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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen eines Fluids zu einem Subsystem einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
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Subsysteme in Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere in Lithographieobjektiven und Beleuchtungssystemen werden vielfach mittels eines strömenden Fluids, beispielsweise Wasser, gekühlt. Allerdings erzeugt das strömende Fluid dynamische Anregungen an optischen Komponenten, die die Abbildungsqualität negativ beeinflussen. So erzeugen beispielsweise die verwendeten Pumpen Druckstöße bzw. Schwingungen in dem jeweiligen Fluid, welche sich ohne entsprechende Gegenmaßnahmen bis hin den zu kühlenden Subsystemen fortpflanzen. Dies führt zu der Anforderung, dass die verwendeten Pumpen mechanisch aufwendig entkoppelt werden müssen, ohne dass es zu wesentlichen Einbußen an Druck oder Durchfluss kommen darf. Darüber hinaus ist es erforderlich, die Zuleitungen zwischen der Pumpe und den zu kühlenden Subsystemen so auszugestalten, dass auf dem Weg zwischen der Pumpe und den Subsystemen keine Turbulenzen in dem verwendeten Fluid entstehen, welche zusätzliche mechanische Anregungen verursachen könnten.
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Nach dem Stand der Technik ist es deswegen erforderlich, die Zuleitung des Fluids in der Weise zu legen, dass aufgrund der Geometrie der Zuleitung keine zusätzlichen Turbulenzen entstehen; dies führt jedoch zu erheblichen Restriktionen bei der Konstruktion der zu kühlenden Systeme bzw. der Zuleitungen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, durch welche Verwirbelungen bzw. Turbulenzen eines temperierenden Fluids für ein Subsystem einer Projektionsbelichtungsanlage wirksam unterbunden bzw. verringert werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie ein Verfahren mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zuführen eines Fluids zu einem Subsystem einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie zeigt eine Fluidquelle und eine mit der Fluidquelle verbundene Fluidleitung zum Transport des Fluids von der Fluidquelle zu dem Subsystem. Dabei weist die Fluidleitung eine Engstelle zur mindestens teilweisen fluidmechanischen Entstörung des strömenden Fluids auf.
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Unter fluidmechanischer Entstörung ist in diesem Zusammenhang eine Reduzierung von Druckstößen oder auch Turbulenzen in dem strömenden Fluid zu verstehen.
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Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um ein Gas handeln. Die Wirkung der genannten Engstelle bei einem Gas als Fluid besteht insbesondere in der starken Druckminderung, die nach der Engstelle auftritt. An der Engstelle können bei entsprechender geometrischer Auslegung und bei einem passenden Druckverhältnis von Eingangsseite zu Ausgangsseite Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Schallgeschwindigkeit auftreten, so dass die Engstelle in der Art einer Lavaldüse wirkt.
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Nach der Engstelle kommt es bei kompressiblen Fluiden (z.B. Gasen) zu einer starken Volumenvergrößerung. Dies ergibt sich auch aus dem p-V-Diagramm, wobei der Verlauf der Kurve für adiabatische Gase als etwa hyperbelförmig angenommen wurde. Die Volumenänderung führt schließlich zu einer Dichteänderung des Gases. Es liegt nach der Engstelle bei konstantem Massenstrom eine im Vergleich zur Eingangsseite geringere Dichte des Fluids vor, wodurch sich die Reynoldszahl reduziert. Neben einer schnellen Ausbreitung in Strömungsrichtung lässt sich aufgrund der starken Volumenänderung auch eine Ausbreitung des kompressiblen Fluids quer zur Strömungsrichtung ableiten. Insgesamt besteht die Wirkung der Engstelle dabei darin, dass eventuell vorhandene Turbulenzen im Fluidstrom nach der Engstelle aufgrund des oben beschriebenen Mechanismus reduziert sind und damit mechanische Störungen, die zu einer Verschlechterung der Abbildungsqualität führen könnten, wirksam vermindert werden.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es sich bei dem Fluid um eine Flüssigkeit handeln.
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Insgesamt kann als Fluid also sowohl ein Gas als auch eine Flüssigkeit zur Anwendung kommen. Dabei kann für jeden der beiden genannten Fälle das Fluid zur Temperierung des Subsystems oder auch unmittelbar zur Einstellung optischer Eigenschaften verwendet werden. Auch Kombinationen der unterschiedlichen Arten und Anwendungen des Fluids sind denkbar.
