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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Kontaminationen
von optischen Elementen, insbesondere von mindestens einer Oberfläche eines
optischen Elements, sowie ein optisches System oder Teilsystem hierfür.
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Die
Kontamination optischer Elemente stellt nach wie vor ein ernsthaftes
Problem dar, da hierdurch die Qualität der die optischen Elemente
enthaltenen Beleuchtungssysteme nachhaltig beeinträchtigt wird.
Bekannte Beleuchtungssysteme sind beispielsweise Projektionsbelichtungsanlagen,
die mit Wellenlängen ≤ 193 nm, insbesondere
im Bereich ≤ 157
nm, besonders im EUV-Bereich
mit Wellenlängen < 30 nm, insbesondere < 13 nm arbeiten.
Hier besteht das Problem darin, dass die Strahlung im EUV- bzw.
VUV- und DUV-Bereich zu einer Kontamination und/oder Zerstörung der
optischen Oberfläche der
Komponenten, die auch als optische Elemente bezeichnet werden, führt.
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Besonders
die ersten und letzten optischen Flächen von beispielsweise refraktiven
Systemen können
kontaminieren, weil diese sich in unmittelbarer Nähe z.B.
zu einer Quelle, einer Maske oder einem zu belichtenden Wafer befinden.
Hierdurch können
Verunreinigungen in das optische System eingebracht werden. Es ist
daher üblich
diese abschließenden
Flächen
z.B. durch Pellikels, d. h. dünne
Folien, zu schützen.
Derartige Folien führen
jedoch zur Absorption von Licht und bringen möglicherweise Abbildungsfehler
(Aberrationen) in das optische System ein.
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Hochenergetische
Strahlung einer Lichtquelle, beispielsweise im Bereich ≤ 193 nm, führt dazu, dass
zum Beispiel die Restsauerstoffanteile durch die Strahlung in Ozon
umgewandelt werden, welches wiederum die Oberflächen der optischen Elemente, d.h.
deren Beschichtung angreifen und zerstören kann. Durch Restgaskonzentrationen,
wie z.B. Kohlenwasserstoffe, können
sich in der umgebenden Atmosphäre
der optischen Fläche
Kontaminationen auf der optischen Fläche bilden, beispielsweise
durch Kristallbildung oder Schichten aus Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen.
Man nimmt an, dass durch die hochenergetische Strahlung kohlenstoffhaltige Moleküle, die
beispielsweise auf den Oberflächen der
optischen Elemente adsorbiert vorliegen, entweder direkt durch die
hochenergetische Strahlung oder über
gebildete freie Elektronen in reaktivere Spezies umgewandelt werden,
die stärkere
Bindungen mit der Oberfläche
ausbilden und in zunehmendem Maße
aggregieren können.
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Eine
Kontamination führt
jedoch zu einer Verminderung der Reflexion im Falle von reflektiven Komponenten
und zu einer Verminderung der Transmission im Falle von transmissiven
Elementen. Kontaminationen können
bei einem optischen Element zum Beispiel bis zu 5 % Absorptionsverluste
verursachen. Die Kontamination hängt
dabei von der Beleuchtungsstärke
ab. Besonders hoch ist die Belastung daher in denjenigen optischen
Komponenten, die einer hohen Strahlungsbelastung ausgesetzt sind.
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Es
ist bekannt, Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen durch ein
regelmäßiges Reinigen
von Spiegeln zu entfernen, beispielsweise durch das Beimengen von
Argon und Sauerstoff unter einem RF-Plasma. Für die Reinigung von kontaminierten Optiken
wird daher verwiesen auf: F. Eggenstein, F. Senf, T. Zeschke, W.
Gudat, „Cleaning
of contaminated XUV-optics at Bessy II", Nuclear Instruments and Methods in
Physics Research A 467-468 (2001), S. 325-328, der Offenbarungsgehalt
hiervon wird vollumfänglich
in das vorliegende Schutzrecht mitaufgenommen.
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Üblicherweise
werden bei der Montage von Beleuchtungssystemen daher mehrere Reinigungsschritte
zur Entfernung der erwähnten
organischen Kontaminationen eingesetzt. Beispielsweise werden die
Module und Einzellinsen mit einem speziellen UV-Brenner bestrahlt.
Trotz dieser aufwendigen Reinigung ist es notwendig, das komplette
System vor der Inbetriebnahme nochmals mit einem Laser zu reinigen,
was als sog. „Freibrennen" bezeichnet wird. Dieses
Freibrennen wirkt sich im Wesentlichen auf die Uniformität („Roll-Off") und auch die Transmission der
gereinigten Module oder optischen Komponenten aus.
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Aus
dem Stand der Technik sind bereits Vorschläge bekannt geworden, welche
sich mit dem Entfernen von Kontaminationen beschäftigen:
So wird in der
US 2001/0026402 A1 ein Verfahren zu Dekontamination von Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen
mit optischen Elementen oder Teilen davon, insbesondere von Oberflächen optischer
Elemente mit UV-Licht und Fluid beschrieben, wobei in Belichtungspausen
eine zweite UV-Lichtquelle zumindest auf einen Teil der optischen
Elemente gerichtet wird. Als Reinigungslichtquelle dient beispielsweise
ein breitbandiger Laser und zur Entfernung der abgelösten Kontaminationsbestandteile aus
dem geschlossenen optischen System wird ein Strom eines Fluids,
wie ein ozon- oder sauerstoffhaltiges Gas, bevorzugt parallel zu
den zu reinigenden Oberflächen
der optischen Elemente bzw. entlang dieser geführt.
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Weiterhin
geht aus dem Stand der Technik gemäß der
US 6,268,904 B1 ein optischer
Belichtungsapparat sowie ein optisches Reinigungsverfahren hervor.
