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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen mit Partikeln im Nanometerbereich, insbesondere an Oberflächen von Komponenten für die EUV-Mikrolithographie.
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STAND DER TECHNIK
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Zur Herstellung mikrostrukturierter oder nanostrukturierter Bauteile der Elektrotechnik oder Mikrosystemtechnik werden mikrolithografische Verfahren eingesetzt, bei denen mit einer Projektionsbelichtungsanlage Strukturen, die auf einem Retikel vorhanden sind, mit Hilfe eines Projektionsobjektivs in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer abgebildet werden. Um immer kleinere Strukturgrößen auflösen zu können, wird bei den Projektionsbelichtungsanlagen zur Abbildung der Strukturen Licht mit immer kleineren Wellenlängen eingesetzt, so dass beispielsweise Projektionsbelichtungsanlagen im extrem ultravioletten (EUV) Wellenlängenspektrum mit Wellenlängen im Bereich von 5 nm bis 15 nm betrieben werden.
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Bei derartigen Projektionsbelichtungsanlagen führen entsprechend auch kleinste Verunreinigungen oder Verschmutzungen von Komponenten, wie beispielsweise dem die Strukturen tragenden Retikel oder einem zur Beleuchtung oder Abbildung eingesetzten Spiegel, zu Fehlern in der Herstellung der mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteile, so dass die in einer Projektionsbelichtungsanlage eingesetzten Komponenten möglichst keine Partikelkontaminationen an den Oberflächen aufweisen sollten. Folglich ist es erforderlich, die in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzten Komponenten daraufhin zu überwachen, ob sie eine unzulässige Verunreinigung mit Partikeln aufweisen, um das Einbringen von unerwünschten Partikeln vermeiden zu können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen die Kontamination von Oberflächen mit Partikeln bestimmt werden kann. Insbesondere sollen Partikel mit Dimensionen im Nanometerbereich, also im Bereich von unter 1 µm, vorzugsweise im Bereich von 10 nm bis 500 nm zuverlässig ermittelt und bestimmt werden können. Darüber hinaus soll die Vorrichtung einfach aufgebaut und das Verfahren einfach durchführbar sein, um in einem industriellen Produktionsprozess einsetzbar zu sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung schlägt vor, mittels eines Fluids Partikel, die an der zu untersuchenden Oberfläche einer Komponente vorliegen, von der Oberfläche abzulösen und mit dem Fluid als Träger abzuführen und einem Partikelzähler zuzuführen, der von dem Fluid mit den aufgenommenen Partikeln durchströmt wird, so dass die Partikel von dem Partikelzähler erfasst werden können.
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Um sicherstellen zu können, dass die abgelösten Partikel aus einer bestimmten Oberfläche stammen und um eine effektive Ablösung der Partikel von der Oberfläche zu bewirken, wird ein Messgehäuse vorgesehen, welches einen Raum definiert, der die zu untersuchende Oberfläche umgibt und das Fluid zur Ablösung und zum Abtransport der Partikel aufnimmt. Entsprechend ist mindestens eine Zuführleitung vorgesehen, mit der das Fluid in den Raum eingeführt werden kann, und mindestens eine Abgabeleitung, mit der das Fluid aus dem Raum wieder abgeführt werden kann. In der Abgabeleitung wird dann mindestens ein Partikelzähler angeordnet, welcher die in dem Fluid enthaltenen Partikel beim Durchströmen des Fluids erfasst. Da das zugeführte Fluid entweder keine Partikel enthält oder einen bekannten Partikelgehalt aufweist, stammen die in der Abgabeleitung neu bzw. zusätzlich erfassten Partikel aus dem behandelten Oberflächenbereich. Außerdem kann in der Zuführleitung für das Fluid ebenfalls ein Partikelzähler vorgesehen sein, da damit der Partikelgehalt des zugeführten Fluids für eine Differenzmessung mit dem Partikelgehalt des abgeführten Fluids erhalten werden kann.
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Das Messgehäuse kann so aufgebaut sein, dass die zu untersuchende Komponente vollständig in dem Messgehäuse aufgenommen ist und der von dem Messgehäuse definierte Raum die zu untersuchende Komponente allseitig umschließt, so dass lediglich kleine Bereiche der zu untersuchenden Komponente, in denen die zu untersuchende Komponente in einer Aufnahme im Messgehäuse gehalten ist, für die Untersuchung der Oberfläche nicht zur Verfügung stehen.
