DE102017205870A1

DE102017205870A1 - EUV-Lithographiesystem mit einem Wasserstoffplasma-Sensor

Info

Publication number: DE102017205870A1
Application number: DE102017205870.6A
Authority: DE
Inventors: Irene Ament; Sebastian Strobel; Jürgen Naser; Dirk Heinrich Ehm; Stefan Wiesner
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2018-04-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: mindestens ein optisches Element (8, 9, 10, 11, 13, 14), das in einer Vakuum-Umgebung (17) des EUV-Lithographiesystems (1) angeordnet ist und das zur Reflexion von EUV-Strahlung (7) ausgebildet ist, sowie mindestens einen Wasserstoffplasma-Sensor (24), der mindestens eine Sensorschicht (25) aufweist, die bei der Anwesenheit eines Wasserstoffplasmas (H^*, H⁺) und/oder bei der Veränderung mindestens einer Eigenschaft eines Wasserstoffplasmas (H^*, H⁺) in der Umgebung einer Oberfläche (25a) der Sensorschicht (25) mindestens eine Eigenschaft verändert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein EUV-Lithographiesystem mit mindestens einem Wasserstoffplasma-Sensor.
Unter einem EUV-Lithographiesystem wird im Sinne dieser Anmeldung ein optisches System verstanden, welches auf dem Gebiet der EUV-Lithographie eingesetzt werden kann. Neben einer EUV-Lithographieanlage, welche zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dient, kann es sich bei dem optischen System beispielsweise um ein Inspektionssystem zur Inspektion einer in einer EUV-Lithographieanlage verwendeten Photomaske (im Folgenden auch Retikel genannt), zur Inspektion eines zu strukturierenden Halbleitersubstrats (im Folgenden auch Wafer genannt) oder um ein Metrologiesystem handeln, welches zur Vermessung einer EUV-Lithographieanlage oder von Teilen davon, beispielsweise zur Vermessung eines Projektionssystems, eingesetzt wird.
Durch die Anwesenheit von molekularem Wasserstoff (H₂) z.B. als Spülgas in EUV-Lithographiesystemen, beispielsweise in EUV-Lithographieanlagen, wird bei deren Betrieb - typischerweise in einer Vakuum-Umgebung - unter der anregenden Wirkung von EUV-Strahlung ein Wasserstoff-Plasma niedriger Dichte (bestehend im Wesentlichen aus Wasserstoff-Ionen H₃ ⁺, H₂ ⁺, H⁺ und aus Wasserstoff-Radikalen H^*) erzeugt.
Derzeit kann die Verteilung des Wasserstoffplasmas, insbesondere die Verteilung der Wasserstoff-Radikale H^* bzw. H, nicht direkt im Betrieb eines solchen EUV-Lithographiesystems gemessen werden, sodass keine Werte für die Eigenschaften (Energien, Flüsse, Dichte etc.) von Wasserstoff-Radikalen in einer solchen EUV-Lithographieanlage bekannt sind. Das Wasserstoff-Plasma, insbesondere die Wasserstoff-Radikale, spielen aber bei der in-situ Reinigung der Oberflächen von optischen Elementen sowie bei schädlichen Kontaminationsprozessen eine wichtige Rolle. Aufgrund der komplexen Geometrie des EUV-Lithographiesystems können Experimente an vereinfachten Geometrien allenfalls einen groben Eindruck der zur erwartenden Verteilung der Wasserstoff-Radikale in einem EUV-Lithographiesystem geben. Da der Fluss der Radikale maßgeblich von den in dem EUV-Lithographiesystem verbauten Materialien und von deren Oxidationszustand abhängig ist, die bzw. der sich durch die Belüftung und über die Betriebsdauer verändern, ist eine in-situ Messung des Flusses von Wasserstoff-Radikalen während der Betriebspausen des EUV-Lithographiesystems nicht ausreichend.
Viele Sensoren zur Detektion von Wasserstoff basieren auf der Veränderung der elektrischen und/oder der optischen Eigenschaften eines Metalls bzw. einer metallischen Schicht aufgrund von Hydrogenierung, vgl. beispielsweise den Artikel „Yttrium Hydride Nanoantennas for Active Plasmonics“, N. Strohfeldt et al., Nano Lett. 2014, 1140-1147. Das größte Problem, welches mit einer solchen Vorgehensweise verbunden ist, besteht darin, dass der Hydrogenierungsprozess nur teilweise reversibel ist, so dass langfristig das Sensor-Material stark degradiert, wodurch die Lebensdauer des Sensors abnimmt. Zusätzlich verwenden derartige Sensoren häufig Bulk-Optiken, um die Reflektivität des Sensor-Substrats aufzunehmen, vgl. den Artikel „Yttrium and lanthanum hydride films with switchable optical properties" von R. Griessen et al., Journal of Alloys and Compounds 253-254, 44-50 (1997). Die Verwendung von Bulk-Optiken verhindert jedoch in der Regel den Einsatz von derartigen Wasserstoff-Sensoren in Vakuum-Kammern.
Die alternative Verwendung elektrischer Widerstandsmessungen zur Bestimmung des Wasserstoff-Gehalts ist aufgrund von im Vakuum ablaufenden Prozessen häufig unvorteilhaft. Beispielsweise kann beim Vorhandensein eines Plasmas in der Umgebung eines solchen auf einer Widerstandsmessung basierenden Sensors ein lonen- und Elektronen-Bombardement Ströme erzeugen, die das zu untersuchende Signal maskieren. Andere Messtechniken, beispielsweise ein Massenspektrometer, beeinflussen aufgrund ihrer Größe die Messparameter und können zudem keine räumliche Auflösung liefern.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein EUV-Lithographiesystem bereitzustellen, welches die Detektion eines Wasserstoffplasmas, d.h. von Wasserstoff-Radikalen und/oder von Wasserstoff-Ionen, insbesondere der Verteilung eines solchen Wasserstoffplasmas, speziell der Verteilung von Wasserstoff-Radikalen, in-situ während des Betriebs des EUV-Lithographiesystems ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein EUV-Lithographiesystem, umfassend: mindestens ein optisches Element, das in einer Vakuum-Umgebung des EUV-Lithographiesystems angeordnet ist und das zur Reflexion von EUV-Strahlung ausgebildet ist, sowie mindestens einen Wasserstoffplasma-Sensor, der mindestens eine Sensorschicht aufweist, die bei der Anwesenheit eines Wasserstoffplasmas und/oder bei einer Veränderung mindestens einer Eigenschaft eines Wasserstoffplasmas in der Umgebung einer Oberfläche der Sensorschicht mindestens eine Eigenschaft verändert, so dass die Sensorschicht als Wasserstoffplasma-Sensor dient.
Bei der Eigenschaft des Wasserstoffplasmas kann es sich beispielsweise um die Dichte des Wasserstoffplasmas, d.h. um die lonen- und/oder Radikalendichte, um die lonen- und/oder Radikalenenergien und/oder um die lonen- und/oder Radikalenflüsse in dem Plasma in der Umgebung der Sensorschicht, genauer gesagt in der Umgebung der Oberfläche der Sensorschicht, handeln. Die Anwesenheit eines Wasserstoffplasmas kann auch detektiert werden, wenn dieses zu einem chemischen Abtrag des Materials der Sensorschicht führt, so dass die Dicke der Sensorschicht abnimmt.
Unter einem Wasserstoffplasma-Sensor wird im Sinne dieser Anmeldung ein Wasserstoff-Sensor verstanden, der Wasserstoff-Ionen (H₃ ⁺, H₂ ⁺, H⁺) und/oder Wasserstoff-Radikale H*, aber nicht zwingend molekularen Wasserstoff (H₂) detektiert. Idealer Weise kann der Wasserstoffplasma-Sensor unterschiedliche Wasserstoff-Spezies (Ionen bzw. Radikale) voneinander unterscheiden, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
Bei der sich verändernden Eigenschaft der Sensorschicht kann es sich insbesondere um eine Materialeigenschaft der Sensorschicht handeln, beispielsweise um eine physikalische Eigenschaft des Materials der Sensorschicht. Als Material, welches als Wasserstoff-Sensor bzw. als Sensorschicht dient, kann beispielsweise ein Wasserstoff-Radikale und/oder Wasserstoff-Ionen einlagerndes Material verwendet werden, welches bei der Einlagerung mindestens eine physikalische Eigenschaft, z.B. eine optische Eigenschaft, verändert. Ein solches Material kann beispielsweise hydrogenierbar sein, d.h. dieses Material kann in der Gegenwart von Wasserstoff ein Hydrid bilden, wobei der Hydrogenierungs-Vorgang reversibel ist.