Hierbei wird eine foto-reinigende Einheit zum Verbessern entweder
des Transmissionsgrades oder des Reflektionsgrades mindestens eines
optischen Elements vorgesehen. Die foto-reinigende Einheit ist eingerichtet
zum optischen Reinigen einer Oberfläche des mindestens einen einer
Mehrzahl optischer Elemente und ist im optischen Belichtungsapparat
vorzugsweise zwischen der Lichtquelle und dem fotosensitiven Substrat
angeordnet. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird eine Fotoreinigungslichtquelle getrennt von der Anregungslichtquelle
vorgesehen, wobei es insbesondere bevorzugt ist, eine Lichtquelle
zu verwenden, deren Wellenlängen
nahe der Beleuchtungswellenlänge
liegen. Beispielsweise kann als Beleuchtungslichtquelle ein ArF-Laser
oder ein optischer Beleuchtungsapparat, der EUV-Licht, wie weiche
Röntgenstrahlen, mit
einer kurzen Wellenlänge
verwendet, eingesetzt werden.
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Problematisch
bei den beschriebenen Dekontaminationsverfahren bzw. bei dem oben
beschriebenen letzten Reinigungsschritt, dem sog. Freibrennen, ist,
dass nach dem Einbau in der Regel nur noch sehr begrenzte Bereiche
eines optischen Elements gereinigt werden können und dies nur in Abhängigkeit
von Setting und Feldgröße erfolgen kann.
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Ein
zusätzliches
Problem ist die ungleichmäßige und
abnehmende Bestrahlungsstärke,
insbesondere, wenn nur eine Lichtquelle für mehrere zu reinigende optische
Komponenten vorgesehen ist und sich der Abstand zur Lichtquelle
vergrößert, d.h. die
Strahlungsintensität
pro Fläche
verringert wird. Neben der unzureichenden Reinigung der Gesamtfläche hat
das Licht dann außerdem
nicht die notwendige Intensität
für eine
effektive Reinigung.
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So
stellen optische Elemente mit großem Durchmesser diesbezüglich noch
größere Probleme dar,
insbesondere gilt dies für
Linsen mit großem Durchmesser,
die eine sehr geringe Bestrahlungsstärke haben und dadurch nur eine
sehr schlechte Reinigung erlauben. Dies gilt insbesondere auch für optische
Elemente mit großem
Krümmungsradius. Diese
Elemente haben in aller Regel am Rand das Problem der Kontamination.
Die Ursache hierfür
liegt im Beschichtungsprozess. Die Beschichtung am Rand ist poröser und
kann somit leichter kontaminieren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Entfernen von Kontaminationen
von optischen Elementen bzw. ein optisches System oder Teilsystem
zur Durchführung
dieses Verfahrens bereitzustellen, womit die Nachteile aus dem Stand
der Technik vermieden werden und am einzelnen optischen Element
in einem optischen System im Belichtungs-Betrieb bzw. in Belichtungsbetriebspausen Kontaminationen
entfernt werden können
und zwar ohne die Gefahr von Schädigungen
der Oberfläche, von
Coatings oder Materialien des optischen Elements oder des optischen
Systems.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch das in Anspruch 1 genannte Verfahren gelöst. Anspruch
15 betrifft ein optisches System oder Teilsystem, mit dem das Verfahren
durchgeführt
werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, zum Entfernen von Kontaminationen von optischen Elementen
oder Teilen davon, insbesondere von mindestens einer Oberfläche eines
optischen Elements, mindestens eine Halbleiterlichtquelle einzusetzen. Unter „Halbleiterlichtquellen" sollen Hochleistungslichtquellen,
verstanden werden, wobei die störende Wärmeemission
der Lichtquelle ausgeschaltet wird. Eine Halbleiterlichtquelle sendet
Licht mit stark reduziertem Infrarotanteil aus und kann auch als „Kaltlichtquelle" bezeichnet werden.
Sie findet dort Verwendung, wo Licht höchster Intensität im visuellen Spektralbereich
benötigt
wird, die Hitzeentwicklung einer gewöhnlichen Lichtquelle aber störend oder
sogar schädlich
wäre. Dies
steht völlig
im Gegensatz zu üblichen
Lichtquellen, wie zum Beispiel Hg-i-Linie-Dampflampen, die eine
Hitzeentwicklung zeigen.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein optisches System oder Teilsystem, insbesondere
zum Reinigen eines optischen Elements oder Teilen davon, insbesondere
von mindestens einer Oberfläche eines
optischen Elements, umfassend mindestens ein optisches Element sowie
ein oder mehrere Halbleiterlichtquellen zur Bestrahlung mindestens
einer Oberfläche
des optischen Elements.
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Nachfolgend
wird die Erfindung in Einzelheiten beschrieben, wobei die Ausführungen
für das Verfahren
sinngemäß für das optische
System oder Teilsystem gelten sollen und umgekehrt:
Die erfindungsgemäß eingesetzten
Halbleiterlichtquellen sind im Rahmen der Erfindung nicht besonders
beschränkt.
Besonders bevorzugt werden sogenannte UV-LEDs eingesetzt oder auch
UV-Laserdioden, Laserdioden, beispielsweise kombiniert mit diffraktiven
oder refraktiven optischen Elementen zur Strahlformung, Diodenarrays
und dergleichen.
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Derartige
Halbleiterlichtquellen, wie UV-LEDs, bieten die ausreichende Leistung,
um die genannten Kontaminationen ohne weiteres, praktisch rückstandsfrei
zu entfernen, aber die Oberfläche,
eventuell vorhandene Coatings oder dergleichen in keiner Weise zu
beeinträchtigen
oder zu verändern.
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UV-LEDs
sind Lichtquellen, die bekannt sind für lange Lebensdauer, gut regelbare
Intensität,
einstellbare Intensität
(stromgesteuert), beliebige Anordnung, beliebige Bauform, festes
Spektrum (keine Filter notwendig) und definierte Abstrahlcharakteristik.
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Ganz
besonders bevorzugte UV-LEDs sind: i-LEDs und UV-LEDs mit kürzeren Wellenlängen.