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Alternativ kann das Messgehäuse so ausgebildet sein, dass es an einer zu untersuchenden Komponente angeordnet werden kann, wobei die zu untersuchende Oberfläche der Komponente einen Teil der Begrenzung des Raums darstellt, in dem das Fluid zur Ablösung und zum Abtransport der Partikel aufgenommen wird. Entsprechend kann ein derartiges Messgehäuse eine Aufnahme aufweisen, die einen dichten Anschluss der zu untersuchenden Oberfläche an ein einseitig offenes Messgehäuse ermöglicht.
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Insgesamt kann jede Art von Messgehäuse so ausgebildet sein, dass es mit Ausnahme der Zuführleitung und Abgabeleitung einen dichten Abschluss des Raums für das Fluid ermöglicht, um so zu vermeiden, dass die Bestimmung der Partikel durch Partikel verfälscht wird, die nicht von der zu untersuchenden Oberfläche stammen.
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Als Fluid können Flüssigkeiten oder Gase eingesetzt werden, wobei insbesondere voll entsalztes bzw. deionisiertes Wasser oder extrem gereinigte, trockene und somit partikelfreie Luft eingesetzt werden können, wobei die Luft zusätzlich ionisiert sein kann, um Aufladungseffekte zu vermeiden.
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Um ein effektives Ablösen der Partikel von der zu untersuchenden Oberfläche zu gewährleisten, kann die Vorrichtung entsprechende Einrichtungen zur Druckerzeugung, wie beispielsweise Druckdüsen, Schwingungsvorrichtungen, Ultraschallerzeuger, Megaschallerzeuger, Heizelemente, Schockwellenerzeuger und dergleichen umfassen. Diese Vorrichtungen können einzeln und in Kombination miteinander eingesetzt werden, um die Ablösung der Partikel von der zu untersuchenden Oberfläche zu verbessern. So können beispielsweise Druckwellen oder Schwingungen im Fluid oder direkt an der zu untersuchenden Komponente erzeugt werden, um Partikel zu lösen. Durch die Heizelemente kann eine Temperierung des Fluids und/oder der zu untersuchenden Komponente bewirkt werden, die eine Ablösung der Partikel ebenfalls unterstützen kann.
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Die Vorrichtung kann weiterhin eine Pumpe umfassen, die eine Bewegung des Fluids von der Zuführleitung durch den Raum des Messgehäuses in die Abgabeleitung sicherstellt. Die Pumpe kann dabei in der Zuführleitung und/oder der Abgabeleitung angeordnet sein.
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Sowohl in der Zuführleitung als auch in der Abgabeleitung kann mindestens ein Partikelfilter angeordnet sein, um Partikel auszufiltern. In der Zuführleitung kann dies sinnvoll sein, um sicherzustellen, dass sauberes Fluid in den Raum zur Ablösung von Partikel zugeführt wird oder wenn das Fluid in Kreislauf geführt wird. Ansonsten ist es sinnvoll, einen Partikelfilter in der Abgabeleitung vorzusehen, um die von der zu untersuchenden Oberfläche abgelösten Partikel auszufiltern, so dass diese herausgefilterten Partikel weiteren Untersuchungen zugeführt werden können, wie beispielsweise einer chemischen Analyse, um zusätzlich zu der Information, wie viele Partikel an der zu untersuchenden Oberfläche vorhanden waren, auch Informationen über die chemische Zusammensetzung zu erhalten. Diese Information kann wichtig sein, um die Quelle der Kontaminationen bestimmen zu können, so dass weitere Kontaminationen in der Zukunft vermieden werden können. Für die chemische Analyse kann beispielsweise eine energiedispersive Röntgenanalyse Verwendung finden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen;
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2 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen;
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3 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen; und in
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4 eine Darstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere beschränkt die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf eine spezielle Kombination von Merkmalen, auch wenn sie in einem bestimmten funktionalen und/oder strukturellen Zusammenhang beschrieben sind. Stattdessen schließt die Offenbarung sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen mit Partikeln.
