-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
-
Eine wesentliche Herausforderung beim Betrieb von Projektionsbelichtungsanlagen besteht in der effizienten Abfuhr von Wärme aus einzelnen Komponenten der Anlage. So ist es in der Regel erforderlich, bestimmte Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage unterhalb einer bestimmten Temperatur zu halten, um einerseits thermisch induzierte Deformationen möglichst zu verringern und andererseits – und vor allem – die thermische Degradation von Beschichtungen oder Verbindungsmedien einzelner Teilkomponenten zu vermeiden. Diese Zielsetzung steht insbesondere für Komponenten im Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage im Vordergrund.
-
Weiterhin ist es wünschenswert, vor allem diejenigen Teile der Projektionsbelichtungsanlage, welche für die Qualität der optischen Abbildung eines Reticles auf einen Wafer erforderlich bzw. verantwortlich sind, möglichst stabil auf einer konstanten Temperatur zu halten. Auch hier besteht das Erfordernis nach einer effizienten und gut steuer-/regelbaren Kühlung.
-
Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, bei welchen zu kühlende Komponenten mit einer Flüssigkeitskühlung versehen werden. Hier besteht beispielsweise die Möglichkeit, einen Kühlkörper von der Rückseite eines Spiegels her auf diesen aufzusetzen und den Kühlkörper von einer Kühlflüssigkeit durchströmen zu lassen. Allerdings erfordert diese Art der Kühlung schon allein wegen der notwendigen Rohrleitungen einen erheblichen Bauraum, der nicht für alle Positionen in der Anlage zur Verfügung steht. Daneben führt auch das strömende Medium zu einem oftmals unerwünschten Eintrag mechanischer Schwingungen in das System.
-
Ausgehend hiervon stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine effektive Kühlung für Komponenten von Projektionsbelichtungsanlagen bereitzustellen, welche auch bei sehr eingeschränktem Bauraum einsetzbar ist und welche sich möglichst wenig störend auf den Betrieb der Anlage und insbesondere auf deren optische Leistungsfähigkeit auswirkt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und die Vorrichtung mit den in den unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen einer Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, insbesondere einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, zeichnet sich dadurch aus, dass Wärme aus der Komponente dadurch abgeführt wird, dass auf der Komponente mindestens bereichsweise eine Flüssigkeit verdampft wird.
-
Mit anderen Worten wird in bestimmten Bereichen der Komponente, welche nicht zwingend zusammenhängend sein müssen, eine Flüssigkeit von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase überführt, wobei für diesen Phasenübergang die in den entsprechenden Bereichen der Komponente enthaltene Wärme verwendet wird. Da zum Überführen einer Flüssigkeit in ein Gas die sogenannte latente Wärme oder Verdampfungswärme aufgebracht werden muss, ist auf diese Weise eine besonders effiziente Kühlmöglichkeit gegeben.
-
Für eine kontinuierliche oder quasi kontinuierliche Abfuhr von Wärme von der Komponente ist es vorteilhaft, wenn diese während des Betriebes der Projektionsbelichtungsanlage von der Flüssigkeit kontinuierlich oder diskontinuierlich benetzt wird. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen; so kann z. B. die entsprechende Flüssigkeit in der flüssigen Phase durch miniaturisierte Leitungen den zu kühlenden Bereichen der Komponente zugeführt werden, wo sie dann aus entsprechenden Mündungen austritt und verdampft. Es ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Flüssigkeit bereits in den Leitungen selbst bei Erreichen der zu kühlenden Bereiche verdampft und dass dann durch entsprechende Mündungen der Leitungen bereits die gasförmige Phase des Kühlmediums austritt. Die Abfuhr von Wärme aus der Komponente muss dabei nicht zwingend dadurch ausschließlich durch das Verdampfen der Flüssigkeit erreicht werden. Es ist auch denkbar (und wird in der Regel auch der Fall sein), dass auch das entstandene Gas, also die gasförmige Phase, durch die benachbarten Bereiche der Komponente noch weiter erwärmt wird. Je nach der geometrischen Gestaltung der Umgebung und den Druckverhältnissen kann einer der beiden Effekte hier dominant sein.
