DE102017207030A1

DE102017207030A1 - Verfahren zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich

Info

Publication number: DE102017207030A1
Application number: DE102017207030.7A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Forcht; Olaf Rogalsky; Irene Ament
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-10-31
Also published as: KR20200002950A; WO2018197191A1; KR102406832B1; US11256182B2; US20200064748A1

Abstract

Zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche wird ein Verfahren vorgeschlagen mit den Schritten:- Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff zu der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht;- anschließend Zufuhr von Inertgas mit einem HO-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm. Dazu kann ein optisches System (1) ein Gehäuse (122), eine Zufuhr (161) von aktiviertem Wasserstoff, eine Zufuhr (162) von Inertgas mit einem HO-Volumenanteil von unter 5 ppm und eine Abfuhr (163) zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse (122) aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein optisches System mit einem optischen Element für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche.
Insbesondere im kurzwelligeren ultravioletten Wellenlängenbereich bis zu 120 nm, auch vakuumultraviolette Strahlung (VUV-Strahlung) genannt, kann nicht nur mit transmissiven optischen Elementen gearbeitet werden, sondern muss oft auch auf reflektive optische Elemente zurückgegriffen werden. Besonders bewährt haben sich dabei optische Elemente, die auf einem Substrat eine metallische Schicht mit darüberliegend einer Schutzschicht oder ein hochreflektierendes Schichtsystem aufweisen. Die Schutzschicht bzw. das Schichtsystem kann ein oder mehrere Fluoride aufweisen. Derartige optische Elemente sind beispielsweise aus der US 5,850,309 bekannt.
Die Schutzschicht bzw. das Schichtsystem haben u.a. die Funktion, die metallische Schicht vor Kontamination, insbesondere durch Oxidation zu schützen. Es ist allerdings beobachtet worden, dass schon geringe Sauerstoff- oder Wasserkonzentrationen im Bereich von tausendstel Promille zu einer Degradation der Beschichtung auf der metallischen Schicht und anschließend auch der metallischen Schicht führen können. Aus der DE 10 2009 001 488 A1 ist für optische Elemente für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich, etwa 1 nm bis 20 nm, bekannt, ihre Oberfläche mittels aktiviertem Wasserstoff zu reinigen und gleichzeitig ein Monomer insbesondere eines Kohlenwasserstoffs bereitzustellen, das unter Einfluss des aktivierten Wasserstoffs an der Oberfläche des zu reinigenden optischen Elements polymerisiert und dadurch eine Schutzschicht bildet, die eine geringe Adsorption für Metallhydride aufweist, die sich bei der Reinigung und insbesondere beim Betrieb mit Plasmastrahlungsquellen bilden können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Reinigungsverfahren für optische Elemente für den ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere bis 120 nm vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche, aufweisend die Schritte:

- Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff zu der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht;
- anschließend Zufuhr von Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm.

Durch die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff, d.h. Wasserstoffradikalen oder ionisiertem Wasserstoff wird die Oberfläche des optischen Elements von Kontaminationen gereinigt. Insbesondere kann die Oxidation der metallhaltigen Schicht rückgängig gemacht werden. Um dabei das Risiko einer erneuten Oxidation der gereinigten Oberfläche durch eine durch die Behandlung mit aktiviertem Wasserstoff eventuell erhöhte Konzentration von Wasser, Sauerstoff, Hydroxidionen oder Hydroxylradikalen zu reduzieren, wird die Atmosphäre im Bereich der Oberfläche des optischen Elements mit metallhaltiger Schicht durch trockenes Inertgas, nämlich Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm ersetzt. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich besonders gut für optische Elemente mit einer metallischen Schicht, insbesondere ohne zusätzlicher schützender Beschichtung bzw. einer solchen, die beim Betrieb des optischen Elements bereits so beschädigt ist, dass die metallische Schicht nicht mehr vollständige bedeckt ist oder durch die ein endlicher Anteil von Sauerstoff hindurchdiffundieren kann.
Vorteilhafterweise wird der aktivierte Wasserstoff zugeführt, indem Inertgas molekularer Wasserstoff mit einem Anteil von 1-20 Vol.-% zugegeben wird und diese Mischung an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet wird oder einer dissoziierenden Strahlung ausgesetzt wird. Über die Wärmeeinwirkung bzw. die dissoziierende Strahlung kann der molekulare Wasserstoff in Wasserstoffradikale aufgespalten oder auch ionisiert werden. Der aktivierte Wasserstoff hat höhere Reaktionsraten als molekularer Wasserstoff, so dass mit aktiviertem Wasserstoff auch bessere Reinigungsraten erreicht werden können.
Bevorzugt wird das Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm zwischen 1 min und 100 min zugeführt, um die Atmosphäre im Bereich des zu reinigenden optischen Elements hinreichend auszutauschen und zu trocknen.
