EP1481287A2 - Vorrichtung, euv-lithographiegerät und verfahren zur vermeidung und reinigung von kontamination auf optischen elementen - Google Patents

Vorrichtung, euv-lithographiegerät und verfahren zur vermeidung und reinigung von kontamination auf optischen elementen

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Publication number
EP1481287A2
EP1481287A2 EP03711941A EP03711941A EP1481287A2 EP 1481287 A2 EP1481287 A2 EP 1481287A2 EP 03711941 A EP03711941 A EP 03711941A EP 03711941 A EP03711941 A EP 03711941A EP 1481287 A2 EP1481287 A2 EP 1481287A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photocurrent
gas
threshold value
hydrogen
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03711941A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Wedowski
Frank Stietz
Bas Mertens
Roman Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of EP1481287A2 publication Critical patent/EP1481287A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70908—Hygiene, e.g. preventing apparatus pollution, mitigating effect of pollution or removing pollutants from apparatus
    • G03F7/70925—Cleaning, i.e. actively freeing apparatus from pollutants, e.g. using plasma cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70908—Hygiene, e.g. preventing apparatus pollution, mitigating effect of pollution or removing pollutants from apparatus
    • G03F7/70916—Pollution mitigation, i.e. mitigating effect of contamination or debris, e.g. foil traps

Definitions

  • the invention relates to a method for avoiding contamination on surfaces of optical elements according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a device for controlling the contamination of the surface of at least one optical element and an EUV lithography device with optical elements, a detector for photoelectrons and secondary electrons being attached to at least one of the optical elements and being operatively connected to an evaluation unit ,
  • the invention also relates to a method for cleaning contaminated surfaces from optical elements by irradiation in a vacuum containing controlled residual gas.
  • Multi-layer systems are also understood to mean those with a special top layer (s) (cap layer).
  • Optical elements such as photomasks or multi-layer mirrors, for the extremely ultraviolet wavelength range (EUV), in particular wavelengths between 11 nm and 14 nm, are required for use in EUV lithography of semiconductor components.
  • EUV lithography devices have eight or more mirrors.
  • the mirrors In order to achieve a sufficient overall intensity of the working radiation, the mirrors must have as high a reflectivity as possible, because the overall intensity is proportional to the product of the reflectivities of the individual mirrors. The mirrors should maintain this high reflectivity, if possible, throughout their entire service life. Furthermore, the homogeneity across the mirror surfaces must be maintained over the entire service life.
  • the reflectivity and the lifespan of EUV mirrors and EUV photomasks is particularly affected by the contamination of the surface under EUV radiation in the form of carbon deposits and by oxidation of the surface.
  • Deposits stir e.g. from carbonaceous substances that outgas from individual device components or from the photoresist with which the wafers to be irradiated are coated.
  • Oxidation is caused by the presence of oxygen-containing molecules in the residual gas atmosphere, which are split into free radicals by EUV radiation via photoemission.
  • Photoelectrons emerging from the surface of the optical element lead to the accumulation of contamination by splitting molecules of the residual gas adsorbed on the surface in a dynamic equilibrium into fragments, which are then permanently deposited on the surface or react with it.
  • a method for determining contamination by means of photoemission in which photoelectrons are released by sequential illumination of a surface and are detected with an electron collecting device.
  • the thickness of the contamination layer is inferred from the photoelectron current.
  • a second electron collecting device is provided, which adjoins the first electron collecting device and is at the same distance from the surface. Both of them
  • No. 6,004,180 is concerned with the cleaning of electron-emitting components which form the cathode of the cathode ray tube.
  • a gas such as oxygen
  • a targeted control of the gas inlet is not described.
  • JP 62051224 A it is known to follow the cleaning with UV light-assisted oxidation by measuring photoelectrons.
  • Surfaces contaminated with carbon-containing substances are irradiated with UV light in an oxygen-containing atmosphere.
  • ozone is formed, which in turn is broken down into free radicals in oxygen, which etch away the carbon contamination of the surface to be cleaned.
  • the UV light also stimulates the emission of secondary electrons. The number increases with decreasing contamination layer thickness.
  • the intensity of the photo emission is displayed. However, this signal is not used to control a cleaning process.
  • EP 0 987 601 A2 discloses a method and a device for measuring the degree of contamination of optical elements within a lithography device for soft X-rays. For this purpose, the photoelectrons emerging from the potentially contaminated surface are measured. This signal is evaluated online by converting it into a degree of contamination by comparison with empirically obtained data. If a certain degree of contamination is reached, the optical element in question must be replaced.
  • This object is achieved with a method in which the photocurrent is used to regulate the gas composition of the residual gas, the gas composition of the residual gas in Dependence on at least a lower and an upper threshold value of the photocurrent is changed.
  • the residual gas analysis with a residual gas analyzer can also be used to determine experimentally (calibration) whether it is a carbonizing or an oxidizing environment, which in turn determines the type and degree of contamination.
  • a residual gas analyzer e.g. mass spectrometer
  • the incident EUV intensity and the spectrum of the incident radiation must be taken into account.
  • an oxidizing atmosphere can be converted into a carbonizing atmosphere and vice versa.
  • the residual gas components (eg hydrocarbons) adsorbed on the surface from the residual gas atmosphere are split by the photoelectrons in the area of EUV-irradiated surfaces, so that a carbon layer is deposited on the surface of optical elements, which leads to a change in the photocurrent.
  • a competing process is the oxidation of carbon to CO and C0 2 , whereby the carbon layer can be removed again, which leads to an opposite change in the photocurrent.
  • the contamination rate and also the degradation of the contamination layer can thus be controlled in a simple manner.
  • the first threshold value Si is obtained at the beginning of the irradiation after settling effects have subsided and is characteristic of the initial actual state of the irradiated surface
  • the second threshold value or values S 2 , i are predetermined and depend not only on the structure of the reflective layer system, ie its material and thickness structure, but strongly dependent on the initial composition of the residual gas atmosphere and the EUV intensity.
  • the decay of transient effects is understood in particular to mean the desorption of the typically present water layer on the surface of the optical element, which leads to a high photocurrent at the beginning of the irradiation, which accordingly decreases as the water layer decreases. This process takes a few minutes, a period of up to 20 minutes, preferably up to 5 minutes, being required until the photocurrent has stabilized.
  • the one or more second threshold values S 2 , i must be obtained beforehand from calibration measurements.
  • the requirements of the radiation application must also be taken into account, for example that in lithography the contamination and thus the reflectivity should only fluctuate within certain limits.
  • the thresholds Si and S 2 , i are preferably determined from the photocurrent of a clean, non-oxidized surface under operating conditions, ie after settling effects have subsided.
  • Si corresponds to the photocurrent of the clean surface
  • S 2 , i corresponds to the photocurrent which corresponds to a desired carbon thickness.
  • the exponential decay of the corresponding current signal can play a role in the evaluation of the photoemission measurement if the time constant of the drop is less than the period T of the radiation source.
  • Synchrotron radiation has pulse frequencies in the upper megahertz range, so that a constant current can be measured due to the inertia of the photocurrent measurement.
  • pulsed lasers have frequencies in the lower kilohertz range, so that with the time constant a sawtooth current is measured during the photoemission process.
  • the photoemission signal is preferably converted into the averaged time integral ⁇ of the corresponding photocurrent:
  • time-averaged current integral for each individual irradiated optical surface is on the incident one
  • the photocurrent is preferably used to control the oxygen partial pressure or the partial pressure of oxygen-containing gases.
  • the photocurrent is preferably used to regulate the partial pressure of gases containing hydrocarbons.
  • the threshold values of the photocurrent from the range between the minimum photo current I m i n and the maximum photocurrent l ma ⁇ be chosen which occur when the minimum and the maximum of the electric field intensity of the forming on reflection of the irradiated wavelength of operation in the multilayer system standing Wave lie in the free interface of the multilayer system. It is important to ensure that the free interface of the Multi-layer system only moves in the area of the falling flank or the rising flank of the standing wave of the electric field intensity. If the free interface would pass through the extreme values of the standing wave during the irradiation, no sensible regulation of the residual gas composition could be guaranteed.
  • the design of the multilayer system determines whether the free interface is located on the falling or rising flank at the beginning of the irradiation. In the case of a multilayer system with an Ru cover layer, the design of the cover layer is particularly preferably selected such that the free interface of the cover layer is located on the falling flank of the standing wave of the electric field intensity when carbon is grown.
  • the supplied gas is preferably an oxidizing gas. If S ⁇ > S 2 i is selected, the free interface is in the falling flank of the standing wave of the electrical Field intensity. If S ⁇ ⁇ S 2i is selected, the free interface is in the rising flank.
  • the supplied gas is preferably a carbonizing gas. If S ⁇ > S 2 i is selected, the free interface is in the falling flank of the standing wave of the electric field intensity. If S ⁇ ⁇ S 2 ⁇ is selected, the free interface is on the rising flank.
  • Both of the aforementioned method variants can also be combined with one another, the gases in question being alternately supplied and throttled as a function of the threshold values.
  • It can be a gas that is already contained in the residual gas atmosphere, but whose proportion is too small to achieve the desired effect.
  • the possible effects are either the prevention of oxidation or the defined setting of the desired carbon coverage.
  • the ratio of the residual gas components can be changed by adding carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, water, oxygen or nitrogen.
  • an inert gas such as SF6, He, Ne, Ar, Kr, Xe is preferred. Such gases influence the effectiveness or the reaction rate of carbonizing or oxidizing gases.
  • hydrocarbons preferably of alkanes, alkenes, alkynes, alcohols, ketones, aldehydes and other hydrocarbons.
  • oxygen-containing gases preferably formic acid, acetic acid, propionic acid, hydrogen peroxide, hydrazine, N 2 0, NO, N0 2 , S0 2 and other oxygen-containing gases.
  • halogen- and hydrogen-containing compounds preferably of F, Cl, Br, I, chloromethane, Dichloromethane, trichloromethane, carbon tetrachloride, tetrafluorocarbon, fluoromethane, difluoromethane, ammonia, phosphine, antimony hydrogen, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, hydrogen iodide, boron fluoride, diborane, nitrogen trifluoride, hydrogen sulfide, hydrogen sulfide or other, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride, from hydrogen chloride or more of these gases.
