JP2005519333A - 光学要素上の汚染を防止し、クリーニングするためのデバイス、ｅｕｖリソグラフィーデバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、多層系の照射された表面からの発光により発生する光電流を測定することにより残留ガス雰囲気を含む真空化された閉じた系の中で信号波長での照射への光学要素の暴露の間、多層系を含む光学要素の表面上の汚染を防止するための方法に関する。光電流は、残留ガスのガス組成を調節するために用いられる。ガス組成は、光電流の少なくとも１つの下方および少なくとも１つの上方しきい値により変化する。本発明はまた、暴露の間少なくとも１つの光学要素の表面上の汚染を調節するためのデバイスおよびＥＵＶリソグラフィーデバイスおよび炭素により汚染される光学要素の表面をクリーニングするための方法にも関する。

Description

本発明は、請求項１の前文による光学要素の表面上の汚染を防止するための方法に関する。

本発明はさらに、少なくとも１つの光学要素の表面の汚染を防除するためのデバイスおよび光学要素を有するＥＵＶリソグラフィーデバイスであって、光電子および２次電子のための検出デバイスが光学要素の少なくとも１つにごく近接して設置され、評価ユニットと操作上リンク（operatively linked）されているところの各デバイスに関する。

本発明はさらに、制御された量の残留ガスを含む真空中での照射への暴露により光学要素の汚染された表面をクリーニングするための方法に関する。

多層系とは、特別のカバー層（キャップ層）を有する系を含むものであることが理解されるべきである。

電界強度は、ここでは、電界の強さの時間平均された平方として定義され、光電流は、照射により生じる光誘導電流として定義され、光電子放出は、照射により生じる、真空への電子の光誘導放出として定義され、光電子は、照射により真空に放出された光誘導電子として定義され、２次電子は、２次プロセスを介して遅延された電子として定義される。

超紫外域波長範囲（ＥＵＶ）、特に１１ｎｍないし１４ｎｍの波長のための光学要素、例えばフォトマスクまたは多層ミラーが、半導体部品のＥＵＶリソグラフィーにおいて用いられている。典型的なＥＵＶリソグラフィーデバイスは、８以上のミラーを有する。それにもかかわらず、作用照射の十分な全強度を達成するために、ミラーの反射率は、全強度が個々のミラーの反射率の積に比例するので、可能な限り高くなければならない。可能な程度まで、ミラーは、その全寿命にわたってこの高い反射率を保持するべきである。さらに、ミラーの表面全体の均質性が、ミラーの全寿命に渡って保持されなければならない。

ＥＵＶミラーおよびＥＵＶフォトマスクの反射率および寿命は特に、ＥＵＶ照射の下で炭素堆積物の形態の表面の汚染および表面の酸化により影響される。堆積物は、例えば、デバイス部品の一部からまたは照射されるウエーハーを被覆するフォトレジストからガスの形態で放出される炭素含有物質によるものである。酸化は、光電子放出によってＥＵＶ照射によりラジカルに分割される、残留ガス雰囲気中に存在する酸素含有分子により引き起こされる。光学要素の表面から放射される光電子は、汚染の蓄積をもたらす。というのは、光電子は、動的平衡にある表面に吸着される残留ガスの分子をフラグメントに分割し、そのフラグメントは次いで、表面上に恒久的に堆積するかまたは表面と反応するからである。

残留ガス雰囲気において、典型的には、水素、酸素、窒素、水蒸気、一酸化炭素および二酸化炭素が優位を占める。通例、ｍｂａｒ単位の分圧は以下の範囲にある。

分圧条件および入射ＥＵＶ強度に依存して、表面酸化のプロセスまたは表面上の炭素の堆積のプロセスのいずれかが優勢を占める。したがって、酸化性環境または炭化性環境のいずれかが言及される。

ドイツ特許公開公報ＤＥ４１０６８４１Ａ１は、光電子が表面を順次照射することにより放出され、電子収集デバイスにより検出される光電子放出による汚染の定量のための方法を開示する。光電流は、汚染物質層の厚さを推定するために用いられ得る。容量性電流（capacitive current）の効果を補償するために、第１の電子収集デバイスに近接し、表面から同じ距離で離間する第２の電子収集デバイスが提供される。電子収集デバイスにより検出される電流は、互いから減算されている。さらに、光電流の効果を補償するための手段が設けられている。

米国特許第６，００４，１８０号は、ブラウン管のカソードを形成する放電子部品のクリーニングに関する。ガス、例えば酸素を導入することは、カソード上の堆積物をガス状生成物に変換することを引き起こす。この文献は、ガスの取り込みの具体的な制御を記述していない。

日本特許公報ＪＰ６２０５１２２４Ａから、光電子を測定することによりＵＶ光で補助された酸化によるクリーニングを追跡することが知られる。炭素含有物質で汚染された表面が酸素含有雰囲気中でＵＶ光に暴露される。ＵＶの影響の下でオゾンが生成し、これが酸素ラジカルに分裂し、これがクリーニングする表面から炭素汚染物質をエッチングにより除去する。ＵＶ光は、さらに、２次電子の放出を励起する。その数は、汚染物質層の厚さが減少するとともに増加する。光電子放出の強度が信号発信される。しかしながら、この信号は、クリーニングプロセスを制御するためには用いられていない。

欧州特許公報ＥＰ０９８７６０１Ａ２は、軟Ｘ線リソグラフィー系内の光学要素の汚染の程度を測定するための方法および装置を開示する。この目的のために、潜在的に汚染された表面から放出される光電子が測定される。この信号はオンラインで評価される。それを実験データと比較することにより汚染レベルに変換される。もし特定の汚染レベルに達しているなら、対応する光学要素は交換しなければならない。

