WO2021165078A1 - Method for operating an optical assembly for euv lithography, and optical assembly for euv lithography - Google Patents

Method for operating an optical assembly for euv lithography, and optical assembly for euv lithography Download PDF

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WO2021165078A1
WO2021165078A1 PCT/EP2021/052932 EP2021052932W WO2021165078A1 WO 2021165078 A1 WO2021165078 A1 WO 2021165078A1 EP 2021052932 W EP2021052932 W EP 2021052932W WO 2021165078 A1 WO2021165078 A1 WO 2021165078A1
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WO
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excitation
plasma
radiation
optical arrangement
vacuum housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/052932
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German (de)
French (fr)
Inventor
Udo Dinger
Stephanus Fengler
Daniel Zemann
Dirk Heinrich Ehm
Moritz Becker
Tina GRABER
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Publication date
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70033Production of exposure light, i.e. light sources by plasma extreme ultraviolet [EUV] sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
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    • B08B7/0057Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by ultraviolet radiation
    • GPHYSICS
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    • G03F7/70925Cleaning, i.e. actively freeing apparatus from pollutants, e.g. using plasma cleaning
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05GX-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H05G2/001X-ray radiation generated from plasma
    • H05G2/008X-ray radiation generated from plasma involving a beam of energy, e.g. laser or electron beam in the process of exciting the plasma

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an optical arrangement for EUV lithography, comprising: generating EUV radiation at an operating wavelength in the EUV wavelength range by means of an EUV radiation source of the optical arrangement, and generating a plasma in a vacuum housing of the optical Arrangement in which at least one optical element is arranged due to an interaction of the EUV radiation with a residual gas contained in the vacuum housing during operation of the optical arrangement.
  • the invention also relates to an optical arrangement for EUV lithography, comprising: an EUV radiation source for generating EUV radiation at an operating wavelength in the EUV wavelength range, and at least one vacuum housing in which at least one (reflective) optical element is arranged is, wherein the vacuum housing contains a residual gas, and wherein the optical arrangement is designed to generate a plasma in the vacuum housing during operation by an interaction of the EUV radiation with the residual gas.
  • the invention also relates to a method for determining a setpoint value for a target plasma parameter, in particular for a target plasma parameter which determines the service life of at least one optical element.
  • the optical arrangement for EUV lithography can be an EUV lithography system (EUV scanner) for exposing a wafer or another optical arrangement that uses EUV radiation, for example an EUV metrology system, for example for inspection of masks, wafers or the like used in EUV lithography to create an EUV test setup, etc.
  • EUV radiation for example an EUV metrology system, for example for inspection of masks, wafers or the like used in EUV lithography to create an EUV test setup, etc.
  • EUV radiation at an operating wavelength in the EUV wavelength range between approx nm operated.
  • the operating wavelength can be, for example, 13.5 nm or 6.8 nm. Due to the low transmission of all gases at wavelengths in the range of 13.5 nm - or at 6.8 nm - it is necessary to operate the optical elements of such an optical arrangement in a vacuum environment, which is in (at least) one vacuum housing is formed. Due to the low transmission of practically all solid-state materials at these wavelengths, reflective optical elements
  • an optical arrangement is not operated in a high vacuum, but at an operating pressure of approx. 5 Pa in the vacuum housing, typically with molecular hydrogen as residual gas or as flushing gas.
  • gases other than hydrogen e.g. Ar, He, as well as slight oxygen and / or nitrogen admixtures, as well as H2O and carbon, in particular in the form of CO2 and in the form of hydrocarbons (C n H m ) be included.
  • EUV radiation is ionizing for all of the gases contained in the residual gas - the ionization energies in argon and hydrogen are, for example, in the range of 15 eV.
  • the photo-absorption cross-section is almost completely determined by the various ionization channels (single, double, dissociative photoionization).
  • the photoelectrons have sufficient energy to induce further secondary ionizations. If the EUV radiation hits a surface, for example the surface of a reflective optical element, it also releases (on average comparatively low-energy, ie in the range of a few eV) electrons from the surface and generates a photocurrent. At longer wavelengths - in particular in the range from 13.5 nm to 300 nm - further photo-induced reactions such as photodissociation or vibratory excitation with subsequent electron attachment can occur.
  • the plasma formed by the interaction with the EUV radiation is at a more or less constant positive potential with respect to the earthed chamber walls of the vacuum housing and of optical or non-optical ones arranged in the vacuum housing Components from which it is separated by a steep drop in potential, known as plasma sheath or plasma equalization layer.
  • plasma sheath or plasma equalization layer Components from which it is separated by a steep drop in potential
  • the plasma potential ensures that in the equilibrium state the electronic and ionic currents compensate each other towards the limits, otherwise a constantly growing space charge would arise.
  • a respective EUV radiation pulse which, in the case of an EUV radiation source in the form of an LPP ("laser produced plasma") radiation source, has a pulse duration of generally between approx. 10 ns and approx. 100 ns, which with an EUV radiation source in the form of a GDPP ("gas discharge produced plasma”) radiation source has a pulse duration of usually between approx. 50 ns and approx.
  • the ionic plasma species and the neutral plasma species can on the one hand have advantageous effects, for example in the case of hydrogen a cleaning effect, but the ion or radical flows can also cause disadvantageous effects.
  • Ion fluxes incident on the mirror can lead to adverse effects such as sputtering of the surface, contamination of the surface by ion deposition, ion implantation or triggering of surface chemical reactions and, in the worst case, to the destruction of layers, all of which affect the quality and service life of the mirror or others reduce the components arranged in the vacuum housing.
  • electrical currents can endanger the functionality of electrically sensitive components.
  • WO 2017/202545 A1 describes a projection exposure system which has at least one partial volume which is closed off from the environment and which contains a flushing gas, for example hydrogen, from which a plasma can be generated.
  • the projection exposure system has conditioning elements for conditioning the plasma in the partial volume, which are suitable for at least partial neutralization of the plasma.
  • the conditioning elements can be suitable for locally introducing a gas to reduce the plasma concentration, for example nitrogen, which leads to an increased formation of NH compounds, whereby the concentration of the hydrogen ions can be reduced.
  • the conditioning elements can also be suitable for locally influencing partial pressures of the flushing gas or for influencing the electrical potential of elements arranged in the partial volume. By influencing the electrical potential, positively charged ions, for example, can be kept away from reaching the surfaces.
  • DE 102009029 121 A1 describes a generator for atomic hydrogen which has a vessel with a gas inlet for introducing molecular hydrogen and a gas outlet.
  • a UV radiation source is arranged outside the vessel and the vessel is designed in such a way that the UV radiation can penetrate into the interior of the vessel.
  • Homolytic decomposition of the molecular hydrogen into atomic hydrogen takes place in the vessel, which exits the vessel via the gas outlet and can be used, for example, to clean the surfaces of an EUV lithography device.
  • a device and a method for cleaning one or more optical or non-optical elements are described, which are in particular housed hermetically in a housing of an EUV lithography system.
  • the at least one optical or non-optical element is / are irradiated with radiation from a broadband light source. Due to the broadband spectrum, a large number of possible contaminants are excited. The excitation makes it possible to identify the contaminants so that a targeted cleaning of the contaminants can take place.
  • a light source can be used that emits light at a specific wavelength that is adapted to the targeted removal of the identified contaminants.
  • a reflective optical element which has an edge. At least along one edge section, the edge has a bevel and / or a rounding.
  • DE102017213406A1 also describes a method for adapting a geometry of at least one surface area of a component of an optical arrangement.
  • the object of the invention is to provide a method for operating an optical arrangement for EUV lithography and an optical arrangement for EUV lithography, which specifically influence the plasma in the vacuum housing, in particular with regard to the service life of optical elements arranged there , enable.
  • This object is achieved according to a first aspect by a method of the type mentioned at the beginning for operating an optical arrangement, further comprising: irradiating excitation radiation into the vacuum housing at at least one excitation wavelength that differs from the operating wavelength by means of a Excitation device of the optical arrangement, as well as targeted excitation of at least one photo-induced reaction in the residual gas in the vacuum housing by controlling the excitation device, in particular with the aid of a control device of the optical arrangement.
  • an optical arrangement of the type mentioned at the outset further comprising: an excitation device which is designed to radiate excitation radiation into the vacuum housing at at least one excitation wavelength that differs from the operating Wavelength differs, as well as a control device which is designed or programmed to control the excitation device, in particular to specifically excite at least one photo-induced reaction in the residual gas in the vacuum housing.
  • an excitation device which is designed to radiate excitation radiation into the vacuum housing at at least one excitation wavelength that differs from the operating Wavelength differs
  • a control device which is designed or programmed to control the excitation device, in particular to specifically excite at least one photo-induced reaction in the residual gas in the vacuum housing.
  • the present application proposes to specifically influence the plasma in the vacuum housing, ie to specifically control or regulate the plasma chemistry.
  • the plasma chemistry By controlling the plasma chemistry, an optimal balance can be found between desired effects of the plasma, for example carbon cleaning, and undesired effects of the plasma, for example sputtering, oxidation or redeposition of species contained in the plasma on the delimiting surfaces.
  • electromagnetic fields for example in the form of electrical fields or potentials or homogeneous or inhomogeneous magnetic fields, for targeted influencing of the plasma in the vacuum housing, but rather the spectral dependence of the cross-section of the photo-induced reactions in the plasma to be used in a targeted manner in order to influence the plasma, in particular in order to adjust the ratio between different species present in the plasma.
  • the photo-induced reaction can be excited on primary components of the residual gas, ie on components that are present even without the plasma contained in the vacuum housing.
  • the photo-induced reaction can, however, also be excited on species or on constituents of the residual gas which are only formed in the plasma by secondary reactions. For example, a photo-induced reaction on NH3 or on H 3 0 + can be excited.
  • the excitation device is designed to radiate the excitation radiation into the vacuum housing in a wavelength range which is between 30 nm and 300 nm, preferably between 100 nm and 200 nm.
  • the photochemical cross-sections of most of the chemical reactions relevant for the present application increase with lower photon energy and thus with increasing wavelength. It is therefore advantageous if the excitation device is designed to radiate excitation radiation into the vacuum housing at longer wavelengths than in the EUV wavelength range, ie above 30 nm.
  • the excitation radiation can trigger chemical reactions that are relevant for influencing the plasma.
  • gases that can form constituents of the residual gas are largely transparent for wavelengths greater than approx. 100 nm, ie no photo-induced chemical reactions of these gases are to be expected at more than approx. 100 nm.
  • gases that can form constituents of the residual gas for example oxygen, water or ammonia, also have a very rich photochemistry above 100 nm to approx. 200 nm and possibly above. By stimulating photochemical reactions of these gases at wavelengths of more than 100 nm, the composition of the plasma can be changed without this directly affects the photo-induced reactions of gases such as hydrogen that are transparent at these wavelengths.
  • Oxygen does not show any ionization at wavelengths greater than 103 nm, but has some absorption lines at wavelengths greater than 100 nm and at which a photo-induced dissociation of the oxygen molecule O2 takes place through a photon Y, i.e. g + O2 - 2 0.
  • the formation of oxygen radicals (0) by photo-induced dissociation is beneficial in order to counteract the reducing effect of hydrogen contained in the plasma, without the negative effects occurring that are caused by positively charged oxygen ions due to the plasma potential accelerated towards the bounding surfaces.
  • the so-called Schumann-Runge bands at approx. 193 nm and the broad Schumann-Runge continuum in the wavelength range between 130 nm and 170 nm are of particular interest for the photo-induced dissociation of oxygen. It has been shown that by irradiating excitation radiation in the VUV wavelength range, in particular within the wavelength range between 130 nm and 170 nm, the concentration of the oxygen radicals can be clearly controlled without the hydrogen plasma (at least directly) influence.
  • the excitation device is designed to generate the excitation radiation at the at least one excitation wavelength by spectral filtering of (broadband) radiation emitted by the EUV radiation source at wavelengths outside the EUV wavelength range.
  • the EUV radiation source is a plasma radiation source in which a laser-induced or gas discharge-induced plasma is generated to generate the EUV radiation
  • so-called “out-of-band” is typically also used in the plasma "Radiation generated at wavelengths outside the EUV wavelength range.
  • an excitation wavelength or a (narrower ) The excitation wavelength range which forms the excitation radiation can be filtered.
  • the excitation radiation has not only one excitation wavelength but a continuous excitation wavelength range
  • this excitation wavelength range is not too large, i.e. it should have a spectral width of approx nm, preferably approx. 20 nm, particularly preferably approx. 10 nm, in particular approx. 1 nm.
  • a spectral filter already present in the optical arrangement can be used for spectral filtering, for example a collector mirror, which is used to select the EUV radiation at the operating wavelength from the broadband spectrum of the EUV radiation source.
  • the radiation emitted by the EUV radiation source outside the EUV wavelength range - usually outside the EUV beam path - can be filtered with the aid of an additional spectral filter in order to form the excitation radiation.
  • the excitation device can radiate the excitation radiation into the vacuum housing with the aid of suitable beam-guiding or beam-deflecting optical elements.
  • the excitation device has an excitation radiation source for generating the excitation radiation.
  • the excitation radiation source is an additional (secondary) radiation source, i.e. not the EUV radiation source.
  • additional radiation source i.e. not the EUV radiation source.
  • the excitation device is designed to form the excitation radiation at the at least one excitation wavelength by spectral filtering of radiation that is emitted by the excitation radiation source.
  • the excitation radiation source is a broadband radiation source, for example a plasma radiation source, for example in the form of a gas discharge lamp, in particular a spectral lamp, or a laser-plasma radiation source in the form of the EUV radiation source.
  • the radiation emitted by such a broadband radiation source can be filtered through a suitable spectral filter, e.g. is designed as a diffraction grating or as optics operated with grazing incidence (eg “grazing incidence” mirror), can be filtered in order to generate the desired excitation wavelength (s).
  • the excitation wavelength range of the excitation radiation remaining after the spectral filtering should not be too large, ie it should have a spectral bandwidth of approx. 40 nm, preferably approx. 20 nm, particularly preferably approx. 10 nm , in particular of approx. 1 nm.
  • the excitation radiation source is designed to generate the excitation radiation at a single excitation wavelength.
  • the excitation radiation source is usually a laser source.
  • the laser source can optionally be tailored to emit the desired excitation wavelength, for example it can be a soft x-ray laser, see, for example, the article "Demonstration of a High Average Power Tabletop Soft X-Ray Laser” by BR Benware et al. , Phys. Rev. Lett. 81: 5804 (1998).
  • a high harmony generation (HHG) laser source can also serve as an excitation radiation source.
  • the radiation source can in particular be an ArF laser (excitation wavelength 193 nm) or an F2 laser (excitation wavelength 157 nm).
  • the former is with one comparatively large power of more than 90 W available, the latter with a power of about 20 W, see the article “High-power excimer lasers for 157-nm lithography”, S. Spratte et al., Proc. SPIE 5040: 1344-1351, 2003.
  • the excitation radiation source is designed to generate the excitation radiation at at least one excitation wavelength at which an effective cross section of the photoinduced reaction with the residual gas excited by the excitation radiation is at least 70%, preferably at least 80%, in particular at least 90% % of a maximum cross-section of the photo-induced reaction with the residual gas is.
  • the excitation radiation has a (narrow) excitation wavelength range of, for example, not more than 40 nm, possibly not more than 20 nm, particularly preferably not more than 10 nm, in particular not more than 1 nm
  • this excitation wavelength range should also meet the above condition with regard to the cross section.
  • the photo-induced reaction can in particular be a photodissociation or a photoionization reaction of a species contained in the residual gas, for example H2, O2, N2,...
  • the photo-induced reaction has its maximum effective cross-section at the excitation wavelength or in the center of the excitation wavelength range.
  • the excitation device has a coupling element for coupling the excitation radiation into a beam path of the optical arrangement.
  • the coupling element can be a mirror, for example.
  • the coupling into the beam path of the optical arrangement is favorable, since this passes through the vacuum housing with the at least one optical element, so that the excitation radiation is radiated into the vacuum housing. A prerequisite for this is of course that the coupling element is arranged in the beam path in front of the vacuum housing.
  • the excitation radiation can be coupled into the beam path of the optical arrangement at any desired location.
  • the coupling element can be arranged in the beam path of the optical arrangement.
  • the coupling-in element is arranged at a location in the beam path which has only a slight influence on the image. This is the case, for example, behind a beam trap for the laser beam that is used to generate the plasma, or on or behind an obscuration screen for shading a partial area of the beam path.
  • the optical arrangement comprises a supply device for supplying at least one gas into the vacuum housing.
  • the supply device can also be used to supply oxygen or other gases, the components of the in the Form vacuum housing existing residual gas.
  • the supply device can influence the composition of the constituents of the residual gas present in the vacuum housing, whereby the plasma in the vacuum housing can be influenced.
  • the composition of the residual gas can generally only be changed within small limits without influencing the image quality or the transmission of the optical arrangement.
  • the setting of the composition of the residual gas offers only limited and often unsatisfactory possibilities for controlling the flow densities of individual plasma species on the surfaces of the vacuum housing that delimit the plasma.
  • the optical arrangement is designed to generate the plasma through an interaction of the EUV radiation with at least one component of the residual gas which is selected from the group: hydrogen, argon, helium, oxygen and nitrogen.
  • the constituents of the residual gas can be fed to the vacuum housing with the aid of the feed device described above, or they are already present in the vacuum housing anyway.
  • the residual gas in the vacuum housing can, for example, have a residual gas pressure in a range between 0.1 Pa and 20 Pa, in particular between 1 Pa and 10 Pa.
  • control device is designed to control the excitation device, to change the power of the excitation radiation, the excitation wavelength and / or an intensity distribution of the excitation radiation.
  • the excited photo-induced reaction can be promoted or inhibited in a targeted manner.
  • different photo-induced reactions can be specifically excited or promoted.
  • the change in the excitation wavelength can be implemented, for example, with the aid of a tunable spectral filter, for example by means of a Diffraction grating that can be tilted relative to the incident broadband radiation.
  • a change in the intensity distribution of the excitation radiation can also be beneficial in order to influence the plasma in the vacuum housing in a targeted manner in a location-dependent manner.
  • the radiation of the excitation radiation can also be changed over time. This is particularly advantageous if the equilibrium state of the plasma has not yet been established, ie in a transient state of the plasma, such as is present, for example, immediately after the optical arrangement has been put into operation.
  • the change in the properties of the excitation radiation is used to specifically influence the plasma through the excitation of specific photo-induced reactions, for example in relation to the relative flows of different, relevant plasma species on the surfaces exposed to the plasma, in particular on the at least one optical element to optimize suitable quality functions.
  • the properties of the excitation radiation which are suitable for a given lighting setting of the optical arrangement and which are required to optimize the quality function can be stored in a memory device of the control device, for example in a table. Suitable parameters or properties of the excitation radiation can thus be selected for a respective lighting setting that generates an associated spatial intensity distribution of the EUV radiation in the vacuum housing.
  • the maximum service life of the optical element or elements or other components in the vacuum housing can be achieved.
  • the quality function is optimal for certain target values of target plasma parameters relevant for the plasma, for example for the ratio of the concentrations or the flow rates of different plasma species.
  • the target value or values of at least one target plasma parameter can be obtained from simulations - possibly in combination with the measurement of test plasmas - as described in more detail below.
  • the optical arrangement has at least one sensor for measuring at least one plasma parameter of the plasma formed in the vacuum housing and the control device is designed to adapt the radiation of the excitation radiation into the vacuum housing as a function of the at least one measured plasma parameter.
  • associated parameters for the properties e.g. power, excitation wavelength, intensity distribution, ...) of the excitation radiation can be stored in the control device, which parameters are set with the aid of the control device.
  • the respective parameters of the excitation radiation which can be stored in a table or a database, are selected in such a way that the plasma in the vacuum housing is optimized in particular with regard to the flow rates on the relevant surfaces.
  • the control device is designed to regulate at least one target plasma parameter of the plasma in the vacuum housing to a predetermined target value when the optical arrangement is in operation, in particular when the plasma is in a transient state.
  • the target plasma parameter is regulated to the target value on the basis of the at least one measured plasma parameter with the aid of a suitable control circuit that implements a feed-forward control or a feedback control.
  • the measured plasma parameter and the target plasma parameter can be one and the same plasma parameter or different plasma parameters.
  • the target plasma parameter can be composed of or depend on two or more measured plasma parameters.
  • the target plasma parameter can in particular be one for the at least one optical element Act life-determining plasma parameters. If necessary, the control loop can regulate more than one target plasma parameter to a setpoint value.
  • the control loop can be designed to regulate the target parameter (s) on all relevant time scales.
  • the regulation can also only take place in the steady state of the plasma.
  • the control loop can be designed for rapid regulation in order to enable regulation even in a transient state of the plasma.
  • the excitation device preferably has an excitation radiation source in the form of a laser source, for example in the form of an HHG laser source. At least one parameter or at least one property of the excitation radiation is adapted as a manipulated variable for the regulation.
  • the target plasma parameter forms a ratio of the concentrations of at least two plasma species, preferably a ratio between a concentration of at least one oxygen species, in particular a radical oxygen species 0, and a concentration of at least one hydrogen species, in particular one ionic hydrogen species, e.g. Fh + .
  • concentration of the respective plasma species is understood to mean their partial pressure in the vacuum housing or a variable proportional to the partial pressure. Since the ratio of the concentrations of the plasma species forms the target parameter, it is not absolutely necessary to know the absolute concentrations of the respective plasma species in the vacuum housing.
  • the ratio between other plasma species can also serve as a target plasma parameter, for example the ratio between nitrogen-containing and carbon-containing plasma species formed by secondary reactions (e.g. N2FT: H , C0 2 + : H 2 + , NFU + : Fh + , or any combination of the species listed in the next sentence).
  • N2FT nitrogen-containing and carbon-containing plasma species formed by secondary reactions
  • Plasma parameters can in particular also be a target concentration of a specific plasma species, possibly also formed by secondary reactions, for example the concentration of (H + , H2 + , H3 + , H, H, N2 + , N + , N 2+ , 0 2 + , 0 + , 0 2+ , 0, 0-, 0 2 -, 03, 0 4 -, 03, H 2 0, H 2 0 + , H30 + , 0H, 0H + , 0H-, NH, NH 2 , NH 3 , NH + , NH 2 + , NH 3 + , NH 4 + , N 2 H + , NO, NO + , HNO, HN0 + , C0 2 + , C0, CO + , C n H m , C n H m +, C n H m Oi, C n H m Oi + , etc., where n, m, l are small ( ⁇
  • a hydrogen plasma is generated under the influence of EUV radiation in the residual gas containing hydrogen in the vacuum housing, ie ionic hydrogen species (H2 + , H3 + , H + , H, ... ), which have a cleaning effect for carbon which is deposited on the surfaces of optical elements arranged in the vacuum housing.
  • the hydrogen plasma also has negative effects, since it can lead to undesirable reduction reactions on other components arranged in the vacuum housing - or on the substrate of the optical elements themselves. Therefore, a small amount of oxygen is added to the residual gas in order to compensate for the undesired reduction reactions by counter-rotating oxidation reactions as far as possible.
  • the positively charged ionic plasma species Due to the induced by the EUV radiation ionization of molecular oxygen, two positively charged ionic species plasma 0 2 +, 0 +, and a radical plasma species are 0 formed in approximately equal parts. As described above, the positively charged ionic plasma species can, however, lead to adverse effects on components that are also arranged in the vacuum housing. For example, the positively charged ionic oxygen species 0 2 + , 0 + are accelerated by the positive plasma potential towards the surfaces exposed to the plasma and can lead to implantation or sputtering effects there.
  • the concentration of the oxygen radicals useful in terms of the desired oxidation effect, from which the negatively charged oxygen ion 0 is formed by electron capture, can be increased by the excitation radiation, which promotes the corresponding photo-induced reaction (see above), without to increase the concentration of the positively charged ionic oxygen species 0 2 + , 0 + .
  • the partial pressure of the molecular oxygen, which is supplied to the vacuum housing via the supply device can be reduced as far as possible.
  • the concentration of the oxygen radicals 0, which should be added to the residual gas in order to counteract the reducing effect of the hydrogen plasma depends on the concentration of the ionic hydrogen species.
  • the ratio of the concentration of oxygen radicals to the concentration of ionic hydrogen species represents a target parameter which, when set or controlled to a predetermined, suitable target value, the service life of the in the vacuum housing arranged components, in particular the reflective optical elements, maximized.
  • the measured plasma parameter is selected from the group comprising: a concentration of at least one ionic, neutral or radical plasma species or a ratio between the concentrations of at least two ionic, neutral or radical plasma species.
  • concentration of the plasma species is also understood to mean a flow rate or the number of the respective particles of the plasma species per unit of time, which is measured on a respective surface of a sensor that detects this plasma species.
  • other plasma parameters can also be measured with suitable sensors, for example a plasma potential, an electric field strength, a plasma density, an electron density, etc.
  • the senor is selected from the group comprising: ion sensors or radical sensors, in particular emission spectroscopic sensors, absorption spectroscopic sensors, laser fluorescence spectroscopic sensors, mass spectroscopic sensors, retarding field energy (RFEA) analyzers, and Langmuir probes.
  • Ion sensors and radical sensors are used to measure the concentrations or the (possibly relative) flow rates of ionic or radical plasma species.
  • a Langmuir probe enables plasma parameters such as electron density, electron temperature, plasma potential, etc. to be measured. Examples of sensors that can measure the concentration or flow rate of hydrogen radicals during operation of an EUV lithography system are given in DE 102017205870A1, which is incorporated by reference in its entirety into the content of this application.
  • the optimization of the plasma or the determination of the target values of the target plasma parameters requires as precise a knowledge as possible of the chemical reactions taking place in the vacuum housing in order to be able to specifically set the current densities of the respective species of the plasma on the delimiting surfaces and in this way the To maximize the service life of the optical elements arranged in the vacuum housing, in particular the reflective optical elements.
  • a suitable setpoint value for a target plasma parameter can be determined experimentally during operation of an optical arrangement for EUV lithography by means of suitable plasma diagnostics under operating conditions.
  • Optimizing the gas mixtures can be extremely complex experimentally if, for example, explosive (e.g. H2 / O2), corrosive (e.g. HNO3), toxic (e.g.
  • the invention also relates to a method for determining a target value for a target plasma parameter of a plasma that is in operation of an optical Arrangement is formed by an interaction of EUV radiation with a residual gas in a vacuum housing.
  • the method according to the invention for determining the target value for the target parameter comprises the following steps:
  • Determining at least one measured plasma parameter by measuring a plasma in a test setup of the optical arrangement, and also
  • the disadvantages described above are overcome in that a comparison is made between the numerical simulations of the plasma on the one hand and the measurements on real plasmas that may still be in the test phase on the other hand.
  • values for the target plasma parameters can be determined iteratively, if necessary, and a suitable target value can be established for the respective target plasma parameter.
  • the target plasma parameter can in particular be a plasma parameter that determines the service life for at least one optical element which is arranged in the vacuum housing, for example a flow rate of at least one plasma species on the surface of the (reflective) optical element.
  • the setpoint value determined with the aid of the method described above can be displayed in an optical Arrangement are stored, which is designed as described above and in which a control loop is implemented, which makes it possible to regulate the target parameter to the desired target value.
  • the target plasma parameter can be selected, for example, from the group comprising: a concentration of at least one ionic, neutral or radical plasma species or a ratio of the concentrations of at least two ionic, neutral or radical plasma species.
  • the target plasma parameter can be the above-described ratio between the radical oxygen species 0 and an ionic hydrogen species, for example H3 + .
  • the geometric parameters can also be used as an alternative or in addition to determining the target value for the target plasma parameters by comparing the simulated plasma parameters and the measured plasma parameters Degrees of freedom of the vacuum housing or the components arranged therein are optimized in order to ensure the maximum service life of the optical components in particular.
  • the plasma chemistry in particular with regard to the flux densities on the surfaces of interest, can be modeled by computer simulations that are as accurate as possible for all relevant plasma configurations.
  • the simulation is preferably carried out under operating conditions over as long periods of time as possible, in the pulsed case, generally the so-called quasiperiodic state, or for cw-excited plasmas for the "steady state".
  • the conditions of the test set-ups for the (specially accelerated) life test or for the determination of the at least one measured plasma parameter are preferably modeled in as much detail as possible, also here up to the (quasi-periodic) "steady state".
  • the transient behavior is preferably determined until equilibrium is reached.
  • the differences or deviations between the simulated plasma and the plasma in the test setup are documented. It is also possible that certain plasma parameters or certain plasma species are taken into account in the simulations that are not taken into account in the test setup, or vice versa.
  • the cleaning, sputtering, etching rates, etc. of individual flow-induced reactions obtained from the simulations and possibly the experimental tests are preferably converted to the corresponding flows under operating conditions in order to enable an optimal service life prediction under operating conditions.
  • the (geometrical and plasma-chemical) parameters of the test setup can, if necessary, be modified in such a way that the resulting plasma chemistry reproduces the relationships under operating conditions as precisely as possible with regard to a suitably defined quality function.
  • the parameters to be adapted are not only partial pressures and radiation powers, but also e.g. electrical biasing of the components, geometrical adjustments by means of screens, optimized edges e.g. on the optical elements, electrical antennas etc. Background gas. If necessary, magnetic fields can also be used.
  • the test setup of the optical arrangement can have a simplified geometry, for example in that the vacuum housing is designed as a substantially cuboidal space or the like.