Vorteilhafterweise wird der aktivierte Wasserstoff zwischen 1 min und 100 min zugeführt, um vorliegende Kontaminationen wie etwa kohlenwasserstoffhaltige Ablagerungen oder Oxidation der Oberfläche, insbesondere der metallhaltigen Schicht hinreichend zu entfernen.
In bevorzugten Ausführungsformen wird das optische Element geheizt. Dies kann während der Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff, während der Zufuhr von trockenem Inertgas oder während beiden Schritten geschehen. Während der Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff kann durch den Wärmeeintrag die Reduktion der Kontamination mittels Wasserstoffs auf der Oberfläche des optischen Elements beschleunigt werden. Während der Zufuhr von trockenem Inertgas kann durch den Wärmeeintrag das Trocknen der Oberfläche des optischen Elements beschleunigt werden.
Bevorzugt wird das optische Element auf eine Temperatur bis 120°C, besonders bevorzugt bis 100°C aufgeheizt. So kann die Reinigung beschleunigt werden, ohne durch zu hohen Wärmeeintrag das optische Element zu beeinträchtigen. Findet die Reinigung während des laufenden Betriebs statt, wird das optische Element vorzugsweise auf ca. 40°C bis 50°C erwärmt.
Um den Trocknungsprozess zu unterstützen, wird vorteilhafterweise in der Nähe der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht eine Kühlfalle und/oder ein Trocknungsmittel und/oder eine Fläche mit einem Platinmetall angeordnet. Dadurch kann die Wasser- und die Sauerstoffkonzentration im Inertgas weiter reduziert werden.
In bevorzugten Ausführungsformen wird die Schrittfolge Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff und Zufuhr von Inertgas mindestens einmal wiederholt. Auf diese Weise kann die Reinigung beispielsweise durch Anpassen der Dauer der einzelnen Schritte schonender und/oder rascher gestaltet werden. Besonders gut kann auf diese Weise die Reinigung beim laufenden Betrieb durchgeführt werden, da bei Bedarf immer wieder aktivierter Wasserstoff zugeführt werden kann und dazwischen durch Spülen mit dem trockenen Inertgas die Oxidationswahrscheinlichkeit reduziert werden kann.
Besonders bevorzugt wird an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht die Wasserkonzentration und/oder Oxidkonzentration gemessen und in Abhängigkeit von einem oder mehreren festgelegten Schwellenwerten einer oder mehrere Schritte zum Reinigen des optischen Elements begonnen oder beendet. So kann etwa bei Überschreiten einer Oxidkonzentration die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff begonnen werden und bei Unterschreiten auf die Zufuhr von trockenem Inertgas umgeschaltet werden. Man kann auch nur die Wasserkonzentration oder beide Parameter überwachen und zum Starten oder Beenden der Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff oder von trockenem Inertgas einsetzen.
Optional kann als abschließender Schritt Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder einem Kohlenwasserstoffanteil zugegeben werden. Der Kohlenwasserstoffanteil kann zur Bildung einer polymeren Schutzschicht gegen Oxidation der Oberfläche des optischen Elements mit metallhaltiger Schicht führen. Der Fluor- oder Fluoridanteil kann zur Bildung einer Fluoridschutzschicht auf der Oberfläche gegen Oxidation führen.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches System mit einem optischen Element für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche in einem Gehäuse und einer Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff in das Gehäuse, einer Zufuhr von Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm in das Gehäuse und einer Abfuhr zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse. Ein solches optisches System kann zur Reinigung des optischen Elements mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche wie soeben beschrieben eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise weist es zum Unterstützen des Reduktions- und/oder des Trocknungsschrittes eine Heizeinrichtung und/oder eine Strahlungsquelle auf.
Bevorzugt ist zum weiteren Senken des Wasser- und Sauerstoffgehalts im Inertgas in der Nähe der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht eine Kühlfalle und/oder ein Trocknungsmittel und/oder eine Fläche mit einem Platinmetall angeordnet.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen weist es eine Messeinheit zur Messung der Wasser- und/oder Oxidkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht auf. In Abhängigkeit der gemessenen Wasser- und/oder Oxidkonzentration kann das zuvor erläuterte Reinigungsverfahren gesteuert werden.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die UV-Lithographie;
2 eine schematische Darstellung eines Waferinspektionssystems;
3 eine schematische Darstellung eines ersten optischen Elements;
4 eine schematische Darstellung eines zweiten optischen Elements;
5 eine erste Variante des vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens; und
6 eine zweite Variante des vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens.

1 zeigt eine schematische Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 für die UV-Lithographie. Die UV-Lithographievorrichtung 1 weist als wesentliche Bestandteile insbesondere zwei optische Systeme 12, 14 auf, ein Beleuchtungssystem 12 und Projektionssystem 14. Für die Durchführung der Lithographie ist eine Strahlungsquelle 10 notwendig, besonders bevorzugt ein Excimerlaser, der beispielsweise bei 248 nm, 193 nm oder 157 nm emittiert und der integraler Bestandteil der UV-Lithographievorrichtung sein kann. Die von der Strahlungsquelle 10 emittierte Strahlung 11 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 12 so aufbereitet, dass damit eine Maske 13, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet werden kann. Im hier dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 12 transmittierende und reflektierende optische Elemente auf. Stellvertretend sind hier das transmittierende optische Element 120, das die Strahlung 11 beispielsweise bündelt, und das reflektierende optische Element 121 dargestellt, dass die Strahlung beispielsweise umlenkt. In bekannter Weise können im Beleuchtungssystem 12 verschiedenste transmittierende, reflektierende und sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden.
