專利名稱：用于避免和清潔光學元件上污染物的裝置,euv石版印刷設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于避免光學元件表面污染物的方法。
本發(fā)明還涉及一種用于控制至少一個光學元件表面的污染物的方法以及一種帶有光學元件的EUV石版印刷設(shè)備，在至少一個光學元件的附近設(shè)置了用于檢測光電子和二級電子的探測裝置，并與評估裝置功能性連接。
本發(fā)明還涉及一種通過在含有受控制的殘余氣體量的真空中曝露在輻射下的方式來清潔光學元件的污染表面的方法。
多層系統(tǒng)被理解為具有特殊的一個/多個覆蓋層的系統(tǒng)。
這里電場強度被定義為電場強度在時間上的均方值，光電流被定義為由于輻射而出現(xiàn)的光誘導的電流，光電子放射被定義為由于輻射出現(xiàn)的光誘導的電子在真空中的釋放，光電子被定義為由于輻射引起的光誘導的釋放到真空中的電子，二級電子被定義為通過二級過程減速的電子。
光學元件，例如光掩膜或者多層鏡，對于遠紫外波長范圍(EUV)，特別是在11nm-14nm之間的波長范圍內(nèi)，應(yīng)用在半導體部件的EVU石版印刷設(shè)備中。典型的EUV石版印刷設(shè)備具有8個甚至更多的鏡面。為了達到工作射線的足夠的整體強度，鏡面必須具有盡可能高的反射率，因為整體強度與各個鏡面的反射率的乘積成正比。鏡面應(yīng)當在其整個使用壽命期間保持這種高的反射率。此外，鏡面的表面在鏡面的整個使用壽命期間應(yīng)當保持均一性。
EUV鏡面和EUV光掩膜的反射率和壽命特別是通過在EUV照射下表面沉積碳形式的污染物或者以表面被氧化的形式受到影響。沉積例如由含碳的物質(zhì)涂敷而成，該含碳的物質(zhì)以氣體的形式從一些裝置部件或者從被照射的晶片上的光阻釋放出來。氧化是由在殘余氣體中存在的含氧的分子引起的，這些含氧分子通過EUV照射借助于光電子放射分解為自由基。由于從光學元件表面發(fā)射出的光電子將表面以動態(tài)平衡方式吸收的殘余氣體分子分解為片斷，然后這些片斷永久地沉積在表面上或者和表面發(fā)生反應(yīng)，這些光電子導致了污染物的積累。
在殘余氣體空氣中的典型的主要物質(zhì)是氫、氧、氮、水蒸氣、一氧化碳和二氧化碳。通常，局部壓力(以毫巴為單位)在下列范圍內(nèi)
根據(jù)局部壓力條件和入射EUV強度，主要發(fā)生表面氧化過程或者在表面上的碳沉積過程。因此，稱為氧化環(huán)境或碳化環(huán)境。
德國公開文獻DE 41 06 841 A1公開了一種利用光電子放射來確定污染物的方法，其中通過連續(xù)照射表面來釋放光電子，并通過電子采集裝置來進行檢測。光電子流可以用來確定污染物層的厚度。為了補償電容電流的影響，還設(shè)置了第二個電子采集裝置，其緊鄰第一個電子采集裝置，并距表面有相同的距離。這兩個電子采集裝置所測得的電流相減。此外，還提供了光電效應(yīng)的補償裝置。
US 6,004,180公開了一種清潔電子發(fā)射部件的一種方法，其形成了陰極射線管的陰極。其中通過導入氣體，如氧，使陰極上的沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)物質(zhì)。但是并未描述氣體導入的控制。
JP 62051224A中公開了在測量光電子時利用紫外線氧化進行清潔。含碳物質(zhì)污染的表面在含氧的空氣中曝露在紫外線下。在紫外線的影響下，形成了臭氧，其緊接著分解為氧自由基，而氧自由基可氧化被清理表面的碳污染物。紫外線此外還引起了二級電子的釋放。它們的數(shù)目隨著污染層厚度的減小而增加。發(fā)出表示光電子放射的強度的信號，但是，這個信號并不用于控制清潔過程。
EP 0 987 601 A2公開了用于測量軟X射線曝光系統(tǒng)中的光學元件的污染物程度的方法和裝置。為此目的，測量潛在的被污染表面發(fā)出的光電子。這個信號將進行在線分析。通過與經(jīng)驗數(shù)據(jù)相比較，將其轉(zhuǎn)換為污染物程度。如果達到了一定的污染物等級，必須更換相應(yīng)的光學元件。
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于在表面污染導致光學元件無法使用之前，避免光學元件曝露在EUV輻射下的表面上的污染的方法和裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種清潔被污染的表面的方法。
本發(fā)明的目的通過這樣一種方法來實現(xiàn)，其中應(yīng)用光電流調(diào)整殘余氣體成份，使得殘余氣體成份根據(jù)光電流的至少一個下閾值和一個上閾值來改變。