  • the parameters of the real system, ie the optical arrangement are optimized, if possible, to the extent that the longest possible service life results.
  • the calculated flux densities on the surfaces are preferably used as input for further simulations, e.g. for the induced surface chemistry or diffusion in the near-surface areas of the exposed surfaces in order to characterize the damage mechanisms.
  • the generally very complex plasma chemistry is reduced in advance to a significant subset of relevant species and reactions through detailed modeling.
  • several hundred plasma species and many thousands of reaction channels can be expected, which in a reduced model can be reduced to a double-digit number of plasma species and several hundred reaction channels.
  • electrical interference signals can also be detected on the relevant surfaces exposed to the plasma.
  • phase space-based 5D / 6D kinetic models particle in cell Monte-Carlo
  • PIC-MC particle in cell Monte-Carlo
  • simplified fluid-based 2D / 3D Models eg magnetohydrodynamic models or rate equation-based global 0D models (especially for recording extremely complex chemical systems).
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an optical arrangement in the form of an EUV lithography system with an excitation device for irradiating excitation radiation into a vacuum housing
  • Radiation sources for generating excitation radiation are provided.
  • 3a, b are schematic representations of the cross sections of several photoinduced reactions of molecular hydrogen
  • FIG. 4a, b schematic representations of the effect of a hydrogen
  • Plasma and an oxygen plasma on an optical element or on a non-optical component as well
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a flow chart of a
  • the EUV lithography system 1 has an EUV radiation source 2 for generating EUV radiation 5, which has a high energy density in the EUV wavelength range below 30 nm, in particular between approx. 5 nm and approx. 15 nm.
  • the EUV radiation source 2 is designed in the form of a plasma radiation source.
  • the plasma radiation source 2 has a target 3 in the form of tin droplets, which is bombarded with a laser beam 4.
  • the laser beam 4 is generated by a laser source (not shown), for example a CO2 laser.
  • the laser beam 4 strikes the target 3 and generates a tin plasma which emits the EUV radiation 5.
  • the EUV radiation 5 emanating from the tin plasma at the position of the target 3 is captured by a collector mirror 6, which bundles the EUV radiation 5 into an illumination beam path 7 and in this way further increases the energy density.
  • the EUV lithography system 1 has a beam trap 8 for the laser beam 4.
  • the illumination beam path 7 is used to illuminate a structured object M by means of an illumination system 10 which, in the present example, has five reflective optical elements 12 to 16 (mirrors).
  • the structured object M can be, for example, a reflective photomask which has reflective and non-reflective or at least less strongly reflective regions for generating at least one structure on the object M.
  • the structured object M can be a plurality of micromirrors which are arranged in a one-dimensional or multi-dimensional arrangement and which, if necessary, are at least one axis can be moved in order to adjust the angle of incidence of the EUV radiation on the respective mirror.
  • the structured object M reflects part of the illumination beam path 7 and forms a projection beam path 9, which carries the information about the structure of the structured object M and which is irradiated into a projection lens 20, which is an image of the structured object M or a respective sub-region thereof on a substrate W generated.
  • the substrate W for example a wafer, has a semiconductor material, for example silicon, and is arranged on a holder, which is also referred to as the wafer stage WS.
  • the projection objective 20 has six reflective optical elements 21 to 26 (mirrors) in order to generate an image of the structure present on the structured object M on the wafer W.
  • the number of mirrors in a projection objective 20 is typically between four and eight, but if necessary only two mirrors or even ten mirrors can be used.
  • the collector mirror 6, the reflective optical elements 12 to 16 of the lighting system 10 and the reflective optical elements 21 to 26 of the projection objective 20 are arranged in a vacuum environment.
  • a respective optical element 6, 12 to 16, 21 to 26 is typically arranged in its own vacuum housing, which is also referred to as a “mini environment”.
  • FIG. 1 shows such a vacuum housing 27 in which the first reflective optical element 12 of the lighting system 10 is arranged.
  • the illumination beam path 7 enters the vacuum housing 27 at an intermediate focus F and exits the vacuum housing 27 at a further opening (not shown) in the direction of the second optical element 13 of the illumination system 10. It goes without saying that several of the optical Elements 12 to 16, 21 to 26 can be arranged in a respective vacuum housing.
  • the vacuum housing 27 acts in the manner of a shield and a contamination reduction unit (not shown) is assigned to it, which reduces the partial pressure of contaminating substances at least in the immediate vicinity of the optical surface of the optical element 12 compared to the partial pressure of the contaminating substances in the one surrounding the vacuum housing 27 Interior space reduced.
  • a contamination reduction unit (not shown) is assigned to it, which reduces the partial pressure of contaminating substances at least in the immediate vicinity of the optical surface of the optical element 12 compared to the partial pressure of the contaminating substances in the one surrounding the vacuum housing 27 Interior space reduced.
  • the EUV lithography system 1 shown in FIG. 1 is designed for an operating wavelength AB of the EUV radiation 5 of 13.5 nm. However, it is also possible for the EUV lithography system 1 to be configured for a different operating wavelength AB of the EUV wavelength range, such as 6.8 nm, for example. Radiation that is emitted by the EUV radiation source 2 at wavelengths other than in the EUV wavelength range is filtered out at the collector mirror 6 and, if necessary, at other spectral filter devices that are not shown in the figure, since this can have an unfavorable effect on the image of the structured object M. .
  • the EUV lithography system 1 shown in FIG. 1 has an excitation device 30 which is designed to irradiate excitation radiation 31 into the illumination beam path 7 and thus into the vacuum housing 27 at at least one excitation wavelength AA, which is differs from the operating wavelength AB.
  • the excitation device 30 shown in FIG. 1 is designed, radiation 5a, which is emitted by the EUV- Radiation source 2 is emitted and which does not impinge on the collector mirror 6, via a reflective optical element 32 in the form of a diffraction grating, which is arranged outside the illumination beam path 7, to a reflective coupling element 33.
  • the coupling element 33 is designed as a reflective optical element (mirror) and is used to couple the excitation radiation 31 into the illumination beam path 7 of the EUV lithography system 1.
  • the coupling element 33 is arranged in a region of the illumination beam path 7 , which is shaded by the beam trap 8 for the laser beam 4, so that the coupling of the excitation radiation 31 does not or only slightly influences the imaging or the shaping of the illumination beam path 7.
  • the coupling element 33 can also be integrated directly into the collector mirror 6 as a grid.
  • the excitation device 30 is designed to generate excitation radiation 31 at excitation wavelengths AA ZU that are outside the EUV wavelength range, specifically at excitation wavelengths AA between 30 nm and 300 nm, for example between 100 nm and 200 nm.
  • the spectral bandwidth or the excitation wavelength range of the excitation radiation 31, which is radiated into the vacuum housing 27 by the excitation device 30, is typically no more than 40 nm, preferably no more than approx nm, particularly preferably not more than approx. 10 nm, in particular not more than approx. 1 nm.
  • the diffraction grating 32 is designed to have the excitation wavelength AA or the excitation wavelength range surrounding it of, for example, AA ⁇ 20 nm ⁇ A ⁇ AA + 20 nm from the broadband emitted radiation 5a of the EUV radiation source 2 to filter.
  • the EUV lithography system 1 has a control device 34, which can be designed, for example, as a microprocessor, microcontroller or as a control computer and which is designed or programmed, the excitation device 30 via control signals (not shown) head for.
  • the control device 34 is designed to change the excitation wavelength AA or the excitation wavelength range by rotating the reflective diffraction grating 32, which serves as a spectral filter, and thus the angle of incidence on the diffraction grating 32 impinging radiation 5a of the EUV radiation source 2 is changed, which results in a shift in the filtered excitation wavelength AA or the excitation wavelength range.
  • the coupling-in element 33 is also rotatably mounted in order to ensure that the excitation radiation 31 reflected at the diffraction grating 32 is coupled into the illumination beam path 7.
  • the excitation device 30 can have its own excitation radiation source 35a, 35b for generating the excitation radiation 31, as is exemplified in FIG. 2a , b is shown.
  • the excitation radiation source 35a shown in Fig. 2a is designed as a broadband radiation source, ie it generates radiation 36 in a comparatively large wavelength range, which is filtered by a spectral filter 37 operated in transmission in order to absorb the excitation radiation 31 at the (at least one) To generate excitation wavelength AA and in this way to avoid excitation radiation 31 being radiated into vacuum housing 27 at undesired excitation wavelengths AA.
  • the broadband excitation radiation source 35a in the example shown is a gas discharge lamp, but it can also be a different type of broadband radiation source, for example a plasma radiation source such as the EUV radiation source 2.
  • the excitation device 30 shown in Fig. 2b differs from the excitation device 30 shown in Fig. 2a in that the excitation Radiation source 35b is designed to emit radiation at a single excitation wavelength A A.
  • the excitation radiation source 35b shown in FIG. 2b is a laser source in the form of a soft x-ray or VUV laser which is tailor-made for the emission of the desired excitation wavelength AA.
  • the excitation radiation sources 35a, b of FIGS. 2a, b are designed to adjust or change the power p of the emitted radiation 36 or the power of the excitation radiation 31.
  • the coupling element 33 is rotatably mounted and makes it possible - within certain limits - to change the intensity distribution of the excitation radiation 31 radiated into the vacuum housing 27. It goes without saying that a change in the intensity distribution of the excitation radiation 31 can also be achieved with the aid of a suitable intensity filter (gray filter) which is introduced into the beam path of the radiation 36 emitted by the excitation radiation source 35a or the excitation radiation 31, or can take place with the aid of another optical element influencing the intensity distribution.
  • a suitable intensity filter gray filter
  • the total output of the excitation radiation source 35a, b can also be controlled or regulated either by internal setting options or gray filters.
  • the activation of the excitation device 30 with the aid of the control device 34 enables at least one photo-induced reaction of the excitation radiation 31 with a residual gas 40 contained in the vacuum housing 27 (cf. FIGS. 2a, b) to be specifically excited or - if desired - to avoid such a photo-induced reaction as far as possible by not irradiating any excitation radiation 31 into the vacuum housing 27.
  • the residual gas 40 which is contained in the vacuum housing 27, is a mixture of several gases, namely (molecular) hydrogen, oxygen, argon, helium and nitrogen.
  • the total pressure of the residual gas 40 in the Vacuum housing 27 is typically between about 0.1 Pa and 20 Pa.
  • the total pressure of the residual gas 40 is generated by means of a vacuum pump (not shown) and can be changed within certain limits.
  • the supply device 41 can control or, if necessary, regulate the flow of the flushing gas or the flow of the individual components of the flushing gas 42 via a controllable valve or the like.
  • a plasma 43 is generated in the vacuum housing 27 during operation of the EUV lithography system 1, ie ionic, neutral (excited) and radical plasma species of the residual gas 40 are formed.
  • this is shown by way of example for molecular hydrogen H2 as a component of the residual gas 40, in which the interaction with the EUV radiation 5 for the formation of positively charged ionic plasma species (H2 + , H3 + ) and for the formation of radical (neutral) plasma species Fl leads.
  • H2 + , H3 + positively charged ionic plasma species
  • Fl radical (neutral) plasma species
  • the hydrogen plasma 43 in the vacuum housing 27 produces a cleaning effect on the optical element 12 arranged in the vacuum housing 27 by removing carbon from the surface of the optical element 12 which is exposed to the plasma 43.
  • the ionic, neutral and radical hydrogen plasma species can also be undesirable Reduction reactions on other components arranged in the vacuum housing 27 result, as will be described in more detail below.
  • the supply of the flushing gas 42 in the form of molecular hydrogen is controlled with the aid of the control device 34 in order to achieve the desired cleaning effect of the hydrogen plasma species.
  • the vacuum housing 27 is additionally supplied with a small proportion of molecular oxygen O2 via the supply device 41.
  • the setting of the ratio of molecular hydrogen H2 to molecular oxygen O2 offers only comparatively few possibilities for influencing the plasma 44.
  • the excitation radiation 31 radiated into the vacuum housing 27 with the aid of the excitation device 30 described above is used, in order to stimulate specific photo-induced reactions in the residual gas 40 in a targeted manner.
  • the photo-ionization reaction of hydrogen H2 with a photon g at a photon energy of 92 eV a comparatively large cross-section compared to the other reactions considered, but this increases to smaller photon energies, i.e. the majority of the H2 + ions are not generated with broadband irradiation at the nominal photon energy of 92 eV, but with lower photon energies.
  • excitation radiation 31 at lower photon energies for example at less than approx. 40 eV, can enter the vacuum housing 27 are irradiated, whereby the proportion of H2 + ions in the residual gas 40 is increased.
  • excitation radiation 31 is radiated into vacuum housing 27 at exactly one excitation wavelength AA of 72.9 nm (corresponding to 17 eV). In this way, the ratio of the F molecules and H + ions to the Py ions in the residual gas 40 changes.
  • the excitation radiation 31 is radiated into the vacuum housing 27 at (exactly one) excitation wavelength AA of 33.5 nm (corresponding to 37 eV) in order to specifically trigger the direct photo-induced reaction to stimulate the formation of radical hydrogen species H.
  • the excitation wavelength AA or the excitation wavelength range is as close as possible to the wavelength at which the cross section of the respective reaction has a local or a global maximum OMAX.
  • the excitation wavelength AA or all excitation wavelengths AA of an excitation wavelength range of the excitation radiation 31 are in a wavelength interval in which the cross section o the photo-induced reaction excited by the excitation radiation 31 with the Residual gas 40 is at least 70%, possibly at least 80% or at least 90% of the maximum effective cross-section O max of the photoinduced reaction with the residual gas 40 excited by the excitation radiation 31, as is the case in the example shown in FIG. 3a.
  • the direct photo-dissociation reaction of hydrogen H2 can be influenced in a targeted manner in the manner described above, ie by the irradiation of excitation radiation 31.
  • the control device 34 controls the excitation radiation 31 radiated into the vacuum housing 27 as a function of at least adapts to a measured plasma parameter.
  • two sensors 44, 45 are arranged in the EUV lithography system 1 shown in FIGS.
  • the ion sensor 44 can be, for example, an emission spectroscopic sensor, an absorption spectroscopic sensor, a laser fluorescence spectroscopic sensor, a mass spectroscopic sensor (ie a mass spectrometer) or a retarding field energy analyzer.
  • the radical sensor 45 for the detection of hydrogen radicals H can for example have a material which is reversibly hydrogenatable, i.e. which reversibly forms a hydride with hydrogen, as described in DE 102017205870 A1. Some of the sensor types described above, which are used as ion sensors, can also be used for the quantitative measurement of the concentration of hydrogen radicals or of other radical species in the plasma 43.
  • a laser fluorescence spectroscopic sensor can, for example, measure the concentration of OH radicals.
  • Absorption spectroscopic sensors or emission spectroscopic sensors can also be used to measure the concentration of radicals.
  • the ion sensor 44 is designed to determine the (instantaneous) concentration c (H2 + ), c (H3 + ) of the ionic hydrogen species H2 + or H3 + ZU, which of the (instantaneous ) Flow rate of the ionic hydrogen species H2 + , H3 + at the location of the sensor surface of the ion sensor 44 corresponds.
  • the radical sensor 45 is designed to measure the (instantaneous) concentration c (H) of the radical hydrogen species H at the location of the sensor surface of the radical sensor 45.
  • the sensors 44, 45 can also be designed to measure other plasma parameters than the concentrations of the above-mentioned hydrogen species H2 + , H3 + , H ZU, for example the concentration of radical oxygen species 0, etc.
  • further sensors can be arranged in the vacuum housing 27.
  • Certain types of sensors 44, 45 also make it possible to measure directly the ratio of the concentrations of specific ionic and radical species, for example the concentration ratio c (H3 + ) / c (H).
  • other types of sensors can also be arranged which enable plasma diagnostics, for example Langmuir probes, etc.
  • control device 34 can act on the excitation device 30 to generate the plasma 43 in the vacuum housing 27 can be influenced in a targeted manner.
  • the control device 34 can in particular have a control device, for example in the form of a linear controller, for example a PID controller, or possibly a non-linear controller, in order to control a target plasma parameter to a predetermined setpoint value.
  • the target plasma parameter can be one of the measured plasma parameters, i.e. for example the concentration c (H2 + ), c (H3 + ), c (H), ... of ionic or radical hydrogen species H2 + , H3 + , H, the concentration ratio of ionic to radical hydrogen species, e.g. c (H3 + ) / c (H), ... or a combination of the measured plasma parameters.
  • the goal- Plasma parameters can generally be a variable which is dependent on the measured plasma parameters and which can be influenced by the excitation device 30 or the excitation radiation 31 in such a way that it can be regulated to the desired target value.
  • the concentration ratio c (O) / (C (H3 + )) of the concentration c (O) has proven to be a particularly suitable target plasma parameter for the regulation, which has a direct effect on the service life of the optical element 12 arranged in the vacuum housing 27 ) of the radical oxygen species 0 to the concentration c (H3 + ) of the ionic hydrogen species H3 + .
  • the reason for this fact is explained below with reference to FIGS. 4a, b.
  • FIG. 4a shows the reflective optical element 12 from FIG. 1 and a further component 50 which is also arranged in the vacuum housing 27 shown in FIG. 1 and which contains silicon (Si).
  • the silicon-containing component 50 can be, for example, a sensor, an actuator, ... ULE®), or made of a glass ceramic.
  • the optical element 12 also has a substrate 51 made of titanium-doped quartz glass, to which a reflective multilayer coating 52 is applied, which is optimized for the reflection of EUV radiation 5 at the operating wavelength AB of 13.5 nm.
  • the multilayer coating 52 has alternating layers 53a, 53b made of molybdenum and silicon. At the operating wavelength AB of 13.5 nm, the silicon layers 53b have a higher real part of the refractive index than the molybdenum layers 53a.
  • a protective layer 54 made of ruthenium is applied to it.
  • a native SiC layer on the surface of component 50 becomes Si on contact with ionic hydrogen species H3 + , which are formed when interacting with EUV radiation 5, according to the following cumulative reaction reduced:
  • SiFU gaseous silane
  • the Si deposition on the surface 54a of the mirror 12 is thus driven by the concentration of the ionic hydrogen species, in particular in the form of Fh + .
  • the S1O2 deposited on the mirror leads, for example, to a reduction in reflectivity.
  • the molecular oxygen O2 essentially forms equal parts of 0 2 + , 0 + and 0, i.e. positively charged ionic plasma species 0 2 + , 0 + and radical plasma species 0, in particular according to the following reaction equations:
  • the restoration rate is driven by the formation of radical oxygen species 0 43 in the plasma Ionic oxygen species 0 2 +, 0 + can on the other hand to adverse effects on components 50, lead 12 in the vacuum housing 27, for example, be this through the positive
  • the plasma potential is accelerated towards the surfaces exposed to the plasma 40 and can lead to undesired implantation and sputtering effects there. In the case of radical oxygen species 0, this is the case to a much lesser extent.
  • the excitation device 30 is designed to generate excitation radiation 31 at excitation wavelengths AA in the VUV wavelength range, more precisely at more than 100 nm to radiate into the vacuum housing 27. This takes advantage of the fact that oxygen tends to ionization reactions at wavelengths below 100 nm, but has some absorption bands at wavelengths of more than 100 nm that lead to the dissociation of the molecular oxygen O2:
  • the irradiation of excitation radiation 31 at excitation wavelengths AA is in the range of the so-called Schumann-Runge band around a wavelength of approx. 193 nm or in the so-called Schumann-Runge continuum between approx. 130 nm and approx. 170 nm cheap.
  • the excitation device 30 shown in FIG an F2 laser for generating excitation radiation 31 at an excitation wavelength AA of 157 nm.
  • the reaction is g (193 nm) + O2 (g) - »2 O Y (157 nm) + O2 (g) - »2 O favored.
  • a broadband excitation radiation source 35a can also be used for generating broadband excitation radiation 31, from which an interval of excitation wavelengths AA or a single Excitation wavelength AA is filtered out, which is, for example, between about 130 nm and about 170 nm.
  • the concentration of radical oxygen species O can be controlled without (directly) the hydrogen plasma or to influence the concentration of positively charged ionic oxygen species 0 + , 0 2+ .
  • the target plasma parameter can be the concentration ratio c (O) / C (H3 + ) of the concentration c (O) of the radical oxygen species O to the concentration c (H3 + ) the radical hydrogen species H3 + , which has a direct effect on the service life of the reflective optical element 12.
  • the control device 34 is used to regulate the concentration ratio c (O) / c (H 3 + ) to a predetermined target value (c (O) / c (H3 + )) soii.
  • the power p of the excitation radiation 31 is dependent on the concentrations c (O) or c (H 3 + ) of the radical oxygen species 0 and the radical hydrogen species H3 measured with the aid of the sensors 44, 45 + or the actual value of the concentration ratio c (O) / C (H3 + ) formed from the two concentrations is determined and regulated to the target value (c (O) / c (H3 + )) soii.
  • the regulation can in particular be fast enough to increase the concentration ratio c (O) / C (H3 + ) to the target value (c (O) / c (H3 + )) soii even in a transient state of the plasma 43 rules.
  • a typical order of magnitude for the ratio of molecular oxygen O2 supplied in the purge gas 42 to molecular hydrogen H2 for generating an approximate balance between reduction and oxidation in the plasma 40 is the interaction caused by the EUV radiation 4 at the operating wavelength A B on the order of about 1 ppb O2 to H2.
  • the dissociative ionization has a share of 50% while at 157 nm two O atoms are formed per dissociation. Even if the rate of formation of oxygen radicals O at 193 nm is lower than at 157 nm, the rate of formation of oxygen radicals O is still significantly greater than at 13.5 nm, so that even when excitation radiation 31 is irradiated during an excitation - Wavelength AA of 193 nm the concentration c (O) of radical oxygen species O in the plasma 43 can be increased.
  • a first step S100 of the method the chemical and geometric plasma degrees of freedom are defined.
  • at least one simulated plasma parameter is determined by numerical simulation of the plasma 40 in the vacuum housing 27 or a suitable test plasma.
  • the simulated plasma parameters are the flux densities of all relevant plasma species.
  • at least one plasma parameter is determined experimentally by measuring a plasma in a test setup of the optical arrangement in the form of the EUV lithography system 1.
  • the measured plasma parameters are the reaction rates induced by the flows of all relevant plasma species (cleaning, etching, in solid diffusion, sputtering, etc.).
  • the EUV plasma is modeled in the EUVL scanner to determine the flow rates of all relevant plasma species.
  • a subsequent step S104 the plasma parameters simulated or experimentally determined in steps S101 and S102 are combined in order to determine the flow-normalized rate coefficients.
  • a subsequent step S105 the reaction rates induced by the flows of all relevant plasma species (cleaning, etching, in solid diffusion, sputtering, etc.) are determined in the scanner, i.e. in the EUV lithography system 1.
  • the generally non-linear coupling of the plasma parameters and the flow rates of all relevant plasma species determined in step S103 in the EUVL scanner are taken into account.
  • step S100 In the event that the reaction rates do not match a predefined criterion for the service life of the reflective optical element 12 in the vacuum housing 27, a return is made to step S100 and the method is carried out again with a modified definition of the chemical and geometric plasma degrees of freedom until the predefined Criterion is met.
  • the desired value (c (O) / C (H3 + )) S O M determined in step S105 for the target parameter relevant to service life for example the concentration ratio of the radical oxygen species 0 to the positively charged ionic hydrogen species Fh + , e.g. can be of the order of magnitude of 10 6 , is used as a specification for the target value of the regulation of the EUV lithography system 1 described above.
  • the irradiation of excitation radiation 31 in the vacuum housing 27 can excite photoinduced reactions in addition to hydrogen and oxygen in the case of other gases contained in the plasma 43 or in the residual gas 40, for example in the case of nitrogen (N2) .
  • N2 nitrogen
  • the irradiation of excitation radiation 31 at wavelengths higher than the operating wavelength A B results in the proportion of N2 + ions that are formed during the photo-ionization reaction and the proportion of N + - Ions or N-radicals, which are formed during the photo-dissociation reaction, can be influenced or adjusted.

Abstract

The invention relates to a method for operating an optical assembly (1) for EUV lithography, having the steps of: generating EUV radiation (5) at an operating wavelength (λB) in the EUV wavelength range using an EUV radiation source (2) of the optical assembly (1); generating a plasma (43) in a vacuum housing (27) of the optical assembly (1), said housing being equipped with at least one optical element (12), by means of an interaction between the EUV radiation (5) and a residual gas (40) contained in the vacuum housing (27); irradiating excitation radiation (31) into the vacuum housing (27) at at least one excitation wavelength (λA), which differs from the operating wavelength (AB), by means of an excitation device (30); and exciting at least one photo-induced reaction in the residual gas (40) in the vacuum housing (27) in a controlled manner by actuating the excitation device (30). The invention also relates to an optical assembly (1) for EUV lithography.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER OPTISCHEN ANORDNUNG FÜR DIE EUV-LITHOGRAPHIE UND OPTISCHE ANORDNUNG FÜR DIE EUV-METHOD OF OPERATING AN OPTICAL ARRANGEMENT FOR THE EUV LITHOGRAPHY AND OPTICAL ARRANGEMENT FOR THE EUV
LITHOGRAPHIE LITHOGRAPH
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Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie, umfassend: Erzeugen von EUV-Strahlung bei einer Betriebs-Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich mittels einer EUV- Strahlungsquelle der optischen Anordnung, sowie Erzeugen eines Plasmas in einem Vakuumgehäuse der optischen Anordnung, in dem mindestens ein optisches Element angeordnet ist, durch eine Wechselwirkung der EUV- Strahlung mit einem in dem Vakuumgehäuse enthaltenen Restgas im Betrieb der optischen Anordnung. Die Erfindung betrifft auch eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie, umfassend: eine EUV-Strahlungsquelle zur Erzeugung von EUV-Strahlung bei einer Betriebs-Wellenlänge im EUV- Wellenlängenbereich, sowie mindestens ein Vakuumgehäuse, in der mindestens ein (reflektierendes) optisches Element angeordnet ist, wobei das Vakuumgehäuse ein Restgas enthält, und wobei die optische Anordnung ausgebildet ist, im Betrieb durch eine Wechselwirkung der EUV-Strahlung mit dem Restgas ein Plasma in dem Vakuumgehäuse zu erzeugen. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Werts für einen Ziel- Plasmaparameter, insbesondere für einen Ziel-Plasmaparameter, der für mindestens ein optisches Element lebensdauerbestimmend ist. The invention relates to a method for operating an optical arrangement for EUV lithography, comprising: generating EUV radiation at an operating wavelength in the EUV wavelength range by means of an EUV radiation source of the optical arrangement, and generating a plasma in a vacuum housing of the optical Arrangement in which at least one optical element is arranged due to an interaction of the EUV radiation with a residual gas contained in the vacuum housing during operation of the optical arrangement. The invention also relates to an optical arrangement for EUV lithography, comprising: an EUV radiation source for generating EUV radiation at an operating wavelength in the EUV wavelength range, and at least one vacuum housing in which at least one (reflective) optical element is arranged is, wherein the vacuum housing contains a residual gas, and wherein the optical arrangement is designed to generate a plasma in the vacuum housing during operation by an interaction of the EUV radiation with the residual gas. The invention also relates to a method for determining a setpoint value for a target plasma parameter, in particular for a target plasma parameter which determines the service life of at least one optical element.
Bei der optischen Anordnung für die EUV-Lithographie kann es sich um eine EUV-Lithographieanlage (EUV-Scanner) zur Belichtung eines Wafers oder um eine andere optische Anordnung handeln, die EUV-Strahlung verwendet, beispielsweise um ein EUV-Metrologiesystem, z.B. zur Inspektion von in der EUV-Lithographie verwendeten Masken, Wafern oder dergleichen, um einen EUV-Test-Aufbau, etc. Eine derartige optische Anordnung wird mit EUV- Strahlung bei einer Betriebs-Wellenlänge im EUV-Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm betrieben. Die Betriebs-Wellenlänge kann beispielsweise bei 13,5 nm oder bei 6,8 nm liegen. Aufgrund der geringen Transmission aller Gase bei Wellenlängen im Bereich von 13,5 nm - oder auch bei 6,8 nm - ist es erforderlich, die optischen Elemente einer solchen optischen Anordnung in einer Vakuum-Umgebung zu betreiben, die in (mindestens) einem Vakuumgehäuse gebildet ist. Aufgrund der geringen Transmission von praktisch allen Festkörper-Materialien bei diesen Wellenlängen werden in einer solchen optischen Anordnung in der Regel reflektierende optische Elemente (z.B. Spiegel) verwendet. The optical arrangement for EUV lithography can be an EUV lithography system (EUV scanner) for exposing a wafer or another optical arrangement that uses EUV radiation, for example an EUV metrology system, for example for inspection of masks, wafers or the like used in EUV lithography to create an EUV test setup, etc. Such an optical arrangement is made with EUV radiation at an operating wavelength in the EUV wavelength range between approx nm operated. The operating wavelength can be, for example, 13.5 nm or 6.8 nm. Due to the low transmission of all gases at wavelengths in the range of 13.5 nm - or at 6.8 nm - it is necessary to operate the optical elements of such an optical arrangement in a vacuum environment, which is in (at least) one vacuum housing is formed. Due to the low transmission of practically all solid-state materials at these wavelengths, reflective optical elements (e.g. mirrors) are usually used in such an optical arrangement.
