CN1639643A - 用于避免和清洁光学元件上污染物的装置,euv石版印刷设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种当具有多层系统的光学元件在包含残余气体环境的真空封闭系统中被暴露在具有信号波长的辐射下时，防止该光学元件表面的污染物的方法，其中测量通过光电子发射从多层系统的被照射表面产生的光电流，并利用该光电流以调节残余气体的气体成分，从而可以根据光电流的至少一个下阈值和上阈值来改变气体的成分。本发明还涉及一种在照射时用于调节至少一个光学元件表面污染物的装置，以及一种EUV石版印刷设备和一种清洁光学元件的被碳污染的表面的方法。

Description

用于避免和清洁光学元件上 污染物的装置，EUV石版印刷设备和方法
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于避免光学元件表面污染物的方法。
本发明还涉及一种用于控制至少一个光学元件表面的污染物的方法以及一种带有光学元件的EUV石版印刷设备，在至少一个光学元件的附近设置了用于检测光电子和二级电子的探测装置，并与评估装置功能性连接。
本发明还涉及一种通过在含有受控制的残余气体量的真空中曝露在辐射下的方式来清洁光学元件的污染表面的方法。
多层系统被理解为具有特殊的一个/多个覆盖层的系统。
这里电场强度被定义为电场强度在时间上的均方值，光电流被定义为由于辐射而出现的光诱导的电流，光电子放射被定义为由于辐射出现的光诱导的电子在真空中的释放，光电子被定义为由于辐射引起的光诱导的释放到真空中的电子，二级电子被定义为通过二级过程减速的电子。
光学元件，例如光掩膜或者多层镜，对于远紫外波长范围(EUV)，特别是在11nm-14nm之间的波长范围内，应用在半导体部件的EVU石版印刷设备中。典型的EUV石版印刷设备具有8个甚至更多的镜面。为了达到工作射线的足够的整体强度，镜面必须具有尽可能高的反射率，因为整体强度与各个镜面的反射率的乘积成正比。镜面应当在其整个使用寿命期间保持这种高的反射率。此外，镜面的表面在镜面的整个使用寿命期间应当保持均一性。
EUV镜面和EUV光掩膜的反射率和寿命特别是通过在EUV照射下表面沉积碳形式的污染物或者以表面被氧化的形式受到影响。沉积例如由含碳的物质涂敷而成，该含碳的物质以气体的形式从一些装置部件或者从被照射的晶片上的光阻释放出来。氧化是由在残余气体中存在的含氧的分子引起的，这些含氧分子通过EUV照射借助于光电子放射分解为自由基。由于从光学元件表面发射出的光电子将表面以动态平衡方式吸收的残余气体分子分解为片断，然后这些片断永久地沉积在表面上或者和表面发生反应，这些光电子导致了污染物的积累。
在残余气体空气中的典型的主要物质是氢、氧、氮、水蒸气、一氧化碳和二氧化碳。通常，局部压力(以毫巴为单位)在下列范围内：
  超高真空系统的典型范围(毫巴)  典型的已加热真空(毫巴)  典型的未加热真空(毫巴)
  CxHyCOCO2H2H2ON2O2     10-12-10-810-12-10-810-12-10-810-10-10-710-10-10-610-10-10-710-10-10-7     10-1210-1210-1210-1110-1110-1110-11     10-810-910-910-810-710-710-8
根据局部压力条件和入射EUV强度，主要发生表面氧化过程或者在表面上的碳沉积过程。因此，称为氧化环境或碳化环境。
德国公开文献DE 41 06 841 A1公开了一种利用光电子放射来确定污染物的方法，其中通过连续照射表面来释放光电子，并通过电子采集装置来进行检测。光电子流可以用来确定污染物层的厚度。为了补偿电容电流的影响，还设置了第二个电子采集装置，其紧邻第一个电子采集装置，并距表面有相同的距离。这两个电子采集装置所测得的电流相减。此外，还提供了光电效应的补偿装置。
US 6,004,180公开了一种清洁电子发射部件的一种方法，其形成了阴极射线管的阴极。其中通过导入气体，如氧，使阴极上的沉积物转变为气态物质。但是并未描述气体导入的控制。
