DE102005032320A1

DE102005032320A1 - Anordnung mit optischem Element und Reinigungsvorrichtung, Projektionsbelichtunsanlage für die Mikrolithographie, Reinigungsvorrichtung und Reinigungsverfahren

Info

Publication number: DE102005032320A1
Application number: DE200510032320
Authority: DE
Inventors: Julian Dr. Kaller; Herbert Dr. Fink
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-07-09
Also published as: DE102005032320B4

Abstract

Eine Anordnung umfasst mindestens ein optisches Element (6,, 14, 16, 17) mit einer Atmosphärendruck ausgesetzten Oberfläche (15) und eine Reinigungsvorrichtung (20) zum Entfernen von an der Oberfläche (15) des optischen Elements (6, 14, 16, 17) abgelagerten Kontaminationen, insbesondere Organosiliziumverbindungen, und deren Reaktionsprodukten, z. B. polymeren Siloxanen (Si¶x¶C¶y¶O¶z¶), wobei die Reinigungsvorrichtung (20) ausgelegt ist, ein aktiviertes, reduzierendes Gas in Kontakt mit der Oberfläche (15) zu bringen. Eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie weist eine solche Anordnung auf. Die Reingiungsvorrichtung umfasst bevorzugt eine Gasquelle (21) zur Bereitstellung eines Wasserstoffatome enthaltenden Prozessgases, eine Plasma-Erzeugungseinheit zum Erzeugen des aktivierten, reduzierenden Gases aus dem Prozessgas bei Atmosphärendruck sowie ein Formungselement zur Formung eines gerichteten Strahls aus aktiviertem, reduzierenden Gas.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mindestens einem optischen Element und einer Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von an einer Oberfläche des optischen Elements abgelagerten Kontaminationen, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer solchen Anordnung, eine Reinigungsvorrichtung sowie ein entsprechendes Reinigungsverfahren.
Oberflächen optischer Elemente adsorbieren Verunreinigungen aus dem sie umgebenden, üblicherweise gasförmigen Medium. Bei Verwendung von optischen Elementen in der Mikrolithographie, z.B. als Abschlusselemente von Projektionsobjektiven, werden diese ultravioletter Strahlung in einem Wellenlängenbereich unterhalb 380 nm, bevorzugt auch unterhalb 250 nm ausgesetzt und es kann zu einer Photoreaktion der Verunreinigungen mit der UV-Strahlung kommen. Da Wasser und Sauerstoff z.B. in der Umgebung einer Außenfläche eines solchen Abschlusselements im Übermaß vorhanden sind (ca. 20% Sauerstoff, 1% Wasserdampf, aber nur wenige ppb bis ppt kontaminierende Gase), bilden sich auf der optischen Fläche durch die Interaktion mit der UV-Strahlung auch Radikale wie OH•, O•, welche eine oxidierende Umgebung erzeugen.
Im Falle von Kohlenwasserstoffen als kontaminierenden Gasen ist die Photoreaktion vorteilhaft, da durch die Laserstrahlung und die oxidierenden Radikale die Kohlenstoff-Kontamination hauptsächlich in flüchtiges CO und CO₂ umgewandelt wird. Hierzu ist es bekannt, den Photoreaktionsprozess durch Erhöhung der Sauerstoffkonzentration oder Zuführen zusätzlicher Energie zur Erzeugung von Radikalen zu beschleunigen.

In der US 6,772,776 ist eine Vorrichtung für die in-situ Reinigung einer kontaminierten Oberfläche eines reflektierenden Substrates beschrieben, welches in einer Vakuumkammer angeordnet ist. Eine Gasquelle erzeugt dort ein Prozessgas, das in einer Plasma-Erzeugungseinrichtung in ein aktiviertes Gas umgewandelt wird. Als Prozessgase können oxidierende Gase wie z.B. Sauerstoff, aber auch Wasserstoff eingesetzt werden. Der Wasserstoff soll dazu dienen, die Kohlenstoffablagerungen zu Methan (CH₄) zu reduzieren.

Aus der US 6,192,897 ist eine in einer EUV-Lithographieanlage angeordnete Vorrichtung bekannt, bei der ein Fenster (Abschlussplatte) vor Ausgasprodukten eines in einer Vakuumkammer angeordneten Resists geschützt werden soll, indem das Fenster in einer unter Unterdruck stehenden Ionisationskammer angeordnet wird, wo aktivierter Sauerstoff erzeugt und mit dem Fenster in Kontakt gebracht wird.

