DE69016147T2 - Apparatur zur Reinigung eines optischen Elements in einem Strahlenbündels. - Google Patents

Apparatur zur Reinigung eines optischen Elements in einem Strahlenbündels.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen, die auf einem optischen Element zur Verwendung mit einem Strahlungsbündel wie beispielsweise einem Synchrotron-Strahlungsbündel abgeschieden sind.
  • Wenn ein optisches Element lange Zeit mit einem Strahlungsbündel verwendet wird, wird beispielsweise Kohlenstoff (C) auf solch einem Abschnitt der Oberfläche des optischen Elements abgeschieden, der mit dem Strahlungsbündel bestrahlt worden ist. Dies wirft das Problem der Beeinträchtigung der Eigenschaften des optischen Elements auf. In der Vergangenheit wurden Experimente gemacht, um abgeschiedenen Kohlenstoff durch Verwendung von Sauerstoff-Plasma zu entfernen ("Applied Optics", Bd. 26, Nr. 18/15, September 1987).
  • Aufgrund der Verwendung des Sauerstoff-Plasmas bringt das vorgeschlagene Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen jedoch die folgenden Unannehmlichkeiten mit sich. Das heißt, es erfordert die Modifikation der Kammer oder die Bereitstellung weiterer zusätzlicher Vorrichtungen wie die Hinzufügung von Elektrodeneinrichtungen zur Plasinaerzeugung. Auch gibt es, da das optische Element als ganzes dem Plasma ausgesetzt wird, die Möglichkeit, daß ein nicht verunreinigter Bereich geschädigt wird.
  • Darüber hinaus beschreibt JP-A-60-12128 eine Vorrichtung zur photochemischen Oberflächenbehandlung mit einer Kammer, um ein zu behandelndes Objekt aufzunehmen, Einrichtungen zum Evakuieren der Kammer, Einrichtungen zum Einleiten von Gas und einer Lampe zum Bestrahlen des Objekts bei einer erwünschten Wellenlänge; und JP-A-60-129136 beschreibt eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer Kammer, um ein zu behandelndes Objekt aufzunehmen, Einrichtungen zum Absaugen verunreinigter Gase, Einrichtungen zum Einleiten von Sauerstoff in die Kammer und einer Ultraviolett-Lampe zum Bestrahlen des Objekts.
  • Die vorliegende Erfindung wird in Anspruch 1 definiert. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Entfernen von an einem optischen Element abgeschiedenen Verunreinigungen mit einem einfachen Verfahren, durch das das optische Element weniger geschädigt wird. Diese Aufgabe kann gelöst werden, indem man Verunreinigungen von der Oberfläche des optischen Elements durch photochemisches Ätzen entfernt.
  • Der Aufbau der Vorrichtung für das photochemische Ätzen ist sehr einfach, und nur die Hinzufügung eines Gas-Entladungssystems zu einer optischen Element-Kammer ebenso wie einer Gas- Einlaßöffnung und eines Lichtdurchlaßfilters an der Strahlungsbündel-Eingangsseite ist notwendig.
  • Der Reaktionsmechanismus ist so, daß in einem Fall, in dem Sauerstoff beispielsweise als ein reaktives Gas verwendet wird, Licht mit einer Wellenlänge kürzer als 2537 Å auf den Sauerstoff projiziert wird, wodurch Ozon erzeugt wird. Dieses absorbiert Licht kürzer als 8500 Å, wodurch molekularer und atomarer Sauerstoff hergestellt werden. Da der atomare Sauerstoff aktiv ist, reagiert er mit Kohlenstoff, der der Bestandteil der unreinen Bestandteile auf der Oberfläche des optischen Elements ist, wobei er in Gas verwandelt wird. Das sich ergebende Gas wird dann beseitigt.
  • Mit diesem Mechanismus wird keine physikalische Kraft an die Oberfläche des optischen Elements angewendet, und daher gibt es keine Möglichkeit, das Element zu schädigen.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher bei einer Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in Zusammenhang mit der begleitenden Zeichung genommen werden.
  • Die begleitende Zeichnung ist eine schematische Darstellung, die die Grundstruktur einer Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn sie in einem Belichtungssystem verwendet wird.
