DE102012213927A1

DE102012213927A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Gasvorhangs, Gasdüse und EUV-Lithographiesystem damit

Info

Publication number: DE102012213927A1
Application number: DE201210213927
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinrich Ehm; Moritz Becker; Peter Marek; Ernst Galutschek; Ali-Reza Akbarinia; Alexander Sauerhoefer; Jens Kugler; Stefan Hembacher
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2013-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (20) zur Erzeugung eines Gasvorhangs (21) zur Umlenkung von kontaminierenden Stoffen (26), insbesondere in einem EUV-Lithographiesystem, umfassend: eine Vakuum-Umgebung mit einem statischen Umgebungsdruck (p2) sowie eine Gasdüse (22) mit einer Düsenöffnung (22a) zum Austritt eines Gasstroms (23a) für die Erzeugung des Gasvorhangs (21). Die Gasdüse (22) erzeugt entweder einen Unterschall-Gasstrom (23a) oder die Gasdüse weist zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms einen Düsenabschnitt mit einem sich zur Düsenöffnung erweiternden Strömungsquerschnitt auf und ein statischer Druck des Überschall-Gasstroms beim Austritt aus der Düsenöffnung ist nicht mehr als 50% größer als der Umgebungsdruck (p2). Die Erfindung betrifft auch eine Gasdüse, die in einer solchen Vorrichtung (20) verwendet werden kann, sowie ein EUV-Lithographiesystem.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gasvorhangs zur Umlenkung von kontaminierenden Stoffen, insbesondere in einem EUV-Lithographiesystem, umfassend: eine Vakuum-Umgebung mit einem Umgebungsdruck, sowie eine Gasdüse mit einer Düsenöffnung zum Austritt eines Gasstroms für die Erzeugung des Gasvorhangs, eine Gasdüse für eine solche Vorrichtung sowie ein EUV-Lithographiesystem mit einer solchen Vorrichtung bzw. mit einer solchen Gasdüse. Bei dem EUV-Lithographiesystem kann es sich beispielsweise um eine EUV-Lithograhpieanlage oder ein EUV-Masken-Metrologiesystem handeln, in dem eine Vakuum-Umgebung mit einem geringen statischen Umgebungsdruck herrscht. Bei der Verwendung von EUV-Strahlung bei Wellenlängen im Bereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm in EUV-Lithographieanlagen stellt die Kontamination durch Partikel oder unerwünschte Gasmoleküle ein besonderes Problem dar. In solchen oder verwandten Systemen, z. B. Systemen für die Maskeninspektion, muss einerseits die Kammer, in welcher der Strahlengang verläuft, zur Verringerung der EUV-Absorption evakuiert werden, andererseits ist es erforderlich, in der Kammer zur Verhinderung des Eindringens von kontaminierenden Stoffen durch unvermeidliche Öffnungen einen gewissen Überdruck aufrecht zu erhalten, was in der Regel unter Verwendung von sauberem Spülgas erfolgt. Der Gasdruck im Strahlengang bzw. in der zugehörigen Vakuum-Kammer bzw. Vakuum-Umgebung liegt in der Regel im Feinvakuumbereich von einigen Pascal. In den Strahlengang eindringende kontaminierende Stoffe können durch Ablagerungen auf den im Strahlengang angeordneten Komponenten, teils aktiviert durch die EUV-Strahlung, zu einer signifikanten Verkürzung der Lebensdauer sensibler Komponenten in der EUV-Optik, wie Spiegel oder Reticle (Maske), führen. Vor allem durch Öffnungen der Kammern zur EUV-Quelle oder zur Maske hin können verstärkt kontaminierende Stoffe in den Bereich mit den optischen Elementen eindringen.
Zur Unterdrückung des Eindringens von kontaminierenden Stoffen in einen Optik-Bereich ist es beispielsweise aus der EP 0174877 A2 bekannt, einen Gasvorhang zu verwenden. Der dort beschriebene Gasvorhang dient dazu, einen von der EUV-Lichtquelle erzeugten Strahl von Schmutz-Partikeln (engl. „debris particles”) mittels eines für Röntgen- bzw. EUV-Strahlung transparenten Gasvorhangs von der Maske fernzuhalten, wobei der Gasvorhang vorzugsweise ein Gas mit einem niedrigen Molekulargewicht, z. B. Luft, Wasserstoff, Helium oder Stickstoff enthält. Der Gasvorhang kann zusätzlich zur Erzeugung eines Druckunterschieds bzw. zur Aufrechterhaltung des Vakuums in der Kammer mit der EUV-Lichtquelle sowie zur Kühlung der Maske dienen.
Die WO 2003/026363 A1 beschreibt anhand von experimentellen Untersuchungen und Simulationen einen solchen Gasvorhang zur Debris-Unterdrückung, d. h. zur Umlenkung eines Partikelstrahls in eine von der Richtung des Strahlengangs abweichende Richtung. Da die Vakuum-Umgebung der EUV-Lithographieanlage zu einer Aufweitung des Gasstroms führt, welche die Effektivität des Gasvorhangs reduziert, wird vorgeschlagen, den Gasstrom mit Überschallgeschwindigkeit aus einer Düse austreten zu lassen, da dies der Aufweitung des Gasstroms zumindest teilweise entgegen wirken soll. Als Bestandteile des Gasstroms werden u. a. Helium, Argon, Wasserstoff, Sauerstoff und Mischungen daraus vorgeschlagen.
In der US 7328885 B2 wird eine weitere Variante zur Erzeugung eines Gasvorhangs beschrieben, bei der eine Laval-Düse zur Erzeugung eines in radialer Richtung strömenden Überschall-Gasstroms genutzt wird, der auf eine ringförmige Mischer-Düse ausgerichtet ist und der über einen Diffusor aus der Vakuum-Kammer abgeführt wird.
In der US 2008/0283779 A1 wird eine Überschalldüse zur Debris-Unterdrückung beschrieben, die den hohen thermischen Anforderungen in der unmittelbaren Nähe der EUV-Lichtquelle genügen soll. Bei der Düse handelt es sich um eine geschlitzte Düse mit mehreren Teilkörpern aus unterschiedlichen Materialien, die dazu dienen, einen Überschall-Gasstrom zu erzeugen sowie dazu, die geschlitzte Düse an unterschiedliche thermische und präzisions-mechanische Anforderungen im Bereich des Gaseinlasses sowie des Gasauslasses anzupassen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und eine Gasdüse zur effizienten Erzeugung eines Gasvorhangs zur Umlenkung von kontaminierenden Stoffen sowie ein EUV-Lithographiesystem damit bereitzustellen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gasvorhangs der eingangs genannten Art, bei welcher die Gasdüse entweder einen Unterschall-Gasstrom erzeugt oder bei welcher die Gasdüse zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms einen Düsenabschnitt mit einem sich zur Düsenöffnung erweiternden Strömungsquerschnitt aufweist und ein statischer Druck des Überschall-Gasstroms beim Austritt aus der Düsenöffnung nicht mehr als 50% größer, bevorzugt nicht mehr als 30% größer, besonders bevorzugt nicht mehr als 10% größer als der Umgebungsdruck ist. Der statische Druck des Gasstroms kann geringfügig größer sein als der Umgebungsdruck, so dass der Gasstrom leicht unterexpandiert die Überschall-Gasdüse verlässt, wenn es die Geometrieverhältnisse ermöglichen (z. B. eine kurze Reichweite ausreichend ist) oder erfordern (z. B. kein ausreichender Bauraum zur Verfügung steht). Bevorzugt ist der statische Druck gleich oder kleiner dem Umgebungsdruck, der typischer Weise zwischen ca. 0,01 Pa und 100 Pa liegt, so dass der Überschall-Gasstrom die Gasdüse vollständig expandiert bzw. überexpandiert verlässt. Die Düsenöffnung ist typischer Weise spaltförmig (z. B. rechteckig) ausgebildet, um einen flächigen Gasvorhang zu erzeugen.
Ein effizienter Gasvorhang zur Kontaminationsunterdrückung in einer Niederdruck-Umgebung kann auf zweierlei Weise realisiert werden: mit Unterschall- oder Überschallgeschwindigkeit des Gasstroms. Beide Varianten haben ihre Vor- und Nachteile bzw. optimale Einsatzgebiete. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einem Unterschall-Gasstrom ein Gasstrom verstanden, der ggf. die Schallgeschwindigkeit erreicht, aber diese nicht überschreitet.
Das Kontaminationsunterdrückungspotential pro Volumenfluss kann als Effizienz des Gasvorhangs bezeichnet werden. Diese kann durch Erhöhung der Gasflussgeschwindigkeit gesteigert werden. Dies ist im Unterschallbereich mit einem sich zum Auslass hin verengenden (konvergenten) Düsenabschnitt bis zu einer Druckdifferenz von ca. 2:1 möglich, wobei Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Eine weitere Geschwindigkeitserhöhung auf Überschallgeschwindigkeit ist dann nur noch mit einem sich erweiternden (divergenten) Düsenabschnitt und größeren Druckdifferenzen möglich.
Es kann Vorteile haben, sich nur auf den Unterschallbereich zu beschränken, z. B. wenn die Düse einfacher und kostengünstiger fertigbar sein soll, nicht genügend Bauraum vorhanden ist, um hinter den konvergenten Düsenabschnitt einen divergenten Düsenabschnitt anzuhängen oder die Kontaminationsunterdrückungswirkung und Reichweite eines Unterschall-Gasstroms ausreicht. Die hier vorgestellten Maßnahmen beschreiben Optimierungsmöglichkeiten von Gasvorhängen sowie im Unter- als auch Überschallbereich, wobei auch Möglichkeiten vorgestellt werden, mit einfachen, kostengünstigen Einlässen, die weder konvergent noch divergent sind (d. h. einen konstanten Strömungsquerschnitt aufweisen), eine bessere Kontaminationsunterdrückung zu erzielen.
Neben der Geschwindigkeit beeinflusst auch die Gasart die Effizienz von Gasvorhängen. So können schwerere Gase, wie z. B. N₂ oder Ar anstelle von H₂ aufgrund ihrer höheren Dichte einen größeren Impuls pro Volumenstrom auf Kontaminanten übertragen. In Hinblick auf EUV-Strahlung haben einatomige Gase (Edelgase), wie z. B. He oder Ar gegenüber zwei- oder mehratomigen Gasen den Vorteil, dass sie bei Absorption der Strahlung nicht in einzelne Atome bzw. Radikale zerfallen. So kann der durch die Gasspaltung bedingte Druckanstieg, der zu einer stärkeren Divergenz des Gasvorhangs führen würde, vermieden und eine höhere Reichweite des Gasvorhangs erzielt werden.
Der (statische) Druck des Unterschall-Gasstroms an der Düsenöffnung ist typischer Weise größer oder gleich dem Umgebungsdruck, wobei der Umgebungsdruck in der Regel bei kleinen Druckdifferenzen (< 2:1) erreicht wird. Um eine effiziente Nutzung von Unterschall-Gasströmen in Niederdruckumgebungen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Umgebung, in welcher die (Unterschall-)Gasdüse genutzt wird, bestimmte Anforderungen an die Geometrie erfüllt, wie weiter unten im Einzelnen ausgeführt wird. Ist eine Auffangöffnung zum Auffangen des Unterschall-Gasstroms vorhanden, so ist die Durchtrittswahrscheinlichkeit im Sinne des anteiligen Auffangvermögens der Auffangöffnung in gewissen Grenzen umso höher, je höher die Flussgeschwindigkeit, die Flussrate, je länger die Düse, je kleiner die vom Gasstrahl zu überbrückende Strecke und je größer die Auffangöffnungshöhe ist.
Die Unterschall-Gasdüse kann zur Erzeugung eines Gasstroms ausgebildet sein, dessen maximale Gasfluss-Geschwindigkeit knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegt bzw. diese erreicht, beispielsweise bei einer maximalen Gasfluss-Geschwindigkeit von mindestens 200 m/s, bevorzugt von mindestens 500 m/s, insbesondere von mindestens 1000 m/s. Um eine möglichst große Reichweite des Gasvorhangs zu erreichen, ist es günstig, wenn die Gasflussgeschwindigkeit groß ist. Eine hohe Flussgeschwindigkeit kann z. B. durch eine geeignete Formgebung eines in der Gasdüse gebildeten Strömungskanals aber auch durch einen hohen statischen Druck des der Gasdüse zugeführten Gases erreicht werden.
Die Einhaltung von Geometrieverhältnissen, wie sie für eine Unterschall-Gasdüse mit konstantem oder ggf. konvergentem Düsenquerschnitt günstig sind, ist im Allgemeinen für Überschall-Gasvorhänge, die mit Hilfe einer Überschall-Gasdüse (typischer Weise einer Laval-Düse) erzeugt werden, nicht erforderlich. Eine Laval-Düse weist einen konvergent-divergenten Strömungsquerschnitt mit einer Engstelle auf. Hierbei wird in einem konvergenten, sich zur Engstelle verjüngenden Abschnitt der Gasstrom bis auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt, um anschließend in einem Düsenabschnitt mit einem sich erweiternden Querschnitt wieder expandiert zu werden, wobei das Gas hinter der Engstelle weiter beschleunigt und ein Vielfaches der Schallgeschwindigkeit erreichen kann, wodurch gleichzeitig der statische Gasdruck im Gasstrom sinkt. Es versteht sich, dass die Schallgeschwindigkeit insbesondere vom verwendeten Gas abhängig ist und z. B. bei Wasserstoff bei ca. 1270 m/s, bei Argon bei ca. 320 m/s liegt (jeweils bei Raumtemperatur), wobei die Schallgeschwindigkeit bei niedrigen Temperaturen abnimmt.
Besonders langreichweitige Gasvorhänge können erzeugt werden, wenn ein Aufplatzen des Gasstrahls beim Austritt aus der Gasdüse verhindert wird. Dies wird ermöglicht, wenn der Gasstrom innerhalb der Gasdüse (in dem sich erweiternden Düsenabschnitt) den Umgebungsdruck unterschreitet, so dass ein so genannter überexpandierter Gasstrom gebildet wird. Ein (leicht) überexpandierter Gasstrom oder ein vollständig expandierter Gasstrom, d. h. ein Gasstrom, welcher erst an der Düsenöffnung den Umgebungsdruck erreicht, ermöglicht die Realisierung langreichweitiger Gasvorhänge.