Zur Kontaminationsvermeidung bzw. zu Reinigungszwecken wird eine solche optische Anordnung nicht im Hochvakuum betrieben, sondern bei einem Arbeitsdruck von ca. 5 Pa in dem Vakuumgehäuse, typischerweise mit molekularem Wasserstoff als Restgas bzw. als Spülgas. In dem Restgas, welches in dem Vakuumgehäuse enthalten ist, können auch andere Gase als Wasserstoff, z.B. Ar, He, sowie geringfügige Sauerstoff- und/oder Stickstoffbeimischungen, sowie H2O und Kohlenstoff, insbesondere in Form von CO2 sowie in Form von Kohlenwasserstoffen (CnHm) enthalten sein. Mit 92 eV Photonenenergie ist EUV-Strahlung für alle der in dem Restgas enthaltenen Gase ionisierend - in Argon und Wasserstoff liegen die lonisierungsenergien beispielsweise im Bereich von 15 eV. Der Photoabsorptionsquerschnitt ist hierbei nahezu vollständig durch die verschiedenen lonisationskanäle (einfache, doppelte, dissoziative Photoionisation) bestimmt. Die Photoelektronen haben ausreichende Energie, um weitere Sekundär-Ionisationen zu induzieren. Trifft die EUV-Strahlung auf eine Oberfläche, z.B. auf die Oberfläche eines reflektierenden optischen Elements, löst diese zudem (im Mittel vergleichsweise niederenergetische, d.h. im Bereich einiger eV) Elektronen aus der Oberfläche und erzeugt einen Photostrom. Zu größeren Wellenlängen hin - insbesondere im Bereich von 13,5 nm bis 300 nm - kann es zu weiteren photoinduzierten Reaktionen wie z.B. Photodissoziation oder auch vibratorischer Anregung mit nachfolgendem Elektronen-Attachment kommen. To avoid contamination or for cleaning purposes, such an optical arrangement is not operated in a high vacuum, but at an operating pressure of approx. 5 Pa in the vacuum housing, typically with molecular hydrogen as residual gas or as flushing gas. In the residual gas, which is contained in the vacuum housing, gases other than hydrogen, e.g. Ar, He, as well as slight oxygen and / or nitrogen admixtures, as well as H2O and carbon, in particular in the form of CO2 and in the form of hydrocarbons (C n H m ) be included. With 92 eV photon energy, EUV radiation is ionizing for all of the gases contained in the residual gas - the ionization energies in argon and hydrogen are, for example, in the range of 15 eV. The photo-absorption cross-section is almost completely determined by the various ionization channels (single, double, dissociative photoionization). The photoelectrons have sufficient energy to induce further secondary ionizations. If the EUV radiation hits a surface, for example the surface of a reflective optical element, it also releases (on average comparatively low-energy, ie in the range of a few eV) electrons from the surface and generates a photocurrent. At longer wavelengths - in particular in the range from 13.5 nm to 300 nm - further photo-induced reactions such as photodissociation or vibratory excitation with subsequent electron attachment can occur.
In Wasserstoff werden dadurch verschiedene ionische Wasserstoff-Spezies (H2+, H3+, H+, H , ...) sowie neutrale Wasserstoff-Spezies, z.B. in Form von Wasserstoff-Radikalen H bzw. von neutralen Wasserstoff-Spezies H* in einem angeregten Elektronenzustand gebildet. Insbesondere im Fall von Sauerstoff- Beimengungen in dem Restgas werden durch Sekundärreaktionen zusätzlich zu den positiven Sauerstoff-Ionen (02 +,0+, 02+..)auch negativ geladene Sauerstoff-Ionen (O , O2 , C , O4 ) gebildet. In stickstoffhaltigem Restgas bzw. Plasmen spielen z.B. IS FT, NFU+ und alle Spezies, die hin zum Ammoniak NFI3 führen eine signifikante Rolle. In Restgasen in Form von Wasserstoff-/Stickstoff- /Sauerstoff-Gemischen können mehr als 200 Spezies, darunter z.B. FhO+ oder FINO3 entstehen. In hydrogen, different ionic hydrogen species (H2 + , H3 + , H + , H, ...) as well as neutral hydrogen species, e.g. in the form of hydrogen radicals H or of neutral hydrogen species H *, are combined in one excited electron state formed. Particularly in the case of oxygen admixtures in the residual gas, secondary reactions also form negatively charged oxygen ions (O, O2, C, O4) in addition to the positive oxygen ions (0 2 + , 0 + , 0 2+ ..) . In nitrogen-containing residual gas or plasmas, for example, IS FT, NFU + and all species that lead to ammonia NFI3 play a significant role. In residual gases in the form of hydrogen / nitrogen / oxygen mixtures, more than 200 species, including, for example, FhO + or FINO3, can arise.
Bedingt durch die Plasmadynamik liegt das durch die Wechselwirkung mit der EUV-Strahlung gebildete Plasma auf mehr oder weniger konstantem positivem Potential gegenüber den geerdeten Kammerwänden des Vakuumgehäuses und von in dem Vakuumgehäuse angeordneten optischen oder nicht-optischen Komponenten, von denen es durch einen steilen Potentialabfall, Plasma-Sheath oder auch Plasmaausgleichsschicht genannt, getrennt ist. In diesem Bereich herrschen bei den relevanten Betriebsbedingungen Feldstärken im Bereich einiger kV/m. Due to the plasma dynamics, the plasma formed by the interaction with the EUV radiation is at a more or less constant positive potential with respect to the earthed chamber walls of the vacuum housing and of optical or non-optical ones arranged in the vacuum housing Components from which it is separated by a steep drop in potential, known as plasma sheath or plasma equalization layer. In this area, under the relevant operating conditions, field strengths in the range of a few kV / m prevail.
Durch dieses elektrische Feld, durch Plasmadichtegradienten und thermische Bewegung entsteht ein steter Fluss von positiven und negativen Ladungsträgern zu den Begrenzungen des Plasmas. Ionen werden im Sheath dabei beschleunigt, während Elektronen und negative Ionen abgebremst werden. Neutrale Spezies wandern durch Diffusion zu den Begrenzungen. An den Wänden kommt es dann zur Rekombination, Reflektion oder komplizierteren Oberflächenreaktionen. This electric field, plasma density gradients and thermal movement create a constant flow of positive and negative charge carriers to the boundaries of the plasma. Ions are accelerated in the sheath, while electrons and negative ions are decelerated. Neutral species migrate to the limits by diffusion. Recombination, reflection or more complicated surface reactions then occur on the walls.
Das Plasmapotential stellt sicher, dass sich im Gleichgewichtszustand die elektronischen und ionischen Ströme zu den Begrenzungen kompensieren, da sonst eine ständig wachsende Raumladung entstünde. Während der gepulsten Anregung, d.h. während eines jeweiligen EUV-Strahlungspulses, der bei einer EUV-Strahlungsquelle in Form einer LPP(„laser produced plasma“)- Strahlungsquelle eine Pulsdauer von in der Regel zwischen ca. 10 ns und ca. 100 ns aufweist, der bei einer EUV-Strahlungsquelle in Form einer GDPP(„gas discharge produced plasma“)-Strahlungsquelle eine Pulsdauer von in der Regel zwischen ca. 50 ns und ca. 500 ns aufweist und der bei einer EUV-Lichtquelle, die einen freien Elektronenlaser aufweist, eine Pulsdauer von in der Regel unter einer ps aufweist, kann in einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie jedoch diese Kompensation zumindest kurzzeitig verletzt sein, so dass ein transienter Plasmazustand vorliegt. The plasma potential ensures that in the equilibrium state the electronic and ionic currents compensate each other towards the limits, otherwise a constantly growing space charge would arise. During the pulsed excitation, ie during a respective EUV radiation pulse which, in the case of an EUV radiation source in the form of an LPP ("laser produced plasma") radiation source, has a pulse duration of generally between approx. 10 ns and approx. 100 ns, which with an EUV radiation source in the form of a GDPP ("gas discharge produced plasma") radiation source has a pulse duration of usually between approx. 50 ns and approx. 500 ns and that with an EUV light source that has a free electron laser , has a pulse duration of usually less than one ps, this compensation can, however, be violated at least for a short time in an optical arrangement for EUV lithography, so that a transient plasma state is present.
Die ionischen Plasma-Spezies und die neutralen Plasma-Spezies (z.B. in Form von Radikalen) können einerseits vorteilhafte Effekte aufweisen, beispielsweise im Fall von Wasserstoff eine Reinigungswirkung, die Ionen- bzw. Radikalen- Flüsse können aber auch nachteilige Effekte hervorrufen. Beispielsweise können auf die Spiegel einfallende lonenflüsse nachteilige Effekte wie Absputtern der Oberfläche, Kontamination der Oberfläche durch lonen- Deposition, lonen-lmplantation oder Auslösen oberflächenchemischer Reaktionen sowie im schlimmsten Fall zur Zerstörung von Schichten führen, die allesamt die Güte und die Lebensdauer der Spiegel oder anderer in dem Vakuumgehäuse angeordneter Komponenten reduzieren. Des Weiteren können elektrische Ströme die Funktionsweise elektrisch sensibler Bauteile gefährden. The ionic plasma species and the neutral plasma species (for example in the form of radicals) can on the one hand have advantageous effects, for example in the case of hydrogen a cleaning effect, but the ion or radical flows can also cause disadvantageous effects. For example Ion fluxes incident on the mirror can lead to adverse effects such as sputtering of the surface, contamination of the surface by ion deposition, ion implantation or triggering of surface chemical reactions and, in the worst case, to the destruction of layers, all of which affect the quality and service life of the mirror or others reduce the components arranged in the vacuum housing. Furthermore, electrical currents can endanger the functionality of electrically sensitive components.
Zur Optimierung des Plasmas in dem Vakuumgehäuse ist es günstig, die lonenflüsse an den in dem Vakuumgehäuse angeordneten Komponenten oder ggf. andere Plasmaparameter gezielt zu beeinflussen. To optimize the plasma in the vacuum housing, it is advantageous to specifically influence the ion flows on the components arranged in the vacuum housing or, if necessary, other plasma parameters.
Die WO 2017/202545 A1 beschreibt eine Projektionsbelichtungsanlage, die mindestens ein gegenüber der Umgebung abgeschlossenes Teilvolumen aufweist, das ein Spülgas, z.B. Wasserstoff, enthält, aus dem ein Plasma erzeugt werden kann. Die Projektionsbelichtungsanlage weist Konditionierelemente zur Konditionierung des Plasmas in dem Teilvolumen auf, die zu einer zumindest teilweisen Neutralisation des Plasmas geeignet sind. Die Konditionierelemente können geeignet sein, lokal ein Gas zur Verminderung der Plasmakonzentration einzubringen, beispielsweise Stickstoff, der zu einer vermehrten Bildung von NH-Verbindungen führt, wodurch die Konzentration der Wasserstoffionen gesenkt werden kann. Die Konditionierelemente können auch geeignet sein, lokal Partialdrücke des Spülgases zu beeinflussen oder das elektrische Potential von in dem Teilvolumen angeordneten Elementen zu beeinflussen. Durch das Beeinflussen des elektrischen Potentials können z.B. positiv geladene Ionen vom Erreichen der Oberflächen ferngehalten werden. Eine positive Vorspannung beschleunigt jedoch die im Plasma vorhandenen Elektronen und kann diese in die Lage versetzen, zusätzliche Ionisationen auszulösen. In der DE 102009029 121 A1 ist ein Generator für atomaren Wasserstoff beschrieben, welcher ein Gefäß mit einem Gaseinlass zum Einleiten von molekularem Wasserstoff und einem Gasauslass aufweist. Außerhalb des Gefäßes ist eine UV-Strahlungsquelle angeordnet und das Gefäß ist derart ausgebildet, dass die UV-Strahlung in das Gefäßinnere dringen kann. In dem Gefäß findet eine homolytische Zersetzung des molekularen Wasserstoffs in atomaren Wasserstoff statt, der über den Gasauslass aus dem Gefäß austritt und z.B. zur Reinigung von Oberflächen einer EUV-Lithographievorrichtung verwendet werden kann. WO 2017/202545 A1 describes a projection exposure system which has at least one partial volume which is closed off from the environment and which contains a flushing gas, for example hydrogen, from which a plasma can be generated. The projection exposure system has conditioning elements for conditioning the plasma in the partial volume, which are suitable for at least partial neutralization of the plasma. The conditioning elements can be suitable for locally introducing a gas to reduce the plasma concentration, for example nitrogen, which leads to an increased formation of NH compounds, whereby the concentration of the hydrogen ions can be reduced. The conditioning elements can also be suitable for locally influencing partial pressures of the flushing gas or for influencing the electrical potential of elements arranged in the partial volume. By influencing the electrical potential, positively charged ions, for example, can be kept away from reaching the surfaces. However, a positive bias accelerates the electrons present in the plasma and can enable them to trigger additional ionizations. DE 102009029 121 A1 describes a generator for atomic hydrogen which has a vessel with a gas inlet for introducing molecular hydrogen and a gas outlet. A UV radiation source is arranged outside the vessel and the vessel is designed in such a way that the UV radiation can penetrate into the interior of the vessel. Homolytic decomposition of the molecular hydrogen into atomic hydrogen takes place in the vessel, which exits the vessel via the gas outlet and can be used, for example, to clean the surfaces of an EUV lithography device.
In der WO 2009/053476 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen eines oder mehrerer optischer oder nicht-optischer Elemente beschrieben, die insbesondere hermetisch in einem Gehäuse einer EUV- Lithographieanlage untergebracht sind. Das mindestens eine optische oder nicht-optische Element wird/werden mit Strahlung einer Breitband-Lichtquelle bestrahlt. Aufgrund des Breitband-Spektrums wird eine Mehrzahl von möglichen Kontaminanten angeregt. Die Anregung ermöglicht es, die Kontaminanten zu identifizieren, damit eine gezielte Reinigung der Kontaminanten erfolgen kann. Zu diesem Zweck kann an Stelle einer Breitband-Lichtquelle eine Lichtquelle verwendet werden, die Licht bei einer bestimmten Wellenlänge emittiert, die an die gezielte Entfernung der identifizierten Kontaminanten angepasst ist. In WO 2009/053476 A1 a device and a method for cleaning one or more optical or non-optical elements are described, which are in particular housed hermetically in a housing of an EUV lithography system. The at least one optical or non-optical element is / are irradiated with radiation from a broadband light source. Due to the broadband spectrum, a large number of possible contaminants are excited. The excitation makes it possible to identify the contaminants so that a targeted cleaning of the contaminants can take place. For this purpose, instead of a broadband light source, a light source can be used that emits light at a specific wavelength that is adapted to the targeted removal of the identified contaminants.
Aus der DE102017213406A1 ist ein reflektives optisches Element bekannt geworden, welches eine Kante aufweist. Zumindest entlang eines Kantenabschnitts weist die Kante eine Fase und/oder eine Abrundung auf. From DE102017213406A1 a reflective optical element is known which has an edge. At least along one edge section, the edge has a bevel and / or a rounding.
Durch die Fase und/oder Abrundung soll eine lokalisierte Überhöhung des elektrischen Feldes vermieden werden, die sich ansonsten ggf. ausbildet, wenn die (scharfe) Kante einem Plasma ausgesetzt ist. In der DE102017213406A1 ist auch ein Verfahren zur Anpassung einer Geometrie zumindest eines Oberflächenbereichs einer Komponente einer optischen Anordnung beschrieben. Aufgabe der Erfindung The bevel and / or rounding is intended to avoid a localized increase in the electrical field, which may otherwise develop when the (sharp) edge is exposed to a plasma. DE102017213406A1 also describes a method for adapting a geometry of at least one surface area of a component of an optical arrangement. Object of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Anordnung für die EUV-Lithographie sowie eine optische Anordnung für die EUV-Lithographie bereitzustellen, welche eine gezielte Beeinflussung des Plasmas in dem Vakuumgehäuse, insbesondere im Hinblick auf die Lebensdauer von dort angeordneten optischen Elementen, ermöglichen. The object of the invention is to provide a method for operating an optical arrangement for EUV lithography and an optical arrangement for EUV lithography, which specifically influence the plasma in the vacuum housing, in particular with regard to the service life of optical elements arranged there , enable.
Gegenstand der Erfindung Subject of the invention
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Betreiben einer optischen Anordnung, weiter umfassend: Einstrahlen von Anregungs-Strahlung in das Vakuumgehäuse bei mindestens einer Anregungs-Wellenlänge, die sich von der Betriebs- Wellenlänge unterscheidet, mittels einer Anregungs-Einrichtung der optischen Anordnung, sowie gezieltes Anregen mindestens einer photoinduzierten Reaktion in dem Restgas in dem Vakuumgehäuse durch Ansteuern der Anregungs-Einrichtung, insbesondere mit Hilfe einer Steuerungseinrichtung der optischen Anordnung. This object is achieved according to a first aspect by a method of the type mentioned at the beginning for operating an optical arrangement, further comprising: irradiating excitation radiation into the vacuum housing at at least one excitation wavelength that differs from the operating wavelength by means of a Excitation device of the optical arrangement, as well as targeted excitation of at least one photo-induced reaction in the residual gas in the vacuum housing by controlling the excitation device, in particular with the aid of a control device of the optical arrangement.
Diese Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch eine optische Anordnung der eingangs genannten Art, weiter umfassend: eine Anregungs- Einrichtung, die zur Einstrahlung von Anregungs-Strahlung in das Vakuumgehäuse bei mindestens einer Anregungs-Wellenlänge ausgebildet ist, die sich von der Betriebs-Wellenlänge unterscheidet, sowie eine Steuerungseinrichtung, die ausgebildet bzw. programmiert ist, die Anregungs- Einrichtung anzusteuern, insbesondere um gezielt mindestens eine photoinduzierte Reaktion in dem Restgas in dem Vakuumgehäuse anzuregen. Durch die Anregung der photoinduzierten Reaktion kann eine Beeinflussung des Plasmas in dem Vakuumgehäuse erfolgen. Die Erfinder haben erkannt, dass die weiter oben beschriebenen negativen Effekte des Plasmas sich im Allgemeinen nicht vollständig verhindern lassen, zumal diese teilweise sogar gewollt sind. An Stelle der teilweisen Neutralisierung des Plasmas, wie diese in der WO 2017/202545 A1 beschrieben ist, wird in der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen, das Plasma in dem Vakuumgehäuse gezielt zu beeinflussen, d.h. die Plasmachemie gezielt zu steuern bzw. zu regeln. Durch die Steuerung der Plasmachemie kann eine optimale Balance zwischen gewünschten Effekten des Plasmas, z.B. Kohlenstoff-Reinigung, und unerwünschten Effekten des Plasmas, z.B. Sputtern, Oxidation oder Redeposition von in dem Plasma enthaltenen Spezies an den begrenzenden Oberflächen gefunden werden. According to a second aspect, this object is achieved by an optical arrangement of the type mentioned at the outset, further comprising: an excitation device which is designed to radiate excitation radiation into the vacuum housing at at least one excitation wavelength that differs from the operating Wavelength differs, as well as a control device which is designed or programmed to control the excitation device, in particular to specifically excite at least one photo-induced reaction in the residual gas in the vacuum housing. By stimulating the photo-induced reaction, the plasma in the vacuum housing can be influenced. The inventors have recognized that the negative effects of the plasma described above cannot generally be completely prevented, especially since some of these are even wanted. Instead of the partial neutralization of the plasma, as described in WO 2017/202545 A1, the present application proposes to specifically influence the plasma in the vacuum housing, ie to specifically control or regulate the plasma chemistry. By controlling the plasma chemistry, an optimal balance can be found between desired effects of the plasma, for example carbon cleaning, and undesired effects of the plasma, for example sputtering, oxidation or redeposition of species contained in the plasma on the delimiting surfaces.
Gemäß den obigen Aspekten der Erfindung wird vorgeschlagen, zur gezielten Beeinflussung des Plasmas in dem Vakuumgehäuse keine elektromagnetischen Felder, beispielsweise in Form von elektrischen Feldern bzw. Potentialen oder homogenen oder inhomogenen Magnetfelder zu verwenden, sondern die spektrale Abhängigkeit des Wirkungsquerschnitts der photoinduzierten Reaktionen in dem Plasma gezielt zu nutzen, um das Plasma zu beeinflussen, insbesondere um das Verhältnis zwischen unterschiedlichen in dem Plasma vorhandenen Spezies einzustellen. According to the above aspects of the invention, it is proposed not to use electromagnetic fields, for example in the form of electrical fields or potentials or homogeneous or inhomogeneous magnetic fields, for targeted influencing of the plasma in the vacuum housing, but rather the spectral dependence of the cross-section of the photo-induced reactions in the plasma to be used in a targeted manner in order to influence the plasma, in particular in order to adjust the ratio between different species present in the plasma.
Dies erfordert die Kenntnis der Abhängigkeit der photochemischen Wirkungsquerschnitte der jeweiligen Reaktion von der Wellenlänge bzw. von der Photonen-Energie. Für die Wirkungsquerschnitte einer Mehrzahl von für die vorliegende Anwendung relevanten photoinduzdierten Reaktionen sei auf den Artikel „Photdissociation and photoionisation of atoms and molecules of astrophysical interest“, A. N. Fleays et al. , A&A 602, A105 (2017) verwiesen. This requires knowledge of the dependence of the photochemical cross-sections of the respective reaction on the wavelength or on the photon energy. For the cross sections of a plurality of photoinduced reactions relevant to the present application, see the article “Photdissociation and photoionization of atoms and molecules of astrophysical interest”, A. N. Fleays et al. , A&A 602, A105 (2017).
Die Anregung der photoinduzierten Reaktion kann an primären Bestandteilen des Restgases erfolgen, d.h. an Bestandteilen, die auch ohne das Plasma in dem Vakuumgehäuse enthalten sind. Die Anregung der photoinduzierten Reaktion kann aber auch an Spezies bzw. an Bestandteilen des Restgases erfolgen, die erst durch Sekundärreaktionen in dem Plasma gebildet werden. Beispielsweise kann eine photoinduzierte Reaktion an NH3 oder an H30+ angeregt werden. The photo-induced reaction can be excited on primary components of the residual gas, ie on components that are present even without the plasma contained in the vacuum housing. The photo-induced reaction can, however, also be excited on species or on constituents of the residual gas which are only formed in the plasma by secondary reactions. For example, a photo-induced reaction on NH3 or on H 3 0 + can be excited.
Die nachfolgend in Zusammenhang mit der optischen Anordnung beschriebenen Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gelten analog auch auf das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. The embodiments or further developments according to the second aspect of the invention described below in connection with the optical arrangement also apply analogously to the method according to the first aspect of the invention.
Bei einer Ausführungsform ist die Anregungs-Einrichtung ausgebildet, die Anregungs-Strahlung in einem Wellenlängenbereich in das Vakuumgehäuse einzustrahlen, der zwischen 30 nm und 300 nm, bevorzugt zwischen 100 nm und 200 nm, liegt. Die photochemischen Wirkungsquerschnitte der meisten für die vorliegende Anwendung relevanten chemischen Reaktionen nehmen mit kleinerer Photonen-Energie und somit mit zunehmender Wellenlänge zu. Daher ist es günstig, wenn die Anregungs-Einrichtung ausgebildet ist, Anregungs- Strahlung bei größeren Wellenlängen als im EUV-Wellenlängenbereich, d.h. oberhalb von 30 nm, in das Vakuumgehäuse einzustrahlen. Insbesondere im VUV- bzw. DUV-Wellenlängenbereich bis maximal ca. 300 nm kann die Anregungs-Strahlung für die Beeinflussung des Plasmas relevante chemische Reaktionen auslösen. Bestimmte Gase, die Bestandteile des Restgases bilden können, z.B. Wasserstoff und Stickstoff, sind für Wellenlängen größer als ca. 100 nm weitgehend transparent, d.h. bei mehr als ca. 100 nm sind keine photoinduzierten chemischen Reaktionen dieser Gase zu erwarten. Andere Gase, die Bestandteile des Restgases bilden können, z.B. Sauerstoff, Wasser oder Ammoniak, weisen auch oberhalb von 100 nm bis ca. 200 nm und ggf. darüber eine sehr reichhaltige Photochemie auf. Durch die Anregung von photochemischen Reaktionen dieser Gase bei Wellenlängen von mehr als 100 nm kann die Zusammensetzung des Plasmas verändert werden, ohne dass dies direkte die photoinduzierten Reaktionen von bei diesen Wellenlängen transparenten Gasen wie z.B. Wasserstoff beeinflusst. In one embodiment, the excitation device is designed to radiate the excitation radiation into the vacuum housing in a wavelength range which is between 30 nm and 300 nm, preferably between 100 nm and 200 nm. The photochemical cross-sections of most of the chemical reactions relevant for the present application increase with lower photon energy and thus with increasing wavelength. It is therefore advantageous if the excitation device is designed to radiate excitation radiation into the vacuum housing at longer wavelengths than in the EUV wavelength range, ie above 30 nm. In particular in the VUV or DUV wavelength range up to a maximum of approx. 300 nm, the excitation radiation can trigger chemical reactions that are relevant for influencing the plasma. Certain gases that can form constituents of the residual gas, eg hydrogen and nitrogen, are largely transparent for wavelengths greater than approx. 100 nm, ie no photo-induced chemical reactions of these gases are to be expected at more than approx. 100 nm. Other gases that can form constituents of the residual gas, for example oxygen, water or ammonia, also have a very rich photochemistry above 100 nm to approx. 200 nm and possibly above. By stimulating photochemical reactions of these gases at wavelengths of more than 100 nm, the composition of the plasma can be changed without this directly affects the photo-induced reactions of gases such as hydrogen that are transparent at these wavelengths.
Beispielsweise kann durch die Einstrahlung der Anregungs-Strahlung gezielt eine photoinduzierte Reaktion von Sauerstoff angeregt werden. Sauerstoff zeigt zwar bei Wellenlängen von mehr als 103 nm keine Ionisation, weist aber einige Absorptionslinien bei Wellenlängen auf, die größer sind als 100 nm und bei denen eine photoinduzierte Dissoziation des Sauerstoff-Moleküls O2 durch ein Photon Y erfolgt, d.h. g + O2 - 2 0 . For example, by irradiating the excitation radiation, a photo-induced reaction of oxygen can be specifically excited. Oxygen does not show any ionization at wavelengths greater than 103 nm, but has some absorption lines at wavelengths greater than 100 nm and at which a photo-induced dissociation of the oxygen molecule O2 takes place through a photon Y, i.e. g + O2 - 2 0.
Die Bildung von Sauerstoff-Radikalen (0) durch photoinduzierte Dissoziation ist günstig, um der Reduktionswirkung von in dem Plasma enthaltenem Wasserstoff entgegenzuwirken, ohne dass hierbei die negativen Effekte auftreten, die von positiv geladenen Sauerstoff-Ionen hervorgerufen werden, die aufgrund des Plasma-Potentials zu den begrenzenden Oberflächen hin beschleunigt werden. Für die photoinduzierte Dissoziation von Sauerstoff sind insbesondere die so genannten Schumann-Runge Bänder bei ca. 193 nm sowie das breite Schumann-Runge-Kontinuum im Wellenlängenbereich zwischen 130 nm und 170 nm interessant. Es hat sich gezeigt, dass durch die Einstrahlung von Anregungs-Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich, insbesondere innerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen 130 nm und 170 nm, die Konzentration der Sauerstoff-Radikale deutlich gesteuert werden kann, ohne das Wasserstoff-Plasma (zumindest direkt) zu beeinflussen. The formation of oxygen radicals (0) by photo-induced dissociation is beneficial in order to counteract the reducing effect of hydrogen contained in the plasma, without the negative effects occurring that are caused by positively charged oxygen ions due to the plasma potential accelerated towards the bounding surfaces. The so-called Schumann-Runge bands at approx. 193 nm and the broad Schumann-Runge continuum in the wavelength range between 130 nm and 170 nm are of particular interest for the photo-induced dissociation of oxygen. It has been shown that by irradiating excitation radiation in the VUV wavelength range, in particular within the wavelength range between 130 nm and 170 nm, the concentration of the oxygen radicals can be clearly controlled without the hydrogen plasma (at least directly) influence.
Für die Absorption von Strahlung durch Sauerstoff und damit einhergehende Reaktionen sei auf den Artikel „Fligh-temperature absorption studies of the Schumann-Runge band of oxygen at ArF laser wavelengths“, R.C. See et al. , J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 17, No. 3, 2000, auf den Artikel „Absorption and photodissociation in the Schumann-Runge bands of molecular oxygen in the terrestrial atmosphere“, G. Kockarts, Planet. Space Sei., Vol. 24, Issue 6, pp. 589, 1976, sowie auf den Artikel “Polynomial coefficients for calculating O2 Schumann-Runge cross sections at 0.5cm 1 resolution”, K. Minschwaner et al. , Journal of Geophysical Research, Vol.97, Issue D9, pp10103, 1992 verwiesen, vgl. auch den Artikel „Dissociative photoionization cross sections of O2 from threshold to 120 A“, J. A. R. Samson et al., J. Chem. Phys. 76, 393 (1982). For the absorption of radiation by oxygen and the associated reactions, see the article "Fligh-temperature absorption studies of the Schumann-Runge band of oxygen at ArF laser wavelengths", RC See et al. , J. Opt. Soc. At the. B, vol. 17, no. 3, 2000, to the article “Absorption and photodissociation in the Schumann-Runge bands of molecular oxygen in the terrestrial atmosphere ”, G. Kockarts, Planet. Space Sci., Vol. 24, Issue 6, pp. 589, 1976, as well as to the article “Polynomial coefficients for calculating O2 Schumann-Runge cross sections at 0.5cm 1 resolution”, K. Minschwaner et al. , Journal of Geophysical Research, Vol.97, Issue D9, pp10103, 1992, see also the article “Dissociative photoionization cross sections of O2 from threshold to 120 A”, JAR Samson et al., J. Chem. Phys. 76, 393 (1982).