本発明の目的は、ＥＵＶ照射に暴露される光学要素の表面の汚染が、光学要素を完全に使用不可能にする前に防止されうる方法およびデバイスを提供する。本発明のさらなる目的は、汚染された表面をクリーニングするための方法を提供することである。

この目的は、残留ガスの組成を光電流の少なくとも１つの下方および少なくとも１つの上方しきい値に従って変化させるように残留ガスの組成を調節するために光電流を用いる方法により達成される。

残留ガス分析装置（例えば質量分析装置）を用いる残留ガス分析により、さらに、環境が汚染の性質と程度を決定する炭化性環境であるか、酸化性環境であるかを実験的に測定（較正）することが可能である。この分析では、入射ＥＵＶ強度および入射照射のスペクトルが考慮されねばならない。

光電流と光学要素の表面の汚染との間の関係は、光学要素上の汚染を積極的に防除し、減少させるために用いられ得ることが見出された。

光学要素が配置されている閉じた系に対する対応するガスの添加の増加または減少により、酸化雰囲気を炭化雰囲気に変換させること、またはその逆が可能である。

いずれかの表面に残留ガス雰囲気から吸着される残留ガス成分（例えば炭化水素）は、炭素層が光学要素の表面上に堆積するようにＥＵＶ照射された表面の領域内で光電子により分割され、そのことが光電流の変化を引き起こす。それと競合するプロセスは、炭素のＣＯおよびＣＯ₂ への酸化であり、それにより炭素層は再び除去され得、そのことが光電流に反対の変化を引き起こす。

もし照射された表面に変化が観察されるのみならず、残留雰囲気が表面の汚染レベルのさらなる変化に即座に影響するように変化するならば、汚染速度および汚染物層の減少は、単純な様式で制御され得る。

第１のしきい値Ｓ₁ は、過渡的な効果がなくなった後の照射の開始時に得られ、照射された表面の初期の実際の状態に特徴的である。対照的に、１以上の第２のしきい値Ｓ_2,i は前もって決定される。それは、反射層系の構造、すなわち、その材料およびその厚さ構造に依存するのみならず、また、残留ガス雰囲気の初期組成およびＥＵＶ強度にも強く依存する。過渡的な効果の消失は、特に、光学要素の表面上に典型的に存在する水の層の脱着として理解されるべきであり、そのことは照射の開始時に高い光電流を引き起こし、これは対応して、水の層の減少とともに減少する。このプロセスは数分続く。光電流が安定化されるまでに、２０分まで、好ましくは５分までの時間が必要とされる。

１以上の第２のしきい値Ｓ_2,i は、まず、較正測定（calibration measurements）から獲得されねばならない。例えば、リソグラフィーにおいては、汚染、したがって反射率は、ある範囲内でのみ変動すべきであるという事実のような照射の適用の要求事項もまた考慮されねばならない。

しきい値Ｓ₁ およびＳ_2,i は、好ましくは、操作条件の下で、すなわち過渡的な効果の消失の後に清浄な酸化されていない表面の光電流から決定される。Ｓ₁ は清浄な表面の光電流に対応し、Ｓ_2,i は所望の炭素厚さの光電流に対応する。

光電子放出測定の評価において、時間に対して指数関数的である対応する電流信号の減衰は、もし減衰の時間定数が照射源の時間Ｔ未満であるならば、ある役割を果たし得る。シンクロトロン照射は、上方メガヘルツ範囲のパルス周波数を有するので、定電流は光電流測定のタイムラグ故に測定できる。対照的に、パルス化されたレーザーは下方キロヘルツ範囲の周波数を有するので、光電子放出プロセスの時間定数とともに、のこぎり歯状の電流が測定できる。照射源の時間の影響を回避するために、光電子放出シグナルは、好ましくは、対応する光電流の平均時間積分Ｉ（バー）に変換される。

式中、Ｔ₂ −Ｔ₁ ＞＞Ｔ
Ｔ：時間。

もし時間平均された電流積分がそれぞれの個々の照射された光学領域についての入射照射強度に正規化されるならばさらに有利である：

（式中、Ｔ₂ −Ｔ₁ ＞＞Ｔ
Ｔ：時間
ｉ＝１，２，．．，ｎ。ｎ：照射された光学領域の数）。

光電流が検討されるときはいつも、Ｉ（バー）_normが主たる重要性を持つ。

炭化性環境において、光電流は、好ましくは、酸素分圧または酸素含有ガスの分圧を調節するために用いられる。

酸化性環境において、光電流は、好ましくは、炭化水素含有ガスの分圧を調節するために用いられる。

好ましくは、光電流のしきい値は、最小光電流Ｉ_min と最大光電流Ｉ_max との間の範囲から選択される。それらは、入射信号波長が反射されるとき多層系で生成する定在波の電界強度の最小値および最大値が多層系の自由界面に存在するとき生じる。多層系の自由界面は、電界強度の定在波の後縁（trailing edge）または前縁（rising edge）のいずれかの領域でのみ動くことに注意が払われなければならない。もし自由界面が照射の間定在波の極端な値を経過するならば、残留ガス組成の有意味な制御は確保され得ないであろう。照射の開始時に自由界面が後縁または前縁にあるかどうかは、多層系の設計により決定される。Ｒｕキャップ層を有する多層系において、設計は、好ましくは、キャップ層の自由界面が炭素の成長の間電界強度の定在波の後縁にあるような方式で選択される。

