DE102005020521A1

DE102005020521A1 - Verfahren und Anordnung zur Unterdrückung von Debris bei der Erzeugung kurzwelliger Strahlung auf Basis eines Plasmas

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Publication number: DE102005020521A1
Application number: DE102005020521A
Authority: DE
Inventors: Duc Chinh Prof. Dr. Tran; Jesko Dr. Brudermann; Björn Mader; René de Dr. Bruijn; Jürgen Dr. Kleinschmidt
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-30
Also published as: US7365350B2; US20060243927A1; DE102005020521B4; JP2006319328A; JP4696019B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Unterdrückung von Debris in kurzwelligen Strahlungsquellen auf Basis eines Plasmas, insbesondere für EUV-Quellen für die Halbleiter-Lithographie. DOLLAR A Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zur Unterdrückung des Teilchenstroms (Debris) aus einem Plasma (1) zu finden, die das Debris von nachfolgenden vorrangig optischen Komponenten zurückhält, ohne dass sie die aus dem Plasma (1) emittierte erwünschte Strahlung übermäßig schwächt, wird erfindungsgemäß gelöst, indem innerhalb der Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) lateral zu Öffnungen (57; 58), die zum Durchlass der Strahlung vorgesehen sind, ein Puffergas (5) eingeströmt wird, wobei die Filterstruktur (41) sowohl in Richtung zum Plasma (1) als auch in Richtung der Ausbreitung der Strahlung einen Strömungswiderstand erzeugt, so dass ein erhöhter Gasdruck von Puffergas (5) auf eine definierte Volumenschicht im Debrisfilter (4) gegenüber dem Druck in der Vakuumkammer (6) begrenzt bleibt und das aus der Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) austretende Puffergas (5) durch Vakuumpumpen (61) der Vakuumkammer (6) abgesaugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Unterdrückung von Debris in kurzwelligen Strahlungsquellen auf Basis eines Plasmas, bei dem die in einer Vakuumkammer aus dem Plasma emittierte kurzwellige Strahlung, bevor diese eine Kollektoroptik erreicht, durch ein Debrisfilter mit mindestens einer mechanischen Filterstruktur geleitet wird. Sie findet vorzugsweise in EUV-Quellen für die Halbleiter-Lithographie Anwendung.
Lichtquellen für EUV-Strahlung, die auf einem Strahlung emittierenden heißen Plasma basieren, erzeugen neben der gewünschten EUV-Strahlung auch sogenannten Debris. Hierunter versteht man jegliche Form von im Sinne der Anwendung unerwünschten Teilchen, die das Plasma verlassen und die Leistungsfähigkeit oder Haltbarkeit der Anwendungskomponenten, insbesondere die Lebensdauer von optischen Oberflächen, negativ beeinflussen.
Im Rahmen von EUV-Quellen sind die folgenden Arten von Debris unterscheidbar:

a) schnelle, energiereiche atomare Teilchen/Ionen, die optische Oberflächen durch Sputtern schädigen (typische Energien von 1-10 keV);
b) langsame Teilchen, die sich auf optischen Oberflächen niederschlagen können (typische Energien, die einer Temperatur von kleiner 5000 K oder kleiner 1 eV entsprechen);
c) große, makroskopische Partikel aus Elektrodenmaterial.

Debris vom Typ a) führt bei Kollektorspiegeln, wie sie in der Mikrolithographie zur Bündelung der EUV-Strahlung in einen Zwischenfokus eingesetzt werden (Wechselschichtspiegeln oder metallischen Spiegeln mit streifendem Lichteinfall), durch Zerstörung der empfindlichen Beschichtung zu einem schnellen Verlust an Reflexionsvermögen. Da diese Wirkung durch Sputtern der optischen Oberfläche und einen damit verbundenen Materialabtrag hervorgerufen wird, ist die entscheidende Funktion der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die schnellen Teilchen entweder zu eliminieren oder auf kinetische Energien von deutlich unter 10 eV abzubremsen, die kein Sputtern mehr erlauben.
Das vollständige Eliminieren vom Debristyp a) scheitert an der Verfügbarkeit geeigneter Werkstoffe, die gleichermaßen der erheblichen Belastung durch die Strahlung und durch das Debris standhalten müssen und andererseits für die EUV-Strahlung hochgradig transparent sein müssen. Deshalb sind bereits unterschiedlichste Verfahren zur Reduzierung des Teilchenstromes in einer Vielzahl von Veröffentlichungen vorgestellt und diskutiert worden.

So wurde in der DE 102 15 469 B4 ein Debrisfilter beschrieben, bei dem der Austrittsöffnung der Vakuumkammer Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Feldes orthogonal zur mittleren Ausbreitungsrichtung des divergenten EUV-Strahlenbündels nachgeordnet und Mittel zur Erzeugung einer Gassenke, woraus ein Teilchenstrom parallel zur Richtung des elektrischen Feldes resultiert, vorhanden sind.

Die US 6,359,969 B1 offenbart eine Vorrichtung, die eine Strahlungsquelle und ein Verarbeitungsorgan zur Verarbeitung der Strahlung von der Strahlungsquelle enthält. Zwischen der Strahlungsquelle und der Verarbeitungsorgan ist ein Filter angeordnet, das eine Vielzahl von in radialer Richtung von der punktförmigen Strahlungsquelle ausgerichteten (ebenen) Folien oder Platten enthält.

In der US 6,683,936 ist eine EUV-transparente Interface-Struktur in Form einer Membran oder Kanalstruktur zur optischen Verbindung einer ersten und einer zweiten Kammer bei Unterdrückung des kontaminierenden Teilchenstroms der Quelle beschrieben. Dabei wird innerhalb der Kammer ein Inertgasstrom seitwärts zur oder auf die Quelle gerichtet, um die Teilchen von der Anwendung fernzuhalten.

Die US 6,566,668 B2 betrifft eine Hochenergiephotonen-Quelle, bei der ein Paar von Plasma-Pinch-Elektroden in einer Vakuumkammer angeordnet ist. Ein Debris-Kollektor, der zwischen dem Pinch-Bereich und dem Strahlungskollektor ist, besteht aus einer großen Zahl von Durchlässen, von denen jeder zu den Lichtstrahlen ausgerichtet ist, so dass er die Strahlung durchlässt und das Debris, das sich auf mehr zufälligen Bahnen bewegt, verzögert. Dabei wird durch zusätzlich ein Gasstrom in Richtung des Quellortes der Strahlung gerichtet, um die Debris-Teilchen weiter zu verlangsamen.

Des Weiteren ist in DE 102 37 901 B3 ein Debrisfilter beschrieben, das aus einer Vielzahl von Lamellen besteht, wobei die Lamellen die Form von im Wesentlichen ebenen Flächen mit einem Paar paralleler Kanten aufweisen, radial gleichverteilt bezüglich einer vorgegebenen optischen Achse der Strahlungsquelle angeordnet sind und orthogonal zwischen einer inneren und einer äußeren Hüllfläche angeordnet sind, die parallel zueinander und rotationssymmetrisch angeordnet sind, so dass das Plasma für einen um die optische Achse vorgewählten Raumwinkel überwölbt ist.

In ähnlicher Weise wird die Emission von Debris aus einer Röntgenstrahlquelle durch ein Debrisfiltersystem gemäß US 6,867,843 B2 verhindert, indem eine Anziehungseinheit mit einer anziehenden Oberfläche parallel zu einer Achse enthält, die durch den Emissionspunkt geht. Das Debrisfilter weist ferner eine Rotationseinheit auf, die die Anziehungseinheit um die besagte Achse dreht.

Die bekannten Anordnungen haben den Nachteil, dass sie nicht für alle Teilchensorten gleich wirksam sind oder zuviel EUV-Strahlung absorbieren. Mit Hilfe elektromagnetischer Felder werden z.B. Neutralteilchen aus dem Plasma nicht beeinflusst. Die Beeinflussung schneller Teilchen benötigt hohe Feldstärken verbunden mit hohen Spannungen. Durch das Anlegen dieser Spannungen kann es zu parasitären Gasentladungen kommen.

Rotierende Lamellenfilter haben neben der erhöhten Abschattung den Mangel, dass sehr schnelle Teilchen nur entsprechend der Drehrichtung abgelenkt werden. Bei den Gasströmungen oder Gasvorhängen werden die notwendigen hohen Drücke nicht erreicht, jedoch auch ein erheblicher Anteil der gewünschten EUV-Strahlung absorbiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Unterdrückung des Teilchenstroms (Debris) aus einem Plasma zu finden, die das Debris von nachfolgenden vorrangig optischen Komponenten zurückhält, ohne dass die aus dem Plasma emittierte erwünschte Strahlung übermäßig geschwächt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Unterdrückung von Debris in kurzwelligen Strahlungsquellen auf Basis eines Plasmas, bei dem die in einer Vakuumkammer aus dem Plasma als Quellort emittierte kurzwellige Strahlung, bevor diese eine Kollektoroptik zum Bündeln der Strahlung in einem Zwischenfokus erreicht, durch ein Debrisfilter mit mindestens einer mechanischen Filterstruktur geleitet wird, dadurch gelöst, dass innerhalb der Filterstruktur des Debrisfilters lateral zu Öffnungen, die zum Durchlass der Strahlung vorgesehen sind, ein Puffergas eingeströmt wird, wobei die Filterstruktur sowohl in Richtung zum Plasma als auch in Richtung der Ausbreitung der Strahlung einen Strömungswiderstand erzeugt, so dass ein erhöhter Gasdruck von Puffergas auf eine definierte Volumenschicht im Debrisfilter gegenüber dem Druck in der Vakuumkammer begrenzt bleibt, und dass aus der Filterstruktur des Debrisfilters austretendes Puffergas durch Vakuumpumpen der Vakuumkammer abgesaugt wird.

Vorzugsweise wird das Puffergas in einen Zwischenraum zwischen zwei Filterstrukturen eingeströmt.

