WO2018197191A1 - Verfahren zur reinigung von optischen elementen für den ultravioletten wellenlängenbereich - Google Patents

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WO2018197191A1
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optical element
supply
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Konstantin Forcht
Olaf Rogalsky
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    • G03F7/70933—Purge, e.g. exchanging fluid or gas to remove pollutants

Definitions

  • the present invention relates to a method of cleaning ultraviolet wavelength optical elements having at least one metal-containing layer on a surface. Further, the invention relates to an optical system comprising an ultraviolet wavelength optical element having at least one metal-containing layer on a surface.
  • the present application claims the priority of German Patent Application 10 2017 207 030.7 of April 26, 2017, to which reference is made in its entirety.
  • VUV radiation vacuum ultraviolet radiation
  • transmissive optical elements not only can be used with transmissive optical elements, but often has to resort to reflective optical elements.
  • Optical elements which have a metallic layer with a protective layer on top or a highly reflective layer system on a substrate have proven particularly useful.
  • Layer system may comprise one or more fluorides.
  • optical elements are known for example from US 5,850,309.
  • the protective layer or the layer system have, inter alia, the function of protecting the metallic layer from contamination, in particular by oxidation.
  • optical elements for the extreme ultraviolet wavelength range about 1 nm to 20 nm
  • a monomer in particular a hydrocarbon
  • a protective layer which has a low adsorption for metal hydrides, which can be formed during cleaning and in particular when operating with plasma radiation sources.
  • This object is achieved by a method for cleaning optical elements for the ultraviolet wavelength range with at least one metal-containing layer on a surface, comprising the steps:
  • the oxidation of the metal-containing layer can be reversed.
  • the atmosphere in the area of the surface of the metal-containing layer-containing optical element becomes dry inert gas Inert gas with a H 2 0 volume fraction of less than 5 ppm, preferably less than 1 ppm, more preferably less than 0.2 ppm replaced.
  • the proposed method is particularly suitable for optical elements with a metallic layer, in particular without additional protective coating or such that is already so damaged during operation of the optical element that the metallic layer is no longer completely covered or by a finite Part of oxygen can diffuse through.
  • the activated hydrogen is supplied by inert gas molecular
  • Hydrogen is added in a proportion of 1 -20 Vol .-% and this mixture is passed by a Schudrahtan Aunt or exposed to a dissociating radiation. Through the action of heat or the dissociating radiation of the molecular hydrogen can be split into hydrogen radicals or ionized.
  • the activated hydrogen has higher reaction rates than molecular hydrogen, so that with activated hydrogen also better cleaning rates can be achieved.
  • the inert gas is supplied with an H 2 0 volume fraction of less than 5 ppm, preferably less than 1 ppm, more preferably less than 0.2 ppm between 1 min and 100 min, in order to adequately exchange the atmosphere in the region of the optical element to be cleaned and to dry.
  • the activated hydrogen is supplied between 1 minute and 100 minutes in order to sufficiently remove existing contaminants, such as, for example, hydrocarbonaceous deposits or oxidation of the surface, in particular of the metal-containing layer.
  • the optical element is heated. This can be done during the supply of activated hydrogen, during the supply of dry inert gas or during both steps.
  • the heat input can accelerate the reduction of hydrogen contamination on the surface of the optical element.
  • the heat input can accelerate the drying of the surface of the optical element.
  • the optical element is heated to a temperature of up to 120 ° C., more preferably up to 100 ° C.
  • the cleaning can be accelerated without affecting the optical element by excessive heat input. If the cleaning takes place during operation, the optical element is preferably heated to about 40 ° C to 50 ° C.
  • a cold trap and / or a desiccant and / or a platinum metal surface is advantageously arranged in the vicinity of the metal-containing layer surface. This allows the water and the
  • Oxygen concentration in the inert gas can be further reduced.
  • the step sequence supply of activated hydrogen and supply of inert gas is repeated at least once.
  • the cleaning can be made more gentle and / or faster, for example, by adjusting the duration of the individual steps.
  • cleaning can be carried out particularly well during operation, since activated hydrogen can be repeatedly supplied if necessary, and the oxidation probability can be reduced by flushing with the dry inert gas.
  • Water concentration and / or oxide concentration measured and depending on a or several predetermined thresholds of one or more steps to clean the optical element started or stopped. For example, if you exceed one
  • Oxidkonzentration be started with the supply of activated hydrogen and switched to below the supply of dry inert gas.
  • inert gas having a fluorine or fluoride portion or a hydrocarbon portion may be added as a final step.
  • the hydrocarbon portion may result in the formation of a polymeric protective layer against oxidation of the surface of the metal-containing layered optical element.
  • the fluorine or fluoride portion can lead to the formation of a fluoride protective layer on the surface against oxidation.
  • an optical system comprising an ultraviolet wavelength optical element having at least one metal-containing layer on a surface in a housing and an activated hydrogen supply means in the housing, an inert gas supply having an H 2 O volume fraction of below 5 ppm, preferably below 1 ppm, more preferably below 0.2 ppm in the housing and a discharge device for pumping gas out of the housing.
  • an optical system can be used to clean the optical element with at least one metal-containing layer on a surface as just described.
  • Drying step on a heater and / or a radiation source Drying step on a heater and / or a radiation source.
  • a cold trap and / or a desiccant and / or a surface with a platinum metal is arranged for further lowering the water and oxygen content in the inert gas in the vicinity of the surface with metal-containing layer.
  • it has a measuring unit for measuring the water and / or oxide concentration on the surface with metal-containing layer.
  • the above-explained cleaning method can be controlled.
  • the present invention will be explained in more detail with reference to preferred embodiments. Show this
  • Figure 1 is a schematic representation of an apparatus for UV lithography
  • Figure 2 is a schematic representation of a wafer inspection system
  • Figure 3 is a schematic representation of a first optical element
  • Figure 4 is a schematic representation of a second optical element
  • FIG. 5 shows a first variant of the proposed cleaning method
  • FIG. 6 shows a second variant of the proposed cleaning method.
  • FIG. 1 shows a schematic schematic diagram of a device 1 for UV lithography.
  • the UV lithography apparatus 1 comprises as essential constituents in particular two optical systems 12, 14, an illumination system 12 and projection system 14.
  • a radiation source 10 is necessary, particularly preferably an excimer laser, for example at 248 nm, 193 nm or 157 nm emitted and may be an integral part of the UV lithography device.
  • Radiation source 10 emitted radiation 1 1 is processed by means of the illumination system 12 so that so that a mask 13, also called reticle, can be illuminated.
  • the illumination system 12 has transmitting and reflecting optical elements. Representative here are the transmitting optical element 120, which bundles the radiation 1 1, for example, and the reflecting optical element 121 shows that the radiation deflects, for example.
  • the most diverse transmissive, reflective and other optical elements in the illumination system 12 can be combined with one another in any desired, more complex manner.
  • the mask 13 has, on its surface, a structure which points to an element 15 to be exposed, for example a wafer in the context of the production of
  • the Projection system 14 has at least one transmitting optical element in the example shown here. In the example shown here are two representative
  • transmitting optical elements 140, 141 are shown, for example, serve in particular to reduce the size of the structures on the mask 13 to the desired size for the exposure of the wafer 15. Also in the projection system 14, among other things, reflective optical elements can be provided and various optical elements can be combined with each other in a known manner. It should be noted that optical systems without transmitting optical elements can also be used. In the following, the illumination system 12 will be described in greater detail by way of example.
  • the optical elements 120, 121 are arranged in a housing 122.