Für photoinduzierte chemische Reaktionen von Wasserstoff sei auf die Artikel „Dissociative photoionization of H2 from 18 to 124 eV“, Y. M. Chung et al., J. Chem. Phys. 99, 885 (1993) sowie auf den Artikel „Photoionization Cross Sections of He and H2“, M. Yan et al., The Astrophysical Journal, 496, pp. 1044- 1050, 1998 verwiesen. Alle weiter oben genannten Artikel werden durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. For photo-induced chemical reactions of hydrogen, see the article “Dissociative photoionization of H2 from 18 to 124 eV”, Y. M. Chung et al., J. Chem. Phys. 99, 885 (1993) as well as the article “Photoionization Cross Sections of He and H2”, M. Yan et al., The Astrophysical Journal, 496, pp. 1044-1050, 1998. All of the above articles are incorporated by reference in their entirety into the content of this application.
Bei einerweiteren Ausführungsform ist die Anregungs-Einrichtung ausgebildet, die Anregungs-Strahlung bei der mindestens einen Anregungs-Wellenlänge durch spektrale Filterung von (breitbandiger) Strahlung zu bilden, die von der EUV-Strahlungsquelle bei Wellenlängen außerhalb des EUV- Wellenlängenbereichs emittiert wird. Insbesondere für den Fall, dass es sich bei der EUV-Strahlungsquelle um eine Plasma-Strahlungsquelle handelt, bei der zur Erzeugung der EUV-Strahlung ein laserinduziertes oder gasentladungsinduziertes Plasma erzeugt wird, wird in dem Plasma typischerweise auch so genannte „out-of-band“-Strahlung bei Wellenlängen außerhalb des EUV-Wellenlängenbereichs erzeugt. Zur Erzeugung der Anregungs-Strahlung kann aus der von der EUV-Strahlungsquelle breitbandig emittierten Strahlung mit Hilfe eines Spektralfilters, beispielsweise eines Beugungsgitters oder einer unter streifendem Einfall betriebenen Optik, z.B. eines „grazing incidence“-Spiegels, eine Anregungs-Wellenlänge oder ein (schmaler) Anregungs-Wellenlängenbereich gefiltert werden, welcher die Anregungs-Strahlung bildet. Für den Fall, dass die Anregungs-Strahlung nicht nur eine Anregungs- Wellenlänge sondern einen kontinuierlichen Anregungs-Wellenlängenbereich aufweist, hat es sich als günstig erwiesen, wenn dieser Anregungs- Wellenlängenbereich nicht zu groß ist, d.h. dieser sollte eine spektrale Breite von ca. 40 nm, bevorzugt von ca. 20 nm, besonders bevorzugt von ca. 10 nm, insbesondere von ca. 1 nm nicht überschreiten. In a further embodiment, the excitation device is designed to generate the excitation radiation at the at least one excitation wavelength by spectral filtering of (broadband) radiation emitted by the EUV radiation source at wavelengths outside the EUV wavelength range. In particular in the event that the EUV radiation source is a plasma radiation source in which a laser-induced or gas discharge-induced plasma is generated to generate the EUV radiation, so-called “out-of-band” is typically also used in the plasma "Radiation generated at wavelengths outside the EUV wavelength range. To generate the excitation radiation, an excitation wavelength or a (narrower ) The excitation wavelength range which forms the excitation radiation can be filtered. In the event that the excitation radiation has not only one excitation wavelength but a continuous excitation wavelength range, it has proven to be beneficial if this excitation wavelength range is not too large, i.e. it should have a spectral width of approx nm, preferably approx. 20 nm, particularly preferably approx. 10 nm, in particular approx. 1 nm.
Im einfachsten Fall kann zur spektralen Filterung ein ohnehin in der optischen Anordnung vorhandener Spektralfilter verwendet werden, beispielsweise ein Kollektor-Spiegel, welcher dazu dient, aus dem breitbandigen Spektrum der EUV-Strahlungsquelle die EUV-Strahlung bei der Betriebs-Wellenlänge zu selektieren. Gegebenenfalls kann die von der EUV-Strahlungsquelle außerhalb des EUV-Wellenlängenbereichs emittierte Strahlung - in der Regel außerhalb des EUV-Strahlengangs - mit Hilfe eines zusätzlichen Spektralfilters gefiltert werden, um die Anregungs-Strahlung zu bilden. Die Anregungs-Einrichtung kann in diesem Fall mit Hilfe von geeigneten strahlführenden bzw. strahlumlenkenden optischen Elementen die Anregungs-Strahlung in das Vakuumgehäuse einstrahlen. In the simplest case, a spectral filter already present in the optical arrangement can be used for spectral filtering, for example a collector mirror, which is used to select the EUV radiation at the operating wavelength from the broadband spectrum of the EUV radiation source. If necessary, the radiation emitted by the EUV radiation source outside the EUV wavelength range - usually outside the EUV beam path - can be filtered with the aid of an additional spectral filter in order to form the excitation radiation. In this case, the excitation device can radiate the excitation radiation into the vacuum housing with the aid of suitable beam-guiding or beam-deflecting optical elements.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Anregungs-Einrichtung eine Anregungs-Strahlungsquelle zur Erzeugung der Anregungs-Strahlung auf. Bei der Anregungs-Strahlungsquelle handelt es sich um eine zusätzliche (Sekundär-)Strahlungsquelle, d.h. nicht um die EUV-Strahlungsquelle. Für die Ausgestaltung der Sekundär-Strahlungsquelle bestehen mehrere Möglichkeiten: In an alternative embodiment, the excitation device has an excitation radiation source for generating the excitation radiation. The excitation radiation source is an additional (secondary) radiation source, i.e. not the EUV radiation source. There are several options for designing the secondary radiation source:
Bei einer Weiterbildung ist die Anregungs-Einrichtung ausgebildet, die Anregungs-Strahlung bei der mindestens einen Anregungs-Wellenlänge durch spektrales Filtern von Strahlung zu bilden, die von der Anregungs- Strahlungsquelle emittiert wird. In diesem Fall handelt es sich bei der Anregungs-Strahlungsquelle um eine breitbandige Strahlungsquelle, z.B. um eine Plasma-Strahlungsquelle, beispielsweise in Form einer Gasentladungslampe, insbesondere einer Spektrallampe, oder einer Laser- Plasma-Strahlungsquelle in der Art der EUV-Strahlungsquelle. Die von einer solchen breitbandigen Strahlungsquelle emittierte Strahlung kann durch einen geeigneten Spektralfilter, derz.B. als Beugungsgitter oder als unter streifendem Einfall betriebene Optik (z.B. „grazing incidence“-Spiegel) ausgebildet ist, gefiltert werden, um die gewünschte(n) Anregungs-Wellenlänge(n) zu erzeugen. Auch bei Strahlungsquellen, die Strahlung nicht in einem breitbandigen Wellenlängen-Spektrum sondern mit mehreren diskreten Wellenlängen emittieren, z.B. bei Gasentladungslampen oder bei Spektrallampen, die nur ein einziges chemisches Element in der Gasphase enthalten, kann es sinnvoll sein, unerwünschte Wellenlängen auszufiltern. Wie weiter oben beschrieben wurde, sollte der nach der spektralen Filterung verbleibende Anregungs-Wellenlängenbereich der Anregungs-Strahlung nicht zu groß sein, d.h. dieser sollte eine spektrale Bandbreite von ca. 40 nm, bevorzugt von ca. 20 nm, besonders bevorzugt von ca. 10nm, insbesondere von ca. 1 nm nicht überschreiten. In a further development, the excitation device is designed to form the excitation radiation at the at least one excitation wavelength by spectral filtering of radiation that is emitted by the excitation radiation source. In this case, the excitation radiation source is a broadband radiation source, for example a plasma radiation source, for example in the form of a gas discharge lamp, in particular a spectral lamp, or a laser-plasma radiation source in the form of the EUV radiation source. The radiation emitted by such a broadband radiation source can be filtered through a suitable spectral filter, e.g. is designed as a diffraction grating or as optics operated with grazing incidence (eg “grazing incidence” mirror), can be filtered in order to generate the desired excitation wavelength (s). Even with radiation sources that do not emit radiation in a broadband wavelength spectrum but with several discrete wavelengths, e.g. gas discharge lamps or spectral lamps that only contain a single chemical element in the gas phase, it can be useful to filter out unwanted wavelengths. As described above, the excitation wavelength range of the excitation radiation remaining after the spectral filtering should not be too large, ie it should have a spectral bandwidth of approx. 40 nm, preferably approx. 20 nm, particularly preferably approx. 10 nm , in particular of approx. 1 nm.
Bei einer alternativen Weiterbildung ist die Anregungs-Strahlungsquelle ausgebildet, die Anregungs-Strahlung bei einer einzigen Anregungs- Wellenlänge zu erzeugen. In diesem Fall handelt es sich bei der Anregungs- Strahlungsquelle in der Regel um eine Laserquelle. Die Laserquelle kann ggf. zur Emission der gewünschten Anregungs-Wellenlänge maßgeschneidert sein, z.B. kann es sich um einen Soft x-ray-Laser handeln, vgl. beispielsweise den Artikel „Demonstration of a High Average Power Tabletop Soft X-Ray Laser“ von B.R. Benware et al. , Phys. Rev. Lett. 81, 5804 (1998) . Auch eine High Harmonie Generation(HHG)-Laserquelle kann als Anregungs-Strahlungsquelle dienen. Zur Förderung der weiter oben beschriebenen photoinduzierten Sauerstoff-Dissoziationsreaktion kann es sich bei der Strahlungsquelle insbesondere um einen ArF-Laser (Anregungs-Wellenlänge 193 nm) oder um einen F2-Laser (Anregungs-Wellenlänge 157 nm) handeln. Ersterer ist mit einer vergleichsweise großen Leistung von mehr als 90 W verfügbar, letzterer mit einer Leistung von ca. 20 W, vgl. den Artikel „High-power excimer lasers for 157-nm lithography“, S. Spratte et al., Proc. SPIE 5040: 1344-1351 , 2003.In an alternative development, the excitation radiation source is designed to generate the excitation radiation at a single excitation wavelength. In this case, the excitation radiation source is usually a laser source. The laser source can optionally be tailored to emit the desired excitation wavelength, for example it can be a soft x-ray laser, see, for example, the article "Demonstration of a High Average Power Tabletop Soft X-Ray Laser" by BR Benware et al. , Phys. Rev. Lett. 81: 5804 (1998). A high harmony generation (HHG) laser source can also serve as an excitation radiation source. To promote the photo-induced oxygen dissociation reaction described above, the radiation source can in particular be an ArF laser (excitation wavelength 193 nm) or an F2 laser (excitation wavelength 157 nm). The former is with one comparatively large power of more than 90 W available, the latter with a power of about 20 W, see the article “High-power excimer lasers for 157-nm lithography”, S. Spratte et al., Proc. SPIE 5040: 1344-1351, 2003.
Diese Leistungen sind ausreichend, um die gewünschte Beeinflussung des Plasmas durch die Anregungs-Strahlung zu ermöglichen. These powers are sufficient to enable the desired influencing of the plasma by the excitation radiation.
Bei einerweiteren Ausführungsform ist die Anregungs-Strahlungsquelle zur Erzeugung der Anregungs-Strahlung bei mindestens einer Anregungs- Wellenlänge ausgebildet, bei welcher einer Wirkungsquerschnitt der von der Anregungs-Strahlung angeregten photoinduzierten Reaktion mit dem Restgas mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80%, insbesondere mindestens 90% eines maximalen Wirkungsquerschnitts der photoinduzierten Reaktion mit dem Restgas beträgt. In a further embodiment, the excitation radiation source is designed to generate the excitation radiation at at least one excitation wavelength at which an effective cross section of the photoinduced reaction with the residual gas excited by the excitation radiation is at least 70%, preferably at least 80%, in particular at least 90% % of a maximum cross-section of the photo-induced reaction with the residual gas is.
Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es zur gezielten Beeinflussung des Plasmas günstig, selektiv eine oder ggf. mehrere gewünschte photoinduzierte Reaktionen in dem Restgas anzuregen, idealerweise ohne hierbei ggf. unerwünschter Weise andere photoinduzierte Reaktionen anzuregen. Für den Fall, dass die Anregungs-Strahlung einen (schmalen) Anregungs- Wellenlängenbereich von z.B. nicht mehr als 40 nm, ggf. von nicht mehr als 20 nm, besonders bevorzugt von nicht mehr als 10 nm, insbesondere von nicht mehr als 1 nm aufweist, sollte dieser Anregungs-Wellenlängenbereich ebenfalls die oben angegebene Bedingung hinsichtlich des Wirkungsquerschnitts erfüllen. Bei der photoinduzierten Reaktion kann es sich insbesondere um eine Photodissoziations- oder um eine Photoionisations-Reaktion einer in dem Restgas enthaltenen Spezies, z.B. H2, O2, N2, ..., handeln. IdealerWeise hat die photoinduzierte Reaktion ihren maximalen Wirkungsquerschnitt bei der Anregungs-Wellenlänge bzw. im Zentrum des Anregungs- Wellenlängenbereichs. Bei einerweiteren Ausführungsform weist die Anregungs-Einrichtung ein Einkoppel-Element zum Einkoppeln der Anregungs-Strahlung in einen Strahlengang der optischen Anordnung auf. Bei dem Einkoppel-Element kann es sich beispielsweise um einen Spiegel handeln. Die Einkopplung in den Strahlengang der optischen Anordnung ist günstig, da dieser das Vakuumgehäuse mit dem mindestens einen optischen Element durchläuft, so dass die Anregungs-Strahlung in das Vakuumgehäuse eingestrahlt wird. Voraussetzung hierfür ist selbstverständlich, dass das Einkoppel-Element im Strahlengang vor dem Vakuumgehäuse angeordnet ist. As described above, it is beneficial for targeted influencing of the plasma to selectively stimulate one or possibly several desired photoinduced reactions in the residual gas, ideally without stimulating other photoinduced reactions in an undesirable manner. In the event that the excitation radiation has a (narrow) excitation wavelength range of, for example, not more than 40 nm, possibly not more than 20 nm, particularly preferably not more than 10 nm, in particular not more than 1 nm , this excitation wavelength range should also meet the above condition with regard to the cross section. The photo-induced reaction can in particular be a photodissociation or a photoionization reaction of a species contained in the residual gas, for example H2, O2, N2,... Ideally, the photo-induced reaction has its maximum effective cross-section at the excitation wavelength or in the center of the excitation wavelength range. In a further embodiment, the excitation device has a coupling element for coupling the excitation radiation into a beam path of the optical arrangement. The coupling element can be a mirror, for example. The coupling into the beam path of the optical arrangement is favorable, since this passes through the vacuum housing with the at least one optical element, so that the excitation radiation is radiated into the vacuum housing. A prerequisite for this is of course that the coupling element is arranged in the beam path in front of the vacuum housing.
Grundsätzlich kann die Anregungs-Strahlung an einem beliebigen Ort in den Strahlengang der optischen Anordnung eingekoppelt werden. Das Einkoppel- Element kann im Strahlengang der optischen Anordnung angeordnet sein. In diesem Fall ist es günstig, wenn das Einkoppel-Element an einem Ort im Strahlengang angeordnet ist, welcher nur geringfügigen Einfluss auf die Abbildung hat. Dies ist beispielsweise hinter einer Strahlfalle für den Laserstrahl, der zur Erzeugung des Plasmas verwendet wird, oder an bzw. hinter einer Obskurations-Blende zur Abschattung eines Teilbereichs des Strahlengangs der Fall. Auf das Vorsehen einer Einkoppel-Einrichtung kann verzichtet werden, wenn die Anregungs-Strahlung direkt, z.B. über ein Fenster, in das Vakuumgehäuse eingestrahlt wird, oder wenn die von der EUV- Strahlungsquelle erzeugte Strahlung von einem ohnehin im Strahlengang befindlichen optischen Element geeignet spektral gefiltert wird, um die Anregungs-Strahlung zu bilden. In principle, the excitation radiation can be coupled into the beam path of the optical arrangement at any desired location. The coupling element can be arranged in the beam path of the optical arrangement. In this case, it is advantageous if the coupling-in element is arranged at a location in the beam path which has only a slight influence on the image. This is the case, for example, behind a beam trap for the laser beam that is used to generate the plasma, or on or behind an obscuration screen for shading a partial area of the beam path. There is no need to provide a coupling device if the excitation radiation is radiated directly into the vacuum housing, e.g. via a window, or if the radiation generated by the EUV radiation source is suitably spectrally filtered by an optical element already in the beam path is to form the excitation radiation.
Bei einerweiteren Ausführungsform umfasst die optische Anordnung eine Zuführungseinrichtung zur Zuführung mindestens eines Gases in das Vakuumgehäuse. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn dem Vakuumgehäuse Wasserstoff als Spülgas zur Reinigung der optischen Elemente zugeführt wird. Die Zuführungseinrichtung kann auch zur Zuführung von Sauerstoff oder von anderen Gasen dienen, die Bestandteile des in dem Vakuumgehäuse vorhandenen Restgases bilden. Durch die Zuführungseinrichtung kann die Zusammensetzung der Bestanteile des in dem Vakuumgehäuse vorhandenen Restgases beeinflusst werden, wodurch sich das Plasma in dem Vakuumgehäuse beeinflussen lässt. Allerdings kann die Zusammensetzung des Restgases in der Regel nur in geringen Grenzen verändert werden, ohne die Abbildungsqualität oder die Transmission der optischen Anordnung zu beeinflussen. Entsprechend bietet die Einstellung der Zusammensetzung des Restgases nur beschränkte und oftmals nicht zufriedenstellende Möglichkeiten zur Steuerung der Flussdichten einzelner Plasma-Spezies auf den das Plasma begrenzenden Oberflächen des Vakuumgehäuses. In a further embodiment, the optical arrangement comprises a supply device for supplying at least one gas into the vacuum housing. As described above, it is advantageous if hydrogen is supplied to the vacuum housing as a flushing gas for cleaning the optical elements. The supply device can also be used to supply oxygen or other gases, the components of the in the Form vacuum housing existing residual gas. The supply device can influence the composition of the constituents of the residual gas present in the vacuum housing, whereby the plasma in the vacuum housing can be influenced. However, the composition of the residual gas can generally only be changed within small limits without influencing the image quality or the transmission of the optical arrangement. Correspondingly, the setting of the composition of the residual gas offers only limited and often unsatisfactory possibilities for controlling the flow densities of individual plasma species on the surfaces of the vacuum housing that delimit the plasma.
Bei einerweiteren Ausführungsform ist die optische Anordnung ausgebildet, das Plasma durch eine Wechselwirkung der EUV-Strahlung mit mindestens einem Bestandteil des Restgases zu erzeugen, der ausgewählt ist aus der Gruppe: Wasserstoff, Argon, Helium, Sauerstoff und Stickstoff. Die Bestandteile des Restgases können dem Vakuumgehäuse mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Zuführungseinrichtung zugeführt werden oder diese sind ohnehin bereits in dem Vakuumgehäuse vorhanden. Das Restgas in dem Vakuumgehäuse kann beispielsweise einen Restgasdruck in einem Bereich zwischen 0,1 Pa und 20 Pa, insbesondere zwischen 1 Pa und 10 Pa aufweisen. In a further embodiment, the optical arrangement is designed to generate the plasma through an interaction of the EUV radiation with at least one component of the residual gas which is selected from the group: hydrogen, argon, helium, oxygen and nitrogen. The constituents of the residual gas can be fed to the vacuum housing with the aid of the feed device described above, or they are already present in the vacuum housing anyway. The residual gas in the vacuum housing can, for example, have a residual gas pressure in a range between 0.1 Pa and 20 Pa, in particular between 1 Pa and 10 Pa.
Bei einerweiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, die Anregungs-Einrichtung anzusteuern, die Leistung der Anregungs-Strahlung, die Anregungs-Wellenlänge und/oder eine Intensitätsverteilung der Anregungs- Strahlung zu verändern. Durch die Steuerung der Leistung der Anregungs- Strahlung kann gezielt die angeregte photoinduzierte Reaktion gefördert oder gehemmt werden. Durch die Veränderung der Anregungs-Wellenlänge können gezielt unterschiedliche photoinduzierte Reaktionen angeregt bzw. gefördert werden. Die Veränderung der Anregungs-Wellenlänge kann beispielsweise mit Hilfe eines durchstimmbaren Spektralfilters realisiert werden, z.B. mittels eines Beugungsgitters, das relativ zur einfallenden, breitbandigen Strahlung verkippt werden kann. Auch eine Veränderung der Intensitätsverteilung der Anregungs- Strahlung kann günstig sein, um das Plasma in dem Vakuumgehäuse gezielt ortsabhängig zu beeinflussen. Es versteht sich, dass die Einstrahlung der Anregungs-Strahlung auch zeitlich verändert werden kann. Dies ist insbesondere günstig, wenn der Gleichgewichtszustand des Plasmas sich noch nicht eingestellt hat, d.h. in einem transienten Zustand des Plasmas, wie er beispielsweise unmittelbar nach der Inbetriebnahme der optischen Anordnung vorliegt. In a further embodiment, the control device is designed to control the excitation device, to change the power of the excitation radiation, the excitation wavelength and / or an intensity distribution of the excitation radiation. By controlling the power of the excitation radiation, the excited photo-induced reaction can be promoted or inhibited in a targeted manner. By changing the excitation wavelength, different photo-induced reactions can be specifically excited or promoted. The change in the excitation wavelength can be implemented, for example, with the aid of a tunable spectral filter, for example by means of a Diffraction grating that can be tilted relative to the incident broadband radiation. A change in the intensity distribution of the excitation radiation can also be beneficial in order to influence the plasma in the vacuum housing in a targeted manner in a location-dependent manner. It goes without saying that the radiation of the excitation radiation can also be changed over time. This is particularly advantageous if the equilibrium state of the plasma has not yet been established, ie in a transient state of the plasma, such as is present, for example, immediately after the optical arrangement has been put into operation.
Die Veränderung der Eigenschaften der Anregungs-Strahlung dient dazu, durch die Anregung spezifischer photoinduzierter Reaktionen das Plasma gezielt zu beeinflussen, beispielsweise um die relativen Flüsse verschiedener, relevanter Plasma-Spezies auf den dem Plasma ausgesetzten Oberflächen, insbesondere an dem mindestens einen optischen Element, bezüglich geeigneter Gütefunktionen zu optimieren. Die bei einer jeweiligen vorgegebenen Beleuchtungseinstellung der optischen Anordnung geeigneten Eigenschaften der Anregungs-Strahlung, die zum Optimieren der Gütefunktion erforderlich sind, können in einer Speichereinrichtung der Steuerungseinrichtung, beispielsweise in einer Tabelle, hinterlegt sein. Für eine jeweilige Beleuchtungseinstellung, die eine zugehörige räumliche Intensitätsverteilung der EUV-Strahlung in dem Vakuumgehäuse erzeugt, können somit geeignete Parameter bzw. Eigenschaften der Anregungs-Strahlung ausgewählt werden. The change in the properties of the excitation radiation is used to specifically influence the plasma through the excitation of specific photo-induced reactions, for example in relation to the relative flows of different, relevant plasma species on the surfaces exposed to the plasma, in particular on the at least one optical element to optimize suitable quality functions. The properties of the excitation radiation which are suitable for a given lighting setting of the optical arrangement and which are required to optimize the quality function can be stored in a memory device of the control device, for example in a table. Suitable parameters or properties of the excitation radiation can thus be selected for a respective lighting setting that generates an associated spatial intensity distribution of the EUV radiation in the vacuum housing.
Bei optimierter Gütefunktion kann die maximale Lebensdauer des bzw. der optischen Elemente oder anderer Komponenten in dem Vakuumgehäuse erreicht werden. Die Gütefunktion ist bei bestimmten Soll-Werten von für das Plasma relevanten Ziel-Plasmaparametern, beispielsweise für das Verhältnis der Konzentrationen bzw. der Flussraten unterschiedlicher Plasma-Spezies, optimal. Der bzw. die Soll-Werte mindestens eines Ziel-Plasmaparameters können aus Simulationen - ggf. in Kombination mit der Vermessung von Test- Plasmen - gewonnen werden, wie dies weiter unten näher beschrieben wird. With an optimized quality function, the maximum service life of the optical element or elements or other components in the vacuum housing can be achieved. The quality function is optimal for certain target values of target plasma parameters relevant for the plasma, for example for the ratio of the concentrations or the flow rates of different plasma species. The target value or values of at least one target plasma parameter can be obtained from simulations - possibly in combination with the measurement of test plasmas - as described in more detail below.
Bei einerweiteren Ausführungsform weist die optische Anordnung mindestens einen Sensor zur Messung mindestens eines Plasmaparameters des in dem Vakuumgehäuse gebildeten Plasmas auf und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, die Einstrahlung der Anregungs-Strahlung in das Vakuumgehäuse in Abhängigkeit von dem mindestens einen gemessenen Plasmaparameter anzupassen. Bei dieser Ausführungsform können in der Steuerungseinrichtung beispielsweise für unterschiedliche Werte des gemessenen Plasmaparameters zugehörige Parameter für die Eigenschaften (z.B. Leistung, Anregungs- Wellenlänge, Intensitätsverteilung, ...) der Anregungs-Strahlung hinterlegt sein, die mit Hilfe der Steuerungseinrichtung eingestellt werden. Die jeweiligen Parameter der Anregungs-Strahlung, die in einer Tabelle bzw. einer Datenbank hinterlegt sein können, sind hierbei so gewählt, dass das Plasma in dem Vakuumgehäuse insbesondere in Bezug auf die Flussraten an den relevanten Oberflächen optimiert ist. In a further embodiment, the optical arrangement has at least one sensor for measuring at least one plasma parameter of the plasma formed in the vacuum housing and the control device is designed to adapt the radiation of the excitation radiation into the vacuum housing as a function of the at least one measured plasma parameter. In this embodiment, for example for different values of the measured plasma parameter, associated parameters for the properties (e.g. power, excitation wavelength, intensity distribution, ...) of the excitation radiation can be stored in the control device, which parameters are set with the aid of the control device. The respective parameters of the excitation radiation, which can be stored in a table or a database, are selected in such a way that the plasma in the vacuum housing is optimized in particular with regard to the flow rates on the relevant surfaces.
Bei einerweiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, im Betrieb der optischen Anordnung, insbesondere in einem transienten Zustand des Plasmas, mindestens einen Ziel-Plasmaparameter des Plasmas in dem Vakuumgehäuse auf einen vorgegebenen Soll-Wert zu regeln. In diesem Fall wird anhand des mindestens einen gemessenen Plasmaparameters mit Hilfe eines geeigneten Regelkreises, der eine Feed-Forward-Steuerung oder eine Feedback-Steuerung implementiert, der Ziel-Plasmaparameter auf den Ziel-Wert geregelt. Bei dem gemessenen Plasmaparameter und bei dem Ziel- Plasmaparameter kann es sich um ein- und denselben Plasmaparameter oder um unterschiedliche Plasmaparameter handeln. Beispielsweise kann der Ziel- Plasmaparameter sich aus zwei oder mehr gemessenen Plasmaparametern zusammensetzen oder von diesen abhängen. Bei dem Ziel-Plasmaparameter kann es sich insbesondere um einen für das mindestens eine optische Element lebensdauerbestimmenden Plasmaparameter handeln. Der Regelkreis kann ggf. mehr als einen Ziel-Plasmaparameter auf einen Soll-Wert regeln. In a further embodiment, the control device is designed to regulate at least one target plasma parameter of the plasma in the vacuum housing to a predetermined target value when the optical arrangement is in operation, in particular when the plasma is in a transient state. In this case, the target plasma parameter is regulated to the target value on the basis of the at least one measured plasma parameter with the aid of a suitable control circuit that implements a feed-forward control or a feedback control. The measured plasma parameter and the target plasma parameter can be one and the same plasma parameter or different plasma parameters. For example, the target plasma parameter can be composed of or depend on two or more measured plasma parameters. The target plasma parameter can in particular be one for the at least one optical element Act life-determining plasma parameters. If necessary, the control loop can regulate more than one target plasma parameter to a setpoint value.
Der Regelkreis kann ausgebildet sein, den bzw. die Ziel-Parameter auf allen relevanten Zeitskalen zu regeln. Die Regelung kann aber auch nur im stationären Zustand (steady state) des Plasmas erfolgen. Der Regelkreis kann zur schnellen Regelung ausgebildet sein, um die Regelung auch in einem transienten Zustand des Plasmas zu ermöglichen. Um eine schnelle Regelung zu realisieren, weist die Anregungs-Einrichtung vorzugsweise eine Anregungs- Strahlungsquelle in Form einer Laserquelle, beispielsweise in Form einer HHG- Laserquelle, auf. Als Stellgröße für die Regelung wird mindestens ein Parameter bzw. mindestens eine Eigenschaft der Anregungs-Strahlung angepasst. The control loop can be designed to regulate the target parameter (s) on all relevant time scales. The regulation can also only take place in the steady state of the plasma. The control loop can be designed for rapid regulation in order to enable regulation even in a transient state of the plasma. In order to implement rapid regulation, the excitation device preferably has an excitation radiation source in the form of a laser source, for example in the form of an HHG laser source. At least one parameter or at least one property of the excitation radiation is adapted as a manipulated variable for the regulation.