Besonders vorteilhaft wird das Puffergas in einen Zwischenraum zwischen zwei Filterstrukturen mit verengten Kanälen (Öffnungen für den Strahlungsdurchlass) eingeströmt.

Es ist außerdem von Vorteil, wenn zusätzliches Puffergas in eine Vorkammer vor dem Debrisfilter eingeleitet wird, um eine Vorabbremsung besonders hochenergetischer Debristeilchen zu erreichen. Dabei wird die Vorkammer vorzugsweise mit Restgas gefüllt, das aus der Entladungskammer zur Erzeugung des Plasmas ausströmt und einen wesentlichen Anteil von Puffergas in diesem Bereich stellt. Das Puffergas kann dabei vorteilhaft durch Ausströmöffnungen aus der Vorkammer in die Vakuumkammer abgesaugt werden, um das Abfließen des Puffergases aus der Vorkammer durch die Filterstruktur zu minimieren, oder durch separate Absaugpumpen direkt aus der Vorkammer abgesaugt werden, um in der Vorkammer einen definierten Gasdruck in der Größenordnung um 10 Pa einzustellen.

Bei den üblicherweise verwendeten mechanischen Filterstrukturen, die mit einer zentralen Blende ausgestattet sind, ist es zweckmäßig in die zentrale Blende des Debrisfilters Puffergas einzuleiten, um eine Erosion der Blende, insbesondere durch einen selbstfokussierenden Elektronenstrahl, zu unterdrücken.

Zur Anhebung des Gasdrucks im Debrisfilter, der permanent infolge des mindestens durch eine Filterstruktur in die Vakuumkammer ausströmenden Puffergases abfällt, ist es vorteilhaft, durch ein gepulstes Einströmen in die Filterstruktur den Puffergasdruck synchron zur gepulsten Strahlungserzeugung stoßweise zu erhöhen.

Des Weiteren wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Unterdrückung von Debris in kurzwelligen Strahlungsquellen auf Basis eines Plasmas, bei der in einer Vakuumkammer zwischen dem Plasma als Quellort der emittierten kurzwelligen Strahlung vor einer Kollektoroptik zum Bündeln der Strahlung in einem Zwischenfokus ein Debrisfilter mit mindestens einer mechanischen Filterstruktur angeordnet ist, dadurch gelöst, dass innerhalb der Filterstruktur des Debrisfilters lateral zu den Öffnungen, die zum Durchlass der Strahlung vorgesehen sind, Einlassdüsen zum Einströmen eines Puffergases in die Filterstruktur angeordnet sind, wobei die Filterstruktur sowohl in Richtung zum Plasma als auch in Richtung der Ausbreitung der Strahlung einen Strömungswiderstand aufweist, so dass im Debrisfilter eine definierte Volumenschicht einen erhöhtem Gasdruck an Puffergas gegenüber dem Druck in der Vakuumkammer aufweist, und dass mindestens eine Vakuumpumpe zur Evakuierung der Vakuumkammer auch zur Absaugung des aus der Filterstruktur des Debrisfilters austretenden Puffergases vorgesehen ist.

Vorteilhaft weist das Debrisfilter mindestens eine Lamellenstruktur auf. Dabei enthält das Debrisfilter vorzugsweise radial zur optischen Achse der Kollektoroptik ausgerichtete eng benachbarte Lamellen und mindestens zwei kegelförmig zum Quellort ausgerichtete Stützringe für die Lamellen.

Das Debrisfilter kann zweckmäßig zwischen unterschiedlichen Paaren von Stützringen jeweils eine unterschiedliche Anzahl von radial ausgerichteten Lamellen aufweisen, wobei die Anzahl der Lamellen von optischen Achse nach außen steigt. Zweckmäßig weist das Debrisfilter mindestens zwei Paare von Stützringen auf, wobei die Anzahl der Lamellen zwischen einem weiter außen liegenden Paar von Stützringen größer ist als die Zahl der Lamellen zwischen den nächstinneren Paar von Stützringen. In einer bevorzugten Ausführung wird die Lamellenzahl zwischen Stützringen gegenüber der zwischen den nächstinneren Stützringen annähernd verdoppelt, so dass der Winkelabstand benachbarter Lamellen stets in der Größenordnung um 1 mm liegt.

Für eine besonders vorteilhafte Debrisfilterung weist das Debrisfilter zwei Filterstrukturen mit einer dazwischen liegenden parallelen Volumenschicht zur Puffergaseinströmung auf.

Die Filterstrukturen besitzen dabei zweckmäßig durch verringerte Durchmesser der Öffnungen für den Durchlass der Strahlung einen höheren Strömungswiderstand für das Puffergas. Damit ist die Einstellung eines höheren Puffergasdrucks zwischen den Filterstrukturen erreicht, wobei der erhöhte Puffergasdruck die Effizienz des Debrisfilters wesentlich verbessert, da das Produkt aus Puffergasdichte und Weg (Wechselwirkungsstrecke mit den Debristeilchen) gesteigert wird, ohne dass für den erhöhten Gasdruck die zugeführte Puffergasmenge erhöht werden muss. Da die (dem Debrisfilter zugeführte und ins Vakuum ausströmende) Puffergasmenge nicht zunimmt, kann auch das Vakuumsystem kostengünstiger dimensioniert werden.

Dabei weisen die Filterstrukturen vorteilhaft eine geringere Strukturtiefe in Richtung der Strahlung aus dem Plasma auf, wobei bei gleicher Puffergaszufuhr zwischen den Filterstrukturen ein höherer Puffergasdruck einstellbar ist, so dass bei verringerter Strukturtiefe keine Verringerung des Produkts aus Debristeilchen-Weg und Puffergasdichte und keine geringere Filterwirkung eintritt.

Zur Erhöhung des Strömungswiderstandes kann die Filterstruktur vorteilhaft als Hexagonalstruktur ausgeführt sein, wobei konische oder zylindrische Löcher in die hexagonalen Elemente eingebracht sind.

Die Filterstruktur mit erhöhtem Strömungswiderstand kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführung als Filterplatte gestaltet sein, wobei in die Filterplatte geeignet angeordnete Löcher zum Durchlass der vom Plasma emittierten Strahlung eingebracht sind.

Besonders vorteilhaft sind in die Filterplatte radial ausgerichtete Langlöcher oder Schlitze eingebracht.

Zweckmäßig weist die Filterstruktur des Debrisfilters eine kreisförmige zentrale Blende auf.

Diese zentrale Blende wird vorteilhaft als zum Plasma hin offener Blendentopf ausgeführt, in den Puffergas einleitet wird, um eine Erosion und Zerstörung der Blende durch Debris zu verhindern. Zusätzlich kann dabei um die Öffnung der zentralen Blende eine elektrische Linse (elektrische oder magnetische Felderzeugung) zur Ablenkung von geladenen Teilchen, insbesondere von Elektronen, angeordnet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die zentrale Blende massiv ausgeführt und mit einer symmetrisch zur optische Achse eingebrachten konischen Sackbohrung versehen

Wegen der Hitzebeaufschlagung des Debrisfilters aus dem Plasma (durch Strahlung und Debris) sind die Lamellen vorzugsweise nur in einem Stützring starr fixiert und im anderen Stützring gleitend geführt, so dass eine Wärmeausdehnung der Lamellen ohne Verwerfung möglich ist. Dabei kann zusätzlich an dem Stützring, an dem die Lamellen starr fixiert sind, eine Kühlstruktur angebracht sein.

Ferner ist es sinnvoll, die Filterstruktur des Debrisfilters mittels eines Kühlkreislaufs aktiv zu kühlen, um die Dichte des Puffergases zusätzlich zu erhöhen.

Die Filterstruktur des Debrisfilters kann mittels des Kühlkreislaufs vorteilhaft derart gekühlt sein, dass eine Temperierung auf einen Minimalwert erfolgt, der oberhalb der Kondensationstemperatur von Materialien liegt, die unter Normalbedingungen fest und in der Vakuumkammer mindestens teilweise in verdampftem Zustand vorhanden sind. Der Minimalwert der Temperierung kann sinnvoll so eingestellt sein, dass die Oberflächentemperatur der Filterstruktur oberhalb der Kondensationstemperatur (Taupunktes) eines verwendeten, unter Normalbedingungen festen Targetmaterials liegt.

Die Filterstruktur des Debrisfilters wird wegen der hohen thermischen Belastung (aus Strahlungs- und kinetischer Energie von Debristeilchen) zweckmäßig aus hitzebeständigem und gut wärmeleitendem Material gefertigt, wobei die Filterstruktur vorzugsweise aus wenigstens einem der Metalle Wolfram und Molybdän oder deren Legierungen gefertigt ist.

Um die Puffergasdichte im Debrisfilter zu erhöhen, ohne die Gaslast in der Vakuumkammer übermäßig anzuheben, ist zur Einströmung des Puffergases in die Filterstruktur des Debrisfilters vorteilhaft mindestens ein Ventil vorhanden, das stoßweise und zu einer gepulsten Strahlungserzeugung aus dem Plasma synchronisiert betrieben wird.

Dabei kann das gepulst betriebene Ventil entweder zu jedem einzelnen Strahlungsimpuls aus dem Plasma synchronisiert sein oder es wird über einen Burst von Strahlungsimpulsen aus dem Plasma synchron durchgängig aktiv geschaltet.

Zur lateralen Einströmung des Puffergases unter hohem Druck sind vorzugsweise Einlassdüsen vorhanden, die für eine Überschalldüsenstrahlexpansion des Puffergases in die Zwischenräume der Filterstruktur hinein geeignet sind.

Als Puffergas kommen Inertgase, vorzugsweise Edelgase, zum Einsatz. Vorteilhaft ist das Puffergas ein Gemisch aus mindestens einem schweren und einem leichten Gas, um eine schnelle Einströmung und bessere Wärmeleitung zu erreichen.

