DE102018221191A1

DE102018221191A1 - Optisches Element zur Reflexion von VUV-Strahlung und optische Anordnung

Info

Publication number: DE102018221191A1
Application number: DE102018221191.4A
Authority: DE
Inventors: Alexandra Pazidis; Michael Krenz; Hariolf Traub; Marcel Härtling
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-10
Also published as: CN113167942A; CN113167942B; JP2022510701A; CN118169792A; WO2020115086A2; WO2020115086A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (4) zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat (41), sowie eine auf das Substrat (41) aufgebrachte reflektierende Beschichtung (42), die mindestens eine Aluminium-Schicht (43) aufweist. Auf die Aluminium-Schicht (43) ist mindestens eine wasserstoffkatalytische Schicht (45) zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff (H) aufgebracht. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: einen Innenraum, in dem mindestens ein optisches Element angeordnet ist, sowie mindestens einen Gaseinlass zur Zuführung eines Gases in den Innenraum. Bei einem Aspekt der Erfindung ist das optische Element (4) wie oben beschrieben ausgebildet und der Gaseinlass dient zur Zuführung von Wasserstoff in den Innenraum. Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die optische Anordnung eine Plasmaerzeugungseinrichtung zum Zuführen eines Plasmagases über den Gaseinlass in den Innenraum zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas an mindestens einem Teilbereich einer optischen Oberfläche des optischen Elements.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat, sowie eine auf das Substrat aufgebrachte reflektierende Beschichtung, die mindestens eine Aluminium-Schicht aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere ein Wafer-Inspektionssystem oder eine VUV-Lithographieanlage, die einen Innenraum aufweist, in dem mindestens ein optisches Element angeordnet ist, sowie mindestens einen Gaseinlass zur Zuführung eines Gases in den Innenraum.
Insbesondere im kurzwelligen ultravioletten Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und ca. 200 nm, auch vakuumultravioletter Wellenlängenbereich (VUV-Wellenlängenbereich) genannt, werden nicht nur transmissive, sondern häufig auch reflektive optische Elemente verwendet. Optische Anordnungen für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich können beispielsweise dazu verwendet werden, eine optische Inspektion von Wafern oder von Masken durchzuführen oder um Halbleiterbauelemente herzustellen.
Optische Elemente zur Reflexion von VUV-Strahlung weisen typischerweise eine reflektierende Beschichtung auf, die bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise bei der Inspektion von Wafern, über einen großen Spektralbereich innerhalb des VUV-Wellenlängenbereichs eine hohe Reflektivität aufweisen sollte. Da Aluminium im VUV-Wellenlängenbereich eine hohe Reflektivität von ca. 0,9 bzw. 90% besitzt, hat es sich als günstig erwiesen, wenn eine solche reflektierende Beschichtung eine oder ggf. mehrere Aluminium-Schichten als Basisschicht(en) aufweist.
Bei der Verwendung von Aluminium-Schichten im VUV-Wellenlängenbereich besteht generell das Problem, dass die Aluminium-Schicht beim Kontakt zur Umgebungsluft bzw. zu einer das reflektive optische Element umgebenden Atmosphäre praktisch sofort eine native Aluminiumoxid(Al₂O₃)-Schicht ausbildet, die eine Schichtdicke in der Größenordnung von ca. 2-3nm aufweist. Diese Al₂O₃-Schicht absorbiert im VUV-Wellenlängenbereich so stark, dass eine Aluminium-Schicht als reflektierende Schicht für den Einsatz im VUV-Wellenlängenbereich ohne das Vorsehen weiterer Maßnahmen, welche diese vor Oxidation schützen, nicht attraktiv ist.
Um die Aluminium-Schicht vor Oxidation zu schützen, ist es beispielsweise aus dem Artikel „Protected and enhanced aluminum mirrors for the VUV“ von S. Wilbrandt et al., Applied Optics, Vol. 53, No. 4, Februar 2014 bekannt, Schutzschichten bzw. Schutzbeschichtungen in Form von Metall-Flouriden auf die Aluminium-Schicht aufzubringen, z.B. in Form von MgF₂, AlF₃ oder LiF bzw. in Form einer dreilagigen Schutzbeschichtung aus diesen Materialien.
Es ist allerdings beobachtet worden, dass bei hohen Strahlungsintensitäten, wie sie in der Lithographie und besonders auch bei der Inspektion von Masken und Wafern vorkommen können, bereits innerhalb weniger Stunden oder Tage eine starke Degradation der reflektiven optischen Elemente stattfindet, die mit einem hohen Reflektivitätsverlust einhergeht. Auch die weiter oben beschriebenen Schutzschichten aus Metall-Fluoriden, die eigentlich eine sehr gute Schutzwirkung gegenüber der Umgebung zeigen, konnten die Oxidation der Aluminium-Schicht bei der Bestrahlung nicht unterdrücken. Auch bei reduziertem Sauerstoff- bzw. WasserGehalt in der Umgebung des optischen Elements zur Verhinderung der Oxidation ist eine deutliche Verringerung der Reflektivität beobachtet worden.
Bei optischen Anordnungen für den VUV-Wellenlängenbereich besteht generell das zusätzliche Problem, dass optische Oberflächen kontaminieren, da ungewollte Gasbestandteile in der Umgebung von optischen Elementen nicht vollständig unterdrückt werden können. Diese können sich auf den optischen Oberflächen ablagern und werden dort bei der Bestrahlung „eingebrannt“. Dieses Problem besteht nicht nur bei optischen Oberflächen von reflektierenden optischen Elementen, sondern auch bei optischen Oberflächen von transmittierenden optischen Elementen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich sowie eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich bereitzustellen, deren Lebensdauer verlängert werden kann.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs genannten Art, bei dem auf die Aluminium-Schicht mindestens eine wasserstoffkatalytische Schicht zur Dissoziation von (molekularem) Wasserstoff aufgebracht ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass bestimmte Materialien eine katalytische Wasserstoffspaltung bzw. Dissoziation von molekularem Wasserstoff bewirken. Wird der Umgebung des optischen Elements molekularer Wasserstoff, ggf. in Form einer chemischen Verbindung, hinzugefügt, wird dieser an dem Material der wasserstoffkatalytischen Schicht aufgespalten und bildet insbesondere bei hohen Bestrahlungsstärken aktivierten Wasserstoff. Unter aktiviertem Wasserstoff werden Wasserstoff-Radikale, Wasserstoff-Ionen und/oder Wasserstoff in einem angeregten Elektronenzustand verstanden. Dieser aktivierte Wasserstoff kann auch bei hohen Strahlungsintensitäten typischerweise die Oxidation der Aluminium-Schicht verhindern oder zumindest deutlich verlangsamen.