Bei einer Ausführungsform ist die mindestens eine Eigenschaft der Sensorschicht ausgewählt aus der Gruppe: Temperatur, elektrische Eigenschaften, insbesondere elektrischer Widerstand, optische Eigenschaften, insbesondere Brechungsindex bzw. Transmission oder Reflektivität, und Dicke der Sensorschicht. Bei der Hydrogenierung kann ein Phasenübergang des Materials der Sensorschicht erfolgen, der zu einer Veränderung von dessen physikalischen Eigenschaften führt und sich in der Regel gut nachweisen lässt. Grundsätzlich kann aber ein beliebiges Material für die Sensorschicht verwendet werden, welches auf die Anwesenheit bzw. auf die Änderung der Anzahl, Energie, etc. von Wasserstoff-Radikalen und/oder von Wasserstoff-Ionen in der Umgebung der Sensorschicht reagiert.
Das Material der Sensorschicht kann beispielsweise als kalorimetrischer Sensor ausgebildet sein, welche die Rekombinationsenergie von Wasserstoffradikalen H* zu molekularem Wasserstoff H₂ nutzt und welche es ermöglicht, diese Rekombinationsenergie zu messen, wie dies beispielsweise in dem Artikel „Attenuation of hydrogen radicals traveling under flowing gas conditions through tubes of different materials", von R.K. Grubbs und S.M. George, Journal of Vacuum Science & Technology A 24, 486 (2006), der in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Wie in dem Artikel beschrieben ist, kann die Sensorschicht beispielsweise als Platin-Schicht bzw. als Platin-Folie ausgebildet sein, oder als Pt/Pt13%Rh Wärmefühler. Ein Phasenübergang des Materials zwischen einem metallischen Zustand und einem halbleitenden oder elektrisch isolierenden Zustand kann beispielsweise durch eine Widerstandsmessung detektiert werden. Auch ein Übergang zwischen einem transparenten oder reflektierenden Zustand und einem opaken Zustand des Materials lässt sich anhand einer Veränderung der optischen Transmission bzw. der Reflektivität vergleichsweise einfach bestimmen. Eine Veränderung des (komplexen) Brechungsindexes des Materials lässt sich z.B. mittels Ellipsometrie bestimmen. Auch eine Änderung der Dicke der Sensorschicht durch chemischen Abtrag aufgrund einer Reaktion mit den Wasserstoff-Radikalen kann mit Hilfe eines geeigneten Materials (Opfermaterials) detektiert werden, beispielsweise mit Hilfe eines Kohlenstoffplättchens. Insbesondere bei der Verwendung eines Opfermaterials ist es erforderlich, die Sensorschicht von Zeit zu Zeit auszutauschen.
Bei einer Ausführungsform enthält die Sensorschicht Yttrium, insbesondere in Form eines Yttriumhydrids, und/oder Palladium und/oder Ruthenium. Es ist bekannt, das eine Yttrium-Schicht bei der Hydrogenierung einen Phasenübergang erfährt, d.h. zwischen zwei Zuständen bzw. Phasen umschaltbar ist, vgl. den eingangs zitierten Artikel „Yttrium and Lanthanum Hydride Films with Switchable Optical Properties", von R. Griessen et al., J. Alloys and Compounds, 253-254: 44-50, in dem beschrieben wird, dass der (reversible) Phasenübergang zwischen Yttriumdihydrid (YH₂) und Yttriumtrihydrid (YH₃) in einer Schicht durch eine Veränderung des Wasserstoff-Partialdrucks in der Umgebung der Schicht hervorgerufen werden kann. Ein solcher Phasenübergang kann auch zwischen Yttrium (Y) und Yttriumhydrid (YH) stattfinden. Auch Palladium (Pd) zeigt bei der Hydrogenierung eine (reversible) Phasenumwandlung. Diese Materialien verändern bei der Phasenumwandlung ihre optischen Eigenschaften, was beispielsweise durch Reflektometrie, Ellipsometrie etc. detektiert werden kann. Die Sensorschicht kann auch Materialien enthalten, die keine Phasenumwandlung erfahren, die aber eine andere Funktion erfüllen und die beispielsweise als Oxidationsschutz dienen. So kann die Sensorschicht beispielsweise Ruthenium enthalten, welches eine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält die Sensorschicht mindestens ein Metall-Oxid, insbesondere NiO, beispielsweise in Form einer NiO-Keramik, oder MoO, insbesondere MoO₃. Aus der Literatur, beispielsweise aus dem Artikel „Thin Film Atomic Hydrogen Detector" von J.C. Macfarlane, Journal of Vacuum Science & Technology 5, 118 (1968) oder aus dem Artikel „Semiconductor detector for the sensitive detection of atomic hydrogen" von K.C. Harvey und C. Fehrenbach, Jr., Rev. Sci. Instrum. 54 (9), 1983, die beide durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden, ist es bekannt, dass derartige Materialien bei Veränderungen des Wasserstoffplasmas in der Umgebung der Sensorschicht eine erhebliche Widerstandsänderung erfahren.
In einer Ausführungsform weist der Wasserstoffplasma-Sensor mindestens eine Messeinrichtung zur Messung der Veränderung der mindestens einen Eigenschaft der Sensorschicht auf. Die Art der verwendeten Messeinrichtung hängt von der (physikalischen) Eigenschaft ab, die gemessen werden soll. Es ist möglich und ggf. günstig, zwei oder mehr Messeinrichtungen zu verwenden, welche unterschiedliche (physikalische) Eigenschaften der Sensorschicht messen, beispielsweise um durch eine Korrelation der Messungen die Messgenauigkeit zu erhöhen. Auch können auf diese Weise ggf. unterschiedliche Wasserstoff-Spezies (Ionen bzw. Radikale) voneinander unterschieden werden, da die Gegenwart von unterschiedlichen Wasserstoff-Spezies sich auf verschiedene physikalische Eigenschaften der Sensorschicht in der Regel unterschiedlich auswirkt.
Bei einer Weiterbildung ist die Messeinrichtung als Widerstandsmesseinrichtung, als Ellipsometer oder als Pyrometer ausgebildet. Mit Hilfe der Widerstandsmesseinrichtung kann eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften, in diesem Fall der elektrischen Leitfähigkeit, des Materials der Sensorschicht gemessen werden. Ein Ellipsometer dient dazu, Veränderungen der optischen Eigenschaften des Materials der Sensorschicht, beispielsweise Veränderungen des Brechungsindex, oder Veränderungen in der Absorption bzw. der Transmission des Materials der Sensorschicht auf optische Weise zu detektieren, und zwar anhand von Veränderungen der Polarisation von Messstrahlung, die auf die Oberfläche der Sensorschicht eingestrahlt wird. Die Messeinrichtung kann auch als Pyrometer ausgebildet sein, welches eine Temperaturveränderung der Sensorschicht detektiert, wenn die Sensorschicht als kalometrischer Sensor eingesetzt wird. Es versteht sich, dass auch andere Messeinrichtungen eingesetzt werden können, um Veränderungen von (physikalischen) Eigenschaften der Sensorschicht zu messen. Bei einer optischen Messung z.B. unter Verwendung eines Ellipsometers oder eines Pyrometers, hängt die notwendige Größe der Sensorschicht von der Spotgröße der Messstrahlung ab, die auf die Oberfläche der Sensorschicht eingestrahlt wird. Die Größe bzw. der Durchmesser der Oberfläche der Sensorschicht kann in diesem Fall im Bereich von Millimetern liegen.
Bei einer Weiterbildung weist die Sensorschicht mindestens eine Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung der Widerstandsmesseinrichtung auf. Die Sensorschicht ist typischerweise auf ein nicht elektrisch leitendes Substrat aufgebracht und wird an zwei Kontaktstellen, beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten der Oberfläche der Sensorschicht, oder am seitlichen Rand der Sensorschicht elektrisch kontaktiert. Die Größe des Sensors bzw. der Oberfläche der Sensorschicht kann in diesem Fall im Sub-Millimeterbereich liegen, sofern die elektrische Kontaktierung sichergestellt werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das EUV-Lithographiesystem mindestens eine Ablenkeinrichtung auf, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, bevorzugt eines elektrostatischen Feldes, ausgebildet ist, um geladene Teilchen von der Oberfläche der Sensorschicht fernzuhalten. Da geladene Teilchen, z.B. in dem Plasma vorhandene Wasserstoff-Ionen, sowie Elektronen einen Einfluss auf die Widerstandsmessung haben und das Messergebnis ggf. verfälschen können, ist es günstig, eine Ablenkeinrichtung vorzusehen, die das Auftreffen von geladenen Teilchen auf die Oberfläche (weitestgehend) verhindert. Zu diesem Zweck kann jeweils ein Gitter mit positiver bzw. mit negativer Spannung in der EUV-Lithographieanlage vorgesehen werden. Zwischen diesen Gittern bzw. allgemein zwischen zwei Elektroden, die positiv bzw. negativ geladen sind, kann beispielsweise ein statisches elektrisches Feld erzeugt werden, das parallel zur Oberfläche der Sensorschicht verläuft und geladene Teilchen geeignet ablenkt.
