DE102022204996A1

DE102022204996A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer

Info

Publication number: DE102022204996A1
Application number: DE102022204996.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Roos
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-11-23

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer, wobei das Restgas mindestens ein Prozessgas aufweist und dem Restgas mindestens ein von dem Prozessgas verschiedenes Brückengas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum ein erstes Restgasspektrum (200) ermittelt wird (S1), welches das Prozessgas und das Brückengas umfasst, und mindestens ein zweites Restgasspektrum (300) ermittelt wird, welches das Brückengas aber nicht das Prozessgas umfasst (S2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage und/oder einer Prozesskammer zur Herstellung, Vermessung und/oder Wartung einer Komponente für eine Projektionsbelichtungsanlage, wobei das Restgas mindestens ein Prozessgas aufweist und dem Restgas mindestens ein von dem Prozessgas verschiedenes Brückengas zugeführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum einer Vakuumkammer.
Optische Einrichtungen sind üblicherweise dergestalt ausgebildet, dass sie mittels optischer Elemente Licht beispielsweise formen und leiten. Dient das Licht zur Ausbildung einer optischen Abbildung, so kann eine Qualität der optischen Abbildung dadurch verbessert werden, dass sich die optische Einrichtung in einem Vakuum befindet. Dies gilt insbesondere für EUV (Extreme-Ultraviolet) - Projektionsbelichtungsanlagen, da das EUV-Licht durch Luft absorbiert wird. Eine Absorption des EUV-Lichts kann somit beispielsweise zu einer Verschlechterung der Qualität der optischen Abbildung führen.
Demnach profitiert eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage besonders von einem Betrieb in einem Vakuum, da sowohl eine erhöhte Abbildungsqualität als auch eine geringere Neigung zu einer Reaktion mit gasförmigen Stoffen erzielt werden kann. Projektionsbelichtungsanlagen in einem Vakuum zu betreiben ist allgemein aus dem Stand der Technik bekannt.
Bestandteile einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere optische Elemente und/oder Spiegel, insbesondere Objektive, weisen zumindest teilweise Stoffe, beispielsweise Klebestoffe und/oder Prozesshilfsstoffe eines vorhergegangenen Bearbeitungsschrittes, auf, welche in einem Vakuum dazu neigen können, auszugasen. Eine Ausgasung umfasst hierbei eine Desorption von Molekülen eines ausgasungsfähigen Stoffes in eine Gasphase. Diese Moleküle bilden zusammen mit Restanteilen der atmosphärischen Luft, welche von den Pumpeinrichtungen noch nicht aus der Arbeitskammer entfernt wurden, ein sogenanntes Restgas aus.
Ein Ausgasen der ausgasungsfähigen Stoffe führt weiterhin zum Vorhandensein von molekularen Spezies in der Gasphase, welche ihrerseits zu einer Verschmutzung und/oder einer Beeinträchtigung des Vakuums und damit der optischen Abbildungsqualität führen können.
Eine Analyse des Restgases bzw. eine Restgasanalyse kann hierbei Informationen über die Zusammensetzung und Quantität des Restgases und insbesondere Aufschluss über das Ausgasungsverhalten der ausgasungsfähigen Stoffe der EUV-Projektionsbelichtungsanlage geben. Hierdurch kann beispielsweise ein Alterungsverhalten und/oder ein Produktionsfehler und/oder ein Verschmutzungsgrad der EUV-Projektionsbelichtungsanlage im Betrieb festgestellt werden. Um dieses Ausgasverhalten einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage bereits im Vorfeld abzuschätzen und zu charakterisieren, werden auch die einzelnen Bestandteile der EUV-Projektionsbelichtungsanlage entlang einer Prozesskette zur Herstellung der Anlage einer Restgasanalyse unterzogen.
Als Verfahren zur Analyse des Restgases bzw. als Restgasanalyseverfahren ist aus dem Stand der Technik die Massenspektrometrie bekannt, um nach einer definierten Zeit eine massenaufgelöste Restausgasung zu bestimmen. Hierbei werden die molekularen Bestandteile des Restgases entsprechend ihrer molekularen Massen (genauer ist ein Verhältnis der Masse und einer Ladung) und der Häufigkeit ihres Auftretens in dem Restgas in einem Massenspektrum aufgetragen. Eine Intensität eines spektralen Werts gibt hierbei das relative Vorkommen einer molekularen Spezies einer bestimmten Masse in einem Gesamtensemble des Restgases an.
Weiterhin werden aus verfahrenstechnischen Gründen in das Vakuum für den Betrieb einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage allerdings häufig Prozessgase eingeleitet, wie beispielsweise Wasserstoff mit einem Partialdruck von 1 bis 1000Pa. Dieser Wasserstoff dient beispielsweise zur Reinigung und zum Schutz vor Kontamination, insbesondere Oxiden, auf optischen Flächen.
Das Vorhandensein dieser Prozessgase, wie beispielsweise Wasserstoff, führt dazu, dass bei einer Analyse der Restgases der EUV-Projektionsbelichtungsanlage die Informationen über die Ausgasung der Kontaminationen verfälscht werden oder verloren gehen. Das Restgas wird in diesem Fall durch die Prozessgase dominiert.
Es ist bekannt, dass Verfahren zur Analyse des Restgases, wie beispielsweise die Massenspektrometrie, einen begrenzten dynamischen Bereich aufweisen. Der dynamische Bereich meint im Sinne dieser Anmeldung die Spanne zwischen der maximal und minimal möglichen messbaren Intensität innerhalb einer Analyse. Auch nach einer gegebenenfalls durchgeführten Verdünnung des Restgases vor einer Zuführung zu einer Restgasanalyseeinheit bedeutet dies, dass im Verhältnis nur geringfügig vorhandene Spezies des Restgases, wie beispielsweise die beschriebenen Kontaminationen, nur mit einer begrenzten minimalen Intensität nachgewiesen werden können. Dadurch wird ihr tatsächlicher Beitrag in dem Restgas zu hoch eingeschätzt. Weiterhin geht eine jedem Stoff übliche charakteristische spektrale Information, die sich durch den Bezug von spektralen Beiträgen verschiedener massenspezifischer Anteile eines Stoffes ergeben verloren. Hierdurch ist ein Rückschluss auf das Vorhandensein eines spezifischen Stoffes nicht mehr möglich oder zumindest deutlich erschwert.
Gleichzeitig wird jedoch die gesamte spektrale Information der Analyse des Restgases, insbesondere inklusive der dominanten Beiträge etwaiger Prozessgase, benötigt, um eine notwendige Beziehung der Restgasanalyse mit einem Druck innerhalb der Vakuumumgebung bereitzustellen.
Aus den Offenlegungsschriften WO2010/022185A1 und WO2015/003819A1 sind Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion geringer Mengen kontaminierender Stoffe bei hohen Restgasdrücken, insbesondere für den Einsatz in EUV-Projektionsbelichtungsanlage, bekannt. Hierfür werden Speichereinrichtungen verwendet, die eine Speicherung der Bestandteile kontaminierender Stoffe vor deren Detektion ermöglichen. Damit unterscheiden sich diese Restgasanalyseeinheiten von denen entlang einer Prozesskette zur Herstellung der EUV-Projektionsbelichtungsanlage üblicherweise eingesetzten Restgasanalyseeinheiten, insbesondere Massenspektrometer. Dies erschwert die Vergleichbarkeit, der entlang der Prozesskette zur Herstellung der EUV-Projektionsbelichtungsanlage enthalten Ergebnisse der Restgasanalyse mit den Ergebnissen der Restgasanalyse im Betrieb.
Vor dem obigen Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer bereitzustellen. Dabei ist das Restgasanalyseverfahren an das entlang der Prozesskette zur Herstellung der EUV-Projektionsbelichtungsanlage verwendete Verfahren zur Charakterisierung des Restgases der Einzelbestandteile angepasst.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum einer Vakuumkammer bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass für die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum in einem ersten Schritt ein erstes Restgasspektrum ermittelt wird, welches das Prozessgas und das Brückengas umfasst, und in einem zweiten Schritt mindestens ein zweites Restgasspektrum ermittelt wird, welches das Brückengas aber nicht das Prozessgas umfasst.