通過使用殘余氣體分析儀(例如質(zhì)譜儀)進行的殘余氣體分析可以附加地通過試驗確定所處環(huán)境是氧化環(huán)境還是碳化環(huán)境(校準)，從而確定了污染物的類型和程度。在這種分析中，需要考慮入射EUV的強度和入射射線的光譜。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在光電流和光學元件表面的污染物之間的關(guān)系可以用于積極地控制和減少光學元件的污染物。
通過增加或減少相應(yīng)氣體添加到光學元件所處的封閉系統(tǒng)中的添加量，可以將氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟h(huán)境，或進行相反的轉(zhuǎn)換。
從殘余氣體環(huán)境吸收到任意表面的氣體成份(例如碳氫化合物)通過光電子在EUV照射的表面區(qū)域內(nèi)分解，因此碳層將在光學元件表面沉積，這導致了光電流的改變。隨之發(fā)生了使碳氧化為CO和CO2的過程，由此可以再次去除碳層，這導致了光電流的相反的變化。
如果不僅觀測被照射表面的變化，而且通過改變殘余氣體環(huán)境迅速地影響表面的污染物程度的進一步改變，那么就可以非常容易地控制污染物速率和污染物層的分解。
在瞬時效應(yīng)已經(jīng)衰減之后，在開始照射時獲得第一閾值S1，它表明了被照射的表面的最初實際狀態(tài)的特征。反之，預先確定一個或多個第二閾值S2，i。這些閾值不僅僅取決于反射層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，即它的材料和厚度，而且與殘余氣體的最初成份和EUV強度有很大關(guān)系。瞬時效應(yīng)的衰減尤其應(yīng)當理解為光學元件表面上通常存在的水層的解吸，它在開始照射時形成了很高的光電流，隨著含水層的減少而相應(yīng)降低。這個過程持續(xù)數(shù)分鐘，需要的時間最多為20分鐘，優(yōu)選為5分鐘，直到光電流穩(wěn)定。
一個或者多個第二閾值S2，i必須事先從校準測量中獲得。此時需要考慮輻射應(yīng)用，例如在光刻印刷時污染物和反射率應(yīng)當只限于在特定的范圍內(nèi)波動。
閾值S1和S2，i最好由工作條件下，即瞬時效應(yīng)衰減之后，干凈的未被氧化的表面的光電流來確定。S1對應(yīng)于干凈的表面的光電流，S2，i對應(yīng)于的希望的碳層厚度的光電流。
在評估光電子放射測量值時，如果衰減的時間常數(shù)降低到輻射源的時間周期T小，相應(yīng)的電流信號隨時間的指數(shù)衰減可以起到一定的作用。同步加速器輻射具有較高的兆赫范圍內(nèi)的脈沖頻率，因而根據(jù)光電流測量的時間延遲可以測得一個恒定電流。相反，脈沖激光具有較低的千赫范圍內(nèi)的頻率，因而利用光電子放射過程的時間常數(shù)可以測得一個鋸齒形的電流。為了避免輻射源的周期的影響，光電子放射信號最好被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光電流的平均時間積分I。
其中T2-T1＞＞T，T是周期。
此外，有利的是將時間上平均的電流積分歸一化為對于每一個被照射的光學表面的入射輻射強度。
I歸一化＝I電流/I輻射，其中 其中T2-T1＞＞T，T是周期，i＝1，2，...，n，n＝被照射表面的數(shù)量。
當提到光電流的時候，基本上是指I歸一化。
在碳化環(huán)境中，最好應(yīng)用光電流以調(diào)整局部氧壓或者含氧氣體的局部壓力。
在氧化環(huán)境中，最好應(yīng)用光電流以調(diào)整含碳氫化合物的氣體的局部壓力。
優(yōu)選地，光電流的閾值從介于最小光電流Imin和最大光電流Imax之間的范圍內(nèi)選擇。當入射信號波長被反射時在多層系統(tǒng)中形成的駐波的電場強度的最小值和最大值位于多層系統(tǒng)中的自由界面中時，出現(xiàn)所述的閾值。需要注意的是，多層系統(tǒng)中的自由界面只在電場強度的駐波的下降沿或上升沿的范圍內(nèi)移動。如果在照射時駐波的極值穿過自由界面，就無法保證對殘余氣體成份進行有意義的調(diào)節(jié)。當開始照射時自由界面是位于下降沿還是上升沿由多層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來決定。尤其優(yōu)選的是，在具有Ru頂層的多層系統(tǒng)中，最好這樣來選擇設(shè)計，使得頂層的自由界面在碳增加時位于電場強度的駐波的下降沿。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施例，按照下面的步驟進行a)在瞬時效應(yīng)衰減之后，在開始EUV照射時測量光電流的第一個值，將該值存儲為第一閾值S1；b)定義光電流的至少一個第二閾值S2，i；其中i＝1，2，3，…，使得S1＞S2，i；或者S1＜S2，i；c)在進行EUV照射期間測量光電流；d)在達到第二閾值S2，i之前或者之時或超過第二閾值S2，i時，向封閉的系統(tǒng)加入至少一種氣體，之后，在達到第一閾值S1之前或者達到之時或者超過第一閾值S1時，至少減少加入氣體的加入量，通過這種方式在照射期間根據(jù)所測得的光電流調(diào)節(jié)氣體成份。