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Unter
der Bezeichnung „LED" soll im Rahmen der
Erfindung nicht nur die herkömmliche
Bauweise mit Glaskörper
verstanden werden, sondern auch die reine Montage der so genannten „Chip Die" auf Metall/Keramiksubstrat.
Diese „Chip
Die" sind LEDs,
die in enger Packung, zum Beispiel auf einem Keramiksubstrat gebondet
werden. Diese werden beispielsweise von der Fa. Roithner Laser als 66er-Einheiten
im Handel vertrieben. Ein „Die" hat üblicherweise
die Größe von etwa
300 μm × 300 μm. Somit
ist es kein Problem etwa 1000 Chips auf kleinster Fläche unterzubringen,
zum Beispiel am Fassungsrand eines optischen Elements. Es gibt eine Zahl
an Firmen, die sich auf das Verarbeiten von LED-Chips in beliebiger
Anordnung spezialisiert haben.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform ordnet
man ein oder mehrere Halbleiterlichtquellen in und/oder an einer
Halterung mindestens eines optischen Elements und/oder in der Nähe mindestens
eines optischen Elements derart an, dass das UV-Licht die Oberfläche des
optischen Elements trifft, insbesondere im wesentlichen gleichmäßig bestrahlt. Auch
ist eine Kombination von Halbleiterlichtquelle(n), zum Beispiel
LED und/oder UV-Laserdiode, und mindestens einem optischen Element,
wie einem DOE (diffraktiven optischen Element), einem ROE (refraktiven
optischen Element) oder einem CGH-Element (computergeneriertes Hologramm;
ein diffraktives optisches Element) möglich, um eine individuelle
auf die optische Fläche
optimierte Intensitätsverteilung
zur Reinigung zu erzeugen.
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Neben
einer homogenen Verteilung der Intensität der erfindungsgemäß verwendeten
Strahlungsquellen kann es auch Vorteile bringen, wenn gezielt eine
inhomogene Intensitätsverteilung
verwendet wird. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn sich
am Rand der Linse mehr Kontaminationen einlagern.
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Erfindungsgemäß können zum
Beispiel nur gleiche oder gleichartige Halbleiterlichtquellen verwendet
werden, d.h. es können
beispielsweise ausschließlich
UV-Laserdioden eines bestimmten Typs verwendet werden, oder es können auch
Kombinationen von verschiedenen Halbleiterlichtquellen eines Typs
oder verschiedener Typen miteinander kombiniert zum Einsatz kommen,
wie zum Beispiel verschiedene Typen von UV-Laserdioden, die beispielsweise
unterschiedliche Leistungsstärken
aufweisen, oder es können
UV-Laserdioden und UV-LEDs miteinander abwechselnd oder auch in
Gruppen angeordnet eingesetzt werden. Selbstverständlich sind auch
andere beliebige für
die jeweilige Anwendung mögliche
Zusammenstellungen einsetzbar.
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Somit
kann eine Entfernung von Kontaminationen unabhängig vom Beleuchtungsmodus
des optischen Systems oder Teilsystems, in der das optische Element
eingesetzt wird, stattfinden. „In
der Nähe" bedeutet eine räumliche
Anordnung, die es ermöglicht,
ein oder mehrere optische Elemente mit dem Licht der Halbleiterlichtquelle
mit einer geeignet hohen Intensität so zu bestrahlen, dass eine
Entfernung der Kontaminationen von der bestrahlten Oberfläche erreicht
wird. Bevorzugt werden mehrere Halbleiterlichtquellen verwendet,
die in geeigneter Anordnung in und/oder an einer Halterung mindestens
eines optischen Elements vorgesehen sind.
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Die
Position der Halbleiterlichtquelle(n) in und/oder an der Halterung
ist nicht besonders beschränkt,
sofern eine ausreichende Dekontamination des optischen Elements
erhalten wird. Beispielsweise können
UV-LEDs in eine Halterung eines oder mehrerer optischer Elemente
integriert sein, oder diese können
alternativ oder zusätzlich
auf oder an der Halterung angebracht werden.
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Eine
Halterung kann beliebig aufgebaut, ein- oder mehrstückig sein
und das optische Element an ein oder mehreren Bereichen halten oder
tragen. Die Halterung kann das optische Element teilweise oder vollständig umschließen und
kann symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut sein. Dies hängt von
der Art und Form des optischen Elements und des optischen Systems
oder Teilsystems, in dem das optische Element zum Einsatz kommt,
ab.
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Die
ein oder mehreren Halbleiterlichtquellen können ortsfest oder bewegbar
angeordnet werden, beispielsweise können diese verschiebbar oder
drehbar sein, so dass entweder mehrere Oberflächenbereiche eines optischen
Elements mit einer oder mehreren Halbleiterlichtquellen überstrichen
werden oder mehrere optische Elemente, beispielsweise zunächst eine
Oberfläche
eines optischen Elements und daran anschließend durch Drehen eine andere
Oberfläche eines
optischen Elements, bestrahlt werden können.
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Die
Anzahl der Halbleiterlichtquellen kann auf das zu reinigende optische
Element abgestimmt werden, beispielsweise auf den zu erwartenden
oder gemessenen Kontaminationsgrad, die Form und Größe des optischen
Elements, die Art und Stärke der
bei Einsatz des optischen Elements verwendeten Belichtungsstrahlung
und eine Reihe weiterer dem Fachmann bekannter Faktoren.
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Vorzugsweise
wird die Anordnung der Halbleiterlichtquellen derart gewählt, dass
mindestens eine Oberfläche
des zu reinigenden optischen Elements nahezu vollständig bestrahlt
und damit gereinigt wird. Insbesondere die Randbereiche der optischen
Elemente, die beispielsweise mit dem aus den Stand der Technik bekannten
Lichtquellen, wie Lasern, nicht erreicht werden, können so
gereinigt werden. Es kann somit eine Entfernung von Kontaminationen
praktisch der gesamten Oberfläche
des optischen Elements durchgeführt
werden, wohingegen im Stand der Technik häufig nur eine Reinigung/Dekontamination
bestimmter Bereiche möglich
ist.
