DE10215469B4

DE10215469B4 - Anordnung zur Unterdrückung von Teilchenemission bei einer Strahlungserzeugung auf Basis eines heißen Plasmas

Info

Publication number: DE10215469B4
Application number: DE10215469A
Authority: DE
Inventors: Imtiaz Dr. Ahmad
Original assignee: Xtreme Technologies GmbH
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2022-04-06
Also published as: DE10215469A1; US20030190012A1; US6881971B2

Abstract

Anordnung zur Unterdrückung von Teilchenemission bei einer Strahlungserzeugung auf Basis eines heißen Plasmas, insbesondere bei EUV-Strahlungserzeugung, bei der zur Erzeugung des Plasmas (12) eine Vakuumkammer (11) vorhanden ist, die eine Austrittsöffnung zum Abstrahlen der generierten Strahlung aus der Vakuumkammer (11) heraus in einen definierten Raumwinkel aufweist, wobei der Austrittsöffnung (13) ein elektrisches Feld zum Ablenken von geladenen Teilchen aus dem definierten Raumwinkel nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
– zur Erzeugung des elektrischen Feldes wenigstens ein mit einer Gleichspannungsquelle (3) verbundenes Elektrodenpaar (2) derart angeordnet ist, dass das elektrische Feld orthogonal zur mittleren Ausbreitungsrichtung (15) eines im definierten Raumwinkel austretenden divergenten Strahlenbündels (14) ausgerichtet ist, und
– Mittel (4) zur Erzeugung einer Gassenke, wodurch ein resultierender Teilchenstrom parallel zur Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet ist, ebenfalls der Austrittsöffnung (13) der Vakuumkammer (11) nachgeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Unterdrückung von Teilchenemission bei einer Strahlungserzeugung auf Basis eines heißen Plasmas in Röntgenstrahlungsquellen, insbesondere EUV-Strahlungsquellen.
Weiche Röntgenstrahlung bzw. extrem ultraviolette (EUV-) Strahlung finden in vielen technischen Bereichen Anwendung. Durch die Entwicklung von hochreflektierenden dielektrischen Mehrschichtspiegeln, die als Kollektoroptiken für diesen Spektralbereich geeignet sind, gewinnt EUV-Strahlung zunehmend in der Halbleiter-Lithographie Bedeutung für die Belichtung immer kleinerer Strukturen von ULSI-Schaltkreisen (Ultra Large Scale Integration).
Die Anforderungen an Strahlungsquellen für die vorgenannten Aufgaben in der Halbleiterlithographie könnten möglicherweise auch durch ein Synchrotron erfüllt werden, das jedoch sehr teuer und durch seine Größe auch sehr unflexibel ist. Synchrotrons finden deshalb in der Halbleiterindustrie keine Akzeptanz für die Belichtung von ULSI-Schaltkreisen.
Die nunmehr in den Mittelpunkt des Interesses gerückten EUV-Strahlungsquellen können zukünftig jedoch nur dann mit Erfolg eingesetzt werden, wenn sie ausreichend intensive Strahlung im Wellenlängenbereich um 13,5 nm und zugleich wenig Debris emittieren. Die Generierung von Debris, das heißt die Emission von neutralen und geladenen Teilchen aus dem Strahlung emittierenden Plasma, ist derzeit als wesentlichstes Problem anzusehen, weil dadurch die Lebensdauer der Kollektoroptik erheblich verkürzt wird. Die Lebensdauer der Kollektoroptik in Lithographiemaschinen soll jedoch mindestens ein Jahr betragen. Dies lässt sich bei einer hohen Debris-Emission nicht erreichen, selbst wenn die Strahlungsquelle eine ausreichend hohe Leistung aufweist, um das sinkende Reflexionsvermögen der Mehrschichtspiegel in gewissem Umfang auszugleichen.
Verschiedene Typen von Debris-Filtern kommen heute zum Einsatz, erreichen mit ihren Eigenschaften jedoch nicht den erforderlichen Grad der Debris-Reduzierung. Zum Beispiel bestehen existierende Filter aus Waben oder konzentrischen Kegeln. Die Prallbleche reduzieren jedoch geometrisch die Transmission der Strahlung durch „Schattenwurf" der Kanten und Beugungserscheinungen. Werden zur Erhöhung ihrer Filterwirkung die Anzahl der Filterwände erhöht bzw. die Wandabstände reduziert, wird zwangsläufig das Strahlenbündel enger begrenzt.