Ist das Oxidationsprodukt ein schwerflüchtiger Feststoff, so kommt es bei der oben beschriebenen Oxidationsreaktion statt zu einer Selbstreinigung zu einer Ablagerung dieses Feststoffes an der Oberfläche des optischen Elements. Ein solcher schwerflüchtiger Feststoff bildet sich dann aus, wenn das kontaminierende Gas z.B. Schwefel (Endprodukt: ein Sulfatsalz), Phosphor (Endprodukt: ein Phosphatsalz oder Pyrophosphorsäure) oder Silizium (Endprodukt: SiO₂ oder ein schwerflüchtiges polymeres Siloxan (Si_xC_yO_z)) enthält. Die Bildung eines schwerflüchtigen Feststoffs auf der Oberfläche optischer Elemente ist in hohem Maße unerwünscht, da der sich abscheidende Stoff zu verstärkter Lichtstreuung, Absorption und bei in Transmission betriebenen optischen Elementen erhöhter Reflexion der Antireflex-Schichten führt, sodass die optische Performance des Gesamtsystems, in dem die optischen Elemente verbaut sind, bezüglich Uniformität, Streulicht und Bildfehlern abnimmt.

Insbesondere bei Abschlusselementen von Projektionsobjektiven für die Mikrolithographie erweist sich dies als nachteilig, da der dem Abschlusselement direkt gegenüberliegende Wafer mit einem Resist versehen ist und nahezu alle bekannten Resist-Typen schwefelhaltige Photo Acid Generators enthalten und viele Resist-Typen zusätzlich Si-Verbindungen enthalten, die infolge der Belichtung mit UV-Strahlung aus dem Resist ausgasen. Auch Waferprimer wie die siliciumorganische Substanz HMDS (Hexamethyldisilazan), welches mit Wasser zu TMS (Trimethylsilanol) reagiert und durch übliche Filter schlecht zurückgehalten wird, können Quelle solcher Kontaminationen sein. Weitere derartige Kontaminationsquellen können z.B. andere Dicht-, Schmier- und Konstruktionsmaterialien sein, aus denen ebenfalls häufig Siloxane ausgasen.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art, bei der das optische Element durch die Reinigungsvorrichtung wirksam und auf einfache Weise von Kontaminationen befreit wird, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer solchen Anordnung, sowie eine zugeordnete Reinigungsvorrichtung und ein zugeordnetes Reinigungsverfahren bereitzustellen.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung der eingangs genannten Art, bei der die Oberfläche des optischen Elements Atmosphärendruck ausgesetzt ist und die Reinigungsvorrichtung ausgelegt ist, ein aktiviertes reduzierendes Gas in Kontakt mit der Oberfläche zu bringen, wobei die Kontaminationen insbesondere Organosiliziumverbindungen und deren Reaktionsprodukte, z.B. polymere Siloxane (Si_xC_yO_z) sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird ausgenützt, dass die genannten kontaminierenden Stoffe zwar schwerflüchtige Oxide, aber leichtflüchtige Hydride (Wasserstoffverbindungen) bilden, z.B. SiH₄ (Silan). Die Erfindung ist aber nicht auf Siliziumverbindungen beschränkt, so können beispielsweise auch Schwefel- oder Phosphorverbindungen auf diese Weise entfernt werden, da diese ebenfalls leichtflüchtige Hydride, nämlich H₂S (Schwefelwasserstoff), bzw. PH₃ (Phosphorwasserstoff, Phosphan) bilden. Greift man in diesen Fällen statt mit den oxidierenden radikalen OH•, O• mit einem aktivierten reduzierenden Gas, d.h. einem Gas, welches reduzierende Radikale wie H• oder H⁺ enthält, an, wird das oxidierte feste Material zu gasförmigen Produkten umgewandelt. Übliche Schichtmaterialien werden dabei nicht angegriffen.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann immer dort besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wo optische Elemente Licht ausgesetzt sind, das eine Photoreaktion mit kontaminierenden Substanzen auslöst, also insbesondere bei nahezu jeder UV-Optik, z.B. UV-Lampen, Spiegeln oder Waferinspektions- systemen. Auch bei anderen Wellenlängen, insbesondere bei Laserfenstern und Glasfasern von High-Power Lasern wie sie z.B. im infraroten Wellenlängenbereich zum Laserschweißen eingesetzt werden, kann die Oxidationsreaktion auftreten und durch die erfindungsgemäße Anordnung können die daraus resultierenden, schwerflüchtigen oxidischen Kontaminationen reduziert werden.