Wird die Sensorschicht von den Wasserstoff-Ionen temporär durch ein elektrisches Feld abgeschirmt, kann der Fluss von Wasserstoff-Radikalen, der auf die Sensorschicht trifft, getrennt vom Fluss der Wasserstoff-Ionen bestimmt werden. Bei einer geeigneten Kalibrierung und einer steuerbaren Abschirmung (die z.B. zeitweise ein- oder ausgeschaltet wird) können zusätzlich zu den Radikalendichten und ggf. den Radikalen-Energien der Wasserstoff-Radikale, die auf die Sensorschicht treffen, auch die lonendichten und ggf. die Ionen-Energien der Wasserstoff-Ionen bestimmt werden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die Differenz zwischen dem Widerstand verwendet werden, der mit bzw. ohne die Abschirmung von der Widerstandsmesseinrichtung gemessen wird. Für den Fall, dass freie Elektronen in einer hohen Anzahl vorhanden sind, ist deren Abschirmung bei einer Widerstandsmessung typischerweise jedoch in jedem Fall notwendig, da diese Ladungsträger die Interpretation des Sensorsignals stören.
Bei einer Weiterbildung weist der Wasserstoff-Sensor, insbesondere die Sensorschicht, mehrere Sensorsegmente auf, bei denen die Änderung der mindestens einen Eigenschaft der Sensorschicht jeweils einzeln messbar ist. In diesem Fall ist die Sensorschicht typischerweise nicht zusammenhängend, d.h. diese ist in mehrere Sensorsegmente unterteilt, die jeweils einen eigenen Anteil der Oberfläche der Sensorschicht bilden. Dies ist beispielsweise für den Fall günstig, dass mehrere Widerstandsmessungen an der Sensorschicht durchgeführt werden sollen, um eine ortsaufgelöste Messung durchführen zu können oder um eine Energieauflösung zu erreichen (s.u.). In diesem Fall sind die Sensorsegmente elektrisch isoliert und können einzeln elektrisch kontaktiert werden. Alternativ zur Verwendung einer einzelnen segmentierten Sensorschicht können selbstverständlich auch mehrere räumlich getrennte Sensorschichten verwendet werden, um eine ortsaufgelöste Messung durchführen zu können. Sofern die Sensorschicht eine ausreichende Größe bzw. eine ausreichend große Oberfläche aufweist, kann bei einer optischen Messung ggf. alternativ zur Verwendung von mehreren Sensorsegmenten eine Messung an unterschiedlichen Orten an der Oberfläche der Sensorschicht stattfinden, um die Ortsauflösung zu erhöhen. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die Messposition, an der die Messstrahlung auf die Oberfläche auftrifft, verändert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Oberfläche der Sensorschicht, insbesondere die Oberfläche eines Sensorsegments, einen Flächeninhalt von weniger als 1 mm² auf. Sofern an mehreren benachbarten Sensorsegmenten eine Messung durchgeführt wird, ist ein geringer Flächeninhalt der Oberfläche der Sensorschicht bzw. des Sensorsegments vorteilhaft, um eine hohe Ortsauflösung zu erreichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist auf die Sensorschicht eine Wasserstoff-Radikale absorbierende Schicht aufgebracht, die bevorzugt eine ortsabhängig variierende Dicke aufweist. Insbesondere kann die Dicke der Wasserstoff-Radikale absorbierenden Schicht, die auf eine Sensorschicht mit mehreren Sensorsegmenten aufgebracht ist, von Sensorsegment zu Sensorsegment variieren. Auf diese Weise dringt in die Sensorschicht in den jeweiligen Sensorsegmenten jeweils eine unterschiedliche Anzahl an Wasserstoff-Radikalen ein, und zwar nur diejenigen Wasserstoff-Radikale, die eine ausreichende kinetische Energie aufweisen, um die absorbierende Schicht zu durchdringen. Wird die Dicke der absorbierenden Schicht auf die weiter oben beschriebene Weise variiert, beispielsweise indem diese in der Form einer Gradientenschicht aufgebracht wird, kann auf diese Weise energieaufgelöste Detektion der Wasserstoff-Radikale erfolgen. Für die Wasserstoff-Radikale absorbierende Schicht kommt eine Mehrzahl von Materialien in Frage, die keine direkte chemische Wechselwirkung mit dem Wasserstoff eingehen, was einen chemischen Abtrag zur Folge hätte. Beispielsweise kann Ru als Material für die Wasserstoff-Radikale absorbierende Schicht verwendet werden. Bei zu erwartenden Energien der Wasserstoff-Radikale zwischen ca. 5 eV und 20 eV kann die (Ru-)Schicht beispielsweise eine Dicke aufweisen, die zwischen 0 nm und 3 nm variiert.
Die Sensorschicht bzw. der zugehörige Wasserstoffplasma-Sensor kann in dem EUV-Lithographiesystem an unterschiedlichen Orten positioniert werden, wobei selbstverständlich auch mehrere Sensorschichten bzw. mehrere Wasserstoffplasma-Sensoren in dem EUV-Lithographiesystem vorgesehen sein können.
Bei einer Ausführungsform ist die Sensorschicht des Wasserstoffplasma-Sensors an einer austauschbaren Komponente des EUV-Lithographiesystems angebracht. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann es ggf. günstig sein, die Sensorschicht von Zeit zu Zeit auszutauschen oder einen Reset der Sensorschicht durchzuführen, da diese im Laufe der Zeit ihre Eigenschaften verändert und insbesondere degradieren kann. Daher ist es vorteilhaft, die Sensorschicht oder ggf. den gesamten Wasserstoffplasma-Sensor an einer austauschbaren Komponente anzubringen, d.h. an einer Komponente, die aus dem EUV-Lithographiesystem entnommen werden kann. Bei der austauschbaren Komponente kann es sich beispielsweise um einen z.B. stabförmigen Träger für eine Probe oder dergleichen handeln, der in die Vakuum-Kammer eingebracht wird, um z.B. den Kontaminationsgrad in der Nähe eines reflektierenden optischen Elements zu bestimmen. Auch kann die Sensorschicht bzw. der Wasserstoffplasma-Sensor am Retikels angeordnet bzw. angebracht sein, welches austauschbar ist und mittels einer geeigneten Transporteinrichtung aus einem EUV-Lithographiesystem entnommen werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Sensorschicht des Wasserstoffplasma-Sensors an einer Blende gebildet, welche den EUV-Strahlengang des EUV-Lithographiesystems insbesondere ringförmig umgibt. Die ggf. segmentierte Blende kann beispielsweise in der Nähe eines reflektierenden optischen Elements in dem EUV-Lithographiesystem angeordnet werden, beispielsweise von diesem beabstandet außerhalb eines optisch genutzten Oberflächenbereichs des optischen Elements.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element in einem Vakuum-Gehäuse angeordnet, das sich im Innenraum eines Gehäuses des EUV-Lithographiesystems befindet, wobei die Sensorschicht des Wasserstoffplasma-Sensors an einer Innenwand des Vakuum-Gehäuses angeordnet ist. Das Vakuum-Gehäuse weist typischerweise einen Auslass auf, der das Vakuum-Gehäuse mit dem Innenraum verbindet.
Aus der WO 2008/034582 A2 der Anmelderin ist es bekannt, eine lokale Einkapselung von kontaminationsgefährdeten Komponenten, insbesondere optischen Oberflächen, eines EUV-Lithographiesystems in Teilgehäuse bzw. in Vakuum-Gehäuse mit begrenzten Teilvolumina (Mini-Environments) vorzunehmen, die mit einem Spülgas, z.B. mit Wasserstoff, gespült werden, um das Eindringen von kontaminierenden Stoffen aus der Umgebung eines jeweiligen Teilgehäuses bzw. Vakuum-Gehäuses zu erschweren. Das Spülgas, welches in die Vakuum-Gehäuse eingeleitet wird, tritt über den Auslass, der beispielsweise in Form eines röhrenförmigen Kanals ausgebildet sein kann, aus dem Vakuum-Gehäuse aus und in den Innenraum des Gehäuses ein. Typischerweise herrscht zur Erzeugung des Spülgasflusses vom Inneren des Vakuum-Gehäuses in dem Innenraum des Gehäuses in dem Innenraum des Gehäuses ein kleinerer Gesamtdruck als in dem Vakuum-Gehäuse.