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Die oben geschilderten Maßnahmen haben die Wirkung, dass beispielsweise die Druckstöße der verwendeten Pumpe oder auch Verwirbelungen bzw. Turbulenzen, welche auf die bis dahin passierte Leitungsstrecke zurückgehen verringert bzw. vollständig aus dem Strömungsfeld eliminiert werden. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, günstigere Pumpen, welche beispielsweise ohne Druckschwankungsentkopplungen ausgeführt sein können, zu verwenden. Ferner kann bis zu der genannten Engstelle die Zuleitung geometrisch praktisch beliebig ausgeführt werden, so dass sich erweiterte Möglichkeiten der konstruktiven Ausführung des Kühl- bzw. Temperiersystems beispielsweise einer Projektionsbelichtungsanlage ergeben.
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Für eine gezielte Steuerung des Durchflusses können mehrere gegebenenfalls unterschiedlich ausgestaltete Engstellen parallel oder auch seriell verwendet werden.
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Als mögliche Anwendung ist beispielsweise der Fall denkbar, dass es sich bei dem Subsystem um ein optisches Korrekturelement handelt. Ein derartiges Korrekturelement ist bspw. in der internationalen Patentanmeldung
WO 2009/026970 , welche hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich mit aufgenommen wird, beschrieben. In der genannten Schrift wird insbesondere in den
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40 ein Korrekturelement offenbart, bei welchem zwischen zwei plattenförmigen Elementen ein Gasstrom geführt wird, welcher Wärme aus den Elementen abtransportiert. Für einen störungsfreien Betrieb des Korrekturelementes ist es vorteilhaft, wenn der Gasstrom möglichst als laminare Strömung, also weitgehend ohne turbulente Bereiche, ausgebildet ist. Dazu kann in einer bestimmten Entfernung stromaufwärts von dem optischen Korrekturelement die Engstelle angeordnet sein. Die Wirkung der Engstelle besteht nun darin, dass Turbulenzen, welche auf dem Weg des Gases in Richtung des Korrekturelementes durch die Leitung auftreten könnten, an der Engstelle durch den oben geschilderten Mechanismus reduziert werden können, so dass im Ergebnis eine weitgehend turbulenzfreie Strömung das optische Korrekturelement erreicht.
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Es ist auch denkbar, das oben genannte Korrekturelement anstatt mit einem Gas als Fluid mit einer Flüssigkeit wie beispielsweise im einfachsten Fall Wasser zu betreiben. Auch dieser Fall ist in der oben genannten internationalen Patentanmeldung adressiert. Hier kann die genannte Engstelle dazu verwendet werden, eventuelle Turbulenzen in einem bestimmten Abstand vor dem Eintritt der Flüssigkeit in das optische Korrekturelement zu verringern und auch in diesem Fall mechanische Schwingungen, welche von beschleunigten Bewegungen von Volumenelementen der Flüssigkeit herrühren könnten, weitgehend zu unterdrücken. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Engstelle in der Art einer Laval-Düse betrieben wird, das heißt, dass das strömende Medium kurz hinter der Engstelle beziehungsweise im Bereich der Engstelle zumindest abschnittsweise mit der Schallgeschwindigkeit des Mediums bzw. mit Überschallgeschwindigkeit strömt.
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Ferner kann es sich bei dem Subsystem um ein Reservoir einer Immersions-Lithographieanlage handeln. Eine derartige Anlage ist beispielsweise in der US-Patentanmeldung US 2005/0179877, deren Inhalt hiermit vollumfänglich in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird, beschrieben. Bei dem angesprochenen Reservoir handelt es sich um denjenigen Bereich zwischen dem letzten optischen Element des Projektionsobjektives und dem zu belichtenden Halbleiterwafer, in welchem sich die Immersionsflüssigkeit befindet. Die Immersionsflüssigkeit wird in dem in der genannten Schrift gezeigten Beispiel in horizontaler Richtung durch das Reservoir hindurch gepumpt. Sie dient neben ihrer unmittelbaren optischen Wirkung auch der Temperierung der Umgebung des letzten optischen Elements des Projektionsobjektives. Auch diesem Fall ist es von besonderer Bedeutung, dass die Immersionsflüssigkeit das Reservoir möglichst ohne turbulente Anteile oder Druckschwankungen passiert, um einerseits einen direkten mechanischen Einfluss der genannten Störungen auf die Anlage zu verringern und andererseits auch das strömende Medium optisch möglichst homogen zu halten, also beispielsweise die Bildung von Schlieren oder ähnlichem möglichst weitgehend zu unterdrücken. Auch in diesem geschilderten Fall kann die Engstelle als Laval-Düse betrieben werden.