Eine Vakuumkammer im Sinne dieser Anmeldung meint immer auch eine Prozesskammer und umgekehrt meint eine Prozesskammer immer auch eine Vakuumkammer.
Durch die Ermittlung des erstes Restgasspektrums, welches das mindestens eine Prozessgas und das mindestens eine von dem Prozessgas verschiedene Brückengas umfasst, wird eine spektrale Gesamtheit des Restgases ermittelt, die das Ergebnis des Restgasanalyseverfahrens mit einem Vakuumdruck der Vakuumkammer kombinierbar macht. Die Bestimmung geringer Mengen übriger Bestandteile des Restgases ist in diesem ersten Restgasspektrum durch das vorhandene und typischerweise dominante Prozessgas in Kombination mit dem dynamischen Bereich des Restgasanalyseverfahrens bezüglich einer quantitativen und qualitativen spektralen Information üblicherweise fehlerhaft. Dabei wird die quantitative Information, die spektrale Intensität, tendenziell zu hoch eingeschätzt. Die qualitative Information, die sich durch den Bezug der spektralen Beiträge bestimmter Spezies ergibt und dadurch quasi als ein Fingerabdruck dieser Spezies im Spektrum wirkt, ist unvollständig. Ein Bestandteil des Restgases meint im Sinne der Anmeldung ein massenspezifisches Ensemble einer oder mehrerer atomarer und/oder molekularer Spezies.
Daher wird in dem anschließend mindestens das eine zweite Restgasspektrum ermittelt, welches das Brückengas aber nicht das Prozessgas umfasst. Hierdurch werden die geringen Mengen bestimmter Bestandteile des Restgases quantitativ und qualitativ spektral besser bestimmbar. Die minimal möglich detektierbare spektrale Intensität innerhalb der Restgasanalyse wird in dem zweiten Restgasspektrum durch eine maximale spektrale Intensität des Brückengases in Kombination mit dem dynamischen Bereich des Restgasanalyseverfahrens bestimmt. Vorteilhafterweise liegt die spektrale Intensität des Brückengases mittig zwischen einer maximalen spektralen Intensität des Prozessgases im ersten Restgasspektrum und einer minimal zu erwartenden spektralen Intensität des zweiten Restgasspektrums, insbesondere ist dies die Sensitivitätsgrenze des Restgasanalyseverfahrens.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird weiterhin ein Vakuumkammerdruck erfasst, und das erste Restgasspektrum und der erfasste Vakuumkammerdruck verwendet, um einen Normierungswert zu ermitteln. Der Normierungswert ist dabei der Quotient aus dem erfassten Vakuumkammerdruck und einer insbesondere integralen spektralen Intensität des ersten Restgasspektrums. Durch den Normierungswert können die absoluten Amplituden der spektralen Beiträge aller erfassten Restgasspektren mit dem Vakuumkammerdruck ins Verhältnis gesetzt werden. Hierdurch können für die Bestandteile des Restgases entsprechend ihrer Massen und/oder der Häufigkeit ihres Auftretens in dem Restgas in dem Massenspektrum Partialdrücke erhalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird für die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum aus dem ersten Restgasspektrum und dem zweiten Restgasspektrum ein resultierendes Restgasspektrum ermittelt. Die Basis für diesen Schritt ist zunächst eine maximale spektrale Intensität des Brückengases des ersten Restgasspektrums. Diese wird in einem ersten Teilschritt mit einer spektralen Intensität des gleichen Beitrags des Brückengases des zweiten Restgasspektrum ins Verhältnis gesetzt. Dadurch wird ein Skalierungsfaktor ermittelt. Der Skalierungsfaktor wird anschließend als Multiplikator auf des zweite Restgasspektrum angewendet. Ist beispielsweise die zugrundeliegende Intensität des Brückengases im ersten Restgasspektrum im Vergleich zum zweiten Restgasspektrum einen bestimmten Betrag erhöht, werden die spektralen Intensitäten des zweiten Restgasspektrum durch den Skalierungsfaktor um genau diesen Beitrag angehoben.
Anschließend werden die spektralen Beiträge des Prozessgases des zweiten Restgasspektrum, die typischerweise der Messgrenze der Restgasanalyseeinheit entsprechen, in einem zweiten Teilschritt durch die spektralen Beiträge des Prozessgases des ersten Restgasspektrums ersetzt, um das resultierende Restgasspektrum zu erhalten.
Durch diese beiden Teilschritte wird zum einen das erste und das zweite Restgasspektrum ins Verhältnis gesetzt und es werden intrinsische Messungenauigkeiten des Restgasanalyseverfahrens eliminiert. Sind die Messungenauigkeiten des Restgasanalyseverfahrens gering, wird der Skalierungsfaktor nahe eins liegen. Durch das Ersetzen der spektralen Beiträge des Prozessgases des zweiten Restgasspektrums mit den spektralen Beiträgen des Prozessgases des ersten Restgasspektrums, weist das resultierende Restgasspektrum zusätzlich einen dynamischen Bereich auf, der größer ist als der dynamische Bereich des Restgasanalyseverfahrens und damit größer als der dynamische Bereich des ersten und des zweiten Restgasspektrums. Hierdurch lassen sich die spektralen Intensitäten aller Beiträge des Restgases sowohl quantitativ als auch qualitativ exakt darstellen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird für die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum ein resultierendes Normspektrum aus dem resultierendes Restgasspektrum und dem Normierungswert ermittelt. Dabei wird der Normierungswert als Multiplikator auf das resultierende Restgasspektrum angewandt. Hierdurch wird die Summe der absoluten Amplituden der spektralen Beiträge des resultierenden Restgasspektrums mit dem erfassten Vakuumkammerdruck ins Verhältnis gesetzt. Die Amplituden können beispielsweise Ionenströme oder Counts bei Einzelionenzählungen sein. Dadurch werden für die spektralen Bestandteile des Restgases entsprechend ihrer Massen und der Häufigkeit ihres Auftretens in dem Restgas in dem resultierenden Normspektrum Partialdrücke erhalten. Das resultierende Normspektrum weist dadurch bezüglich der relativen Intensitäten der spektralen Beiträge innerhalb des Spektrums das gleiche Erscheinungsbild wie das resultierende Restgasspektrum auf. Liegt der Normierungswert bei 1, was oftmals näherungsweise erfüllt ist, stimmen das resultierende Restgasspektrum und das resultierende Normspektrum auch in den absoluten Beiträgen überein.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Restgas durch das Prozessgas dominiert. Insbesondere dominiert das Prozessgas gegenüber dem mindestens einen zugeführten Brückengas oder jedem der zugeführten Brückengase. Eine Dominanz des Prozessgases liegt im Sinne der Anmeldung vor, wenn ein spektraler Beitrag, insbesondere eine massenspezifische Intensität, des Prozessgases mehr als der dynamische Bereich des Restgasanalyseverfahrens über dem kleinsten spektralen Beitrag, insbesondere eine massenspezifische Intensität, der übrigen Bestandteile des Restgases liegt. Beispielsweise beträgt der dynamische Bereich von Massenspektrometern als Restgasanalyseeinheit maximal fünf bis acht Größenordnungen. Diese Dominanz des Prozessgases ist bei zahlreichen Prozessen der Vakuumtechnik, insbesondere in Verbindung mit EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, eine verfahrenstechnisch bedingte Situation. Hierdurch ist die Bestimmung geringer Mengen übriger Bestandteile des Restgases erschwert, da der minimal mögliche detektierbare Beitrag in einem Spektrum des Restgasanalyseverfahrens durch den Anteil des Prozessgases bestimmt ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens liegt ein Beitrag des Prozessgases mindestens fünf Größenordnungen über dem kleinsten Beitrag der übrigen Bestandteile des Restgases. Eine solche Dominanz von fünf bis acht Größenordnungen des Prozessgases entspricht typischerweise dem dynamischen Bereich des Restgasanalyseverfahrens, wie beispielsweise der Massenspektrometrie. Da mindestens eine spektrale Intensität das Prozessgas in der Regel die maximale Intensität in dem ersten Restgasspektrum darstellt, wird dadurch eine minimal mögliche Intensität der übrigen spektralen Bestandteile innerhalb der Restgasanalyse definiert. Dadurch werden nur geringfügig vorhandene Bestandteile des Restgases mit einer begrenzten minimalen Intensität nachgewiesen und ihr tatsächlicher Beitrag in dem Restgas wird tendenziell zu hoch eingeschätzt. Weiterhin geht eine jedem Stoff übliche charakteristische spektrale Information, die sich durch das Vorhandensein von relativen Beiträgen verschiedener Bestandteile eines Stoffes ergibt, verloren. Daher wirkt das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft gegenüber einem gewöhnlichen Verfahren zur Restgasanalyse, wenn eine spektrale Intensität des Prozessgases abhängig von der tatsächlich eingesetzten Hardware mindestens fünf bis acht Größenordnungen über der kleinsten spektralen Intensität der übrigen Bestandteile des Restgases liegt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens besteht das Prozessgas und/oder das Brückengas aus jeweils mindestens einer Komponente. Grundsätzlich hat die Verwendung jeweils nur einer Komponente des Prozessgases und/oder des Brückengases den Vorteil, dass sich hierdurch der apparative Aufwand für die Zuführung der Gase in die Prozesskammer minimieren lässt.
