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Dokumentenidentifikation DE102004047677B4 21.06.2007
Titel Verfahren und System für die Kontaminationserkennung und Überwachung in einer Lithographiebelichtungsanlage und Verfahren zum Betreiben der gleichen unter gesteuerten atomsphärischen Bedingungen
Anmelder Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale, Calif., US
Erfinder Knappe, Uwe, 01968 Niemtsch, DE;
Okoroanyanwu, Uzodinma, Clifton Park, N.Y., US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 30.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004047677
Offenlegungstag 06.04.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse G01N 21/25(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 30/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Gebiet der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere die photolithographische Herstellung von Strukturelementen auf einem Substrat, die mit Halbleiterbauelementen in Beziehung stehen.

Beschreibung des Stands der Technik

Die Herstellung integrierter Schaltungen erfordert die genaue Ausbildung von Strukturelementen mit Abmessungen bis zu 50 nm und sogar kleiner in modernsten Bauelementen, wobei eine sehr geringe Fehlertoleranz erforderlich ist. Derartige Strukturelemente können in einer auf einem geeigneten Substrat, etwa einem Halbleitersubstrat, einem metallbeschichteten Substrat und dergleichen ausgebildeten Materialschichten gebildet werden. Diese Strukturelemente mit präzise gesteuerter Größe werden durch das Strukturieren der Materialschicht erzeugt, wobei häufig photolithographische Prozesse in Verbindung mit Ätzprozessen angewendet werden. Beispielsweise wird während der Herstellung von Schaltungselementen einer integrierten Schaltung auf und in einer speziellen Materialschicht eine Maskenschicht über der zu strukturierenden Materialschicht gebildet, um diese Strukturelemente in der Materialschicht zu definieren, während die Maskenschicht als eine Ätzmaske während eines in im Wesentlichen anisotropen Ätzprozesses verwendet wird. Im Allgemeinen kann eine Maskenschicht aus einer Photolackschicht bestehen oder kann mit Hilfe dieser hergestellt werden, die mittels eines lithographischen Prozesses strukturiert wird. Während des lithographischen Prozesses kann der Lack auf die Substratoberfläche aufgeschleudert und danach selektiv mit ultravioletter Strahlung belichtet werden. Nach dem Entwickeln des Photolackes werden abhängig von der Art des Photolacks – Positivlack oder Negativlack – die belichteten Bereiche oder die nicht belichteten Bereiche entfernt, um das erforderliche Muster in der Photolackschicht zu bilden.

In anderen lithographischen Prozessen, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen beteiligt sind, können Strahlungswellen mit kurzen Wellenlängen, etwa Ionen, Elektronen- und Röntgenquellen verwendet werden, um eine Maskenschicht zu modifizieren, die dann mittels eines entsprechenden Ätzprozesses strukturiert werden kann, oder der Strahl, der präzise über die Oberfläche bewegt wird, kann direkt das Material der Maskenschicht abtragen. Auf diese Weise können beispielsweise Retikel hergestellt werden, so dass diese eine strukturierte Metallschicht auf einem Quarzsubstrat aufweisen. Dieses Retikel kann dann als Belichtungsmaske für das Abbilden des Retikalmusters auf eine Photolackschicht verwendet werden, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist.

Da die Abmessungen der Muster in modernen integrierten Schaltungen ständig kleiner werden, muss die zum Strukturieren von Bauteilstrukturelementen verwendete Anlage sehr strenge Auflagen im Hinblick auf die Auflösung und die Überlagerungsgenauigkeit für die beteiligten Herstellungsprozesse erfüllen. In dieser Hinsicht wird die Auflösung als ein Maß betrachtet, die die konsistente Fähigkeit spezifiziert, Bilder mit minimaler Größe unter Bedingungen vordefinierter Herstellungsfluktuationen zu erzeugen. Einen wichtigen Faktor bei der Verbesserung der Auflösung stellt der Lithographieprozess dar, in welchem Muster, die in der Photomaske oder dem Retikel enthalten sind, optisch auf die Photolackschicht mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen werden. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des Lithographiesystems, etwa die numerische Apertur, die Fokustiefe und die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle, zu verbessern. Die Qualität der lithographischen Abbildung ist äußerst wichtig beim Erzeugen sehr kleiner Strukturgrößen.

Von vergleichbarer Wichtigkeit ist jedoch auch die Genauigkeit, mit der ein Bild auf der Oberfläche des Substrats positioniert werden kann. Integrierte Schaltungen werden typischerweise durch aufeinanderfolgendes Strukturieren von Materialschichten hergestellt, wobei Strukturelemente in aufeinanderfolgenden Materialschichten eine räumliche Beziehung zu einander aufweisen. Jedes Muster, das in einer nachfolgenden Materialschicht hergestellt wird, muss zu einem entsprechenden Muster, das in einer vorhergehenden strukturierten Materialschicht ausgebildet ist, innerhalb spezifizierter Justiertoleranzen ausgerichtet sein.

Diese Justiertoleranzen werden beispielsweise durch Variationen im Photolackbild auf dem Substrat auf Grund von Ungleichmäßigkeiten von Parametern, etwa der Lackdicke, der Ausbacktemperatur, bei der Belichtung und Entwicklung, hervorgerufen. Des weiteren können auch Ungleichmäßigkeiten der Ätzprozesse zu Fluktuationen der geätzten Strukturelemente führen. Des weiteren besteht eine gewisse Unsicherheit bei der Überlagerung des Bildes des Musters für die aktuelle Materialschicht mit dem Muster der zuvor ausgebildeten Materialschicht, während das Bild photolithographisch auf das Substrat übertragen wird.

Ein weiterer Aspekt, der die Qualität von Bauteilstrukturelementen und damit deren elektrisches Verhalten beeinflusst, ist die Verwendung von Substraten, d. h. von Scheiben, mit einem größeren Durchmesser, wobei ein typischer Scheibendurchmesser gegenwärtig 200 mm beträgt, wobei künftig 300 mm der standardmäßige Scheibendurchmesser in modernen Halbleiterfabriken wird. Große Durchmesser, obwohl diese aus ökonomischen Gesichtspunkten heraus durchaus wünschenswert sind, können jedoch das Problem der Ungleichförmigkeiten über die gesamte Scheibenoberfläche hinweg verschärfen, insbesondere wenn die minimalen Bauteilabmessungen, die auch als kritische Abmessungen (CD) bezeichnet werden, ständig kleiner werden. Es ist daher wünschenswert, die Schwankungen in den Strukturelementen nicht nur von Scheibe zu Scheibe zu minimieren, sondern auch über die gesamte Scheibenoberfläche hinweg, so dass Halbleiterhersteller Prozesse anwenden können, deren Toleranzen enger festgelegt werden können, um damit eine erhöhte Produktionsausbeute zu erreichen, wobei gleichzeitig das Bauteilverhalten im Hinblick auf beispielsweise die Betriebsgeschwindigkeit verbessert wird. Ansonsten müssen die Fluktuationen über die Scheibe hinweg (und die Fluktuationen von Scheibe zu Scheibe) in Betracht gezogen werden, wodurch ein Schaltungsaufbau erforderlich ist, der höhere Prozessdiskrepanzen toleriert, das für gewöhnlich zu einem beeinträchtigten Bauteilverhalten führt.

Trotz der intensiven Anstrengungen, die gegenwärtig unternommen werden, um die Leistungsfähigkeit von Scheibeneinzelbelichtem (Stepper) und Einzelschritt- und abtastende Lithographievorrichtungen (Scanner) zum Abbilden von Schaltungsstrukturelementen von dem Retikel zur Lackschicht mittels Projektionslithographie noch weiter zu verbessern, werden in letzter Zeit eine zunehmende Anzahl experimenteller Ergebnisse über Kontaminationsdefekte von 248, 193, 157 und 13,4 nm Retikel und optischen Elementen von Belichtungsanlagen berichtet. Diese Kontaminationsstoffe können anorganische Salze und kondensierbare organische Materialien enthalten. Insbesondere verursachen die anorganischen Salze Trübungseffekte, die auch als progressive Defekte bezeichnet werden, da die Defektrate im Laufe der Verwendung in der Produktion von Retikeln und Linsenelementen ansteigt, selbst wenn die Retikel vor der Verwendung für den Halbleiterherstellungsprozess als sauber eingestuft wurden. Obwohl Untersuchungen gezeigt haben, dass diese progressiven Defekte nahezu bei allen Lithographiewellenlängen beobachtbar sind, so ist dieses Kontaminationsproblem besonders in der 193 nm Lithographie anzutreffen, insbesondere in Verbindung mit der Verarbeitung von 300 mm-Scheiben, die die standardmäßige Substratgröße in modernen Fabriken zur Herstellung integrierter Schaltungen werden. Die Kontaminationsbereiche optischer Oberflächen sind typischerweise in ihrer Zusammensetzung inhomogen und zeigen für gewöhnlich einen Unterschied im Brechungserhalten im Vergleich zu den optischen Elementen, wodurch eine Lichtstreuung und damit Ungleichförmigkeiten des Strahlungsflusses, der auf die Scheibenoberfläche auftrifft, hervorgerufen werden. In extremen Fällen kann ferner die Kontamination die optischen Elemente nach einer gewissen Betriebsdauer bei reduzierter Zuverlässigkeit unbrauchbar machen, wodurch schließlich das Ersetzen dieser optischen Elemente erforderlich ist. Des weiteren kann die Kontamination eine deutliche Fluktuation während dem Abbilden kritischer Schaltungselemente verursachen, etwa von Gateelektroden von Feldeffekttransistoren, wodurch deutlich die Produktionsausbeute und das Bauteilverhalten beeinflusst werden.