-
Die Benetzung der Komponente bzw. der zu kühlenden Bereiche der Komponente kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Flüssigkeit in Form von feinen Tröpfchen auf die Komponente aufgebracht wird. Es kann also eine Zerstäubereinheit vorgesehen sein, welche mit einem gewissen Abstand von der Komponente feine Tröpfchen der Flüssigkeit erzeugt und diese ggf. gerichtet auf die Oberfläche der zu kühlenden Komponente sprüht. Insbesondere in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen kann mit einer entsprechenden Sprüheinrichtung eine regel- oder steuerbare Ausrichtung der Richtung des Sprühstrahles erreicht werden, so dass insbesondere ausgewählte Bereiche der Komponente bedarfsgerecht gekühlt werden können. Da sich üblicherweise die Komponente im Vakuum bzw. im Hochvakuum befindet, kann ein sehr scharf begrenzter Tröpfchenstrahl erzeugt werden, mit dem sich mit vergleichsweise guter Ortsauflösung Kühleffekte realisieren lassen. Ebenso ist es denkbar, je nach Thermallast der zu kühlenden Komponente bzw. der örtlichen/räumlichen Verteilung der Thermallast ein gewünschtes Muster von auf die Komponente auftreffenden Tröpfchen zu erzeugen. Hierzu können beispielsweise entsprechend gestaltete Blenden, Düsen oder Masken verwendet werden.
-
Die durch die beschriebene Kühlung verursachten Störungen können insbesondere dadurch verringert werden, dass die durchschnittliche Größe der Tröpfchen nicht mehr als 10 µm beträgt.
-
Bei der zur Kühlung verwendeten Flüssigkeit kann es sich insbesondere um flüssigen Wasserstoff handeln, der durch sein Verdampfen auf der Oberfläche der Komponente den gewünschten Kühleffekt erzeugt. Insbesondere im Beleuchtungssystem von EUV-Projektionsbelichtungsanlagen wird ohnehin gasförmiger und oftmals durch die verwendete Nutzstrahlung ionisierter Wasserstoff verwendet. Er dient insbesondere dazu, evtl. von der Plasmaquelle herrührende Verunreinigungen auf Spiegeloberflächen wegzuätzen.
-
Eine vorteilhafte Wahl für die Temperatur des flüssigen Wasserstoffes stellt ein Temperaturbereich von 13 bis 33 Kelvin dar, insbesondere von 13 bis 21 Kelvin. Der genannte Temperaturbereich bildet einen vertretbaren Kompromiss zwischen der für die Bereitstellung des flüssigen Wasserstoffes erforderlichen Kühlleistung und der Effizienz der Verdampfungskühlung.
-
Bei der Komponente kann es sich insbesondere um einen Spiegelkörper eines Facettenspiegels insbesondere im Beleuchtungssystem einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage handeln. Derartige Spiegel, vor allem Feldfacettenspiegel, werden oftmals mittels eines mit einer Aktuatorik verbundenen vergleichsweise dünnen Schaftes mechanisch bewegt. Eine Kühlung des Facettenspiegels ist in der Regel (also nach konventionellen Methoden) lediglich über den Schaft möglich. Die erfindungsgemäße Lösung schafft die Möglichkeit, die Rückseite der Spiegelkörper der Facettenspiegel unmittelbar oder in gewünschten Bereichen mit Tröpfchen beispielsweise flüssigen Wasserstoffes zu benetzen und eine effiziente Kühlung durch das Verdampfen des flüssigen Kühlmediums zu erreichen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Komponenten beschränkt, die von Projektionslicht beaufschlagt werden; auch eine Kühlung anderer Komponenten mit dem beschriebenen Verfahren ist denkbar.
