WO2020115086A2 - Optisches element zur reflexion von vuv-strahlung und optische anordnung - Google Patents

Optisches element zur reflexion von vuv-strahlung und optische anordnung Download PDF

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    • G03F7/70958—Optical materials or coatings, e.g. with particular transmittance, reflectance or anti-reflection properties

Definitions

  • the invention relates to an optical element for reflecting radiation in the VUV wavelength range, comprising: a substrate and a reflective coating applied to the substrate and having at least one aluminum layer.
  • the invention also relates to an optical
  • Arrangement for the VUV wavelength range in particular a wafer inspection system or a VUV lithography system, which has an interior in which at least one optical element is arranged, and at least one gas inlet for supplying a gas into the interior.
  • VUV wavelength range In particular in the short-wave ultraviolet wavelength range between approx. 100 nm and approx. 200 nm, also called vacuum ultraviolet wavelength range (VUV wavelength range), not only transmissive, but often also reflective optical elements are used. Optical arrangements for
  • VUV wavelength range Radiation in the VUV wavelength range can be used, for example, to carry out an optical inspection of wafers or masks or to produce semiconductor components.
  • Optical elements for the reflection of VUV radiation typically have a reflective coating which, in certain applications, for example in the inspection of wafers, has a large coating
  • Al203 native aluminum oxide
  • This Al2C> 3 layer absorbs so strongly in the VUV wavelength range that an aluminum layer as a reflective layer for use in the VUV wavelength range is not attractive without the provision of further measures which protect it against oxidation.
  • protective layers or protective coatings in the form of metal fluorides to the aluminum layer, e.g. in the form of MgF2, AIF3 or LiF or in the form of a three-layer protective coating made from these materials.
  • optical surfaces contaminate, since unwanted gas components in the vicinity of optical elements cannot be completely suppressed. These can deposit on the optical surfaces and are "burned in” there during the irradiation.
  • the object of the invention is to provide an optical element for reflecting
  • the inventors have recognized that certain materials bring about a catalytic hydrogen splitting or dissociation of molecular hydrogen. If molecular hydrogen, possibly in the form of a chemical compound, is added to the surroundings of the optical element, this is attached to the material split the hydrogen-catalytic layer and forms activated hydrogen, especially at high irradiance levels. Under activated
  • Hydrogen becomes hydrogen radicals, hydrogen ions and / or
  • the material is the
  • hydrogen catalytic layer selected from the group comprising: Ru,
  • the hydrogen-catalytic layer has a layer thickness between 0.1 nm and 3.0 nm, preferably between 0.1 nm and 1.0 nm.
  • Ru has a reflectivity of significantly less than 0.6 in the VUV wavelength range. Accordingly, a layer with a thickness of 3 nm made of ruthenium lowers the
  • the hydrogen-catalytic layer does not completely cover the aluminum layer.
  • Layer thickness can typically no longer be applied completely closed.
  • Ru as a layer material with a layer thickness of approximately 1.0 nm or less.
  • Part (s) of the aluminum layer can not form a native layer of aluminum oxide.
  • Part (s) of the aluminum layer can not form a native layer of aluminum oxide.
  • Element hydrogen is added, due to the catalytic effect of the material of the hydrogen-catalytic layer, no oxidation may take place even on the exposed surface areas of the aluminum layer.
  • the hydrogen-catalytic layer covers the
  • Aluminum layer with a degree of coverage between 10% and 90%, preferably between 30% and 70%.
  • the degree of coverage is understood to mean the proportion of the surface of the hydrogen-catalytic layer in the entire surface (facing away from the substrate) of the aluminum layer.
  • the covering with the hydrogen-catalytic layer is typically carried out in the form of island-shaped, spaced apart
  • the reflective coating comprises a protective layer applied to the aluminum layer and to the hydrogen-catalytic layer.
  • the hydrogen-catalytic layer is applied so thinly for reasons of reflection that it does not completely cover the aluminum layer, part of the surface of the aluminum layer is exposed. If a native oxide layer forms on the exposed surface areas of the aluminum layer, this reaction can be caused by the addition of hydrogen due to the comparatively large
  • the reaction enthalpy of aluminum with oxygen can no longer be reversed. This also applies to activated hydrogen which is formed on the hydrogen-catalytic layer, even if it has a considerably greater reactivity than molecular hydrogen.
  • the oxygen or the hydroxide molecule is more loosely bound to the surface before the reaction and is therefore more amenable to reduction with the hydrogen radical, i.e. in this case the oxidation rate of the aluminum is reduced.
  • the protective layer preferably forms a closed layer. As described above, it is necessary that the protective layer at least the or covers the exposed surface areas of the aluminum layer. This is usually achieved by adding a layer to the aluminum layer and the hydrogen-catalytic layer that partially covers it
  • the protective layer is preferably formed from a transparent, in particular fluoride material, for example a metal fluoride, for example from AIF 3 .
  • the protective layer is typically irreversible, ie permanently applied to the hydrogen-catalytic layer.
  • the protective layer is made from radiation by radiation in the VUV wavelength range and / or by contact with
  • Hydrogen removable material is formed.
  • the protective layer is applied reversibly, i.e. this can be easily removed during operation of the optical element in an optical arrangement, since hydrogen is introduced there anyway in order to protect the aluminum layer from oxidation during irradiation or because the reflective coating and thus also the protective layer in any case radiation in the VUV- Wavelength range is exposed.
  • this is usually the top layer of the reflective coating.
  • the removable protective layer is generally applied during or after the production of the optical element before it is exposed to the air environment.
  • a complex handling and transport concept of the optical element in inert gas / nitrogen or possibly in vacuum can be dispensed with due to the protective layer.
  • Protective layer if necessary by adding suitable substances in the environment of the optical element, which is e.g. can be a vacuum environment or an environment flushed with a purge gas can be reapplied.
  • the protective layer is formed from carbon or from at least one hydrocarbon.
  • the protective layer is easy to remove and reapply. This is e.g. in the case of a thin protective layer which contains carbon or hydrocarbons, which is reduced to gaseous carbon compounds in the operation of an optical arrangement.
  • the hydrocarbon from which the protective layer is formed can be volatile alkanes or alkenes, for example, which then adhere to the surface and form a polymer layer.
  • a second aspect of the invention relates to an optical arrangement of the type mentioned at the outset, in particular a wafer inspection system or a VUV lithography system, in which the optical element is designed as described above and in which the gas inlet for supplying
  • (Molecular) hydrogen is formed or configured in the interior.
  • the interior can be flushed with a purge gas via the gas inlet, to which hydrogen is additionally supplied, but it is also possible that a vacuum environment prevails in the interior in which the optical element is arranged, which additionally supplies hydrogen via the gas inlet becomes.
  • Gas inlet typically has a gas reservoir that is used to store molecular hydrogen.
  • the oxidation rate of the aluminum in the aluminum layer can typically be reduced to such an extent that a high reflectivity of the optical element over a sufficiently long irradiation period
  • optical arrangement of the type mentioned at the outset, which can be designed according to the second aspect of the invention, but does not necessarily have to be designed.
  • the optical arrangement has a plasma generating device for supplying a plasma gas via the gas inlet into the interior for generating a
  • Atmospheric pressure plasma on at least a portion of an optical surface of the optical element.
  • the optical element can be a reflective optical element for radiation in the VUV wavelength range, on the reflective coating of which the optical surface is formed.
  • the optical element can alternatively be a transmissive optical element in which radiation in the VUV wavelength range is transmitted through the io
  • optical surface passes through.
  • the optical surface is at least partially arranged in the beam path of the optical arrangement.
  • both reflective and transmissive optical elements which are used in an optical arrangement for radiation in the VUV wavelength range, have the problem that these are contaminated over time by gas components present in the environment, which attach themselves to their optical surfaces.
  • an atmospheric pressure plasma i.e. of a plasma at a pressure which is more than 100 mbar, preferably about 1 bar, has, among other things, compared to a plasma which is generated under vacuum conditions. proven to be favorable because the optical arrangement can be operated in a purge gas atmosphere and not with vacuum pumps
  • compressed air or another type of purge gas can be used as the plasma gas or as the main component of the plasma gas, e.g. Nitrogen and / or a rare gas, e.g. Argon.
  • a reactive gas or a reactive species for example hydrogen, oxygen or water, can optionally be added to the plasma gas in order to increase the cleaning effect of the plasma.
  • the plasma generating device is for generating a hydrogen plasma on the optical surface of the optical
  • hydrogen can be added to the plasma gas which is fed into the interior via the gas inlet.
  • a hydrogen plasma is formed in the vicinity of the optical surface.
  • a hydrogen plasma can be used particularly advantageously for cleaning an aluminum layer of a reflective optical element, the surface of which is exposed, so that the hydrogen plasma comes into contact with the surface of the aluminum layer. Due to the excited hydrogen ions of the plasma, the native A Os layer described above can be wholly or partially reduced to aluminum, which increases the reflectivity of the reflecting optical element and increases the transmission of the optical arrangement.
  • Hydrogen catalytic layer activated hydrogen not possible. When cleaning with the help of hydrogen plasma is one
  • the plasma gas more precisely the plasma gas ions which arise during plasma formation, can be supplied to the optical surface in different ways.
  • the gas inlet is a plasma nozzle for supplying the plasma gas to at least a portion of the optical surface educated.
  • the gas inlet can have at least one outlet opening, which is used to align a plasma gas flow of the plasma gas to the optical surface or to at least one
  • the gas inlet is a plasma nozzle, the gas outlet of which is aligned or can be aligned with the optical surface, provided the plasma nozzle or its outlet opening moves relative to the optical surface,
  • Plasma nozzle is the plasma gas, e.g. in the form of oil-free compressed air or in the form of a purge gas, e.g. of nitrogen or another inert gas, typically flowing past a discharge path, excited there and converted into the plasma state.
  • a purge gas e.g. of nitrogen or another inert gas
  • the plasma gas for example
  • Hydrogen or another active gas can be added, occurs in the
  • Plasma state from the plasma nozzle into the interior An example of a plasma nozzle which enables the generation of an active gas jet which is to be electrically neutral as soon as it emerges from the plasma nozzle is described in DE10145131A1, which is incorporated by reference in its entirety into the content of this application.
  • the plasma generating device can have at least one electrode spaced from the optical surface for generating the atmospheric pressure plasma on the at least a partial area of the optical surface. With the help of the electrode (s), the plasma can be generated specifically at a desired location within the interior.
  • the aluminum layer or another metallic layer of the reflective coating can serve as a counter electrode or to provide a ground potential for the plasma electrode.
