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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Restgasanalyseeinrichtung sowie ein Verfahren zur Qualifizierung der Sauberkeit von Komponenten von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie.
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STAND DER TECHNIK
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Projektionsbelichtungsanlagen werden in der Mikrolithographie zur Herstellung von mikrostrukturierten und nanostrukturierten Bauteilen der Elektrotechnik oder Mikrostrukturtechnik eingesetzt. Um die erforderliche Auflösung zur Abbildung entsprechend feiner Strukturen zu erreichen, kommt es darauf an, dass die Projektionsbelichtungsanlagen mit höchster Präzision aufgebaut und unter Berücksichtigung hoher Anforderungen an die Reinheit innerhalb der entsprechenden Anlagen betrieben werden können. Beispielsweise kann es bei Projektionsbelichtungsanlagen, die mit extrem ultravioletten Licht (EUV-Licht) betrieben werden, bei Kontaminationen in der Projektionsbelichtungsanlage zu Ablagerungen und Beschädigungen von optischen Elementen und entsprechenden Beeinträchtigungen der Abbildungseigenschaften kommen, wenn beispielsweise eingebrachte Kohlenwasserstoffe durch das auftreffende EUV-Licht an Oberflächen von optischen Elementen chemische Reaktionen auslösen.
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Entsprechend ist es erforderlich, Komponenten, die in derartigen Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt werden, auf ihre Sauberkeit und auch auf Ihre Vakuumtauglichkeit zu überprüfen, um eventuell notwendige Reinigungsschritte durchführen zu können oder zu vermeiden, dass die Atmosphäre der Projektionsbelichtungsanlage durch unzulässige Ausgasungen unter Vakuumbedingungen mit Fremdstoffen belastet wird. Unter anderem wird hierfür die Restgasanalyse eingesetzt, mit der ermittelt werden kann, welche Ausgasungen von entsprechenden Komponenten in der Vakuumatmosphäre einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage zu erwarten sind.
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Allerdings besteht hinsichtlich der Restgasanalyse das Problem, dass für entsprechende Restgasanalyseeinrichtungen keine Kalibrierstandards vorhanden sind, sodass eine Ungewissheit über die Genauigkeit der Messung verbleibt und Grenzwerte möglicherweise nicht eingehalten werden können.
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Zwar werden nach dem Stand der Technik für die Kalibrierung der Restgasanalyseeinrichtungen Kalibriergase oder einzelne Qualifizierungskörper eingesetzt, mit denen Referenzmessungen durchgeführt werden können. Allerdings sind derartige Kalibriermessungen auf Grund der ungenügenden Reproduzierbarkeit selbst anfällig für Fehler und es lassen sich damit Kalibrierungen nur für einen engen Messbereich, d.h. für bestimmte Massen der zu analysierenden Ausgasungen, durchführen, da die Kalibriergase beispielsweise nur die Erfassung der Gase in der Restgasanalyseeinrichtung für eine bestimmte Masse der Gasbestandteile ermöglichen. So zeigt beispielsweise die 3 ein Diagramm für eine Kalibriermessung mit einem Gasgemisch aus Xenon und Krypton, bei welchem durch den Restgasanalysator einer Restgasanalyseeinrichtung die ermittelten Partialdrücke für bestimmte Massen des analysierten Gases aufgetragen sind. Wie der 3 zu entnehmen ist, gibt es nennenswerte Maxima des Partialdrucks lediglich bei Werten der atomaren Masseneinheit (amu) im Massenbereich um ca. 130 amu und um ca. 85 amu sowie darunter. Entsprechend liegen im Massenbereich ab 90 amu und insbesondere ab ca. 130 amu keine oder nicht ausreichende Referenzwerte für eine Kalibrierung der Restgasanalyseeinrichtung vor.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung einer Restgasanalyseeinrichtung bereitzustellen, welches insbesondere in einem Verfahren zur Qualifizierung der Sauberkeit und/oder Vakuumtauglichkeit von Komponenten von Projektionsbelichtungsanlagen zur Verfügung steht, um genauere Informationen über das Ausgasverhalten von entsprechenden Komponenten im Vakuum zu erhalten. Das Kalibrierverfahren soll entsprechend einfach und zuverlässig durchführbar sein und eine möglichst exakte Kalibrierung von Restgasanalyseeinrichtungen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Messwerten von Restgasanalyseeinrichtungen ermöglichen.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Restgasanalyseeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Qualifizierung der Sauberkeit und/oder Vakuumtauglichkeit von Komponenten von Projektionsbelichtungsanlagen mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung schlägt vor, zur Kalibrierung einer Restgasanalyseeinrichtung, welche eine Messkammer und einen Restgasanalysator aufweist, eine Vielzahl von Qualifizierungskörpern einzusetzen, die in der Messkammer angeordnet werden und dort einer Ausgasmessung ausgesetzt werden. Bei der Ausgasmessung wird der Druck in der Messkammer entsprechend abgesenkt, sodass gasförmige Stoffe von den Qualifizierungskörpern desorbieren können, die mittels des Restgasanalysators untersucht werden können, sodass Partialdrücke der ausgasenden Stoffe in Abhängigkeit der Masse der desorbierten Stoffe mittels des Restgasanalysators ermittelt werden können. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Qualifizierungskörpern kann sichergestellt werden, dass ein über alle Qualifizierungskörper gleichbleibendes Ausgasverhalten bereitgestellt werden kann, welches als Referenz für die Kalibrierung dienen kann, um so die Fehleranfälligkeit des Kalibrierverfahrens zu verringern.