Vorteilhaft ist die Lamellenstruktur des Debrisfilters so isoliert aufgebaut, dass durch Anlegen von Hochspannungsimpulsen eine zusätzliche Ablenkung von geladenen Debristeilchen möglich ist. Besonders vorteilhaft ist die Lamellenstruktur so isoliert, dass die Aufladung der Filterstruktur zur Ablenkung von geladenen Debristeilchen durch einen an der zentralen Blende auftreffenden selbstfokussierten Elektronenstrahl vorgesehen ist.

Die Lamellenstruktur kann ferner so aufgebaut sein, dass benachbarte Lamellen gepulst mit unterschiedlichem Potential aufladbar sind. Weiterhin ist es zur Vermeidung parasitärer Entladungen in der Vakuumkammer zweckmäßig, an die Lamellenstruktur ein definiertes Potential (z.B. Masse) mindestens zeitweise anzulegen.

Für besonders hohe Anforderungen der Anwendung an die Debrisfreiheit der Strahlungsquelle kann es zur weiteren Verringerung der Debris sinnvoll sein, ein bauartähnliches Debrisfilter in der Nähe des Zwischenfokus anzuordnen.

Vorteilhaft wird zur Einstellung und Kontrolle der optimalen Filterfunktion dem Debrisfilter unmittelbar ein empfindlicher Sensor nachgeordnet. Dieser kann zweckmäßig ein Schichtsensor mit verstimmbarem Schwingquarz, ein miniaturisiertes Massenspektrometer oder Flugzeitspektrometer sein. Der Sensor wird dabei vorteilhaft zur Regelung von filterwirksamen Größen für die Debrisunterdrückung, vorzugsweise von Puffergasdrücken, Einströmungswinkeln, Spannungen oder Impulssynchronisation, verwendet. Er kann aber auch zur Erzeugung einer Fehlermeldung für die Steuerung der Plasmaerzeugung oder eines übergeordneten Lithographiesystems eingesetzt werden.

Der Grundgedanke der Erfindung baut auf der Überlegung auf, dass mechanische Debisfilter im unbewegten Zustand immer noch einen erheblichen Debrisanteil durchlassen und, wenn sie zur Verbesserung der Filterwirkung (vorzugsweise rotierend um die optische Achse der Kollektoroptik) bewegt werden, weitere unerwünschte Kontaminationseffekte an den optischen Komponenten begünstigen. Eine bekannte Gegenstromdurchspülung der Öffnungen der Debrisfilterstruktur mit Puffergas verursacht aber erhebliche Absorption und Abschattung der emittierten EUV-Strahlung, da sich der Wirkungsbereich der Teilchenabbremsung weit über die Lamellenlänge hinaus erstreckt.