Bei einer Ausführungsform ist das bei dem das Material der wasserstoffkatalytischen Schicht ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Ru, Pt, Pd, Ni, Rh. Bei diesen Materialien, insbesondere bei Ru und Pt, hat sich gezeigt, dass deren Oxidation durch die Zugabe von Wasserstoff in die Umgebung, z.B. in eine Restgas-Atmosphäre, praktisch vollständig verhindert werden kann. Aus der Lithographie im EUV-Wellenlängenbereich ist es bekannt, dass in einer Vakuum-Umgebung gebildetes Rutheniumoxid durch die nachträgliche Zugabe von Wasserstoff wieder zu Ruthenium reduziert werden kann, d.h. dass die Oxidations-Reaktion umgekehrt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die wasserstoffkatalytische Schicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 3,0 nm, bevorzugt zwischen 0,1 nm und 1,0 nm, auf. Die oben angegebenen wasserstoffkatalytischen Materialien weisen typischerweise eine zu geringe Reflektivität bzw. eine zu große Absorption im VUV-Wellenlängenbereich auf, um mit einer großen Schichtdicke aufgebracht zu werden. Beispielsweise weist Ru im VUV-Wellenlängenbereich eine Reflektivität von deutlich unter 0,6 auf. Entsprechend senkt bereits eine Schicht mit einer Dicke von 3 nm aus Ruthenium die Reflektivität des optischen Elements insgesamt um ca. 0,2 ab, was in der Regel nicht mehr akzeptabel ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform bedeckt die wasserstoffkatalytische Schicht die Aluminium-Schicht nicht vollständig. Beim Unterschreiten einer bestimmten Schichtdicke lässt sich eine Schicht typischerweise nicht mehr vollständig geschlossen aufbringen. Beispielsweise ist dies bei Ru als Schichtmaterial bei einer Schichtdicke von ca. 1,0 nm oder weniger der Fall. Trotz des Aufbringens der wasserstoffkatalytischen Schicht liegt daher beim Unterschreiten dieser (materialabhängigen) Dicke ein Teil der Oberfläche der Aluminium-Schicht frei, an dem sich das native Aluminium-Oxid ausbilden kann. Auch eine nicht vollständig geschlossene wasserstoffkatalytische Schicht kann jedoch die Oxidationsrate bei der Bestrahlung verringern, da sich in den bedeckten Teilbereich(en) der Aluminium-Schicht keine native Schicht aus Aluminium-Oxid bilden kann. Zudem kann für den Fall, dass der Umgebung des optischen Elements Wasserstoff hinzugefügt wird, aufgrund der katalytischen Wirkung des Materials der wasserstoffkatalytischen Schicht ggf. auch an den frei liegenden Oberflächenbereichen der Aluminium-Schicht keine Oxidation stattfinden.
Bei einer Weiterbildung bedeckt die wasserstoffkatalytische Schicht die Aluminium-Schicht mit einem Bedeckungsgrad zwischen 10% und 90%, bevorzugt zwischen 30% und 70%. Unter dem Bedeckungsgrad wird der Anteil der Oberfläche der wasserstoffkatalytischen Schicht an der gesamten (dem Substrat abgewandten) Oberfläche der Aluminium-Schicht verstanden. Typischerweise erfolgt die Bedeckung mit der wasserstoffkatalytischen Schicht in diesem Fall in Form von inselförmigen, voneinander beabstandeten Materialansammlungen der wasserstoffkatalytischen Schicht auf der Aluminium-Schicht. Dies ist günstig, da sich im Gegensatz zu einer geschlossenen wasserstoffkatalytischen Schicht kein (molekularer) Wasserstoff zwischen dem Aluminium und der wasserstoffkatalytischen Schicht ansammeln und zu einer Bläschenbildung führen kann, die ansonsten ggf. zu einer ganzen oder teilweisen Schichtablösung der wasserstoffkatalytischen Schicht führen könnte. Zur Verhinderung einer Bläschenbildung bzw. der Degradation einer Beschichtung eines optischen Elements durch die Einwirkung von Wasserstoff ist es aus der DE102017222690A1 bekannt, dass die oberste Schicht der Beschichtung ein Wasserstoff-Desorptionsmaterial enthält, um an der Oberfläche der obersten Schicht adsorbierte Wasserstoff-Atome in molekularen Wasserstoff umzuwandeln, um diesen von der Oberfläche zu desorbieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die reflektierende Beschichtung eine auf die Aluminium-Schicht und auf die wasserstoffkatalytische Schicht aufgebrachte Schutzschicht. Für den Fall, dass aus Reflexionsgründen die wasserstoffkatalytische Schicht so dünn aufgebracht wird, dass diese die Aluminium-Schicht nicht vollständig überdeckt, liegt ein Teil der Oberfläche der Aluminium-Schicht frei. Bildet sich an den frei liegenden Oberflächenbereichen der Aluminium-Schicht eine native Oxidschicht, so kann diese Reaktion durch die Zugabe von Wasserstoff aufgrund der vergleichsweise großen Reaktionsenthalpie des Aluminiums mit Sauerstoff in der Regel nicht mehr umgekehrt werden. Dies gilt auch für aktivierten Wasserstoff, der an der wasserstoffkatalytischen Schicht gebildet wird, auch wenn dieser eine erheblich größere Reaktivität als molekularer Wasserstoff aufweist. Bei einer noch nicht erfolgten Oxidationsreaktion ist die Situation jedoch eine andere: Der Sauerstoff bzw. das Hydroxid-Molekül ist vor der Reaktion noch lockerer an die Oberfläche gebunden und somit einer Reduktion mit dem Wasserstoffradikal zugänglicher, d.h. die Oxidationsrate des Aluminiums wird in diesem Fall abgesenkt.
Es ist daher typischerweise günstig, die Aluminium-Schicht zumindest in dem nicht von der wasserstoffkatalytischen Schicht bedeckten Oberflächenbereich(en) so lange mit Hilfe einer Schutzschicht vor Oxidation zu schützen, bis in der Umgebung des optischen Elements eine ausreichende Menge an Wasserstoff vorhanden ist, um die Oxidation zu verhindern. Dies ist beispielsweise beim Betrieb des optischen Elements in einer optischen Anordnung der Fall, wenn dort eine geeignete, Wasserstoff enthaltende Umgebung hegestellt wird.
Bevorzugt bildet die Schutzschicht eine geschlossene Schicht. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es erforderlich, dass die Schutzschicht zumindest den bzw. die frei liegenden Oberflächenbereiche der Aluminium-Schicht überdeckt. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass auf die Aluminium-Schicht und die diese teilweise überdeckende wasserstoffkatalytische Schicht eine geschlossene Schutzschicht aufgebracht wird. Es versteht sich, dass alternativ die Schutzschicht nur in den frei liegenden Oberflächenbereichen der Aluminium-Schicht aufgebracht werden kann. Aufgrund der geringen Dicke der wasserstoffkatalytischen Schicht ist ein solches Vorgehen jedoch in der Regel nicht praktikabel.
Bevorzugt ist die Schutzschicht aus einem transparenten, insbesondere fluoridischen Material, beispielsweise einem Metallfluorid, z.B. aus AlF₃, gebildet. Die Schutzschicht ist in diesem Fall typischerweise irreversibel, d.h. dauerhaft auf die wasserstoffkatalytische Schicht aufgebracht.