Die Maske 13 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes Element 15, beispielsweise einen Wafer im Rahmen der Produktion von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 14 übertragen wird. Das Projektionssystem 14 weist im hier dargestellten Beispiel mindestens ein transmittierendes optisches Element auf. Im hier dargestellten Beispiel sind stellvertretend zwei transmittierende optische Elemente 140, 141 dargestellt, die beispielsweise insbesondere dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 13 auf die für die Belichtung des Wafers 15 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch beim Projektionssystem 14 können u.a. reflektive optische Element vorgesehen sein und verschiedenste optische Elemente in bekannter Weise beliebig miteinander kombiniert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass auch optische Systeme ohne transmittierende optische Elemente eingesetzt werden können.
Im Folgenden soll exemplarisch näher auf das Beleuchtungssystem 12 eingegangen werden. Die optischen Elemente 120, 121 sind in einem Gehäuse 122 angeordnet. Diese Gehäuse 122 weist eine Zuleitung 161 für aktivierten Wasserstoff, eine Zuleitung 162 für Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm und eine Ableitung 163 zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse 122 auf. Die Zuleitungen 161, 162 können beide oder einzeln auch für während des Betriebs der UV-Lithographievorrichtung eingesetztes Spülgas eingesetzt werden. Es kann dafür auch eine separate Zuleitung vorgesehen sein. Bevorzugt wird als Inertgas eine Mischung aus Stickstoff und einem oder mehreren Edelgasen eingesetzt, insbesondere falls diese Reinigung in-situ und auch während des Betriebs des optischen Elements stattfindet. Alternativ können auch ein oder mehrere Edelgase ohne Stickstoff eingesetzt werden. Gegenüber reinem Stickstoff als Inertgas hat dies den Vorteil, dass beim Betrieb weniger UV-Strahlung absorbiert wird.
Bei dem optischen Element 121 handelt es sich um einen Spiegel mit einer Oberfläche 1210, die eine Metallverspiegelung aufweist. Um über einen breiten Wellenlängenbereich, beispielsweise 100 nm bis 200 nm mit guter Reflektivität eingesetzt werden zu können, hat sich eine Metallschicht aus Aluminium bewährt. Weitere geeignete Metall sind insbesondere für den Einsatz bei streifendem Einfall Edelmetalle und Platinmetalle. Die Metallschicht kann offen liegen. Sie kann eine Schutzschicht aus einer dielektrischen Schicht aufweisen. Geeignet sind u.a. Metallfluoride als Schutzschichtmaterial. Eine besonders gute Transmission über den genannten weiten Wellenlängenbereich weist beispielsweise Magnesiumfluorid auf. Ferner kann auf der Metallschicht auch ein Schichtsystem vorgesehen sein, um die optischen Eigenschaften des optischen Elements 121 gezielt zu beeinflussen.
In den 3 und 4 sind schematisch mögliche beispielhafte Ausführungen von optischen Elementen 3, 4 mit einer Oberfläche 37, 47, die eine Metallverspiegelung 33, 43 aufweist, dargestellt. Die Metallverspiegelung 33, 43 ist jeweils auf einem Substrat 31, 41 aufgebracht. Sie kann unmittelbar auf dem Substrat 31, 41 aufgebracht sein oder es kann zwischen der Metallverspiegelung 33, 43 und dem Substrat 31, 41 eine Haftvermittlerschicht und/oder andere funktionale Schichten vorgesehen sein. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsvariante ist zum Schutz der Metallverspiegelung 33 eine Schutzschicht 35 vorgesehen. Die Schutzschicht 35 kann mehr als eine Lage aufweisen. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsvariante ist zur Beeinflussung der optischen Eigenschaften des optischen Elements 4 zusätzlich auf der Metallverspiegelung 43 ein Schichtsystem 49 vorgesehen, bevorzugt aus dielektrischen Materialien, insbesondere aus alternierend angeordneten Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Insbesondere kann damit für bestimmte Wellenlängenbereiche gezielt die Reflektivität erhöht werden. Die Schutzschicht 45 ist im in 4 dargestellten Beispiel auf dem Schichtsystem 49 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass in anderen, nicht dargestellten Varianten ein optisches Element keine Metallverspiegelung, sondern eine Metallfluoridschicht aufweisen kann.