  • the gases can preferably be supplied continuously.
  • the valves of the gas supply can be opened continuously and, when the photocurrent approaches a threshold value, can also be closed again continuously.
  • the partial pressures of the above gases are regulated via the photocurrent.
  • the photocurrent is preferably used to regulate the partial pressure of oxygen-containing gases.
  • the method according to the invention can be used to react to contamination layers in the angstrom to nanometer range and to keep the contamination efficiently minimal during the irradiation.
  • the oxygen partial pressure is preferably regulated in the range from 10 "12 to 10 2 mbar, particularly preferably in the range from 10 " 9 to 10 3 mbar, in particular in the range from 10 -8 to 10 '5 mbar.
  • the threshold values are maximum values of the photocurrent that are just tolerable Degree of oxidation. If a maximum value is exceeded, the residual gas composition must be changed so that any further oxidation is immediately prevented.
  • threshold values are minimum values of the photocurrent, which correspond to a just tolerable covering with carbon. If the temperature falls below a minimum value, the residual gas composition must be changed so that any further carbon deposition is immediately prevented.
  • threshold values are also conceivable as meaningful threshold values, which result when the initial course of the electric field intensity at the free interface is taken into account. It also makes sense to convert the time curve of the photocurrent curve into its mathematical 1st and higher derivatives. In accordance with the desired operating conditions, threshold values can then also be introduced with respect to these derivatives of the photocurrent curve.
  • a plurality of second threshold values S ⁇ are preferably specified, wherein
  • S 2 , ⁇ + ⁇ -S ⁇ I ⁇ IS 2 , rS ⁇ I or IS 2l ⁇ + rS 2 , i I ⁇ IS 2l rS 2 , n I with i 1, 2, 3, ..
  • the method can be further improved if, prior to the EUV irradiation, the position of the nearest minimum and / or inflection point and / or the maximum (curve position) of the electrical field intensity of the standing wave which forms when the irradiated operating wavelength is reflected in the multilayer system with respect to the free interface of the Multi-layer system is determined, and depending on this, the second threshold value S 2j ⁇ with respect to the first threshold value Si is defined as the lower or the upper threshold value.
  • the splitting of the residual gas molecules, such as hydrocarbon or water molecules, deposited on the surfaces from the residual gas in a dynamic equilibrium is largely prevented, which could otherwise cause contamination of the free interface.
  • the dynamic equilibrium can be shifted by means of a photocurrent control loop in such a way that, despite photoemission, neither oxidation nor accumulation of carbon occurs.
  • the curve position of the uncontaminated multilayer system determines the initial course of the photocurrent curve during operation, ie during the contamination of the surface of the optical element.
  • the growth of a carbon layer on the one hand causes a change in the curve position, and on the other hand the addition of the carbon material causes the photoconversion efficiency to decrease.
  • the superimposition of both effects leads either to a more or less strong increase or decrease in the photocurrent.
  • the second threshold values S 2 , i are to be selected as lower or as upper threshold values.
  • the upper threshold value S 2 , i is preferably chosen to be less than or equal to the maximum photocurrent ⁇ m ax , at which the free interface lies in the maximum of the electric field intensity of the standing wave.
  • the lower threshold value S 2 , ⁇ is preferably chosen to be greater than or equal to the minimum photocurrent ⁇ m i n , at which the free interface lies in the minimum of the electric field intensity of the standing wave.
  • the threshold values S 2 are preferably set to 80% to 10% of the range ⁇ max - ⁇ min, particularly preferably to 50% - 20%.
  • the gas is advantageously supplied as close to the surface as possible, ie in the vicinity of the optical element.
  • a device for regulating the contamination on the surface of at least one optical element with a detection device for photoelectrons emitted by the optical element, with an evaluation unit connected to the detection device and with a control device connected to the evaluation unit and to a gas supply device is connected, the evaluation unit being designed to compare the measured photocurrent with at least two stored threshold values of the photocurrent and to output threshold-dependent signals to the control device.
  • An EUV lithography device with optical elements, wherein in the vicinity of at least one of the optical elements a detection device for photoelectrons is attached, which is operatively connected to an evaluation unit, is characterized in that a control unit is connected to the evaluation unit, which has at least one gas supply device is operatively connected, the evaluation unit being designed to compare the measured photocurrent with at least two stored threshold values of the photocurrent and to output threshold-dependent signals to the control device.
  • the device according to the invention or its expression as an EUV lithography device are suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the photoemission measurement is carried out with the detection device.
  • These data are preferably converted in their evaluation over time (or their derivatives, integrals or other suitable functions) and compared with threshold values.
  • the resulting information is passed on to the control unit, which then controls the gas supply device.
  • the detection device preferably comprises a detection ring or a detection network which is arranged above the surface of the optical element and which is arranged and / or configured such that it does not or only slightly affects the incoming EUV radiation.
  • the photocurrent can also be dissipated over any nearby metal surface. This can be a plate or the vacuum chamber wall.
  • the open diameter of the detection device can be chosen to be large enough that the EUV radiation can pass through unhindered, but on the other hand the photoelectrons can still be measured reliably.
  • the gas supply device preferably has at least one gas supply line, which is advantageously arranged adjacent to the surface of the optical element.
  • An adjacent arrangement significantly shortens the reaction time until the gas supplied acts.
  • the device and the EUV lithography device have a mass spectrometer, which likewise forwards its measurement signals to the evaluation unit.
  • This mass spectrometer is used to measure the residual gas composition before or at the beginning of the irradiation or to measure the gas composition or its partial pressures during the irradiation parallel to the measurement of the photoemission.
  • At least one measuring device for the total pressure is provided.
  • control unit The evaluation unit and the control unit are advantageously combined to form a control unit.
  • This can be designed as an analog or digital circuit, also in the form of an integrated circuit. It can also be a computer equipped with appropriate data acquisition and control cards.
  • one or more (for example on each mirror) devices for measuring the EUV intensity are preferably provided.
  • the object is achieved by a method for cleaning surfaces contaminated with carbon from optical elements by irradiation with EUV radiation, which is characterized in that the photocurrent generated during the irradiation of the surface to be cleaned is measured and as the stop point for the admission of gases Time is selected at which the photocurrent exceeds or falls below predetermined threshold values.
  • These threshold values are the above-mentioned threshold values Si, S 2 .
  • Fig. 1 shows the schematic structure of an inventive
  • FIGS. 3-6 regulated photocurrent curves for an optical element with an oxidation-resistant surface for four different curve positions of the electric field intensity
  • FIGS. 7-10 regulated photocurrent curves for an optical element with an oxidation-sensitive carbon surface for four different positions of the electric field intensity
  • FIGS. 11-14 regulated photocurrent curves for an optical element with a very oxidation-sensitive Si surface for four different positions of the electric field intensity.
  • the device 1 has a vacuum chamber 3 in which an optical element 2, e.g. a mirror with a multi-layer system or an optical mask is arranged, which is illuminated with EUV radiation.
  • a detection ring or detection grating 41 which is essentially transparent to the EUV radiation, is arranged above the optical element 2 for detecting the photoelectrons. So that the photoelectrons are attracted to the ring 41, a voltage of a few volts (0 to 100 V) is applied via a voltage source 43 between the optical element 2 and the ring 41. If a photoelectron strikes the ring 41, a current flows which is measured with the aid of the ammeter 42.
  • the evaluation unit 5 which e.g.
  • the current signal is evaluated as an analog or digital circuit, but also as an integrated circuit or can be combined with the control unit 6 to form a control unit, for example in the form of a computer, for example by integrating it over time and with predetermined and stored threshold values is compared.
  • the information as to which threshold value is currently being exceeded or undershot is passed on to the control unit 6, which then opens or closes the valve 72 of the gas feed line 71.
  • the gas feed line 71 opens in the immediate vicinity of the surface of the optical element 2, so that the balance between the deposition and the oxidation process of carbon can be changed with as little delay as possible.
  • the initial partial pressure of the residual gas components is measured with a mass spectrometer or residual gas analyzer 8 and passed on to the evaluation unit 5.
  • the appropriate threshold set is selected based on this data. Even during the irradiation, the entire residual gas spectrum continues to be measured with the mass spectrometer 8 in parallel with the photocurrent. With this additional Information can be checked, among other things, whether the appropriate threshold value set is still used as the basis for the evaluation.
  • the regulation of the gas supply can also be refined such that the valve 72 is not only opened or closed, but also intermediate stages are set. Steplessly adjustable valves are preferably used for this.
  • a plurality of gas supply lines 71 should be arranged around the surface. In this case it can also be controlled which gas supply is opened in a metered manner and which is not.
  • a device 7 for measuring the EUV intensity is connected to the evaluation unit 5.
  • 2a-d show an optical element which has a multilayer system 10 on a substrate 11.
  • the electric field intensity I is shown for different cases 1, 2, 3, 4.
  • the free interface 100 of the multilayer system 10 lies between a turning point and the rising edge of the electrical field intensity away from the multilayer system.
  • the free interface 100 of the multilayer system 10 lies between a relative maximum and the turning point on the flank of the electrical field intensity falling away from the multilayer system.
  • the free interface 100 of the multilayer system 10 lies between an inflection point and the flank of the electrical field intensity falling away from the multilayer system. In case 4, the free interface 100 of the multilayer system 10 lies between a relative minimum and the turning point on the flank of the electric field intensity rising away from the multilayer system.
  • FIGS. 2a-d clearly show how the growing carbon layer 20 changes the curve position of the electric field intensity in relation to the free interface 101.
  • FIGS. 3-14 show the photocurrent for various multilayer systems for initially uncontaminated, free interfaces 100 in cases 1, 2, 3 and 4.
  • the time course of the photocurrent corresponds to the time course of the electric field intensity at the free interface.
  • the consideration of the exit depth of photoelectrons leads in a further approximation to the addition of a constant background to the photocurrent characteristic. Higher approximations are possible.