  • the electrode (s) can be designed to taper to a point in order to ionize the plasma gas in the region of the electrode tip or to generate a plasma there, which extends to the partial region of the optical surface.
  • the plasma generating device is designed to generate a location-dependent variable atmospheric pressure plasma on the optical surface. It has proven to be advantageous if the partial areas of the optical surface are only exposed to a plasma to the extent that they were previously contaminated or oxidized. This can be achieved by a suitable arrangement of the plasma nozzle (s) and / or the electrode (s). For example, the electrodes and / or the
  • Plasma nozzles are arranged in a ring around the optical element, so that each electrode or plasma nozzle is assigned to a partial area of the optical surface.
  • Plasma nozzles or electrodes can change the atmospheric pressure plasma on the optical surface depending on the location.
  • a time period in which a respective plasma nozzle or a respective electrode is activated for cleaning or for the reduction reaction can also be set individually, depending on the degree of contamination or oxidation of a respective partial area of the optical Surface.
  • the optical arrangement can be used to determine the degree of contamination or oxidation of a respective partial area
  • Inspection device for example in the manner of a camera or the like.
  • a camera or another suitable inspection device can be introduced into the interior during the break in order to obtain location-dependent information about the oxidation or contamination of the optical surface.
  • the reflectivity of the optical element can be increased by the cleaning or reducing effect of the atmospheric pressure plasma described above, i.e. without this from the optical arrangement
  • Fig. 1 is a schematic representation of an optical arrangement for the
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an optical arrangement in the form of a wafer inspection system
  • Fig. 3 is a schematic representation of the wavelength-dependent
  • 4a, b are schematic representations of an optical element with a reflective coating, which has an aluminum layer and one applied to the aluminum layer
  • FIGS. 6a, b a plasma generation device with six electrodes for
  • VUV lithography system 1 schematically shows an optical arrangement 1 in the form of a VUV lithography system, in particular for wavelengths in the range between 100 nm and 200 nm or 190 nm.
  • the VUV lithography system 1 has two optical systems in the form of one as essential components
  • the VUV lithography system 1 has a radiation source 10, which can be an excimer laser, for example, which emits radiation 11 at a wavelength in the VUV wavelength range of 193 nm, 157 nm or 126 nm, for example can be an integral part of the VUV lithography system 1.
  • the radiation 11 emitted by the radiation source 10 is processed with the aid of the illumination system 12 in such a way that a mask 13, also called a reticle, can thereby be illuminated.
  • the lighting system 12 has both transmissive and reflective optical elements. 1 shows a transmissive optical element 120, which bundles the radiation 11, and a reflective optical element 121, which deflects the radiation 11, for example. In a known manner, in the lighting system 12
  • transmissive, reflective or other optical elements can be combined with one another in any, even more complex, way.
  • the mask 13 has a structure on its surface which is transferred to an optical element 15 to be exposed, for example a wafer, during the production of semiconductor components with the aid of the projection system 14.
  • the mask 13 is designed as a transmissive optical element. In alternative embodiments, the mask 13 can also be designed as a reflective optical element.
  • Projection system 14 has at least one in the example shown
  • transmissive optical element In the example shown, two transmissive optical elements 140, 141 are represented, which serve, for example, to reduce the structures on the mask 13 to the size desired for the exposure of the wafer 15.
  • the projection system 14 can also reflective optical elements can be provided and any optical elements can be any in a known manner
  • optical arrangements without transmissive optical elements can also be used for VUV lithography.
  • the wafer inspection system 2 has a radiation source 20, the radiation 21 of which is directed onto a wafer 25 by means of an optical system 22.
  • the radiation 21 is reflected by a concave mirror 220 onto the wafer 25.
  • a mask to be examined could be arranged instead of the wafer 25.
  • the radiation reflected, diffracted and / or refracted by the wafer 25 is directed from a further concave mirror 221 also belonging to the optical system 22 to a detector 23 for further evaluation.
  • Radiation source 20 can be, for example, exactly one
  • Radiation source or a combination of several individual radiation sources to be a substantially continuous
  • one or more narrow-band radiation sources 20 can also be used.
  • the wavelength or the wavelength band of the radiation 21 generated by the radiation source 20 is preferably in the range between 100 nm and 200 nm, particularly preferably between 110 nm and 190 nm.
  • the reflective optical surfaces 121a, 221a, 222a of the respective reflective optical elements 121, 220 can be oxidized , 221 come.
  • the reflecting optical elements 121, 220, 221 can have a metal mirroring for the reflection of the VUV radiation 11, an aluminum layer having proven itself as a metal mirroring with a high reflectivity in a wide wavelength range, for example between 100 nm and 200 nm.
  • 3 shows the reflectivity R of such an aluminum layer as a function of the wavelength l in a wavelength range between approximately 120 nm and approximately 280 nm, ie in a wavelength range that approximately covers the entire VUV wavelength range between approximately 100 nm and 200 nm.
  • the curve shown in dashed lines in FIG. 3 corresponds to the reflectivity R of an unoxidized aluminum layer, which is more than 0.9 in the entire wavelength range shown.
  • the curve shown in solid line in FIG. 3 shows the reflectivity R of an aluminum layer oxidized by irradiation with radiation 11, 21 in the VUV wavelength range. It can be clearly seen that for the wavelengths l relevant here of less than approx. 200 nm, the reflectivity R decreases significantly, namely to values of less than approx. 0.1 at wavelengths l below approx. 140 nm 3 curves for the reflectivity R is immediately apparent that the oxidation of a
  • Metal mirroring serving aluminum layer should be avoided if this is used to reflect radiation 11 in the VUV wavelength range.
  • 4a, b each show an optical element 4 which is used to reflect
  • Radiation 11 is formed in the VUV wavelength range and which can form, for example, one of the reflective optical elements 121, 220, 221 from FIG. 1 or from FIG. 2.
  • the optical element 4 shown in FIGS. 4a, b is a mirror which has a substrate 41, which in the example shown is quartz (glass), in particular
  • titanium-doped quartz glass a ceramic or a glass ceramic can act.
  • a reflective coating 42 is applied to the substrate 41, which has a continuous aluminum layer 43 which serves as metal mirroring.
  • the aluminum layer 43 can be applied directly to the substrate 41.
  • a functional layer is in shape between the aluminum layer 43 and the substrate 41 an adhesion promoter layer 44 applied.
  • Adhesion promoter layer 44 can be selected from a large number of materials, care being taken to ensure that there is sufficient adhesion to both the substrate 41 and the aluminum layer 43.
  • a smoothing layer and / or a polishing layer can also be provided between the aluminum layer 43 and the substrate 41.
  • a hydrogen-catalytic layer 45 is applied to the aluminum layer 43, which layer serves for the dissociation of molecular hydrogen H2 into activated hydrogen or into hydrogen radicals.
  • the material of the hydrogen-catalytic layer 45 can be Ru, Pt, Pd, Ni or Rh, for example.
  • the hydrogen-catalytic layer 45 has a thickness D that is as small as possible, which in the example shown in FIGS. 4a, b is less than 1.0 nm.
  • a hydrogen catalytic layer 45 with such a small thickness D cannot be covered completely, i.e. in the form of a closed layer onto which the aluminum layer 43 is applied, rather island-shaped, spaced-apart material collections of the hydrogen-catalytic layer 45 form on the aluminum layer 43, as indicated in FIGS. 4a, b.
  • Hydrogen-catalytic layer 45 which is between approximately 10% and approximately 90%, preferably between 30% and 70%, on the one hand enables the implementation of a hydrogen-catalytic layer 45 with a small thickness D, so that the reflectivity R of the optical element 5 does not increase is very impaired and on the other hand a sufficient dissociation effect of the Hydrogen-catalytic layer 45 for preventing the oxidation of the aluminum layer 43 during the irradiation with VUV radiation 11, 21.
  • a prerequisite for the protective effect of the hydrogen-catalytic layer 45 is that 4 molecular hydrogen H2 is present in the vicinity of the reflecting optical element.
  • the molecular hydrogen H2 is supplied to an interior 122a of the housing 122, in which the reflective optical element 121 is arranged, via a gas inlet 123 formed on a housing 122 of the illumination system 12.
  • the gas inlet 123 has a gas reservoir (not shown) in which molecular hydrogen H2 is contained. If there is a sufficient amount of molecular hydrogen H2 in the vicinity of the reflective optical element 121, this can be converted into activated hydrogen at the hydrogen-catalytic layer 45 and thus protects the aluminum layer 43 from oxidation.
  • the reflective optical element 121 is when it is installed in the
  • Interior 122a of the housing 122 of the lighting system 12 is usually exposed to ambient air, which may result in irreversible oxidation of the
  • the protective layer 46 should form a closed layer which covers both the aluminum layer 43 and the hydrogen-catalytic layer 45.
  • the protective layer 46 can permanently on the
  • the material of the protective layer 46 should be a transparent material which offers a good protective effect for the aluminum layer 43.
  • the material of the protective layer 46 may be different for example a fluoridic material, for example a metal fluoride, for example in the form of AIF3.
  • the protective layer 46 can be applied reversibly to the hydrogen-catalytic layer 45 and to the aluminum layer 43. In this case, the protective layer 46 can be removed again after the reflective optical element 121 has been introduced into the illumination system 122.
  • a material is used for the protective layer 46, which is released when irradiated with the radiation 11 in the VUV wavelength range and / or which is released on contact with (molecular) hydrogen H2.
  • the material of the protective layer 46 which is characterized by the
  • radiation can be carbon or at least one hydrocarbon, for example parylene. Both the aluminum layer 43 that is applied to this
  • Protective layer 46 are preferably deposited by atomic layer deposition.
  • the atomic layer deposition makes it possible to separate particularly thin and smooth layers and thus lose reflectivity due to
  • the reflective optical elements 220, 221 of the wafer inspection system 2 shown in FIG. 2 can also be related to those in connection with FIG.
  • the optical system 22 of the wafer inspection system 2 has a housing 24, in the interior 24a of which the two reflecting optical elements 220, 221 are arranged.
  • a gas inlet 26 is formed on the housing 24, via which molecular hydrogen H2 can be supplied to the interior 24a of the housing 24.
  • 5a, b show a reflective optical element 5 which is designed to reflect radiation 11, 21 in the VUV wavelength range and can form, for example, one of the reflective optical elements 121, 220, 221 from FIG. 1 or from FIG. 2.
  • the reflective optical element 5 of FIGS. 5a, b is essentially designed like the reflective optical element 4 shown in FIGS. 4a, b, but has no hydrogen-catalytic layer 45 and also no protective layer 46, ie the aluminum layer 43 is immediate exposed to the environment, the top of which forms a reflective optical surface 5a.