Während des Betriebs von optischen Systemen mit derartigen optischen Elementen, beispielsweise UV-Lithographievorrichtungen oder Wafer- oder Maskeninspektionssysteme, kann die Oberfläche des jeweiligen optischen Elements kontaminiert werden, insbesondere durch Oxidation durch Sauerstoffradikale oder -ionen, die während des Betriebs unter Einfluss der UV-Strahlung auf im Spülgas oder der Gasatmosphäre im optischen System befindlichen Sauerstoff oder Wasser. Beispielsweise können durch die Oxidation Metallfluoridschichten wie etwa aus Magnesiumfluorid beschädigt werden und Metallschichten, u.a. aus Aluminium durch Oxidation stark an Reflektivität verlieren. Insbesondere Metalloxide können aber mittels Wasserstoffs wieder zu Metall reduziert werden. Z.B. kann Aluminiumoxid auf diese Weise entfernt werden, damit wieder eine Aluminiumoberfläche zur Verfügung steht. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl Sauerstoff- als auch Wasserstoffradikale durch eine Schutzschicht aus beispielsweise einem Metallfluorid, etwa aus Magnesiumfluorid hindurchdiffundieren können und es vorkommen kann, dass gleichzeitig beispielsweise eine Schutzschicht und eine darunterliegende Metallschicht oxidiert und/oder reduziert werden können.
Zur Reinigung des Spiegels 121 wird im in 1 dargestellten Beispiel zunächst der Spiegeloberfläche 1210 aktivierter Wasserstoff zugeführt. Im hier dargestellten Beispiel wird dies bewerkstelligt, indem über die Zuleitung 161 molekularer Wasserstoff in das Gehäuse 122 eingeleitet wird und dort zum Dissoziieren der Strahlung der Strahlungsquelle 10 ausgesetzt wird. In Varianten kann auch eine dedizierte Strahlungsquelle vorgesehen sein, deren Emissionsspektrum speziell für das Dissoziieren von molekularem Wasserstoff optimiert ist. In Abwandlungen kann der molekulare Wasserstoff, bevorzugt vor dem Einleiten in das Gehäuse 122, um eine zusätzliche Kontamination innerhalb des Gehäuses 122 zu vermeiden, an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet. Dazu wird die Reinigung bevorzugt bei Unterdruck oder sogar Vakuum durchgeführt, was über die Ableitung 163 ermöglicht werden kann. Bei Reinigung bei Umgebungsdruck kann es von Vorteil sein, eine Heizdrahtanordnung im Kantenbereich des Spiegels 121 vorzusehen.
Zur Unterstützung der dissoziierenden Wirkung der Strahlung der Strahlungsquelle 10 sowie der reinigenden Wirkung des aktivierten Wasserstoffs ist der Spiegel 121 mit einer Heizeinrichtung 165 versehen. Im in 1 dargestellten Beispiel ist die Heizeinrichtung derart ausgebildet, dass der Spiegel 121 über seine gesamte Oberfläche 1210 möglichst homogen erwärmt wird.
Über die Zuleitung 162 wird im Anschluss an die Zugabe von aktiviertem Wasserstoff Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm in das Gehäuse 122 und insbesondere an die Spiegeloberfläche geleitet, um eine neue Kontamination der gereinigten Oberfläche 1210 mit metallhaltiger Schicht durch Oxidation zu vermeiden. Um diesen Effekt zu unterstützen, kann die Heizeinrichtung 165 auch während dieses Verfahrensschritt zum Erwärmen des Spiegels 121 eingesetzt werden. Außerdem ist im in 1 dargestellten Beispiel in der Nähe der Spiegeloberfläche 1210 ein Trocknungsmittel, beispielsweise mit hygroskopischem Material vorgesehen. Mithilfe dieser Maßnahmen kann der H₂O-Volumenanteil besonders niedrig gehalten werden.
Der Reinigungsprozess inklusive Trocknung wird im in 1 dargestellten Beispiel überwacht und gesteuert, indem vom Spiegel 121 reflektierte Strahlung mittels eines Strahlteilers 166 auf einen Detektor 167 geleitet wird und zur weiteren Auswertung zur Verfügung steht, beispielsweise in einer nicht dargestellten Steuereinrichtung. Insbesondere kann auf diese Weise die Wasserkonzentration und/oder die Oxidkonzentration auf der Spiegeloberfläche 1210 gemessen werden und in Abhängigkeit vom Über- bzw. Unterschreiten von entsprechenden Schwellenwerten entweder mehr aktivierter Wasserstoff oder mehr trockenes Inertgas zugeführt werden. Eine solche Vorgehensweise erlaubt eine Reinigen bzw. hinreichendes Unterdrücken von Kontamination nicht nur in-situ, sondern auch während des Lithographieprozesses. Man kann diese Messung auch dazu nutzen, von normalem Betrieb in den Reinigungsbetrieb umzuschalten. In Varianten ist für die Messung der Wasser- und/oder Oxidkonzentration eine separate Infrarotstrahlungsquelle für eine besonders präzise Konzentrationsbestimmung vorgesehen sein.