這里加入的氣體最好是氧化性氣體。當選擇S1＞S2，i時，自由界面位于電場強度的駐波的下降沿中。當選擇S1＜S2，i時，自由界面位于上升沿中。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另外一個優(yōu)選實施例，按照下面的步驟進行a)在瞬時效應(yīng)衰減之后，在開始EUV照射時測量光電流的第一個值，將該值存儲為第一閾值S1；b)定義光電流的至少一個第二閾值S2，i；其中i＝1，2，3，...，使得S1＞S2，i，或者S1＜S2，i；c)在進行EUV照射期間測量光電流；d)在達到第一閾值S1之前或者之時或超過第二閾值S1時，向封閉的系統(tǒng)加入至少一種氣體，之后，在達到第二閾值S2，1之前或者達到之時或者超過第二閾值S2，1時，至少減少加入氣體的加入量，通過這種方式在照射期間根據(jù)所測得的光電流調(diào)節(jié)氣體成份。
這里加入的氣體最好是碳化性氣體。當選擇S1＞S2，i時，自由界面位于電場強度的駐波的下降沿中。當選擇S1＜S2，i；時，自由界面位于上升沿中。
兩種前述的方法也可以結(jié)合起來，根據(jù)閾值來替換地加入相應(yīng)氣體或者減少氣體的加入量。
該方法可以引起光電流曲線的下降或者光電流曲線的振蕩，這點將在下文描述。
加入何種氣體以及何種量以可控的方式一方面取決于殘余氣體的成份，另一方面取決于已經(jīng)存在的污染物的類型和程度以及取決于測得的光電子放射信號。
所述氣體可以是已經(jīng)包含在殘余氣體環(huán)境中，但是它的量非常少，以達到理想的效果。這種可能的效果是阻止氧化或者確定地調(diào)節(jié)到理想的碳分量。
殘余氣體成份的比例的改變可以通過加入一氧化碳、二氧化碳、氫、水、氧或氮來實現(xiàn)。
也可以加入之前在殘余氣體環(huán)境中并不存在的氣體。
最好加入惰性氣體，如SF6，He，Ne，Ar，Kr或Xe。這些氣體影響碳化氣體或者氧化氣體的效果或者反應(yīng)速度。
為了使氧化殘余氣體環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟瘹堄鄽怏w環(huán)境，加入碳氫化合物，最好是烷烴、烯烴、炔、醇、酮、醛和其他的碳氫化合物。
為了對于碳化和氧化環(huán)境的臨界平衡進行細微的調(diào)節(jié)，添加了含氧的氣體，最好是蟻酸、醋酸、丙酸、過氧化氫、肼、N2O、NO、NO2、SO2和其他含氧氣體。
為了降低較高的碳組分，可短期地應(yīng)用含鹵素和含氫的組合物，最好是F、Cl、Br、I、氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氟化碳、氟甲烷、二氟甲烷、氨、磷、銻化氫、氟化氫、氯化氫、溴化氫、碘化氫、氟化硼、乙硼烷、三氟化氮、硫化氫、硒化氫、碲化氫和其他的含鹵/含氫氣體，或者這些氣體中的兩種或者多種的混合物。
這種氣體的添加最好可連續(xù)加入。例如，可以連續(xù)地打開氣體饋送閥門，并且在光電流接近閾值時也可持續(xù)地關(guān)閉閥門。
為了支持該過程，上述氣體的局部壓力通過光電流來調(diào)整。優(yōu)選地，應(yīng)用光電流調(diào)整含氧氣體的局部壓力。
當殘余氣體環(huán)境的成份通過改變局部氧壓來改變時，優(yōu)選進行氧化過程或者碳沉積過程。局部氧壓通過添加氧或含氧氣體來改變。通過提高局部氧壓，平衡向著氧化過程發(fā)生改變，減少了含碳物質(zhì)的沉積。由于發(fā)射的二級電子的數(shù)量對于自由界面的移動非常敏感，因此利用根據(jù)本發(fā)明的方法可以與埃到納米級的污染物層進行反應(yīng)，以使在照射過程中污染物顯著減小。
局部氧壓優(yōu)選地在10-12-102毫巴之間，特別優(yōu)選在10-9-103毫巴之間，尤其是在10-18-10-5毫巴之間調(diào)整。
在最簡單的情形下閾值是光電流的最大值，其恰好對應(yīng)于所能允許的氧化程度。如果超過最大值，必須改變殘余氣體成份，以立即禁止任何進一步的氧化過程。
閾值的另外一個例子是光電流的最小值，其對應(yīng)于所能允許的碳層沉積。如果超過了最小值，必須改變殘余氣體成份，以立即禁止任何進一步的碳沉積。
當考慮自由界面的電場強度的最初特征的時候，還可以考慮使用中間值作為適當?shù)拈撝怠４送?，有意義的是將光電流的時間曲線轉(zhuǎn)換為數(shù)學上的1階和高階導數(shù)。按照理想的工作條件，可根據(jù)光電流曲線的這些導數(shù)推導出閾值。
特別適當?shù)氖牵谶_到光電子放射強度的最大值或者最小值之前直接接通/斷開氣體供應(yīng)，這是因為相應(yīng)的梯度變化可以相對于穿過極值的情況更加精確地確定。例如，通過這種方式可以有效防止鏡面表面所不希望的氧化，即在去除碳污染物之后的氧化。