Bei dem Gehäuse, in dessen Innenraum das Vakuum-Gehäuse angeordnet ist, kann es sich insbesondere um ein Strahlerzeugungssystem, um ein Beleuchtungssystem oder um ein Projektionssystem eines EUV-Lithographiesystems in Form einer EUV-Lithographieanlage handeln. Typischerweise verläuft bei einer EUV-Lithographieanlage der Strahlengang der EUV-Strahlung im Wesentlichen vollständig innerhalb von mehreren miteinander verbundenen Vakuum-Gehäusen, d.h. im Wesentlichen der gesamte Strahlengang der EUV-Strahlung ist in mehreren miteinander verbundenen „mini environments“ gekapselt und gegenüber dem Gehäuse bzw. gegenüber einzelnen Gehäuseteilen gasdicht abgetrennt, wenn man von dem bzw. von den Auslässen absieht, durch die das Spülgas von der bzw. von den das jeweilige „mini environment“ bildenden Vakuum-Gehäusen in den Innenraum austreten kann.
Mindestens ein Vakuum-Gehäuse, welches ein Mini-Environment bildet, kann zumindest an einem Teilbereich an seiner Innenseite bzw. Innenwand mit der Sensorschicht beschichtet sein, es ist aber auch möglich, dass die Sensorschicht auf einen Träger aufgebracht wird, der an der Innenwand befestigt wird. Insbesondere für den Fall, dass an der Sensorschicht eine Widerstandsmessung vorgenommen wird, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Sensorschicht auf einen nicht elektrisch leitenden Träger aufgebracht wird. Bei der Verwendung von Materialien für die Sensorschicht, die eine hohe Absorption für EUV-Strahlung aufweisen, wie dies beispielsweise bei NiO der Fall ist, kann der Wasserstoffplasma-Sensor zusätzlich als Streulichtabsorber benutzt werden. Es versteht sich, dass diese Anwendung nicht auf die Anbringung der Sensorschicht an der Innenseite des Vakuum-Gehäuses beschränkt ist, sondern auch für den Fall vorteilhaft eingesetzt werden kann, dass die Sensorschicht an anderer Stelle in dem EUV-Lithographiesystem angebracht wird, beispielsweise an der weiter oben beschriebenen Blende, an der Streustrahlung absorbiert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Sensorschicht des Wasserstoffplasma-Sensors an dem optischen Element außerhalb eines optisch genutzten Oberflächenbereichs gebildet. Die Sensorschicht des Wasserstoffplasma-Sensors kann in diesem Fall beispielsweise an der Vorderseite des optischen Elements bzw. eines Substrats des optischen Elements angebracht sein, an der auch eine reflektierende Beschichtung zur Reflexion von EUV-Strahlung aufgebracht ist. Die Sensorschicht kann beispielsweise benachbart zu der reflektierenden Beschichtung auf das Substrat aufgebracht sein und diese z.B. ringförmig umgeben. Die Sensorschicht kann insbesondere in einem überstrahlten Bereich außerhalb des EUV-Strahlengangs angeordnet sein, in dem EUV-Strahlung in Form von Streustrahlung auftrifft.
Bei einer Weiterbildung ist das optische Element ein Facettenspiegel mit einer Mehrzahl von insbesondere verkippbaren Facetten-Elementen und die Sensorschicht des Wasserstoffplasma-Sensors ist an einer Seitenfläche eines der Facetten-Elemente gebildet, wobei die Seitenfläche in einer verkippten Stellung des Facetten-Elements gegenüber anderen, insbesondere in einer unverkippten Stellung befindlichen Facetten-Elementen des Facettenspiegels übersteht. Die Facetten-Elemente des Facetten-Spiegels können während des Betriebs des Facetten-Spiegels verkippt werden, es ist aber auch möglich, dass die Stellung der einzelnen Facetten-Elemente bereits bei der Herstellung des Facettenspiegels fest vorgegeben wird und die Stellung der Facetten-Elemente während des Betriebs des Facettenspiegels nicht mehr verändert werden kann. Auch in diesem Fall kann eines der Facetten-Elemente des Facettenspiegels über mehrere benachbarte Facetten-Elemente überstehen, so dass die Seitenfläche dieses Facetten-Elements (in einer relativ zu den anderen Facetten-Elementen verkippten, nicht veränderlichen Stellung) übersteht und als Sensorschicht für den Wasserstoffplasma-Sensor genutzt werden.
In der Regel sind die Facetten-Elemente des Facettenspiegels jedoch verkippbar ausgebildet. In diesem Fall können die Facetten-Elemente des Facettenspiegels im unverkippten Zustand in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet bzw. angeordnet sein. Durch das Verkippen bzw. das Drehen um eine Drehachse von der unverkippten Stellung in die verkippte Stellung wird ein Teil des Facetten-Elements so gedreht, dass dieser über die anderen Facetten-Elemente nach außen übersteht, während ein anderer, gegenüberliegender Teil des Facetten-Elements hinter die gemeinsame Ebene zurücksteht. Eine Sensorschicht, die an der reflektierenden Stirnseite angrenzenden Seitenfläche des Facetten-Elements angebracht ist, welche in der verkippten Stellung über die gemeinsame Ebene übersteht, ist von außen zugänglich, so dass eine Veränderung des Materials der Sensorschicht z.B. auf optische Weise detektiert werden kann. Für eine solche optische Messung kann beispielsweise ein Ellipsometer verwendet werden. Je nach Ausführung des Facetten-Spiegels kann das bzw. können die Facetten-Elemente ggf. in zwei oder mehr unterschiedliche Stellungen verkippt werden. In diesem Fall kann ggf. an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Facetten-Elements jeweils eine Sensorschicht angebracht sein, die in der jeweiligen verkippten Stellung über die gemeinsame Ebene übersteht. Bei dem Facettenspiegel kann es sich beispielsweise um einen Feldfacettenspiegel oder um einen Pupillenfacettenspiegel eines Beleuchtungssystems einer EUV-Lithographieanlage handeln.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage mit zwei Wasserstoffplasma-Sensoren zur Detektion eines Wasserstoffplasmas bzw. von Wasserstoff-Radikalen im Betrieb der EUV-Lithographieanlage,
2a eine schematische Darstellung eines Wasserstoffplasma-Sensors mit einer Widerstandsmesseinrichtung und mit einer Ablenkeinrichtung zur Ablenkung von elektrisch geladenen Teilchen von einer Sensorschicht des Wasserstoffplasma-Sensors,
2b eine schematische Darstellung eines segmentierten Wasserstoffplasma-Sensors, bei dem auf die Sensorschicht eine Gradientenschicht aus einem Wasserstoff-Radikale absorbierenden Material aufgebracht ist,
3 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs des Widerstands, der an dem in 2a gezeigten Wasserstoffplasma-Sensor gemessen wird,
4 eine schematische Darstellung eines Details eines Feld-Facettenspiegels mit mehreren Facetten-Elementen, an deren Seitenflächen jeweils eine Sensorschicht eines Wasserstoffplasma-Sensors aufgebracht ist,
5 eine schematische Darstellung der zeitlichen Veränderung des Brechungsindexes der Sensorschicht von 4 in Abhängigkeit von der Konzentration von Wasserstoff-Radikalen in der Umgebung der Sensorschicht.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist schematisch ein EUV-Lithographiesystem 1 in Form einer EUV-Lithographieanlage gezeigt, welches ein Strahlerzeugungssystem 2, ein Beleuchtungssystem 3 und ein Projektionssystem 4 aufweist, die in separaten Gehäusen 2a, 3a, 4a untergebracht und aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 5 des Strahlerzeugungssystems 2 ausgehenden Strahlengang 6 der von der EUV-Lichtquelle 5 erzeugten EUV-Strahlung 7 angeordnet sind.
Als EUV-Lichtquelle 5 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron dienen. Die aus der Lichtquelle 5 austretende Strahlung, die bei einer Betriebswellenlänge λ_B ein Intensitäts-Maximum aufweist, das im vorliegenden Beispiel bei ca. 13,5 nm liegt, wird mit Hilfe eines Kollimator-Spiegels 8 gebündelt, um die Energiedichte weiter zu erhöhen. Die im Strahlerzeugungssystem 2 im Hinblick auf ihre räumliche Verteilung behandelte EUV-Strahlung 7 wird in das Beleuchtungssystem 3 eingeführt, welches ein erstes und zweites reflektives optisches Element 9, 10 aufweist. Die beiden reflektiven optischen Elemente 9, 10 leiten die Strahlung auf eine Photomaske 11 (Retikel) als weiteres reflektives optisches Element, welches eine Struktur aufweist, die mittels des Projektionssystems 4 in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer 12 abgebildet wird. Hierzu sind ein erstes und zweites reflektives optisches Element 13, 14 im Projektionssystem 4 vorgesehen. Die Maske 11 ist in einem mit dem Beleuchtungssystem 3 und dem Projektionssystem 4 über Durchtrittsöffnungen zum Durchtritt des EUV-Strahlengangs 6 verbundenen Gehäuse 15 angeordnet. Auch der Wafer 12 ist in einem eigenen, mit dem Projektionssystem 4 verbundenen weiteren Gehäuse 16 untergebracht. Es versteht sich, dass sowohl die Anzahl der optischen Elemente in den einzelnen Systemen 2, 3, 4 sowie deren Anordnung nur beispielhaft zu verstehen ist und dass in einer realen EUV-Lithographieanlage 1 sowohl die Anzahl als auch die Anordnung der optischen Elemente sich von der in 1 gezeigten EUV-Lithographieanlage 1 unterscheiden können.