JP 62051224A中公开了在测量光电子时利用紫外线氧化进行清洁。含碳物质污染的表面在含氧的空气中曝露在紫外线下。在紫外线的影响下，形成了臭氧，其紧接着分解为氧自由基，而氧自由基可氧化被清理表面的碳污染物。紫外线此外还引起了二级电子的释放。它们的数目随着污染层厚度的减小而增加。发出表示光电子放射的强度的信号，但是，这个信号并不用于控制清洁过程。
EP 0 987 601 A2公开了用于测量软X射线曝光系统中的光学元件的污染物程度的方法和装置。为此目的，测量潜在的被污染表面发出的光电子。这个信号将进行在线分析。通过与经验数据相比较，将其转换为污染物程度。如果达到了一定的污染物等级，必须更换相应的光学元件。
本发明的目的在于，提供一种用于在表面污染导致光学元件无法使用之前，避免光学元件曝露在EUV辐射下的表面上的污染的方法和装置。本发明的目的还在于提供一种清洁被污染的表面的方法。
本发明的目的通过这样一种方法来实现，其中应用光电流调整残余气体成份，使得残余气体成份根据光电流的至少一个下阈值和一个上阈值来改变。
通过使用残余气体分析仪(例如质谱仪)进行的残余气体分析可以附加地通过试验确定所处环境是氧化环境还是碳化环境(校准)，从而确定了污染物的类型和程度。在这种分析中，需要考虑入射EUV的强度和入射射线的光谱。
已经发现在光电流和光学元件表面的污染物之间的关系可以用于积极地控制和减少光学元件的污染物。
通过增加或减少相应气体添加到光学元件所处的封闭系统中的添加量，可以将氧化环境转变为碳化环境，或进行相反的转换。
从残余气体环境吸收到任意表面的气体成份(例如碳氢化合物)通过光电子在EUV照射的表面区域内分解，因此碳层将在光学元件表面沉积，这导致了光电流的改变。随之发生了使碳氧化为CO和CO2的过程，由此可以再次去除碳层，这导致了光电流的相反的变化。
如果不仅观测被照射表面的变化，而且通过改变残余气体环境迅速地影响表面的污染物程度的进一步改变，那么就可以非常容易地控制污染物速率和污染物层的分解。
在瞬时效应已经衰减之后，在开始照射时获得第一阈值S1，它表明了被照射的表面的最初实际状态的特征。反之，预先确定一个或多个第二阈值S2，i。这些阈值不仅仅取决于反射层系统的结构，即它的材料和厚度，而且与残余气体的最初成份和EUV强度有很大关系。瞬时效应的衰减尤其应当理解为光学元件表面上通常存在的水层的解吸，它在开始照射时形成了很高的光电流，随着含水层的减少而相应降低。这个过程持续数分钟，需要的时间最多为20分钟，优选为5分钟，直到光电流稳定。
一个或者多个第二阈值S2，i必须事先从校准测量中获得。此时需要考虑辐射应用，例如在光刻印刷时污染物和反射率应当只限于在特定的范围内波动。
阈值S1和S2，i最好由工作条件下，即瞬时效应衰减之后，干净的未被氧化的表面的光电流来确定。S1对应于干净的表面的光电流，S2，i对应于的希望的碳层厚度的光电流。
在评估光电子放射测量值时，如果衰减的时间常数降低到辐射源的时间周期T小，相应的电流信号随时间的指数衰减可以起到一定的作用。同步加速器辐射具有较高的兆赫范围内的脉冲频率，因而根据光电流测量的时间延迟可以测得一个恒定电流。相反，脉冲激光具有较低的千赫范围内的频率，因而利用光电子放射过程的时间常数可以测得一个锯齿形的电流。为了避免辐射源的周期的影响，光电子放射信号最好被转换为相应的光电流的平均时间积分 I。
Figure A0380551400091
其中T2-T1＞＞T，T是周期。
此外，有利的是将时间上平均的电流积分归一化为对于每一个被照射的光学表面的入射辐射强度。
I归一化＝ I电流/ I辐射，其中 其中T2-T1＞＞T，T是周期，i＝1，2，...，n，n＝被照射表面的数量。
当提到光电流的时候，基本上是指 I归一化。
在碳化环境中，最好应用光电流以调整局部氧压或者含氧气体的局部压力。
在氧化环境中，最好应用光电流以调整含碳氢化合物的气体的局部压力。
优选地，光电流的阈值从介于最小光电流Imin和最大光电流Imax之间的范围内选择。当入射信号波长被反射时在多层系统中形成的驻波的电场强度的最小值和最大值位于多层系统中的自由界面中时，出现所述的阈值。需要注意的是，多层系统中的自由界面只在电场强度的驻波的下降沿或上升沿的范围内移动。如果在照射时驻波的极值穿过自由界面，就无法保证对残余气体成份进行有意义的调节。当开始照射时自由界面是位于下降沿还是上升沿由多层系统的结构来决定。尤其优选的是，在具有Ru顶层的多层系统中，最好这样来选择设计，使得顶层的自由界面在碳增加时位于电场强度的驻波的下降沿。