還可以監(jiān)控光電子強度的二階或者高階導數(shù)或者其他的函數(shù)，如積分。
為了實現(xiàn)在平衡態(tài)的收斂，其中特別是氧化和含碳物質(zhì)的沉積的作用相抵消，使污染物程度保持在盡可能的最小值，證明優(yōu)選的是，使第二閾值S2，i逼近于第一閾值S1。
優(yōu)選地定義了多個第二閾值S2，i，使得公式|S2，i+1-S1|≤|S2，i-S1|或者|S2，i+1-S2，i|≤|S2，i-S2，i-1|，其中i＝1，2，3，...。
該方法可以通過下述方式進一步改進，即在EUV照射之前，確定當入射信號波長被反射時在多層系統(tǒng)中形成的駐波的電場強度相對于多層系統(tǒng)的自由界面處的最接近的最小值的位置和/或拐點和/或最大值的位置(曲線位置)，并且根據(jù)該位置相應(yīng)地確定第二閾值S2，i相對于第一閾值S1是上閾值還是下閾值。
可以看出，在根據(jù)多層結(jié)構(gòu)在光學元件自由界面處形成的駐波的電場強度和該自由界面的污染物之間存在關(guān)聯(lián)性。還發(fā)現(xiàn)，當自由界面處形成的駐波的電場強度最小的時候，從該界面發(fā)射出的光電子也最少。另一方面，當自由界面處的電場強度最大的時候，光電流也最大。
當光電子發(fā)射較少或沒有的時候，進一步阻止表面上以動態(tài)平衡方式從殘余氣體中沉積的殘余氣體分子，如碳氫分子或者水分子的分解，這種分解可能污染自由界面。在含氧的殘余氣體環(huán)境中，通過光電流控制環(huán)路可以使動態(tài)平衡發(fā)生移動，使得盡管有光電子發(fā)射，仍然既不出現(xiàn)氧化又沒有碳的集聚。
未受污染的多層系統(tǒng)的曲線位置決定了工作時也就是指當光學元件的表面上有污染物時的光電流曲線的初始形狀。一方面碳層的增加使曲線位置產(chǎn)生了變化，另一方面碳材料的沉積使光轉(zhuǎn)變效率降低。這兩種效應(yīng)的疊加導致了光電流或多或少的增加或降低。
與此相應(yīng)的，第二閾值S2，i選作為下閾值或者上閾值。
優(yōu)選地，上閾值S2，i被選為小于或者等于最大光電流Imax，其中自由界面位于駐波的電場強度的最大值處。
下閾值S2，i最好大于或者等于最小光電流Imin，其中自由界面在駐波的電場強度的最小值處。優(yōu)選地，閾值S2，i在Imax-Imin的80％到10％之間調(diào)整，最好是在50％-20％之間。
容易氧化的表面必須防止表面氧化，但在氧化環(huán)境中并不能防止。因此，優(yōu)選的是在EUV照射之前調(diào)整引起碳沉積的碳化氣體成份，但是這種碳沉積由于可控制的殘余氣體調(diào)節(jié)(例如，通過加入至少一種含氧的氣體)又可以消除。也可以每次在達到第一閾值S1之前返回到碳化環(huán)境中(例如通過加入至少一種含碳的氣體)。
為了獲得被照射表面的快速反應(yīng)以改變殘余氣體成份，最好將氣體加入到盡可能靠近表面處，即釋放到光學元件的附近。
此外，該目的通過控制至少一個光學元件的表面污染物的裝置來實現(xiàn)，所述裝置包括用于檢測光學元件發(fā)出的光電子的檢測單元、與檢測單元相連接的評估單元，以及一個與評估單元和氣體加入單元相連接的控制單元。所述評估單元用于比較測得的光電流和光電流的至少兩個被存儲的閾值，并用于將與閾值相關(guān)的信號傳輸?shù)娇刂茊卧?br> 根據(jù)本發(fā)明的EUV石版印刷設(shè)備具有光學元件，在至少一個光學元件的附近安裝有一個用于檢測光電子的檢測單元，其與一個評估單元功能性連接，其特征在于，一個控制單元與所述評估單元相連接，并且該控制裝置與至少一個氣體加入單元功能性連接，所述評估單元用于比較測得的光電流和光電流的至少兩個被存儲的閾值，并將與閾值相關(guān)的信號傳輸?shù)娇刂茊卧?br> 根據(jù)本發(fā)明的裝置或者其作為EUV石版印刷設(shè)備的實施例適合用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法。利用所述檢測單元，可以進行光電子發(fā)射的檢測。這個數(shù)據(jù)將在評估單元中優(yōu)選地用它的時間函數(shù)特性(或者它的導數(shù)、積分或者其他適當?shù)暮瘮?shù))來換算，和閾值進行比較。由此得到的信息將轉(zhuǎn)發(fā)到控制單元，之后，控制單元控制氣體加入單元。
優(yōu)選地，所述檢測單元包括一個設(shè)置在光學元件的表面上的檢測環(huán)或者檢測網(wǎng)絡(luò)，其以如下的方式設(shè)置和/或設(shè)計，使得它不影響EUV照射或?qū)UV照射影響很小。但是光電流也可以通過附近的任何一個金屬表面來釋放。所述金屬表面可以是板或者真空室壁。