  • This housing 122 has a supply line 161 for activated hydrogen, a supply line 162 for inert gas with a H 2 0 volume fraction of less than 5 ppm, preferably less than 1 ppm, more preferably less than 0.2 ppm and a discharge 163 for pumping gas out of the housing 122 on.
  • the supply lines 161, 162 can be used either individually or also for purge gas used during operation of the UV lithography device. It can also be provided for a separate supply line.
  • a mixture of nitrogen and one or more noble gases is preferably used as the inert gas, in particular if this purification takes place in situ and also during the operation of the optical element.
  • one or more noble gases can be used without nitrogen.
  • the optical element 121 is a mirror having a surface 1210 that has a metallized coating.
  • a metal layer of aluminum has proven itself.
  • suitable metals are especially for use in grazing incidence precious metals and platinum metals.
  • the metal layer can be open. It may have a protective layer of a dielectric layer.
  • Transmission over the said wide wavelength range has, for example, magnesium fluoride.
  • a layer system for example, magnesium fluoride.
  • FIGS. 3 and 4 schematically show possible exemplary embodiments of optical elements 3, 4 with a surface 37, 47 which has a metal mirroring 33, 43.
  • the MetallverLiteung 33, 43 is respectively applied to a substrate 31, 41. It may be applied directly to the substrate 31, 41, or it may be provided between the Metallveraptung 33, 43 and the substrate 31, 41, a bonding agent layer and / or other functional layers.
  • a protective layer 35 is provided to protect the metal mirror 33.
  • the protective layer 35 may have more than one layer.
  • a layer system 49 is additionally provided on the metal mirror coating 43 for influencing the optical properties of the optical element 4, preferably of dielectric materials, in particular of alternately arranged layers with different refractive indices.
  • the reflectivity can thus be specifically increased for specific wavelength ranges.
  • Protective layer 45 is arranged on layer system 49 in the example shown in FIG. It should be noted that in other variants, not shown, an optical element may not have a metal coating, but a metal fluoride layer.
  • the surface of the respective optical element can be contaminated, in particular by oxidation by oxygen radicals or ions, which during operation under the influence of UV radiation on in the purge gas or the gas atmosphere in the optical system oxygen or water.
  • oxygen radicals or ions which during operation under the influence of UV radiation on in the purge gas or the gas atmosphere in the optical system oxygen or water.
  • Metal fluoride layers such as magnesium fluoride are damaged and
  • metal oxides can be reduced again to metal by means of hydrogen.
  • Alumina can be removed in this way, so that again an aluminum surface is available.
  • Oxygen and hydrogen radicals can diffuse through a protective layer of, for example, a metal fluoride such as magnesium fluoride and it can happen that at the same time, for example, a protective layer and an underlying metal layer can be oxidized and / or reduced.
  • a protective layer and an underlying metal layer can be oxidized and / or reduced.
  • the mirror surface 1210 is activated with activated hydrogen.
  • this is accomplished by molecular hydrogen being introduced into the housing 122 via the feed line 161 and being exposed there to dissociate the radiation from the radiation source 10.
  • the molecular hydrogen preferably before the
  • the cleaning is preferably carried out under reduced pressure or even vacuum, which can be made possible via the discharge line 163.
  • the mirror 121 is provided with a
  • Heating device 165 provided.
  • the heating device is designed such that the mirror 121 is heated as homogeneously as possible over its entire surface 1210. Via supply line 162, following the addition of activated hydrogen
  • Heating 165 are also used during this process step for heating the mirror 121.
  • a drying agent for example with hygroscopic material, is provided in the vicinity of the mirror surface 1210. With these measures, the H 2 0 volume fraction can be kept very low.
  • the cleaning process including drying is monitored and controlled in the example shown in FIG. 1 by passing radiation reflected by the mirror 121 by means of a beam splitter 166 onto a detector 167 and being available for further evaluation, for example in a control device, not shown.
  • a control device not shown.
  • the water concentration and / or the oxide concentration on the Mirror surface 1210 are measured and depending on the over- or
  • Hydrocarbon fraction are introduced into the housing 122 after the
  • the hydrocarbon fraction may, for example, in particular in combination with UV radiation, polymerize to form a protective layer on the metal-containing mirror surface 1210.
  • a fluoride-containing surface may be formed on the metal-containing mirror surface 1210 by reaction with the material on the mirror surface 1210
  • An existing fluoride-containing layer also has a lower probability of oxidation if, during operation, the atmosphere in the optical system also has fluorine compounds.
  • the inert gas is preferably a fluoride compound, in particular a volatile
  • Fluoride compound added for example, noble gas fluorides such as u.a.
  • xenon fluorides e.g., xenon difluoride, xenon tetrafluoride
  • krypton fluorides e.g., xenon tetrafluoride
  • fluorine compounds can dissociate to fluorine radicals or fluoride ions.
  • metal fluoride-containing protective layers can via the fluorine radical or
  • optical elements may be provided in an optical system for such as UV lithography.
  • Optical elements as described above can also be used in wafer or
  • Mask inspection systems are used.
  • An exemplary embodiment of a wafer inspection system 2 is shown schematically in FIG. The explanations also apply to mask inspection system.
  • the wafer inspection system 2 has a radiation source 20 whose radiation is directed onto a wafer 25 by means of an optical system 222.
  • the radiation is reflected by a concave mirror 220 of the optical system 22 onto the wafer 25.
  • a mask inspection system instead of the wafer 25, one could arrange a mask to be examined.
  • the diffracted and / or refracted radiation reflected by the wafer 25 is directed by a concave mirror 221, which likewise belongs to the optical system 22, onto a detector 23 for further evaluation.
  • Both and possibly further, not shown optical elements of the optical system 222 may be configured as previously with reference to the figure 3 or 4.
  • the optical system 22 comprises, in addition to the two mirrors 220, 221, a housing 222 with a feed line 261, which is suitable both for the supply of activated hydrogen and for the supply of inert gas with an H 2 0 volume fraction of less than 5 ppm, preferably less than 1 ppm can be used with particular preference below 0.2 ppm, as well as a discharge line 263 for pumping gas out of the housing 222.
  • the radiation source 20 may be, for example, exactly one radiation source or a combination of several individual radiation sources in order to provide a substantially continuous radiation spectrum. Particularly preferred are the wavelength range from about 120 nm to about 190 nm, from about 190 nm to about 210 nm or from about 190 nm to about 290 nm. In modifications, one or more narrow-band radiation sources can be used. In the example shown in Figure 2, a radiation source 271 is arranged in the region of the mouth of the supply line 261 in the housing 222, whose wavelength or
  • Wavelength range less than or equal to 160 nm leads to a higher dissociation rate in molecular hydrogen and preferably at the same time to a lower rate of dissociation in molecular oxygen or water. Even if the hydrogen introduced through the supply line 261 has already been partially activated, for example by being previously conducted past a heating wire arrangement, the activation rate can be significantly increased by the dissociating radiation of the radiation source 271. This can be the
  • Cleaning rate can also be increased. If cleaning is not performed during normal operation of the inspection system 2, but in a dedicated
  • the radiation source 20 is advantageously switched off.
  • a platinum metal in particular ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium or platinum.
  • Platinum metal surfaces 264, 270 can act as a catalyst, is converted to the molecular oxygen in water, which from the cold traps 268, 269 of the
  • Residual gas atmosphere in the housing 222 can be removed.
  • desiccants made of porous material with good adhesion to water, such as zeolites, may also be used.
  • gas is also continuously pumped out of the housing 222 via the discharge line 263 and, if appropriate, water is thereby removed as well.