本方法の１つの好ましい態様によれば、以下の工程が実施される：
ａ）過渡的な効果の消失後ＥＵＶ照射の開始時に光電流の第１の値を測定し、この値を第１のしきい値Ｓ₁ として記憶する工程、
ｂ）光電流についての少なくとも１つの第２のしきい値Ｓ_2,i（ここで、Ｓ₁ ＞Ｓ_2,i またはＳ₁ ＜Ｓ_2,i となるように、ｉ＝１，２，３，．．．）を規定する工程、
ｃ）継続中のＥＵＶ照射中に光電流を測定する工程、
ｄ）第２のしきい値Ｓ_2,i に達するかまたはそれを超えたときまたはその前に、閉じた系に少なくとも１種のガスを供給し、ついで第１のしきい値Ｓ₁ に達するかまたは超えたときまたはその前にこのガスの供給を少なくとも制限することにより、測定された光電流の関数として照射中にガス組成を制御する工程。

この場合には、供給されるガスは、好ましくは、酸化性ガスである。もしＳ₁ ＞Ｓ_2,i が選択されるならば、自由界面は、電界強度の定在波の後縁にある。もしＳ₁ ＜Ｓ_2,i が選択されるならば、自由界面は前縁にある。

本方法のもう１つの好ましい態様によれば、以下の工程が実施される：
ａ）過渡的な効果の消失後ＥＵＶ照射の開始時に光電流の第１の値を測定し、この値を第１のしきい値Ｓ₁ として記憶する工程、
ｂ）光電流についての少なくとも１つの第２のしきい値Ｓ_2,i （ここで、Ｓ₁ ＞Ｓ_2,i 、Ｓ₁ ＜Ｓ_2,i となるように、ｉ＝１，２，３，．．．）を規定する工程、
ｃ）継続中のＥＵＶ照射中に光電流を測定する工程、
ｄ）第１のしきい値Ｓ₁ に達するかまたは超えたときまたはその前に、閉じた系に少なくとも１種のガスを供給し、ついで、第２のしきい値Ｓ_2,1 に達するかまたは超えたときまたはその前に、ガスの供給を少なくとも制限することにより、測定された光電流の関数として照射中にガス組成を制御する工程。

この場合には、供給されたガスは、好ましくは炭化性ガスである。もしＳ₁ ＞Ｓ_2,1 が選択されるならば、自由界面は、電界強度の定在波の後縁にある。もしＳ₁ ＜Ｓ_2,i が選択されるならば、自由界面は、前縁にある。

本方法の上記２つの変形は、対応するガスが交互に供給され、しきい値にしたがって制限されるように組み合せることもできる。

これらの方法は、以下に記載される減衰する光電流曲線または振動する光電流曲線をもたらし得る。

制御された様式で供給されるガスの種類および量は、一方で、残留ガス組成に、他方で、存在する汚染の性質および程度に依存し、さらに、測定される光電子放出信号に依存する。

このガスは、残留ガス雰囲気中にすでに含まれているが、しかし、所望の効果を達成するのに十分な量ではないガスであり得る。可能な効果は、酸化の防止かまたは所望の炭素コーティングの規定された調整かのいずれかである。

残留ガス成分の比は、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水または窒素を加えることにより変化させ得る。

しかしながら、残留ガス雰囲気中に予め存在していないガスを加えることもまた可能である。

ＳＦ₆ 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＫｒまたはＸｅのような不活性ガスを加えることが好ましい。そのようなガスは、炭化性ガスまたは酸化性ガスの有効性または反応速度に影響を与える。

酸化性残留ガス環境を炭化性残留ガス環境に変換するために、好ましくは、アルカン、アルケン、アルキン、アルコール、ケトン、アルデヒドおよび他の炭化水素のような炭化水素の添加がなされる。

炭化性環境と酸化性環境との間の境界の場合についての平衡を精密に調整するために、酸素含有ガス、好ましくはギ酸、酢酸、プロピオン酸、過酸化水素、ヒドラジン、Ｎ₂ Ｏ、ＮＯ、ＮＯ₂ 、ＳＯ₂ および他の酸素含有ガスの添加がなされる。

強力な炭素コーティングを激しく減少させるために、ハロゲンおよびハロゲン含有化合物、好ましくはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、四塩化炭素、三フッ化炭素、フルオロメタン、ジフルオロメタン、アンモニア、ホスフィン、水素化アンチモン、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、フッ化ホウ素、ジボラン、三フッ化窒素、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、および他のハロゲン／ハロゲン含有ガス、または２以上のそれらのガスの組み合わせの短時間の使用がなされる。

ガスの供給は、連続的に可変的であり得る。例えば、ガス供給の弁を連続的に開放し、光電流がしきい値に近づいたとき、再び連続的に閉じることができる。

プロセスを補助するために、上記ガスの分圧は光電流を介して調節される。光電流は、好ましくは、酸素含有ガスの分圧を調節するために用いられる。

残留ガス雰囲気の組成が酸素分圧を変化させることにより変更されるとき、酸化プロセスまたは炭素堆積プロセスのいずれかが有利となる。酸素分圧は、酸素または酸素含有ガスのいずれかを加えることにより変化する。酸素分圧を増加させることにより、平衡は酸化に向かって変わり、そのことは炭素含有堆積物を減少させる。放射される２次電子の数は、自由界面の移動に対して非常に敏感であるので、本発明による方法は、オングストロームからナノメートルの範囲にある汚染物層でさえこれをに反応させ、照射中に効率的に汚染を最小化することを可能とする。

酸素分圧は、好ましくは、１０^-12 から１０² ｍｂａｒの範囲、特に好ましくは１０^-9
から１０³ ｍｂａｒの範囲、特に１０^-8から１０^-5ｂａｒの範囲で調節される。