Angesichts der zuvor dargestellten Situation besteht ein Bedarf für eine Technik, die es ermöglicht, eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme zu lösen oder zumindest deren Wirkungen zu verringern.

Überblick über die Erfindung

Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an ein System und ein Verfahren zum Abbilden von Strukturelementen auf eine Substratoberfläche mittels Lithographie – insbesondere durch kurzwellige Lithographie – in dem die Umweltbedingungen, d. h. die umgebende Atmosphäre der optischen Elemente und des Substrats während des Lithographieprozesses berücksichtigt werden. Geringe Kontaminationen in Form von Wasser, Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, flüchtiger und kondensierbarer organischer Verbindungen, anorganischer säurebildender Gase, etwa Schwefeldioxid und Stickstoffoxide, sowie Siliziumoxidverbindungen, etwa Silikone und Siloxane, können nicht nur die Belichtungsstrahlung abschwächen, sondern können auch mit der Belichtungsstrahlung in Wechselwirkung treten, um damit stabile Kontaminationsschichten auf optischen Oberflächen zu bilden. Indem erfindungsgemäß das Vorhandensein von Kontamination in Betracht gezogen wird und diese als ein weiterer „Anlagenparameter" gewertet werden, den es während des Betriebs einer Belichtungsanlage zu berücksichtigen und zu beobachten gilt, können die nachteiligen Auswirkungen von Kontaminationsschichten, die auf Retikeln, optischen Elementen und dergleichen abgeschieden werden, sowie die Auswirkungen der Lichtabsorption und Streuung durch flüchtige molekulare Kontaminationsstoffe reduziert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das System nach Anspruch 1 und die Verfahren gemäß den Ansprüchen 11, 22 und 26 gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen auch deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird. Es zeigen:

1a bis 1c schematisch Darstellungen eines Belichtungssystems gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei eine Atmosphäre im Hinblick auf flüchtige und/oder abgeschiedene Kontaminationsspuren überwacht wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.

Wie zuvor erläutert ist, beruht die vorliegende Erfindung auf dem Konzept, dass sehr moderne Belichtungsanlagen nicht nur Anlagenparameter, etwa der Status einer Strahlungsquelle, der Status eines optischen Systems, der Status eines Retikels oder einer Photomaske und dergleichen, sondern auch die Umgebung oder Atmosphäre innerhalb einer Belichtungskammer, als ein wichtiger Anlagenparameter zu berücksichtigen ist, der signifikant das Verhalten der Belichtungsanlage beeinflussen kann, insbesondere, wenn eine Strahlung mit äußerst kurzer Wellenlänge zum Abbilden eines Musters auf einer Substratfläche verwendet wird. Somit können gemäß der vorliegenden Erfindung Belichtungssysteme, in denen Ultraviolettstrahlung, Röntgenstrahlung, Elektronenstrahlen und dergleichen verwendet werden, zumindest zeitweilig mit einem geeigneten Detektions- und/oder Überwachungssystem versehen werden, das die Erfassung eines oder mehrerer Spurenkontaminationsstoffe ermöglicht, die in das Belichtungssystem von diversen Quellen eingeführt werden können, etwa dem Ausgasen von Materialien des Belichtungssystems, und/oder dem Retikel und/oder dem Substrat, das zu verarbeiten ist, Reinigungsgase, fehlerhafte Filter und dergleichen. Ferner können gewisse Kontaminationsstoffe durch die Wechselwirkung der kurzwelligen Strahlung mit Gaskomponenten innerhalb der Atmosphäre des Belichtungssystems hervorgerufen werden, wodurch äußerst reaktive Oxidantien, etwa Ozon, OH-Radikale und Wasserstoffperoxid und dergleichen erzeugt werden, die dann mit anderen Komponenten und Kontaminationsstoffen reagieren können, um Verbindungen zu erzeugen, die sogar an empfindlichen Oberflächen, etwa Retikeloberflächen, optischen Oberflächen von Linsen, Spiegeln und dergleichen abgeschieden werden können. Hinsichtlich der Abscheidung von anorganischen Salzen auf Retikeln und optischen Komponenten von Belichtungsanlagen, die bei 193 nm betrieben werden, haben Analysen hinsichtlich der Zusammensetzung mittels Raman-Spektroskopie gezeigt, dass im Wesentlichen Ammoniumsulfat ((NH4)2SO4) auf empfindlichen Oberflächen von Komponenten abgeschieden wird, wodurch das Anlagenverhalten auf Grund einer progressiven Defektrate deutlich beeinträchtigt wird. Ohne die vorliegende Erfindung auf die folgende Erläuterung hinsichtlich des Reaktionsweges einschränken zu wollen, wird gegenwärtig von den Erfindern angenommen, dass physikalische und chemische Prozesse in der Belichtungskammer von Einzelbildbelichtern und Abtastvorrichtungen im tiefen UV-Bereich für die Ausbildung von anorganischen Salzen aus Vorstufengasen SO2, NOx verantwortlich sind, die typischerweise in sehr geringen Mengen innerhalb der Atmosphäre der Belichtungskammer vorhanden sein können. Diese Vorstufengase können in der Belichtungsatmosphäre zu Schwefelsäure (H2SO4) und Salpetersäure (HNO3) mittels Oxidantien, etwa Ozon, Wasserstoffperoxid, Hydroxyden, die aus Sauerstoff und Wasser durch die Wechselwirkung der Belichtungsstrahlung mit der umgebenden Atmosphäre in der Belichtungskammer gebildet werden, oxidiert werden. Nach der Ausbildung der H2SO4 und HNO3 können diese Säuren mit Ammoniak (NH3) reagieren, um die entsprechenden Salze zu bilden, d. h. Ammoniumsulfat ((NH4)2 SO4) und Ammoniumnitrat (NH4NO3). Daneben kann es viele weitere chemische Reaktionswege geben, über die SO2 und NOx im Spülluftstrahl oder in der Atmosphäre der Belichtungsanlage in Sulfate und Nitrate oxidiert werden können, wozu homogene Prozesse gehören, die in der Gasphase stattfinden, und flüssige Tröpfchen oder heterogene Prozesse, die an den Oberflächen von Teilchen oder Tröpfchen stattfinden.

Zusätzlich zu Kontaminationsstoffen, die auf empfindlichen Oberflächen abgeschieden werden, können auch flüchtige molekulare Kontaminationsstoffe in der Belichtungsumgebung vorhanden sein, wodurch eine Fluktuation in der Intensität des Strahlungsflusses hervorgerufen werden kann, der die Substratebene erreicht, indem die Strahlungsteilchen, die mit der Gasphase der Atmosphäre wechselwirken, gestreut werden. Auf der Grundlage der Kenntnis, dass Kontaminationsstoffe selbst in sehr geringen Spuren innerhalb der Umgebung oder Atmosphäre einer Belichtungsanlage deutlich das Gesamtverhalten der Anlage beeinflussen können, insbesondere, wenn kurze Belichtungswellenlängen beteiligt sind, werden Systeme und Verfahren bereitgestellt, um flüchtige Kontaminationsstoffe und/oder Kontaminationsstoffe, die auf optischen Oberflächen abgeschieden werden, mittels Erfassungstechniken mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren und um den Betriebsmodus der Belichtungsanlage auf der Grundlage von Messergebnissen, die von diesen Detektionstechniken bereitgestellt werden, anzupassen. Ferner kann in anderen Verfahren der Betriebsmodus von Belichtungsanlagen so ermittelt werden, um das Vorhandensein von Kontaminationsstoffen in der Belichtungsanlagenatmosphäre zu berücksichtigen, ohne tatsächlich die Belichtungsanlagenatmosphäre während des Großteils der Arbeitsdauer zu überwachen, oder im Wesentlichen ohne die Atmosphäre zu überwachen. Dazu können zuvor gesammelte Messergebnisse in Bezug auf das Vorhandensein von Kontaminationsstoffen verwendet werden, um eine oder mehrere Belichtungsanlagen gemäß einem etablierten Betriebsmodus zu betreiben, der so gestaltet ist, um nachteilige Einflüsse auf das Anlagenverhalten deutlich zu reduzieren.