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Die Vorrichtung umfasst ein Messgehäuse 1, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 eine Becherform aufweist. Das Messgehäuse 1 ist somit an einer Seite offen, und an der offenen Seite ist eine umlaufende Dichtung 5 vorgesehen, die als Aufnahme für eine zu untersuchende Oberfläche 10 dient. Für die Bestimmung der Kontamination der zu untersuchenden Oberfläche 10 wird somit das Messgehäuse 1 mit der offenen Seite und der Dichtung 5 auf die zu untersuchende Oberfläche 10 aufgesetzt, so dass ein abgedichteter Raum 4 eingeschlossen wird, der an einer Seite von der zu untersuchenden Oberfläche 10 begrenzt wird und an den übrigen Seiten durch das Messgehäuse 1 abgeschlossen ist. Durch die Dichtung 5 wird eine Abdichtung des Raums 4 gegenüber der Umgebung gewährleistet, so dass mit Ausnahme der nachfolgend beschriebenen Zuführleitung 2 und der Abgabeleitung 3 kein Austausch zwischen dem Raum 4 und der Umgebung stattfinden kann.
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Wie bereits erwähnt, ist das Messgehäuse 1 mit einer Zuführleitung 2 und einer Abgabeleitung 3 verbunden, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 an der der offenen Seite des Messgehäuses gegenüberliegenden Seite mit dem vom Messgehäuse 1 umschlossenen Raum 4 verbunden sind.
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Die Zuführleitung 2 und die Abgabeleitung 3 sind Teil eines Kreislaufs 11, so dass ein im Raum 4 befindliches Fluid mittels der Pumpe 8 im Kreislauf 11 umgepumpt werden kann, so dass das Fluid den Raum 4 über die Abgabeleitung 3 verlässt und über die Zuführleitung 2 wieder in den Raum 4 eingepumpt wird.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 wird als Fluid deionisiertes oder voll entsalztes Wasser eingesetzt, das auch als VE(voll entsalzt)-Wasser bezeichnet wird.
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Das Fluid in Form des VE-Wassers wird somit bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen mittels der Pumpe 8 über die Abgabeleitung 3 aus dem Raum 4 gepumpt, wobei es durch einen in der Abgabeleitung 3 angeordneten Partikelzähler geführt wird, der die im VE-Wasser enthaltenen Partikel erfasst. Hier können Partikelzähler 7 eingesetzt werden, die nach verschiedenen Messprinzipien, wie beispielsweise der Extinktionsmessung, der Streulichtmethode oder der Laserbeugung arbeiten. Mit derartigen Partikelzählern sind Partikel bis in den Nanometerbereich, beispielsweise bis zu einer Größe von 25 nm, erfassbar.
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Bevor das von der Pumpe 8 umgepumpte VE-Wasser wieder in den Raum 4 des Messgehäuses 1 gelangt, durchläuft es einen Partikelfilter 9, in dem die im VE-Wasser enthaltenen Partikel herausgefiltert werden. Die herausgefilterten Partikel können einer chemischen Analyse unterworfen werden, beispielsweise durch energiedispersive Röntgendiffraktometrie, so dass mit der vorgestellten Vorrichtung nicht nur die Anzahl der Partikel im VE-Wasser ermittelt werden kann, sondern auch deren chemische Zusammensetzung.
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Da ursprünglich absolut reines VE-Wasser oder VE-Wasser mit bekanntem Partikelgehalt im Raum 4 des Messgehäuses 1 bereitgestellt worden ist, stammen die im VE-Wasser ermittelten oder zusätzlich zu dem ursprünglichen Partikelgehalt ermittelten Partikel aus der zu untersuchenden Oberfläche 10, so dass eine Bestimmung der auf der Oberfläche 10 ursprünglich vorhandenen Partikel möglich ist.
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Um eine möglichst vollständige Ablösung von Partikeln auf der zu untersuchenden Oberfläche 10 zu erreichen, weist die erfindungsgemäße Ausführungsform der 1 im oder am Messgehäuse 1 Ultraschall- bzw. Megaschallerzeuger 6 auf, die das im Raum 4 befindliche VE-Wasser und entsprechend die zu untersuchende Oberfläche 10 mit Ultraschall- oder Megaschallschwingungen beaufschlagen, so dass durch die erzeugten Schwingungen die Partikelablösung von der zu untersuchenden Oberfläche 10 unterstützt wird.