Zwar kann ein Überschall-Gasstrom ggf. auch mit einer Gasdüse mit konstantem Strömungsquerschnitt erzeugt werden, sofern die Druckdifferenz zwischen dem Druck am Eingang der Gasdüse (p₀) und dem Druck (p₁) an der Düsenöffnung hinreichend groß ist (typischer Weise p₀ ca. 2 × p₁). In diesem Fall erfolgt die Beschleunigung auf Überschallgeschwindigkeit aber unmittelbar nach der Düsenöffnung (und nicht innerhalb der Düse), so dass der Gasstrahl stark aufplatzt und daher nur eine kurze Reichweite besitzt. Im Gegensatz dazu kann bei einem sich zur Düsenöffnung erweiternden Strömungsquerschnitt ausgenützt werden, dass die Geschwindigkeit gerichtet zu- und der Gasdruck abnimmt, so dass der statische Druck bis auf den Umgebungsdruck oder darunter fällt, so dass der Gasstrom sich beim Austritt aus der Gasdüse nicht weiter aufweitet oder sogar leicht einschnürt.
In einer Ausführungsform mündet die Düsenöffnung der Gasdüse in eine röhrenförmige Einhausung, wobei ein der Düsenöffnung gegenüber liegender Wandbereich der Einhausung in einem durch den Gasstrom zu überbrückenden Abstand angeordnet ist. In diesem Fall wird mittels der Gasdüse ein sich über den Querschnitt der Einhausung (bzw. einer daran gebildeten Durchtritts-Öffnung) erstreckender Gasvorhang gebildet, der z. B. zur Verhinderung des Durchtretens von kontaminierenden Stoffen bzw. von Debris durch eine von der Einhausung umschlossenen Öffnung zwischen zwei Vakuum-Kammern genutzt werden kann. Hierzu ist es einerseits notwendig, dass die Breite des Gasvorhangs zumindest der Breite der Öffnung entspricht und andererseits, dass der Gasvorhang eine ausreichende Reichweite aufweist.
In einer Weiterbildung liegt der mit dem Unterschall-Gasstrom zu überbrückende Abstand bei nicht mehr als 30 mm, bevorzugt bei nicht mehr als 20 mm. Die Erfinder haben erkannt, dass ein Unterschall-Gasvorhang bei niedrigen Umgebungsdrücken (z. B. bei statischen Drücken im Bereich bis maximal ca. 20–50 Pa ggf. bis 100 Pa) und den typischer Weise zur Erzeugung eines Gasvorhangs zur Verfügung stehenden Parametern eine typischer Weise sehr geringe Reichweite aufweist. Wird ein solcher Gasvorhang in einem Strahlengang eines EUV-Lithographiesystems verwendet, ist das Einsatzgebiet des Gasvorhangs daher typischer Weise auf Stellen beschränkt, an denen der Strahlengang eine vergleichsweise geringe Ausdehnung (Strahldurchmesser) senkrecht zur optischen Achse aufweist, da nur auf diese Weise sichergestellt werden kann, dass die EUV-Strahlung nicht auf die Gasdüse bzw. auf den Gasauslass trifft, die zur Bildung des Gasvorhangs dienen.
Bei einer Weiterbildung ist an dem der Düsenöffnung gegenüber liegenden Wandbereich eine Auffangöffnung zum Auffangen des Gasstroms gebildet. Eine solche Auffangöffnung für den Gasstrom begünstigt den Strömungsverlauf und erhöht dadurch die Reichweite des Gasvorhangs. Auch können durch eine solche Auffangöffnung mit dem Gasvorhang mitgeführte kontaminierende Stoffe schnell abtransportiert werden. Zusätzlich kann durch die Auffangöffnung verhindert werden, dass das Gas des Gasvorhangs bzw. des Gasstroms in die Vakuum-Umgebung außerhalb der Einhausung gelangt. Wird der Gasstrom (nahezu) vollständig von der Auffangöffnung aufgenommen, kann der Umgebungsdruck konstant gehalten und der Gasvorhang auch mit einem Fremdgas betrieben werden, das sich nicht in der Restgasatmosphäre der Vakuum-Umgebung anreichern soll. So kann z. B. ein Gas mit einer hohen Molmasse (z. B. N₂ oder Ar) im Gasvorhang für eine hohe Partikelunterdrückung bzw. Umlenkung sorgen, ohne dass sich ein solche EUV-Strahlung stark absorbierendes Gas im Strahlengang ausbreitet, was zu einer stark erhöhten EUV-Absorption führen würde.
Als Maß für die Durchtrittswahrscheinlichkeit eines Gasvorhangs kann hierbei der Anteil des aus der Gasdüse austretenden Gasstroms dienen, welcher von der gegenüber liegenden Auffangöffnung aufgenommen wird. Je größer dieser Anteil ausfällt, desto größer ist die Reichweite des Gasvorhangs, d. h. desto weniger Gas gelangt aus dem Gasvorhang in die Vakuum-Umgebung außerhalb der röhrenförmigen Einhausung. Wie weiter oben dargestellt wurde, ist eine hohe Reichweite des Gasvorhangs insbesondere deshalb vorteilhaft, weil der Gasvorhang typischer Weise quer zum EUV-Strahlengang verläuft. Trifft ein hoher Anteil des Gasstroms auf die der Gasdüse gegenüber liegende Auffangöffnung, wird nur ein geringer Anteil des Gasstroms seitlich umgelenkt, so dass die Strecke, welche die EUV-Strahlung in dem Gasstrom zurücklegt, und damit auch die Absorption der EUV-Strahlung, durch den Gasvorhang vergleichsweise klein ist.
Bei einer Weiterbildung weist die Auffangöffnung in Längsrichtung der Einhausung eine Ausdehnung auf, die mindestens so groß, bevorzugt mindestens doppelt so groß ist wie der durch den Gasvorhang zu überbrückende Abstand. Die Erfinder haben herausgefunden, dass für die Durchtrittswahrscheinlichkeit eines (Unterschall-)Gasvorhangs in einer Vakuum-Umgebung das geometrische Verhältnis zwischen der Reichweite (bzw. dem Abstand zwischen der Düsenöffnung und der Auffangöffnung) und der Höhe bzw. der Ausdehnung der Auffangöffnung senkrecht zur durch den Gasvorhang zu überbrückenden Länge ein wesentlicher Parameter ist. Insbesondere wenn der zu überbrückende Abstand in der gleichen Größenordnung oder kleiner ist als die Abmessung der Auffangöffnung senkrecht zum (Unterschall-)Gasvorhang kann eine vergleichsweise hohe Durchtrittswahrscheinlichkeit erreicht werden, bei der mehr als ca. 75% des austretenden Gasstroms die der Gasdüse gegenüber liegende Auffangöffnung erreichen.
Günstiger Weise ist die Ausdehnung der Auffangöffnung in der Richtung senkrecht zum zu überbrückenden Abstand bzw. in Längsrichtung der Einhausung mindestens genau so groß, bevorzugt mindestens 1,5-Mal so groß, insbesondere mindestens doppelt so groß wie der durch den Gasvorhang zu überbrückende Abstand. In diesem Fall kann ein besonders hoher Anteil des aus der Gasdüse austretenden Gasstroms von der Auffangöffnung aufgefangen werden, der ggf. bei ca. 90% oder darüber liegt.
Insbesondere bei einem Überschall-Gasstrom kann die Gasmenge vollständig durch die Auffangöffnung abgepumpt werden oder es kann sogar ein Gasstrom in die Auffangöffnung gelangen, der über 100% der aus der Düsenöffnung austretenden Gasmenge aufweist. In diesem Fall reißt der Überschall-Gasstrom Umgebungsgas mit und kann somit ähnlich einer Wasserstrahlpumpe den Umgebungsgasdruck reduzieren.
Für andere Anforderungen an die Kontaminationsunterdrückung, die Geometrie oder die Druckbedingungen kann die Auffangöffnung auch kleiner dimensioniert sein als die Düsenöffnung. Beispielsweise kann die Auffangöffnung in Längsrichtung der Einhausung zur Düsenöffnung versetzt angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Flussaufteilung des Gasstroms zu den stirnseitig in der röhrenförmigen Einhausung vorgesehenen Öffnungen beeinflusst werden. Ein Fluss aus dem Gasvorhang zu einer der stirnseitigen Öffnungen kann z. B. erwünscht sein, um eine bessere Partikelunterdrückungswirkung in dieser Richtung zu erzielen oder um den Gasdruck im zu dieser Öffnung führenden Abschnitt der Einhausung zu erhöhen, der an anderer Stelle z. B. zur Kontaminationsunterdrückung gebraucht wird. Es versteht sich, dass auch bei einer symmetrischen Anordnung der Auffangöffnung, bei welcher die Längsachse bzw. die Mittenebene der Gasdüse mit der Mittenebene der Auffangöffnung übereinstimmt, durch unterschiedliche Umgebungsdrücke in den sich an die Einhausung anschließenden Vakuum-Kammern, eine asymmetrische Aufteilung der Strömungsanteile zu den beiden Öffnungen der Einhausung vorgenommen werden kann.
Gegebenenfalls kann die Auffangöffnung einen variablen Öffnungsquerschnitt bzw. Öffnungsdurchmesser aufweisen. Dies kann z. B. mit Hilfe eines z. B. motorisch angetriebenen Schiebers erreicht werden, welcher einen Teil der Auffangöffnung abdeckt. Durch das Abdecken von Teilbereichen der Auffangöffnung kann wahlweise eine symmetrische oder eine versetzte (asymmetrische) Anordnung der (ggf. verkleinerten) Auffangöffnung eingestellt werden. Es versteht sich, dass auch eine Verkleinerung der Auffangöffnung ohne einen seitlichen Versatz möglich ist, beispielsweise wenn zwei Schieber verwendet werden, welche jeweils gleich große Teilbereiche der Auffangöffnung abdecken. Insbesondere kann ggf. die Auffangöffnung durch entsprechende Schieber bzw. Abdeckelemente vollständig verschlossen werden.
Bei einer Weiterbildung ist an dem der Düsenöffnung gegenüber liegenden Wandbereich eine Umlenkkontur zur Umlenkung des Gasstroms zu mindestens einer stirnseitigen Öffnung der röhrenförmigen Einhausung gebildet. Eine solche Umlenkkontur kann z. B. durch die eine verschlossene bzw. vollständig abgedeckte Auffangöffnung oder durch einen (glatten) Wandbereich der Einhausung erfolgen, in dem keine Auffangöffnung vorgesehen ist. Als Umlenkkontur zur Strömungsaufteilung kann insbesondere an dem Wandbereich eine Ausformung vorgesehen sein, welche eine Aufteilung von Anteilen des auftreffenden Gasstroms zu den beiden Öffnungen ermöglicht. Durch eine bezüglich der Längsachse bzw. Mittenebene der Gasdüse asymmetrische Ausgestaltung der Umlenkkontur kann eine Umlenkung eines Anteils des Gasstroms zu einer Öffnung erreicht werden, der bei über 50% liegt, wobei der Anteil des Gasstroms, der zur gegenüber liegenden Öffnung geführt wird, entsprechend niedriger (kleiner als 50%) ist. Im Extremfall kann die Umlenkkontur fast 100% des Gasstroms zu einer einzigen Öffnung umlenken.
Bei einer Weiterbildung ist an der Einhausung, insbesondere an dem der Düsenöffnung gegenüber liegenden Wandbereich, eine Partikelfalle zum Auffangen von durch den Gasvorhang umgelenkten kontaminierenden Stoffen angebracht. Eine Partikelfalle ist vorteilhaft, wenn der Gasvorhang nicht stark genug ist, um (nahezu) alle Partikel zur Auffangöffnung oder ggf. zu einer der stirnseitigen Öffnungen umzulenken. In diesem Fall kann ein Wandungsbereich der Einhausung als Partikelfalle dienen, d. h. die Partikel dort binden. Als die Partikel bindendes Material kann beispielsweise eine (weiche) Legierung verwendet werden, die z. B. Gallium enthält. Die Partikelfalle kann ggf. auch zum Ausfrieren der Partikel dienen, indem der Wandungsbereich mit der Partikelfalle auf besonders niedrige Temperaturen abgekühlt wird, wozu die Partikelfalle an ein Kühlaggregat angeschlossen werden kann. Die Partikelfalle wird typischer Weise in einem Wandungsbereich der Einhausung gebildet, zu dem die Partikel durch den Gasvorhang umgelenkt werden, so dass der Bereich der Einhausung, der als Partikelfalle dient, in der Regel vergleichsweise klein ist, was insbesondere bei einer Partikelfalle in Form einer Kühlfalle den Energieverbrauch niedrig hält.
Bei Unterschall-Gasdüsen weist die Düseneingangsöffnung in der Richtung senkrecht zum zu überbrückenden Abstand in der Regel eine Ausdehnung von weniger als ca. 20% der Ausdehnung der Auffangöffnung auf. Typischer Weise liegt die Abmessung der Düseneingangsöffnung senkrecht zum Gasvorhang bei wenigen Millimetern (z. B. 5 mm oder weniger). Dies ist günstig, um sicherzustellen, dass einerseits der Gasfluss nicht zu groß wird, sodass man ihn noch abpumpen kann, und andererseits groß genug ist, um einen effizienten Gasvorhang zu ermöglichen. Bei Unterschall-Düsen kann der Düsenquerschnitt konstant sein, so dass die Abmessung der Düseneingangsöffnung mit der Abmessung der Düsenöffnung übereinstimmt. Dies ist aber nicht der Regelfall, da sich der Strömungsquerschnitt zur Düsenöffnung hin bei Unterschall-Gasdüsen typischer Weise verringert, um das Gas zu beschleunigen und die Effektivität zu erhöhen, eine solche Beschleunigung ist allerdings nicht wie bei Überschalldüsen zwingend erforderlich. Eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts hin zur Düsenöffnung ist allerdings in der Regel nicht sinnvoll, da ein Gasstrom, welcher an der Düseneintrittsöffnung mit einer Geschwindigkeit kleiner als die Schallgeschwindigkeit eintritt, sich durch den sich zur Düsenöffnung erweiternden Strömungsquerschnitt verlangsamt wird, was für die Kontaminationsunterdrückung typischer Weise ungünstig ist.