檢測單元的開口直徑例如可選擇得足夠大，使得EUV射線可以不受阻擋地通過，同時仍然可以準確地測量光電子。
氣體加入單元最好包括至少一個氣體饋入口，其最好靠近光學元件的表面布置。通過相鄰布置，可以顯著地縮短加入的氣體產(chǎn)生效果的反應(yīng)時間。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述裝置和EUV石版印刷設(shè)備具有一個質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀也將其信號傳輸?shù)皆u估單元。該質(zhì)譜儀用于在照射之前或者照射開始時測定殘余氣體成份或者在照射期間與光電子發(fā)射測量同時地測量氣體成份或它的局部壓力。
此外，提供了至少一個用于檢測總壓力的測量裝置。
優(yōu)選地，評估單元和控制單元組合到一個閉環(huán)控制單元中，它可以設(shè)計為模擬電路或者數(shù)字電路，也可以設(shè)計為積分電路的形式。它也可以是一個配備有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和控制卡的計算機。
此外，為了對光電流進行歸一化，優(yōu)選地(例如在每個鏡面上)提供了一個或多個用于測量EUV強度的裝置。
本發(fā)明的目的還通過一種用EUV照射清潔光學元件被碳污染的元件表面的方法來實現(xiàn)，所述方法的特征在于測量在照射要清潔的表面期間產(chǎn)生的光電流，并將光電流超過或低于預先定義的閾值時的時間點選擇為氣體加入的停止點。該閾值就是上面所述的閾值S1，S2，i。
最好在含氧的氣體環(huán)境中，在EUV照射下對已經(jīng)被碳嚴重污染的表面進行清潔，以去除污染物。為了在表面本身被損傷之前及時地使清潔過程停止，即為了避免所謂的過腐蝕，將檢測在清潔過程中發(fā)出的光電子。
本發(fā)明將通過以下附圖進一步詳細說明，圖中示出了

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a-d示出了光學元件和相關(guān)電場強度的示意圖；圖3-6示出了四個不同的電場強度曲線下的具有抗氧化表面的光學元件的受控光電流曲線；圖7-10示出了四個不同的電場強度曲線下的具有易氧化表面的光學元件的控制光電流曲線；圖11-14示出了四個不同的電場強度曲線下的具有易被氧化的Si表面的光學元件的控制光電流曲線。
裝置1包括真空室3，其中設(shè)置了光學元件2，例如具有多層系統(tǒng)或者光掩膜的鏡面，由EUV射線照射。在光學元件2上方，為了檢測光電子，設(shè)置了一個檢測環(huán)或者檢測柵格41，EUV射線基本可以穿透它。為了使光電子由環(huán)41所捕獲，由光學元件2和環(huán)41之間的電壓源43產(chǎn)生幾個伏特(0-100V)的電壓。當光電子撞擊環(huán)41時，產(chǎn)生電流，該電流由安培表42測量。在評估單元5中，它例如配置為一個模擬或者數(shù)字電路，也可以是積分電路，或者可以與一個控制單元6一起組合為一個例如為計算機的閉環(huán)控制單元，對電流信號進行評估，例如對所述信號進行時間積分，并與預定的并被存儲的閾值進行比較。在給定時刻超過或者未達到閾值的信息被發(fā)送給控制單元6，然后該控制單元打開或者關(guān)閉氣體饋入口71的閥門72。氣體饋入口71在緊靠光學元件2的表面附近釋放氣體，從而可以用盡可能小的延遲改變碳沉積過程和氧化過程之間的平衡。
在開始照射之前，利用質(zhì)譜儀或者殘余氣體分析儀8測量殘余氣體成份的最初局部壓力并將信息傳輸?shù)皆u估單元5。根據(jù)該數(shù)據(jù)選定恰當?shù)囊唤M閾值。在照射過程中，與光電流測量同時地還用質(zhì)譜儀8繼續(xù)測量總的殘余氣體的光譜。這種附加的信息可以用來檢查分析是否仍然根據(jù)適當?shù)拈撝祦磉M行。
通過相應(yīng)的廣泛測量并考慮殘余氣體的當前局部壓力，還可以使氣體加入的控制更加細致，使閥門72不僅可以被打開或關(guān)閉，而且可以調(diào)節(jié)到中間位置。為此最好采用連續(xù)改變的閥門。為了使加入的一種或多種氣體均勻分布，圍繞表面設(shè)置了多個氣體饋入口71。此時，可以控制打開哪個氣體饋入口而哪些不打開。此外還設(shè)置了與評估單元5相連、用于測定EUV強度的裝置7。
真空室3中還可以提供由所述的所有部件或一些部件組成的多重單元。
在圖2a-d中示出了一個光學元件，它在基板11上具有多層系統(tǒng)10。此外，示出了不同情況1，2，3，4下的電場強度I。
在第一種情況下，多層系統(tǒng)10的自由界面100位于由多層系統(tǒng)上產(chǎn)生的電場強度的拐點和上升沿之間。
在第二種情況下，多層系統(tǒng)10的自由界面100位于由多層系統(tǒng)上產(chǎn)生的電場強度的相對最大值和下降沿上的拐點之間。
