DE102007023444A1

DE102007023444A1 - Einrichtung zur Erzeugung eines Gasvorhangs für plasmabasierte EUV-Strahlungsquellen

Info

Publication number: DE102007023444A1
Application number: DE102007023444A
Authority: DE
Inventors: Duc Chinh Prof. Dr. Tran; Jesko Dr. Brudermann; Björn Mader; Gilbert Dornieden; Thomas Brauner
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: US20080283779A1; US7750327B2; NL2001585C2; DE102007023444B4; NL2001585A1; JP2008300351A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Gasströmungen zur Filterung emittierter Strahlung in plasmabasierten Strahlungsquellen. Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zur Erzeugung eines Gasvorhangs in unmittelbarer Nähe eines strahlenden Plasmas zu finden, die bei der extremen thermischen Belastung eine einfache Anordnung und Konstruktion sowie eine lange Lebensdauer der Einrichtung zur Erzeugung eines Gasvorhangs gestattet, wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Spaltdüse (1) zur Ausbildung eines Überschall-Düsenprofils (11) für die Erzeugung eines breitflächigen Gasvorhangs (18; 19) aus mehreren Teilkörpern (14, 15; 2) zusammengesetzt ist, die aus verschiedenen Materialien bestehen, um unterschiedlichen thermischen und präzisionstechnischen Anforderungen im Gaseintritts- und Gasaustrittsbereich (14; 15) der Spaltdüse (1) gerecht zu werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Gasströmungen zur Filterung der emittierten Strahlung in plasmabasierten Strahlungsquellen, bei denen mindestens eine Überschall-Spaltdüse zur Erzeugung eines Gasvorhangs im auskoppelbaren Strahlenbündel vorhanden ist.
Die Erfindung wird vorzugsweise in der Halbleiterchipherstellung bei Strahlungsquellen für die EUV-Lithographie zum Schutz der Kollektoroptik und anderer nachfolgender Optiken vor Debris angewendet.
Die Strukturierung von Halbleiterchips geschieht nach heutigem Stand der Technik mittels optischer Lithographie. Hierbei wird die auf einer Maske enthaltene gewünschte Struktur auf eine Halbleiterscheibe abgebildet. Dort befindet sich eine lichtempfindliche Schicht, welche durch die Belichtung chemische Änderungen erfährt und dadurch eine weitere selektive Bearbeitung von belichteten und nicht belichteten Flächen ermöglicht. Die mit diesem Verfahren erreichbare räumliche Auflösung ist durch die Wellenlänge des verwendeten Lichtes begrenzt. Die fortschreitende Miniaturisierung erfordert eine stetige Erhöhung der Auflösung, die nur durch eine Verringerung der Lichtwellenlänge erreicht werden kann. Zur Ablösung der derzeit verwendeten DUV-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 193 nm ist der Einsatz extrem ultravioletter (EUV-)Strahlung mit einer Wellenlänge von 13,5 nm vorgesehen. Zur Erzeugung dieser Wellenlängen muss auf plasmabasierte Strahlungsquellen zurückgegriffen werden. Da EUV-Strahlung in jedem bekannten Material starkabsorbiert wird, muss die gesamte Strahlungserzeugung bis hin zur Belichtung im Hochvakuum und unter Verwendung reflektierender Optiken erfolgen.
Hochleistungsstrahlungsquellen für EUV-Strahlung basieren auf einem leuchtenden Plasma, das durch einen Laserimpuls (LPP – laser-produced plasma) oder eine Gasentladung (GDP – gas-discharge plasma) erzeugt wird. Hierbei wird ein Material, z. B. Xenon, Zinn oder Lithium, auf Temperaturen von einigen hunderttausend Grad aufgeheizt, wobei das entstehende Plasma im EUV-Bereich emittiert. Diese Strahlung wird mittels einer Kollektoroptik gesammelt und in einen Zwischenfokus abgebildet, der die Schnittstelle zum angrenzenden Belichtungsmodul darstellt. Neben dem Erreichen einer möglichst hohen Strahlungsleistung im Wellenlängenbereich um 13,5 nm ist vor allem die Lebensdauer plasmaerzeugender Komponenten der Strahlungsquelle und der Kollektoroptik kritisch. Das Plasma emittiert neben der erwünschten Strahlung auch hochenergetische Teilchen sowie größere Cluster, zusammenfassend Debris genannt. Die Debrisemission führt je nach Betriebsparametern zum Abtrag von reflektierenden Schichten, zum Ablagerung von Verunreinigungen oder zum Aufrauen der optischen Oberfläche. Alle diese Prozesse reduzieren das Reflexionsvermögen der Optik. Daher kommt den Vorrichtungen zum Schutz der Kollektoroptik vor dem Debris eine Schlüsselrolle für den erfolgreichen Einsatz von EUV-Hochleistungsquellen zu.