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Daneben kann es sich bei dem Subsystem um eine optische Baugruppe einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage handeln. Bei der optischen Baugruppe kann es sich beispielsweise um einen Multilayer-Spiegel handeln, der mittels eines strömenden Mediums wie bspw. eines Gases oder einer Flüssigkeit temperiert, insbesondere gekühlt, wird. Daneben kann das strömende Medium auch dazu verwendet werden, die optischen Eigenschaften des Multilayer-Spiegels gegebenenfalls ortsaufgelöst gezielt einzustellen.
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Ebenso kann es sich bei der optischen Baugruppe um den Kollektorspiegel im Beleuchtungssystem der EUV-Projektionsbelichtungsanlage handeln. Dabei kann die Engstelle in der Zuleitung des Temperiermediums, welches zur Temperierung des Kollektorspiegels verwendet wird, angeordnet sein. Auch in diesem Fall wirkt sich die Engstelle positiv auf eine erwünschte Schwingungsentkopplung des Systems aus. Ein derartiger gekühlter Kollektorspiegel ist beispielsweise in der Internationalen Patentanmeldung
WO 2005/109104 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird, offenbart.
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Wird eine Laval-Düse mit Flüssigkeiten als strömenden Fluiden betrieben, so ist bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten sicherlich ein wesentlicher Aspekt die bei den hohen Strömungsgeschwindigkeiten potentiell auftretende Kavitation, die ganz wesentlich vom Dampfdruckverhalten der Flüssigkeit beeinflusst wird. Es ist unmittelbar einsichtig, dass der Flüssigkeitsdampfdruck sehr klein sein muss, um etwaige Kavitations-Probleme bei hohen Geschwindigkeiten zu vermeiden. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Ölen erreicht werden, so dass ein Betrieb der beschriebenen Vorrichtungen mit Öl das Realisieren erheblich höherer Strömungsgeschwindigkeiten erlaubt. Als zusätzliche Maßnahme zur Kavitationsverringerung könnte beispielsweise die Engstelle auf ein elektrisches Potential gelegt werden, so dass diese relativ zum strömenden Medium als geladen erscheint. Derartige Maßnahmen sind beispielsweise aus dem Schiffsbau bekannt.
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Ferner ist dafür Sorge zu tragen, dass Schwingungen, welche aus den angesprochenen im Bereich der Engstelle auftretenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten resultieren, mechanisch wirksam von den übrigen Komponenten des Systems entkoppelt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine erste exemplarische Ausführungsform der Erfindung;
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2 ein Beispiel für eine weitere Anwendung der Erfindung;
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3 eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung für Projektionsbelichtungsanlagen der EUV-Lithographie, und
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4 eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher die Erfindung bei einer Immersions-Projektionsbelichtungsanlage zum Einsatz kommt
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1 zeigt eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung, bei welcher es sich bei dem Subsystem um ein optisches Korrekturelement
1 im Sinne der bereits erwähnten internationalen Patentanmeldung
WO 2009/02697 handelt. Dabei zeigt das Korrekturelement
1 zwei optische Elemente
11 und
12, welche im vorliegenden Beispiel als planparallele Platten ausgeführt sind, zwischen welchen der durch den Pfeil
3 angedeutete Gasstrom hindurchgeführt wird. Die planparallelen Platten
11 und
12 können dabei mittels in der Figur nicht näher dargestellter Widerstandsheizelemente bereichsweise und ortsaufgelöst beheizt werden. Der Gasstrom dient in der gezeigten Ausführungsform zum Abführen von Wärme aus den optischen Elementen
11 und
12, um eine gewünschte Wärmeverteilung über den von der optischen Nutzstrahlung des übergeordneten optischen Systems durchtretenen Bereich hinweg einstellen zu können. Im vorliegenden Fall ist unter optischer Nutzstrahlung diejenige Strahlung zu verstehen, welche für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Halbleiterlithographie zur Belichtung von Halbleiterwafern, insbesondere zu deren Strukturierung verwendet wird. Dadurch, dass im Bereich der Zuleitung
4 zu dem optischen Korrekturelement
1 die Engstelle
5 in der gezeigten Form angeordnet ist, wird eine fluidmechanische Entstörung des Gasstroms erreicht, so dass der Gasstrom das optische Korrekturelement
1 praktisch turbulenzfrei durchtreten kann. Diese Maßnahme hat die Wirkung, dass mechanische Störungen, welche von dem Gasstrom herrühren könnten, unterdrückt werden und somit eine Verschlechterung der Abbildungsqualität der zugehörigen Projektionsbelichtungsanlage weitgehend vermieden wird. Bei dem gezeigten Fluidstrom muss es sich nicht notwendigerweise um einen Gasstrom handeln, auch die Verwendung eines Flüssigkeitsstroms ist denkbar.