最も単純な場合には、しきい値は光電流の最大値であり、これは、ちょうど許容可能であるだけの酸化の程度に対応する。最大値が超過されるならば、残留ガス組成は、いずれのさらなる酸化も即座に阻害されるように変更されねばならない。

ちょうど許容可能であるだけの炭素コーティングに対応する光電流の最小値は、しきい値のもう１つの例である。もし最小値が達せられないならば、残留ガス組成は、いずれかさらなる炭素堆積が即座に阻害されるように変更されねばならない。

しかしながら、中間値もまた、当業者が自由界面での電界強度の初期特徴を考慮に入れるならば得られる適切なしきい値として適している。光電流曲線の時間形態をその数学的な１次およびより高次の導関数に変換することもまた有意義である。所望される操作条件によれば、そのときは、しきい値もまた光電流曲線のそれらの導関数に対して導入され得る。

このことは、傾斜における対応する変化が極端な値を経過するアプローチよりもより正確に決定され得るので、もしガス供給が光電子放出強度の最大値または最小値の前に直接開始または停止されるものである場合に、特に適切である。例えば、このことは、炭素汚染物質が除去された後、ミラーの表面それ自体の所望されない酸化を有効に防止することを可能とする。

例えば、積分法のような光電子の強度の２次または高次導関数または別の関数をモニターすることもまた実現可能である。

特に酸化の効果および炭素含有物質の堆積を相殺する、すなわち、汚染のレベルが最低の可能な値に一定にとどまる平衡の状態への収束を達成するために、第２のしきい値Ｓ_2,i を第１のしきい値Ｓ₁ に接近させることが有益であることがわかっている。

好ましくは、|Ｓ_2,i+1 −Ｓ₁ |≦|Ｓ_2,i −Ｓ₁ |または|Ｓ_2,i+1 −Ｓ_2,i |≦|Ｓ_2,i −Ｓ_2,i-1 |（式中、ｉ＝１，２，３，．．．）であるように、いくつかの第２のしきい値Ｓ_2,i が定義される。

もしＥＵＶ照射の前に、入射信号波長が反射されるとき多層系で生成する定在波の電界強度の最近接した最小値および／または反転点（reversal point）および／または最大値（曲線位置）の位置が多層系の自由界面に対して決定され、そして、その関数として、第２のしきい値Ｓ_2,i が対応して第１のしきい値Ｓ₁ に対して下方または上方しきい値として決定されるならば、方法は、さらに改善され得る。

定在波の電界強度（多層設計に依存するこれは、光学要素の自由界面で確立されている）とこの自由界面の汚染との間の相関関係が存在することが見出されている。もし自由界面で確立された定在波の電界強度が最小であるならば、界面からの光電子の放射も同様に最小であることもまた見出されている。他方、もし自由界面での電界強度が最大であるならば、そのときは、光電流もまた最大である。

もし光電子放出がほとんどまたは全く存在しないならば、例えば、炭化水素または水分子のような動的平衡にある残留ガスから表面上に堆積し、さもなければ自由界面を汚染し得るであろう残留ガス分子の分裂が大きく阻害される。酸素含有残留ガス雰囲気中では、動的平衡は、光電子放出にもかかわらず、酸化も炭素の蓄積も起こらないような方式で光電流制御ループによりシフトされ得る。

汚染されていない多層系の曲線位置は、操作の間、すなわち光学要素の表面の汚染の間光電流曲線の初期形状を決定する。一方で、炭素層の成長は、曲線位置の変化を引き起こす。他方で、炭素材料の堆積は、光変換効率の低下を引き起こす。２つの効果の重なりは、光電流の多かれ少なかれ強い増加または減少をもたらす。

第２のしきい値Ｓ_2,i は、対応して下方または上方しきい値として選択されるべきである。

好ましくは、上方しきい値Ｓ_2,i は、自由界面が定在波の電界強度の最大値にある最大光電流Ｉ（バー）_max 以下であるように選択される。

下方しきい値Ｓ_2,i は、好ましくは、自由界面が定在波の電界強度の最小値にある最小光電流Ｉ（バー）_min 以上であるように選択される。好ましくは、しきい値Ｓ_2,i は、範囲Ｉ（バー）_max −Ｉ（バー）_min の８０％〜１０％、特に好ましくは５０％〜２０％に調節される。

酸化受けやすい表面については、酸化性環境で回避不可能である表面の酸化を防止ししなければならない。したがって、ＥＵＶ照射の前に、炭素堆積をもたらす炭化性ガス組成物が調節される。しかしながら、それらの炭素堆積物は、制御された残留ガス調節（例えば、少なくとも１種の酸素含有ガスを加えることによる）のために再び減少し得る。第１のしきい値Ｓ₁ に達する前にごとに（例えば少なくとも１種の炭素含有ガスを加えることにより）炭化性環境に戻すこともまた可能である。

変化する残留ガス組成に対する、照射された表面上での急速な応答を獲得するために、ガスは、好ましくは、表面に可能な限り近く、すなわち光学要素にごく近接して送り出される。

本発明の目的は、さらに、光学要素により放射される光電子のための検出ユニット、該検出ユニットに接続された評価ユニット、および該評価ユニットおよびガス送給ユニットに接続された制御ユニットを含む、少なくとも１種の光学要素の表面上の汚染を防除するためのデバイスにより達成される。評価ユニットは、測定された光電流を、光電流の少なくとも２つの記憶されたしきい値と比較し、制御ユニットにしきい値依存信号を発信するように形成されている。