  • the radiation received by the detector 23 can be analyzed, for example by spectroscopic methods, also with respect to the water or oxide concentration on the metalliferous layer surfaces 2210, 2220 of the mirrors 220, 221, in particular of the second mirror 221 in the beam path become.
  • the measurement can be carried out spectroscopically with a dedicated infrared radiation source.
  • Hydrocarbon fraction are introduced into the housing 222 after the
  • the hydrocarbon fraction can, for example, in particular in combination with UV radiation, polymerize to form a protective layer on the metal-containing mirror surfaces 2210, 2220.
  • a fluorine or fluoride content can on the metal-containing mirror surfaces 2210, 2220 through
  • the optical element to be cleaned for the ultraviolet wavelength range is heated with at least one metal-containing layer on a surface.
  • the optical element is at a temperature up to 120 ° C, more preferably up to 100 ° C.
  • the optical element is preferably heated to about 40 ° C to 50 ° C.
  • the optical element is heated during the entire cleaning process.
  • the metal-containing layer surface is supplied to remove contamination, in particular oxidation-based contamination.
  • the activated hydrogen is supplied by adding inert gas of molecular hydrogen at a level of 1-20% by volume and passing this mixture past a heating wire assembly and exposing it to dissociating radiation for a particularly high rate of activation to reach, ie a particularly high proportion of ionized hydrogen and
  • the activated hydrogen is supplied for from 1 minute to 100 minutes, preferably for from a few minutes to a few minutes, in order to detect existing contaminants, such as
  • the degree of activation can be easily increased as well as the reaction rate at which contamination is removed.
  • dry inert gas is added to the metal-containing layer surface to reduce the risk of re-oxidation of the cleaned surface by any increased concentration of water, oxygen, hydroxide ions, or by treatment with activated hydrogen
  • the atmosphere in the region of the surface of the metal-containing layer optical element is replaced by particularly dry inert gas.
  • a mixture of nitrogen and one or more noble gases is used as the inert gas, in particular if this cleaning takes place in-situ and also during the operation of the optical element.
  • one or more noble gases may be used without nitrogen if the cleaning process is performed during operation of the optical element to absorb less UV radiation.
  • the inert gas having a H 2 0 volume fraction of less than 5 ppm, preferably less than 1 ppm, more preferably less than 0.2 ppm, depending on the proportion of water in the inert gas and concentration of water, oxygen, hydroxide ions and / or hydroxyl radicals between 1 min and 100 min, preferably supplied for several to several 10 minutes to sufficiently exchange and dry the atmosphere in the region of the surface with metal-containing layer of the optical element to be cleaned.
  • a cold trap and / or a metal trap can be provided in the vicinity of the surface to be cleaned with a metal-containing layer
  • Desiccant and / or a surface with a platinum metal are arranged to contribute to a particularly low-water atmosphere in the region of this surface.
  • the heating of the optical element according to step 501 is also beneficial.
  • the steps of supplying activated hydrogen and supplying dry inert gas are respectively repeated as step 507 and step 509.
  • a sufficient result can already be achieved without repeating this step sequence, or this sequence of steps can also be repeated more than once, ie two, three, four, five times or more often.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 6 differs from the exemplary embodiment previously explained in connection with FIG. 5 in particular
  • oxide concentration is measured on the surface with a metal-containing layer and, depending on one or in further variants, several activated threshold values of activated hydrogen or dry inert gas are added.
  • a first step 601 the oxide concentration at the metal-containing layer surface is measured to determine if a corresponding threshold is exceeded beyond which the oxide contamination is to be removed by means of activated hydrogen. Once this threshold is exceeded, the supply of activated hydrogen is switched on in a step 603 as described above. For this purpose, the normal operation of the optical system with such an optical element can be interrupted or continued depending on the optical system.
  • the oxide concentration at the metal-containing layer surface is again measured in order to determine whether the threshold value has fallen below again. Once this is the case, the system switches to dry inert gas supply as described above in step 607.
  • step 601 the oxide concentration at the metal-containing layer surface may be measured again to determine if the threshold above which the oxide contamination by activated hydrogen is to be removed is exceeded.
  • Method according to this exemplary embodiment can be continued for any length of time.
  • the water concentration at the surface can also be measured with a metal-containing layer. Preference is given to using spectroscopic methods. In variants, it is possible to work with different threshold values and the supply of activated hydrogen and of dry inert gas can also be carried out in whole or in part in parallel. In particular, this exemplary embodiment allows targeted cleaning even during operation of an optical system having such an optical element.
  • inert gas having a fluorine or fluoride content or having a hydrocarbon content may be supplied to the cleaned surface at the end of the purification process.
  • Hydrocarbon fraction can, for example, in particular in combination with UV radiation, polymerize to form a protective layer on the surface with a metal-containing layer.
  • a fluoride or fluoride portion may form a fluoride-containing protective layer by reaction with the surface material.
  • the proposed method is particularly suitable for optical elements with a metallic layer, in particular without additional protective coating or such that is already so damaged during operation of the optical element that the metallic layer is no longer completely covered or by a finite Part of oxygen can diffuse through.
  • it is well suited for the purification of optical elements designed for wavelengths in the ranges from about 120 nm to about 190 nm, from about 190 nm to about 210 nm or from about 190 nm to about 290 nm, as described in US Pat can be used in other wafer or mask inspection systems or in UV lithography devices.

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Abstract

Zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche wird ein Verfahren vorgeschlagen mit den Schritten: - Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff zu der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht; - anschließend Zufuhr von Inertgas mit einem H2O-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm. Dazu kann ein optisches System (1) ein Gehäuse (122), eine Zufuhreinrichtung (161) von aktiviertem Wasserstoff, eine Zufuhreinrichtung (162) von Inertgas mit einem H2O-Volumenanteil von unter 5 ppm und eine Abfuhreinrichtung (163) zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse (122) aufweisen.

Description

Verfahren zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein optisches System mit einem optischen Element für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche. Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 207 030.7 vom 26. April 2017 in Anspruch, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird.
Insbesondere im kurzwelligeren ultravioletten Wellenlängenbereich bis zu 120 nm, auch vakuumultraviolette Strahlung (VUV-Strahlung) genannt, kann nicht nur mit transmissiven optischen Elementen gearbeitet werden, sondern muss oft auch auf reflektive optische Elemente zurückgegriffen werden. Besonders bewährt haben sich dabei optische Elemente, die auf einem Substrat eine metallische Schicht mit darüberliegend einer Schutzschicht oder ein hochreflektierendes Schichtsystem aufweisen. Die Schutzschicht bzw. das
Schichtsystem kann ein oder mehrere Fluoride aufweisen. Derartige optische Elemente sind beispielsweise aus der US 5,850,309 bekannt.
Die Schutzschicht bzw. das Schichtsystem haben u.a. die Funktion, die metallische Schicht vor Kontamination, insbesondere durch Oxidation zu schützen. Es ist allerdings beobachtet worden, dass schon geringe Sauerstoff- oder Wasserkonzentrationen im Bereich von tausendstel Promille zu einer Degradation der Beschichtung auf der metallischen Schicht und anschließend auch der metallischen Schicht führen können. Aus der DE 10 2009 001 488 A1 ist für optische Elemente für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich, etwa 1 nm bis 20 nm, bekannt, ihre Oberfläche mittels aktiviertem Wasserstoff zu reinigen und gleichzeitig ein Monomer insbesondere eines Kohlenwasserstoffs bereitzustellen, das unter Einfluss des aktivierten Wasserstoffs an der Oberfläche des zu reinigenden optischen Elements polymerisiert und dadurch eine Schutzschicht bildet, die eine geringe Adsorption für Metallhydride aufweist, die sich bei der Reinigung und insbesondere beim Betrieb mit Plasmastrahlungsquellen bilden können. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Reinigungsverfahren für optische Elemente für den ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere bis 120 nm
vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche, aufweisend die Schritte:
- Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff zu der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht;
- anschließend Zufuhr von Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm.