Für die Erfassung und/oder Überwachung von Kontaminationsstoffen in der Anlagenatmosphäre können äußerst sensitive und gut bekannte Detektionstechniken verwendet werden, etwa absorptionsspektroskopische Techniken, die Infrarot (IR)-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie und Ultraviolett-sichtbare-Spektroskopie mit einschließen, chromatographische Techniken, etwa Ionenchromatographie (IC) und spektrometrische Techniken, etwa Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC-MS), Festphasenmikroextraktions-Gaschromatographie-Massenspektrometrie mit chemischer Ionisierung (SPME GC-CIMS) und dergleichen. Diese Erfassungstechniken können verwendet werden, um einen oder mehrere spezieller Kontaminationsstoffe zu erkennen und können ferner ermöglichen, einen oder mehrere Kontaminationsstoffe quantitativ zu erfassen, selbst wenn dieser nur in sehr geringen Mengen vorhanden ist. Ferner können in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere dieser Erfassungstechniken, etwa die UV-sichtbare-Spektroskopie verwendet werden, um direkt den Einfluss der Belichtungsatmosphäre auf eine empfindliche Oberfläche innerhalb der Belichtungsanlage zu überwachen, indem eine Probenoberfläche, etwa ein ausgewähltes Probensubstrat, ein Teil einer Oberfläche einer optischen Komponente oder der gleichen innerhalb der Belichtungskammer bereitgestellt wird. Zumindest einige der oben genannten Erfassungstechniken sind dafür bekannt, dass sie die Fähigkeit aufweisen, Gas und Dampfkonzentrationen und/oder abgeschiedene Kontaminationsstoffe mit einem hohen Signal/Rauschen-Verhältnis in einem weiten dynamischen Bereich und ferner bei hoher sich überschneidender Sensitivität zu erfassen. Beispielsweise können in der Luft schwebende Kontaminationsstoffe durch SPME GC-CIMS, GC-MS und IC-Spektrometer effizient erfasst werden, wohingegen auch oberflächenabgeschiedene Kontaminationsstoffe durch IC, IR, UV-schichtbare und Ramon-Spektrometer erfasst werden können. Insbesondere die SPME GC-CIMS und GC-MS-Spektrometer bieten eine ausgezeichnete Empfindlichkeit, eine sehr niedrige Erfassungsschwelle, eine ausgezeichnete Erkennung und Spezifizierungsfähigkeit. Somit kann durch Verwendung dieser Erfassungstechniken in Verbindung mit Belichtungsanlagen der Betriebsmodus der Belichtungsanlage auf der Grundlage von Informationen eingerichtet werden, die von den Detektionssystemen erhalten werden, wodurch die Möglichkeit für ein deutliches Reduzieren kontaminationshervorgerufener Leistungsbeeinträchtigungen zu schaffen.

Mit Bezug zu den 1a bis 1c werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.

In 1a umfasst ein Belichtungssystem 100 eine Strahlungsquelle 110, eine Belichtungskammer 120, ein optisches System 130 und ein chemisches Detektionssystem 140. Das Belichtungssystem 100 kann in einer speziellen Ausführungsform eine Lithographieanlage repräsentieren, die bei einer Wellenlänge im tiefen UV-Bereich, beispielsweise 248, 193, 157 oder 13,4 nm arbeitet, die zur Abbildung eines auf einem Retikel 101 gebildeten Musters auf ein Substrat 102 mittels des optischen Systems 130 verwendet wird. In anderen Ausführungsformen kann das Belichtungssystem 100 eine beliebige andere Belichtungsanlage repräsentieren, die zur Herstellung von Strukturelementen verwendet wird, die bei der Herstellung mikromechanischer, mikrooptischer und mikroelektronischer Bauelemente beteiligt sind. D. h. in einigen Ausführungsformen kann das Belichtungssystem 100 eine Röntgenstrahlbelichtungsanlage oder eine Elektronenstrahlbelichtungsanlage repräsentieren. Folglich kann die Strahlungsquelle 110 eine Quelle repräsentieren, die in der Lage ist, eine kurzwellige Strahlung 111 innerhalb eines spezifizierten erforderlichen Wellenlängenbereichs und mit einer spezifizierten erforderlichen Belichtungsdosis bereitzustellen. Beispielsweise kann die Strahlungsquelle 110 eine Excimerlasereinrichtung aufweisen, die bei moderat hoher Pulsrate mit einer Wellenlänge von ungefähr 193 nm arbeitet.

Das optische System 130 ist ausgebildet, die Strahlung 111, die von der Strahlungsquelle 110 möglicherweise durch das Retikel 101 empfangen wird, auf das Substrat 102 zu übertragen, um beispielsweise ein projiziertes, d. h. reduziertes Bild auf dem Substrat 102 zu bilden. Beispielsweise kann für eine Belichtungsstrahlung 111 im tiefen UV-Bereich das optische System 130 eine oder mehrere optische Komponenten, etwa eine Linse und dergleichen aufweisen mit einer oder mehreren optisch aktiven Oberflächen, etwa brechenden oder reflektierenden Oberflächen, die als 131 bezeichnet sind. Für andere Arten von Strahlung mit kurzer Wellenlänge, etwa Röntgenstrahlung und Elektronstrahlen, kann das optische System 130 entsprechende Komponenten, etwa Blenden, Quadropollinsen, optische Begrenzungen, Spiegel und dergleichen aufweisen, um die Strahlung 111 in geeigneter Weise zu dem Substrat 102 zu führen. Das optische System 130, das Substrat 102 und das Retikel 101, wenn dieses vorgesehen ist, sind in der Belichtungskammer 120 angeordnet, in der eine gewisse Umgebung einschließlich einer gasförmigen Atmosphäre 121 vorherrscht, die mit externen Zufuhrquellen, der Umgebungsatmosphäre und dergleichen mittels eines entsprechenden Belüftungssystems, das als 122 bezeichnet ist, in Verbindung stehen kann. Wie zuvor angemerkt ist, ist der Zustand der Atmosphäre 121, beispielsweise die chemische Zusammensetzung der gasförmigen Komponenten, der Anregungszustand oder Ladungszustand eines oder mehrerer dieser Komponenten, und dergleichen im Wesentlichen durch das Spülgas bestimmt, das der Belichtungskammer 120 über das Belüftungssystem 122 zugeführt wird, die Materialien, die mit der Atmosphäre 121 in Kontakt sind, etwa Baumaterialien der Kammer 120, des Retikels 101, des optischen Systems 130, des Substrats 102, sowie der Dosis und der Wellenlänge der Strahlung 111 bestimmt. Folglich kann die Zusammensetzung der Atmosphäre 121 von dem Spülgas und jeglichen darin enthaltenen Kontaminationsstoffen, etwa dem zuvor genannten Sauerstoff, dem Schwefeldioxid, Stickstoffoxid, Wasser und dergleichen, sowie Komponenten, die von Oberflächen ausgasen, die mit der Atmosphäre 121 in Kontakt sind, abhängen. Ferner kann auch die Wechselwirkung der hochenergetischen Photonen oder Elektronen der Strahlung 111 neue Kontaminationsstoffe erzeugen oder bestehende Kontaminationsstoffe modifizieren. Als Folge davon ist der Status der Atmosphäre 121 durch ein äußerst komplexes dynamisches Gassystem definiert, wobei insbesondere die Wechselwirkung der kurzwelligen Strahlung, wie sie in äußerst modernen Lithographieanlagen verwendet wird, zu Schwankungen des Leistungsverhaltens führen kann, die durch gasförmige Kontaminationsstoffe oder gar in Form von Kontaminationsstoffen, die auf empfindlichen Oberflächen, etwa der Oberfläche 131 oder dem Retikel 101 abgeschieden werden, hervorgerufen werden. Auf Grund der Tatsache, dass die Kontaminationsstoffe deutlich durch die Wechselwirkung der Strahlung 111 mit der Atmosphäre 121, d. h. mit darin enthaltenen Kontaminationsstoffen, beeinflusst werden, was schließlich in der Abscheidung fester Kontaminationsstoffe resultieren kann, kann ein zunehmend ansteigender Einfluss auf das Anlagenverhalten beobachtet werden, was eine Vorhersage eines zuverlässigen Leistungsverhaltens einer konventionellen modernen Belichtungsanlage äußerst schwierig macht. Im Gegensatz zu konventionellen Belichtungsanlagen sorgt das chemische Detektionssystem 140 für eine verbesserte Vorhersagbarkeit und damit Steuerbarkeit des Belichtungsprozesses auf der Grundlage von Messergebnissen hinsichtlich des Vorhandenseins von Kontaminationsstoffen in der Atmosphäre 121 und/oder von Kontaminationsstoffen, die auf empfindlichen Oberflächen, etwa der Oberfläche 131, abgeschieden sind. Im Allgemeinen umfasst das chemische Detektionssystem 140 ein Sensorelement 141, das durch einen Kontakt mit der Atmosphäre 121 modifiziert werden kann, wobei das Sensorelement 141 mit einer Plattform 142 über eine entsprechende Schnittstelle 143 mit variabler elektrischer, optischer oder chemischer Impedanz in Verbindung ist, um es damit der Plattform 142 zu ermöglichen, ein elektrisches Ausgangssignal 144 zu erzeugen, das eine quantitative Anzeige der Information repräsentiert, die von dem Sensorelement 141 gesammelt und über die Schnittstelle 143 übertragen wird.