Zum Schutz der Kollektoroptik sind folgende Grundprinzipien bekannt:

a) mechanisch bewegliche Aperturen bzw. Verschlüsse, die den Strahlungsimpuls durchlassen und die langsameren Debristeilchen abschotten,
b) ruhende oder drehende Lamellenanordnungen, wie z. B. in EP 1 274 287 A1 und EP 1 391 785 A1 offenbart, die im Wesentlichen ausschließlich in Radialrichtung zum Emissionsort ausgerichtet Lamellen aufweisen, die die Debristeilchen adhäsiv auffangen,
c) elektrische und/oder magnetische Felder (meist in Kombination mit Filtern für ungeladene Teilchen), wie z. B. in US 6,881,971 B2 beschrieben,
d) mit Puffergas gefüllte Räume, in denen Debristeilchen durch Stöße mit Gasteilchen abgebremst werden (und durch Absaugung oder weitere Filtermaßnahmen eliminiert werden, wie beispielsweise in DE 10 2004 020 521 A1 beschrieben), sowie
e) Gasvorhänge aus Puffergas, die als schnelle flächige laterale Gasströmung sowohl die Debristeilchen abbremsen als auch ablenken (vgl. WO 2003/26363 A1 ).

Für GDP- und LPP-Quellen werden grundsätzlich dieselben Debris-Filterkonzepte verwendet, allerdings mit dem Unterschied, dass bei GDP-Quellen das Plasma in unmittelbarer räumlicher Nähe eines Elektrodensystems entsteht, wodurch nur ein sehr begrenzter Raumwinkel emittierter Strahlung zur Verfügung steht, während bei LPP-Quellen wesentlich größere Abstrahlungswinkel abgedeckt werden müssen.
Strömende Puffergase werden seit längerem in den evakuierten Kammern zur Plasmaerzeugung in Kombination mit mechanischen und feldgekoppelten Debrisfiltern eingesetzt, da die Gasteilchen durch Stöße mit den Debristeilchen deren Abbremsung und/oder Ablenkung bewirken und die Wirkung weiterer Debrisfilter deutlich verbessern. Dabei muss allerdings ein leistungsfähiges Evakuierungssystem eingesetzt werden, um die Extinktionswirkung des Puffergases für die emittierte EUV-Strahlung gering zu halten.
Die besonders effektive Form einer Debrisfilterung stellt gemäß Punkt e) die Anwendung eines Gasvorhangs dar, wie er in der WO 2003/26363 A1 beschrieben ist. Ein solcher Gasvorhang kann – wenn er mit Überschalldüsen realisiert ist – sogar größere Debris-Cluster ausreichend ablenken und stört dabei kaum das zur Plasmaerzeugung notwendige Vakuum. Außerdem hat er nur einen geringen Raumbedarf und kann in unmittelbaren Nähe zum Plasma eingesetzt werden.
Das Problem beim Einsatz eines Gasvorhangs besteht allerdings darin, dass dessen Ausdehnung (innerhalb einer Ebene) räumlich begrenzt ist, so dass die erzeugende Spaltdüse möglichst nah an das Plasma herangebracht werden muss, um einen großen Raumwinkel der EUV-Strahlung abzudecken. Dies hat eine hohe thermische Belastung der Düse zur Folge. Überschall-Spaltdüsen bestehen jedoch aus äußerst präzisen feinmechanischen Formen, die schwer zu kühlen und nur äußerst schwierig aus hochschmelzenden Materialien (z. B. Wolfram oder Molybdän) herstellbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Erzeugung eines Gasvorhangs in unmittelbarer Nähe eines strahlenden Plasmas zu finden, die bei der extremen thermischen Belastung eine einfache Anordnung und Konstruktion sowie eine lange Lebensdauer der Einrichtung zur Erzeugung des Gasvorhangs gestattet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Einrichtung zur Erzeugung von Gasströmungen zur Filterung der emittierten Strahlung in plasmabasierten Strahlungsquellen, bei denen mindestens eine Überschall-Spaltdüse zur Erzeugung eines Gasvorhangs im auskoppelbaren Strahlenbündel vorhanden ist, dadurch gelöst, dass die Spaltdüse zur Ausbildung eines Überschall-Düsenprofils für die Erzeugung eines breitflächigen Gasvorhangs aus mehreren Teilkörpern zusammengesetzt ist, die aus verschiedenen Materialien bestehen, um unterschiedlichen thermischen und präzisionsmechanischen Anforderungen an die Spaltdüse gerecht zu werden.
Vorteilhaft ist die Spaltdüse aus einem Gaseintrittsteil und einem Gasaustrittsteil zur Formung des Düsenprofils zusammengesetzt, wobei der Gaseintrittsteil aus einem präzisionsmechanisch gut bearbeitbarem Metall und der Gasaustrittsteil aus einem hochschmelzenden Metall besteht. Dabei wird der Gaseintrittsteil vorzugsweise aus Stahl oder Edelstahl gefertigt, während der Gasaustrittsteil zweckmäßig aus Molybdän oder Wolfram gefertigt ist.
Die Spaltdüse enthält vorteilhaft ein Gasverteilungsrohr zum definiert gerichteten Einströmen des Gases in das Düsenprofil, wobei das Gasverteilungsrohr entlang einer Mantellinie eine longitudinal gleichmäßig für radialen Gasdurchlass ausgebildete Gaseinströmungszeile aufweist.