  • the respective optical arrangement 1, 2 in which the reflective optical element 5 from FIGS. 5a, b is arranged has one
  • Plasma generating device 50 for generating an atmospheric pressure plasma 51 on the reflecting optical surface 5a of the reflecting optical element 5.
  • the plasma generating device 50 has six gas inlets in the form of plasma nozzles 52a-f, which are distributed uniformly in the circumferential direction around the optical surface 5a, which is circular in plan view, outside a beam path 53 of the VUV- shown in dashed lines in FIG. Radiation 11, 21.
  • the plasma nozzles 52a-f are designed to supply a plasma gas 54a-f in the form of a respective plasma gas flow to the optical surface 5a.
  • the respective plasma gas stream 54a-f is supplied to one of six partial areas 55a-f of the optical surface 5a, which form circular sectors of the optical surface 5a which is circular in plan view.
  • FIG. 5b which shows a lateral section through the reflecting optical element 5, the respective are
  • Plasma nozzles 52a-f and thus also the plasma gas flows 54a-f are oriented obliquely to the optical surface 5a.
  • the plasma generating device 50 is closed
  • the plasma gas stream 54a-f which emerges from the plasma nozzles 52a-f, has, in addition to a purge gas, e.g. in the form of nitrogen, a noble gas or a mixture of these gases also a comparatively small proportion of hydrogen.
  • a purge gas e.g. in the form of nitrogen, a noble gas or a mixture of these gases also a comparatively small proportion of hydrogen.
  • the reflectivity R of the reflecting optical element 5 can be significantly increased in this way. Due to the use of the plasma nozzles 54a-f, which are typically arranged in a respective interior 122a, 24a, in which the reflecting optical element 5 is also located, the gas inlet 123, 26 shown in FIG. 1 and in FIG. 2 can be used for feeding
  • molecular hydrogen H2 in the respective interior 122a, 24a can be dispensed with.
  • FIGS. 6a, b show a plasma generating device 60, which is used to generate an atmospheric pressure plasma 61 on the optical surface 6a of an optical element 6, which is designed to reflect radiation 11, 21 in the VUV wavelength range and which, for example, is one of the reflecting optical ones Can form elements 121, 220, 221 of FIG. 1 and of FIG. 2.
  • the plasma generating device 60 of FIGS. 6a, b differs from the plasma generating device 50 shown in FIGS. 5a, b in that it produces six pointed electrodes 62a-f for generating the atmospheric pressure plasma 61 on the optical surface 6a of the reflecting optical element 6 having.
  • the six electrodes 62a-f are outside one Beam path 63 of the optical arrangement 1, 2 arranged, in which the optical element 6 is used.
  • Plasma generating device 60 has a potential difference, as a result of which the atmospheric pressure plasma 61 is formed between the respective electrode 62a-f and the optical surface 6a and extends to the optical surface 6a.
  • a respective electrode 62a-f is assigned to a partial area 65a-f forming a circle sector of the optical surface 6a.
  • the plasma gas 64 is fed into the vicinity of the optical surface 6a via the respective gas inlet 123, 26 from FIG. 1 or from FIG. 2 into the associated interior space 122a, 24a.
  • the gas inlet 123, 26 can additionally be molecular
  • Hydrogen H2 can be fed into the interior 122a, 24a, but usually in the form of a small admixture with the plasma gas 64.
  • the respective atmospheric pressure plasma 51, 61 on the optical surface 5a, 6a can be changed depending on the location.
  • the plasma nozzles 52a-f or the electrodes 62a-f can be controlled individually.
  • the flow through a respective plasma nozzle 52a-f and / or the time period in which the plasma gas stream 54a-f flows into a respective partial area 55a-f of the optical surface 5a individually determined.
  • Aluminum layer 43 can be changed to a stronger or a to generate weaker hydrogen plasma 61 at a respective partial area 65a-f of the optical surface 6a.
  • a plasma cleaning can be carried out specifically in those partial areas 55a-f, 65a-f of the optical surface 5a, 6a, which previously oxidizes or
  • Electrodes (62a-f), a (less strong) atmospheric pressure plasma 51, 61 is generated at locations on the optical surface 5a, 6a that do not belong to a respective sub-area 55a-f, 65a-f, it is not absolutely necessary that all plasma nozzles 52a-f or all electrodes 62a-f are activated to generate the atmospheric pressure plasma 51, 61.
  • the number of six plasma nozzles 52a-f and six electrodes 62a-f shown in Fig. 5a, b and in Fig. 6a, b is only exemplary, i.e. the
  • Plasma generating device 50, 51 can also have a smaller or larger number of plasma nozzles 52a-f or electrodes 62a-f.
  • an atmospheric pressure plasma 51, 61 can be generated not only on the reflecting surfaces 5a, 6a in front of reflecting optical elements 5, 6, but rather An atmospheric pressure plasma 51, 61 can also be generated on transmitting optical elements, for example on the two transmitting optical elements 140, 141 of the one in FIG. 1
  • Atmospheric pressure plasmas 51, 61 used plasma gas a reactive one
  • Gas component are added, for example, that above
  • transmissive optical elements 140, 141 can be cleaned of contaminating substances.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (4) zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat (41), sowie eine auf das Substrat (41) aufgebrachte reflektierende Beschichtung (42), die mindestens eine Aluminium-Schicht (43) aufweist. Auf die Aluminium-Schicht (43) ist mindestens eine wasserstoffkatalytische Schicht (45) zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff (Ha) aufgebracht. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: einen Innenraum, in dem mindestens ein optisches Element angeordnet ist, sowie mindestens einen Gaseinlass zur Zuführung eines Gases in den Innenraum. Bei einem Aspekt der Erfindung ist das optische Element (4) wie oben beschrieben ausgebildet und der Gaseinlass dient zur Zuführung von Wasserstoff in den Innenraum. Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die optische Anordnung eine Plasmaerzeugungseinrichtung zum Zuführen eines Plasmagases über den Gaseinlass in den Innenraum zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas an mindestens einem Teilbereich einer optischen Oberfläche des optischen Elements.

Description

Optisches Element zur Reflexion von VUV-Strahlung und optische Anordnung Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 221 191.4 vom 07.12.2018, deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich, umfassend: ein Substrat, sowie eine auf das Substrat aufgebrachte reflektierende Beschichtung, die mindestens eine Aluminium-Schicht aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine optische
Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere ein Wafer- Inspektionssystem oder eine VUV-Lithographieanlage, die einen Innenraum aufweist, in dem mindestens ein optisches Element angeordnet ist, sowie mindestens einen Gaseinlass zur Zuführung eines Gases in den Innenraum.
Insbesondere im kurzwelligen ultravioletten Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und ca. 200 nm, auch vakuumultravioletter Wellenlängenbereich (VUV- Wellenlängenbereich) genannt, werden nicht nur transmissive, sondern häufig auch reflektive optische Elemente verwendet. Optische Anordnungen für
Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich können beispielsweise dazu verwendet werden, eine optische Inspektion von Wafern oder von Masken durchzuführen oder um Halbleiterbauelemente herzustellen. Optische Elemente zur Reflexion von VUV-Strahlung weisen typischerweise eine reflektierende Beschichtung auf, die bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise bei der Inspektion von Wafern, über einen großen Spektralbereich innerhalb des VUV-Wellenlängenbereichs eine hohe
Reflektivität aufweisen sollte. Da Aluminium im VUV-Wellenlängenbereich eine hohe Reflektivität von ca. 0,9 bzw. 90% besitzt, hat es sich als günstig erwiesen, wenn eine solche reflektierende Beschichtung eine oder ggf. mehrere Aluminium-Schichten als Basisschicht(en) aufweist.
Bei der Verwendung von Aluminium-Schichten im VUV-Wellenlängenbereich besteht generell das Problem, dass die Aluminium-Schicht beim Kontakt zur Umgebungsluft bzw. zu einer das reflektive optische Element umgebenden Atmosphäre praktisch sofort eine native Aluminiumoxid(Al203)-Schicht ausbildet, die eine Schichtdicke in der Größenordnung von ca. 2-3nm aufweist. Diese Al2C>3-Schicht absorbiert im VUV-Wellenlängenbereich so stark, dass eine Aluminium-Schicht als reflektierende Schicht für den Einsatz im VUV- Wellenlängenbereich ohne das Vorsehen weiterer Maßnahmen, welche diese vor Oxidation schützen, nicht attraktiv ist.
Um die Aluminium-Schicht vor Oxidation zu schützen, ist es beispielsweise aus dem Artikel„Protected and enhanced aluminum mirrors for the VUV“ von S. Wilbrandt et al. , Applied Optics, Vol. 53, No. 4, Februar 2014 bekannt,
Schutzschichten bzw. Schutzbeschichtungen in Form von Metall-Flouriden auf die Aluminium-Schicht aufzubringen, z.B. in Form von MgF2, AIF3 oder LiF bzw. in Form einer dreilagigen Schutzbeschichtung aus diesen Materialien.
Es ist allerdings beobachtet worden, dass bei hohen Strahlungsintensitäten, wie sie in der Lithographie und besonders auch bei der Inspektion von Masken und Wafern Vorkommen können, bereits innerhalb weniger Stunden oder Tage eine starke Degradation der reflektiven optischen Elemente stattfindet, die mit einem hohen Reflektivitätsverlust einhergeht. Auch die weiter oben beschriebenen Schutzschichten aus Metall-Fluoriden, die eigentlich eine sehr gute
Schutzwirkung gegenüber der Umgebung zeigen, konnten die Oxidation der Aluminium-Schicht bei der Bestrahlung nicht unterdrücken. Auch bei reduziertem Sauerstoff- bzw. Wasser-Gehalt in der Umgebung des optischen Elements zur Verhinderung der Oxidation ist eine deutliche Verringerung der Reflektivität beobachtet worden.
Bei optischen Anordnungen für den VUV-Wellenlängenbereich besteht generell das zusätzliche Problem, dass optische Oberflächen kontaminieren, da ungewollte Gasbestandteile in der Umgebung von optischen Elementen nicht vollständig unterdrückt werden können. Diese können sich auf den optischen Oberflächen ablagern und werden dort bei der Bestrahlung„eingebrannt“.