In einer speziellen Ausführungsform ist das Sensorelement 141 in der Belichtungskammer 120 so angeordnet, um im Wesentlichen die gleichen Umweltbedingungen zu „erfahren", wie eine oder mehrere sensitive Komponenten des Belichtungssystems 100. Beispielsweise kann das Sensorelement 141 in der Nähe des Retikels 101 und/oder des optischen Systems 130 angeordnet sein, um damit einen ähnlichen Betrag der Strahlungsdosis und der Dosisverteilung (über das Retikel hinweg) der Strahlung 111 und einen ähnlichen Gasdurchfluss zu empfangen. Es sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen mehrere Sensorelemente 141 in der Belichtungskammer 120 an diversen Stellen vorgesehen sein können, um damit den Zustand der Atmosphäre 121 an unterschiedlichen Positionen abzuschätzen. Des weiteren können unterschiedliche Arten von Sensorelementen verwendet werden, die auf gasförmige Kombinationsstoffe oder auf Kontaminationsstoffe, die in Form abgeschiedenen Materials auftreten, empfindlich sind. Des weiteren können das eine oder die mehreren Sensorelemente geeignet an die spezifizierte Erfassungstechnik, die zum Bestimmen der Art und Menge zumindest eines Kontaminationsstoffes innerhalb der Atmosphäre 121 angewendet wird, angepasst sein. In ähnlicher Weise können die Schnittstelle 143 und die Plattform 142 entsprechend an die Art des Sensorelements 141 und die verwendete Erfassungstechnik angepasst sein. Weitere anschauliche Ausführungsformen des Detektionssystems 140 unter Anwendung unterschiedlicher Arten von Sensorelementen 141 sind in Bezug zu den 1b und 1c beschrieben.

Während des Betriebs des Belichtungssystems 100 ist der Zustand der Atmosphäre 121 im Wesentlichen durch das Spülgas, das von dem Belüftungssystem 122 geliefert wird, den Materialien, die mit der Atmosphäre 121 in Kontakt sind, und den Betriebsverhältnissen des Belichtungssystems 100, d. h. der Belichtungsdosis und der Zeit, und dergleichen bestimmt. Beispielsweise ist für eine Belichtungsanlage im tiefen UV-Bereich, die bei einer Wellenlänge von beispielsweise 193 nm arbeitet und das Substrat 102 prozessiert, das einen Durchmesser von 300 mm aufweist, die Belichtungszeit des Substrats 102 deutlich größer im Vergleich zu 200 mm-Substraten, wie sie gegenwärtig zur Herstellung von modernen Bauelementen, etwa Mikroprozessoren und dergleichen verwendet werden. In Kombination mit der relativ hohen Photonenenergie von ungefähr 6,4 Elektronenvolt kann eine erhöhte Erzeugung von Oxidantien im Vergleich zu standardmäßigen 248 nm-Belichtungsanlagen für 200 mm Scheiben auftreten. Mittels des chemischen Detektionssystems 140 wird das Vorhandensein mindestens eines Kontaminationsstoffes, der den Belichtungsprozess deutlich beeinflussen kann, quantitativ erfassbar, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, einen Betriebsmodus des Systems 100 auf der Grundlage der quantitativen Messergebnisse einzurichten. In einigen Ausführungsformen kann das Sensorelement 141 so ausgebildet sein, dass dieses zumindest auf ein Vorstufengas empfindlich ist, das für die Ausbildung anorganischer Salze verantwortlich ist, die beispielsweise gemäß dem chemischen Reaktionsablauf, wie er zuvor dargelegt ist, gebildet werden können. Zum Beispiel kann das Sensorelement 141 für Schwefeldioxid empfindlich sein, von dem angenommen wird, dass es in die Atmosphäre 121 durch das Belüftungssystem 122 eingeführt wird. Somit kann bei der Erfassung dieses Vorstufenmaterials in der Atmosphäre 121 in einer Menge, die einen spezifizierten Schwellwert übersteigt, ein spezielles Betriebsprotokoll aufgerufen werden, um einer erhöhten Konzentration des spezifizierten Kontaminationsstoffes Rechnung zu tragen. In anschaulichen Ausführungsformen wird das Erfassen des mindestens einen Kontaminationsstoffes auf einer im Wesentlichen kontinuierlichen Basis ausgeführt, um damit im Wesentlichen eine quantitative „Echtzeit"-Indikationen der Kontaminationsstoffkonzentration bereitzustellen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass abhängig von der angewendet Erfassungstechnik ein variierender Betrag an Verzögerung bezüglich der Bereitstellung eines tatsächlichen Messergebnisses im Vergleich zu der „realen" aktuellen Kontaminationskonzentration auftreten kann. Wenn beispielsweise eine Chromatographietechnik verwendet wird, kann, selbst wenn eine im Wesentlichen kontinuierliche Probeninjektion erfolgt, die quantitative Indikation in Form der elektrischen Signale 144 unter Umständen in zeitlich verzögerter Weise in Bezug auf den aktuellen Status der Atmosphäre 121 auf Grund der Rückhaltezeit der Probenionen in der Chromatographiesäule erfolgen.

In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die Atmosphäre 121 zeitweilig, beispielsweise regelmäßig, überwacht werden, um das System 100 koordiniert zu den Messergebnissen zu betreiben, die temporär von dem chemischen Detektionssystem 140 erhalten werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Sensorelemente 141 an geeigneten Stellen innerhalb der Belichtungskammer 120 angeordnet und der Atmosphäre 121 für eine spezifizierte Zeitdauer, beispielsweise im Bereich von einigen Minuten bis einige Stunden, ausgesetzt werden, und diese Sensorelemente können dann entfernt werden oder können durch neue Sensorelemente ersetzt werden, während die der Atmosphäre 121 ausgesetzten Sensorelemente an entfernter Stelle analysiert werden können. In diesem Falle können die Schnittstelle 143 und die Plattform 142 in Form standardmäßiger Erfassungsanlagen, d. h. Chromatographieanlagen und/oder Absorptionsspektrometer, bereitgestellt werden, wodurch ein hohes Maß an Flexibilität beim Anwenden der vorliegenden Erfindung auf konventionelle Belichtungsanlagen geschaffen wird. Ferner sind keine oder nur minimale Modifizierungen in der Belichtungskammer 120 konventioneller Belichtungsanlagen erforderlich, um das Sensorelement 141 an geeigneten Stellen aufzunehmen.