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Erfindungsgemäß kann eine
Anordnung von mindestens 2 bis beispielsweise 50 UV-LEDs als Halbleiterlichtquellen
für mindestens
eine Oberfläche eines
optischen Elements verwendet werden. Als besonders bevorzugt haben
sich Anordnungen von 16 bis 32 UV-LEDs erwiesen (d.h. beispielsweise 3,2-6,4
Watt können
ausreichend sein). Die angegebene Anzahl der erfindungsgemäß verwendeten Halbleiterlichtquellen,
insbesondere UV-LEDs, soll hierdurch aber keinesfalls beschränkt sein,
sondern nur beispielhaft verstanden werden. Selbstverständlich kann
keine Obergrenze genannt werden, die sich aus dem Einzelfall für jedes
optische Element ergibt und für
den Fachmann ohne weiteres festgesetzt und gegebenenfalls optimiert
werden kann.
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Diese
Anordnungen von Halbleiterlichtquellen sind vorzugsweise symmetrisch
um das optische Element herum angeordnet, um eine möglichst gleichmäßig hohe
Lichtintensität über die
gesamte bestrahlte Oberfläche
zu erzeugen. Wie bereits erwähnt,
können
jedoch auch asymmetrische Anordnungen Vorteile bieten.
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Die
erfindungsgemäß verwendeten
Halbleiterlichtquellen können
in einer Anordnung für
jedes spezielle optische Element zusammengestellt und hierauf abgestimmt
werden, um die an eine Dekontamination gestellten Anforderungen
in hohem Maße zu
erfüllen,
ohne eine Gefahr für
die Schädigung
der Oberfläche
eines optischen Elements darzustellen. Ferner kann die Wellenlänge so gewählt werden, dass
Probleme hinsichtlich einer Materialzerstörung, wie z. B. Compaction,
minimiert, insbesondere ausgeschlossen werden. Vorzugsweise wird
eine Wellenlänge
in der Nähe
der Wellenlänge,
mit der das optische System oder Teilsystem arbeitet, ausgewählt.
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Es
versteht sich von selbst, dass die Anordnung der Halbleiterlichtquellen
an und/oder um das oder die optischen Elemente beliebig ist und
auf eine optimale Dekontaminationswirkung ausgelegt sein wird, diese
jedoch nicht im Strahlengang der Lichtquelle(n) mit der(denen) des
optischen Systems oder Teilsystems arbeitet, liegen sollten, in
der das oder die optischen Elemente verwendet werden.
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Der
Begriff „optisches
Element" ist im
Rahmen der Erfindung nicht besonders beschränkt und umfasst alle dem Fachmann
bekannten optischen Elemente. Beispielsweise kann das optische Element
ein reflektives optisches Element, beispielsweise ein Planspiegel,
ein sphärischer
Spiegel, ein Gitter, ein optisches Element mit Rasterelementen,
wobei die Rasterelemente aus gleichen Spiegeln bestehen können, allgemein
ein Spiegel mit einem rotations- bzw. translationsinvariantem Verhalten
sein. Das optische Element kann auch ein transmissives optisches
Element sein, beispielsweise ein Filterelement oder ein refraktives
optisches Element. Refraktive optische Elemente können zum
Beispiel eine Planplatte, eine Linse, ein optisches Element mit Rasterelementen,
wobei die Rasterelemente z. B. aus Linsen bestehen, ein Strahlteiler
oder allgemein ein refraktives Element mit einem rotations- bzw. translationsinvariantem
Verhalten sein.
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Der
Begriff optisches Element umfasst insbesondere auch Linsen die in
Beleuchtungssystemen eingesetzt werden. Beleuchtungssystem insbesondere
für die
Mikrolithographie sind aus einer Vielzahl von Schriften wie beispielsweise
der
US 6,636,367 oder
der
US 6,333,777 bekannt
geworden. Derartige Beleuchtungssysteme umfassen eine Feldebene
und gegebenenfalls mehrere hierzu konjugierte Feldebenen sowie eine
Pupillenebene und gegebenenfalls mehrere hierzu konjugierte Pupillenebenen.
Eine Linie, die in der Nähe
der Feldebene oder in der Nähe einer
konjugierten Feldebene in einem Beleuchtungssystem angeordnet ist,
wird als feldnahe Linse bezeichnet. Mit einer feldnahen Linse kann
die Gleichmäßigkeit
der Ausleuchtung, die auch als Uniformität bezeichnet wird, beeinflusst
werden. Daher ist es möglich
auf einer oder mehreren feldnahen Linsen das Entfernen von Kontaminationen
zusätzlich zum
Uniformitätskorrektiv
einzusetzen. Eine Lupe, die in der Nähe der Pupillenebene oder einer
konjugierten Pupillenebene angeordnet ist, wird als pupillennahe
Linse bezeichnet. Mit Hilfe der pupillennahen Linse kann die Telezentrie
bzw. die Elliptizität
der Ausbuchtung in der Pupille beeinflusst werden. Daher kann bei
einer pupillennahen Linse das Verfahren zum Entfernen von Kontaminationen
zusätzlich
zur Erstellung der Telezentrie oder Elliptizität verwendet werden kann.
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Das
Reinigungsverfahren wird vorzugsweise unter Vakuum durchgeführt. Als
Vakuumkammer kann diejenige des optischen Systems oder Teilsystems
dienen, in dem das optische Element verwendet wird, oder es kann
eine separate Vakuumkammer hierfür
eingerichtet werden. Bevorzugt wird die Entfernung von Kontaminationen
in einer im optischen System oder Teilsystem bereits vorhandenen
Vakuumkammer durchgeführt.
