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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Reinigung eines Objekts von Kontamination mit einer kohlenstoffhaltigen Verbindung sowie ein optisches System und eine UV-Lithographievorrichtung mit einer solchen Vorrichtung, wie auch eine Verwendung für eine solche Vorrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung eines Objekts von Kontamination mit einer kohlenstoffhaltigen Verbindung.
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Aus der
US 6,828,569 B2 ist bekannt, dass optische Elemente von Lithographievorrichtungen mit einer Arbeitswellenlänge von 200 nm oder weniger in situ von Kontamination mit einer kohlenstoffhaltigen Verbindung mit Ozon gereinigt werden können. Da Ozon eine Substanz sei, die nicht auf Vorrat erzeugt werden könne, wird in der
US 6,828,569 B2 vorgeschlagen, stattdessen mit einer Gasatmosphäre zu arbeiten, der sauerstoffhaltige Verbindungen, u.a. Wasser zugegeben sind. Bei Einstrahlung von UV-Strahlung werden bei Wasser beispielsweise OH*-Radikale gebildet, die eine sehr hohe Reinigungsrate für Kohlenwasserstoffkontamination gezeigt haben.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Möglichkeit der Reinigung von Objekten aufzuzeigen, die Kontamination mit einer kohlenstoffhaltigen Verbindung aufweisen.
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In einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Reinigung eines Objekts von Kontamination mit einer kohlenstoffhaltigen Verbindung, die sie mindestens eine Zufuhreinheit für sauerstoffhaltiges Gas sowie mindestens eine organische Substanz aufweist, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist.
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Es hat sich herausgestellt, das bei der bekannten Vorgehensweise eine hohe Reinigungsrate der OH*-Radikale im wesentlichen nur an Stellen der zu reinigenden Objekte nachgewiesen werden konnte, die sich im von einer UV-Strahlungsquelle zur Erzeugung von Radikalen ausgeleuchteten Bereich befinden. In abgeschatteten Bereichen bzw. Bereichen, in die keine Strahlung gelangt, konnte nur eine geringfügige Abnahme der Kontamination mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen festgestellt werden. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass in einer Atmosphäre, die sowohl sauerstoffhaltiges Gas sowie eine organische Substanz aufweist, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist, eine Reinigungswirkung unabhängig von einer Bestrahlung vorliegt. In der Reinigungsvorrichtung, die über eine entsprechende Zufuhreinheit sowohl sauerstoffhaltiges Gas als auch eine organische Substanz zur Verfügung stellt, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist, können alle Flächen eines zu reinigenden Objekts, die einer solchen Gasmischung ausgesetzt sind, von Kontamination mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen gereinigt werden.
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Bevorzugt weist die Zufuhreinheit einen Einlass für das sauerstoffhaltige Gas und einen Einlass für die mindestens eine organische Substanz auf. Dies hat den Vorteil, dass man über getrennte Einlässe genauer das Mischungsverhältnis von sauerstoffhaltigem Gas einerseits und organischer Substanz andererseits einstellen kann.
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Vorteilhafterweise weist die Zufuhreinheit einen Einlass für ein Inertgas auf. Das Inertgas kann als Trägergas für das sauerstoffhaltige Gas bzw. die mindestens eine organische Substanz mit Kohlenstoffdoppel- und/oder -dreifachbindung dienen. Mit dessen Hilfe kann das Mischungsverhältnis auch bei geringeren Konzentrationen genauer eingestellt werden.
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Bevorzugt weist sie eine Strahlungsquelle für Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich auf. Dies ist besonders bevorzugt, wenn als sauerstoffhaltiges Gas molekularer Sauerstoff, ggf. als Bestandteil von Luft, über die Zufuhreinheit zugeführt wird. Dieser wird durch die UV-Strahlung zum Teil in Ozon umgewandelt. Ein Gasgemisch, das Ozon und mindestens eine organische Substanz mit Kohlenstoffdoppel- und/oder -dreifachbindungen aufweist, weist eine gute Reinigungswirkung für Kontamination aus kohlenstoffhaltigen Verbindungen auf und zwar auch in Bereichen, die von der UV-Strahlung nicht erreicht werden. Alternativ kann auch ein Ozonisator vorgesehen sein, um Ozon als sauerstoffhaltiges Gas über die Zufuhreinheit zur Verfügung zu stellen.
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In bevorzugten Ausführungsformen ist sie an eine Kammer anschließbar oder weist eine Kammer auf, in der eine zu reinigende Fläche des zu reinigenden Objekts angeordnet sein kann. Die Reinigungsvorrichtung kann eine eigene Reinigungskammer aufweisen, in der die zur Reinigung dienende Atmosphäre mit sauerstoffhaltigem Gas und organischer Substanz mit Kohlenstoffdoppel- und/oder -dreifachbindung eingestellt werden kann. Die Reinigungsvorrichtung kann auch temporär oder permanent zu Reinigungszwecken an bereits vorhandene Kammern, in die zu reinigende Objekte oder deren zu reinigende Flächen angeordnet sein können, angeschlossen werden. In einer Minimalversion kann die Reinigungsvorrichtung aus der Zufuhreinheit bestehen.
