DE102021117016A1

DE102021117016A1 - Optisches System, insbesondere für die EUV-Lithographie

Info

Publication number: DE102021117016A1
Application number: DE102021117016.8A
Authority: DE
Inventors: Benjaham Julius Modeste; Toralf Gruner; Günes NAKIBOGLU
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2023-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für die EUV-Lithographie, umfassend: mindestens einen Volumenbereich (20), der im Betrieb des optischen Systems von einem Fluidstrom (19), bevorzugt von einem Gasstrom, insbesondere von einem Wasserstoff-Gasstrom, durchlaufen wird, sowie mindestens ein optisches Element, das eine optisch genutzte Oberfläche aufweist, die in dem Fluidstrom (19) angeordnet ist. Das optische System weist mindestens eine Schutzeinrichtung (22) auf, die ausgebildet ist, in dem Fluidstrom (19) mitgeführtes kontaminierendes Material (18) vor dem Erreichen des optischen Elements abzufangen und/oder einer Anlagerung von in dem Fluidstrom (19) mitgeführtem, die optisch genutzte Oberfläche erreichendem kontaminierendem Material (18) an der optisch genutzten Oberfläche entgegenzuwirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für die EUV-Lithographie, umfassend: mindestens einen Volumenbereich, der im Betrieb des optischen Systems von einem Fluidstrom, bevorzugt von einem Gasstrom, insbesondere von einem Wasserstoff-Gasstrom, durchlaufen wird, sowie mindestens ein optisches Element, das eine optisch genutzte Oberfläche aufweist, die in dem Fluidstrom angeordnet ist.
Bei dem optischen System kann es sich beispielsweise um ein Lithographiesystem in Form einer Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines Halbleitersubstrats (Wafer) handeln. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage weist ein Projektionssystem auf, um Strukturen an einer Maske (Reticle) auf das Halbleitersubstrat abzubilden. Um eine hohe Auflösung speziell von Lithographieoptiken eines solchen Lithographiesystems zu erreichen, wird seit wenigen Jahren EUV-Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 nm genutzt, im Vergleich zu Vorgängersystemen mit typischen Betriebswellenlängen von 365 nm, 248 nm oder 193 nm. Der Schritt zum EUV-Bereich bedeutete den Verzicht auf brechende Medien, die bei dieser Wellenlänge nicht mehr sinnvoll einsetzbar sind, und den Übergang auf reine Spiegelsysteme, die entweder im nahezu senkrechten Einfall oder streifend arbeiten.
In DUV-Systemen ist oftmals ein Gasfluss durch das System implementiert, z.B. durch Einblasen und Auslassen von Stickstoff oder Luft. Dieser Gasfluss bewirkt eine Kühlung der durch Lichtabsorption erwärmten optischen Elemente sowie den Austrag schädlicher Substanzen, die sich sonst durch Fabrikeinflüsse oder Ausgasung im optischen System ansammeln könnten. Bei EUV-Wellenlängen arbeitet man grundsätzlich im Vakuum, allerdings herrscht ein geringer Gasdruck, bevorzugt von Wasserstoff, wiederum um zur Fotoreinigung beizutragen, und mitunter eine begrenzte Kühlwirkung zu realisieren.
In der Nähe des Halbleitersubstrates wird Gas so eingeleitet, dass einerseits ein erster Teilfluss in Richtung Halbleitersubstrat die Folgen des Ausgasens des Lackes oder anderer Kontaminationsquellen mindert, weil dieses Material auf diese Weise nur erschwert in Richtung Projektionssystem wandert. Zugleich entsteht ein zweiter Gasfluss in Richtung Projektionssystem, welcher zur Fotoreinigung und Kühlung dient und zudem eine Kontamination des Halbleitersubstrates aus Richtung des Projektionssystems unwahrscheinlich macht.
Es wurde vorgeschlagen, zwischen Projektionssystem und Halbleitersubstrat eine dünne Membran anzuordnen, um belichtende und thermisch störende Wellenlängen speziell im sichtbaren Bereich oder nahe dem sichtbaren Bereich auszufiltern. Damit eine akzeptable Transmission für das EUV-Nutzlicht verbleibt, muss diese Membran ausgesprochen dünn sein und weist typischerweise eine Dicke in der Größenordnung von 100 nm auf. Hierdurch wird die dünne Membran aber zugleich empfindlich auf thermische Lasten, die besonders an auf der Membran abgelagerten Partikeln lokal hoch sein können. Die Membran kann reißen und es ist nicht auszuschließen, dass sich Bestandteile davon, nachfolgend auch als Fetzen bezeichnet, lösen.
Während kompakte Partikel in einem schwachen Gasstrom nicht weit vorankommen, weil sie in üblichen Geometrien gegen die Schwerkraft ankämpfen und verlieren, sieht die Sache für dünne Membranteile anders aus. Hier ist es möglich, dass die Fetzen der Membran wenig Masse (da dünn) bei großer Fläche aufweisen und im Gasstrom aufwärtssegeln.
Nicht nur beim Brechen einer Membran, sondern auch bei anderen Störfällen kann es zur Bildung von kontaminierendem Material kommen, dessen Ausbreitung in dem optischen System unerwünscht ist. Gelangt das kontaminierende Material, z.B. in Form von Partikeln, nämlich auf optische Elemente, so beeinflusst es dort in der Regel das reflektierte, gebrochene oder gebeugte Licht in störender Weise. Bei einem optischen Element in Form eines Spiegels verringert das kontaminierende Material oftmals das Reflexionsvermögen und/oder ändert die Phasenlage des auftreffenden und reflektierten Lichtes. Dies geschieht lokal, was eine Korrektur ohne eine Reinigung schwierig gestaltet. Eine Reinigung wiederum kann aufwändig sein, z.B. wenn die Komponente im Vakuum betrieben wird und hochgenau justiert sein muss, und sie birgt auch Risiken einer Beschädigung etwa von Schicht(en) bzw. einer Beschichtung auf einer solchen Komponente.
Durch die lokale Reduktion der Lichtmenge oder Änderung der Phasenlage wird die Interferenz dieser Beiträge im Bild beeinflusst, was oftmals eine unerwünschte Änderung der Größe der von einem Projektionssystem abgebildeten Strukturen der Maske bewirkt. Daraus können Kurzschlüsse, Unterbrechungen oder Abweichungen in den elektrischen Eigenschaften eines mit Hilfe des Lithographiesystems gefertigten Halbleiterbauelements resultieren, welche die Funktionsfähigkeit des Halbleiterbauelements einschränken.
Die DE102015219671A1 beschreibt eine optische Baugruppe, umfassend: ein optisches Element, eine Fassung zur Halterung des optischen Elements sowie eine Mehrzahl von Befestigungselementen mit Befestigungsflächen für die Befestigung des optischen Elements an der Fassung, wobei die Befestigungselemente einen Zwischenraum zwischen dem optischen Element und der Fassung überbrücken, sowie eine Spüleinrichtung zur Erzeugung mindestens eines Spülgasstroms im Bereich des optischen Elements, der die Befestigungsflächen der Befestigungselemente umspült. Die Spüleinrichtung kann ausgebildet sein, das Spülgas in Richtung auf das optische Element einströmen zu lassen.