Die Erfindung basiert deshalb darauf, innerhalb einer bekannten lamellenähnlichen Struktur der Debrisfilteranordnung ein definiert begrenztes Puffergasvolumen einzuführen, das die unerwünschten Debris-Teilchen abbremst und/oder ablenkt, so dass sie sich an Oberflächen der Filterstruktur vor Erreichen der optischen Komponenten niederschlagen. Dadurch bleibt das Reflexionsvermögen der Kollektoroptik, die die aus dem Plasma emittierte Strahlung auffängt und bündelt, über längere Zeit erhalten und es werden somit Wartungsaufwendungen und Betriebskosten gesenkt. Zusätzlich wird auch das Debrisfilters in seiner Lebensdauer verbessert.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, eine Unterdrückung des Teilchenstroms (Debris) aus dem Quellort einer plasmabasierten Strahlungsquelle zu realisieren, die das schädigende Debris von nachfolgenden vorrangig optischen Komponenten wirksam zurückzuhalten gestattet, ohne dass die aus dem Plasma emittierte erwünschte Strahlung übermäßig geschwächt wird.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: einen Prinzipschema einer plasmabasierten Quelle mit erfindungsgemäßen Debrisfilter, das von einem Puffergasvolumen durchsetzt ist;
2: eine Ausführung des Debrisfilters mit Lamellenstruktur in einer Draufsicht (Blick gegen die Strahlungsquelle) und in einer geschnittenen Seitenansicht;
3: eine Schnittdarstellung des Debrisfilters, in das das Puffergas innerhalb des Debrisfilters in jeden einzelnen Zwischenraum zwischen den radialen Lamellen mittig zur Lamellenlänge (Filtertiefe) eingelassen wird;
4: eine stilisierte Gesamtdarstellung einer EUV-Quelle mit einem Debrisfilter aus zwei hintereinander liegenden Lamellenstrukturen besteht, in deren Zwischenraum Puffergas tangential eingeströmt wird;
5: eine Variante des Debrisfilters mit Puffergaseinströmung zwischen zwei konzentrischen Filterstrukturen und zusätzlicher druckerhöhter Vorkammer, die z.B. durch ein Arbeitsgas-Puffergasgemisch einer Gasentladungsquelle gespeist wird;
6: eine Ausführung eines modifizierten Debrisfilters, bei dem zwei Filterplatten mit erhöhtem Strömungswiderstand aufgrund verengter Öffnungen (Kanäle) eine Art Gasküvette zur Erzeugung eines definiert örtlich begrenzten, wesentlich erhöhten Puffergasdrucks bilden;
7: eine Draufsicht auf eine mögliche Filterstruktur für ein aus zwei parallelen Metallplatten zusammengesetztes Debrisfilter;
8: schematische Darstellungen von Druckprofilen über verschiedene Filterstrukturen mit Gaseinströmung a) in eine einheitliche Lamellenstruktur gemäß 3, b) zwischen zwei konzentrische Lamellenstrukturen gemäß 4, c) zwischen zwei Filterstrukturen mit zusätzlicher druckerhöhter Vorkammer gemäß 11, d) mit hohem Puffergasdruck zwischen zwei Filterstrukturen mit verengten Kanälen gemäß 6;
9: eine Variante des Debrisfilters mit modifizierter zentraler Blende, die – vorrangig zur Absorption eines gerichteten Elektronenstroms – a) ein Gasvolumen, b) eine elektrische Linse oder c) eine konische Sackbohrung aufweist;
10: eine Darstellung des Debrisfilters mit Mitteln zur Begrenzung der Gaslast in der Vakuumkammer für gepulste Puffergaseinströmung und Mitteln zur Kühlung der Filterstruktur;
11: ein Ausschnitt aus einer Debrisfilterstruktur in (geschnittener) Seitenansicht und Radialschnitt), wobei die Lamellen einseitig in einem gekühlten konischen Haltering befestigt und andererseits in einer weiteren Halterung (bzw. zentralen Blende) gleitend geführt sind, um eine Wärmeausdehnung der Lamellen ohne Spannungszustände zu ermöglichen.
Das Grundprinzip der Erfindung – wie es in 1 dargestellt ist – besteht darin, dass zwischen dem Strahlung emittierenden Plasma 1 und einem Zwischenfokus 2, der als konjugierte Abbildung des Quellortes (Plasma 1) von einer Kollektoroptik 3 erzeugt wird, ein Debrisfilter 4 angeordnet ist, in dessen Volumen ein erhöhter Gasdruck an einem geeigneten Puffergas 5 erzeugt wird, wobei zur Begrenzung der Gastlast für die umgebende Vakuumkammer 6 (nur in 4 dargestellt) der Strömungswiderstand einer (mechanischen) Filterstruktur 41 des Debrisfilters 4 genutzt wird. Das Puffergas 5 wird dabei innerhalb der Filterstruktur 41 lateral zur Richtung des Strahlungsdurchtritts eingeströmt. Als Puffergas 5 kann ein beliebiges Edelgas, vorzugsweise jedoch ein schweratomiges (wie Argon oder Krypton) wegen ihrer besseren Bremswirkung für hochenergetische Debristeilchen, verwendet werden. Auch weitere Inertgasesowie Gemische aus Inert- und/oder Edelgasen können, insbesondere zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit, eingesetzt werden.
Durch den Einsatz des Puffergases 5 in einem definierten Volumen auf der Wegstrecke zwischen Plasma 1 und Kollektoroptik 3 wird eine effektive Rückhaltung von Debris erreicht, indem die schnellen Debris-Teilchen durch viele Stöße mit den Gasteilchen des Puffergases 5 zunehmend abgebremst werden, bis sie die mittlere thermische Geschwindigkeit des Puffergases 5 erreichen und damit für Sputterprozesse auf optischen Oberflächen (z.B. der Kollektoroptik 3) zu energiearm sind. Die für die Abbremsung maßgebliche Kenngröße ist dabei das Integral von Weg mal Dichte des Puffergases:
mit der Dichte ρ des Puffergases [Teilchen/cm³] und der zurückgelegten Wegstrecke r der aus dem Plasma 1 emittieren Debristeilchen.
Da das Plasma 1 in einer Vakuumkammer 6 erzeugt wird und zur Vermeidung von Strahlungsabsorption auf dem optischen Weg der erzeugten EUV-Strahlung bis zur Anwendung ebenfalls Vakuumatmosphäre (von üblicherweise < 2 Pa) benötigt wird, wird eine Puffergaszone in einem definiert begrenzten Volumen innerhalb des Debrisfilters 4 geschaffen. Die Filterstruktur 41 des Debrisfilters 4 stellt aufgrund ihres (wenn auch – bei herkömmlichem Aufbau – geringen) Strömungswiderstandes den Übergang von einem Bereich B mit hoher Puffergasdichte im Innern der Filterstruktur 41 zu den (in 1 untere Darstellung) links und rechts davon befindlichen Bereichen A und C der Vakuumkammer 6 (siehe 4) dar. Der Druckverlauf des Puffergases ist in 1 als rein qualitative (überhöhte) Darstellung anzusehen.
Zur Realisierung der Erfindung werden nachfolgend mehrere Anordnungen für das Einbringen eines solchen Puffergasvolumens zwischen Plasma 1 und Kollektoroptik 3 vorgeschlagen, um die Filtereigenschaften zu optimieren.
Gut geeignet ist eine Kombination eines Puffergasvolumens ausreichender Dichte mit einer Lamellenstruktur 42, wie sie prinzipiell bereits aus dem Patent DE 102 37 901 B3 bekannt ist. Bei einer solchen Lamellenstruktur 42, wie sie in 2 nochmals etwas modifiziert dargestellt ist, genügt schon eine geringe Ablenkung der Debris-Teilchen durch seitlich eingeströmtes Puffergas 5, um die Teilchen auf der Lamellenstruktur 42 zu absorbieren. Dabei übernimmt die Lamellenstruktur 42 durch ihren Strömungswiderstand die Aufgabe, das Puffergas 5 mit hoher Dichte in einem begrenzten Volumen zu halten.
Eine (ausgehend von DE 102 37 901 B3 ) geeignet modifizierte Basiskonstruktion besteht, wie in 2 dargestellt, aus einer Anordnung von dünnen Lamellen 43 (Folien), die so bezüglich der (nahezu punktförmigen) Strahlungsquelle (Plasma 1) ausgerichtet sind, dass der Schattenwurf jeder Lamelle 43 minimal ist. Wesentlich für die Wirksamkeit des Debrisfilters 4 ist eine große Oberfläche der Lamellenstruktur 42, die den aus dem Plasma 1 emittierten und dann abgelenkten oder abgebremsten Debristeilchen die Möglichkeit zur Kondensation (Adhäsion) gibt.
Für die Realisierung der Erfindung wird – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – eine Debrisfilterstruktur 42 verwendet, bei der – wie in 2 in Draufsicht und Seitenansicht gezeigte – sehr dünne (ca. 100 μm dicke) Lamellen 43 radial zur optischen Achse 31 (der Kollektoroptik 3) ausgerichtet sind. Diese Lamellenstruktur 42 ist besonders zweckmäßig, da sie zu keiner zusätzlichen Abschattung führt, falls die Lichtquelle (z.B. als sogenanntes Z-Pinch-Plasma) eine gewisse Ausdehnung entlang der Symmetrieachse des Filters (die zugleich die optische Achse 31 der Kollektorabbildung ist) aufweist.
Durch einige wenige kegelmantelförmige Stützringe 44 ist es möglich, im äußeren Bereich des Debrisfilters 4 eine größere Anzahl von Lamellen 43 einzusetzen (z.B. 180 Lamellen 43 im inneren Bereich gegenüber 360 Lamellen 43 außen oder gar 720 in einem noch weiter außen liegenden Stützringpaar), um das für die Debris-Unterdrückung wichtige Verhältnis aus Filtertiefe l (= Lamellenlänge) und Lamellenabstand auch im äußeren Bereich groß zu halten. Hierbei wird für die Filtertiefe l ein Wert von ca. 40-150 mm gewählt, für den Abstand der Lamellen 43 vorzugsweise etwa 1 mm. Dies entspricht einem Winkel von ca. ½-2° zwischen benachbarten Lamellen 43.