In nicht dargestellten Varianten kann über eine der Zuleitungen 161, 162 oder eine weitere Zuleitung Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder mit einem Kohlenwasserstoffanteil in das Gehäuse 122 eingeleitet werden, nachdem der Reinigungsvorgang einschließlich Trocknens abgeschlossen ist und/oder zur Schaffung einer Schutzgasatmosphäre für optische Element mit metallfluoridhaltiger Oberfläche. Der Kohlenwasserstoffanteil kann beispielsweise insbesondere in Verbindung mit UV-Strahlung zu einer Schutzschicht auf der metallhaltigen Spiegeloberfläche 1210 polymerisieren. Mit einem Fluor- oder Fluoridanteil kann sich auf der metallhaltigen Spiegeloberfläche 1210 durch Reaktion mit dem Material an der Spiegeloberfläche 1210 eine fluoridhaltige Schutzschicht ausbilden. Eine bereits vorhandene fluoridhaltige Schicht hat außerdem eine geringere Wahrscheinlichkeit zu oxidieren, wenn während des Betriebs die Atmosphäre im optischen System auch Fluorverbindungen aufweist.
Bevorzugt wird dem Inertgas eine Fluoridverbindung, insbesondere eine flüchtige Fluoridverbindung zugegeben. Geeignet sind beispielsweise Edelgasfluoride wie u.a. verschiedene Xenonfluoride (z.B. Xenondifluorid, Xenontetrafluorid) oder Kryptonfluoride (z.B. Kryptondifluorid), Edelmetallfluoride wie u.a. Platinhexafluorid, Fluorkohlenwasserstoffe wie u.a. Tetrafluormethan, Tetrafluorethan, oder auch Flusssäure. Unter Einfluss von UV-Strahlung können die Fluor-Verbindungen zu Fluorradikal oder Fluoridionen dissoziieren. Insbesondere metallfluoridhaltige Schutzschichten können über die Fluorradikal- bzw. Fluoridionenzugabe ausgebessert und damit der Schaden durch Oxidation begrenzt werden. Bei Metallschichten kann sich durch diese Zugabe eine Metallfluoridschicht ausbilden, die als Schutzschicht dienen kann, beispielsweise Aluminiumfluorid auf Aluminium. Bei der Zugabe von Inertgas mit erhöhtem Kohlenwasserstoffanteil hat sich u.a. die Zugabe von Methylmethacrylat bewährt, das unter UV-Bestrahlung zu Polymethylmethacrylat auspolymerisiert und ebenfalls eine Schutzschicht bilden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass in Verbindung mit dem in 1 dargestellten Beispiel zwar nur ein optisches Element für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche diskutiert wird, dass aber selbstverständlich zwei, drei, vier, fünf oder mehr derartige optische Elemente in einem optischen System für etwa die UV-Lithographie vorgesehen sein können.
Optische Elemente wie zuvor beschreiben können auch in Wafer- oder Maskeninspektionssystemen eingesetzt werden. Eine beispielhafte Ausführung eines Waferinspektionssystems 2 ist schematisch in 2 dargestellt. Die Erläuterungen gelten ebenso für Maskeninspektionssystem.
Das Waferinspektionssystem 2 weist eine Strahlungsquelle 20 auf, deren Strahlung mittels eines optischen Systems 222 auf einen Wafer 25 gelenkt wird. Dazu wird die Strahlung von einem konkaven Spiegel 220 des optischen Systems 22 auf den Wafer 25 reflektiert. Bei einem Maskeninspektionssystem könnte man anstelle des Wafers 25 eine zu untersuchende Maske anordnen. Die vom Wafer 25 reflektierte, gebeugte und/oder gebrochene Strahlung wird von einem ebenfalls zum optischen System 22 gehörigen konkaven Spiegel 221 auf einen Detektor 23 zur weiteren Auswertung geleitet. Beide und ggf. weitere, nicht dargestellte optische Elemente des optischen Systems 222 können wie zuvor anhand der 3 oder 4 ausgestaltet sein.
Das optische System 22 umfasst neben den beiden Spiegeln 220, 221 ein Gehäuse 222 mit einer Zuleitung 261, die sowohl für die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff als auch für die Zufuhr von Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm genutzt werden kann, sowie eine Ableitung 263 zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse 222.
Bei der Strahlungsquelle 20 kann es sich beispielsweise um genau eine Strahlungsquelle oder eine Zusammenstellung von mehreren einzelnen Strahlungsquellen handeln, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Strahlungsspektrum zur Verfügung zu stellen. Besonders bevorzugt sind die Wellenlängenbereich von etwa 120 nm bis etwa 190 nm, von etwa 190 nm bis etwa 210 nm oder von etwa 190 nm bis etwa 290 nm. In Abwandlungen kann auch eine oder mehrere schmalbandige Strahlungsquellen eingesetzt werden.