In der DE102019117964A1 ist eine Lithographieanlage beschreiben, umfassend: ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer Maske, ein Pellikel zum Schutz der Maske, sowie ein Projektionssystem zum Abbilden der Maske auf ein Substrat. Die Lithographieanlage umfasst zudem eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Zustands des Pellikels. Die Überwachungseinrichtung weist mindestens einen Detektor zur Erfassung mindestens einer vom Zustand des Pellikels abhängigen Messgröße auf. Die Lithographieanlage kann auch eine Schutzeinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, anhand der von dem Detektor erfassten Messgröße mindestens eine vorgegebene Schutzmaßnahme auszuführen, wenn ein teilweiser oder ggf. vollständiger Bruch des Pellikels aufgetreten ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches System bereitzustellen, das ausgebildet ist, die Ausbreitung von kontaminierendem Material in dem optischen System zu begrenzen bzw. die Anlagerung des kontaminierenden Materials an optisch genutzten Oberflächen möglichst zu unterbinden.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System der eingangs genannten Art, das mindestens eine Schutzeinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, in dem Fluidstrom mitgeführtes kontaminierendes Material vor dem Erreichen der optisch genutzten Oberfläche des optischen Elements abzufangen und/oder einer Anlagerung von in dem Fluidstrom mitgeführtem, die optische Oberfläche erreichenden kontaminierendem Material an der optisch genutzten Oberfläche entgegenzuwirken.
Zur Lösung dieser Aufgabe kann die Schutzeinrichtung auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Insbesondere können mehrere Schutzeinrichtungen in dem optischen System angeordnet sein, um dieselbe optisch genutzte Oberfläche oder die optisch genutzten Oberflächen unterschiedlicher optischer Elemente zu schützen. Es versteht sich, dass mit Hilfe der Schutzeinrichtung insbesondere sensible Bereiche der optisch genutzten Oberflächen bzw. sensible Optiken oder anderen Komponenten des optischen Systems vor in dem Fluidstrom mitgeführtem kontaminierenden Material geschützt werden können. Bei dem Fluidstrom kann es sich um einen Gasstrom oder um einen Flüssigkeitsstrom handeln. Nachfolgend wird der Fluidstrom häufig auch als Gasstrom bezeichnet. Bei einem optischen System in Form einer EUV-Lithographieanlage handelt es sich bei dem Gasstrom in der Regel um einen Wasserstoff-Gasstrom.
Generell ist es günstig, wenn die Ausbreitung des in dem Gasstrom mitgeführten kontaminierenden Materials zu der optisch genutzten Oberfläche des optischen Elements oder zu anderen im Hinblick auf Kontaminationen kritischen Oberflächen des optischen Systems durch die Schutzeinrichtung möglichst vollständig verhindert werden kann. Für das Abfangen des kontaminierenden Materials kann die Schutzeinrichtung auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein.
Bei einer Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung mindestens eine Auslassöffnung zum zumindest teilweisen Abfangen des kontaminierenden Materials auf. Die Auslassöffnung nimmt einen Teil des Fluidstroms auf und verhindert, dass in diesem Teil des Fluidstroms mitgeführtes kontaminierendes Material zu der optisch genutzten Oberfläche des optischen Elements gelangen kann. Die Auslassöffnung kann beispielsweise in einer Einhausung bzw. in einem Vakuumgehäuse gebildet sein, in der bzw. in dem im Wesentlichen der gesamte Strahlengang des optischen Systems gekapselt ist, wie dies beispielsweise in der WO 2008/034582 A2 beschrieben ist, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Durch die Auslassöffnung wird in diesem Fall ein Teil des Gasstroms aus dem Strahlengang bzw. dem von der Einhausung umgebenen Volumenbereich des optischen Systems entfernt bzw. ausgeleitet.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung mindestens eine Düse zum Erzeugen eines Quergasstroms auf, der im Wesentlichen quer zu dem Fluidstrom ausgerichtet ist, wobei der Quergasstrom bevorzugt auf die Auslassöffnung ausgerichtet ist. Ein solcher Quergasstrom ermöglicht es, in dem Fluidstrom mitgeführtes kontaminierendes Material umzulenken bzw. auszublasen, um dieses aus dem Fluidstrom zu entfernen und an unkritischer Stelle abzusetzen. Insbesondere kann das kontaminierende Material von der Auslassöffnung aufgenommen bzw. von dieser abgefangen werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung mindestens zwei bevorzugt quer zur Strömungsrichtung des Fluidstroms versetzte Strömungsleitelemente auf, die einen nicht geradlinigen Strömungsweg des Fluidstroms erzeugen. Die zwei oder mehr Strömungsleitelemente dienen dazu, in dem Gasstrom mitgeführtes Material entlang eines mäandernd oder auf andere Weise richtungs- und/oder geschwindigkeitsvariierend gestalteten Strömungsweges abzufangen. Die Strömungsleitelemente können beispielsweise an einem seitlichen Rand des Fluidstroms angeordnet sein und für das mitgeführte kontaminierende Material einen Hindernisparcours bilden. Es besteht eine gute Chance, dass das kontaminierende Material in einem solchen Hindernisparcours an unkritischer Stelle abgelagert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung mindestens eine Siebstruktur bzw. ein siebartiges Element zum Ausfiltern des mitgeführten Materials aus dem Fluidstrom auf. Die Siebstruktur bzw. das siebartige Element lässt den Fluidstrom durch, nicht jedoch das in dem Fluidstrom mitgeführte kontaminierende Material. Die Siebstruktur ist insbesondere günstig, um Fetzen einer Membran oder dergleichen abzufangen, die sich an der Siebstruktur anlagern. Die Siebstruktur kann insbesondere mit der Schutzeinrichtung in Form der Strömungsleitelemente kombiniert werden. In diesem Fall dienen die Strömungsleitelemente dazu, das mitgeführte kontaminierende Material in Richtung auf die (mindestens eine) Siebstruktur zu leiten, wobei auch unterschiedliche Trajektorien des mitgeführten Materials berücksichtigt werden können.
Bei den weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Fluidstrom nicht blockiert, so dass das Fluid im weiteren Verlauf des Fluidstroms zur Aufreinigung und Kühlung zur Verfügung steht. Sämtliche Bauteile bzw. Komponenten der Schutzeinrichtung sind bevorzugt außerhalb des optisch genutzten Lichtvolumens, d.h. außerhalb des Strahlengangs des optischen Systems angeordnet, um das Abfangen von Nutzlicht zu verhindern.