-
Unter der Annahme, dass ca. 100 Watt Wärmeeintrag durch Kühlung aus dem System entfernt werden soll und den weiteren Annahmen, dass das bei der Verdampfung entstehende Gas um ungefähr 300 K erwärmt wird, bevor es die Temperatur der Feldfacetten erreicht hat, ergibt sich, dass zum Erreichen der angestrebten Kühlleistung flüssiger Wasserstoff mit einem Durchfluss von ca. 1,1 l/h zugeführt werden muss. Im Ergebnis müssen zur Aufrechterhaltung des Unterdrucks im System ca. 14 l/min unter Normalbedingungen gasförmiger Wasserstoff abgepumpt werden. Für ein effektives Abpumpen des entstehenden Gases empfiehlt es sich, den Abstand der Pumpen von der zu kühlenden Komponente in einem Bereich von < 50 cm, insbesondere < 10 cm zu wählen. Gegebenenfalls wird es erforderlich, neben den ohnehin schon vorhandenen Pumpen bzw. Einlässen von Pumpen zusätzliche Pumpen bzw. Einlässe vorzusehen, um das entstehende Kühlgas effizient abpumpen zu können.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie
-
2 eine Prinzipdarstellung eines Feldfacettenspiegels, in welchem die Erfindung zur Anwendung kommt
-
1 zeigt schematisch in einer Schnittdarstellung eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie mit einer Strahlungsquelle 2 sowie einem Beleuchtungssystem 3, in welches das von der Strahlungsquelle 2 emittierte Licht eingekoppelt wird. Das Beleuchtungssystem 2 zeigt eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines mit einem Objektfeld 5 zusammenfallenden Beleuchtungsfeldes in einer Objektebene 6. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem Retikelhalter 8 gehalten ist. Der Retikelhalter 8 ist über einen Objektverlagerungsantrieb 9 längs einer Verlagerungsrichtung verlagerbar. Eine Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein in einer Bildebene 12 befindliches Bildfeld 11. Dabei wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Halbleiterwafers 13 abgebildet. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14, auch als Waferstage bezeichnet, gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 synchronisiert zum Retikelhalter 8 ebenfalls längs der Verlagerungsrichtung verlagerbar.
-
Bei der Strahlungsquelle
2 kann es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm handeln. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, gasdischarge-produced plasma) oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, laser-produced plasma) handeln. Auch eine Strahlungsquelle, die auf einem Synchrotron oder auf einem freien Elektronenlaser (FEL) basiert, ist für die Strahlungsquelle
2 einsetzbar. Informationen zu einer derartigen Strahlungsquelle findet der Fachmann beispielsweise in der
US 6,859,515 B2 .
-
EUV-Strahlung
16, welche von der Strahlungsquelle
2 ausgeht, wird von einem Kollektor
17 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist aus der
EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor
17 durchtritt die EUV-Strahlung
16 eine Zwischenfokusebene
18, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel
19 trifft. Der Feldfacettenspiegel
19 ist ein erster Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik
4 und weist eine Vielzahl von in der Figur nicht gesondert gezeigten Einzelspiegeln auf. Der Feldfacettenspiegel
19 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik
4 angeordnet, die zur Objektebene
6 optisch konjugiert ist.
-
Die EUV-Strahlung 16 wird nachfolgend auch als Beleuchtungsstrahlung, Beleuchtungslicht oder Abbildungslicht bezeichnet.
-
Nach dem Passieren des Feldfacettenspiegels 19 wird die EUV-Strahlung 16 von einem Pupillenfacettenspiegel 20 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 20 ist in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Zwischenfokusebene 18 und zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist oder mit dieser Pupillenebene zusammenfällt. Der Pupillenfacettenspiegel 20 besitzt eine Mehrzahl von Pupillenfacetten 37. Mit Hilfe der Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 20 und einer nachfolgenden abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 21 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs bezeichneten Spiegeln 22, 23 und 24 werden als Spiegelkörper ausgebildete Feldfacetten 40 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 24 der Übertragungsoptik 21 ist ein Spiegel für streifenden Einfall ("Grazing Incidence-Spiegel").
-
Es versteht sich von selbst, dass die hier gezeigte Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage rein exemplarisch zu verstehen ist. Selbstverständlich ist die Erfindung auch in abweichend gestalteten Anlagen verwendbar.