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Falls eine Kammer vorhanden ist, weist sie vorteilhafterweise eine Abfuhreinheit zum Ableiten von Gas aus der Kammer auf. Einerseits können dadurch flüchtige Reaktionsprodukte, die bei der Entfernung der Kontamination entstehen, abgeführt werden, um das Risiko einer Rekontamination zu verringern. Andererseits kann zusammenwirkend mit der Zufuhreinheit ein Gasfluss aufrechterhalten werden, um die zu reinigenden Objekte bzw. ihre zu reinigenden Flächen möglichst flächendeckend mit dem Reinigungsgas zu spülen.
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Bevorzugt weist die Reinigungsvorrichtung an der Kammer oder der Abfuhreinheit (604) eine Messeinheit zur Messung der Konzentration einer während der Reinigung entstehenden Substanz auf. Die Konzentration dieser Substanz kann als Marker für den Fortschritt der Reinigung genutzt werden. Während Kontamination abgebaut wird, steigt die Konzentration, um steil abzufallen, wenn die Kontamination abgebaut ist. Somit lässt sich der Endpunkt der Reinigung feststellen und die Zufuhr der Reinigungsgase entsprechend drosseln. Die Messeinheit kann beispielsweise als Massenspektrometer oder als Gaschromatograph oder als Kombination von beiden ausgebildet sein.
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In einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches System mit einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben. Insbesondere optische Systeme für UV- oder EUV-Lithographievorrichtungen können die zuvor beschriebene Reinigungsvorrichtung aufweisen. Insbesondere bei optischen Systemen für die UV-Lithographie ist sie bevorzugt in das optische System integriert und kann durch optische Elemente mit Fassung gebildete Hohlräume als Reinigungskammer nutzen, um beispielsweise daran angrenzende oder darin befindliche Flächen der optischen Elemente zu reinigen. Falls das optische System bereits Gasanschlüsse für Spülgas bzw. für das Bereitstellen einer Inertgasatmosphäre aufweist, können diese für die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas und organischer Substanz mit Kohlenstoffdoppel- und/oder -dreifachbindung oder für die Ableitung auch der bei der Reinigung entstehenden flüchtigen Reaktionsprodukte genutzt werden. Bei einer in das optische System integrierten Vorrichtung kann bei optischen Systemen für die UV-Lithographie auch während des Betriebs das Reinigungsgasgemisch zugefügt werden, vorzugsweise kontinuierlich, um durch die kontinuierliche Reinigungswirkung die Bildung von Kontamination auf der Basis von kohlenstoffhaltigen Verbindungen möglichst zu unterdrücken. Optische Systeme für EUV-Lithographievorrichtungen haben in der Regel eine Vakuumkammer als Gehäuse, die auch als Reinigungskammer der beschriebenen Reinigungsvorrichtung genutzt werden kann. Da die in optischen Systemen für EUV-Lithographievorrichtungen üblicherweise eingesetzten Spiegel empfindlich auf eine oxidierende Restgasatmosphäre reagieren können, wird die Reinigung vorteilhafterweise nur in Betriebspausen durchgeführt und vor der Wiederaufnahme des EUV-Lithographiebetriebs das dafür notwendige Vakuum wieder eingestellt.
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In einem dritten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine UV- oder EUV-Lithographievorrichtung mit einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben.
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In einem vierten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Reinigung einer optischen Anordnung, einer elektronenoptischen Anordnung, des Inneren einer Rohrleitung, eines mikroelektromechanischen Systems, eines Vakuumsystems oder einer Reaktionskammer. Neben der Reinigung einer optischen Anordnung wie etwa bei einem optischen System oder als Teil einer UV- oder EUV-Lithographievorrichtung ist die Vorrichtung auch geeignet zur Reinigung von elektronenoptischen Anordnungen wie sie beispielsweise in Elektronenmikroskopen gefunden werden können, in denen Kontaminationen auf der Basis von kohlenstoffhaltigen Verbindungen zu Messfehlern oder Artefakten führen können. Bei Reinigungskammern, insbesondere für Beschichtungsverfahren, die auf physikalischer oder chemischer Abscheidung aus der Gasphase beruhen, kann mit der vorgeschlagenen Vorrichtung das zu beschichtende Substrat vor Beginn der Beschichtung in-situ gereinigt werden oder auch das Innere der Reaktionskammer, um die Beschichtungsqualität zu erhöhen. Bei der Reinigung von mikroelektromechanischen Systemen ist von Vorteil, dass auch schwer zugängliche Zwischenräume gut gereinigt werden können. Dies gilt auch für Rohrleitungen, insbesondere wenn sie gekrümmt sind, bzw. für Vakuumsysteme. Die Rohrleitung können u.a. zu Vakuum- oder Spülgassystemen von optischen Anordnungen, von elektronenoptischen Anordnungen oder Reaktionskammern gehören.
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In einem fünften Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Reinigung eines Objekts von Kontamination mit einer kohlenstoffhaltigen Verbindung, indem das Objekt einem Gemisch aus Ozon und mindestens einer organischen Substanz, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist, ausgesetzt wird.