Im in 2 dargestellten Beispiel ist im Bereich der Einmündung der Zuleitung 261 in das Gehäuse 222 eine Strahlungsquelle 271 angeordnet, deren Wellenlänge bzw. Wellenlängenbereich kleiner oder gleich 160 nm zu einer höheren Dissoziationsrate bei molekularem Wasserstoff und bevorzugt gleichzeitig zu einer geringeren Dissoziationsrate bei molekularem Sauerstoff oder Wasser führt. Auch wenn der durch die Zuleitung 261 eingeleitete Wasserstoff bereits teilweise aktiviert ist, beispielsweise indem er zuvor an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet wurde, kann durch die dissoziierende Strahlung der Strahlungsquelle 271 die Aktivierungsrate deutlich erhöht werden. Damit kann die Reinigungsrate ebenfalls erhöht werden. Wenn die Reinigung nicht während des normalen Betriebs des Inspektionssystems 2 durchgeführt wird, sondern in einem dedizierten Reinigungsbetrieb, wird vorteilhafterweise die Strahlungsquelle 20 ausgeschaltet.
Um den Trocknungsprozess bei der Zufuhr von Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm zu unterstützen, sind im in 2 dargestellten Beispiel an jedem Spiegel je eine Kühlfalle 268, 269 sowie je eine Fläche 264, 270 mit einem Platinmetall, insbesondere Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin angeordnet. Damit kann der Wasser- und Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre im Gehäuse und insbesondere in der Nähe der Oberflächen 2210 und 2220 mit metallhaltiger Schicht der Spiegel 220 und 221 zusätzlich reduziert werden. Die Platinmetallflächen 264, 270 können dabei als Katalysator wirken, an dem molekularer Sauerstoff in Wasser umgewandelt wird, das von den Kühlfallen 268, 269 aus der Restgasatmosphäre im Gehäuse 222 entfernt werden kann. Alternativ zu den Kühlrfallen 268, 269 können auch Trocknungsmittel aus porösem Material mit guter Adhäsion für Wasser eingesetzt werden wie etwa Zeolithe. Ferner wird kontinuierlich auch Gas aus dem Gehäuse 222 über die Ableitung 263 abgepumpt und damit ggf. ebenfalls Wasser entfernt.
Zur Kontrolle des Reinigungs- und Trocknungsfortschritts kann die vom Detektor 23 empfangene Strahlung beispielsweise über spektroskopische Methoden auch in Hinblick auf die Wasser- oder Oxidkonzentration an den Oberflächen 2210, 2220 mit metallhaltiger Schicht der Spiegel 220, 221, insbesondere des im Strahlengang zweiten Spiegels 221 analysiert werden. Je nach Messergebnis kann beispielsweise vom Waferinspektionsbetrieb auf Reinigungsbetrieb umgeschaltet werden oder zwischen der Zugabe von aktiviertem Wasserstoff und von trockenem Inertgas gewechselt werden, insbesondere bei Reinigung während des Waferinspektionsbetriebs. In Varianten kann die Messung mit einer dedizierten Infrarotstrahlungsquelle spektroskopisch durchgeführt werden.
Im Übrigen kann zum Abschluss des Reinigungsbetriebs über die Zuleitung 261 oder eine weitere Zuleitung Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder mit einem Kohlenwasserstoffanteil in das Gehäuse 222 eingeleitet werden, nachdem der Reinigungsvorgang einschließlich Trocknens abgeschlossen ist. Der Kohlenwasserstoffanteil kann beispielsweise insbesondere in Verbindung mit UV-Strahlung zu einer Schutzschicht auf den metallhaltigen Spiegeloberflächen 2210, 2220 polymerisieren. Mit einem Fluor- oder Fluoridanteil kann sich auf den metallhaltigen Spiegeloberflächen 2210, 2220 durch Reaktion mit dem Material an den Spiegeloberflächen 2210, 2220 eine fluoridhaltige Schutzschicht ausbilden.
Mögliche beispielhafte Ausführungen des hier vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens sollen anhand der 5 und 6 weiter illustriert werden.
In der beispielhaften Ausführungsform entsprechend 5 wird in einem ersten Schritt 501 das zu reinigende optische Element für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche beheizt. Bevorzugt wird das optische Element auf eine Temperatur bis 120°C, besonders bevorzugt bis 100°C aufgeheizt. So kann die Reinigung beschleunigt werden, ohne durch zu hohen Wärmeeintrag das optische Element zu beeinträchtigen. In Varianten kann die Reinigung während des laufenden Betriebs des optischen Elements stattfinden. In solchen Fällen wird das optische Element vorzugsweise auf ca. 40°C bis 50°C erwärmt. Vorteilhafterweise wird das optische Element während des gesamten Reinigungsprozesses beheizt.