Andererseits kann eine Anordnung von Blechen seitlich zur Ausbreitungsrichtung der Stranlung eine hohe Transmission garantieren. Eine solche Filtereinrichtung für eine Röntgenstrahlungsquelle ist aus der US 4 837 794 A bekannt.

In dieser Schrift wird offenbart, zur Verhinderung des Austritts heißer Gase und anderer unerwünschter Komponenten der plasmagenerierten Röntgenstrahlung außerhalb des vom Austrittsfenster begrenzten Strahlenbündels konische Prallbleche anzuordnen sowie ein ständig erneuerbares UV-Filter und ein Magnetfeld zur Ablenkung von Primärelektronen in der Vakuumkammer vor dem Austrittsfenster der Strahlungsquelle einzusetzen.

Eine ganz ähnliche Herangehensweise wird in JP 09-245 992 A beschrieben, wobei in unmittelbarer Nähe eines laserangeregten Plasmas eine enge Eintrittsöffnung eines konischen Prallblech-Gehäuses angeordnet ist, wobei zwischen den Prallblechen ein elektrisches Feld erzeugt wird, und am Ausgang des Gehäuses eine für Röntgenstrahlung durchlässige Filterfolie eingesetzt ist.

Bei beiden genannten Druckschriften wird jedoch durch die gewählte konische Anordnung der nutzbare Raumwinkel stark reduziert. Werden die Bleche zur Vergrößerung des Raumwinkels mit größerem Abstand bzw. Winkel angeordnet, so reduziert sich die Filterwirkung. Außerdem werden schnelle geladene und ungeladene Teilchen nur durch eine Filterfolie, die der Gefahr einer unbemerkten Zerstörung unterliegt, aus dem austretenden Strahlenbündel ausgefiltert.

Weiterhin bekannt gewordene mechanische Verschlüsse (Shutter), die nach jedem Strahlungsimpuls den Strahlengang schnell verschließen, um die längsameren Teilchen zu blockieren, können aus technischen Gründen die geforderten Wiederholraten (bis zu 10 kHz) nicht realisieren.

In der Veröffentlichung EP 0 858 249 A1 wird eine Röntgenstrahlungsquelle auf Basis eines laserproduzierten Plasmas, das aus einem Target in Form eines fein versprühten Gasgemisches erzeugt wird, beschrieben. Zur Reduktion von Debris wird das aus der Vakuumkammer austretende Strahlungsbündel mit einem energiereichen Elektronenstrahl beschossen, um in der Röntgenstrahlung befindliche Partikel positiv zu ionisieren und mit einer nachgeordneten negativen Fangelektrode abzulenken und/oder abzufangen. Nachteilig an dieser Filterung sind neben dem damit verbundenen Aufwand (Elektronenkanone) auch mögliche Störeffekte durch die Wechselwirkung der Elektronen mit den Debristeilchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Debrisfilterung bei plasmagekoppelten Strahlungsquellen, insbesondere EUV-Strahlungsquellen, zu finden, die eine zuverlässige Rückhaltung geladener und ungeladener Teilchen gestattet, ohne eine wesentliche Transmissionsverringerung oder eine Beschränkung des nutzbaren Raumwinkels der Strahlung zu verursachen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Unterdrückung von Teilchenemission bei einer Strahlungserzeugung auf Basis eines heißen Plasmas, insbesondere bei EUV-Strahlungserzeugung, bei der zur Erzeugung des Plasmas eine Vakuumkammer vorhanden ist, die eine Austrittsöffnung zum Abstrahlen der generierten Strahlung aus der Vakuumkammer heraus in einen definierten Raumwinkel aufweist, wobei der Austrittsöffnung ein elektrisches Feld zum Ablenken von geladenen Teilchen aus dem definierten Raumwinkel nachgeordnet ist, dadurch gelöst, dass zur Erzeugung des elektrischen Feldes wenigstens ein mit einer Gleichspannungsquelle verbundenes Elektrodenpaar derart angeordnet ist, dass das elektrische Feld orthogonal zur mittleren Ausbreitungsrichtung eines im definierten Raumwinkel austretenden divergenten Strahlenbündels ausgerichtet ist, und dass Mittel zur Erzeugung einer Gassenke, wodurch ein resultierender Teilchenstrom parallel zur Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet ist, ebenfalls der Austrittsöffnung der Vakuumkammer nachgeordnet sind.