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Es hat sich herausgestellt, das bei der bekannten Vorgehensweise eine hohe Reinigungsrate der OH*-Radikale im wesentlichen nur an Stellen der zu reinigenden Objekte nachgewiesen werden konnte, die sich im von einer UV-Strahlungsquelle zur Erzeugung von Radikalen ausgeleuchteten Bereich befinden. In abgeschatteten Bereichen bzw. Bereichen, in die keine Strahlung gelangt, konnte nur eine geringfügige Abnahme der Kontamination mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen festgestellt werden. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass in einer Atmosphäre, die sowohl sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere in Form von Ozon sowie mindestens eine organische Substanz aufweist, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist, eine Reinigungswirkung unabhängig von einer Bestrahlung vorliegt und alle Flächen eines zu reinigenden Objekts, die einer derartigen Atmosphäre ausgesetzt sind, von Kontamination mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen gereinigt werden.
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Vorteilhafterweise wird das Ozon durch Bestrahlung von Sauerstoff mit Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich bereitgestellt. Diese Vorgehensweise ist besonders bevorzugt, wenn beispielsweise die Reinigung in einer Umgebung durchgeführt wird, in der eine Strahlungsquelle für UV-Strahlung vorhanden ist wie etwa bei optischen Systemen für die UV-Lithographie. Vorteilhafterweise wird sauerstoffhaltiges Gas durch den ausgestrahlten Bereich geleitet, in dem ein Teil des sauerstoffhaltigen Gases in Ozon umgewandelt werden kann. In anderen Varianten kann das Ozon auch zur Verfügung gestellt werden, indem sauerstoffhaltiges Gas durch einen Ozonisator geleitet wird und das darin generierte Ozon mit organischen Substanzen zusammengebracht wird, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweisen.
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In bevorzugten Ausführungsformen wird als mindestens eine organische Substanz ein mindestens ein Alken und/oder mindestens ein Alkin zur Verfügung gestellt. Es wird davon ausgegangen, dass Alkene und Alkine mit Ozon u.a. zu OH*-Radikalen reagieren und zwar ohne dass dafür Aktivierungsenergie in Form von elektromagnetischer Strahlung nötig wäre. Die OH*-Radikale, die wegen ihrer hohen Reaktivität, insbesondere ihres hohen Oxidationspotentials eine sehr kurze Lebensdauer haben, entstehen bei der Reaktion von einem Alken oder Alkin mit Ozon überall, insbesondere auch in Bereichen, in denen sich kohlenstoffhaltig kontaminierte Flächen von zu reinigenden Objekten befinden, die nicht ausgestrahlt werden können und daher einer herkömmlichen Reinigung nicht zugänglich sind. Die OH*-Radikale können dort trotz ihrer geringen Lebensdauer ihre reinigende Wirkung entfalten, indem sie mit der Kontamination auf der Basis kohlenstoffhaltiger Verbindungen reagieren und so diese Kontamination entfernen. Beobachtungen zeigen, dass die kontaminierenden Verbindungen größtenteils in flüchtige Verbindungen umgewandelt werden, die gut evakuiert oder mit einem Gasfluss abgeführt werden können. Vorteilhafterweise wird als mindestens eine organische Substanz mindestens ein gasförmiges Alken und/oder mindestens ein gasförmiges Alkin zur Verfügung gestellt. Damit kann das Mischungsverhältnis von Ozon zu Alken bzw. Alkin präziser eingestellt werden bzw. über längere Zeiträume genauer kontrolliert werden. In Varianten können auch bei Raumtemperatur und Normaldruck flüssige Alkene bzw. Alkine als Dampf oder Aerosol zur Verfügung gestellt werden.
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Besonders bevorzugt wird als organische Substanz eine oder mehrere Substanzen der Gruppe umfassend Ethen, Propen, Buten, Ethin, Propin und Butin zur Verfügung gestellt. Diese Alkene und Alkine weisen den Vorteil auf, dass sie bei der Reaktion mit Ozon neben OH*-Radikalen flüchtige Reaktionsprodukte bilden, die gut evakuiert werden können und somit nicht selbst zu einer Kontaminationsquelle werden.
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Vorteilhafterweise wird dem Gemisch aus Ozon und einer organischen Substanz auch Wasser und/oder Wasserstoffperoxid zugegeben. Dadurch kann die Konzentration von OH*-Radikalen zusätzlich erhöht werden, indem Reaktionsprodukte von Ozon und der organischen Substanz ihrerseits mit Wasser und/oder Wasserstoffperoxid zu OH*-Radikalen weiterreagieren können. Dadurch kann die Reinigungswirkung in schwer zugänglichen Bereichen weiter erhöht werden.
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In bevorzugten Ausführungsformen wird das Objekt in einer Atmosphäre gereinigt wird, die in einer Inertgasatmosphäre eine Volumen-Konzentration zwischen ca. 1 ppm und 10000 ppm Ozon, zwischen ca. 1 ppm und 10000 ppm organischer Substanz und ggf. ca. 1 ppm und 10000 ppm Wasser und/oder Wasserstoffperoxid und Rest Inertgas aufweist. Als Inertgas sind Edelgase, insbesondere Helium, Neon, Argon und Krypton geeignet sowie molekularer Stickstoff. Besonders bevorzugt liegt die Konzentration von Ozon etwas über der der mindestens einen organischen Substanz, um ggf. den Ozonverlust durch Reaktionen mit anderen Verbindungen zu kompensieren. Bei separaten Reinigungszyklen können Konzentrationen im höheren angegebenen Bereich gewählt werden. Wenn kontinuierlich auch während des Betriebs einer Anlage gereinigt werden soll, werden vorteilhafterweise Konzentrationen in niedrigeren angegebenen Bereich gewählt.