Sollte diese Auslegung nicht zum Erfolg führen, können beispielsweise Siebstrukturen in den optischen Strahlengang oder in Teilbereiche des optischen Strahlengangs gestellt werden. Beispielsweise kann die Schutzeinrichtung eine Anordnung von dünnen, über den optischen Strahlengang gespannten Drähten bilden, die zumindest teilweise im optischen Strahlengang angeordnet sind. Es ist günstig, wenn die Bauelemente der Kontaminations-Schutzeinrichtung weniger als 10%, idealerweise weniger als 1 % des Nutzlichtes blockieren, da ansonsten ggf. der Schaden in Form einer verringerten Transmission des optischen Systems den Nutzen der Schutzeinrichtung übersteigt.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung ein Schutzelement, bevorzugt eine Schutzmembran, insbesondere eine Schutzfolie, auf, welches den Durchtritt des Fluidstroms blockiert. Das Schutzelement ist in der Regel zumindest teilweise im Strahlengang des optischen Systems angeordnet und versperrt bzw. blockiert den kritischen Kontaminationsweg zu der mindestens einen optisch genutzten Oberfläche vollständig oder zumindest weitgehend. Durch das Blockieren des Gasstroms wird auch das in dem Gasstrom mitgeführte kontaminierende Material blockiert.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind in Strömungsrichtung des Fluidstroms vor dem Schutzelement Auslassöffnungen bzw. mindestens eine Auslassöffnung für den Fluidstrom und/oder in Strömungsrichtung des Fluidstroms nach dem Schutzelement Einlassöffnungen bzw. mindestens eine Einlassöffnung für den Fluidstrom angeordnet und/oder das Schutzelement ist nicht fluiddicht an die Umgebung angebunden. Das Schutzelement in Form der Schutzmembran behindert die Strömung des Fluidstroms und muss bei dessen Auslegung berücksichtigt werden. Beispielsweise können in Strömungsrichtung unmittelbar seitlich vor dem Schutzelement Auslassöffnungen und unmittelbar nach dem Schutzelement seitlich Einlassöffnungen in einer Einhausung vorgesehen sein, welche den optischen Strahlengang kapselt. Alternativ oder zusätzlich ist die Schutzmembran nicht fluiddicht an die Umgebung, beispielsweise an eine Halterung, angebunden. In beiden Fällen wird das Schutzelement von dem Fluidstrom umströmt, d.h. das Schutzelement erlaubt einen umschließenden Fluidstrom. Mitgeführtes kontaminierendes Material, beispielsweise Fetzen oder Partikel, werden aufgrund ihrer Trägheit dennoch von dem Schutzelement abgefangen. Es versteht sich, dass alternativ die Membran des Fluidstrom vollständig blockieren kann.
Bei einer Weiterbildung durchläuft ein Strahlengang des optischen Systems das Schutzelement höchstens einfach, wobei das Schutzelement bevorzugt ein Transmissionsvermögen von mehr als 80%, bevorzugt von mehr als 90% für die den Strahlengang durchlaufende Strahlung aufweist. Ein Schutzelement in Form einer Schutzmembran reduziert merklich die Transmission des optischen Systems, erwartungsgemäß um ca. 10%, was bei einem Lithographiescanner den Durchsatz an gefertigten Halbleiterstrukturen und damit dessen Nutzwert mindert. Dieser Nachteil ist gegen den Vorteil abzuwägen, dass sich Nutzungsausfallzeiten aufgrund der Kontamination kritischer optischer Bereiche deutlich verkürzen und ein Aufarbeiten, oder im ungünstigsten Fall, wenn dies nicht möglich ist, ein Verschrotten wertvoller optischer Komponenten entfällt. Die Schutzmembran muss kräftig genug sein, um kleine Partikel abzufangen, dennoch sollte die Dicke der Schutzmembran nicht zu groß sein.
Positionen für die Schutzmembran können einerseits durch die erwarteten Störfälle motiviert sein, etwa das Reißen einer anderen Membran und dem Transport daraus entstehender Kontaminationsteilchen. Andererseits kann es sinnvoll sein, besonders störanfällige Optikteile über ihren Zugang zu schützen. Vorteilhaft werden Positionen für die Schutzmembran gewählt, die einfach vom Licht durchtreten sind, nicht doppelt oder mehrfach.
Um solche Positionen zu finden, kann wie folgt vorgegangen werden: Simuliere für alle Optikteile und eine Auswahl jeweils repräsentativer Orte darauf die optische Wirkung einer lokalen Kontamination. Dabei kann es sich um flächige Defekte im Größenbereich 20 µm bis 2 mm handeln. Um die Wirkung eines Schattenwurfes zu berücksichtigen, können aber auch dreidimensionale Objekte wie Kugeln oder Würfel mit größten Ausdehnungen zwischen 20 µm und 2 mm simuliert werden. Bewerte für jeden Fall die Abbildungswirkung, erstelle eine Rangfolge dieser Wirkung für gleiche Störgrößen und schütze das oder diejenigen Element(e) mit der stärksten Abbildungswirkung. Lege dazu probehalber Ebenen im Wesentlichen senkrecht zu einer mittleren Lichtrichtung in den Strahlengang und prüfe, ob sie nur einfach von Nutzlichtstrahlen durchtreten werden. Diejenige Ebene, welche dem optischen Element am nächsten liegt und sich konstruktiv realisieren lässt, stellt einen guten Kandidaten für eine Position der Schutzmembran dar. Zusätzlich kann darauf geachtet werden, dass die erforderliche Membrangröße vergleichsweise klein ausfällt - bei gegebener Stabilität zum Abfangen von Partikeln bzw. von kontaminierendem Material kann dann die Folie dünner gewählt werden und absorbiert erwartungsgemäß weniger Licht.
Die Position des Schutzelements in Form der Schutzmembran wird in der Regel so gewählt, dass diese im Strömungsweg des Fluidstroms zwischen der Position einer möglichen Fehlerquelle und der optisch genutzten Oberfläche des optischen Elements bzw. den optisch genutzten Oberflächen von mehreren optischen Elementen angeordnet ist, die vor dem kontaminierenden Material geschützt werden sollen. Da das Reißen der weiter oben beschriebenen Membran, die in Bildnähe angeordnet ist, ein wesentliches Fehlerszenario darstellt, kann in den Strömungsweg des Fluidstroms zwischen dieser Membran und der zu schützenden optisch genutzten Oberfläche eine eigene Schutzmembran gestellt werden. Eine mögliche Position für die Schutzmembran stellt die Oberseite einer Öffnung in einem (letzten) reflektierenden optischen Element eines obskurierten Projektionssystems dar. Die durch diese Öffnung hindurchtretende Nutzstrahlung wird durch die Schutzmembran abgeschwächt, d.h. es tritt ein Transmissionsverlust entsprechend der Transmissionscharakteristik der Schutzmembran auf. Die Nutzstrahlung tritt durch die Öffnung und somit durch die dort angeordnete Schutzmembran nur einmal hindurch, während dies im Strahlengang zwischen dem letzten und dem vorletzten reflektierenden optischen Element nicht zwingend der Fall ist. Grundlegend sind auch andere Positionen in einem Durchbruch möglich, die aber ggf. schlechter zugänglich sind. Eine weitere mögliche Fehlerquelle stellt das Reißen eines Pellikels dar, welches die Maske vor kontaminierendem Material schützt. Auch in diesem Fall ist es günstig, wenn die Schutzmembran zwischen der Fehlerquelle in Form des Pellikels und der zu schützenden optisch genutzten Oberfläche angeordnet ist.