光電子のための検出ユニットが評価ユニットと操作上リンクされている少なくとも１種の光学要素にごく近接して設置されているところの、光学要素を有する本発明のＥＵＶリソグラフィーデバイスは、評価ユニットが測定された光電流を光電流の少なくとも２つの記憶されたしきい値と比較し、制御ユニットにしきい値依存信号を発信するように形成されるように制御ユニットが評価ユニットに接続され、少なくとも１種のガス送給ユニットに操作上リンクされることを特徴とする。

本発明によるデバイスまたはＥＵＶリソグラフィーデバイスとしてのその態様は、本発明による方法を実施するのに適している。検出ユニットは、光電子放出を測定するために用いられる。それらのデータ、好ましくは、時間の関数としてのそれらの特性（またはその導関数、積分または他の適切な関数）は、評価ユニットで変換され、しきい値と比較される。得られた情報は、制御ユニットに送られ、次いで制御ユニットは、ガス送給ユニットを制御する。

検出ユニットは、好ましくは、光学要素の表面上に配置され、入射ＥＵＶ照射に影響しないかまたはほんの無視し得るほどしか影響しないように、配列され、および／または形成される検出リングまたは検出ネットワークを含む。しかしながら、光電流はまた、近くに位置するいずれかの金属表面を介して放出され得る。これは、プレートまたは真空チャンバの壁でさえあり得る。

検出ユニットの開放直径は、例えば、光電子が確実に測定され得るものでありながらも、ＥＵＶ照射が妨げられずに通過し得るのに十分に大きく選択され得る。

ガス送給ユニットは、好ましくは、少なくとも１つのガス供給を有し、そのガス供給は、有利には、光学要素の表面に近接して配置される。近接配置は、供給されたガスが有効になるまでの応答時間を明らかに減少させる。

好ましい態様において、デバイスおよびＥＵＶリソグラフィーデバイスは質量分析計を有し、その質量分析計もまた評価ユニットに信号を送る。この質量分析計は、照射の開始前または開始時に残留ガス組成を測定するために、または光電子放出測定と並行して照射の間のガス組成およびその分圧を測定するために用いられる。

さらに、全圧力のための少なくとも１つの測定デバイスが提供される。

評価ユニットおよび制御ユニットは、有利には、アナログ回路またはデジタル回路または集積回路として形成され得る閉ループ制御ユニットに組み合わせられる。それはまた、対応するデータ獲得および制御カードを備えたコンピューターであり得る。

さらに、光電流を正規化するために、好ましくは、ＥＵＶ強度を測定するための１以上のデバイスが提供される（例えばそれぞれのミラーにおいて）。

本発明の目的はさらに、ＥＵＶ照射による光学要素の炭素で汚染された表面をクリーニングするための方法により達成される。この方法は、クリーニングされる表面の照射の間に発生する光電流を測定し、およびガス供給が停止されるときの時点として光電流が前もって決められたしきい値を超えるか下回るときの時点を選択することを特徴とする。これらのしきい値は、上記しきい値Ｓ₁ 、Ｓ_2,i である。

炭素ですでにひどく汚染されている表面については、クリーニングは、好ましくは、汚染を除去するために酸素含有雰囲気中でのＥＵＶ照射の下で実施される。表面それ自体が攻撃される前の時点でクリーニングプロセスを停止させるために、すなわち、いわゆるオーバーエッチングを防止するために、クリーニングプロセス中に放出される光電子が検出される。

本発明は、以下、図面を参照してより詳細に記載される。

デバイス１は、ＥＵＶが照射される、例えば多層系または光学マスクを有するミラーのような光学要素２が配置される真空チャンバ３を有する。光学要素２の上に、ＥＵＶ照射に対し実質的に透明である検出リングまたは検出グリッド４１が配置されている。光電子がリング４１により引き付けられるようにするために、光学要素２とリング４１との間に電圧源４３により数ボルト（０〜１００Ｖ）の電圧が掛けられる。光電子がリング４１を打撃するとき、電流が流れ、これを電流計４２の助けにより測定する。例えばアナログ回路またはデジタル回路としてまたは集積回路として構成され、または制御ユニット６とともに例えばコンピューターの形態の閉ループ制御ユニットに組み合わせられ得る評価ユニット５において、例えば、時間に対して電流信号を積分し、それを前もって決められ記憶されたしきい値と比較することにより、電流信号が評価される。どのしきい値が所定の時間に超過されたかあるいは満たないかという情報が制御ユニット６に送られ、これが次いで、ガス供給７１の弁７２を開閉させる。ガス供給７１は、炭素堆積と酸化プロセスとの間の平衡が最も少ない可能な遅延をもって変更され得るように光学要素２の表面にごく近接して放出する。

照射の開始前、残留ガス成分の初期分圧が質量分析計または残留ガス分析計８により測定され、評価ユニット５に送られる。このデータは、しきい値の適切な組を選択するために用いられる。照射の間、残留ガススペクトル全体が光電流と並行して質量分析装置８により測定されつづける。この付加的な情報は、とりわけ、分析がしきい値の適切な組に基づいているかどうかをチェックすることを可能とする。

対応する広範な構成によりおよびおそらく目下の残留ガス分圧を考慮することにより、ガス供給の制御は、弁７２が開閉されるのみならず、中間位置もまた調節されるように改良され得る。連続的に可変的な弁が、好ましくは、この目的のために用いられる。供給される１以上のガスの均質分布のために、複数のガス供給７１は、この領域の周りに配置されるべきである。この場合には、どのガス供給を漸進的に開くかを制御することもまた可能である。加えて、ＥＵＶ強度を測定するためのデバイス７が、評価ユニット５に接続される。