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Vorteilhafterweise wird die Konzentration einer während der Reinigung entstehenden Substanz überwacht. Die Konzentration dieser Substanz kann als Marker für den Fortschritt der Reinigung genutzt werden. Während Kontamination abgebaut wird, steigt die Konzentration, um steil abzufallen, wenn die Kontamination abgebaut ist. Somit lässt sich der Endpunkt der Reinigung feststellen und die Zufuhr der Reinigungsgase entsprechend drosseln.
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Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die UV-Lithographie;
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2 eine schematische Darstellung eines optischen System für die UV-Lithographie mit integrierter Reinigung;
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3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung;
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4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung;
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5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung;
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6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung; und
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7 schematisch den Ablauf einer exemplarischen Ausführungsform eines Reinigungsverfahrens.
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1 zeigt eine schematische Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 für die UV-Lithographie. Die UV-Lithographievorrichtung 1 weist als wesentliche Bestandteile insbesondere zwei optische Systeme 12, 14 auf, ein Beleuchtungssystem 12 und Projektionssystem 14. Für die Durchführung der Lithographie ist eine Strahlungsquelle 10 notwendig, besonders bevorzugt ein Excimerlaser, der beispielsweise bei 248 nm, 193 nm oder 157 nm emitiert und der integraler Bestandteil der UV-Lithographievorrichtung sein kann. Die von der Strahlungsquelle 10 emitierte Strahlung 11 wird mit Hilfe des Beleuchtungssystems 12 so aufbereitet, dass damit eine Maske 13, auch Retikel genannt, ausgeleuchtet werden kann. Im hier dargestellten Beispiel weist das Beleuchtungssystem 12 transmittierende optische Elemente auf. Stellvertretend ist hier das optische Element 120 dargestellt, das die Strahlung 11 beispielsweise bündelt. In bekannter Weise können im Beleuchtungssystem 12 verschiedenste transmittierende und sonstige optische Elemente in beliebiger, auch komplexerer Weise miteinander kombiniert werden.
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Die Maske 13 weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf, die auf ein zu belichtendes Element 15, beispielsweise einen Wafer im Rahmen der Produktion von Halbleiterbauelementen, mithilfe des Projektionssystems 14 übertragen wird. Auch das Projektionssystem 14 weist im hier dargestellten Beispiel mindestens ein transmittierendes optisches Element auf. Im hier dargestellten Beispiel sind stellvertretend zwei transmittierende optische Elemente 140, 141 dargestellt, die beispielsweise insbesondere dazu dienen, die Strukturen auf der Maske 13 auf die für die Belichtung des Wafers 15 gewünschte Größe zu verkleinern. Auch beim Projektionssystem 14 können verschiedenste optische Elemente in bekannter Weise beliebig miteinander kombiniert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass bei EUV-Lithographievorrichtungen, die bei Arbeitswellenlängen im Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 20 nm, bei kommerziell erhältlichen Vorrichtungen in der Regel um ca. 13,5 nm betrieben werden, sowohl im Beleuchtungs- als auch im Projektionssystem in der Regel nur reflektive optische Elemente vorgesehen sind.
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In der UV-Lithographievorrichtung 1 können verschiedenste Komponenten wie beispielsweise Motoren, Kabel oder Sensoren verbaut sein, die aufgrund ihrer Materialwahl oder Bauart ausgasen. Insbesondere wenn die Ausgasungen kohlenstoffhaltige Verbindungen enthalten wie beispielsweise Kohlenwasserstoffverbindungen, können diese sich im Inneren des Beleuchtungssystems 12 oder des Projektionssystems 14 ablagern und u.a. die optischen Elemente 120, 140, 141 kontaminieren, vor allem wenn es sich um längerkettige kohlenstoffhaltige Verbindungen handelt, die u.a. in Schmiermitteln üblich sind. Auf den optischen Elementen 120, 140, 141 sind solche Kontaminationen besonders störend: Sie absorbieren einen Teil der UV-Strahlung 11 und heizen sich dadurch auf. Damit werden auch die an die Kontamination angrenzenden Bereiche der optischen Elemente 120, 140, 141 aufgeheizt, was zu einer lokalen Wärmeausdehnung führt, die ihrerseits zu einer Verschlechterung der optischen Parameter und zu Abbildungsfehlern führen kann.
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Um derartige Kontaminationen zu entfernen, ist an der UV-Lithographievorrichtung eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen, die mindestens eine Zufuhreinheit für sauerstoffhaltiges Gas sowie mindestens eine organische Substanz aufweist, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist. Dies ist in Verbindung mit 2 näher erläutert. Dazu zeigt 2 schematisch ein optisches System 200, das als Beleuchtungs- oder Projektionssystem Teil der UV-Lithographievorrichtung aus 1 ausgebildet sein kann.
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Das optische System 200 weist eine Fassung 202 auf, in der mittels Halterungen 214 verschiedene Linsen 204, 206, 208, 210 und 212 befestigt sind. An den Halterungen 214 der zuäußerst liegenden Linsen 204 und 212 sind außerdem Dichtungen 216 vorgesehen, so dass die Fassung 202 mit diesen beiden Linsen 204, 212 eine geschlossene Kammer 222 bildet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Fassung 202 aus einzelnen, bevorzugt jeweils einer Linse zugeordneten Fassungseinheiten aufgebaut sein kann.