  • the photocurrent curves of FIGS. 3 to 6 represent cases 1 to 4 on a multilayer system with an oxidation-insensitive surface layer made of ruthenium.
  • the multilayer system can have the following layer structure, for example:
  • case 3 relates to case 1 in FIG. 2a.
  • the free interface 100 is at a turning point in the electric field intensity, which means that the photocurrent has an average value Si.
  • the curve of the electric field intensity increases, which is accompanied by an increase in the photocurrent.
  • the growth of carbon as a material causes a decrease in the number of photoelectrons, but the increase in photoelectrons outweighs the growth of the free interface towards the maximum of the electric field intensity in which the photoemission is greatest.
  • the overall photocurrent curve increases until the second threshold value S 2 , ⁇ is reached. With a suitable supply of oxygen, this curve swings back to the threshold value Si (see FIG. 3). The oxygen supply is throttled and finally completely shut off, which in turn leads to a growth of the carbon.
  • the second threshold value S2.2 which is less than S2, ⁇ , is reached, oxygen is again introduced, etc.
  • the free interface 100 is also at a turning point at the beginning, but the free interface 101 moves in the direction of the wave node due to the growth of the carbon, i.e. towards the minimum of the electric field intensity, which is associated with a decrease in the photocurrent. This decrease is reinforced by the decrease in photoemission caused by the material carbon, which leads to the curve profile shown in FIG. 5.
  • the second threshold values S 2 ⁇ 2 , S 2 ⁇ 3 , S 2 , 4, S2.5 each being set lower than the previous second threshold value, so that over time the threshold value Si approaches and thus the control range can be minimized.
  • the free interface 100 of the multilayer system is at the maximum of the curve of the electric field intensity of the standing wave.
  • the photoemission is significantly higher than in case 4 due to the position of the curve.
  • the first threshold value Si is approximately 180 nA.
  • the carbon layer grows, the surface migrates out of this position, which is associated with a decrease in the photocurrent.
  • the growth of the carbon layer also manifests itself in a reduction in photoemission, which overall leads to a sharp decrease in the photocurrent curve.
  • the curve continues to decrease until the limit value S 2 , ⁇ is reached. Before or when this limit value is reached or exceeded, the appropriate oxygen supply is started, which leads to a degradation of the carbon layer.
  • the photocurrent curve therefore swings back to the initial value Si.
  • Figs. 7 to 10 show the photocurrent curves for an optical element with an oxidation-sensitive carbon top layer (e.g. C-Caplayer 1 nm).
  • the four curves also refer to cases 1 to 4 in FIGS. 2a-d.
  • the figures 11 to 14 relate to a multilayer system with an oxidation-sensitive surface, such as with a silicon layer.
  • an oxidation-sensitive surface such as with a silicon layer.
  • a carbonizing residual gas atmosphere was first set. The oxygen supply is initiated when the second threshold value S 2 , ⁇ is reached and then slowly throttled, so that the threshold value Si cannot be reached, which would be equivalent to the start of oxidation of the surface.
  • the photocurrent curves according to FIGS. 11-14 each show an asymptotic course.
  • carbon-containing gas may be added before the threshold value Si is submitted.
  • the grown carbon is then removed again by adding oxygen-containing gas. This would also lead to an oscillating curve of the photocurrent.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Vermeidung von Kontamination auf Oberflächen optischer, ein Vielschichtsystem aufweisender Elemente während ihrer Bestrahlung mit EUV-Strahlung bei Betriebswellenlängen in einem evakuierten, eine Restgasatmosphäre aufweisenden geschlossenen System beschrieben, bei dem der durch Photoemission aus der bestrahlten Oberfläche des Vielschichtsystems erzeugte Photostrom gemessen wird. Der Photostrom wird zur Regelung der Gaszusammensetzung des Restgases eingesetzt, wobei die Gaszusammensetzung in Abhängigkeit von mindestens einem unteren und einem oberen Schwellenwert des Photostroms verändert wird. Es wird auch eine Vorrichtung zur Regelung der Kontamination auf der Oberfläche mindestens eines optischen Elementes während der Bestrahlung sowie eine EUV-Lithographievorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von mit Kohlenstoff kontaminierten Oberflächen von optischen Elementen beschrieben.

Description

Vorrichtung, EUV-Lithographiegerät und Verfahren zur Vermeidung und Reinigung von Kontamination auf optischen
Elementen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung der Kontamination auf Oberflächen optischer Elemente gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Regelung der Kontamination der Oberfläche mindestens eines optischen Elementes sowie ein EUV-Lithographiegerät mit optischen Elementen, wobei in der Nähe mindestens eines der optischen Elemente eine Detektiereinrichtung für Photo- und Sekundärelektronen angebracht ist, die mit einer Auswerteeinheit wirkverbunden ist.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Reinigung von kontaminierten Oberflächen von optischen Elementen durch Bestrahlung in kontrolliert restgashaltigem Vakuum.
Unter Vielschichtsystemen werden auch solche mit spezieller/en Deckschicht/en (caplayer) verstanden.
Hierbei werden unter der elektrischen Feldintensität das zeitlich gemittelte Quadrat der elektrischen Feldstärke, unter Photostrom der aufgrund von Einstrahlung auftretende photoinduzierte elektrische Strom, unter Photoemission die aufgrund von Einstrahlung auftretende photoinduzierte Auslösung von Elektronen ins Vakuum, unter Photoelektronen die aufgrund von Einstrahlung photoinduziert in das Vakuum losgelösten Elektronen und unter Sekundärelektronen über Sekundärprozesse abgebremsten Elektronen verstanden.
BESTATIGUNGSKOPIE Optische Elemente, wie z.B. Photomasken oder Viellagenspiegel, für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich (EUV), insbesondere Wellenlängen zwischen 11 nm und 14 nm, werden zum Einsatz in der EUV-Lithographie von Halbleiterbauelementen benötigt. Typische EUV- Lithographiegeräte weisen acht oder mehr Spiegel auf. Um dennoch eine hinreichende Gesamtintensität der Arbeitsstrahlung zu erreichen, müssen die Spiegel möglichst hohe Reflektivitäten aufweisen, denn die Gesamtintensität ist proportional zum Produkt der Reflektivitäten der einzelnen Spiegel. Diese hohe Reflektivität sollten die Spiegel möglichst während ihrer gesamten Lebensdauer beibehalten. Weiterhin muss die Homogenität über die Spiegeloberflächen über die gesamte Lebensdauer erhalten bleiben.
Die Reflektivität und die Lebensdauer von EUV-Spiegeln und EUV- Photomasken wird besonders durch die Kontamination der Oberfläche unter EUV-Bestrahlung in Form der Ablagerung von Kohlenstoff und durch Oxidation der Oberfläche beeinträchtigt. Ablagerungen rühren z.B. von kohlenstoffhaltigen Stoffen her, die aus einzelnen Vorrichtungskomponenten oder aus dem Photoresist, mit dem die zu bestrahlenden Wafer beschichtet sind, ausgasen. Oxidation wird durch in der Restgasatmosphäre vorhandene sauerstoffhaltige Moleküle verursacht, die durch die EUV-Strahlung vermittelts Photoemission in Radikale aufgespalten werden. Aus der Oberfläche des optischen Elements austretende Photoelektronen führen zur Akkumulation von Kontamination, indem sie auf der Oberfläche in einem dynamischen Gleichgewicht adsorbierte Moleküle des Restgases in Bruchstücke aufspalten, die sich anschließend permanent auf der Oberfläche ablagern oder mit ihr reagieren.
In der Restgasatmosphäre dominieren typischerweise Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. In der Regel liegen die Partialdrücke in mbar innerhalb folgender Bereiche:
Entsprechend den Partialdruckverhältnissen und der einfallenden EUV- Intensität überwiegt der Prozess der Oberflächenoxidation oder der Prozess der Ablagerungen von Kohlenstoff auf der Oberfläche. Man spricht daher entweder von einer oxidierenden oder einer karbonisierenden Umgebung.
Aus der DE 41 06 841 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen von Kontaminationen mittels Photoemission bekannt, bei dem durch sequentielles Beleuchten einer Oberfläche Photoelektronen freigesetzt und mit einer Elektronenauffangeinrichtung erfasst werden. Aus dem Photoelektronenstrom wird auf die Dicke der Kontaminationsschicht geschlossen. Um kapazitive Stromeffekte zu kompensieren, ist eine zweite Elektronenauffangeinrichtung vorgesehen, die an die erste Elektronenauffangeinrichtung angrenzt und von der Oberfläche den gleichen Abstand aufweist. Die von beiden
Elektronenauffangeinrichtungen erfassten Ströme werden voneinander subtrahiert. Ferner sind Maßnahmen vorgesehen, um photovoltaische Stromeffekte zu kompensieren.
Die US 6,004,180 befasst sich mit der Reinigung von Elektronen emittierenden Komponenten, die die Kathode der Kathodenstrahlröhre bilden. Hierbei wird durch Einleitung eines Gases, wie z.B. Sauerstoff, erreicht, dass die Ablagerungen auf der Kathode in gasförmige Produkte umgewandelt werden. Eine gezielte Steuerung des Gaseinlasses wird nicht beschrieben.
Aus der JP 62051224 A ist es bekannt, das Reinigen mit UV-Licht- gestützter Oxidation über das Messen von Photoelektronen zu verfolgen. Mit kohlenstoffhaltigen Substanzen verschmutzte Oberflächen werden in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre mit UV- Licht bestrahlt. Unter dem UV-Einfluß bildet sich Ozon, das seinerseits in Sauerstoff radikale aufgespalten wird, die die Kohlenstoffkontamination der zu reinigenden Oberfläche wegätzen. Das UV-Licht regt außerdem die Emission von Sekundärelektronen an. Deren Anzahl steigt mit abnehmender Kontaminationsschichtdicke an. Die Intensität der Photoemission wird angezeigt. Dieses Signal wird aber nicht zur Steuerung eines Reinigungsprozesses ausgenutzt.