Die Gaseinströmungszeile ist zweckmäßig als eine Reihe äquidistant angeordneter Kreislöcher, Langlöcher oder als durchgehender Schlitz ausgebildet. Dabei weisen Kreislöcher der Gaseinströmungszeile vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 10 und 500 μm auf. Für Langlöcher oder einen durchgehenden Schlitz beträgt die Breite vorteilhaft zwischen 30 und 300 μm, wobei die Länge der Langlöcher vorzugsweise 1 bis 10 mm betragen kann. Die Abstände zwischen den einzelnen Kreislöchern oder Langlöchern sind zweckmäßig im Bereich von 1 bis 5 mm zu wählen.
Grundsätzlich richtet sich die Dimensionierung der Öffnungen der Gaseinströmungszeile nach

a) der Gasart (für leichtere Gase kleinere, für schwerere Gase größere Löcher),
b) den gewünschten Eigenschaften des Gasvorhangs (Druck und Dichte im Gasstrom, Richtungsfokussierung und Machzahl des Gasstroms),
c) den zulässigen Durchflussmengen (Kapazität der Vakuumpumpen im Strömungsbereich des Gasvorhangs und realisierbare Drücke in der Gaszuleitung), und
d) geometrischen Faktoren (Breite des Gasvorhangs, Größe der Vakuumkammer etc.).

Das Gasverteilungsrohr kann aus einem metallischen oder aus einem keramischen Material bestehen. Die Gaszuführung für die Zuleitung des Gases ist vorteilhaft an einer Stirnseite des Gasverteilungsrohres angebracht.
Die Teilkörper der Spaltdüse, wie Gaseintrittsteil, Gasaustrittsteil oder Gasverteilungsrohr, sind zweckmäßig durch eine lösbare Verbindung zusammengefügt.
Dabei können Stifte, Schrauben, Niete, Klemmen oder auch eine Manschette zum Einsatz kommen.
Die Teilkörper der Spaltdüse können aber auch durch eine unlösbare Verbindung, z. B. stoffschlüssige Verbindungen (Schweißen, Löten oder Kleben) oder wenigstens eine lösbare (z. B. für das Gasverteilungsrohr) und eine unlösbare Verbindung (zur Verbindung der Teilkörper) zusammengefügt sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren in einer Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis einer Gasentladung, bei der in einer Vakuumkammer eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines Gasentladungsplasmas und eine Kollektoroptik zum Sammeln der aus dem Plasma emittierten EUV-Strahlung entlang einer optischen Achse angeordnet sind, und orthogonal zur optischen Achse zwischen Plasma und Kollektoroptik eine Spaltdüse zur Erzeugung eines Gasvorhangs angeordnet ist, dadurch gelöst, dass die Spaltdüse zumindest einen Gasaustrittsteil aus einem hochschmelzenden Material aufweist und weitere Teile für den Gaseintritt aus präzisionsmechanisch gut bearbeitbaren Materialien hergestellt sind, und die Spaltdüse zumindest teilweise in einem Strahlungsschatten der für die Erzeugung des Plasmas vorhandenen Elektrodenanordnung befestigt ist und gegenüberliegend zur optischen Achse der Kollektoroptik eine Absaugeinrichtung für den Gasvorhang ebenfalls im Strahlungsschatten angebracht ist.
Dabei wird als Kollektoroptik vorteilhaft eine streifend reflektierende Reflexionsoptik aus geschachtelt angeordneten Kollektorspiegeln eingesetzt, wobei zwischen dem von Spaltdüse und Absaugeinrichtung erzeugten Gasvorhang und der Kollektoroptik eine mechanische Lamellenanordnung angeordnet ist.
Der zwischen dem von Spaltdüse und Absaugeinrichtung erzeugte Gasvorhang besteht vorzugsweise aus einem Puffergas zur Abbremsung von Debristeilchen, der im Zusammenwirken mit der mechanischen Lamellenanordnung eine hohe Debrisunterdrückung erzielt. Der Gasvorhang kann aber auch aus einem Gasgemisch bestehen, das zur spektralen Filterung der vom Plasma erzeugten EUV-Strahlung vorgesehen ist, um eine geforderte spektrale Reinheit (Eliminierung von Out-of-Band-Strahlung) der emittierten EUV-Strahlung zu erreichen.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung bei einer Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines lasererzeugten Plasmas, bei der in einer Vakuumkammer auf entlang einer Targetbahn zugeführte Targets ein Laserstrahl zur Erzeugung des EUV-Strahlung emittierenden Plasmas gerichtet ist, eine Kollektoroptik zum Sammeln der aus dem Plasma emittierten EUV-Strahlung entlang einer optischen Achse sowie eine Spaltdüse zur Erzeugung eines Gasvorhangs orthogonal zur optischen Achse zwischen Plasma und Kollektoroptik angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die Spaltdüse zumindest einen Gasaustrittsteil aus einem hochschmelzenden Material aufweist und weitere Teile für den Gaseintritt aus präzisionsmechanisch gut bearbeitbaren Materialien hergestellt sind, und die Spaltdüse außerhalb eines fokussierbaren Strahlungskegels angebracht ist und gegenüberliegend zur optischen Achse der Kollektoroptik eine Absaugeinrichtung für den Gasvorhang ebenfalls außerhalb eines fokussierbaren Strahlungskegels angebracht ist.