    • Ausführungsform 1
  • In dieser Ausführungsform wird in der Grundstruktur der vorliegenden Erfindung, wie in der Zeichnung veranschaulicht, als ein optisches Element 7 zur Verwendung mit einem Strahlungsbündel ein Spiegel für streifenden Einfall aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;), der mit Gold (Au) beschichtet ist, verwendet.
  • Ein von dem Elektronenspeicherring 1 emittiertes Strahlungsbündel wird auf den Spiegel für streifenden Einfall 7 durch eine Strahlleitung 2 projiziert. Für diese Projektion wird das Innere einer Kammer 6, in der sich der Spiegel 7 befindet, durch eine Evakuationsleitung 8 evakuiert, und das Vakuum im Inneren wird auf einem Wert nicht größer als 10&supmin;&sup8; Torr gehalten, beispielsweise ungefähr 5 x 10&supmin;&sup9; Torr.
  • Wenn das Strahlungsbündel von dem Elektronenspeicherring 1 kontinuierlich auf den Spiegel 7 für eine lange Zeitdauer projiziert wird, scheiden sich Verunreinigungen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff (C) bestehen, auf der Reflexionsoberfläche des Spiegels 7 ab. Gemäß einer simulierten Messung des Reflexionsvermögens nimmt, unter der Annahme, daß der Spiegel ungefähr 1 Jahr lang mit dem Strahlungsbündel bestrahlt wird, das Reflexionsvermögen der Spiegeloberfläche ab, im Durchschnitt bis auf ungefähr 70 bis 80 % seines ursprünglichen Reflexionsvermögens. Insbesondere in dem Wellenlängenbereich in der Nähe von 44 Å, was der Wellenlänge an der Absorptionskante von Kohlenstoff entspricht, nimmt das Reflexionsvermögen auf ungefähr 30 % ab. An solch einem Spiegel 7 mit verringertem Reflexionsvermögen kann die Reinigung der Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, wodurch das ursprüngliche Reflexionsvermögen wiederhergestellt werden kann. Dies wird nachstehend in größerem Detail erklärt.
  • Zuerst werden ein Schutzventil 3 und ein Durchlaßfilter 4, die entlang der Strahlleitung 2 bereitgestellt sind, durch Verwendung einer linearen Bewegungs-Kopplungseinrichtung geschlossen, und der Durchlaßfilter 4 ist in der Strahlleitung 2 positioniert. Dann wird ein Ventil 9, das an der Seite der Spiegelkammer 6, die der Belichtungsvorrichtung 11 gegenübersteht, bereitgestellt ist, geschlossen, und danach wird Sauerstoffgas in die Spiegelkammer 6 durch eine Gas-Einlaßöffnung 5 eingeleitet. Das Schutzventil 3 ist bereitgestellt, um Bruch des Filters 4 aufgrund eines Differenzdrucks zu vermeiden, der zwischen der Strahlleitung 2 und der Spiegelkammer 6 erzeugt wird, wenn das Sauerstoffgas von der Gas-Einlaßöffnung 5 eingeleitet wird, wobei der Bruch einen beträchtlichen Effekt auf den Elektronenspeicherring (Synchrotron) 1 als ein ganzes hat. Somit kann es im wesentlichen weggelassen werden. Unter Berücksichtigung der Sicherheit ist jedoch die Verwendung des Schutzventils erwünscht.
