksam vor dem aktivierten Wasserstoff 10 zu
schützen und andererseits so gering, dass die Kontaminationen 8 bis
auf eine der Dicke D der Schutzschicht entsprechende Dicke abgetragen
werden können, die so gering ist, dass die verbleibenden
Kontaminationen sich nur noch geringfügig auf die optischen
Eigenschaften der optischen Oberfläche 7a auswirken.
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Es
versteht sich, dass neben dem oben gezeigten Beispiel, bei dem MMA
als Monomer 18 zur Erzeugung einer PMMA-Schicht 19 verwendet
wird, auch andere Paare von Monomeren/Polymeren verwendet werden
können, um die optische Oberfläche 7a vor
dem aktivierten Wasserstoff 10 zu schützen. Hierbei
ist aber darauf zu achten, dass das Polymer bzw. das entsprechende
Monomer so gewählt wird, dass dieses eine geringere Neigung
zur Anlagerung von durch den aktivierten Wasserstoff 10 in
der Restgasatmosphäre 9 erzeugten metallischen
Verbindungen als die optische Oberfläche 7a selbst
aufweist.
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Nachdem
die Kontaminationen weitestgehend durch den aktivierten Wasserstoff 10 von
der optischen Oberfläche 7a entfernt wurden, wird
die Schutzschicht 19 nicht mehr benötigt und kann
abgetragen werden. Zu diesem Zweck wird die Zuführung 17 für
das Monomer 18 geschlossen und der aktive Wasserstoff 10 noch
so lange zugeführt, bis die Schutzschicht 19 sich
vollständig aufgelöst hat. Da die Schutzschicht 19 in
der Regel wesentlich schneller abgetragen werden kann als die Kontaminationen 8 scheiden
sich beim Abtragen der Schutzschicht 19. praktisch keine
metallischen Verunreinigungen an der optischen Oberfläche 7a ab.
Um den genauen Zeitpunkt zu ermitteln, an dem die Schutzschicht 19 abgetragen
werden soll, können (nicht gezeigte) Messeinrichtungen
zur Bestimmung der Dicke der Kontaminationen 8 in dem Vakuumgehäuse 2 vorgesehen
sein. Falls die Rate mit der die Schutzschicht abgetragen werden
kann im Vergleich zur (stark vom Kontaminationstyp abhängigen)
Reinigungsrate nicht wesentlich schneller ist, kann ggf. auf ein
vollständiges Abtragen der Schutzschicht 19 verzichtet
werden. In diesem Fall kann man sich auf das Abtragen der Schutzschicht
bis zur einer Restdicke beschränken, bei der z. B. die
ursprüngliche, saubere Spiegeloberfläche 7a sichtbar
wird, was durch geeignete Messeinrichtungen festgestellt werden
kann. Auch muss die Schutzschicht 19 nicht zwingend durch
atomaren Wasserstoff abgebaut werden, sondern kann ggf. auch mittels
eines anderen Gases, das mit dem Material der Schutzschicht 19 zu
einer leichtflüchtigen Verbindung reagiert, von der optischen
Oberfläche 7a entfernt werden.
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In
dem in Zusammenhang mit 1a, b
gezeigten Beispiel wird die Wasserstoff-Reinigung in-situ, d. h.
ohne das optische Element 3 aus seinem Einbauzustand zu
entfernen, aber nicht online, d. h. nicht während des Betriebs
der optischen Anordnung 1 vorgenommen. Es versteht sich,
dass die Reinigung auch während des Betriebs erfolgen kann,
wie im Folgenden anhand von 2 beschrieben
wird, die schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage 21 für
die EUV-Lithographie zeigt, in welche die optische Anordnung 1 integriert
ist.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 21 weist ein Strahlformungssystem 22,
ein Beleuchtungssystem 23 und einem Projektionssystem 24 auf,
die aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 25 des
Strahlformungssystems 22 ausgehenden Strahlengang 26 angeordnet
sind. Als EUV-Lichtquelle 25 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder
ein Synchrotron dienen. Die austretende Strahlung im Wellenlängenbereich
zwischen ca. 5 nm und ca. 20 nm wird zunächst in einem
Kollimator 27 gebündelt. Mit Hilfe eines nachfolgenden
Monochromators 28 wird durch Variation des Einfallswinkels,
wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, die gewünschte Betriebswellenlänge
herausgefiltert. Im genannten Wellenlängenbereich sind
der Kollimator 27 und der Monochromator 28 üblicherweise
als reflektive optische Elemente ausgebildet, wobei zumindest der Monochromator 28 an
seiner optischen Oberfläche kein Mehrfachschichtsystem
aufweist, um einen möglichst breitbandigen Wellenlängenbereich
zu reflektieren.