In einem weiteren Schritt 503 wird der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht zur Entfernung von Kontamination, insbesondere von Kontamination auf der Basis von Oxidation zugeführt. In der beispielhaften Ausführungsform entsprechend 5 wird der aktivierte Wasserstoff zugeführt, indem Inertgas molekularer Wasserstoff mit einem Anteil von 1-20 Vol.-% zugegeben wird und diese Mischung an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet wird und einer dissoziierenden Strahlung ausgesetzt wird, um eine besonders hohe Aktivierungsrate zu erreichen, d.h. einen besonders hohen Anteil von ionisiertem Wasserstoff und Wasserstoffradikalen. Der aktivierte Wasserstoff wird je nach Kontaminationsgrad und Aktivierungsgrade zwischen 1 min und 100 min, bevorzugt während einigend Minuten bis wenigen 10 Minuten zugeführt, um vorliegende Kontaminationen wie etwa kohlenwasserstoffhaltige Ablagerungen oder Oxidation der Oberfläche, insbesondere der metallhaltigen Schicht hinreichend zu entfernen. Durch eine Beheizung des optischen Elements gemäß Schritt 501 kann der Aktivierungsgrad leicht erhöht werden wie auch die Reaktionsrate, mit der Kontamination entfernt wird.
Nach Ablauf dieser Zeitspanne wird in einem weiteren Schritt 505 der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht trockenes Inertgas zugeführt, um das Risiko einer erneuten Oxidation der gereinigten Oberfläche durch eine durch die Behandlung mit aktiviertem Wasserstoff eventuell erhöhte Konzentration von Wasser, Sauerstoff, Hydroxidionen oder Hydroxylradikalen zu reduzieren. Somit wird die Atmosphäre im Bereich der Oberfläche des optischen Elements mit metallhaltiger Schicht durch besonders trockenes Inertgas ersetzt. Als Inertgas wird dabei in vorliegenden Beispiel eine Mischung aus Stickstoff und einem oder mehreren Edelgasen eingesetzt, insbesondere falls diese Reinigung in-situ und auch während des Betriebs des optischen Elements stattfindet. Alternativ können auch ein oder mehrere Edelgase ohne Stickstoff eingesetzt werden, falls der Reinigungsprozess während des Betriebs des optischen Elements durchgeführt wird, um weniger UV-Strahlung zu absorbieren. Im übrigen wird das Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm je nach Wasseranteil im Inertgas und Konzentration von Wasser, Sauerstoff, Hydroxidionen und/oder Hydroxylradikalen zwischen 1 min und 100 min, bevorzugt während einigen bis mehreren 10 Minuten zugeführt, um die Atmosphäre im Bereich der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht des zu reinigenden optischen Elements hinreichend auszutauschen und zu trocknen.
Wie bereits in Zusammenhang mit der UV-Lithographievorrichtung aus 1 bzw. dem Wafer- bzw. Maskeninspektionssystem aus 2 erläutert, kann in der Nähe der zu reinigenden Oberfläche mit metallhaltiger Schicht eine Kühlfalle und/oder ein Trocknungsmittel und/oder eine Fläche mit einem Platinmetall angeordnet werden, um zu einer besonders wasserarmen Atmosphäre im Bereich dieser Oberfläche beizutragen. Auch das Beheizen des optischen Elements gemäß Schritt 501 ist dem förderlich.
Um einen besonders guten Reinigungseffekt zu erzielen werden die Schritte Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff und Zufuhr von trockenem Inertgas jeweils als Schritt 507 und Schritt 509 wiederholt. In Varianten kann bereits ohne Wiederholung dieser Schrittfolge ein hinreichendes Ergebnis erreicht sein oder kann diese Schrittfolge auch mehr als einmal, also zwei, drei, vier, fünf Mal oder noch öfter wiederholt werden.
Die in 6 illustrierte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor in Verbindung mit 5 erläuterten beispielhaften Ausführungsform insbesondere dahingehende, dass an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht die Oxidkonzentration gemessen wird und in Abhängigkeit von einem oder in weiteren Varianten mehreren festgelegten Schwellenwerten aktivierter Wasserstoff oder trockenes Inertgas zugegeben.
In einem ersten Schritt 601 wird die Oxidkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht gemessen, um festzustellen, ob ein entsprechender Schwellenwert überschritten ist, ab dem die Oxidkontamination mittels aktiviertem Wasserstoff zu entfernen ist. Sobald dieser Schwellenwert überschritten ist, wird in einem Schritt 603 wie zuvor beschrieben die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff zugeschaltet. Dazu kann der normale Betrieb des optischen Systems mit einem solchen optischen Element je nach optischem System unterbrochen oder weitergeführt werden. In einem weiteren Schritt 605 wird erneut die Oxidkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht gemessen, um festzustellen, ob der Schwellenwert wieder unterschritten ist. Sobald dies der Fall ist, wird wie zuvor beschrieben in einem Schritt 607 auf Zufuhr von trockenem Inertgas umgeschaltet. Anschließend kann wieder gemäß Schritt 601 die Oxidkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht gemessen, um festzustellen, ob der Schwellenwert überschritten ist, ab dem die Oxidkontamination mittels aktivierten Wasserstoffs zu entfernen ist. Das Verfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann beliebig lange fortgeführt werden.