Es versteht sich, dass auch ein sich an die Auffangöffnung anschließender Auffang-Bereich zum Auffangen des Gasstroms ggf. trichterförmig (konvergierend) ausgebildet sein kann, so dass die Auffangöffnung den Bereich mit dem größten Querschnitt senkrecht zum zu überbrückenden Abstand bildet. Der statische Druck in dem sich an die Auffang-Öffnung anschließenden Auffang-Bereich ist typischer Weise gleich groß oder ggf. kleiner als der Umgebungsdruck in der Vakuum-Umgebung.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Längsachse der Gasdüse unter einem Winkel zur Normalen-Richtung der Düsenöffnung der Gasdüse ausgerichtet, so dass der Gasstrom nicht im Wesentlichen entlang der Längsachse der Gasdüse verläuft, sondern unter einem Winkel zur Längsachse. Dies ist insbesondere günstig, wenn die Düsenöffnung wie oben beschrieben in eine Einhausung mündet, da in diesem Fall der Gasstrom nicht in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Einhausung verläuft, sondern unter einem Winkel zu dieser Ebene. Durch einen solchen Gasstrom, dessen Strömungsrichtung in Bezug auf die Strömungsrichtung von kontaminierenden Partikeln einen Winkel von weniger als 90°, bevorzugt von weniger als 60° aufweist, können die Partikel stärker abgebremst werden, als dies bei einem unter 90° zur Strömungsrichtung der Partikel verlaufenden Gasstrahl der Fall ist. Bei dem oben beschriebenen Gasstrahl hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Auffangöffnung zur Düsenöffnung versetzt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine weitere Gasdüse zur Erzeugung eines weiteren Gasstroms, wobei eine Düsenöffnung der mindestens einen weiteren Gasdüse bevorzugt in die röhrenförmige Einhausung mündet. Insbesondere kann in letzterem Fall für die zwei oder mehr Gasströme ggf. eine gemeinsame Auffangöffnung in der Einhausung vorgesehen werden. Auch können zur Erzeugung der Gasströme der unterschiedlichen Gasdüsen unterschiedliche Gase verwendet werden. Durch die Verwendung von mehreren Gasdüsen bzw. von entsprechenden Gasströmen kann insbesondere die Unterdrückung von Partikeln sehr effizient gestaltet werden. Beispielsweise kann der weitere Gasstrom dazu dienen, den oben beschriebenen, unter einem Winkel kleiner als 90° (z. B. unter einem spitzen Winkel) zu den Partikeln verlaufenden Gasstrom zu einer gemeinsamen Auffangöffnung für die beiden Gasströme umzulenken, so dass der Gasstrom nicht aus einer stirnseitigen Öffnung der Einhausung austritt und somit der Druck in unmittelbarer Umgebung der Einhausung durch den bzw. die Gasströme nicht erhöht wird.
Es kann günstig sein, mehrere Gasströme in einer seriellen Anordnung zu verwenden, welche sich gegenseitig verstärken bzw. stabilisieren. Zu diesem Zweck kann die weitere Gasdüse im Gasstrom der Gasdüse angeordnet sein und die weitere Gasdüse kann eine Strahlumlenkkontur für den Gasstrom der Gasdüse bilden oder die weitere Gasdüse kann zur Erzeugung des weiteren Gasstroms eine Düseneintrittsöffnung zur Zuführung des Gasstroms der Gasdüse aufweisen. Insbesondere bei Überschall-Gasdüsen hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Gasstrom einer ersten Gasdüse einen von der weiteren Gasdüse erzeugten weiteren Gasstrom einhüllt, was durch das Vorsehen einer z. B. kreisbogenartigen Umlenkkontur an der weiteren Gasdüse ermöglicht werden kann. Gegebenenfalls ist es auch möglich, einen Teil oder ggf. den gesamten Gasstrom, welcher aus einer ersten Gasdüse ausgetreten ist, einer Eingangsöffnung einer weiteren Gasdüse zuzuführen, d. h. die Eingangsöffnung der weiteren Gasdüse dient als Auffangöffnung für den Gasstrom der Gasdüse.
Bei einer Weiterbildung weisen die Gasdüse und die weitere Gasdüse parallel zueinander ausgerichtete Düsenlängsachsen auf und die Gasdüse und die weitere Gasdüse sind zur Ausbildung von im Bereich der jeweiligen Düsenöffnung voneinander beabstandeten Gasströmen angeordnet. In diesem Fall verlaufen die Gasströme der zwei oder mehr Gasdüsen im Wesentlichen parallel zueinander. Typischer Weise ist der Abstand der Gasdüsen so gering gewählt, dass die Gasströme in einem vorgegebenen Abstand von den Düsenöffnungen aneinander angrenzen, so dass in diesem Bereich eine Einengung und gegenseitige Stabilisierung der Gasströme erfolgen kann.
In einer weiteren Ausführungsform (typischer Weise mit gerader Düsenform) liegt der statische Druck des Gases in der Gasdüse (eintrittsseitig) mindestens 5 Pa, bevorzugt mindestens 20 Pa, besonders bevorzugt mindestens 80 Pa, insbesondere mindestens 100 Pa über dem Umgebungsdruck. Der statische Druck wird hierbei von einem in die Gasdüse eingebrachten Gas erzeugt, welches der Gasdüse mittels einer Gaszuführung (ggf. unter Verwendung von Druckventilen) aus einem Gasreservoir zugeführt wird. Bei Unterschall-Gasdüsen mit konstantem bzw. konvergentem Strömungsquerschnitt ist der statische Überdruck, welcher am Eintritt der Gasdüse erzeugt wird, typischer Weise größer als bei einer Überschall-Gasdüse, welche eine sich erweiternde Düsenform aufweist, da sich bei letzterer der für den gleichen Gasfluss nötige Überdruck im Düseneinlass reduziert, sodass auch bei einem Überdruck von z. B. ca. 7 Pa eine vergleichsweise hohe Effektivität erreicht werden kann.
Wie weiter oben angegeben wurde, liegt der statische Umgebungsdruck in der Vakuum-Umgebung, in welche der Gasstrom austritt, typischer Weise im Bereich von ca. 0,1 Pa bis 30 Pa, ggf. bis ca. 100 Pa bzw. 150 Pa, wobei bevorzugte Werte bei ca. 20 Pa oder weniger, insbesondere bei 10 Pa oder weniger liegen. Es versteht sich, dass ggf. an den gegenüberliegenden Seiten des Gasstroms ein unterschiedlicher Umgebungsdruck herrscht. In diesem Fall kann bei einer Gasdüse zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms der statische Druck am Düsenaustritt so gewählt werden, dass dieser geringfügig kleiner oder ungefähr gleich dem niedrigeren der beiden Umgebungsdrücke ist, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Der geeignete statische Druck am Austritt der Düsenöffnung hängt vom Anwendungsfall ab d. h. unter anderem davon, ob der Gasstrom umgelenkt werden soll oder nicht.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält der Gasstrom mindestens ein Gas, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Argon, Neon, Krypton, Xenon und Sauerstoff. Die zur Erzeugung des Gasstroms verwendeten Gase sollten eine möglichst geringe Absorption für EUV-Strahlung aufweisen, was typischer Weise bei Gasen mit einem geringen Molekulargewicht bzw. einer geringen Dichte der Fall ist, z. B. bei Wasserstoff. Für die Realisierung eines Gasvorhangs mit größerer Reichweite kann es günstig sein, ein Gas mit einer größeren Dichte, z. B. Argon, zu verwenden, auch wenn dieses zu einer höheren Absorption der durch den Gasvorhang hindurch tretenden EUV-Strahlung führt. Wie weiter oben dargestellt wurde, kann durch die Verwendung von einatomigen Gasen (Edelgasen) ein Druckanstieg durch einen Zerfall in Radikale bzw. Atome vermieden werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist realisiert in einer Gasdüse zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms für eine Vorrichtung wie oben beschrieben, umfassend: einen ersten Düsenabschnitt mit einem sich zu einer Engstelle verjüngenden Strömungsquerschnitt, sowie einen zweiten Düsenabschnitt mit einem sich zu einer spaltförmig ausgebildeten Düsenöffnung erweiternden Strömungsquerschnitt, wobei sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Düsenabschnitts in Längsrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung erweitert.
Bei der hier beschriebenen Laval-Düse ist (ebenso wie bei entsprechenden Unterschall-Gasdüsen) die Düsenöffnung spaltförmig (z. B. rechteckig oder ggf. elliptisch bzw. oval) ausgebildet, wobei sich die kurze Seite der Düsenöffnung in der Richtung senkrecht zum Gasvorhang und die lange Seite entlang der Breite bzw. Tiefe des Gasvorhangs erstreckt. Typischer Weise weist der Gasvorhang eine im Wesentlichen der langen Seite der Düsenöffnung entsprechende Breite auf. Es versteht sich, dass die Breite des Gasvorhangs bzw. die lange Seite der Düsenöffnung eine Abmessung aufweist, die in der Regel mindestens dem zu überbrückenden Abstand entspricht. Beispielsweise kann die Abmessung der Düsenöffnung entlang der langen Seite bei ca. 20 bis 30 mm oder darüber liegen. Es versteht sich ebenfalls, dass die spaltförmige Düsenöffnung nicht zwingend vollständig rechteckig ausgebildet sein muss, sondern in der Regel an den seitlichen Rändern abgerundet ist, um die Strömung des Gasstroms nicht zu behindern.
Eine zur Erzeugung eines Gasvorhangs verwendete Laval-Gasdüse weist typischer Weise einen sich in Querrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung (d. h. in Höhenrichtung des Gasvorhangs) erweiternden Düsenabschnitt auf. In Längsrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung ist der Strömungsquerschnitt aber in der Regel konstant. Die Erfinder haben erkannt, dass es für die Erzeugung der vorliegend beschriebenen Gasvorhänge mit langer Reichweite (d. h. mit (nahezu) vollständig expandiertem bzw. überexpandiertem Gasstrom) günstig und effizienter im Sinne des Gasverbrauchs ist, wenn die zu deren Erzeugung verwendete Überschall-Gasdüse in Längsrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung keinen konstanten, sondern einen sich zur spaltförmigen Düsenöffnung erweiternden Querschnitt aufweist, und zwar aus folgendem Grund:
Um bei niedrigen Umgebungsdrücken (z. B. < 10 Pa) das Gas in der Gasdüse genügend vorexpandieren zu können, bis es den Umgebungsdruck erreicht bzw. unterschreitet, sind bei herkömmlichen Laval-Düsen besonders große Erweiterungen des Strömungsquerschnitts erforderlich, so dass die Quer-Abmessung der schlitzförmigen Düsenöffnung ggf. im Bereich mehrerer Zentimeter liegen kann. Alternativ oder zusätzlich können große Düsenlängen oder besonders niedrige Gasflussraten (wenige mbar L/s) verwendet werden. Da die Gasflussmenge jedoch nicht beliebig klein gewählt werden kann, z. B. weil eine gewisse Kontaminationsunterdrückungswirkung und Reichweite erzielt werden soll, ist bei herkömmlichen Laval-Düsen eine beträchtliche Höhe der Gasdüse (bzw. Dicke des Gasvorhangs) erforderlich.
Um aus Platzgründen (begrenzter Bauraum) oder um die Höhe (Dicke) des Gasvorhangs kleiner zu gestalten (und die EUV-Absorption zu reduzieren), kann anstelle einer in die Tiefe unveränderten Schlitzdüse die oben beschriebene Düsenform gewählt werden, die zusätzlich eine Erweiterung bzw. Expansion in die Tiefenrichtung hat, um die Überexpansion zu erreichen.
Die oben beschriebene Überschall-Gasdüse kann als eine konventionelle rotationssymmetrische Laval-Düse angesehen werden, deren Düsenauslass bzw. divergierender Düsenabschnitt von zwei Seiten abgeflacht ist, um einen länglichen und flachen Gasvorhang zu erzeugen, wobei der Düseneinlass bzw. der erste Düsenabschnitt sowie die Engstelle nicht zwingend länglich ausgeführt sein muss bzw. müssen, sondern bevorzugt rotationssymmetrisch zur Düsenlängsachse verlaufen. Es versteht sich, dass auch Zwischenformen möglich sind, d. h. Düsen mit z. B. einem oder mehreren runden, quadratischen, ovalen oder länglichen Einlässen, die sich in die Höhe und Breite bis zum Düsenauslass erweitern.
Die oben beschriebenen Überschall-Gasdüsen, die auch in die Tiefe expandieren, ermöglichen effizientere Gasvorhänge, da dadurch auf kleinerem Bauraum das Gas auf höhere Überschallgeschwindigkeiten beschleunigt werden kann. Das ermöglicht eine höhere Kontaminationsunterdrückung pro Gasfluss.
Es hat sich als günstig erweisen, wenn sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Düsenabschnitts ausgehend von der Engstelle in Längsrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung stärker erweitert als in Querrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung, d. h. wenn sich die Gasdüse in der Tiefe stärker erweitert als in der Höhe, da auf diese Weise die Höhe der Gasdüse reduziert werden kann, die zur Erreichung der Überexpansion bzw. der vollständigen Expansion erforderlich ist.
Bei einer Weiterbildung erweitert sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Düsenabschnitts ausschließlich in Längsrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung, d. h. die Gasdüse weist einen in Querrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung konstanten Querschnitt auf. In diesem Fall kann auf fertigungstechnisch einfach realisierbare Weise ein Gasstrom mit einer hinreichend kleinen Dicke erzeugt werden.
Bei einer Weiterbildung erweitert sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Düsenabschnitts zur spaltförmig ausgebildeten Düsenöffnung parabelartig Die Erweiterung des Düsenquerschnitts kann in Längsrichtung der Gasdüse zwar auch einer geradlinigen Kontur folgen, eine parabelähnliche bzw. parabelartige Erweiterungsform ermöglicht aber schnellere und damit effizientere Gasvorhänge und ist deshalb einer geradlinigen Erweiterung vorzuziehen. Insbesondere eine Gasdüse mit rundem Einlass und runder Engstelle und einer Erweiterung bis zu einem länglichen Auslass mit parabelähnlichen Krümmungen in beiden Richtungen ist sehr gut zur Kontaminationsunterdrückung geeignet, da sie eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit pro Gasflussrate und Bauraum ermöglicht.
Es versteht sich aber, dass nicht jeder Gasstrahl, der zur Kontaminationsunterdrückung eingesetzt werden soll, eine hohe Reichweite oder eine homogene und möglichst parallele Form besitzen soll. Daher ist es nicht zwingend erforderlich, die Form der Düsenöffnung länglich auszubilden, d. h. die Düsenöffnung kann auch genauso hoch wie tief oder ggf. rund sein. Ein länglicher Gasvorhang ermöglicht allerdings eine homogenere Kontaminationsunterdrückung und kann dadurch effizienter bezüglich der benötigten Mindest-Gasflussmenge ausgelegt werden. Auch Gasdüsen mit mehreren Düsenöffnungen, die übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, aber z. B. nur einen gemeinsamen Düseneinlass besitzen, sowie Gasdüsen, die mehrere Einlässe aber nur einen gemeinsamen Auslass bzw. eine gemeinsame Düsenöffnung aufweisen, sind möglich.
