CN1695094A - 用于密封投影照明设备的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种投影照明系统(1)，所述系统包括照明装置(3)、分划板(5)、投影透镜(7)和像平面。在各个元件之间的周围区域中设置开放空间。惰性气体或氮气流经的气体分配器(8，8′)被设置在至少一个所述开放空间中。选择气体分配器(8，8′)形状和尺寸，使得一个或多个开放空间相对于投影照明系统(1)周围的区域至少基本上能够被密封住。

Description

用于密封投影照明设备的装置
本发明涉及一种密封投影照明设备的装置，所述投影照明设备具有照明系统、分划板、投影物镜和像平面，且该设备的各个元件之间的缝隙空间对于环境空间来说是开放的。
这种类型的装置已经在欧洲专利EP 0 886 184中被公开过，所述专利描述的是一种布置在晶片和光学元件之间的真空操作装置。这种装置的中心具有一个场照明开口，从而留给镜头表面一个很小的上部缝隙，留给晶片表面另一个很小的缝隙。气流被引入装置的上方和下方，再从装置内通过狭槽形的开口排出。结果是，能从镜头表面上除去污染物，尤其是粉尘颗粒。
本发明的目标是提供一种装置，所述装置可被布置在投影设备的关键区域中，但其既不会吸收大部分那些区域中的辐射，也不会干扰那些区域中的辐射。
根据本发明，实现上述目标的方法是通过在至少一个缝隙空间中布置含有氮气或惰性气体流的气体净化装置，其中所述气体净化装置具有一定的形状和尺寸，使得一个或多个缝隙空间相对于投影照明设备周围的环境空间至少在很大程度上能够被密封住。
在实现本发明目标的第一个发明解决方案中，投影物镜和像平面间的空间被一个尺寸适当的装置很大限度地密封起来，并形成了一个所谓的密闭空间，而且无接触地产生密封效应。在光刻过程中，波长为157nm的辐射在投影物镜和像平面之间充有空气的空间中会被吸收很大一部分，因此需要用氮气或者惰性气体给辐射提供保护性气氛。这些气体对本应用中所使用的辐射的吸收程度很低。采用纯氮气作保护气可以确保涂有光敏材料的基片能够毫无损失地接收到波长为157nm的辐射，并且投影物镜最后的表面上没有有害物质。
在本发明的一种十分有利的实施方式中，气流装置装备有至少一个进气装置和至少一个出气装置，并且氮气或惰性气体的进气流的横截面面积可大于出气流的横截面面积。所述至少一个进气装置可被构造成中空孔道，而且所述出气装置被构造成缝隙密封件。
气体通过中空孔道不变地补充给不完全紧密密封的封闭空间，然后通过缝隙密封件再次流出。缝隙必须有足够大的重叠部分以及和进气流流量相匹配的尺寸，这样，没有外来的气体可以通过扩散进入封闭空间，而且没有气流可以通过缝隙逆向流出。如果气体净化装置的内部空间存在轻微的过压，这是很有益的。
净化装置中所使用的进气孔道应该尽可能均匀地注满封闭空间并且不应产生湍流。净化装置的节流效应不应该发生在进气孔道中。更确切地说，如果气体以层流形式离开进气孔道，这是很有益的。出气流渠流通过一个充分长的缝隙通道，从而产生对周围空间的密封作用。
根据本发明的第二个解决方案，气体净化装置可被布置在照明系统和分划板之间的空间里。在这种情况下，供流出气体通过的缝隙密封件是由一叠带有环状缝隙的薄片形盘形成的，在该种布置中，所述薄片可彼此之间相对滑动。
所述薄片叠层同样被设计为隔离周围空间的密封件。气流通过进气孔道进入装置，通过形成缝隙密封件的薄片流出。这种布置的优点是光路侧的大部分空间都没有已安装的元件，因此所述空余空间可以用于定位所述台，并且当分划板相对于设备的其余部分移动时，所述空间可以保持密封状态。
在本发明的一种更进一步的实施方式中，两个彼此之间可以横向移动的大环状板的布置可以用于密封，其中的一块板固定地连接到投影物镜上，另一块板固定地连接到气体净化装置上。分划板和投影物镜之间的密封装置只有非常有限的空余空间可用。这两块板足够长是有利的，因为当分划板被移动到不同的位置时，两块板仍然彼此重叠，从而保持气体净化空间被密封隔离。
本发明的其他有利的结构和进一步的改进型在从属权利要求和实施方式中一一列出，在下文中将结合附图对所述实施方式的主要特征进行描述，其中：
图1是应用在显微光刻领域的投影设备的主要轮廓图，所述投影设备用于把电路结构投影到涂有光敏材料的晶片上；
图2是布置在投影物镜和晶片之间的气体净化装置的纵向截面图；
图3是布置在照明装置、分划板和投影物镜之间的气体净化装置的纵向截面图；和
图4示出了图3中的设备，其中分划板已经相对于照明系统和投影物镜产生侧向移动。