Bei einer weiteren Weiterbildung ist das Schutzelement austauschbar ausgebildet. Das Schutzelement ist in diesem Fall lösbar mit der Umgebung, beispielsweise mit einer Halterung, verbunden. Bei der lösbaren Verbindung kann es sich beispielsweise eine Klemm- oder Rastverbindung handeln. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das Schutzelement bzw. die Schutzmembran tauschbar ausgelegt wird, weil sich funktionsgemäß bei einem Störfall kontaminierendes Material in Form von Partikeln oder Fetzen auf der Schutzmembran anlagert und damit ihr Transmissionsvermögen lokal reduziert wird, was zu feld- und pupillenabhängigen Variationen der Intensitätsverteilung im Bild führt, welche die Abbildungsqualität mindern. Der Aufwand beim Austausch der Schutzmembran fällt im Vergleich zum Austausch einer optischen Komponente wesentlich geringer aus. Zudem ist das Ersetzen der Schutzmembran wesentlich kostengünstiger als der Ersatz und das Aufarbeiten einer optischen Komponente.
Die weiter oben beschriebenen Schutzeinrichtungen dienen dazu, in dem Fluidstrom mitgeführtes kontaminierendes Material vor dem Erreichen der optisch genutzten Oberfläche abzufangen. Ist dies nicht bzw. nicht vollständig möglich, sollte möglichst verhindert werden, dass kontaminierendes Material, das zu der optisch genutzten Oberfläche gelangt, sich an der optisch genutzten Oberfläche anlagert.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung eine Einhausung mit sich verjüngendem Querschnitt zur Verringerung eines Strömungsquerschnitts des Fluidstroms im Bereich der optisch genutzten Oberfläche des optischen Elements auf. Insbesondere im Bereich von im Hinblick auf kontaminierendes Material sensiblen optischen Elementen kann der Strömungsquerschnitt des Fluidstroms verringert werden, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der optisch genutzten Oberfläche erhöht. Dadurch mindert sich die Gefahr, dass sich an der optisch genutzten Oberfläche kontaminierendes Material anlagert.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung einen Gasauslass zum Austritt eines Schutzgasstroms auf, der auf die optisch genutzte Oberfläche des optischen Elements oder einen Teilbereich der optisch genutzten Oberfläche des optischen Elements ausgerichtet ist. Der Schutzgasstrom wirkt der Anlagerung von kontaminierendem Material entgegen, indem der Schutzgasstrom angelagertes bzw. sich anlagerndes kontaminierendes Material von der optisch genutzten Oberfläche wegbläst. Der Gasauslass kann beispielsweise in einer Einhausung gebildet sein, in der das optische Element angeordnet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das optische System eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Integrität einer potentiellen Kontaminationsquelle, insbesondere einer Membran, und/oder zur Überwachung des Fluidstroms auf mitgeführtes kontaminierendes Material, sowie eine Steuer- oder Regeleinrichtung auf, die ausgebildet ist, die mindestens eine Schutzeinrichtung bzw. mindestens eine der Schutzeinrichtungen nur zu aktivieren, wenn die Überwachungseinrichtung eine Degradation der potentiellen Kontaminationsquelle und/oder in dem Fluidstrom mitgeführtes kontaminierendes Material detektiert. Im Fall einer solchen Detektion erzeugt die Überwachungseinrichtung ein Fehlersignal, das an die Steuer- oder Regeleinrichtung übermittelt wird. Für die Überwachung der Integrität einer Membran sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, von denen mehrere in der eingangs zitierten DE102019117964A1 beschrieben sind. Für die Detektion von in dem Fluidstrom mitgeführtem kontaminierendem Material kann die Überwachungseinrichtung beispielsweise einen zur Nutzstrahlung bzw. zum Nutzstrahlengang des optischen Systems quer gerichteten Strahlengang aufweisen.
Die Steuer- und Regeleinrichtung kann beim Empfang des Fehlersignals mindestens eine Schutzeinrichtung aktivieren. Hierbei kann beispielsweise die weiter oben beschriebene Düse zur Erzeugung eines Quergasstroms aktiviert werden. Auch können eine oder mehrere Auslassöffnungen geöffnet werden, um das kontaminierende Material aufzufangen, und/oder es kann eine Siebstruktur in den Fluidstrom eingeschwenkt werden. Durch die zeitliche Begrenzung der Aktivierung der Schutzeinrichtung(en) können die von dieser bzw. von diesen vorgenommenen Maßnahmen radikaler und damit wirksamer gestaltet werden, da diese Maßnahmen im regulären Betrieb nicht stören.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Fluidstrom in Strömungsrichtung zur mindestens einen Schutzeinrichtung einen abnehmenden Geschwindigkeitsgradienten auf und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms entlang der optisch genutzten Oberfläche des optischen Elements weist mindestens 50% einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsquerschnitts des Fluidstroms im Bereich der optisch genutzten Oberfläche auf. Es ist vorteilhaft, durch Gasfluss-Simulationsrechnungen oder realitätsnah gestaltete Funktionsmodelle eine Vorhersage des auftretenden Materialweges des in dem Fluidstrom mitgeführten Materials zu treffen und auf dieser Basis wirksame Eingriffsorte zu identifizieren. Dabei kann es eine Strategie darstellen, einen Gradienten der Strömungsgeschwindigkeit von hoch nach niedrig in Richtung der Abfangmaßnahmen bzw. der Schutzeinrichtung(en) einzurichten. Entlang der optischen Elemente, genauer gesagt am Übergang zwischen einer typischerweise laminaren Strömung des Fluidstroms und einer dünnen Grenzschicht, in der viskose Reibungsverluste des Fluidstroms nicht vernachlässigt werden können, sollte der Gasfluss mindestens 50% seiner maximalen Strömungsgeschwindigkeit im betreffenden Strömungsquerschnitt (senkrecht zur Strömungsrichtung) aufweisen, um ein Ablagern von Material dort zu erschweren oder Material, welches etwa in Betriebspausen dorthin gelangte, wieder fortzureißen.