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Das
Reinigungs-/Dekontaminationsverfahren der Erfindung kann in einem
optischen System oder Teilsystem, insbesondere in den Betriebspausen
durchgeführt
werden. Eine weitere Option ist, dass auch parallel während des
Betriebs des optischen Systems oder Teilsystems, beispielsweise
parallel zu einem Waferbelichtungsprozeß, eine Reinigung durchgeführt werden
kann. Solange das Licht der Halbleiterlichtquellen nicht als Falschlicht,
zum Beispiel auf dem Wafer, ankommt, kann auch beim Betrieb gereinigt
werden. Es kann auch ein Ausbau des oder der optischen Elemente
erfolgen, die dann separat einem Reinigungs-/Dekontaminationsverfahren
unterzogen werden. Vorzugsweise findet das erfindungsgemäße Reinigungs-/Dekontaminationsverfahren
an einem oder mehreren in ein optisches System oder Teilsystem eingebauten
optischen Elementen statt. Das Reinigungsverfahren kann auch mit oder
an mehreren optischen Elementen gleichzeitig durchgeführt werden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw.
des erfindungsgemäßen optischen
Systems oder Teilsystems ist es ebenfalls möglich, das Ausmaß der Kontaminationen
auf dem optischen Element zunächst
zu messen und abhängig vom
gemessenen Kontaminationsgrad dann ganz gezielt ein Entfernen der
Kontaminationen vorzunehmen. Dies kann beispielsweise mit einer
gesonderten Meßvorrichtung
erfolgen, welche vor Durchführung
der Reinigung eingesetzt wird, aber auch während der Reinigung zum kontrollierten
Ablauf und/oder zur Bestimmung der Dauer des Reinigungsverfahrens
herangezogen werden kann.
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Die
Zeitspanne zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist nicht besonders begrenzt und kann beliebig nach Verschmutzungsgrad, Art
der Kontaminationen, Lichtintensität etc. eingestellt werden.
Die Zeitspanne für
die Reinigung bestimmt sich anhand jedes Einzelfalls und ist für den Fachmann
ohne weiteres festlegbar. Hierfür
können auch
ein oder mehrere Messvorrichtungen vorgesehen werden, wobei die
Messung der erfolgten Reinigung/Dekontamination durch Bestimmung
des Transmissionsgrads einer beugenden optischen Komponente oder
des Reflexionsgrads einer reflektierenden optischen Komponente durchgeführt werden
kann. Dies kann während
des Verfahrens zum Entfernen von Kontaminationen erfolgen, um zu
bestimmen, wann die Reinigung abgeschlossen ist, und/oder bevor
oder nach Durchführung
des Verfahrens.
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Insbesondere
im Falle der Entfernung von Kontaminationen von refraktiven optischen
Elementen, insbesondere Linsen, werden vorteilhafterweise beide
Oberflächen
des refraktiven optischen Elements von Kontaminationen befreit.
Dies kann beispielsweise durch jeweils eine Anordnung von Halbleiterlichtquellen
erfolgen, die in und/oder an einer Halterung des optischen Elements
und/oder in dessen Nähe
angeordnet werden, wobei die beiden Anordnungen gleichzeitig oder
nacheinander die jeweilige Oberfläche des optischen Elements
bestrahlen. Es kann aber auch nur eine Anordnung mit einer geeigneten
Anzahl von Halbleiterlichtquellen vorgesehen werden, die durch entsprechendes
Verschieben nacheinander beide Oberflächen desselben optischen Elements
dekontaminieren kann.
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Lediglich
beispielhaft sei eine Anordnung von mindestens 2 bis beispielsweise
30 Halbleiterlichtquellen, beispielsweise UV-LEDs genannt. Die Anordnung
ist zum Beispiel stark abhängig
von der Leistungsklasse der erfindungsgemäß eingesetzten Halbleiterlichtquellen,
wie LEDs. Bei Power-LEDs können
zum Beispiel 30 LEDs eine ausreichende Reinigung erzielen. Bei kleinen
LEDs, die beispielsweise im mW-Bereich arbeiten, sind durchaus auch 1000
LEDs oder mehr pro Fläche
eines optischen Elements, zum Beispiel pro Linsenfläche, möglich. Die
Angabe einer Obergrenze ist daher nicht sinnvoll.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann das erfindungsgemäße optische System oder Teilsystem
ein der Halbleiterlichtquelle nachgeschaltetes optisches Element
zur Strahlformung aufweisen, beispielsweise um eine individuell angepasste
Reinigung durchzuführen.
Das nachgeschaltete optische Element ist aus den bekannten beliebig
auswählbar
und kann beispielsweise ein DOE (diffraktives optisches Element),
ein ROE (refraktives optisches Element) oder ein CGH-Element (computergeneriertes
Hologramm; ein diffraktives optisches Element) sein.
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Beispielsweise
kann das nachgeschaltete optische Element eine Strahlformung zum
Beispiel ähnlich
der annularen Verteilung eines Rings auf das zu reinigende Element
projeziert. Der Rand ist dann in diesem Beispielfall größerer Strahlungsintensität ausgesetzt
als die Mitte des zu reinigenden optischen Elements, so dass analog
der zu erwartenden Verunreinigung eine Reinigung durchgeführt werden
kann.
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Das
Verfahren der Erfindung kann neben dem Entfernen von Kontaminationen
von optischen Elementen oder von Teilen davon, insbesondere von mindestens
einer Oberfläche
eines optischen Elements, ebenfalls zur Korrektur von Bildfehlern
eingesetzt werden.
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Außer den
erfindungsgemäßen Halbleiterlichtquellen
können
auch weitere Mittel zu Reinigungs-/Dekontaminationszwecken vorgesehen
sein, wie ein Gas, z. B. ein sauerstoffhaltiges, ozonhaltiges und/oder
ein argonhaltiges Gas als Gasatmosphäre oder als Spülgas, eine
RS-Antenne zur Erzeugung eines Hochfrequenzplasmas, Elektroden zum
Anlegen von Feldern oder auch mechanische Reinigungsmittel.