Dieses Problem besteht nicht nur bei optischen Oberflächen von reflektierenden optischen Elementen, sondern auch bei optischen Oberflächen von
transmittierenden optischen Elementen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Element zur Reflexion von
Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich sowie eine optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich bereitzustellen, deren Lebensdauer verlängert werden kann.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element der eingangs
genannten Art, bei dem auf die Aluminium-Schicht mindestens eine
wasserstoffkatalytische Schicht zur Dissoziation von (molekularem) Wasserstoff aufgebracht ist.
Die Erfinder haben erkannt, dass bestimmte Materialien eine katalytische Wasserstoffspaltung bzw. Dissoziation von molekularem Wasserstoff bewirken. Wird der Umgebung des optischen Elements molekularer Wasserstoff, ggf. in Form einer chemischen Verbindung, hinzugefügt, wird dieser an dem Material der wasserstoffkatalytischen Schicht aufgespalten und bildet insbesondere bei hohen Bestrahlungsstärken aktivierten Wasserstoff. Unter aktiviertem
Wasserstoff werden Wasserstoff-Radikale, Wasserstoff-Ionen und/oder
Wasserstoff in einem angeregten Elektronenzustand verstanden. Dieser aktivierte Wasserstoff kann auch bei hohen Strahlungsintensitäten
typischerweise die Oxidation der Aluminium-Schicht verhindern oder zumindest deutlich verlangsamen.
Bei einer Ausführungsform ist das bei dem das Material der
wasserstoffkatalytischen Schicht ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Ru,
Pt, Pd, Ni, Rh. Bei diesen Materialien, insbesondere bei Ru und Pt, hat sich gezeigt, dass deren Oxidation durch die Zugabe von Wasserstoff in die
Umgebung, z.B. in eine Restgas-Atmosphäre, praktisch vollständig verhindert werden kann. Aus der Lithographie im EUV-Wellenlängenbereich ist es bekannt, dass in einer Vakuum-Umgebung gebildetes Rutheniumoxid durch die nachträgliche Zugabe von Wasserstoff wieder zu Ruthenium reduziert werden kann, d.h. dass die Oxidations-Reaktion umgekehrt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die wasserstoffkatalytische Schicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 nm und 3,0 nm, bevorzugt zwischen 0,1 nm und 1 ,0 nm, auf. Die oben angegebenen wasserstoffkatalytischen
Materialien weisen typischerweise eine zu geringe Reflektivität bzw. eine zu große Absorption im VUV-Wellenlängenbereich auf, um mit einer großen Schichtdicke aufgebracht zu werden. Beispielsweise weist Ru im VUV- Wellenlängenbereich eine Reflektivität von deutlich unter 0,6 auf. Entsprechend senkt bereits eine Schicht mit einer Dicke von 3 nm aus Ruthenium die
Reflektivität des optischen Elements insgesamt um ca. 0,2 ab, was in der Regel nicht mehr akzeptabel ist. Bei einer weiteren Ausführungsform bedeckt die wasserstoffkatalytische Schicht die Aluminium-Schicht nicht vollständig. Beim Unterschreiten einer bestimmten Schichtdicke lässt sich eine Schicht typischerweise nicht mehr vollständig geschlossen aufbringen. Beispielsweise ist dies bei Ru als Schichtmaterial bei einer Schichtdicke von ca. 1 ,0 nm oder weniger der Fall. Trotz des Aufbringens der wasserstoffkatalytischen Schicht liegt daher beim Unterschreiten dieser (materialabhängigen) Dicke ein Teil der Oberfläche der Aluminium-Schicht frei, an dem sich das native Aluminium-Oxid ausbilden kann. Auch eine nicht vollständig geschlossene wasserstoffkatalytische Schicht kann jedoch die Oxidationsrate bei der Bestrahlung verringern, da sich in den bedeckten
Teilbereich(en) der Aluminium-Schicht keine native Schicht aus Aluminium-Oxid bilden kann. Zudem kann für den Fall, dass der Umgebung des optischen
Elements Wasserstoff hinzugefügt wird, aufgrund der katalytischen Wirkung des Materials der wasserstoffkatalytischen Schicht ggf. auch an den frei liegenden Oberflächenbereichen der Aluminium-Schicht keine Oxidation stattfinden. Bei einer Weiterbildung bedeckt die wasserstoffkatalytische Schicht die
Aluminium-Schicht mit einem Bedeckungsgrad zwischen 10% und 90%, bevorzugt zwischen 30% und 70%. Unter dem Bedeckungsgrad wird der Anteil der Oberfläche der wasserstoffkatalytischen Schicht an der gesamten (dem Substrat abgewandten) Oberfläche der Aluminium-Schicht verstanden.
Typischerweise erfolgt die Bedeckung mit der wasserstoffkatalytischen Schicht in diesem Fall in Form von inselförmigen, voneinander beabstandeten
Materialansammlungen der wasserstoffkatalytischen Schicht auf der
Aluminium-Schicht. Dies ist günstig, da sich im Gegensatz zu einer
geschlossenen wasserstoffkatalytischen Schicht kein (molekularer) Wasserstoff zwischen dem Aluminium und der wasserstoffkatalytischen Schicht ansammeln und zu einer Bläschenbildung führen kann, die ansonsten ggf. zu einer ganzen oder teilweisen Schichtablösung der wasserstoffkatalytischen Schicht führen könnte. Zur Verhinderung einer Bläschenbildung bzw. der Degradation einer Beschichtung eines optischen Elements durch die Einwirkung von Wasserstoff ist es aus der DE102017222690A1 bekannt, dass die oberste Schicht der Beschichtung ein Wasserstoff-Desorptionsmaterial enthält, um an der Oberfläche der obersten Schicht adsorbierte Wasserstoff-Atome in molekularen Wasserstoff umzuwandeln, um diesen von der Oberfläche zu desorbieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die reflektierende Beschichtung eine auf die Aluminium-Schicht und auf die wasserstoffkatalytische Schicht aufgebrachte Schutzschicht. Für den Fall, dass aus Reflexionsgründen die wasserstoffkatalytische Schicht so dünn aufgebracht wird, dass diese die Aluminium-Schicht nicht vollständig überdeckt, liegt ein Teil der Oberfläche der Aluminium-Schicht frei. Bildet sich an den frei liegenden Oberflächenbereichen der Aluminium-Schicht eine native Oxidschicht, so kann diese Reaktion durch die Zugabe von Wasserstoff aufgrund der vergleichsweise großen
Reaktionsenthalpie des Aluminiums mit Sauerstoff in der Regel nicht mehr umgekehrt werden. Dies gilt auch für aktivierten Wasserstoff, der an der wasserstoffkatalytischen Schicht gebildet wird, auch wenn dieser eine erheblich größere Reaktivität als molekularer Wasserstoff aufweist. Bei einer noch nicht erfolgten Oxidationsreaktion ist die Situation jedoch eine andere: Der Sauerstoff bzw. das Hydroxid-Molekül ist vor der Reaktion noch lockerer an die Oberfläche gebunden und somit einer Reduktion mit dem Wasserstoffradikal zugänglicher, d.h. die Oxidationsrate des Aluminiums wird in diesem Fall abgesenkt.
Es ist daher typischerweise günstig, die Aluminium-Schicht zumindest in dem nicht von der wasserstoffkatalytischen Schicht bedeckten
Oberflächenbereich(en) so lange mit Hilfe einer Schutzschicht vor Oxidation zu schützen, bis in der Umgebung des optischen Elements eine ausreichende Menge an Wasserstoff vorhanden ist, um die Oxidation zu verhindern. Dies ist beispielsweise beim Betrieb des optischen Elements in einer optischen
Anordnung der Fall, wenn dort eine geeignete, Wasserstoff enthaltende
Umgebung hegestellt wird.
Bevorzugt bildet die Schutzschicht eine geschlossene Schicht. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es erforderlich, dass die Schutzschicht zumindest den bzw. die frei liegenden Oberflächenbereiche der Aluminium-Schicht überdeckt. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass auf die Aluminium-Schicht und die diese teilweise überdeckende wasserstoffkatalytische Schicht eine
geschlossene Schutzschicht aufgebracht wird. Es versteht sich, dass alternativ die Schutzschicht nur in den frei liegenden Oberflächenbereichen der
Aluminium-Schicht aufgebracht werden kann. Aufgrund der geringen Dicke der wasserstoffkatalytischen Schicht ist ein solches Vorgehen jedoch in der Regel nicht praktikabel. Bevorzugt ist die Schutzschicht aus einem transparenten, insbesondere fluoridischen Material, beispielsweise einem Metallfluorid, z.B. aus AIF3, gebildet. Die Schutzschicht ist in diesem Fall typischerweise irreversibel, d.h. dauerhaft auf die wasserstoffkatalytische Schicht aufgebracht. Bei einer Ausführungsform ist die Schutzschicht aus einem durch Bestrahlung mit Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich und/oder durch Kontakt mit
Wasserstoff ablösbaren Material gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schutzschicht reversibel aufgebracht, d.h. diese lässt sich beim Betrieb des optischen Elements in einer optischen Anordnung leicht entfernen, da dort ohnehin Wasserstoff eingebracht wird, um die Aluminium-Schicht vor Oxidation bei der Bestrahlung zu schützen bzw. da die reflektierende Beschichtung und damit auch die Schutzschicht ohnehin Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich ausgesetzt wird. Um die Schutzschicht ablösen zu können, handelt es sich bei dieser in der Regel um die oberste Schicht der reflektierenden Beschichtung.
Die ablösbare Schutzschicht wird in der Regel bei bzw. nach der Herstellung des optischen Elements aufgebracht, bevor dieses der Luftumgebung ausgesetzt wird. Für den Transport des optischen Elements in die optische Anordnung, in der dieses verwendet wird, kann aufgrund der Schutzschicht auf ein aufwändiges Handling- und Transportkonzept des optischen Elements in Inertgas/Stickstoff oder ggf. in Vakuum verzichtet werden. Steht eine Wartung der optischen Anordnung an, bei der das optische Element der Umgebungsluft ausgesetzt wird, so dass kein Wasserstoff in ausreichender Menge vorhanden ist, um eine Oxidation der Aluminium-Schicht zu verhindern, kann die
Schutzschicht ggf. durch Zugabe geeigneter Substanzen in die Umgebung des optischen Elements, bei der es sich z.B. um eine Vakuum-Umgebung oder um eine mit einem Spüigas gespülte Umgebung handeln kann, erneut aufgebracht werden.