Bei einer weiteren Ausführungsform befindet sich die Schutzeinrichtung zwischen dem optischen Element und einer Bildebene oder einer Objektebene eines Projektionssystems des optischen Systems. Bei dem Projektionssystem kann es sich insbesondere um ein Projektionssystem eines optischen Systems in Form einer EUV-Lithographieanlage handeln. Wie weiter oben beschreiben wurde, können in der Nähe der Bildebene und in der Nähe der Objektebene eines solchen Projektionssystems potentielle Kontaminationsquellen in Form einer Membran bzw. eines Pellikels angeordnet sein. Die weiter oben beschriebene(n) Schutzeinrichtung(en) sind vorteilhafter Weise zwischen der potentiellen Kontaminationsquelle und dem zu schützenden optischen Element angeordnet.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die optisch genutzte Oberfläche des zu schützenden optischen Elements einen Flächeninhalt auf, der bei maximal 50%, bevorzugt bei maximal 20% des Flächeninhalts der größten optisch genutzten Oberfläche der optischen Elemente des Projektionssystems liegt und/oder eine Bestrahlungsintensität an der optisch genutzten Oberfläche des zu schützenden optischen Elements liegt bei mindestens 20%, bevorzugt bei mindestens 50% einer maximalen Bestrahlungsintensität der bildgebenden optischen Elemente des Projektionssystems. Bei der Bestrahlungsintensität sind sowohl die Objektebene, die Bildebene als auch die weiter oben beschriebene Membran als Referenz ausgeschlossen, da es sich nicht um bildgebende optische Elemente handelt. Je geringer die optisch genutzte Fläche eines optischen Elements ist, desto störender ist in der Regel eine Kontamination. Insbesondere ist die lokale Bestrahlungsintensität im Betrieb des optischen Systems ein gutes Maß für die relative Empfindlichkeit. Daher empfiehlt es sich, insbesondere kleine und/oder intensiv bestrahlte optische Elemente auf die weiter oben beschriebene Weise mit Hilfe mindestens einer Schutzeinrichtung zu schützen.
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.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1 schematisch im Meridionalschnitt ein optisches System für die EUV-Lithographie,
2a-c schematische Darstellungen einer Membran im Bereich einer Bildebene eines solchen optischen Systems bzw. von Fetzen der Membran, die in einem Gasstrom mitgeführt werden,
3a,b schematische Darstellungen einer Schutzeinrichtung zum Abfangen von in dem Gasstrom mitgeführtem Material, die eine Auslassöffnung bzw. eine Düse zum Erzeugen eines Quergasstroms aufweist,
4a-c schematische Darstellungen einer Schutzeinrichtung, die Strömungsleitelemente sowie eine Siebstruktur zum Ausfiltern des in dem Gasstrom mitgeführten Materials aufweist,
5a-c schematische Darstellungen einer Schutzeinrichtung in Form einer Schutzmembran, die den Gasstrom blockiert, sowie
6a,b schematische Darstellungen einer Schutzeinrichtung, die eine sich verjüngende Einhausung bzw. eine Auslassöffnung zum Ausrichten eines Schutzgasstroms auf eine optisch genutzte Oberfläche aufweist, um der Anlagerung von kontaminierendem Material entgegenzuwirken.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile eines optischen Systems für die EUV-Lithographie in Form einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie von deren Bestandteilen ist hierbei nicht einschränkend zu verstehen.
Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten.
Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst ein Projektionssystem 10. Das Projektionssystem 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma)-Quelle oder um eine DPP (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma)-Quelle. Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektorspiegel 17 gebündelt. Bei dem Kollektorspiegel 17 kann es sich um einen Kollektorspiegel mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektorspiegels 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektorspiegel 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektorspiegel 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektorspiegel 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt. Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Fliegenaugeintegrator (Fly's Eye Integrator) bezeichnet. Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Das Projektionssystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst das Projektionssystem 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei dem Projektionssystem 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,4 oder 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, eine hoch reflektierende Beschichtung für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen.
2a-c zeigen den Bereich der Bildebene 12 mit dem Halbleitersubstrat bzw. mit dem Wafer 13 bei einer Projektionsbelichtungsanlage 1, die sich von der in 1 gezeigten Projektionsbelichtungsanlage 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass es sich bei dem Projektionssystem 10 nicht um eine doppelt obskurierte Optik, sondern um eine einfach obskurierte Optik handelt. Entsprechend weist lediglich der letzte Spiegel M6, nicht aber der vorletzte Spiegel M5, eine Durchtrittsöffnung für die in 2a-c nicht bildlich dargestellte Nutzstrahlung auf. Die Nutzstrahlung gelangt dabei zunächst von der Öffnung in dem letzten Spiegel M6 auf den vorletzten Spiegel M5 und wird von diesem auf die konkav gekrümmte Spiegelfläche des letzten Spiegels M6 zurück reflektiert. Der letzte Spiegel M6 reflektiert die Beleuchtungsstrahlung über eine Membran 17, die in der Nähe der Bildebene 12 angeordnet ist, auf den zu strukturierenden Wafer 13.
Die Membran 17, die zwischen dem Projektionssystem 10 und dem Wafer 13 angeordnet ist, dient dazu, belichtende und thermisch störende Wellenlängen speziell im sichtbaren Bereich oder nahe dem sichtbaren Bereich auszufiltern. Damit eine akzeptable Transmission für das EUV-Nutzlicht verbleibt, weist die Membran 17 eine Dicke von ca. 100 nm auf. Da die Membran 17 andere Lichtbestandteile als EUV-Strahlung erheblich absorbiert, erwärmt diese sich. Dadurch können Spannungen entstehen, die zu einem Zerreißen der Membran 17 führen können. Hierbei können sich Bestandteile der Membran 17, nachfolgend auch Fetzen genannt, lösen, wie dies schematisch in 2b,c dargestellt ist.
Die Fetzen stellen ein kontaminierendes Material 18 dar, das in einem Gasstrom 19 mitgenommen wird, welcher zur Fotoreinigung und Kühlung dient und zudem eine Kontamination des Wafers 13 aus Richtung des Projektionssystems 10 unwahrscheinlich macht. In 2a-c sind grob vereinfacht die Strömungslinien dieses Gasstroms 19 in Richtung des Projektionssystems 10 dargestellt. Es versteht sich, dass der Gasstrom 19 nicht durch die Membran 17 hindurch strömt, sondern um die Membran 17 herum oder oberhalb der Membran 17 eingeleitet wird. Bei dem Gasstrom 19 handelt es sich um einen Wasserstoff-Gasstrom, d.h. um einen Strom von molekularem Wasserstoff (H₂). Der Gasstrom 19 ist nicht auf den in 2a-c gezeigten Volumenbereich 20 beschränkt, in dem die Strömungslinien eingezeichnet sind, vielmehr erstreckt sich der von dem Gasstrom 19 durchlaufene Volumenbereich 20 in das Projektionssystem 10 hinein, wie in 2a-c durch einen Pfeil angedeutet ist.