Ausgehend von dem oben beschriebenen, an sich bekannten Debrisfilter 4 wird gemäß der Erfindung innerhalb der Lamellenstruktur 42 ein definiertes (bezüglich der Strahlungsausbreitung relativ dünnschichtiges) Puffergasvolumen eingebracht (3). Das Puffergas 5 wird an geeigneten Stellen, vorzugsweise in der Mitte der Lamellenlänge l tangential (zirkular) zum Krümmungsmittelpunkt der Lamellenstruktur 42, von außen entlang der gestrichelte Linie (3) in die Lamellenzwischenräume der Lamellen 43 eingeströmt. Die genaue Position und Richtung der Düsen 51 (nur in 4 bezeichnet) kann dabei variieren, in der Regel ist eine Einströmung genau in der Mitte der Lamellentiefe l am günstigsten. Dabei erfolgt bei (radial zum Plasma) ungeteilter Lamellenstruktur 42 die Einströmung gleichzeitig in jede der Lamellenlücken. Da aufgrund der Geometrie der gewählten Lamellenstruktur 42 der Bereich um die optische Achse 31 nicht durchlässig ist, und Kollektorspiegel 31 für streifenden Lichteinfall, wie in 3 angenommen (aber nur in 4a gezeigt), aus diesem Bereich auch keine Strahlung sammeln, kann die Einströmung des Puffergases 5 ohne zusätzlichen Abschattungseffekt auch von der optische Achse 31 (Symmetrieachse des Debrisfilters) in die Zwischenräume der Lamellen 43 erfolgen. Das Puffergas 5 verlässt die Lamellenstruktur 42 radial bezüglich der Plasmaposition in beiden Richtungen nach außen und wird durch die an die Vakuumkammer 6 angeschlossenen Vakuumpumpen 61 (beides nur in 4 gezeichnet) abgepumpt. Es bildet sich somit innerhalb der Lamellenstruktur 42 eine Kugelmantelschicht von Puffergas 5 aus, wobei von der Mitte der Lamellenstruktur 42 zu beiden Seiten nach außen ein recht starkes Druckgefälle entsprechend 8a entsteht.
Der Vorteil dieser neuen Filterkonstruktion liegt in der Richtung der Puffergaseinströmung lateral zur EUV-Strahlungsausbreitung, wodurch innerhalb des gesamten genutzten Raumwinkelbereichs nur eine sehr begrenzte „Schichtdicke" von Puffergas 5 entsteht. Dadurch wird bei kaum merklicher Strahlungsabsorption eine sehr gute Bremswirkung für schnelle überthermische Debristeilchen infolge von Stößen mit Puffergasatomen erreicht.
Ein weiterer Wirkmechanismus, der gemäß der Erfindung durch das Einströmen des Puffergases 5 ins Debrisfilter 4 in orthogonaler Richtung zu den Öffnungen der Filterstruktur 41 und somit lateral zur Bewegungsrichtung der Debristeilchen entsteht, verbessert die Abscheidung der Debristeilchen an den Oberflächen der Lamellen 43. Ein dritter (geringerer) Anteil an Filterwirkung des Puffergases 5 entsteht aufgrund einer Gegenströmung des durch die Öffnungen der Filterstruktur 41 ausströmenden Puffergases 5 in Richtung des Quellortes der Strahlung (Plasma 1), wodurch die Bremswirkung auf schnelle Debristeilchen noch erhöht wird.
In einer speziell verbesserten Variante der Erfindung, gemäß der Darstellung von 4, ist das Debrisfilter 4 aus zwei konzentrischen Lamellenstrukturen 42 und 42' (Strukturtiefe von je etwa ½ l der in 2 dargestellten Art) zusammengesetzt, so dass dazwischen eine Kugelschalenschicht zum Befüllen mit dem Puffergas 5 frei bleibt. Dieses freie Volumen als Zwischenraum 52 wird zum Befüllen mit Puffergas 5 genutzt. Die Puffergasdüsen 51 sind, wie bereits oben beschrieben, tangential mittig angeordnet, um das Puffergas 5 entlang der gestrichelten Linie (die räumlich eine Kugelschale darstellt) einströmen zu lassen. Bei der Einströmung ist darauf zu achten, dass das Puffergas 5 ausschließlich in den Zwischenraum 52 der Lamellen 43 eingeleitet wird und nur von dort durch die Öffnungen der Lamellenstrukturen 42 und 42' langsam in die Vakuumkammer 6 entweichen kann. Dadurch lässt sich im Zwischenraum 52 ein definierter (quasistatischer) Druck einstellen, obwohl über den Strömungswiderstand der Lamellenstrukturen 42 und 42' permanent Puffergas 5 abfließt. Werden die Puffergasdüsen 51 in wesentlichem Ausmaß in Richtung der Öffnungen einer der Lamellenstrukturen 42, 42' gerichtet, trägt das Puffergas 5 bei unvermeidbarer Erhöhung der Gaslast (erhöhter Gasdruck) in der Vakuumkammer 6 deutlich weniger zur effektiven Absorption von Debristeilchen bei.
Durch den Strömungswiderstand zwischen den Lamellen 43 gegenüber dem freien Zwischenraum 52 kommt es zu einer deutlichen Erhöhung des Puffergasdruckes (von ca. 10 Pa) gegenüber dem Vakuumkammerdruck (typisch: < 2 Pa). Der niedrige Druck in der Vakuumkammer 6 ist erforderlich, da es sonst (bei den in Halbleiterlithographie typischen optischen Weglängen von ca. 1 m) zu einer sehr starken Absorption der erzeugten EUV-Strahlung käme. Das Puffergas 5 wird durch die an die Vakuumkammer 6 angeschlossenen Vakuumpumpen 61 (beides nur in 4 gezeichnet) durch die Lamellenstruktur 42 an der Seite des Plasmas 1 sowie durch die Lamellenstruktur 42' radial nach außen abgepumpt.
Die in dieser Variante gemäß 4 erzielte Verbesserung der Filterwirkung (für alle beliebigen Debristeilchen) kommt durch die (relativ dünne) Kugelmantelschicht des Puffergases 5 innerhalb des Zwischenraums 52 zwischen den Lamellenstrukturen 42 und 42' zustande, wobei sowohl ein höherer Puffergasdruck als auch ein höherer Druckgradient, wie der schematischen Darstellung von 8b zu entnehmen, eingestellt werden können.
Durch das freie Volumen (Kugelschalenschicht zwischen den Lamellenstrukturen 42 und 42') kommt es im Zwischenraum 52 zu einem (im Vergleich zur Vakuumkammer 6) definiert erhöhten Puffergasdruck, weil sich das Puffergas 5 wegen des Strömungswiderstandes der umgebenden Lamellenstrukturen 42 und 42' homogen verteilt. Der Puffergasdruck ist im vorliegenden Fall der umschließenden Filterstruktur 41 durch folgende Größen definiert:
Gasmassenfluss durch die Puffergaszuführung(en),
Saugleistung der Vakuumpumpen (nur in 4 dargestellt) und
Strömungsleitwert (als Kehrwert des Strömungswiderstandes) der Lamellenstruktur.
Generell gilt für das Ausbilden der druckerhöhten Puffergasschicht innerhalb der umschließenden Filterstruktur 41: je größer das Verhältnis aus der Saugleistung der Vakuumpumpen 61 und dem Strömungsleitwert der beiden Lamellenstrukturen 42 und 42' ist, desto größer ist das Verhältnis der Drücke innerhalb des Debrisfilters 4 und innerhalb der Vakuumkammer 6. Mit anderen Worten ausgedrückt, lässt sich bei einem vorgegebenen Druck in der Vakuumkammer 6 ein umso höherer Druck innerhalb des Debrisfilters 4 erreichen, je größer das Verhältnis aus Saugleistung und Strömungsleitwert ist. Da die Saugleistung der Vakuumpumpen 61 begrenzt ist, wird die wesentliche Einstellung des Verhältnisses durch eine Verringerung des Strömungsleitwertes (Erhöhung des Strömungswiderstandes der gesamten Filterstruktur 41) erreicht.
Die vorstehend beschriebenen Anordnungen können somit noch verbessert werden, indem eine komplette Filterstruktur 41 – wie unten zu 6a gezeigt wird – aus zwei Filterstrukturen mit erhöhtem Strömungswiderstand zusammengesetzt wird.
In 5 ist zunächst eine weitere Modifikation der Erfindung dargestellt, die auf der Konstruktion des Debrisfilters 4 gemäß 4 aufbaut und insbesondere für EUV-Quellen auf Basis einer Gasentladung (GDPP-Quellen), die neben dem aktiven Arbeitsgas auch eine Beimengung von Puffergas in der Entladungskammer verwenden, geeignet ist.
In dieser Ausführung wird aus der Entladungskammer (in 5 nur stilisierter Ausgang gezeigt) bei der Gasentladung verwendetes ausströmendes Puffergas 63 in einer dem Debrisfilter 4 vorgelagerten Vorkammer 62 für die Ausbildung einer erhöhten Gasdichte zu einer ersten Abbremsung von Debristeilchen genutzt.
Die Vorkammer 62 weist in einer mit „A" bezeichneten Variante vorteilhaft Ausströmöffnungen 64 auf, die dem Abfluss des aus der Gasentladung stammenden Puffergases 63 (Anteil von Restgas aus der Entladung) in die Vakuumkammer 6 dienen, um einen Austritt durch die Lamellenstruktur 42 in das Debrisfilter 4 weitgehend zu unterdrücken.
In einer mit „B" bezeichneten Variante weist die Vorkammer 62 mindestens eine direkt an die Ausströmöffnungen angeschlossene Absaugungspumpe 65 auf, die (separat von den Vakuumpumpen 61) in der Vorkammer 62 einen definierten Gasdruck zwischen 1 und 20 Pa, vorzugsweise ca. 10 Pa einzustellen gestattet. Damit kann die Wirkung des nachfolgenden Debrisfilters 4 kontrolliert unterstützt und optimiert werden.
Im Debrisfilter 4 sorgt das innerhalb der zwei Filterstrukturen 42 und 42' seitlich eingeströmte Puffergas 5 dann in gleicher Weise, wie oben zum Aufbau gemäß 4 beschrieben, für die hauptsächliche Abbremsung der Debristeilchen nach dem Prinzip der begrenzten Volumenschicht innerhalb des Debrisfilters 4.
In 6a ist eine bevorzugte Ausführung beschrieben, die die Filterwirkung des Gasvolumens innerhalb von zwei umgebenden Filterstrukturen 41 noch steigern kann, ohne die Gaslast in der Vakuumkammer 6 durch ausströmendes Puffergas 5 zu erhöhen. Dazu sind zwei parallele Filterplatten 53 und 54 vorhanden, die dem Puffergas 5 einen gesteigerten Strömungswiderstand bieten.
Diese Filterplatten 53 und 54, die nicht notwendig eben sein müssen, weisen einen Abstand zueinander auf, der (wie bei der Ausführung gemäß 4 der Zwischenraum 52) ein paralleles umschlossenes Volumen bildet, das in diesem Beispiel als Gasküvette 55 bezeichnet werden soll, weil sich das darin befindliche Puffergas 5 wegen eines erhöhten Strömungswiderstandes der Filterplatten 53 und 54 noch besser homogen verteilen und ein noch höherer Puffergasdruck eingestellt werden kann.
Solche Filterplatten 53 und 54 mit erhöhtem Strömungswiderstand können zunächst in Anlehnung an die vorher beschriebene 2 erzeugt werden, indem die darin verwendete Lamellenstruktur 42 dadurch verengt wird, dass eine Vielzahl von kegelmantelförmigen Stützringen 44 (mindestens teilweise) in der gleichen (oder einer ähnlichen) Materialdicke, wie sie für die radial angeordneten Lamellen (zu 2) angegeben wurde, ausgeführt und angeordnet werden, wie es in 6b stilisiert dargestellt ist. Dadurch lassen sich diese in einem ähnlich engen Abstand (wie die radial auseinanderlaufenden Lamellen, vorzugsweise 1-2 mm) anordnen.
