DE102019200852A1

DE102019200852A1 - Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines Spiegels einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102019200852A1
Application number: DE102019200852.6A
Authority: DE
Inventors: Marcus Schmelzeisen; Wolfgang Merkel; Holger Kierey; Ralf Winter
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines Spiegels (34), insbesondere eines Kollektorspiegels (34) einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage (1), wobei das Verfahren die Detektion von Wasserstoff (64) im Material des Spiegels (34) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines Spiegels, insbesondere eines Kollektorspiegels einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie zeigen im Hinblick auf ihre Abbildungsqualität eine starke Abhängigkeit von der Qualität der Ausleuchtung der Objektebene. Die zur Ausleuchtung verwendete elektromagnetische Strahlung wird durch ein Beleuchtungssystem und eine Lichtquelle, die im Folgenden als Nutzlichtquelle bezeichnet wird, erzeugt. Im Fall der EUV-Lithographie handelt es sich bei der Nutzlichtquelle um eine vergleichsweise aufwendig ausgeführte Plasmaquelle, bei welcher mittels Laserbestrahlung von Zinntropfen ein in den gewünschten kurzwelligen Frequenzbereichen elektromagnetische Strahlung emittierendes Plasma erzeugt wird.
Teil der Nutzlichtquelle und normalerweise erster EUV-Licht-reflektierender Spiegel im System ist ein EUV-Kollektorspiegel, der das vom Plasma emittierte EUV-Licht auffängt und gesammelt in das Beleuchtungssystem der EUV- Projektionsbelichtungsanlage gibt. Die durch die Nutzlichtquelle erzeugte Strahlung umfasst dabei neben Strahlung der Nutzlichtwellenlänge, welche im Falle einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage im Bereich von 5nm bis 20nm, insbesondere bei 13,5nm liegt, auch Strahlungsanteile anderer Wellenlängen, wie beispielsweise IR-Strahlung. Die IR-Strahlung ist eine Strahlung, die vom Laser zur Erzeugung des Plasmas emittiert wird und nicht in die Optik des Beleuchtungssystems oder der Projektionsoptik gelangen soll, da sie sonst die optischen Elemente erwärmt, was sich negativ auf die Abbildungsqualität auswirkt.
Der Kollektorspiegel fokussiert die emittierte Strahlung des Plasmas, wobei der Kollektorspiegel üblicherweise einen Grundkörper enthält, beispielsweise aus Keramiken oder Gläsern. Weiterhin umfasst der Kollektorspiegel wie auch andere in der Anlage verwendete Spiegel mindestens ein Schichtsystem, beispielsweise eine Molybdän-Silizium-Multilagenschicht, die eine hochgenaue Bearbeitung der Oberfläche und/oder ein hohes Reflexionsvermögen im gewünschten Spektralbereich ermöglicht. Häufig hat das Schichtsystem auch die Aufgabe, unerwünschte Strahlungskomponenten, wie z. B. die Infrarotstrahlung des Plasmas und des Lasers auszufiltern. Dazu können spezialisierte Subschichten oder Gitterstrukturen in die Beschichtung eingebaut werden. Die Beschichtungen des Kollektorspiegels sind allgemein einer hohen Belastung durch Strahlung und Kontamination durch Zinnpartikel ausgesetzt.
Die kurzwellige Nutzstrahlung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage wird von jeglichen Stoffen - auch Gasen - innerhalb weniger mm beziehungsweise cm absorbiert, sodass in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage ein Vakuum vorherrscht. Aus verfahrenstechnischen Gründen und zum Betrieb des Plasmas werden in das Vakuum allerdings häufig Gase eingeleitet, wie beispielsweise Wasserstoff mit einem Partialdruck von 1 bis 1000Pa. Dieser Wasserstoff dient zur Reinigung und zum Schutz vor Kontamination auf optischen Flächen und liegt überwiegend in molekularer Form (H₂) vor. Durch die von der Nutzlichtquelle emittierte Strahlung wird H₂ in atomaren Wasserstoff (H) aufgespalten, der in dieser Konfiguration in die Beschichtung des Kollektorspiegels eindiffundieren kann. Der in das Material eindiffundierte atomare Wasserstoff kann sich an Grenzflächen zwischen Schichten durch mechanische Spannungen wieder (H₂) verbinden, welches sich dann zwischen den Schichten und/oder in dem Grundkörper ansammelt. Dies führt zu einer Schädigung und Ablösung der Schicht und der Schichtstruktur, die sich in Form von Blasenbildungen offenbart und bis zum Abplatzen der Schicht führen kann. Die Blasen und die Stellen, an denen die Beschichtung bereits abgeplatzt ist führen ihrerseits zu einer inhomogenen Ausleuchtung des sogenannten Fernfeldes in der Beleuchtungsoptik, also insbesondere auch in der Objektebene. Darüber hinaus reflektiert das für den Kollektorspiegel verwendete Substratmaterial die parasitäre IR-Strahlung sehr gut, sodass diese bei einer defekten Beschichtung und damit einer fehlenden wellenlängenspezifischen Reflektion direkt in die Beleuchtungsoptik reflektiert wird, wodurch Schäden durch lokale Erwärmungen auf den optischen Elementen der Beleuchtungsoptik entstehen können.