Während kompakte Partikel in dem schwachen Gasstrom 19 nicht weit vorankommen, weil sie in üblichen Geometrien gegen die Schwerkraft ankämpfen und verlieren, ist dies bei den Fetzen 18 der dünnen Membran 17 anders: Hier ist es möglich, dass die Fetzen 18 der Membran 17 wenig Masse (da dünn) bei großer Fläche aufweisen und im Gasstrom 19 entgegen der Schwerkraftrichtung aufwärtssegeln, da die aufwärts gerichtete Kraft auf den Membran-Fetzen 18 die Gravitationskraft in dem Gasstrom 19 übersteigt. Ein entsprechender Fetzen 18 kann in dem Gasstrom 19 mitgeführt werden und in Richtung auf das Projektionssystem 10 segeln, wie dies in 2c dargestellt ist.
Ein weiterer Fetzen 18 kann seitlich aus dem Gasstrom 19 in Richtung auf den vorletzten Spiegel M5 umgelenkt werden und zu dessen optisch genutzter Oberfläche 21 gelangen. Der vorletzte Spiegel M5 lässt sich aufgrund des freizuhaltenden Lichtvolumens nicht ohne weiteres ausreichend abschirmen. Lagert sich der Fetzen 18 an der optisch genutzten Oberfläche 21 an, so reduziert bzw. ändert sich dort lokal das Reflexionsvermögen und erzeugt unerwünschte Abbildungswirkungen wie z.B. Uniformitätsfehler (eine örtliche Variation der Lichtmenge) oder Phasenfehler, welche die Interferenz der Abbildung stören und etwa zu Strukturgrößenabweichungen bei der Belichtung des Wafers 13 führen.
Um die Spiegel M1-M6 des Projektionssystems 10 vor dem in dem Gasstrom 19 mitgeführten kontaminierenden Material 18 zu schützen, weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 in den nachfolgend in Zusammenhang mit 3a,b, 4a-c und 5a-c beschriebenen Beispielen mindestens eine Schutzeinrichtung 22 auf, die ausgebildet ist, das kontaminierende Material 18 vor dem Erreichen des jeweiligen optischen Elements M1-M6 abzufangen. Bei den nachfolgend in Zusammenhang mit 3a,b, 4a-c und 5a-c beschriebenen Beispielen ist die Schutzeinrichtung 22 ausgebildet, die ersten vier Spiegel M1-M4 des Projektionssystems 10 zu schützen, indem das kontaminierende Material 18 nach dem Durchtritt durch die Durchtrittsöffnung in dem letzten Spiegel M6 des Projektionssystems 10 abgefangen wird. Es versteht sich, dass diese Position der Schutzeinrichtung 22 lediglich beispielhaft zu verstehen ist und dass die Schutzeinrichtung 22 auch an anderer Stelle in dem Projektionssystem 10 bzw. zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 angeordnet sein kann.
Bei dem in 3a gezeigten Beispiel weist die Schutzeinrichtung 22 eine Auslassöffnung 23 auf, die in einer Einhausung 24 gebildet ist und die ein zumindest teilweisen Abfangen des in dem Gasstrom 19 mitgeführten kontaminierenden Materials 18 ermöglicht. Die Einhausung 24 kapselt den Strahlengang mit den sechs Spiegeln M1-M6 und schirmt diesen von der Umgebung ab. Bei dem in 3b gezeigten Beispiel weist die Schutzeinrichtung 22 zusätzlich zu der Auslassöffnung 23 eine Düse 25 auf, die einen Quergasstrom 26 erzeugt, der im Wesentlichen quer zu dem Gasstrom 19 ausgerichtet ist. Die Düse 25 ist der Auslassöffnung 23 gegenüber angeordnet, um den Quergasstrom 26 auf die Auslassöffnung 23 auszurichten.
4a-c zeigen eine Schutzeinrichtung 22, die drei Strömungsleitelemente 27a-c aufweist, um einen nicht geradlinigen Strömungsweg des Gasstroms 19 zu erzeugen. Ein erstes Strömungsleitelement 27a und ein zweites Strömungsleitelement 27b sind hierbei quer zur Strömungsrichtung des Fluidstroms 19 versetzt, die im gezeigten Beispiel im Wesentlichen in vertikaler Richtung (in Schwerkraftrichtung) verläuft. Ein drittes Strömungsleitelement 27c fluchtet quer zur Strömungsrichtung des Fluidstroms 19 mit dem ersten Strömungsleitelement 27a. Die Strömungsleitelemente 27a-c bilden Randelemente in dem Gasstrom 19 und erzeugen für das in dem Gasstrom 19 mitgeführte kontaminierende Material 18 einen Hindernisparcours, der dazu führt, dass eine gute Chance besteht, dass das kontaminierende Material 18 an unkritischer Stelle abgelegt wird.
Bei dem in 4a-c gezeigten Beispiel weist die Schutzeinrichtung 22 zusätzlich eine Siebstruktur 28 (Auffangsieb) auf. Die Siebstruktur 28 lässt den Gasstrom 19 durch, fängt aber das kontaminierende Material 18 auf und filtert dieses aus dem Gasstrom 19 aus. Die Strömungsleitelemente 27a-c können so angeordnet sein, dass diese die Strömung des kontaminierenden Materials 18 zu der Siebstruktur 28 begünstigen, wobei auch unterschiedliche Trajektorien des kontaminierenden Materials berücksichtigt werden können, wie dies in 4a und in 4b dargestellt ist. Wie anhand von 4c zu erkennen ist, ist die Schutzeinrichtung 22, genauer gesagt sind die Strömungsleitelemente 27a-c und die Siebstruktur 28 außerhalb des Strahlengangs 29 der Projektionsbelichtungsanlage 1 angeordnet. Der Strahlengang 29 stellt denjenigen Volumenbereich dar, der vom Nutzlicht in Form der EUV-Strahlung 16 durchlaufen wird.
5a-c zeigen eine Schutzeinrichtung 22, die ein Schutzelement in Form einer Schutzmembran 30, genauer gesagt einer Schutzfolie, aufweist, welche den Durchtritt des Gasstroms 19 blockiert, d.h. die Schutzmembran 30 ist weder für den Gasstrom 19 noch für das in diesem mitgeführte Material 18 durchlässig.
Bei dem in 5a gezeigten Beispiel deckt die Schutzfolie die Öffnung in dem letzten Spiegel M6 des Projektionssystems 10 vollständig ab und ist mit dem letzten Spiegel M6 gasdicht verbunden, so dass der Gasstrom 19 nicht durch die Öffnung in dem letzten Spiegel M6 hindurch treten kann. Bei dem in 5b gezeigten Beispiel sind in Strömungsrichtung des Gasstroms 19 vor der Schutzmembran 30 Auslassöffnungen 31 für den Gasstrom 19 in der Einhausung 24 gebildet. Ebenso sind in Strömungsrichtung des Gasstroms 19 nach der Schutzmembran 30 Einlassöffnungen 32 für den Gasstrom 19 angeordnet, um den Gasstrom 19 erneut in die Einhausung 24 einzuleiten. Bei dem in 5c gezeigten Beispiel ist die Schutzmembran 30 nicht fluiddicht angebunden, d.h. die Schutzmembran 30 schließt die Öffnung in dem letzten Spiegel M6 des Projektionssystems 10 nicht dichtend ab. Bei den in 5a und in 5b gezeigten Beispielen wird die Schutzmembran 30 somit von dem Gasstrom 19 umströmt. Aufgrund der Trägheit des in dem Gasstrom 19 mitgeführten Materials 18 wird dieses dennoch von der Schutzmembran 30 aufgefangen.