Die dadurch entstehenden Kanäle 57 (als verkleinerte Öffnungen der Lamellenstruktur 42), die die vom Plasma 1 emittierte Strahlung zum Kollektorspiegel 32 (nur in 4 gezeigt) transmittieren und zugleich das Puffergas 5 aus dem Innern der gesamten Lamellenstruktur 42 ausströmen lassen, sind in diesem Fall nicht mehr nur ebenflächig von zwei divergierenden Flächen begrenzt, sondern weisen einen mit der Entfernung vom Quellort (Plasma 1) zunehmenden, annähernd quadratischen Querschnitt auf, so dass sie insgesamt die Form eines Pyramidenstumpfes zeigen. Dies führt bei etwas schlechterer optischer Transmission des Debrisfilters zu einem deutlich erhöhten Strömungswiderstand für das Puffergas 5.
Infolgedessen kann bei gleichem Puffergaszufluss durch die Puffergasdüsen 51 des Debrisfilters 4 ein höherer Puffergasdruck in der Gasküvette 55 eingestellt werden. Dies trägt (gemäß 8d) zu der gewünschten Vergrößerung des Integrals über das Produkt aus Weglänge und Gasdichte bei.
Im Übrigen zeigt 8 die Wirkungsprofile der unterschiedlichen Filterstrukturen der Filtervarianten von 2 bzw. 3, 4, 5 und 6 bzw. 7 im Vergleich, wobei sich die Anordnung von 6 und 7 durch die beste Homogenität des Puffergasvolumens innerhalb der Küvette 55 (bzw. Zwischenraum 52) des Debrisfilters 4 auszeichnet.
Generell werden im Puffergasvolumen zwischen den beiden Filterstrukturen 42, 42' bzw. 53, 54 des Debrisfilters 4 werden Debristeilchen (egal, ob geladen oder ungeladen, ob schnell oder langsam) optimal abgefangen. Zusätzlich bleibt die Wirkung des Puffergases 5 örtlich auf den gewünschten Bereich (vor der Kollektoroptik 3) beschränkt und führt zu keiner Extinktion der EUV-Strahlung im weiteren Verlauf der optischen Strahlführung.
Will man das Volumen des Puffergases 5 bei hohem Druck weiter einschränken, kann dies durch eine Erhöhung des Strömungswiderstandes der Filterstruktur 41 erreicht werden.
Bei Abstraktion auf die in 6c gezeigte Hexagonalstruktur 56 kann der Gesamtleitwert L des Debrisfilers 4 unter Zuhilfenahme des bekannten Zusammenhanges für den Strömungswiderstand W_R bei dünnen Röhren wie folgt abgeschätzt werden:
Die Funktion f(p,d) nimmt im Fall der molekularen Strömung den Wert 1 an und ist bei höheren Drücken (Übergangsströmung, viskose Strömung) druckabhängig mit Werten größer 1.
Bei typischen Abmessungen der röhrenförmigen Kanäle 57 der Hexagonalstruktur 56 von 1 cm und typischen Drücken von 0,1 mbar liegt das System mit p·d = 0,1 mbar·cm im Bereich des Übergangs zwischen molekularer und laminarer Strömung. Hier ist der Strömungsleitwert der Hexagonalstruktur 56 bereits leicht druckabhängig und höher als im Falle einer rein molekularen Strömung. Eine Verringerung des Strömungsleitwertes kann also erreicht werden, indem man die Abmessungen verkleinert und damit vollständig in den Bereich der molekularen Strömung wechselt.
Bei einer Verkleinerung der Kanäle 57 verändert sich der Leitwert jedoch zusätzlich durch die geänderte Geometrie. Es gilt hier L ~ d³. Berücksichtigt man die zunehmende Anzahl der Einzelkanäle (~ 1/d²), bleibt unter dem Strich eine Leitwerterniedrigung ~ d. Diese kann genutzt werden, um die Tiefe l (Strukturtiefe bzw. Dicke) der Strukturplatten 53 und 54 zu verkleinern. Insgesamt kann also mit einer leichten Erniedrigung des Leitwertes die gesamte Filterstruktur 41 zu kleineren Kanalabmessungen skaliert werden. Dies trägt dazu bei, das Puffergasvolumen schärfer – auf die Gasküvette 55 – zu begrenzen und das Integral von Weg mal Gasdichte insgesamt zu erhöhen.
Die Funktion einer solchen Filterstruktur 41 wird in einer bevorzugten Ausführung – wie sie in 7 in einer Draufsicht auf eine der Filterplatten 53, 54 gezeigt ist – dadurch erreicht, dass die Filterstruktur 41 nicht mehr aus einzelnen Lamellen (wie in 2 oder 6b) oder aus Hexagonalstrukturen 56 (wie in 6c) zusammengesetzt werden, sondern dass die Filterstruktur 41 aus einer massiven Metallplatte (vorzugsweise ca. 2 mm dick) durch Methoden der Mikromaterialbearbeitung (Erodieren, Ätzen, Laserbohren/schneiden, etc.) hergestellt wird. Dabei werden zur Einschränkung der Abschattung für die aus dem Plasma 1 emittierte Strahlung anstelle rotationssymmetrischer Kanäle 57 (6c) vorzugsweise Langlöcher 58 angeordnet. Die Anordnung erfolgt nach Stabilitätsgesichtpunkten, um ausreichend Trägermaterial zwischen den Langlöchern zu erhalten. Typische Durchmesser der Langlöcher 58 oder Kanäle 57 sind dann etwa 100 μm (bei Langlöchern deren Breite), wobei als sinnvolle Wandstärken etwa 10 μm stehengelassen werden.
Die Implementierung von verengten Kanälen 57 führt, wie in 6a angedeutet, zu einem Zwischenraum in der Art einer Gasküvette 55, die auf den Seiten des EUV-Strahlungseintritts und -austritts durch eine Filterplatte 53 bzw. 54 mit entsprechend feinen Kanälen 57 abgeschlossen ist. Das in diese Gasküvette 55 eingeleitete Puffergas 5 verteilt sich wegen des strenger begrenzten Volumens gleichmäßiger und homogener. Da der gesamte Druckabfall zwischen Küvette 55 und Vakuumkammer 6 nunmehr auf nur noch ca. 2 mm stattfindet, kann bei gleicher Gaslast des Systems das Integral über Weg mal Dichte um bis zum Zweifachen gegenüber einem herkömmlichen Debrisfilter 4 vergrößert werden (siehe 8 zum Vergleich).
Alle zuvor diskutierten Voraussetzungen für die Ausrichtung der Kanäle 57 und ihrer Begrenzungswände auf den Quellpunkt (Plasma 1) und die Achse 31 der Kollektoroptik 3 zur geringstmöglichen Abschattung der emittierten Strahlung bleiben für eine derartige Filterstruktur 41 unverändert gültig.
Als einfachste Topologie der Filterstruktur 41 bietet sich, wie in 6c angegeben, die Form von Lochplatten in einer Hexagonalstruktur 56 von zylindrischen oder kegelförmigen Kanälen 57 an, mit dem sich, z.B. bei r₁/r₂ = 0,95, eine Transparenz von ca. 80% erreichen lässt.
Eine weitere sinnvolle Topologie für die Filterplatten 53 und 54, die in 7 dargestellt ist und sich aus einzelnen, radial ausgerichteten Langlöchern (z.B. durch Laserschnitte) ergibt, hat nochmals gegenüber der in 6c gezeigten Hexagonalenstruktur 56, die aber zylindrische Kanäle 57 aufweist, den Vorteil einer erhöhten Transmission, insbesondere wenn die Lichtquelle (z.B. Z-Pinch-Plasma 1) eine nicht unwesentliche Ausdehnung entlang der mittleren Flächennormalen (= Symmetrieachse = optische Achse 31) der Filterstruktur 41 aufweist.
Da die maximal verfügbare Saugleistung der an die Vakuumkammer 6 angeschlossenen Vakuumpumpen 61 in der Regel limitiert ist, wird das Puffergas 5, wie in 10 angegeben, synchron zu den Strahlungsimpulsen (des üblicherweise gepulst erzeugten Plasmas 1) über ein stoßweise betriebenes Ventil 59 in das Debrisfilter 4 eingeleitet. Dabei werden ausschließlich während der Strahlungsemission des Plasmas 1 kurzfristig höhere Drücke im Debrisfilter 4 realisiert, so dass sich der mittlere Druck und die Gaslast in der Vakuumkammer 6 deutlich weniger erhöhen und somit keine erhöhte Pumpleistung der Vakuumpumpen 61 erfordern.
Je nach Strömungsdynamik im Debrisfilter 4 und der Folgefrequenz, mit der die EUV-Quelle betrieben wird, kann das Ventil 59 synchron zu jedem einzelnen Strahlungsimpuls oder synchron zu den in der Lithographie üblichen Impulsfolgen (sogenannten Bursts) angesteuert werden. Die Verzögerung zwischen Strahlungsimpuls (bzw. Burst) und Ansteuerung des Ventils 59 wird dabei so gewählt, dass es zur größtmöglichen Debris-Reduktion kommt.
Im Betrieb wird das Puffergas 5 mit jedem Strahlungsimpuls durch Strahlungsabsorption aufgeheizt und (teilweise) ionisiert. Beides führt innerhalb der Filterstruktur 41 zu einer Expansion der Puffergaswolke, die dadurch an Dichte verliert. Das dabei „verlorengegangene" muss durch neues Puffergas 5 ersetzt werden. Wird das Puffergas 5 (typischerweise ein schweres Edelgas wie Argon) mit einem leichten Gas (z.B. Helium) gemischt, erfolgt die Expansion dieses Gasgemisches aus den Einlassdüsen 51 im Falle einer Überschalldüsenstrahlexpansion schneller. Damit steht das Puffergas 5 schneller wieder zur Verfügung. Dies wirkt sich ebenfalls bei hohen Folgefrequenzen günstig auf das Absorptionsverhaltendes puffergasgefüllten Debrisfilters 4 aus.
Bei Zumischung eines leichten Gases (z.B. Helium) zum schweren Puffergas (z.B. Argon) verbessert sich zusätzlich die Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches. Dies begünstigt die Kühlung des Debrisfilters 4, die ebenfalls in 10 gezeigt ist.
Die Notwendigkeit zur Kühlung des Debrisfilters 4 ergibt sich aus zwei Gründen:
Für die Wirksamkeit des Debrisfilters 4 ist die Dichte des Puffergases 5 (Teilchen je Volumen) die entscheidende Größe. Nach dem allgemeinen Gesetz der kinetischen Gastheorie sind Dichte und Temperatur einander umgekehrt proportional. Die doppelte absolute Temperatur bedeutet bei gleichem Druck die halbe Teilchendichte.
Das System ist bei den für kommerzielle Lithographiesysteme angestrebten Leistungen einer starken Aufheizung ausgesetzt. Um die Lebensdauer des Systems zu erhöhen, ist eine Kühlung des Debrisfilters 4 somit unerlässlich.