Für zahlreiche Prozesse ist beispielsweise nur eine Komponente des Prozessgases erforderlich, da das Prozessgas eine spezifische Aufgabe innerhalb des Prozesses erfüllt. Beispielsweise wird ein reduktives, oxidatives oder chemisch inertes Milieu in dem Vakuum der Prozesskammer bereitgestellt. Weiterhin ist es aber auch möglich, dass das Prozessgas verschiedene Aufgaben und Funktionen innerhalb des Prozesses erfüllt. Beispielsweise kann ein Prozessgas mit einer milden oxidativen Wirkung und einer bestimmten Wärmekapazität durch das Bereitstellen von zwei Komponenten erreicht werden.
Für zahlreiche Verfahren gemäß der Erfindung ist ebenso ein Brückengas ausreichend. Die Aufgabe des Brückengases ist wie beschrieben, eine Kombination des ersten und des zweiten Restgasspektrum zu ermöglichen. Dabei wird anhand einer spektralen Intensität des Brückengases in dem ersten und zweiten Restgasspektrum der Skalierungsfaktor berechnet. Durch die Anwendung des Skalierungsfaktor auf das zweite Restgasspektrum wird eine intrinsische Messungenauigkeit des Restgasanalyseverfahrens eliminiert. Bei der Verwendung nur einer Komponente des Brückengases ist dabei die Annahme, dass diese Messungenauigkeit für alle Massen die gleiche ist. Durch die Verwendung mehrerer Komponenten des Brückengases können hingegen entsprechend mehrere Skalierungsfaktoren bestimmt werden, die für bestimmte Massenbereiche in dem Restgasspektrum anzuwenden sind.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die mindestens eine Komponente des Prozessgases ausgewählt aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe. Die Gase dieser Gruppe sind dabei in einer sehr hohen Reinheit verfügbar.
Dadurch werden bei einem Zuführen des Prozessgases in die Prozesskammer nur wenige bis keine störende Fremdbestandteile in das Restgas der Prozesskammer verbracht. Mit den Komponenten dieser Gruppe kann eine Vielfalt an verschiedenen Prozessen, wie beispielsweise Reinigungs- und oder Spülprozesse realisiert werden. Dabei kann je nach Aufgabe ein reduktives, oxidatives oder chemisch inertes Milieu des Prozessgases eingestellt werden. Für Plasmaprozesse zur Reinigung kann die Plasmafähigkeit der Komponenten dieser Gruppe genutzt werden. Für eine Reinigung unterstützende Heizprozesse können jeweils die unterschiedlichen Wärmekapazitäten der Komponenten dieser Gruppe zur gezielten Prozessgestaltung verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die mindestens eine Komponente des Brückengases ausgewählt aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe. Die Gase dieser Gruppe sind dabei in einer sehr hohen Reinheit verfügbar. Dadurch werden bei einem Zuführen des Brückengases in die Prozesskammer nur wenige bis keine störende Fremdbestandteile in das Restgas der Prozesskammer verbracht. Weiterhin decken die Komponenten aus dieser Gruppe einen breiten Massenbereich ab. Das Brückengas wird vorzugsweise für einen Massenbereich gewählt, in dem keine zu untersuchenden Spezies und auch kein Prozessgas im Restgasspektrum auftreten, da ein jeweiliges Mischen der spektralen Beiträge die Restgasanalyse erheblich erschweren würde. Somit erlaubt die Gruppe der Komponenten des Brückengases eine vielfältige Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens, die an die jeweilige zu untersuchende Spezies und das jeweilige Prozessgas angepasst ist. Insbesondere für die Edelgase Ar, Kr und Xe sowie für N2 vorteilhaft ist deren inerte Natur. Dadurch sind für diese Gases keine parasitären chemischen Prozesse, wie beispielsweise eine Oxidation oder Reduktion, nach einem Zuführen in die Prozesskammer zu erwarten.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Prozessgas als Spülgas und/oder als Reinigungsgas verwendet. Wird das Prozessgas als Spülgas verwendet, so kann eine zu prozessierende Komponente in einer Prozesskammer durch den Spülfluss beispielsweise von partikulären Kontaminationen gereinigt werden. Ebenso kann das Spülgas eine Kontaminationsvermeidung bereitstellen, in dem molekulare Kontaminanten einer unvermeidbaren Kontaminationsquelle innerhalb der Prozesskammer durch den Spülfluss von der zu prozessierende Komponente fern gehalten werden. Dabei kann ein Spülprozess an den Außenkonturen und auch durch innere Volumina der zu prozessierende Komponente erfolgen. Wird das Prozessgas als Reinigungsgas verwendet, so wird in der Regel dessen chemische Natur genutzt, um beispielsweise oxidative oder reduktive Prozesse in der Prozesskammer bereit zu stellen. Weist die Prozesskammer entsprechende Vorrichtungen zu einer Plasmaerzeugung auf, so kann das Prozessgas in einem Reinigungsprozess als Plasmagas wirken.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens unterscheiden sich die Komponenten des Prozessgases und des Brückengases um mindestens 15 Masseneinheiten, vorzugsweise mindestens 20 Masseneinheiten und weiter vorzugsweise mindestens 30 Masseneinheiten. Hierdurch wird eine hinreichend spektrale Separation des Prozessgases und des Brückengases erreicht. Dies ist hilfreich, da die Entnahme der spektralen Beiträge des Prozessgases für die Ermittlung des zweiten Restgasspektrums auch davon benachbarte spektrale Beiträge beeinflussen kann. Liegen die spektralen Beiträge des Prozessgases und des Brückengases derart nah beieinander, dass eine Beeinflussung stattfindet, wird der spektrale Beitrag des Brückengases in dem zweiten Restgasspektrum fehlerhaft bestimmt. Besteht das Brückengas aus mehreren Peaks, so kann eine etwaige Beeinflussung dieser Peaks durch die Entnahme des Prozessgases durch einen Vergleich eines Verhältnisses dieser Peaks zwischen dem ersten und dem zweiten Restgasspektrum durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das Restgasanalyseverfahren eine Massenspektrometrie und/oder eine Röntgenphotoelektronenspektroskopie.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird es zur Bestimmung des Restgases in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, genutzt. Im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage ist es üblich ein Spülgas, beispielsweise Wasserstoff, in einem Vakuum einzusetzen, welches der Reinigung und/oder Kontaminationsvermeidung dient. Damit wird während des Betriebs das Restgas der Projektionsbelichtungsanlage durch das Spülgas im Sinne der Anmeldung dominiert. Dadurch ist die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum der Projektionsbelichtungsanlage, beispielsweise zur Sauberkeitskontrolle während des Betriebs, durch die Dominanz des Spülgases mit gewöhnlichen Restgasanalyseverfahren erheblich erschwert.