  • Auch ist es, um die Möglichkeit zu verhindern, daß eine große Kraft an den Durchlaßfilter 4 in dem Augenblick angelegt wird, in dem das Sauerstoffgas eingeleitet wird, erwünscht, ein Nadelventil 20 oder dergleichen an der Gas-Einlaßöffnung 5 bereitzustellen, so daß das Gas langsam eingeleitet wird. Die Evakuationsleitung 8 ist an eine Vakuumquelle (nicht gezeigt) gekoppelt, und ein Durchflußventil 21 ("conductance valve") oder dergleichen, was effektiv ist, um den Durchfluß zu verringern, ist an einem Endbereich der Evakuationsleitung 8 angeordnet, um langsames Entweichen zuzulassen. Unter solchem langsamen Entweichen wird der Druck im Inneren der Spiegelkammer 6 bei ein paar Torr gehalten, beispielsweise ungefähr 2 Torr. Danach wird das Schutzventil 3 geöffnet, wodurch das Strahlungsbündel von dem Elektronenspeicherring 1 auf den Durchlaßfilter 4 projiziert wird. Somit wird das durch diesen Filter 4 durchgelassene Licht auf die Reflexionsoberfläche des Spiegels 7 projiziert. Hier kann der Durchlaßfilter 4 aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) mit einer Dicke von 0,5 mm gemacht sein. In diesem Fall kann Licht, das eine Wellenlängenkomponente von 2537 Å enthält und eine Energie hat, die ausreicht, um die Reaktion von in die Spiegelkammer 6 eingeleitetem Sauerstoff mit auf der Reflexionsoberfläche des Spiegels 7 abgeschiedenem Kohlenstoff zu beschleunigen, von dem Filter 4 zu dem Spiegel 7 zugeführt werden.
  • Beläßt man diese Bedingung ungefähr fünfzehn (15) Stunden lang, so kann der Reinigungsvorgang vervollständigt werden. Gemäß einer simulierten Messung kann das Reflexionsvermögen des Spiegels 7 wieder bei einem Niveau hergestellt werden, das nicht niedriger als 95 % seines ursprünglichen Reflexionsvermögens ist.
  • Die Belichtungsvorrichtung 11 wird in diesem Beispiel verwendet, um ein Muster einer Maske 15 auf einen Halbleiter-Wafer 16 in einer sogenannten "Step-and-repeat"-Weise zu drucken, indem man das Strahlungsbündel (Röntgenstrahlen) verwendet, das von dem Elektronenspeicherring 1 ausgestrahlt und von dem Spiegel 7 reflektiert wird. In der beiliegenden Zeichnung ist mit 12 ein Beryllium-Film (Beryllium-Fenster) bezeichnet, um bei Betrieb der Belichtungsvorrichtung 11 ein Hoch-Vakuum an der Seite der Spiegelkammer 6 von einer Heliumgas-Umgebung mit verringertem Druck an der Seite der Belichtungsvorrichtung 11 zu isolieren. Mit 13 ist ein Verschluß zur Steuerung der Belichtung (die Belichtungsmenge) der Maske 15 und des Wafers 16 mit dem Strahlungsbündel von dem Spiegel 7 bezeichnet. Mit 14 ist ein Maskenhalter zum Halten der Maske 15 an der veranschaulichten Belichtungsposition bezeichnet. Mit 17 ist ein Wafer-Objekttisch zum Halten des Wafers 16 bezeichnet, der in die Richtung der y-Achse (vertikal) und der x-Achse (horizontal) bewegbar ist, für "Step-and-repeat" Belichtungen des Wafers 16. Diese Bestandteile sind in einer Belichtungskammer 30 untergebracht, und sie sind von Heliumgas-Umgebung mit verringertem Druck umgeben.
    • Ausführungsform 2
  • In dieser Ausführungsform wird in der Grundstruktur der vorliegenden Erfindung, die in der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht wird, als ein optisches Element 7 zur Verwendung mit einem Strahlungsbündel ein Beugungsgitter (zwölfhundert Striche pro Millimeter) aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) verwendet.
  • Das von dem Elektronenspeicherring 1 emittierte Strahlungsbündel wird auf das Beugungsgitter 7 durch die Strahlleitung 2 projiziert. Bei dieser Projektion wird das Innere einer Kammer 6, in der das Beugungsgitter untergebracht ist, bei einem Vakuum von nicht größer als 10&supmin;&sup8; Torr, beispielsweise 5 x 10&supmin;&sup9; Torr gehalten.
  • Gemäß einer Simulation nimmt, wenn das Strahlungsbündel auf das Beugungsgitter ungefähr sieben Monate lang projiziert wird, die Intensität des Beugungslichts erster Ordnung des dem Beugungsgitter bei einem Winkel von 20 Grad bezüglich einer Normalen zu dem Beugungsgitter zugeführten Lichts auf ungefähr 10 % dessen, was vor der Bestrahlung mit dem Strahlungsbündel erreichbar war, ab.