在第三種情況下，多層系統(tǒng)10的自由界面100位于由多層系統(tǒng)上產(chǎn)生的電場強度的拐點和下降沿之間。
在第四種情況下，多層系統(tǒng)10的自由界面100位于由多層系統(tǒng)上產(chǎn)生的電場強度的相對最小值和上升沿上的拐點之間。
標記20表示由污染物生長的碳層，它的自由界面用附圖標記101來表示。
圖2a-d清楚地示出了碳層20的生長是如何使電場強度的曲線位置相對于自由界面101發(fā)生改變的。
后續(xù)的圖3-14示出了在1，2，3，4四種情況下，不同多層系統(tǒng)的初始未被污染的自由界面110的光電流。
在第一種近似情況下，光電流隨時間的變化與在自由界面處的電場強度隨時間的變化相一致。光電子的逸出深度的考慮使得在另外一種近似情況下將恒定的背景輻射加入光電流特征。也可以進行更高的近似。
圖3到圖6中的光電流曲線表示多層系統(tǒng)的1-4種情況，其中所述多層系統(tǒng)具有不易氧化的釕表面層。多層系統(tǒng)例如可以包括如下的層結(jié)構(gòu)Ru(1nm)/Mo(1nm)/Si(1.9nm)/Mo(2.85nm)/37*[Si(4.1nm)/Mo(2.85nm)]/基板。
圖3示出了圖2a中的第一種情況。
在第一種情況下，自由界面100位于電場強度的拐點處，這意味著，光電流具有一個平均值S1。隨著碳的不斷增加，電場強度的曲線不斷上升，這伴隨著光電流的增加。盡管碳材料的增加使光電子的數(shù)量減少，但是由于自由界面向著電場強度的最大的方向生長，光電子主要是增加的，使光電流增加到最大。
由于自由界面的位置說明了關(guān)于光電子放射與材料特性相比占主導的參數(shù)，光電流曲線總體增加直到達到第二閾值S2，i。通過加入恰當?shù)难?，該曲線又回落到閾值S1(圖3)。減少氧的加入并最終完全停止加入氧，這樣碳又開始增加。當達到小于S2，1的第二閾值S2，2時，又重新導入氧，以此類推。
在第三種情況下，自由界面開始時也在拐點處，但是自由界面101通過碳的增加而向著波節(jié)移動，也就是說，沿著電場強度最小的方向運動，而電場強度與光電流的減小是相聯(lián)系的。由于碳材料引起了光電流減小，這種減小被強化，得到了如圖5所示的曲線。
在第四種情況下(見圖6)，波節(jié)或者說電場強度的最小值直接位于表面上，這意味著光電流很小。當碳層增長了，光電流就增加了，這是由于表面從波節(jié)位置移走了。盡管碳材料的增加使光轉(zhuǎn)化效率降低，但是由于從波節(jié)位置向外生長占主導，光電流仍然是增加的。這導致了光電流曲線的增長。當達到閾值S2，i時，氧或者含氧的氣體導入封閉的系統(tǒng)中，這使得發(fā)生了氧化，由此導致了碳層的減少。由于碳層厚度減小，使得自由界面接近波節(jié)位置，這導致了光電流曲線的下降。當達到了與下閾值S1相對應(yīng)的無碳表面的起始狀況時，就不會發(fā)生進一步的氧化，并且氧的加入量將相應(yīng)地下降。重復這個過程，從而使每一個第二閾值S2，2，S2，3S2，4，S2，5比之前的第二閾值小，這樣在隨時間過程中，存在一個向著閾值S1的逼近，因而使控制范圍最小。
在第二種情況下，多層系統(tǒng)的自由界面100處于駐波的電場強度曲線的最大值處。在這種情況下，基于曲線位置的光電子發(fā)射明顯高于在第四種情況下的光電子發(fā)射。在圖4中，第一閾值S1約是180nA。通過碳層的增加，表面從該位置移走，這與光電流的減小相聯(lián)系。碳層的增長也可表示為光電子發(fā)射的減少，總的來說導致了光電流曲線的顯著下降。該曲線繼續(xù)下降直到達到極值S2，1。在達到或者超過該極值之前或者之時，開始加入恰當?shù)难鯕猓@導致了碳層的減少。結(jié)果使光電流曲線又降落到初始值S1。這個過程周期性地繼續(xù)，從而使第二閾值S2，2，S2，3等均較高，隨著時間的增加，該極值趨近第一極值S1。
光電流的曲線走向最終取決于電場強度在該點具有大的還是小的初始斜率。在情況1和情況3之下，可以發(fā)現(xiàn)駐波的電場強度具有大的初始斜率，其產(chǎn)生了更快的反饋并由此產(chǎn)生了大的振蕩頻率。但是，碳材料一般由于其較小的光轉(zhuǎn)變效率而使光電流減小。在情況2和情況4中可以看到一個小的初始斜率，因此閉環(huán)控制電路的反饋較慢。
圖7-圖10中示出了具有易氧化的碳覆蓋層的光學元件的光電流曲線(例如1nm的C頂層)。圖2a-d中也示出了在四種情況下的四個曲線。
在第一種情況下，如圖7所示，碳覆蓋層的自由界面101位于駐波的電場強度的曲線的拐點處。當碳層不斷增加的時候，曲線的形狀如圖3所示變化，但是在達到第二閾值S2，i的時候，可以僅加入可計量的劑量的氧，以避免覆蓋層的完全氧化，所述碳覆蓋層的厚度保持為1nm。