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Als Qualifizierungskörper, die zur Bereitstellung von Referenzwerten und für Kalibriermessungen in einer Restgasanalyseeinrichtung verwendet werden können, können Bauteile ausgewählt werden, die als Massenprodukte in hohen Stückzahlen in gleicher Qualität verfügbar sind, wobei durch die Verwendung von Bauteilen, die in großen Mengen hergestellt werden, statistisch gleiche Teile zum Einsatz kommen, die die Qualität von Kalibriermessungen weiter verbessern.
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Darüber hinaus können als Qualifizierungskörper Bauteile ausgewählt werden, die eine Ausgasung über einen weiten Massenbereich bereitstellen, sodass über einen weiten Massenbereich eine Kalibrierung erfolgen kann. Damit kann eine Kalibrierung auch bei hohen Massen für einzelne Teilbereiche des Messbereichs durchgeführt werden, sodass eine bessere Qualität der Kalibrierung insgesamt erreicht werden kann.
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Ferner können als Qualifizierungskörper Bauteile ausgewählt werden, die eine Ausgasung von Stoffen bereitstellten, die vom Restgasanalysator diskret erfasst werden können, sodass für die Kalibrierung als Referenzwert eine Vielzahl von diskreten Maxima bzw. eine Modulation von höheren und niederen Intensitäten der ermittelten Partialdrücke in Abhängigkeit von der Masse der gemessenen Gase vorliegen. Damit kann bei einer Kalibrierung in einfacher Weise eine Zuordnung der erfassten Partialdrücke der gasförmigen Stoffe zu bestimmten Massen erfolgen, was die Kalibrierung ebenfalls verbessert.
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Als Qualifizierungskörper können Kunststoff-Bauteile und insbesondere Bauteile aus Polyethylen eingesetzt werden, die in verschiedensten Formen als Massenbauteile zur Verfügung stehen. Gleichzeitig weist das Polyethylen eine Ausgasung über einen weiten Massenbereich auf und ermöglicht durch die Bereitstellung von diskreten, d.h. unterscheidbar getrennten Maxima und Minima bzw. Modulationen von höheren und niederen Intensitäten über einen weiten Massenbereich der ermittelten Partialdrücke eine exakte Kalibrierung der Restgasanalyseeinrichtung.
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Für jede Kalibrierung kann eine Vielzahl von neu hergestellten Qualifizierungskörpern Verwendung finden, sodass kein Einfluss einer bereits erfolgten Ausgasung auf eine Kalibriermessung zu befürchten ist. Gleichzeitig wird durch die Verwendung einer Vielzahl von Qualifizierungskörpern sichergestellt, dass auch bei Verwendung von jeweils neu hergestellten Qualifizierungskörpern für die Kalibrierung eine gleichbleibende Referenz gegeben ist.
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Bei der Kalibrierung, die die Messung der Menge der Gasanteile in Abhängigkeit von der Masse der Gasanteile mithilfe des Restgasanalysators umfasst, kann die Messung diskret für bestimmte Massen oder kontinuierlich für einen bestimmten Massenbereich erfolgen. Unter diskreter Messung für bestimmte Massen wird hierbei verstanden, dass die Messung der Gasanteile in Abhängigkeit von der Masse der ausgegasten Gasanteile für bestimmte vorgegebene Massen erfolgt, wie beispielsweise für Massen, die jeweils ganzzahlige Vielfache einer atomaren Masseneinheit darstellen, wobei das Intervall zwischen den vorgegebenen Massen ein oder mehrere atomare Masseneinheiten betragen kann. Bei kontinuierlichen Veränderungen des Massenbereichs für die Kalibriermessung kann die Variation der Messung über die verschiedenen Massen in Bruchteilen von atomaren Masseneinheiten erfolgen, wobei die Bruchteile beliebig klein gewählt werden können.