記載された部材の一部または全部の複数のユニットが、真空チャンバ３内に存在し得る。

図２ａ〜ｄは、基板１１上に多層系１０を有する光学要素を示す。また、電界強度Ｉが異なる事例１、２、３、４について示される。

事例１において、多層系１０の自由界面１００は、多層系から上昇する電界強度の反転点と正の傾斜との間に存在する。

事例２において、多層系１０の自由界面１００は、多層系から下降する電界強度の相対的最大値と負の傾斜上の反転点との間に存在する。

事例３において、多層系１０の自由界面１００は、多層系から下降する電界強度の反転点と負の傾斜との間に存在する。

事例４において、多層系１０の自由界面１００は、多層系から上昇する電界強度の相対的最小値と正の傾斜上の反転点との間に存在する。

２０は、自由界面が参照番号１０１により示されるところの汚染を通して成長する炭素層を示す。

図２ａ〜ｄは、炭素層２０の成長がどのように電界強度の曲線位置を自由界面１０１に対して変化させるかを明瞭に示している。

図３〜１４は、事例１、２、３および４における初期には汚染されていない自由界面１００のための異なる多層系についての光電流を示す。

第１の近似において、光電流の時間特性は、自由界面での電界強度の時間特性に対応する。さらなる近似において、光電子の放射深さを考慮することは、光電流特性の一定のバックグラウンドの付加をもたらす。より高次の近似が可能である。

図３〜図６の光電流曲線は、酸化に対して感受性がないルテニウム表面層を有する多層系上での事例１から４を表す。多層系は、例えば、以下の層構造を有し得る：
Ｒｕ（１ｎｍ）／Ｍｏ（１ｎｍ）／Ｓｉ（１．９ｎｍ）／Ｍｏ（２．８５ｎｍ）／３７×［Ｓｉ（４．１ｎｍ）／Ｍｏ（２．８５ｎｍ）］／基板。

図３は、図２ａに示される事例１に関連する。

事例１において、自由界面１００は、電界強度の反転点に位置し、このことは、光電流が平均値Ｓ₁ を有することを意味する。炭素成長の増加とともに、電界強度の曲線が立ち上がり、このことは光電流の増加を伴う。炭素物質の成長は、光電子の数の減少を引き起こす。しかしながら、自由界面の成長の結果としての光電子の増加は、光電子放出が最も優勢になる電界強度の最大値に向かう。

発光に対する自由界面の位置が材料特性に匹敵する有意味なパラメーターを表すので、第２のしきい値Ｓ_2,i に達するまで、光電流曲線は全体的に増加する。酸素の適切な供給を通して、この曲線は、しきい値Ｓ₁ にゆり戻しが起こる（図３参照）。酸素供給は減少し、最終的に完全に遮断され、このことは今度は、炭素の成長を引き起こす。Ｓ_2,1 より小さい第２のしきい値Ｓ_2,2 に達するとき、酸素が再び導入されるなどする。

事例３において、自由界面１００はまた開始の反転点にもあるが、しかし、炭素成長の結果としての自由界面１０１は、波節に向かって、すなわち、光電流の減少に結びつく電界強度の最小値に向かって、動く。この減少は、炭素物質により引き起こされる光電子放出の減少により増強され、図５に示される曲線をもたらす。

事例４（図６参照）において、波節すなわち電界強度の最小値は、表面上に直接位置し、このことは、光電流が低いことを意味する。もし炭素層が成長するならば、光電流は増加する。というのは、表面が波節の位置から移動して外れるからである。炭素物質の成長は、光変換効率の減少を引き起こすけれども、波節の位置からそれた成長による光電流の増加は優勢のままである。このことは、増加する光電流曲線をもたらす。しきい値Ｓ_2,i に達するとき、酸素または酸素含有ガスが閉じた系に導入され、このことが酸化、したがって炭素層の減少を引き起こす。結果として光電流曲線は減少する。というのは、自由界面が減少した炭素層厚さのために波節の位置に接近するからである。炭素のない表面の初期状態に達するとき、このことはより低いしきい値Ｓ₁ に対応し、さらなる酸化は起こるべきではなく、酸素供給も対応して減少する。制御範囲が最小化されるように、時間がたつとしきい値Ｓ₁ に向かうアプローチが存在するように、第２のしきい値Ｓ_2,2 、Ｓ_2,3 、Ｓ_2,4 、Ｓ_2,5 がそれぞれ先行する第２のしきい値より低く位置するように、このプロセスが反復される。

事例２において、多層系の自由界面１００は、定在波の電界強度の曲線の最大値にある。この事例では、光電子放出は、曲線位置に基づく事例４におけるより明らかに高い。図４において、第１のしきい値Ｓ₁ はほぼ１８０ｎＡにある。炭素層の成長により、表面はこの位置から移動する。このことは光電流の減少と結びついている。炭素層の成長はまた光電子放出の減少としても表現され、このことは、総計において光電子放出曲線の強力な減少をもたらす。曲線は、限界Ｓ_2,1 に達するまで減少しつづける。この限界に達するかまたはこの限界が超えられるとき、またはその前に、適切な酸素供給が開始され、このことは、炭素層の減少を引き起こす。結果として、光電流曲線は、開始時の値Ｓ₁ にゆり戻しが起きる。このプロセスはまた、周期的に継続し、第２のしきい値Ｓ_2,2 、Ｓ_2,3 などはそれぞれ、時間がたつとしきい値が第１のしきい値Ｓ₁ に接近するようにより高く設定される。