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird es zur Bestimmung des Restgases in einer Prozesskammer zur Herstellung, Vermessung und/oder Wartung einer Komponente für eine Projektionsbelichtungsanlage genutzt. Diesen Prozessen ist gemein, dass das Restgas der Prozesskammer durch das jeweilige Prozessgas im Sinne der Anmeldung dominiert wird. Beispielsweise ist das Prozessgas ein Reinigungsgas während einer Reinigung oder ein Spülgas, eingesetzt während einer Vermessung jeweils für eine Komponente für eine Projektionsbelichtungsanlage. In diesen Fällen ist die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum der Prozesskammer, beispielsweise zur Bestimmung eines Prozessfortschrittes während der Reinigung oder zur Sauberkeitskontrolle während der Vermessung, durch die Dominanz des jeweiligen Prozessgases mit gewöhnlichen Restgasanalyseverfahren erschwert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum einer Vakuumkammer weist eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr für ein/eines Prozessgas/es, eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr für ein Brückengas und eine Restgasanalyseeinheit zur Bestimmung eines Restgases, insbesondere ein Massenspektrometer, auf. Dabei umfasst die Restgasanalyseeinheit eine Filtereinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Intensität des Prozessgases auf einen vorgebbaren Wert zu minimieren. Die Zuführeinrichtung zur Zufuhr für das Brückengas ermöglicht eine von dem Prozessgas separierte Zuführung in die Vakuumkammer. Dadurch ist sichergestellt, dass mindestens ein von dem Prozessgas verschiedenes Brückengas zuführbar ist. Eine gewöhnliche Restgasanalyseeinheit ist bezüglich des dynamischen Bereichs limitiert. Bei einer Dominanz des Prozessgases im Sinne der Anmeldung sind geringe Mengen bestimmter Bestandteile des Restgases daher nicht korrekt bestimmbar. Zu diesem Zweck ist die Intensität des Prozessgases durch die Entnahme des Prozessgases mittels der Filtereinheit auf einen vorgebaren Wert minimierbar. Beispielsweise kann die Filtereinheit als Quadrupol- oder Multipolmassenfilter ausgeführt sein. Diese funktionieren derart, dass nur geladene Spezies mit einem Masse/Ladungs-Verhältnis, das innerhalb eines stabilen Arbeitsbereichs liegt, transmittiert werden. Die Größe des stabilen Arbeitsbereichs wird neben anderen Faktoren durch die Geometrie von Quadrupolstäben und die Größe von an die Quadrupolstäbe angelegten Gleich- und Hochfrequenz-(HF)-Spannungen (einschließlich der Frequenz der HF-Spannungen) bestimmt. Der vorgebare Wert, auf den die Intensität des Prozessgases mittels der Filtereinheit minimierbar ist, ist typischerweise die Messgrenze der Restgasanalyseeinheit.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung weist diese eine Pumpeinrichtung zur Reduktion eines Drucks des Restgases für eine Zuführung zu der Restgasanalyseeinheit auf. Für den Betrieb der Restgasanalyseeinheit ist gewöhnlich ein minimaler Betriebsdruck erforderlich. Ist der in der Prozesskammer erfasste Vakuumdruck derart gegenüber dem erforderlichen Betriebsdruck der Restgasanalyseeinheit erhöht, so ist eine Reduktion des Druckes des Restgases für die Zuführung zu der Restgasanalyseeinheit erforderlich, die durch diese Pumpeinrichtung umsetzbar ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer und nicht Maßstabsgetreuer Weise in

1 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer,
2 ein erstes Restgasspektrum gemäß dem Verfahren zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer, welches ein Prozessgas und ein Brückengas enthält,
3 ein zweites Restgasspektrum gemäß dem Verfahren zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer, welches das Brückengas aber kein Prozessgas enthält,
4 ein resultierendes Restgasspektrum gemäß dem Verfahren zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens, welches durch Kombination des ersten und zweiten Restgasspektrums erhalten wird,
5 eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum einer Vakuumkammer,
6 eine Schnitt-Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage inklusive der Quelleinheit, einem Beleuchtungssystem, einer Projektionsoptik, einzelner Spiegelmodule und teilweise deren separierte Vakuumumgebung sowie zwei Vorrichtungen zur Bestimmung des Restgases jeweils verschiedener Bereiche der Projektionsbelichtungsanlage,
7 eine Schnitt-Darstellung einer Prozesskammer zur Herstellung und/oder Wartung von Komponenten für eine Projektionsbelichtungsanlage inklusive einer Vorrichtung zur Bestimmung des Restgases in dieser Prozesskammer,
8 eine Schnitt-Darstellung einer Prozesskammer zur Vermessung von Komponenten für eine Projektionsbelichtungsanlage inklusive einer Vorrichtung zur Bestimmung des Restgases in dieser Prozesskammer

Ausführliche Bildbeschreibungen
1 zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer wobei das Restgas mindestens ein Prozessgas aufweist und dem Restgas mindestens ein von dem Prozessgas verschiedenes Brückengas zugeführt wird.
In einem ersten Schritt S1 wird ein erstes Restgasspektrum ermittelt, welches das Prozessgas und das Brückengas umfasst. Dadurch wird eine spektrale Gesamtheit bestimmt, die das Ergebnis des Restgasanalyseverfahrens mit einem Vakuumdruck der Vakuumkammer kombinierbar macht. Jedoch ist die Bestimmung geringer Mengen bestimmter Bestandteile des Restgases ist in diesem ersten Restgasspektrum auf Grund des typischerweise dominanten Prozessgases in Kombination mit dem dynamischen Bereich des Restgasanalyseverfahrens bezüglich einer quantitativen und qualitativen spektralen Information fehlerhaft.
In einem zweiten Schritt S2 wird ein zweites Restgasspektrum ermittelt, welches das Brückengas aber nicht das Prozessgas umfasst. Hierdurch werden die geringen Mengen bestimmter Bestandteile des Restgases quantitativ und qualitativ spektral bestimmbar. Dabei wird die minimal möglich detektierbare spektrale Intensität innerhalb der Restgasanalyse in dem zweiten Restgasspektrum durch eine maximale spektrale Intensität des Brückengases bestimmt.
In einem dritten Schritt S3 wird ein Vakuumkammerdruck erfasst, und das erste Restgasspektrum und der erfasste Vakuumkammerdruck verwendet, um einen Normierungswert zu ermitteln. Der Normierungswert ist dabei der Quotient aus dem erfassten Vakuumkammerdruck und einer integralen spektralen Intensität des ersten Restgasspektrum. Durch den Normierungswert können die absoluten Amplituden der spektralen Beiträge aller erfassten Restgasspektren mit dem Vakuumkammerdruck ins Verhältnis gesetzt werden.
In einem vierten Schritt S4 wird für die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum aus dem ersten Restgasspektrum und dem zweiten Restgasspektrum ein resultierendes Restgasspektrum ermittelt. Die Basis für diesen Schritt ist zunächst eine maximale spektrale Intensität des Brückengases des ersten Restgasspektrums. Diese wird in einem ersten Teilschritt mit einer spektralen Intensität des gleichen Beitrags des Brückengases des zweiten Restgasspektrum ins Verhältnis gesetzt. Dadurch wird ein Skalierungsfaktor ermittelt. Der Skalierungsfaktor wird anschließend als Multiplikator auf das zweite Restgasspektrum angewendet.
Anschließend werden in einem zweiten Teilschritt die spektralen Beiträge des Prozessgases des zweiten Restgasspektrums, die typischerweise der Messgrenze der Restgasanalyseeinheit entsprechen, durch die spektralen Beiträge des Prozessgases des ersten Restgasspektrums ersetzt, um das resultierendes Restgasspektrum zu erhalten.
