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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spülen eines Innenraums einer
optischen Einheit mit einem Gehäuse,
insbesondere eines Projektionsobjektives in der Mikrolithographie,
wobei Spülgas
in das Gehäuse
eingeführt
und durch wenigstens einen Spülgasauslass
entfernt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur
Durchführung
des Verfahrens zum Spülen
eines Innenraumes einer optischen Einheit.
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In
der
DE 103 02 665
A1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage beschrieben, in
der das Projektionsobjektiv und auch weitere Bereiche der Anlage mit
einem Spülgassystem
versehen sind. Insbesondere durch einen Spülgasstrom mit einem inerten Gas
durch das Projektionsobjektiv werden Verunreinigungen aus der Luft
vermieden.
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Die
Qualität
des Spülgases
spielt eine zentrale Rolle für
einen störungsfreien
Betrieb eines Projektionsobjektives. Mangelnde Gasqualität und/oder Verunreinigungen
in dem Spülgas
können
zu vermehrter Streulichtbildung und damit zu Verlusten in der Abbildungsqualität führen. Neben
unzulässigen Feuchtewerten
des Spülgases
können
auch Gase, die z.B. zu Ablagerungen auf Bauteilen, insbesondere
von Linsen und Spiegeln, führen,
die Qualität
beeinträchtigen.
Dies gilt z.B. für
Schwefeldioxid, Ammoniak oder Sauerstoff.
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Aus
dem Patent Abstract of Japan 2000124109 A ist es bereits bekannt
in einem Projektionsobjektiv mehrere Sensoren im Inneren des Objektivgehäuses anzuordnen,
die die Sauerstoffkonzentration detektieren.
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Aus
der
US 6,535,270 B1 ist
es bereits bekannt, in einem Reinraum, in welchem eine Projektionsbelichtungsanlage
angeordnet ist, an verschiedenen Stellen Sensoren vorzusehen, die
die Feuchtigkeit und gasförmige
Verunreinigungen, wie Ammoniak, Schwefeloxide und Ammoniumsulfat,
messen und schädliche
Bestandteile durch Filter entfernen.
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Auch
in der
US 6,295,121
B1 sind Sensoren zur Überwachung
von Spülgas
und zur Überprüfung der
Qualität
des Spülgases
beschrieben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren
zum Spülen
eines Innenraumes einer optischen Einheit, insbesondere eines Projektionsobjektives
in der Mikrolithographie, die Reinheit des Spülgases und das Vorhandensein oder
das Auftreten von schädlichen
Verunreinigungen präzise
und sehr schnell feststellen zu können.
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Der
Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
mit der die Reinheit des Spülgases
und Verunreinigungen detektiert werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einem Verfahren zum Spülen eines Innenraumes einer optischen
Einheit dadurch gelöst,
dass durch wenigstens eine im Bereich des Spülgasauslasses oder in einer
nachfolgenden Spülgasableitung
angeordnete Sensoreinheit die Reinheit des Spülgases und/oder für im Inneren
des Gehäuses
angeordnete Bauteile schädliche
Verunreinigungen im Spülgas
detektiert wird.
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Wenn
die Qualität
bzw. Reinheit des Spülgases,
z.B. eines Inertgases, wie z.B. Helium oder Stickstoff, bekannt
ist, kann durch eine Überwachung des
durch das Innere des Gehäuses,
z.B. des Objektivgehäuses
eines Projektionsobjektives, hindurchgeströmten Spülgases durch die am Spülgasauslass oder
in der nachfolgenden Spülgasableitung
angeordnete Sensoreinheit sehr schnell und damit sehr präzise festgestellt
werden, ob sich bei der Durchströmung
des Objektivgehäuses
Veränderungen
in der Qualität
bzw. der Zusammensetzung des Spülgases
ergeben haben. Veränderungen
können
sich z.B. durch Undichtigkeiten des Gehäuses oder auch durch Ausgasungen
von im Inneren des Gehäuses angeordneten
Bauteilen ergeben. Durch die erfindungsgemäße Lage der wenigstens einen
Sensoreinheit können
auf diese Weise Störungen
sehr schnell entdeckt werden, wodurch entsprechend schnell erforderliche
Gegenmaßnahmen
getroffen werden können.
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In
einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann vorgesehen sein, dass durch wenigstens eine zusätzlich in
einer Spülgaszuleitung
oder in einem Einlassbereich für das
Spülgas
angeordnete Sensoreinheit die Reinheit des Spülgases und/oder für im Innenraum
des Gehäuses
angeordnete Bauteile schädliche
Verunreinigungen im Spülgas
detektiert wird, und dass ein Ergebnisvergleich zwischen der wenigstens
einen im Einlassbereich oder der Spülgaszuleitung angeordneten
Sensoreinheit und der wenigstens einen im Bereich des Spülgasauslasses
oder in der nachfolgenden Spülgasableitung
angeordneten Sensoreinheit vorgenommen wird.