根据本发明的方法的一个优选实施例，按照下面的步骤进行：
a)在瞬时效应衰减之后，在开始EUV照射时测量光电流的第一个值，将该值存储为第一阈值S1；
b)定义光电流的至少一个第二阈值S2，i；其中i＝1，2，3，…，使得S1＞S2，i；或者S1＜S2，i；
c)在进行EUV照射期间测量光电流；
d)在达到第二阈值S2，i之前或者之时或超过第二阈值S2，i时，向封闭的系统加入至少一种气体，之后，在达到第一阈值S1之前或者达到之时或者超过第一阈值S1时，至少减少加入气体的加入量，通过这种方式在照射期间根据所测得的光电流调节气体成份。
这里加入的气体最好是氧化性气体。当选择S1＞S2，i时，自由界面位于电场强度的驻波的下降沿中。当选择S1＜S2，i时，自由界面位于上升沿中。
根据本发明的方法的另外一个优选实施例，按照下面的步骤进行：
a)在瞬时效应衰减之后，在开始EUV照射时测量光电流的第一个值，将该值存储为第一阈值S1；
b)定义光电流的至少一个第二阈值S2，i；其中i＝1，2，3，...，使得S1＞S2，i，或者S1＜S2，i；
c)在进行EUV照射期间测量光电流；
d)在达到第一阈值S1之前或者之时或超过第二阈值S1时，向封闭的系统加入至少一种气体，之后，在达到第二阈值S2，1之前或者达到之时或者超过第二阈值S2，1时，至少减少加入气体的加入量，通过这种方式在照射期间根据所测得的光电流调节气体成份。
这里加入的气体最好是碳化性气体。当选择S1＞S2，i时，自由界面位于电场强度的驻波的下降沿中。当选择S1＜S2，i；时，自由界面位于上升沿中。
两种前述的方法也可以结合起来，根据阈值来替换地加入相应气体或者减少气体的加入量。
该方法可以引起光电流曲线的下降或者光电流曲线的振荡，这点将在下文描述。
加入何种气体以及何种量以可控的方式一方面取决于残余气体的成份，另一方面取决于已经存在的污染物的类型和程度以及取决于测得的光电子放射信号。
所述气体可以是已经包含在残余气体环境中，但是它的量非常少，以达到理想的效果。这种可能的效果是阻止氧化或者确定地调节到理想的碳分量。
残余气体成份的比例的改变可以通过加入一氧化碳、二氧化碳、氢、水、氧或氮来实现。
也可以加入之前在残余气体环境中并不存在的气体。
最好加入惰性气体，如SF6，He，Ne，Ar，Kr或Xe。这些气体影响碳化气体或者氧化气体的效果或者反应速度。
为了使氧化残余气体环境转变为碳化残余气体环境，加入碳氢化合物，最好是烷烃、烯烃、炔、醇、酮、醛和其他的碳氢化合物。
为了对于碳化和氧化环境的临界平衡进行细微的调节，添加了含氧的气体，最好是蚁酸、醋酸、丙酸、过氧化氢、肼、N2O、NO、NO2、SO2和其他含氧气体。
为了降低较高的碳组分，可短期地应用含卤素和含氢的组合物，最好是F、Cl、Br、I、氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氟化碳、氟甲烷、二氟甲烷、氨、磷、锑化氢、氟化氢、氯化氢、溴化氢、碘化氢、氟化硼、乙硼烷、三氟化氮、硫化氢、硒化氢、碲化氢和其他的含卤/含氢气体，或者这些气体中的两种或者多种的混合物。
这种气体的添加最好可连续加入。例如，可以连续地打开气体馈送阀门，并且在光电流接近阈值时也可持续地关闭阀门。
为了支持该过程，上述气体的局部压力通过光电流来调整。优选地，应用光电流调整含氧气体的局部压力。
当残余气体环境的成份通过改变局部氧压来改变时，优选进行氧化过程或者碳沉积过程。局部氧压通过添加氧或含氧气体来改变。通过提高局部氧压，平衡向着氧化过程发生改变，减少了含碳物质的沉积。由于发射的二级电子的数量对于自由界面的移动非常敏感，因此利用根据本发明的方法可以与埃到纳米级的污染物层进行反应，以使在照射过程中污染物显著减小。
局部氧压优选地在10-12-102毫巴之间，特别优选在10-9-103毫巴之间，尤其是在10-18-10-5毫巴之间调整。
在最简单的情形下阈值是光电流的最大值，其恰好对应于所能允许的氧化程度。如果超过最大值，必须改变残余气体成份，以立即禁止任何进一步的氧化过程。