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In der Fassung 202 sind eine Zufuhreinheit 220 und eine Abfuhreinheit 224 vorgesehen. Diese können auch in herkömmlichen optischen Systemen vorgesehen sein, um das Innere der Kammer 222 mit Inertgas zu spülen. Im vorliegenden Beispiel wird die Zufuhreinheit 220 auch dazu genutzt, um sauerstoffhaltiges Gas und mindestens eine organische Substanz einzuleiten, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist. Somit ist die hier vorgeschlagene Reinigungsvorrichtung in dem optischen System 202 integriert.
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Als sauerstoffhaltiges Gas kann beispielsweise Ozon eingeleitet werden oder molekularer Sauerstoff, ggf. als Bestandteil von Luft, eingeleitet werden, der unter Einfluss der UV-Strahlung teilweise in Ozon umgewandelt werden kann. Dieses Ozon hat schon eine gewisse Reinigungswirkung. Da Ozon verglichen mit beispielsweise OH*-Radikalen relativ stabil ist, kann es auch außerhalb des ausgestrahlten Bereichs 218 kohlenstoffhaltige Kontamination schrittweise zu immer kleineren Molekülen oxidieren, bis sie als flüchtige Verbindungen vorliegen, die über die Abfuhreinheit 224 entfernt werden können. Als Trägergas für das Ozon oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas sowie die mindestens eine organische Substanz kann das ansonsten eingesetzte Spülgas, in der Regel ein Inertgas, verwendet werden.
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Zusätzlich zu dem Ozon oder sonstigen sauerstoffhaltigen Gas, werden im vorliegenden Beispiel Alkene und/oder Alkine, bevorzugt Ethen, Propen, Buten, Ethin, Propin, Butin oder Mischungen davon, über die Zufuhreinheit 220 eingeleitet. Sie reagieren mit dem Ozon u.a. zu OH*-Radikalen, die eine höhere Reinigungswirkung als das Ozon haben. Besonders bevorzugt sind Ethen und/oder Ethin, die mit dem Ozon außer zu OH*-Radikalen nur zu flüchtigen Produkten reagieren, die gut aus der Kammer über die Abfuhreinheit 224 entfernt werden können.
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Eine gute Verteilung des Reinigungsgases auch in weniger zugängliche Bereiche kann unterstützt werden, indem es kontinuierlich zugeführt und gleichzeitig auch abgeleitet wird, so dass sich eine leichte Strömung ausbildet. Man kann auch Diffusionsprozesse nutzen. Indem das Reinigungsgas sich im gesamten Inneren der Kammer 222 ausbreitet, können die Linsen 204 bis 212 auch außerhalb des ausgestrahlten Bereichs 218 gereinigt werden. Auch andere Objekte wie beispielsweise die Halterungen 214 oder auch die Innenwände der in der Fassung 220 vorgesehenen Leitungen der Zufuhreinheit 220 und der Abfuhreinheit 224 können so gereinigt werden. Wenn – wie bisher – nur eine Reinigung im ausgeleuchteten Bereich 218 möglich wäre, bestünde die Gefahr, dass sich an nicht ausgeleuchteten Stellen soviel Kontamination auf der Basis kohlenstoffhaltiger Verbindungen ansammelt, dass sie ihrerseits zu einer Kontaminationsquelle werden kann.
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Die Reinigung kann in separaten Reinigungszyklen durchgeführt werden, wenn keine Belichtungen mit der UV-Lithographievorrichtung durchgeführt werden. In diesem Fall hat es sich bewährt, die Vakuum-Konzentration in Inertgas von Ozon einerseits und einem oder mehreren Alkenen und/oder Alkinen andererseits zwischen 100 ppm und 10000 ppm, bevorzugt 100 ppm und 1000 ppm, besonders bevorzugt 100 ppm und 500 ppm einzustellen. Die Reinigung kann auch kontinuierlich während des normalen Belichtungsbetriebs vonstatten gehen. In diesem Fall haben sich Konzentrationen im Bereich von 1 ppm bis 100 ppm als vorteilhaft erwiesen. Bei der konkreten Konzentrationswahl wird vorteilhafterweise berücksichtigt, wie hoch der Kontaminationsgrad ist und wie schnell die Kontamination entfernt werden soll. Beim kontinuierlichen Reinigungsbetrieb kann auch ein Reaktionsgleichgewicht eingestellt werden, so dass sich möglichst wenig Kontamination aufbaut. Bei der Verwendung von Alkenen wird vorteilhafterweise ein leichter Überschuss an Alkenen eingestellt werden. Bei Alkinen, insbesondere bei Ethin ist ein leichter Ozonüberschuss vorteilhaft, da die OH*-Radikale schneller mit den Alkinen, insbesondere mit dem Ethin zu reagieren zu scheinen als das Ozon. In Verbindung mit den 1 und 2 wurde die Erfindung am Beispiel einer UV-Lithographievorrichtung bzw. einem optischen System erläutert. Sie lässt sich aber neben der Reinigung von optischen Anordnungen und Rohrleitungen gleichermaßen für die Reinigung von elektronenoptischen Anordnungen wie etwa bei Elektronenmikroskopen, von mikroelektromechanischen Systemen wie sie etwa in Tintenstrahldruckern, Scannern oder Beamern eingesetzt werden, von Vakuumanlagen und von Reaktionskammern für PVD- oder CVD-Verfahren verwenden.