An der in 5a-c gezeigten Position im Strahlengang 29 der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird die Schutzmembran 30 nur einmal von der EUV-Strahlung 16 durchlaufen. Die Schutzmembran 30 weist ein Transmissionsvermögen von mehr als 80%, in der Regel von mehr als 90% für die den Strahlengang 29 durchlaufende EUV-Nutzstrahlung 16 auf, um zu verhindern, dass die Transmission der Projektionsbelichtungsanlage 1 durch die Schutzmembran 30 zu stark abgeschwächt wird.
Die Schutzmembran 30 ist austauschbar ausgebildet und lösbar mit dem letzten Spiegel M6 oder mit einer anderen Komponente, z.B. einer Halterung, in dem Projektionssystem 10 verbunden. Bei der lösbaren Verbindung kann es sich z.B. um eine Klemm- oder Rastverbindung handeln. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Schutzmembran 30 austauschbar ausgelegt wird, weil sich funktionsgemäß bei einem Störfall kontaminierendes Material in Form von Partikeln oder Fetzen auf der Schutzmembran 30 anlagert und damit ihr Transmissionsvermögen lokal reduziert. Der Aufwand beim Austausch der Schutzmembran 30 fällt im Vergleich zum Austausch eines der Spiegel M1-M6 wesentlich geringer aus. Zudem ist das Ersetzen der Schutzmembran 30 wesentlich kostengünstiger als der Ersatz und das Aufarbeiten eines jeweiligen Spiegels M1-M6.
Die in 6a,b gezeigten Schutzeinrichtungen 33 dienen im Gegensatz zu den weiter oben beschriebenen Schutzeinrichtungen 22 nicht zum Auffangen des in dem Gasstrom 19 mitgeführten kontaminierenden Materials 18, sondern vielmehr dazu, einer Anlagerung von in dem Fluidstrom 19 mitgeführtem, eine optisch genutzte Oberfläche 34 des vierten Spiegel M4 des Projektionssystems 10 erreichendem kontaminierendem Material 18 an der optisch genutzten Oberfläche 34 entgegenzuwirken.
Bei dem in 6a gezeigten Beispiel weist die Schutzeinrichtung 33 zu diesem Zweck eine Einhausung 24 mit sich verjüngendem Querschnitt zur Verringerung eines Strömungsquerschnitts des Fluidstroms 19 im Bereich der optisch genutzten Oberfläche 34 des optischen Elements M4 auf. Auf diese Weise wird die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der optisch genutzten Oberfläche 34 des vierten Spiegels M4 des Projektionssystems 10 erhöht, wodurch sich die Gefahr vermindert, dass sich kontaminierendes Material 18 an der optisch genutzten Oberfläche 34 absetzt.
Bei dem in 6b gezeigten Beispiel weist die Schutzeinrichtung 33 einen in der Einhausung 24 gebildeten Gasauslass 35 zum Austritt eines Schutzgasstroms 36 auf, der auf die optisch genutzte Oberfläche 34 des vierten Spiegels M4 des Projektionssystems 1 ausgerichtet ist. Der Schutzgasstrom 36 bläst abgelagertes kontaminierendes Material 18 von der optisch genutzten Oberfläche 34 weg, das von dem Gasstrom 19 mitgenommen wird.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms 19 entlang der optisch genutzten Oberfläche 34 des vierten Spiegels M4 mindestens 50% einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsquerschnitts des Fluidstroms 19 (senkrecht zur Strömungsrichtung) im Bereich der optisch genutzten Oberfläche 34 des vierten Spiegels M4 aufweist. Unter der Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms 19 entlang der optisch genutzten Oberfläche 34 wird diejenige Strömungsgeschwindigkeit verstanden, die am Übergang zu einer an der optisch genutzten Oberfläche 34 anhaftenden dünnen Gasschicht (fluiddynamische Grenzschicht) herrscht, in der viskose Reibungsverluste des Fluidstroms 19 nicht vernachlässigt werden können. Generell hat es sich für die Festlegung einer geeigneten Position für eine jeweilige Schutzeinrichtung 22, 33 in der Projektionsbelichtungsanlage 1 als günstig erwiesen, wenn der Fluidstrom 19 in Strömungsrichtung auf die mindestens eine Schutzeinrichtung 22, 23 einen abnehmenden Geschwindigkeitsgradienten aufweist.
Mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Schutzeinrichtung(en) 22, 33 werden bevorzugt diejenigen Spiegel M1-M6 des Projektionssystems 10 geschützt, bei denen sich die Anlagerung von kontaminierendem Material 18 als besonders störend erweisen hat. Dies ist der Fall, wenn die optisch genutzte Oberfläche 34 des zu schützenden Spiegels M1-M6 einen Flächeninhalt aufweist, der bei maximal 50%, bevorzugt bei maximal 20% des Flächeninhalts der größten optisch genutzten Oberfläche der sechs Spiegel M1-M6 des Projektionssystems 10 liegt, da eine Kontamination in der Regel umso störender ist, je kleiner die optisch genutzte Oberfläche ist. Auch die lokale Bestrahlungsintensität ist ein gutes Maß für die relative Empfindlichkeit eines Spiegels M1-M6 für Kontaminationen. Bevorzugt wird ein Spiegel M1-M6 mit Hilfe der Schutzeinrichtungen 22, 33 geschützt, bei dem die Bestrahlungsintensität an der optisch genutzten Oberfläche bei mindestens 20%, bevorzugt bei mindestens 50% einer maximalen Bestrahlungsintensität der bildgebenden optischen Elemente in Form der sechs Spiegel M1-M6 des Projektionssystems 10 liegt. Beide oben beschriebenen Kriterien treffen im gezeigten Beispiel auf die optisch genutzte Oberfläche 34 des vierten Spiegels M4 des Projektionssystems 10 zu.
Grundsätzlich ist es möglich, die Schutzeinrichtung(en) 22, 33 während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage 1 dauerhaft zu aktivieren. Es ist aber auch möglich, die Schutzeinrichtung(en) 22, 33 nur für den Fall zu aktivieren, dass kontaminierendes Material 18 in dem Gasstrom 19 von einer nicht bildlich dargestellten Überwachungseinrichtung detektiert wird und/oder dass eine Degradation einer potentiellen Kontaminationsquelle, beispielsweise eine Degradation der in 2a gezeigten Membran 17, detektiert wird. Detektionseinrichtungen zur Überwachung einer Membran in Form eines Pellikels sind beispielsweise in der DE102019117964A1 beschrieben. Für die Detektion von kontaminierendem Material 18, das in dem Gasstrom 19 mitgeführt wird, kann die Detektionseinrichtung beispielsweise einen Überwachungsstrahlengang aufweisen, der z.B. quer zu dem Nutzstrahlengang 29 der Projektionsbelichtungsanlage 1 verläuft.