Bei einer Ausführungsform ist die Schutzschicht aus einem durch Bestrahlung mit Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich und/oder durch Kontakt mit Wasserstoff ablösbaren Material gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schutzschicht reversibel aufgebracht, d.h. diese lässt sich beim Betrieb des optischen Elements in einer optischen Anordnung leicht entfernen, da dort ohnehin Wasserstoff eingebracht wird, um die Aluminium-Schicht vor Oxidation bei der Bestrahlung zu schützen bzw. da die reflektierende Beschichtung und damit auch die Schutzschicht ohnehin Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich ausgesetzt wird. Um die Schutzschicht ablösen zu können, handelt es sich bei dieser in der Regel um die oberste Schicht der reflektierenden Beschichtung.
Die ablösbare Schutzschicht wird in der Regel bei bzw. nach der Herstellung des optischen Elements aufgebracht, bevor dieses der Luftumgebung ausgesetzt wird. Für den Transport des optischen Elements in die optische Anordnung, in der dieses verwendet wird, kann aufgrund der Schutzschicht auf ein aufwändiges Handling- und Transportkonzept des optischen Elements in Inertgas/Stickstoff oder ggf. in Vakuum verzichtet werden. Steht eine Wartung der optischen Anordnung an, bei der das optische Element der Umgebungsluft ausgesetzt wird, so dass kein Wasserstoff in ausreichender Menge vorhanden ist, um eine Oxidation der Aluminium-Schicht zu verhindern, kann die Schutzschicht ggf. durch Zugabe geeigneter Substanzen in die Umgebung des optischen Elements, bei der es sich z.B. um eine Vakuum-Umgebung oder um eine mit einem Spülgas gespülte Umgebung handeln kann, erneut aufgebracht werden.
Bei einer Weiterbildung ist die Schutzschicht aus Kohlenstoff oder aus mindestens einem Kohlenwasserstoff gebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn die Schutzschicht sich leicht entfernen und wieder aufbringen lässt. Dies ist z.B. bei einer dünnen Schutzschicht der Fall, die Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoffe enthält, die im Betrieb einer optischen Anordnung zu gasförmigen Kohlenstoffverbindungen reduziert wird. Durch die Zugabe von Kohlenstoff bzw. von Kohlenwasserstoffen in die Umgebung des reflektierenden optischen Elements in der optischen Anordnung kann erreicht werden, dass die Schutzschicht sich (erneut) auf der wasserstoffkatalytischen Schicht abscheidet. Bei dem Kohlenwasserstoff, aus dem die Schutzschicht gebildet wird, kann es sich beispielsweise um flüchtige Alkane bzw. Alkene handeln, die sich dann auf der Oberfläche festsetzen und eine Polymerschicht bilden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung der eingangs genannten Art, insbesondere ein Wafer-Inspektionssystem oder eine VUV-Lithographieanlage, bei der das optische Element wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist und bei welcher der Gaseinlass zur Zuführung von (molekularem) Wasserstoff in den Innenraum ausgebildet bzw. konfiguriert ist. Der Innenraum kann über den Gaseinlass mit einem Spülgas gespült werden, dem zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird, es ist aber auch möglich, dass in dem Innenraum, in dem das optische Element angeordnet ist, eine Vakuum-Umgebung herrscht, der über den Gaseinlass zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird. Für die Zuführung des Wasserstoffs in den Innenraum weist der Gaseinlass typischerweise ein GasReservoir auf, das zur Lagerung von molekularem Wasserstoff dient.
Um an der wasserstoffkatalytischen Schicht aktivierten Wasserstoff zu bilden und auf diese Weise die Aluminium-Schicht vor Oxidation zu schützen, wird dem Innenraum, in dem das optische Element angeordnet ist, molekularer Wasserstoff in einer ausreichenden Menge zugeführt. Es versteht sich, dass zusätzlich versucht werden sollte, Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder Wasser in der Umgebung des optischen Elements, d.h. im umgebenden Spülgas bzw. im Vakuum, so gering wie möglich zu halten. Durch die Summe dieser Maßnahmen kann die Oxidationsrate des Aluminiums der Aluminium-Schicht typischerweise so weit abgesenkt werden, dass über eine ausreichende lange Bestrahlungsdauer eine hohe Reflektivität des optischen Elements sichergestellt ist, so dass das optische Element möglichst selten ausgetauscht bzw. möglichst die reflektierende Beschichtung möglichst selten erneuert werden muss.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung der eingangs genannten Art, die gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet sein kann, aber nicht zwingend ausgebildet sein muss. Die optische Anordnung weist eine Plasmaerzeugungseinrichtung zum Zuführen eines Plasmagases über den Gaseinlass in den Innenraum zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas an mindestens einem Teilbereich einer optischen Oberfläche des optischen Elements auf.
Bei dem optischen Element kann es sich um ein reflektierendes optisches Element für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich handeln, an dessen reflektierender Beschichtung die optische Oberfläche gebildet ist. Bei dem optischen Element kann es sich alternativ um ein transmissives optisches Element handeln, bei dem Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich durch die optische Oberfläche hindurchtritt. In beiden Fällen ist die optische Oberfläche zumindest teilweise im Strahlengang der optischen Anordnung angeordnet.
Wie weiter oben beschrieben wurde, besteht sowohl bei reflektiven als auch bei transmissiven optischen Elementen, die in einer optischen Anordnung für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich eingesetzt werden, das Problem, dass diese im Laufe der Zeit durch in der Umgebung vorhandene Gasbestandteile verunreinigt werden, die sich an deren optischen Oberflächen anlagern. Um die optischen Oberflächen zu reinigen, wird bei diesem Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, die ungewollten Ablagerungen an der/den optischen Oberfläche(n) mit Hilfe eines Atmosphärendruck-Plasmas zu entfernen. Die Verwendung eines Atmosphärendruck-Plasmas, d.h. eines Plasmas bei einem Druck, der mehr als 100 mbar, bevorzugt ungefähr 1 bar beträgt, hat sich gegenüber einem Plasma, das bei Vakuum-Bedingungen erzeugt wird, u.a. deshalb als günstig erwiesen, weil die optische Anordnung in einer Spülgas-Atmosphäre betrieben werden kann und nicht mit Vakuum-Pumpen ausgestattet werden muss. Als Plasmagas bzw. als Hauptbestandteil des Plasmagases kann in diesem Fall beispielsweise Druckluft oder eine andere Art von Spülgas, z.B. Stickstoff und/oder ein Edelgas, z.B. Argon, verwendet werden. Dem Plasmagas kann optional ein reaktives Gas bzw. eine reaktive Spezies, beispielsweise Wasserstoff, Sauerstoff oder Wasser beigemischt werden, um die Reinigungswirkung des Plasmas zu erhöhen.
Bei einer Ausführungsform ist die Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas an der optischen Oberfläche des optischen Elements ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann dem Plasmagas, welches über den Gaseinlass in den Innenraum zugeführt wird, Wasserstoff beigemischt werden. Alternativ ist es möglich, das Plasmagas und den Wasserstoff dem Innenraum über zwei oder mehr separate Gaseinlässe zuzuführen. Wesentlich ist, dass in der Umgebung der optischen Oberfläche ein Wasserstoff-Plasma gebildet wird.