Bei einerweiteren Ausführungsform bildet der Ziel-Plasmaparameter ein Verhältnis der Konzentrationen von mindestens zwei Plasma-Spezies, bevorzugt ein Verhältnis zwischen einer Konzentration mindestens einer Sauerstoff-Spezies, insbesondere einer radikalen Sauerstoff-Spezies 0, und einer Konzentration mindestens einer Wasserstoff-Spezies, insbesondere einer ionischen Wasserstoff-Spezies, z.B. Fh+. Unter der Konzentration der jeweiligen Plasma-Spezies wird deren Partialdruck in dem Vakuumgehäuse oder eine zum Partialdruck proportionale Größe verstanden. Da das Verhältnis der Konzentrationen der Plasma-Spezies den Ziel-Parameter bildet, ist es nicht unbedingt erforderlich, die absoluten Konzentrationen der jeweiligen Plasma- Spezies in dem Vakuumgehäuse zu kennen. Neben dem Verhältnis zwischen einer radikalen Sauerstoff-Spezies und einer ionischen Wasserstoff-Spezies kann als Ziel-Plasmaparameter auch das Verhältnis zwischen anderen Plasma- Spezies dienen, beispielsweise auch das Verhältnis zwischen durch Sekundärreaktionen gebildeten, stickstoffhaltigen und kohlenstoffhaltigen Plasma-Spezies (z.B. N2FT: H, C02 +:H2 +, NFU+ : Fh+, oder beliebige Kombinationen der im nächsten Satz aufgeführten Spezies). Bei dem Ziel- Plasmaparameter kann es sich insbesondere auch um eine Ziel-Konzentration einer bestimmten, ggf. auch durch Sekundärreaktionen gebildete, Plasma- Spezies handeln, z.B. um die Konzentration von (H+,H2+,H3+,H, H , N2+, N+, N2+, 02 +,0+,02+,0, 0-,02-,03 ,04-, 03,H20,H20+,H30+,0H,0H+,0H- ,NH,NH2,NH3,NH+,NH2 +,NH3 +,NH4 +,N2H+, NO, NO+, HNO, HN0+,C02 +,C0, CO+,CnHm, CnHm+, CnHmOi, CnHmOi+, etc., wobei n,m,l kleine (<5) ganze Zahlen sind, die kleine organische Moleküle stöchiometrisch korrekt parametrisieren). In a further embodiment, the target plasma parameter forms a ratio of the concentrations of at least two plasma species, preferably a ratio between a concentration of at least one oxygen species, in particular a radical oxygen species 0, and a concentration of at least one hydrogen species, in particular one ionic hydrogen species, e.g. Fh + . The concentration of the respective plasma species is understood to mean their partial pressure in the vacuum housing or a variable proportional to the partial pressure. Since the ratio of the concentrations of the plasma species forms the target parameter, it is not absolutely necessary to know the absolute concentrations of the respective plasma species in the vacuum housing. In addition to the ratio between a radical oxygen species and an ionic hydrogen species, the ratio between other plasma species can also serve as a target plasma parameter, for example the ratio between nitrogen-containing and carbon-containing plasma species formed by secondary reactions (e.g. N2FT: H , C0 2 + : H 2 + , NFU + : Fh + , or any combination of the species listed in the next sentence). At the goal Plasma parameters can in particular also be a target concentration of a specific plasma species, possibly also formed by secondary reactions, for example the concentration of (H + , H2 + , H3 + , H, H, N2 + , N + , N 2+ , 0 2 + , 0 + , 0 2+ , 0, 0-, 0 2 -, 03, 0 4 -, 03, H 2 0, H 2 0 + , H30 + , 0H, 0H + , 0H-, NH, NH 2 , NH 3 , NH + , NH 2 + , NH 3 + , NH 4 + , N 2 H + , NO, NO + , HNO, HN0 + , C0 2 + , C0, CO + , C n H m , C n H m +, C n H m Oi, C n H m Oi + , etc., where n, m, l are small (<5) integers that parameterize small organic molecules stoichiometrically correctly) .
Wie weiter oben beschrieben wurde, wird unter dem Einfluss der EUV- Strahlung in dem Wasserstoff enthaltenden Restgas in dem Vakuumgehäuse ein Wasserstoff-Plasma erzeugt, d.h. es werden ionische Wasserstoff-Spezies (H2+, H3+, H+, H , ...) gebildet, die eine Reinigungswirkung für Kohlenstoff haben, der sich an den Oberflächen von in dem Vakuumgehäuse angeordneten optischen Elementen ablagert. Das Wasserstoff-Plasma hat aber auch negative Effekte, da dieses an anderen in dem Vakuumgehäuse angeordneten Komponenten - oder am Substrat der optischen Elemente selbst - zu unerwünschten Reduktionsreaktionen führen kann. Daher wird dem Restgas zusätzlich eine geringfügige Menge an Sauerstoff beigemischt, um die unerwünschten Reduktionsreaktionen durch gegenläufige Oxidationsreaktionen möglichst zu kompensieren. As described above, a hydrogen plasma is generated under the influence of EUV radiation in the residual gas containing hydrogen in the vacuum housing, ie ionic hydrogen species (H2 + , H3 + , H + , H, ... ), which have a cleaning effect for carbon which is deposited on the surfaces of optical elements arranged in the vacuum housing. However, the hydrogen plasma also has negative effects, since it can lead to undesirable reduction reactions on other components arranged in the vacuum housing - or on the substrate of the optical elements themselves. Therefore, a small amount of oxygen is added to the residual gas in order to compensate for the undesired reduction reactions by counter-rotating oxidation reactions as far as possible.
Aufgrund der durch die EUV-Strahlung induzierten Ionisation des molekularen Sauerstoffs werden zwei positiv geladene ionische Plasma-Spezies 02 +, 0+ und eine radikale Plasma-Spezies 0 in etwa zu gleichen Teilen gebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, können die positiv geladenen ionischen Plasma- Spezies allerdings zu nachteiligen Effekten auf Bauteilen führen, die ebenfalls in dem Vakuumgehäuse angeordnet sind. Beispielsweise werden die positiv geladenen ionischen Sauerstoff-Spezies 02 +, 0+ durch das positive Plasmapotential zu den dem Plasma ausgesetzten Oberflächen hin beschleunigt und können dort zu Implantations- oder S putter-Effekten führen. Die Konzentration der im Sinne der gewünschten Oxidationswirkung nützlichen Sauerstoff-Radikale, aus denen sich durch Elektroneneinfang das ebenfalls nützliche negativ geladene Sauerstoff-Ion 0 bildet, kann durch die Anregungs- Strahlung, welche die entsprechende photoinduzierte Reaktion fördert (s.o.), angehoben werden, ohne die Konzentration der positiv geladenen ionischen Sauerstoff-Spezies 02 +, 0+ zu erhöhen. Auf diese Weise kann der Partialdruck des molekularen Sauerstoffs, welcher über die Zuführungseinrichtung demVakuumgehäuse zugeführt wird, möglichst weit reduziert werden. Die Konzentration der Sauerstoff-Radikale 0, die dem Restgas beigemischt werden sollten, um der Reduktionswirkung des Wasserstoff-Plasmas entgegenzuwirken, hängt von der Konzentration der ionischen Wasserstoff- Spezies ab. Daher stellt das Verhältnis der Konzentration der Sauerstoff- Radikale zur Konzentration der ionischen Wasserstoff-Spezies, z.B. von H3+, einen Ziel-Parameter dar, der bei der Einstellung bzw. Regelung auf einen vorgegebenen, geeigneten Soll-Wert die Lebensdauer der in dem Vakuumgehäuse angeordneten Komponenten, insbesondere der reflektierenden optischen Elemente, maximiert. Due to the induced by the EUV radiation ionization of molecular oxygen, two positively charged ionic species plasma 0 2 +, 0 +, and a radical plasma species are 0 formed in approximately equal parts. As described above, the positively charged ionic plasma species can, however, lead to adverse effects on components that are also arranged in the vacuum housing. For example, the positively charged ionic oxygen species 0 2 + , 0 + are accelerated by the positive plasma potential towards the surfaces exposed to the plasma and can lead to implantation or sputtering effects there. The concentration of the oxygen radicals useful in terms of the desired oxidation effect, from which the negatively charged oxygen ion 0 is formed by electron capture, can be increased by the excitation radiation, which promotes the corresponding photo-induced reaction (see above), without to increase the concentration of the positively charged ionic oxygen species 0 2 + , 0 + . In this way, the partial pressure of the molecular oxygen, which is supplied to the vacuum housing via the supply device, can be reduced as far as possible. The concentration of the oxygen radicals 0, which should be added to the residual gas in order to counteract the reducing effect of the hydrogen plasma, depends on the concentration of the ionic hydrogen species. Therefore, the ratio of the concentration of oxygen radicals to the concentration of ionic hydrogen species, for example of H3 + , represents a target parameter which, when set or controlled to a predetermined, suitable target value, the service life of the in the vacuum housing arranged components, in particular the reflective optical elements, maximized.
Bei einer Weiterbildung ist der gemessene Plasmaparameter ausgewählt aus der Gruppe umfassend: eine Konzentration mindestens einer ionischen, neutralen oder radikalen Plasma-Spezies oder ein Verhältnis zwischen den Konzentrationen von mindestens zwei ionischen, neutralen oder radikalen Plasma-Spezies. Diese und weitere Plasmaparameter können mit Hilfe von geeigneten Sensoren gemessen werden. Unter der Konzentration der Plasma- Spezies wird im Sinne dieser Anmeldung auch eine Flussrate bzw. die Anzahl der jeweiligen Teilchen der Plasma-Spezies pro Zeiteinheit verstanden, die an einer jeweiligen Oberfläche eines diese Plasma-Spezies detektierenden Sensors gemessen wird. Zusätzlich oder alternativ zu den oben genannten Plasmaparametern können mit geeigneten Sensoren auch andere Plasmaparameter gemessen werden, beispielsweise eine Plasmapotenzial, eine elektrische Feldstärke, eine Plasmadichte, eine Elektronendichte, etc. Bei einer Weiterbildung ist der Sensor ausgewählt aus der Gruppe umfassend: lonensensoren oder Radikalensensoren, insbesondere emissionsspektroskopische Sensoren, absorptionsspektroskopische Sensoren, laserfluoreszenzspektroskopische Sensoren, massenspektroskopische Sensoren, Retarding Field Energy(RFEA)-Analysatoren, und Langmuir-Sonden. lonensensoren und Radikalensensoren dienen zur Messung der Konzentrationen bzw. der (ggf. relativen) Flussraten von ionischen bzw. radikalen Plasma-Spezies. Eine Langmuir-Sonde ermöglicht es, Plasmaparameter wie z.B. die Elektronendichte, die Elektronentemperatur, das Plasma-Potential, etc. zu messen. Beispiele für Sensoren, der die Konzentration bzw. Flussrate von Wasserstoff-Radikalen im Betrieb einer EUV- Lithographieanlage messen können, sind in der DE 102017205870A1 angegeben, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. In a further development, the measured plasma parameter is selected from the group comprising: a concentration of at least one ionic, neutral or radical plasma species or a ratio between the concentrations of at least two ionic, neutral or radical plasma species. These and other plasma parameters can be measured with the help of suitable sensors. In the context of this application, the concentration of the plasma species is also understood to mean a flow rate or the number of the respective particles of the plasma species per unit of time, which is measured on a respective surface of a sensor that detects this plasma species. In addition or as an alternative to the plasma parameters mentioned above, other plasma parameters can also be measured with suitable sensors, for example a plasma potential, an electric field strength, a plasma density, an electron density, etc. In a further development, the sensor is selected from the group comprising: ion sensors or radical sensors, in particular emission spectroscopic sensors, absorption spectroscopic sensors, laser fluorescence spectroscopic sensors, mass spectroscopic sensors, retarding field energy (RFEA) analyzers, and Langmuir probes. Ion sensors and radical sensors are used to measure the concentrations or the (possibly relative) flow rates of ionic or radical plasma species. A Langmuir probe enables plasma parameters such as electron density, electron temperature, plasma potential, etc. to be measured. Examples of sensors that can measure the concentration or flow rate of hydrogen radicals during operation of an EUV lithography system are given in DE 102017205870A1, which is incorporated by reference in its entirety into the content of this application.
Die Optimierung des Plasmas bzw. die Bestimmung der Soll-Werte der Ziel- Plasmaparameter erfordert eine möglichst genaue Kenntnis der in dem Vakuumgehäuse ablaufenden chemischen Reaktionen, um die Stromdichten der jeweiligen Spezies des Plasmas an den begrenzenden Oberflächen gezielt einstellen zu können und auf diese Weise die Lebensdauer der in dem Vakuumgehäuse angeordneten optischen Elemente, insbesondere der reflektierenden optischen Elemente, zu maximieren. The optimization of the plasma or the determination of the target values of the target plasma parameters requires as precise a knowledge as possible of the chemical reactions taking place in the vacuum housing in order to be able to specifically set the current densities of the respective species of the plasma on the delimiting surfaces and in this way the To maximize the service life of the optical elements arranged in the vacuum housing, in particular the reflective optical elements.
Grundsätzlich könnte man annehmen, dass ein geeigneter Soll-Wert für einen Ziel-Plasmaparameter im Betrieb einer optischen Anordnung für die EUV- Lithographie experimentell durch eine geeignete Plasma-Diagnostik unter Betriebsbedingungen bestimmt werden kann. In principle, one could assume that a suitable setpoint value for a target plasma parameter can be determined experimentally during operation of an optical arrangement for EUV lithography by means of suitable plasma diagnostics under operating conditions.
Diese Vorgehensweise scheitert in der Praxis oft aber u.a. an folgenden Punkten: 1.) Während der Systemdesignphase der optischen Anordnung können die Betriebsbedingungen, insbesondere die gewünschte Geometrie und die Strahlungsquellen, noch nicht realisiert werden. In practice, however, this approach often fails due to the following points: 1.) During the system design phase of the optical arrangement, the operating conditions, in particular the desired geometry and the radiation sources, cannot yet be implemented.
2.) Es existieren keine Sensoren, welche die Flüsse chemisch, räumlich energetisch und insbesondere zeitlich mit hinreichender Genauigkeit bestimmen können. 2.) There are no sensors that can determine the flows chemically, spatially, energetically and, in particular, temporally with sufficient accuracy.
3.) Der Zugang zu realen Systemen ist aus betrieblichen Gründen oftmals nicht in ausreichendem Maße möglich, speziell für Langzeitstudien. 3.) Access to real systems is often not possible to a sufficient extent for operational reasons, especially for long-term studies.
4.) Für Langzeitvorhersagen wird daher auf „beschleunigte“ Tests unter Verwendung von anderen Geometrien und/oder anderweitig (z.B. via RF- ICP(radio frequency inductively coupled plasma), RF-CCP(radio frequency capacitively coupled plasma), mikrowellen-gekoppelter oder off-line EUV- erzeugte Plasmen zurückgegriffen, die ggf. eine deutlich andere Plasmachemie entwickeln. 4.) For long-term predictions, “accelerated” tests using other geometries and / or otherwise (e.g. via RF-ICP (radio frequency inductively coupled plasma), RF-CCP (radio frequency capacitively coupled plasma), microwave-coupled or off-line EUV-generated plasmas are used, which may develop a significantly different plasma chemistry.
5.) Niedertemperaturplasmen entwickeln sich durch eine hochgradig nichtlineare Dynamik. Jede „einfache“ Extrapolation experimenteller Daten hin zu anderen Raum/Zeitskalen, Geometrien oder Plasma-Stöchiometrien und Anregungsmechanismen sind daher extrem fehlerbehaftet oder schlicht unmöglich. 5.) Low-temperature plasmas develop through a highly non-linear dynamic. Any “simple” extrapolation of experimental data to other space / time scales, geometries or plasma stoichiometries and excitation mechanisms are therefore extremely error-prone or simply impossible.
6.) Eine Optimierung der Gasgemische ist experimentell ggf. extrem aufwändig, wenn dabei z.B. explosive (z.B. H2/O2), korrosive (z.B. HNO3), giftige (z.B. 6.) Optimizing the gas mixtures can be extremely complex experimentally if, for example, explosive (e.g. H2 / O2), corrosive (e.g. HNO3), toxic (e.g.
HCN) Gemische oder Spezies entstehen. HCN) mixtures or species arise.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen eines Soll-Werts für einen Ziel-Plasmaparameter eines Plasmas, das im Betrieb einer optischen Anordnung durch eine Wechselwirkung von EUV-Strahlung mit einem Restgas in einem Vakuumgehäuse gebildet wird. The invention also relates to a method for determining a target value for a target plasma parameter of a plasma that is in operation of an optical Arrangement is formed by an interaction of EUV radiation with a residual gas in a vacuum housing.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen des Soll-Werts für den Ziel- Parameter umfasst die nachfolgenden Schritte: The method according to the invention for determining the target value for the target parameter comprises the following steps:
Bestimmen mindestens eines simulierten Plasmaparameters durch numerische Simulation des Plasmas in dem Vakuumgehäuse, Determining at least one simulated plasma parameter by numerical simulation of the plasma in the vacuum housing,
Bestimmen mindestens eines gemessenen Plasmaparameters durch Vermessen eines Plasmas in einem Test-Aufbau der optischen Anordnung, sowie Determining at least one measured plasma parameter by measuring a plasma in a test setup of the optical arrangement, and also
Bestimmen des Soll-Werts für den Ziel-Plasmaparameter anhand des mindestens einen simulierten Plasmaparameters und anhand des mindestens einen gemessenen Plasmaparameters. Determining the setpoint value for the target plasma parameter based on the at least one simulated plasma parameter and based on the at least one measured plasma parameter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die weiter oben beschriebenen Nachteile dadurch überwunden, dass ein Abgleich zwischen den bei numerischen Simulationen des Plasmas einerseits und den Messungen an realen, sich ggf. noch in der Test-Phase befindlichen Plasmen andererseits erfolgt. Anhand des Abgleichs können Werte für die Ziel-Plasmaparameter ggf. iterativ bestimmt werden und es kann ein geeigneter Soll-Wert für den jeweiligen Ziel-Plasmaparameter festgelegt werden. In the method according to the invention, the disadvantages described above are overcome in that a comparison is made between the numerical simulations of the plasma on the one hand and the measurements on real plasmas that may still be in the test phase on the other hand. On the basis of the comparison, values for the target plasma parameters can be determined iteratively, if necessary, and a suitable target value can be established for the respective target plasma parameter.
Bei dem Ziel-Plasmaparameter kann es sich insbesondere um einen lebensdauerbestimmenden Plasmaparameter für mindestens ein optisches Element handeln, das in dem Vakuumgehäuse angeordnet ist, beispielsweise um eine Flussrate mindestens einer Plasma-Spezies an der Oberfläche des (reflektierenden) optischen Elements. Der mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Verfahrens ermittelte Soll-Wert kann in einer optischen Anordnung hinterlegt werden, die wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist und in der ein Regelkreis implementiert ist, welcher es ermöglicht, den Ziel- Parameter auf den gewünschten Soll-Wert zu regeln. The target plasma parameter can in particular be a plasma parameter that determines the service life for at least one optical element which is arranged in the vacuum housing, for example a flow rate of at least one plasma species on the surface of the (reflective) optical element. The setpoint value determined with the aid of the method described above can be displayed in an optical Arrangement are stored, which is designed as described above and in which a control loop is implemented, which makes it possible to regulate the target parameter to the desired target value.
Der Ziel-Plasmaparameter kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend: eine Konzentration mindestens einer ionischen, neutralen oder radikalen Plasma-Spezies oder ein Verhältnis der Konzentrationen von mindestens zwei ionischen, neutralen oder radikalen Plasma-Spezies. Insbesondere kann es sich bei dem Ziel-Plasmaparameter um das weiter oben beschriebene Verhältnis zwischen der radikalen Sauerstoff-Spezies 0 und einer ionischen Wasserstoff-Spezies, z.B. H3+, handeln. The target plasma parameter can be selected, for example, from the group comprising: a concentration of at least one ionic, neutral or radical plasma species or a ratio of the concentrations of at least two ionic, neutral or radical plasma species. In particular, the target plasma parameter can be the above-described ratio between the radical oxygen species 0 and an ionic hydrogen species, for example H3 + .
Da die Geometrie des Vakuumgehäuses sowie der darin angeordneten Komponenten bei der Durchführung des Verfahrens noch nicht feststeht, können alternativ oder zusätzlich zur Bestimmung des Soll-Werts für den Ziel- Plasmaparameter durch den Abgleich zwischen den simulierten Plasmaparametern und den gemessenen Plasmaparametern ggf. auch die geometrischen Freiheitsgrade des Vakuumgehäuses bzw. der darin angeordneten Komponenten optimiert werden, um die maximale Lebensdauer der insbesondere optischen Komponenten zu gewährleisten. Since the geometry of the vacuum housing and the components arranged therein are not yet fixed when the method is carried out, the geometric parameters can also be used as an alternative or in addition to determining the target value for the target plasma parameters by comparing the simulated plasma parameters and the measured plasma parameters Degrees of freedom of the vacuum housing or the components arranged therein are optimized in order to ensure the maximum service life of the optical components in particular.
Bei der Bestimmung des mindestens einen simulierten Plasmaparameters kann die Plasmachemie, insbesondere bezüglich der Flussdichten auf den interessierenden Oberflächen, durch möglichst genaue Computer-Simulationen für alle relevanten Plasmakonfigurationen modelliert werden. Die Simulation wird bevorzugt unter Betriebsbedingungen über möglichst lange Zeiträume, im gepulsten Fall, i.a. den sogenannten quasiperiodischen Zustand, oder für cw- angeregte Plasmen für den „steady state“ durchgeführt. Die Bedingungen der Test-Aufbauten für den (speziell beschleunigten) Lebensdauertest bzw. für die Bestimmung des mindestens einen gemessenen Plasmaparameters werden bevorzugt möglichst detailliert modelliert, auch hier bis zum (quasiperiodischen) „steady state“. When determining the at least one simulated plasma parameter, the plasma chemistry, in particular with regard to the flux densities on the surfaces of interest, can be modeled by computer simulations that are as accurate as possible for all relevant plasma configurations. The simulation is preferably carried out under operating conditions over as long periods of time as possible, in the pulsed case, generally the so-called quasiperiodic state, or for cw-excited plasmas for the "steady state". The conditions of the test set-ups for the (specially accelerated) life test or for the determination of the at least one measured plasma parameter are preferably modeled in as much detail as possible, also here up to the (quasi-periodic) "steady state".
In beiden oben genannten Fällen, d.h. bei der Bestimmung des simulierten und des gemessenen Plasmaparameters wird bevorzugt das transiente Verhalten bis zum Erreichen des Gleichgewichts bestimmt. Die Unterschiede bzw. die Abweichungen zwischen dem simulierten Plasma und dem Plasma in dem Test-Aufbau werden dokumentiert. Es ist auch möglich, dass bestimmte Plasmaparameter bzw. bestimmte Plasma-Spezies in den Simulationen berücksichtigt werden, die in dem Test-Aufbau nicht berücksichtigt werden, oder umgekehrt. In both cases mentioned above, i.e. when determining the simulated and the measured plasma parameter, the transient behavior is preferably determined until equilibrium is reached. The differences or deviations between the simulated plasma and the plasma in the test setup are documented. It is also possible that certain plasma parameters or certain plasma species are taken into account in the simulations that are not taken into account in the test setup, or vice versa.
Die aus den Simulationen und ggf. den experimentellen Tests gewonnenen Reinigungs-, Sputter-, Ätzraten, etc. einzelner flussinduzierter Reaktionen werden bevorzugt auf die entsprechenden Flüsse unter Betriebsbedingungen umgerechnet, um damit eine optimale Lebensdauervorhersage unter Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Die (geometrischen und plasmachemischen) Parameter des Test-Aufbaus können ggf. so modifiziert werden, dass die resultierende Plasmachemie bezüglich einer geeignet definierten Gütefunktion die Verhältnisse unter Betriebsbedingungen möglichst genau reproduzieren. The cleaning, sputtering, etching rates, etc. of individual flow-induced reactions obtained from the simulations and possibly the experimental tests are preferably converted to the corresponding flows under operating conditions in order to enable an optimal service life prediction under operating conditions. The (geometrical and plasma-chemical) parameters of the test setup can, if necessary, be modified in such a way that the resulting plasma chemistry reproduces the relationships under operating conditions as precisely as possible with regard to a suitably defined quality function.
Als anzupassende Parameter kommen nicht nur Partialdrücke und Strahlungsleistungen, sondern auch z.B. elektrische Vorspannung der Komponenten, Geometrieanpassungen durch Blenden, optimierte Kanten z.B. an den optischen Elementen, elektrische Antennen etc. in Frage, sowie - speziell im Hinblick auf Neutralteilchen - Spülflüsse des Rest- bzw. Hintergrundgases. Ggf. können zusätzlich noch Magnetfelder zum Einsatz kommen. Der Test-Aufbau der optischen Anordnung kann eine vereinfachte Geometrie aufweisen, beispielsweise indem das Vakuumgehäuse als im Wesentlichen quaderförmiger Raum oder dergleichen ausgebildet ist. Die Parameter des realen Systems, d.h. der optischen Anordnung, werden, sofern möglich, soweit optimiert, dass sich eine möglichst hohe Lebensdauer ergibt. Die berechneten Flussdichten an den Oberflächen werden bevorzugt als Input für weitere Simulationen, z.B. für die induzierte Oberflächenchemie oder Diffusion in den oberflächennahen Bereichen der exponierten Oberflächen verwendet, um die Schädigungsmechanismen zu charakterisieren. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn für die Simulationen die i.a. sehr komplexe Plasmachemie vorab durch detaillierte Modellierung auf eine signifikante Untermenge relevanter Spezies und Reaktionen reduziert wird. Im Allgemeinen ist mit mehreren Hundert Plasma-Spezies und vielen Tausend Reaktionskanälen zu rechnen, die in einem reduzierten Modell auf eine zweistellige Anzahl von Plasma-Spezies und mehrere hundert Reaktionskanäle reduziert werden kann. Zusätzlich können auch elektrische Störsignale auf den relevanten, dem Plasma ausgesetzten Oberflächen erfasst werden. The parameters to be adapted are not only partial pressures and radiation powers, but also e.g. electrical biasing of the components, geometrical adjustments by means of screens, optimized edges e.g. on the optical elements, electrical antennas etc. Background gas. If necessary, magnetic fields can also be used. The test setup of the optical arrangement can have a simplified geometry, for example in that the vacuum housing is designed as a substantially cuboidal space or the like. The parameters of the real system, ie the optical arrangement, are optimized, if possible, to the extent that the longest possible service life results. The calculated flux densities on the surfaces are preferably used as input for further simulations, e.g. for the induced surface chemistry or diffusion in the near-surface areas of the exposed surfaces in order to characterize the damage mechanisms. It has proven to be beneficial if, for the simulations, the generally very complex plasma chemistry is reduced in advance to a significant subset of relevant species and reactions through detailed modeling. In general, several hundred plasma species and many thousands of reaction channels can be expected, which in a reduced model can be reduced to a double-digit number of plasma species and several hundred reaction channels. In addition, electrical interference signals can also be detected on the relevant surfaces exposed to the plasma.
Für die Simulation können verschiedene sogenannte Multiphysik-Methoden verwendet werden, z.B. phasenraumbasierte 5D/6D-kinetische Modelle („particle in cell Monte-Carlo“, PIC-MC, z.B. zur Modellierung eines Plasmas in schmalen Schlitzen), vereinfachte fluidbasierte 2D/3D-Modelle, z.B. magnetohydrodynamische Modelle oder ratengleichungsbasierte globale 0D- Modelle (speziell zur Erfassung extrem komplexer chemischer Systeme). Various so-called multiphysics methods can be used for the simulation, e.g. phase space-based 5D / 6D kinetic models ("particle in cell Monte-Carlo", PIC-MC, e.g. for modeling a plasma in narrow slots), simplified fluid-based 2D / 3D Models, eg magnetohydrodynamic models or rate equation-based global 0D models (especially for recording extremely complex chemical systems).
Hierbei ist es günstig bzw. erforderlich, die Teilchendynamik selbstkonsistent in äußeren und durch ihre eigene Ladungs- und Stromverteilung erzeugten elektromagnetischen Feldern unter Berücksichtigung der Reaktionskinetik selbstkonsistent zu berechnen („reactive, charged multifluid-flow“). Here it is beneficial or necessary to self-consistently calculate the particle dynamics in external electromagnetic fields generated by their own charge and current distribution, taking into account the reaction kinetics (“reactive, charged multifluid flow”).
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. Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be individually or individually to be realized in a variant of the invention to several in any combination.