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Der in
1 gezeigte Fluidstrom muss nicht notwendigerweise lediglich zur Kühlung verwendet werden. Es ist auch denkbar, über die Art oder auch den Druck des Fluids optische Eigenschaften des Korrekturelementes
1 einzustellen. In einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips kann die erfinderische Lösung auch in Kombination mit der in der Internationalen Patentanmeldung
WO 2007/039257 Vorrichtung zur Anwendung kommen. Dort werden die Eigenschaften eines optischen Filters mittels eines Fluids, welches sich insbesondere in Kanälen eines Hohlkörpers befindet, eingestellt. Auch hier kann zur mechanischen Entkopplung im Zuleitungsbereich des genannten Hohlkörpers die anhand der
1 bereits erläuterte Engstelle vorteilhaft eingesetzt werden.
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2 zeigt als Beispiel für eine weitere Anwendung der Erfindung grob schematisch einen Kollektorspiegel 6 eines Beleuchtungssystems, wie er üblicherweise in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage zur Anwendung kommt. Der Kollektorspiegel 6 wird in der Regel dazu verwendet, das von einer Plasma- oder Laserlichtquelle ausgehende Licht in einer ersten Stufe zu sammeln und in einer gewünschten Richtung auszurichten. Im gezeigten Beispiel weist der Kollektorspiegel 6 als Subsystem im Sinne der vorliegenden Anmeldung Spiegelschalen 7 auf, die in einer in der Figur nicht dargestellten speichenradartigen Struktur gehaltert sind. Eine Kühlung der Spiegelschalen kann wie gezeigt dadurch erfolgen, dass die Spiegelschalen mit einem gut wärmeleitenden Substrat ausgestattet sind, an dessen von der Spiegelschale abgewandter Seite ein von einem Kühlkanal 8 durchzogener Kühlkörper 9 angeordnet ist. Der Kühlkanal 8 wird im Betrieb der übergeordneten Anlage von einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder auch einem Gas, durchströmt. Mechanische Schwingungen oder Störungen, die durch das strömende Fluid in den Kollektorspiegel 6 eingetragen werden könnten, werden auch im hier gezeigten Beispiel dadurch wirksam verringert, dass sich in der Zuleitung zum Kühlkanal 8 eine Engstelle 5' befindet, die die bereits weiter vorne angesprochene entstörende Wirkung auf den Fluidstrom hat.
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In 3 ist eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung für Projektionsbelichtungsanlagen der EUV-Lithographie skizziert. Dabei wird ein Multilayer-Spiegel 10 als Subsystem im Sinne der vorliegenden Anmeldung, bei welchem eine reflektive Multilayer-Schicht 11 auf einem Substrat 12 angeordnet ist, mittels eines Kühlkörpers 13 temperiert. Der Kühlkörper 13 ist dabei von Kühlkanälen 14 durchzogen, welche mittels eines Zuflusses 15 mit einem Fluid 16 zur Temperierung des Multilayer-Spiegels 10 versorgt werden. Das Fluid 16 wird aus dem Kühlkörper 13 mittels eines Abflusses 17 abgeführt. Auch hier bewirkt eine an geeigneter Stelle im Zufluss 15 als Fluidleitung angeordnete Engstelle 5'' die bereits beschriebene Entstörung des Fluidstroms und damit eine Verbesserung der Abbildungsqualität des übergeordneten optischen Systems.
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4 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher die Erfindung in einer Immersions-Projektionsbelichtungsanlage zum Einsatz kommt. Eine derartige Anlage ist in der US-Patentanmeldung US 2005/0179877 offenbart, welche hiermit durch Bezugnahme vollständig in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird. Die dort gezeigte Vorrichtung zeigt ein Reservoir 20 für eine Immersionsflüssigkeit, das zwischen einem Dichtungselement 21, dem Projektionsobjektiv 22 selbst und einem Halbleitersubstrat 23 ausgebildet ist. Dabei wird das Reservoir 20 über Einlässe 24 und Auslässe 25 mit Immersionsflüssigkeit versorgt bzw. von der Immersionsflüssigkeit durchspült. Auch in diesem Beispiel kann eine fluidmechanisch beruhigte Durchströmung des Reservoirs 20 mit Immersionsflüssigkeit dadurch erreicht werden, dass wie gezeigt Engstellen 5''' im Bereich der Zuflüsse 24 der Immersionsflüssigkeit angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/026970 [0014]
- WO 2005/109104 [0018]
- WO 2009/02697 [0027]
- WO 2007/039257 [0028]