Die Radikale des aktivierten, reduzierenden Gases werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung typischerweise durch Atmosphärenluft transportiert, so dass am Ort des zu reinigenden optischen Elements kein Vakuum herrschen muss. Dies ermöglicht insbesondere die Verwendung der Anordnung für optische Elemente von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, welche unter Atmosphärendruck betrieben werden. Alternativ kann aber auch eine Reinigung von optischen Elementen in Projektionsbelichtungsanlagen z.B. für EUV, welche während des Betriebes evakuiert sind, ex-situ erfolgen, d.h. wenn diese nicht im Belichtungsbetrieb sind und das Vakuum abgebaut ist. Ebenso kann das Verfahren der ex-situ Reinigung für optische Flächen von Projektionsbelichtungsanlagen angewandt werden, die im Betrieb mit Flüssigkeiten, z.B. Wasser in Kontakt sind. Hierzu wird vor dem Reinigungsvorgang die Flüssigkeit entfernt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung enthält das aktivierte reduzierende Gas aktivierten Wasserstoff in der Form von H•, H⁺ und/oder H₂ ⁺, welcher in der Reinigungsvorrichtung erzeugt wird. Die Verwendung von aktiviertem Wasserstoff hat sich für Reinigungszwecke als besonders vorteilhaft erwiesen. Zur Erzeugung des aktivierten Wasserstoffs können unterschiedliche Methoden eingesetzt werden, z.B. chemische Reaktionen oder die Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas. Alternativ können auch andere Gase (z.B. Methangas) zum Einsatz kommen, welche in unveränderter Form oder nach geeigneter Aktivierung eine Reduktion von schwerflüchtigen oxidischen Verbindungen bewirken können.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Reinigungsvorrichtung eine Formungseinheit, insbesondere eine Düse, zur Formung eines gerichteten Strahls aus aktiviertem, reduzierenden Gas, wodurch das Gas gebündelt wird und somit effektiv für den Zweck der Reinigung eingesetzt werden kann. Weiterhin ist es wesentlich, dass das Gas möglichst auf direktem Weg mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wird, da das aktivierte Gas nur eine geringe mittlere Weglänge und damit eine geringe Verweilzeit in atmosphärischer Umgebung bis zur Rekombination, d.h. bis zur Deaktivierung der aktivierten Gase besitzt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Formungseinheit relativ zur Oberfläche beweglich. Hierdurch kann eine gezielte Reinigung kontaminierter Teilbereiche der Oberfläche erreicht werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Formungseinheit über eine flexible Gaszuleitung versorgt. Die Gaszuleitung, insbesondere ein Schlauch, kann in diesem Fall leicht von einem Bediener geführt und das aktivierte, reduzierende Gas mit der Oberfläche in Kontakt gebracht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Reinigungsvorrichtung eine Messanordnung zur Bestimmung des Kontaminationsgrads der Oberfläche auf, sodass die Oberfläche nur in den Bereichen gereinigt werden kann, in denen die Kontaminationen so stark sind, dass eine solche Reinigung nötig ist.

In einer außerordentlich bevorzugten Ausführungsform weist die Reinigungsvorrichtung eine Gasquelle zur Bereitstellung eines Wasserstoffatome enthaltenden Prozessgases und eine Plasma-Erzeugungseinheit zum Erzeugen des aktivierten, reduzierenden Gases aus dem Prozessgas auf. Eine solche Reinigungsvorrichtung ermöglicht eine einfache Erzeugung des reduzierenden Gases.

In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Plasma-Erzeugungseinheit zur Erzeugung eines Plasmas bei Atmosphärendruck ausgelegt. Derartige Plasma-Erzeugungseinrichtungen sind bekannt und werden für gewöhnlich mit oxidierenden Gasen betrieben. Eine Umrüstung derselben und deren Nutzung mit reduzierenden Gasen ist aber mit gewissen Modifikationen möglich.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Plasma-Erzeugungseinheit zur Erzeugung eines Plasmas bei weniger als 300°C, bevorzugt bei weniger als 100°C, insbesondere bei Raumtemperatur ausgelegt. Insbesondere bei Atmosphärendruck erzeugte Plasmen haben eine hohe Temperatur, was dazu führen kann, dass die in diesen Erzeugungseinheiten generierten Gase zu heiß sind und die zu behandelnden Oberflächen zerstören. Eine Möglichkeit, eine Plasma-Flamme mit einer geringen Temperatur zu erzeugen, ist beispielsweise in der DE 101 45 131 A1 offenbart, die durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Plasma-Erzeugungseinheit eine Prozessgasregelungseinheit zur Regelung der Gaszufuhr des Prozessgases auf. Das Prozessgas kann mit dieser Einheit z.B. hinsichtlich Fließrate, Gasdruck und Gaszusammensetzung geregelt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung enthält das Prozessgas minestens eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Acetylen (C₂H₂) und Wasserstoff (H₂). Mit Hilfe dieser Gase lässt sich in der Plasma-Erzeugungseinheit auf einfache Weise aktivierter Wasserstoff herstellen. Zusätzlich kann das Prozessgas zur optimalen Entfaltung der Reinigungswirkung noch weitere Gase, z.B. Argon, enthalten. Alternativ können auch andere Gase, welche Wasserstoff enthalten, z.B. Hydrazin (N₂H₄), verwendet werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bilden die Formungseinheit und die Plasma-Erzeugungseinheit eine bauliche Einheit. Insbesondere bei Anbringung der Formungseinheit am Ende eines Gasschlauchs schließt sich die Formungseinheit in vorteilhafter Weise unmittelbar an die Plasma-Erzeugungseinheit an. Hierdurch wird eine flexible Handhabung der Reinigungseinrichtung ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Plasma-Erzeugungseinheit an eine Hochspannungsquelle angeschlossen. Die Hochspannungsquelle dient der Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen Elektroden in der Plasma-Erzeugungseinheit. Alternativ kann auch eine Aktivierung des Gases ohne Elektroden vorgenommen werden, z.B. mittels eines Hochfrequenzgenerators wie in der DE 101 45 131 A1 beschrieben.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist das optische Element Teil einer Hochleistungs-Laseroptik bzw. einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Die Reinigung des optischen Elements erfolgt in diesen Fällen im eingebauten Zustand in den entsprechenden Anlagen.