Zur Erzeugung des elektrischen Feldes weist ein Elektrodenpaar vorteilhaft Elektroden mit zueinander parallelen Oberflächen auf, wobei die Elektroden mit unterschiedlichen Polen einer Gleichspannungsquelle in Verbindung stehen und parallel zu einer mittleren Achse des Strahlenbündels so positioniert sind, dass das Strahlenbündel, ohne beschnitten zu werden, so eng wie möglich von den Elektroden eingeschlossen ist.

Dazu erweist es sich als zweckmäßig, dass die zwei Elektroden zur Erzeugung des elektrischen Feldes als konzentrische Zylindermantelflächen ausgebildet sind, wobei eine zentrale Elektrode, die als dünne perforierte Röhre ausgebildet, mit einem Anschluss an eine Vakuumpumpe versehen ist und mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle in Verbindung steht, entlang der Achse des austretenden Strahlenbündels angeordnet ist und eine äußere Elektrode, die als konzentrisch zur dünnen Röhre ausgerichtetes Rohr ausgeführt und mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist, um das austretende Strahlenbündel herum angeordnet ist.

Eine zweite Möglichkeit zur Erzeugung des elektrischen Feldes sieht zwei Elektroden als konzentrische Zylindermantelflächen vor, wobei eine zentrale Elektrode als dünner Stab entlang der Achse des austretenden Strahlenbündels angeordnet ist und mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle in Verbindung steht, eine äußere Elektrode, die als konzentrisch zum dünnen Stab ausgerichtetes perforiertes Rohr ausgeführt ist, um das austretende Strahlenbündel herum angeordnet ist und eine Vakuumpumpe zur Evakuierung des Raumes außerhalb der perforierten äußeren Elektrode vorgesehen ist.

Dabei kann die äußere Elektrode auch zur Mantelfläche eines regelmäßigen n-seitigen Prismas entartet sein, wobei n zweckmäßig größer als drei ist. Vorzugsweise werden vier-, sechs- oder achteckige Prismenformen verwendet.

Eine vorzuziehende dritte Variante zur Erzeugung des elektrischen Feldes enthält ein Paar zueinander paralleler ebener Elektroden, wobei wenigstens eine Elektrode des Paares, die mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle in Verbindung steht, perforiert ist und hinter dieser, lateral zur Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels ein Anschluss zur Vakuumpumpe angeordnet ist.

Vorzugsweise wird ein konstantes elektrisches Feld zwischen den Elektroden angelegt, indem zwischen der Gleichspannungsquelle und den Elektroden Kondensatoren zur Zwischenspeicherung der elektrischen Energie eingesetzt werden. Für alle vorgenannten Varianten zur Erzeugung des elektrischen Feldes ist es vorteilhaft, wenn mehrere Paare zueinander paralleler Elektroden vorhanden sind, wobei die Paare elektrisch voneinander isoliert, in Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels dicht aufeinanderfolgend aufgereiht und so angeordnet sind, dass die Elektroden der Paare, angepasst an den mit der Entfernung von der Strahlungsquelle zunehmenden Durchmesser des divergenten Strahlenbündels einen größeren Abstand zueinander aufweisen, und bei größerem Abstand eine höhere Spannung an die Elektroden angelegt ist, so dass der abstandsbedingte Verlust an elektrischer Feldstärke weitgehend kompensiert wird.

Um eine effektive Gasströmung zwischen den Elektroden eines Paares zu erzeugen, sind zweckmäßig beide Elektroden perforiert und je Elektrodenpaar ist eine separate Gaszufuhreinrichtung vorhanden, wobei die Gaszufuhreinrichtung von einer Gassteuereinheit in Abhängigkeit vom (unterschiedlichen) Abstand zwischen den Elektrodenpaaren gesteuert wird.

Zur beschleunigten lateralen Ablenkung geladener Teilchen wird vorteilhaft zusätzlich zum elektrischen Feld ein zur mittleren Achse des Strahlungsbündels und zur Richtung des elektrischen Feldes orthogonales Magnetfeld unmittelbar der Austrittsöffnung der Strahlungsquelle nachgeordnet, so dass elektrische und magnetische Kräfte geladene Teilchen in dieselbe Richtung ablenken.

Für beliebige der oben beschriebenen Formen von Elektrodenpaaren ist es zur Erzeugung einer effektiven Gasströmung vorteilhaft, wenn beide Elektroden eines Paares perforiert sind, wobei hinter der positiven Elektrode eine Gaszufuhreinrichtung und hinter der negativen Elektrode eine Vakuumpumpe angeschlossen sind. Dabei sind beide Elektroden zweckmäßig gitterförmig ausgeführt. Vorzugsweise werden gelochte Bleche als Elektroden eingesetzt.