Durch diesen Schritt wird zum einen das erste und das zweite Restgasspektrum ins Verhältnis gesetzt und intrinsische Messungenauigkeiten des Restgasanalyseverfahrens werden eliminiert. Sind die Messungenauigkeiten des Restgasanalyseverfahrens gering, wird der Skalierungsfaktor nahe eins liegen. Durch das Ersetzen der spektralen Beiträge des Prozessgases des zweiten Restgasspektrum mit den spektralen Beiträgen des Prozessgases des ersten Restgasspektrums, weist das resultierende Restgasspektrum einen dynamischen Bereich auf, der größer ist als der dynamische Bereich des Restgasanalyseverfahrens. Hierdurch lassen sich die spektralen Intensitäten aller Beiträge des Restgases sowohl quantitativ als auch qualitativ exakt darstellen.
In einem fünften Schritt S5 wird für die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum ein resultierendes Normspektrum aus dem resultierendes Restgasspektrum und dem im dritten Schritt erhaltenen Normierungswert ermittelt. Dabei wird der Normierungswert als Multiplikator auf das resultierende Restgasspektrum angewandt. Hierdurch werden die absoluten Amplituden der spektralen Beiträge des resultierenden Restgasspektrums mit dem erfassten Vakuumkammerdruck ins Verhältnis gesetzt. Dadurch werden für die Bestandteile des Restgases entsprechend ihrer Massen und der Häufigkeit ihres Auftretens in dem Restgas in dem resultierenden Normspektrum Partialdrücke erhalten.
2 zeigt ein erstes Restgasspektrum 200 gemäß dem Verfahren zur Bestimmung des Restgases mittels des Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer, welches in dem Ablaufdiagramm der 1 dargestellt ist. Hierbei ist auf einer senkrechten y-Achse eine Intensität und auf einer waagrechten x-Achse eine Molekülmasse in atomaren Masseeinheiten aufgetragen.
In dem ersten Restgasspektrum 200 sind Einzelpeaks dargestellt. Ein dominanter Peak 201 mit einer Intensität 202 beschreibt dabei einen Beitrag eines Prozessgases. In diesem Beispiel von 2 wird das Prozessgas der Einfachheit halber somit nur durch den einen spektralen Beitrag des Peaks 201 repräsentiert. Wenn mehrere Prozessgase in dem Vakuum der Vakuumkammer vorliegen, oder wenn ein Prozessgas fragmentiert oder ein Isotopengemisch ist, können auch mehrere spektrale Beiträge des Prozessgases vorliegen. Das Prozessgas wird dabei ausgewählt aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe.
Ein zweiter prominenter Peak 203 mit einer Intensität 204 beschreibt den Beitrag eines Brückengases. Auch das Brückengas wird der Einfachheit halber nur durch den einen spektralen Beitrag des Peaks 203 repräsentiert. Wenn mehrere Brückengase in dem Vakuum der Vakuumkammer vorliegen, oder wenn ein Brückengas fragmentiert oder ein Isotopengemisch ist, können auch mehrere spektrale Beiträge des Brückengases vorliegen. Das Brückengas wird dabei ausgewählt aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe.
Die übrigen spektralen Beiträge repräsentieren die restlichen Spezies, die die Zusammensetzung des Restgases repräsentieren. Dabei ist eine minimal mögliche Intensität 205 für die übrigen Spezies durch einen dynamischen Bereich 206 eines Restgasanalyseverfahrens in Kombination mit der Intensität des Prozessgases 202 limitiert. Beispielsweise beträgt der dynamische Bereich von Massenspektrometern als Restgasanalyseeinheit maximal fünf bis acht Größenordnungen. Durch die Limitierung der minimal möglichen Intensität 205 weisen zahlreiche spektrale Beiträge der restlichen Spezies eine annähernd gleiche Intensität auf. Hierdurch ist für diese spektralen Beiträge das Restgasanalyseverfahrens bezüglich einer quantitativen und qualitativen spektralen Information fehlerhaft.
3 zeigt ein zweites Restgasspektrum 300 gemäß dem Verfahren zur Bestimmung des Restgases mittels des Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer, welches in dem Ablaufdiagramm der 1 dargestellt ist. Hierbei ist auf einer senkrechten y-Achse eine Intensität und auf einer waagrechten x-Achse eine Molekülmasse in atomaren Masseeinheiten aufgetragen.
In dem zweiten Restgasspektrum 300 sind die gleichen Einzelpeaks wie in 2 dargestellt. Ein Peak 301 der einen Beitrag des Prozessgases darstellt, ist in dem zweiten Restgasspektrum 300 nicht der dominante Peak, da der Beitrag des Prozessgases in dem zweiten Restgasspektrum auf einen vorgebbaren Wert minimiert wurde.
Ein dominanter Peak 302 mit einer Intensität 303 des zweiten Restgasspektrum 300 beschreibt den Beitrag des Brückengases. Das Brückengas wird der Einfachheit halber wieder nur durch den einen spektralen Beitrag des Peaks 302 repräsentiert. Wenn mehrere Brückengase in dem Vakuum der Vakuumkammer vorliegen, oder wenn ein Brückengas fragmentiert oder ein Isotopengemisch ist, können auch mehrere spektrale Beiträge des Brückengases vorliegen.
Die übrigen spektralen Beiträge repräsentieren die restlichen Spezies, die die Zusammensetzung des Restgases repräsentieren. Dabei ist eine minimal mögliche Intensität 304 des zweiten Restgasanalysespektrums für die übrigen Spezies durch einen dynamischen Bereich 305 des Restgasanalyseverfahrens in Kombination mit der Intensität des Brückengases 303 limitiert. Der dynamische Bereich 305 hat dabei die gleiche Größe wie der dynamische Bereich 206 der 2. Da die Intensität des Brückengases 303 geringer ist als die Intensität des Prozessgases 202 aus 2 ist die minimal mögliche Intensität 304 entsprechend geringer als die minimal mögliche Intensität 205 aus 2. Dadurch werden in dem zweiten Restgasspektrum 300 zahlreiche Peaks 306 mit einer geringeren Intensität als in dem ersten Restgasspektrum 200 dargestellt. Hierdurch sind für diese spektralen Beiträge die quantitative und qualitative Information verbessert dargestellt. Der Beitrag des Peaks des Prozessgases 301 wurde in dem zweiten Restgasspektrum 300 auf die minimal mögliche Intensität 304 als vorgebbaren Wert minimiert.
4 zeigt ein resultierendes Restgasspektrum 400 gemäß dem Verfahren zur Bestimmung des Restgases mittels des Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer, welches in dem Ablaufdiagramm der 1 dargestellt ist. Hierbei ist auf einer senkrechten y-Achse eine Intensität und auf einer waagrechten x-Achse eine Molekülmasse in atomaren Masseeinheiten aufgetragen.
Das resultierende Restgasspektrum 400 wird durch eine Kombination des ersten Restgasspektrums 200 und des zweiten Restgasspektrum 300 erhalten. Die Basis für diesen Schritt ist zunächst die spektrale Intensität des Brückengases 204 des ersten Restgasspektrums 200 aus 2. Diese wird in einem ersten Teilschritt mit der spektralen Intensität 303 des gleichen Beitrags des Brückengases des zweiten Restgasspektrums 300 aus 3 ins Verhältnis gesetzt. Dadurch wird ein Skalierungsfaktor ermittelt, der die Messungenauigkeiten des Restgasanalyseverfahrens berücksichtigt. Der Skalierungsfaktor wird anschließend als Multiplikator auf das zweite Restgasspektrum 300 angewendet.
Anschließend werden in einem zweiten Teilschritt die spektralen Beiträge des Prozessgases 301 des zweiten Restgasspektrums 300 durch die spektralen Beiträge des Prozessgases 201 des ersten Restgasspektrum 200 ersetzt, um das resultierendes Restgasspektrum 400 zu erhalten.
Dadurch entspricht ein Peak 401 des Prozessgases mit einer Intensität 402 im resultierenden Restgasspektrum 400 exakt dem Peak 201 des Prozessgases mit der Intensität 202 im ersten Restgasspektrum 200. Ebenso entspricht ein Peak 403 des Brückengases mit einer Intensität 404 im resultierenden Restgasspektrum 400 exakt dem Peak 203 des Brückengases mit der Intensität 204 im ersten Restgasspektrum 200.