Bisher werden Beschädigungen der Beschichtung des Kollektorspiegels durch eine Messung der Homogenität des Fernfeldes detektiert, die den Nachteil hat, dass die Messung aufwendig ist und zu einer Unterbrechung des Produktionsprozesses der Belichtungsanlage führt. Eine andere Methode zur Beurteilung des Zustandes des Kollektorspiegels ist eine Sichtprüfung, wobei der Kollektorspiegel dafür aus der Projektionsbelichtungsanlage ausgebaut werden muss. Darüber hinaus ist eine Vorhersage über die Entstehung der Blasen und damit dem Zeitpunkt eines möglichen Ausfalls des Systems und eine Planung eines notwendigen Tauschs des Kollektorspiegels nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine in situ Detektion von Wasserstoff in einem Spiegel, insbesondere in einem Kollektorspiegel und eine Vorhersage des Zeitpunktes der nicht mehr akzeptablen Schädigung der Beschichtung durch Wasserstoff ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten des Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines Kollektorspiegels einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage umfasst die Detektion von Wasserstoff im Material des Kollektorspiegels. Dadurch wird es insbesondere möglich, bereits im Vorfeld von eventuell auftretenden Schäden allein anhand der gemessenen Wasserstoffkonzentration Gegenmaßnahmen einzuleiten, noch bevor die Schäden in der Realität auftreten.
Der Wasserstoff kann dabei insbesondere durch eine optische Sensoranordnung detektiert werden, wodurch eine berührungslose und damit den Betriebsablauf in der Anlage möglichst wenig störende Überwachung des Zustandes des Kollektorspiegels möglich wird.
Insbesondere kann das Verfahren die Bestimmung der Krümmung einer Schicht umfassen. Dabei macht man sich den Effekt zunutze, dass der unter einer Beschichtung des Kollektorspiegels angesammelte Wasserstoff (H₂) zu Spannungen in der Schicht führt, was wiederum eine lokale Krümmung der Schicht zur Folge hat. Bei der Schicht kann es sich beispielsweise um eine an dem Außenrand des Kollektorspiegels angebrachte Schicht unter Verwendung eines oder mehrerer der Stoffe Kupfer, Silber, Nickel-Phosphor (NiP), Gold, Aluminium oder Zinn handeln. Die Krümmung kann dabei mit einem optischen Verfahren bestimmt werden, bei dem ein Licht- oder Laserstrahl durch einen ersten Strahlteiler in zwei parallele Strahlen insbesondere gleicher Intensität aufgespalten wird. Durch einen als halbdurchlässigen Spiegel ausgebildeten zweiten Strahlteiler gelangen die beiden Strahlen auf die Beschichtung. Von dort werden sie reflektiert und von dem zweiten Strahlteiler auf zwei positionsempfindliche Detektoren abgelenkt. Die Krümmung der Schicht führt zu einer Ablenkung der reflektierten Strahlen, die von den Detektoren registriert werden kann. Die Krümmung kann nicht nur ein Hinweis auf Wasserstoff im Material des Detektors sein, sondern kann vorteilhafterweise auch zur Bestimmung des Ausmaßes der Wasserstoffansammlung und dadurch für eine Vorhersage eines Zeitpunktes bei dem sich die Beschichtung ablöst herangezogen werden. In einer vereinfachten Variante kann auch lediglich mit einen einzigen Lichtstrahl und dessen veränderter Ablenkung an der Beschichtung gegenüber einem Sollzustand auf eine Schichtkrümmung geschlossen werden.