Dabei wird zur Erzeugung einer Gasströmung über die Gaszufuhreinrichtung durch die positive Elektrode vorzugsweise Wasserstoff oder Deuterium zugeführt, wobei wegen der hohen Transparenz des Wasserstoffs die Transmission der Strahlung durch die Gasströmung kaum beeinträchtigt wird.

Zur Erzeugung der Gasströmung können auch zweckmäßig Edelgase, insbesondere Helium, Neon, Argon oder Krypton eingesetzt werden.

Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass ein unbeschränkter und ungeschwächter Austritt von weicher Röntgenstrahlung bei weitgehender Freiheit des austretenden Strahlenbündels von Debris nur durch „körperlose" Filter erreicht werden kann. Grundlage ist die Ablenkung geladener Teilchen mittels elektrischer oder/und magnetischer Felder unterstützt durch Gasströmungen, die auch neutrale Teilchen beeinflussen. Das erfindungsgemäße Debrisfilter besteht deshalb aus Paaren paralleler Elektroden, an die eine elektrische Spannung angelegt wird und zwischen denen in Richtung des sich ausbildenden elektrischen Feldes eine Teilchenströmung erzeugt wird, so dass geladene und ungeladene Teilchen wirkungsvoll aus dem Strahlungsbündel abgelenkt und abgesaugt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die Elektrodenpaare kaskadenartig so angeordnet, dass sich deren Abstand mit der Entfernung von der Quelle vergrößert, wie es durch den Öffnungswinkel der emittierten Strahlung bzw. durch die nachfolgende Kollektoroptik vorgegeben wird. Elektrische (und ggf. magnetische) Kräfte sowie ein Druckgradient zwingen die Teilchen, die aus dem Plasma emittiert werden, ihre Flugrichtung zu ändern, so dass diese die empfindliche Kollektoroptik nicht erreichen können.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, bei plasmagekoppelten Strahlungsquellen, insbesondere EUV-Strahlungsquellen, eine zuverlässige Filterung (Ablenkung) geladener und ungeladener Teilchen zu erreichen, ohne eine wesentliche Transmissionsverringerung oder eine Beschränkung des nutzbaren Raumwinkels der Strahlungsquelle zu verursachen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:
1: eine Schnittdarstellung einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung (Debris-Filter) an der Austrittsöffnung einer EUV-Strahlungsquelle,
2: eine weitere Gestaltung eines Debris-Filters in konzentrischer Geometrie,
3: eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung in einer kaskadenartigen Anordnung von ebenen Elektrodenpaaren mit Gasströmung und dazu senkrechtem Magnetfeld.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht in ihrem Grundaufbau – wie in 1 schematisch als Schnittzeichnung dargestellt – aus einer plasmagekoppelten Strahlungsquelle 1, vorzugsweise – jedoch ohne Beschränkung der Allgemeinheit – einer EUV-Strahlungsquelle mit einer Vakuumkammer 11 zur Erzeugung eines Plasmas 12 (z.B. z-Pinch) und einer Austrittsöffnung 13, von der der Raumwinkel eines durch das Plasma 12 generierten, divergierenden Strahlenbündels 14 vorgegeben ist, wenigstens einem Elektrodenpaar 2 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes sowie einer Gassenke in Form einer Vakuumeinheit 4.
Die so konzipierte Debris-Filter-Anordnung wird zwischen der Strahlungsquelle 1 und einer ersten Kollektoroptik des Anwendungsgerätes (z.B. einer Lithographiestation in der Herstellungslinie für Halbleiterchips) installiert. Der Aufbau erlaubt den Einsatz sowohl an Strahlungsquellen, die auf einer Gasentladung beruhen, als auch an Strahlungsquellen mit laserinduziertem Plasma.