Die Erfindung ist auch realisiert in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie umfassend: ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten eines Retikels, ein Projektionsobjektiv zur Abbildung einer auf dem Retikel befindlichen Struktur auf ein lichtempfindliches Substrat, sowie einer Anordnung wie oben beschrieben. Die Reinigungsvorrichtung ist in diesem Fall fest mit der Projektionsbelichtungsanlage verbunden und Bestandteil derselben.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element das Abschlusselement des Projektionsobjektivs, das Retikel, das dem Retikel am Nächsten liegende optische Element des Projektionsobjektivs oder des Beleuchtungssystems und/oder eine reflektierende Schicht des Retikels oder einer Waferstage. Die Außenfläche dieser optischen Elemente sind von außen leicht zugänglich, sodass das reduzierende Gas besonders einfach mit diesen Elementen in Kontakt gebracht werden kann. Weiterhin ist bei diesen Elementen dadurch, dass diese als Abschluss- bzw. Eintrittselemente des Projektionsobjektivs bzw. des Beleuchtungssystems angeordnet sind, mit einer vermehrten Kontamination zu rechnen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Formungselement permanent auf das optische Element ausgerichtet. Das Formungselement kann in diesem Fall dauerhaft während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage auf die Oberfläche des optischen Elements einen Gasstrom richten oder in festlegbaren Zeitintervallen einen solchen Strahl aussenden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Formungselement an einem schwenkbaren Arm in der Projektionsbelichtungsanlage befestigt. Die Reinigung kann in diesem Fall nur bei Bedarf durchgeführt werden, wozu der Arm in die Nähe der zu reinigenden Oberfläche geschwenkt wird. Insbesondere ist es in diesem Fall möglich, die Reinigung im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage durchzuführen. Der Arm mit dem Formungselement kann z.B. immer dann aus einer Halteposition in eine Reinigungsposition in der Nähe der Oberfläche verfahren werden, wenn der Belichtungsbetrieb z.B. bei einem Waferwechsel kurzzeitig unterbrochen ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Reinigungsvorrichtung wie oben beschrieben mit einer Gasquelle zur Bereitstellung eines Wasserstoffatome enthaltenden Prozessgases, welches bevorzugt mindestens eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Acetylen (C₂H₂) und Wasserstoff (H₂) enthält, einer Plasma-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines aktivierten, reduzierenden Gases aus dem Prozessgas bei Atmosphärendruck, sowie einer Formungseinheit, bevorzugt einer Düse, zur Formung eines gerichteten Strahls aus aktiviertem, reduzierenden Gas. Eine solche Reinigungsvorrichtung kann mobil ausgelegt sein, sodass sie bei Bedarf an zu reinigende Systeme, z.B. Projektionsbelichtungsanlagen oder Waferinspektionssysteme, herangeführt werden kann, wo ein Bediener die vorteilhafter Weise an einem Gasschlauch befestigte Düse an die kontaminierten Oberflächen heranbringen kann. Ein solcher Einsatz ist deshalb möglich, weil die Plasma-Erzeugungseinheit ein Atmosphärendruck-Plasma erzeugt, sodass die optischen Oberflächen der unter Atmosphärendruck stehenden Umgebungsluft ausgesetzt sein können. Im Gegensatz hierzu wird bei den bekannten Reinigungsvorrichtungen (s.o.) ein Plasma unter einem weitaus geringeren Druck erzeugt, sodass die optischen Oberflächen in einer Vakuumkammer angeordnet sein müssen.

Die Erfindung ist auch verwirklicht in einem zugeordneten Verfahren zum Entfernen von Kontaminationen, insbesondere Organosiliziumverbindungen und deren Reaktionsprodukten, z.B. polymeren Siloxanen, von einer Atmosphärendruck ausgesetzten Oberfläche eines optischen Elements, mit den Schritten: Erzeugen eines aktivierten reduzierenden Gases und in Kontakt bringen des aktivierten reduzierenden Gases mit der kontaminierten Oberfläche. Das Verfahren ermöglicht eine Reinigung der Oberflächen optischer Elemente bei Atmosphärendruck.

Bei vorteilhaften Varianten des Verfahrens wird das aktivierte, reduzierende Gas als gerichteter Strahl mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wobei das reduzierende Gas bevorzugt in einem Abstand zwischen 0,5 und 20 mm von der Oberfläche erzeugt bzw. aus dem Formungselement freigesetzt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Gas bei seinem Weg zur Oberfläche seine Aktivierung nicht durch Rekombination verliert.