Durch die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff, d.h. Wasserstoffradikalen oder ionisiertem Wasserstoff wird die Oberfläche des optischen Elements von Kontaminationen gereinigt. Insbesondere kann die Oxidation der metallhaltigen Schicht rückgängig gemacht werden. Um dabei das Risiko einer erneuten Oxidation der gereinigten Oberfläche durch eine durch die Behandlung mit aktiviertem Wasserstoff eventuell erhöhte Konzentration von Wasser, Sauerstoff, Hydroxidionen oder Hydroxylradikalen zu reduzieren, wird die Atmosphäre im Bereich der Oberfläche des optischen Elements mit metallhaltiger Schicht durch trockenes Inertgas, nämlich Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm ersetzt. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich besonders gut für optische Elemente mit einer metallischen Schicht, insbesondere ohne zusätzlicher schützender Beschichtung bzw. einer solchen, die beim Betrieb des optischen Elements bereits so beschädigt ist, dass die metallische Schicht nicht mehr vollständige bedeckt ist oder durch die ein endlicher Anteil von Sauerstoff hindurchdiffundieren kann. Vorteilhafterweise wird der aktivierte Wasserstoff zugeführt, indem Inertgas molekularer
Wasserstoff mit einem Anteil von 1 -20 Vol.-% zugegeben wird und diese Mischung an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet wird oder einer dissoziierenden Strahlung ausgesetzt wird. Über die Wärmeeinwirkung bzw. die dissoziierende Strahlung kann der molekulare Wasserstoff in Wasserstoffradikale aufgespalten oder auch ionisiert werden. Der aktivierte Wasserstoff hat höhere Reaktionsraten als molekularer Wasserstoff, so dass mit aktiviertem Wasserstoff auch bessere Reinigungsraten erreicht werden können.
Bevorzugt wird das Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm zwischen 1 min und 100 min zugeführt, um die Atmosphäre im Bereich des zu reinigenden optischen Elements hinreichend auszutauschen und zu trocknen.
Vorteilhafterweise wird der aktivierte Wasserstoff zwischen 1 min und 100 min zugeführt, um vorliegende Kontaminationen wie etwa kohlenwasserstoffhaltige Ablagerungen oder Oxidation der Oberfläche, insbesondere der metallhaltigen Schicht hinreichend zu entfernen.
In bevorzugten Ausführungsformen wird das optische Element geheizt. Dies kann während der Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff, während der Zufuhr von trockenem Inertgas oder während beiden Schritten geschehen. Während der Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff kann durch den Wärmeeintrag die Reduktion der Kontamination mittels Wasserstoffs auf der Oberfläche des optischen Elements beschleunigt werden. Während der Zufuhr von trockenem Inertgas kann durch den Wärmeeintrag das Trocknen der Oberfläche des optischen Elements beschleunigt werden. Bevorzugt wird das optische Element auf eine Temperatur bis 120°C, besonders bevorzugt bis 100°C aufgeheizt. So kann die Reinigung beschleunigt werden, ohne durch zu hohen Wärmeeintrag das optische Element zu beeinträchtigen. Findet die Reinigung während des laufenden Betriebs statt, wird das optische Element vorzugsweise auf ca. 40°C bis 50°C erwärmt.
Um den Trocknungsprozess zu unterstützen, wird vorteilhafterweise in der Nähe der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht eine Kühlfalle und/oder ein Trocknungsmittel und/oder eine Fläche mit einem Platinmetall angeordnet. Dadurch kann die Wasser- und die
Sauerstoffkonzentration im Inertgas weiter reduziert werden.
In bevorzugten Ausführungsformen wird die Schrittfolge Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff und Zufuhr von Inertgas mindestens einmal wiederholt. Auf diese Weise kann die Reinigung beispielsweise durch Anpassen der Dauer der einzelnen Schritte schonender und/oder rascher gestaltet werden. Besonders gut kann auf diese Weise die Reinigung beim laufenden Betrieb durchgeführt werden, da bei Bedarf immer wieder aktivierter Wasserstoff zugeführt werden kann und dazwischen durch Spülen mit dem trockenen Inertgas die Oxidationswahrscheinlichkeit reduziert werden kann.
Besonders bevorzugt wird an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht die
Wasserkonzentration und/oder Oxidkonzentration gemessen und in Abhängigkeit von einem oder mehreren festgelegten Schwellenwerten einer oder mehrere Schritte zum Reinigen des optischen Elements begonnen oder beendet. So kann etwa bei Überschreiten einer
Oxidkonzentration mit der Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff begonnen werden und bei Unterschreiten auf die Zufuhr von trockenem Inertgas umgeschaltet werden. Man kann auch nur die Wasserkonzentration oder beide Parameter überwachen und zum Starten oder Beenden der Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff oder von trockenem Inertgas einsetzen.
Optional kann als abschließender Schritt Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder einem Kohlenwasserstoffanteil zugegeben werden. Der Kohlenwasserstoffanteil kann zur Bildung einer polymeren Schutzschicht gegen Oxidation der Oberfläche des optischen Elements mit metallhaltiger Schicht führen. Der Fluor- oder Fluoridanteil kann zur Bildung einer Fluoridschutzschicht auf der Oberfläche gegen Oxidation führen.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches System mit einem optischen Element für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche in einem Gehäuse und einer Zufuhreinrichtung von aktiviertem Wasserstoff in das Gehäuse, einer Zufuhreinrichtung von Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm in das Gehäuse und einer Abfuhreinrichtung zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse. Ein solches optisches System kann zur Reinigung des optischen Elements mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche wie soeben beschrieben eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise weist es zum Unterstützen des Reduktions- und/oder des
Trocknungsschrittes eine Heizeinrichtung und/oder eine Strahlungsquelle auf.
Bevorzugt ist zum weiteren Senken des Wasser- und Sauerstoffgehalts im Inertgas in der Nähe der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht eine Kühlfalle und/oder ein Trocknungsmittel und/oder eine Fläche mit einem Platinmetall angeordnet. In besonders bevorzugten Ausführungsformen weist es eine Messeinheit zur Messung der Wasser- und/oder Oxidkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht auf. In Abhängigkeit der gemessenen Wasser- und/oder Oxidkonzentration kann das zuvor erläuterte Reinigungsverfahren gesteuert werden. Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die UV- Lithographie;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Waferinspektionssystems;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines ersten optischen Elements;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines zweiten optischen Elements;
Figur 5 eine erste Variante des vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens; und Figur 6 eine zweite Variante des vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens.
Figur 1 zeigt eine schematische Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 für die UV-Lithographie. Die UV-Lithographievorrichtung 1 weist als wesentliche Bestandteile insbesondere zwei optische Systeme 12, 14 auf, ein Beleuchtungssystem 12 und Projektionssystem 14. Für die Durchführung der Lithographie ist eine Strahlungsquelle 10 notwendig, besonders bevorzugt ein Excimerlaser, der beispielsweise bei 248 nm, 193 nm oder 157 nm emittiert und der integraler Bestandteil der UV-Lithographievorrichtung sein kann. Die von der
Strahlungsquelle 10 emittierte Strahlung 1 1 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 12 so aufbereitet, dass damit eine Maske 13, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet werden kann. Im hier dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 12 transmittierende und reflektierende optische Elemente auf. Stellvertretend sind hier das transmittierende optische Element 120, das die Strahlung 1 1 beispielsweise bündelt, und das reflektierende optische Element 121 dargestellt, dass die Strahlung beispielsweise umlenkt. In bekannter Weise können im Beleuchtungssystem 12 verschiedenste transmittierende, reflektierende und sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden.