Die reflektiven optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 weisen jeweils eine optische Oberfläche 8a, 9a, 10a, 11a, 13a, 14a auf, die der EUV-Strahlung 7 der Lichtquelle 5 ausgesetzt ist. Die reflektiven optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 sind in einer Vakuum-Umgebung 17 der EUV-Lithographieanlage 1 angeordnet, in der typischerweise ein Gesamtdruck zwischen ca. 0,001 mbar und ca. 1 mbar herrscht. Die reflektiven optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 sind jeweils mit einer für die EUV-Strahlung 7 reflektierenden Beschichtung versehen, auf deren Darstellung in 1 verzichtet wurde. Die reflektierenden optischen Elemente 13, 14 zumindest des Projektionssystems 4 weisen jeweils ein Substrat auf, das aus einem Material mit einem besonders niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist, beispielsweise aus einer Glaskeramik wie z.B. Zerodur® oder aus mit Titandioxid dotiertem Quarzglas (ULE®).
Auf das Substrat ist eine für die EUV-Strahlung 7 reflektive Mehrlagen-Beschichtung aufgebracht, die eine Anzahl von Schichtpaaren mit alternierenden Schichten aus einem hoch brechenden Schichtmaterial und einem niedrig brechenden Schichtmaterial aufweist. Wird EUV-Strahlung 7 bei einer Betriebswellenlänge im Bereich von λ_B = 13,5 nm verwendet, so bestehen die Einzelschichten üblicherweise aus Molybdän und Silizium. In Abhängigkeit von der verwendeten Betriebswellenlänge λ_B sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C ebenfalls möglich. Bei optischen Elementen, die zur Reflexion von EUV-Strahlung 7 unter streifendem Einfall ausgebildet sind, kann die reflektierende Beschichtung ggf. nur eine oder nur eine geringe Anzahl an Schichten aufweisen.
Im gezeigten Beispiel sind das erste und das zweite optische Element 13, 14 des Projektionssystems 4 in einem gemeinsamen Vakuum-Gehäuse 22 untergebracht, das im Innenraum 4b des Projektionssystems 4 angeordnet ist. Das Vakuum-Gehäuse 22 weist einen Auslass 23 auf, der das Innere des Vakuum-Gehäuses 22 mit dem Innenraum 4b des Gehäuses 4a des Projektionssystems 4 verbindet. Mit Hilfe des in dem Innenraum 4b des Gehäuses 4a angeordneten Vakuum-Gehäuses 22 wird der EUV-Strahlengang 6 zwischen den beiden optischen Elementen 13, 14 gekapselt, d.h. von dem Innenraum 4b des Gehäuses 4a abgetrennt.
Das in 1 gezeigte Vakuum-Gehäuse 22 weist eine erste Öffnung auf, über die der EUV-Strahlengang 6 bzw. die EUV-Strahlung 7 in das Vakuum-Gehäuse 22 eintritt, sowie eine zweite Öffnung, durch die der EUV-Strahlengang 6 bzw. die EUV-Strahlung 7 das Vakuum-Gehäuse 22 verlässt. Im gezeigten Beispiel steht das Vakuum-Gehäuse 22 sowohl an der ersten Öffnung als auch an der zweiten Öffnung mit einem weiteren, in 1 nicht bildlich dargestellten Vakuum-Gehäuse in Verbindung, um im Wesentlichen den gesamten EUV-Strahlengang 6 von den jeweiligen Innenräumen 2b, 3b, 4b des Strahlerzeugungssystems 2, des Beleuchtungssystems 3 und des Projektionssystems 4 abzukapseln.
Bei dem in 1 gezeigten Vakuum-Gehäuse 22 wird eine Verbindung zwischen dem Innenraum 4b des Gehäuses 4a und dem Inneren des Vakuum-Gehäuses 22, in welcher der EUV-Strahlengang 6 verläuft, somit nicht über die Öffnungen, sondern lediglich über den Auslass 23 hergestellt. Eine in 1 nicht gezeigte Austrittsöffnung einer Zuführungsleitung zur Zuführung eines Spülgases, im gezeigten Beispiel in Form von Wasserstoff H₂, endet im Inneren des Vakuum-Gehäuses 22.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist an einer Innenwand 22a des Vakuum-Gehäuses 22 eine Sensorschicht 25 eines Wasserstoffplasma-Sensors 24 angebracht. Die Sensorschicht 25 ist im gezeigten Beispiel nicht unmittelbar auf die Innenwand 22a aufgebracht, sondern vielmehr auf einen Träger 26 aus einem nicht elektrisch leitenden Material, um die Sensorschicht 25 von der Innenwand 22a des Vakuum-Gehäuses 22 elektrisch zu isolieren. Der Wasserstoffplasma-Sensor 24 weist eine Messeinrichtung in Form einer Widerstandsmesseinrichtung 27 auf, die im gezeigten Beispiel über zwei elektrische Leitungen mit zwei Kontaktstellen 28a,b an gegenüberliegenden Rändern der Sensorschicht 25 verbunden ist, um die Sensorschicht 25 elektrisch zu kontaktieren.
Die Sensorschicht 25 ist im gezeigten Beispiel aus einer NiO-Keramik gebildet, deren elektrischer Widerstand sich abhängig von der Konzentration von Wasserstoff, genauer gesagt der Konzentration von Wasserstoff-Radikalen H*, in der Umgebung einer Oberfläche 25a der Sensorschicht 25 verändert. Die Wasserstoff-Radikale H* werden unter der Einwirkung der EUV-Strahlung 7 aus dem als Spülgas dienenden molekularen Wasserstoff H₂ erzeugt. An Stelle von NiO können auch andere Metall-Oxide, beispielsweise MoO, als Materialien für die Sensorschicht 25 verwendet werden, sofern diese eine Widerstandsänderung bei der Anwesenheit von Wasserstoff bzw. von Wasserstoff-Radikalen H^* aufweisen. Die Verwendung von NiO als Material der Sensorschicht 25 ist besonders vorteilhaft, da dieses Material eine hohe Absorption für EUV-Strahlung 7 aufweist, so dass die Sensorschicht 25 als Streulichtabsorber dient und auf diese Weise verhindert, dass Streustrahlung zurück in den EUV-Strahlengang 6 gelangen kann.
3 zeigt eine Darstellung der zeitlichen Entwicklung des Widerstands R, welcher von der Widerstandsmesseinrichtung 27 des Wasserstoffplasma-Sensors 24 von 1 aufgenommen wird. Die NiO-Sensorschicht 25 des Wasserstoffplasma-Sensors 24 wird bei aktivierter Wasserstoff-Quelle durch Rekombinationswärme aufgeheizt und kühlt nachfolgend, d.h. bei abgeschalteter Wasserstoff-Quelle, wieder ab. Beim Aufheizen nimmt der Widerstand R ab, während der Widerstand R beim nachfolgenden Abkühlen wieder zunimmt. Die Konzentration von Wasserstoff-Radikalen H^* in der Umgebung der Sensorschicht 25 ist im Wesentlichen proportional zum Quotienten aus dem maximalen gemessenen Widerstand R0 und dem Widerstand R1, auf den der gemessene Widerstand R praktisch instantan zwischen der Aufheizphase und der Abkühlphase abfällt. Für die Beschreibung von Materialien der Sensorschicht 25 sowie für die Beschreibung von Messprinzipien, die zur Bestimmung der Konzentration von Wasserstoff-Radikalen anhand einer Widerstandsänderung verwendet werden können, sei nochmals auf die eingangs zitierten Artikel „Thin Film Atomic Hydrogen Detector" von J.C. Macfarlane, Journal of Vacuum Science & Technology 5, 118 (1968) und „Semiconductor detector for the sensitive detection of atomic hydrogen" von K.C. Harvey und C. Fehrenbach, Jr., Rev. Sci. Instrum. 54 (9), 1983, verwiesen. In den Träger 26 kann ein Heizdraht oder eine andere Art von Wärmequelle integriert sein, um eine kontinuierliche Heizung der Sensorschicht 25 zu bewirken und auf diese Weise den Einfluss von Wärmeänderungen in der Umgebung der Sensorschicht 25 auszublenden.
Es versteht sich, dass der in 1 gezeigte Wasserstoff-Sensor 24 auch an anderer Stelle in der EUV-Lithographieanlage 1 angeordnet werden kann, beispielsweise an einer Innenwand eines der drei Gehäuse 2a, 3a, 4a oder an einem in den Gehäusen 2a, 3a, 4a angeordneten Bauteil. 2a zeigt einen Wasserstoffplasma-Sensor 24 von dem in 1 gezeigten Typ, bei dem in den Träger 26 eine Glühwendel bzw. eine Heizplatte 29 eingelassen ist, um eine konstante Wärmezufuhr zu der Sensorschicht 25 zu ermöglichen.