In diesem Fall ist als Kollektoroptik zweckmäßig ein in Reflexionsoptik für senkrechten Strahlungseinfall geformter Kollektorspiegel eingesetzt und hinter dem Plasma angeordnet, wobei zwischen dem von Spaltdüse und Absaugeinrichtung erzeugten Gasvorhang und der Kollektoroptik eine zusätzliche mechanische Lamellenanordnung zur Debrisunterdrückung angeordnet ist. Dabei besteht der zwischen von Spaltdüse und Absaugeinrichtung erzeugte Gasvorhang vorzugsweise aus einem Puffergas zur Abbremsung von Debristeilchen. Er kann aber auch aus einem Gasgemisch bestehen, das zugleich eine spektrale Filterung der emittierten EUV-Strahlung bewirkt.
Vorteilhaft wird in Richtung des vom Kollektorspiegel fokussierten Strahlenbündel eine zusätzliche Spaltdüse zur Erzeugung eines weiteren dem Plasma nachgeordneten Gasvorhangs vorhanden ist, wobei gegenüberliegend zur optischen Achse eine Absaugeinrichtung angeordnet ist.
Dieser von Spaltdüse und Absaugeinrichtung erzeugte weitere Gasvorhang kann vorteilhaft aus einem Puffergas zur Abbremsung von Debristeilchen aus dem Plasma oder aber auch aus einem Gasgemisch zur spektralen Filterung der vom Plasma erzeugten EUV-Strahlung bestehen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, einen Gasvorhang in unmittelbarer Nähe eines strahlenden Plasmas zu realisieren, der bei der extremen thermischen Belastung eine einfache Anordnung und Konstruktion sowie eine lange Lebensdauer der Spaltdüse gestattet. Des Weiteren ist die Lösung für verschiedene Erzeugungsarten des EUV-emittierenden Plasmas geeignet und ermöglicht neben der Debrisunterdrückung in gleicher Weise eine spektrale Filterung der erzeugten Strahlung.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Spaltdüse in einem Querschnitt (links) und einem Längsschnitt (rechts);
2: Darstellungen der aus einem Gaseintrittsteil und einem Gasaustrittsteil bestehenden Spaltdüse, in zerlegtem (links) und zusammengesetztem (rechts) Zustand;
3: zwei weiteren Ausführungsformen des Verteilungsrohres der Spaltdüse a) mit Langlöchern und b) mit durchgehendem Schlitz als Gaseinströmungszeile;
4: eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Spaltdüse in einer Gasentladungs-EUV-Quelle;
5: eine Anordnung von erfindungsgemäßen Spaltdüsen in einer laserbasierten EUV-Quelle.
Der konstruktive Aufbau einer erfindungsgemäßen Spaltdüse 1 ist in 1 in Quer- und Längsschnitt dargestellt.
Die Spaltdüse 1 zur Ausbildung einer Ultraschalldüse mit spaltförmigem Düsenprofil 11 ist bezüglich der Gasaustrittsrichtung unterteilt und aus wenigstens einem Gaseintrittsteil 14 und einem Gasaustrittsteil 15 zusammengesetzt. Der Gasaustrittsteil 15 ist – wegen der hohen thermischen Beanspruchung aufgrund der unmittelbaren Nähe zum Plasma – aus einem hitzebeständigen Material (wie Wolfram, Molybdän o. ä.) gefertigt. Der Gaseintrittsteil 14 der Spaltdüse 1 besteht aus einem Material, das nicht ganz so hitzebeständig ist, sich aber leichter bearbeiten lässt (z. B. Edelstahl). Beide Teile 14 und 15 müssen so aneinander angepasst sein, dass Gaseintrittsteil 14 und Gasaustrittsteil 15 ein Düsenprofil 11 mit möglichst gut geschlossener Fuge 16 bilden, um keine Abrisskante für die Gasströmung zu erzeugen. Die Spaltdüse 1 weist einen Eintrittsspalt 12 für das auszuströmende Gas auf, an den sich ein zu einer Düsenmittelebene 13 (Schnittebene B-B) symmetrisches Düsenprofil 11 mit parabelförmigem Querschnitt anschließt. Die durch das Düsenprofil 11 und den Eintrittsspalt 12 vorgegebene Düsenmittelebene 13 stellt zugleich die (mittlere) Ebene für den zu erzeugenden Gasvorhang 18 dar, wobei das Düsenprofil 11 in jeder zur Düsenmittelebene 13 orthogonalen Ebene denselben, in der linken Darstellung von 1 (Schnittebene A-A) dargestellten Querschnitt aufweist. Dem Düsenprofil 11 ist im Gaseintrittsteil 14 der Spaltdüse 1, entlang des Eintrittsspaltes 12 eine zylindrische Ausnehmung vorgeordnet, in die ein Gasverteilungsrohr 2 zur Einleitung des Puffergases eingeschoben ist.