Weiterhin kann das Verfahren die Anwendung einer wasserstoffsensitiven Schicht umfassen. Eine solche Schicht kann beispielsweise als Wolframoxid- (WO₃) oder als Palladium- oder Platinschicht ausgebildet sein, wobei diese Schichten bei Kontakt mit Wasserstoff ihre Farbe verändern. Die Schicht muss vor dem im Vakuum vorhandenen Wasserstoff geschützt werden, da nur der in das Spiegelmaterial eindiffundierte Wasserstoff detektiert werden soll. Insbesondere kann eine Wolframoxidschicht auch unterhalb der reflektierenden Schicht des Kollektorspiegels angeordnet sein. Im Fall eines Defektes der reflektierenden Schicht kann dieser durch die Änderung der Farbe der Schicht im Bereich des Defekts leicht detektiert werden.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann die Sensoranordnung eine Lichtquelle und einen Photodetektor umfassen. Zur Bestimmung des Wasserstoffgehalts kann die Lichtquelle den Bereich, auf dem die wasserstoffsensitive Schicht angeordnet ist, beleuchten und das reflektierte Licht kann nachfolgend von dem Photodetektor aufgefangen werden. Das durch den Kontakt mit Wasserstoff veränderte Absorptionsverhalten der wasserstoffsensitiven Schicht kann durch den Photodetektor detektiert und beispielsweise in ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung umgewandelt werden. Dadurch kann das Ausmaß der Wasserstoffanreicherung im Material vorteilhaft bestimmt werden.
Das Licht der Lichtquelle kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durch einen mit einer wasserstoffsensitiven Schicht versehenen Lichtwellenleiter wie beispielsweise einen Filmwellenleiter oder eine Glasfaser geleitet werden, wodurch insbesondere die Lichtquelle außerhalb des Vakuumbereiches der zugehörigen Anlage angeordnet werden kann. Dies vermeidet einen Wärmeeintrag und eine mögliche Kontamination durch die Lichtquelle im Vakuum. Der Photodetektor bestimmt, wie bei der Reflektion des Lichtes an der wasserstoffsensitiven Schicht auch, die Absorption durch die Glasfaser.
Durch die Anordnung der wasserstoffsensitiven Schicht auf dem Lichtwellenleiter kann durch die Änderung der Absorption in dem Wellenleiter Wasserstoff detektiert werden. Eine entsprechend beschichtete Glasfaser kann beispielsweise am Außendurchmesser des Kollektorspiegels anordnet werden. Es ist auch denkbar, einen Filmwellenleiter in Form einer Schicht auszugestalten, die wiederum mit der wasserstoffsensitiven Schicht beschichtet ist. So ist es beispielsweise möglich im Schichtaufbau der reflektierenden Schicht des Kollektorspiegels einen Sensor zur Detektion von Wasserstoff zu integrieren und damit das Eindiffundieren von Wasserstoff in das Material des Kollektorspiegels beziehungsweise eine Ansammlung von H₂ zwischen Schichten frühzeitig zu detektieren.
Weiterhin kann zur Detektion des Wasserstoffs konfokale Raman-Mikroskopie zur Anwendung kommen. Konfokale Raman Mikroskopie verbindet die Eigenschaften konfokaler Mikroskopie, wie hohe drei-dimensionale Ortsauflösung, mit denen der Raman Spektroskopie, wie beispielsweise eindeutige Spezifität über die Identifikation der moleküleigenen Schwingungszustände.
Bei der Raman-Spektroskopie wird die zu untersuchende Materie mit monochromatischem Licht bestrahlt, üblicherweise aus einem Laser. Im Spektrum des an der Probe gestreuten Lichts werden neben der eingestrahlten Frequenz (Rayleigh-Streuung) noch weitere Frequenzen aus inelastischer Lichtstreuung, sogenannter Raman-Streuung, beobachtet. Das charakteristische Streuspektrum erlaubt einen Rückschluss auf die Eigenschaften des untersuchten Materials. So kann beispielsweise die Außenfläche des Kollektorspiegels, der beispielsweise mit einer Schicht unter Verwendung eines oder mehrerer der Stoffe Kupfer, Silber, Nickel-Phosphor (NiP), Gold, Aluminium oder Zinn beschichtet ist, vermessen werden. Durch einen Vergleich des Ramanspektrums einer neu hergestellten Schicht und den während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage bestimmten Spektren können anhand der gemessenen Abweichungen Aussagen über die Eigenspannungen der Schicht getroffen werden. Aufgrund der Änderung der Eigenspannungen kann auf den Wasserstoffgehalt in der Schicht zurückgeschlossen werden. Die Messung kann insitu und kontinuierlich durchgeführt werden, was zu einer vorteilhaften sehr frühen Detektion einer Wasserstoffeinlagerung im Kollektorspiegel führen kann.