Bei einer Weiterbildung ist die Schutzschicht aus Kohlenstoff oder aus mindestens einem Kohlenwasserstoff gebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn die Schutzschicht sich leicht entfernen und wieder aufbringen lässt. Dies ist z.B. bei einer dünnen Schutzschicht der Fall, die Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoffe enthält, die im Betrieb einer optischen Anordnung zu gasförmigen Kohlenstoffverbindungen reduziert wird. Durch die Zugabe von Kohlenstoff bzw. von Kohlenwasserstoffen in die Umgebung des reflektierenden optischen Elements in der optischen Anordnung kann erreicht werden, dass die Schutzschicht sich (erneut) auf der wasserstoffkatalytischen Schicht abscheidet. Bei dem Kohlenwasserstoff, aus dem die Schutzschicht gebildet wird, kann es sich beispielsweise um flüchtige Alkane bzw. Alkene handeln, die sich dann auf der Oberfläche festsetzen und eine Polymerschicht bilden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung der eingangs genannten Art, insbesondere ein Wafer-Inspektionssystem oder eine VUV- Lithographieanlage, bei der das optische Element wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist und bei welcher der Gaseinlass zur Zuführung von
(molekularem) Wasserstoff in den Innenraum ausgebildet bzw. konfiguriert ist. Der Innenraum kann über den Gaseinlass mit einem Spülgas gespült werden, dem zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird, es ist aber auch möglich, dass in dem Innenraum, in dem das optische Element angeordnet ist, eine Vakuum- Umgebung herrscht, der über den Gaseinlass zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird. Für die Zuführung des Wasserstoffs in den Innenraum weist der
Gaseinlass typischerweise ein Gas-Reservoir auf, das zur Lagerung von molekularem Wasserstoff dient.
Um an der wasserstoffkatalytischen Schicht aktivierten Wasserstoff zu bilden und auf diese Weise die Aluminium-Schicht vor Oxidation zu schützen, wird dem Innenraum, in dem das optische Element angeordnet ist, molekularer Wasserstoff in einer ausreichenden Menge zugeführt. Es versteht sich, dass zusätzlich versucht werden sollte, Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder Wasser in der Umgebung des optischen Elements, d.h. im umgebenden Spülgas bzw. im Vakuum, so gering wie möglich zu halten. Durch die Summe dieser
Maßnahmen kann die Oxidationsrate des Aluminiums der Aluminium-Schicht typischerweise so weit abgesenkt werden, dass über eine ausreichende lange Bestrahlungsdauer eine hohe Reflektivität des optischen Elements
sichergestellt ist, so dass das optische Element möglichst selten ausgetauscht bzw. möglichst die reflektierende Beschichtung möglichst selten erneuert werden muss.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine optische Anordnung der eingangs genannten Art, die gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet sein kann, aber nicht zwingend ausgebildet sein muss. Die optische Anordnung weist eine Plasmaerzeugungseinrichtung zum Zuführen eines Plasmagases über den Gaseinlass in den Innenraum zur Erzeugung eines
Atmosphärendruck-Plasmas an mindestens einem Teilbereich einer optischen Oberfläche des optischen Elements auf.
Bei dem optischen Element kann es sich um ein reflektierendes optisches Element für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich handeln, an dessen reflektierender Beschichtung die optische Oberfläche gebildet ist. Bei dem optischen Element kann es sich alternativ um ein transmissives optisches Element handeln, bei dem Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich durch die io
optische Oberfläche hindurchtritt. In beiden Fällen ist die optische Oberfläche zumindest teilweise im Strahlengang der optischen Anordnung angeordnet.
Wie weiter oben beschrieben wurde, besteht sowohl bei reflektiven als auch bei transmissiven optischen Elementen, die in einer optischen Anordnung für Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich eingesetzt werden, das Problem, dass diese im Laufe der zeit durch in der Umgebung vorhandene Gasbestandteile verunreinigt werden, die sich an deren optischen Oberflächen anlagern. Um die optischen Oberflächen zu reinigen, wird bei diesem Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, die ungewollten Ablagerungen an der/den optischen
Oberfläche(n) mit Hilfe eines Atmosphärendruck-Plasmas zu entfernen. Die Verwendung eines Atmosphärendruck-Plasmas, d.h. eines Plasmas bei einem Druck, der mehr als 100 mbar, bevorzugt ungefähr 1 bar beträgt, hat sich gegenüber einem Plasma, das bei Vakuum-Bedingungen erzeugt wird, u.a. deshalb als günstig erwiesen, weil die optische Anordnung in einer Spülgas- Atmosphäre betrieben werden kann und nicht mit Vakuum-Pumpen
ausgestattet werden muss. Als Plasmagas bzw. als Hauptbestandteil des Plasmagases kann in diesem Fall beispielsweise Druckluft oder eine andere Art von Spülgas, z.B. Stickstoff und/oder ein Edelgas, z.B. Argon, verwendet werden. Dem Plasmagas kann optional ein reaktives Gas bzw. eine reaktive Spezies, beispielsweise Wasserstoff, Sauerstoff oder Wasser beigemischt werden, um die Reinigungswirkung des Plasmas zu erhöhen.
Bei einer Ausführungsform ist die Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas an der optischen Oberfläche des optischen
Elements ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann dem Plasmagas, welches über den Gaseinlass in den Innenraum zugeführt wird, Wasserstoff beigemischt werden. Alternativ ist es möglich, das Plasmagas und den
Wasserstoff dem Innenraum über zwei oder mehr separate Gaseinlässe zuzuführen. Wesentlich ist, dass in der Umgebung der optischen Oberfläche ein Wasserstoff-Plasma gebildet wird. Ein Wasserstoff-Plasma kann insbesondere vorteilhaft zur Reinigung einer Aluminium-Schicht eines reflektiven optischen Elements eingesetzt werden, deren Oberfläche frei liegt, so dass das Wasserstoff-Plasma mit der Oberfläche der Aluminium-Schicht in Kontakt kommt. Durch die angeregten Wasserstoff- Ionen des Plasmas kann die weiter oben beschriebene native A Os-Schicht ganz oder teilweise zu Aluminium reduziert werden, wodurch die Reflektivität des reflektierenden optischen Elements sich erhöht und die Transmission der optischen Anordnung zunimmt.
Wie weiter oben beschrieben wurde, ist aufgrund der hohen Reaktionsenthalpie des Aluminiums mit Sauerstoff eine Reduktion von Aluminiumoxid zu Aluminium allein durch die Zuführung von Wasserstoff bzw. von an der
wasserstoffkatalytischen Schicht aktiviertem Wasserstoff nicht möglich. Bei der Reinigung mit Hilfe des Wasserstoff-Plasmas ist eine solche
Reduktionsreaktion jedoch möglich, so dass ggf. auf die weiter oben
beschriebene wasserstoffkatalytische Schicht zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff verzichtet werden kann. Für den Fall, dass das Wasserstoff- Plasma nicht dauerhaft erzeugt wird, sondern lediglich von Zeit zu Zeit, beispielsweise in vorgegebenen Zeitabständen, während Betriebspausen der optischen Anordnung oder für den Fall, dass sich die Reflektivität des optischen Elements deutlich verringert, ist eine Kombination der Erzeugung eines
Wasserstoff-Plasmas mit der weiter oben beschriebenen
wasserstoffkatalytischen Schicht vorteilhaft.
Das Plasmagas, genauer gesagt die bei der Plasma-Bildung entstehenden Plasmagas-Ionen, können der optischen Oberfläche auf unterschiedliche Weise zugeführt werden.
Bei einer Ausführungsform ist der Gaseinlass als Plasmadüse zur Zuführung des Plasmagases zu mindestens einem Teilbereich der optischen Oberfläche ausgebildet. In diesem Fall kann der Gaseinlass mindestens eine Austrittsöffnung aufweisen, die zur Ausrichtung eines Plasma-Gasstroms des Plasmagases auf die optische Oberfläche bzw. auf mindestens einen
Teilbereich der optischen Oberfläche ausgebildet ist. Bei dem Gaseinlass handelt es sich in diesem Fall um eine Plasmadüse, deren Gasauslass auf die optische Oberfläche ausgerichtet ist oder ausrichtbar ist, sofern die Plasmadüse bzw. deren Austrittsöffnung relativ zur optischen Oberfläche bewegt,
beispielsweise verkippt und/oder verschoben werden kann. Bei einer
Plasmadüse wird das Plasmagas, z.B. in Form von ölfreier Druckluft oder in Form eines Spülgases, z.B. von Stickstoff oder eines anderen Inertgases, typischerweise an einer Entladungsstrecke vorbeigeströmt, dort angeregt und in den Plasmazustand übergeführt. Das Plasmagas, dem beispielweise
Wasserstoff oder ein anderes aktives Gas beigemischt sein kann, tritt im
Plasma-Zustand aus der Plasmadüse in den Innenraum aus. Ein Beispiel für eine Plasmadüse, welche die Erzeugung eines Aktivgasstrahls ermöglicht, der bereits beim Austritt aus der Plasmadüse elektrisch neutral sein soll, ist in der DE10145131A1 beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Plasmaerzeugungseinrichtung mindestens eine von der optischen Oberfläche beabstandete Elektrode zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas an dem mindestens einem Teilbereich der optischen Oberfläche aufweisen. Mit Hilfe der Elektode(n) kann das Plasma gezielt an einer gewünschten Stelle innerhalb des Innenraums erzeugt werden. In diesem Fall kann beispielswiese die Aluminium-Schicht oder eine andere metallische Schicht der reflektierenden Beschichtung als Gegenelektrode bzw. zur Bereitstellung eines Masse-Potentials für die Plasma-Elektrode dienen. Die Elektrode(n) können beispielsweise spitz zulaufend ausgebildet sein, um das Plasmagas im Bereich der Elektrodenspitze zu ionisieren bzw. um dort ein Plasma zu erzeugen, das sich bis zu dem Teilbereich der optischen Oberfläche erstreckt. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines ortsabhängig veränderlichen Atmosphärendruck-Plasmas an der optischen Oberfläche ausgebildet. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Teilbereiche der optischen Oberfläche nur in dem Maße einem Plasma ausgesetzt werden, wie sie zuvor kontaminiert bzw. oxidiert wurden. Dies kann durch eine geeignete Anordnung der Plasmadüse(n) und/oder der Elektrode(n) erreicht werden. Beispielsweise können die Elektroden und/oder die
Plasmadüsen ringförmig um das optische Element angeordnet werden, so dass jede Elektrode bzw. Plasmadüse jeweils einem Teilbereich der optischen Oberfläche zugeordnet ist. Durch die gezielte Aktivierung einzelner
Plasmadüsen bzw. Elektroden kann das Atmosphärendruck-Plasma an der optischen Oberfläche ortsabhängig verändert werden. Insbesondere kann auch eine Zeitdauer, in der eine jeweilige Plasmadüse bzw. eine jeweilige Elektrode für die Reinigung bzw. für die Reduktions-Reaktion aktiviert wird, individuell eingestellt werden, und zwar in Abhängigkeit vom Grad der Kontamination bzw. der Oxidation eines jeweiligen Teilbereichs der optischen Oberfläche.