Wie dies ebenfalls in der DE102019117964A1 beschrieben ist, kann die Detektionseinrichtung ein Fehlersignal erzeugen, das einer Steuer- oder Regeleinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage 1 zugeführt wird. Die Steuer- oder Regeleinrichtung ist ausgebildet, die mindestens eine Schutzeinrichtung 22, 33 nur zu aktivieren, wenn von der Detektionseinrichtung das Fehlersignal übermittelt wird. Zur Aktivierung der Schutzeinrichtung 22, 33 kann beispielsweise die Düse 25 zur Erzeugung des Quergasstroms 26 eingeschaltet werden, die Auslassöffnung(en) 23 können geöffnet werden, oder die Siebstruktur 28 kann in den Gasstrom 19 eingeschwenkt werden.
Es versteht sich, dass die weiter oben beschriebenen Schutzeinrichtungen 22, 33 nicht nur bei einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die EUV-Lithographie eingesetzt werden können, sondern auch in anderen optischen Systemen, beispielsweise in Projektionsbelichtungsanlagen für den DUV-Wellenlängenbereich, in Metrologiesystemen zur Vermessung von Masken oder von Wafern, etc.
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

DE 102015219671 A1 [0009]
DE 102019117964 A1 [0010, 0031, 0070, 0071]
WO 2008034582 A2 [0015]

Claims

Optisches System (1), insbesondere für die EUV-Lithographie, umfassend: mindestens einen Volumenbereich (20), der im Betrieb des optischen Systems (1) von einem Fluidstrom (19), bevorzugt von einem Gasstrom, insbesondere von einem Wasserstoff-Gasstrom, durchlaufen wird, mindestens ein optisches Element (M1-M6), das eine optisch genutzte Oberfläche (34) aufweist, die in dem Fluidstrom (19) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) mindestens eine Schutzeinrichtung (22; 33) aufweist, die ausgebildet ist, in dem Fluidstrom (19) mitgeführtes kontaminierendes Material (18) vor dem Erreichen des optischen Elements (M4) abzufangen und/oder einer Anlagerung von in dem Fluidstrom (19) mitgeführtem, die optisch genutzte Oberfläche (34) erreichenden kontaminierendem Material (18) an der optisch genutzten Oberfläche (34) entgegenzuwirken.
Optisches System nach Anspruch 1, bei dem die Schutzeinrichtung (22) mindestens eine Auslassöffnung (23) zum zumindest teilweisen Abfangen des kontaminierenden Materials (18) aufweist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schutzeinrichtung (22) mindestens eine Düse (25) zum Erzeugen eines Quergasstroms (26) aufweist, der im Wesentlichen quer zu dem Fluidstrom (19) ausgerichtet ist, wobei der Quergasstrom (26) bevorzugt auf die Auslassöffnung (23) ausgerichtet ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schutzeinrichtung (22) mindestens zwei bevorzugt quer zur Strömungsrichtung des Fluidstroms (19) versetzte Strömungsleitelemente (27a-c) aufweist, die einen nicht geradlinigen Strömungsweg des Fluidstroms (19) erzeugen.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schutzeinrichtung (22) mindestens eine Siebstruktur (28) zum Ausfiltern des mitgeführten Materials (18) aus dem Fluidstrom (19) aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schutzeinrichtung (22) ein Schutzelement, bevorzugt eine Schutzmembran (30), insbesondere eine Schutzfolie, aufweist, welches den Durchtritt des Fluidstroms (19) blockiert.
Optisches System nach Anspruch 6, bei dem in Strömungsrichtung des Fluidstroms (19) vor dem Schutzelement (30) Auslassöffnungen (31) für den Fluidstrom (19) und/oder in Strömungsrichtung des Fluidstroms (19) nach dem Schutzelement (30) Einlassöffnungen (32) für den Fluidstrom (19) angeordnet sind und/oder das Schutzelement (30) nicht fluiddicht angebunden ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem ein Strahlengang (29) des optischen Systems (1) das Schutzelement (30) höchstens einfach durchläuft, wobei das Schutzelement (30) bevorzugt ein Transmissionsvermögen von mehr als 80%, bevorzugt von mehr als 90% für die den Strahlengang (29) durchlaufende Strahlung (16) aufweist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Schutzelement (30) austauschbar ausgebildet ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schutzeinrichtung (33) eine Einhausung (24) mit sich verjüngendem Querschnitt zur Verringerung eines Strömungsquerschnitts des Fluidstroms (19) im Bereich der optisch genutzten Oberfläche (34) des optischen Elements (M4) aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schutzeinrichtung (33) einen Gasauslass (35) zum Austritt eines Schutzgasstroms (36) aufweist, der auf die optisch genutzte Oberfläche (34) des optischen Elements (M4) ausgerichtet ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Integrität einer potentiellen Kontaminationsquelle, insbesondere einer Membran (17), und/oder zur Überwachung des Fluidstroms (19) auf mitgeführtes kontaminierendes Material (18), sowie eine Steuer- oder Regeleinrichtung, die ausgebildet ist, die mindestens eine Schutzeinrichtung (22, 33) nur zu aktivieren, wenn die Überwachungseinrichtung eine Degradation der potentiellen Kontaminationsquelle und/oder in dem Fluidstrom (19) mitgeführtes kontaminierendes Material (18) detektiert.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fluidstrom (19) in Strömungsrichtung auf die mindestens eine Schutzeinrichtung (22, 33) einen abnehmenden Geschwindigkeitsgradienten aufweist und/oder bei dem eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms (19) entlang der optisch genutzten Oberfläche (34) des optischen Elements (M4) mindestens 50% einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsquerschnitts des Fluidstroms (19) im Bereich der optisch genutzten Oberfläche (34) aufweist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Volumenbereich (20) sich zwischen dem optischen Element (M4) und einer Bildebene (12) oder einer Objektebene (6) eines Projektionssystems (10) des optischen Systems (1) befindet.
Optisches System nach Anspruch 14, bei dem eine optisch genutzte Oberfläche (34) des optischen Elements (M4) einen Flächeninhalt aufweist, der bei maximal 50%, bevorzugt bei maximal 20% des Flächeninhalts der größten optisch genutzten Oberfläche der optischen Elemente (M1-M6) des Projektionssystems (10) liegt und/oder bei der eine Bestrahlungsintensität an der optisch genutzten Oberfläche (34) des optischen Elements (M4) bei mindestens 20%, bevorzugt mindestens 50% einer maximalen Bestrahlungsintensität der bildgebenden optischen Elemente (M1-M6) des Projektionssystems (10) liegt.