Die in 1 dargestellte Anordnung ist im Wesentlichen als eine erste Ausführungsform zylindersymmetrisch. Dabei ist eine äußere Elektrode als ein zylindrisches Rohr 21 ausgeführt, worin eine zweite zentrale Elektrode konzentrisch in Form einer perforierten dünnen Röhre 22 angeordnet ist. Das äußere zylindrische Rohr 21 ist zur Erzeugung des gewünschten elektrischen Feldes an den positiven Pol und die dünne perforierte zentrale Röhre 22 an den negativen Pol einer Spannungsquelle 3 angeschlossen. Während die zentrale Röhre 22 einen ausreichend großen Abstand zu Gehäuseteilen der Strahlungsquelle 1 aufweist, ist das äußere Rohr 21 durch geeignete Isolatoren 23 elektrisch abgeschirmt, um den Abstand gering zu halten, falls die Strahlungsquelle 1 im Bereich der Austrittsöffnung 13 selbst hochspannungsführende Teile aufweist.
Die perforierte zentrale Röhre 22 ist außerdem mit einem Vakuumsystem 4 verbunden, das alle diejenigen Teilchen absaugt, die in die Röhre 22 gelangen. Dabei werden positiv geladene Teilchen durch die Wirkung des elektrischen Feldes zwischen äußerem Rohr 21 und zentraler Röhre 22 radial in Richtung der Röhre 22 beschleunigt, dort neutralisiert und anschließend abgesaugt. Außerdem werden durch die Sogwirkung der Vakuumeinheit 4 auch ungeladene Teilchen in die Röhre 22 gezogen und abgesaugt. Die Wirkungsweise kann zusätzlich mit Hilfe einer Gasströmung, wie weiter unten beschrieben, unterstützt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 2 dargestellt. Diese Ausgestaltung weist grundsätzlich gleiche geometrische Verhältnisse wie die in 1 gezeigte Variante auf, nur dass die funktionelle Wirkung des Elektrodenpaares 2 geändert (getauscht) ist. Die äußere Elektrode ist in diesem Beispiel als perforiertes Rohr 24 mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 3 verbunden und die zentrale Elektrode ist in Form eines dünnen Stabes 25 ausgeführt, der mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 3 in Verbindung steht. In diesem Fall werden positiv geladene Teilchen radial nach außen beschleunigt, am Material des perforierten Rohres 24 neutralisiert und anschließend nach außen mittels der Vakuumeinheit 4 abgepumpt.
Der dünne Stab 25 kann auch als Draht oder als dünnes Röhrchen ausgebildet sein. In letzterem Fall bietet sich, wenn das Röhrchen 22 (wie in 1 dargestellt) perforiert ist, eine zusätzliche Gaszuführung (in 2 nicht gezeigt) durch die zentrale Elektrode an, so dass der vorhandene Teilchenstrom, der durch das elektrische Feld und die Absaugung mittels der Vakuumeinheit 4 in radialer Richtung nach außen verursacht wird, durch eine Gaseinleitung, wie im nachfolgenden dritten Beispiel ausführlich erläutert, noch verstärkt wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für das erfindungsgemäße Debris-Filter ist in 3 dargestellt. Hier sind der Austrittsöffnung 13 der Strahlungsquelle 1 mehrere parallele plattenförmige Elektrodenpaare 2 von positiven Elektroden 26 und negativen Elektroden 27 derart nachgeordnet, dass der Abstand zwischen den Elektroden 26 und 27 jedes Elektrodenpaares 2 mit zunehmender Entfernung von der Strahlungsquelle 1 größer wird. Der zunehmende Abstand wird durch den nutzbaren Raumwinkel des emittierten Strahlenbündels 14 definiert. Die Oberfläche der Elektrodenpaare 2 nimmt, angepasst an das von der Strahlungsquelle 1 emittierte (kegelförmig divergente) Strahlungsbündel 14, ebenfalls mit der Entfernung von der Strahlungsquelle 1 zu. Die Elektroden 26 und 27 jedes Elektrodenpaares 2 bestehen aus gleichgroßen rechteckigen oder trapezförmigen Platten, die perforiert sind. Dabei sind engmaschige Gitter ebenso geeignet wie gelochte Bleche, um eine Gasströmung durch die Elektroden 26 und 27 zu ermöglichen.