Für die Bestimmung des Grades der Kontamination bzw. der Oxidation eines jeweiligen Teilbereichs kann die optische Anordnung eine
Inspektionseinrichtung, beispielweise in der Art einer Kamera oder dergleichen aufweisen. Für den Fall, dass die Erzeugung des Plasmas während einer Betriebspause erfolgt, kann während der Betriebspause eine Kamera oder eine andere geeignete Inspektionseinrichtung in den Innenraum eingebracht werden, um ortsabhängige Informationen über die Oxidation bzw. Kontamination der optischen Oberfläche zu erhalten.
Bei den weiter oben beschriebenen Beispielen wurde davon ausgegangen, dass die Plasmadüse(n) bzw. die Elektrode(n) außerhalb des Strahlengangs der optischen Anordnung angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, die
Plasmadüse(n) bzw. die Elektroden(n) mit Hilfe von geeigneten Aktoren in den Strahlengang der optischen Anordnung einzubringen und wieder aus diesem zu entfernen. Dies kann insbesondere sinnvoll sein, wenn die Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas nur während der Betriebspausen der optischen Anordnung erfolgen soll.
Durch die weiter oben beschriebene Reinigung bzw. Reduktionswirkung des Atmosphärendruck-Plasmas kann die Reflektivität des optischen Elements erhöht werden, d.h. ohne dass dieses aus der optischen Anordnung
entnommen werden muss. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein jeweiliges optisches Element häufig aus der optischen Anordnung ausgebaut und gegen ein baugleiches, neues optisches Element ausgetauscht werden muss bzw. dass nach dem Ausbau die reflektierende Beschichtung abgetragen und erneut aufgebracht werden muss. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für den
VUV-Wellenlängenbereich in Form einer VUV-Lithographieanlage, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung in Form eines Wafer-Inspektionssystems, Fig. 3 eine schematische Darstellung der wellenlängenabhängigen
Reflektivität einer nicht oxidierten sowie einer durch Bestrahlung oxidierten Aluminium-Schicht,
Fig. 4a, b schematische Darstellungen eines optischen Elements mit einer reflektierenden Beschichtung, die eine Aluminium-Schicht und eine auf die Aluminium-Schicht aufgebrachte
wasserstoffkatalytische Schicht aufweist,
Fig. 5a, b eine Plasmaerzeugungseinrichtung mit sechs Plasmadüsen zur
Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas an einer optischen Oberfläche eines reflektierenden optischen Elements, sowie Fig. 6a, b eine Plasmaerzeugungseinrichtung mit sechs Elektroden zur
Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas an einer optischen Oberfläche eines reflektierenden optischen Elements.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw.
funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1 ist schematisch eine optische Anordnung 1 in Form einer VUV- Lithographieanlage, insbesondere für Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm bzw. 190 nm, dargestellt. Die VUV-Lithographieanlage 1 weist als wesentliche Bestandteile zwei optische Systeme in Form eines
Beleuchtungssystems 12 und eines Projektionssystems 14 auf. Für die
Durchführung eines Belichtungsprozesses weist die VUV-Lithographieanlage 1 eine Strahlungsquelle 10 auf, bei der es sich beispielsweise um einen Excimer- Laser handeln kann, der Strahlung 11 bei einer Wellenlänge im VUV- Wellenlängenbereich von beispielsweise 193 nm, 157 nm oder 126 nm emittiert und der integraler Bestandteil der VUV-Lithographieanlage 1 sein kann. Die von der Strahlungsquelle 10 emittierte Strahlung 11 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 12 so aufbereitet, dass damit eine Maske 13, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet werden kann. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 12 sowohl transmissive als auch reflektive optische Elemente auf. Stellvertretend sind in Fig. 1 ein transmissives optisches Element 120, welches die Strahlung 11 bündelt, sowie ein reflektives optisches Element 121 dargestellt, welches die Strahlung 11 beispielsweise umlenkt. In bekannter Weise können in dem Beleuchtungssystem 12
verschiedenste transmissive, reflektive oder 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 optisches Element 15, beispielsweise einen Wafer, im Rahmen der Produktion von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 14 übertragen wird. Im gezeigten Beispiel ist die Maske 13 als transmissives optisches Element ausgebildet. In alternativen Ausführungen kann die Maske 13 auch als reflektierendes optisches Element ausgebildet sein. Das
Projektionssystem 14 weist im dargestellten Beispiel mindestens ein
transmissives optisches Element auf. Im gezeigten Beispiel weist sind stellvertretend zwei transmissive optische Elemente 140, 141 dargestellt, die beispielsweise dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 13 auf die für die Belichtung des Wafers 15 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch bei dem Projektionssystem 14 können u.a. reflektive optische Elemente vorgesehen sein und beliebige optische Elemente können in bekannter Weise beliebig
miteinander kombiniert werden. Es sei auch darauf hingewiesen, dass auch optische Anordnungen ohne transmissive optische Elemente für die VUV- Lithographie eingesetzt werden können.
In Fig. 2 ist schematisch eine beispielhafte Ausführung einer optischen
Anordnung in Form eines Wafer-Inspektionssystems 2 dargestellt. Die nachstehenden Erläuterungen gelten analog auch für Inspektionssysteme zur Inspektion von Masken.
Das Wafer-Inspektionssystem 2 weist eine Strahlungsquelle 20 auf, deren Strahlung 21 mittels eines optischen Systems 22 auf einen Wafer 25 gelenkt wird. Zu diesem Zweck wird die Strahlung 21 von einem konkaven Spiegel 220 auf den Wafer 25 reflektiert. Bei einem Masken-Inspektionssystem 2 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 zu dem optischen System 22 gehörigen weiteren konkaven Spiegel 221 auf einen Detektor 23 zur weiteren Auswertung geleitet. Bei der
Strahlungsquelle 20 kann es sich beispielsweise um genau eine
Strahlungsquelle oder um eine Zusammenstellung von mehreren einzelnen Strahlungsquellen handeln, um ein im Wesentlichen kontinuierliches
Strahlungsspektrum zur Verfügung zu stellen. In Abwandlungen kann auch eine oder es können mehrere schmalbandige Strahlungsquellen 20 eingesetzt werden. Bevorzugt liegt die Wellenlänge bzw. das Wellenlängenband der von der Strahlungsquelle 20 erzeugten Strahlung 21 im Bereich zwischen 100 nm und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 110 nm und 190 nm.
Während des Betriebs von optischen Anordnungen wie z.B. der VUV- Lithographieanlage 1 von Fig. 1 oder des Wafer- oder Maskeninspektionssystems 2 von Fig. 2 kann es zu einer Oxidation der reflektiven optischen Oberflächen 121a, 221a, 222a der jeweiligen reflektierenden optischen Elemente 121 , 220, 221 kommen. Die reflektierenden optischen Elemente 121 , 220, 221 können für die Reflexion der VUV-Strahlung 11 eine Metallverspiegelung aufweisen, wobei sich als Metallverspiegelung mit einer hohen Reflektivität in einem breiten Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 100 nm und 200 nm, eine Aluminium-Schicht bewährt hat. Beispielhaft ist in Fig. 3 die Reflektivität R einer solchen Aluminium-Schicht in Abhängigkeit von der Wellenlänge l in einem Wellenlängenbereich zwischen ca. 120 nm und ca. 280 nm aufgetragen, d.h. in einem Wellenlängenbereich, der annähernd den gesamten VUV-Wellenlängenbereich zwischen ca. 100 nm und 200 nm umfasst. Die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Kurve entspricht hierbei der Reflektivität R einer nicht oxidierten Aluminium-Schicht, die im gesamten dargestellten Wellenlängenbereich bei mehr als 0,9 liegt.
Die in Fig. 3 durchgezogen dargestellte Kurve zeigt die Reflektivität R einer durch Bestrahlung mit Strahlung 11 , 21 im VUV-Wellenlängenbereich oxidierten Aluminium-Schicht. Es ist deutlich zu erkennen, dass für die hier relevanten Wellenlängen l von weniger als ca. 200 nm die Reflektivität R signifikant abnimmt, und zwar auf Werte von weniger als ca. 0,1 bei Wellenlängen l unterhalb von ca. 140 nm. Anhand der in Fig. 3 dargestellten Kurven für die Reflektivität R ist unmittelbar einsichtig, dass die Oxidation einer als
Metallverspiegelung dienenden Aluminium-Schicht vermieden werden sollte, wenn diese zur Reflexion von Strahlung 11 im VUV-Wellenlängenbereich eingesetzt wird. Fig. 4a, b zeigen jeweils ein optisches Element 4, welches zur Reflexion von
Strahlung 11 im VUV-Wellenlängenbereich ausgebildet ist und welches beispielsweise eines der reflektierenden optischen Elemente 121 , 220, 221 von Fig. 1 oder von Fig. 2 bilden kann. Bei dem in Fig. 4a, b gezeigten optischen Element 4 handelt es sich um einen Spiegel, der ein Substrat 41 aufweist, bei dem es sich im gezeigten Beispiel um Quarz(-glas), insbesondere um
titandotiertes Quarzglas, eine Keramik oder eine Glaskeramik handeln kann.
Auf das Substrat 41 ist eine reflektierende Beschichtung 42 aufgebracht, die eine durchgehende Aluminium-Schicht 43 aufweist, die als Metallverspiegelung dient. Die Aluminium-Schicht 43 kann unmittelbar auf das Substrat 41 aufgebracht werden. Bei dem in Fig. 4a, b gezeigten Beispiel ist zwischen der Aluminium-Schicht 43 und dem Substrat 41 eine Funktionalschicht in Form einer Haftvermittlerschicht 44 aufgebracht. Das Material der
Haftvermittlerschicht 44 kann aus einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden, wobei darauf geachtet werden sollte, dass sowohl zu dem Substrat 41 als auch zu der Aluminium-Schicht 43 eine hinreichende Haftung besteht.
Zwischen der Aluminium-Schicht 43 und dem Substrat 41 können auch andere funktionale Schichten, beispielsweise eine Glättungsschicht und/oder eine Polierschicht, vorgesehen sein.