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Durch
die Lage der wenigstens einen zusätzlichen Sensoreinheit ist
eine noch genauere Detektierung möglich, denn auf diese Weise
können
exakt die Unterschiede im Spülgasstrom
zwischen der Einlassseite und der Auslassseite detektiert werden. Dies
wird durch einen Vergleich der jeweiligen Konzentrationen möglich. Insbesondere
lassen sich damit auch sehr kleine Undichtigkeiten in dem Objektiv, z.B.
durch ein Auftreten von Bestandteilen aus der Luft im Auslassbereich
oder in der nachfolgenden Spülgasauleitung
feststellen. Wenn Spülgas
im Kreislauf geführt
wird, lässt
sich auf diese Weise gleichzeitig auch feststellen, ob in dem Spülgaskreislauf,
insbesondere der Spülgaskreislaufleitung
oder den dazugehörigen
Teilen, die für
den Spülgaskreislauf
erforderlich sind, wie z.B. Umwälzpumpen,
Undichtigkeiten oder Ausgasungen auftreten, denn in diesem Fall ändert sich
plötzlich
die Spülgasqualität bzw. Zusammensetzung
des Spülgases
am Einlass der optischen Einheit, was durch die dort angeordnete,
erfindungsgemäß wenigstens
eine Sensoreinheit festgestellt werden kann. Hierzu ist es lediglich
erforderlich, in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
die von den Sensoreinheiten er mittelten Werte in einer Speichereinheit
zu hinterlegen und die Werte dann zu vergleichen und bei Bedarf
auszulesen, wobei bei Überwachung
des Spülgases
mit einer entsprechenden Aufzeichnung als Funktion der Zeit Veränderungen
im Spülgasstrom
während
der Betriebszeit der optischen Elemente präzise und schnell detektiert
werden können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich im
Bedarfsfalle auch für
mehrere optische Einheiten, wie z.B. Projektionsobjektive oder auch
andere Beleuchtungssysteme einsetzen, wozu z.B. eine zentrale Überwachungseinheit
vorgesehen werden kann, in der alle erhaltenen Werte der Sensoreinheiten
eingegeben werden.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Durchführung
des Verfahrens sind entsprechend im Bereich des Spülgaseinlasses
und im Bereich des Spülgasauslasses
jeweils ein oder mehrere Sensoreinheiten vorgesehen. Die Verwendung
von elektronischen Sensoreinheiten bietet den Vorteil, dass die Daten
digital erzeugt und auf diese Weise in einer Speichereinheit hinterlegt
werden können,
worin sie dann bei Bedarf, z.B. vom Service oder bei Kundenreklamation
entsprechend ausgelesen werden können.
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Als
Sensoreinheiten können
verschiedene bekannte Sensoren, wie z.B. zur Detektion von Feuchtigkeit,
Sauerstoff, Ammoniak, Stickstoff, Stickstoffverbindungen, Schwefeloxide
und weiterer Verunreinigungen entsprechend verwendet werden.
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Nachfolgend
ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
prinzipmäßig beschrieben.
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In
der einzigen Figur ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie
dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit
photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend
aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung
von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Computerchips.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentlichen
aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur
Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur
versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welches
die späteren
Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur
Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und
einer Abbildungseinrichtung, nämlich
einem Projektionsobjektiv 7, mit mehreren optischen Elementen,
wie z.B. Linsen 8, die über
Fassungen 9 in einem Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektives 7 gelagert
sind.
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Das
grundsätzliche
Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen
auf den Wafer 2 verkleinert abgebildet werden.
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Nach
einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in Pfeilrichtung
weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 2 eine Vielzahl
von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur,
belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des
Wafers 2 in der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird
diese häufig
auch als Stepper bezeichnet.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung
des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11,
beispielsweise Licht oder eine ähnliche
elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese
Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die
Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente
so geformt, dass der Projektionsstrahl 11 beim Auftreffen
auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich
Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen
aufweist.
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Über den
Projektionsstrahl 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt
und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert
auf den Wafer 2 übertragen,
wie bereits vorstehend erläutert
wurde. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von einzelnen
refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen,
wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen
auf.
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Der
Innenraum des Projektionsobjektives 7 wird mit inertem
Spülgas
durchströmt.
Insbesondere bei Projektionsobjektiven 7, bei denen mit
Wellenlängen
von 365 nm oder kürzer
gearbeitet wird, ist die Überwachung
des Spülgases,
insbesondere des Feuchtegehaltes von großer Bedeutung. Durch den Innenraum
des Objektivgehäuses 10 des
Projektionsobjektives 7 strömt ein inertes Spülgas von
einer Spülgaszuleitung 12 von
einem Einlassbereich in den Innenraum des Objektivgehäuses 10 und
verlässt
auf der gegenüberliegenden
Seite das Objektivgehäuse 10 durch
einen Spülgasauslass
in eine Spülgasableitung 13.