阈值的另外一个例子是光电流的最小值，其对应于所能允许的碳层沉积。如果超过了最小值，必须改变残余气体成份，以立即禁止任何进一步的碳沉积。
当考虑自由界面的电场强度的最初特征的时候，还可以考虑使用中间值作为适当的阈值。此外，有意义的是将光电流的时间曲线转换为数学上的1阶和高阶导数。按照理想的工作条件，可根据光电流曲线的这些导数推导出阈值。
特别适当的是，在达到光电子放射强度的最大值或者最小值之前直接接通/断开气体供应，这是因为相应的梯度变化可以相对于穿过极值的情况更加精确地确定。例如，通过这种方式可以有效防止镜面表面所不希望的氧化，即在去除碳污染物之后的氧化。
还可以监控光电子强度的二阶或者高阶导数或者其他的函数，如积分。
为了实现在平衡态的收敛，其中特别是氧化和含碳物质的沉积的作用相抵消，使污染物程度保持在尽可能的最小值，证明优选的是，使第二阈值S2，i逼近于第一阈值S1。
优选地定义了多个第二阈值S2，i，使得公式|S2，i+1-S1|≤|S2，i-S1|或者|S2，i+1-S2，i|≤|S2，i-S2，i-1|，其中i＝1，2，3，...。
该方法可以通过下述方式进一步改进，即在EUV照射之前，确定当入射信号波长被反射时在多层系统中形成的驻波的电场强度相对于多层系统的自由界面处的最接近的最小值的位置和/或拐点和/或最大值的位置(曲线位置)，并且根据该位置相应地确定第二阈值S2，i相对于第一阈值S1是上阈值还是下阈值。
可以看出，在根据多层结构在光学元件自由界面处形成的驻波的电场强度和该自由界面的污染物之间存在关联性。还发现，当自由界面处形成的驻波的电场强度最小的时候，从该界面发射出的光电子也最少。另一方面，当自由界面处的电场强度最大的时候，光电流也最大。
当光电子发射较少或没有的时候，进一步阻止表面上以动态平衡方式从残余气体中沉积的残余气体分子，如碳氢分子或者水分子的分解，这种分解可能污染自由界面。在含氧的残余气体环境中，通过光电流控制环路可以使动态平衡发生移动，使得尽管有光电子发射，仍然既不出现氧化又没有碳的集聚。
未受污染的多层系统的曲线位置决定了工作时也就是指当光学元件的表面上有污染物时的光电流曲线的初始形状。一方面碳层的增加使曲线位置产生了变化，另一方面碳材料的沉积使光转变效率降低。这两种效应的叠加导致了光电流或多或少的增加或降低。
与此相应的，第二阈值S2，i选作为下阈值或者上阈值。
优选地，上阈值S2，i被选为小于或者等于最大光电流 Imax，其中自由界面位于驻波的电场强度的最大值处。
下阈值S2，i最好大于或者等于最小光电流 Imin，其中自由界面在驻波的电场强度的最小值处。优选地，阈值S2，i在 Imax- Imin的80％到10％之间调整，最好是在50％-20％之间。
容易氧化的表面必须防止表面氧化，但在氧化环境中并不能防止。因此，优选的是在EUV照射之前调整引起碳沉积的碳化气体成份，但是这种碳沉积由于可控制的残余气体调节(例如，通过加入至少一种含氧的气体)又可以消除。也可以每次在达到第一阈值S1之前返回到碳化环境中(例如通过加入至少一种含碳的气体)。
为了获得被照射表面的快速反应以改变残余气体成份，最好将气体加入到尽可能靠近表面处，即释放到光学元件的附近。
此外，该目的通过控制至少一个光学元件的表面污染物的装置来实现，所述装置包括用于检测光学元件发出的光电子的检测单元、与检测单元相连接的评估单元，以及一个与评估单元和气体加入单元相连接的控制单元。所述评估单元用于比较测得的光电流和光电流的至少两个被存储的阈值，并用于将与阈值相关的信号传输到控制单元。
根据本发明的EUV石版印刷设备具有光学元件，在至少一个光学元件的附近安装有一个用于检测光电子的检测单元，其与一个评估单元功能性连接，其特征在于，一个控制单元与所述评估单元相连接，并且该控制装置与至少一个气体加入单元功能性连接，所述评估单元用于比较测得的光电流和光电流的至少两个被存储的阈值，并将与阈值相关的信号传输到控制单元。
根据本发明的装置或者其作为EUV石版印刷设备的实施例适合用于实施根据本发明的方法。利用所述检测单元，可以进行光电子发射的检测。这个数据将在评估单元中优选地用它的时间函数特性(或者它的导数、积分或者其他适当的函数)来换算，和阈值进行比较。由此得到的信息将转发到控制单元，之后，控制单元控制气体加入单元。