Zeichnung drawing
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt Exemplary embodiments are shown in the schematic drawing and are explained in the following description. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung in Form einer EUV-Lithographieanlage mit einer Anregungs-Einrichtung zum Einstrahlen von Anregungs-Strahlung in ein Vakuumgehäuse, 1 shows a schematic representation of an optical arrangement in the form of an EUV lithography system with an excitation device for irradiating excitation radiation into a vacuum housing,
Fig. 2a, b schematische Darstellungen von zwei Anregungs-2a, b schematic representations of two excitation
Strahlungsquellen zur Erzeugung von Anregungs-Strahlung, Radiation sources for generating excitation radiation,
Fig. 3a, b schematische Darstellungen der Wirkungsquerschnitte von mehreren photoinduzierten Reaktionen von molekularem Wasserstoff, 3a, b are schematic representations of the cross sections of several photoinduced reactions of molecular hydrogen,
Fig. 4a, b schematische Darstellungen der Wirkung eines Wasserstoff-Fig. 4a, b schematic representations of the effect of a hydrogen
Plasmas und eines Sauerstoff-Plasmas auf ein optisches Element bzw. auf eine nicht-optische Komponente, sowie Plasma and an oxygen plasma on an optical element or on a non-optical component, as well
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines5 shows a schematic representation of a flow chart of a
Verfahrens zum Bestimmen von Soll-Werten für einen Ziel- Plasmaparameter in Form einer Reaktionsrate bzw. einer Konzentration einer Plasma-Spezies an einer Oberfläche eines reflektierenden optischen Elements. Method for determining nominal values for a target plasma parameter in the form of a reaction rate or a concentration of a plasma species on a surface of a reflective optical element.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet. Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer optischen Anordnung für die EUV- Lithographie in Form einer EUV-Lithographieanlage 1, und zwar eines so genannten Wafer-Scanners. Die EUV-Lithographieanlage 1 weist eine EUV- Strahlungsquelle 2 zur Erzeugung von EUV-Strahlung 5 auf, die im EUV- Wellenlängenbereich unter 30 nm, insbesondere zwischen ca. 5 nm und ca. 15 nm, eine hohe Energiedichte aufweist. Die EUV-Strahlungsquelle 2 ist im gezeigten Beispiel in Form einer Plasma-Strahlungsquelle ausgebildet. Die Plasma-Strahlungsquelle 2 weist ein Target 3 in Form von Zinn-Tröpfchen auf, das mit einem Laserstrahl 4 beschossen wird. Der Laserstrahl 4 wird von einer nicht bildlich dargestellten Laserquelle, beispielsweise von einem CO2-Laser, erzeugt. Der Laserstrahl 4 trifft auf das Target 3 und erzeugt hierbei ein Zinn- Plasma, welches die EUV-Strahlung 5 emittiert. Die von dem Zinn-Plasma an der Position des Targets 3 ausgehende EUV-Strahlung 5 wird von einem Kollektor-Spiegel 6 aufgefangen, der die EUV-Strahlung 5 in einen Beleuchtungs-Strahlengang 7 bündelt und auf diese Weise die Energiedichte weiter erhöht. Um zu verhindern, dass der Laserstrahl 4 den Beleuchtungs- Strahlengang 7 durchläuft, weist die EUV-Lithographieanlage 1 eine Strahlfalle 8 für den Laserstrahl 4 auf. In the following description of the drawings, identical reference symbols are used for identical or functionally identical components. 1 shows schematically the structure of an optical arrangement for EUV lithography in the form of an EUV lithography system 1, namely a so-called wafer scanner. The EUV lithography system 1 has an EUV radiation source 2 for generating EUV radiation 5, which has a high energy density in the EUV wavelength range below 30 nm, in particular between approx. 5 nm and approx. 15 nm. In the example shown, the EUV radiation source 2 is designed in the form of a plasma radiation source. The plasma radiation source 2 has a target 3 in the form of tin droplets, which is bombarded with a laser beam 4. The laser beam 4 is generated by a laser source (not shown), for example a CO2 laser. The laser beam 4 strikes the target 3 and generates a tin plasma which emits the EUV radiation 5. The EUV radiation 5 emanating from the tin plasma at the position of the target 3 is captured by a collector mirror 6, which bundles the EUV radiation 5 into an illumination beam path 7 and in this way further increases the energy density. In order to prevent the laser beam 4 from passing through the illumination beam path 7, the EUV lithography system 1 has a beam trap 8 for the laser beam 4.
Der Beleuchtungs-Strahlengang 7 dient zur Beleuchtung eines strukturierten Objekts M mittels eines Beleuchtungssystems 10, welches im vorliegenden Beispiel fünf reflektive optische Elemente 12 bis 16 (Spiegel) aufweist. The illumination beam path 7 is used to illuminate a structured object M by means of an illumination system 10 which, in the present example, has five reflective optical elements 12 to 16 (mirrors).
Bei dem strukturierten Objekt M kann es sich beispielsweise um eine reflektive Photomaske handeln, die reflektierende und nicht reflektierende oder zumindest weniger stark reflektierende Bereiche zur Erzeugung mindestens einer Struktur an dem Objekt M aufweist. Alternativ kann es sich bei dem strukturierten Objekt M um eine Mehrzahl von Mikrospiegeln handeln, welche in einer ein- oder mehrdimensionalen Anordnung angeordnet sind und welche gegebenenfalls um mindestens eine Achse bewegbar sind, um den Einfallswinkel der EUV- Strahlung auf den jeweiligen Spiegel einzustellen. The structured object M can be, for example, a reflective photomask which has reflective and non-reflective or at least less strongly reflective regions for generating at least one structure on the object M. Alternatively, the structured object M can be a plurality of micromirrors which are arranged in a one-dimensional or multi-dimensional arrangement and which, if necessary, are at least one axis can be moved in order to adjust the angle of incidence of the EUV radiation on the respective mirror.
Das strukturierte Objekt M reflektiert einen Teil des Beleuchtungs- Strahlengangs 7 und formt einen Projektions-Strahlengang 9, der die Information über die Struktur des strukturierten Objekts M trägt und der in ein Projektionsobjektiv 20 eingestrahlt wird, welches eine Abbildung des strukturierten Objekts M bzw. eines jeweiligen Teilbereichs davon auf einem Substrat W erzeugt. Das Substrat W, beispielsweise ein Wafer, weist ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, auf und ist auf einer Halterung angeordnet, welche auch als Wafer-Stage WS bezeichnet wird. The structured object M reflects part of the illumination beam path 7 and forms a projection beam path 9, which carries the information about the structure of the structured object M and which is irradiated into a projection lens 20, which is an image of the structured object M or a respective sub-region thereof on a substrate W generated. The substrate W, for example a wafer, has a semiconductor material, for example silicon, and is arranged on a holder, which is also referred to as the wafer stage WS.
Im vorliegenden Beispiel weist das Projektionsobjektiv 20 sechs reflektive optische Elemente 21 bis 26 (Spiegel) auf, um ein Bild der an dem strukturierten Objekt M vorhandenen Struktur auf dem Wafer W zu erzeugen. Typischerweise liegt die Zahl der Spiegel in einem Projektionsobjektiv 20 zwischen vier und acht, gegebenenfalls können aber auch nur zwei Spiegel oder auch zehn Spiegel verwendet werden. In the present example, the projection objective 20 has six reflective optical elements 21 to 26 (mirrors) in order to generate an image of the structure present on the structured object M on the wafer W. The number of mirrors in a projection objective 20 is typically between four and eight, but if necessary only two mirrors or even ten mirrors can be used.
Der Kollektor-Spiegel 6, die reflektierenden optischen Elemente 12 bis 16 des Beleuchtungssystems 10 sowie die reflektierenden optischen Elemente 21 bis 26 des Projektionsobjektivs 20 sind in einer Vakuum-Umgebung angeordnet. Ein jeweiliges optisches Element 6, 12 bis 16, 21 bis 26 ist hierbei typischerweise in einem eigenen Vakuumgehäuse angeordnet, das auch als „mini environment“ bezeichnet wird. Beispielhaft ist in Fig. 1 ein solches Vakuumgehäuse 27 dargestellt, in der das erste reflektierende optische Element 12 des Beleuchtungssystems 10 angeordnet ist. Der Beleuchtungs- Strahlengang 7 tritt an einem Zwischenfokus F in das Vakuumgehäuse 27 ein und an einer nicht bildlich dargestellten weiteren Öffnung in Richtung auf das zweite optische Element 13 des Beleuchtungssystems 10 aus dem Vakuumgehäuse 27 aus. Es versteht sich, dass auch mehrere der optischen Elemente 12 bis 16, 21 bis 26 in einem jeweiligen Vakuumgehäuse angeordnet werden können. Die gesamte in Fig. 1 gezeigte EUV-Lithographieanlage 1 ist zusätzlich von einem nicht dargestellten Gehäuse umgeben, in dessen Innenraum das Vakuumgehäuse angeordnet ist. Das Vakuumgehäuse 27 wirkt in der Art einer Abschirmung und diesem ist eine (nicht bildlich dargestellte) Kontaminationsreduzierungseinheit zugeordnet, welche den Partialdruck von kontaminierenden Stoffen zumindest in unmittelbarer Nähe der optischen Oberfläche des optischen Elements 12 gegenüber dem Partialdruck der kontaminierenden Stoffe in dem das Vakuumgehäuse 27 umgebenden Innenraum verringert. Diesbezüglich sei auch auf die WO 2008/034582 A1 verwiesen, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. The collector mirror 6, the reflective optical elements 12 to 16 of the lighting system 10 and the reflective optical elements 21 to 26 of the projection objective 20 are arranged in a vacuum environment. A respective optical element 6, 12 to 16, 21 to 26 is typically arranged in its own vacuum housing, which is also referred to as a “mini environment”. By way of example, FIG. 1 shows such a vacuum housing 27 in which the first reflective optical element 12 of the lighting system 10 is arranged. The illumination beam path 7 enters the vacuum housing 27 at an intermediate focus F and exits the vacuum housing 27 at a further opening (not shown) in the direction of the second optical element 13 of the illumination system 10. It goes without saying that several of the optical Elements 12 to 16, 21 to 26 can be arranged in a respective vacuum housing. The entire EUV lithography system 1 shown in FIG. 1 is additionally surrounded by a housing, not shown, in the interior of which the vacuum housing is arranged. The vacuum housing 27 acts in the manner of a shield and a contamination reduction unit (not shown) is assigned to it, which reduces the partial pressure of contaminating substances at least in the immediate vicinity of the optical surface of the optical element 12 compared to the partial pressure of the contaminating substances in the one surrounding the vacuum housing 27 Interior space reduced. In this regard, reference is also made to WO 2008/034582 A1, which is made part of the content of this application in its entirety by reference.
Die in Fig. 1 gezeigte EUV-Lithographieanlage 1 ist für eine Betriebs- Wellenlänge AB der EUV-Strahlung 5 von 13,5 nm ausgelegt. Es ist jedoch auch möglich, dass die EUV-Lithographieanlage 1 für eine andere Betriebs- Wellenlänge AB des EUV-Wellenlängenbereichs, wie beispielsweise 6,8 nm, konfiguriert ist. Strahlung, die von der EUV-Strahlungsquelle 2 bei anderen Wellenlängen als im EUV-Wellenlängenbereich emittiert wird, wird an dem Kollektor-Spiegel 6 sowie ggf. an weiteren nicht bildlich dargestellten spektralen Filtereinrichtungen ausgefiltert, da diese die Abbildung des strukturierten Objekts M ungünstig beeinflussen kann. The EUV lithography system 1 shown in FIG. 1 is designed for an operating wavelength AB of the EUV radiation 5 of 13.5 nm. However, it is also possible for the EUV lithography system 1 to be configured for a different operating wavelength AB of the EUV wavelength range, such as 6.8 nm, for example. Radiation that is emitted by the EUV radiation source 2 at wavelengths other than in the EUV wavelength range is filtered out at the collector mirror 6 and, if necessary, at other spectral filter devices that are not shown in the figure, since this can have an unfavorable effect on the image of the structured object M. .
Die in Fig. 1 gezeigte EUV-Lithographieanlage 1 weist eine Anregungs- Einrichtung 30 auf, die zur Einstrahlung von Anregungs-Strahlung 31 in den Beleuchtungs-Strahlengang 7 und somit in das Vakuumgehäuse 27 bei mindestens einer Anregungs-Wellenlänge AA ausgebildet ist, die sich von der Betriebs-Wellenlänge AB unterscheidet. The EUV lithography system 1 shown in FIG. 1 has an excitation device 30 which is designed to irradiate excitation radiation 31 into the illumination beam path 7 and thus into the vacuum housing 27 at at least one excitation wavelength AA, which is differs from the operating wavelength AB.
Um die Anregungs-Strahlung 31 zu erzeugen, ist die in Fig. 1 gezeigte Anregungs-Einrichtung 30 ausgebildet, Strahlung 5a, die von der EUV- Strahlungsquelle 2 emittiert wird und die nicht auf den Kollektor-Spiegel 6 trifft, über ein reflektierendes optisches Element 32 in Form eines Beugungsgitters, das außerhalb des Beleuchtungs-Strahlengangs 7 angeordnet ist, zu einem reflektierenden Einkoppel-Element 33 zu reflektieren. Das Einkoppel-Element 33 ist als reflektierendes optisches Element (Spiegel) ausgebildet und dient der Einkopplung der Anregungs-Strahlung 31 in den Beleuchtungs-Strahlengang 7 der EUV-Lithographieanlage 1. Das Einkoppel-Element 33 ist in einem Bereich des Beleuchtungs-Strahlengangs 7 angeordnet, der von der Strahlfalle 8 für den Laserstrahl 4 abgeschattet wird, so dass die Einkopplung der Anregungs- Strahlung 31 die Abbildung bzw. die Formung des Beleuchtungs-Strahlengangs 7 nicht bzw. nur geringfügig beeinflusst. Das Einkoppel-Element 33 kann auch als Gitter direkt in den Kollektor-Spiegel 6 integriert sein. In order to generate the excitation radiation 31, the excitation device 30 shown in FIG. 1 is designed, radiation 5a, which is emitted by the EUV- Radiation source 2 is emitted and which does not impinge on the collector mirror 6, via a reflective optical element 32 in the form of a diffraction grating, which is arranged outside the illumination beam path 7, to a reflective coupling element 33. The coupling element 33 is designed as a reflective optical element (mirror) and is used to couple the excitation radiation 31 into the illumination beam path 7 of the EUV lithography system 1. The coupling element 33 is arranged in a region of the illumination beam path 7 , which is shaded by the beam trap 8 for the laser beam 4, so that the coupling of the excitation radiation 31 does not or only slightly influences the imaging or the shaping of the illumination beam path 7. The coupling element 33 can also be integrated directly into the collector mirror 6 as a grid.
Die Anregungs-Einrichtung 30 ist im gezeigten Beispiel ausgebildet, die Anregungs-Strahlung 31 bei Anregungs-Wellenlängen AA ZU erzeugen, die außerhalb des EUV-Wellenlängenbereichs liegen, und zwar bei Anregungs- Wellenlängen AA zwischen 30 nm und 300 nm, beispielsweise zwischen 100 nm und 200 nm. Die spektrale Bandbreite bzw. der Anregungs- Wellenlängenbereich der Anregungs-Strahlung 31 , der von der Anregungs- Einrichtung 30 in das Vakuumgehäuse 27 eingestrahlt wird, liegt typischerweise bei nicht mehr als 40 nm, bevorzugt von nicht mehr als ca. 20 nm, besonders bevorzugt von nicht mehr als ca. 10 nm, insbesondere von nicht mehr als ca. 1 nm. Das Beugungsgitter 32 ist ausgebildet, die Anregungs-Wellenlänge AA bzw. den diese umgebenden Anregungs-Wellenlängenbereich von z.B. AA - 20 nm < A < AA + 20 nm aus der breitbandig emittierten Strahlung 5a der EUV- Strahlungsquelle 2 zu filtern. In the example shown, the excitation device 30 is designed to generate excitation radiation 31 at excitation wavelengths AA ZU that are outside the EUV wavelength range, specifically at excitation wavelengths AA between 30 nm and 300 nm, for example between 100 nm and 200 nm. The spectral bandwidth or the excitation wavelength range of the excitation radiation 31, which is radiated into the vacuum housing 27 by the excitation device 30, is typically no more than 40 nm, preferably no more than approx nm, particularly preferably not more than approx. 10 nm, in particular not more than approx. 1 nm. The diffraction grating 32 is designed to have the excitation wavelength AA or the excitation wavelength range surrounding it of, for example, AA − 20 nm <A <AA + 20 nm from the broadband emitted radiation 5a of the EUV radiation source 2 to filter.
Die EUV-Lithographieanlage 1 weist eine Steuerungseinrichtung 34 auf, die beispielsweise als Mikroprozessor, Mikrocontroller oder als Steuerungs- Computer ausgebildet sein kann und die ausgebildet bzw. programmiert ist, die Anregungs-Einrichtung 30 über nicht bildlich dargestellte Steuersignale anzusteuern. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die Steuerungseinrichtung 34 ausgebildet, die Anregungs-Wellenlänge AA bzw. den Anregungs- Wellenlängenbereich zu verändern, indem das reflektierende Beugungsgitter 32, welches als Spektralfilter dient, gedreht wird und somit der Einfallswinkel der auf das Beugungsgitter 32 auftreffenden Strahlung 5a der EUV- Strahlungsquelle 2 verändert wird, was eine Verschiebung der gefilterten Anregungs-Wellenlänge AA bzw. den Anregungs-Wellenlängenbereichs zur Folge hat. Das Einkoppel-Element 33 ist in diesem Beispiel ebenfalls drehbar gelagert, um sicherzustellen, dass die an dem Beugungsgitter 32 reflektierte Anregungs-Strahlung 31 in den Beleuchtungs-Strahlengang 7 eingekoppelt wird. The EUV lithography system 1 has a control device 34, which can be designed, for example, as a microprocessor, microcontroller or as a control computer and which is designed or programmed, the excitation device 30 via control signals (not shown) head for. In the example shown in FIG. 1, the control device 34 is designed to change the excitation wavelength AA or the excitation wavelength range by rotating the reflective diffraction grating 32, which serves as a spectral filter, and thus the angle of incidence on the diffraction grating 32 impinging radiation 5a of the EUV radiation source 2 is changed, which results in a shift in the filtered excitation wavelength AA or the excitation wavelength range. In this example, the coupling-in element 33 is also rotatably mounted in order to ensure that the excitation radiation 31 reflected at the diffraction grating 32 is coupled into the illumination beam path 7.
Alternativ zur Erzeugung der Anregungs-Strahlung 31 unter Nutzung der von der EUV-Strahlungsquelle 2 erzeugten Strahlung 5a kann die Anregungs- Einrichtung 30 zur Erzeugung der Anregungs-Strahlung 31 eine eigene Anregungs-Strahlungsquelle 35a, 35b aufweisen, wie dies beispielhaft in Fig. 2a, b dargestellt ist. Die in Fig. 2a dargestellte Anregungs-Strahlungsquelle 35a ist als breitbandige Strahlungsquelle ausgebildet, d.h. diese erzeugt Strahlung 36 in einem vergleichsweise großen Wellenlängenbereich, die von einem in Transmission betriebenen Spektralfilter 37 gefiltert wird, um die Anregungs- Strahlung 31 bei der (mindestens einen) Anregungs-Wellenlänge AA ZU erzeugen und auf diese Weise zu vermeiden, dass Anregungs-Strahlung 31 bei unerwünschten Anregungs-Wellenlängen AA in das Vakuumgehäuse 27 eingestrahlt wird. Bei der breitbandigen Anregungs-Strahlungsquelle 35a handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Gasentladungslampe, es kann sich aber auch um eine andere Art von breitbandiger Strahlungsquelle handeln, beispielsweise um eine Plasma-Strahlungsquelle in der Art der EUV- Strahlungsquelle 2. As an alternative to generating the excitation radiation 31 using the radiation 5a generated by the EUV radiation source 2, the excitation device 30 can have its own excitation radiation source 35a, 35b for generating the excitation radiation 31, as is exemplified in FIG. 2a , b is shown. The excitation radiation source 35a shown in Fig. 2a is designed as a broadband radiation source, ie it generates radiation 36 in a comparatively large wavelength range, which is filtered by a spectral filter 37 operated in transmission in order to absorb the excitation radiation 31 at the (at least one) To generate excitation wavelength AA and in this way to avoid excitation radiation 31 being radiated into vacuum housing 27 at undesired excitation wavelengths AA. The broadband excitation radiation source 35a in the example shown is a gas discharge lamp, but it can also be a different type of broadband radiation source, for example a plasma radiation source such as the EUV radiation source 2.
Die in Fig. 2b gezeigte Anregungs-Einrichtung 30 unterscheidet sich von der in Fig. 2a gezeigten Anregungs-Einrichtung 30 dadurch, dass die Anregungs- Strahlungsquelle 35b zur Emission von Strahlung bei einer einzigen Anregungs- Wellenlänge AA ausgebildet ist. Bei der in Fig. 2b gezeigten Anregungs- Strahlungsquelle 35b handelt es sich um eine Laserquelle in Form eines Soft x- ray oder VUV-Lasers, der für die Emission der gewünschten Anregungs- Wellenlänge AA maßgeschneidert ist. The excitation device 30 shown in Fig. 2b differs from the excitation device 30 shown in Fig. 2a in that the excitation Radiation source 35b is designed to emit radiation at a single excitation wavelength A A. The excitation radiation source 35b shown in FIG. 2b is a laser source in the form of a soft x-ray or VUV laser which is tailor-made for the emission of the desired excitation wavelength AA.
Die Anregungs-Strahlungsquellen 35a, b von Fig. 2a, b sind ausgebildet, die Leistung p der emittierten Strahlung 36 bzw. die Leistung der Anregungs- Strahlung 31 einzustellen bzw. zu verändern. Das Einkoppel-Element 33 ist drehbar gelagert und ermöglicht es - in gewissen Grenzen - die Intensitätsverteilung der in das Vakuumgehäuse 27 eingestrahlten Anregungs- Strahlung 31 zu verändern. Es versteht sich, dass eine Veränderung der Intensitätsverteilung der Anregungs-Strahlung 31 auch mit Hilfe eines geeigneten Intensitäts-Filters (Graufilters), der in den Strahlengang der von der Anregungs-Strahlungsquelle 35a emittierten Strahlung 36 oder der Anregungs- Strahlung 31 eingebracht wird, oder mit Hilfe eines anderen die Intensitätsverteilung beeinflussenden optischen Elements erfolgen kann. The excitation radiation sources 35a, b of FIGS. 2a, b are designed to adjust or change the power p of the emitted radiation 36 or the power of the excitation radiation 31. The coupling element 33 is rotatably mounted and makes it possible - within certain limits - to change the intensity distribution of the excitation radiation 31 radiated into the vacuum housing 27. It goes without saying that a change in the intensity distribution of the excitation radiation 31 can also be achieved with the aid of a suitable intensity filter (gray filter) which is introduced into the beam path of the radiation 36 emitted by the excitation radiation source 35a or the excitation radiation 31, or can take place with the aid of another optical element influencing the intensity distribution.
Auch die Gesamtleistung der Anregungs-Strahlungsquelle 35a, b kann entweder durch innere Einstellmöglichkeiten oder Graufilter gesteuert bzw. geregelt werden. The total output of the excitation radiation source 35a, b can also be controlled or regulated either by internal setting options or gray filters.
Die Ansteuerung der Anregungs-Einrichtung 30 mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 34 ermöglicht es, gezielt mindestens eine photoinduzierte Reaktion der Anregungs-Strahlung 31 mit einem in dem Vakuumgehäuse 27 enthaltenen Restgas 40 (vgl. Fig. 2a, b) anzuregen bzw. - falls gewünscht - einer solche photoinduzierten Reaktion möglichst zu vermeiden, indem keine Anregungs-Strahlung 31 in das Vakuumgehäuse 27 eingestrahlt wird. Bei dem Restgas 40, welches in dem Vakuumgehäuse 27 enthalten ist, handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Mischung aus mehreren Gasen, und zwar um (molekularen) Wasserstoff, Sauerstoff, Argon, Helium und Stickstoff. Der Gesamt-Druck des Restgases 40 in dem Vakuumgehäuse 27 liegt typischerweise zwischen ca. 0,1 Pa und 20 Pa. Der Gesamt-Druck des Restgases 40 wird mittels einer nicht bildlich dargestellten Vakuum-Pumpe erzeugt und kann in gewissen Grenzen verändert werden. The activation of the excitation device 30 with the aid of the control device 34 enables at least one photo-induced reaction of the excitation radiation 31 with a residual gas 40 contained in the vacuum housing 27 (cf. FIGS. 2a, b) to be specifically excited or - if desired - to avoid such a photo-induced reaction as far as possible by not irradiating any excitation radiation 31 into the vacuum housing 27. In the example shown, the residual gas 40, which is contained in the vacuum housing 27, is a mixture of several gases, namely (molecular) hydrogen, oxygen, argon, helium and nitrogen. The total pressure of the residual gas 40 in the Vacuum housing 27 is typically between about 0.1 Pa and 20 Pa. The total pressure of the residual gas 40 is generated by means of a vacuum pump (not shown) and can be changed within certain limits.
Während bestimmte Bestandteile des Restgases 40 ohnehin in geringen Mengen in dem Vakuumgehäuse 27 vorhanden sind, werden andere Bestandteile, die als Spülgase 42 dienen, insbesondere Wasserstoff und Sauerstoff, dem Vakuumgehäuse 27 über eine Zuführungseinrichtung 41 in Form einer rohrförmigen Gaszuführung zugeführt. Die Zuführungseinrichtung 41 kann über ein steuerbares Ventil oder dergleichen den Fluss des Spülgases bzw. den Fluss der einzelnen Bestandteile des Spülgases 42 steuern oder ggf. regeln. While certain constituents of the residual gas 40 are already present in small quantities in the vacuum housing 27, other constituents that serve as flushing gases 42, in particular hydrogen and oxygen, are fed to the vacuum housing 27 via a feed device 41 in the form of a tubular gas feed. The supply device 41 can control or, if necessary, regulate the flow of the flushing gas or the flow of the individual components of the flushing gas 42 via a controllable valve or the like.
Durch eine Wechselwirkung des Restgases 40 mit der EUV-Strahlung 5 wird in dem Vakuumgehäuse 27 im Betrieb der EUV-Lithographieanlage 1 ein Plasma 43 erzeugt, d.h. es werden ionische, neutrale (angeregte) und radikale Plasma- Spezies des Restgases 40 gebildet. In Fig. 2a, b ist dies beispielhaft für molekularen Wasserstoff H2 als Bestandteil des Restgases 40 dargestellt, bei dem die Wechselwirkung mit der EUV-Strahlung 5 zur Bildung von positiv geladenen ionischen Plasma-Spezies (H2+, H3+) sowie zur Bildung von radikalen (neutralen) Plasma-Spezies Fl führt. Es versteht sich, dass auch ionische, neutrale und radikale Plasma-Spezies der meisten übrigen in dem Restgas 40 enthaltenen Bestandteile erzeugt werden. Auf deren Darstellung wurde in Fig. 2a, b aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. By interaction of the residual gas 40 with the EUV radiation 5, a plasma 43 is generated in the vacuum housing 27 during operation of the EUV lithography system 1, ie ionic, neutral (excited) and radical plasma species of the residual gas 40 are formed. In Fig. 2a, b this is shown by way of example for molecular hydrogen H2 as a component of the residual gas 40, in which the interaction with the EUV radiation 5 for the formation of positively charged ionic plasma species (H2 + , H3 + ) and for the formation of radical (neutral) plasma species Fl leads. It goes without saying that ionic, neutral and radical plasma species of most of the other constituents contained in the residual gas 40 are also generated. Their representation has been omitted in FIGS. 2a, b for reasons of clarity.
Das Wasserstoff-Plasma 43 in dem Vakuumgehäuse 27 erzeugt eine Reinigungswirkung auf das in dem Vakuumgehäuse 27 angeordnete optische Element 12, indem Kohlenstoff von der Oberfläche des optischen Elements 12 entfernt wird, welche dem Plasma 43 ausgesetzt ist. Die ionischen, neutralen und radikalen Wasserstoff-Plasma-Spezies können aber auch unerwünschte Reduktionsreaktionen an anderen in dem Vakuumgehäuse 27 angeordneten Komponenten zur Folge haben, wie weiter unten näher beschrieben ist. The hydrogen plasma 43 in the vacuum housing 27 produces a cleaning effect on the optical element 12 arranged in the vacuum housing 27 by removing carbon from the surface of the optical element 12 which is exposed to the plasma 43. The ionic, neutral and radical hydrogen plasma species can also be undesirable Reduction reactions on other components arranged in the vacuum housing 27 result, as will be described in more detail below.
Die Zuführung des Spülgases 42 in Form von molekularem Wasserstoff wird mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 34 gesteuert, um die gewünschte Reinigungswirkung der Wasserstoff-Plasma-Spezies zu erzielen. Um der Reduktionswirkung des Wasserstoff-Plasmas 43 entgegenzuwirken, wird das Vakuumgehäuse 27 zusätzlich über die Zuführungseinrichtung 41 ein geringer Anteil an molekularem Sauerstoff O2 zugeführt. Die Einstellung des Verhältnisses von molekularem Wasserstoff H2 zu molekularem Sauerstoff O2 bietet aber nur vergleichsweise geringe Möglichkeiten zur Beeinflussung des Plasmas 44. The supply of the flushing gas 42 in the form of molecular hydrogen is controlled with the aid of the control device 34 in order to achieve the desired cleaning effect of the hydrogen plasma species. In order to counteract the reducing effect of the hydrogen plasma 43, the vacuum housing 27 is additionally supplied with a small proportion of molecular oxygen O2 via the supply device 41. The setting of the ratio of molecular hydrogen H2 to molecular oxygen O2, however, offers only comparatively few possibilities for influencing the plasma 44.