Neben den bereits angesprochenen optischen Sensoren können auch elektrochemische oder elektromagnetische Sensoranordnungen zur Detektion von Wasserstoff verwendet werden.
So kann beispielsweise eine Sensoranordnung zur Anwendung kommen, der auf dem Prinzip der Impedanzspektroskopie beruht. Die Impedanzspektroskopie nutzt die Antwort eines Materials, wie beispielsweise der Beschichtung eines Kollektorspiegels, auf ein beispielsweise sinusförmiges Anregungssignal, z. B. eine Wechselspannung. Die Antwort ist ebenfalls ein sinusförmiges Signal derselben Frequenz, aber unterschiedlicher Amplitude und Phase, beispielsweise eine Stromstärke. Aus dem Verhältnis zwischen Anregungssignal und Systemantwort wird die komplexe Impedanz des Systems berechnet. Über die Variation der Anregungsfrequenz in einem breiten Frequenzbereich kann so ein Impedanzspektrum aufgenommen werden. Die Änderung des Spektrums mit der Zeit gibt einen Hinweis auf die sich ändernde Wasserstoffkonzentration in den Schichten des Kollektorspiegels.
Weiterhin besteht eine bekannte Methode zur Bestimmung von Änderungen von Materialeigenschaften in der Messung von deren Leitfähigkeit, die sich beispielsweise unter dem Einfluss von eingelagertem Wasserstoff verändert. Es können Sensoren in der Nähe der optisch genutzten Fläche des Kollektorspiegels angebracht werden, die nahezu den gleichen Umgebungsbedingungen wie die Schichten des Kollektorspiegels ausgesetzt sind. Es ist auch möglich, dass eine Schicht des Kollektorspiegels selbst oder eine zusätzlich in die Beschichtung eingebrachte Schicht als Sensor verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass die Verteilung der Einlagerungen über die optisch genutzte Fläche bestimmt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektromagnetische Sensoranordnung eine Schottky-Diode, also einen Metall-Halbleiterübergang. Bringt man ein Metall in Kontakt mit einem Halbleiter, bildet sich an der Kontaktstelle eine Potentialbarriere. Durch die Absorption von Wasserstoff kann sich die Höhe dieser Potentialbarriere verändern. Als Maß für die Konzentration des Wasserstoffs im Bereich des Übergangs kann entweder die Änderung des durch die Diode fließenden Stroms oder aber die durch den Wasserstoff modifizierte Kapazität der entstandenen Raumladungszone verwendet werden.
Weiterhin können Metalloxidsensoren unter Verwendung beispielsweise von SnO₂, ZnO₃, WO₃, NiO, MoO₃ und Ga₂O₃ zur Detektion des Wasserstoffs eingesetzt werden. Die Funktion derartiger Sensoren beruht auf der Änderung der Leitfähigkeit der Metalloxide durch die Aufnahme des zu bestimmenden Gases. Die Selektivität des Sensors auf ein bestimmtes Gas, wie beispielsweise Wasserstoff (H₂) kann durch Präparation, durch Dotierung mit Metallen und durch die Einstellung der Betriebstemperatur angepasst werden.
Daneben kann das erfindungsgemäße Verfahren Cyclovoltammetrie umfassen. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei welchem elektrochemische Eigenschaften einer Elektrode in einer Lösung bestimmt werden. Die Änderung der Materialeigenschaften durch das Eindiffundieren von Wasserstoff führt zu einer Änderung der elektrischen Eigenschaften der Anordnung aus Elektrode und Lösung, wodurch Rückschlüsse auf die Menge an eingelagertem Wasserstoff möglich werden. Da diese Methode in einer Lösung stattfindet, ist eine Bestimmung des Wasserstoffgehaltes bevorzugt außerhalb der Projektionsbelichtungsanlage durchzuführen.