Während in Ausführungsformen, in denen ein temporäres Überwachen oder eine temporäre Erfassung von Kontaminationsstoffen ausgeübt wird, die Definition eines spezifizierten kritischen Schwellwertes für einen oder mehrere spezielle Kontaminationsstoffe vorteilhaft sein kann beim Steuern des Betriebs des Systems 100, kann in Ausführungsformen, in denen eine im Wesentlichen kontinuierliche Überwachung stattfindet, eine flexiblere und fortschrittlichere Steuerungsprozedur eingerichtet werden. In speziellen Ausfühnmgsformen können ein entsprechender Schwellwert oder Schwellwertbereiche für einen oder mehrere kritische Kontaminationsstoffe bestimmt werden, indem eine Korrelation zwischen einem Wert, der die Konzentration des Kontaminationsstoffes repräsentiert, und dem Zustand einer oder mehrerer kritischer Komponenten des Belichtungssystems 100 erstellt wird. D. h., empfindliche Oberflächen, etwa die Oberfläche 131, oder eine Oberfläche des Retikels 101, kann untersucht werden, wobei die „Historie" eines oder mehrerer spezifizierter Kontaminationsstoffe in der Atmosphäre 121 durch das chemische Detektionssystem 140 überwacht worden ist. Auf der Grundlage dieser Korrelation kann der Einfluss des einen oder mehreren Kontaminationsstoffe während spezifizierter Betriebsbedingungen, etwa einer spezifizierten Belichtungsdosis und Belichtungszeit und einer Dosisintensitätsfluktuation, auf kritische Komponenten, etwa Linsen und Retikel, abgeschätzt werden und für das Bestimmen eines entsprechenden Schwellwerts oder Schwellwertbereiches verwendet werden. Beispielsweise kann der zeitliche Verlauf der SO2-Konzentration mit einem entsprechenden Abscheiden von Ammoniumsulfat in Korrelation gesetzt werden, so dass ein entsprechender Wertebereich der SO2-Konzentration dann für den Betrieb der Belichtungsanlage für diese spezifizierten Betriebsbedingungen festgelegt werden kann, der nicht ungebührlich das Anlagenverhalten beeinträchtigt. Beispielsweise kann bei der Erfassung einer kritischen Kontaminationsstoffkonzentration während des Betriebs des Systems 100, die über einem Konzentrationspegel liegt, der zuvor als ein Schwellwert für den sichern Betrieb der Belichtungsanlage bestimmt wurde, eine Unterbrechung ausgeführt werden, während der geeignete Reinigungsprozeduren oder Wartungsprozeduren ausgeführt werden, etwa das Ersetzen nicht effizienter Filter, oder wobei die Unterbrechung einfach benutzt wird, um spezielle Kontaminationsstoffe im Laufe der Zeit zu „verdünnen", um damit ein unerwünschtes Abscheiden fester Kontaminationsstoffe zu vermeiden oder zumindest deutlich zu unterdrücken. Beim Unterbrechen des Erzeugens der Strahlung 111 durch entsprechendes Steuern der Strahlungsquelle 110 kann beispielsweise die Erzeugung äußerst reaktiver Oxidatien unterbrochen werden, und die Konzentration der verbleibenden Oxidantien kann während der standardmäßigen Belüftung der Belichtungskammer 120 reduziert werden. Folglich können durch geeignet ausgeführte Betriebsunterbrechungen oder Reinigungs- und Wartungsprozeduren, die auf der Grundlage der quantitativen Indikationen festgelegt werden, die von dem chemischen Detektionssystem 140 bereitgestellt werden, nachteilige Auswirkungen auf den Belichtungsprozess deutlich reduziert werden. Insbesondere, wenn SPME GC-CIMS und TC-MS-Spektrometer in dem chemischen Detektionssystem 140 verwendet werden, wird eine ausgezeichnete Empfindlichkeit in Verbindung mit einer äußerst geringen Detektionsschwelle bereitgestellt und ermöglicht das Erstellen moderat geringer Schwellwerte, wodurch ein Betrieb bei einer deutlich reduzierten Wahrscheinlichkeit für eine Kontaminationsstoffabscheidung und damit Verhaltensfluktuationen ermöglicht wird. Somit können geeignete Gegenmaßnahmen bei einem Anlagenstatus ergriffen werden, bei welchem der Einfluss von Kontaminationsstoffen auf das Systemverhalten und die Komponentenintegrität noch gering ist, selbst wenn die Messungen auf nicht kontinuierlicher Weise ausgeführt werden. Wenn andererseits eine oder mehrere dieser extrem empfindlichen Techniken auf einer im Wesentlichen kontinuierlichen Basis ausgeführt wird, wird eine flexiblere Reaktion beim Steuern des Systems 100 auf die Messergebnisse, die von dem chemischen Detektionssystem 140 bereitgestellt werden, erreicht. Beispielsweise kann das Festlegen von Unterbrechungen oder Reinigungs- und Wartungsprozeduren so ausgeführt werden, dass die Substrathandhabung, der Durchsatz, die Anlagenverfügbarkeit und andere Prozessrahmenbedingungen ebenso berücksichtigt werden können, da die vorhergehende oder „historische" Entwicklung der Kontaminationsstoffkonzentration ein gewisses Maß an Vorhersage hinsichtlich des Einflusses des weiteren Betriebs des Systems 100 in Bezug auf die weitere Entwicklung der Kontaminationsstoffkonzentration ermöglichen kann.

In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann das Belichtungssystem 100 so betrieben werden, um ein spezielles Bild auf einem oder mehreren ersten Substraten 102 unter spezifizierten Betriebsbedingungen zu bilden, wobei eine oder mehrere optische Komponenten, etwa die empfindliche Oberfläche 131 und/oder das Retikal 101 und/oder das Sensorelement 141, die in Form einer Probenoberfläche bereitgestellt sind, etwa ein Quarzsubstrat, durch das chemische Detektionssystem 140 untersucht wird. Beispielsweise kann die Abscheidung eines anorganischen Salzes während des Verarbeitens des einen oder mehreren ersten Substrate 102 überwacht werden, die darauf ausgebildet das spezifizierte Bild aufweisen, das während spezifizierter Betriebsbedingungen erhalten wurde. Des weiteren kann das Bild auf dem einen oder den mehreren ersten Substraten 102 analysiert werden, um eine Korrelation zwischen einem oder mehreren Merkmalen des Bildes auf den ersten Substraten 102 und dem Zustand der optischen Komponente, etwa der Oberfläche 131, und/oder des Retikels 101 und/oder des Sensorelements 141 zu erstellen. D. h., es kann beispielsweise eine Dicke des anorganischen Salzes mit einer oder mehreren Eigenschaften des auf dem einen oder den mehreren Substraten 102 gebildeten Bildes in Korrelation gesetzt werden. Danach kann das Belichtungssystem 100 so betrieben werden, um ein oder mehrere zweite Substrate zu prozessieren, wobei die Steuerung des Betriebs auf der Grundlage eines Betriebsmodus stattfindet, der in Übereinstimmung mit der zuvor erhaltenen Korrelation eingerichtet wird. Dazu kann das auf dem einen oder den mehreren zweiten Substraten gebildete Bild in Bezug auf die eine oder mehreren Eigenschaften analysiert werden, um den Status des Belichtungssystems 100 auf der Grundlage der zuvor ermittelten Korrelation abzuschätzen, wobei das Belichtungssystem 100 ohne ein chemisches Detektionssystem 140 während des Bearbeitens des einen oder der mehreren zweiten Substrate betrieben werden kann. Wenn die Analyse der einen oder mehreren Eigenschaften der Bilder auf einigen der zweiten Substrate anzeigt – auf der Grundlage der ermittelten Korrelation – dass ein kritischer Belichtungsanlagenstatus vorliegt, können geeignete Gegenmaßnahmen, etwa eine Unterbrechung, die möglicherweise Reinigungs- und/oder Wartungsprozeduren beinhaltet, ausgeführt werden.

Die Korrelation kann beispielsweise auf der Grundlage der Bewertung von Testsubstraten oder Testchipflächen auf Produktsubstraten, die unter spezifizierten Bedingungen belichtet wurden, beispielsweise mit sehr hoher Belichtungsdosis oder Belichtungszeit, ermittelt werden, so dass geringe Änderungen des spezifizierten Bildes, die durch Kontaminationsstoffe hervorgerufen werden, auf den zweiten Substraten beobachtbar sind, ohne dass eine tatsächliche Überwachung der Atmosphäre 121 oder eine Untersuchung kritischer optischer Komponenten erforderlich ist.