Eine Überschall-Düse bzw. Laval-Düse sollte für eine optimale Funktion auf den zu erwartenden Umgebungsdruck angepasst sein, da ansonsten die Überexpansion zu früh oder zu spät erreicht wird oder ggf. die Schallgeschwindigkeit in der Engstelle (Düsenhals) nicht erreicht wird. Letzteres führt dazu, dass sich die Gasströmung im Expansionsbereich verlangsamt anstatt auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen. Um die Düse optimal an die Umgebungsdrücke anzupassen, ist es in der Regel nicht ausreichend, allein den Gasfluss in der Zuleitung zu verändern.
Es hat sich daher als günstig erwiesen, wenn an der Überschall-Gasdüse der Durchmesser der Engstelle veränderbar ist. Zur Veränderung des Durchmessers der Engstelle kann die Gasdüse ein Einstellmittel, z. B. eine bewegbare bzw. verschiebbare Nadel aufweisen, wie dies z. B. in der US 4,730,784 für eine Düse zum Einblasen von Sauerstoff von oben auf eine Schmelze beschrieben ist. Die Einstellmittel können mehr oder weniger tief in die Engstelle geführt werden, um den Strömungsquerschnitt einzustellen. Die Bewegung, genauer die Verschiebung des Einstellmittels kann z. B. über ein Gewinde, insbesondere eine Stellschraube, realisiert werden. Es versteht sich, dass auch andere Möglichkeiten zur automatisierten oder manuellen Verschiebung des Einstellmittels vorgesehen werden können, um den Durchmesser bzw. die Abmessung der Gasdüse im Bereich der Engstelle zu verändern. Durch eine Anpassung des Strömungsquerschnitts an der Engstelle kann eine kostengünstige, in einem großen Druck- und Durchfluss-Fenster anpassbare Überschall-Gasdüse realisiert werden.
Ein weiterer Aspekt ist verwirklicht in einem EUV-Lithographiesystem, umfassend: mindestens eine Vorrichtung wie oben beschrieben und/oder mindestens eine Gasdüse wie oben beschrieben. Der Gasvorhang kann insbesondere im Wesentlichen quer zur optischen Achse des EUV-Strahlengangs verlaufen und zur wirksamen Unterdrückung bzw. Umlenkung von kontaminierenden Stoffen beitragen, um die in dem EUV-Lithographiesystem vorhandenen optischen Komponenten vor Verschmutzung zu schützen.
Im Sinne dieser Anmeldung werden unter einem EUV-Lithographiesystem neben EUV-Lithographieanlagen, d. h. Systemen zur Belichtung eines Wafers, auch andere Systeme verstanden, bei denen EUV-Strahlung verwendet wird, z. B. Systeme zur Vermessung von Masken (z. B. „actinic imaging metrology systems”, „actinic patterned mask inspection system” etc.).
In einer Ausführungsform weist das EUV-Lithographiesystem mindestens eine erste Vakuum-Kammer und eine zweite Vakuum-Kammer mit einem jeweiligen statischen Umgebungsdruck auf, zwischen denen eine Öffnung zum Durchtritt von EUV-Strahlung gebildet ist, an welcher die Vorrichtung zur Erzeugung des Gasvorhangs angeordnet ist. Die Abmessung der Öffnung ist typischer Weise so gewählt, dass diese durch den Gasvorhang überbrückt werden kann. In mindestens einer der beiden Vakuum-Kammern ist in der Regel mindestens eine optische Komponente angeordnet, welche durch den Gasvorhang vor kontaminierenden Stoffen geschützt werden soll. Es versteht sich, dass der Gasvorhang eine Reichweite aufweisen sollte, die zumindest der Länge der Durchtritts-Öffnung entspricht. Da die EUV-Strahlung durch den Gasvorhang hindurch treten muss, lässt sich ein Gasvorhang, insbesondere wenn er mit einem Unterschall-Gasstrom realisiert wird, aufgrund seiner geringen Reichweite nicht an beliebiger Stelle im Strahlengang realisieren, d. h. der (Unterschall-)Gasvorhang sollte typischer Weise an Orten eingesetzt werden, an denen die EUV-Strahlung einen geringen Strahlquerschnitt aufweist.
Insbesondere kann an der Öffnung zwischen den Vakuum-Kammern eine röhrenförmige Einhausung vorgesehen sein, die wie oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung ausgebildet ist. Die Einhausung kann beispielsweise zur Überbrückung eines Abstandes zwischen zwei Vakuum-Kammern genutzt werden, zwischen denen der Gasvorhang gebildet werden soll. Die Gasdüse kann in diesem Fall zwischen den Vakuum-Kammern angeordnet sein, an denen die röhrenförmige Einhausung stirnseitig befestigt, z. B. angeflanscht, ist.
Es versteht sich, dass der Gasvorhang zwischen den Vakuum-Kammern ggf. auch ohne die Einhausung realisiert werden kann. Es versteht sich ebenfalls, das die Länge der Einhausung so gewählt werden sollte, dass diese nicht in den Strahlengang der EUV-Strahlung hinein ragt. Die röhrenförmige (zylindrische) Einhausung kann insbesondere einen runden, elliptischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
In der ersten und/oder in der zweiten Vakuum-Kammer, welche durch die Öffnung verbunden sind, kann ein Umgebungsdruck von 20 Pa oder weniger, bevorzugt von 10 Pa oder weniger herrschen. Wie schon weiter oben beschrieben wurde, liegt der Druck in den Vakuum-Kammern z. B. bei einer EUV-Lithographieanlage im Niederdruck-Bereich, d. h. bei wenigen Pascal. Der Druck in den beiden Vakuum-Kammern kann (im Wesentlichen) identisch sein, es ist aber auch möglich, ein Druckgefälle zwischen den beiden Vakuum-Kammern vorzusehen, um ggf. zusätzlich zum Gasvorhang einem Transport von kontaminierenden Stoffen in diejenige Kammer entgegen zu wirken, in welcher der größere Druck herrscht.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung an einer Öffnung zu einer Vakuum-Kammer für die Anordnung einer Maske oder für die Anordnung eines Wafers gebildet. Zu diesem Zweck kann die Vakuum-Kammer z. B. einen Maskenhalter oder einen Wafer-Halter aufweisen. Zwar ist im Bereich der Maske kaum noch Debris von der Strahlungsquelle vorhanden, der Gasvorhang kann aber den Austausch von anderen kontaminierenden Stoffen zwischen der Kammer mit der Maske und den angrenzenden Vakuum-Kammern verhindern, in denen die Projektions- bzw. Beleuchtungsoptik angeordnet ist. Durch das Vorsehen eines Gasvorhangs an der Kammer für den Wafer kann ein Eintreten von aus dem Wafer ausgasenden kontaminierenden Stoffen in die Kammer mit der Projektions- bzw. Beleuchtungsoptik verhindert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung an einer Öffnung im Bereich eines Zwischenfokus angeordnet. Die Öffnung bzw. der Zwischenfokus kann beispielsweise am Übergang von der Lichterzeugungseinheit zum Beleuchtungssystem der Lithographieanlage gebildet sein und der Gasvorhang kann dazu dienen, Debris aus der Lichtquelle vom Beleuchtungssystem fernzuhalten. Selbstverständlich kann ein Gasvorhang auch an einem Zwischenfokus gebildet werden, welcher in einem Projektionssystem oder in einem Beleuchtungssystem einer EUV-Lithographieanlage gebildet ist. In diesem Fall kann ggf. im Bereich des Zwischenfokus eine Zwischenwand mit einer Öffnung vorgesehen werden, an welcher die Vorrichtung zur Erzeugung des Gasvorgangs vorgesehen wird. Aufgrund der typischer Weise geringen Reichweite des Gasvorhangs ist es bei der Verwendung eines Unterschall-Gasstroms eher ungünstig, den Gasvorhang unmittelbar am Austritt der Lichtquelle vorzusehen, da dort der Strahlengang der EUV-Strahlung einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweist.
Ein Gasvorhang kann nicht nur zum Überbrücken einer Öffnung verwendet werden, sondern beispielsweise auch, um ein optisches Element, welches in dem EUV-Lithographiesystem angeordnet ist, genauer gesagt dessen optische Oberfläche vor kontaminierenden Stoffen zu schützen. Die Düsenöffnung der Vorrichtung bzw. der Gasdüse ist hierbei neben der optischen Oberfläche angeordnet, um einen sich entlang der optischen Oberfläche (typischer Weise parallel zur optischen Oberfläche) erstreckenden Gasvorhang zu erzeugen, welcher die optische Oberfläche überdeckt und so vor kontaminierenden Stoffen schützt.
In einer Weiterbildung weist eine der Düsenöffnung zugewandte Seitenkante des optischen Elements eine strömungsbegünstigende Geometrie auf und/oder ist mit einem Strömungsschutzelement versehen. Im ersten Fall kann die Kante des optischen Elements z. B. eine abgerundete Geometrie aufweisen oder auf andere Weise strömungsbegünstigend ausgebildet sein. Das Strömungsschutzelement, welches ggf. ebenfalls eine strömungsbegünstigende Geometrie aufweist, kann einer zu starken Abkühlung des optischen Elements durch den Gasvorhang entgegen wirken.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Gasdüse eine zusätzliche, der optischen Oberfläche zugewandte und seitlich zum optischen Element versetzte Öffnung zum Austritt eines Teils des Gasstroms auf, um einen entlang eines Seitenrands des optischen Elements verlaufenden weiteren Gasvorhang zu bilden. Durch den weiteren Gasvorhang kann verhindert werden, dass an der Seitenkante des optischen Elements, welches der Gasdüse zugewandt ist, durch den Gasvorhang ein Teil des ggf. mit kontaminierenden Stoffen verunreinigten Umgebungsgases mitgerissen wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die optische Oberfläche nur dem (sauberen) Spülgas des Gasvorhangs ausgesetzt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen.
Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage mit vier Vorrichtungen zur Erzeugung eines Gasvorhangs,
2 eine schematische Darstellung einer der Vorrichtungen von 1 mit einer Gasdüse mit einer Düsenöffnung zum Austritt eines Unterschall-Gasstroms, die in eine Einhausung mündet und mit einer Auffangöffnung zum Auffangen des Gasstroms,
3a, b Darstellungen der Geschwindigkeitsverteilung bzw. der Druckverteilung eines Wasserstoff-Gasstroms zur Erzeugung eines Gasvorgangs bei einer ersten Geometrie der Einhausung,
4a, b Darstellungen analog 3a, b bei einer zweiten Geometrie der Einhausung mit einem kleineren Abstand zwischen Düsenöffnung und Auffangöffnung,
5a, b Darstellungen analog 3a, b bei der Verwendung eines Argon-Gasstroms,
6 ein Schaubild mit der Abhängigkeit von Massenströmen eines Argon-Gasstroms vom Massenstrom an der Düsenöffnung,
7 eine schematische Darstellung einer der Vorrichtungen von 1 mit einer Gasdüse zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms und Konturlinien der Mach-Zahl,
8 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Gasdüse zur Erzeugung eines überexpandierten Überschall-Gasstroms und der hierbei erzeugten Geschwindigkeitsverteilung,
9a, b schematische Darstellungen des Gasstroms von 8, welcher vollständig von einer Auffangöffnung aufgefangen wird (9a) bzw. an einer Umlenkkontur umgelenkt wird (9b),
10a, b schematische Darstellungen einer Einhausung mit einer zu einer Düsenöffnung der Gasdüse versetzten Auffangöffnung,
11 eine schematische Darstellung von zwei Gasströmen zur Partikelunterdrückung, die von einer gemeinsamen Auffangöffnung aufgefangen werden,
12 eine schematische Darstellung eines optischen Elements mit einem sich entlang der optischen Oberfläche des optischen Elements erstreckenden Gasvorhang,
13a–c schematische Darstellungen einer Mehrzahl von Gasdüsen zur Erzeugung von mehreren seriell und/oder parallel verlaufenden Gasströmen,
14 drei Schnittdarstellungen einer Gasdüse zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms, welche sich zur Bildung einer spaltförmigen Düsenöffnung von einer runden Engstelle (Düsenhals) in der Tiefe stärker als in der Höhe erweitert,
15 eine perspektivische Darstellung einer Gasdüse zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms, welche sich ausschließlich quer zur Längsrichtung der spaltförmigen Engstelle erweitert, sowie
16 eine Darstellung einer Überschall-Gasdüse mit einem nadelförmigen Einstellmittel zur Veränderung des Strömungsquerschnitts an der Engstelle der Gasdüse.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist schematisch eine EUV-Lithographieanlage 1 gezeigt, welche ein Strahlerzeugungssystem 2, ein Beleuchtungssystem 3 und ein Projektionssystem 4 aufweist, die in separaten Vakuum-Gehäusen untergebracht und aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 5 des Strahlerzeugungssystems 2 ausgehenden Strahlengang 6 angeordnet sind. Zur Vereinfachung werden nachfolgend die Bezugszeichen für die drei Systeme 2, 3, 4 auch für die jeweiligen Vakuum-Gehäuse bzw. die in diesen gebildete Vakuum-Umgebungen verwendet.
Als EUV-Lichtquelle 5 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron dienen. Die aus der Lichtquelle 5 austretende Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 30 nm wird zunächst in einem Kollimator 7 gebündelt. Mit Hilfe eines nachfolgenden Monochromators 8 wird durch Variation des Einfallswinkels, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, die gewünschte Betriebswellenlänge λ_B herausgefiltert, die im vorliegenden Beispiel bei ca. 13,5 nm liegt. Der Kollimator 7 und der Monochromator 8 sind als reflektive optische Elemente ausgebildet.
Die im Strahlerzeugungssystem 2 im Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung behandelte Strahlung wird in das Beleuchtungssystem 3 eingeführt, welches ein erstes und zweites reflektives optisches Element 9, 10 aufweist. Die beiden reflektiven optischen Elemente 9, 10 leiten die Strahlung auf eine Photomaske 11 (Retikel) als weiteres reflektives optisches Element, welches eine Struktur aufweist, die mittels des Projektionssystems 4 in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer 12 abgebildet wird. Hierzu sind im Projektionssystem 4 ein drittes und viertes reflektives optisches Element 13, 14 vorgesehen. Es versteht sich, dass sowohl die Anzahl der optischen Elemente in den einzelnen Systemen 2, 3, 4 sowie deren Anordnung nur beispielhaft zu verstehen ist und dass in realen Systemen sowohl die Anzahl als auch die Anordnung der optischen Elemente sich von der in 1 gezeigten EUV-Lithographieanlage 1 unterscheiden können.