Bei einer weiteren Variante wird das reduzierende Gas durch Plasmabildung aus einem Prozessgas erzeugt. Das Prozessgas enthält bevorzugt mindestens eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Acetylen (C₂H₂) und Wasserstoff (H₂). Weitere Gase, wie z.B. Argon (Ar) können dem Prozessgas beigemischt sein.

In einer besonders vorteilhaften Variante wird der Kontaminationsgrad des optischen Elements bestimmt und das Entfernen der Kontaminationen in Abhängigkeit vom gemessenen Kontaminationsgrad durchgeführt, sodass eine intensivere Reinigung an den besonders stark kontaminierten Stellen der Oberfläche durchgeführt werden kann und der Reinigungsprozess stets entsprechend dem tatsächlich bestehenden Bedarf durchgeführt werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels 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.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel ist in der schematischen Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer ein reduzierendes Gas erzeugenden Reinigungsvorrichtung, und
2 eine schematische Darstellung eines Details der Reinigungsvorrichtung mit einer Plasma-Erzeugungseinheit und einer Formungseinheit zur Erzeugung eines definiert geformten Plasmas aus aktiviertem, reduzierenden Gas.
In 1 ist schematisch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 1 in Form eines Wafer-Steppers gezeigt, die zur Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen vorgesehen ist und üblicherweise unter Atmosphärendruck betrieben wird. Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst als Lichtquelle üblicherweise einen Excimer-Laser 2 mit einer Arbeitswellenlänge von 193 nm, wobei auch andere Arbeitswellenlängen, beispielsweise 157 oder 248 nm, oder andere Lichtquellen wie Quecksilberdampflampen mit Spektralfilter, z.B. für 365 nm möglich sind. Ein nachgeschaltetes Beleuchtungssystem 3 erzeugt in seiner Austrittsebene 4 ein großes, scharf begrenztes, sehr homogen beleuchtetes und an die Telezentrie-Erfordernisse des nachgeschalteten Projektionsobjektivs 5 angepasstes Bildfeld.
Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung 7 zum Halten und Manipulieren eines Retikels 6 so angeordnet, dass diese in der Objektebene 4 des Projektionsobjektivs 5 liegt und in dieser Ebene zum Scanbetrieb in einer Abfahrrichtung 9 bewegbar ist.
Hinter der auch als Maskenebene bezeichneten Ebene 4 folgt das Projektionsobjektiv 5, das ein Bild einer auf dem Retikel 6 befindlichen Struktur mit reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 4:1 oder 5:1 oder 10:1, auf einen auf einer Waferstage 10 angeordneten, mit einer Photoresistschicht belegten Wafer 11 abbildet. Der als lichtempfindliches Substrat dienende Wafer 11 ist so angeordnet, dass die ebene Substratoberfläche mit der Photoresistschicht im wesentlichen mit der Bildebene 12 des Projektionsobjektivs 5 zusammenfällt. Der Wafer wird durch eine Einrichtung 8 gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel (Maske) 6 zu bewegen. Die Einrichtung 8 umfasst auch Manipulatoren, um den Wafer sowohl in z-Richtung parallel zur optischen Achse 13 des Projektionsobjektivs, als auch in x- und y-Richtung senkrecht zu dieser Achse zu verfahren.
Das Projektionsobjektiv 5 hat als Abschlusselement 17 eine üblicherweise plane Abschlusslinse, deren üblicherweise ebene, als Austrittsfläche dienende Oberfläche 15 des Projektionsobjektivs 5 in einem Arbeitsabstand oberhalb der Substratoberfläche angeordnet ist. Die Oberfläche 15 ist dem Wafer 11 gegenüber angeordnet, sodass sie aus dem Photoresist ausgasenden Stoffen, insbesondere Si-Verbindungen, unmittelbar ausgesetzt ist. Durch die intensive Strahlung der Laser-Lichtquelle 2 wird eine Photoreaktion ausgelöst, in der die Si-Verbindungen zu schwerflüchtigen polymeren Siloxanen (Si_xC_yO_z) oder Quarz (SiO₂) oxidiert werden können, da Wasser und Sauerstoff in der Umgebung der Austrittsfläche 15 und des Abschlusselements 17 im Übermaß vorhanden sind, so dass sich dort Radikale wie OH•, O• bilden und eine oxidierende Umgebung an der Oberfläche erzeugen. Polymere Siloxane und Quarz sind schwerflüchtige Feststoffe, die sich auf der Oberfläche 15 festsetzen, woraus eine Reduktion der Performance der Projektionsbelichtungsanlage 1 resultieren kann, insbesondere durch vermehrte Lichtstreuung und Absorption.