在第二種情況下，如圖8所示，碳覆蓋層的自由界面位于駐波的電場強度曲線的最大值處。由于碳層的增加，表面從該位置移走，這與光電流的下降相關(guān)聯(lián)。碳材料的增加同樣由光電子放射的減少來表示，這導致了光電流曲線的總的顯著減少。該曲線減小一直到達到了極值S2，1，在達到極值之前或者之時，加入氧，從而使碳層減少。還需要注意的是，碳層不會被完全氧化。
第三種情況和第四種情況如圖9，10所示，與圖5，6中示出的和描述的機制一致。
情況1-4都沒有示出振蕩的光電流，因為閉環(huán)控制的反饋必須很弱，以避免碳的完全氧化。
圖11-14涉及具有易氧化的表面的多層系統(tǒng)，例如具有硅層。為了防止硅表面的氧化，首先調(diào)節(jié)碳化殘余氣體環(huán)境。在達到第二閾值S2，i的時候加入氧。接著慢慢地減少加入量，使得不能達到閾值S1，因為達到所述閾值S1就意味著表面氧化的開始。
根據(jù)圖11-14的光電流曲線示出了漸近的走向。
為保護Si表面，在達到閾值S1之前可加入含碳氣體。通過加入含氧的氣體，增長的碳接著會被去除。這也可以導致光電流曲線的振蕩。
附圖標記列表1 裝置2 光學元件3 真空室5 評估單元6 控制單元7 用于測量EUV強度的單元(可局部安裝的多重單元)8 殘余氣體分析儀10 多層系統(tǒng)11 基底20 碳層41 電子采集器42 安培表43 電壓源71 氣體饋入口(可局部安裝的多重單元)72 閥門(可局部安裝的多重單元)100 多層系統(tǒng)的自由界面101 碳層的自由界面
權(quán)利要求
1.當具有多層系統(tǒng)的光學元件在含有殘余氣體環(huán)境的真空封閉系統(tǒng)中被曝露在具有信號波長的EUV輻射下時，用于防止該光學元件表面的污染物的方法，其中測量由多層系統(tǒng)的被照射的表面的光電子發(fā)射產(chǎn)生的光電流，并利用該光電流控制殘余氣體的氣體成份，其特征在于，根據(jù)光電流的至少一個下閾值和上閾值來改變殘余氣體的氣體成份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當反射入射信號波長時在多層系統(tǒng)中形成的駐波的電場強度的最小值和最大值位于多層系統(tǒng)的自由界面時，光電流的閾值從所出現(xiàn)的最小光電流Imin和最大光電流Imax之間選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步驟a)在EUV照射開始時，在瞬時效應(yīng)衰減之后，測量光電流的第一個值，并將該值作為第一閾值S1存儲；b)為光電流定義至少一個第二閾值S2，i，其中i＝1，2，3，...，使得S1＞S2，i或者S1＜S2，i，c)在EUV照射期間測量光電流；d)在達到或者超過第二閾值S2，i之前或之時，將至少一種氣體加入封閉系統(tǒng)中，接著在達到或者超過第一閾值S1之前或之時，至少減少這種氣體的加入量，從而根據(jù)測得的光電流在照射期間調(diào)整氣體成份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于包括以下步驟a)在EUV照射開始時，在瞬時效應(yīng)衰減之后，測量光電流的第一個值，并將該值作為第一閾值S1存儲；b)為光電流定義至少一個第二閾值S2，i，其中i＝1，2，3，...，使得S1＞S2，i或者S1＜S2，i，c)在EUV照射期間測量光電流；d)在達到或者超過第一閾值S1之前或之時，將至少一種氣體加入封閉系統(tǒng)中，接著在達到或者超過第二閾值S2，i之前或之時，至少減少這種氣體的加入量，從而根據(jù)測得的光電流在照射期間調(diào)整氣體成份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加入一種已經(jīng)包含在殘余氣體環(huán)境中的氣體，從而改變這種氣體的局部壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加入一種在加入之前在殘余氣體環(huán)境中不存在的氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于加入以下的氣體一氧化碳、二氧化碳、氫、水、氧、氮、SF6、He、Ne、Ar、Kr、Xe、烷烴、烯烴、炔、醇、酮、醛和/或其他碳氫化合物、蟻酸、醋酸、丙酸、過氧化氫、肼、N2O、NO、NO2、SO2和/或其他含氧氣體、F、Cl、Br、I、氯甲醛、二氯甲醛、三氯甲醛、四氯化碳、四氟化碳、氟甲醛、二氟甲醛、氨、磷、銻化氫、氟化氫、氯化氫、溴化氫、碘化氫、氟化硼、乙硼烷、氟化氮、硫化氫、硒化氫、碲化氫和/或其他的含鹵/含氫氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于定義了多個第二閾值S2，i，其中|S2，i+1-S1|≤|S2，i-S1|或者|S2，i+1-S2，i|≤|S2，i-S2，i-1|，其中i＝1，2，3，...。