Die Maske 13 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes Element 15, beispielsweise einen Wafer im Rahmen der Produktion von
Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 14 übertragen wird. Das Projektionssystem 14 weist im hier dargestellten Beispiel mindestens ein transmittierendes optisches Element auf. Im hier dargestellten Beispiel sind stellvertretend zwei
transmittierende optische Elemente 140, 141 dargestellt, die beispielsweise insbesondere dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 13 auf die für die Belichtung des Wafers 15 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch beim Projektionssystem 14 können u.a. reflektive optische Element vorgesehen sein und verschiedenste optische Elemente in bekannter Weise beliebig miteinander kombiniert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass auch optische Systeme ohne transmittierende optische Elemente eingesetzt werden können. Im Folgenden soll exemplarisch näher auf das Beleuchtungssystem 12 eingegangen werden. Die optischen Elemente 120, 121 sind in einem Gehäuse 122 angeordnet. Diese Gehäuse 122 weist eine Zuleitung 161 für aktivierten Wasserstoff, eine Zuleitung 162 für Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm und eine Ableitung 163 zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse 122 auf. Die Zuleitungen 161 , 162 können beide oder einzeln auch für während des Betriebs der UV-Lithographievorrichtung eingesetztes Spülgas eingesetzt werden. Es kann dafür auch eine separate Zuleitung vorgesehen sein. Bevorzugt wird als Inertgas eine Mischung aus Stickstoff und einem oder mehreren Edelgasen eingesetzt, insbesondere falls diese Reinigung in-situ und auch während des Betriebs des optischen Elements stattfindet.
Alternativ können auch ein oder mehrere Edelgase ohne Stickstoff eingesetzt werden.
Gegenüber reinem Stickstoff als Inertgas hat dies den Vorteil, dass beim Betrieb weniger UV-Strahlung absorbiert wird.
Bei dem optischen Element 121 handelt es sich um einen Spiegel mit einer Oberfläche 1210, die eine Metallverspiegelung aufweist. Um über einen breiten Wellenlängenbereich, beispielsweise 100 nm bis 200 nm mit guter Reflektivität eingesetzt werden zu können, hat sich eine Metallschicht aus Aluminium bewährt. Weitere geeignete Metall sind insbesondere für den Einsatz bei streifendem Einfall Edelmetalle und Platinmetalle. Die Metallschicht kann offen liegen. Sie kann eine Schutzschicht aus einer dielektrischen Schicht aufweisen.
Geeignet sind u.a. Metallfluoride als Schutzschichtmaterial. Eine besonders gute
Transmission über den genannten weiten Wellenlängenbereich weist beispielsweise Magnesiumfluorid auf. Ferner kann auf der Metallschicht auch ein Schichtsystem
vorgesehen sein, um die optischen Eigenschaften des optischen Elements 121 gezielt zu beeinflussen. In den Figuren 3 und 4 sind schematisch mögliche beispielhafte Ausführungen von optischen Elementen 3, 4 mit einer Oberfläche 37, 47, die eine Metallverspiegelung 33, 43 aufweist, dargestellt. Die Metallverspiegelung 33, 43 ist jeweils auf einem Substrat 31 , 41 aufgebracht. Sie kann unmittelbar auf dem Substrat 31 , 41 aufgebracht sein oder es kann zwischen der Metallverspiegelung 33, 43 und dem Substrat 31 , 41 eine Haftvermittlerschicht und/oder andere funktionale Schichten vorgesehen sein. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante ist zum Schutz der Metallverspiegelung 33 eine Schutzschicht 35 vorgesehen. Die Schutzschicht 35 kann mehr als eine Lage aufweisen. Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante ist zur Beeinflussung der optischen Eigenschaften des optischen Elements 4 zusätzlich auf der Metallverspiegelung 43 ein Schichtsystem 49 vorgesehen, bevorzugt aus dielektrischen Materialien, insbesondere aus alternierend angeordneten Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Insbesondere kann damit für bestimmte Wellenlängenbereiche gezielt die Reflektivität erhöht werden. Die
Schutzschicht 45 ist im in Figur 4 dargestellten Beispiel auf dem Schichtsystem 49 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass in anderen, nicht dargestellten Varianten ein optisches Element keine Metallverspiegelung, sondern eine Metallfluoridschicht aufweisen kann.
Während des Betriebs von optischen Systemen mit derartigen optischen Elementen, beispielsweise UV-Lithographievorrichtungen oder Wafer- oder Maskeninspektionssysteme, kann die Oberfläche des jeweiligen optischen Elements kontaminiert werden, insbesondere durch Oxidation durch Sauerstoffradikale oder -ionen, die während des Betriebs unter Einfluss der UV-Strahlung auf im Spülgas oder der Gasatmosphäre im optischen System befindlichen Sauerstoff oder Wasser. Beispielsweise können durch die Oxidation
Metallfluoridschichten wie etwa aus Magnesiumfluorid beschädigt werden und
Metallschichten, u.a. aus Aluminium durch Oxidation stark an Reflektivität verlieren.
Insbesondere Metalloxide können aber mittels Wasserstoffs wieder zu Metall reduziert werden. Z.B. kann Aluminiumoxid auf diese Weise entfernt werden, damit wieder eine Aluminiumoberfläche zur Verfügung steht. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl
Sauerstoff- als auch Wasserstoffradikale durch eine Schutzschicht aus beispielsweise einem Metallfluorid, etwa aus Magnesiumfluorid hindurchdiffundieren können und es vorkommen kann, dass gleichzeitig beispielsweise eine Schutzschicht und eine darunterliegende Metallschicht oxidiert und/oder reduziert werden können. Zur Reinigung des Spiegels 121 wird im in Figur 1 dargestellten Beispiel zunächst der Spiegeloberfläche 1210 aktivierter Wasserstoff zugeführt. Im hier dargestellten Beispiel wird dies bewerkstelligt, indem über die Zuleitung 161 molekularer Wasserstoff in das Gehäuse 122 eingeleitet wird und dort zum Dissoziieren der Strahlung der Strahlungsquelle 10 ausgesetzt wird. In Varianten kann auch eine dedizierte Strahlungsquelle vorgesehen sein, deren Emissionsspektrum speziell für das Dissoziieren von molekularem Wasserstoff optimiert ist. In Abwandlungen kann der molekulare Wasserstoff, bevorzugt vor dem
Einleiten in das Gehäuse 122, um eine zusätzliche Kontamination innerhalb des Gehäuses 122 zu vermeiden, an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet. Dazu wird die Reinigung bevorzugt bei Unterdruck oder sogar Vakuum durchgeführt, was über die Ableitung 163 ermöglicht werden kann. Bei Reinigung bei Umgebungsdruck kann es von Vorteil sein, eine Heizdrahtanordnung im Kantenbereich des Spiegels 121 vorzusehen.