Verunreinigungen durch Siloxane oder andere Organosiliziumverbindungen, sowie durch weitere Verbindungen, welche schwerflüchtige Reaktionsprodukte bilden, z.B. Schwefel- oder Phosphorverbindungen, können an jedem optischen Element der Projektionsbelichtungsanlage 1 entstehen. Besonders gefährdet sind neben dem Abschlusselement 17 die Außenflächen der optischen Elemente, welche das Projektionsobjektiv 5 bzw. das Beleuchtungssystem 3 begrenzen, also insbesondere die Eintrittslinse 16 des Projektionsobjektivs oder die Austrittslinse 14 des Beleuchtungssystems. Auch das Retikel 6 kann von solchen Kontaminationen betroffen sein.
Zur Entfernen der Kontaminationen an den Oberflächen der oben genannten und weiterer optischer Elemente in der Projektionbelichtungsanlage 1 ist eine Reinigungsvorrichtung 20 vorgesehen, welche ein aktiviertes, reduzierendes Gas erzeugt, das in Kontakt mit den optischen Flächen, z.B. der Oberfläche 15 des Abschlusselements 17, gebracht wird und dort die schwerflüchtigen Feststoffkontaminationen durch Reduktion in leichtflüchtige Gase umwandelt.
Die Reinigungseinrichtung 20 weist zur Bereitstellung eines Prozessgases, aus dem das aktivierte, reduzierende Gas, welches als Reduktionsmittel aktivierten Wasserstoff in Form von H•, H⁺ oder H₂ ⁺ enthält, erzeugt werden soll, eine Gasquelle 21 auf, welche zusammen mit einer Hochspannungsquelle 24 in einer gemeinsamen Einheit 25 integriert ist. Eine nicht bildlich dargestellte Prozessgasregelungseinheit ist in der Einheit 25 eingebaut und dient zur definiert variierbaren Gaserzeugung des Prozessgases insbesondere hinsichtlich Fließrate, Gasdruck und Gaszusammensetzung. Als Gasquelle 21 kann insbesondere auch ein Gasanschluss einer in einem Gebäude verlegten Gasleitung dienen, welche ein geeignetes Prozessgas führt.
Die Gasquelle 21 stellt ein Wasserstoffatome enthaltendes Prozessgas, insbesondere in Form von Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Acetylen (C₂H₂) oder Wasserstoff (H₂) bereit. Der Wasserstoff im Prozessgas wird in einer unten im Zusammenhang mit 2 näher beschriebenen Strahlerzeugungseinheit 23 durch Plasmabildung bei Atmosphärendruck aktiviert und das aktivierte Gas wird als gerichteter Strahl mit den kontaminierten Oberflächen in Kontakt gebracht. Zwischen der Strahlerzeugungseinheit 23 und der Einheit 25 ist ein flexibler Gasschlauch 22 angeordnet, mit dem die Strahlerzeugungseinheit 23 von einem Bediener an die kontaminierten Oberflächen herangeführt werden kann.
Die mobile Reinigungseinrichtung 20 kann somit flexibel eingesetzt werden und immer dort zum Einsatz kommen, wo Oberflächen optischer Systeme auf die oben beschriebene Weise kontaminiert werden. Die Reinigungseinrichtung 20 bildet zusammen mit den jeweils zu reinigenden Oberflächen eine gemeinsame Anordnung, welche unter Atmosphärendruck betrieben werden kann, sodass auf den Aufbau eines Vakuums in der Projektionsbelichtungsanlage 1 zu Reinigungszwecken verzichtet werden kann, bzw. die zu reinigenden optischen Elemente nicht aus der Projektionsbelichtungsanlage ausgebaut werden müssen, um diese einem Vakuum auszusetzen.
Die Reinigungsvorrichtung 20 kann aber auch alternativ bei Projektionsbelichtungsanlagen, die unter Vakuum betrieben werden, wie dies insbesondere bei Verwendung von Wellenlängen im EUV-Bereich der Fall ist, zum Einsatz kommen. Hierzu muss die Projektionsbelichtungsanlage auf Atmosphärendruck gebracht werden, damit ein Bediener die Formungseinrichtung 20 an die zu reinigenden Stellen führen kann. Die zu reinigenden Oberflächen sind im Fall von EUV reflektierende Spiegelschichten oder reflektierende Schichten auf dem Retikel oder der Waferstage. Ebenso kann die Reinigungsvorrichtung 20 bei Projektionsbelichtungsanlagen, bei denen sich zwischen der Oberfläche des letzten Linsenelements und dem Wafer eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser befindet. Hierzu wird die Flüssigkeit zwischen letzter Linse und Wafer vor der Reinigung abgelassen.