Die reflektiven optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 weisen jeweils eine optische Oberfläche auf, die der EUV-Strahlung 6 der Lichtquelle 5 ausgesetzt ist und sind mit einer für EUV-Strahlung reflektierenden Beschichtung versehen. Die optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 werden unter Vakuum-Bedingungen in einer Restgasatmosphäre betrieben, die einen (statischen) Gesamtdruck von einigen Pascal, im vorliegenden Beispiel von p₂ = 10 Pa, aufweist. Weiterhin wurde zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass der statische Druck p₂ in allen drei Systemen 2, 3, 4 sowie in einer weiteren Vakuum-Kammer 15, in welcher die Maske 11 angeordnet ist, gleich groß ist. Typischer Weise liegt der Gesamtdruck in den einzelnen Vakuum-Gehäusen 2, 3, 4, 15 bei nicht mehr als ca. 10 Pa. Im vorliegenden Beispiel herrscht in einer Vakuum-Kammer 17, in welcher der Wafer 12 angeordnet ist, ein von den anderen Systemen 2, 3, 4 abweichender, kleinerer Umgebungsdruck, welcher in 1 mit p₃ bezeichnet wird und z. B. bei ca. 5 Pa liegen kann. Im Strahlerzeugungssystem 2 liegt der in 1 mit p_C bezeichnete Umgebungsdruck typischer Weise in derselben Größenordnung, kann aber auch deutlich größer sein und bis zu 100 Pa oder mehr betragen.
Da sich der Innenraum der EUV-Lithographieanlage 1 nicht ausheizen lässt, kann das Vorhandensein von Restgas-Bestandteilen in der Niederdruck-Umgebung in den einzelnen Vakuum-Gehäusen 2, 3, 4, 15 nicht vollständig vermieden werden. Um zu vermeiden, dass sich Restgas-Bestandteile an den optischen Oberflächen der optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 ablagern und dadurch deren Reflektivität für die EUV-Strahlung nachteilig beeinflussen, ist an den Übergängen bzw. Öffnungen 16a–d zwischen dem Strahlerzeugungssystem 2 und dem Beleuchtungssystem 3, zwischen dem Beleuchtungssystem 3 und der Kammer 15 mit der Maske 11, zwischen der Kammer 15, in der die Maske 11 angeordnet ist, und dem Projektionssystem 4, sowie zwischen dem Projektionssystem 4 und der Kammer 17, in welcher der Wafer 12 angeordnet ist, jeweils ein im Wesentlichen planer Gasvorhang 21 gebildet, der quer zur optischen Achse des EUV-Strahlengangs 6 verläuft. Durch den Gasvorhang 21 kann ein Austausch von kontaminierenden Stoffen zwischen den Vakuum-Gehäusen 2, 3, 4, 15, 17 verhindert werden. Die Öffnung 16c zwischen dem Strahlerzeugungssystem 2 und dem Beleuchtungssystem 3 liegt hierbei im Bereich eines Zwischenfokus Z_F, an dem die EUV-Strahlung 6 nur einen vergleichsweise geringen Durchmesser aufweist. Ein vergleichsweise geringer Durchmesser des EUV-Strahlengangs 6 ist auch an den anderen Öffnungen 16a, b, d vorhanden.
Ein schematischer Aufbau einer zur Erzeugung des Gasvorhangs 21 verwendeten Vorrichtung 20 wird nachfolgend anhand von 2 näher erläutert. Die Vorrichtung 20 weist eine Gasdüse 22 mit einer Düsenöffnung 22a auf, aus der ein Unterschall-Gasstrom 23a austritt, dessen Stromlinien in 2 schematisch durch Pfeile angedeutet sind. Der Düsenöffnung 22a gegenüber liegend ist eine Auffangöffnung 24a zum Auffangen des aus der Gasdüse 22 ausgetretenen Gasstroms 23a angeordnet, an die sich ein röhrenförmiger Auffang-Bereich 24 anschließt. Zwischen der Düsenöffnung 22a und der Auffangöffnung 24a, d. h. über einen Abstand w, ist der Gasvorhang 21 gebildet, der sich in einer Ebene (X, Z-Ebene) im Wesentlichen senkrecht zur Düsenöffnung 22a erstreckt. In 2 sind zudem die Gasdüse 22 und der Auffang-Bereich 24 über eine röhrenförmige (rechteckige) Einhausung 25 miteinander verbunden, welche sich senkrecht zum Gasvorhang (in Y-Richtung) erstreckt. Die Düsenöffnung 22a mündet hierbei an einem ersten sich in Längsrichtung erstreckenden Wandungsbereich 25a in die Einhausung 25, wobei die Auffangöffnung 24a an einem gegenüber liegenden, sich ebenfalls in Längsrichtung der röhrenförmigen Einhausung erstreckenden Wandungsbereich 25b gebildet ist.
Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass die Düsenöffnung 22a spaltförmig (z. B. rechteckig bzw. als Langloch mit ggf. abgerundeten Enden) ausgebildet ist, sich deren lange Seite in Z-Richtung (entlang der Breite des Gasvorhangs) erstreckt und deren kurze Seite senkrecht zum Gasvorhang 21 (in Y-Richtung) verläuft. Für die nachfolgenden Betrachtungen wird ebenfalls davon ausgegangen, dass der in 2 gezeigte Querschnitt der Vorrichtung in Z-Richtung konstant ist, so dass eine zweidimensionale Berechnung des Strömungsverlaufs in der Vorrichtung 20 bei den weiter unten gezeigten Strömungssimulationen ausreichend ist. Auch wird davon ausgegangen, dass die Vorrichtung 20 spiegelsymmetrisch zu einer XZ-Ebene ist, welche die Mittelebene der Vorrichtung 20 bildet und welche durch die Mitte der spaltförmigen Düsenöffnung 22a sowie der gegenüber liegenden Auffangöffnung 24a verläuft.
Es versteht sich, dass einige der obigen Annahmen zur Vereinfachung der nachfolgend beschriebenen Simulationen getroffen wurden und dass die Vorrichtung 20 nicht zwingend wie in 2 gezeigt ausgebildet sein muss. So kann beispielsweise auf die Einhausung 25 ggf. auch vollständig verzichtet werden. Auch ist die Vorrichtung 20 bzw. die Einhausung 25 nicht zwingend symmetrisch zu einer Mittelebene bzw. weist nicht notwendiger Weise einen in Z-Richtung und/oder in Y-Richtung konstanten Querschnitt auf.
Für die nachfolgende Beschreibung der CFD(„computational fluid dynamics”)-Simulationen des Gasvorhangs 21 werden folgende Bezeichnungen definiert: Die Höhe h₀ bezeichnet die (konstante) Abmessung der Gasdüse 22 bzw. der Düsenöffnung 22a senkrecht zum Gasvorhang 21 (d. h. in Y-Richtung), der Druck p₀ ist der statische Druck am Eintritt in die Gasdüse 22, der Massenstrom des Unterschall-Gasstroms 23a, der aus der Düsenöffnung 22a austritt, wird mit Q₀ bezeichnet. Die Abmessung der Auffangöffnung 24a bzw. des röhrenförmigen Auffang-Bereichs 24 wird mit h₁ bezeichnet, der Druck am Ausgang des Auffang-Bereichs 24 mit p₄, der durch den Auffang-Bereich 24 aus der Einhausung 25 austretende Massenstrom mit S₄. Entsprechend wird der aus der an gegenüberliegenden Öffnungen 18a, 18b der Einhausung 25 austretende Massenstrom (in 2 gestrichelt angedeutet) mit S₂ bezeichnet, wobei an den beiden einander gegenüberliegenden Öffnungen 18a, 18b der Einhausung 25 jeweils die Hälfte des Massenstroms austritt (d. h. S₂/2). Der Druck p₂ an den beiden Öffnungen 18a, 18b wurde im vorliegenden Beispiel gleich groß gewählt und entspricht dem Umgebungsdruck p₂ in den jeweiligen Vakuum-Kammern 2, 3, 4, 15.
Schließlich bezeichnet L₀ die Länge der simulierten Gasdüse 22, welche im vorliegenden Beispiel bei L₀ = 15 mm lag, sowie L₁ die Länge des simulierten Auffang-Bereichs 24, welche in den vorliegenden Beispielen bei L₁ = 20 mm lag. Die Länge der Einhausung 25 senkrecht zum Gasvorhang 21 lag bei h₂ = 10 cm. Obgleich die Breite des Gasvorhangs für die nachfolgenden zweidimensionalen Simulationen keine Rolle spielt, wurde für die Berechnung der Massen- bzw. Volumenströme von einer (nicht gezeigten) Länge der Gasdüse 22 in Z-Richtung von 20 mm ausgegangen, d. h. die Fläche A der Düsenöffnung 22a lag bei 3 mm × 20 mm = 60 mm².
3a, b zeigen die Geschwindigkeitsverteilung (bzw. Konturlinien mit jeweils gleicher Geschwindigkeit) sowie die Druckverteilung (bzw. Konturlinien mit jeweils gleichem Druck) für folgende Randbedingungen: h₀ = 3 mm, h₁ = 30 mm, w = 20 mm, wobei der Druck des Gases (im vorliegenden Fall molekularer Wasserstoff) in der Gasdüse 22 bei ca. 119 Pa lag. Der Druck p₂ im Außenraum bzw. an den Öffnungen 18a, 18b der Einhausung 25 lag bei 10 Pa und stimmte mit dem Druck p₄ im Auffang-Bereich 24 (ebenfalls 10 Pa) überein.
Wie in 3a zu erkennen ist, wurde das Maximum der Geschwindigkeit u₀ des Gasstroms 23 bzw. des Geschwindigkeitsfeldes im Bereich der Düsenöffnung 22a erreicht und lag im vorliegenden Beispiel bei 1250 m/s, d. h. in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit des verwendeten Wasserstoff-Gases (aber knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit). Wie in 3b gezeigt ist, trat aufgrund der Umlenkung bzw. Expansion des Wasserstoff-Gases am Rand der spaltförmigen Düsenöffnung 22a ein Unterdruck auf, d. h. der Druck war lokal geringfügig kleiner als der Umgebungsdruck von p₂ = 10 Pa, wobei unmittelbar an der Düsenöffnung 22a ein (geringfügiger) Überdruck (p > p₂) auftrat. Entsprechend trat am Rand der Auffangöffnung 24a gegenüber dem Umgebungsdruck p₂ = 10 Pa bzw. dem (identischen) Druck p₄ = 10 Pa am Ausgang des Auffang-Bereichs 24 ein Überdruck auf, der auf eine Kompression bzw. einen Stau gegen die seitliche Wand der Auffangöffnung 24a zurückzuführen ist. Bei den in 3a, b gezeigten Randbedingungen, bei denen die durch den Gasvorhang 21 zu überbrückende Weite w bei 20 mm und die Ausdehnung h₁ der Auffangöffnung 24a senkrecht zum Gasvorhang 21 bei 30 mm lag, erreichte ein Anteil von 75,8% des an der Düsenöffnung 22a eintretenden Gasstroms 23a die gegenüber liegende Auffangöffnung 24a.
4a, b zeigen die Ergebnisse einer Simulation analog zu 3a, b, bei der die durch den Gasvorhang 21 zu überbrückende Weite w = 10 mm betrug und die Ausdehnung der Auffangöffnung 24a senkrecht zum Gasvorhang 21 bei h₁ = 20 mm lag, wobei die Randbedingungen ansonsten mit den in 3a, b verwendeten Randbedingungen übereinstimmten. Wie in 4a zu erkennen ist, weist die Geschwindigkeitsverteilung ebenfalls im Bereich der Düsenöffnung 22a eine maximale Geschwindigkeit (von 1250 m/s) auf. In 4b zeigt sich, dass das Druckniveau nahezu in der gesamten Anordnung, insbesondere im Bereich der Auffangöffnung 22a, über dem Umgebungsdruck p₂ von 10 Pa lag. Eine Ausnahme bilden lediglich analog zu 3b eng umgrenzte Bereiche benachbart zur Düsenöffnung 22a, in denen der Druck geringfügig unter dem Umgebungsdruck von 10 Pa lag. Bei den in 4a, b gezeigten Randbedingungen erreichte ein Anteil von ca. 90% des an der Düsenöffnung 22a eintretenden Gasstroms 23a die gegenüber liegende Auffangöffnung 24a.
Um sicherzustellen, dass ein genügend großer Anteil des aus der Gasdüse 22 austretenden Unterschall-Gasstroms 23a die gegenüberliegende Auffangöffnung 24a erreicht, ist es günstig, wenn die Abmessung h₁ der Auffangöffnung 24a senkrecht zum Gasvorhang 21 mindestens so groß ist wie der durch den Gasvorhang 21 zu überbrückende Abstand w. Es ist insbesondere günstig, wenn das Verhältnis h₁/w bei mindestens 1,5, insbesondere bei mindestens 2,0 liegt (wie in 4a, b gezeigt). Je größer der Anteil des Gasstroms 23, der die Auffangöffnung 24a erreicht, desto geringer ist der Anteil des Gasstroms 23, welcher zu den Öffnungen der Einhausung 25 (vgl. 2) umgelenkt wird.
Es ist günstig, den umgelenkten Anteil des Gasstroms 23 möglichst klein zu halten, damit die Absorption der EUV-Strahlung, welche durch den Gasvorhang 21 hindurch tritt, möglichst niedrig ist: Je kleiner die Strecke, welche die EUV-Strahlung 6 innerhalb des zur Erzeugung des Gasvorhangs 21 verwendeten Gases zurücklegt, desto geringer ist die durch das Gas hervorgerufene Absorption.
Ein schmaler Gasvorhang 21, d. h. ein Gasstrom 23a, dessen Ausdehnung bzw. Schichtdicke in einer Richtung (Y-Richtung) senkrecht zum Gasvorhang (und damit entlang des Strahlengangs 6 der EUV-Strahlung) möglichst klein ist, kann somit Absorptionsverluste der EUV-Strahlung effektiv unterdrücken. Um einen schmalen Unterschall-Gasvorhang 21 zu realisieren, ist es günstig, wenn die Höhe h₀ der Düsenöffnung 22a (bzw. der Gasdüse 22) nicht zu groß gewählt wird, und typischerweise nicht mehr als ca. 10 mm, bevorzugt nicht mehr als ca. 5 mm beträgt. Auch hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Verhältnis zwischen der Ausdehnung h₁ der Auffangöffnung 24a senkrecht zum Gasvorhang 21 und der Ausdehnung h₀ der Düsenöffnung 22a höchstens bei ca. 20% liegt.