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Die Kalibrierung kann eine Anpassung der Massenskala anhand bekannter Messergebnisse für die Qualifizierungskörper, die als Referenz dienen, umfassen. Dies bedeutet, dass nach einer Kalibriermessung und einem Vergleich mit bekannten Messergebnissen (Referenzwerten) die ermittelten Gasanteile bzw. Intensitäten bestimmter Massen zu den jeweiligen Massen entsprechend angepasst werden, sodass für nachfolgende Restgasanalysen eine entsprechende Korrektur gemäß der angepassten bzw. kalibrierten Massenskala möglich ist. Hierbei wird die Massenskala so angepasst, dass die ermittelten Gasanteile jeweils ganzzahligen Vielfachen von atomaren Massenanteilen zugeordnet sind, auch wenn dies physikalisch nicht korrekt ist. Entsprechend können bei Verwendung von Qualifizierungskörpern aus Polyethylen für die Restgasanalyse von Kohlenwasserstoffen entsprechende Abweichungen der Messergebnisse mitberücksichtig werden. Damit kann eine einfachere Identifizierung der detektierten Kohlenwasserstoffe erfolgen.
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Neben einer Kalibrierung in Form einer Anpassung der Zuordnung von ermittelten Gasanteilen zu bestimmten Massen (Anpassung der Massenskala), kann die Kalibrierung auch die wiederholte Messung der Gasanteile in Abhängigkeit von der Masse der Gasanteile mithilfe des Restgasanalysators über einen Zeitbereich und die Erfassung der Messergebnisse über der Zeit umfassen, sodass die Kalibrierung auch eine Überwachung der zeitlichen Veränderung des Messverhaltens einer Restgasanalyseeinrichtung ermöglicht.
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Ferner kann die Kalibrierung auch den Vergleich von Messungen in verschiedenen Restgasanalyseeinrichtungen umfassen, insbesondere bei vergleichbaren Messparametern, wobei in den verschiedenen Restgasanalyseeinrichtungen die entsprechenden Qualifizierungskörper untersucht werden und die ermittelten Messwerte entsprechend verglichen werden. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Qualifizierungskörpern ist ein Vergleich zwischen den verschiedenen Restgasanalyseeinrichtungen möglich, wobei in jeder Restgasanalyseeinrichtungen für die Vergleichsmessung neu hergestellte Qualifizierungskörper eingesetzt werden können. Bei Verwendung von Polyethylen-Qualifizierungskörpern kann der Vergleich zudem über einen großen Massenbereich vorgenommen werden.
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Das Verfahren kann eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Restgasanalyseeinrichtung identifizieren, indem in bestimmten Massenbereichen die gemessene Ausgasung nicht der Referenz entspricht. Dies kann z.B. durch technische Defekte oder Kontaminationen am Analysesystem verursacht werden.
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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 Restgasanalyseeinrichtung,
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2 ein Diagramm, in dem Partialdrücke über die Masse für eine Messung von Qualifizierungskörper in Form von Polyethylen-Pipetten und für eine Messung der leeren Kammer aufgetragen sind, und in
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3 ein Diagramm, in dem Partialdrücke über die Masse für die Messung eines Kalibriergasgemisches aus Krypton und Xenon über der Masse nach dem Stand der Technik aufgetragen ist.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Kennzeichen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich. Allerdings ist diese Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt eine Restgasanalyseeinrichtung, welche gemäß der vorliegenden Erfindung kalibriert werden kann. Die Restgasanalyseeinrichtung umfasst eine Messkammer 1 und einen Restgasanalysator 2. In der Messkammer 1 sind für die Kalibrierungsmessung eine Vielzahl von Qualifizierungskörpern 3 beispielsweise in Form von Polyethylen-Pipetten angeordnet. Die Messkammer 1 wird über ein nicht näher dargestelltes Pumpsystem auf einen gewünschten Druck evakuiert, bei dem beispielsweise das Ausgasverhalten bestimmter Bauteile oder Komponenten untersucht werden soll. Bei dem entsprechenden Druck kommt es zur Ausgasung bei den Polyethylen-Pipetten und das ausgegaste Gas kann über ein Einlasssystem in den Restgasanalysator 2 gelangen.
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Der Restgasanalysator 2 umfasst üblicherweise eine Ionenquelle, mit der neutrale Gasteilchen ionisiert werden können, wobei die ionisierten Gasteilchen im Massenfilter nach dem Masse-Ladungs-Verhältnis separiert werden können. Nach dem Massenfilter ist ein Detektor vorgesehen, beispielsweise ein Faraday-Detektor oder ein Sekundärelektronvervielfacher, sodass der Ionenstrom, der den Massenfilter entsprechend der für den Massenfilter eingestellte Masse passieren konnte, ermittelt werden kann. Über ein entsprechendes Datenauswertesystem des Restgasanalysators 2 können entsprechend der gemessenen Ionenströme die Partialdrücke des ausgegasten Gases für die verschiedenen Massen, die den Massenfilter passieren konnten, gemessen und ermittelt werden. Als Massenfilter können unterschiedliche Geräte eingesetzt werden, wie beispielsweise Sektorfeldgeräte, Flugzeit-Massenspektrometer, Ionenfallen oder Quadrupol-Massenspektrometer.