Zur Reinigung der Projektionsbelichtungsanlage 1 mit der mobilen Reinigungseinrichtung 20 muss typischerweise der Belichtungsbetrieb eingestellt werden, wobei die Scannereigenschaften der Belichtungsanlage 1 unstetig verändert werden können. Alternativ kann die Reinigungseinrichtung 20 daher auch fest mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 verbunden sein, d.h. die Einheit 25 ist in diese integriert und weist einen oder mehrere Gasschläuche 22 auf, welche zu den kontaminierten Oberflächen führen. Die Strahlerzeugungseinheiten sind in diesem Fall beispielsweise an einem schwenkbaren Arm 18 befestigt und werden bei Bedarf von einer Halteposition in eine Reinigungsposition in der Nähe der Oberflächen bewegt. Der Vorteil einer festen Verbindung zwischen Reinigungsvorrichtung 20 und Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht darin, dass eine kontinuierliche Performance der Projektionsbelichtungsanlage sichergestellt werden kann, da die Reinigung während des Betriebes, beispielsweise in den kurzen Belichtungspausen beim Waferwechsel durchgeführt wird.
2 zeigt ein Detail der Reinigungseinrichtung 20 mit der Strahlerzeugungseinheit 23, welche an den Gasschlauch 22 anschließt und eine Plasma-Erzeugungseinheit 23a und eine Formungseinheit 23b in Form einer Düse umfasst. Die Plasma-Erzeugungseinheit 23a erzeugt zwischen zwei Elektroden 26a, 26b aus dem Prozessgas ein Plasma 27 bei Atmosphärendruck, welches aktivierten Wasserstoff in der Form von H•, H⁺ und/oder H₂ ⁺ enthält. Das Plasma wird bei einer Temperatur von unter 300°C, bevorzugt bei Raumtemperatur erzeugt. Die Zuleitungen zwischen der Hochspannungsquelle 21 und den Elektroden 26a, 26b sind hierbei nicht bildlich dargestellt und in den Gasschlauch 22 integriert. Die Strahlerzeugungseinheit 23 ist relativ zur Oberfläche 15 verschiebbar ausgelegt, sodass auch einzelne Teilbereiche derselben gereinigt werden können.
Die Düse 23b erzeugt einen gerichteten Strahl 28 (Plasmaflamme), welche auf die kontaminierte Oberfläche 15 des Abschlusselements 17 gerichtet wird. Die Düsenöffnung weist hierbei einen Abstand von zwischen ca. 0.5 mm und 20 mm von der Oberfläche 15 auf. Der Abstand muss einerseits so gering gewählt sein, dass der aktivierte Wasserstoff nicht rekombiniert, andererseits muss sichergestellt sein, dass die Plasmaflamme nicht zu dicht an die Oberfläche herangeführt wird, um die Zerstörung derselben durch die Flamme zu verhindern. Vorteilhafte Möglichkeiten zur Erzeugung einer Plasmaflamme, welche eine möglichst geringe Temperatur aufweist, sind der DE 101 45 131 A1 zu entnehmen.
Zur Bestimmung, wann der Einsatz der oben beschriebenen Reinigungsvorrichtung 20 notwendig ist, kann eine Messseinrichtung zur Kontaminationsgradbestimmung in der Reinigungsvorrichtung, beispielsweise an dem verschwenkbaren Arm 18, integriert sein. Es ist aber auch möglich, bereits in der Projektionsbelichtungsanlage vorgesehene optische Sensoren zur Bestimmung der Transmission hierzu zu verwenden. Alternativ oder zusätzlich kann z.B. auch eine Streulichtmessung am Projektionsobjektiv 5 vorgenommen werden, indem geeignete beugende Strukturen als Retikel 6 eingesetzt werden und diese mit dem Projektionsobjektiv 5 auf die Bildebene 12 abgebildet und dort auftretende Bildfehler detektiert werden. Aus der gemessenen Transmission bzw. den Bildfehlern kann auf den Kontaminationsgrad der optischen Elemente geschlossen werden.
Die oben beschriebene Reinigung kann nicht nur an den Oberflächen optischer Elemente von Projektionsbelichtungsanlagen, sondern an allen optischen Elementen durchgeführt werden, an denen sich schwerflüchtige Feststoffe absetzen, welche durch Reduktion in einen leichtflüchtigen Stoff umgewandelt werden können. Insbesondere ist dies auch im infraroten Wellenlängenbereich möglich, wo ebenfalls eine Photoreaktion zu schwerflüchtigen Feststoffen führen kann, wenn die optischen Elemente intensiver Laserstrahlung ausgesetzt sind, wie z.B. bei einem IR-Hochleistungslaser. Es ist insbesondere auch möglich, Kohlenstoffkontaminationen an den optischen Elementen durch ein reduzierendes Gas bei Atmosphärendruck zu entfernen, da Kohlenstoff ein leicht flüchtiges Hydrid (CH₄) bildet.