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Die
im Strahlformungssystem
22 im Hinblick auf Wellenlänge
und räumliche Verteilung behandelte Strahlung wird in das
Beleuchtungssystem
23 eingeführt, welches ein
erstes und zweites reflektives optisches Element
29,
30 aufweist.
Die beiden reflektiven optischen Elemente
29,
30 leiten
die Strahlung auf eine Photomaske
31 als weiterem reflektiven
optischen Element, welche eine Struktur aufweist, die mittels des
Projektionssystems
24 in verkleinertem Maßstab
auf einen Wafer
32 abgebildet wird. Hierzu sind im Projektionssystem
24 ein
drittes und viertes reflektives optisches Element
33,
3 vorgesehen,
wobei das vierte optische Element
3 in der in
1a,
b gezeigten optische Anordnung
1 untergebracht ist, die
einen Teil des Projektionssystems
24 der Projektionsbelichtungsanlage
21 bildet.
Die optische Anordnung
1 dient hierbei zur Erzeugung eines
niedrigeren Gesamt-Drucks im Vergleich zum Druck im Vakuum-Gehäuse
des Projektionssystems
24. Für Einzelheiten diesbezüglich
sei auf die
WO
2008/034582 A2 der Anmelderin verwiesen, welche durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
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Es
versteht sich, dass auch die weiteren optischen Elemente 29, 30, 33 der
Projektionsbelichtungsanlage 21 auf dieselbe Weise mittels
aktiviertem Wasserstoff gereinigt und auf die im Zusammenhang mit 1a,
b beschriebene Weise mit einer dynamisch erzeugten Schutzschicht
vor durch aktivierten Wasserstoff erzeugten Verunreinigungen geschützt
werden können.
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Es
versteht sich weiterhin, dass alternativ zum Vorsehen eines zusätzlichen
Vakuumgehäuses für das optische Element 3 auch
das Vakuumgehäuse z. B. des Beleuchtungssystems 23 als
Vakuum-Umgebung mit einer Restgasatmosphäre 9 dienen
kann, in die über eine Zuführungsleitung 35 ein Monomer 18 eingeleitet
wird. Auch in diesem Fall kann eine Aktivierungseinheit 36 vorgesehen
sein, um beispielsweise eine optische Oberfläche 29a des zweiten
optischen Elements 29 mit aktiviertem Wasserstoff in Kontakt
zu bringen. Die Partialdrücke in der Restgasatmosphäre 9 können
hierbei ebenso wie im Zusammenhang mit 1a, b
beschrieben mittels einer nicht näher gezeigten Steuerungseinrichtung
derart eingestellt werden, dass sich eine (nicht gezeigte) Schutzschicht
mit vorgegebener Dicke auf der optischen Oberfläche 23a ausbildet.
Die bei der Reinigung entstehenden, gasförmigen Abfallprodukte
können hierbei über eine Absaugeinrichtung 37 entsorgt
werden, die mit einer Vakuum-Pumpe 38 zur Erzeugung von
Vakuum-Bedingungen in dem Beleuchtungssystem 23 verbunden
ist.
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Insgesamt
kann auf die oben beschriebene Weise die Anlagerung von metallischen
Verunreinigungen an optischen Oberflächen bei der Reinigung mit
aktiviertem Wasserstoff vermieden oder zumindest deutlich reduziert
werden, wobei die Reinigung sowohl während des Betriebs,
d. h. unter dem Einfluss von EUV-Strahlung, oder auch in Betriebspausen
durchgeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/099878
A2 [0003]
- - US 6231930 B1 [0004, 0014]
- - WO 2004/104707 A2 [0006]
- - EP 2007/009593 [0017]
- - US 2004/0227102 A1 [0018]
- - US 6724462 B1 [0026]
- - WO 2008/034582 A2 [0041]