Die übrigen spektralen Beiträge und Intensitäten des resultierenden Restgasspektrums 400, insbesondere die Beiträge geringer Intensität 406 entsprechen korrigiert um den Skalierungsfaktor denen des zweiten Restgasspektrum 300. Da der Skalierungsfaktor typischerweise nahe 1 liegt, entspricht eine minimal mögliche Intensität 405 des resultierenden Restgasanalysespektrums weitestgehend der minimal möglichen Intensität 304 des zweiten Restgasanalysespektrums. In Kombination mit der Intensität 402 des Peaks 401 des Prozessgases ergibt sich in dem resultierenden Restgasspektrum 400 ein dynamischer Bereich 407, der größer ist als der dynamische Bereich des Restgasanalyseverfahrens. Dieser messbedingte dynamische Bereich ist die Grundlage für die dynamischen Bereiche 206 und 305 des ersten Restgasspektrum 200 und des zweiten Restgasspektrum 300. Hierdurch lassen sich in dem resultierenden Restgasspektrum 400 die spektralen Intensitäten aller Beiträge des Restgases, inklusive des Prozessgases, sowohl quantitativ als auch qualitativ exakt darstellen.
Das nicht separat dargestellte resultierende Normspektrum, welches durch die Multiplikation des resultierenden Restgasspektrum 400 mit dem Normierungswert entsteht, welcher im dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wird, weist bezüglich der relativen Intensitäten der spektralen Beiträge innerhalb des Spektrums das gleiche Erscheinungsbild wie das resultierende Restgasspektrum 400 auf. Liegt der Normierungswert bei 1, was oftmals näherungsweise erfüllt ist, stimmen das resultierende Restgasspektrum und das resultierende Normspektrum auch in den absoluten Beiträgen überein.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 500 zur Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum einer Vakuumkammer 501 (Vorrichtungen zum Evakuieren dieser Vakuumkammer sind aus Übersichtsgründen weggelassen) die eine Zuführeinrichtung 502 zur Zufuhr für mindestens ein Prozessgas und eine Zuführeinrichtung 503 zur Zufuhr für mindestens ein Brückengas aufweist. Weiterhin ist die Vakuumkammer 501 zu diesem Zweck über ein Verbindungsstück 504 mit einer Restgasanalyseeinheit 505 verbunden. Dabei umfasst die Restgasanalyseeinheit 505 eine Ionisationseinheit 506, eine Analyseeinheit 507, eine Detektoreinheit 508 und eine Steuer sowie Auswerteeinheit 509. Die Ionisationseinheit 506 dient dabei der Ionisation der verschiedenen Spezies des Restgases des Vakuums der Vakuumkammer 501, die über das Verbindungsstück 504 der Restgasanalyseeinheit 505 zuführbar sind. Durch die Ionisation sind die Bestandteile der verschiedenen Spezies im Anschluss in der Analyseeinheit 507 in Abhängigkeit ihrer Masse filterbar und sind anschließend jeweils separat durch die Detektoreinheit 508 registrierbar. In Abhängigkeit der Masse können die verschiedenen Spezies nach ihrer in der Detektoreinheit 508 registrierten Häufigkeit durch die Steuer- und Auswerteeinheit 509 aufgetragen werden, wodurch ein Restgasspektrum erhältlich ist.
Weiterhin umfasst die Restgasanalyseeinheit 505 eine Filtereinheit 510. Diese Filtereinheit 510 dient der Filterung diskreter Bestandteile des Restgases, wie beispielsweise dem Prozessgas. Beispielsweise kann die Filtereinheit 510 als Quadrupol- oder Multipolmassenfilter ausgeführt sein. Wird das Restgas durch ein Prozessgas im Sinne der Anmeldung dominiert, ist ohne einen Einsatz der Filtereinheit 510 ein erstes Restgasspektrum 200 gemäß 2 erhältlich, welches die spektrale Gesamtheit darstellt. Dabei werden jedoch zahlreiche spektrale Beiträge bezüglich einer quantitativen und qualitativen spektralen Information falsch dargestellt. Durch den Einsatz der Filtereinheit 510 ist in dem Fall der Dominanz durch ein Prozessgas im Sinne der Anmeldung ein zweites Restgasspektrum 300 gemäß 3 erhältlich. Durch die Steuer sowie Auswerteeinheit 509 sind die so erhaltenen ersten und zweiten Restgasspektren zu dem resultierenden Restgasspektrum 400 gemäß 4 kombinierbar.
Weiterhin umfasst die Vakuumkammer 501 eine Einheit 511 zur Erfassung des Drucks Pv des Vakuums der Vakuumkammer 501. Weicht der so erfasste Druck Pv von einem für den Betrieb der Restgasanalyseeinheit 505 notwendigen minimalen Druck P_R ab, so umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 500 eine Pumpeinrichtung 512 zur Reduktion des Druckes des Restgases für die Zuführung zu der Restgasanalyseeinheit 505. Ein Ventil 513 ermöglicht dabei den optionalen Einsatz der Pumpeinrichtung 512 bei einer registrierten Abweichung des erfassten Druckes Pv von dem notwendigen minimalen Druck P_R.
6 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 600 für die Halbleiterlithographie, in der das in 1 beschriebene Spiegelmodul Anwendung finden kann.
Ein Beleuchtungssystem 601 der Projektionsbelichtungsanlage 600 weist neben einer Strahlungsquelle 602 eine Beleuchtungsoptik 603 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 604 in einer Objektebene 605 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 604 angeordnetes Retikel 606, das von einem ausschnittsweise schematisch dargestellten Retikelhalter 607 gehalten ist. Eine Projektionsoptik 608 dient zur Abbildung des Objektfeldes 604 in ein Bildfeld 609 in einer Bildebene 610. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 606 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 609 in der Bildebene 610 angeordneten Wafers 611, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 612 gehalten ist.
Die Strahlungsquelle 602 kann EUV-Strahlung 613, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, insbesondere 13,5 Nanometer, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 613 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische Elemente eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in 6 dargestellten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 600 als verstellbare Spiegel in geeigneten und nachfolgend nur beispielhaft erwähnten Ausführungsformen ausgebildet. Dabei können einzelne als Spiegel ausgeführte optische Elemente aus mehreren Segmenten mit voneinander getrennten optischen Teilflächen bestehen.
Die mit der Strahlungsquelle 602 erzeugte EUV-Strahlung 613 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 602 integrierten Kollektorspiegels derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 613 im Bereich einer Zwischenfokusebene 614 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 613 auf einen Feldfacettenspiegel 615 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 615 wird die EUV-Strahlung 613 von einem Pupillenfacettenspiegel 616 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 616 und weiteren Spiegeln 617, 618, 619 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 615 in das Objektfeld 604 abgebildet. Siehe hierfür entsprechend US9411241B2 .
Bei dem im Objektfeld 604 angeordneten Retikel 606 kann es sich beispielsweise um eine reflektive Photomaske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Retikel 606 aufweist. Alternativ kann es sich bei dem Retikel 606 um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV-Strahlung auf den jeweiligen Spiegel einzustellen.
Das Retikel 606 reflektiert einen Teil des Strahlengangs der Beleuchtungsoptik 603 und formt einen Strahlengang in der Projektionsoptik 608, der die Information über die Struktur des Retikels in die Projektionsoptik 608 einstrahlt, welche eine Abbildung des Retikels bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf dem Wafer 611 angeordnet in der Bildebene 610 erzeugt. Der Wafer weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einen Waferhalter 612 angeordnet, welche auch als Wafer-Stage bezeichnet wird.
Im vorliegenden Beispiel weist die Projektionsoptik 608 sechs reflektive optische Elemente 620 bis 625 welche als Spiegel ausgeführt sind auf, um ein Bild des Retikels 606 auf dem Wafer 611 zu erzeugen. Typischerweise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv wie 608 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel oder auch zehn Spiegel verwendet werden. Projektionsobjektive sind bekannt aus der US2016/0327868A1 und DE102018207277A1 .