优选地，所述检测单元包括一个设置在光学元件的表面上的检测环或者检测网络，其以如下的方式设置和/或设计，使得它不影响EUV照射或对EUV照射影响很小。但是光电流也可以通过附近的任何一个金属表面来释放。所述金属表面可以是板或者真空室壁。
检测单元的开口直径例如可选择得足够大，使得EUV射线可以不受阻挡地通过，同时仍然可以准确地测量光电子。
气体加入单元最好包括至少一个气体馈入口，其最好靠近光学元件的表面布置。通过相邻布置，可以显著地缩短加入的气体产生效果的反应时间。
在本发明的优选实施例中，所述装置和EUV石版印刷设备具有一个质谱仪，该质谱仪也将其信号传输到评估单元。该质谱仪用于在照射之前或者照射开始时测定残余气体成份或者在照射期间与光电子发射测量同时地测量气体成份或它的局部压力。
此外，提供了至少一个用于检测总压力的测量装置。
优选地，评估单元和控制单元组合到一个闭环控制单元中，它可以设计为模拟电路或者数字电路，也可以设计为积分电路的形式。它也可以是一个配备有相应的数据采集和控制卡的计算机。
此外，为了对光电流进行归一化，优选地(例如在每个镜面上)提供了一个或多个用于测量EUV强度的装置。
本发明的目的还通过一种用EUV照射清洁光学元件被碳污染的元件表面的方法来实现，所述方法的特征在于：测量在照射要清洁的表面期间产生的光电流，并将光电流超过或低于预先定义的阈值时的时间点选择为气体加入的停止点。该阈值就是上面所述的阈值S1，S2，i。
最好在含氧的气体环境中，在EUV照射下对已经被碳严重污染的表面进行清洁，以去除污染物。为了在表面本身被损伤之前及时地使清洁过程停止，即为了避免所谓的过腐蚀，将检测在清洁过程中发出的光电子。
本发明将通过以下附图进一步详细说明，图中示出了：
图1示出了根据本发明的装置的结构示意图；
图2a-d示出了光学元件和相关电场强度的示意图；
图3-6示出了四个不同的电场强度曲线下的具有抗氧化表面的光学元件的受控光电流曲线；
图7-10示出了四个不同的电场强度曲线下的具有易氧化表面的光学元件的控制光电流曲线；
图11-14示出了四个不同的电场强度曲线下的具有易被氧化的Si表面的光学元件的控制光电流曲线。
装置1包括真空室3，其中设置了光学元件2，例如具有多层系统或者光掩膜的镜面，由EUV射线照射。在光学元件2上方，为了检测光电子，设置了一个检测环或者检测栅格41，EUV射线基本可以穿透它。为了使光电子由环41所捕获，由光学元件2和环41之间的电压源43产生几个伏特(0-100V)的电压。当光电子撞击环41时，产生电流，该电流由安培表42测量。在评估单元5中，它例如配置为一个模拟或者数字电路，也可以是积分电路，或者可以与一个控制单元6一起组合为一个例如为计算机的闭环控制单元，对电流信号进行评估，例如对所述信号进行时间积分，并与预定的并被存储的阈值进行比较。在给定时刻超过或者未达到阈值的信息被发送给控制单元6，然后该控制单元打开或者关闭气体馈入口71的阀门72。气体馈入口71在紧靠光学元件2的表面附近释放气体，从而可以用尽可能小的延迟改变碳沉积过程和氧化过程之间的平衡。
在开始照射之前，利用质谱仪或者残余气体分析仪8测量残余气体成份的最初局部压力并将信息传输到评估单元5。根据该数据选定恰当的一组阈值。在照射过程中，与光电流测量同时地还用质谱仪8继续测量总的残余气体的光谱。这种附加的信息可以用来检查分析是否仍然根据适当的阈值来进行。
通过相应的广泛测量并考虑残余气体的当前局部压力，还可以使气体加入的控制更加细致，使阀门72不仅可以被打开或关闭，而且可以调节到中间位置。为此最好采用连续改变的阀门。为了使加入的一种或多种气体均匀分布，围绕表面设置了多个气体馈入口71。此时，可以控制打开哪个气体馈入口而哪些不打开。此外还设置了与评估单元5相连、用于测定EUV强度的装置7。
真空室3中还可以提供由所述的所有部件或一些部件组成的多重单元。
在图2a-d中示出了一个光学元件，它在基板11上具有多层系统10。此外，示出了不同情况1，2，3，4下的电场强度I。
在第一种情况下，多层系统10的自由界面100位于由多层系统上产生的电场强度的拐点和上升沿之间。
在第二种情况下，多层系统10的自由界面100位于由多层系统上产生的电场强度的相对最大值和下降沿上的拐点之间。