Ein Gasstrom durchfließt das Strahlenbündel 14 von den positiven Elektroden 26 zu den negativen Elektroden 27 und durch dieselben hindurch. Dazu ist an die positiven Elektroden 26 eine Gaszufuhreinrichtung 5 angeschlossen, während an die negativen Elektroden 27 eine Vakuumeinheit 4 angeschlossen ist. Diese Anordnung zwingt sowohl positiv geladene als auch neutrale Teilchen auf Bahnen, die in Richtung der Vakuumeinheit 4 gerichtet sind.
Das elektrische Feld wird zwischen den Elektrodenpaaren 2 durch Verwendung eines Vielfach-Gleichstrom-Netzgerätes als Spannungsquelle 3 erzeugt und lenkt geladene Teilchen von ihrer ursprünglich geraden Flugbahn ab.
Die Verwendung eines zusätzlichen magnetischen Feldes B ist vorteilhaft zur Ablenkung von hochenergetischen, schnellen Teilchen. Die Richtung des Magnetfeldes B ist dabei so gerichtet, dass sich elektrische und magnetische Kräfte ergänzen und gleiche Wirkungsrichtung auf geladene Teilchen ausüben. D.h. das Magnetfeld B ist – wie in 3 durch den Kreis mit Punkt stilisiert eingezeichnet – orthogonal zur Achse 15 des emittierten Strahlenbündels 14 und orthogonal zur Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet und durchstößt die Zeichenebene von unten nach oben.
Das Debris-Filter besteht also in dieser Ausführungsform aus mehreren Elektrodenpaaren 2, die eine kaskadenartige Anordnung von parallelen gitterförmigen Elektroden 26 und 27 enthält und an eine Vakuumeinheit 4 und eine Gaszufuhreinrichtung 5 angeschlossen sind. Jedes Elektrodenpaar 2 ist dazu elektrisch von den benachbarten Elektrodenpaaren 2 durch Isolatoren 28 getrennt und ebenfalls isoliert zur Strahlungsquelle 1 durch die bereits in den vorherigen Beispielen erwähnten Isolatoren 23.
Der Abstand zwischen den Elektroden 26 und 27 nimmt mit zunehmender Entfernung zur Strahlungsquelle 1 zu und wird praktisch durch den (von der Austrittsöffnung 13 der Strahlungsquelle 1 vorgegebenen) Öffnungswinkel oder durch den Akzeptanzwinkel des folgenden optischen Elements (Kollektoroptik) definiert. Die Oberfläche der angeordneten Elektrodenpaare 2 vergrößert sich ebenfalls mit zunehmender Entfernung von der Strahlungsquelle 1 soweit, dass die Abmessungen der senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden Kanten der ebenen Elektroden 26 und 27, die von der Strahlungsquelle 1 am weitesten entfernt sind, den Querschnitt des Strahlenbündels 14 in der jeweiligen Endposition des Elektrodenpaares 2 stets überschreitet.
Der Durchfluss des Gases wird von einer Gaszufuhreinrichtung 5 und durch eine Gassteuereinheit 51 (regelbares Ventil) für jedes Elektrodenpaar 2 unabhängig geregelt. Der optimale Gasfluss wird durch die Gasart, die Weglänge der emittierten Strahlung und die erforderliche Transmission der Gasphase bestimmt.