Die EP 0 987 601 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Kontaminationsgrades optischer Elemente innerhalb eines Lithographiegerätes für weiche Röntgenstrahlung. Dazu werden die aus der potentiell kontaminierten Oberfläche austretenden Photoelektronen gemessen. Dieses Signal wird online ausgewertet, indem es durch Vergleich mit empirisch gewonnen Daten in einen Kontaminationsgrad umgerechnet wird. Wird ein bestimmter Kontaminationsgrad erreicht, muss das betreffende optische Element ausgewechselt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem die Kontamination der mit EUV-Licht bestrahlten Oberfläche eines optischen Elements verhindert wird, bevor diese zur vollständigen Unbrauchbarkeit des optischen Elements führt. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung einer kontaminierten Oberfläche bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem der Photostrom zur Regelung der Gaszusammensetzung des Restgases eingesetzt wird, wobei die Gaszusammensetzung des Restgases in Abhängigkeit von mindestens einem unteren und einem oberen Schwellenwert des Photostroms verändert wird.
Über die Restgasanalyse mit einem Restgasanalysator (z. B. Massenspektrometer) kann zusätzlich experimentell ermittelt werden (Kalibrierung), ob es sich um eine karbonisierende oder eine oxidierende Umgebung handelt, die wiederum die Art und den Grad der Kontamination bestimmt. Bei dieser Analyse ist die einfallende EUV- Intensität und das Spektrum der einfallenden Strahlung zu berücksichtigen.
Es hat sich herausgestellt, dass der Zusammenhang zwischen dem Photostrom und der Kontamination der Oberfläche von optischen Elementen zur aktiven Steuerung und zum Abbau der Kontamination auf optischen Elementen eingesetzt werden kann.
Durch die Zugabe oder Reduktion der Zugabe von entsprechenden Gasen in das geschlossene System, in dem sich die optischen Elemente befinden, kann eine oxidierende Atmosphäre in eine karbonisierende Atmosphäre und umgekehrt umgewandelt werden.
Die aus der Restgasatmosphäre auf jeglichen Oberflächen adsorbierten Restgasbestandteile (z.B. Kohlenwasserstoffe) werden im Bereich EUV- bestrahlter Oberflächen durch die Photoelektronen aufgespalten, so dass sich eine Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche optischer Elemente abscheidet, die zu einer Veränderung des Photostroms führt. Ein dazu konkurrierender Vorgang ist die Oxidation des Kohlenstoffs zu CO und C02, wodurch die Kohlenstoffschicht wieder entfernt werden kann, was zu einer entgegengesetzten Veränderung des Photostroms führt.
Wenn die Veränderung der bestrahlten Oberfläche nicht nur beobachtet, sondern durch Veränderungen der Restgasatmosphäre sofort auf die weitere Änderung des Kontaminationsgrades der Oberfläche Einfluss genommen wird, kann somit auf einfache Weise die Kontaminationsrate und auch der Abbau der Kontaminationsschicht gesteuert werden. Während der erste Schwellenwert Si zu Beginn der Bestrahlung nach dem Abklingen von Einschwingeffekten gewonnen wird und charakteristisch für den anfänglichen Ist-Zustand der bestrahlten Oberfläche ist, werden der oder die zweiten Schwellenwerte S2,i vorgegeben und hängen nicht nur vom Aufbau des reflektierenden Schichtsystems, d.h. dessen Material und Dickenaufbaus, sondern stark von der anfänglichen Zusammensetzung der Restgasatmosphäre sowie der EUV-Intensität ab. Unter dem Abklingen von Einschwingeffekten wird insbesondere die Desorption der typischerweise vorhandenen Wasserschicht auf der Oberfläche des optischen Elements verstanden, die zu Beginn der Bestrahlung zu einem hohen Photostrom führt, der mit Abnahme der Wasserschicht entsprechend zurückgeht. Dieser Vorgang dauert einige Minuten, wobei ein Zeitraum von bis zu 20 min, vorzugsweise von bis zu 5 min, benötigt wird, bis sich der Photostrom stabilisiert hat.
Der oder die zweiten Schwellenwerte S2,i müssen zuvor aus Kalibrationsmessungen gewonnen werden. Dabei sind auch die Anforderungen der Bestrahlungsanwendung zu berücksichtigen, z.B. dass bei der Lithographie die Kontamination und damit die Reflektivität nur innerhalb bestimmter Grenzen schwanken sollte.
Die Schwellen Si und S2,i werden vorzugsweise aus dem Photostrom einer sauberen, nicht oxidierten Oberfläche unter Betriebsbedingungen, d.h. nach dem Abklingen von Einschwingeffekten, bestimmt. Hierbei entspricht Si dem Photostrom der sauberen Oberfläche und S2,i entspricht dem Photostrom, der einer gewünschten Kohlenstoffdicke entspricht.
Bei der Auswertung der Photoemissionsmessung kann unter Umständen das zeitlich exponentielle Abklingen des entsprechenden Stromsignals eine Rolle spielen, wenn die Zeitkonstante des Abfalls geringer als sie Periodendauer T der Strahlungsquelle ist. Synchrotronstrahlung hat Pulsfrequenzen im oberen Megahertzbereich, so dass sich aufgrund der zeitlichen Trägheit der Photostrommessung ein konstanter Strom messen lässt. Gepulste Laser haben dagegen Frequenzen im unteren Kilohertzbereich, so dass mit der Zeitkonstante des Photoemissionsprozesses ein sägezahnförmiger Strom gemessen wird. Um den Einfluss der Periodendauer der Strahlungsquelle zu umgehen, wird vorzugsweise das Photoemissionssignal in das gemittelte Zeitintegral ϊ des entsprechenden Photostromes umgerechnet:
I Strom mit T2-T1 » T T: Periodendauer
Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn das zeitlich gemittelte Stromintegral für jede einzelne bestrahlte optische Fläche auf die einfallende
T: Periodendauer i= 1 , 2, ..., n. n: Anzahl der bestrahlten optischen Flächen.
Wenn von Photostrom gesprochen wird, ist vorzugsweise ϊ n0rm gemeint.
In karbonisierender Umgebung wird der Photostrom vorzugsweise zur Regelung des Sauerstoffpartialdruckes oder des Partialdruckes sauerstoffhaltiger Gase eingesetzt.
In oxidierender Umgebung wird der Photostrom vorzugsweise zur Regelung des Partialdruckes kohlenwasserstoffhaltiger Gase eingesetzt.
Vorzugsweise werden die Schwellenwerte des Photostroms aus dem Bereich zwischen dem minimalen Photostrom Imin und dem maximalen Photostrom lmaχ gewählt, die dann auftreten, wenn das Minimum und das Maximum der elektrischen Feldintensität der sich bei Reflexion der eingestrahlten Betriebswellenlänge im Vielschichtsystem ausbildenden stehenden Welle in der freien Grenzfläche des Vielschichtsystems liegen. Hierbei ist darauf zu achten, dass sich die freie Grenzfläche des Vielschichtsystems entweder nur im Bereich der abfallenden Flanke oder der ansteigenden Flanke der stehenden Welle der elektrischen Feldintensität bewegt. Wenn die freie Grenzfläche während der Bestrahlung die Extremwerte der stehenden Welle durchlaufen würde, könnte keine sinnvolle Regelung der Restgaszusammensetzung gewährleistet werden. Ob sich die freie Grenzfläche zu Beginn der Bestrahlung in der fallenden oder der ansteigenden Flanke befindet, wird durch das Design des Vielschichtsystems bestimmt. Besonders bevorzugt wird bei einem Vielschichtsystem mit einer Ru-Deckschicht dessen Design so gewählt, dass sich die freie Grenzfläche der Deckschicht beim Aufwachsen von Kohlenstoff in der fallenden Flanke der stehenden Welle der elektrischen Feldintensität befindet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden folgende Schritte durchgeführt:
a) Messen eines ersten Wertes des Photostroms zu Beginn der EUV-Bestrahlung nach dem Abklingen von Einschwingeffekten und Speichern dieses Wertes als ersten Schwellenwert Sx,
b) Vorgabe mindestens eines zweiten Schwellenwertes S2,i für den Photostrom mit i = 1 , 2, 3, ..., wobei Sι>S2,i oder Sι<S2,i ist;
c) Messen des Photostroms während der laufenden EUV- Bestrahlung;
d) Regulieren der Gaszusammensetzung während der Bestrahlung in Abhängigkeit vom gemessenen Photostrom, indem vor oder bei Erreichen oder Überschreiten des zweiten Schwellenwertes S2,ι dem geschlossenen System mindestens ein Gas zugeführt wird und anschließend, vor oder bei Erreichen oder Überschreiten des ersten Schwellenwertes Si die Zufuhr des Gases zumindest gedrosselt wird.
Das zugeführte Gas ist in diesem Fall vorzugsweise ein oxidierendes Gas. Wenn Sι>S2i gewählt wird, befindet sich die freie Grenzfläche in der abfallenden Flanke der stehenden Welle der elektrischen Feldintensität. Wenn Sι<S2i gewählt wird, befindet sich die freie Grenzfläche in der ansteigenden Flanke.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden folgende Schritte durchgeführt:
a) Messen eines ersten Wertes des Photostroms zu Beginn der EUV-Bestrahlung nach dem Abklingen von Einschwingeffekten und Speichern dieses Wertes als ersten Schwellenwert Si;
b) Vorgabe mindestens eines zweiten Schwellenwertes S2,i für den Photostrom mit i = 1 , 2, 3, ..., wobei Sι>S2,ι oder Sι<S2,i ist;
c) Messen des Photostroms während der laufenden EUV- Bestrahlung;
d) Regulieren der Gaszusammensetzung während der Bestrahlung in Abhängigkeit vom gemessenen Photostrom, indem vor oder bei Erreichen oder bei Überschreitung des ersten Schwellenwertes Si dem geschlossenen System mindestens ein Gas zugeführt wird und anschließend vor oder bei Erreichen oder Überschreitung des zweiten Schwellenwertes S2,ι die Zufuhr dieses Gases zumindest gedrosselt wird.
Das zugeführte Gas ist in diesem Fall vorzugsweise ein karbonisierendes Gas. Wenn Sι>S2i gewählt wird, befindet sich die freie Grenzfläche in der abfallenden Flanke der stehenden Welle der elektrischen Feldintensität. Wenn Sι<S2ι gewählt wird, befindet sich die freie Grenzfläche in der ansteigenden Flanke.