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Vorzugsweise
ist das optische System oder Teilsystem ein Beleuchtungssystem beispielsweise einer
Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere für den Mikrolithographiebereich;
es kann aber auch ein Projektionsobjektiv selbst sein, oder ein
beliebiges anderes optisches System oder ein Teil hiervon, in dem
eine oder mehrere optische Komponenten angeordnet sind, so dass
eine einfache Entfernung von Kontaminationen vor Inbetriebnahme
oder während des
Betriebs, vorzugsweise außerhalb
des eigentlichen Betriebs, in Belichtungspausen, durchgeführt werden
kann. Die Halbleiterlichtquelle(n) kann(können) auch Teil des Projektionsobjektivs
selbst sein.
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Insbesondere
für offene
Systeme, welche gegenüber
Kontamination empfindlicher sind oder auch für die eingangs erwähnten EUV-Systeme
hat das erfindungsgemäße Verfahren
bzw. das optische System oder Teilsystem der Erfindung größte Bedeutung.
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Die
Vorteile, die mit der erfindungsgemäßen Lehre erreicht werden können, sind
außerordentlich vielschichtig:
So
bietet der Einsatz von Halbleiterlichtquellen, wie UV-LEDs, insbesondere
im Vakuum den Vorteil, dass durch den Einsatz dieser sehr speziellen
Lichtquellen mit außerordentlich
hoher Lebensdauer keine zusätzlichen
Kontaminationen durch häufiges
Auswechseln der Lichtquellen in das optische System oder Teilsystem,
insbesondere das Vakuum, eingetragen werden. Im Gegensatz hierzu
müssen
andere Lichtquellen, wie beispielsweise Quecksilberlampen, sehr
häufig
ausgetauscht werden, da deren Lebensdauer aufgrund der schlechten
Hitzeabstrahlung, insbesondere im Vakuum, nachhaltig beeinträchtigt wird.
Beim Austausch besteht stets die Gefahr, dass von außen Kontaminationen
eingeschleppt werden. Zudem muss das Dekontaminationsverfahren zur Auswechselung
unterbrochen werden.
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Die
erfindungsgemäß ausgewählten Halbleiterlichtquellen
bieten den weiteren Vorteil, dass keine oder nur eine geringe Kühlung erforderlich
ist, die beispielsweise direkt integriert werden kann, was bei anderen
im Stand der Technik verwendeten Lichtquellen regelmäßig nicht
der Fall ist. Darüber
hinaus haben die erfindungsgemäß verwendeten
Halbleiterlichtquellen einen außerordentlich
geringen Platzbedarf, benötigen
weniger Raum für
die Anschlüsse, insbesondere
weniger Kabel als herkömmliche
Lichtquellen und sind daher in nahezu beliebigen optischen Systemen
ohne weiteres unterzubringen und anzuordnen. Die weiterhin hohe
Lebensdauer derartiger Halbleiterlichtquellen erlaubt die Durchführung zahlreicher
Reinigungs-/Dekontaminationsvorgänge ohne
Störungen.
Zudem kann das einmal eingeführte Reinigungs-/Dekontaminationsverfahren
bzw. die einmal eingerichtete Reinigungs-/Dekontaminationsvorrichtung auf Grund
der hohen Lebensdauer dieser Lichtquellen für längere Zeitspannen unverändert aufrechterhalten
bleiben, ohne dass in das System von außen eingegriffen werden muss.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Systems oder
Teilsystems ist, dass nicht nur eine einzige Lichtquelle zum Einsatz
kommt, sondern eine Vielzahl beispielsweise von Dioden eingesetzt
werden, so dass für
jede mögliche
Anordnung und Geometrie die geeignete Anzahl und Gruppierung der
Lichtquellen für
jeden Einzelfall, d.h. jede Oberfläche jeden optischen Elements,
gestaltet werden kann. Dies bedeutet eine hohe Flexibilität in der
Anwendbarkeit.
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Die
Anordnungen der Halbleiterlichtquellen können beliebig gestaltet sein,
um einen optimalen Reinigungs-/Dekontaminationseffekt in einer relativ kurzen
Zeitspanne zu erreichen. Die Anordnungen und Anzahl der Halbleiterlichtquellen
kann auf jedes einzelne optische Element in einem optischen System
abgestimmt sein; es können
mehrere optische Elemente einzeln dekontaminiert werden.
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Schließlich kann
auch bei optischen Elementen mit großen Durchmessern eine optimale
Ausleuchtung, die einfach strukturierbar ist, erreicht werden, so
dass beispielsweise auch Randbereiche eines optischen Elements miterfasst
und damit gereinigt werden können.
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Die
Entfernung von Kontaminationen dient vorzugsweise als abschließende Reinigung,
bevor das Belichtungssystem in Betrieb genommen wird, oder kann
während
des Betriebs, insbesondere in Betriebspausen, zum Einsatz kommen.
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Der
Reinigungs-/Dekontaminationseffekt kann zudem durch Gegenwart eines
Gases, insbesondere stark oxidierenden Gases, beschleunigt werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
und aus den nachfolgenden, anhand der Zeichnung prinzipiell beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
Die beigefügten
Figuren veranschaulichen das vorliegende erfindungsgemäße System oder
Teilsystem sowie die erfindungsgemäß durchführbare Verfahrenslehre ohne
diese darauf zu beschränken.
Im Einzelnen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts eines optischen Systems,
umfassend ein optisches Element mit einer Halterung, wobei die Halbleiterlichtquellen
in der Halterung angeordnet sind;
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2 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem optischen System,
wobei sich die Halbleiterlichtquellen in der Nähe des optischen Elements befinden;
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3 eine
schematische Darstellung einer transmissiven Planplatte, wobei die
Halbleiterlichtquellen an der Halterung angeordnet sind;
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4 eine
schematische Darstellung einer transmissiven Plankonvexlinse, wobei
die Halbleiterlichtquellen an den Halterungen angeordnet sind;
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5 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem optischen System
umfassend zwei Linsen als optische Elemente, wobei sich die Halbleiterlichtquellen
in der Nähe
der Linsen befinden;
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6 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem optischen System,
wobei die Lichteinkopplung am Linsenbund erfolgt;
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7 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem optischen System,
umfassend ein diffraktives optisches Element in Reflektion zur Erzeugung
einer individuellen ortsaufgelösten Reinigung
und
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8 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem optischen System
wie in 7, aber mit einem optischen Element zur Strahlformung
in Transmission.