Sofern der umgelenkte Anteil des Gasstroms 23a nicht zu groß ist, können auch Gas-Arten mit deutlich höherem Molekulargewicht bzw. größerer Dichte, wie z. B. Argon, zur Bildung des Gasvorhangs 21 eingesetzt werden. Argon weist zwar einen deutlich höheren EUV-Absorptionskoeffizienten als Wasserstoff auf, kann dafür aber effektiver kontaminierende Stoffe ablenken und ermöglicht auch längerreichweitige Gasvorhänge 21, wie nachfolgend gezeigt wird. Die Transmission von Argon für EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 13,5 nm beträgt bei 10 cm Weglänge (entsprechend der Höhe h₂ der Einhausung 25) und 10 Pa Gasdruck noch 96,7%. Bei Wasserstoff liegt die Transmission bei 99,88% auf 10 cm (ebenfalls bei 10 Pa) und ist somit deutlich größer. Dennoch sind die Absorptionsverluste auch bei Argon bei Weglängen im Zentimeter-Bereich noch niedrig genug, um den Einsatz dieses Gases für den Gasvorhang 21 in Betracht zu ziehen. Gegebenenfalls können auch andere (inerte) Gase, welche ein größeres Molekulargewicht aufweisen, wie z. B. Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Neon oder Krypton für den Gasvorhang verwendet werden.
Anhand der in 5a, b gezeigten Strömungssimulation konnte gezeigt werden, dass bei der Verwendung von Argon bei zu in 3a, b identischen Randbedingungen ein noch effizienterer Gasvorhang 21 erzeugt werden kann. 5a, b zeigen hierbei die simulierte Strömungs- und Druckverteilung von Argon bei der in Zusammenhang mit 3a, b beschriebenen Geometrie (w = 20 mm, h₁ = 30 mm). Bei einem Einlassdruck des Argon-Gases in die Gasdüse 22 von 86 Pa erreichte der Argon-Gasstrom eine maximale Strömungsgeschwindigkeit u₀ von 300 m/s an der Düsenöffnung 22a (bzw. am Düsenaustritt), was, ähnlich wie die Strömungsgeschwindigkeit u₀ = 1250 m/s bei Wasserstoff nahe der Schallgeschwindigkeit des jeweiligen Gases lag. Die in 5b gezeigte Druckverteilung ist ähnlich zur Druckverteilung bei der Verwendung von Wasserstoff.
6 zeigt den Massenstrom S₄, welcher den Auffang-Bereich 24 bzw. die Auffangöffnung 24a erreicht, sowie den Massenstrom S₂, welcher zu den beiden Seiten der Einhausung 25 durch die Öffnungen 18a, 18b austritt, in Abhängigkeit vom Massenstrom Q₀ an der Düsenöffnung 22a bei der Verwendung von Argon zur Erzeugung des Gasvorhangs 21. Der Massenstrom Q₀ an der Düsenöffnung 22a wurde durch eine Veränderung des Einlassdrucks des Argon-Gases in die Gasdüse 22 variiert, und zwar von einem Druck von 22 Pa (entsprechend einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit von ca. 100 m/s) zu einem Druck von 86 Pa (und einer max. Strömungsgeschwindigkeit von 300 m/s). Die Beziehung zwischen Druck p₀ und Volumenstrom dV/dt zum Massenstrom Q₀ (= dm/dt) wird durch die Gasgleichung (p₀ dV/dt = dm/dt R_Ar T) hergestellt, wobei T = 295,15 K und R_Ar = R/M ist, wobei R die Gaskonstante (8,3145 J/(mol K)) und M die molare Masse von Argon bezeichnet. Die Geschwindigkeit u₀ ergibt sich aus dem Massenstrom dm/dt = ρ u₀ A, wobei A den Querschnitt der Düsenöffnung (hier: A = 60 mm²) und ρ die Dichte von Argon bezeichnet. Zum Vergleich ist in 6 der Massenstrom Q₀ an der Düsenöffnung 22a aufgetragen, welcher der Summe der Massenströme S₂, S₄ entspricht.
Der Kurvenverlauf der Massenströme S₂, S₄ zeigt, dass mit zunehmendem Massenfluss Q₀ an der Düsenöffnung 22a der Anteil S₄ des Gasstroms, welcher die gegenüberliegende Auffangöffnung 24a erreicht, exponentiell zunimmt, während der Anteil S₂ des Gasstroms, der über die Einhausung 25 zu den Nebenpumpen in den angrenzenden Vakuum-Gehäusen gelangt, nach Überschreiten eines Maximums von ca. 20% des Gesamt-Massenstroms Q₀ (bei ca. 39 × 10^–7 kg/s und einer max. Strömungsgeschwindigkeit u₀ von ca. 200 m/s) mit zunehmendem Gesamt-Massenstrom Q₀ wieder abnimmt. 6 belegt somit, wie wichtig hohe Strömungsgeschwindigkeiten für die Realisierung effizienter Unterschall-Gasvorhänge sind. Bei der Verwendung von Argon ließ sich bei der gleichen Geometrie wie in 3a, b der Anteil des Gasstroms, welcher den Raum zwischen der Düsenöffnung 22a und der Auffangöffnung 24a überbrückt, auf mehr als 89,2% steigern, gegenüber den 75,8%, die mit Wasserstoff bei ähnlichen Bedingungen (max. Geschwindigkeit u₀ nahe der Schallgeschwindigkeit) erreicht wurden.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass alle weiter oben gezeigten Simulationsrechnungen nach kurzer Zeit (ca. 0,1 s) in einen zeitlich stabilen, stationären Zustand übergingen. Ähnliche Ergebnisse wie oben beschrieben wurden auch erhalten, wenn der Druck p₄ in dem Auffang-Bereich 24 moderat kleiner gewählt wurde als der Umgebungsdruck p₂. Es versteht sich, dass der Einlassdruck p₀ des zur Erzeugung des Gasstroms 23 verwendeten Gases in die Gasdüse 22 nicht zu klein gewählt werden sollte und selbstverständlich größer als der Umgebungsdruck p₂ gewählt wird.
Es versteht sich auch, dass durch die Erhöhung des Einlassdrucks des Gases in die Gasdüse 22, die im vorliegenden Beispiel einen rechteckigen Strömungskanal aufweist, die maximale Geschwindigkeit des Gasstroms 23a gesteigert werden kann, so dass die Schallgeschwindigkeit des Gases (nahezu) erreicht wird. Wie die obigen Betrachtungen ergeben, ist die Reichweite des Unterschall-Gasstroms 23a in einer Niederdruck-Umgebung vergleichsweise gering, so dass für die Erzeugung eines effektiven Gasvorhangs 21 aus einem Unterschall-Gasstrom 23a bestimmte geometrische Verhältnisse eingehalten werden sollten.
Die geometrischen Verhältnisse, die für effektive Unterschall-Gasströme eingehalten werden sollten, gelten im Allgemeinen nicht für Überschall-Gasströme, d. h. für Gasströme, bei denen die Schallgeschwindigkeit des verwendeten Gases überschritten wird. Zur Erzeugung von solchen Überschall-Gasströmen werden Gasdüsen 22' verwendet, die einen Düsenabschnitt 19c mit einem sich zur Düsenöffnung 22a erweiternden Strömungsquerschnitt aufweisen, wie dies beispielhaft in 7 dargestellt ist. Der Düsenabschnitt 19c erweitert sich hierbei ausgehend von einer Engstelle 19b mit minimalem Strömungsquerschnitt, an dem das Gas die Schallgeschwindigkeit erreicht. Um an der Engstelle 19b die Schallgeschwindigkeit des Gases zu erreichen, ist typischer Weise stromaufwärts von der Engstelle ein (in 7 nicht gezeigter) Düsenabschnitt mit einem sich zur Engstelle 19b verjüngenden Strömungsquerschnitt vorgesehen. Eine Gasdüse 22' mit einem solchen konvergent-divergenten Strömungsquerschnitt wird auch als Laval-Düse bezeichnet.
Bei der Verwendung einer Laval-Düse 22' kann beispielsweise bei der in 7 gezeigten Geometrie (h₀ = 25 mm, h₁ = 30 mm, L₀ = 60 mm, w = 40 mm, α = 10°, Gesamthöhe der Einhausung in Längsrichtung 100 mm) eine Durchtrittswahrscheinlichkeit von 73% erreicht werden, d. h. 73% des in die Einhausung 25 eintretenden Gasstroms erreichen die Auffangöffnung 24a, obwohl der zu überbrückende Abstand w größer ist als die Höhe h₁ der Auffangöffnung 24a. Im Bereich der Düsenöffnung 22a wird hierbei die Schallgeschwindigkeit überschritten (Mach-Zahl von 1,0) und im Bereich der Auffangöffnung 24a können bei der in 7 gezeigten Geometrie Mach-Zahlen erreicht werden, die bei 3,0 oder darüber liegen. Der Überdruck des Gases am Düseneinlass bzw. an der Engstelle 19b lag bei der in 7 gezeigten Anordnung bei 345 Pa, entsprechend einem Fluss von 500 mbar L/s bei einer Erstreckung der Laval-Düse 22' in Tiefenrichtung von 40 mm und einer Höhe von 3 mm an der Engstelle 19b. Bei einem geringen Überdruck von ca. 7 Pa (17 Pa absolut) am Düseneintritt bzw. der Engstelle 19b, welcher nur zur Erzeugung eines Unterschall-Gasstroms ausreicht, entsprechend einem Fluss von 3,4 g/(m²s) bzw. 2,5 mbar·L/s (bei einer Erstreckung der Laval-Düse 22' in Tiefenrichtung von 20 mm) kann bei der in 7 gezeigten Anordnung eine Durchtrittswahrscheinlichkeit von ca. 67% erreicht werden, wenn der zu überbrückende Abstand w auf die Hälfte reduziert wird (d. h. für w = 20 mm). Bei identischem zu überbrückenden Abstand w (d. h. w = 40 mm) kann in diesem Fall hingegen nur eine Durchtrittswahrscheinlichkeit von ca. 27% erreicht werden, was die erheblich kürzere Reichweite von Unterschallgasströmen verdeutlicht.
Um die Durchtrittswahrscheinlichkeit des Überschall-Gasstroms weiter zu erhöhen, kann eine Geometrie verwendet werden, wie sie in 8 gezeigt ist (h₀ = 50 mm, h₁ = 60 mm, L₀ = 120 mm, α = 11°, w = 40 mm) und bei der eine Durchtrittswahrscheinlichkeit von 106% erreicht wird (Volumenstrom ca. 250 mbar L/s bei H₂), d. h. es wird über die stirnseitigen Öffnungen 18a, b Gas aus der Vakuum-Umgebung außerhalb der Einhausung 25 abgesaugt. Diese hohe Durchtrittswahrscheinlichkeit wird dadurch ermöglicht, dass das Gas in der langen Gasdüse 22', genauer gesagt in dem sich erweiternden Düsenabschnitt 19b, welcher sich zu der Düsenöffnung 22a mit vergleichsweise großer Höhe h₁ erweitert, überexpandiert ist, d. h. dass der Druck p₁ an der Düsenöffnung 22a mit p₁ = ca. 7.5 Pa kleinere Werte erreichte als der Umgebungsdruck, der an den seitlichen Öffnungen 18a, b festgelegt wird und der p₂ = 10 Pa beträgt. Die mittels der in 8 gezeigten Gasdüse 22' erreichbare Umlenkung von durch die obere stirnseitige Öffnung 18a eintretenden kontaminierenden Stoffen 26a, 26b, im vorliegenden Beispiel in Form von Stahl-Partikeln mit einer Dichte von ca. 8030 kg/m³, ist in 8 ebenfalls erkennbar: Stahl-Partikel 26a mit einem Durchmesser von ca. 1 μm und einer Anfangsgeschwindigkeit von 1000 m/s werden hierbei stärker umgelenkt als Stahl-Partikel 26b mit einem Durchmesser von ca. 5 μm und 200 m/s Anfangsgeschwindigkeit.
Durch die Überexpansion wird der Gasstrom 23b beim Austritt aus der Düsenöffnung 22a komprimiert, wie in 9a dargestellt ist. Im Gegensatz dazu tritt bei einem unterexpandiertem oder nicht vorexpandierten Gasstrom 23a, wie er in 2 gezeigt ist, eine Expansion beim Austritt aus der Düsenöffnung 22a auf. Eine komprimierende Wirkung auf den Überschall-Gasstrom 23b kann erzielt werden, wenn der Druck p₁ an der Düsenöffnung 22a des sich erweiternden Düsenabschnitts 19c gerade gleich groß ist wie der Umgebungsdruck p₂, d. h. wenn der Überschall-Gasstrom 23b vollständig expandiert. Es versteht sich, dass bei unterschiedlichen Umgebungsdrücken an den Öffnungen 18a, b für die vollständige Expansion bzw. Überexpansion ein statischer Druck des Überschall-Gasstroms 23b an der Düsenöffnung 22a erzeugt werden sollte, welcher kleiner oder gleich dem niedrigeren der beiden Umgebungsdrücke p₂, p₃ ist. Ein vollständig expandierter oder überexpandierter Überschall-Gasstrom 23b ermöglicht die Realisierung eines besonders langreichweitigen Gasvorhangs, es ist aber auch möglich, einen (geringfügig) unterexpandierten Überschall-Gasstrom 23b zu verwenden, dessen statischer Druck an der Düsenöffnung 22a um ca. 50% oder weniger über dem Umgebungsdruck p₂, p₃ bzw. dem kleineren der Umgebungsdrücke liegt.
Bei der in 9a gezeigten Anordnung ist sowohl die Düsenöffnung 22a als auch die Auffangöffnung 24a symmetrisch zur einer Mittenebene E (Y-Z-Ebene) der Gasdüse 22'. Ist der Umgebungsdruck p₂ an der ersten Öffnung 18a gleich dem Umgebungsdruck p₃ an der zweiten Öffnung 18b der Einhausung 25, treten gleiche Teile des Gasstroms 23b aus den Öffnungen 18a, b der Einhausung 25 aus bzw. werden in diese hinein gesaugt. Herrschen außerhalb der Öffnungen 18a, b unterschiedliche Umgebungsdrücke p₂, p₃, resultieren auch bei einer spiegelsymmetrisch zur Mittenebene E aufgebauten Anordnung im Allgemeinen unterschiedliche Durchflussmengen an den Öffnungen 18a, b.
In 9a ist an der Einhausung 35 in dem der Düsenöffnung 22a gegenüber liegenden Wandungsbereich 25b eine Partikelfalle 50 zum Auffangen von durch den Gasstrom 23b umgelenkten kontaminierenden Stoffen 26 angebracht, um auch Partikel 26 abfangen zu können, die nicht durch die Auffangöffnung 24a abgeführt werden können, weil der Gasstrom 23b nicht stark genug ist. Die Partikel 26 werden im vorliegenden Beispiel durch eine als Kühlfalle ausgebildete Partikelfalle aufgefangen (d. h. ausgefroren). Es versteht sich aber, dass alternativ oder zusätzlich die Partikelfalle auch ein Gas bzw. ein Partikel bindendes Material (z. B. eine Legierung, die Gallium enthält) aufweisen kann, um die Partikel 26 aufzufangen. Wie in 9a ebenfalls zu erkennen, ist der Abschnitt der Wandung 25b, in dem die Partikel 26 auftreffen, vergleichsweise klein, so dass die Kühlfalle 50 mit geringem Energieaufwand betrieben werden kann.