Die Richtung des Spülgasstromes,
das durch ein entsprechendes Druckgefälle in bekannter Weise erzeugt
wird, verläuft
dabei vorzugsweise in Strahlrichtung, um möglichst präzise und schnelle Ergebnisse
zu erhalten. Über
eine Spülgaskreislaufleitung 14 mit
einer Umwälzpumpe 15 kann
das Spülgas
im Kreislauf geführt
werden, wodurch sich eine Kosteneinsparung ergibt. Der Spülgaskreislauf
bzw. die Spülung
des Innenraums kann selbstverständlich
auch gegen die Strahlrichtung oder auch quer dazu erfolgen.
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Im
Bereich der Spülgasableitung 13 und
damit auf der der Einströmseite
gegenüberliegenden Seite
des Objektivgehäuses 10 befindet
sich wenigstens eine Sensoreinheit 16. Im Bereich der Spülgaszuleitung 12 befindet
sich am Einlass in das Projektionsobjektiv 7 wenigstens
eine weitere Sensoreinheit 17. Beide Sensoreneinheiten 16 und 17 sind
jeweils über
eine Steuerleitung 18a und 18b mit einer Speichereinheit 19 verbunden,
die wiederum mit einer nicht näher
dargestellten Auswerte- und Ausleseeinheit 20 verbunden
ist.
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Die
beiden Sensoreinheiten 16 und 17 sind nur prinzipmäßig dargestellt.
Sie können
selbstverständlich
auf verschiedene Weise ausgestaltet sein und auch aus mehreren Einzelsensoren
bestehen, um entsprechend unterschiedliche Verunreinigungen und
auch den Feuchtegehalt des Spülgases
detektieren zu können.
Die beiden Sensoreinheiten 16 und 17 müssen auch
nicht im Innenraum des Objektivgehäuses 10 angeordnet
sein, sondern können
selbstverständlich
auch in der Spülgaskreislaufleitung 14 angeordnet
sein. Eine Anordnung außerhalb
des Projektionsobjektives 7 hat den Vorteil, dass die Sensoreinheiten – falls
erforderlich – ohne
Störung
des Betriebes der Projektionsbelichtungsanlage auf einfache Weise
ausgetauscht werden können.
Um jedoch im Innenraum des Objektivgehäuses 10 "erstmalig" auftretende Veränderungen
des Spülgasstromes
präzise
erfassen zu können,
sollten sie jedoch jeweils im näheren
Bereich des Objektivgehäuses 10 in
der Spülgaszuleitung 12 und
der Spülgasableitung 13 angeordnet
sein, wie dies als Alternativen in der Figur gestrichelt dargestellt
ist.
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Mit
der dargestellten Vorrichtung lässt
sich sehr präzise
und schnell die Qualität
des Spülgasstromes
und eventuelle darin auftretende Veränderungen erfassen. Dies erfolgt
in der Speichereinheit 19 und der Auswerte- und Ausleseeinheit 20.
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Nach
Feststellung einer Störung
und deren Auswertung können
bei Bedarf verschiedene Aktionen gestartet werden, wie z.B. ein
Stillstand der Projektionsbelichtungsanlage, die Zuführung von
Notgas für
Spülung
oder die Aktivierung von Filter.
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Die
dargestellte Vorrichtung und das Verfahren kann auch zur Überwachung
von mehreren Projektionsobjektiven oder auch der Beleuchtungseinrichtung 3,
ebenso wie für
andere optische Einheiten die von Spülgas durchströmt werden,
verwendet werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Speichereinheiten 19 als
zentrale Überwachungseinheit
auszubilden und entsprechend weitere Steuerleitungen für Sensoreinheiten
vorzusehen, die in anderen Projektionsobjektiven und/oder Beleuchtungseinrichtungen
angeordnet sind, wie dies in der Figur gestrichelt dargestellt ist.
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Die
in die Speichereinheit 19 und die Auswerte- und Ausleseeinheit 20 eingelesenen
Daten können
z.B. auch als Funktion der Zeit gemessen werden. Dies bedeutet,
die Aufzeichnung der Daten während
der Betriebszeit einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv
ermöglicht
auf diese Weise systematische Änderungen
der Konzentrationen im Spülgasstrom,
den Einfluss auftretender Undichtigkeiten oder eine fehlerhafte
Bedienung auch im nachhinein feststellen bzw. nachweisen zu können.
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Grundsätzlich ist
dieses Mess- und Aufzeichnungsverfahren unabhängig von dem Standort der Sensoren
möglich.