Bei dem in Fig. 4a, b gezeigten Beispiel ist auf die Aluminium-Schicht 43 eine wasserstoffkatalytische Schicht 45 aufgebracht, die zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff H2 in aktivierten Wasserstoff bzw. in Wasserstoff- Radikale dient. Bei dem Material der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 kann es sich beispielsweise um Ru, Pt, Pd, Ni oder um Rh handeln.
Die oben genannten Materialien weisen eine vergleichsweise geringe
Reflektivität für Strahlung 11 im VUV-Wellenlängenbereich auf. Daher ist es günstig, wenn die wasserstoffkatalytische Schicht 45 eine möglichst geringe Dicke D aufweist, die bei dem in Fig. 4a, b gezeigten Beispiel bei weniger als 1 ,0 nm liegt. Eine wasserstoffkatalytische Schicht 45 mit einer derart geringen Dicke D lässt sich nicht mit einer vollständigen Überdeckung, d.h. in Form einer geschlossenen Schicht, auf die Aluminium-Schicht 43 aufbringen, vielmehr bilden sich inselförmige, voneinander beabstandete Materialansammlungen der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 auf der Aluminium-Schicht 43, wie dies in Fig. 4a, b angedeutet ist.
Ein Bedeckungsgrad der Aluminium-Schicht 43 durch die
wasserstoffkatalytische Schicht 45, der zwischen ca. 10% und ca. 90%, bevorzugt zwischen 30% und 70% liegt, ermöglicht einerseits die Realisierung einer wasserstoffkatalytischen Schicht 45 mit einer geringen Dicke D, so dass die Reflektivität R des optischen Elements 5 nicht zu sehr beeinträchtigt wird und andererseits eine ausreichende Dissoziations-Wirkung der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 zur Verhinderung der Oxidation der Aluminium-Schicht 43 während der Bestrahlung mit VUV-Strahlung 11 , 21.
Voraussetzung für die Schutzwirkung der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 ist es, dass in der Umgebung des reflektierenden optischen Elements 4 molekularer Wasserstoff H2 vorhanden ist. Der molekulare Wasserstoff H2 wird bei der in Fig. 1 gezeigten VUV-Lithographieanlage 1 über einen an einem Gehäuse 122 des Beleuchtungssystems 12 gebildeten Gaseinlass 123 einem Innenraum 122a des Gehäuses 122 zugeführt, in dem das reflektierende optische Element 121 angeordnet ist. Der Gaseinlass 123 weist zu diesem Zweck ein nicht bildlich dargestelltes Gasreservoir auf, in dem molekularer Wasserstoff H2 enthalten ist. Ist eine ausreichende Menge an molekularem Wasserstoff H2 in der Umgebung des reflektiven optischen Elements 121 vorhanden, kann dieser an der wasserstoffkatalytischen Schicht 45 in aktivierten Wasserstoff umgewandelt werden und schützt somit die Aluminium- Schicht 43 vor Oxidation.
Das reflektierende optische Element 121 ist bei dessen Einbau in den
Innenraum 122a des Gehäuses 122 des Beleuchtungssystems 12 in der Regel Umgebungsluft ausgesetzt, die eine ggf. irreversible Oxidation der
wasserstoffkatalytischen Schicht 45 oder der Aluminium-Schicht 43 zur Folge haben kann. Daher ist es günstig, eine Schutzschicht 46 auf die
wassserstoffkatalytische Schicht 45 aufzubringen, wie dies beispielhaft in Fig. 4b dargestellt ist. Die Schutzschicht 46 sollte eine geschlossene Schicht bilden, welche sowohl die Aluminium-Schicht 43 als auch die wasserstoffkatalytische Schicht 45 überdeckt. Die Schutzschicht 46 kann dauerhaft auf die
wasserstoffkatalytische Schicht 45 aufgebracht werden. In diesem Fall sollte es sich bei dem Material der Schutzschicht 46 um ein transparentes Material handeln, welches eine gute Schutzwirkung für die Aluminium-Schicht 43 bietet. Bei dem Material der Schutzschicht 46 kann es sich in diesem Fall beispielsweise um ein fluoridisches Material, z.B. um ein Metallfluorid, beispielsweise in Form von AIF3 handeln.
Alternativ kann die Schutzschicht 46 reversibel auf die wasserstoffkatalytische Schicht 45 und auf die Aluminium-Schicht 43 aufgebracht werden. In diesem Fall kann die Schutzschicht 46 nach dem Einbringen des reflektierenden optischen Elements 121 in das Beleuchtungssystem 122 wieder entfernt werden. Zu diesem Zweck wird ein Material für die Schutzschicht 46 eingesetzt, welches bei der Bestrahlung mit der Strahlung 11 im VUV-Wellenlängenbereich und/oder welches beim Kontakt mit (molekularem) Wasserstoff H2 abgelöst wird. Bei dem Material der Schutzschicht 46, welches sich durch die
Bestrahlung ablösen lässt, kann es sich um Kohlenstoff oder um mindestens einen Kohlenwasserstoff handeln, beispielsweise um Parylene. Sowohl die Aluminium-Schicht 43, die auf diese aufgebrachte
wasserstoffkatalytische Schicht 45 und die auf diese ggf. aufgebrachte
Schutzschicht 46 werden bevorzugt durch Atomlagendeposition abgeschieden. Die Atomlagendeposition erlaubt es, besonders dünne und glatte Lagen abzuscheiden und auf diese Weise Reflektivitäts-Verluste aufgrund von
Absorption und Streuung zu minimieren. Neben der Atomlagenabscheidung sind auch andere Beschichtungsprozesse geeignet, z.B. Magentron-Sputtern, ionenunterstützte Abscheidung, plasmaunterstützte Abscheidung, thermisches Verdampfen usw. Auch die in Fig. 2 dargestellten reflektierenden optischen Elemente 220, 221 des Wafer-Inspektionssystems 2 können auf die in Zusammenhang mit Fig.
4a, b beschriebene Weise ausgebildet sein. Das optische System 22 des Wafer- Inspektionssystems 2 weist ein Gehäuse 24 auf, in dessen Innenraum 24a die beiden reflektierenden optischen Elemente 220, 221 angeordnet sind. An dem Gehäuse 24 ist ein Gaseinlass 26 gebildet, über den dem Innenraum 24a des Gehäuses 24 molekularer Wasserstoff H2 zugeführt werden kann. Fig. 5a, b zeigen ein reflektierendes optisches Element 5, welches zur Reflexion von Strahlung 11 , 21 im VUV-Wellenlängenbereich ausgebildet ist und beispielsweise eines der reflektierenden optischen Elemente 121 , 220, 221 von Fig. 1 oder von Fig. 2 bilden kann. Das reflektierende optische Element 5 von Fig. 5a, b ist im Wesentlichen wie das in Fig. 4a, b gezeigte reflektierende optische Element 4 ausgebildet, weist aber keine wasserstoffkatalytische Schicht 45 und auch keine Schutzschicht 46 auf, d.h. die Aluminium-Schicht 43 ist unmittelbar der Umgebung ausgesetzt, deren Oberseite eine reflektierende optische Oberfläche 5a bildet.
Zum Schutz der Aluminium-Schicht 43 des reflektierenden optischen Elements 5 vor Oxidation weist die jeweilige optische Anordnung 1 , 2, in der das reflektierende optische Element 5 von Fig. 5a, b angeordnet ist, eine
Plasmaerzeugungseinrichtung 50 zur Erzeugung eines Atmosphärendruck- Plasmas 51 an der reflektierenden optischen Oberfläche 5a des reflektierenden optischen Elements 5 auf. Die Plasmaerzeugungseinrichtung 50 weist zu diesem Zweck sechs Gaseinlässe in Form von Plasmadüsen 52a-f auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig um die in der Draufsicht kreisförmige optische Oberfläche 5a verteilt angeordnet sind, und zwar außerhalb eines in Fig. 5b gestrichelt dargestellten Strahlengangs 53 der VUV-Strahlung 11 , 21.
Die Plasmadüsen 52a-f sind ausgebildet, der optischen Oberfläche 5a ein Plasmagas 54a-f in Form eines jeweiligen Plasma-Gasstroms zuzuführen. Bei dem in Fig. 5a, b dargestellten Beispiel wird der jeweilige Plasma-Gasstrom 54a-f jeweils einem von sechs Teilbereichen 55a-f der optischen Oberfläche 5a zugeführt, die Kreissektoren der in der Draufsicht kreisförmigen optischen Oberfläche 5a bilden. Wie in Fig. 5b zu erkennen ist, die einen seitlichen Schnitt durch das reflektierende optische Element 5 zeigt, sind die jeweiligen
Plasmadüsen 52a-f und somit auch die Plasma-Gasströme 54a-f schräg auf die optische Oberfläche 5a ausgerichtet. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Plasmaerzeugungseinrichtung 50 zur
Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas 51 ausgebildet. Zu diesem Zweck weist dem Plasma-Gasstrom 54a-f, der aus den Plasmadüsen 52a-f austritt, neben einem Spülgas z.B. in Form von Stickstoff, einem Edelgas oder einer Mischung dieser Gase auch ein vergleichsweise geringen Anteil an Wasserstoff auf.
Durch die Beimischung des (molekularen) Wasserstoffs hte zu dem Plasma- Gasstrom 54a-f wird die Reinigungswirkung des Atmosphärendruck-Plasmas 51 verstärkt und eine bei der Bestrahlung an der optischen Oberfläche 5a gebildete dünne Schicht aus Aluminiumoxid wird wieder zu Aluminium reduziert.
Wie weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 3 erklärt wurde, kann auf diese Weise die Reflektivität R des reflektierenden optischen Elements 5 signifikant erhöht werden. Aufgrund der Verwendung der Plasmadüsen 54a-f, die typischerweise in einem jeweiligen Innenraum 122a, 24a angeordnet sind, in dem sich auch das reflektierende optische Element 5 befindet, kann auf den in Fig. 1 bzw. in Fig. 2 gezeigten Gaseinlass 123, 26 zur Zuführung von
molekularem Wasserstoff H2 in den jeweiligen Innenraum 122a, 24a verzichtet werden.
Fig. 6a, b zeigen eine Plasmaerzeugungseinrichtung 60, die zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas 61 an der optischen Oberfläche 6a eines optischen Elements 6 dient, das zur Reflexion von Strahlung 11 , 21 im VUV- Wellenlängenbereich ausgebildet ist und das beispielsweise eines der reflektierenden optischen Elemente 121 , 220, 221 von Fig. 1 bzw. von Fig. 2 bilden kann. Die Plasmaerzeugungseinrichtung 60 von Fig. 6a, b unterscheidet sich von der in Fig. 5a, b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 50 dadurch, dass diese zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas 61 an der optischen Oberfläche 6a des reflektierenden optischen Elements 6 sechs spitz zulaufende Elektroden 62a-f aufweist. Die sechs Elektroden 62a-f sind außerhalb eines Strahlengangs 63 der optischen Anordnung 1 , 2 angeordnet, in der das optische Element 6 eingesetzt wird.