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In den 3 bis 6 sind schematisch verschiedene Ausführungsformen der vorgeschlagenen Reinigungsvorrichtung dargestellt, wobei es sich um eine alleinstehende Reinigungsvorrichtung handeln kann, in deren Kammer ein zu reinigendes Objekt eingebracht werden kann, oder um eine Reinigungsvorrichtung, die temporär an eine der vorgenannten Anordnungen, Anlagen bzw. Kammern angeschlossen werden kann oder in sie integriert sein kann.
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Bei dem in 3 dargestellten Beispiel weist die Reinigungsvorrichtung 300 eine Zufuhreinheit 302 auf, die an eine Kammer 308 angeschlossen ist, in der zu reinigenden Objekte angeordnet werden können oder sich ortsfest befinden. Bei Rohrleitungen bzw. Vakuumsystemen kann es sich bei der Kammer 308 um das Innere der Rohrleitung bzw. von Leitungen des Vakuumsystems handeln. Dies gilt auch für die folgenden Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den 4 bis 6 erläutert werden. Außerdem ist in diesem sowie in den folgenden Beispielen an der Kammer 308 eine Abfuhreinheit 304 vorgesehen, um das Reinigungsgas, das von der Zufuhreinheit 302 zur Verfügung gestellt wird, sowie die bei der Reinigung entstehenden flüchtigen Reaktionsprodukte aus der Kammer 308 zu entfernen. Ferner ist in allen vier Beispielen eine Abgasreinigungseinheit 306 vorgesehen, die primär dazu dient, das für Menschen giftige Ozon herauszufiltern. Dies kann beispielsweise mittels eines Filters mit reaktiver Oberfläche oder auch durch Bestrahlung bei Wellenlängen im Bereich von bevorzugt ca. 240 nm bis ca. 260 nm bewerkstelligt werden, in dem Ozon besonders gut absorbiert und in molekularen Sauerstoff zersetzt wird. Optional können auch andere Bestandteile des Abgases wie etwa ggf. Formaldehyd u.ä. entfernt oder unschädlich gemacht werden.
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Im in 3 dargestellten Beispiel weist die Zufuhreinheit 302 einen Einlass 320 für sauerstoffhaltiges Gas auf. In diesem Beispiel wird als sauerstoffhaltiges Gas von Partikeln gesäuberte Luft eingeleitet. Sie wird durch einen Ozonisator 322 geleitet, der einen Teil des in der Luft befindlichen molekularen Sauerstoffs in Ozon umwandelt. Außerdem weist die Zufuhreinheit 302 einen Einlass 324 für mindestens eine organische Substanz auf, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um Ethen. Es kann der ozonhaltigen Luft passiv durch eine Kapillare zugegeben werden. Im vorliegenden Beispiel wird der Ethengehalt aktiv mittels eines Durchflussreglers 326 eingestellt.
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Die Ausführungsvariante einer Reinigungsvorrichtung 400 gemäß 4 weist eine Zufuhreinheit 402 und eine Abfuhreinheit 404 mit Abgasreinigungseinrichtung 406 auf, die an die Kammer 408 angeschlossen sind. Im Gegensatz zum in 3 dargestellten Beispiel weist die Zufuhreinheit 402 zusätzlich einen Einlass 430 für ein Inertgas auf, im vorliegenden Beispiel Argon. Man könnte auch ein anderes Edelgas oder Stickstoff verwenden. Im vorliegenden Beispiel wird reiner Sauerstoff über den Einlass 420 für sauerstoffhaltiges Gas zunächst in den Ozonisator 422 eingeleitet. Das führt zu einem sehr hohen Ozongehalt, der bei handelsüblichen Ozonisatoren bei bis zu 30 Vol.-% liegen kann. Um den gewünschten Ozongehalt möglichst präzise einstellen zu können, wird über einen sich an den Ozonisator 422 anschließenden Durchflussregler 428 das ozonhaltige Sauerstoffgas mit dem Argon gemischt. Davon unabhängig wird über den Einlass 424 für mindestens eine organische Substanz und den daran angeschlossenen Durchflussregler 426 im vorliegenden Beispiel Ethin ebenfalls dem Argon zugegeben. Ethin lässt sich in kleinen Mengen über die Reaktion von Kalziumkarbid mit Wasser bilden, bei der sich neben Ethin Kalziumoxid bildet. Das resultierende Gasgemisch wird über die Zufuhreinheit 402 als Reinigungsgas in die Kammer 408 eingeleitet.