Ein Wasserstoff-Plasma kann insbesondere vorteilhaft zur Reinigung einer Aluminium-Schicht eines reflektiven optischen Elements eingesetzt werden, deren Oberfläche frei liegt, so dass das Wasserstoff-Plasma mit der Oberfläche der Aluminium-Schicht in Kontakt kommt. Durch die angeregten Wasserstoff-Ionen des Plasmas kann die weiter oben beschriebene native Al₂O₃-Schicht ganz oder teilweise zu Aluminium reduziert werden, wodurch die Reflektivität des reflektierenden optischen Elements sich erhöht und die Transmission der optischen Anordnung zunimmt.
Wie weiter oben beschrieben wurde, ist aufgrund der hohen Reaktionsenthalpie des Aluminiums mit Sauerstoff eine Reduktion von Aluminiumoxid zu Aluminium allein durch die Zuführung von Wasserstoff bzw. von an der wasserstoffkatalytischen Schicht aktiviertem Wasserstoff nicht möglich. Bei der Reinigung mit Hilfe des Wasserstoff-Plasmas ist eine solche Reduktionsreaktion jedoch möglich, so dass ggf. auf die weiter oben beschriebene wasserstoffkatalytische Schicht zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff verzichtet werden kann. Für den Fall, dass das Wasserstoff-Plasma nicht dauerhaft erzeugt wird, sondern lediglich von Zeit zu Zeit, beispielsweise in vorgegebenen Zeitabständen, während Betriebspausen der optischen Anordnung oder für den Fall, dass sich die Reflektivität des optischen Elements deutlich verringert, ist eine Kombination der Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas mit der weiter oben beschriebenen wasserstoffkatalytischen Schicht vorteilhaft.
Das Plasmagas, genauer gesagt die bei der Plasma-Bildung entstehenden Plasmagas-Ionen, können der optischen Oberfläche auf unterschiedliche Weise zugeführt werden.
Bei einer Ausführungsform ist der Gaseinlass als Plasmadüse zur Zuführung des Plasmagases zu mindestens einem Teilbereich der optischen Oberfläche ausgebildet. In diesem Fall kann der Gaseinlass mindestens eine Austrittsöffnung aufweisen, die zur Ausrichtung eines Plasma-Gasstroms des Plasmagases auf die optische Oberfläche bzw. auf mindestens einen Teilbereich der optischen Oberfläche ausgebildet ist. Bei dem Gaseinlass handelt es sich in diesem Fall um eine Plasmadüse, deren Gasauslass auf die optische Oberfläche ausgerichtet ist oder ausrichtbar ist, sofern die Plasmadüse bzw. deren Austrittsöffnung relativ zur optischen Oberfläche bewegt, beispielsweise verkippt und/oder verschoben werden kann. Bei einer Plasmadüse wird das Plasmagas, z.B. in Form von ölfreier Druckluft oder in Form eines Spülgases, z.B. von Stickstoff oder eines anderen Inertgases, typischerweise an einer Entladungsstrecke vorbeigeströmt, dort angeregt und in den Plasmazustand übergeführt. Das Plasmagas, dem beispielweise Wasserstoff oder ein anderes aktives Gas beigemischt sein kann, tritt im Plasma-Zustand aus der Plasmadüse in den Innenraum aus. Ein Beispiel für eine Plasmadüse, welche die Erzeugung eines Aktivgasstrahls ermöglicht, der bereits beim Austritt aus der Plasmadüse elektrisch neutral sein soll, ist in der DE10145131A1 beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Plasmaerzeugungseinrichtung mindestens eine von der optischen Oberfläche beabstandete Elektrode zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas an dem mindestens einem Teilbereich der optischen Oberfläche aufweisen. Mit Hilfe der Elektode(n) kann das Plasma gezielt an einer gewünschten Stelle innerhalb des Innenraums erzeugt werden. In diesem Fall kann beispielswiese die Aluminium-Schicht oder eine andere metallische Schicht der reflektierenden Beschichtung als Gegenelektrode bzw. zur Bereitstellung eines Masse-Potentials für die Plasma-Elektrode dienen. Die Elektrode(n) können beispielsweise spitz zulaufend ausgebildet sein, um das Plasmagas im Bereich der Elektrodenspitze zu ionisieren bzw. um dort ein Plasma zu erzeugen, das sich bis zu dem Teilbereich der optischen Oberfläche erstreckt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines ortsabhängig veränderlichen Atmosphärendruck-Plasmas an der optischen Oberfläche ausgebildet. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Teilbereiche der optischen Oberfläche nur in dem Maße einem Plasma ausgesetzt werden, wie sie zuvor kontaminiert bzw. oxidiert wurden. Dies kann durch eine geeignete Anordnung der Plasmadüse(n) und/oder der Elektrode(n) erreicht werden. Beispielsweise können die Elektroden und/oder die Plasmadüsen ringförmig um das optische Element angeordnet werden, so dass jede Elektrode bzw. Plasmadüse jeweils einem Teilbereich der optischen Oberfläche zugeordnet ist. Durch die gezielte Aktivierung einzelner Plasmadüsen bzw. Elektroden kann das Atmosphärendruck-Plasma an der optischen Oberfläche ortsabhängig verändert werden. Insbesondere kann auch eine Zeitdauer, in der eine jeweilige Plasmadüse bzw. eine jeweilige Elektrode für die Reinigung bzw. für die Reduktions-Reaktion aktiviert wird, individuell eingestellt werden, und zwar in Abhängigkeit vom Grad der Kontamination bzw. der Oxidation eines jeweiligen Teilbereichs der optischen Oberfläche.
Für die Bestimmung des Grades der Kontamination bzw. der Oxidation eines jeweiligen Teilbereichs kann die optische Anordnung eine Inspektionseinrichtung, beispielweise in der Art einer Kamera oder dergleichen aufweisen. Für den Fall, dass die Erzeugung des Plasmas während einer Betriebspause erfolgt, kann während der Betriebspause eine Kamera oder eine andere geeignete Inspektionseinrichtung in den Innenraum eingebracht werden, um ortsabhängige Informationen über die Oxidation bzw. Kontamination der optischen Oberfläche zu erhalten.
Bei den weiter oben beschriebenen Beispielen wurde davon ausgegangen, dass die Plasmadüse(n) bzw. die Elektrode(n) außerhalb des Strahlengangs der optischen Anordnung angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, die Plasmadüse(n) bzw. die Elektroden(n) mit Hilfe von geeigneten Aktoren in den Strahlengang der optischen Anordnung einzubringen und wieder aus diesem zu entfernen. Dies kann insbesondere sinnvoll sein, wenn die Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas nur während der Betriebspausen der optischen Anordnung erfolgen soll.
Durch die weiter oben beschriebene Reinigung bzw. Reduktionswirkung des Atmosphärendruck-Plasmas kann die Reflektivität des optischen Elements erhöht werden, d.h. ohne dass dieses aus der optischen Anordnung entnommen werden muss. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein jeweiliges optisches Element häufig aus der optischen Anordnung ausgebaut und gegen ein baugleiches, neues optisches Element ausgetauscht werden muss bzw. dass nach dem Ausbau die reflektierende Beschichtung abgetragen und erneut aufgebracht werden muss.