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1 zeigt
in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
eine Linse 100, die Teil eines refraktiv ausgeführten optischen
Teilsystems im Schnitt ist. Die Strahlen 110 treffen auf
das refraktive optische Element, hier die Linse 100, auf
und treten durch diese hindurch. Während des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Entfernen von Kontaminationen werden die Halbleiterlichtquellen 130.1, 130.2, 130.3 und 130.4,
die sich integriert in der ersten Fassung 120.1 sowie integriert
in der zweiten Fassung 120.2 befinden, eingeschaltet.
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Die
Figur ist nicht maßstabsgetreu
und soll auch nur in schematischer Weise aufzeigen, wie das Verfahren
durchzuführen
ist, bzw. ein entsprechendes optisches System oder Teilsystem ausgelegt sein
kann.
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Die
Halbleiterlichtquellen, insbesondere UV-LEDs 130.1 bis 130.4,
können
dabei derart angeordnet sein, dass die gesamte Oberfläche des
optischen Elements, im vorliegenden Fall beide Oberflächen der
Linse 100, bestrahlt und damit dekontaminiert werden. Hierbei
ist die Anzahl der UV-LEDs nicht besonders beschränkt, sondern
kann für
jeden Einzelfall entsprechend ausgewählt und eine geeignete Anordnung
eingesetzt werden.
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Selbstverständlich kann
ein Fachmann die für
die refraktiven Systeme gegebenen Lehren ohne erfinderisches Zutun
auch auf reflektive Systeme übertragen
und umgekehrt von reflektiven auf refraktive Systeme, auch wenn
dies im Einzelfall nicht explizit beschrieben wird.
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2 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung eine optische Komponente, insbesondere ein refraktives
oder reflektives optisches Element, wie eine Linse oder einen Spiegel 200,
wobei sich die zur Entfernung von Kontaminationen verwendeten Halbleiterlichtquellen
in diesem Beispiel nicht an oder in der Halterung befinden. Diese
sind in unmittelbarer Nähe
des optischen Elements angeordnet und in 2 beispielsweise
als UV-LEDs und/oder UV-Laserdioden 220.1 und 220.2 dargestellt.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, wonach eine transmissive Planplatte 300 in einer
Halterung 320.1 und 320.2 gehalten wird, auf die
im Betrieb die Strahlen 310 treffen und durch diese hindurch
treten. An den Halterungen 320.1 und 320.2 sind
eine Vielzahl von Halbleiterlichtquellen, wie UV-LEDs, 330.1, 330.2, 330.3, 330.4, 330.5, 330.6, 330.7 und 330.8 angeordnet. Zur
Entfernung von Kontaminationen werden diese über eine gewünschte Zeitspanne
angeschaltet, wodurch die Kontaminationen auf einer bzw. beiden Oberflächen der
transmissiven Planplatte 300 entfernt werden. In der Regel
ist es nicht ausreichend, wenn das reinigende Licht auf eine der
beiden Oberflächen
des optischen Elements auftrifft, um beide Oberflächen zu
reinigen, so dass im Fall eines transmissiven optischen Elements
vorzugsweise beide Oberflächen
gereinigt werden. Die Halbleiterlichtquellen können auch dreh- oder schwenkbar
sein, so dass die Oberfläche
eines unmittelbar benachbarten optischen Elements auch von Kontaminationen
befreit werden kann.
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4 zeigt
ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wonach eine transmissive
Plankonvexlinse 400 mit einer oberen Halterung 420.1 und
einer unteren Halterung 420.2 versehen ist. Integriert
in diese Halterungen 420.1 und 420.2 sind Halbleiterlichtquellen 430.2 und 430.3,
beispielsweise UV-LEDs
und/oder Laserdioden oder dergleichen, untergebracht. Ferner sind
an den Halterungen 420.1 und 420.2 zusätzliche
Halbleiterlichtquellen, wie UV-LEDs, 430.1 und 430.4 vorgesehen.
Durch die gewählte
Anordnung der Halbleiterlichtquellen, können beide Oberflächen der
Linse 400 über
die gesamte Fläche
bestrahlt werden. Die Halbleiterlichtquellen, hier: UV-LEDs, können ortsfest oder
bewegbar sein. Beispielsweise können
die LEDs 430.1 und 430.4 ausfahrbar und/oder verschiebbar
angeordnet sein und/oder die gesamte LED-Anordnungen, hier repräsentiert
durch die Anordnungen 430.1 und 430.2 sowie 430.3 und 430.4, kann
ausfahrbar und/oder verschieb- und/oder drehbar sein, um beide Oberflächen der
Plankonvexlinse 400 wechselseitig bestrahlen zu können. Eine
drehbare Anordnung ist vorteilhaft, um den gesamten Oberflächenbereich
mit wenigen Halbleiterlichtquellen auszuleuchten oder um beispielsweise
mehrere optische Elemente mit derselben Anordnung zu dekontaminieren/reinigen.
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Obwohl
in den obigen Figuren jeweils nur ein optisches Element gereinigt
wird, versteht es sich von selbst, dass auch mehrere optische Elemente
in einem optischen System oder Teilsystem gleichzeitig oder nacheinander
einem Verfahren zum Entfernen von Kontaminationen unterzogen werden
können. Hierfür können die
verwendeten Halbleiterlichtquellen entweder direkt am optischen
Element, d. h. bspw. in dessen Halterung oder in dessen Nähe angeordnet
sein, oder diese können
auch verschieb- oder drehbar für
mindestens eine Oberfläche
eines oder mehrerer optischer Elemente ausgelegt sein. Die Zahl
der verwendeten Halbleiterlichtquellen ist dabei nicht besonders
beschränkt
und kann für
jeden Einzelfall in geeigneter Weise ausgewählt werden.