Außerdem müssen Vorkehrungen für die Strukturstabilität der Filterstuktur 41 getroffen werden. Dazu werden die Filterstrukturen 41 des Debrisfilters 4, die – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – in 11 als Lamellen 43 angedeutet sind, auf einer Seite mit einer ringförmigen Halterung verbunden. Dieser Haltering 46 wird aktiv mittels eines geeigneten Kühlmittels (z.B. Wasser) in einer angefügten Kühlstruktur 47 gekühlt. Durch Wärmeleitung von den Lamellen zum Ring werden damit die Lamellen zusätzlich zur Strahlungskühlung gekühlt. Die Konstruktion der Filterstruktur 41 wird dazu aus einem hitzebeständigen und gut wärmeleitenden Material, wie Wolfram, Molybdän oder Legierungen davon gefertigt.
Wie bereits oben angedeutet, wird die Kühlung des Debrisfilters dadurch verbessert, dass dem schweratomigen Puffergas ein gut wärmeleitfähiges leichtes Gas, vorzugsweise Helium oder Wasserstoff beigemischt werden.
Um eine Verformung des Filters durch Wärmeausdehnung der Lamellen 43 zu verhindern, werden diese nur auf der gekühlten Seite fest mit der Halterung eines gekühlten Stützringes 44 verbunden und auf der gegenüberliegenden Seite in einem Schlitz einer Gleitführung 49 geführt (siehe 11). Die Gleitführung kann in einem weiteren Stützring 44 oder in der zentralen Blende 45 des Debrisfilters 4 eingearbeitet sein Weiterer Inhalt von Modifizierungen des Debrisfilters 4, die ebenfalls die thermische Stabilität der Filterstruktur 41 betreffen, sind in 9 dargestellt. Da die EUV-Strahlung auf der Achse 31 bzw. in kleinen Winkeln zur Achse 31 nicht von der im Strahlengang nachfolgenden Kollektoroptik 3 aufgefangen wird, ist das Debrisfilter 4 in der Regel im zentralen Bereich durch eine Blende 45 abgeschlossen. Dies führt dazu, dass dieser Bereich einem großen Teilchenstrom ausgesetzt ist, der durch die zentrale Blende 45 absorbiert werden muss. Dies führt unweigerlich zu Sputtereffekten, d.h. die Blende 45 wird durch den Teilchenstrom bearbeitet, indem Material abgetragen wird. Dieses stellt als Sekundärdebris eine zusätzliche Gefahr für optische Komponenten etc. dar und führt in der Folge zur unkontrollierbaren Zerstörung der Blende 45. Experimentell konnte nach geraumer Zeit eine Lochbildung in einem 2 mm starken Blech der Blende 45 nachgewiesen werden, da ein Strom von Elektronen auf der optischen Achse 31 der Strahlungsquelle entsteht, der sich selbst fokussiert. Der Ionenstrom aus dem Plasma 1 ist hingegen als annähernd isotrop anzunehmen.
Die beschriebene Materialzerstörung der zentralen Blende 45 kann vermieden werden, indem gemäß 9a der zentrale Bereich des Debrisfilters 4 in Form eines Blendentopfes 46, der zum Plasma 1 hin geöffnet ist, ausgebildet ist. Wird dieser Blendentopf 46 unter hinreichendem Druck mit einem Gas, vorzugsweise mit dem zur Einströmung in die Filterstruktur 41 vorgesehenen Puffergas 5, gefüllt, so wird der Teilchenstrom in der Gasphase absorbiert und abgebremst. Die Teilchen aus dem Teilchenstrom sind anschließend überwiegend neutralisiert und besitzen eine geringe, thermische Geschwindigkeit, so dass die Sputterwirkung der Teilchen bis auf Null reduziert ist.
Eine weitere Modifikation für die zentrale Blende 45 stellt – gemäß 9b – die Ausbildung als Blendentopf 46 und Ergänzung des Eingangsbereiches mit einer elektrische Linse 47 (in Form Spule oder elektrisch geladenen Lochblende) dar. Der Elektronenstrom aus dem Plasma 1 wird durch diese Linse 47 aufgeweitet und seine Sputterwirkung am Boden des Blendetopfes 46 wesentlich reduziert.
9c zeigt eine weitere sinnvolle Modifizierung des Blende 45, indem in diese eine konische Sackbohrung 48 eingebracht wird. Dadurch kann die Sputterwirkung der selbstfokussierenden Elektronen und weiterer Debristeilchen ebenfalls erheblich reduziert werden. Die Teilchen treffen in diesem Fall unter einem flachen Winkel zur Oberfläche auf den Körper der Blende 45 auf. Von den Wänden der Sackbohrung 48 abgetragenes Material schlägt sich wiederum an den Wänden nieder, so dass sich Materialabtrag und Materialdeponierung im Mittel die Waage halten und somit die Lebensdauer der zentralen Blende 45 erheblich verlängert wird.
Viele Teilchen, die aus dem Plasma 1 emittiert werden und das Debrisfilter 4 passieren, sind elektrisch geladen. Wie bereits im Patent DE 102 37 901 B3 schon vorgeschlagen, ist es sinnvoll, das Debrisfilter 4 oder einzelne Lamellen 43 auf ein elektrisches Potential zu setzen.
In einer Anordnung, die in 11 realisierbar, aber nicht explizit gezeichnet ist, können auch unterschiedlich geladene Lamellen 43 zur Verbesserung der Filterung für geladene Debristeilchen eingesetzt werden. Dabei werden die Gleitelemente 49 elektrisch isoliert ausgeführt und benachbarte Lamellen 43 unterschiedlicher Polarität „verkämmt" befestigt (d.h. isolierte Führung im Gleitelement 49 und alternierend in unterschiedlichen Stützelementen 44 mit gegensätzlicher Polarität gehaltert). Dazu ist die schematische obere Darstellung von 11 durch eine am Gleitelement 49 gespiegelte Anordnung aus Kühlstruktur 71, Stützring 44 und Lamellen 43 versetzt in weitere zwischengelagerte Führungen einzufädeln.
Da kinetische Energien von Debristeilchen bis zu mehreren keV betragen können, müssten entsprechend Gleichspannungen bis zu einigen 10 kV angelegt werden, um die Teilchen wirkungsvoll abzulenken oder abzubremsen. Zur Vermeidung der dabei zu erwartenden parasitären Entladungen aufgrund des Restgases innerhalb der Vakuumkammer 6 wird an die isoliert geführten Lamellen 43 die Spannung nur gepulst angelegt. Für die Spannungsbeaufschlagung werden zweckmäßig Impulslängen von weniger als einer Mikrosekunde so kurz gewählt, dass es um das Debrisfilter 4 herum zu keiner Gasentladung in der Vakuumkammer 6 kommt (typische Zeiten sind einige hundert Nanosekunden). Alternativ zum Debrisfilter 4 kann auch die nachfolgende Kollektoroptik 3 auf gleiche Art elektrisch kontaktiert werden.
Wird das Debrisfilter 4 elektrisch isoliert in der Vakuumkammer 6 montiert, kann der selbstzentrierende Elektronenstrahl aus dem Plasma 1 (vgl. Ausführungen zu 9) benutzt werden, um das Debrisfilter 4 synchron zu den Strahlungsimpulsen elektrisch aufzuladen.
Hochenergetische elektromagnetische Strahlung, die auf der Kollektoroptik 3 absorbiert wird, führt zur Emission von Photoelektronen. Hierdurch kann die Kollektoroptik 3 auf hohe Spannungen aufgeladen werden, die parasitäre Entladungen zu anderen Teilen in der Vakuumkammer 6 nach sich ziehen. Deshalb ist eine Kontaktierung bzw. Erdung der Optik, damit die elektrische Ladung gezielt abgeführt werden kann, angeraten. Dadurch werden Entladungen von der Kollektoroptik 3 auf andere Komponenten in der Vakuumkammer 6 vermieden. Gegebenenfalls können auch die anderen Komponenten auf Masse oder auch auf andere definierte Potentiale gelegt werden.
Werden zur Erzeugung des Plasmas 1 Targetmaterialien verwendet, die unter Standardbedingungen fest sind (z.B. Zinn), sollte das Debrisfilter 4 bzw. die nachfolgende Kollektoroptik 3 soweit aufgeheizt (temperiert) werden, dass die Oberflächentemperatur oberhalb der Kondensationstemperatur (Taupunkt) des Materials liegt. Dadurch kann ein Niederschlag von Targetmaterial an ungewünschter Stelle und somit insbesondere eine Funktionsbeeinträchtigung der Kollektoroptik 3 und des Debrisfilters 4 vermieden werden.
Zweck der Kollektoroptik 3 einer EUV-Strahlungsquelle ist es, wesentliche Teile der aus dem Plasma 1 emittierten Strahlung in einem Zwischenfokus 2 zu bündeln. Es kann deshalb zweckmäßig sein, ein (weiteres) Debrisfilter 4 um diesen Zwischenfokus 2 anzuordnen, um das Weiterleitung von Debris für die nachfolgende Anwendung nochmals zu reduzieren.
Eine weitere Verbesserung der Langzeitstabilität der Debrisfilterung wird durch eine fortwährende Kontrolle der Qualität der Debrisfilterung erreicht. Hierzu wird nach dem Debrisfilter ein Sensor 8 zur Erfassung der aktuellen Debrisreduktion installiert der eine Messgröße aufnimmt, die ein Maß für die aktuelle Menge an durchgelassenem Debris ist. Hierzu lässt sich als Sensor 8 ein sogenannter Schichtsensor verwenden, bei dem ein Schwingquarz in den Strahlengang gebracht ist, dessen Eigenfrequenz sehr genau gemessen werden kann. Kommt es infolge von durchgelassenem Debris zu Ablagerungen auf seiner Oberfläche oder zu einem Absputtern seiner Oberfläche, verstimmt sich durch die Masseveränderung seine Eigenfrequenz. Damit ist die Änderung seiner Eigenfrequenz (df/dt) ein Maß für die emittierte Debrismenge.
Eine weitere Sensorart im Sinne der Erfindung ist ein Sensor 8, der Energie (Geschwindigkeit), Art (Ladungszustand) oder Menge der emittierten Teilchen misst. Hierzu zählen Teilchenanalysatoren, wie z.B. Massenspektrometer, Flugzeitspektrometer und artverwandte Geräte.
Kommt es zu einer ungewöhnlich starken Verstimmung, wird die Steuerung der Strahlungsquelle und/oder das übergeordnete Lithographiesystem auf einen Fehler im Debrisfilter (schlechte Debrisfilterung) oder einen Fehler in der Quellenfunktion (starke Debriserzeugung) hingewiesen.
Das Signal eines derartigen Sensors kann dann im Rahmen dieser Erfindung dazu benutzt werden, um im Arbeitsregime verstellbare Parameter des Debrisfilters 4 (z.B. Puffergasfluss oder anliegende Spannungen etc.) im Sinne einer geschlossenen Regelschleife nachzuführen.