Zur Unterstützung der dissoziierenden Wirkung der Strahlung der Strahlungsquelle 10 sowie der reinigenden Wirkung des aktivierten Wasserstoffs ist der Spiegel 121 mit einer
Heizeinrichtung 165 versehen. Im in Figur 1 dargestellten Beispiel ist die Heizeinrichtung derart ausgebildet, dass der Spiegel 121 über seine gesamte Oberfläche 1210 möglichst homogen erwärmt wird. Über die Zuleitung 162 wird im Anschluss an die Zugabe von aktiviertem Wasserstoff
Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm in das Gehäuse 122 und insbesondere an die Spiegeloberfläche geleitet, um eine neue Kontamination der gereinigten Oberfläche 1210 mit metallhaltiger Schicht durch Oxidation zu vermeiden. Um diesen Effekt zu unterstützen, kann die
Heizeinrichtung 165 auch während dieses Verfahrensschritt zum Erwärmen des Spiegels 121 eingesetzt werden. Außerdem ist im in Figur 1 dargestellten Beispiel in der Nähe der Spiegeloberfläche 1210 ein Trocknungsmittel, beispielsweise mit hygroskopischem Material vorgesehen. Mithilfe dieser Maßnahmen kann der H20-Volumenanteil besonders niedrig gehalten werden.
Der Reinigungsprozess inklusive Trocknung wird im in Figur 1 dargestellten Beispiel überwacht und gesteuert, indem vom Spiegel 121 reflektierte Strahlung mittels eines Strahlteilers 166 auf einen Detektor 167 geleitet wird und zur weiteren Auswertung zur Verfügung steht, beispielsweise in einer nicht dargestellten Steuereinrichtung. Insbesondere kann auf diese Weise die Wasserkonzentration und/oder die Oxidkonzentration auf der Spiegeloberfläche 1210 gemessen werden und in Abhängigkeit vom Über- bzw.
Unterschreiten von entsprechenden Schwellenwerten entweder mehr aktivierter Wasserstoff oder mehr trockenes Inertgas zugeführt werden. Eine solche Vorgehensweise erlaubt ein Reinigen bzw. hinreichendes Unterdrücken von Kontamination nicht nur in-situ, sondern auch während des Lithographieprozesses. Man kann diese Messung auch dazu nutzen, von normalem Betrieb in den Reinigungsbetrieb umzuschalten. In Varianten ist für die Messung der Wasser- und/oder Oxidkonzentration eine separate Infrarotstrahlungsquelle für eine besonders präzise Konzentrationsbestimmung vorgesehen sein. In nicht dargestellten Varianten kann über eine der Zuleitungen 161 , 162 oder eine weitere Zuleitung Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder mit einem
Kohlenwasserstoffanteil in das Gehäuse 122 eingeleitet werden, nachdem der
Reinigungsvorgang einschließlich Trocknens abgeschlossen ist und/oder zur Schaffung einer Schutzgasatmosphäre für optische Element mit metallfluoridhaltiger Oberfläche. Der Kohlenwasserstoffanteil kann beispielsweise insbesondere in Verbindung mit UV-Strahlung zu einer Schutzschicht auf der metallhaltigen Spiegeloberfläche 1210 polymerisieren. Mit einem Fluor- oder Fluoridanteil kann sich auf der metallhaltigen Spiegeloberfläche 1210 durch Reaktion mit dem Material an der Spiegeloberfläche 1210 eine fluoridhaltige
Schutzschicht ausbilden. Eine bereits vorhandene fluoridhaltige Schicht hat außerdem eine geringere Wahrscheinlichkeit zu oxidieren, wenn während des Betriebs die Atmosphäre im optischen System auch Fluorverbindungen aufweist.
Bevorzugt wird dem Inertgas eine Fluoridverbindung, insbesondere eine flüchtige
Fluoridverbindung zugegeben. Geeignet sind beispielsweise Edelgasfluoride wie u.a.
verschiedene Xenonfluoride (z.B. Xenondifluorid, Xenontetrafluorid) oder Kryptonfluoride
(z.B. Kryptondifluorid), Edelmetallfluoride wie u.a. Platinhexafluorid, Fluorkohlenwasserstoffe wie u.a. Tetrafluormethan, Tetrafluorethan, oder auch Flusssäure. Unter Einfluss von UV- Strahlung können die Fluor-Verbindungen zu Fluorradikal oder Fluoridionen dissoziieren. Insbesondere metallfluoridhaltige Schutzschichten können über die Fluorradikal- bzw.
Fluoridionenzugabe ausgebessert und damit der Schaden durch Oxidation begrenzt werden. Bei Metallschichten kann sich durch diese Zugabe eine Metallfluoridschicht ausbilden, die als Schutzschicht dienen kann, beispielsweise Aluminiumfluorid auf Aluminium. Bei der Zugabe von Inertgas mit erhöhtem Kohlenwasserstoffanteil hat sich u.a. die Zugabe von Methylmethacrylat bewährt, das unter UV-Bestrahlung zu Polymethylmethacrylat
auspolymerisiert und ebenfalls eine Schutzschicht bilden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass in Verbindung mit dem in Figur 1 dargestellten Beispiel zwar nur ein optisches Element für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche diskutiert wird, dass aber
selbstverständlich zwei, drei, vier, fünf oder mehr derartige optische Elemente in einem optischen System für etwa die UV-Lithographie vorgesehen sein können.
Optische Elemente wie zuvor beschreiben können auch in Wafer- oder
Maskeninspektionssystemen eingesetzt werden. Eine beispielhafte Ausführung eines Waferinspektionssystems 2 ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Die Erläuterungen gelten ebenso für Maskeninspektionssystem.
Das Waferinspektionssystem 2 weist eine Strahlungsquelle 20 auf, deren Strahlung mittels eines optischen Systems 222 auf einen Wafer 25 gelenkt wird. Dazu wird die Strahlung von einem konkaven Spiegel 220 des optischen Systems 22 auf den Wafer 25 reflektiert. Bei einem Maskeninspektionssystem könnte man anstelle des Wafers 25 eine zu untersuchende Maske anordnen. Die vom Wafer 25 reflektierte, gebeugte und/oder gebrochene Strahlung wird von einem ebenfalls zum optischen System 22 gehörigen konkaven Spiegel 221 auf einen Detektor 23 zur weiteren Auswertung geleitet. Beide und ggf. weitere, nicht dargestellte optische Elemente des optischen Systems 222 können wie zuvor anhand der Figur 3 oder 4 ausgestaltet sein.
Das optische System 22 umfasst neben den beiden Spiegeln 220, 221 ein Gehäuse 222 mit einer Zuleitung 261 , die sowohl für die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff als auch für die Zufuhr von Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm genutzt werden kann, sowie eine Ableitung 263 zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse 222.
Bei der Strahlungsquelle 20 kann es sich beispielsweise um genau eine Strahlungsquelle oder eine Zusammenstellung von mehreren einzelnen Strahlungsquellen handeln, um ein im Wesentlichen kontinuierliches Strahlungsspektrum zur Verfügung zu stellen. Besonders bevorzugt sind die Wellenlängenbereich von etwa 120 nm bis etwa 190 nm, von etwa 190 nm bis etwa 210 nm oder von etwa 190 nm bis etwa 290 nm. In Abwandlungen kann auch eine oder mehrere schmalbandige Strahlungsquellen eingesetzt werden. Im in Figur 2 dargestellten Beispiel ist im Bereich der Einmündung der Zuleitung 261 in das Gehäuse 222 eine Strahlungsquelle 271 angeordnet, deren Wellenlänge bzw.
Wellenlängenbereich kleiner oder gleich 160 nm zu einer höheren Dissoziationsrate bei molekularem Wasserstoff und bevorzugt gleichzeitig zu einer geringeren Dissoziationsrate bei molekularem Sauerstoff oder Wasser führt. Auch wenn der durch die Zuleitung 261 eingeleitete Wasserstoff bereits teilweise aktiviert ist, beispielsweise indem er zuvor an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet wurde, kann durch die dissoziierende Strahlung der Strahlungsquelle 271 die Aktivierungsrate deutlich erhöht werden. Damit kann die
Reinigungsrate ebenfalls erhöht werden. Wenn die Reinigung nicht während des normalen Betriebs des Inspektionssystems 2 durchgeführt wird, sondern in einem dedizierten
Reinigungsbetrieb, wird vorteilhafterweise die Strahlungsquelle 20 ausgeschaltet.