Abhängig von der gewünschten Anordnung der Sensorik und der geplanten Häufigkeit der Detektion können verschiedene Sensoranordnungen erforderlich sein. Eine Kombination verschiedener Sensoren ist denkbar; so kann insbesondere ein einfaches schnelles Verfahren zur Detektion von Wasserstoff oder Beschädigungen der Schicht verwendet werden und erst nach Detektion von Wasserstoff kann dann eine Bestimmung der Menge mit einem anderen Sensor erfolgen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
2 eine schematische Darstellung eines Kollektorspiegels,
3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
8a, b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektorspiegels derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Reticle 7, das von einem schematisch dargestellten Reticlehalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Reticle 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 30 nm emittieren.
2 zeigt einen Schnitt eines schematischen Aufbaus eines Kollektorspiegels 34 umfassend einen Grundkörper 30 mit einer Beschichtung 32 und einer Lichtquelle 3, die beispielsweise als Laser 3 ausgeführt sein kann und unterhalb des Kollektorspiegels 34 angeordnet ist. Die Lichtquelle 3 emittiert durch eine Aussparung 31 in dem Kollektorspiegels 34 IR-Strahlung 35 auf einen Zinntropfen 36, der in einem ersten Fokuspunkt 37 des Kollektorspiegels 34 schwebend gehalten wird. Durch die Bestrahlung des Zinntropfens 36 durch die Lichtquelle 3 entsteht ein Plasma, welches Nutzstrahlung 14, also Strahlung zur Abbildung eines Objektes auf eine Bildebene, mit einer Wellenlänge von 13,5 nm emittiert. Neben der Nutzstrahlung 14 wird auch IR-Strahlung 35 und Strahlung anderer Wellenlängen, die im Folgenden als parasitäre Strahlung bezeichnet wird, emittiert. Der Kollektorspiegel 34 reflektiert die vom Plasma emittierte Strahlung 14, 35 wellenlängenspezifisch, so dass die Nutzstrahlung 14 in einem zweiten Fokuspunkt 38 fokussiert wird und die parasitäre Strahlung in einem dritten Fokuspunkt 66, der in der Ebene des zweiten Fokuspunktes 38 liegt, fokussiert wird. Der erste 37 und zweite Fokuspunkt 38 liegen dabei auf der Mittelachse 67 des Kollektorsspiegel 34 und der dritte Fokuspunkt 66 in der Nähe der Mittelachse 67. Die wellenlängenspezifische Reflektion wird durch eine auf der Beschichtung 32 des Kollektorspiegels 34 angeordnete Struktur realisiert. Ebenfalls in der Ebene des zweiten Fokuspunktes 38 ist eine Blende 39 angeordnet, die verhindert, dass parasitäre Strahlung 35 in die in 2 nicht dargestellte Beleuchtungsoptik 4 gelangt. Die unterschiedlichen möglichen Positionen der erfindungsgemäßen optischen Sensoranordnungen 40 wie auch die von den Sensoranordnungen emittierte Messstrahlung 43 sind in der Figur gestrichelt dargestellt. Die optische Sensoranordnung 40 oberhalb der Blende 39, die beispielsweise dazu eingerichtet ist, ein Raman-Spektrum der Beschichtung 32 zu bestimmen, umfasst dabei einen schmalbandigen Filter, wie beispielsweise einen Notchfilter 45, der an Stelle der Blende 39 angeordnet ist und so eingerichtet ist, dass er alle Wellenlängen der parasitären Strahlung 35 und der Nutzstrahlung 14 bis auf die der Messstrahlung 43 herausfiltert. So kann die Genauigkeit der Sensoranordnung 40 vorteilhaft erhöht und eine Messung während des Betriebes der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchgeführt werden. Die alternative Anordnung einer optischen Sensoranordnung 40, die weiter von der Mittelachse 67 des Kollektorspiegels 34 entfernt, hat den Vorteil, dass die Sensoranordnung 40 in einem Bereich der Projektionsbelichtungsanlage 1 angeordnet ist, der nicht durch die Nutzstrahlung 14 oder andere Bauteile genutzt wird.