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Mit der vorgestellten Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen ist somit nicht nur die quantitative und qualitative Erfassung von an einer Oberfläche 10 vorliegenden Partikeln möglich, sondern eine entsprechende Vorrichtung kann gleichzeitig zur Reinigung eingesetzt werden, wenn beispielsweise die Vorrichtung mit dem Messgehäuse 1 die gesamte zu reinigende Oberfläche 10 überdeckt oder bei einem geringeren Überdeckungsgrad rasterartig oder beliebig über die zu reinigende Oberfläche bewegt wird, so dass sämtliche Partikel an der Oberfläche abgelöst und in der Vorrichtung im Partikelfilter 9 entfernt werden können.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen mit Partikeln, wobei gleiche oder ähnliche Komponenten, wie sie in der Ausführungsform der 1 beschrieben worden sind, mit einem um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind, so dass die identischen und gleichen Eigenschaften und Funktionen nicht wiederholt beschrieben werden, sondern lediglich auf Unterschiede und Ergänzungen der vergleichbaren Komponenten eingegangen wird.
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Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich bereits dadurch von der Ausführungsform der 1, dass das Fluid, welches als Träger für die Partikel verwendet wird, keine Flüssigkeit ist, sondern ein Gas, nämlich insbesondere ionisierte, partikelfreie Luft, sogenannte XCDA-Luft (XCDA: Extreme Clean Dry Air). Darüber hinaus wird das gasförmige Fluid nicht im Kreislauf geführt, wie bei der Ausführungsform der 1, sondern über die Zuführleitung 102 wird immer frische ionisierte, partikelfreie Luft zugeführt, die die Abgabeleitung 103 als Abgas verlässt. Die Verwendung ionisierter Luft führt zu einer Reduzierung elektrostatischer Ladung.
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Darüber hinaus ist das Gehäuse 101 mit Ausnahme der Mündungen der Zuführleitung 102 und der Abgabeleitung 103 ein allseits geschlossener Behälter, in dem die zu reinigende Komponente 110 vollständig aufgenommen ist, so dass diese von dem durch das Messgehäuse 101 definierten Raum 104 vollständig umschlossen ist. Die zu untersuchende Komponente 110 ist in einer Halterung 105 gelagert, die gleichzeitig als Piezzoschwinger ausgebildet ist, um die zu untersuchende Komponente 110 in Schwingungen zu versetzen.
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Darüber hinaus sind Heizelemente 106 an dem Messgehäuse 101 vorgesehen, um die zu untersuchende Komponente 110 zu erwärmen und auch dadurch die Partikelablösung zu verbessern.
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Als Heizelemente 106 können verschiedene Vorrichtungen, wie Widerstandsheizelemente, Strahlungsgeräte, Infrarotheizer und dergleichen Verwendung finden.
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Nachdem die zu untersuchende Komponente 110 über eine geeignete (nicht gezeigte) Öffnung des Messgehäuses 101 in der Aufnahme 105 angeordnet ist und das Messgehäuse 101 entsprechend verschlossen ist, wird ionisierte, partikelfreie Luft über die Zuführleitung 102 in den Raum 104 des Messgehäuses 101 eingeführt, wobei die Luft die von der zu untersuchenden Komponente 110 losgelösten Partikel, die durch die Schwingungen der Komponente 110 und der Wärme von der Oberfläche der Komponente 110 abgelöst worden sind, aufnimmt und durch die Abgabeleitung 103 abtransportiert, so dass die abgelösten Partikel im Partikelzähler 107 erfasst und im Partikelfilter 109 herausgefiltert werden können. Um eine entsprechende Bewegung der Luft von der Zuführleitung 102 durch den Raum 104 in die Abgabeleitung 103 zu bewirken, ist wiederum eine Pumpe 108 in der Abgabeleitung 103 vorgesehen.