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Repräsentativ
soll in 5 ein erfindungsgemäßes Verfahren
bzw. ein erfindungsgemäßes optisches
System oder Teilsystem an mehreren optischen Elementen beschrieben
werden:
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5 zeigt
ein Gehäuse
500,
vorzugsweise eines Projektionsobjektivs für die Mikrolithographie, wie
in der
US 6,665,126
B2 oder der
US 5,132,845 für refraktive
Systeme offenbart oder in der
US 6,600,552 B2 für reflektive Systeme beschrieben,
deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich miteinbezogen
wird, in dem beispielhaft 2 Linsen
510.1 und
510.2 angeordnet
sind. Im Normalbetrieb des optischen Systems, von dem hier nur ein Ausschnitt
schematisch dargestellt wird, dient eine Lichtquelle
503,
wie zum Beispiel ein DUV-Excimerlaser, zur Belichtung. Weiterhin
sind Spülgaszuführungen
520.1 und
520.2 zur
Einführung
von Gas vorgesehen. In gleicher Weise erfolgt eine Abfuhr des Spülgases zusammen
mit den Kontaminationsbestandteilen über die Leitung
530,
beispielsweise an entgegengesetzter Seite des Gehäuses
500.
Das Gehäuse
500 kann
als Vakuumraum ausgelegt sein.
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Die
Halbleiterlichtquellen, beispielsweise in Form von UV-LEDs und/oder
Laserdioden, 550.1, 550.2, 550.3, 550.4, 550.5, 550.6, 550.7 und 550.8 sind
in der Nähe
der Linsen 510.1 und 510.2 ortsfest angeordnet,
um deren Oberfläche
durch Bestrahlung mit UV-Licht zu reinigen. Diese können aber
auch bewegbar, beispielsweise auf einem schwenkbaren Träger (nicht
gezeigt) vorgesehen werden. Zum Entfernen der Kontaminationsbestandteile,
wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, aus dem geschlossenen optischen
System kann ein Gasfluss, wie zum Beispiel ozonhaltiges Gas oder
Sauerstoff und/oder Argon, bevorzugt parallel zu den Oberflächen der Linsen 510.1 und 510.2 oder
entlang dieser geführt werden.
Der Gasfluss ist vorzugsweise zu- und abschaltbar.
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Wie
in 5 gezeigt, sind die Halbleiterlichtquelle(n) Teil
des Projektionsobjektivs selbst.
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In
der Vakuumkammer können
ferner weitere und/oder alternative Mittel zur Reinigung, wie beispielsweise
eine RF-Antenne zum Erzeugen eines Hochfrequenzplasmas oder Elektroden
zum Anlegen einer elektrischen Spannung befinden. Diese zusätzlichen
bzw. alternativen Mittel sind in der Figur nicht gezeigt.
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6 zeigt
in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
eine Linse 600 als Teil eines optischen Systems im Schnitt.
Die Lichteinkopplung erfolgt in diesem Beispiel am Linsenbund. Die
Halbleiterlichtquelle 620 kann hierzu beispielsweise in
der Fassung 630.1 und/oder 630.2 integriert sein.
Vorliegend ist nur eine Halbleiterlichtquelle in einer Fassung dargestellt.
Es wird demnach ein Reinigungsprinzip verwirklicht, wonach wie bei
einem Glasstab das Licht von Innen ausgestrahlt wird.
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7 zeigt
ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wonach eine Lichtquelle 710,
beispielsweise eine Laserdiode oder LED, über ein nachgeschaltetes optisches
Element, beispielsweise ein diffraktives optisches Element 730,
in Reflektion zur Erzeugung einer individuell ortsaufgelösten Reinigung
eingesetzt wird. Das zu reinigende optische Element ist vorliegend
eine Linse 700 mit einer ersten Fassung 720.1 und
einer zweiten Fassung 720.2, welche die Linse 700 im
Beispielfall oben und unten hält
bzw. trägt.
Selbstverständlich sind
auch andere Mittel möglich,
die ein optisches Element halten bzw. tragen können. Die zur individuell ausgerichteten
Reinigung herangezogene nachgeschaltete optische Element 730 kann
ein beliebiges optisches Element sein, wie ein DOE (diffraktives optisches
Element), ein ROE (refraktives optisches Element) oder ein CGH-Element
(computergeneriertes Hologramm; ein diffraktives optisches Element), um – je nach
gewünschtem
Aufbau – eine
individuelle auf die optische Fläche
optimierte Intensitätsverteilung
zur Reinigung zu erzeugen.
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In ähnlicher
Weise wie in 7 zeigt 8 den Einsatz
eines zusätzlichen
optischen Elements 830, das im vorliegenden Fall in Transmission
zur individuellen ortsaufgelösten
Reinigung eines optischen Elements 800 dient. Es ist eine
Lichtquelle 810, beispielsweise eine Laserdiode oder LED,
dargestellt, sowie ein nachgeschaltetes optisches Element, insbesondere
ein refraktives optisches Element 830, das zur Strahlformung
in Transmission und individuell ortsaufgelöster Reinigung eingesetzt wird.
Das zu reinigende optische Element ist vorliegend eine Linse 800 mit
einer ersten Fassung 820.1 und einer zweiten Fassung 820.2,
welche die Linse 800 im Beispielfall oben und unten halten
bzw. tragen. Selbstverständlich
sind auch andere Haltemittel denkbar. Die zur individuell ausgerichteten
Reinigung herangezogene optische Element 830 kann ein beliebiges
optisches Element darstellen, wie bereits bei 7 detailliert
erläutert.
Das nachgeschaltete optische Element 830 dient demnach
zur Optimierung der Reinigung.
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Mit
der Erfindung wird somit erstmals ein Verfahren bzw. ein optisches
System oder Teilsystem zum Entfernen von Kontaminationen bereitgestellt, das/die
es ermöglichen,
nicht nur Teilbereiche, sondern die gesamte Oberfläche von
optischen Elementen, unabhängig
von dessen Form und Größe, zu dekontaminieren/reinigen.