在第三种情况下，多层系统10的自由界面100位于由多层系统上产生的电场强度的拐点和下降沿之间。
在第四种情况下，多层系统10的自由界面100位于由多层系统上产生的电场强度的相对最小值和上升沿上的拐点之间。
标记20表示由污染物生长的碳层，它的自由界面用附图标记101来表示。
图2a-d清楚地示出了碳层20的生长是如何使电场强度的曲线位置相对于自由界面101发生改变的。
后续的图3-14示出了在1，2，3，4四种情况下，不同多层系统的初始未被污染的自由界面110的光电流。
在第一种近似情况下，光电流随时间的变化与在自由界面处的电场强度随时间的变化相一致。光电子的逸出深度的考虑使得在另外一种近似情况下将恒定的背景辐射加入光电流特征。也可以进行更高的近似。
图3到图6中的光电流曲线表示多层系统的1-4种情况，其中所述多层系统具有不易氧化的钌表面层。多层系统例如可以包括如下的层结构：
Ru(1nm)/Mo(1nm)/Si(1.9nm)/Mo(2.85nm)/37*[Si(4.1nm)/Mo(2.85nm)]/基板。
图3示出了图2a中的第一种情况。
在第一种情况下，自由界面100位于电场强度的拐点处，这意味着，光电流具有一个平均值S1。随着碳的不断增加，电场强度的曲线不断上升，这伴随着光电流的增加。尽管碳材料的增加使光电子的数量减少，但是由于自由界面向着电场强度的最大的方向生长，光电子主要是增加的，使光电流增加到最大。
由于自由界面的位置说明了关于光电子放射与材料特性相比占主导的参数，光电流曲线总体增加直到达到第二阈值S2，i。通过加入恰当的氧，该曲线又回落到阈值S1(图3)。减少氧的加入并最终完全停止加入氧，这样碳又开始增加。当达到小于S2，1的第二阈值S2，2时，又重新导入氧，以此类推。
在第三种情况下，自由界面开始时也在拐点处，但是自由界面101通过碳的增加而向着波节移动，也就是说，沿着电场强度最小的方向运动，而电场强度与光电流的减小是相联系的。由于碳材料引起了光电流减小，这种减小被强化，得到了如图5所示的曲线。
在第四种情况下(见图6)，波节或者说电场强度的最小值直接位于表面上，这意味着光电流很小。当碳层增长了，光电流就增加了，这是由于表面从波节位置移走了。尽管碳材料的增加使光转化效率降低，但是由于从波节位置向外生长占主导，光电流仍然是增加的。这导致了光电流曲线的增长。当达到阈值S2，i时，氧或者含氧的气体导入封闭的系统中，这使得发生了氧化，由此导致了碳层的减少。由于碳层厚度减小，使得自由界面接近波节位置，这导致了光电流曲线的下降。当达到了与下阈值S1相对应的无碳表面的起始状况时，就不会发生进一步的氧化，并且氧的加入量将相应地下降。重复这个过程，从而使每一个第二阈值S2，2，S2，3 S2，4，S2，5比之前的第二阈值小，这样在随时间过程中，存在一个向着阈值S1的逼近，因而使控制范围最小。
在第二种情况下，多层系统的自由界面100处于驻波的电场强度曲线的最大值处。在这种情况下，基于曲线位置的光电子发射明显高于在第四种情况下的光电子发射。在图4中，第一阈值S1约是180nA。通过碳层的增加，表面从该位置移走，这与光电流的减小相联系。碳层的增长也可表示为光电子发射的减少，总的来说导致了光电流曲线的显著下降。该曲线继续下降直到达到极值S2，1。在达到或者超过该极值之前或者之时，开始加入恰当的氧气，这导致了碳层的减少。结果使光电流曲线又降落到初始值S1。这个过程周期性地继续，从而使第二阈值S2，2，S2，3等均较高，随着时间的增加，该极值趋近第一极值S1。
光电流的曲线走向最终取决于电场强度在该点具有大的还是小的初始斜率。在情况1和情况3之下，可以发现驻波的电场强度具有大的初始斜率，其产生了更快的反馈并由此产生了大的振荡频率。但是，碳材料一般由于其较小的光转变效率而使光电流减小。在情况2和情况4中可以看到一个小的初始斜率，因此闭环控制电路的反馈较慢。
图7-图10中示出了具有易氧化的碳覆盖层的光学元件的光电流曲线(例如1nm的C顶层)。图2a-d中也示出了在四种情况下的四个曲线。
在第一种情况下，如图7所示，碳覆盖层的自由界面101位于驻波的电场强度的曲线的拐点处。当碳层不断增加的时候，曲线的形状如图3所示变化，但是在达到第二阈值S2，i的时候，可以仅加入可计量的剂量的氧，以避免覆盖层的完全氧化，所述碳覆盖层的厚度保持为1nm。