Das Gasverteilungsrohr 2 hat einseitig eine geschlossene Stirnfläche 27 und ist an der gegenüberliegenden Seite an eine Gaszuführung 28 angeschlossen. Das Gasverteilungsrohr 2 weist entlang einer Mantellinie 21 eine Gaseinströmungszeile 22 auf, die mittig zum Eingangsspalt 12 der Spaltdüse 1 ausgerichtet ist, und aus mehreren kleinen Kreislöchern 23 (vgl. 1) oder Langlöchern 24 (3a) oder einem durchgehenden Schlitz 25 (3b) bestehen kann.
Die Dimension der Löcher 23 gemäß 1 kann im Bereich von einigen zehn bis mehreren hundert Mikrometern liegen. Die Breite eines Langlochs 24 oder eines Schlitzes liegt in der Größenordnung von 30–300 μm. Zwischen den Kreislöchern 23 oder Langlöchern 24 sind Abstände im Bereich um 1–5 mm sinnvoll. Für Langlöcher 24 wird vorzugsweise eine Länge zwischen 1 und 10 mm gewählt.
Der Eintrittsspalt 12 des Düsenprofils 11 in der Spaltdüse 1 ist gegenüber den Dimensionen der Gaseinströmungszeile 22 des Verteilungsrohres 2 um den Faktor zwei bis zehn breiter. Dies gewährleistet eine einfache Justage des Gasverteilungsrohres 2, so dass die Gaseinströmungszeile 22 einfach im Eintrittsspalt 12 der Spaltdüse 1 zentriert werden kann. Bei nicht zentraler Positionierung könnte die Strömung an den Kanten des Düsenprofils 11 abreißen oder Turbulenzen erzeugen, die zum Zerfall des ebenflächig parallel strömenden Gasvorhangs 18 führen. Das Gasverteilungsrohr 2 wird nach der mittigen und symmetrischen Justierung der Gaseinströmungszeile 22 zum Düsenprofil 11 der Spaltdüse 1 mittels einer Schraube 26 arretiert. Auf diese Weise ist es neben der einfachen Justierung möglich, das Gasverteilungsrohr 2 schnell und einfach zu wechseln. Andere Befestigungstechniken, wie Klemmen, Löten oder Schweißen sind natürlich ebenfalls möglich. Die Gaszuführung 28 zur Einleitung des Gases in das Gasverteilungsrohr 2 ist vorzugsweise an einer Stirnfläche 27 des Verteilungsrohres 2 angebracht. Sie könnte aber auch an der Mantelfläche des Verteilungsrohres 2, z. B. mittig angebracht sein.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Spaltdüse 1. Links sieht man die Spaltdüse 1 zerlegt in Gaseintrittsteil 14 und Gasaustrittsteil 15, in der rechten Darstellung zusammengefügt.
Der Gaseintrittsteil 14 soll in diesem Beispiel aus Edelstahl, der Gasaustrittsteil 15 aus Molybdän bestehen. Gaseintrittsteil 14 und Gasaustrittsteil 15 werden durch Stifte 17 zusammengehalten. Es sind jedoch auch andere Befestigungen möglich, wie beispielsweise kraftschlüssige Verbindungen mittels Metallmanschette oder Klemmbügel (z. B. aus Edelstahl, oder stoffschlüssige Verbindungen durch Löten oder Schweißen.
In 4 ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Spaltdüse 1 in einer Gasentladungs-EUV-Quelle 3 dargestellt. Innerhalb eines Elektrodensystems 31 wird mittels einer Gasentladung in einem geeigneten Arbeitsgas (z. B. Xenon) ein Plasma 5 erzeugt, das vorrangig EUV-Strahlung 51 emittiert. Alle strahlungserzeugenden Komponenten befindet sich in einer Vakuumkammer 4, die von einem Vakuumpumpsystem 41 auf einem niedrigen Druck (einige 10 Pa) gehalten wird, um geeignete Bedingungen für die Erzeugung eines Plasmas 5 und eine geringe Extinktion der daraus emittierten EUV-Strahlung 51 zu gewährleisten.
Die Geometrie des Elektrodensystems 31 begrenzt hierbei den Raumwinkel der emittierten EUV-Strahlung 51 auf einen Austrittskegel 32. Das aufzufangende Debris in Form von energiereichen Teilchen, die zum einen aus dem Plasma 5 emittiert und zum anderen von den heißen Oberflächen des Elektrodensystems 31 abgesprengt werden, ist somit auf diesen Austrittskegel 32 beschränkt. Außerhalb des Austrittskegels 32 der EUV-Strahlung 51 befindet sich in der Vakuumkammer 4 ein Strahlungsschatten 33.