  • Bei solch einem Beugungsgitter kann ein ähnliches Reinigungsverfahren wie bei Ausführungsform 1 durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform kann der Durchlaßfilter aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) mit einer Dicke von 1 mm gemacht sein, während der Sauerstoffgas-Druck bei 5 Torr sein kann. Gemäß der Simulation kann, indem man das von dem Filter durchgelassene Licht auf die Oberfläche des Beugungsgitters zwölf (12) Stunden lang projiziert, die Beugungs-Effizienz auf ein Niveau von 90 % der ursprünglichen Effizienz wiederhergestellt werden.
    • Ausführungsform 3
  • In dieser Ausführungsform wird als ein optisches Element zur Verwendung mit einem Strahlungsbündel ein Spiegel für streifenden Einfall aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) und mit Gold beschichtet verwendet.
  • Der Spiegel 7 für streifenden Einfall ist in einer Kammer 6 angeordnet, deren Inneres bei einem Druck von nicht größer als 10&supmin;&sup8; Torr, beispielsweise ungefähr 5 x 10&supmin;&sup9; Torr gehalten wird. Gemäß einer simulierten Messung des Reflexionsvermögens nimmt, wenn die Spiegeloberfläche mit dem Strahlungsbündel von dem Elektronenspeicherring 1 ungefähr 1 Jahr lang bestrahlt wird, das Reflexionsvermögen im Durchschnitt auf ungefähr 80 % des ursprünglichen Reflexionsvermögen ab. In dieser Ausführungsform wird durch Verwendung einer Heizeinrichtung (nicht gezeigt) solch ein Spiegel 7 mit verringertem Reflexionsvermögen so erhitzt, daß seine Oberflächentemperatur auf 200 ºC ansteigt, und dann wird das Reinigungsverfahren in einer ähnlichen Weise wie in Ausführungsform 1 durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Sauerstoffdruck in der Kammer 6 bei wenigen Torr, beispielsweise 2 Torr gehalten werden. Auch kann der Durchlaßfilter 4 aus Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;) mit einer Dicke von 0,2 um, gebildet durch Rück-Ätzen ("back etching"), hergestellt sein.
  • Beläßt man diese Bedingung zwölf Stunden lang, kann der Reinigungsvorgang vervollständigt werden. Gemäß einer Simulation kann das Reflexionsvermögen wieder auf ein Niveau hergestellt werden, das nicht niedriger als 95 % (Durchschnitt) des ursprünglichen Reflexionsvermögens ist.
    • Ausführungsform 4
  • In dieser Ausführungsform wird als ein optisches Element zur Verwendung mit einem Strahlungsbündel ein Spiegel für streifenden Einfall aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;), beschichtet mit Platin (Pt) verwendet.
  • Der Spiegel für streifenden Einfall 7 ist in einer Kammer 6 angeordnet, deren Inneres bei einem Druck von nicht größer als 10&supmin;&sup8; Torr, beispielsweise ungefähr 5 x 10&supmin;&sup9; Torr gehalten wird. Gemäß einer simulierten Messung des Reflexionsvermögens nimmt, wenn der Spiegel für streifenden Einfall mit dem Strahlungsbündel von dem Elektronenspeicherring 1 ungefähr 1 Jahr lang bestrahlt wird, das Reflexionsvermögen im Durchschnitt auf ungefähr 75 % des ursprünglichen Reflexionsvermögens des Spiegels ab. Bei solch einem Spiegel mit verringertem Reflexionsvermögen kann ein Reinigungsvorgang der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform kann der Druck in der Kammer 6 ein paar Torr, beispielsweise 2 Torr sein. Auch kann der Durchlaßfilter durch eine Siliziumdioxidplatte mit einer Dicke von 1 mm bereitgestellt werden. In dieser Ausführungsform wird separat hergestelltes Ozon in die Kammer 6 eingeleitet, und der Reinigungsvorgang wird durchgeführt.