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Die Ausführungsvariante einer Reinigungsvorrichtung 500 gemäß 5 weist eine Zufuhreinheit 502 und eine Abfuhreinheit 504 mit Abgasreinigungseinrichtung 506 auf, die an die Kammer 508 angeschlossen sind. Die Zufuhreinheit 502 weist wie im Beispiel gemäß 4 einen Einlass 520 für sauerstoffhaltiges Gas auf, durch den reiner Sauerstoff eingeleitet wird, mit anschließendem Ozonisator 522 und Durchflussregler 528 auf sowie einen Inertgaseinlass 530. Anders als im in 4 dargestellten Beispiel wird im in 5 dargestellten Beispiel über den Einlass 524 für mindestens eine organische Substanz ein flüssiges Alken oder Alkin oder eine Mischung daraus zugeleitet. Alkene oder Alkine sind ab fünf Kohlenstoffatomen bei Zimmertemperatur flüssig. Es kann sich also um Penten und/oder Pentin oder längerkettige Moleküle handeln. Es können nicht nur lineare oder ggf. verzweigte, sondern auch zyklische Isomere zum Einsatz kommen. In die flüssige organische Substanz 534 wird über einen zweiten Inertgaseinlass 532 Inertgas durch die flüssige organische Substanz 534 geleitet, so dass das Inertgas mit dem Dampf der organischen Substanz 534 angereichert wird. Das resultierende Gasgemisch wird über einen Durchflussregler 526 dem Inertgas zugeleitet, dem auch der ozonhaltige Sauerstoff zugeleitet wird. Das insgesamt resultierende Gasgemisch wird über die Zufuhreinheit 502 als Reinigungsgas in die Kammer 508 eingeleitet.
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Die Ausführungsvariante einer Reinigungsvorrichtung 600 gemäß 6 weist eine Zufuhreinheit 602 und eine Abfuhreinheit 604 mit Abgasreinigungseinrichtung 606 auf, die an die Kammer 608 angeschlossen sind. In diesem Beispiel wird über den Einlass 620 für reiner Sauerstoff oder Luft eingeleitet. An der Kammer 608 ist zusätzlich eine Strahlungsquelle für UV-Strahlung vorgesehen, unter deren Einwirkung ein Teil des molekularen Sauerstoffs in Ozon umgewandelt wird. Bevorzugt handelt es sich um eine Strahlungsquelle im Bereich von ca. 185 nm bis ca 200 nm, in dem Sauerstoff besonders gut absorbiert. Falls die Reinigungsvorrichtung 600 in eine UV-Lithographievorrichtung bzw. eines ihrer optischen Systeme integriert ist, die bei 193 nm betrieben wird, kann die zu Lithographiezwecken vorhandene Strahlungsquelle genutzt werden. Außerdem lässt sich ein kontinuierlicher Reinigungsvorgang während des Betriebs der UV-Lithographievorrichtung einstellen, um eine Aufwachsen von Kontamination auf der Basis von kohlenstoffhaltigen Verbindungen zu unterdrücken. Es sei darauf hingewiesen, dass die Reinigungsvorrichtung 600 in die UV-Lithographievorrichtung integriert sein kann. Sie kann aber auch als Reinigungsmodul ausgebildet sein, dass nur zu Reinigungszwecken temporär daran angeschlossen werden kann. Wenn die übrige Infrastruktur wie Kammer und Abfuhreinheit bereits vorhanden ist und mitgenutzt werden kann, kann eine Minimalausführung der Reinigungsvorrichtung aus lediglich einer Zufuhreinheit bestehen. Dies gilt nicht nur für UV-Lithographievorrichtungen, sondern auch für optische Anordnungen, elektronenoptische Anordnungen, Rohrleitungen, Vakuumsysteme oder einer Reaktionskammern, insbesondere für PVD- und/oder CVD-Verfahren.
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Außerdem weist die Zufuhreinheit 602 im in 6 dargestellten Beispiel einen Einlass 624 für eine organische Substanz auf, die mindestens eine Kohlenstoffdoppelbindung und/oder mindestens eine Kohlenstoffdreifachbindung aufweist. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um Propen und/oder Propin. Es kann dem Sauerstoff passiv durch eine Kapillare zugegeben werden. Im vorliegenden Beispiel wird der Propen/Propingehalt aktiv mittels eines Durchflussreglers 626 eingestellt.
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In der Abfuhreinheit 604 ist eine Messeinheit 612 vorgesehen, die im vorliegenden Beispiel als Massenspektrometer ausgebildet ist, in Varianten als Gaschromatograph oder als Kombination von Massenspektrometer und Gaschromatograph ausgebildet sein kann, mit der die Konzentration von mindestens einer Substanz, die bei der Reinigung als Reaktionsprodukt entsteht, überwacht werden kann. Es wurde herausgefunden, dass bei der oxidierenden Reinigung insbesondere mittels OH*-Radikalen von Kontamination auf der Basis von Kohlenstoffverbindungen kurzkettige sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe entstehen wie u.a. Essigsäure, Formaldehyd, Methanol etc.. Misst man den zeitlichen Verlauf der Konzentration eines bei der Reinigung entstehenden kurzkettigen Kohlenwasserstoffs, erkennt man, dass die Konzentration zunächst ansteigt und dann, wenn die gesamte Kontamination oxidiert worden ist, die Konzentration wieder stark abfällt. Auf diese Weise lässt sich der Fortschritt des Reinigungsvorgangs kontrollieren. Insbesondere wenn Oberflächen vorhanden sind, die im gereinigten Zustand empfindlich auf Oxidation reagieren, kann mittels der Konzentrationsüberwachung die Reinigung mit möglichst geringer Zeitverzögerung nach Entfernung der Kontamination beendet werden. Um die Genauigkeit zu erhöhen, kann auch die Konzentration von mehreren Substanzen überwacht werden. In Varianten kann die Messeinheit 612 auch an der Kammer 608 angeordnet sein, wie durch die strichpunktierte Messeinheit 612 angedeutet.