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 optischen Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich in Form einer VUV-Lithographieanlage,
2 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung in Form eines Wafer-Inspektionssystems,
3 eine schematische Darstellung der wellenlängenabhängigen Reflektivität einer nicht oxidierten sowie einer durch Bestrahlung oxidierten Aluminium-Schicht,
4a,b schematische Darstellungen eines optischen Elements mit einer reflektierenden Beschichtung, die eine Aluminium-Schicht und eine auf die Aluminium-Schicht aufgebrachte wasserstoffkatalytische Schicht aufweist,
5a,b eine Plasmaerzeugungseinrichtung mit sechs Plasmadüsen zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas an einer optischen Oberfläche eines reflektierenden optischen Elements, sowie
6a,b eine Plasmaerzeugungseinrichtung mit sechs Elektroden zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas an einer optischen Oberfläche eines reflektierenden optischen Elements.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist schematisch eine optische Anordnung 1 in Form einer VUV-Lithographieanlage, insbesondere für Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm bzw. 190 nm, dargestellt. Die VUV-Lithographieanlage 1 weist als wesentliche Bestandteile zwei optische Systeme in Form eines Beleuchtungssystems 12 und eines Projektionssystems 14 auf. Für die Durchführung eines Belichtungsprozesses weist die VUV-Lithographieanlage 1 eine Strahlungsquelle 10 auf, bei der es sich beispielsweise um einen Excimer-Laser handeln kann, der Strahlung 11 bei einer Wellenlänge im VUV-Wellenlängenbereich von beispielsweise 193 nm, 157 nm oder 126 nm emittiert und der integraler Bestandteil der VUV-Lithographieanlage 1 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. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 12 sowohl transmissive als auch reflektive optische Elemente auf. Stellvertretend sind in 1 ein transmissives optisches Element 120, welches die Strahlung 11 bündelt, sowie ein reflektives optisches Element 121 dargestellt, welches die Strahlung 11 beispielsweise umlenkt. In bekannter Weise können in dem Beleuchtungssystem 12 verschiedenste transmissive, reflektive oder 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 optisches Element 15, beispielsweise einen Wafer, im Rahmen der Produktion von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 14 übertragen wird. Im gezeigten Beispiel ist die Maske 13 als transmissives optisches Element ausgebildet. In alternativen Ausführungen kann die Maske 13 auch als reflektierendes optisches Element ausgebildet sein. Das Projektionssystem 14 weist im dargestellten Beispiel mindestens ein transmissives optisches Element auf. Im gezeigten Beispiel weist sind stellvertretend zwei transmissive optische Elemente 140, 141 dargestellt, die beispielsweise dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 13 auf die für die Belichtung des Wafers 15 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch bei dem Projektionssystem 14 können u.a. reflektive optische Elemente vorgesehen sein und beliebige optische Elemente können in bekannter Weise beliebig miteinander kombiniert werden. Es sei auch darauf hingewiesen, dass auch optische Anordnungen ohne transmissive optische Elemente für die VUV-Lithographie eingesetzt werden können.
In 2 ist schematisch eine beispielhafte Ausführung einer optischen Anordnung in Form eines Wafer-Inspektionssystems 2 dargestellt. Die nachstehenden Erläuterungen gelten analog auch für Inspektionssysteme zur Inspektion von Masken.
Das Wafer-Inspektionssystem 2 weist eine Strahlungsquelle 20 auf, deren Strahlung 21 mittels eines optischen Systems 22 auf einen Wafer 25 gelenkt wird. Zu diesem Zweck wird die Strahlung 21 von einem konkaven Spiegel 220 auf den Wafer 25 reflektiert. Bei einem Masken-Inspektionssystem 2 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 zu dem optischen System 22 gehörigen weiteren konkaven Spiegel 221 auf einen Detektor 23 zur weiteren Auswertung geleitet. Bei der Strahlungsquelle 20 kann es sich beispielsweise um genau eine Strahlungsquelle oder um eine Zusammenstellung von mehreren einzelnen Strahlungsquellen handeln, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Strahlungsspektrum zur Verfügung zu stellen. In Abwandlungen kann auch eine oder es können mehrere schmalbandige Strahlungsquellen 20 eingesetzt werden. Bevorzugt liegt die Wellenlänge bzw. das Wellenlängenband der von der Strahlungsquelle 20 erzeugten Strahlung 21 im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 110 nm und 190 nm.
Während des Betriebs von optischen Anordnungen wie z.B. der VUV-Lithographieanlage 1 von 1 oder des Wafer- oder Masken-Inspektionssystems 2 von 2 kann es zu einer Oxidation der reflektiven optischen Oberflächen 121a, 221a, 222a der jeweiligen reflektierenden optischen Elemente 121, 220, 221 kommen. Die reflektierenden optischen Elemente 121, 220, 221 können für die Reflexion der VUV-Strahlung 11 eine Metallverspiegelung aufweisen, wobei sich als Metallverspiegelung mit einer hohen Reflektivität in einem breiten Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 100 nm und 200 nm, eine Aluminium-Schicht bewährt hat.
Beispielhaft ist in 3 die Reflektivität R einer solchen Aluminium-Schicht in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in einem Wellenlängenbereich zwischen ca. 120 nm und ca. 280 nm aufgetragen, d.h. in einem Wellenlängenbereich, der annähernd den gesamten VUV-Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und 200 nm umfasst. Die in 3 gestrichelt dargestellte Kurve entspricht hierbei der Reflektivität R einer nicht oxidierten Aluminium-Schicht, die im gesamten dargestellten Wellenlängenbereich bei mehr als 0,9 liegt.
Die in 3 durchgezogen dargestellte Kurve zeigt die Reflektivität R einer durch Bestrahlung mit Strahlung 11, 21 im VUV-Wellenlängenbereich oxidierten Aluminium-Schicht. Es ist deutlich zu erkennen, dass für die hier relevanten Wellenlängen λ von weniger als ca. 200 nm die Reflektivität R signifikant abnimmt, und zwar auf Werte von weniger als ca. 0,1 bei Wellenlängen λ unterhalb von ca. 140 nm. Anhand der in 3 dargestellten Kurven für die Reflektivität R ist unmittelbar einsichtig, dass die Oxidation einer als Metallverspiegelung dienenden Aluminium-Schicht vermieden werden sollte, wenn diese zur Reflexion von Strahlung 11 im VUV-Wellenlängenbereich eingesetzt wird.