Um die Wirkung des Plasmas 44 auf das optische Element 12 zu optimieren, d.h.um eine möglichst hohe Lebensdauer des optischen Elements 12 zu erzielen, wird die mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Anregungs- Einrichtung 30 in das Vakuumgehäuse 27 eingestrahlte Anregungs-Strahlung 31 genutzt, um gezielt bestimmte photoinduzierte Reaktionen in dem Restgas 40 anzuregen. In order to optimize the effect of the plasma 44 on the optical element 12, ie to achieve the longest possible service life of the optical element 12, the excitation radiation 31 radiated into the vacuum housing 27 with the aid of the excitation device 30 described above is used, in order to stimulate specific photo-induced reactions in the residual gas 40 in a targeted manner.
Hierbei wird ausgenutzt, dass der Wirkungsquerschnitt o des Restgases 40 mit einem jeweiligen Photon g der Anregungs-Strahlung 31 von der Wellenlänge AA der Anregungs-Strahlung 31 bzw. von der jeweiligen Photonenenergie (in eV) abhängig ist, wie in Fig. 3a, b für mehrere photoinduzierte Reaktionen mit molekularem Wasserstoff H2 dargestellt ist. Die Darstellungen des Wirkungsquerschnitts o von Fig. 3a und von Fig. 3b unterscheiden sich lediglich durch die unterschiedliche Skalierung. This makes use of the fact that the effective cross section o of the residual gas 40 with a respective photon g of the excitation radiation 31 is dependent on the wavelength AA of the excitation radiation 31 or on the respective photon energy (in eV), as in FIGS. 3a, b for several photoinduced reactions with molecular hydrogen H2 is shown. The representations of the cross-section o of FIG. 3a and FIG. 3b differ only in the different scaling.
Die EUV-Strahlung 5 bei der Betriebs-Wellenlänge AB = 13,5 nm weist eine Photonenenergie von 92 eV auf. Wie insbesondere in Fig. 3a zu erkennen ist, weist die Photo-Ionisationsreaktion von Wasserstoff H2 mit einem Photon g
Figure imgf000039_0001
bei einer Photonenenergie von 92 eV einen gegenüber den anderen betrachteten Reaktionen vergleichsweise großen Wirkungsquerschnitt auf, der aber zu kleineren Photonen-Energien zunimmt, d.h. der Großteil der H2+-lonen wird bei breitbandiger Einstrahlung nicht bei der nominellen Photonen-Energie von 92 eV erzeugt, sondern bei geringeren Photonen-Energien.
The EUV radiation 5 at the operating wavelength AB = 13.5 nm has a photon energy of 92 eV. As can be seen in particular in FIG. 3a, the photo-ionization reaction of hydrogen H2 with a photon g
Figure imgf000039_0001
at a photon energy of 92 eV a comparatively large cross-section compared to the other reactions considered, but this increases to smaller photon energies, i.e. the majority of the H2 + ions are not generated with broadband irradiation at the nominal photon energy of 92 eV, but with lower photon energies.
Um gezielt die Photo-Ionisationsreaktion von molekularem Wasserstoff h zu H2 + anzuregen, d.h. um die Bildung von H2+ zu verstärken, kann Anregungs- Strahlung 31 bei niedrigeren Photonen-Energien, beispielsweise bei weniger als ca. 40 eV, in das Vakuumgehäuse 27 eingestrahlt werden, wodurch der Anteil an H2+-lonen in dem Restgas 40 erhöht wird. Bei dem in Fig. 3a gezeigten Beispiel wird zu diesem Zweck mittels der Anregungs-Einrichtung 30 Anregungs-Strahlung 31 bei genau einer Anregungs-Wellenlänge AA von 72,9 nm (entsprechend 17 eV) in das Vakuumgehäuse 27 eingestrahlt. Auf diese Weise verändert sich das Verhältnis der F -Moleküle und H+-lonen zu den Py lonen in dem Restgas 40. In order to specifically stimulate the photo-ionization reaction of molecular hydrogen h to H 2 + , ie to intensify the formation of H2 + , excitation radiation 31 at lower photon energies, for example at less than approx. 40 eV, can enter the vacuum housing 27 are irradiated, whereby the proportion of H2 + ions in the residual gas 40 is increased. In the example shown in FIG. 3 a, for this purpose, excitation radiation 31 is radiated into vacuum housing 27 at exactly one excitation wavelength AA of 72.9 nm (corresponding to 17 eV). In this way, the ratio of the F molecules and H + ions to the Py ions in the residual gas 40 changes.
Dies ist insbesondere relevant, da aus den H2+-lonen durch die sehr dominante Reaktion This is particularly relevant because the H2 + ions result from the very dominant reaction
H2 + + H2 -> H3 + + H atomarer Wasserstoff H, d.h. Wasserstoff-Radikale, gebildet werden, so dass durch diese Begleiterscheinung die Wasserstoff-Radikalenflüsse (partiell) an den H2 +-Fluss gekoppelt werden. Durch die gezielte Einstrahlung der Anregungs-Strahlung 31 kann daher auch der Anteil der radikalen Wasserstoff- Spezies H in dem Plasma 43 gesteuert werden. Bei dem in Fig. 3b gezeigten Beispiel wird die Anregungs-Strahlung 31 bei (genau einer) Anregungs-Wellenlänge AA von 33,5 nm (entsprechend 37 eV) in das Vakuumgehäuse 27 eingestrahlt, um gezielt die direkte photoinduzierte Reaktion
Figure imgf000040_0001
zur Bildung von radikalen Wasserstoff-Spezies H anzuregen.
H 2 + + H 2 -> H 3 + + H atomic hydrogen H, ie hydrogen radicals, are formed, so that by this accompanying phenomenon the hydrogen radical flows are (partially) coupled to the H 2 + flow. By means of the targeted irradiation of the excitation radiation 31, the proportion of the radical hydrogen species H in the plasma 43 can therefore also be controlled. In the example shown in FIG. 3b, the excitation radiation 31 is radiated into the vacuum housing 27 at (exactly one) excitation wavelength AA of 33.5 nm (corresponding to 37 eV) in order to specifically trigger the direct photo-induced reaction
Figure imgf000040_0001
to stimulate the formation of radical hydrogen species H.
Für eine möglichst effiziente Anregung der jeweiligen photoinduzierten Reaktion ist es günstig, wenn die Anregungs-Wellenlänge AA bzw. der Anregungs- Wellenlängenbereich möglichst nahe an der Wellenlänge liegt, bei welcher der Wirkungsquerschnitt o der jeweiligen Reaktion ein lokales oder ein globales Maximum OMAX aufweist. Insbesondere ist es günstig, wenn die Anregungs- Wellenlänge AA oder alle Anregungs-Wellenlängen AA eines Anregungs- Wellenlängenbereichs der Anregungs-Strahlung 31 in einem Wellenlängen- Intervall liegen, in dem der Wirkungsquerschnitt o der von der Anregungs- Strahlung 31 angeregten photoinduzierten Reaktion mit dem Restgas 40 mindestens 70%, ggf. mindestens 80% oder mindestens 90% des maximalen Wirkungsquerschnitts Omaxder von der Anregungs-Strahlung 31 angeregten photoinduzierten Reaktion mit dem Restgas 40 beträgt, wie dies dem in Fig. 3a gezeigten Beispiel der Fall ist. For the most efficient possible excitation of the respective photo-induced reaction, it is advantageous if the excitation wavelength AA or the excitation wavelength range is as close as possible to the wavelength at which the cross section of the respective reaction has a local or a global maximum OMAX. In particular, it is advantageous if the excitation wavelength AA or all excitation wavelengths AA of an excitation wavelength range of the excitation radiation 31 are in a wavelength interval in which the cross section o the photo-induced reaction excited by the excitation radiation 31 with the Residual gas 40 is at least 70%, possibly at least 80% or at least 90% of the maximum effective cross-section O max of the photoinduced reaction with the residual gas 40 excited by the excitation radiation 31, as is the case in the example shown in FIG. 3a.
Neben den weiter oben beschriebenen photoinduzierten Reaktionen können selbstverständlich auch andere Reaktionen, beispielweise die direkte Photo- Dissoziationsationsreaktion von Wasserstoff H2
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auf die weiter oben beschriebene Weise, d.h. durch die Einstrahlung von Anregungs-Strahlung 31 , gezielt beeinflusst werden. Zur Optimierung der Wirkung des Plasmas 40 im Hinblick auf die Lebensdauer des optischen Elements 12, welches in dem Vakuumgehäuse 27 angeordnet ist, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Steuerungseinrichtung 34 die in dem Vakuumgehäuse 27 eingestrahlte Anregungs-Strahlung 31 in Abhängigkeit von mindestens einem gemessenen Plasmaparameter anpasst. Zu diesem Zweck sind in der in Fig. 2a, b gezeigten EUV-Lithographieanlage 1 zwei Sensoren 44, 45 angeordnet, von denen der erste als lonensensor 44 und von denen der zweite als Radikalensensor 45 ausgebildet ist. Bei dem lonensensor 44 kann es sich beispielsweise um einen emissionsspektroskopischen Sensor, einen absorptionsspektroskopischen Sensor, einen laserfluoreszenzspektroskopischen Sensor, einen massenspektroskopischen Sensor (d.h. ein Massenspektrometer) oder einen Retarding Field Energy- Analysator handeln.
In addition to the photo-induced reactions described above, other reactions can of course also be used, for example the direct photo-dissociation reaction of hydrogen H2
Figure imgf000040_0002
can be influenced in a targeted manner in the manner described above, ie by the irradiation of excitation radiation 31. To optimize the effect of the plasma 40 with regard to the service life of the optical element 12, which is arranged in the vacuum housing 27, it has proven to be advantageous if the control device 34 controls the excitation radiation 31 radiated into the vacuum housing 27 as a function of at least adapts to a measured plasma parameter. For this purpose, two sensors 44, 45 are arranged in the EUV lithography system 1 shown in FIGS. 2 a, b, the first of which is designed as an ion sensor 44 and the second of which is designed as a radical sensor 45. The ion sensor 44 can be, for example, an emission spectroscopic sensor, an absorption spectroscopic sensor, a laser fluorescence spectroscopic sensor, a mass spectroscopic sensor (ie a mass spectrometer) or a retarding field energy analyzer.
Der Radikalensensor 45 zur Detektion von Wasserstoff-Radikalen H kann beispielsweise ein Material aufweisen, welches reversibel hydrierbar ist, d.h. welches mit Wasserstoff reversibel ein Hydrid bildet, wie dies in der DE 102017205870 A1 beschrieben ist. Auch einige der weiter oben beschriebenen Sensortypen, die als lonensensor eingesetzt werden, können zur quantitativen Messung der Konzentration von Wasserstoff-Radikalen oder von anderen radikalen Spezies des Plasmas 43 dienen. Ein laserfluoreszenzspektroskopischer Sensor kann beispielsweise die Konzentration von OH-Radikalen messen. Auch absorptionsspektroskopische Sensoren oder emissionsspektroskopische Sensoren können zur Messung der Konzentration von Radikalen eingesetzt werden. The radical sensor 45 for the detection of hydrogen radicals H can for example have a material which is reversibly hydrogenatable, i.e. which reversibly forms a hydride with hydrogen, as described in DE 102017205870 A1. Some of the sensor types described above, which are used as ion sensors, can also be used for the quantitative measurement of the concentration of hydrogen radicals or of other radical species in the plasma 43. A laser fluorescence spectroscopic sensor can, for example, measure the concentration of OH radicals. Absorption spectroscopic sensors or emission spectroscopic sensors can also be used to measure the concentration of radicals.
Bei den in Fig. 2a, b gezeigten Beispielen ist der lonensensor 44 ausgebildet, die (momentane) Konzentration c(H2+), c(H3+) der ionischen Wasserstoff- Spezies H2+ bzw. H3+ ZU bestimmen, welche der (momentanen) Flussrate der ionischen Wasserstoff-Spezies H2+, H3+ am Ort der Sensorfläche des lonensensors 44 entspricht. Der Radikalensensor 45 ist im gezeigten Beispiel ausgebildet, die (momentane) Konzentration c(H) der radikalen Wasserstoff- Spezies H am Ort der Sensorfläche des Radikalensensors 45 zu messen. Es versteht sich, dass die Sensoren 44, 45 auch ausgebildet sein können, andere Plasmaparameter als die Konzentrationen der oben genannten Wasserstoff- Spezies H2+, H3+, H ZU messen, beispielsweise die Konzentration von radikalen Sauerstoff-Spezies 0, etc. Zu diesem Zweck können weitere Sensoren in dem Vakuumgehäuse 27 angeordnet sein. Bestimmte Arten von Sensoren 44, 45 ermöglichen es zudem, direkt das Verhältnis der Konzentrationen von bestimmten ionischen und radikalen Spezies zu messen, beispielsweise das Konzentrations-Verhältnis c(H3+) / c(H). In dem Vakuumgehäuse 27 können auch andere Typen von Sensoren angeordnet sein, welche eine Plasma- Diagnostik ermöglichen, z.B. Langmuir-Sonden, etc. In the examples shown in FIGS. 2a, b, the ion sensor 44 is designed to determine the (instantaneous) concentration c (H2 + ), c (H3 + ) of the ionic hydrogen species H2 + or H3 + ZU, which of the (instantaneous ) Flow rate of the ionic hydrogen species H2 + , H3 + at the location of the sensor surface of the ion sensor 44 corresponds. In the example shown, the radical sensor 45 is designed to measure the (instantaneous) concentration c (H) of the radical hydrogen species H at the location of the sensor surface of the radical sensor 45. It goes without saying that the sensors 44, 45 can also be designed to measure other plasma parameters than the concentrations of the above-mentioned hydrogen species H2 + , H3 + , H ZU, for example the concentration of radical oxygen species 0, etc. For this purpose For this purpose, further sensors can be arranged in the vacuum housing 27. Certain types of sensors 44, 45 also make it possible to measure directly the ratio of the concentrations of specific ionic and radical species, for example the concentration ratio c (H3 + ) / c (H). In the vacuum housing 27, other types of sensors can also be arranged which enable plasma diagnostics, for example Langmuir probes, etc.
Anhand der mit Hilfe der Sensoren 44, 45 gemessenen Plasmaparameter C(H2+), C(H3+), C(H), ... kann die Steuerungseinrichtung 34 auf die Anregungs- Einrichtung 30 einwirken, um das Plasma 43 in dem Vakuumgehäuse 27 gezielt zu beeinflussen. Die Steuerungseinrichtung 34 kann insbesondere eine Regeleinrichtung, beispielsweise in Form eines linearen Reglers, z.B. eines PID-Reglers, oder ggf. eines nichtlinearen Reglers aufweisen, um einen Ziel- Plasmaparameter auf einen vorgegebenen Soll-Wert zu regeln. Für den Fall, dass die Regelung bzw. die Ansprechzeiten der Anregungs-Einrichtung 30 schnell genug sind, kann die Regelung des Ziel-Plasmaparameters auf den Soll-Wert auch im transienten Zustand des Plasmas 43 erfolgen, d.h. bevor sich ein stationärer oder quasi-stationärer Gleichgewichtszustand des Plasmas 43 einstellt. Bei dem Ziel-Plasmaparameter kann es sich um einen der gemessenen Plasmaparameter handeln, d.h. beispielsweise um die Konzentration c(H2+), c(H3+), c(H), ... von ionischen oder radikalen Wasserstoff- Spezies H2+, H3+, H, das Konzentrations-Verhältnis von ionischen zur radikalen Wasserstoff-Spezies, z.B. c(H3+) / c(H), ... oder um eine Kombination aus den gemessenen Plasmaparametern. Es versteht sich, dass es sich bei dem Ziel- Plasmaparameter allgemein um eine Größe handeln kann, die von den gemessenen Plasmaparametern abhängig ist und die durch die Anregungs- Einrichtung 30 bzw. die Anregungs-Strahlung 31 so beeinflusst werden kann, dass diese auf den gewünschten Soll-Wert geregelt werden kann. Using the plasma parameters C (H2 + ), C (H3 + ), C (H), ... measured with the aid of the sensors 44, 45, the control device 34 can act on the excitation device 30 to generate the plasma 43 in the vacuum housing 27 can be influenced in a targeted manner. The control device 34 can in particular have a control device, for example in the form of a linear controller, for example a PID controller, or possibly a non-linear controller, in order to control a target plasma parameter to a predetermined setpoint value. In the event that the regulation or the response times of the excitation device 30 are fast enough, the regulation of the target plasma parameter to the desired value can also take place in the transient state of the plasma 43, ie before a stationary or quasi-stationary one The equilibrium state of the plasma 43 is established. The target plasma parameter can be one of the measured plasma parameters, i.e. for example the concentration c (H2 + ), c (H3 + ), c (H), ... of ionic or radical hydrogen species H2 + , H3 + , H, the concentration ratio of ionic to radical hydrogen species, e.g. c (H3 + ) / c (H), ... or a combination of the measured plasma parameters. It goes without saying that the goal- Plasma parameters can generally be a variable which is dependent on the measured plasma parameters and which can be influenced by the excitation device 30 or the excitation radiation 31 in such a way that it can be regulated to the desired target value.
Als für die Regelung besonders geeigneter Ziel-Plasmaparameter, der sich unmittelbar auf die Lebensdauer des in dem Vakuumgehäuse 27 angeordneten optischen Elements 12 auswirkt, hat sich das Konzentrations-Verhältnis c(O) / (C(H3+)) der Konzentration c(O) der radikalen Sauerstoff-Spezies 0 zur Konzentration c(H3+) der ionischen Wasserstoff-Spezies H3+ herausgestellt. Der Grund für diese Tatsache wird nachfolgend anhand von Fig. 4a, b erläutert. The concentration ratio c (O) / (C (H3 + )) of the concentration c (O) has proven to be a particularly suitable target plasma parameter for the regulation, which has a direct effect on the service life of the optical element 12 arranged in the vacuum housing 27 ) of the radical oxygen species 0 to the concentration c (H3 + ) of the ionic hydrogen species H3 + . The reason for this fact is explained below with reference to FIGS. 4a, b.
Fig. 4a zeigt das reflektierende optische Element 12 von Fig. 1 sowie eine weitere Komponente 50, die ebenfalls in dem in Fig. 1 gezeigten Vakuumgehäuse 27 angeordnet ist und die Silizium (Si) enthält. Bei der Silizium enthaltenden Komponente 50 kann es sich beispielsweise um einen Sensor, einen Aktuator, ... handeln, aber auch um ein (weiteres) optisches Element, welches ein Si enthaltendes Substrat aufweist, z.B. ein Substrat aus Quarzglas, insbesondere aus titandotiertem Quarzglas (ULE®), oder aus einer Glaskeramik. FIG. 4a shows the reflective optical element 12 from FIG. 1 and a further component 50 which is also arranged in the vacuum housing 27 shown in FIG. 1 and which contains silicon (Si). The silicon-containing component 50 can be, for example, a sensor, an actuator, ... ULE®), or made of a glass ceramic.
Das optische Element 12 weist ebenfalls ein Substrat 51 aus titandotiertem Quarzglas auf, auf das eine reflektierende Mehrlagen-Beschichtung 52 aufgebracht ist, die für die Reflexion von EUV-Strahlung 5 bei der Betriebs- Wellenlänge AB von 13,5 nm optimiert ist. Die Mehrlagen-Beschichtung 52 weist alternierende Lagen 53a, 53b aus Molybdän und Silizium auf. Die Silizium- Lagen 53b weisen bei der Betriebs-Wellenlänge AB von 13,5 nm einen höheren Realteil des Brechungsindex auf als die Molybdän-Lagen 53a. Abhängig vom genauen Wert der Betriebs-Wellenlänge AB sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B4C ebenfalls möglich. Zum Schutz der Mehrlagen-Beschichtung 52 ist auf diese eine Schutzlage 54 aus Ruthenium aufgebracht. The optical element 12 also has a substrate 51 made of titanium-doped quartz glass, to which a reflective multilayer coating 52 is applied, which is optimized for the reflection of EUV radiation 5 at the operating wavelength AB of 13.5 nm. The multilayer coating 52 has alternating layers 53a, 53b made of molybdenum and silicon. At the operating wavelength AB of 13.5 nm, the silicon layers 53b have a higher real part of the refractive index than the molybdenum layers 53a. Depending on the exact value of the operating wavelength AB, there are other material combinations such as molybdenum and beryllium, ruthenium and beryllium or lanthanum and B 4 C also possible. To protect the multilayer coating 52, a protective layer 54 made of ruthenium is applied to it.
Wie in Fig. 4a angedeutet ist, wird eine native SiC -Lage an der Oberfläche der Komponente 50 beim Kontakt mit ionischen Wasserstoff-Spezies H3+, die sich bei der Wechselwirkung mit der EUV-Strahlung 5 bilden, gemäß nachfolgender Summen-Reaktion zu Si reduziert: As indicated in FIG. 4a, a native SiC layer on the surface of component 50 becomes Si on contact with ionic hydrogen species H3 + , which are formed when interacting with EUV radiation 5, according to the following cumulative reaction reduced:
4 H3+ (g) + 3 S1O2 (s) +4 e — » 3 Si (s) + 6 H2O (g) . 4 H3 + (g) + 3 S1O2 (s) +4 e - »3 Si (s) + 6 H2O (g).
Durch den Angriff von radikalen Wasserstoff-Spezies H aus dem Plasma 43 bildet sich aus dem Silizium gasförmiges Silan (SiFU) gemäß nachfolgender Reaktionsgleichung:
Figure imgf000044_0001
As a result of the attack of radical hydrogen species H from the plasma 43, gaseous silane (SiFU) is formed from the silicon according to the following reaction equation:
Figure imgf000044_0001
An der Oberfläche 54a der Ru-Schutzschicht kommt es zu einer Degradation bzw. zu starken Reflektivitätsverlusten aufgrund der Anlagerung und ggf. nachgelagerter Oxidation von Silizium: At the surface 54a of the Ru protective layer, there is degradation or severe reflectivity losses due to the accumulation and possibly subsequent oxidation of silicon:
SihU (g) + Ru (s) -» Si-Ru (s) + 2 H2 (g). SihU (g) + Ru (s) - »Si-Ru (s) + 2 H2 (g).
Si-Ru (s)+20(g) -» SiC>2(s) + Ru(s) Si-Ru (s) +20 (g) - »SiC> 2 (s) + Ru (s)
Die Si-Deposition auf der Oberfläche 54a des Spiegels 12 ist somit durch die Konzentration der ionischen Wasserstoff-Spezies, insbesondere in Form von Fh+, getrieben. Insbesondere das auf dem Spiegel abgelagerte S1O2 führt z.B. zu einer Reduktion der Reflektivität. The Si deposition on the surface 54a of the mirror 12 is thus driven by the concentration of the ionic hydrogen species, in particular in the form of Fh + . In particular, the S1O2 deposited on the mirror leads, for example, to a reduction in reflectivity.
Wie weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 2a, b beschrieben wurde, wird zur möglichst vollständigen Vermeidung einer solchen Degradation der Oberfläche 54a des reflektierenden optischen Elements 12 des Vakuumgehäuses 27 in dem über die Zuführungseinrichtung 41 zugeführten Spülgas 42 neben molekularem Wasserstoff H2 auch Sauerstoff O2 zugeführt. Die Zugabe von molekularem Sauerstoff O2 führt zur Wiederherstellung der nativen Si02-Lage an der Komponente 50, wie dies in Fig. 4b angedeutet und nachfolgend detailliert beschrieben wird: As described above in connection with FIGS. 2a, b, such a degradation of the surface is avoided as completely as possible 54a of the reflective optical element 12 of the vacuum housing 27 in the purge gas 42 supplied via the supply device 41, in addition to molecular hydrogen H2, oxygen O2 is also supplied. The addition of molecular oxygen O2 leads to the restoration of the native Si0 2 layer on component 50, as indicated in FIG. 4b and described in detail below:
Aus dem molekularen Sauerstoff O2 werden durch die Wechselwirkung mit der EUV-Strahlung 5 im Wesentlichen zu gleichen Teilen 02 +, 0+ und 0 gebildet, d.h. positiv geladene ionische Plasma-Spezies 02 +, 0+ und radikale Plasma- Spezies 0, insbesondere gemäß folgender Reaktionsgleichungen: Due to the interaction with the EUV radiation 5, the molecular oxygen O2 essentially forms equal parts of 0 2 + , 0 + and 0, i.e. positively charged ionic plasma species 0 2 + , 0 + and radical plasma species 0, in particular according to the following reaction equations:
Y (92eV) + 0 (g) -» 02 + (g) + e-
Figure imgf000045_0001
Y (92eV) + 0 (g) - »0 2 + (g) + e-
Figure imgf000045_0001
Das exponierte Silizium Si oxidiert gemäß nachfolgender Reaktionsgleichungen zu S1O2: The exposed silicon Si oxidizes to S1O2 according to the following reaction equations:
Si (s) + 20 (g) -» S1O2 (s) Si (s) + 20 (g) - »S1O2 (s)
Si (s) + 20 (g) -» S1O2 (s) + 2e Si (s) + 20 (g) - »S1O2 (s) + 2e
Durch den Angriff von radikalen Sauerstoff-Spezies 0 und von ionischen Sauerstoff-Spezies 0 aus dem Plasma 43 kann die Silizium-Oberfläche wieder restauriert werden, d.h. die native Si02-Schicht wird erneut gebildet. As a result of the attack by radical oxygen species 0 and ionic oxygen species 0 from the plasma 43, the silicon surface can be restored again, ie the native SiO 2 layer is formed again.
Die Restaurierungsrate wird getrieben von der Bildung von radikalen Sauerstoff-Spezies 0 in dem Plasma 43. Ionische Sauerstoff-Spezies 02 +, 0+ können hingegen zu nachteiligen Effekten auf Komponenten 50, 12 in dem Vakuumgehäuse 27 führen, beispielsweise werden diese durch das positive Plasma-Potential zu den dem Plasma 40 ausgesetzten Oberflächen hin beschleunigt und können dort zu unerwünschten Implantations- und Sputter- Effekten führen. Bei radikalen Sauerstoff-Spezies 0 ist dies in deutlich geringerem Maß der Fall. The restoration rate is driven by the formation of radical oxygen species 0 43 in the plasma Ionic oxygen species 0 2 +, 0 + can on the other hand to adverse effects on components 50, lead 12 in the vacuum housing 27, for example, be this through the positive The plasma potential is accelerated towards the surfaces exposed to the plasma 40 and can lead to undesired implantation and sputtering effects there. In the case of radical oxygen species 0, this is the case to a much lesser extent.
Um die Bildung der radikalen Sauerstoff-Spezies 0 in dem Plasma 40 anzuregen bzw. zu verstärken ist es günstig, wenn die Anregungs-Einrichtung 30 ausgebildet ist, Anregungs-Strahlung 31 bei Anregungs-Wellenlängen AA im VUV-Wellenlängenbereich, genauer gesagt bei mehr als 100 nm, in das Vakuumgehäuse 27 einzustrahlen. Hierbei wird ausgenutzt, dass Sauerstoff bei Wellenlängen unter 100 nm zu Ionisations-Reaktionen neigt, aber bei Wellenlängen von mehr als 100 nm einige Absorptionsbänder aufweist, die zur Dissoziation des molekularen Sauerstoffs O2 führen: In order to stimulate or intensify the formation of the radical oxygen species 0 in the plasma 40, it is advantageous if the excitation device 30 is designed to generate excitation radiation 31 at excitation wavelengths AA in the VUV wavelength range, more precisely at more than 100 nm to radiate into the vacuum housing 27. This takes advantage of the fact that oxygen tends to ionization reactions at wavelengths below 100 nm, but has some absorption bands at wavelengths of more than 100 nm that lead to the dissociation of the molecular oxygen O2:
Y + O2 (g) -» 2 O. Y + O2 (g) - »2 O.
Insbesondere ist die Einstrahlung von Anregungs-Strahlung 31 bei Anregungs- Wellenlängen AA im Bereich des so genannten Schumann-Runge-Bands um eine Wellenlänge von ca. 193 nm oder im so genannten Schumann-Runge- Kontinuum zwischen ca. 130 nm und ca. 170 nm günstig. Zu diesem Zweck kann die in Fig. 2b gezeigte Anregungs-Einrichtung 30 beispielsweise eine Anregungs-Strahlungsquelle 35b in Form eines ArF-Lasers zur Erzeugung von Anregungs-Strahlung 31 bei einer Anregungs-Wellenlänge AA von 193 nm oder eine Anregungs-Strahlungsquelle 35b in Form eines F2-Lasers zur Erzeugung von Anregungs-Strahlung 31 bei einer Anregungs-Wellenlänge AA von 157 nm aufweisen. In particular, the irradiation of excitation radiation 31 at excitation wavelengths AA is in the range of the so-called Schumann-Runge band around a wavelength of approx. 193 nm or in the so-called Schumann-Runge continuum between approx. 130 nm and approx. 170 nm cheap. For this purpose, the excitation device 30 shown in FIG an F2 laser for generating excitation radiation 31 at an excitation wavelength AA of 157 nm.
Bei beiden, i.a. fein abgestimmten, Anregungs-Wellenlängen AA wird die Reaktion g (193 nm) + O2 (g) -» 2 O Y (157 nm) + O2 (g) -» 2 O begünstigt. With both, generally finely tuned, excitation wavelengths AA, the reaction is g (193 nm) + O2 (g) - »2 O Y (157 nm) + O2 (g) - »2 O favored.