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Entsprechend kann auch mit einer derartigen Ausführungsform die Kontamination an der Oberfläche einer Komponente 110 mit Partikeln qualitativ und/oder quantitativ bestimmt werden, wenn die im Partikelfilter 109 ausgefilterten Partikel wiederum einer entsprechenden chemischen Analyse unterzogen werden.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung von Kontaminationen an Oberflächen, die der Ausführungsform der 1 ähnelt. Entsprechend sind gleiche oder ähnliche Bauteile mit Bezugszeichen versehen, die lediglich um 200 gegenüber der Ausführungsform der 1 erhöht sind. Somit weist die Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der 3 ein Messgehäuse 201 auf, in das die Zuführleitung 202 mündet und die Abgabeleitung 203 herausführt. Das Messgehäuse 201 umschließt einen Raum 204, wobei die zu untersuchende Oberfläche 210 über eine Dichtung 205 an dem Messgehäuse 201 anliegt. Die zu untersuchende Oberfläche 210 unterscheidet sich von der zu untersuchenden Oberfläche 10 aus der 1 dadurch, dass tiefe und schmale Aushöhlungen mit Hinterschneidungen, wie beispielsweise das gezeigte Sackloch 212, enhalten sind, so dass trotz des Vorsehens von Heizelementen 206 Partikel, die im Sackloch 212 enthalten sind, schwer aus diesem gelöst werden können. Entsprechend ist die Zuführleitung 202 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 bis nahe an die Oberfläche 210 geführt und weist an ihrem Ende eine Düse 213 auf, um mit dem bei der Ausführungsform der 3 verwendeten gasförmigen Fluid in Form von ionisierter, partikelfreier Luft einen gerichteten Luftstrahl mit erhöhter Fließgeschwindigkeit der Luft auf die Oberfläche 210 und insbesondere in das Sackloch 212 zu richten, um so verstärkt Partikel von der Oberfläche 210 lösen zu können. Zusätzlich kann die Fließgeschwindigkeit der Luft in der Zuführleitung 202 über die Zeit variiert werden, um beispielsweise entsprechende Druckschwankungen oder Schockwellen zu erzeugen. Folglich kann bei der Ausführungsform der 3 auch eine zusätzliche Einrichtung zur Erzeugung von Druck- oder Schockwellen (nicht gezeigt) vorgesehen sein, wie beispielsweise entsprechende Mittel zur Durchführung einer sogenannten Laserschockwellenreinigung (LSC: Laser Shock Wave Cleaning).
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Die so von der Oberfläche 210 abgelösten Kontaminationen werden wiederum durch das Fluid, in dem Ausführungsbeispiel der 3 ionisierte, partikelfreie Luft, als Träger aufgenommen und über die Abgabeleitung 203 abgeführt, um dort im Partikelzähler 207 erfasst zu werden und im Partikelfilter ausgeschieden zu werden. Entsprechend kann auch hier wieder eine chemische Analyse der im Partikelfilter ausgeschiedenen Partikel durchgeführt werden.
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Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Kontamination von Oberflächen, wobei in diesem Ausführungsbeispiel ähnliche oder vergleichbare Bauteile zu der Ausführungsform der 1 mit einem um 300 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. In der Ausführungsform der 4 ist das Messgehäuse 301 als wannenförmiger Behälter ausgeführt ist, in dem ein flüssiges Fluid, wie VE-Wasser, in dem Raum 304 aufgenommen ist. Die zu untersuchende Komponente 310 ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel der 2 vollständig in dem vom Messgehäuse 301 definierten Raum 304 aufgenommen und umgeben, also von dem VE-Wasser umspült.
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An dem Messgehäuse 301 sind wiederum Ultraschall- bzw. Megaschallerzeuger 306 angeordnet, um das VE-Wasser und die zu untersuchende Komponente 310 mit Schall- oder Megaschallwellen zu beaufschlagen.
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Die Zuführleitung 302 und die Abgabeleitung 303 sind wiederum Teil eines Kreislaufs, in dem ein Partikelzähler 307, eine Pumpe 308 und ein Partikelfilter 309 angeordnet sind.
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Statt nur VE-Wasser als Fluid zu verwenden, können auch Tenside verwendet werden, um eine bessere Partikelablösung zu bewirken. Auch andere Flüssigkeiten, wie Lösungsmittel, und Mischungen daraus sind denkbar.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für einen Fachmann klar, dass Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass Einzelmerkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird.