Eine weitere alternative Position einer optischen Sensoranordnung 40 ist seitlich des Außenrandes 33 des Kollektorspiegels 34. Diese Sensoranordnung ist dazu eingerichtet, auf den Außenrand 33 des Kollektorspiegels 34 zu messen und in 3 schematisch dargestellt. Der Außenrand 33 des Kollektorspiegels 34 kann dabei beispielsweise mit einer Schicht 60 unter Verwendung eines oder mehrerer der Stoffe Kupfer, Silber, Nickel-Phosphor (NiP), Gold, Aluminium oder Zinn beschichtet sein. Die Oberfläche der Schicht 60 wird mit einer optischen Sensoranordnung 40 bestimmt, bei der eine von einer Laserdiode 50 emittierte als Laserstrahl 43 ausgebildete Messstrahlung 43 durch eine Linse 51 auf einen ersten Strahlteiler 52 gelenkt und dort in zwei parallele Messstrahlen 55, 56 gleicher Intensität aufgespalten wird. Durch einen als halbdurchlässigen Spiegel ausgebildeten zweiten Strahlteiler 53 gelangen die beiden Messstrahlen 55, 56' auf die Schicht 60. Von dort werden sie reflektiert und vom zweiten Strahlteiler 53 auf zwei positionsempfindliche Detektoren 54 abgelenkt. Verändert sich die Schicht 60 beispielsweise durch die Einlagerung von Wasserstoff zwischen Schicht 60 und Grundkörper 30 des Kollektorspiegels 34, führt dies zu einer Ablenkung der reflektierten Messstrahlung 55, 56, die von den Detektoren 42 registriert werden kann. Die detektierte Krümmung kann nicht nur als ein Hinweis auf Wasserstoff im Material des Kollektorspiegels 34 dienen, sondern kann vorteilhafterweise auch zur Bestimmung des Ausmaßes der Wasserstoffansammlung verwendet werden. Dadurch lassen sich Vorhersagen über einen Zeitpunkt treffen, bei dem sich die Beschichtung 60 ablöst und vorbeugende Maßnahmen vor dem Ausfall des Kollektorspiegels 34 ergreifen. Der Außenrand 33 des Kollektorspiegels 34 ist durch die direkte Nähe zur optisch aktiven Oberfläche des Kollektorspiegels 34 annähernd den gleichen Randbedingungen ausgesetzt und eignet sich daher sehr gut zur Vorhersage der Wasserstoffeinlagerung im Material. Ein weiterer Vorteil der Lösung ist die gute Zugänglichkeit des Außenrandes 33 des Kollektorspiegels 34.
Die 4 zeigt eine Detailansicht eines Kollektorspiegels 34 im Schnitt. Der Kollektorspiegel 34 umfasst einen Grundkörper 30, der beispielsweise überwiegend aus Siliziumcarbid besteht und eine Beschichtung 32. Diese umfasst ihrerseits eine Schicht 60, die beispielsweise unter Verwendung eines oder mehrerer der Stoffe Kupfer, Silber, Nickel-Phosphor (NiP), Gold, Aluminium oder Zinn ausgebildet sein kann. Die Schicht 60 ist weicher als das Material des Grundkörpers 30 und kann zum Beispiel zur Herstellung der sehr ebenen Oberfläche des Kollektorspiegels 34 herangezogen werden. Weiterhin umfasst die Beschichtung 32 eine auf die Nutzlichtwellenlänge 14 optimierte Reflektionsschicht 61, die beispielsweise einen Stapel mehrerer verschiedener Schichten, die periodisch angeordnet sein können, umfasst. Als Abschluss umfasst die Beschichtung 32 auf der Reflektionsschicht 61 noch eine Schutzschicht 63, die die Reflektionsschicht 61 vor Defekten beispielsweise durch mechanische Einwirkung von Zinn oder Gasen in der Atmosphäre der Plasmaquelle schützen soll. Wie in 4 dargestellt treten im Herstellungsprozess und während der Nutzung in einer Projektionsbelichtungsanlage immer wieder minimale Kratzer oder Defekte 65 in der Schutzschicht 63 und gegebenenfalls auch in der Reflektionsschicht 61 auf. Durch solche Defekte 65 diffundiert durch die Nutzstrahlung 14 aufgespaltener atomarer Wasserstoff H 64 in das Material, also in die Beschichtung 32 und den Grundkörper 30, ein und verbindet sich an Grenzflächen unter Erzeugung mechanischer Schichtspannung mit dem dort bereits vorhandenem Wasserstoff wieder zu H₂. Der Wasserstoff (H₂) sammelt sich dann zwischen den Schichten und führt zu einem Ablösen der Beschichtung 32, die zu einer Blasenbildung bis hin zum Abplatzen der Beschichtung 32 führen kann. Zur Detektion von Defekten 65 und der Ansammlung von Wasserstoff 64 umfasst die Beschichtung 32 weiterhin eine wasserstoffsensitive Schicht 44, die beispielsweise aus WO₃ ausgebildet ist und wie in der Figur gezeigt zwischen der Schicht 60 und der Reflektionsschicht 61 angeordnet sein kann. Diese reagiert, sobald sie mit Wasserstoff 64 in Kontakt kommt, mit einer Änderung ihrer Farbe. Diese Farbänderung kann in einem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine optische Sensoranordnung 40, die die Oberfläche des Kollektorspiegels 34 überwacht, einfach detektiert werden.