  • Beläßt man diese Bedingung zwölf Stunden lang, kann der Reinigungsvorgang vervollständigt werden. Gemäß einer simulierten Messung des Reflexionsvermögens kann das Reflexionsvermögen auf 95 % oder mehr des ursprünglichen Reflexionsvermögens wiederhergestellt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es mit dem Verfahren und der Vorrichtung zum Reinigen eines optischen Elements zur Verwendung mit einem Strahlungsbündel möglich, auf dem optischen Element niedergeschlagenen Kohlenstoff zu entfernen, der zu einer Beeinträchtigung des Funktion des optischen Elements führt, mit einem einfachen Aufbau und ohne das optische Element zu schädigen. Somit ist es möglich, die Eigenschaft des optischen Elements wieder herzustellen.
  • Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Reinigungsverfahren zur Entfernung von Kohlenstoff oder dergleichen in einer Vakuum-Umgebung durchgeführt werden, und somit, ohne der Atmosphäre ausgesetzt zu werden. Auch kann das Reinigungsverfahren durchgeführt werden, ohne das optische Element abzubauen. Somit ist es möglich, die nötige Zeit für Abbau/Aufbau und zum Ausrichten des optischen Elements zu verringern. Ferner sind der Aufbau der Vorrichtung ebenso wie hinzugefügte Bestandteile einfach. Auch gibt es keine Möglichkeit, die Oberfläche (Beschichtung) des optischen Elements zu schädigen. Folglich leistet die vorliegende Erfindung einen deutlichen Beitrag zur einfachen Instandhaltung eines optischen Elements, das mit einem Strahlungsbündel zu verwenden ist, der man bisher keine Aufmerksamkeit hat zukommen lassen. Dies stellt eine effektive Ausnutzung des Synchrotron-Strahlungsbündels im Sinne der Wirkung und auch der Zeit sicher.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Bestrahlen eines Substrats, wobei die Vorrichtung eine Quelle (1), die ein Bündel aus elektromagnetischer Strahlung zur Verfügung stellt, eine Vakuumkammer (6), Einrichtungen (8, 21) zum Evakuieren der Kammer und ein optisches Element (7), das in der Kammer (6) angebracht ist, um den Strahl zu empfangen und ihn zu der Stelle des Substrats zu richten, umfaßt; wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:
Gaszufuhreinrichtungen (5, 20) zum Zuführen eines Gases mit der Fähigkeit, photochemisch mit auf der Oberfläche des optischen Elements (7) abgeschiedenen Verunreinigungen zu reagieren, in die Kammer (6) und Auswahleinrichtungen (4) zum Auswählen von Strahlung eines erwünschten Wellenlängenbereichs von der Quelle (1), wodurch, bei Einführen des Gases in die Kammer (6) und Betätigung der Quelle (1) und der Auswahleinrichtung (4) der strahlaufnehmende Oberflächenbereich des optischen Elements (7) durch photochemisches Atzen von auf dem optischen Element abgeschiedenen Verunreinigungen gereinigt werden kann, ohne das optische Element (7) zu demontieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische Element (7) einen Reflektor umfaßt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhreinrichtungen (5, 20) zur Zufuhr von Sauerstoffgas angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhreinrichtungen (5, 20) zur Zufuhr von Ozongas angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei Halteeinrichtungen (11) zum Halten eines Wafersubstrats (16) zur Belichtung mit dem von dem optischen Element (7) reflektierten Strahlungsbündel bereitgestellt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Halteeinrichtung (11) mit einer Maske ausgestattet ist, wodurch bei Belichtung des Wafers (16) mit dem Strahl ein Muster der Maske auf den Wafer übertragen wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen bereitgestellt sind, um die Gas-Zufuhreinrichtungen (5, 20), die Quelle (1) und die Auswahleinrichtungen (4) zu betätigen, um Verunreinigungen von dem Oberflächenbereich des optischen Elements (7) während einer Zeitdauer, in der die Belichtung des Wafers (16) nicht durchgeführt wird, zu entfernen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung (4) einen Filter (4), der zwischen der Quelle (1) und der Kammer (6) zum Auswählen des erwünschten Wellenlängenbereichs von dem Strahl bereitgestellt ist, umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (4) aus Siliziumdioxid gemacht ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Quelle (1) eine Synchrotron-Strahlungsquelle umfaßt.
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