Beide vorgenannten Verfahrensvarianten können auch miteinander kombiniert werden, wobei die betreffenden Gase in Abhängigkeit der Schwellenwerte im Wechsel zugeführt und gedrosselt werden.
Diese Verfahren können zu einer abklingenden Photostromkurve oder zu einer oszillierenden Photostromkurve führen, was nachfolgend noch beschrieben wird. Welches Gas in welcher Menge geregelt zugeführt wird, hängt zum einen von der Restgaszusammensetzung, andererseits von der Art und Stärke einer bereits vorliegenden Kontamination und weiterhin vom gemessenen Photoemissionssignal ab.
Es kann sich dabei um ein Gas handeln, das bereits in der Restgasatmosphäre enthalten ist, dessen Anteil aber zu gering ist, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Bei den möglichen Effekten handelt es sich entweder um die Verhinderung von Oxidation oder die definierte Einstellung der gewünschten Kohlenstoffbelegung.
Die Veränderung des Verhältnisses der Restgasbestandteile kann durch Zugabe von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff, Wasser, Sauerstoff oder Stickstoff erfolgen.
Es kann aber auch ein Gas zugegeben werden, das vorher noch nicht in der Restgasatmosphäre vorhanden war.
Bevorzugt ist die Zugabe eines Inertgases wie von SF6, He, Ne, Ar, Kr, Xe. Solche Gase beeinflussen die Wirksamkeit bzw. die Reaktionsgeschwindigkeit karbonisierender bzw. oxidierender Gase.
Um eine oxidierende Restgasumgebung in eine Karbonisierende zu überführen, ist die Zugabe von Kohlenwasserstoffen vorgesehen, vorzugsweise von Alkanen, Alkenen, Alkinen, Alkoholen, Ketonen, Aldehyden und anderen Kohlenwasserstoffen.
Zur Feineinstellung des Gleichgewichts für den Grenzfall zwischen karbonisierender und oxidierender Umgebung ist die Zugabe sauerstoffhaltiger Gase vorgesehen, vorzugsweise von Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Wasserstoffperoxid, Hydrazin, N20, NO, N02, S02 und anderer sauerstoffhaltiger Gase.
Zum aggressiven Abtrag starker Kohlenstoffbelegung ist die kurzzeitige Anwendung halogen- und wasserstoffhaltiger Verbindungen vorgesehen, vorzugsweise von F, Cl, Br, I, Chlormethan, Dichlormethan, Trichlormethan, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrafluorkohlenstoff, Fluormethan, Difluormethan, Ammoniak, Phosphin, Antimonwasserstoff, Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Jodwasserstoff, Borfluorid, Diboran, Stickstofftrifluorid, Schwefelwasserstoff, Selenwasserstoff, Tellurwasserstoff und anderer halogen-/wasserstoffhaltiger Gase, oder einer Kombination aus zwei oder mehr dieser Gase.
Die Zufuhr der Gase kann vorzugsweise stufenlos erfolgen. So können die Ventile der Gaszuführung kontinuierlich geöffnet und bei Annäherung des Photostroms an einen Schwellenwert auch wieder kontinuierlich geschlossen werden.
Zur Prozessunterstützung werden die Partialdrücke obiger Gase über den Photostrom geregelt. Vorzugsweise wird der Photostrom zur Regelung des Partialdrucks sauerstoffhaltiger Gase eingesetzt.
Indem die Zusammensetzung der Restgasatmosphäre durch die Veränderung des Sauerstoffpartialdrucks modifiziert wird, wird entweder der Oxidationsprozess oder der Ablagerungsprozess von Kohlenstoff bevorzugt. Der Sauerstoffpartialdruck wird durch die Zugabe entweder von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen verändert. Durch die Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks wird das Gleichgewicht zur Oxidation hin verändert, die die kohlenstoffhaltigen Ablagerungen abbaut. Da die Anzahl der austretenden Sekundärelektronen sehr empfindlich auf die Verschiebung der freien Grenzfläche reagiert, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren schon auf Kontaminationsschichten im Angström- bis Nanometerbereich reagiert werden und die Kontamination während der Bestrahlung effizient minimal gehalten werden.
Der Sauerstoffpartialdruck wird vorzugsweise im Bereich von 10"12 - 102 mbar besonders bevorzugt im Bereich von 10"9 - 103 mbar, insbesondere im Bereich von 10-8 bis 10'5 mbar geregelt.
Bei den Schwellenwerten handelt es sich im einfachsten Fall um Maximalwerte des Photostroms, die einem gerade noch tolerierbaren Grad an Oxidation entsprechen. Wird ein Maximalwert überschritten, so muss die Restgaszusammensetzung so geändert werden, dass jegliche weitere Oxidation sofort unterbunden wird.
Ein weiteres Beispiel für Schwellenwerte sind Minimalwerte des Photostroms, die einer gerade noch tolerierbaren Bedeckung mit Kohlenstoff entsprechen. Wird ein Minimalwert unterschritten, so muss die Restgaszusammensetzung so geändert werden, dass jegliche weitere Ablagerung von Kohlenstoff sofort unterbunden wird.
Als sinnvolle Schwellenwerte sind aber auch Zwischenwerte denkbar, die sich ergeben, wenn man den anfänglichen Verlauf der elektrischen Feldintensität an der freien Grenzfläche berücksichtigt. Weiterhin ist es sinnvoll, den zeitlichen Verlauf der Photostromkurve in deren mathematische 1. und höhere Ableitungen umzurechnen. Gemäß der gewünschten Betriebsbedingungen können dann auch in bezug auf diese Ableitungen der Photostromkurve Schwellenwerte eingeführt werden.
Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn man die Gaszufuhr unmittelbar vor einem Maximum oder Minimum der Intensität der Photoemission an- oder abschalten will, da sich die entsprechende Steigungsänderung genauer ermitteln lässt als das bevorstehende Durchlaufen eines Extremums. Beispielsweise lässt sich dadurch wirkungsvoll das ungewollte Oxidieren der Spiegeloberfläche selbst verhindern, d.h. nach dem Entfernen der Kohlenstoffkontamination.
Denkbar wäre auch die Überwachung der zweiten oder einer höheren Ableitung oder einer anderen Funktion der Intensität der Photoelektronen, z.B. Integration.
Um ein Konvergieren auf einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, bei dem sich insbesondere Oxidation und Ablagerung von kohlenstoffhaltigen Stoffen in ihrer Wirkung aufheben, der Kontaminationsgrad also bei einem möglichst geringen Wert konstant bleibt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die zweiten Schwellenwerte S2,i auf den ersten Schwellenwert Si zulaufen zu lassen. Vorzugsweise werden mehrere zweite Schwellenwert S≥ vorgegeben, wobei | S2,ι+ι-Sι I < I S2,rSι I oder I S2lι+rS2,i I < I S2lrS2,n I mit i = 1 , 2, 3,..
Das Verfahren kann weiter verbessert werden, wenn vor der EUV- Bestrahlung die Lage des nächstgelegenen Minimums und /oder Wendepunktes und/oder des Maximums (Kurvenlage) der elektrischen Feldintensität der sich bei Reflexion der eingestrahlten Betriebswellenlänge im Vielschichtsystem ausbildenden stehenden Welle bezüglich der freien Grenzfläche des Vielschichtsystems bestimmt wird, und in Abhängigkeit davon der zweite Schwellenwert S2jι bezüglich des ersten Schwellenwertes Si entsprechend als unterer oder als oberer Schwellenwert festgelegt wird.
Es hat sich gezeigt, dass es einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Feldintensität der sich je nach Vielschichtdesign einstellenden stehenden Welle an der freien Grenzfläche des optischen Elements und der Kontamination dieser freien Grenzfläche gibt. Es hat sich auch gezeigt, dass dann, wenn die elektrische Feldintensität der sich einstellenden stehenden Welle an der freien Grenzfläche minimal ist, die Emission der aus der Grenzflächenschicht austretenden Photoelektronen ebenfalls minimal ist. Wenn die elektrische Feldintensität an der freien Grenzfläche hingegen maximal ist, ist auch der Photostrom maximal.
Bei geringer oder keiner Photoemission wird die Aufspaltung der auf den Oberflächen aus dem Restgas in einem dynamischen Gleichgewicht angelagerten Restgasmoleküle, wie Kohlenwasserstoffoder Wassermoleküle, weitgehend unterbunden, was ansonsten eine Kontamination der freien Grenzfläche bewirken könnte. In sauerstoffhaltiger Restgasatmosphäre kann vermittels Photostromregelkreis das dynamische Gleichgewicht in der Art verschoben werden, dass trotz Photoemission weder Oxidation noch Akkumulation von Kohlenstoff auftritt.
Die Kurvenlage des nicht kontaminierten Vielschichtsystems bestimmt den anfänglichen Verlauf der Photostromkurve während des Betriebs, d.h. während der Kontamination der Oberfläche des optischen Elementes. Das Aufwachsen einer Kohlenstoffschicht bewirkt zum einen eine Veränderung der Kurvenlage, zum anderen bewirkt die Anlagerung des Materials Kohlenstoff, dass die Photokonversionseffizienz zurückgeht. Die Überlagerung beider Effekte führt entweder zu einer mehr oder weniger starken Zu- oder Abnahme des Photostroms.
Dementsprechend sind die zweiten Schwellenwerte S2,i als untere oder als obere Schwellenwerte zu wählen.
Vorzugsweise wird der obere Schwellenwert S2,i kleiner oder gleich dem maximalen Photostrom ϊmax gewählt, bei dem die freie Grenzfläche im Maximum der elektrischen Feldintensität der stehenden Welle liegt.
Der untere Schwellenwert S2,ι wird vorzugsweise größer oder gleich dem minimalen Photostrom ϊ min gewählt, bei dem die freie Grenzfläche im Minimum der elektrischen Feldintensität der stehenden Welle liegt. Vorzugsweise werden die Schwellenwerte S2 auf 80% bis 10% des Bereichs ϊ max - ϊ min eingestellt, besonders bevorzugt auf 50% - 20%.