光電流の曲線は、光電流が電界強度に対して大きいかまたは小さい初期傾斜を有する点にあるかどうかに決定的に依存する。事例１および３において、光電流は、定在波の電界強度に対して大きな初期傾斜にあり、このことは、より高速のフィードバックとそれによる大きな振動周波数を生み出す。しかしながら、炭素物質は、その低い光変換効率のために、光電流の一般的な減少を引き起こす。事例２および４において、光電流は、閉ループ制御回路のフィードバックがより遅くなるように小さな初期傾斜にある。

図７〜図１０は、酸化を受けやすい炭素キャップ層（例えば、１ｎｍＣキャップ層）を有する光学要素についての光電流曲線を示す。４つの曲線はまた、図２ａ〜ｄにおいて示される事例１から４にも関連する。

図７に示される事例１において、炭素表面層の自由界面１０１は、定在波の電界強度の曲線の反転点に位置する。増加する炭素の成長とともに、曲線の形は、図３の形となる。しかしながら、第２のしきい値Ｓ_2,i に達するとき、酸素は、キャップ層の完全な酸化を防止するように計量された投与量でのみ加えられうるものであり、その厚さは、１ｎｍに維持されるべきである。

図８に示される事例２において、炭素キャップ層の自由界面は、定在波の電界強度の曲線最大値に位置する。炭素層の成長の結果として、表面は、この位置から移動して外れる。これは、光電流の減少と結びついている。炭素材料の成長はまた、光電子放出の減少としても表現され、このことは、総体として、光電流曲線の強い減少をもたらす。曲線は、しきい値Ｓ_2,1 に達するまで減少しつづける。限界に達するときまたはその前に、酸素が加えられ、このことは炭素層の減少を引き起こす。ここでもやはり、炭素層は完全に酸化されないことに注意が払われねばならない。

図９および１０に示される事例３および４は、図５および６において例示され、記載される機構に対応する。

事例１〜４はどれも振動する光電流を示さない。というのは、制御ループのフィードバックは、炭素の完全な酸化を防止するように弱くなければならないからである。

図１１〜図１４は、酸化を受けやすい表面、例えば、シリコン層を有する多層系に関する。シリコン表面の酸化を防止するために、炭化性残留ガス雰囲気が初期に調節される。第２のしきい値Ｓ_2,i に達するとき、酸素供給が開始される。続いて、しきい値Ｓ₁ に達しないように、酸素供給は、ゆっくり減少させる。というのは、それは、表面の酸化の開始に等しいものであろうからである。

図１１〜図１４の光電流曲線は、それぞれ、漸近特性を示す。

Ｓｉ表面を保護するために、しきい値Ｓ₁ に達する前でさえ、炭素含有ガスが加えられ得る。後に、炭素の成長は、酸素含有ガスの付加により再び除かれる。このことは、同様に、振動する光電流曲線をもたらすであろう。

本発明によるデバイスの構造を模式的に示す。 光学要素および関連する電界強度を模式的に例示する。 光学要素および関連する電界強度を模式的に例示する。 光学要素および関連する電界強度を模式的に例示する。 光学要素および関連する電界強度を模式的に例示する。 電界強度の曲線位置についての酸化耐性表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化耐性表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化耐性表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化耐性表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化を受けやすい炭素表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化を受けやすい炭素表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化を受けやすい炭素表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化を受けやすい炭素表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化を極めて受けやすいＳｉ表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化を極めて受けやすいＳｉ表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化を極めて受けやすいＳｉ表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。 電界強度の曲線位置についての酸化を極めて受けやすいＳｉ表面を有する光学要素についての制御された光電流曲線である。

符号の説明

１…デバイス、２…光学要素、３…真空チャンバ、５…評価ユニット、６…制御ユニット、７…ＥＵＶ強度を測定するためのユニット（複数のユニットが局所的に設置され得る）、８…残留ガス分析装置、１０…多層系、１１…基板、２０…炭素層、４１…電子収集装置、４２…電流系、４３…電圧源、７１…ガス供給（複数のユニットが局所的に設置され得る）、７２…弁（複数のユニットが局所的に設置され得る）、１００…多層系の自由界面、１０１…炭素層の自由界面

Claims (21)