Die Strahlungsquelle 602 mit dem Kollektor-Spiegel, die optischen Elemente 615 bis 619 der Beleuchtungsoptik 603 sowie die optischen Elemente 620 bis 625 der Projektionsoptik 608 sind typischerweise in einer separaten Vakuum-Umgebung angeordnet.
Beispielhaft ist in 6 ein solches Vakuumgehäuse 626 dargestellt, in der das in Lichtrichtung zweite optische Element der Beleuchtungsoptik 603, der Pupillenfacettenspiegel 616 angeordnet ist. Weiterhin ist an dem Vakuumgehäuse 626 des Pupillenfacettenspiegels 616 eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum des Vakuumgehäuses gemäß 5 angebracht. Hierfür weist das Vakuumgehäuse 626 an der Außenseite eine Restgasanalyseeinheit 627 zur Bestimmung eines Restgases in dem Vakuumgehäuse 626 auf. Weiterhin weist das Vakuumgehäuse 626 an der Außenseite eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr für ein Prozessgas 628 und eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr für ein Brückengas 629 auf. Das Prozessgas wird dabei ausgewählt aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe und dient dabei als Spülgas und/oder als Reinigungsgas. Das Brückengas wird dabei ausgewählt aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe. Damit lässt sich gemäß dem erfinderischen Verfahren das Restgas innerhalb des Vakuumgehäuses 626, welches für die unmittelbare Umgebung des optischen Elements 616 charakteristisch ist, bestimmen.
Typischerweise sind mehrere der optischen Elemente 615 bis 619, 620 bis 625 sowie das Retikel 606 in einem jeweiligen Vakuumgehäuse mit einer zugehörigen Vorrichtung zur Bestimmung des Resgases in diesem Vakuumgehäuse angeordnet. Jeweils zwei im Strahlengang aufeinander folgende Vakuumgehäuse sind hierbei derart miteinander verbunden, dass der Strahlengang durch die gemeinsame Öffnung hindurchtreten kann.
Neben der Bestimmung eines Restgases in einem ein optisches Element umgebenden Vakuums eines dem optischen Element zugeordneten Vakuumgehäuses kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Bestimmung eines Restgases eines Vakuums des Beleuchtungssystems 601 und/oder der Projektionsoptik 608 verwendet werden, welches nicht in dem Vakuum eines ein optisches Element umgebendes Vakuumgehäuses enthalten ist.
Beispielhaft ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 5 zur Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum der Beleuchtungsoptik 603 dargestellt. Hierfür weist ein die Beleuchtungsoptik 603 umgebendes Vakuumgehäuse 630 an der Außenseite eine Restgasanalyseeinheit 631 zur Bestimmung eines Restgases in dem Vakuumgehäuse 630 auf. Weiterhin weist das Vakuumgehäuse 630 an der Außenseite eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr für ein Prozessgas 632 und eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr für ein Brückengas 633 auf. Damit lässt sich gemäß dem erfinderischen Verfahren das Restgas innerhalb des Vakuumgehäuses 630, welches für das Vakuum der Beleuchtungsoptik 603 außerhalb einer beschriebenen weiteren Separation durch zusätzliche Vakuumgehäuse charakteristisch ist, bestimmen.
7 zeigt eine Schnitt-Darstellung einer Prozesskammer 700 zur Herstellung und/oder Wartung einer Komponente 701 für die Projektionsbelichtungsanlage 600 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum der Prozesskammer 700 (Vorrichtungen zum Evakuieren dieser Vakuumkammer sowie zur Erfassung des Drucks dieser Vakuumkammer sind aus Übersichtsgründen weggelassen) inklusive einer Restgasanalyseeinheit 702. An der Prozesskammer 700 befindet sich eine erste Vorrichtung 703 zur Zuführung eines Prozessgases. Das Prozessgas wird dabei ausgewählt aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe. Das Prozessgas dient dabei als Spülgas und/oder als Reinigungsgas für die Komponente 701 und/oder die Vakuumkammer 700. Zu diesem Zweck ist die Vakuumkammer mit einer Heizvorrichtung 704 und einer Plasmaerzeugungsvorrichtung 705 ausgestattet. Das Prozessgas wirkt dabei in Kombination mit den Vorrichtungen 704 und 705 beispielsweise als Heizgas und/oder als Plasmagas. Dabei dominiert das Prozessgas das Restgas der Prozesskammer 700 im Sinne der Anmeldung. Zur Bestimmung des Restgases in dem Vakuum der Prozesskammer 700, beispielsweise zur Bestimmung eines Prozessfortschrittes während der Reinigung, umfasst die Prozesskammer daher weiterhin eine Vorrichtung 706 zur Zuführung eines Brückengases sowie die Restgasanalyseeinheit 702. Das Brückengas wird dabei ausgewählt aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe.
Weiterhin befindet sich an der Prozesskammer 700 eine zweite Vorrichtung 707 zur Zuführung eines zweiten Prozessgases. Dieses zweite Prozessgas dient dabei als Spülgas zur Spülung eines durch die Komponente 701 eingeschlossenen inneren Volumens 708. Bei dem eingeschlossenen inneren Volumen 708 kann es sich beispielsweise um einen zur Medienführung ausgebildeten Kanal der Komponente 701 handeln. Zum Zweck der Spülung des eingeschlossenen inneren Volumens 708 ist die zweite Vorrichtung 707 zur Zuführung des zweiten Prozessgases über eine Verbindung 709 mit einem Eingangs-Anschluss 710, der das eingeschlossene innere Volumen 708 der Komponente 701 zugänglich macht, verbunden. Um einen Spülvorgang zu realisieren, weist das eingeschlossene innere Volumen weiterhin einen Ausgangs-Anschluss 711 auf, durch den das Prozessgas entweichbar ist. Bei der Bestimmung des Restgases dieser Spülkonfiguration ist das Restgas ebenfalls durch das Spülgas dominiert. Dabei wird bei der Bestimmung des Restgases in dieser Spülkonfiguration des eingeschlossenen inneren Volumens 708 der Komponente 701 charakterisiert.
8 eine Schnitt-Darstellung einer Prozesskammer 800 für eine Messvorrichtung zur Vermessung von optischen Elementen für eine Projektionsbelichtungsanlage inklusive einer Vorrichtung zur Bestimmung des Restgases in dieser Prozesskammer. Die Prozesskammer 800 ist dabei analog der 6 und 7 als Vakuumkammer ausgeführt (Vorrichtungen zum Evakuieren dieser Vakuumkammer sind aus Übersichtsgründen weggelassen).
Gemäß 8 tritt die einer (nicht dargestellten) Lichtquelle erzeugte und aus der Austrittsfläche eines Lichtwellenleiters 801 austretende Beleuchtungsstrahlung als Eingangswelle mit einer sphärischen Wellenfront aus, durchläuft einen Strahlteiler 802 und trifft auf ein komplex kodiertes CGH (Computer Generated Hologram) 803. Das CGH 803 erzeugt in Transmission aus der Eingangswelle gemäß seiner komplexen Kodierung u.a. eine Prüfwelle, welche auf eine Oberfläche eines hinsichtlich seiner Oberflächenform zu charakterisierendem optischem Element bzw. Spiegels 804 (= Prüfling) auftrifft, wobei die Prüfwelle eine an die Sollform der Oberfläche dieses Spiegels 804 angepasste Wellenfront besitzt. Das CGH 803 erzeugt ferner eine Referenzwelle, welche auf einen Referenzspiegel 805 trifft.
Die jeweils vom Referenzspiegel 805 bzw. vom Spiegel 804 reflektierten Strahlen treffen über das CGH 803 wieder auf den Strahlteiler 802 und werden von diesem in Richtung einer z.B. als CCD-Kamera ausgelegten Interferometerkamera 807 reflektiert, wobei sie ein Okular 806 durchlaufen. Die Interferometerkamera 807 erfasst ein durch die interferierenden Wellen erzeugtes Interferogramm, aus dem über eine Auswerteeinrichtung in für sich bekannter Weise die tatsächliche Form der optischen Oberfläche des Spiegels 804 bestimmt werden kann.