在第二种情况下，如图8所示，碳覆盖层的自由界面位于驻波的电场强度曲线的最大值处。由于碳层的增加，表面从该位置移走，这与光电流的下降相关联。碳材料的增加同样由光电子放射的减少来表示，这导致了光电流曲线的总的显著减少。该曲线减小一直到达到了极值S2，1，在达到极值之前或者之时，加入氧，从而使碳层减少。还需要注意的是，碳层不会被完全氧化。
第三种情况和第四种情况如图9，10所示，与图5，6中示出的和描述的机制一致。
情况1-4都没有示出振荡的光电流，因为闭环控制的反馈必须很弱，以避免碳的完全氧化。
图11-14涉及具有易氧化的表面的多层系统，例如具有硅层。为了防止硅表面的氧化，首先调节碳化残余气体环境。在达到第二阈值S2，i的时候加入氧。接着慢慢地减少加入量，使得不能达到阈值S1，因为达到所述阈值S1就意味着表面氧化的开始。
根据图11-14的光电流曲线示出了渐近的走向。
为保护Si表面，在达到阈值S1之前可加入含碳气体。通过加入含氧的气体，增长的碳接着会被去除。这也可以导致光电流曲线的振荡。
附图标记列表
1 装置
2 光学元件
3 真空室
5 评估单元
6 控制单元
7 用于测量EUV强度的单元(可局部安装的多重单元)
8 残余气体分析仪
10 多层系统
11 基底
20 碳层
41 电子采集器
42 安培表
43 电压源
71 气体馈入口(可局部安装的多重单元)
72 阀门(可局部安装的多重单元)
100 多层系统的自由界面
101 碳层的自由界面

Claims (21)

1、当具有多层系统的光学元件在含有残余气体环境的真空封闭系统中被曝露在具有信号波长的EUV辐射下时，用于防止该光学元件表面的污染物的方法，其中测量由多层系统的被照射的表面的光电子发射产生的光电流，并利用该光电流控制残余气体的气体成份，其特征在于，根据光电流的至少一个下阈值和上阈值来改变残余气体的气体成份。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当反射入射信号波长时在多层系统中形成的驻波的电场强度的最小值和最大值位于多层系统的自由界面时，光电流的阈值从所出现的最小光电流Imin和最大光电流Imax之间选择。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步骤：
a)在EUV照射开始时，在瞬时效应衰减之后，测量光电流的第一个值，并将该值作为第一阈值S1存储；
b)为光电流定义至少一个第二阈值S2，i，其中i＝1，2，3，...，使得S1＞S2，i或者S1＜S2，i，
c)在EUV照射期间测量光电流；
d)在达到或者超过第二阈值S2，i之前或之时，将至少一种气体加入封闭系统中，接着在达到或者超过第一阈值S1之前或之时，至少减少这种气体的加入量，从而根据测得的光电流在照射期间调整气体成份。
4、根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于包括以下步骤：
a)在EUV照射开始时，在瞬时效应衰减之后，测量光电流的第一个值，并将该值作为第一阈值S1存储；
b)为光电流定义至少一个第二阈值S2，i，其中i＝1，2，3，...，使得S1＞S2，i或者S1＜S2，i，
c)在EUV照射期间测量光电流；
d)在达到或者超过第一阈值S1之前或之时，将至少一种气体加入封闭系统中，接着在达到或者超过第二阈值S2，i之前或之时，至少减少这种气体的加入量，从而根据测得的光电流在照射期间调整气体成份。
5、根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于：加入一种已经包含在残余气体环境中的气体，从而改变这种气体的局部压力。
6、根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于：加入一种在加入之前在残余气体环境中不存在的气体。