In 2a ebenfalls dargestellt ist eine Ablenkeinrichtung 30, die eine Spannungsquelle 31 umfasst, welche ein erstes und zweites elektrisch leitendes Gitter 32a, 32b auf unterschiedliches elektrostatisches Potential setzt, sodass sich zwischen den beiden Gittern 32a, 32b ein homogenes elektrostatisches Feld 33 ausbildet. In diesem elektrischen Feld 33 werden Wasserstoff-Ionen H⁺ sowie andere ionische Spezies im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 25a der Sensorschicht 25 beschleunigt und an einem jeweiligen Gitter 32a, 32b in neutrale Teilchen umgewandelt. Gleiches gilt für in 2a nicht dargestellte Elektronen, die ebenfalls in dem elektrostatischen Feld 33 umgelenkt werden, so dass diese nicht zur Oberfläche 25a der Sensorschicht 25 gelangen. Durch die Abschirmeinrichtung 30 werden somit lediglich elektrisch neutrale Wasserstoff-Radikale H^* sowie andere elektrisch neutrale Teilchen zur Oberfläche 25a der Sensorschicht 25 durchgelassen. Dies ist vorteilhaft, da insbesondere Elektronen, die auf die Sensorschicht 25 treffen, das Messergebnis der Widerstandsmesseinrichtung 27 verfälschen bzw. die Interpretation des von der Widerstandsmesseinrichtung 27 gemessenen Signals stören können.
Im gezeigten Beispiel ist die Abschirmeinrichtung 30 ausgebildet, das elektrostatische Feld 33 nur jeweils für ein begrenztes Zeitintervall zu aktivieren, um Ionen H⁺ abzulenken und Wasserstoff-Radikale H^* an der Sensorschicht 25 zu detektieren. In den dazwischen liegenden Zeitintervallen wird das elektrostatische Feld 33 abgeschaltet, so dass sowohl Wasserstoff-Radikale H* als auch Wasserstoff-Ionen H₃ ⁺, H₂ ⁺, H⁺ auf die Sensorschicht 25 treffen und von der Widerstandsmesseinrichtung 27 detektiert werden. Bei geeigneter Kalibrierung können die Flüsse bzw. die Flussraten der Wasserstoff-Ionen H₃ ⁺, H₂ ⁺, H⁺ und der Wasserstoff-Radikale H^* getrennt ermittelt werden, wobei im einfachsten Fall das Signal, das in einem Zeitintervall mit einem eingeschalteten elektrostatischen Feld 33 gemessen wird, von dem Signal subtrahiert wird, das in einem nachfolgenden Zeitintervall ohne elektrostatisches Feld 33 gemessen wird, um die Konzentration bzw. den Fluss der Wasserstoff-Ionen H₃ ⁺, H₂ ⁺, H⁺ zu bestimmen.
Wie weiter oben beschrieben wurde, besteht bei ausgeschaltetem elektrischem Feld 33 das Problem, dass auf die Oberfläche 25a der Sensorschicht 25 auftreffende Elektronen das Messergebnis der Widerstandsmesseinrichtung 27 beeinflussen können. Daher kann es ggf. günstig sein, die Veränderung mehr als einer physikalischen Eigenschaft des Materials der Sensorschicht 25 bzw. von anderen physikalischen Eigenschaften des Materials Sensorschicht 25 in Abhängigkeit von der Anwesenheit bzw. von der Konzentration eines Wasserstoff-Plasmas, insbesondere von Wasserstoff-Radikalen H^*, in der Umgebung der Oberfläche 25a der Sensorschicht 25 zu bestimmen. Bei der physikalischen Eigenschaft der Sensorschicht 25 kann es sich beispielsweise um eine optische Eigenschaft handeln, aber auch um die Temperatur T der Sensorschicht 25, die sich bei der Rekombination von Wasserstoff-Radikalen H^* zu molekularem Wasserstoff H₂ verändert, wie nachfolgend erläutert wird.
1 zeigt einen Wasserstoffplasma-Sensor 24, bei dem die Sensorschicht 25 auf einem Träger 26 in Form einer ringförmigen Blende aufgebracht ist, welche den EUV-Strahlengang 6 im Bereich des zweiten reflektierenden Elements 10 im Beleuchtungssystem 3 ringförmig umgibt, um das Wasserstoff-Plasma bzw. die Wasserstoff-Radikale H^* in der Nähe des EUV-Strahlengangs 6 im Betrieb der EUV-Lithographieanlage 1 zu detektieren. Der Wasserstoffplasma-Sensor 24, der auf der ringförmigen Blende 26 aufgebracht ist, basiert auf dem Prinzip einer kalorimetrischen Messung, d.h. die Temperatur T der Sensorschicht 25 wird mit Hilfe einer Messeinrichtung in Form eines Pyrometers 27a gemessen, um anhand der Temperatur T, genauer gesagt anhand von zeitlichen Veränderungen der Temperatur T, auf eine Veränderung des Wasserstoff-Plasmas, insbesondere der Menge von Wasserstoff-Radikalen H^*, in der Umgebung der Sensorschicht 25 zu schließen.
Die Verwendung eines kalorimetrischen Wasserstoffplasma-Sensors 24 erfordert ggf. eine zusätzliche lokale Kühlung oder Heizung, um die Performance von in der Nähe des Wasserstoffplasma-Sensors 24 angeordneten optischen Elementen, beispielsweise der beiden optischen Elemente 9, 10 im Beleuchtungssystem 3 der EUV-Lithographieanlage 1, nicht durch eine ungewollte Aufheizung zu verhindern. Es versteht sich, dass bei der kalometrischen Messung auch die von der EUV-Strahlung 6 auf die Oberfläche der Sensorschicht 25 eingestrahlte Wärme möglichst präzise bekannt sein sollte, um deren Einfluss auf die Temperatur T, die mit Hilfe des Pyrometers 27a gemessen wird, zu berücksichtigen. Bei dem Material der Sensorschicht 25 handelt es sich im gezeigten Beispiel um Yttrium.
Insbesondere bei der Verwendung eines Wasserstoffplasma-Sensors 24, der auf einem Träger in Form einer Blende 26 aufgebracht ist, ist es günstig, nicht nur die Wasserstoff-Konzentration über die gesamte Oberfläche der ringförmigen Blende 26 sondern entlang von bestimmten Raumrichtungen zu bestimmen. Zu diesem Zweck, d.h. zur Erhöhung der Ortsauflösung bei der Messung, kann die ringförmige Blende 26 bzw. die auf diese aufgebrachte Sensorschicht 25 segmentiert sein, d.h. in mehrere Segmente unterteilt sein, die z.B. durch einen engen Spalt voneinander separiert sind, so dass an jedem Segment einzeln die Temperatur T gemessen werden kann.
2b zeigt eine solche segmentierte Sensorschicht 25, die beispielhaft in fünf Sensorsegmente S1 bis S5 unterteilt ist, die mit Hilfe einer Widerstandsmesseinrichtung 27 jeweils über zwei Kontaktstellen 28a, 28b unabhängig voneinander elektrisch kontaktiert werden, um den Widerstand R in dem jeweiligen Sensorsegment S1 bis S5 zu bestimmen. Es versteht sich, dass in diesem Fall die jeweiligen Sensorsegmente S1 bis S5 nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Neben der Erhöhung der Ortsauflösung, die durch die Unterteilung in mehrere Sensorsegmente S1 bis S5 erreicht werden kann, die auf einem gemeinsamen, in 2b nicht gezeigten Träger angebracht sind, kann aufgrund der Segmentierung auch eine energieaufgelöste Messung der Wasserstoff-Radikale H^* erfolgen, d.h. es kann zwischen Wasserstoff-Radikalen H^* mit unterschiedlichen Energien unterschieden werden.
Zu diesem Zweck ist bei dem in 2b dargestellten Wasserstoffplasma-Sensor 24 eine Wasserstoff-Radikale H^* absorbierende Schicht 35 aufgebracht, deren Dicke d ortsabhängig variiert, wobei die Dicke d der absorbierenden Schicht 35 bei dem in 2b gezeigten Beispiel kontinuierlich vom fünften Sensorsegment S5 bis zum ersten Sensorsegment S1 abnimmt, so dass diese eine Gradientenschicht bildet. Es versteht sich, dass die Dicke d der absorbierenden Schicht 35 auch stufenweise vom fünften Sensorsegment S5 zum ersten Sensorsegment S1 abnehmen kann. Zu einem jeweiligen Sensorsegment S1 bis S5 können nur diejenigen Wasserstoff-Radikale H^* durchdringen, die eine ausreichende kinetische Energie aufweisen, um die absorbierende Schicht 35 mit der jeweiligen Dicke d zu durchdringen. Entsprechend kann anhand der Anzahl der auf ein jeweiliges Sensorsegment S1 bis S5 auftreffenden Wasserstoff-Radikale H^* eine Energieverteilung der Wasserstoff-Radikale H^* ermittelt werden. Im gezeigten Beispiel ist die Wasserstoff-Radikale H^* absorbierende Schicht 35 aus Ru gebildet und die Dicke d nimmt kontinuierlich von 3 nm auf 0 nm ab. Typischerweise kommen für die Schicht 35 nur Materialien in Frage, bei denen keine direkte chemische Wechselwirkung bzw. Adsorption der Wasserstoff-Radikale H^* auftritt, da dies zu einem Schichtabtrag führen könnte.