Bei oxidationsempfindlichen Oberflächen muss eine Oxidation der Oberfläche vermieden werden, die in oxidierender Umgebung nicht zu verhindern ist. Es wird daher vorzugsweise vor der EUV-Bestrahlung eine karbonisierende Gaszusammensetzung eingestellt, die zu einer Kohlenstoffablagerung führt, die aber dank kontrollierter Restgaseinstellung (z.B. durch Zugabe mindestens eines sauerstoffhaltigen Gases) wieder abgebaut werden kann. Auch kann jeweils vor Erreichen des ersten Schwellenwertes Si wieder zur karbonisierenden Umgebung zurückgekehrt werden (z.B. durch Zugabe mindestens eines kohlenstoffhaltigen Gases).
Im Hinblick auf eine schnelle Reaktion an der bestrahlten Oberfläche auf die sich ändernde Restgaszusammensetzung wird vorteilhafterweise das Gas möglichst in Oberflächennähe, d.h. in der Nähe des optischen Elementes, zugeführt. Außerdem wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Regelung der Kontamination auf der Oberfläche mindestens eines optischen Elements mit einer Detektiereinrichtung für von dem optischen Element emittierten Photoelektronen, mit einer an die Detektiereinrichtung angeschlossenen Auswerteeinheit und mit einer Steuereinrichtung gelöst, die an die Auswerteeinheit und an eine Gaszuführungseinrichtung angeschlossen ist, wobei die Auswerteeinheit zum Vergleichen des gemessenen Photostroms mit mindestens zwei gespeicherten Schwellenwerten des Photostroms sowie zum Abgeben von schwellenwertabhängigen Signalen an die Steuereinrichtung ausgebildet ist.
Eine erfindungsgemäße EUV-Lithographievorrichtung mit optischen Elementen, wobei in der Nähe mindestens eines der optischen Elemente eine Detektiereinrichtung für Photoelektronen angebracht ist, die mit einer Auswerteeinheit wirkverbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Auswerteeinheit eine Steuereinheit angeschlossen ist, die mit mindestens einer Gaszuführeinrichtung wirkverbunden ist, wobei die Auswerteeinheit zum Vergleichen des gemessenen Photostroms mit mindestens zwei gespeicherten Schwellenwerten des Photostroms sowie zum Abgeben von schwellwertabhängigen Signalen an die Steuereinrichtung ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. ihre Ausprägung als EUV- Lithographiegerät sind für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Mit der Detektiereinrichtung wird die Photoemissionsmessung vorgenommen. Diese Daten werden in der Auswerteeinheit vorzugsweise in deren zeitlichen Verlauf (oder deren Ableitungen, Integrale oder andere geeignete Funktionen) umgerechnet und mit Schwellenwerten verglichen. Die daraus resultierende Information wird an die Steuereinheit weitergegeben, die daraufhin die Gaszuführeinrichtung steuert.
Vorzugsweise umfasst die Detektiereinrichtung einen über der Oberfläche des optischen Elementes angeordneten Nachweisring oder ein Nachweisnetz, das derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass es die einfallende EUV-Strahlung nicht oder nur gering beeinträchtigt. Der Photostrom kann aber auch über jegliche in der Nähe befindliche Metalloberfläche abgeführt werden. Dies kann eine Platte oder auch die Vakuumkammerwand sein.
Der offene Durchmesser der Detektiereinrichtung kann beispielsweise so groß gewählt werden, dass die EUV-Strahlung ungehindert hindurchtreten kann, andererseits aber die Photoelektronen noch zuverlässig gemessen werden können.
Die Gaszuführeinrichtung weist vorzugsweise mindestens eine Gaszuleitung auf, die vorteilhafterweise benachbart zur Oberfläche des optischen Elementes angeordnet ist. Durch eine benachbarte Anordnung wird die Reaktionszeit, bis das zugeführte Gas wirkt, deutlich verkürzt.
In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Vorrichtung und das EUV-Lithographiegerät ein Massenspektrometer auf, das seine Messsignale ebenfalls an die Auswerteeinheit weitergibt. Dieses Massenspektrometer dient dazu, vor oder zu Beginn der Bestrahlung die Restgaszusammensetzung zu messen bzw. während der Bestrahlung parallel zur Messung der Photoemission die Gaszusammensetzung bzw. deren Partialdrücke zu messen.
Weiterhin ist mindestens eine Messeinrichtung für den Gesamtdruck vorgesehen.
Vorteilhafterweise sind die Auswerte- und die Steuereinheit zu einer Regeleinheit zusammengefasst. Diese kann als analoge oder digitale Schaltung, auch in Form eines integrierten Schaltkreises ausgebildet sein. Es kann auch ein mit entsprechenden Datennahme- und Steuerkarten ausgerüsteter Rechner sein.
Um den Photostrom zu normieren sind vorzugsweise noch eine oder mehrere (z.B. an jedem Spiegel) Einrichtungen zur Messung der EUV- Intensität vorgesehen. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Reinigung von mit Kohlenstoff kontaminierten Oberflächen von optischen Elementen durch Bestrahlung mit EUV-Strahlung gelöst, das sich dadurch auszeichnet, dass während der Bestrahlung der zu reinigenden Oberfläche erzeugte Photostrom gemessen wird und als Stopppunkt des Einlassens von Gasen der Zeitpunkt gewählt wird, an dem der Photostrom vorgegebene Schwellenwerte über- bzw. unterschreitet. Diese Schwellenwerte sind die oben genannten Schwellenwerte Si, S2 .
Bei Oberflächen, die bereits stark mit Kohlenstoff kontaminiert sind, bietet es sich an, eine Reinigung unter EUV-Bestrahlung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre durchzuführen, um die Kontamination zu entfernen. Um den Reinigungsprozess rechtzeitig zu stoppen, bevor die Oberfläche selbst angegriffen wird, d.h. ein sogenanntes Overetching zu verhindern, werden während des Reinigungsprozesses austretende Photoelektronen detektiert.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen weiter erläutert werden. Dazu zeigen
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 2a-d schematische Darstellung eines optischen Elementes und die dazugehörige elektrische Feldintensität,
Fign. 3-6 geregelte Photostromkurven für ein optisches Element mit einer oxidationsresistenten Oberfläche für vier verschiedene Kurvenlagen der elektrischen Feldintensität,
Fign. 7-10 geregelte Photostromkurven für ein optisches Element mit einer oxidationsempfindlichen Kohlenstoffoberfläche für vier verschiedene Kurvenlagen der elektrischen Feldintensität, Fign. 11-14 geregelte Photostromkurven für ein optisches Element mit einer sehr oxidationsempfindlichen Si-Oberfläche für vier verschiedene Kurvenlagen der elektrischen Feldintensität.
Die Vorrichtung 1 weist eine Vakuumkammer 3 auf, in der ein optisches Element 2, z.B. ein Spiegel mit einem Viellagensystem oder eine optische Maske, angeordnet ist, das mit EUV-Strahlung ausgeleuchtet wird. Oberhalb des optischen Elements 2 ist zur Detektion der Photoelektronen ein Nachweisring oder auch Nachweisgitter 41 angeordnet, das für die EUV-Strahlung im wesentlichen transparent ist. Damit die Photoelektronen von dem Ring 41 angezogen werden, ist über eine Spannungsquelle 43 zwischen dem optischen Element 2 und dem Ring 41 eine Spannung von einigen Volt (0 bis 100 V) angelegt. Trifft ein Photoelektron den Ring 41 , fließt ein Strom, der mit Hilfe des Amperemeters 42 gemessen wird. In der Auswerteeinheit 5, die z.B. als analoge oder digitale Schaltung, aber auch als integrierter Schaltkreis ausgebildet sein kann oder mit der Steuereinheit 6 zu einer Regeleinheit beispielsweise in Form eines Rechners zusammengefasst sein kann, wird das Stromsignal ausgewertet, indem es beispielsweise über die Zeit integriert wird und mit vorgegebenen und gespeicherten Schwellenwerten verglichen wird. Die Information, welcher Schwellenwert gerade über- oder unterschritten wird, wird an die Steuereinheit 6 weitergegeben, die daraufhin das Ventil 72 der Gaszuleitung 71 öffnet oder schließt. Die Gaszuleitung 71 mündet in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des optischen Elements 2, damit das Gleichgewicht zwischen dem Ablagerungs- und dem Oxidationsprozess von Kohlenstoff mit möglichst wenig Verzögerung verändert werden kann.
Vor Beginn der Bestrahlung wird mit einem Massenspektrometer oder Restgasanalysator 8 der anfängliche Partialdruck der Restgasbestandteile gemessen und an die Auswerteeinheit 5 weitergegeben. Anhand dieser Daten wird der passende Schwellenwertsatz ausgewählt. Auch während der Bestrahlung wird parallel zum Photostrom mit dem Massenspektrometer 8 das gesamte Restgasspektrum weiterhin gemessen. Mit dieser zusätzlichen Information kann u.a. kontrolliert werden, ob nach wie vor der passende Schwellenwertsatz der Auswertung zugrunde gelegt wird.
Bei entsprechend umfangreicher Kalibrierung und eventuell unter Einbeziehung der aktuellen Restgaspartialdrücke, kann auch die Regelung der Gaszufuhr dahingehend verfeinert werden, dass das Ventil 72 nicht nur geöffnet oder geschlossen wird, sondern auch Zwischenstufen eingestellt werden. Hierzu werden vorzugsweise stufenlos einstellbare Ventile verwendet. Zur homogeneren Verteilung des oder der zugeführten Gases/Gase sollten mehrere Gaszuleitungen 71 um die Fläche angeordnet sein. In diesem Fall kann auch gesteuert werden, welche Gaszuleitung dosiert geöffnet wird und welche nicht. Ferner ist noch eine Einrichtung 7 zur Messung der EUV-Intensität an die Auswerteeinheit 5 angeschlossen.
Einzelne oder sämtliche beschriebenen Komponenten können auch mehrfach in der Vakuumkammer 3 vorhanden sein.