Claims

Anordnung mit: mindestens einem optischen Element (6, 14, 16, 17) und einer Reinigungsvorrichtung (20) zum Entfernen von an einer Oberfläche (15) des optischen Elements (17) abgelagerten Kontaminationen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (15) des optischen Elements (17) Atmosphärendruck ausgesetzt ist und die Reinigungsvorrichtung (20) ausgelegt ist, ein aktiviertes, reduzierendes Gas in Kontakt mit der Oberfläche (15) zu bringen, wobei die Kontaminationen insbesondere Organosiliziumverbindungen und deren Reaktionsprodukte, z.B. polymere Siloxane (Si_xC_yO_z) sind.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der das aktivierte reduzierende Gas aktivierten Wasserstoff in der Form von H•, H⁺ und/oder H₂ ⁺ enthält, welcher in der Reinigungsvorrichtung (20) erzeugt wird.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Reinigungsvorrichtung (20) eine Formungseinheit (23b), insbesondere eine Düse, zur Formung eines gerichteten Strahls (28) aus aktiviertem, reduzierendem Gas umfasst.
Anordnung nach Anspruch 3, bei der die Formungseinheit (23b) relativ zur Oberfläche (15) beweglich ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Formungseinheit (23b) über eine flexible Gaszuleitung (22) versorgt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Reinigungsvorrichtung (20) eine Messanordnung zur Bestimmung des Kontaminationsgrads der Oberfläche (15) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Reinigungsvorrichtung (20) eine Gasquelle (21) zur Bereitstellung eines Wasserstoffatome enthaltenden Prozessgases und eine Plasma-Erzeugungseinheit (23a) zum Erzeugen des aktivierten, reduzierenden Gases aus dem Prozessgas aufweist.
Anordnung nach Anspruch 7, bei der die Plasma-Erzeugungseinheit (23a) zur Erzeugung eines Plasmas bei Atmosphärendruck ausgelegt ist.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Plasma-Erzeugungseinheit (23a) zur Erzeugung eines Plasmas bei weniger als 300°C, bevorzugt bei weniger als 100°C, insbesondere bei Raumtemperatur ausgelegt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Reinigungsvorrichtung (20) eine Prozessgasregelungseinheit zur Regelung der Gaszufuhr des Prozessgases zur Plasma-Erzeugungseinheit (23a) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der das Prozessgas der Gasquelle (21) mindestens eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Acetylen (C₂H₂) und Wasserstoff (H₂) enthält.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der die Formungseinheit (23b) und die Plasma-Erzeugungseinheit (23a) eine bauliche Einheit (23) bilden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei der die Plasma-Erzeugungseinheit (23a) an eine Hochspannungsquelle angeschlossen ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das optische Element Teil einer Hochleistungs-Laseroptik ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der das optische Element (6, 14, 16, 17) Teil einer Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie ist.
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie umfassend: ein Beleuchtungssystem (3) zum Beleuchten eines Retikels (6), ein Projektionsobjektiv (5) zur Abbildung einer auf dem Retikel (6) befindlichen Struktur auf ein lichtempfindliches Substrat (11), sowie eine Anordnung nach Anspruch 15.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, bei der das optische Element (6, 14, 16, 17) das Abschlusselement (17) des Projektionsobjektivs (5), das Retikel (6), das dem Retikel (6) am Nächsten liegende optische Element (14, 16) des Projektionsobjektivs (5) oder des Beleuchtungssystems (3), und/oder eine reflektierende Schicht des Retikels oder einer Waferstage ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16 oder 17, bei der die Formungseinheit (23b) permanent auf das optische Element (6, 14, 16, 17) ausgerichtet ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei der die Formungseinheit (23b) an einem schwenkbaren Arm (18) in der Projektionsbelichtungsanlage (1) befestigt ist.
Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von an der Oberfläche (15) eines optischen Elements (6, 14, 16, 17) abgelagerten Kontaminationen, insbesondere Organosiliziumverbindungen und deren Reaktionsprodukten, z.B. polymeren Siloxanen (Si_xC_yO_z), mit: einer Gasquelle (21) zur Bereitstellung eines Wasserstoffatome enthaltenden Prozessgases, einer Plasma-Erzeugungseinheit (23a) zum Erzeugen eines aktivierten, reduzierenden Gases aus dem Prozessgas bei Atmosphärendruck, sowie einer Formungseinheit (23b) zur Formung eines gerichteten Strahls (28) aus aktiviertem, reduzierenden Gas.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 20, bei der das Prozessgas mindestens eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Acetylen (C₂H₂) und Wasserstoff (H₂) enthält.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, bei der die Formungseinheit (23b) eine Düse ist.
Verfahren zum Entfernen von Kontaminationen, insbesondere Organosiliziumverbindungen und deren Reaktionsprodukten, z.B. polymeren Siloxanen (Si_xC_yO_z),von einer Atmosphärendruck ausgesetzten Oberfläche (15) eines optischen Elements (6, 14, 16, 17), gekennzeichnet durch die Schritte: Erzeugen eines aktivierten, reduzierenden Gases, und in Kontakt bringen des aktivierten, reduzierenden Gases mit der kontaminierten Oberfläche (15).
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das aktivierte, reduzierende Gas als gerichteter Strahl (28) mit der Oberfläche (15) in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, bei dem das aktivierte, reduzierende Gas in einem Abstand zwischen 0,5 und 20 mm von der Oberfläche (15) erzeugt bzw. von einer Formungseinheit (23b) freigesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem das aktivierte, reduzierende Gas durch Plasmabildung aus einem Prozessgas erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Prozessgas mindestens eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Acetylen (C₂H₂) und Wasserstoff (H₂) enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, bei dem der Kontaminationsgrad des optischen Elements (6, 14, 16, 17) bestimmt wird und das Entfernen der Kontaminationen in Abhängigkeit vom gemessenen Kontaminationsgrad durchgeführt wird.