Um den Trocknungsprozess bei der Zufuhr von Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm zu unterstützen, sind im in Figur 2 dargestellten Beispiel an jedem Spiegel je eine Kühlfalle 268, 269 sowie je eine Fläche 264, 270 mit einem Platinmetall, insbesondere Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin angeordnet. Damit kann der Wasser- und Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre im Gehäuse und insbesondere in der Nähe der Oberflächen 2210 und 2220 mit metallhaltiger Schicht der Spiegel 220 und 221 zusätzlich reduziert werden. Die
Platinmetallflächen 264, 270 können dabei als Katalysator wirken, an dem molekularer Sauerstoff in Wasser umgewandelt wird, das von den Kühlfallen 268, 269 aus der
Restgasatmosphäre im Gehäuse 222 entfernt werden kann. Alternativ zu den Kühlfallen 268, 269 können auch Trocknungsmittel aus porösem Material mit guter Adhäsion für Wasser eingesetzt werden wie etwa Zeolithe. Ferner wird kontinuierlich auch Gas aus dem Gehäuse 222 über die Ableitung 263 abgepumpt und damit ggf. ebenfalls Wasser entfernt.
Zur Kontrolle des Reinigungs- und Trocknungsfortschritts kann die vom Detektor 23 empfangene Strahlung beispielsweise über spektroskopische Methoden auch in Hinblick auf die Wasser- oder Oxidkonzentration an den Oberflächen 2210, 2220 mit metallhaltiger Schicht der Spiegel 220, 221 , insbesondere des im Strahlengang zweiten Spiegels 221 analysiert werden. Je nach Messergebnis kann beispielsweise vom Waferinspektionsbetrieb auf Reinigungsbetrieb umgeschaltet werden oder zwischen der Zugabe von aktiviertem Wasserstoff und von trockenem Inertgas gewechselt werden, insbesondere bei Reinigung während des Waferinspektionsbetriebs. In Varianten kann die Messung mit einer dedizierten Infrarotstrahlungsquelle spektroskopisch durchgeführt werden. Im Übrigen kann zum Abschluss des Reinigungsbetriebs über die Zuleitung 261 oder eine weitere Zuleitung Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder mit einem
Kohlenwasserstoffanteil in das Gehäuse 222 eingeleitet werden, nachdem der
Reinigungsvorgang einschließlich Trocknens abgeschlossen ist. Der Kohlenwasserstoffanteil kann beispielsweise insbesondere in Verbindung mit UV-Strahlung zu einer Schutzschicht auf den metallhaltigen Spiegeloberflächen 2210, 2220 polymerisieren. Mit einem Fluor- oder Fluoridanteil kann sich auf den metallhaltigen Spiegeloberflächen 2210, 2220 durch
Reaktion mit dem Material an den Spiegeloberflächen 2210, 2220 eine fluoridhaltige
Schutzschicht ausbilden.
Mögliche beispielhafte Ausführungen des hier vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens sollen anhand der Figuren 5 und 6 weiter illustriert werden. In der beispielhaften Ausführungsform entsprechend Figur 5 wird in einem ersten Schritt 501 das zu reinigende optische Element für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche beheizt. Bevorzugt wird das optische Element auf eine Temperatur bis 120°C, besonders bevorzugt bis 100°C
aufgeheizt. So kann die Reinigung beschleunigt werden, ohne durch zu hohen
Wärmeeintrag das optische Element zu beeinträchtigen. In Varianten kann die Reinigung während des laufenden Betriebs des optischen Elements stattfinden. In solchen Fällen wird das optische Element vorzugsweise auf ca. 40°C bis 50°C erwärmt. Vorteilhafterweise wird das optische Element während des gesamten Reinigungsprozesses beheizt. In einem weiteren Schritt 503 wird der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht zur Entfernung von Kontamination, insbesondere von Kontamination auf der Basis von Oxidation zugeführt. In der beispielhaften Ausführungsform entsprechend Figur 5 wird der aktivierte Wasserstoff zugeführt, indem Inertgas molekularer Wasserstoff mit einem Anteil von 1-20 Vol.-% zugegeben wird und diese Mischung an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet wird und einer dissoziierenden Strahlung ausgesetzt wird, um eine besonders hohe Aktivierungsrate zu erreichen, d.h. einen besonders hohen Anteil von ionisiertem Wasserstoff und
Wasserstoffradikalen. Der aktivierte Wasserstoff wird je nach Kontaminationsgrad und Aktivierungsgrade zwischen 1 min und 100 min, bevorzugt während einigend Minuten bis wenigen 10 Minuten zugeführt, um vorliegende Kontaminationen wie etwa
kohlenwasserstoffhaltige Ablagerungen oder Oxidation der Oberfläche, insbesondere der metallhaltigen Schicht hinreichend zu entfernen. Durch eine Beheizung des optischen Elements gemäß Schritt 501 kann der Aktivierungsgrad leicht erhöht werden wie auch die Reaktionsrate, mit der Kontamination entfernt wird. Nach Ablauf dieser Zeitspanne wird in einem weiteren Schritt 505 der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht trockenes Inertgas zugeführt, um das Risiko einer erneuten Oxidation der gereinigten Oberfläche durch eine durch die Behandlung mit aktiviertem Wasserstoff eventuell erhöhte Konzentration von Wasser, Sauerstoff, Hydroxidionen oder
Hydroxylradikalen zu reduzieren. Somit wird die Atmosphäre im Bereich der Oberfläche des optischen Elements mit metallhaltiger Schicht durch besonders trockenes Inertgas ersetzt. Als Inertgas wird dabei in vorliegenden Beispiel eine Mischung aus Stickstoff und einem oder mehreren Edelgasen eingesetzt, insbesondere falls diese Reinigung in-situ und auch während des Betriebs des optischen Elements stattfindet. Alternativ können auch ein oder mehrere Edelgase ohne Stickstoff eingesetzt werden, falls der Reinigungsprozess während des Betriebs des optischen Elements durchgeführt wird, um weniger UV-Strahlung zu absorbieren. Im übrigen wird das Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm, bevorzugt unter 1 ppm besonders bevorzugt unter 0,2 ppm je nach Wasseranteil im Inertgas und Konzentration von Wasser, Sauerstoff, Hydroxidionen und/oder Hydroxylradikalen zwischen 1 min und 100 min, bevorzugt während einigen bis mehreren 10 Minuten zugeführt, um die Atmosphäre im Bereich der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht des zu reinigenden optischen Elements hinreichend auszutauschen und zu trocknen.