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Die Messung wird so durchgeführt, dass der Massenfilter diskret oder kontinuierlich so verändert wird, dass unterschiedliche Massen den Massenfilter passieren können. Bei diskreten Veränderungen, wird der Massenfilter so variiert, dass jeweils nur um ganze atomare Masseneinheiten variiert wird, während bei kontinuierlichen Veränderungen die Veränderung des Massenfilters so durchgeführt wird, dass beispielsweise in Schritten von einem Hundertstel einer atomaren Masseneinheit die Masse variiert wird, mit der Ionen den Massefilter passieren können. Bei einer Messung kann beispielsweise im Bereich von 0 bis 200 atomaren Masseneinheiten amu gemessen werden, wie dies in den 2 und 3 in den entsprechenden Diagrammen zum Ausdruck kommt.
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Die 2 zeigt entsprechend die Partialdrücke p in Abhängigkeit der atomaren Masseneinheiten amu für die als Qualifizierungskörper eingesetzten Polyethylen-Pipetten. Aus der 2, die zusätzlich die Messung der leeren Messkammer 1 zeigt (dunkle Kurve), ist zu erkennen, dass die Polyethylen-Pipetten über den gesamten Massenbereich von 0 bis 200 gleichmäßig verteilt Maxima und Minima des ermittelten Partialdrucks aufweisen, sodass über den gesamten Messbereich Werte zur Kalibrierung der Restgasanalyseeinrichtung zur Verfügung stehen. Dem gegenüber werden bei einer Kalibriermessung mit einem Kalibriergasgemisch aus Krypton und Xenon, von der das Messergebnis im Diagramm der 3 dargestellt ist, unter Berücksichtigung des Grundrauschens der Messkammer nur wenige Maxima in bestimmten Massenbereichen gemessen, sodass eine exakte Kalibrierung in den Massenbereichen, in denen keine Maxima für den ermittelten Partialdruck vorliegen, nicht möglich ist. Entsprechend bietet die Kalibrierung mit der Vielzahl von Qualifizierungskörpern aus Polyethylen eine deutliche Verbesserung der Kalibrierungsmöglichkeit, da für den gesamten Massenbereich, der der Messung zu Grunde liegt, Referenzwerte vorliegen, die eine Anpassung der Massenskala ermöglichen. Dies bedeutet, dass bei einem Vergleich einer Kalibriermessung mit bekannten Referenzdaten für die Qualifizierungskörper die Zuordnung der Intensitätsmaxima und/oder Intensitätsminima zu den Massenwerten entsprechend der bekannten Messdaten möglich ist.
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Neben der Kalibrierung der Restgasanalyseeinrichtung in der Form, dass die Messwertermittlung an die Referenz in Form der Anpassung der Massenskala angepasst wird, ermöglicht eine wiederholte Messung über den zu messenden Massenbereich und zeitliche Erfassung der Messwerte auch eine Bestimmung der zeitlichen Stabilität der Restgasanalyseeinrichtung. Da durch die verwendeten Qualifizierungskörpern aus Polyethylen gleichmäßig verteilt über den gesamten Massenbereich Intensitätsmaxima und Intensitätsminima vorliegen, kann für jeden Massenbereich die zeitliche Entwicklung einer entsprechenden Messung verfolgt werden, sodass festgestellt werden kann, ob sich in bestimmten Massenbereichen Veränderungen ergeben oder nicht.
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Darüber hinaus ist bei der Verwendung der Vielzahl von Qualifizierungskörper insbesondere aus Polyethylen auch die Möglichkeit gegeben, verschiedene Restgasanalyseeinrichtungen miteinander zu vergleichen, wenn entsprechende Kalibriermessungen mit den Qualifizierungskörpern in verschiedenen Restgasanalyseeinrichtungen durchgeführt werden, wobei in diesem Fall für die verschiedenen Kalibriermessungen jeweils neu hergestellte Qualifizierungskörper eingesetzt werden.
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Werden bei den zu vergleichenden Restgasanalyseeinrichtungen nur einzelne Komponenten ausgetauscht, so kann durch die entsprechenden Kalibriermessungen auch ein Vergleich einzelner Komponenten der Restgasanalyseeinrichtung erfolgen, beispielsweise der Vergleich von verschiedenen Messkammern, wenn beispielsweise gleiche Restgasanalysatoren Verwendung finden und die zu vergleichenden Restgasanalyseeinrichtungen sich nur durch die Messkammern unterscheiden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass diese Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen werden oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