Um eine ungleiche Aufteilung der Anteile des Gasflusses an den beiden Öffnungen 18a, b zu erzeugen, kann eine Anordnung bzw. Vorrichtung 20 vorgesehen werden, die einen bezüglich der Mittenebene E asymmetrischen Aufbau aufweist. Beispielsweise ist bei der in 9b dargestellten Anordnung an dem der Düsenöffnung 22a gegenüber liegenden Wandungsbereich 25b an Stelle einer Auffangöffnung eine Ausformung 27 vorgesehen, welche als Umlenkkontur für den Gasstrom 23b dient. Die Ausformung 27 ist nicht symmetrisch zur Mittenebene E, sodass die Anteile des Gasstroms 23b, welche durch die beiden Öffnungen 18a, b austreten, unterschiedlich sind. Gegebenenfalls kann durch eine solche asymmetrische Aufteilung der Gasflüsse auch der Umgebungsdruck p₂ bzw. p₃ außerhalb der Einhausung 25 beeinflusst werden. Bei einer geeigneten Formgebung der Ausformung ist auch eine vollständige Umlenkung des Gasstroms 23b zu einer einzigen der beiden Öffnungen 18a, b möglich.
Es versteht sich, dass die Ausformung 27 auch bezüglich der Mittenebene E mittig angeordnet werden kann, um gleiche Anteile des Gasstroms 23b durch die beiden Öffnungen 18a, b austreten zu lassen. Dieses Resultat kann auch erzielt werden, wenn auf die Ausformung verzichtet wird und der (glatte) Wandungsbereich 25b der Einhausung 25 als Umlenkeinrichtung für den Gasstrom 23b verwendet wird.
Eine ungleiche Aufteilung der aus den beiden Öffnungen 18a, b austretenden Anteile des Gasstroms 23b kann auch erreicht werden, wenn die Auffangöffnung 24a zur Düsenöffnung 22a bzw. zur Mittenebene E seitlich versetzt ist, wie dies in 10a dargestellt ist, in der auch ein erster, konvergierender Düsenabschnitt 19a der Überschall-Gasdüse 22' gezeigt ist. Aufgrund des seitlichen Versatzes der Auffangöffnung 24a zur oberen stirnseitigen Öffnung 18a der Einhausung 25 wird dort Gas aus der Umgebung abgesaugt, während an der unteren Öffnung 18b ein Anteil des Gasstroms 23b austritt, welcher an dem Wandungsbereich 25b benachbart zur Auffangöffnung 24a umgelenkt wird.
Auch kann die Auffangöffnung 24a einen variablen Öffnungsquerschnitt bzw. Öffnungsdurchmesser aufweisen, der z. B. mittels eines motorisch angetriebenen (nicht gezeigten) plattenförmigen Schiebers realisiert werden kann, welcher in die Auffangöffnung 24a hinein geschoben werden kann und einen Teil der Auffangöffnung 24a abdeckt. Durch das Abdecken von Teilbereichen der Auffangöffnung kann wahlweise eine symmetrische oder eine versetzte (asymmetrsiche) Anordnung der (ggf. verkleinerten) Auffangöffnung 24a eingestellt werden. Es versteht sich, dass auch eine Verkleinerung der Auffangöffnung 24a ohne einen seitlichen Versatz möglich ist, beispielsweise wenn zwei Schieber verwendet werden, welche jeweils gleich große Teilbereiche der Auffangöffnung 24a abdecken. Auch kann die Auffangöffnung 24a durch entsprechende Schieber bzw. Abdeckelemente vollständig verschlossen werden, so dass eine Umlenkkontur für den Gasstrom 23b entsteht (s. o.).
Um zu verhindern, dass durch die obere Öffnung 18a in die Einhausung 25 eintretende Partikel 26 durch diese hindurch zur unteren Öffnung 18b gelangen können, hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Gasstrom 23b eine Strömungskomponente aufweist, die der Strömungsrichtung der Partikel 26 entgegen gerichtet ist. Dies kann erreicht werden, wenn wie in 10b gezeigt ist die Längsachse 28 der Gasdüse 22' unter einem Winkel β zur Normalen-Richtung 29 (X-Richtung) der Düsenöffnung 22a ausgerichtet ist, so dass der Gasstrom 23b unter einem von 90° verschiedenen Winkel seitlich in die Einhausung 25 eintritt. In diesem Fall ist es günstig, wenn die Auffangöffnung 24a im Wesentlichen mittig zur Längsachse der Gasdüse 22' ausgerichtet ist, wie dies in 10b gezeigt ist. Durch einen schrägen Eintritt des Gasstroms 23b in die Einhausung 25 können die Partikel 26 stärker abgebremst und damit leichter umgelenkt werden, als dies bei einer Ausrichtung des Gasstroms 23b im Wesentlichen senkrecht zu den Partikeln (Y-Richtung) der Fall ist.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung zum Abbremsen und Umlenken von Partikeln ist in 11 dargestellt, bei der die röhrenförmige Einhausung 25 eine vergleichsweise große Länge aufweist und die Auffangöffnung 24a stark versetzt zur Düsenöffnung 22a angeordnet ist. Die Längsachse 28 der Gasdüse 22' verläuft bei dem in 11 gezeigten Beispiel fast anti-parallel zur Strömungsrichtung der Partikel 26. Die Gasdüse 22' ist hierbei zur Erzeugung eines schnellen Überschall-Gasstroms 23a ausgebildet, um die Umlenkung der Partikel 26 zu bewirken. In die Einhausung 25 mündet auch die Düsenöffnung 30a einer weiteren Gasdüse 30, welche im vorliegenden Beispiel ebenfalls als Überschall-Gasdüse ausgebildet ist und welche einen im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Einhausung 25 bzw. zur Flussrichtung der Partikel 26 ausgerichteten Überschall-Gasstrom 31 erzeugt. Beide Gasströme 23b, 31 werden über dieselbe Auffangöffnung 24a abgeführt. Die weitere Gasdüse 30 dient hierbei im Wesentlichen dazu, den Gasstrom 23b der Gasdüse 22' zur Auffangöffnung 24a umzulenken und so eine Beeinflussung der Vakuum-Umgebung außerhalb der oberen Öffnung 18a der Einhausung 25 durch den Gasstrom 23b zu verhindern.
Obgleich die im Zusammenhang mit 9a, b und 10a, b beschriebenen Beispiele Überschall-Gasdüsen 22', 30 zeigen, lassen sich entsprechende Effekte auch mit Unterschall-Gasdüsen erreichen, wobei die Abmessungen der Einhausung 25 geeignet angepasst werden sollten. Neben den oben beschriebenen Vorrichtungen 20, welche den Durchfluss von kontaminierenden Stoffen zwischen zwei Vakuum-Kammern 2, 3, 4, 15, 17 verhindern sollen, ist es auch möglich, die Vorrichtung 20 zur Erzeugung eines Gasvorhangs zu nutzen, welcher ein optisches Element 13 der EUV-Lithographieanlage 1 vor kontaminierenden Stoffen 26 schützt, wie nachfolgend anhand von 12 beschrieben wird.
Bei der in 12 gezeigten Vorrichtung 20 ist eine Gasdüse 22' neben einer optischen Oberfläche 13a des optischen Elements 13 angeordnet, um einen sich entlang der optischen Oberfläche 13a erstreckenden Gasstrom 23b zu erzeugen. Wie in 12 angedeutet ist, wird an der optischen Oberfläche 13a die EUV-Strahlung 6 reflektiert, wozu diese mit einem (bekannten und daher nicht näher beschriebenen) reflektierenden Mehrlagen-System versehen ist. Wie in 12 ebenfalls zu erkennen ist, verläuft der Gasstrom 23b im Wesentlichen parallel zur optischen Oberfläche 13a, welche im gezeigten Beispiel vereinfachend als plane Fläche dargestellt ist.
Um die Umströmung einer Seitenkante 13b des optischen Elements 13 zu verbessern, ist die Seitenkante 13b bei dem in 12 gezeigten Beispiel mit einer abgerundeten und damit strömungsbegünstigenden Geometrie versehen. Zusätzlich ist an der Seitenkante 13b ein Strömungsschutzelement 32 angebracht, welches aus einem geeigneten Material mit geringer Wärmeleitung z. B. aus Keramiken, Gläsern oder Glaskeramiken hergestellt ist, um als Schutzschild gegen eine Abkühlung des darunter liegenden optischen Elements 13 bzw. von dessen Substratmaterial zu dienen.
Da der von der Gasdüse 22' erzeugte Überschall-Gasstrom 23b ggf. Umgebungsgas in den zwischen der Gasdüse 22' und der optischen Oberfläche 13a gebildeten Spalt ansaugt, ist an der Gasdüse 22' in einem der optischen Oberfläche 13a zugewandten Bereich eine zusätzliche, seitliche Düsenöffnung 20b angebracht, welche seitlich zum optischen Element 13 versetzt ist. Die zusätzliche Düsenöffnung 20b dient zum Austritt eines weiteren Gasstroms 23c, um einen entlang eines Seitenrands 13c des optischen Elements 13 verlaufenden zusätzlichen Gasvorhang zu bilden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Umgebungsgas in den Bereich zwischen der optischen Oberfläche 13a und den Gasstrom 23b gelangen kann, welches ggf. zu einer Kontamination der optischen Oberfläche 13a führen würde. Für die Erzeugung des Gasstroms 23b bzw. des zusätzlichen Gasstroms 23c wird demgegenüber ein sauberes Spülgas eingesetzt.
Mitreißeffekte (engl. „entrainment effects”) müssen nicht wie im Zusammenhang mit 12 beschrieben störend sein sondern können ggf. auch zu einer gegenseitigen Stabilisierung von Gasströmen bzw. Gasvorhängen führen, wie nachfolgend anhand von 13a–c beschrieben ist.
13a zeigt eine Anordnung mit einer seriellen Anordnung von drei Vorrichtungen 20, wie sie in 2 gezeigt sind. Die Auffangöffnung 24a der ersten Vorrichtung 20 bzw. der sich an diese anschließende röhrenförmige Auffang-Bereich 24 dient der Zuführung des aufgefangenen Gasstroms 23a in eine Düseneintrittsöffnung 33 einer weiteren Gasdüse 30, die zur Erzeugung eines weiteren Gasstroms in der zweiten Vorrichtung 20 dient, welcher über einen weiteren Auffang-Bereich 24 zur dritten Vorrichtung 20 gelangt.
Bei dem in 13b gezeigten Beispiel weisen die (Überschall-)Gasdüse 22' und zwei weitere (Überschall-)Gasdüsen 30 parallel zueinander ausgerichtete Düsenlängsachsen 28 auf. Die Gasdüse 22' und die weiteren Gasdüsen 30 weisen in einer gemeinsamen Ebene (YZ-Ebene) verlaufende Düsenöffnungen 22a, 30a auf und sind versetzt zueinander angeordnet. Wie in 13b zu erkennen ist, verlaufen die Gasströme 23a, 31 der Gasdüsen 22', 30 im Wesentlichen parallel zueinander. Der Abstand A zwischen den Gasdüsen 22', 30 ist hierbei so gering gewählt, dass sich die Gasströme 23a, 31 in einem vorgegebenen Abstand von den Düsenöffnungen 22a, 30a aneinander angrenzen, so dass in diesem Bereich eine Einschnürung und gegenseitige Stabilisierung der Gasströme 23b, 31 erfolgen kann.
Bei der in 13c gezeigten Anordnung sind drei Überschall-Gasdüsen 22', 30 hintereinander entlang einer gemeinsamen Düsenlängsachse 28 angeordnet. Die zweite Gasdüse 30 ist hierbei im von der ersten Gasdüse 22' erzeugten Gasstrom 23b angeordnet und bildet eine kreisförmige Umlenkkontur für den Gasstrom 23b der ersten Gasdüse 22'. Der Gasstrom 23b der ersten Gasdüse 22' teilt sich an der durch die zweite Gasdüse 30 gebildeten Umlenkkontur auf und umhüllt die zweite Gasdüse 30 sowie den von dieser erzeugten Gasstrom 31, wodurch letzterer stabilisiert wird. Entsprechend hüllt der Gasstrom, welcher von der zweiten Gasdüse 30 erzeugt wird, die dritte Gasdüse 34 und den von dieser erzeugten dritten Gasstrom 35 ein.
Eine zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms verwendete Laval-Düse weist typischer Weise einen sich in Querrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung (d. h. in Höhenrichtung des Gasvorhangs) erweiternden Düsenabschnitt auf, dessen Querschnitt in Längsrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung konstant ist. Um zur Erzeugung eines (nahezu) vollständig expandierten bzw. überexpandierten Überschall-Gasstroms bei niedrigen Umgebungsdrücken (z. B. < 10 Pa) das Gas in der Gasdüse genügend vorexpandieren zu können, bis es den Umgebungsdruck (nahezu) erreicht bzw. unterschreitet, sind bei herkömmlichen Laval-Düsen besonders große Erweiterungen des Strömungsquerschnitts erforderlich, so dass die Quer-Abmessung (Höhe h₀) der schlitzförmigen Düsenöffnung einer herkömmlichen Laval-Düse ggf. im Bereich mehrerer Zentimeter liegen kann, vgl. auch 8.
Für die vorliegenden Anwendungen ist es in der Regel günstig, wenn die Höhe des Gasvorhangs (und damit die Höhe h₁ der Düsenöffnung 20a) nicht zu groß ist. Eine Gasdüse 22', welche zur Erzeugung eines überexpandierten Überschall-Gasstroms bei vergleichsweise geringer Höhe h₀ geeignet ist, ist in 14 dargestellt. Die Gasdüse 22' von 14 weist einen zweiten Düsenabschnitt 19c auf, der sich von der Engstelle 19b aus sowohl in Querrichtung (Y-Richtung) der spaltförmigen Düsenöffnung 20a als auch in Längsrichtung (Z-Richtung) der spaltförmigen Düsenöffnung 20a erweitert. Die zusätzliche Erweiterung in Tiefenrichtung der Gasdüse 22' ermöglicht es, die Überexpansion des Gases bei vergleichsweise geringer Höhe h₀ der Düsenöffnung 20a zu erreichen.