Die Spaltdüse 1 wird in der Vakuumkammer 4 dergestalt angeordnet, dass sie zumindest mit dem Gaseintrittsteil 14 in dem Strahlungsschatten 33, d. h. außerhalb des Austrittskegels 32, bleibt. Der Gasaustrittsteil 15 ist durch die Materialauswahl hitzebeständiger und kann deswegen (teilweise) im Austrittskegel 32 stehen. Wenn die Geometrie es zulässt, kann die Spaltdüse 1 natürlich auch komplett im Strahlungsschatten 33 montiert werden.
Ein aus der Spaltdüse 1 austretendes reaktionsträges Puffergas (Inertgas) erzeugt durch seine Überschallgeschwindigkeit einen flächigen Gasvorhang 18. Gegenüberliegend ist eine Absaugeinrichtung 42 angeordnet, um das Hochvakuum der Vakuumkammer 4 möglichst wenig mit zusätzlicher Gaslast zu stören. Der Gasvorhang 18 zeichnet sich durch eine lokale Druckerhöhung sowie eine einheitliche Strömungsrichtung sämtlicher Puffergasteilchen aus.
Durch die Druckerhöhung innerhalb des Gasvorhangs 18 gegenüber dem Hochvakuum der Vakuumkammer 4 erfahren vom Plasma 5 emittierte Atome und Ionen (Debris) eine Vielzahl von Stößen mit Puffergasatomen, was zu ihrer Abbremsung (Energieabgabe) und damit Verringerung ihres Zerstörungspotentials führt. Größere Teilchen erhalten durch viele Stöße mit den gerichteten Puffergasteilchen zusätzliche Impulse in Strömungsrichtung des Gasvorhangs 18. Je nach Teilchengröße und -energie werden sie zumindest so weit abgelenkt, dass sie in einer nachgeordneten Lamellenanordnung 6 hängenbleiben. Die Lamellen 61 und ihre Zwischenräume 62 sind radial zum Plasma 5 oder zu einer optischen Achse 71 der Kollektoroptik 7 ausgerichtet. Die Kollektoroptik 7, die in dieser Ausführung aus mehreren geschachtelten Kollektorspiegeln 72 besteht, bildet die in den Austrittskegel 32 emittierte EUV-Strahlung 51 in einen Zwischenfokus 73 (nur in 5 eingezeichnet) ab, der als Schnittpunkt der konvergierenden Linien des fokussierten Strahlenbündels 74 in der Verlängerung der optische Achse 71 außerhalb von 4 liegt.
Die vom Plasma 5 und der Elektrodenanordnung 31 emittierten Teilchen können die Lamellenanordnung 6 nur gradlinig in Radialrichtungen innerhalb des Austrittskegels 32 der EUV-Strahlung 51 durchqueren. Eine Richtungsänderung der Debisteilchen innerhalb des Gasvorhangs 18 führt zu einer veränderten Flugbahn, mit der sie die Lamellenstruktur 6 nicht passieren können, weil sie mit einer der Lamellen 61 in Kontakt kommen.
Der eingestellte Gasvorhang 18 stellt in Verbindung mit der radialen Lamellenstruktur 6 sowohl für einzelne Atome und Ionen als auch für größere Teilchen-Cluster ein nahezu unüberwindliches Hindernis dar und ist somit eine effiziente Methode, schädliches Debris weitestgehend zu eliminieren.
Eine zweckmäßige Anbringung der beschriebenen Spaltdüse 1 in einer EUV-Quelle 8 auf Basis eines lasererzeugten Plasmas 5 ist in 5 stilisiert dargestellt. Der für die Plasmaerzeugung benötigte Targetstrom wurde – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – als einzelne Tröpfchen entlang einer Targetbahn 81 gewählt. Zur vereinfachten Darstellung ist die Targetbahn 81 parallel zur Strömungsrichtung des Gasvorhangs 18 gezeichnet, obwohl aufgrund einer möglichst orthogonal zur Targetbahn 81 verlaufenden Einfallsrichtung des Laserstrahls 82 auch eine von der Strömungsrichtung des Gasvorhangs 18 abweichende Richtung der Targetbahn 81 sinnvoll ist.
Zum Schutz weiterer Abbildungsoptiken (nicht eingezeichnet) vor direkter (d. h. nicht vom Kollektorspiegel 72 fokussierter EUV-Strahlung 51) ist ein weiterer Gasvorhang 19 parallel zum ersten Gasvorhang 18 angeordnet, der von einer baugleichen Spaltdüse 1 erzeugt und von einer gemeinsamen Absaugeinrichtung 42 aufgefangen wird.
Der zur Erzeugung des Plasmas 5 gepulst bereitgestellte Laserstrahl 82 wurde perspektivisch im Vordergrund eingezeichnet, obwohl die Anordnung der übrigen Komponenten der Laserplasma-EUV-Quelle 8 eine reine Seitenansicht (Schnittzeichnung entlang der optischen Achse 71 des Kollektorspiegels 72) vermittelt. Die Darstellung wurde deshalb so gewählt, um zu verdeutlichen, dass der Laserstrahl 82, der – wie die Targetbahn 81 – im Wesentlichen parallel zu den beiden Gasvorhängen 18 und 19 auf die optische Achse 71 (in den Fokus) des Kollektorspiegels 72 gerichtet wird, mit der Targetbahn 81 einen von 180° verschiedenen Winkel einschließt.