图1示出了一种大体上如美国专利US5,638,223和US6,252,712中已公知的投影设备1，所述美国专利的全部内容作为参考引用在本专利中。因此，假设这种类型的设备的实用原则是已公知的，而且下面的具体描述将限于那些与本发明相关的部件。
所述类型的系统被用于生产半导体元件以及将电路结构投影到涂有光敏材料的基片上，所述基片通常主要包含硅，且在本发明中被称作晶片。
投影设备1主要包括照明装置3；所谓的分划板5，所述分划板限定了其后将驻留在晶片上的结构；和以投影物镜7的形式存在的成像系统。
根据实用原则的基本要素，并入分划板5中的结构按缩小的尺寸被投影到晶片2上。
在已完成曝光之后，晶片2借助被固定地连接到整个设备27上的定位台26在X-和Y-方向上进行移动，从而使多个单独的场能够曝露到由分划板5所限定的结构上。同样可实现晶片在Z-方向上的平动移动25。
照明装置3提供在晶片2上生成分划板5的镜像所需的投影光束4。所述光束通过光学元件按照这样的方式在照明装置3中成形，即当投影光束4照射到分划板5时，光束在直径、偏振、波前形状和其他特征方面具有规定的性质。
分划板5的镜像由光束4生成并通过投影物镜7按缩小的尺寸传送到晶片2上。
图2示出了气体净化装置8的主要结构。按照优选的布置方式，位于投影物镜7和晶片2之间空间内的环形进气孔道10提供层状进气流23进入圆柱形气体净化装置8中。孔道10也可沿圆周方向分为几部分，这样，进气流可以被更为精确地控制。净化作用出现在净化区域13中。由于经过净化区域13的辐射线需要具有高能级，因此用氮气或者惰性气体尤其是氦气进行清洗可以防止某些吸收辐射的气体尤其是空气出现在光束通道区域13中。
分别在气体净化装置8的顶部和底部存在两个缝隙，也就是位于投影物镜和气体净化装置之间的缝隙11和位于气体净化装置和晶片之间的缝隙11′。缝隙11和11′的宽度应小于1毫米。被吹入到净化装置内的纯氮气或惰性气体23通过缝隙11和11′流出进入周围的空间或废气装置中，所述废气装置可以是整个装置的一部分，但未显示在图中。
通过缝隙11和11′的通道需要足够长，使得没有外来的或者周围的气体可以通过扩散进入到装置中。
通过孔道10流入的气体23的量需要比通过缝隙11和11′流出的量大。因此，为了实现所述两种流速之间的预期流速比，流入通道的横截面面积可比流出通道的横截面面积稍大。结果是，在气体净化装置8内存在轻微的过压。
在位于光学和机械中心轴线19上的环形孔10的中心处有形成一团停滞气流的趋势，经常可见的轻微不对称性可以防止出现所述趋势。举个例子，缝隙11和11′的宽度常常是不同的。还有可能其中一个缝隙，优选是上部缝隙11的宽度减小至零。在这种情况下，孔道10直接地，紧密地和投影物镜7接触，而且两者之间不留一丝微小的缝隙，这样便仅存在一个缝隙11′。
气体净化装置8装备有支架18。支架18位于未详细示出的机构27的支承固定件上。晶片2同样受到支承固定件27的支承。支架18是必需的，因为当晶片2移动时，气体净化装置8可以原位不动。
图3示出了围绕分划板5的气体净化装置8′。与图2中的布置一样，进气流再次出现在环形孔道10中。气体23经孔道10流入分划板5和照明装置3之间的缝隙空间以及流入分划板5与投影物镜7之间的缝隙空间中。一叠薄片状的盘14被布置在气体净化装置8′的最上面。气体23流出通过薄片，所述薄片彼此之间形成密封缝隙。所述薄片盘叠层14包括多个薄片14′，所述薄片彼此叠放在一起并构造成平整的环形盘的形状，在中心位置处留有一个开口，这样便于辐射线照射到分划板5上。薄片14′由可以阻挡辐射的金属材料制成。薄片14′通过圆珠和磁体17保持彼此之间恒定的缝间距，所述磁体与软铁插入件协同配合。气体净化装置8中的气体23可以经由薄片叠层14流出，特别是经由薄片14′之间的缝隙和缝隙20′流出。
气体23在气体净化装置8′内流动，从分划板5上方的空间流至分划板5下方的空间。后者的外端通过内部构架24上的三点支架9。气体净化装置8′可借助于闭合板16在其底部闭合。为了在气体净化装置8′和投影物镜7之间提供足够宽的缝隙21，投影物镜7的上闭合板15被固定地附接到投影物镜上。选择这种布置方式是因为在该区域中的可用间隙高度非常有限。
闭合板15和16具有环状构形，考虑到闭合板15和16可彼此相对横向滑动，闭合板15和16的中心留有足够大的光束通过的开口。当分划板被拉出到它相对于整个设备的极端位置时，两块闭合板15和16之间仍需要有足够大的重叠部分，也就是缝隙通道名义长度的一半，这样使得没有外部气体能够进入并污染净化区域。