Alternativ oder kumulativ kann auch die Wasserkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht gemessen werden. Bevorzugt werden spektroskopische Methoden eingesetzt. In Varianten kann mit verschiedenen Schwellenwerten gearbeitet werden und kann die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff und von trockenem Inertgas auch ganz oder teilweise parallel durchgeführt werden. Diese beispielhafte Ausführungsform erlaubt insbesondere das gezielte Reinigen auch während des Betriebs eines optischen Systems mit einem solchen optischen Element.
Im Übrigen kann in Varianten der beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zum Abschluss des Reinigungsprozesses Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder mit einem Kohlenwasserstoffanteil der gereinigten Oberfläche zugeführt werden. Der Kohlenwasserstoffanteil kann beispielsweise insbesondere in Verbindung mit UV-Strahlung zu einer Schutzschicht auf der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht polymerisieren. Mit einem Fluor- oder Fluoridanteil kann sich durch Reaktion mit dem Oberflächenmaterial eine fluoridhaltige Schutzschicht ausbilden.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich besonders gut für optische Elemente mit einer metallischen Schicht, insbesondere ohne zusätzlicher schützender Beschichtung bzw. einer solchen, die beim Betrieb des optischen Elements bereits so beschädigt ist, dass die metallische Schicht nicht mehr vollständige bedeckt ist oder durch die ein endlicher Anteil von Sauerstoff hindurchdiffundieren kann. Insbesondere eignet es sich gut für die Reinigung von optischen Elementen, die für Wellenlängen in den Bereichen von etwa 120 nm bis etwa 190 nm, von etwa 190 nm bis etwa 210 nm oder von etwa 190 nm bis etwa 290 nm ausgelegt sind, wie sie unter anderem in Wafer- oder Maskeninspektionssystemen oder in UV-Lithographievorrichtungen eingesetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: UV-Lithographievorrichtung
2: Waferinspektionssystem
3: optisches Element
4: optisches Element
10: Strahlungsquelle
11: Strahlung
12: Beleuchtungssystem
13: Maske
14: Projektionssystem
15: zu belichtendes Element
20: Strahlungsquelle
21: Strahlung
22: optisches System
23: Detektor
25: Wafer
31: Substrat
33: Metallverspiegelung
35: Schutzschicht
37: Oberfläche
41: Substrat
43: Metallverspiegelung
45: Schutzschicht
47: Oberfläche
49: Schichtsystem
120: Linse
121: Spiegel
122: Gehäuse
140: Linse
141: Linse
161: Zuleitung
162: Zuleitung
163: Ableitung
164: Trocknungsmittel
165: Heizeinrichtung
166: Strahlteiler
167: Detektor
220: Spiegel
221: Spiegel
222: Gehäuse
261: Zuleitung
263: Ableitung
264: Platinteil
268: Kühlfalle
269: Kühlfalle
270: Platinteil
271: Strahlungsquelle
501 - 509: Verfahrensschritt
601 - 607: Verfahrensschritt
1210: Spiegeloberfläche
2210: Spiegeloberfläche
2220: Spiegeloberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5850309 [0002]
DE 102009001488 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche, aufweisend die Schritte: - Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff zu der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht; - anschließend Zufuhr von Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierte Wasserstoff zugeführt wird, indem Inertgas molekularer Wasserstoff mit einem Anteil von 1-20 Vol.-% zugegeben wird und diese Mischung an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet wird und/oder einer dissoziierenden Strahlung ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm zwischen 1 min und 100 min zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierte Wasserstoff zwischen 1 min und 100 min zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittfolge Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff und Zufuhr von Inertgas mindestens einmal wiederholt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element geheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element auf eine Temperatur bis 120°C aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht die Wasserkonzentration und/oder Oxidkonzentration gemessen wird und in Abhängigkeit von einem oder mehreren festgelegten Schwellenwerten einer oder mehrere Schritte zum Reinigen des optischen Elements begonnen oder beendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht eine Kühlfalle und/oder ein Trocknungsmittel und/oder eine Fläche mit einem Platinmetall angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als abschließender Schritt Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder einem Kohlenwasserstoffanteil zugegeben wird.
Optisches System (1, 2) mit einem optischen Element (121, 220, 221) für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht (33, 43) auf einer Oberfläche (37, 47) in einem Gehäuse (122, 222) und einer Zufuhr (161, 261) von aktiviertem Wasserstoff in das Gehäuse (122, 222), einer Zufuhr (162, 261) von Inertgas mit einem H₂O-Volumenanteil von unter 5 ppm in das Gehäuse (122, 222) und einer Abfuhr (163, 263) zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse (122, 222).
Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Heizeinrichtung (165) und/oder eine Strahlungsquelle (271) aufweist.
Optisches System nach Anspruch 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Oberfläche (37, 47) mit metallhaltiger Schicht (33, 43) eine Kühlfalle (268, 269) und/oder ein Trocknungsmittel (164) und/oder eine Fläche (264, 270) mit einem Platinmetall angeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Messeinheit (167, 23) zur Messung der Wasser- und/oder Oxidkonzentration an der Oberfläche (37, 47) mit metallhaltiger Schicht (33, 43) aufweist.