Da der Raumwinkel, in den das Plasma 5 EUV-Strahlung 51 emittiert, nicht durch ein Elektrodensystem 32 (wie in 3) eingeschränkt ist, gibt es von vornherein auch keinen geeigneten Strahlungsschatten 33, der sich für eine geschützte Positionierung der Spaltdüse 1 anbietet. Es kann jedoch ein Schattenbereich durch zusätzliche Blenden (nicht gezeichnet) künstlich erzeugt werden, so dass die Spaltdüse 1 wenigstens außerhalb des fokussierbaren Strahlungskegels 83 und des in den Zwischenfokus 73 fokussierten Strahlenbündels 84 abgeschirmt angeordnet ist.
Auch bei dieser Art der lasererzeugten EUV-Quelle 8 sind zusätzliche Debrisfilter, z. B. eine Lamellenanordnungen 6 (wie in 4 gezeigt), einsetzbar, um das Debris am Erreichen von Kollektor- und weiteren Abbildungsoptiken zu hindern.

1: Düse
11: Düsenprofil
12: Eintrittsspalt
13: Düsenmittelebene
14: Gaseintrittsteil
15: Gasaustrittsteil
16: Fuge
17: Stift
18: Gasvorhang
19: weiterer Gasvorhang
2: Verteilungsrohr
21: Mantellinie
22: Gaseinströmungszeile
23: Kreislöcher
24: Langlöcher
25: (durchgehender) Schlitz
26: Schraube
27: Stirnfläche
28: Gaszuführung
3: Gasentladungs-EUV-Quelle
31: Elektrodensystem
32: Austrittskegel
33: Strahlungsschatten
4: Vakuumkammer
41: Vakuumpumpe
42: Absaugeinrichtung
5: Plasma
51: emittierte EUV-Strahlung
6: Lamellenanordnung
61: Lamellen
62: Zwischenräume
7: Kollektoroptik
71: optische Achse
72: Kollektorspiegel
73: Zwischenfokus
74: fokussiertes Strahlenbündel
8: Laserstrahlungs-EUV-Quelle
81: Targetbahn
82: Laserstrahl
83: fokussierbarer Strahlungskegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1274287 A1 [0005]
- EP 1391785 A1 [0005]
- US 6881971 B2 [0005]
- DE 102004020521 A1 [0005]
- WO 2003/26363 A1 [0005, 0008]

Claims

Einrichtung zur Erzeugung von Gasströmungen zur Filterung der emittierten Strahlung in plasmabasierten Strahlungsquellen, bei denen mindestens eine Überschall-Spaltdüse zur Erzeugung eines Gasvorhangs im auskoppelbaren Strahlenbündel vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spaltdüse (1) zur Ausbildung eines Überschall-Düsenprofils (11) für die Erzeugung eines breitflächigen Gasvorhangs (18) aus mehreren Teilkörpern (14, 15; 2) zusammengesetzt ist, die aus verschiedenen Materialien bestehen, um unterschiedlichen thermischen und präzisionstechnischen Anforderungen an die Spaltdüse (1) gerecht zu werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltdüse (1) aus einem Gaseintrittsteil (14) und einem Gasaustrittsteil (15) zur Formung des Düsenprofils (11) zusammengesetzt ist, wobei der Gaseintrittsteil (14) aus einem präzisionsmechanisch gut bearbeitbarem Metall und der Gasaustrittsteil (15) aus einem hochschmelzenden Metall besteht.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseintrittsteil (14) aus Stahl oder Edelstahl gefertigt ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasaustrittsteil (15) aus Molybdän gefertigt ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasaustrittsteil (15) aus Wolfram gefertigt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltdüse (1) ein Gasverteilungsrohr (2) zum definiert gerichteten Einströmen des Puffergases in das Düsenprofil (11) enthält, wobei das Gasverteilungsrohr (2) entlang einer Mantellinie (21) eine longitudinal gleichmäßig für radialen Gasdurchlass ausgebildete Gaseinströmungszeile (22) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinströmungszeile (22) als eine Reihe äquidistant angeordneter Kreislöcher (23) ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislöcher (23) der Gaseinströmungszeile (22) einen Durchmesser zwischen 10 und 500 μm aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinströmungszeile (22) als eine Reihe äquidistant angeordneter Langlöcher (24) ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinströmungszeile (22) als durchgehender Schlitz (25) ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislöcher (23) oder Langlöcher (24) der Gaseinströmungszeile (22) einen Abstand im Bereich von 1 und 5 mm aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Langlöcher (24) oder der Schlitz (25) der Gaseinströmungszeile (22) eine Breite zwischen 30 und 300 μm aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasverteilungsrohr (2) aus einem metallischen Material besteht.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasverteilungsrohr (2) aus einem keramischen Material besteht.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnseite (27) des Gasverteilungsrohres (2) eine Gaszuführung (28) für die Zuleitung des Gases vorhanden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (14, 15; 2) der Spaltdüse (1) durch lösbare Verbindungen zusammengefügt sind.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (14, 15; 2) der Spaltdüse (1) durch wenigstens eines der Verbindungselemente von Stifte (17), Schrauben (26), Niete, Klemmen und Manschetten zusammengefügt sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (14, 15; 2) der Spaltdüse (1) durch unlösbare Verbindungen zusammengefügt sind.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (14, 15; 2) der Spaltdüse (1) durch wenigstens eine der stoffschlüssigen Verbindungen aus Löten, Schweißen oder Kleben zusammengefügt sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (14, 15; 2) der Spaltdüse (1) durch wenigstens eine lösbare und eine unlösbare Verbindung zusammengefügt sind.
Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis einer Gasentladung, bei der in einer Vakuumkammer eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines Gasentladungsplasmas und eine Kollektoroptik zum Sammeln der aus dem Plasma emittierten EUV-Strahlung entlang einer optischen Achse angeordnet sind, und orthogonal zur optischen Achse zwischen Plasma und Kollektoroptik eine Spaltdüse zur Erzeugung eines Gasvorhangs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spaltdüse (1) zumindest einen Gasaustrittsteil (15) aus einem hochschmelzenden Material aufweist und weitere Teile (14; 2) für den Gaseintritt aus präzisionsmechanisch gut bearbeitbaren Materialien hergestellt sind, – die Spaltdüse (1) zumindest teilweise in einem Strahlungsschatten (33) der für die Erzeugung des Plasmas (5) vorhandenen Elektrodenanordnung (31) befestigt ist und – der Spaltdüse (1) bezüglich der optischen Achse (71) der Kollektoroptik (7) gegenüberliegend eine Absaugeinrichtung (42) für den Gasvorhang (18) ebenfalls im Strahlungsschatten (33) angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Kollektoroptik (7) eine streifend reflektierende Reflexionsoptik aus geschachtelt angeordneten Kollektorspiegeln (72) eingesetzt ist, wobei zwischen dem von Spaltdüse (1) und Absaugeinrichtung (42) erzeugten Gasvorhang (18) und der Kollektoroptik (7) eine mechanische Lamellenanordnung (6) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Spaltdüse (1) und Absaugeinrichtung (42) erzeugte Gasvorhang (18) aus einem Puffergas zur Abbremsung von Debristeilchen besteht.
Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Spaltdüse (1) und Absaugeinrichtung (42) erzeugte Gasvorhang (18) aus einem Gasgemisch zur spektralen Filterung der vom Plasma (5) erzeugten EUV-Strahlung (51) besteht.
Anordnung zur Erzeugung von EUV-Strahlung auf Basis eines lasererzeugten Plasmas, bei der in einer Vakuumkammer auf entlang einer Targetbahn zugeführte Targets ein Laserstrahl zur Erzeugung des EUV-Strahlung emittierenden Plasmas gerichtet ist, eine Kollektoroptik zum Sammeln der aus dem Plasma emittierten EUV-Strahlung entlang einer optischen Achse sowie eine Spaltdüse zur Erzeugung eines Gasvorhangs orthogonal zur optischen Achse zwischen Plasma und Kollektoroptik angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spaltdüse (1) zumindest einen Gasaustrittsteil (15) aus einem hochschmelzenden Material aufweist und weitere Teile (14; 2) für den Gaseintritt aus präzisionsmechanisch gut bearbeitbaren Materialien hergestellt sind, – die Spaltdüse (1) außerhalb eines fokussierbaren Strahlungskegels (83) angebracht ist und gegenüberliegend zur optischen Achse (71) der Kollektoroptik (7) eine Absaugeinrichtung (42) für den Gasvorhang (18) ebenfalls außerhalb eines fokussierbaren Strahlungskegels (83) angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Kollektoroptik (7) ein als Reflexionsoptik für senkrechten Strahlungseinfall geformter Kollektorspiegel (72) eingesetzt und hinter dem Plasma (5) angeordnet ist, wobei zwischen dem von Spaltdüse (1) und Absaugeinrichtung (42) erzeugten Gasvorhang (18) und der Kollektoroptik (7) eine mechanische Lamellenanordnung (6) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung des vom Kollektorspiegel (72) fokussierten Strahlenbündels (74) eine zusätzliche Spaltdüse (1) zur Erzeugung eines weiteren, dem Plasma (5) nachgeordneten Gasvorhangs (19) vorhanden ist, wobei gegenüberliegend zur optischen Achse (71) eine Absaugeinrichtung (42) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Spaltdüse (1) und Absaugeinrichtung (42) erzeugte Gasvorhang (18) aus einem Puffergas zur Abbremsung von Debristeilchen besteht.
Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Spaltdüse (1) und Absaugeinrichtung (42) erzeugte weitere Gasvorhang (19) aus einem Puffergas zur Abbremsung von Debristeilchen aus dem Plasma (5) besteht.
Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Spaltdüse (1) und Absaugeinrichtung (42) erzeugte weitere Gasvorhang (19) aus einem Gasgemisch zur spektralen Filterung der vom Plasma (5) erzeugten EUV-Strahlung (51) vorgesehen ist.