In den Fig. 2a-d ist ein optisches Element dargestellt, das auf einem Substrat 11 ein Vielschichtsystem 10 aufweist. Zusätzlich ist die elektrische Feldintensität I für unterschiedliche Fälle 1 , 2, 3, 4 eingezeichnet.
Im Fall 1 liegt die freie Grenzfläche 100 des Vielschichtsystems 10 zwischen einem Wendepunkt und der vom Vielschichtsystem weg ansteigenden Flanke der elektrischen Feldintensität.
Im Fall 2 liegt die freie Grenzfläche 100 des Vielschichtsystems 10 zwischen einem relativen Maximum und dem Wendepunkt auf der vom Vielschichtsystem weg abfallenden Flanke der elektrischen Feldintensität.
Im Fall 3 liegt die freie Grenzfläche 100 des Vielschichtsystems 10 zwischen einem Wendepunkt und der vom Vielschichtsystem weg abfallenden Flanke der elektrischen Feldintensität. Im Fall 4 liegt die freie Grenzfläche 100 des Vielschichtsystems 10 zwischen einem relativen Minimum und dem Wendepunkt auf der vom Vielschichtsystem weg ansteigenden Flanke der elektrischen Feldintensität.
Mit 20 wird die durch Kontamination aufgewachsene Kohlenstoffschicht bezeichnet, deren freie Grenzfläche mit dem Bezugszeichen 101 gekennzeichnet ist.
Es ist in den Fig. 2a-d deutlich zu sehen, wie sich durch die aufwachsende Kohlenstoffschicht 20 die Kurvenlage der elektrischen Feldintensität im Verhältnis zur freien Grenzfläche 101 verändert.
Die nachfolgenden Figuren 3-14 zeigen den Photostrom für verschiedene Vielschichtsysteme für anfänglich nichtkontaminierte, freie Grenzflächen 100 in den Fällen 1 , 2, 3 und 4.
In erster Näherung entspricht der zeitliche Verlauf des Photostroms dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Feldintensität an der freien Grenzfläche. Die Berücksichtigung der Austrittstiefe von Photoelektronen führt in einer weiteren Näherung zur Addition eines konstanten Untergrundes zur Photostromcharakteristik. Höhere Näherungen sind möglich.
Die Photostromkurven der Fign. 3 bis 6 repräsentieren die Fälle 1 bis 4 an einem Vielschichtsystem mit einer oxidationsunempfindlichen Oberflächenschicht aus Ruthenium. Das Vielschichtsystem kann beispielsweise folgenden Schichtaufbau aufweisen:
Ru(1 nm)/Mo(1 nm)/Si(1.9nm)/Mo(2.85nm)/37x[Si(4.1 nm)/Mo(2.85nm)]/ Substrat
Die Fig. 3 bezieht sich auf den Fall 1 in der Fig. 2a. Im Fall 1 befindet sich die freie Grenzfläche 100 in einem Wendepunkt der elektrischen Feldintensität, was bedeutet, dass der Photostrom einen mittleren Wert Si aufweist. Mit zunehmendem Aufwachsen von Kohlenstoff steigt die Kurve der elektrischen Feldintensität an, was mit einer Zunahme des Photostroms einhergeht. Das Aufwachsen des Materials Kohlenstoff bewirkt zwar eine Abnahme der Anzahl der Photoelektronen, allerdings überwiegt die Zunahme der Photoelektronen durch das Herauswachsen der freien Grenzfläche in Richtung Maximum der elektrischen Feldintensität, in dem die Photoemission am größten ist.
Da die Lage der freien Grenzfläche in Bezug auf die Photoemission im Vergleich zu den Materialeigenschaften die dominierende Größe darstellt, nimmt insgesamt die Photostromkurve zu, bis der zweite Schwellenwert S2,ι erreicht ist. Durch eine geeignete Sauerstoffzufuhr schwingt diese Kurve wieder zum Schwellenwert Si zurück (s. Fig. 3). Die Sauerstoffzufuhr wird gedrosselt und schließlich vollständig abgestellt, was wiederum zu einem Aufwachsen des Kohlenstoffs führt. Beim Erreichen des zweiten Schwellenwertes S2,2, der kleiner S2,ι ist, wird wiederum Sauerstoff eingeleitet usw.
Im Fall 3 befindet sich die freie Grenzfläche 100 zu Beginn ebenfalls in einem Wendepunkt, allerdings bewegt sich die freie Grenzfläche 101 durch das Aufwachsen des Kohlenstoffs in Richtung Wellenknoten, d.h. in Richtung Minimum der elektrischen Feldintensität, was mit einer Abnahme des Photostroms verbunden ist. Diese Abnahme wird durch die durch das Material Kohlenstoff bewirkte Abnahme der Photoemission verstärkt, was zu dem in Fig. 5 gezeigten Kurvenverlauf führt.
Im Fall 4 (siehe Fig. 6) befindet sich der Wellenknoten bzw. das Minimum der elektrischen Feldintensität unmittelbar auf der Oberfläche, was bedeutet, dass der Photostrom gering ist. Wenn nun ein Aufwachsen der Kohlenstoffschicht erfolgt, dann nimmt der Photostrom zu, und zwar deswegen, weil die Oberfläche aus der Knotenlage herauswandert. Das Aufwachsen des Materials Kohlenstoff bewirkt zwar eine Reduktion der Photokonversionseffizienz, allerdings überwiegt der Anstieg des Photostromes aufgrund des Herauswachsens aus der Knotenlage. Dies führt im Ergebnis zu einer ansteigenden Photostromkurve. Bei Erreichen des Schwellenwertes S2,ι wird Sauerstoff oder Sauerstoff haltiges Gas in das geschlossene System eingeleitet, was zu einer Oxidation und somit zu einem Abtragen der Kohlenstoffschicht führt. Dies führt zu einer Abnahme der Photostromkurve, was aufgrund verringerter Kohlenstoffschichtdicke durch die Annäherung der freien Grenzfläche an die Knotenlage bedingt ist. Wenn der Ausgangszustand einer kohlenstofffreien Oberfläche erreicht wird, was dem unteren Schwellenwert Si entspricht, soll keine weitere Oxidation stattfinden und die Sauerstoffzufuhr wird dementsprechend heruntergeregelt. Dieser Vorgang wiederholt sich, wobei die zweiten Schwellenwerte S2ι2, S2ι3, S2,4, S2,5 jeweils niedriger als der vorhergehende zweite Schwellenwert gelegt werden, so dass im Verlauf der Zeit eine Annäherung an den Schwellenwert Si stattfindet und somit der Regelbereich minimiert werden kann.
Im Fall 2 befindet sich die freie Grenzfläche 100 des Vielschichtsystems im Maximum der Kurve der elektrischen Feldintensität der stehenden Welle. In diesem Fall ist die Photoemission aufgrund der Kurvenlage deutlich höher als im Fall 4. In der Fig. 4 liegt der erste Schwellenwert Si bei ca. 180 nA. Durch das Aufwachsen der Kohlenstoffschicht wandert die Oberfläche aus dieser Position heraus, was mit einer Abnahme des Photostroms verbunden ist. Das Anwachsen der Kohlenstoffschicht äußert sich ebenfalls in einer Verringerung der Photoemission, was in der Summe zu einem starken Abnehmen der Photostromkurve führt. Die Kurve nimmt so lange ab, bis der Grenzwert S2,ι erreicht ist. Vorher oder bei Erreichen oder bei Überschreiten dieses Grenzwertes wird die geeignete Sauerstoffzufuhr in Gang gesetzt, was zu einem Abbau der Kohlenstoffschicht führt. Die Photostromkurve schwingt daher wieder zum Ausgangswert Si zurück. Dieser Vorgang setzt sich ebenfalls periodisch fort, wobei die zweiten Schwellenwerte S2ι2, S ,3 usw. jeweils höher angesetzt werden, so dass mit zunehmender Zeitdauer sich die Grenzwerte dem ersten Grenzwert Si nähern. Der Kurvenverlauf der Photoströme hängt entscheidend davon ab, ob man sich bezüglich der elektrischen Feldintensitäten am Punkt mit großer oder geringer Anfangssteigung befindet. In den Fällen 1 und 3 befindet man sich bezüglich der elektrischen Feldintensität der stehenden Welle in einer großen Anfangssteigung, was eine schnellere Rückkopplung und somit eine große Oszillationsfrequenz bewirkt. Das Material Kohlenstoff bewirkt aber generell eine Reduktion des Photostromes aufgrund seiner geringen Photokonversionseffizienz. In den Fällen 2 und 4 befindet man sich in einer kleinen Anfangssteigung, so dass hier langsamere Rückkopplung des Regelkreises vorliegt.
In den Fign. 7 bis 10 sind die Photostromkurven für ein optisches Element mit einer oxidationsempfindlichen Kohlenstoffdeckschicht (z.B. C-Caplayer 1 nm) dargestellt. Die vier Kurven beziehen sich ebenfalls auf die Fälle 1 bis 4 in den Fign. 2a-d.
Im Fall 1 , der in Fig. 7 dargestellt ist, befindet sich die freie Grenzfläche 101 der Kohlenstoffdeckschicht im Wendepunkt der Kurve der elektrischen Feldintensität der stehenden Welle. Mit zunehmendem Anwachsen des Kohlenstoffs stellt sich ein Kurvenverlauf entsprechend der Fig. 3 ein, wobei allerdings beim Einreichen des zweiten Schwellenwertes S2,i die Sauerstoff zugäbe nur dosiert erfolgen kann, damit eine vollständige Oxidation der Deckschicht vermieden wird, die in der vorgesehenen Dicke von 1 nm erhalten werden soll.