4a,b zeigen jeweils ein optisches Element 4, welches zur Reflexion von Strahlung 11 im VUV-Wellenlängenbereich ausgebildet ist und welches beispielsweise eines der reflektierenden optischen Elemente 121, 220, 221 von 1 oder von 2 bilden kann. Bei dem in 4a,b gezeigten optischen Element 4 handelt es sich um einen Spiegel, der ein Substrat 41 aufweist, bei dem es sich im gezeigten Beispiel um Quarz(-glas), insbesondere um titandotiertes Quarzglas, eine Keramik oder eine Glaskeramik handeln kann. Auf das Substrat 41 ist eine reflektierende Beschichtung 42 aufgebracht, die eine durchgehende Aluminium-Schicht 43 aufweist, die als Metallverspiegelung dient. Die Aluminium-Schicht 43 kann unmittelbar auf das Substrat 41 aufgebracht werden. Bei dem in 4a,b gezeigten Beispiel ist zwischen der Aluminium-Schicht 43 und dem Substrat 41 eine Funktionalschicht in Form einer Haftvermittlerschicht 44 aufgebracht. Das Material der Haftvermittlerschicht 44 kann aus einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden, wobei darauf geachtet werden sollte, dass sowohl zu dem Substrat 41 als auch zu der Aluminium-Schicht 43 eine hinreichende Haftung besteht. Zwischen der Aluminium-Schicht 43 und dem Substrat 41 können auch andere funktionale Schichten, beispielsweise eine Glättungsschicht und/oder eine Polierschicht, vorgesehen sein.
Bei dem in 4a,b gezeigten Beispiel ist auf die Aluminium-Schicht 43 eine wasserstoffkatalytische Schicht 45 aufgebracht, die zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff H₂ in aktivierten Wasserstoff bzw. in Wasserstoff-Radikale dient. Bei dem Material der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 kann es sich beispielsweise um Ru, Pt, Pd, Ni oder um Rh handeln.
Die oben genannten Materialien weisen eine vergleichsweise geringe Reflektivität für Strahlung 11 im VUV-Wellenlängenbereich auf. Daher ist es günstig, wenn die wasserstoffkatalytische Schicht 45 eine möglichst geringe Dicke D aufweist, die bei dem in 4a,b gezeigten Beispiel bei weniger als 1,0 nm liegt. Eine wasserstoffkatalytische Schicht 45 mit einer derart geringen Dicke D lässt sich nicht mit einer vollständigen Überdeckung, d.h. in Form einer geschlossenen Schicht, auf die Aluminium-Schicht 43 aufbringen, vielmehr bilden sich inselförmige, voneinander beabstandete Materialansammlungen der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 auf der Aluminium-Schicht 43, wie dies in 4a,b angedeutet ist.
Ein Bedeckungsgrad der Aluminium-Schicht 43 durch die wasserstoffkatalytische Schicht 45, der zwischen ca. 10% und ca. 90%, bevorzugt zwischen 30% und 70% liegt, ermöglicht einerseits die Realisierung einer wasserstoffkatalytischen Schicht 45 mit einer geringen Dicke D, so dass die Reflektivität R des optischen Elements 5 nicht zu sehr beeinträchtigt wird und andererseits eine ausreichende Dissoziations-Wirkung der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 zur Verhinderung der Oxidation der Aluminium-Schicht 43 während der Bestrahlung mit VUV-Strahlung 11, 21.
Voraussetzung für die Schutzwirkung der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 ist es, dass in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements 4 molekularer Wasserstoff H₂ vorhanden ist. Der molekulare Wasserstoff H₂ wird bei der in 1 gezeigten VUV-Lithographieanlage 1 über einen an einem Gehäuse 122 des Beleuchtungssystems 12 gebildeten Gaseinlass 123 einem Innenraum 122a des Gehäuses 122 zugeführt, in dem das reflektierende optische Element 121 angeordnet ist. Der Gaseinlass 123 weist zu diesem Zweck ein nicht bildlich dargestelltes Gasreservoir auf, in dem molekularer Wasserstoff H₂ enthalten ist. Ist eine ausreichende Menge an molekularem Wasserstoff H₂ in der Umgebung des reflektiven optischen Elements 121 vorhanden, kann dieser an der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 in aktivierten Wasserstoff umgewandelt werden und schützt somit die Aluminium-Schicht 43 vor Oxidation.
Das reflektierende optische Element 121 ist bei dessen Einbau in den Innenraum 122a des Gehäuses 122 des Beleuchtungssystems 12 in der Regel Umgebungsluft ausgesetzt, die eine ggf. irreversible Oxidation der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 oder der Aluminium-Schicht 43 zur Folge haben kann. Daher ist es günstig, eine Schutzschicht 46 auf die wassserstoffkatalytische Schicht 45 aufzubringen, wie dies beispielhaft in 4b dargestellt ist. Die Schutzschicht 46 sollte eine geschlossene Schicht bilden, welche sowohl die Aluminium-Schicht 43 als auch die wasserstoffkatalytische Schicht 45 überdeckt. Die Schutzschicht 46 kann dauerhaft auf die wasserstoffkatalytische Schicht 45 aufgebracht werden. In diesem Fall sollte es sich bei dem Material der Schutzschicht 46 um ein transparentes Material handeln, welches eine gute Schutzwirkung für die Aluminium-Schicht 43 bietet. Bei dem Material der Schutzschicht 46 kann es sich in diesem Fall beispielsweise um ein fluoridisches Material, z.B. um ein Metallfluorid, beispielsweise in Form von AlF₃ handeln.
Alternativ kann die Schutzschicht 46 reversibel auf die wasserstoffkatalytische Schicht 45 und auf die Aluminium-Schicht 43 aufgebracht werden. In diesem Fall kann die Schutzschicht 46 nach dem Einbringen des reflektierenden optischen Elements 121 in das Beleuchtungssystem 122 wieder entfernt werden. Zu diesem Zweck wird ein Material für die Schutzschicht 46 eingesetzt, welches bei der Bestrahlung mit der Strahlung 11 im VUV-Wellenlängenbereich und/oder welches beim Kontakt mit (molekularem) Wasserstoff H₂ abgelöst wird. Bei dem Material der Schutzschicht 46, welches sich durch die Bestrahlung ablösen lässt, kann es sich um Kohlenstoff oder um mindestens einen Kohlenwasserstoff handeln, beispielsweise um Parylene.
Sowohl die Aluminium-Schicht 43, die auf diese aufgebrachte wasserstoffkatalytische Schicht 45 und die auf diese ggf. aufgebrachte Schutzschicht 46 werden bevorzugt durch Atomlagendeposition abgeschieden. Die Atomlagendeposition erlaubt es, besonders dünne und glatte Lagen abzuscheiden und auf diese Weise Reflektivitäts-Verluste aufgrund von Absorption und Streuung zu minimieren. Neben der Atomlagenabscheidung sind auch andere Beschichtungsprozesse geeignet, z.B. Magentron-Sputtern, ionenunterstützte Abscheidung, plasmaunterstützte Abscheidung, thermisches Verdampfen usw.
Auch die in 2 dargestellten reflektierenden optischen Elemente 220, 221 des Wafer-Inspektionssystems 2 können auf die in Zusammenhang mit 4a,b beschriebene Weise ausgebildet sein. Das optische System 22 des Wafer-Inspektionssystems 2 weist ein Gehäuse 24 auf, in dessen Innenraum 24a die beiden reflektierenden optischen Elemente 220, 221 angeordnet sind. An dem Gehäuse 24 ist ein Gaseinlass 26 gebildet, über den dem Innenraum 24a des Gehäuses 24 molekularer Wasserstoff H₂ zugeführt werden kann.