1. 残留ガス雰囲気を有する排気された閉じた系における信号波長のＥＵＶ照射への暴露の間に多層系を有する光学要素の表面上の汚染を防止するための方法にして、前記多層系の照射された表面からの光電子放出により発生する光電流を測定し、前記光電流を残留ガスのガス組成を制御するために用いる方法であって、前記残留ガスのガス組成を、光電流の少なくとも１つの下方しきい値および少なくとも１つの上方しきい値の関数として変化させることを特徴とする方法。
2. 前記光電流のしきい値が、前記入射信号波長が反射されるときに前記多層系で生成する定在波の電界強度の最小値および最大値が多層系の自由界面に存在するときに生じる最小光電流Ｉ_min と最大光電流Ｉ_max との間の範囲から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 以下の工程：
   ａ）過渡的な効果の消失後ＥＵＶ照射の開始時に前記光電流の第１の値を測定し、この値を第１のしきい値Ｓ₁ として記憶する工程、
   ｂ）前記光電流についての少なくとも１つの第２のしきい値Ｓ_2,i （ここで、Ｓ₁ ＞Ｓ_2,i またはＳ₁ ＜Ｓ_2,i となるようにｉ＝１，２，３，．．．）を規定する工程、
   ｃ）継続中のＥＵＶ照射中に光電流を測定する工程、
   ｄ）第２のしきい値Ｓ_2,i に達するかまたはそれを超えたときまたはその前に、前記閉じた系に少なくとも１種のガスを供給し、ついで、第１のしきい値Ｓ₁ に達するかまたは超えたときまたはその前にこのガスの供給を少なくとも減少させることにより、前記測定された光電流の関数として照射中ガス組成を制御する工程
   を特徴とする請求項１記載の方法。
4. 以下の工程：
   ａ）過渡的効果の消失後ＥＵＶ照射の開始時に前記光電流の第１の値を測定し、この値を第１のしきい値Ｓ₁ として記憶する工程、
   ｂ）前記光電流についての少なくとも１つの第２のしきい値Ｓ_2,i （ここで、Ｓ₁ ＞Ｓ_2,i またはＳ₁ ＜Ｓ_2,i であるようにｉ＝１，２，３，．．．）を規定する工程、
   ｃ）継続するＥＵＶ照射の間に光電流を測定する工程、
   ｄ）第１のしきい値Ｓ₁ に達するかまたは超えられたときまたはその前に、前記閉じた系に少なくとも１種のガスを供給し、ついで、第２のしきい値Ｓ_2,1 に達するかまたは超えたときまたはその前に、そのガスの供給を少なくとも減少させることにより、測定された光電流の関数として照射中ガス組成を制御する工程
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記残留ガス雰囲気中にすでに含まれるガスを、このガスの分圧が変化するように供給することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の方法。
6. 供給の前には前記残留ガス雰囲気中に含まれていないガスを供給することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。
7. 一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水、酸素、窒素、ＳＦ₆ 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、アルカン、アルケン、アルキン、アルコール、ケトン、アルデヒド、および／または他の炭化水素、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、過酸化水素、ヒドラジン、Ｎ₂ Ｏ、ＮＯ、ＮＯ₂ 、ＳＯ₂ および／または他の酸素含有気体、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、四塩化炭素、四フッ化炭素、フルオロメタン、ジフルオロメタン、アンモニア、ホスフィン、水素化アンチモン、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、フッ化ホウ素、ジボラン、三フッ化窒素、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、および他の水素／水素含有ガスを供給することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の方法。
8. 複数の第２のしきい値Ｓ_2,i が、|Ｓ_2,i+1 −Ｓ₁ |≦|Ｓ_2,i −Ｓ₁ |または|Ｓ_2,i+1 −Ｓ_2,i |≦|Ｓ_2,i −Ｓ_2,i-1 |（式中、ｉ＝１，２，３，．．．）であるように規定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。
9. ＥＵＶ照射の前に、前記入射信号波長が反射されるとき多層系で生成する定在波の電界強度の最近接した最小値および／または反転点および／または最大値（曲線位置）の位置を多層系の自由界面に対して決定し、第２のしきい値Ｓ_2,i を第１のしきい値Ｓ₁ に対して曲線位置の関数としての下方または上方しきい値として規定することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項記載の方法。
10. 酸化を受けやすい表面を有する光学要素において、炭化性ガス組成物をＥＵＶ照射の前に調節することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項記載の方法。
11. 第１のしきい値Ｓ1 に達する前に炭素含有ガスを供給することを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 前記測定された光電子が、対応する電流の時間積分に変換されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項記載の方法。
13. 前記ガスを、光学要素の表面に近接して送給することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項記載の方法。
14. ＥＵＶ照射への暴露の間少なくとも１つの光学要素の表面上の汚染を防除するためのデバイスであって、前記光学要素により放射される光電子のための検出ユニット（４２、４２、４３）、前記検出ユニットに接続された評価ユニット（５）、および前記評価ユニットおよびガス送給ユニット（７１、７２）に接続された制御ユニット（６）を備え、前記評価ユニット（５）が、測定された光電流を光電流の少なくとも２つの記憶されたしきい値と比較し、前記制御ユニット（６）にしきい値依存信号を供給するように構成されているデバイス。
15. 光電子のための検出ユニット（４１、４２、４３）が光学要素（２）の少なくとも１つに近接して設置され、評価ユニット（５）に操作上リンクされている、光学要素（２）を有するＥＵＶリソグラフィーデバイスであって、前記制御ユニット（６）が前記評価ユニット（５）に接続され、少なくとも１つのガス送給ユニット（７１、７２）に操作上リンクされ、前記評価ユニット（５）は、測定された光電流を光電流の少なくとも２つの記憶されたしきい値と比較し、前記制御ユニット（６）にしきい値依存信号を供給するように構成されていることを特徴とするデバイス。
16. 前記検出ユニット（４１、４２、４３）が、前記光学要素の表面上に配置され、入射ＥＵＶ照射に影響しないように配列および／または構成された、例えば検出リング（４１）または検出ネットワークのような電子収集装置を含むことを特徴とする請求項１４または１５記載のデバイス。
17. 前記ガス送給ユニットが、少なくとも１つのガス供給（７１）を有することを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１項記載のデバイス。
18. 前記ガス供給（７１）が、前記光学要素（２）の表面に隣接して配置されることを特徴とする請求項１７記載のデバイス。
19. 残留ガス分析装置（８）が、評価ユニット（５）に接続されていることを特徴とする請求項１４ないし１８のいずれか１項記載のデバイス。
20. 前記評価ユニット（５）および前記制御ユニット（６）が、閉ループ制御ユニットに組み合わせられていることを特徴とする請求項１４ないし１９のいずれか１項記載のデバイス。
21. 酸素含有雰囲気中のＥＵＶ照射への暴露により光学要素の炭素で汚染された表面をクリーニングするための方法であって、クリーニングされる表面からの光電子放出により照射の間に発生する光電流を測定し、光電流の少なくとも２つの前もって決められたしきい値が超過されるか下回るとき、少なくとも１種のガスを供給するかまたは少なくとも１種のガスの供給を遮断することを特徴とする方法。

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