1: Plasma
2: Zwischenfokus
3: Kollektoroptik
31: optische Achse
32: Kollektorspiegel
4: Debrisfilter
41: Filterstruktur (beliebig)
42, 42': Lamellenstrukturen
43: Lamelle
44: Stützring
45: zentrale Blende
46: Topfblende
47: elektrische Linse
48: konische Sacklochbohrung
49: Gleitführung
5: Puffergas
51: Puffergasdüse
52: Zwischenraum
53: Filterplatte
54: Filterplatte
55: Gasküvette
56: Hexagonalstruktur
57: Kanal
58: Langloch
59: Ventil (gepulst)
6: Vakuumkammer
61: Vakuumpumpe
62: Vorkammer (vor Debrisfilter)
63: Puffergas (aus Entladungskammer ausströmend)
64: Ausströmöffnung
65: Absaugpumpe
7: Kühlkreislauf
71: Kühlstruktur
8: Sensor

Claims

Verfahren zur Unterdrückung von Debris in kurzwelligen Strahlungsquellen auf Basis eines Plasmas, bei dem die in einer Vakuumkammer aus dem Plasma als Quellort emittierte kurzwellige Strahlung, bevor diese eine Kollektoroptik zum Bündeln der Strahlung in einem Zwischenfokus erreicht, durch ein Debrisfilter mit mindestens einer mechanischen Filterstruktur geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – innerhalb der Filterstruktur des Debrisfilters lateral zu Öffnungen, die zum Durchlass der Strahlung vorgesehen sind, ein Puffergas (5) eingeströmt wird, – wobei die Filterstruktur (41) sowohl in Richtung zum Plasma (1) als auch in Richtung der Ausbreitung der Strahlung einen Strömungswiderstand erzeugt, so dass ein erhöhter Gasdruck von Puffergas (5) auf eine definierte Volumenschicht (52; 55) im Debrisfilter (4) gegenüber dem Druck in der Vakuumkammer (6) begrenzt bleibt, und – aus der Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) austretendes Puffergas (5) durch Vakuumpumpen (61) der Vakuumkammer (6) abgesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffergas (5) in einen Zwischenraum (52) zwischen zwei Filterstrukturen (42, 42') eingeströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffergas (5) in einen Zwischenraum (55) zwischen zwei Filterstrukturen (53, 54) mit verengten Kanälen (57) eingeströmt wird, wobei die verengten Kanäle (57) geeignet gestaltete Öffnungen für die aus dem Plasma (1) emittierte Strahlung darstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliches Puffergas (63) in eine Vorkammer (62) vor dem Debrisfilter (4) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (62) mit Restgas, das aus der Entladungskammer zur Erzeugung des Plasmas (1) ausströmt und einen Anteil Puffergas (63) enthält, gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffergas (63) durch separate Ausströmöffnungen (64) aus der Vorkammer (62) in die Vakuumkammer (6) abgesaugt wird, um das Abfließen des Puffergases (63) aus der Vorkammer (62) durch die Filterstruktur (41; 42, 42'; 53, 54) zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffergas (63) durch separate Absaugpumpen (65) definiert abgesaugt wird, um in der Vorkammer (62) einen Gasdruck in der Größenordnung um 10 Pa einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in eine zentrale Blende (45) des Debrisfilters Puffergas (5) eingeleitet wird, um eine Erosion der Blende (45) zu unterdrücken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Puffergases (5), der permanent infolge des mindestens durch eine Filterstruktur (41; 42, 42'; 53, 54) in die Vakuumkammer ausströmenden Puffergases (5) im Debrisfilter (4) abfällt, durch ein gepulstes Einströmen in die Filterstruktur (41; 42, 42'; 53, 54) synchron zur gepulsten Strahlungserzeugung stoßweise erhöht wird.
Anordnung zur Unterdrückung von Debris in kurzwelligen Strahlungsquellen auf Basis eines Plasmas, bei der in einer Vakuumkammer zwischen dem Plasma als Quellort der emittierten kurzwelligen Strahlung vor einer Kollektoroptik zum Bündeln der Strahlung in einem Zwischenfokus ein Debrisfilter mit mindestens einer mechanischen Filterstruktur angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – innerhalb der Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) lateral zu Öffnungen, die zum Durchlass der Strahlung vorgesehen sind, Einlassdüsen (51) zum Einströmen eines Puffergases (5) in die Filterstruktur (41) angeordnet sind, – wobei die Filterstruktur (41) sowohl in Richtung zum Plasma (1) als auch in Richtung der Ausbreitung der Strahlung einen Strömungswiderstand aufweist, so dass im Debrisfilter (4) eine definierte Volumenschicht einen erhöhtem Gasdruck an Puffergas (5) gegenüber dem Druck in der Vakuumkammer (6) aufweist, und – mindestens eine Vakuumpumpe (61) zur Evakuierung der Vakuumkammer (6) auch zur Absaugung des aus der Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) austretenden Puffergases (5) vorgesehen ist
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Debrisfilter (4) mindestens eine Lamellenstruktur (42; 42') aufweist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Debrisfilter (4) radial zur optischen Achse (31) der Kollektoroptik (3) ausgerichtete eng benachbarte Lamellen (43) und mindestens zwei kegelförmig zum Quellort ausgerichtete Stützringe (44) für die Lamellen (43) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Debrisfilter (4) zwischen unterschiedlichen Paaren von Stützringen (44) jeweils eine unterschiedliche Anzahl von radial ausgerichteten Lamellen (43) aufweist, wobei die Anzahl der Lamellen (43) von optischen Achse (31) nach außen steigt.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Debrisfilter (4) mindestens zwei Paare von Stützringen (44) aufweist, wobei die Anzahl der Lamellen (43) zwischen einem weiter außen liegenden Paar von Stützringen (44) größer ist als die Zahl der Lamellen (43) zwischen den nächstinneren Paar von Stützringen (44).
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Debrisfilter (4) zwei Filterstrukturen (42, 42') mit einer dazwischen liegenden parallelen Volumenschicht in einem Zwischenraum (52) zur Puffergaseinströmung aufweist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstrukturen (42, 42'; 53, 54) durch verringerte Durchmesser der Öffnungen für den Durchlass der Strahlung einen höheren Strömungswiderstand für das Puffergas (5) aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstrukturen (42, 42'; 53, 54) eine geringere Strukturtiefe (l) in Richtung der Strahlung aus dem Plasma (1) aufweisen, wobei bei gleicher Puffergaszufuhr zwischen den Filterstrukturen (42, 42'; 53, 54) ein höherer Puffergasdruck einstellbar ist, so dass bei verringerter Strukturtiefe (l) keine Verringerung des Produkts aus Debristeilchen-Weg und Puffergasdichte und keine geringere Filterwirkung eintritt.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Filterstruktur (41) als enge Lamellenstruktur (42) mit vergleichbar dicht benachbarten Stützringen (43) ausgeführt ist, so dass die Filterstruktur (42, 42') annähernd quadratische Kanäle (57) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Filterstruktur (41) als Filterplatte (53; 54) ausgeführt ist, wobei in die Filterplatte (53; 54) geeignet angeordnete Löcher (57; 58) als Öffnungen zum Durchlass der vom Plasma (1) emittierten Strahlung eingebracht sind.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Filterstruktur (41) als Hexagonalstruktur (56) mit Lochbohrungen ausgeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Filterstruktur (41) als Filterplatte (53; 54) ausgeführt ist, wobei in die Filterplatte (53; 54) radial ausgerichtete Langlöcher (58) eingebracht sind.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (41) eine kreisförmige zentrale Blende (45) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Blende (45) als zum Plasma (1) hin offener Blendentopf (46) ausgeführt ist, in den Puffergas (5) einleitbar ist.
Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Blende (45) als zum Plasma hin offener Blendentopf (46) ausgeführt ist und um die Öffnung eine elektrische Linse (47) zur Ablenkung von geladenen Teilchen, insbesondere von Elektronen, angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Blende (45) massiv ausgeführt und mit einer symmetrisch zur optische (31) Achse eingebrachten konischen Sackbohrung (48) versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (43) nur in einem Stützring (44) starr fixiert und im anderen Stützring (44) gleitend geführt sind, so dass eine Wärmeausdehnung der Lamellen (43) ohne Verwerfung möglich ist.
Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stützring (44), an dem die Lamellen (43) starr fixiert sind, eine Kühlstruktur (71) angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) mittels eines Kühlkreislaufs (7) aktiv gekühlt ist, um die Dichte des Puffergases (5) zusätzlich zu erhöhen.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) mittels eines Kühlkreislaufs (7) aktiv derart gekühlt ist, dass eine Temperierung auf einen Minimalwert erfolgt, der oberhalb der Kondensationstemperatur von Materialien liegt, die unter Normalbedingungen fest und in der Vakuumkammer (6) mindestens teilweise in verdampftem Zustand vorhanden sind.
Anordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalwert der Temperierung so eingestellt ist, dass die Oberflächentemperatur der Filterstruktur (41) oberhalb der Kondensationstemperatur eines unter Normalbedingungen festen Targetmaterials liegt.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) aus hitzebeständigem und gut wärmeleitendem Material gefertigt ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (41) aus wenigstens einem der Metalle Wolfram und Molybdän oder einer Legierung daraus gefertigt ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ventil (59) zur Einströmung des Puffergases (5) in die Filterstruktur (41) des Debrisfilters (4) vorhanden ist, das stoßweise betrieben und zu einer gepulsten Strahlungserzeugung aus dem Plasma (1) synchronisiert ist.
Anordnung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das gepulst betriebene Ventil (59) zur stoßweisen Einströmung des Puffergases (5) zu jedem einzelnen Strahlungsimpuls aus dem Plasma (1) synchronisiert ist.
Anordnung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das gepulst betriebene Ventil (59) zur stoßweisen Einströmung des Puffergases (5) über einen Burst von Strahlungsimpulsen aus dem Plasma (1) synchronisiert durchgängig aktiv ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur lateralen Einströmung des Puffergases (5) unter hohem Druck Einlassdüsen (51) vorhanden sind, die für eine Überschalldüsenstrahlexpansion des Puffergases (5) in die Lücken zwischen den Lamellen (43) der Lamellenstruktur (42) hinein geeignet sind.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Puffergas (5) ein Inertgas, vorzugsweise ein Edelgas, eingesetzt ist.
Anordnung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffergas (5) ein Gemisch aus mindestens einem schweren und einem leichten Edelgas ist, um eine schnelle Einströmung und bessere Wärmeleitung zu erreichen.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenstruktur (42) so isoliert aufgebaut ist, dass durch Anlegen von Hochspannungsimpulsen eine zusätzlich Ablenkung von geladenen Debristeilchen vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (41) so isoliert aufgebaut ist, dass durch einen an der zentralen Blende (45) auftreffenden selbstfokussierten Elektronenstrahl eine Aufladung der Filterstruktur (42) zur Ablenkung von geladenen Debristeilchen vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenstruktur (42) so isoliert aufgebaut ist, dass benachbarte Lamellen (43) gepulst mit unterschiedlichem Potential aufladbar sind.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die Filterstruktur (41) zur Vermeidung parasitärer Entladungen in der Vakuumkammer (6) ein definiertes Potential angelegt ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Verringerung der Debris ein bauartähnliches Debrisfilter (4) in der Nähe des Zwischenfokus (2) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Debrisfilter (4) ein empfindlicher Sensor (8) zur Kontrolle oder Steuerung der optimalen Debrisunterdrückung nachgeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) ein Schichtsensor mit verstimmbarem Schwingquarz ist.
Anordnung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) ein miniaturisiertes Massenspektrometer ist.
Anordnung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) ein miniaturisiertes Flugzeitspektrometer ist.
Anordnung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) zur Erzeugung einer Fehlermeldung für die Steuerung der Plasmaerzeugung oder eines übergeordneten Lithographiesystems vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) zur Regelung von filterwirksamen Größen, vorzugsweise von Puffergasdrücken, Einströmungswinkeln, Spannungen oder Impulssynchronisation, vorgesehen ist.