Eine beispielhafte Anordnung der optischen Sensoranordnung 40 ist in 5 schematisch dargestellt. Die Sensoranordnung umfasst eine Lichtquelle 41 und einen Detektor 42, der als Photodetektor 42 ausgebildet sein kann, welcher kontinuierlich die Absorption der Oberfläche des Kollektorspiegels 34 überwacht und so jede Änderung der Absorption und damit das Vorhandensein von Wasserstoff 64 im Bereich des Kollektorspiegels 34 sofort detektiert. Im Vergleich zu 4 ist die Beschichtung 32 in 5 insofern anders aufgebaut, als auf der Reflexionsschicht 61 eine für die optische Nutzstrahlung transparente wasserstoffsensitive Schicht 44 angeordnet ist, durch die ein Defekt 65 wie in 4 gezeigt oder im Material wandernder atomarer Wasserstoff 64, der sich in der Beschichtung 32 wieder zu H₂ verbunden hat und sich dort anlagert, detektiert werden kann. Es sind natürlich auch wasserstoffsensitive Schichten 44 auch an anderer Stelle zwischen den Funktionsschichten der Beschichtung 32 des Kollektorspiegels 34 denkbar.
Eine Variante zur Messung der Absorption der wasserstoffsensitiven Schicht 44 ist in 6 und 7 dargestellt. Die wasserstoffsensitive Schicht 44 ist dabei auf einem als Glasfaser oder Filmwellenleiter ausgebildeten Lichtwellenleiter 46 angeordnet. Der Lichtwellenleiter 46 der optischen Sensoranordnung 40 ist mit einer Lichtquelle 41 auf der einen Seite und mit einem Detektor 42 auf der anderen Seite verbunden, sodass die optische Sensoranordnung 40 kontinuierlich die Absorptionseigenschaften des Lichtwellenleiters 46 messen kann. Verändern sich die Absorptionseigenschaften der wasserstoffsensitiven Schicht 44, ändert sich auch die Absorption im Lichtwellenleiter 46, wodurch die Anwesenheit von Wassersoff detektiert werden kann. Durch moderne Auswertetechniken, wie sie beispielsweise auch in der Erdbebenvorhersage verwendet werden, kann auch der Ort der Absorptionsänderung in dem Lichtwellenleiter 46 detektiert werden.
In 6 ist der Lichtwellenleiter als ein Filmwellenleiter 46 ausgebildet, der in der Beschichtung 32 integriert ist.
In der in 7 gezeigten Ausführungsform umschließt die wasserstoffsensitive Schicht 44 den als Glasfaser 46 ausgebildeten Lichtwellenleiter auf allen Seiten. Der runde Querschnitt des Lichtwellenleiters 46 ist rein beispielhaft und kann auch jede andere Geometrie aufweisen. Die wasserstoffsensitive Beschichtung 44 kann den Lichtwellenleiter 46 auch nur teilweise umschließen. Der Lichtwellenleiter 46 ist am Außenrand 33 des Kollektorspiegels 34 im Grundkörper 30 angeordnet, wobei die Schicht 60 auf dem Außenrand 33 des Grundkörpers 30 den Lichtwellenleiter 46 komplett bedeckt. Wie weiter oben bereits beschrieben hat der Außenrand 33 des Kollektorspiegels 34 den Vorteil, dass er nahezu den gleichen Umgebungsbedingungen wie die Beschichtung 32 des optisch aktiven Bereichs ausgesetzte ist, aber die Integration des Lichtwellenleiters 46 in den Grundkörper 30 des Kollektorspiegels 34 keine Auswirkungen auf die Qualität der optischen genutzten Bereiche des Kollektorspiegels 34 hat.