Wie bereits in Zusammenhang mit der UV-Lithographievorrichtung aus Figur 1 bzw. dem Wafer- bzw. Maskeninspektionssystem aus Figur 2 erläutert, kann in der Nähe der zu reinigenden Oberfläche mit metallhaltiger Schicht eine Kühlfalle und/oder ein
Trocknungsmittel und/oder eine Fläche mit einem Platinmetall angeordnet werden, um zu einer besonders wasserarmen Atmosphäre im Bereich dieser Oberfläche beizutragen. Auch das Beheizen des optischen Elements gemäß Schritt 501 ist dem förderlich. Um einen besonders guten Reinigungseffekt zu erzielen werden die Schritte Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff und Zufuhr von trockenem Inertgas jeweils als Schritt 507 und Schritt 509 wiederholt. In Varianten kann bereits ohne Wiederholung dieser Schrittfolge ein hinreichendes Ergebnis erreicht sein oder kann diese Schrittfolge auch mehr als einmal, also zwei, drei, vier, fünf Mal oder noch öfter wiederholt werden. Die in Figur 6 illustrierte beispielshafte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor in Verbindung mit Figur 5 erläuterten beispielhaften Ausführungsform insbesondere
dahingehende, dass an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht die Oxidkonzentration gemessen wird und in Abhängigkeit von einem oder in weiteren Varianten mehreren festgelegten Schwellenwerten aktivierter Wasserstoff oder trockenes Inertgas zugegeben.
In einem ersten Schritt 601 wird die Oxidkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht gemessen, um festzustellen, ob ein entsprechender Schwellenwert überschritten ist, ab dem die Oxidkontamination mittels aktiviertem Wasserstoff zu entfernen ist. Sobald dieser Schwellenwert überschritten ist, wird in einem Schritt 603 wie zuvor beschrieben die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff zugeschaltet. Dazu kann der normale Betrieb des optischen Systems mit einem solchen optischen Element je nach optischem System unterbrochen oder weitergeführt werden. In einem weiteren Schritt 605 wird erneut die Oxidkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht gemessen, um festzustellen, ob der Schwellenwert wieder unterschritten ist. Sobald dies der Fall ist, wird wie zuvor beschrieben in einem Schritt 607 auf Zufuhr von trockenem Inertgas umgeschaltet.
Anschließend kann wieder gemäß Schritt 601 die Oxidkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht gemessen, um festzustellen, ob der Schwellenwert überschritten ist, ab dem die Oxidkontamination mittels aktivierten Wasserstoffs zu entfernen ist. Das
Verfahren gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann beliebig lange fortgeführt werden.
Alternativ oder kumulativ kann auch die Wasserkonzentration an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht gemessen werden. Bevorzugt werden spektroskopische Methoden eingesetzt. In Varianten kann mit verschiedenen Schwellenwerten gearbeitet werden und kann die Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff und von trockenem Inertgas auch ganz oder teilweise parallel durchgeführt werden. Diese beispielhafte Ausführungsform erlaubt insbesondere das gezielte Reinigen auch während des Betriebs eines optischen Systems mit einem solchen optischen Element.
Im Übrigen kann in Varianten der beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zum Abschluss des Reinigungsprozesses Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder mit einem Kohlenwasserstoffanteil der gereinigten Oberfläche zugeführt werden. Der
Kohlenwasserstoffanteil kann beispielsweise insbesondere in Verbindung mit UV-Strahlung zu einer Schutzschicht auf der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht polymerisieren. Mit einem Fluor- oder Fluoridanteil kann sich durch Reaktion mit dem Oberflächenmaterial eine fluoridhaltige Schutzschicht ausbilden.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich besonders gut für optische Elemente mit einer metallischen Schicht, insbesondere ohne zusätzlicher schützender Beschichtung bzw. einer solchen, die beim Betrieb des optischen Elements bereits so beschädigt ist, dass die metallische Schicht nicht mehr vollständige bedeckt ist oder durch die ein endlicher Anteil von Sauerstoff hindurchdiffundieren kann. Insbesondere eignet es sich gut für die Reinigung von optischen Elementen, die für Wellenlängen in den Bereichen von etwa 120 nm bis etwa 190 nm, von etwa 190 nm bis etwa 210 nm oder von etwa 190 nm bis etwa 290 nm ausgelegt sind, wie sie unter anderem in Wafer- oder Maskeninspektionssystemen oder in UV-Lithographievorrichtungen eingesetzt werden können.
Bezugszeichen
1 UV-Lithographievorrichtung
2 Waferinspektionssystem
3 optisches Element
4 optisches Element
10 Strahlungsquelle
1 1 Strahlung
12 Beleuchtungssystem
13 Maske
14 Projektionssystem
15 zu belichtendes Element
20 Strahlungsquelle
21 Strahlung
22 optisches System
23 Detektor
25 Wafer
31 Substrat
33 Metallverspiegelung
35 Schutzschicht
37 Oberfläche
41 Substrat
43 Metallverspiegelung
45 Schutzschicht
47 Oberfläche
49 Schichtsystem
120 Linse
121 Spiegel
122 Gehäuse
140 Linse
141 Linse
161 Zuleitung
162 Zuleitung
163 Ableitung
164 Trocknungsmittel 165 Heizeinrichtung
166 Strahlteiler
167 Detektor
220 Spiegel
221 Spiegel
222 Gehäuse
261 Zuleitung
263 Ableitung
264 Platinteil
268 Kühlfalle
269 Kühlfalle
270 Platinteil
271 Strahlungsquelle
501 - 509 Verfahrensschritt
601 - 607 Verfahrensschritt
1210 Spiegeloberfläche
2210 Spiegeloberfläche
2220 Spiegeloberfläche

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung von optischen Elementen für den ultravioletten
Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht auf einer Oberfläche, aufweisend die Schritte:
- Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff zu der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht;
- anschließend Zufuhr von Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierte Wasserstoff zugeführt wird, indem Inertgas molekularer Wasserstoff mit einem Anteil von 1-20 Vol.- % zugegeben wird und diese Mischung an einer Heizdrahtanordnung vorbeigeleitet wird und/oder einer dissoziierenden Strahlung ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm zwischen 1 min und 100 min zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierte Wasserstoff zwischen 1 min und 100 min zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittfolge Zufuhr von aktiviertem Wasserstoff und Zufuhr von Inertgas mindestens einmal wiederholt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element geheizt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element auf eine Temperatur bis 120°C aufgeheizt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht die Wasserkonzentration und/oder
Oxidkonzentration gemessen wird und in Abhängigkeit von einem oder mehreren festgelegten Schwellenwerten einer oder mehrere Schritte zum Reinigen des optischen Elements begonnen oder beendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Oberfläche mit metallhaltiger Schicht eine Kühlfalle und/oder ein
Trocknungsmittel und/oder eine Fläche mit einem Platinmetall angeordnet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als abschließender Schritt Inertgas mit einem Fluor- oder Fluoridanteil oder einem
Kohlenwasserstoffanteil zugegeben wird.
1 1 . Optisches System (1 , 2) mit einem optischen Element (121 , 220, 221 ) für den ultravioletten Wellenlängenbereich mit mindestens einer metallhaltigen Schicht (33, 43) auf einer Oberfläche (37, 47) in einem Gehäuse (122, 222) und einer Zufuhreinrichtung (161 , 261 ) von aktiviertem Wasserstoff in das Gehäuse (122, 222), einer
Zufuhreinrichtung (162, 261 ) von Inertgas mit einem H20-Volumenanteil von unter 5 ppm in das Gehäuse (122, 222) und einer Abfuhreinrichtung (163, 263) zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse (122, 222).
12. Optisches System nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es eine Heizeinrichtung (165) und/oder eine Strahlungsquelle (271 ) aufweist.
13. Optisches System nach Anspruch 1 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Oberfläche (37, 47) mit metallhaltiger Schicht (33, 43) eine Kühlfalle (268, 269) und/oder ein Trocknungsmittel (164) und/oder eine Fläche (264, 270) mit einem Platinmetall angeordnet ist.
14. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Messeinheit (167, 23) zur Messung der Wasser- und/oder
Oxidkonzentration an der Oberfläche (37, 47) mit metallhaltiger Schicht (33, 43) aufweist.
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