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在EUV照射之前，確定在反射入射信號波長時在多層系統(tǒng)中形成的駐波的電場強度的最接近的最小值和/或拐點和/或最大值相對于多層系統(tǒng)的自由界面的位置(曲線位置)，并且根據(jù)曲線位置，確定第二閾值S2，i相對于第一閾值S1是下閾值還是上閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在具有易氧化表面的光學元件中，在EUV照射之前調(diào)節(jié)碳化氣體成份。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于在達到第一閾值S1值之前加入含碳的氣體。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于測得的光電子被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電流的時間積分。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于氣體被加入到光學元件的表面附近。
14.在曝露在EUV輻射之下時控制至少一個光學元件的表面的污染物的裝置，包括用于檢測光學元件發(fā)射出的光電子的檢測單元(42，42，43)，與所述檢測單元相連接的評估單元(5)，以及控制單元(6)，所述控制單元與所述評估單元相連接并與一個氣體加入單元(71，72)相連接，其中所述評估單元(5)被配置為比較測得的光電流和至少兩個已存儲的光電流的閾值，并且將與閾值相關(guān)的信號傳輸?shù)剿隹刂茊卧?6)。
15.具有光學元件(2)的EUV石版印刷設(shè)備，其中在至少一個光學元件(2)的附近設(shè)置了一個用于檢測光電子的檢測單元(41，42，43)，所述檢測單元與一個評估單元(5)功能性連接，其特征在于一個控制單元(6)與所述評估單元(5)相連接，所述控制單元與至少一個氣體加入單元(71，72)功能性連接，其中所述評估單元(5)被配置為將測得的光電流與至少兩個已存儲的光電流的閾值進行比較，并且將與閾值相關(guān)的信號傳輸?shù)剿隹刂茊卧?6)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的裝置，其特征在于所述檢測單元(41，42，43)包括設(shè)置在光學元件的表面上方的電子采集器，例如檢測環(huán)(41)或者檢測網(wǎng)絡(luò)，所述采集器以下列方式設(shè)置和/或設(shè)計使得其不會影響入射的EUV射線。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一所述的裝置，其特征在于所述氣體加入單元包括至少一個氣體饋入口(71)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于所述氣體饋入口(71)與所述光學元件(2)的表面相鄰設(shè)置。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一所述的裝置，其特征在于一個殘余氣體分析儀(8)與所述評估單元(5)相連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中任一所述的裝置，其特征在于所述評估單元(5)和所述控制單元(6)組合一個閉環(huán)控制單元。
21.通過在含氧的環(huán)境中曝露在EUV輻射下，清潔光學元件的被碳污染表面的方法，其特征在于在照射期間測量通過由要清潔的表面上的光電子發(fā)射產(chǎn)生的光電流，在超過或者低于光電流的至少兩個預先定義的閾值時，加入至少一種氣體或者中斷加入至少一種氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種當具有多層系統(tǒng)的光學元件在包含殘余氣體環(huán)境的真空封閉系統(tǒng)中被暴露在具有信號波長的輻射下時，防止該光學元件表面的污染物的方法，其中測量通過光電子發(fā)射從多層系統(tǒng)的被照射表面產(chǎn)生的光電流，并利用該光電流以調(diào)節(jié)殘余氣體的氣體成分，從而可以根據(jù)光電流的至少一個下閾值和上閾值來改變氣體的成分。本發(fā)明還涉及一種在照射時用于調(diào)節(jié)至少一個光學元件表面污染物的裝置，以及一種EUV石版印刷設(shè)備和一種清潔光學元件的被碳污染的表面的方法。
文檔編號G03F7/20GK1639643SQ03805514
公開日2005年7月13日 申請日期2003年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月7日
發(fā)明者馬爾科·溫德沃斯基, 弗蘭科·斯蒂茲, 巴斯·默騰斯, 羅曼·克萊因 申請人:卡爾賽斯半導體制造技術(shù)股份公司