7、根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其特征在于：加入以下的气体：一氧化碳、二氧化碳、氢、水、氧、氮、SF6、He、Ne、Ar、Kr、Xe、烷烃、烯烃、炔、醇、酮、醛和/或其他碳氢化合物、蚁酸、醋酸、丙酸、过氧化氢、肼、N2O、NO、NO2、SO2和/或其他含氧气体、F、Cl、Br、I、氯甲醛、二氯甲醛、三氯甲醛、四氯化碳、四氟化碳、氟甲醛、二氟甲醛、氨、磷、锑化氢、氟化氢、氯化氢、溴化氢、碘化氢、氟化硼、乙硼烷、氟化氮、硫化氢、硒化氢、碲化氢和/或其他的含卤/含氢气体。
8、根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其特征在于：定义了多个第二阈值S2，i，其中|S2，i+1-S1|≤|S2，i-S1|或者|S2，i+1-S2，i|≤|S2，i-S2，i-1|，其中i＝1，2，3，...。
9、根据权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其特征在于：在EUV照射之前，确定在反射入射信号波长时在多层系统中形成的驻波的电场强度的最接近的最小值和/或拐点和/或最大值相对于多层系统的自由界面的位置(曲线位置)，并且根据曲线位置，确定第二阈值S2，i相对于第一阈值S1是下阈值还是上阈值。
10、根据权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其特征在于：在具有易氧化表面的光学元件中，在EUV照射之前调节碳化气体成份。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于：在达到第一阈值S1值之前加入含碳的气体。
12、根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于：测得的光电子被转换为相应电流的时间积分。
13、根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于：气体被加入到光学元件的表面附近。
14、在曝露在EUV辐射之下时控制至少一个光学元件的表面的污染物的装置，包括用于检测光学元件发射出的光电子的检测单元(42，42，43)，与所述检测单元相连接的评估单元(5)，以及控制单元(6)，所述控制单元与所述评估单元相连接并与一个气体加入单元(71，72)相连接，其中所述评估单元(5)被配置为比较测得的光电流和至少两个已存储的光电流的阈值，并且将与阈值相关的信号传输到所述控制单元(6)。
15、具有光学元件(2)的EUV石版印刷设备，其中在至少一个光学元件(2)的附近设置了一个用于检测光电子的检测单元(41，42，43)，所述检测单元与一个评估单元(5)功能性连接，其特征在于：一个控制单元(6)与所述评估单元(5)相连接，所述控制单元与至少一个气体加入单元(71，72)功能性连接，其中所述评估单元(5)被配置为将测得的光电流与至少两个已存储的光电流的阈值进行比较，并且将与阈值相关的信号传输到所述控制单元(6)。
16、根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于：所述检测单元(41，42，43)包括设置在光学元件的表面上方的电子采集器，例如检测环(41)或者检测网络，所述采集器以下列方式设置和/或设计：使得其不会影响入射的EUV射线。
17、根据权利要求14至16中任一所述的装置，其特征在于：所述气体加入单元包括至少一个气体馈入口(71)。
18、根据权利要求17所述的装置，其特征在于：所述气体馈入口(71)与所述光学元件(2)的表面相邻设置。
19、根据权利要求14至18中任一所述的装置，其特征在于：一个残余气体分析仪(8)与所述评估单元(5)相连接。
20、根据权利要求14至19中任一所述的装置，其特征在于：所述评估单元(5)和所述控制单元(6)组合一个闭环控制单元。
21、通过在含氧的环境中曝露在EUV辐射下，清洁光学元件的被碳污染表面的方法，其特征在于：在照射期间测量通过由要清洁的表面上的光电子发射产生的光电流，在超过或者低于光电流的至少两个预先定义的阈值时，加入至少一种气体或者中断加入至少一种气体。
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