In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann ein Betriebsmodus auf der Grundlage von Messergebnissen erstellt werden, die von dem chemischen Detektionssystem 140 erhalten werden, wie dies zuvor beschrieben ist und wie dies auch in der folgenden Beschreibung mit Bezug zu den 1b und 1c zu entnehmen ist, wobei der entsprechende Betriebsmodus dann auf den Betrieb des Systems 100 angewendet werden kann, wenn das Detektionssystem 140 nicht vorgesehen ist oder für andere standardmäßige Belichtungsanlagen, die einen ähnlichen Aufbau wie das System 100 aufweisen. Beispielsweise kann auf der Grundlage eines spezifizierten Prozessrezeptes für eine moderne Belichtungsanlage und auf der Grundlage von Messergebnissen, die von dem Detektionssystem 140 über eine längere Betriebsphase gewonnen wurden, ein Betriebsmodus eingerichtet werden, der Unterbrechungen und möglicherweise Reinigungs- und Wartungsprozeduren beinhaltet, und der die Beeinträchtigung kritischer Komponenten deutlich reduzieren und auch die Prozessgleichförmigkeit merklich verbessern kann, ohne dass tatsächlich das Überwachen der entsprechenden Kammeratmosphären 121 erforderlich ist. D. h., für ein spezifiziertes Prozessrezept können gewisse „Eigenheiten" des Belichtungsprozesses, die hauptsächlich von der Anwesenheit eines oder mehrerer Kontaminationsstoffe abhängen, während der Messphase ermittelt werden. Danach können geeignete Gegenmaßnahmen in Form eines spezifizierten Betriebsmodus ermittelt und vorzugsweise vor dem Anwenden des Betriebsmodus bestätigt werden, wobei der ermittelte Betriebsmodus eine reduzierte Prozessfluktuation, die durch Kontamination hervorgerufen wird, und/oder eine Komponentenbeeinträchtigung liefert. D. h., der etablierte Betriebsmodus liefert eine deutlich geringere progressive Defektrate im Vergleich zu gegenwärtig angewendeten konventionellen Techniken.

1b zeigt schematisch das Belichtungssystem 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das chemische Detektionssystem 140 kann in einer Ausführungsform ein Absorptionsspektrometer 145 und/oder eine Chromatographievorrichtung 146 aufweisen, die vorteilhafterweise mit einem Massenspektrometer kombiniert ist. Ferner kann das Detektionssystem 140 mehrere Sensorelemente 141a, 141b, 141c aufweisen, die sich hinsichtlich der Position innerhalb der Kammer 120 und der Art des Sensormaterials unterscheiden können. In einer speziellen Ausführungsform kann das mit dem Absorptionsspektrometer 145 verknüpfte Sensorelement 141a eine Probenoberfläche 141d aufweisen, die eine effiziente Bestimmung einer Schichtdicke eines Kontaminationsstoffes ermöglicht, der auf dem Sensorelement 141a abgeschieden ist. In einer anschaulichen Ausführungsform wird das Sensorelement 141a mit der Probenoberfläche 141d in Form eines Quarzsubstrats bereitgestellt, so dass die Durchlässigkeit und/oder die Reflektivität des Sensorelements 141a mittels des Absorptionsspektrometers 145 oder durch eine andere geeignete optische Anlage mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor, die geeignet in Bezug auf das Sensorelement 141a orientiert sind, gemessen werden kann. Folglich kann das Absorptionsspektrometer 145 vorzugsweise beim Erfassen von Kontaminationsstoffen angewendet werden, die auf dem Sensorelement 141a abgeschieden sind, wodurch ebenso ein Maß an Kontamination kritischer Komponenten, etwa der Oberfläche 131 und/oder des Retikels 101 bereitgestellt wird. Das Absorptionsspektrometer 145 kann eine oder mehrere der folgenden Spektroskopietechniken repräsentieren: IR, UV-sichtbar und Raman-Spektroskopietechniken. In anderen Ausführungsformen kann der auf der Probenoberfläche 141d abgeschiedene Kontaminationsstoff durch Ionenchromatographie analysiert werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass, wie zuvor erläutert ist, das Sensorelement 141a für die Analyse entfernt werden kann und das Absorptionsspektrometer 145 oder eine Ionenchromatographievorrichtung außerhalb der Belichtungskammer 120 vorgesehen sein können. In Ausführungsformen, die sich auf ein im Wesentlichen kontinuierliches Messen mittels Ionenchromatographie beziehen, kann ein geeignetes Einführsystem (nicht gezeigt) an dem Sensorelement 141a angebracht sein, um damit eine im Wesentliche kontinuierliche Einführung einer Probe in die Chromatographiesäule zu ermöglichen. In speziellen Ausführungsformen kann das Absorptionsspektrometer 145 in oder benachbart zu der Belichtungskammer 120 vorgesehen sein, um damit eine im Wesentlichen kontinuierliche Analyse des Sensorelements 141a zu ermöglichen. Es sollte ferner beachtet werden, dass die Art der Absorptionsspektroskopie von der Art des Transmissionsverhaltens, die mit dem interessierenden Kontaminationsstoff verknüpft ist, abhängt, d. h., die Absorptionsspektroskopie hängt von dem Frequenzbereich der von dem interessierenden Kontaminationsstoff absorbierten elektromagnetischen Strahlung ab. Wenn der Übergang zwischen Schwingungsenergieniveaus des interessierenden Kontaminationsstoffs auftritt, dann ist die Strahlung ein Teil des Infrarotbereichs und die beteiligte Technik ist eine Infrarotspektroskopie. Wenn andererseits der beteiligte Übergang mit einer Umkonfiguration der Valenzelektronen in dem Molekül in Beziehung steht, so ist die Strahlung ein Teil des Ultraviolettsichtbaren Spektrums und die Technik ist eine Ultraviolett-sichtbar oder elektronische Absorptionsspektroskopie. Wenn die Absorption von einem Übergang zwischen Rotationsenergieniveaus begleitet wird, gehört die resultierende Strahlung zum Mikrowellenanteil des elektromagnetischen Spektrums und die Technik ist eine Mikrowellenspektroskopie. Bei Schwingungsspektroskopietechniken, d. h. Infrarot und Raman-Spektroskopie, sind diese beiden Techniken komplementär zueinander und können in Kombination verwendet werden, wenn die Erfassung sowohl von Molekülen mit einer Änderung im Dipolmoment und einer Änderung der Polarisierbarkeit der Moleküle während der Schwingungsgänge erforderlich ist. Vorteilhafterweise kann die Absorptionstechniken verwendet werden, um eine große Bandbreite von Materialien, Verbindungen, Kontaminationsgasen und Schichten mit hoher Empfindlichkeit zu erkennen und zu messen. Ferner können die Absorptionstechniken in einfacher Weise eine im Wesentlichen kontinuierliche Erfassung von Kontaminationsstoffen in einer „Echtzeit-" Art ermöglichen.

Die Chromatographievorrichtung 146 kann andererseits eine beliebige geeignete Chromatographietechnik repräsentieren, wobei das Prinzip angewendet wird, dass Moleküle mit unterschiedlichen chemischen Eigenheiten unterschiedlich mit den Füllmaterialien der Chromatographiesäule 146a wechselwirken, so dass unterschiedliche Kontaminationsstoffe mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und unterschiedlichen Rückhaltezeiten aus der Chromatographiesäule 146a in einem Eluierungsmittel abgeführt werden. Durch das Koppeln der Chromatographiesäule 146a mit einem Massenspektrometer 146b können unterschiedliche Komponenten des Kontaminationsstoffes von der Säule 146a in das Massenspektrometer 146b eingeführt werden, wodurch eine verbesserte Auflösung zwischen den Messwerten möglich ist. Das Massenspektrometer 146b erfasst den elektrischen Strom ionisierter Moleküle, die einen entsprechenden Ionendetektor 146c erreichen. In dem Massenspektrometer 146b werden zu analysierende Moleküle mittels eines Elektronenbeschusses ionisiert, der von einer heißen Kathode aufgesendet und in einem elektrischen Feld in einem Vakuum mit einem Druck mit weniger als ungefähr 10–4 mm Quecksilbersäule beschleunigt wird. Bei diesem geringen Druck ist die Konzentration der kollidierenden Elektronen wesentlich höher als die Konzentration der erfassten Moleküle. Ferner ist der Druck gering genug, um eine Wechselwirkung von Ionen und Molekülen zu vermeiden. Selbst in einer komplexen gemischten Probe ist daher die Konzentration jeder Ionenart proportional zur Konzentration der entsprechenden „Ursprungsmoleküle" und hängt nicht von der Probenzusammensetzung ab.