-
2 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Feldfacettenspiegel, in welchem die Erfindung zur Anwendung kommt. Der Feldfacettenspiegel zeigt dabei Spiegelelemente 40 mit Spiegelkörpern 46, welche mit einem Träger 27 über Gelenkkörper 28 verbunden sind, so dass die Spiegelelemente 40 insbesondere manipulierbar auf dem Träger 27 angeordnet sind. Der Gelenkkörper 28 kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein, das eine Verkippung des Spiegelkörpers 46 um definierte Kippachsen, beispielsweise um eine oder um zwei, insbesondere senkrecht zueinander angeordnete, Kippachsen zulässt. Der Gelenkkörper 28 zeigt weiterhin einen äußeren Haltering 29, der am Träger 27 angeordnet ist. Weiterhin weist der Gelenkkörper 28 einen gelenkig mit dem äußeren Haltering 29 verbundenen inneren Haltekörper 30 auf. Dieser ist zentral unter der Reflexionsfläche des Spiegelelements 40 angeordnet und an seiner Unterseite mit einem Aktuatorstift 41 verbunden, auf welchen in der Figur nicht dargestellte Aktuatoren einwirken können. Bei den Aktuatoren kann es sich insbesondere um elektrostatische, magnetische (Lorentz-) oder Piezoaktuatoren handeln.
-
Zwischen dem inneren Haltekörper 30 und der Reflexionsfläche ist ein Abstandshalter 32 angeordnet. Die Reflexionsfläche der Spiegelelemente 40 kann insbesondere mit einer Multilayer-Beschichtung zur Optimierung ihrer Reflektivität bei der Wellenlänge der Nutzstrahlung versehen sein. Die Multilayer-Beschichtung ermöglicht insbesondere die Reflexion von Nutzstrahlung mit einer Wellenlänge im EUV-Bereich, insbesondere im Bereich von 5 nm bis 30 nm. Es versteht sich von selbst, dass die gezeigte Anordnung im Hochvakuum betrieben wird. Der Betriebsdruck beträgt dabei einige Pa und geht fast vollständig auf den Partialdruck des umgebenden Wasserstoffs zurück. Alle anderen Partialdrücke liegen deutlich unterhalb von 10–7 mbar.
-
Der Träger 27 kann insbesondere aus einem Silizium-Wafer ausgebildet sein, auf dem ein ganzes Array von Spiegelelementen angeordnet ist.
-
Im Spiegelkörper 46 deponierte Wärme, insbesondere durch Absorption der auftreffenden Nutzstrahlung erzeugte Wärme, wird über den Gelenkkörper 28, den Abstandshalter 32, den inneren Haltekörper 30 sowie den äußeren Haltering 29 hin zum Träger 27 abgeführt. Typischerweise kann die an den Träger 27 abgeführte Wärmeleistung je Spiegelelement ca. 20–150 mW betragen.
-
Aus 2 wird erkennbar, dass im Träger 27 eine Sprüheinheit 33 zum Aufbringen von Tröpfchen flüssigen Wasserstoffes insbesondere auf die Unterseite der Spiegelkörper 26, aber auch auf die Abstandshalter 32 vorhanden ist. Die Sprüheinheit 33 zeigt dabei eine Wasserstoffleitung 39, in welcher flüssiger Wasserstoff zu einer Zerstäuberdüse 34 gefördert wird. Die Zerstäuberdüse 34 wirkt dabei zusätzlich als Drossel, so dass durch den Druck im Inneren der Wasserstoffleitung 39 gewährleistet wird, dass der Wasserstoff den Bereich unterhalb der Spiegelkörper 26 in flüssiger, also Tröpfchenform erreicht. Bei Auftreffen auf die umgebenden Komponenten, also insbesondere auf die Spiegelkörper 46, verdampft der flüssige Wasserstoff und trägt dadurch sehr effizient zur Kühlung der Komponenten bei. Vorteilhaft an der gezeigten Variante ist, dass sich zwischen den Spiegelkörpern 46 und dem Träger 27 ein Raum 35 ausbildet, aus welchem das beim Verdampfen der Tröpfchen entstehende Wasserstoffgas nicht ohne weiteres sofort in die Umgebung diffundiert, sondern im Bereich der Spiegelkörper 46 und des Trägers 27 verbleibt und durch seine Aufheizung weiter zur Kühlung der umgebenden Komponenten beiträgt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 6859515 B2 [0020]
- EP 1225481 A [0021]