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In 7 ist schematisch der Ablauf einer exemplarischen Ausführungsform des vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens dargestellt. Zunächst wird nach einem ersten Schritt 701 „Bereitstellen von Sauerstoff“, einem zweiten Schritt 703 „Bereitstellen eines Alkens“ und einem dritten Schritt 705 „Bereitstellen von Wasserdampf“ in einem vierten Schritt 707 „Erzeugen eines Gasgemischs aus den bereitgestellten Substanzen“ ein Vorläufergemisch des gewünschten Reinigungsgases bereitgestellt. In Varianten dieser exemplarischen Ausführungsform kann anstelle eines Alkens auch ein Alkin bereitgestellt werden. In weiteren Varianten kann der Schritt 705 „Bereitstellen von Wasserdampf“ auch wegfallen oder durch „Bereitstellen von Wasserstoffperoxid“ ersetzt werden. In einem anschließenden Schritt 709 „Bestrahlen des Gasgemischs mit UV-Strahlung“ wird der Sauerstoff teilweise in Ozon umgewandelt und das gewünschte Reinigungsgas erhalten, mit dem in einem weiteren Schritt 711 „Beaufschlagen einer zu reinigenden Fläche mit dem bestrahlten Gasgemisch“ die Reinigung durchgeführt wird, bevor in einem letzten Schritt 713 „Absaugen des Gasgemischs und flüchtiger Reaktionsprodukte“ die Reinigung abgeschlossen wird.
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Durch die in Schritt 705 erfolgte Zugabe von Wasserdampf kann die Reinigungsrate erhöht werden. Das Ozon reagiert mit dem Alken zu OH*-Radikalen und weiteren Reaktionsprodukten, die ihrerseits mit dem im Reinigungsgas enthaltenen Wasser ebenfalls zu u.a. OH*-Radikalen reagieren können. Ferner kann im hier vorliegenden Beispiel auch die zur Ozonherstellung vorgesehene UV-Strahlung einen Teil des Wassers in OH*-Radikalen umwandeln, so dass der OH*-Radikalanteil zusätzlich erhöht wird, allerdings wegen der kurzen Lebensdauer der OH*-Radikale nur im ausgeleuchteten Bereich. Alternativ zu Wasserdampf kann auch Wasserstoffperoxid oder eine Mischung von beiden zugegeben werden. Im Rahmen der strahlungsinduzierten Ozonerzeugung kann im Übrigen auch atomarer Sauerstoff entstehen, der ähnlich wie die OH*-Radikale sehr gut mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen, die als Kontamination entfernt werden sollen, zu u.a. flüchtigen und damit entfernbaren Verbindungen reagieren kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- UV-Lithographievorrichtung
- 10
- Strahlungsquelle
- 11
- emittierte Strahlung
- 12
- Beleuchtungssystem
- 13
- Maske
- 14
- Projektionssystem
- 15
- Wafer
- 120
- optisches Element
- 140
- optisches Element
- 141
- optisches Element
- 200
- optisches System
- 202
- Fassung
- 204
- Linse
- 206
- Linse
- 208
- Linse
- 210
- Linse
- 212
- Linse
- 214
- Halterung
- 216
- Dichtung
- 218
- ausgestrahlter Bereich
- 220
- Zufuhreinheit
- 222
- Kammer
- 214
- Abfuhreinheit
- 300
- Reinigungsvorrichtung
- 302
- Zufuhreinheit
- 304
- Abfuhreinheit
- 306
- Abgasreinigungseinheit
- 308
- Kammer
- 320
- Einlasseinheit für sauerstoffhaltiges Gas
- 322
- Ozonisator
- 324
- Einlasseinheit für organische Substanz
- 326
- Durchflussregler
- 400
- Reinigungsvorrichtung
- 402
- Zufuhreinheit
- 404
- Abfuhreinheit
- 406
- Abgasreinigungseinheit
- 408
- Kammer
- 420
- Einlasseinheit für sauerstoffhaltiges Gas
- 422
- Ozonisator
- 424
- Einlasseinheit für organische Substanz
- 426
- Durchflussregler
- 428
- Durchflussregler
- 430
- Einlasseinheit für Inertgas
- 500
- Reinigungsvorrichtung
- 502
- Zufuhreinheit
- 504
- Abfuhreinheit
- 506
- Abgasreinigungseinheit
- 508
- Kammer
- 520
- Einlasseinheit für sauerstoffhaltiges Gas
- 522
- Ozonisator
- 524
- Einlasseinheit für organische Substanz
- 526
- Durchflussregler
- 528
- Durchflussregler
- 530
- Einlasseinheit für Inertgas
- 532
- Einlasseinheit für Inertgas
- 534
- flüssige organische Substanz
- 600
- Reinigungsvorrichtung
- 602
- Zufuhreinheit
- 604
- Abfuhreinheit
- 606
- Abgasreinigungseinheit
- 608
- Kammer
- 610
- bestrahlter Bereich
- 612
- Messeinheit
- 620
- Einlasseinheit für sauerstoffhaltiges Gas
- 624
- Einlasseinheit für organische Substanz
- 626
- Durchflussregler
- 701–713
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6828569 B2 [0002, 0002]