5a,b zeigen ein reflektierendes optisches Element 5, welches zur Reflexion von Strahlung 11, 21 im VUV-Wellenlängenbereich ausgebildet ist und beispielsweise eines der reflektierenden optischen Elemente 121, 220, 221 von 1 oder von 2 bilden kann. Das reflektierende optische Element 5 von 5a,b ist im Wesentlichen wie das in 4a,b gezeigte reflektierende optische Element 4 ausgebildet, weist aber keine wasserstoffkatalytische Schicht 45 und auch keine Schutzschicht 46 auf, d.h. die Aluminium-Schicht 43 ist unmittelbar der Umgebung ausgesetzt, deren Oberseite eine reflektierende optische Oberfläche 5a bildet.
Zum Schutz der Aluminium-Schicht 43 des reflektierenden optischen Elements 5 vor Oxidation weist die jeweilige optische Anordnung 1, 2, in der das reflektierende optische Element 5 von 5a,b angeordnet ist, eine Plasmaerzeugungseinrichtung 50 zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas 51 an der reflektierenden optischen Oberfläche 5a des reflektierenden optischen Elements 5 auf. Die Plasmaerzeugungseinrichtung 50 weist zu diesem Zweck sechs Gaseinlässe in Form von Plasmadüsen 52a-f auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig um die in der Draufsicht kreisförmige optische Oberfläche 5a verteilt angeordnet sind, und zwar außerhalb eines in 5b gestrichelt dargestellten Strahlengangs 53 der VUV-Strahlung 11, 21.
Die Plasmadüsen 52a-f sind ausgebildet, der optischen Oberfläche 5a ein Plasmagas 54a-f in Form eines jeweiligen Plasma-Gasstroms zuzuführen. Bei dem in 5a,b dargestellten Beispiel wird der jeweilige Plasma-Gasstrom 54a-f jeweils einem von sechs Teilbereichen 55a-f der optischen Oberfläche 5a zugeführt, die Kreissektoren der in der Draufsicht kreisförmigen optischen Oberfläche 5a bilden. Wie in 5b zu erkennen ist, die einen seitlichen Schnitt durch das reflektierende optische Element 5 zeigt, sind die jeweiligen Plasmadüsen 52a-f und somit auch die Plasma-Gasströme 54a-f schräg auf die optische Oberfläche 5a ausgerichtet.
Bei dem gezeigten Beispiel ist die Plasmaerzeugungseinrichtung 50 zur Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas 51 ausgebildet. Zu diesem Zweck weist dem Plasma-Gasstrom 54a-f, der aus den Plasmadüsen 52a-f austritt, neben einem Spülgas z.B. in Form von Stickstoff, einem Edelgas oder einer Mischung dieser Gase auch ein vergleichsweise geringen Anteil an Wasserstoff auf. Durch die Beimischung des (molekularen) Wasserstoffs H₂ zu dem Plasma-Gasstrom 54a-f wird die Reinigungswirkung des Atmosphärendruck-Plasmas 51 verstärkt und eine bei der Bestrahlung an der optischen Oberfläche 5a gebildete dünne Schicht aus Aluminiumoxid wird wieder zu Aluminium reduziert.
Wie weiter oben in Zusammenhang mit 3 erklärt wurde, kann auf diese Weise die Reflektivität R des reflektierenden optischen Elements 5 signifikant erhöht werden. Aufgrund der Verwendung der Plasmadüsen 54a-f, die typischerweise in einem jeweiligen Innenraum 122a, 24a angeordnet sind, in dem sich auch das reflektierende optische Element 5 befindet, kann auf den in 1 bzw. in 2 gezeigten Gaseinlass 123, 26 zur Zuführung von molekularem Wasserstoff H₂ in den jeweiligen Innenraum 122a, 24a verzichtet werden.
6a,b zeigen eine Plasmaerzeugungseinrichtung 60, die zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas 61 an der optischen Oberfläche 6a eines optischen Elements 6 dient, das zur Reflexion von Strahlung 11, 21 im VUV-Wellenlängenbereich ausgebildet ist und das beispielsweise eines der reflektierenden optischen Elemente 121, 220, 221 von 1 bzw. von 2 bilden kann. Die Plasmaerzeugungseinrichtung 60 von 6a,b unterscheidet sich von der in 5a,b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 50 dadurch, dass diese zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas 61 an der optischen Oberfläche 6a des reflektierenden optischen Elements 6 sechs spitz zulaufende Elektroden 62a-f aufweist. Die sechs Elektroden 62a-f sind außerhalb eines Strahlengangs 63 der optischen Anordnung 1, 2 angeordnet, in der das optische Element 6 eingesetzt wird.
Zwischen den Elektroden 62a-f und der auf einem definierten Potential gehaltenen, im dargestellten Beispiel mit Massepotential verbundenen optischen Oberfläche 6a der Aluminium-Schicht 43 erzeugt die Plasmaerzeugungseinrichtung 60 eine Potentialdifferenz, wodurch sich zwischen der jeweiligen Elektrode 62a-f und der optischen Oberfläche 6a das Atmosphärendruck-Plasma 61 ausbildet, das sich bis zur optischen Oberfläche 6a erstreckt. Bei der in 6a,b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 60 ist eine jeweilige Elektrode 62a-f jeweils einem einen Kreissektor bildenden Teilbereich 65a-f der optischen Oberfläche 6a zugeordnet. Die Zuführung des Plasmagases 64 in die Umgebung der optischen Oberfläche 6a erfolgt in diesem Beispiel über den jeweiligen Gaseinlass 123, 26 von 1 bzw. von 2 in den zugehörigen Innenraum 122a, 24a. Hierbei kann wie in 1 und in 2 gezeigt ist über den Gaseinlass 123, 26 zusätzlich molekularer Wasserstoff H₂ in den Innenraum 122a, 24a zugeführt werden, allerdings in der Regel in Form einer geringen Beimischung zu dem Plasmagas 64.
Sowohl bei der in 5a,b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 50 als auch bei der in 6a,b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 60 kann das jeweilige Atmosphärendruck-Plasma 51, 61 an der optischen Oberfläche 5a, 6a ortsabhängig verändert werden. Zu diesem Zweck können die Plasmadüsen 52a-f bzw. die Elektroden 62a-f einzeln angesteuert werden. Beispielsweise kann bei der in 5a,b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 50 der Durchfluss durch eine jeweilige Plasmadüse 52a-f und/oder die Zeitdauer, in welcher der Plasma-Gasstrom 54a-f auf einen jeweiligen Teilbereich 55a-f der optischen Oberfläche 5a eingeströmt wird, individuell festgelegt werden. Entsprechend kann auch das Potential bzw. die Potentialdifferenz zwischen einer jeweiligen Elektrode 62a-f und dem optischen Element 6 bzw. der Aluminium-Schicht 43 verändert werden, um ein stärkeres oder ein schwächeres Wasserstoff-Plasma 61 an einem jeweiligen Teilbereich 65a-f der optischen Oberfläche 6a zu erzeugen.