Der Flächeninhalt A der einzelnen Sensorsegmente S1 bis S5 liegt im gezeigten Beispiel bei weniger als ca. 1 mm², wobei auch ein geringerer Flächeninhalt A möglich ist, sofern in diesem Fall eine elektrische Kontaktierung der einzelnen Sensorsegmente S1 bis S5 gewährleistet werden kann. Es versteht sich, dass auch der in 2a gezeigte, nicht segmentierte Wasserstoffplasma-Sensor 25 einen Flächeninhalt A aufweisen kann, der bei ca. 1 mm² oder weniger liegen kann.
4 zeigt einen Wasserstoffplasma-Sensor 24, der an einem reflektierenden optischen Element in Form des ersten optischen Elements 9 des Beleuchtungssystems 3 vorgesehen ist. Bei dem ersten optischen Element handelt es sich um einen Facettenspiegel 9, genauer gesagt um einen Feld-Facettenspiegel, der zur Erzeugung von sekundären Lichtquellen in dem Beleuchtungssystem 3 dient. Das zweite optische Element 10 ist typischerweise am Ort der vom ersten optischen Element 9 erzeugten sekundären Lichtquellen angeordnet und ist ebenfalls als Facettenspiegel ausgebildet.
In 4 ist ein Ausschnitt bzw. ein Detail des ersten Facetten-Spiegels 9 mit fünf verkippbaren Facetten-Elementen 39a-e dargestellt. Die Facetten-Elemente 39a-e weisen jeweils einen optisch genutzten Oberflächenbereich 40a-e auf, der mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist und der die Vorderseite eines jeweiligen Facetten-Elements 39a-e bildet. Das erste, vierte und fünfte Facetten-Element 39a, 39d, 39e, genauer gesagt deren optisch genutzten Oberflächenbereiche 40a, 40d, 40e, sind in einer unverkippten Stellung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die in 4 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist.
Wie in 4 ebenfalls zu erkennen ist, weist der Feld-Facettenspiegel 9 ein Substrat 43 aus Silizium auf, welches säulenförmige Stützelemente 44 aufweist, an denen die Facetten-Elemente 39a-e beweglich gelagert sind. Unterhalb des Substrats 43 sind im Bereich jedes Facetten-Elements 39a-e einer oder mehrere Aktuatoren 45, beispielsweise in Form von Elektroden, zur Erzeugung eines elektrischen Feldes angebracht, um die Facetten-Elemente 39a-e durch elektrostatische Anziehung um eine in X-Richtung verlaufende Achse zu verkippen, die im Bereich eines jeweiligen Stützelements 44 verläuft.
Bei dem in 4 gezeigten Beispiel ist das zweite Facetten-Element 39b mit Hilfe der Aktuatoren 45 aus der unverkippten Grundstellung im Uhrzeigersinn in eine verkippte Stellung gedreht bzw. verkippt, während das dritte Facetten-Element 39c in umgekehrter Richtung, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn, in eine verkippte Stellung gedreht bzw. verkippt ist. In der verkippten Stellung steht bei dem dritten Facetten-Element 39c eine rechte Seitenfläche 42 des typischerweise rechteckigen bzw. quaderförmigen Facetten-Elements 39c über das erste, vierte und fünfte unverkippte Facetten-Element 39a, 39d, 39e über, während die linke Seitenfläche 41 gegenüber der gemeinsamen Ebene in Richtung auf das Substrat 43 zurücksteht. Entsprechendes gilt für das zweite Facetten-Element 39b, bei dem aufgrund der gegenläufigen Drehrichtung die rechte Seitenfläche 41 gegenüber den unverkippten Facetten-Elementen 39a, 39d, 39e zurücksteht ist, während die linke Seitenfläche 42 über die drei unverkippten Facetten-Elemente 39a, 39d, 39e übersteht.
An der vorstehenden rechten Seitenfläche 42 des dritten Facetten-Elements 39c ist eine Sensorschicht 25 eines Wasserstoffplasma-Sensors 24 aufgebracht. Die Sensorschicht 25 enthält im gezeigten Beispiel Yttrium, kann aber auch aus ein anderes Material aufweisen, welches Wasserstoff einlagert, beispielsweise Palladium. Diese Materialien verändern in Abhängigkeit von der Konzentration von Wasserstoff-Radikalen H^* in der Umgebung der Sensorschicht 25 ihre optischen Eigenschaften, beispielsweise ihren Brechungsindex n, wie dies beispielhaft in 5 dargestellt ist, bei der zu einem bestimmten Zeitpunkt t₀ ein Fluss von Wasserstoff-Radikalen H^* einsetzt, der zu einem deutlichen Anstieg des Brechungsindex n führt, wie in 5 gut zu erkennen ist. Die Sensorschicht 25 kann auch andere Materialien enthalten, die z.B. einen Oxidationsschutz bewirken, wie beispielsweise Ruthenium.
An Stelle des in 4 gezeigten Feld-Facettenspiegels 9, der verkippbare Facetten-Elemente 39a-e aufweist, kann der Feld-Facettenspiegel 9 statische, d.h. in einer fest vorgegebenen Stellung fixierte, Facetten-Elemente 39a-e aufweisen. Auch in diesem Fall können die (ortsfesten) Facetten-Elemente 39a-e wie in 4 angeordnet sein, d.h. es kann beispielsweise das dritte Facetten-Element 39c in einer (dauerhaft) verkippten Stellung über das erste, zweite, vierte und fünfte Facetten-Element 39a, 39b, 39d, 39e überstehen, sodass die vorstehende rechte Seitenfläche 42 des dritten Facetten-Elements 39c eine Sensorschicht 25 eines Wasserstoffplasma-Sensors 24 bilden kann.
Bei dem in 4 gezeigten Wasserstoffplasma-Sensor 24 ist als Messeinrichtung ein Ellipsometer 27b vorgesehen, um den Brechungsindex n der Sensorschicht 25 auf optischem Wege zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird von einer Messlichtquelle 46a Messstrahlung auf die Sensorschicht 25 eingestrahlt, die einen Polarisator 47a durchläuft, bevor diese auf die Sensorschicht 25 auftrifft. An der Sensorschicht 25 reflektierte Messstrahlung durchläuft einen weiteren Polarisator 47b (Analysator) und wird von einem Detektor 46b detektiert. Bei der ellipsometrischen Messung mit Hilfe des Ellipsometers 27b wird die Veränderung der Polarisation der Messstrahlung detektiert, wobei typischerweise der Einfallswinkel Φ der Messstrahlung auf die Sensorschicht 25 variiert wird. Neben dem Brechungsindex n können auch andere Messgrößen mit Hilfe des Ellipsometers 27b gemessen werden, beispielsweise die Dicke D der Sensorschicht 25, die durch das Wasserstoffplasma, genauer gesagt durch die Wasserstoff-Radikale H^* einen chemischen Abtrag erfahren kann. Die Änderung der Dicke D kann daher ebenfalls herangezogen werden, um das Vorhandensein eines Wasserstoffplasmas bzw. eine Veränderung des Wasserstoffplasmas, insbesondere das Vorhandensein bzw. die Veränderung der Verteilung von Wasserstoff-Radikalen H^*, in der Umgebung der Sensorschicht 25 zu detektieren.
Die in 1 und 4 gezeigten Wasserstoffplasma-Sensoren 24, genauer gesagt deren Sensorschichten 25, sind dauerhaft in der EUV-Lithographieanlage 1 angebracht und können nicht ohne weiteres aus dieser entfernt werden. Gleiches gilt für Wasserstoffplasma-Sensoren 24, die ggf. an anderen optischen Elementen, beispielsweise an den reflektierenden optischen Elementen 13, 14 im Projektionssystem 4 der EUV-Lithographieanlage 1, angebracht sind, und zwar typischerweise an einem Substrat entweder an derjenigen Seite, an der eine reflektierende Beschichtung auf das Substrat aufgebracht ist, oder an einer Seitenfläche des Substrats. Es versteht sich, dass Wasserstoffplasma-Sensoren 24, genauer gesagt deren Sensorschichten 25, auch an den Innenwänden der Gehäuse 2a, 3a, 4a oder an anderer Stelle in der EUV-Lithographieanlage 1 angeordnet werden können.