Die Gaseinlässe 52 sind mit den positiven Elektroden 26 und Gasauslässe 53 mit den negativen Elektroden 27 verbunden, wobei die Elektroden 26 und 27 ihrerseits von einem Vielfach-Gleichstrom-Netzgerät als Spannungsquelle 3 gespeist werden. Diese Anordnung erlaubt den Aufbau eines nahezu homogenen elektrischen Feldes innerhalb der kaskadenartigen Elektrodenanordnung. Zusätzliche magnetische Felder führen zu einer ergänzenden Kraftwirkung speziell auf geladene Teilchen. Die Richtung des Magnetfeldes B wird so gewählt, dass sich die magnetischen Kräfte und die elektrischen Kräfte addieren. In der vorgeschlagenen Version sind alle Kräfte in Richtung der an die Gasauslässe 53 angeschlossenen Vakuumeinheit 4 gerichtet.
Auf das Debris, das aus neutralen und geladenen Teilchen besteht und mit der gewünschten EUV-Strahlung die Austrittsöffnung 13 der Strahlungsquelle 1 verlässt, wirken gleichzeitig zwei Kräfte. Diese Kräfte zwingen die geladenen Teilchen, ihre Bewegungsrichtung zu ändern. Zum Einen werden Teilchen aufgrund des Druckgefälles zwischen Gaseinlass 52 und Gasauslass 53 in Richtung des Anschlusses der Vakuumeinheit 4 beschleunigt. Positiv geladene Teilchen erfahren zusätzlich eine Beschleunigung durch elektrische und magnetische Kräfte in die gleiche Richtung.
In der Ausführung gemäß 3 besteht das Debris-Filter z.B. aus vier Elektrodenpaaren 2 von positiven und negativen Elektroden 26 und 27. Darin können für die Ablenkung eines einfach geladenen Xenon-Ions (wie es beispielsweise aus dem Plasma 12 auf Basis einer Xenon-Gasentladung austritt) mit einer Geschwindigkeit von 10⁶ cm/s (typische Geschwindigkeit) auf einer Wegstrecke von 11 cm die erforderlichen Spannungen zu 0,4 kV, 0,8 kV, 1,3 kV und 2 kV eingestellt werden, damit die Teilchen um 107 Grad abgelenkt werden und das Strahlenbündel 14 verlassen. Die Spannungen sind für mehrfach ionisierte Teilchen natürlich ebenfalls ausreichend, da letztere aufgrund ihrer höheren Ladung stärker abgelenkt werden.
Ein Magnetfeld B mit einer magnetischen Induktion von mehreren 10^–2 Tesla ist ausreichend für die Ablenkung von geladenen Teilchen mit hohen Geschwindigkeiten, wobei die magnetischen Kräfte dann von vergleichbarer Stärke wie die elektrischen Kräfte sind.
Aufgrund der erwarteten Teilchenanzahl kann abgeschätzt werden, dass der elektrische Strom durch die Teilchen während eines Impulses einige 10 Ampere zwischen den Elektroden 26 und 27 betragen kann. Daher sind für die Spannungsversorgung der Elektrodenpaare 2 Kondensatoren (nicht dargestellt) vorzusehen, um die Ladung zwischenspeichern zu können. Die Entladung erfolgt dann über den Teilchenstrom während der gepulsten Plasmaerzeugung in einem Zeitraum von typischerweise 100 ns. Anschließend werden die Kondensatoren wieder aufgeladen, was zwischen den Impulsen einige 100 μs dauern kann (z.B. 200 μs bei 5 kHz Wiederholrate).
Es sind weitere Gestaltungsvarianten der Erfindung möglich, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Ausgegangen wurde in den vorhergehend beschriebenen Beispielen von Elektrodenkonfigurationen, die exakt parallele Oberflächen aufweisen und von denen wenigstens eine Elektrode perforiert ist, um einen Druckgradienten zu erzeugen. Dabei sind beliebige Abwandlungen von der zylindrischen Elektrodenform bis zu n-seitigen Prismen sowie für die ebene Elektrodenform Trapeze und gerundete Flächen gleichfalls klar als zur erfindungsgemäßen Lehre gehörig zu verstehen, solange eine Ablenkung geladener Teilchen durch die Wirkung eines elektrischen Feldes und ungeladener Teilchen durch ein Druckgefälle realisiert wird. Insbesondere sollen „Kaskaden" von nicht ebenen Elektrodenpaarungen, die nicht ausdrücklich beschrieben sind, mit oder ohne Unterstützung durch eine Gaszuführung als zur Erfindung gehörig verstanden werden.