Zwischen den Elektroden 62a-f und der auf einem definierten Potential gehaltenen, im dargestellten Beispiel mit Massepotential verbundenen optischen Oberfläche 6a der Aluminium-Schicht 43 erzeugt die
Plasmaerzeugungseinrichtung 60 eine Potentialdifferenz, wodurch sich zwischen der jeweiligen Elektrode 62a-f und der optischen Oberfläche 6a das Atmosphärendruck-Plasma 61 ausbildet, das sich bis zur optischen Oberfläche 6a erstreckt. Bei der in Fig. 6a, b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 60 ist eine jeweilige Elektrode 62a-f jeweils einem einen Kreissektor bildenden Teilbereich 65a-f der optischen Oberfläche 6a zugeordnet. Die Zuführung des Plasmagases 64 in die Umgebung der optischen Oberfläche 6a erfolgt in diesem Beispiel über den jeweiligen Gaseinlass 123, 26 von Fig. 1 bzw. von Fig. 2 in den zugehörigen Innenraum 122a, 24a. Hierbei kann wie in Fig. 1 und in Fig. 2 gezeigt ist über den Gaseinlass 123, 26 zusätzlich molekularer
Wasserstoff H2 in den Innenraum 122a, 24a zugeführt werden, allerdings in der Regel in Form einer geringen Beimischung zu dem Plasmagas 64. Sowohl bei der in Fig. 5a, b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 50 als auch bei der in Fig. 6a, b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 60 kann das jeweilige Atmosphärendruck-Plasma 51 , 61 an der optischen Oberfläche 5a, 6a ortsabhängig verändert werden. Zu diesem Zweck können die Plasmadüsen 52a-f bzw. die Elektroden 62a-f einzeln angesteuert werden. Beispielsweise kann bei der in Fig. 5a, b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 50 der Durchfluss durch eine jeweilige Plasmadüse 52a-f und/oder die Zeitdauer, in welcher der Plasma-Gasstrom 54a-f auf einen jeweiligen Teilbereich 55a-f der optischen Oberfläche 5a eingeströmt wird, individuell festgelegt werden.
Entsprechend kann auch das Potential bzw. die Potentialdifferenz zwischen einer jeweiligen Elektrode 62a-f und dem optischen Element 6 bzw. der
Aluminium-Schicht 43 verändert werden, um ein stärkeres oder ein schwächeres Wasserstoff-Plasma 61 an einem jeweiligen Teilbereich 65a-f der optischen Oberfläche 6a zu erzeugen.
Auf diese Weise kann mit Hilfe der jeweiligen Plasmaerzeugungseinrichtung 50, 60 gezielt in denjenigen Teilbereichen 55a-f, 65a-f der optischen Oberfläche 5a, 6a eine Plasmareinigung durchgeführt werden, die zuvor oxidiert bzw.
kontaminiert wurden. Da durch die Plasmadüsen 52a-f bzw. durch die
Elektroden 62a-f auch ein (weniger starkes) Atmosphärendruck-Plasma 51 , 61 an Orten auf der optischen Oberfläche 5a, 6a erzeugt wird, die nicht zu einem jeweils zugehörigen Teilbereich 55a-f, 65a-f gehören, ist es nicht zwingend erforderlich, dass zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas 51 , 61 alle Plasmadüsen 52a-f bzw. alle Elektroden 62a-f aktiviert werden. Die in Fig. 5a, b und in Fig. 6a, b dargestellte Anzahl von sechs Plasmadüsen 52a-f bzw. von sechs Elektroden 62a-f ist lediglich beispielhaft, d.h. die
Plasmaerzeugungseinrichtung 50, 51 kann auch eine geringere oder eine größere Anzahl von Plasmadüsen 52a-f bzw. von Elektroden 62a-f aufweisen.
Mit Hilfe der in Fig. 5a, b und in Fig. 6a, b gezeigten Plasmaerzeugungseinrichtung 50, 60 kann nicht nur an den reflektierenden Oberflächen 5a, 6a vor reflektierenden optischen Elementen 5, 6 ein Atmosphärendruck-Plasma 51 , 61 erzeugt werden, vielmehr kann auch an transmittierenden optischen Elementen ein Atmosphärendruck-Plasma 51 , 61 erzeugt werden, beispielsweise an den beiden transmittierenden optischen Elementen 140, 141 des in Fig. 1
dargestellten Projektionssystems 14. Mit Hilfe des Atmosphärendruck-Plasmas 51 , 61 können in diesem Fall kontaminierende Stoffe von einer jeweiligen transmittierenden optischen Oberfläche 140a, b, 141a, b gelöst werden. Zur Verbesserung der Reinigungswirkung kann dem zur Erzeugung des
Atmosphärendruck-Plasmas 51 , 61 genutzten Plasmagas ein reaktiver
Gasbestandteil beigemischt werden, beispielsweise der weiter oben
beschriebene Wasserstoff, aber auch Sauerstoff oder Wasser. Letzteres ist möglich, da in dem Projektionssystem 14 keine reflektierenden optischen Elemente mit einer Aluminium-Schicht 43 oder einer Schicht aus einem anderen Material angeordnet sind, die durch die oxidierende Wirkung des Sauerstoffs geschädigt werden könnten. Durch die weiter oben beschriebenen Maßnahmen kann einer Reduzierung der Reflektivität R von reflektierenden optischen Elementen 121 , 220, 221 aufgrund einer Oxidation der Aluminium-Schicht 43 entgegengewirkt werden. Durch die Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas 51 , 61 bei Atmosphärendruck kann zudem die Oxidationsreaktion der Aluminium-Schicht 43 umgekehrt werden, d.h. bereits gebildetes Aluminiumoxid kann wieder zu metallischem Aluminium reduziert werden. Durch die Einwirkung des Atmosphärendruck-Plasmas 51 , 61 können zudem auch die optischen Oberflächen 140a,b, 141a,b von
transmissiven optischen Elementen 140, 141 von kontaminierenden Stoffen gereinigt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Element (4) zur Reflexion von Strahlung (11 , 21 ) im VUV- Wellenlängenbereich, umfassend:
ein Substrat (41 ), sowie eine auf das Substrat (41 ) aufgebrachte
reflektierende Beschichtung (42), die mindestens eine Aluminium-Schicht (43) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf die Aluminium-Schicht (43) mindestens eine
wasserstoffkatalytische Schicht (45) zur Dissoziation von molekularem Wasserstoff (H2) aufgebracht ist.
2. Optisches Element nach Anspruch 1 , bei dem das Material der
wasserstoffkatalytischen Schicht (45) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Ru, Pt, Pd, Ni, Rh.
3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die
wasserstoffkatalytische Schicht (45) eine Schichtdicke (D) zwischen 0,1 nm und 3,0 nm, bevorzugt zwischen 0,1 nm und 1 ,0 nm, aufweist.
4. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die wasserstoffkatalytische Schicht (45) die Aluminium-Schicht (43) nicht vollständig bedeckt.
5. Optisches Element nach Anspruch 4, bei dem die wasserstoffkatalytische Schicht (45) die Aluminium-Schicht (43) mit einem Bedeckungsgrad zwischen 10% und 90% bedeckt.
6. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens eine auf die Aluminium-Schicht (43) und auf die wasserstoffkatalytische Schicht (45) aufgebrachte Schutzschicht (46).
7. Optisches Element nach Anspruch 6, bei dem die Schutzschicht (46) eine geschlossene Schicht bildet.
8. Optisches Element nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Schutzschicht (46) aus einem transparenten, insbesondere fluoridischen Material gebildet ist.
9. Optisches Element nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die
Schutzschicht (46) aus einem durch Bestrahlung mit Strahlung (11 , 21 ) im VUV-Wellenlängenbereich und/oder durch Kontakt mit Wasserstoff (H2) ablösbaren Material gebildet ist.
10. Optisches Element nach Anspruch 9, bei dem die Schutzschicht (46) aus Kohlenstoff oder aus mindestens einem Kohlenwasserstoff gebildet ist.
11.Optische Anordnung für den VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere
Wafer-Inspektionssystem (2) oder VUV-Lithographieanlage (1 ), umfassend: einen Innenraum (122a, 24a), in dem mindestens ein optisches Element (121 , 220, 221 ; 140, 141 ; 4, 5, 6) angeordnet ist, und
mindestens einen Gaseinlass (123, 26, 52a-f) zur Zuführung eines Gases (H2) in den Innenraum (122a, 24a),
dadurch gekennzeichnet,
dass das optische Element (121 , 220, 221 , 4) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und dass der Gaseinlass (123, 26) zur Zuführung von Wasserstoff (H2) in den Innenraum (122a, 24a) ausgebildet ist.
12. Optische Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 11 , insbesondere nach Anspruch 11 ,
gekennzeichnet durch
eine Plasmaerzeugungseinrichtung (50, 60) zum Zuführen eines Plasmagases (54a-f) über den Gaseinlass (123, 26, 52a-f) in den Innenraum (122a, 24a) zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas (51 , 61 ) an mindestens einem Teilbereich (55a-f) einer optischen Oberfläche (5a, 6a) des optischen Elements (5, 6).
13. Optische Anordnung nach Anspruch 12, bei welcher die
Plasmaerzeugungseinrichtung (50, 60) zur Erzeugung eines Wasserstoff- Plasmas (51 , 61 ) an der optischen Oberfläche (5a, 6a) des optischen Elements (5, 6) ausgebildet ist.
14. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei welcher der Gaseinlass als Plasmadüse (52a-f) zur Zuführung des Plasmagases (54a-f) zu mindestens einem Teilbereich (55a-f) der optischen Oberfläche (5a) ausgebildet ist.
15. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welcher die Plasmaerzeugungseinrichtung (60) mindestens eine von der optischen Oberfläche (6a) beabstandete Elektrode (62a-f) zur Erzeugung des
Atmosphärendruck-Plasmas (61 ) an dem mindestens einen Teilbereich (65a-f) der optischen Oberfläche (6a) aufweist.
16. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der die
Plasmaerzeugungseinrichtung (50, 60) zur Erzeugung eines ortsabhängig veränderlichen Atmosphärendruck-Plasmas (51 , 61 ) an der optischen Oberfläche (5a, 6a) ausgebildet ist.
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