Um eine langfristige Reversibilität sowie die Vermeidung einer möglichen Sensoralterung zu gewährleisten, kann ein Reset bzw. ein Resetting der jeweiligen Sensorschicht 25, genauer gesagt von deren Material mittels einer geeigneten Reset-Methode durchgeführt werden. Bei dem Reset kann der Sensorschicht 25 beispielsweise Licht zugeführt werden, es kann die Temperatur der Sensorschicht 25 erhöht werden, eine Spannung kann an die Sensorschicht 25 angelegt werden oder ein Reset kann dadurch erfolgen, dass in der Umgebung kein Wasserstoffplasma mehr erzeugt wird, beispielsweise weil die EUV-Lichtquelle 5 (kurzzeitig) abgeschaltet wird.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Reset kann auch ein Austausch der Sensorschicht 25 sinnvoll sein. In diesem Fall ist zumindest die Sensorschicht 25 des Wasserstoffplasma-Sensors 24 vorteilhafter Weise an einer austauschbaren Komponente der EUV-Lithographieanlage 1 angebracht. Bei der austauschbaren Komponente kann es sich beispielsweise um die Maske 11 handeln, aber auch um eine austauschbare Komponente in Form eines stabförmigen Trägers oder dergleichen, die als „witness sample“, d.h. als Probe, z.B. zur Kontaminationsdetektion in die entsprechenden Innenräume 2b, 3b, 4b eingebracht wird und die von einem Bediener oder automatisiert aus der EUV-Lithographieanlage 1 entnommen werden kann.
Zusammenfassend kann auf die weiter oben beschriebene Weise während des Belichtungsbetriebs ein in-situ Monitoring der EUV-Lithographieanlage 1 im Hinblick auf Flussraten, Energien, etc. von Wasserstoff-Radikalen H^* und anderen Bestandteilen eines Wasserstoffplasmas durchgeführt werden, wobei durch die Verwendung mehrerer Wasserstoffplasma-Sensoren 24 bzw. durch deren Segmentierung eine räumlich aufgelöste Messung insbesondere an bzw. in der Nähe der optischen Elemente 9, 10, 11, 13, 14 sowie an den Wänden der Gehäuse 2a, 3a, 4a bzw. an den Innenwänden 22a der Vakuum-Gehäuse 22 durchgeführt werden kann. Erst durch eine solche Messung des Flusses der Wasserstoff-Radikale H^* im Betrieb der EUV-Lithographieanlage 1 können Rückschlüsse auf den Einfluss gezogen werden, den die Materialien in der EUV-Lithographieanlage1 bzw. deren Oxidationszustand, der auch der Belüftung und von der Betriebsdauer der EUV-Lithographieanlage 1 abhängig ist, auf den Radikalenfluss haben. Zusätzlich kann anhand des Flusses der Wasserstoff-Radikale H^* auch ein Fehlerfall im Betrieb der EUV-Lithographieanlage 1 festgestellt werden.
Es versteht sich, dass die weiter oben beschriebenen Messverfahren zur Detektion von Wasserstoff-Radikalen H^* auch in Kombination eingesetzt werden können, beispielsweise kann zusätzlich zur optischen Messung auch eine Widerstandsmessung an einem jeweiligen Facetten-Element 39a-e des Feld-Facettenspiegels 9 durchgeführt werden. Auch kann bei dem in 1 gezeigten Wasserstoffplasma-Sensor 24, der eine Widerstandsmesseinrichtung 27 aufweist, zusätzlich oder alternativ eine optische Messung durchgeführt werden, usw.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/034582 A2 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Yttrium and lanthanum hydride films with switchable optical properties“ von R. Griessen et al., Journal of Alloys and Compounds 253-254, 44-50 (1997) [0005]
„Attenuation of hydrogen radicals traveling under flowing gas conditions through tubes of different materials“, von R.K. Grubbs und S.M. George, Journal of Vacuum Science & Technology A 24, 486 (2006) [0013]
„Yttrium and Lanthanum Hydride Films with Switchable Optical Properties“, von R. Griessen et al., J. Alloys and Compounds, 253-254: 44-50 [0014]
„Thin Film Atomic Hydrogen Detector“ von J.C. Macfarlane, Journal of Vacuum Science & Technology 5, 118 (1968) [0015, 0046]
„Semiconductor detector for the sensitive detection of atomic hydrogen“ von K.C. Harvey und C. Fehrenbach, Jr., Rev. Sci. Instrum. 54 (9), 1983 [0015, 0046]

Claims

EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: mindestens ein optisches Element (8, 9, 10, 11, 13, 14), das in einer Vakuum-Umgebung (17) des EUV-Lithographiesystems (1) angeordnet ist und das zur Reflexion von EUV-Strahlung (7) ausgebildet ist, sowie mindestens einen Wasserstoffplasma-Sensor (24), der mindestens eine Sensorschicht (25) aufweist, die bei der Anwesenheit eines Wasserstoffplasmas (H^*, H⁺) und/oder bei der Veränderung mindestens einer Eigenschaft eines Wasserstoffplasmas (H^*, H⁺) in der Umgebung einer Oberfläche (25a) der Sensorschicht (25) mindestens eine Eigenschaft verändert.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Eigenschaft der Sensorschicht (25) ausgewählt ist aus der Gruppe: Temperatur (T), elektrische Eigenschaften, insbesondere elektrischer Widerstand (R), optische Eigenschaften, insbesondere Brechungsindex (n), und Dicke (D) der Sensorschicht (25).
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sensorschicht (25) Yttrium und/oder Palladium und/oder Ruthenium enthält.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sensorschicht (25) mindestens ein Metall-Oxid, insbesondere NiO oder MoO, enthält.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wasserstoffplasma-Sensor (24) mindestens eine Messeinrichtung (27, 27a, 27b) zur Messung der Veränderung der mindestens einen Eigenschaft der Sensorschicht (25) aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 5, bei dem die Messeinrichtung als Widerstandsmesseinrichtung (27), als Ellipsometer (27b) oder als Pyrometer (27a) ausgebildet ist.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 6, bei dem die Sensorschicht (25) mindestens eine Kontaktstelle (28a,b) zur elektrischen Kontaktierung der Widerstandsmesseinrichtung (27) aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens eine Ablenkeinrichtung (30), die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, bevorzugt eines elektrostatischen Feldes (33), ausgebildet ist, um geladene Teilchen (H⁺) von der Oberfläche (25a) der Sensorschicht (25) fernzuhalten.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wasserstoffplasma-Sensor, insbesondere die Sensorschicht (25), mehrere Sensorsegmente (S1 bis S5) aufweist, bei denen die Änderung der mindestens einen Eigenschaft der Sensorschicht (25) jeweils einzeln messbar ist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche (25a) der Sensorschicht (25), insbesondere die Oberfläche eines Sensorsegments (S1 bis S5), einen Flächeninhalt (A) von weniger als 1 mm² aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die Sensorschicht (25) eine Wasserstoff-Radikale (H^*) absorbierende Schicht (35) aufgebracht ist, die bevorzugt eine ortsabhängig variierende Dicke (d) aufweist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sensorschicht (25) des Wasserstoffplasma-Sensors (24) an einer austauschbaren Komponente (11) des EUV-Lithographiesystems (1) angebracht ist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sensorschicht (25) des Wasserstoffplasma-Sensors (24) an einer Blende (26) gebildet ist, welche den EUV-Strahlengang (6) des EUV-Lithographiesystems (1) insbesondere ringförmig umgibt.
EUV-Lithographiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das optische Element (13, 14) in einem Vakuum-Gehäuse (22) angeordnet ist, das sich im Innenraum (4b) eines Gehäuses (4) des EUV-Lithographiesystems (1) befindet, wobei die Sensorschicht (25) des Wasserstoffplasma-Sensors (24) an einer Innenwand (22a) des Vakuum-Gehäuses (22) angeordnet ist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Sensorschicht (25) des Wasserstoffplasma-Sensors (24) an dem optischen Element (9) außerhalb eines optisch genutzten Oberflächenbereichs (40c) gebildet ist.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 15, bei dem das optische Element ein Facettenspiegel (9) mit einer Mehrzahl von insbesondere verkippbaren Facetten-Elementen (39a-e) ist und bei dem die Sensorschicht (25) des Wasserstoffplasma-Sensors (24) an einer Seitenfläche (42) eines der Facetten-Elemente (39c) gebildet ist, wobei die Seitenfläche (42) in einer verkippten Stellung des Facetten-Elements (39c) gegenüber anderen, sich insbesondere in einer unverkippten Stellung befindlichen Facetten-Elementen (39a, 39d, 39e) des Facettenspiegels (9) übersteht.