1: Strahlungsquelle
11: Vakuumkammer
12: Plasma
13: Austrittsöffnung
14: Strahlenbündel
15: Achse
2: Elektrodenpaar
21: Rohr
22: Röhre
23: Isolatoren
24: perforiertes Rohr
25: Stab
26: positive Elektroden
27: negative Elektroden
28: Isolatoren
3: Spannungsquelle
4: Vakuumeinheit
5: Gaszufuhreinrichtung
51: Gassteuereinheit
52: Gaseinlässe
53: Gasauslässe

Claims

Anordnung zur Unterdrückung von Teilchenemission bei einer Strahlungserzeugung auf Basis eines heißen Plasmas, insbesondere bei EUV-Strahlungserzeugung, bei der zur Erzeugung des Plasmas (12) eine Vakuumkammer (11) vorhanden ist, die eine Austrittsöffnung zum Abstrahlen der generierten Strahlung aus der Vakuumkammer (11) heraus in einen definierten Raumwinkel aufweist, wobei der Austrittsöffnung (13) ein elektrisches Feld zum Ablenken von geladenen Teilchen aus dem definierten Raumwinkel nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Erzeugung des elektrischen Feldes wenigstens ein mit einer Gleichspannungsquelle (3) verbundenes Elektrodenpaar (2) derart angeordnet ist, dass das elektrische Feld orthogonal zur mittleren Ausbreitungsrichtung (15) eines im definierten Raumwinkel austretenden divergenten Strahlenbündels (14) ausgerichtet ist, und – Mittel (4) zur Erzeugung einer Gassenke, wodurch ein resultierender Teilchenstrom parallel zur Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet ist, ebenfalls der Austrittsöffnung (13) der Vakuumkammer (11) nachgeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrodenpaar (2) zur Erzeugung des elektrischen Feldes Elektroden (21, 22; 24, 25; 26, 27) mit zueinander parallelen Oberflächen aufweist, wobei die Elektroden (21, 22; 24, 25; 26, 27) mit unterschiedlichen Polen einer Gleichspannungsquelle (3) in Verbindung stehen und parallel zu einer mittleren Achse (15) des Strahlenbündels (14) so positioniert sind, dass das Strahlenbündel (14), ohne beschnitten zu werden, so eng wie möglich von den Elektroden (21, 22; 24, 25; 26, 27) eingeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektrischen Feldes die zwei Elektroden (21, 22) als konzentrische Zylindermantelflächen ausgeführt sind, wobei – eine zentrale Elektrode entlang der Achse (15) des austretenden Strahlenbündels (14) angeordnet ist, die als dünne perforierte Röhre (22) ausgebildet und mit einem Anschluss an eine Vakuumeinheit (4) versehen ist und mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle in Verbindung steht, und – eine äußere Elektrode um das austretende Strahlenbündel (14) herum angeordnet ist, die als konzentrisch zur dünnen Röhre (22) ausgerichtetes Rohr (21) ausgeführt und mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle (3) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektrischen Feldes die zwei Elektroden (24, 25) als konzentrische Zylindermantelflächen ausgeführt sind, wobei – eine zentrale Elektrode als dünner Stab (25) entlang der Achse (15) des austretenden Strahlenbündels (14) angeordnet ist und mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle (3) in Verbindung steht, – eine äußere Elektrode um das austretende Strahlenbündel (14) herum angeordnet ist, die als konzentrisch zum dünnen Stab (25) ausgerichtetes perforiertes Rohr (24) ausgeführt ist und – eine Vakuumeinheit (4) zur Evakuierung des Raumes außerhalb der perforierten Rohres (24) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Elektrode (21; 24) zu einer Mantelfläche eines n-seitigen Prismas, vorzugsweise mit n ≥ 4, entartet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektrischen Feldes mindestens ein Elektrodenpaar (2) mit zueinander parallelen ebenen Elektroden (26, 27) vorhanden ist, wobei wenigstens eine Elektrode (27) des Elektrodenpaares (2), die mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle (3) in Verbindung steht, perforiert ist und hinter dieser, lateral zur Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels (14) ein Anschluss zu einer Vakuumeinheit (4) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektrischen Feldes eine Vielzahl von Elektrodenpaaren (2) mit zueinander parallelen Elektroden (21, 22; 24, 25; 26, 27) vorhanden ist, wobei die Elektrodenpaare (2) elektrisch voneinander isoliert und in Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels (14) dicht aufeinanderfolgend aufgereiht und so angeordnet sind, dass die Elektroden (21, 22; 24, 25; 26, 27) der Elektrodenpaare (2) zueinander einen zunehmend größeren Abstand, der an den mit der Entfernung von der Strahlungsquelle (1) zunehmenden Durchmesser des Strahlenbündels (14) angepasst ist, aufweisen, und bei größerem Abstand eine höhere Spannung an die Elektroden (21, 22; 24, 25; 26, 27) angelegt ist, so dass der abstandsbedingte Verlust an elektrischer Feldstärke weitgehend kompensiert wird.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer effektiven Gasströmung beide Elektroden (21, 22; 24, 25; 26, 27) eines Elektrodenpaares (2) perforiert sind und je Elektrodenpaar (2) eine separate Gaszufuhreinrichtung (5) vorhanden ist, wobei die Gaszufuhreinrichtung (5) von einer Gassteuereinheit (51) in Abhängigkeit von dem unterschiedlichen Abstand zwischen den Elektrodenpaaren (2) gesteuert wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur beschleunigten lateralen Ablenkung geladener Teilchen ein zur mittleren Achse (15) des Strahlungsbündels (14) und zur Richtung des elektrischen Feldes orthogonales Magnetfeld (B) unmittelbar der Austrittsöffnung (13) der Vakuumkammer (11) nachgeordnet ist, so dass elektrische und magnetische Kräfte geladene Teilchen in dieselbe Richtung ablenken.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer effektiven Gasströmung beide Elektroden (21, 22; 24, 25; 26, 27) eines Paares (2) perforiert sind und an der positiven Elektrode (21; 25; 26) eine Gaszufuhreinrichtung (5) und hinter der negativen Elektrode (22; 24; 27) eine Vakuumeinheit (4) angeschlossen sind.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden (26, 27) gitterförmig ausgeführt sind.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden (26, 27) gelochte Bleche sind.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhreinrichtung (5) zur Erzeugung einer hoch transparenten Gasströmung aus Wasserstoff oder Deuterium ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhreinrichtung (5) zur Erzeugung einer Gasströmung aus einem Edelgas, insbesondere Helium, Neon, Argon oder Krypton ausgebildet ist.