Die Figur zeigt in ihren 8a und 8b einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform einer elektrochemischen Sensoranordnung 40' in der Draufsicht (8a) und einer Schnittdarstellung (8b). Am Außenrand 33 des Kollektorspiegels 34 sind vier Elektroden 58,58' angeordnet, wobei die sich gegenüberliegenden Elektroden 58,58' jeweils einander zugeordnet sind. Durch die Elektrodenpaare 58, 58' wird ein sinusförmiges Anregungssignal, wie beispielsweise eine Wechselspannung, in den Kollektorspiegel 34 beziehungsweise in die Beschichtung 32 eingebracht. Die Antwort des so angeregten Systems ist ebenfalls ein sinusförmiges Signal derselben Frequenz, aber unterschiedlicher Amplitude und Phase und kann beispielsweise ein Strom sein. Durch diese sogenannte Impedanzspektroskopie wird die Antwort eines Materials, wie beispielsweise der Beschichtung 32 eines Kollektorspiegels 34 verwendet, um aus dem Verhältnis zwischen Anregungssignal und Systemantwort die komplexe Impedanz des Systems zu berechnen. Über die Variation der Anregungsfrequenz in einem breiten Frequenzbereich kann ein Impedanzspektrum aufgenommen werden. Die Änderung des Spektrums mit der Zeit gibt einen Hinweis auf die Wasserstoffkonzentration in den Beschichtung 32 des Kollektorspiegels 34.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Facettenspiegel
3: Lichtquelle
4: Beleuchtungsoptik
5: Objektfeld
6: Objektebene
7: Reticle
8: Reticlehalter
9: Projektionsoptik
10: Bildfeld
11: Bildebene
12: Wafer
13: Waferhalter
14: EUV-Strahlung
15: Zwischenfeldfokusebene
16: Pupillenfacettenspiegel
17: Baugruppe
18: Spiegel
19: Spiegel
20: Spiegel
30: Grundkörper
31: Aussparung
32: Beschichtung
33: Außenrand
34: Kollektorspiegel
35: IR-Strahlung
36: Zinntropfen
37: erster Fokuspunkt
38: zweiter Fokuspunkt
39: Blende
40, 40': Sensoranordnung
41: Lichtquelle
42: Detektor
43: Messstrahlung
44: wasserstoffsensitve Schicht
45: Notchfilter
46: Lichtwellenleiter
50: Laserdiode
51: Linse
52: erster Strahlteiler
53: zweiter Strahlteiler
54: Fotodetektor
55: erster Messstrahl
56: zweiter Messstrahl
58, 58': Elektrode
60: Schicht zur Herstellung der optischen Oberfläche
61: Reflektionsschicht
63: Schutzschicht
64: Wasserstoff
65: Defekt
66: dritter Fokuspunkt
67: Mittelachse des Kollektorspiegels

Claims

Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines Spiegels (34) einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Detektion von Wasserstoff (64) im Material des Spiegels (34) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff (64) durch eine optische Sensoranordnung (40) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Bestimmung der Krümmung einer Schicht (32) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Anwendung einer wasserstoffsensitiven Schicht (44) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (40) eine Lichtquelle (41) und einen Photodetektor (42) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (40) einen mit einer wasserstoffsensitiven Schicht (44) versehenen Lichtwellenleiter (46) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Lichtwellenleiter (46) um eine Glasfaser (46) handelt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Lichtwellenleiter (46) um einen Filmwellenleiter (46) handelt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Anwendung konfokaler Raman-Mikroskopie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff (64) durch eine elektrochemische oder elektromagnetische Sensoranordnung (40') detektiert wird.
.Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Sensoranordnung (40') den Wasserstoff (64) mit Hilfe der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (40') detektiert.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Sensoranordnung (40') die Leitfähigkeit eines Materials bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Sensoranordnung (40') eine Schottky-Diode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Sensoranordnung (40') einen Metalloxidsensor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Cyclovoltammetrie-Verfahren umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Spiegel (34) um einen Kollektorspiegel handelt.