Auf diese Weise kann mit Hilfe der jeweiligen Plasmaerzeugungseinrichtung 50, 60 gezielt in denjenigen Teilbereichen 55a-f, 65a-f der optischen Oberfläche 5a, 6a eine Plasmareinigung durchgeführt werden, die zuvor oxidiert bzw. kontaminiert wurden. Da durch die Plasmadüsen 52a-f bzw. durch die Elektroden 62a-f auch ein (weniger starkes) Atmosphärendruck-Plasma 51, 61 an Orten auf der optischen Oberfläche 5a, 6a erzeugt wird, die nicht zu einem jeweils zugehörigen Teilbereich 55a-f, 65a-f gehören, ist es nicht zwingend erforderlich, dass zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas 51, 61 alle Plasmadüsen 52a-f bzw. alle Elektroden 62a-f aktiviert werden. Die in 5a,b und in 6a,b dargestellte Anzahl von sechs Plasmadüsen 52a-f bzw. von sechs Elektroden 62a-f ist lediglich beispielhaft, d.h. die Plasmaerzeugungseinrichtung 50, 51 kann auch eine geringere oder eine größere Anzahl von Plasmadüsen 52a-f bzw. von Elektroden 62a-f aufweisen.
Mit Hilfe der in 5a,b und in 6a,b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 50, 60 kann nicht nur an den reflektierenden Oberflächen 5a, 6a vor reflektierenden optischen Elementen 5, 6 ein Atmosphärendruck-Plasma 51, 61 erzeugt werden, vielmehr kann auch an transmittierenden optischen Elementen ein Atmosphärendruck-Plasma 51, 61 erzeugt werden, beispielsweise an den beiden transmittierenden optischen Elementen 140, 141 des in 1 dargestellten Projektionssystems 14. Mit Hilfe des Atmosphärendruck-Plasmas 51, 61 können in diesem Fall kontaminierende Stoffe von einer jeweiligen transmittierenden optischen Oberfläche 140a,b, 141a,b gelöst werden. Zur Verbesserung der Reinigungswirkung kann dem zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas 51, 61 genutzten Plasmagas ein reaktiver Gasbestandteil beigemischt werden, beispielsweise der weiter oben beschriebene Wasserstoff, aber auch Sauerstoff oder Wasser. Letzteres ist möglich, da in dem Projektionssystem 14 keine reflektierenden optischen Elemente mit einer Aluminium-Schicht 43 oder einer Schicht aus einem anderen Material angeordnet sind, die durch die oxidierende Wirkung des Sauerstoffs geschädigt werden könnten.
Durch die weiter oben beschriebenen Maßnahmen kann einer Reduzierung der Reflektivität R von reflektierenden optischen Elementen 121, 220, 221 aufgrund einer Oxidation der Aluminium-Schicht 43 entgegengewirkt werden. Durch die Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas 51, 61 bei Atmosphärendruck kann zudem die Oxidationsreaktion der Aluminium-Schicht 43 umgekehrt werden, d.h. bereits gebildetes Aluminiumoxid kann wieder zu metallischem Aluminium reduziert werden. Durch die Einwirkung des Atmosphärendruck-Plasmas 51, 61 können zudem auch die optischen Oberflächen 140a,b, 141a,b von transmissiven optischen Elementen 140, 141 von kontaminierenden Stoffen gereinigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017222690 A1 [0014]
DE 10145131 A1 [0031]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

S. Wilbrandt et al., Applied Optics, Vol. 53, No. 4, Februar 2014 [0005]

Claims

Optisches Element (4) zur Reflexion von Strahlung (11, 21) im VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat (41), sowie eine auf das Substrat (41) aufgebrachte reflektierende Beschichtung (42), die mindestens eine Aluminium-Schicht (43) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Aluminium-Schicht (43) mindestens eine wasserstoffkatalytische Schicht (45) zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff (H₂) aufgebracht ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem das Material der wasserstoffkatalytischen Schicht (45) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Ru, Pt, Pd, Ni, Rh.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die wasserstoffkatalytische Schicht (45) eine Schichtdicke (D) zwischen 0,1 nm und 3,0 nm, bevorzugt zwischen 0,1 nm und 1,0 nm, aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die wasserstoffkatalytische Schicht (45) die Aluminium-Schicht (43) nicht vollständig bedeckt.
Optisches Element nach Anspruch 4, bei dem die wasserstoffkatalytische Schicht (45) die Aluminium-Schicht (43) mit einem Bedeckungsgrad zwischen 10% und 90% bedeckt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens eine auf die Aluminium-Schicht (43) und auf die wasserstoffkatalytische Schicht (45) aufgebrachte Schutzschicht (46).
Optisches Element nach Anspruch 6, bei dem die Schutzschicht (46) eine geschlossene Schicht bildet.
Optisches Element nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Schutzschicht (46) aus einem transparenten, insbesondere fluoridischen Material gebildet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Schutzschicht (46) aus einem durch Bestrahlung mit Strahlung (11, 21) im VUV-Wellenlängenbereich und/oder durch Kontakt mit Wasserstoff (H₂) ablösbaren Material gebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 9, bei dem die Schutzschicht (46) aus Kohlenstoff oder aus mindestens einem Kohlenwasserstoff gebildet ist.
Optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere Wafer-Inspektionssystem (2) oder VUV-Lithographieanlage (1), umfassend: einen Innenraum (122a, 24a), in dem mindestens ein optisches Element (121, 220, 221; 140, 141; 4, 5, 6) angeordnet ist, und mindestens einen Gaseinlass (123, 26, 52a-f) zur Zuführung eines Gases (H₂) in den Innenraum (122a, 24a), dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (121, 220, 221, 4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und dass der Gaseinlass (123, 26) zur Zuführung von Wasserstoff (H₂) in den Innenraum (122a, 24a) ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 11, insbesondere nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Plasmaerzeugungseinrichtung (50, 60) zum Zuführen eines Plasmagases (54a-f) über den Gaseinlass (123, 26, 52a-f) in den Innenraum (122a, 24a) zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas (51, 61) an mindestens einem Teilbereich (55a-f) einer optischen Oberfläche (5a, 6a) des optischen Elements (5, 6).
Optische Anordnung nach Anspruch 12, bei welcher die Plasmaerzeugungseinrichtung (50, 60) zur Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas (51, 61) an der optischen Oberfläche (5a, 6a) des optischen Elements (5, 6) ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei welcher der Gaseinlass als Plasmadüse (52a-f) zur Zuführung des Plasmagases (54a-f) zu mindestens einem Teilbereich (55a-f) der optischen Oberfläche (5a) ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welcher die Plasmaerzeugungseinrichtung (60) mindestens eine von der optischen Oberfläche (6a) beabstandete Elektrode (62a-f) zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas (61) an dem mindestens einen Teilbereich (65a-f) der optischen Oberfläche (6a) aufweist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der die Plasmaerzeugungseinrichtung (50, 60) zur Erzeugung eines ortsabhängig veränderlichen Atmosphärendruck-Plasmas (51, 61) an der optischen Oberfläche (5a, 6a) ausgebildet ist.