Die Vermessung der optischen Elemente findet typischerweise in einem durch ein Prozessgas dominiertem Restgas statt. An der Prozesskammer 800 befindet sich eine Vorrichtung 808 zur Zuführung eines Prozessgases, welches in der Prozesskammer 800 als Spülgas zur Kontaminationsvermeidung dient. Zur erfindungsgemäßen Bestimmung des Restgases in dem Vakuum der Prozesskammer 800, beispielsweise zur Kontrolle des Sauberkeitszustandes während des Messprozesses, umfasst die Prozesskammer 800 daher weiterhin eine Vorrichtung 809 zur Zuführung eines Brückengases und eine Restgasanalyseeinheit 810. Vorrichtungen zum Evakuieren dieser Prozesskammer sowie zur Erfassung des Drucks dieser Prozesskammer sind aus Übersichtsgründen weggelassen.
Bezugszeichenliste

S1: erster Verfahrensschritt
S2: zweiter Verfahrensschritt
S3: dritter Verfahrensschritt
S4: vierter Verfahrensschritt
S5: fünfter Verfahrensschritt
200: erstes Restgasspektrum
201: Prozessgas-Peak des ersten Restgasspektrums
202: Intensität des Prozessgases des ersten Restgasspektrums
203: Brückengas-Peak des ersten Restgasspektrums
204: Intensität des Brückengases des ersten Restgasspektrums
205: minimal Intensität des ersten Restgasspektrums
206: dynamischer Bereich des ersten Restgasspektrums
300: zweites Restgasspektrum
301: Prozessgas-Peak des zweiten Restgasspektrums
302: Brückengas-Peak des zweiten Restgasspektrums
303: Intensität des Brückengases des zweiten Restgasspektrums
304: minimale Intensität des zweiten Restgasspektrums
305: dynamischer Bereich des zweiten Restgasspektrums
306: Peaks geringer Intensität des zweiten Restgasspektrums
400: resultierendes Restgasspektrum
401: Prozessgas-Peak des resultierenden Restgasspektrums
402: Intensität des Prozessgases des resultierenden Restgasspektrums
403: Brückengas-Peak des resultierenden Restgasspektrums
404: Intensität des Brückengases des resultierenden Restgasspektrums
405: minimale Intensität des resultierenden Restgasspektrums
406: Peaks geringer Intensität des resultierenden Restgasspektrums
407: dynamischer Bereich des resultierenden Restgasspektrums
500: Vorrichtung zur Bestimmung eines Restgases
501: Vakuumkammer
502: Zuführeinrichtung für Prozessgas
503: Zuführeinrichtung für Brückengas
504: Verbindungsstück
505: Restgasanalyseeinheit
506: Ionisationseinheit
507: Analyseeinheit
508: Detektoreinheit
509: Steuer- und Auswerteeinheit
510: Filtereinheit
511: Einheit zur Druckerfassung
512: Pumpeinrichtung
513: Ventil
600: Projektionsbelichtungsanlage
601: Beleuchtungssystem
602: Strahlungsquelle
603: Beleuchtungsoptik
604: Objektfeld
605: Objektebene
606: Retikel
607: Retikelhalter
608: Projektionsoptik
609: Bildfeld
610: Bildebene
611: Wafer
612: Waferhalter
613: EUV Strahlung
614: Zwischenfokusebene
615: Feldfacettenspiegel
616: Pupillenfacettenspiegel
617 - 619: weitere optische Elemente der Beleuchtungsoptik
620 -: 625 weitere optische Elemente der Projektionsoptik
626: Vakuumgehäuse
627: Restgasanalyseeinheit des Vakuumgehäuses
628: Zuführeinrichtung für Prozessgas zu Vakuumgehäuse
629: Zuführeinrichtung für Brückengas zu Vakuumgehäuse
630: Vakuumgehäuse der Beleuchtungsoptik
631: Restgasanalyseeinheit der Beleuchtungsoptik
632: Zuführeinrichtung für Prozessgas der Beleuchtungsoptik
633: Zuführeinrichtung für Brückengas der Beleuchtungsoptik
700: Prozesskammer
701: Komponente
702: Restgasanalyseeinheit der Prozesskammer
703: erste Zuführeinrichtung für Prozessgas der Prozesskammer
704: Heizvorrichtung
705: Plasmavorrichtung
706: Zuführeinrichtung für Brückengas der Prozesskammer
707: zweite Zuführeinrichtung für Prozessgas der Prozesskammer
708: inneres Volumen der Komponente
709: Verbindung
710: Eingangs-Anschluss
711: Ausgangs-Anschluss
800: Prozesskammer für Messvorrichtung
801: Lichtwellenleiter
802: Strahlteiler
803: CGH (Computer Generated Hologram)
804: Spiegel
805: Referenzspiegel
806: Okular
807: Interferometer-Kamera
808: Zuführeinrichtung für Prozessgas
809: Zuführeinrichtung für Brückengas
810: Restgasanalyseeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010022185 A1 [0012]
WO 2015003819 A1 [0012]
US 9411241 B2 [0068]
US 20160327868 A1 [0071]
DE 102018207277 A1 [0071]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Restgases mittels eines Restgasanalyseverfahrens in einem Vakuum einer Vakuumkammer (501), wobei das Restgas mindestens ein Prozessgas aufweist und dem Restgas mindestens ein von dem Prozessgas verschiedenes Brückengas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum ein erstes Restgasspektrum (200) ermittelt wird, welches das Prozessgas und das Brückengas umfasst, und mindestens ein zweites Restgasspektrum (300) ermittelt wird, welches das Brückengas aber nicht das Prozessgas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vakuumkammerdruck erfasst wird, und dass das erste Restgasspektrum (200) und der Vakuumkammerdruck verwendet werden, um einen Normierungswert zu ermitteln.
Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Restgases in dem Vakuum aus dem ersten Restgasspektrum (200) und dem zweiten Restgasspektrum (300) ein resultierendes Restgasspektrum (400) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein resultierendes Normspektrum aus dem resultierenden Restgasspektrum (400) und dem Normierungswert ermittelt wird.
Verfahren nach einem der voran gegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Restgas durch das Prozessgas dominiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Beitrag des Prozessgases mindestens fünf Größenordnungen über dem kleinsten Beitrag der übrigen Bestandteile des Restgases liegt.
Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas und/oder das Brückengas aus jeweils mindestens einer Komponente besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Komponente des Prozessgas ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Komponente des Brückengases ausgewählt werden aus der Gruppe umfassend: H2, N2, O2, Ar, Kr, Xe
Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas als Spülgas und/oder als Reinigungsgas verwendet wird.
Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Komponenten des Prozessgases und des Brückengases um mindestens 15 Masseneinheiten, vorzugsweise mindestens 20 Masseneinheiten und weiter vorzugsweise mindestens 30 Masseneinheiten unterscheiden.
Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Restgasanalyseverfahren eine Massenspektrometrie und/oder eine Röntgenphotoelektronenspektroskopie ist.
Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Bestimmung des Restgases in einer Projektionsbelichtungsanlage (600), insbesondere einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, genutzt wird.
Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Bestimmung des Restgases in einer Prozesskammer (700, 800) zur Herstellung, Vermessung und/oder Wartung einer Komponente für eine Projektionsbelichtungsanlage (600) genutzt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung eines Restgases in einem Vakuum einer Vakuumkammer (501, 600, 700, 800), aufweisend, - Eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr eines Prozessgas/es (502, 628, 632, 703, 707, 808) - Eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr eines Brückengases (503, 629, 633, 706, 809) - Eine Restgasanalyseeinheit (505, 627, 631, 702, 810) zur Bestimmung eines Restgases, insbesondere ein Massenspektrometer, - wobei die Restgasanalyseeinheit eine Filtereinheit (510) umfasst, die dazu ausgebildet ist, eine Intensität des Prozessgases auf einen vorgebbaren Wert zu minimieren.
Vorrichtung nach Anspruch 15, weiter aufweisend eine Pumpeinrichtung (512) zur Reduktion eines Drucks (Pv) des Restgases für eine Zuführung zu der Restgasanalyseeinheit (505).