Somit liefert die Chromatographievorrichtung 146 eine ausgezeichnete Empfindlichkeit für eine Vielzahl von Kontaminationsstoffen. Die Probensammlung kann mittels der Sensorelemente 141b erfolgen, die in Form von Festphasenmikroextraktionsfilmen bereitgestellt werden können, die an speziellen interessierenden Positionen für eine spezifizierte Zeitdauer angeordnet sind. Danach können die Sensorelemente 141b, 141c mit der Chromatographievorrichtung 146 mit der geeigneten Säule 146a verbunden werden, die dann mit einem geeigneten Temperaturprogramm und einem geeigneten Trägergas betrieben wird. Beispielsweise kann eine geeignete Chromatographiesäule eine Stabilwax-Säule 15 cm × 0,25 mm (Restek) sein. Ein geeignetes Temperaturprogramm kann auf ungefähr 40°C für ungefähr 0,6 Minuten festgelegt werden, wobei die Geschwindigkeit mit einer Rate von ungefähr 15°C pro Minute auf ungefähr 150°C erhöht wird. Hierbei kann Helium mit einer Durchflussrate von ungefähr 1 mm pro Minute als ein Trägergas dienen. Die Bereich der Konzentration identifizierter Kontaminationsstoffe kann auf der Grundlage der Gesamtfläche der spezifizierten Massen eines speziellen Kontaminationsstoffes und einem empirischen Reaktionsfaktor, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, abgeschätzt werden. Beispielsweise können Kontaminationsstoffe mit anorganischem Schwefel und Stickstoff mittels Diazomenthan aufgespalten werden, bevor diese in die Chromatographievorrichtung 146 eingeführt werden.

Es sollte beachtet werden, dass das Absorptionsspektrometer 145 und die Chromatographievorrichtung 146 einzeln oder kombiniert im Zusammenhang mit dem Belichtungssystem 100 verwendet werden können. Ferner können Schwellwerte oder Bereiche und geeignete Betriebsmodi auf Grund der Detektion eines oder mehrerer spezieller Kontaminationsstoffe in der zuvor mit Bezug zu 1a beschriebenen Weise ermittelt werden.

1c zeigt schematisch das Belichtungssystem 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen. In der gezeigten Ausführungsform kann das chemische Detektionssystem 140 ein erstes optisches Detektionssystem 145a aufweisen, das ausgebildet ist, die Art und Quantität mindestens eines spezifizierten Kontaminationsstoffes zu bestimmen, der auf einer optischen Komponente abgeschieden ist, die in der gezeigten Ausführungsform einen Teil des Retikels 101 repräsentieren kann. Z. B. kann das optische Detektionssystem 145a eine der Absorptionstechniken, die zuvor erläutert sind, repräsentieren. Somit kann das Retikel 101 als ein Sensorelement für das optische Detektionssytem 145a dienen. Alternativ oder zusätzlich kann das Detektionssystem 140 ein zweites optisches Detektionssystem 145b aufweisen, das ausgebildet ist, quantitativ zumindest einen speziellen Kontaminationsstoff zu erfassen, der auf einer optischen Komponente des Systems 130 abgeschieden ist. Beispielsweise kann die empfindliche Oberfläche 131 als eine Probenoberfläche für das zweite optische Detektionssystem 145b ausgewählt werden, das geeignet ausgestattet und so positioniert ist, um die Analyse der empfindlichen Oberfläche 131 während des Betriebs des Systems 100 und/oder während spezieller Perioden, wenn die Substratverarbeitung unterbrochen ist, ermöglicht. Beispielsweise kann das zweite optische Detektionssystem 145b mit einer geeigneten Antriebsanordnung (nicht gezeigt) ausgestattet sein, um damit in eine Position bewegbar zu sein, bei der die einzelnen Komponenten des Systems 145b während des regulären Betriebs des Systems 100 nicht stören. In anderen Ausführungsformen kann das optische System 130 so gestaltet sein, so dass Detektionssystem 145b während des regulären Betriebs des Systems 100 Zugriff auf die Oberfläche 131 hat. Hinsichtlich von Steuerungsstrategien und Operationsmodi des Belichtungssystems 100, wie es in 1c gezeigt ist, gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den 1a und 1b erläutert sind. Ferner sollte beachtet werden, dass das Belichtungssystem 100, das in 1c gezeigt ist, auch mit weiteren Detektionseinrichtungen versehen sein kann, etwa der Chromatographievorrichtung 146 aus 1b, um damit zuverlässig gasförmige Kontaminationsstoffe in der Atmosphäre 121 zu erfassen oder zu überwachen.

In weiteren Ausführungsformen kann das Belichtungssystem 100 ein Regenerationssystem 150 aufweisen, das mit der Kammeratmosphäre 121 in Verbindung steht. Das Regenerationssystem 150 kann so ausgebildet sein, um einen oder mehrere spezielle Kontaminationsstoffe zu entfernen oder zu modifizieren. Beispielsweise kann das Regenerationssystem 150 Katalysatoroberflächen 151 aufweisen, die so gestaltet sind, um eine chemische Reaktion zu bewirken, um damit einen oder mehrere gasförmige Kontaminationsstoffe in der Kammeratmosphäre 121 zu modifizieren oder zu entfernen. Beim Erfassen einer kritischen Konzentration eines oder mehrerer spezieller Kontaminationsstoffe in der Atmosphäre 121 einschließlich von Kontaminationsstoffen, die auf einer Probenoberfläche abgeschieden sind, und zwar den Sensorelementen 141a, dem Retikel 101 oder der empfindlichen Oberfläche 131, kann beispielsweise das Belichtungssystem 100 in einen Betriebsmodus umgeschaltet werden, in welchem der Betrieb des Regenerationssystems 150 keinen nachteiligen Einfluss auf den Gesamtbetrieb des Systems 100 ausübt. D. h., der Betrieb des Regenerationssystems 150 kann eine entsprechende erhöhte Temperatur der Katalysatoroberflächen 151 und/oder einen erhöhten Gasdurchsatz durch das System 150, und dergleichen erfordern, die während des eigentlichen Bearbeitens des Substrats 102 nicht akzeptabel sein können. Wenn daher die Steuerungsstrategie des Belichtungssystems 100 eine Unterbrechung auf der Grundlage einer quantitativen Anzeige der Konzentration eines oder mehrerer spezifizierter Kontaminationsstoffe in der Atmosphäre 121 anordnet, kann das Regenerationssystem 150 beauftragt werden, so zu operieren, um in effizienter Weise die Kontaminationsstoffe zu entfernen oder zu modifizieren, indem beispielsweise der Gasstrom und/oder das Aufheizen einer Katalysatoroberfläche 151, und dergleichen erhöht wird. Es sollte beachtet werden, dass das Regenerationssystems 150 eine beliebiges Systemart repräsentieren kann, dass das Entfernen oder Modifizieren eines oder mehrerer spezieller Kontaminationsstoffe auf physikalische oder chemischer Basis ermöglicht, wobei abhängig von dem angewendeten Mechanismus ein kontinuierlicher oder unterbrochener Betrieb des Systems 150 ausgeführt werden kann. Ferner sollte beachtet werden, dass das Regenerationssystem 150 so betrieben werden kann, ohne dass es direkt von dem Detektionssystem 140 gesteuert wird, sobald ein geeigneter Betriebsmodus für das Belichtungssystem 100 einschließlich des Regenerationssystems 150 auf der Grundlage von Messergebnisse, die in der zuvor beschriebenen Weise erhalten wurden, ermittelt worden ist.

Es gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit, die den Betrieb modernster Belichtungsanlagen auf der Grundlage von Strahlungsquellen mit kleiner Wellenlänge mit erhöhter Zuverlässigkeit und Gleichförmigkeit ermöglichen, da das Vorhandensein gasförmiger und/oder fester Kontaminationsstoffe innerhalb einer Belichtungsatmosphäre – zumindest während spezieller Betriebsperioden – quantitativ bestimmt wird. Durch Anwenden äußerst effizienter und sensibler Erfassungstechniken, etwa Chromatographietechniken und Absorptionsspektroskopie in kontinuierlicher oder unterbrochener Weise, kann die Auswirkung von Kontaminationsstoffen auf kritische Komponenten der Belichtungsanlagen sowie auf die Eigenschaften hinsichtlich der Gleichförmigkeit des Belichtungsprozesses deutlich verringert werden. Des weiteren ermöglicht es die vorliegende Erfindung, verbesserte Betriebsmodi für moderne Belichtungsanlagen auf der Grundlage einer sensitiven Messung eines oder mehrerer Kontaminationsstoffe innerhalb der Belichtungsatmosphäre zu erstellen, wobei eine Belichtungsanlage zumindest über ausgedehnte Phasen betrieben werden kann, ohne dass tatsächlich die Belichtungsatmosphäre überwacht wird. D. h., es können verbesserte Strategien auf der Grundlage von Messdaten erstellt werden, um damit Prozessungleichförmigkeiten und/oder vorzeitiger Ausfall optischer Komponenten zu reduzieren, indem zumindest zeitweilig moderne und äußerst sensitive Erfassungstechniken für Kontaminationsspuren in dem Lithographieprozess integriert werden.

Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.


Anspruch[de]
Belichtungssystem mit:

einer Strahlungsquelle, die ausgebildet ist, eine Strahlung eines spezifizierten Wellenlängenbereichs und eines spezifizierten Belichtungsdosisbereichs bereitzustellen;

einer Belichtungskammer mit einer Kammeratmosphäre;

einem optischen System, das in der Belichtungskammer angeordnet und ausgebildet ist, Strahlung von der Strahlungsquelle zu empfangen und die empfangene Strahlung auf ein Substrat abzubilden; und

einem Detektionssystem, das ausgebildet ist, mindestens einen Kontaminationsstoff in der Kammeratmosphäre quantitativ zu erfassen, wobei das Detektionssystem eine Probenoberfläche aufweist, die in der Belichtungskammer angeordnet ist, wobei die Probenoberfläche der Kammeratmosphäre ausgesetzt ist, um dem Kontaminationsstoff und/oder eine aus dem mindestens einen Kontaminationsstoff gebildete Verbindung aufzunehmen und wobei die Probenoberfläche einen Referenzprobenbereich aufweist, der im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie eine optische Oberfläche mindestens einer optischen Komponente des optischen Systems aufgebaut ist.
Das Belichtungssystem nach Anspruch 1, wobei der Referenzprobenbereich in der Belichtungskammer so angeordnet ist, um im Wesentlichen die gleiche Kammeratmosphäre zu erfahren und um im Wesentlichen die gleiche Strahlungsdosis und die gleiche Dosisverteilung wie die mindestens eine optische Komponente zu empfangen. Das Belichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Probenoberfläche einen Oberflächenbereich der mindestens einen optischen Komponente des optischen Systems umfasst. Das Belichtungssystem nach Anspruch 3, wobei das Detektionssystem einen optischen Detektor zum Abtasten der Probenoberfläche umfasst. Das Belichtungssystem nach Anspruch 4, wobei der optische Detektor in dem optischen System angeordnet ist. Das Belichtungssystem nach Anspruch 1, wobei das Detektionssystem einen Detektor auf der Grundlage einer Chromatographietechnik und/oder einer Spektroskopietechnik aufweist. Das Belichtungssystem nach Anspruch 6, wobei der Detektor eine Gaschromatrographievorrichtung in Kombination mit einem Massenspektrometer umfasst. Das Belichtungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Indikatoreinheit aufweist, die funktionsmäßig mit dem Detektionssystem verbunden und so ausgebildet ist, um eine Indikation eines Anlagenstatus auf der Grundlage einer quantitativen Erfassung des mindestens einen Kontaminationsstoffes bereitzustellen. Das Belichtungssystem nach Anspruch 8, das ferner eine Steuereinheit aufweist, die funktionsmäßig mit der Indikatoreinheit verbunden ist, um die Indikation zu empfangen, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den Betrieb des Belichtungssystems auf der Grundlage der Indikation zu steuern. Das Belichtungssystem nach Anspruch 1, das ferner einen Regenerationsreaktor aufweist, der mit der Kammeratmosphäre verbunden und so ausgebildet ist, um den mindestens einen Kontaminationsstoff chemisch zu modifizieren. Verfahren mit:

Betreiben einer Belichtungsanlage, die eine Strahlungsquelle, eine Belichtungskammer und ein in der Belichtungskammer angeordnetes optisches System aufweist;

Überwachen einer Atmosphäre in der Belichtungskammer, um eine quantitative Indikation für mindestens einen Kontaminationsstoff in der Atmosphäre bereitzustellen; und

Abschätzen eines Betriebsstatus der Belichtungsanlage und Steuern eines Belichtungsprozesses auf der Grundlage der quantitativen Indikation.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Überwachen der Atmosphäre Bereitstellen einer Probenoberfläche in der Belichtungskammer und das Analysieren eines Materials, das an der Probenoberfläche anhaftet, umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei Überwachen der Atmosphäre das Detektieren eines gasförmigen Kontaminationsstoffes in der Atmosphäre umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Überwachen der Atmosphäre das zeitweilige Positionieren eines Sensorelements in der Belichtungskammer, das Entfernen des Sensorelements und das externe Analysieren eines Status des Sensorelements umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei Analysieren des angehafteten Materials umfasst: Bestimmen einer Menge des auf der Probenoberfläche abgeschiedenen Materials und/oder Untersuchen eines optischen Verhaltens der Probenoberfläche. Das Verfahren nach Anspruch 11, das ferner Steuern des Betriebs der Belichtungsanlage auf der Grundlage des Betriebszustands der Anlage umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Steuern des Betriebs der Belichtungsanlage umfasst: Unterbrechen des Betriebs der Belichtungsanlage, wenn die quantitative Indikation einen spezifizierten Toleranzschwellwert übersteigt. Das Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Ausführen einer spezifizierten Wartungsprozedur umfasst, wenn der Betrieb unterbrochen ist. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Überwachen der Atmosphäre das Bestimmen einer Menge eines oder mehrerer Vorstufengase für zumindest ein anorganisches Salz in der Atmosphäre umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Überwachen der Atmosphäre das Anwenden einer Chromatographietechnik und/oder einer Spektroskopietechnik umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei Betreiben der Belichtungsanlage umfasst: Betreiben der Belichtungsanlage während einer ersten Betriebsphase und Betreiben der Belichtungsanlage während einer zweiten Betriebsphase zum Prozessieren eines oder mehrerer Substrate zumindest während der zweiten Betriebsphase, wobei das Überwachen der Atmosphäre während der ersten Betriebsphase ausgeführt wird, und wobei die zweite Betriebsphase auf der Grundlage des Anlagenstatus gesteuert wird. Verfahren mit:

Betreiben während einer ersten Betriebsphase einer Belichtungsanlage, die eine Strahlungsquelle, eine Belichtungskammer und ein in der Belichtungskammer angeordnetes optisches System aufweist;

Überwachen einer Atmosphäre in der Belichtungskammer, um eine quantitative Indikation für mindestens einen Kontaminationsstoff in der Atmosphäre bereitzustellen;

Erstellen eines Betriebsmodus für die Belichtungsanlage für eine zweite Betriebsphase auf der Grundlage der quantitativen Indikation; und

Betreiben der Belichtungsanlage in dem Betriebsmodus während der zweiten Betriebsphase.
Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Überwachen der Atmosphäre während der zweiten Betriebsphase unterbrochen wird. Das Verfahren nach Anspruch 22, das ferner Betreiben einer zweiten Belichtungsanlage in dem Betriebsmodus umfasst. Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Betriebsmodus mindestens eine Unterbrechung aufweist, um eine Kontaminationsstoffkonzentration in der Atmosphäre zu verringern. Verfahren mit:

Betreiben einer Belichtungsanlage, die eine Strahlungsquelle, eine Belichtungskammer und ein in der Belichtungskammer angeordnetes optisches System aufweist, wobei das Betreiben der Belichtungsanlage das Übertragen eines Bildes auf ein oder mehrere erste Substrate umfasst;

Bestimmen einer quantitativen Indikation für mindestens eine Eigenschaft der auf dem einen oder mehreren ersten Substraten gebildeten Bilder;

Bestimmen eines Zustands einer Komponente der Belichtungsanlage, die einer Atmosphäre in der Belichtungskammer ausgesetzt ist;

Bestimmen eines Schwellwertes der quantitativen Indikation auf der Grundlage der quantitativen Indikation und des Zustands, wobei der Schwellwert einen unzulässigen Anlagenstatus repräsentiert;

Betreiben der Belichtungsanlage, um ein oder mehrere zweite Substrate zu prozessieren, um damit das Bild auf dem einen oder mehreren zweiten Substraten zu bilden;

Bestimmen der quantitativen Indikation für das eine oder mehrere zweite Substrate; und

Vergleichen der quantitativen Indikation für das eine oder die mehreren zweiten Substrate mit dem Schwellwert, um abzuschätzen, ob ein aktueller Anlagenstatus ein unzulässiger Anlagenstatus ist.
Das Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Komponente ein Teil des optischen Systems ist. Das Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Komponente ein Retikel ist. Das Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Komponente eine Probenoberfläche aufweist, um darauf einen Kontaminationsstoff abzulagern. Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei Bestimmen eines Zustandes der Komponente umfasst: Analysieren von Material, das auf der Probenoberfläche anhaftet, durch eine Chromatographietechnik und/oder eine Spektroskopietechnik.






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