Wie in 14 ebenfalls zu erkennen ist, ist im Gegensatz zum zweiten Düsenabschnitt 19c bzw. der Düsenöffnung 20a, welche von zwei Seiten abgeflacht sind, um einen länglichen und flachen Gasvorhang zu erzeugen, der erste Düsenabschnitt 19a mit dem Düseneinlass 33 sowie die Engstelle 19b rund bzw. rotationssymmetrisch ausgebildet. Es versteht sich, dass auch Zwischenformen möglich sind, d. h. Gasdüsen mit z. B. einem oder mehreren runden, quadratischen, ovalen oder länglichen Einlässen, die sich in die Höhe und Breite bis zur Düsenöffnung 20a erweitern. Wie in 14 zu erkennen ist, erweitert sich der Strömungsquerschnitt der Gasdüse 22' ausgehend von der Engstelle 19b in Längsrichtung (Z-Richtung) der spaltförmigen Düsenöffnung 20a (mit Tiefe T) stärker als in Querrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung 20a (mit Höhe h₀).
15 zeigt eine Gasdüse 22', welche keine Erweiterung des Strömungsquerschnitts in Querrichtung der spaltförmigen Düsenöffnung 20a, sondern ausschließlich in Längsrichtung (Z-Richtung) aufweist, um einen überexpandierten bzw. vollständig expandierten Überschall-Gasstrom 23b mit einer geringen Dicke zu erzeugen.
Sowohl in 14 als auch in 15 erweitert sich der (Strömungs-)Querschnitt des zweiten Düsenabschnitts 19c im Wesentlichen parabelförmig, um einen schnellen und damit effizienten Gasstrom bzw. Gasvorhang zu erzeugen. Es versteht sich, dass auch eine andere, z. B. geradlinige Form der Erweiterung möglich ist, wie sie beispielsweise bei der in 8 simulierten Gasdüse verwendet wurde. Es versteht sich, dass sich die Begriffe parabelartige bzw. geradlinige Erweiterung auf die Düseninnenkontur entlang der Düsenlängsachse (X-Richtung) beziehen, welche in der Art einer Parabel bzw. in der Art einer Geraden verlaufen.
Mit der parabelartigen Erweiterung der Düseninnenkontur konnte bei der in 15 gezeigten Düse 22' der Gasfluss signifikant reduziert und die Überexpansion auch bei einem Umgebungsdruck von ca. 3 Pa erreicht werden. Die für die Simulation verwendeten Parameter betrugen (vgl. auch 7 bzw. 8): L₀ = 120 mm; Höhe am Düsenhals 19b = 0,3 mm; h₀ = 43 mm; w = 40 mm, h₁ = 60 mm; Massenfluss (bei einer hypothetischen Tiefe von ca. 40 mm) 50 mbar L/s. Für diese Parameter lag die (simulierte) Durchtrittswahrscheinlichkeit bei 83%. Mit einem 50-fach höheren Massenfluss (2500 mbar L/s) ergab sich eine Durchtrittswahrscheinlichkeit von ca. 99%, wobei sich aufgrund des höheren Massenflusses ein (leicht) unterexpandierter Gasstrom eingestellt hat. Auch mit Hilfe eines unterexpandierten Gasstroms mit hoher Strömungsgeschwindigkeit lässt sich somit eine hohe Durchtrittswahrscheinlichkeit erzielen.
Der hohe Massen- bzw. Volumenstrom lässt sich signifikant reduzieren, ohne die günstigen Flusseigenschaften stark zu verändern, wenn man anstelle eines in die Tiefe unveränderten schlitzförmigen Einlasses bzw. Düsenhalses einen runden Düsenhals 19b verwendet, wie dies beispielsweise bei der in 14 gezeigten Düse 22' der Fall ist. Insbesondere hat sich gezeigt, dass eine Gasdüse 22' wie sie in 14 gezeigt ist, d. h. mit rundem Einlass 33 und runder Engstelle 19b sowie mit einer Erweiterung des (Strömungs-)Querschnitts bis zu einer länglichen bzw. spaltförmigen Düsenöffnung 20a mit parabelähnlichen Krümmungen in beiden Richtungen (Y-Richtung und Z-Richtung) sehr gut zur Kontaminationsunterdrückung eignet, da sie eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit pro Gasflussrate und einen kleinen Bauraum benötigt. Anders als hier gezeigt können die Rundungen der Düsenbegrenzungen auch recht- oder spitzwinklig und die Seitenflächen der Gasdüse konkav oder konvex geformt sein.
Eine Überschall-Düse bzw. Laval-Düse 22' sollte für eine optimale Funktion auf den zu erwartenden Umgebungsdruck, Durchflussmengen bzw. Durchflussgeschwindigkeiten angepasst sein, da ansonsten die Überexpansion zu früh oder zu spät erreicht wird oder ggf. die Schallgeschwindigkeit in der Engstelle (Düsenhals) nicht erreicht wird. Um die Düse optimal an die Umgebungsdrücke anzupassen, ist es häufig nicht ausreichend, allein den Gasfluss in der Zuleitung bzw. am Düseneinlass 33 zu verändern.
Es hat sich daher als günstig erwiesen, wenn an der Überschall-Gasdüse 22' der Durchmesser bzw. der Strömungsquerschnitt der Engstelle 19b veränderbar ist. Zur Veränderung des Strömungsquerschnitts im Bereich der Engstelle 19b kann die Gasdüse 22' ein Einstellmittel 40 aufweisen, welches bei der in 16 gezeigten Gasdüse als Nadel (d. h. mit einem spitz zulaufenden freien Ende) ausgebildet ist. Die Nadel 40 kann in Düsenlängsrichtung (X-Richtung) verschoben und hierbei mehr oder weniger tief in die Engstelle 19b eingeführt werden, um den Strömungsquerschnitt einzustellen. Die Bewegung, genauer die Verschiebung der Nadel 40 erfolgt über eine Stellschraube 41, welche in ein an der Gasdüse 22' angebrachtes Gewinde 42 eingreift. Es versteht sich, dass auch andere Möglichkeiten zur automatisierten (z. B. mittels eines Linearantriebs) oder manuellen Verschiebung des Einstellmittels 40 vorgesehen werden können. Durch eine Anpassung des Strömungsquerschnitts an der Engstelle 19b kann eine kostengünstige, in einem großen Druck- und Durchfluss-Fenster anpassbare Überschall-Gasdüse 22' realisiert werden.
Zusammenfassend können auf die oben beschriebene Weise Gasvorhänge zur Debris- bzw. Kontaminationsunterdrückung im Feinvakuum überall dort bereitgestellt werden, wo die geometrischen Bedingungen dies zulassen. Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Maßnahmen nicht zwingend in EUV-Lithographieanlagen erfolgen müssen, sondern auch bei EUV-Masken-Inspektionssystemen oder bei anderen Systemen vorteilhaft angewendet werden können, bei denen mittels eines Gasvorhangs ein effektiver Schutz vor kontaminierenden Stoffen erreicht werden soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0174877 A2 [0002]
WO 2003/026363 A1 [0003]
US 7328885 B2 [0004]
US 2008/0283779 A1 [0005]
US 4730784 [0048]

Claims

Vorrichtung (20) zur Erzeugung eines Gasvorhangs (21) zur Umlenkung von kontaminierenden Stoffen (26, 26a, 26b), insbesondere in einem EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: eine Vakuum-Umgebung (2, 3, 4, 15, 17) mit einem statischen Umgebungsdruck (p₂, p₃, p_C), eine Gasdüse (22, 22') mit einer Düsenöffnung (22a) zum Austritt eines Gasstroms (23a, 23b) für die Erzeugung des Gasvorhangs (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse (22) einen Unterschall-Gasstrom (23a) erzeugt, oder dass die Gasdüse (22') zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms (23b) einen Düsenabschnitt (19c) mit einem sich zur Düsenöffnung (22a) erweiternden Strömungsquerschnitt aufweist und ein statischer Druck (p₁) des Überschall-Gasstroms (23b) beim Austritt aus der Düsenöffnung (22a) nicht mehr als 50% größer als der Umgebungsdruck (p₂, p₃, p_C) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Düsenöffnung (22a) der Gasdüse (22, 22') in eine röhrenförmigen Einhausung (25) mündet, wobei ein der Düsenöffnung (22a) gegenüber liegender Wandbereich (25b) der Einhausung (25) in einem durch den Gasstrom (23a, 23b) zu überbrückenden Abstand (w) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der durch den Unterschall-Gasstrom (23a) zu überbrückende Abstand (w) bei nicht mehr als 30 mm, bevorzugt bei nicht mehr als 20 mm liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der an dem der Düsenöffnung (22a) gegenüber liegenden Wandbereich (25b) eine Auffangöffnung (24a) zum Auffangen des Gasstroms (23a, 23b) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Auffangöffnung (24a) in Längsrichtung (Y) der Einhausung (25) eine Ausdehnung (h₁) aufweist, die mindestens so groß, bevorzugt mindestens doppelt so groß ist wie der durch den Gasvorhang (21) zu überbrückende Abstand (w).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei welcher die Auffangöffnung (24a) zur Düsenöffnung (22a) versetzt angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der an dem der Düsenöffnung (22a) gegenüber liegenden Wandbereich (25b) eine Umlenkkontur (27) zur Umlenkung des Gasstroms (23a, 23b) zu mindestens einer stirnseitigen Öffnung (18a, 18b) der röhrenförmigen Einhausung (25) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei welcher an der Einhausung (25), insbesondere an dem der Düsenöffnung (22a) gegenüber liegenden Wandbereich (25b), eine Partikelfalle (50) zum Auffangen von durch den Gasvorhang (21) umgelenkten kontaminierenden Stoffen (26) angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine Längsachse (28) der Gasdüse (22, 22') unter einem Winkel (β) zur Normalen-Richtung (29) der Düsenöffnung (22a) der Gasdüse (22, 22') ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens eine weitere Gasdüse (30, 34) zur Erzeugung eines weiteren Gasstroms (31, 35), wobei eine Düsenöffnung (30a, 34a) der mindestens einen weiteren Gasdüse (30, 34) bevorzugt in die röhrenförmige Einhausung (25) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die weitere Gasdüse (30) im Gasstrom der Gasdüse (22') angeordnet ist und die weitere Gasdüse (30) eine Strahlumlenkkontur für den Gasstrom (23b) der Gasdüse (22') bildet oder die weitere Gasdüse (30) zur Erzeugung des weiteren Gasstroms (31) eine Düseneintrittsöffnung (33) zur Zuführung des Gasstroms (23b) der Gasdüse (22') aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Gasdüse (22') und die weitere Gasdüse (30) parallel zueinander ausgerichtete Düsenlängsachsen (28) aufweisen und die Gasdüse (22') und die weitere Gasdüse (30) zur Ausbildung von im Bereich der jeweiligen Düsenöffnung (22a, 30a) voneinander beabstandeten Gasströmen (23b, 31) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein statischer Eingangs-Gasdruck (p₀) der Gasdüse (22, 22') mindestens 5 Pa, bevorzugt mindestens 20 Pa, besonders bevorzugt mindestens 80 Pa, insbesondere mindestens 100 Pa über dem Umgebungsdruck (p₂, p₃, p_C) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der statische Umgebungsdruck (p₂, p₃) bei 20 Pa oder weniger, bevorzugt bei 10 Pa oder weniger liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Gasstrom (23a, 23b) mindestens ein Gas enthält, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Argon, Neon, Krypton, Xenon und Sauerstoff.
Gasdüse (22') zur Erzeugung eines Überschall-Gasstroms (23b) für eine Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen ersten Düsenabschnitt (19a) mit einem sich zu einer Engstelle (19b) verjüngenden Strömungsquerschnitt, sowie einen zweiten Düsenabschnitt (19c) mit einem sich zu einer spaltförmig ausgebildeten Düsenöffnung (20a) erweiternden Strömungsquerschnitt, wobei sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Düsenabschnitts (19c) in Längsrichtung (Z) der spaltförmigen Düsenöffnung (20a) erweitert.
Gasdüse nach Anspruch 16, bei welcher sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Düsenabschnitts (19c) ausgehend von der Engstelle (19b) in Längsrichtung (Z) der spaltförmigen Düsenöffnung (20a) stärker erweitert als in Querrichtung (Y) der spaltförmigen Düsenöffnung (20a).
Gasdüse nach Anspruch 17, bei welcher sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Düsenabschnitts (19c) ausschließlich in Längsrichtung (Z) der spaltförmigen Düsenöffnung (20a) erweitert.
Gasdüse nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei welcher sich der Strömungsquerschnitt des zweiten Düsenabschnitts (19c) zur spaltförmig ausgebildeten Düsenöffnung (20a) hin parabelartig erweitert.
EUV-Lithographiesystem (1), umfassend: mindestens eine Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder mindestens eine Gasdüse (22') nach einem der Ansprüche 16 bis 19.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 20, weiter umfassend: mindestens eine erste Vakuum-Kammer (2, 3, 4) und eine zweite Vakuum-Kammer (3, 15, 15a) mit einem jeweiligen statischen Umgebungsdruck (p₂, p₃), zwischen denen eine Öffnung (16a–d) zum Durchtritt von EUV-Strahlung (6) gebildet ist, an welcher die Vorrichtung (20) zur Erzeugung des Gasvorhangs (21) gebildet ist.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 21, bei welchem die Vorrichtung (20) an einer Öffnung (16b, 16c, 16d) zu einer Vakuum-Kammer (15) für die Anordnung einer Maske (11) oder für die Anordnung eines Wafers (12) angeordnet ist.
EUV-Lithographiesystem nach einem der Ansprüche 20 oder 21, bei dem die Vorrichtung (20) an einer Öffnung (16a) im Bereich eines Zwischenfokus (z_F) angeordnet ist.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 20, weiter umfassend: ein optisches Element (13) mit einer optischen Oberfläche (13a), wobei die Gasdüse (22') neben der optischen Oberfläche (13a) angeordnet ist, um einen sich entlang der optischen Oberfläche (13a) erstreckenden Gasstrom (23b) zu erzeugen.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 24, bei welcher eine der Düsenöffnung (20a) der Gasdüse (22') zugewandte Seitenkante (13b) des optischen Elements (13) eine strömungsbegünstigende Geometrie aufweist und/oder mit einem Strömungsschutzelement (32) versehen ist.
EUV-Lithographiesystem nach Anspruch 24 oder 25, bei welcher die Gasdüse (22') eine zusätzliche, der optischen Oberfläche (13a) zugewandte und seitlich zum optischen Element (13) versetzte Düsenöffnung (20b) zum Austritt eines weiteren Gasstroms (23c) aufweist, um einen entlang eines Seitenrands (13c) des optischen Elements (13) verlaufenden weiteren Gasvorhang zu bilden.