Die Begünstigung der oben beschriebenen photoinduzierten Dissoziations- Reaktionen erhöht den Anteil an radikalen Sauerstoff-Spezies 0 gegenüber den ionischen, positiv geladenen Sauerstoff-Spezies 2 0+, da letztere bei den oben beschriebenen Anregungs-Wellenlängen AA von mehr als 100 nm einen sehr geringen Wirkungsquerschnitt aufweisen. Die Bildung von Wasserstoff- Plasma-Spezies wird durch die Einstrahlung der Anregungs-Strahlung 31 bei Anregungs-Wellenlängen AA von mehr als 100 nm ebenfalls nicht beeinflusst, da (molekularer) Wasserstoff für diese Wellenlängen praktisch transparent ist. The promotion of the photo-induced dissociation reactions described above increases the proportion of radical oxygen species 0 compared to the ionic, positively charged oxygen species 2 0 + , since the latter has a very small cross-section at the above-described excitation wavelengths AA of more than 100 nm exhibit. The formation of hydrogen plasma species is likewise not influenced by the irradiation of the excitation radiation 31 at excitation wavelengths AA of more than 100 nm, since (molecular) hydrogen is practically transparent for these wavelengths.
An Stelle einer Anregungs-Strahlungsquelle 35b in Form einer Laserquelle zur Anregung der photoinduzierten Dissoziationsreaktion von Sauerstoff kann auch eine breitbandige Anregungs-Strahlungsquelle 35a für die Erzeugung von breitbandiger Anregungs-Strahlung 31 verwendet werden, aus dem ein Intervall von Anregungs-Wellenlängen AA oder eine einzige Anregungs-Wellenlänge AA ausgefiltert wird, die beispielsweise zwischen ca. 130 nm und ca. 170 nm liegt. Instead of an excitation radiation source 35b in the form of a laser source for exciting the photo-induced dissociation reaction of oxygen, a broadband excitation radiation source 35a can also be used for generating broadband excitation radiation 31, from which an interval of excitation wavelengths AA or a single Excitation wavelength AA is filtered out, which is, for example, between about 130 nm and about 170 nm.
Durch die Variation der Leistung p bzw. der Intensität der bei den oben beschriebenen Anregungs-Wellenlänge(n) AA eingestrahlten Anregungs- Strahlung 31 kann die Konzentration an radikalen Sauerstoff-Spezies O gesteuert werden, ohne hierbei (direkt) das Wasserstoff-Plasma bzw. die Konzentration an positiv geladenen ionischen Sauerstoff-Spezies 0+, 02+ zu beeinflussen. Durch die Variation der Leistung p der Anregungs-Strahlung 31 kann somit als Ziel-Plasmaparameter das Konzentrations-Verhältnis c(O) / C(H3+) der Konzentration c(O) der radikalen Sauerstoff-Spezies O zur Konzentration c(H3+) der radikalen Wasserstoff-Spezies H3+ eingestellt werden, die sich unmittelbar auf die Lebensdauer des reflektierenden optischen Elements 12 auswirkt. Mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 34 wird im gezeigten Beispiel eine Regelung des Konzentrations-Verhältnisses c(O) / c(H3 +) auf einen vorgegebenen Soll-Wert (c(O) / c(H3+))soii vorgenommen. Zu diesem Zweck wird die Leistung p der Anregungs-Strahlung 31 in Abhängigkeit von den mit Hilfe der Sensoren 44, 45 gemessenen Konzentrationen c(O) bzw. c(H3 +) der radikalen Sauerstoff-Spezies 0 und der radikalen Wasserstoff-Spezies H3+ bzw. des aus den beiden Konzentrationen gebildeten Ist-Wert des Konzentrations- Verhältnisses c(O) / C(H3+) ermittelt und auf den Soll-Wert (c(O) / c(H3+))soii geregelt. Die Regelung kann insbesondere schnell genug sein, um auch in einem transienten Zustand des Plasmas 43 das Konzentrations-Verhältnis c(O) / C(H3+) auf den Soll-Wert (c(O) / c(H3+))soii zu regeln. By varying the power p or the intensity of the excitation radiation 31 irradiated at the excitation wavelength (s) AA described above, the concentration of radical oxygen species O can be controlled without (directly) the hydrogen plasma or to influence the concentration of positively charged ionic oxygen species 0 + , 0 2+ . By varying the power p of the excitation radiation 31, the target plasma parameter can be the concentration ratio c (O) / C (H3 + ) of the concentration c (O) of the radical oxygen species O to the concentration c (H3 + ) the radical hydrogen species H3 + , which has a direct effect on the service life of the reflective optical element 12. In the example shown, the control device 34 is used to regulate the concentration ratio c (O) / c (H 3 + ) to a predetermined target value (c (O) / c (H3 + )) soii. For this purpose, the power p of the excitation radiation 31 is dependent on the concentrations c (O) or c (H 3 + ) of the radical oxygen species 0 and the radical hydrogen species H3 measured with the aid of the sensors 44, 45 + or the actual value of the concentration ratio c (O) / C (H3 + ) formed from the two concentrations is determined and regulated to the target value (c (O) / c (H3 + )) soii. The regulation can in particular be fast enough to increase the concentration ratio c (O) / C (H3 + ) to the target value (c (O) / c (H3 + )) soii even in a transient state of the plasma 43 rules.
Zusätzlich zur Regelung des Konzentrations-Verhältnisses c(O) / c(H3+) ist es günstig, wenn das Grundgleichgewicht von molekularem Wasserstoff H2 zu molekularem Sauerstoff O2 in dem Vakuumgehäuse 27 geeignet eingestellt wird. Die Einstellung erfolgt, indem die Steuerungseinrichtung 34 auf die Zuführungseinrichtung 41 einwirkt, um das Verhältnis der Spülgasflüsse von molekularem Wasserstoff und molekularem Sauerstoff einzustellen. In addition to regulating the concentration ratio c (O) / c (H3 + ), it is advantageous if the basic equilibrium of molecular hydrogen H2 to molecular oxygen O2 in the vacuum housing 27 is suitably set. The setting takes place in that the control device 34 acts on the feed device 41 in order to set the ratio of the purge gas flows of molecular hydrogen and molecular oxygen.
Eine typische Größenordnung für das Verhältnis von in dem Spülgas 42 zugeführtem molekularem Sauerstoff O2 zu molekularem Wasserstoff H2 zur Erzeugung einer ungefähren Balance zwischen Reduktion und Oxidation in dem Plasma 40 bei den durch die EUV-Strahlung 4 bei der Betriebs- Wellenlänge AB hervorgerufenen Wechselwirkung liegt in der Größenordnung von ca. 1 ppb O2 zu H2. A typical order of magnitude for the ratio of molecular oxygen O2 supplied in the purge gas 42 to molecular hydrogen H2 for generating an approximate balance between reduction and oxidation in the plasma 40 is the interaction caused by the EUV radiation 4 at the operating wavelength A B on the order of about 1 ppb O2 to H2.
Simulationen haben gezeigt, dass bei der Einstrahlung von Anregungs- Strahlung 31 bei einer Anregungs-Wellenlänge AA von 157 nm deutlich größere Bildungsraten von Sauerstoff-Radikalen 0 möglich sind als bei der Einstrahlung von Anregungs-Strahlung 31 bei einer Anregungs-Wellenlänge AA von 193 nm. Die Bildungsrate von atomarem Sauerstoff 0 bei 157 nm kann gegenüber der Bildungsrate bei der Wechselwirkung mit EUV-Strahlung 4 bei der Betriebs- Wellenlänge AA von 13,5 nm nahezu um den Faktor 20 gesteigert werden. Grundsätzlich gilt, dass bei der photoinduzierten Reaktion von molekularem Sauerstoff O2 mit der EUV-Strahlung 4 bei der Betriebs-Wellenlänge AA von 13,5 nm ca. 0,5 O-Atome gebildet werden, d.h. die dissoziative Ionisation weist einen Anteil von 50% auf, während bei 157 nm pro Dissoziation zwei O-Atome gebildet werden. Auch wenn die Bildungsrate von Sauerstoff-Radikalen O bei 193 nm geringer ist als bei 157 nm ist die Bildungsrate der Sauerstoff-Radikale O dennoch deutlich größer als bei 13,5 nm, so dass auch durch die Einstrahlung von Anregungs-Strahlung 31 bei einer Anregungs-Wellenlänge AA von 193 nm die Konzentration c(O) von radikalen Sauerstoff-Spezies O in dem Plasma 43 gesteigert werden kann. Simulations have shown that when excitation radiation 31 is irradiated at an excitation wavelength AA of 157 nm, significantly higher formation rates of oxygen radicals 0 are possible than when excitation radiation 31 is irradiated at an excitation wavelength AA of 193 nm . The rate of formation of atomic oxygen 0 at 157 nm can be increased almost by a factor of 20 compared to the rate of formation in the interaction with EUV radiation 4 at the operating wavelength A A of 13.5 nm. Basically, in the photo-induced reaction of molecular oxygen O2 with EUV radiation 4 at the operating wavelength AA of 13.5 nm, approx. 0.5 O atoms are formed, i.e. the dissociative ionization has a share of 50% while at 157 nm two O atoms are formed per dissociation. Even if the rate of formation of oxygen radicals O at 193 nm is lower than at 157 nm, the rate of formation of oxygen radicals O is still significantly greater than at 13.5 nm, so that even when excitation radiation 31 is irradiated during an excitation - Wavelength AA of 193 nm the concentration c (O) of radical oxygen species O in the plasma 43 can be increased.
Zur Bestimmung eines geeigneten Soll-Werts (c(O) / c(H3+))soii für den Ziel- Plasmaparameter in Form des Konzentrations-Verhältnisses c(O) / c(Fl3 +) oder für einen geeigneten anderen Ziel-Plasmaparameter, der die Lebensdauer des reflektierenden optischen Elements 12 beeinflusst, kann ein Verfahren durchgeführt werden, welches nachfolgend beispielhaft anhand des in Fig. 5 gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird. To determine a suitable target value (c (O) / c (H3 + )) soii for the target plasma parameter in the form of the concentration ratio c (O) / c (Fl 3 + ) or for another suitable target plasma parameter , which influences the service life of the reflective optical element 12, a method can be carried out which is described below by way of example with reference to the flowchart shown in FIG. 5.
In einem ersten Schritt S100 des Verfahrens werden die chemischen und geometrischen Plasmafreiheitsgrade definiert. In einem nachfolgenden Schritt S101 wird mindestens ein simulierter Plasmaparameter durch numerische Simulation des Plasmas 40 in dem Vakuumgehäuse 27 bzw. eines geeigneten Test-Plasmas bestimmt. Bei den simulierten Plasmaparametern handelt es sich im gezeigten Beispiel um die Flussdichten aller relevanten Plasma-Spezies. In einem weiteren Schritt S102 wird mindestens ein Plasmaparameter experimentell durch Vermessen eines Plasmas in einem Test-Aufbau der optischen Anordnung in Form der EUV-Lithographieanlage 1 bestimmt. Beim gezeigten Beispiel handelt es sich bei den gemessenen Plasmaparametern um die durch die Flüsse aller relevanten Plasma-Spezies induzierten Reaktionsraten (Reinigung, Ätzen, in solid Diffusion, Sputtern, etc.). Zusätzlich wird in einem weiteren Schritt S103 das EUV-Plasma zur Bestimmung der Flussraten aller relevanten Plasma-Spezies im EUVL-Scanner modelliert. In a first step S100 of the method, the chemical and geometric plasma degrees of freedom are defined. In a subsequent step S101, at least one simulated plasma parameter is determined by numerical simulation of the plasma 40 in the vacuum housing 27 or a suitable test plasma. In the example shown, the simulated plasma parameters are the flux densities of all relevant plasma species. In a further step S102, at least one plasma parameter is determined experimentally by measuring a plasma in a test setup of the optical arrangement in the form of the EUV lithography system 1. In the example shown, the measured plasma parameters are the reaction rates induced by the flows of all relevant plasma species (cleaning, etching, in solid diffusion, sputtering, etc.). In addition, in a further step S103, the EUV plasma is modeled in the EUVL scanner to determine the flow rates of all relevant plasma species.
In einem nachfolgenden Schritt S104 werden die in den Schritten S101 und S102 simulierten bzw. experimentell bestimmten Plasmaparameter kombiniert, um die flussnormierten Ratenkoeffizienten zu bestimmen. In einem darauffolgenden Schritt S105 werden die durch die Flüsse aller relevanten Plasma-Spezies induzierten Reaktionsraten (Reinigung, Ätzen, in solid Diffusion, Sputter, etc.) im Scanner, d.h. in der EUV-Lithographieanlage 1, bestimmt. Hierbei wird die im Allgemeinen nichtlineare Kopplung der Plasmaparameter sowie die in Schritt S103 bestimmten Flussraten aller relevanten Plasma-Spezies im EUVL-Scanner berücksichtigt. In a subsequent step S104, the plasma parameters simulated or experimentally determined in steps S101 and S102 are combined in order to determine the flow-normalized rate coefficients. In a subsequent step S105, the reaction rates induced by the flows of all relevant plasma species (cleaning, etching, in solid diffusion, sputtering, etc.) are determined in the scanner, i.e. in the EUV lithography system 1. Here, the generally non-linear coupling of the plasma parameters and the flow rates of all relevant plasma species determined in step S103 in the EUVL scanner are taken into account.
Für den Fall, dass die Reaktionsraten nicht mit einem vorgegebenen Kriterium für die Lebensdauer des reflektierenden optischen Elements 12 in dem Vakuumgehäuse 27 übereinstimmen, wird zu Schritt S100 zurückgekehrt und das Verfahren wird mit einer modifizierten Definition der chemischen und geometrischen Plasmafreiheitsgrade erneut durchgeführt, bis das vorgegebene Kriterium erfüllt ist. In the event that the reaction rates do not match a predefined criterion for the service life of the reflective optical element 12 in the vacuum housing 27, a return is made to step S100 and the method is carried out again with a modified definition of the chemical and geometric plasma degrees of freedom until the predefined Criterion is met.
Der in dem Schritt S105 bestimmte Soll-Wert (c(O) / C(H3+))SOM für den lebensdauerrelevanten Ziel-Parameter, beispielsweise das Konzentrations- Verhältnis der radikalen Sauerstoff-Spezies 0 zu den positiv geladenen ionischen Wasserstoff-Spezies Fh+, derz.B. in der Größenordnung von 106 liegen kann, wird als Vorgabe für den Soll-Wert der weiter oben beschriebenen Regelung der EUV-Lithographieanlage 1 verwendet. The desired value (c (O) / C (H3 + )) S O M determined in step S105 for the target parameter relevant to service life, for example the concentration ratio of the radical oxygen species 0 to the positively charged ionic hydrogen species Fh + , e.g. can be of the order of magnitude of 10 6 , is used as a specification for the target value of the regulation of the EUV lithography system 1 described above.
Es versteht sich, dass das in Fig. 5 dargestellte Verfahren stark vereinfacht ist und lediglich die wesentlichen Schritte bei der Bestimmung von geeigneten Ziel- bzw. Soll-Werten für das Plasma 43 in dem Vakuumgehäuse 27 dargestellt sind. It goes without saying that the method shown in FIG. 5 is greatly simplified and only covers the essential steps in determining suitable target or target values for the plasma 43 in the vacuum housing 27 are shown.
Es versteht sich ebenfalls, dass durch die Einstrahlung von Anregungs- Strahlung 31 in dem Vakuumgehäuse 27 neben Wasserstoff und Sauerstoff auch bei anderen in dem Plasma 43 bzw. in dem Restgas 40 enthaltenen Gase, beispielsweise bei Stickstoff (N2), photoinduzierte Reaktionen angeregt werden können. Bei Stickstoff gilt analog zu Wasserstoff, dass durch die Einstrahlung von Anregungs-Strahlung 31 bei höheren Wellenlängen als der Betriebs- Wellenlänge AB der Anteil von N2+-lonen, der bei der Photo-Ionisationsreaktion gebildet wird, und der Anteil von N+-lonen bzw. N-Radikalen, der bei der Photo- Dissoziationsreaktion gebildet wird, beeinflusst bzw. eingestellt werden kann. It is also understood that the irradiation of excitation radiation 31 in the vacuum housing 27 can excite photoinduced reactions in addition to hydrogen and oxygen in the case of other gases contained in the plasma 43 or in the residual gas 40, for example in the case of nitrogen (N2) . In the case of nitrogen, analogously to hydrogen, the irradiation of excitation radiation 31 at wavelengths higher than the operating wavelength A B results in the proportion of N2 + ions that are formed during the photo-ionization reaction and the proportion of N + - Ions or N-radicals, which are formed during the photo-dissociation reaction, can be influenced or adjusted.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Betreiben einer optischen Anordnung (1 ) für die EUV- Lithographie, umfassend: 1. A method for operating an optical arrangement (1) for EUV lithography, comprising:
Erzeugen von EUV-Strahlung (5) bei einer Betriebs-Wellenlänge (AB) im EUV-Wellenlängenbereich mittels einer EUV-Strahlungsquelle (2) der optischen Anordnung (1), und Generating EUV radiation (5) at an operating wavelength (AB) in the EUV wavelength range by means of an EUV radiation source (2) of the optical arrangement (1), and
Erzeugen eines Plasmas (43) in einem Vakuumgehäuse (27) der optischen Anordnung (1), in dem mindestens ein optisches Element (12) angeordnet ist, durch eine Wechselwirkung der EUV-Strahlung (5) mit einem in dem Vakuumgehäuse (27) enthaltenen Restgas (40), gekennzeichnet durch Generating a plasma (43) in a vacuum housing (27) of the optical arrangement (1), in which at least one optical element (12) is arranged, by interaction of the EUV radiation (5) with one contained in the vacuum housing (27) Residual gas (40), characterized by
Einstrahlen von Anregungs-Strahlung (31) in das Vakuumgehäuse (27) bei mindestens einer Anregungs-Wellenlänge (AA), die sich von der Betriebs- Wellenlänge (AB) unterscheidet, mittels einer Anregungs-Einrichtung (30), sowie Radiation of excitation radiation (31) into the vacuum housing (27) at at least one excitation wavelength (AA), which differs from the operating wavelength (AB), by means of an excitation device (30), and
Gezieltes Anregen mindestens einer photoinduzierten Reaktion in dem Restgas (40) in dem Vakuumgehäuse (27) durch Ansteuern der Anregungs- Einrichtung (30). Targeted excitation of at least one photo-induced reaction in the residual gas (40) in the vacuum housing (27) by controlling the excitation device (30).
2. Optische Anordnung (1 ) für die EUV-Lithographie, umfassend: eine EUV-Strahlungsquelle (2) zur Erzeugung von EUV-Strahlung (5) bei einer Betriebs-Wellenlänge (AB) im EUV-Wellenlängenbereich, mindestens ein Vakuumgehäuse (27), in der mindestens ein optisches Element (12) angeordnet ist und das ein Restgas (40) enthält, wobei im Betrieb der optischen Anordnung (1) durch eine Wechselwirkung der EUV- Strahlung (5) mit dem Restgas (40) ein Plasma (43) in dem Vakuumgehäuse (27) erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine Anregungs-Einrichtung (30), die zur Einstrahlung von Anregungs- Strahlung (31) in das Vakuumgehäuse (27) bei mindestens einer Anregungs-Wellenlänge (AA) ausgebildet ist, die sich von der Betriebs- Wellenlänge (AB) unterscheidet, sowie eine Steuerungseinrichtung (34), die ausgebildet ist, die Anregungs- Einrichtung (30) im Betrieb der optischen Anordnung (1) anzusteuern, insbesondere um gezielt mindestens eine photoinduzierte Reaktion in dem Restgas (40) in dem Vakuumgehäuse (27) anzuregen. 2. Optical arrangement (1) for EUV lithography, comprising: an EUV radiation source (2) for generating EUV radiation (5) at an operating wavelength (AB) in the EUV wavelength range, at least one vacuum housing (27) , in which at least one optical element (12) is arranged and which contains a residual gas (40), wherein during operation of the optical arrangement (1) a plasma (43 ) is generated in the vacuum housing (27), characterized by an excitation device (30) which is used for irradiating excitation radiation (31) into the vacuum housing (27) in at least one Excitation wavelength (AA) is formed, which differs from the operating wavelength (AB), and a control device (34), which is designed to control the excitation device (30) during operation of the optical arrangement (1), in particular in order to specifically stimulate at least one photo-induced reaction in the residual gas (40) in the vacuum housing (27).
3. Optische Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Anregungs-Einrichtung (30) ausgebildet ist, die Anregungs-Strahlung (31) in einem Wellenlängenbereich in das Vakuumgehäuse (27) einzustrahlen, der zwischen 30 nm und 300 nm, bevorzugt zwischen 100 nm und 200 nm, liegt. 3. Optical arrangement according to claim 2, in which the excitation device (30) is designed to radiate the excitation radiation (31) into the vacuum housing (27) in a wavelength range between 30 nm and 300 nm, preferably between 100 nm and 200 nm.
4. Optische Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der Anregungs- Einrichtung (30) ausgebildet ist, die Anregungs-Strahlung (31) bei der mindestens einen Anregungs-Wellenlänge (AA) durch spektrale Filterung von Strahlung (5a) zu bilden, die von der EUV-Strahlungsquelle (2) bei Wellenlängen außerhalb des EUV-Wellenlängenbereichs emittiert wird. 4. Optical arrangement according to claim 2 or 3, wherein the excitation device (30) is designed to form the excitation radiation (31) at the at least one excitation wavelength (AA) by spectral filtering of radiation (5a), the is emitted by the EUV radiation source (2) at wavelengths outside the EUV wavelength range.
5. Optische Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Anregungs- Einrichtung (30) mindestens eine Anregungs-Strahlungsquelle (35a, b) zur Erzeugung der Anregungs-Strahlung (31) aufweist. 5. Optical arrangement according to claim 2 or 3, in which the excitation device (30) has at least one excitation radiation source (35a, b) for generating the excitation radiation (31).
6. Optische Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Anregungs-Einrichtung (30) ausgebildet ist, die Anregungs-Strahlung (31) bei der mindestens einen Anregungs-Wellenlänge (AA) durch spektrales Filtern von Strahlung (36) zu bilden, die von der Anregungs-Strahlungsquelle (35a) emittiert wird. 6. Optical arrangement according to claim 5, wherein the excitation device (30) is designed to form the excitation radiation (31) at the at least one excitation wavelength (AA) by spectral filtering of radiation (36) from the excitation radiation source (35a) is emitted.
7. Optische Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Anregungs- Strahlungsquelle (35b) ausgebildet ist, die Anregungs-Strahlung (31) bei einer einzigen Anregungs-Wellenlänge (AA) ZU erzeugen. 7. Optical arrangement according to claim 5, in which the excitation radiation source (35b) is designed to generate the excitation radiation (31) at a single excitation wavelength (AA).
8. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei der die Anregungs-Einrichtung (30) zur Erzeugung der Anregungs-Strahlung (31) bei mindestens einer Anregungs-Wellenlänge (AA) ausgebildet ist, bei der ein Wirkungsquerschnitt (s) der von der Anregungs-Strahlung (31) angeregten photoinduzierten Reaktion mit dem Restgas (40) mindestens 70% eines maximalen Wirkungsquerschnitts (omax) der von der Anregungs- Strahlung (31) angeregten photoinduzierten Reaktion mit dem Restgas (40) beträgt. 8. Optical arrangement according to one of claims 2 to 7, wherein the excitation device (30) for generating the excitation radiation (31) is formed at at least one excitation wavelength (AA), in which an effective cross section (s) of by the excitation radiation (31) excited photoinduced reaction with the residual gas (40) is at least 70% of a maximum cross section (o max ) of the photoinduced reaction with the residual gas (40) excited by the excitation radiation (31).
9. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei welcher die Anregungs-Einrichtung (30) ein optisches Einkoppel-Element (33) zum Einkoppeln der Anregungs-Strahlung (31) in einen Strahlengang (7, 9) der optischen Anordnung (1) aufweist. 9. Optical arrangement according to one of claims 2 to 8, in which the excitation device (30) has an optical coupling element (33) for coupling the excitation radiation (31) into a beam path (7, 9) of the optical arrangement ( 1).
10. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, weiter umfassend: eine Zuführungseinrichtung (41) zur Zuführung mindestens eines Spülgases (42) in das Vakuumgehäuse (27). 10. Optical arrangement according to one of claims 2 to 9, further comprising: a feed device (41) for feeding at least one flushing gas (42) into the vacuum housing (27).
11. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, welche ausgebildet ist, das Plasma (43) durch eine Wechselwirkung der EUV- Strahlung (5) mit mindestens einem Bestandteil des Restgases (40) zu erzeugen, der ausgewählt ist aus der Gruppe: Wasserstoff, Argon, Helium, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoffdioxid. 11. Optical arrangement according to one of claims 2 to 10, which is designed to generate the plasma (43) by interaction of the EUV radiation (5) with at least one component of the residual gas (40) which is selected from the group: Hydrogen, argon, helium, oxygen, nitrogen and carbon dioxide.
12. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , bei welcher die Steuerungseinrichtung (34) ausgebildet ist, die Anregungs-Einrichtung (30) anzusteuern, die Leistung (p) der Anregungs-Strahlung (31), eine Intensitätsverteilung der Anregungs-Strahlung (31) und/oder die Anregungs- Wellenlänge (AB) ZU verändern. 12. Optical arrangement according to one of claims 2 to 11, in which the control device (34) is designed to control the excitation device (30), the power (p) of the excitation radiation (31), an intensity distribution of the excitation radiation (31) and / or change the excitation wavelength (AB) ZU.
13. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, weiter umfassend: mindestens einen Sensor (44, 45) zur Messung mindestens eines Plasmaparameters (c(H2+), c(H3+), c(H), c(H3+) / c(H)) des in dem Vakuumgehäuse (27) gebildeten Plasmas (43), wobei die Steuerungseinrichtung (34) ausgebildet ist, die in das Vakuumgehäuse (27) eingestrahlte Anregungs-Strahlung (31) in Abhängigkeit von dem mindestens einen gemessenen Plasmaparameter (c(H2+), c(H3+), c(H)) zu verändern. 13. Optical arrangement according to one of claims 2 to 12, further comprising: at least one sensor (44, 45) for measuring at least one plasma parameter (c (H2 + ), c (H3 + ), c (H), c (H3 +) ) / c (H)) of the plasma (43) formed in the vacuum housing (27), the control device (34) being designed to generate the excitation radiation (31) radiated into the vacuum housing (27) as a function of the at least one measured Change plasma parameters (c (H2 + ), c (H3 + ), c (H)).
14. Optische Anordnung nach Anspruch 13, bei welcher die Steuerungseinrichtung (34) ausgebildet ist, im Betrieb der optischen Anordnung (1 ), insbesondere in einem transienten Zustand des Plasmas (43), mindestens einen Ziel-Plasmaparameter (c(O) / c(H3 +)) auf einen vorgegebenen Soll-Wert ((c(O) / c(H3+))soii) zu regeln. 14. Optical arrangement according to claim 13, in which the control device (34) is designed, during operation of the optical arrangement (1), in particular in a transient state of the plasma (43), at least one target plasma parameter (c (O) / c (H 3 + )) to a predetermined target value ((c (O) / c (H3 + )) soii) to regulate.
15. Optische Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, bei welcher der Ziel- Plasmaparameter ein Verhältnis der Konzentrationen (c(H3+), c(O)) von mindestens zwei Plasma-Spezies (H3+, 0) bildet, bevorzugt ein Verhältnis zwischen einer Konzentration (c(0)) mindestens einer Sauerstoff-Spezies, insbesondere einer radikalen Sauerstoff-Spezies (0), und einer Konzentration (c(H3+)) mindestens einer Wasserstoff-Spezies, insbesondere einer ionischen Wasserstoff-Spezies (H3+). 15. Optical arrangement according to claim 13 or 14, in which the target plasma parameter forms a ratio of the concentrations (c (H3 + ), c (O)) of at least two plasma species (H3 + , 0), preferably a ratio between a concentration (c (0)) of at least one oxygen species, in particular a radical oxygen species (0), and a concentration (c (H3 + )) of at least one hydrogen species, in particular an ionic hydrogen species (H3 + ) .
16. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welcher der gemessene Plasmaparameter (c(H2+), c(H3+), c(H)) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: eine Konzentration (c(H2+), c(H3+), c(H)) mindestens einer ionischen, neutralen oder radikalen Plasma-Spezies (H2+, H3+, H) oder ein Verhältnis zwischen den Konzentrationen von mindestens zwei ionischen, neutralen oder radikalen Plasma-Spezies (c(H3+) / c(H)). 16. Optical arrangement according to one of claims 13 to 15, in which the measured plasma parameter (c (H2 + ), c (H3 + ), c (H)) is selected from the group comprising: a concentration (c (H2 + ) , c (H3 + ), c (H)) of at least one ionic, neutral or radical plasma species (H2 + , H3 + , H) or a ratio between the concentrations of at least two ionic, neutral or radical plasma species (c (H3 + ) / c (H)).
17. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei welcher der Sensor (44, 45) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: lonensensoren (44) und Radikalensensoren (45), insbesondere emissionsspektroskopische Sensoren, absorptionsspektroskopische Sensoren, laserfluoreszenzspektroskopische Sensoren, massenspektroskopische Sensoren, Retarding Field Energy-Analysatoren, sowie Langmuir-Sonden. 17. Optical arrangement according to one of claims 13 to 16, in which the sensor (44, 45) is selected from the group comprising: ion sensors (44) and radical sensors (45), in particular emission spectroscopic sensors, absorption spectroscopic sensors, laser fluorescence spectroscopic sensors, mass spectroscopic sensors , Retarding Field Energy Analyzers, and Langmuir Probes.
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