Im Fall 2, der in der Fig. 8 dargestellt ist, befindet sich die freie Grenzfläche der Kohlenstoffdeckschicht im Maximum der Kurve der elektrischen Feldintensität der stehenden Welle. Durch das Anwachsen der Kohlenstoffschicht wandert die Oberfläche aus dieser Position heraus, was mit einer Abnahme des Photostroms verknüpft ist. Das Anwachsen des Materials Kohlenstoff äußert sich ebenfalls in einer Verringerung der Photoemission, was in der Summe zu einem starken Abnehmen der Photostromkurve führt. Die Kurve nimmt so lange ab, bis der Grenzwert S2,ι erreicht ist. Vorher oder bei Erreichen des Grenzwertes wird Sauerstoff zugeführt, was zu einem Abbau der Kohlenstoffschicht führt. Auch hierbei ist darauf zu achten, dass keine vollständige Oxidation der Kohlenstoffschicht auftritt. Die Fälle 3 und 4, die in den Fign. 9 und 10 dargestellt sind, entsprechen den in den Fign. 5, 6 dargestellten und beschriebenen Mechanismen.
Die Fälle 1 bis 4 zeigen alle keinen oszillierenden Photostrom, da der Regelkreis nur schwach rückkoppeln darf, damit die vollständige Oxidation des Kohlenstoffs vermieden wird.
Die Fign. 11 bis 14 betreffen ein Vielschichtsystem mit einer oxidationsempfindlichen Oberfläche, wie z.B. mit einer Siliziumschicht. Um eine Oxidation der Siliziumoberfläche zu vermeiden, wurde zunächst eine karbonisierende Restgasatmosphäre eingestellt. Die Sauerstoffzufuhr wird bei Erreichen des zweiten Schwellenwertes S2,ι eingeleitet und anschließend langsam gedrosselt, so dass der Schwellenwert Si nicht erreicht werden kann, was mit einem Beginn der Oxidation der Oberfläche gleichbedeutend wäre.
Die Photostromkurven gemäß der Fig. 11 - 14 zeigen jeweils einen asymptotischen Verlauf.
Es kann zur Schonung der Si-Oberfläche bereits vor Einreichen des Schwellenwertes Si eventuell kohlenstoffhaltiges Gas zugegeben werden. Der aufgewachsene Kohlenstoff wird anschließend durch die Zugabe von sauerstoffhaltigem Gas wieder abgetragen. Dies würde ebenfalls zu einem oszillierenden Kurvenverlauf des Photostroms führen.
Bezugszeichen
Vorrichtung optisches Element
Vakuumkammer
Auswerteeinheit
Steuereinheit
Einrichtung zur Messung der EUV-Intensität (ggf mehrfach lokal installiert)
Restgasanalysator
Vielschichtsystem
Substrat
Kohlenstoffschicht
Elektronenfänger
Amperemeter
Spannungsquelle
Gaszuleitung (ggf. mehrfach lokal installiert)
Ventil (ggf. mehrfach lokal installiert) freie Grenzfläche des Vielschichtsystems freie Grenzfläche der Kohlenstoffschicht

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vermeidung von Kontamination auf Oberflächen optischer, ein Vielschichtsystem aufweisender Elemente während ihrer Bestrahlung mit EUV-Strahlung bei Betriebswellenlänge in einem evakuierten, eine Restgasatmosphäre aufweisenden geschlossenen System, bei dem der durch Photoemission aus der bestrahlten Oberfläche des Vielschichtsystems erzeugte Photostrom gemessen wird, und der Photostrom zur Regelung der Gaszusammensetzung des Restgases eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszusammensetzung des Restgases in Abhängigkeit von mindestens einem unteren und einem oberen Schwellenwert des Photostroms verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwerte des Photostroms aus dem Bereich zwischen dem minimalen Photostrom lmin und dem maximalen Photostrom Ima gewählt werden, die dann auftreten, wenn das Minimum und das Maximum der elektrischen Feldintensität der sich bei Reflexion der eingestrahlten Betriebswellenlänge im Vielschichtsystem ausbildenden stehenden Welle in der freien Grenzfläche des Vielschichtsystems liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Messen eines ersten Wertes des Photostroms zu Beginn der EUV-Bestrahlung nach dem Abklingen von Einschwingeffekten und Speichern dieses Wertes als ersten Schwellenwert S^
b) Vorgabe mindestens eines zweiten Schwellenwertes S2ιi für den Photostrom mit i = 1 , 2, 3, ..., wobei Sι>S2 oder c) Messen des Photostroms während der laufenden EUV- Bestrahlung;
d) Regulieren der Gaszusammensetzung während der Bestrahlung in Abhängigkeit vom gemessenen Photostrom, indem vor oder bei Erreichen oder Überschreitung des zweiten Schwellenwertes S2,i dem geschlossenen System mindestens ein Gas zugeführt wird und anschließend vor oder bei Erreichen oder Überschreitung des ersten Schwellenwertes Si die Zufuhr dieses Gases zumindest gedrosselt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Messen eines ersten Wertes des Photostroms zu Beginn der EUV-Bestrahlung nach dem Abklingen von Einschwingeffekten und Speichern dieses Wertes als ersten Schwellenwert Si;
b) Vorgabe mindestens eines zweiten Schwellenwertes S2,i für den Photostrom mit i = 1 , 2, 3, ..., wobei Sι>S2,i oder
c) Messen des Photostroms während der laufenden EUV- Bestrahlung;
d) Regulieren der Gaszusammensetzung während der Bestrahlung in Abhängigkeit vom gemessenen Photostrom, indem vor oder bei Erreichen oder bei Überschreitung des ersten Schwellenwertes Si dem geschlossenen System mindestens ein Gas zugeführt wird und anschließend vor oder bei Erreichen oder Überschreitung des zweiten Schwellenwertes S2,ι die Zufuhr dieses Gases zumindest gedrosselt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas zugeführt wird, das in der Restgasatmosphäre bereits enthalten ist, wobei der Partialdruck dieses Gases verändert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas zugeführt wird, das in der Restgasatmosphäre vor der Zugabe nicht enthalten ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff, Wasser, Sauerstoff, Stickstoff, SF6, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Alkane, Alkene, Alkine, Alkohole, Ketone, Aldehyde und/oder andere Kohlenwasserstoffe, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Wasserstoffperoxid, Hydrazin, N20, NO, N02, S02 und/oder andere sauerstoffhaltige Gase, F, Cl, Br, I, Chlormethan, Dichlormethan, Trichlormethan, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrafluorkohlenstoff, Fluormethan, Difluormethan, Ammoniak, Phosphin, Antimonwasserstoff, Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Jodwasserstoff, Borfluorid, Diboran, Stickstofftrifluorid, Schwefelwasserstoff, Selenwasserstoff, Tellurwasserstoff und/oder andere halogen-/wasserstoffhaltige Gase zugeführt wird/werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zweite Schwellenwerte S ,i vorgegeben werden, wobei I S2,i+ Sι I < I S2 -Sι I oder
I S2,i+ι-S2|i | < | S2,rS2,i-ι I ist mit i= 1 , 2, 3, ...
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der EUV-Bestrahlung die Lage des nächstgelegenen Minimums und /oder Wendepunktes und/oder des Maximums (Kurvenlage) der elektrischen Feldintensität der sich bei Reflexion der eingestrahlten Betriebswellenlänge im Vielschichtsystem ausbildenden stehenden Welle bezüglich der freien Grenzfläche des Vielschichtsystems bestimmt wird und dass in Abhängigkeit der Kurvenlage der zweite Schwellenwert S2,i bezüglich des ersten Schwellenwertes Si als unterer oder als oberer Schwellenwert festgelegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem optischen Element mit einer oxidationsempfindlichen Oberfläche vor der EUV-Bestrahlung eine karbonisierte Gaszusammensetzung eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor Erreichen des ersten Schwellenwertes Si ein kohlenstoffhaltigen Gas zugeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Photoelektronen in das Zeitintegral des entsprechenden Stroms umgerechnet werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in Oberflächennähe des optischen Elementes zugeführt wird.
14. Vorrichtung zur Regelung der Kontamination auf der Oberfläche mindestens eines optischen Elementes während der Bestrahlung mittels EUV-Strahlung, mit einer Detektiereinrichtung (42, 42, 43) für von dem optischen Element emittierten Photoelektronen, mit einer an die Detektiereinrichtung angeschlossenen Auswerteeinheit (5) und mit einer Steuereinrichtung (6), die an die Auswerteeinheit und an eine Gaszuführeinrichtung (71 , 72) angeschlossen ist, wobei die Auswerteeinheit (5) zum Vergleichen des gemessenen Photostroms mit mindestens zwei gespeicherten Schwellenwerten des Photostroms sowie zum Abgeben von schwellwertabhängigen Signalen an die Steuereinrichtung (6) ausgebildet ist.
15. EUV-Lithographievorrichtung mit optischen Elementen (2), wobei in der Nähe mindestens eines der optischen Elemente (2) eine Detektiereinrichtung (41 , 42, 43) für Photoelektronen angebracht ist, die mit einer Auswerteeinheit (5) wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Auswerteeinheit (5) eine Steuereinheit (6) angeschlossen, die mit mindestens einer Gaszuführeinrichtung (71 , 72) wirkverbunden ist, wobei die Auswerteeinheit (5) zum Vergleichen des gemessenen Photostroms mit mindestens zwei gespeicherten Schwellenwerten des Photostroms sowie zum Abgeben von schwellwertabhängigen Signalen an die Steuereinrichtung (6) ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektiereinrichtung (41 , 42, 43) einen über der Oberfläche des optischen Elementes angeordneten Elektronenfänger, wie Nachweisring (41) oder Nachweisnetz, umfasst, der derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass er die einfallende EUV-Strahlung nicht beeinträchtigt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführeinrichtung mindestens eine Gaszuleitung (71 ) aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuleitung (71) benachbart zur Oberfläche des optischen Elementes (2) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an der Auswerteeinheit (5) ein Restgasanalysator (8) angeschlossen ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- (5) und die Steuereinheit (6) zu einer Regeleinheit zusammengefasst sind.
21. Verfahren zur Reinigung von mit Kohlenstoff kontaminierten Oberflächen von optischen Elementen durch Bestrahlung mit EUV-Strahlung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bestrahlung der durch Photoemission aus der zu reinigenden Oberfläche erzeugte Photostrom gemessen wird und dass bei Über- oder Unterschreiten von mindestens zwei vorgegebenen Schwellenwerten des Photostroms mindestens ein Gas zugeführt oder die Zuführung des mindestens einen Gases unterbrochen wird.
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