支承分划板5的内部构架24可以在滑动台25上沿Z-方向相对于气体净化装置8′、薄片盘叠层14和外部构架28进行移动。设计这种布置方式使得当内部构架24和分划板5移动到不同的位置时，照度可以保持不变。为了确保在每个位置处的密封有效性，可具有不同直径的环形缝隙20应保持宽度和通道长度间规定的比率。缝隙通道的长度与缝隙的宽度之间应总是保持这样的比例：长度10mm～20mm对宽度0.5mm～10mm。气体净化装置8′还具有环形开口，所述开口在图中未详细示出。经由缝隙20、环形开口以及薄片盘叠层14，流入净化装置8′中的气体23能再次流出。
上述的布置方式具有这样的优点：光路一侧的大部分空间基本上没有已安装的元件，因此这部分空间可以用于布置测量装置，所述测量装置用于所述台的定位。
图4示出了横向移动的气体净化装置8′。当分划板5在滑动台26上沿X-和Y-方向相对于照明系统3和投影物镜7进行移动时，薄片盘叠层14转变为错位放置的薄片盘叠层。气体同样地经由环形中空孔道10流入。氮气或惰性气体23经由薄片盘14′之间的缝隙和缝隙20、20′、20″、21流出，并且还可以被废气装置带走离开所述这些位置，所述废气装置在图中未示出。
需要横向移动分划板5是为了使晶片2上的许多单个场顺序曝露在分划板5所限定的结构的投影下。
去除会干扰曝光过程的气体应在几十分之一秒内完成。用于该目的的气体量应该比较小。

Claims (17)

1、投影照明设备，包括照明系统、分划板、投影物镜和像平面，其中在所述设备的各个元件之间的缝隙空间对于周围空间来说是开放的，其特征在于，含有惰性气体或氮气流的气体净化装置(8，8′)被布置在至少一个缝隙空间中，其中所述气体净化装置(8，8′)具有一定的形状和尺寸，使得一个或多个缝隙空间相对于投影照明设备周围的环境空间(1)至少在很大程度上能够被密封住。
2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，气体净化装置(8)被布置在像平面(2)和投影物镜(7)之间。
3、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，气体净化装置(8′)被布置在照明系统(3)和投影物镜(7)之间。
4、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，气体净化装置(8，8′)装备有至少一个进气装置(10)和至少一个出气装置(11，11′，20，21，22)。
5、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在气体净化装置(8，8′)内存在高于环境压力的压力。
6、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，用于传输氮气或惰性气体(23)的进气通道被设计成其横截面面积大于出气通道的横截面面积。
7、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，至少一个进气装置被构造成中空孔道(10)。
8、根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述中空孔道(10)是环形的，从而使氮气或惰性气体(23)以层流的形式流入气体净化装置(8，8′)。
9、根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述中空孔道(10)沿其周边被分为多个部分。
10、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述出气装置装备有缝隙密封件(11、11′、20、20′、20″、21)。
11、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述出气装置装备有薄片形缝隙密封件(14)，其中所述缝隙密封件是环形的。
12、根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述薄片形缝隙密封件(14)可彼此相对横向移动。
13、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述出气装置装备有两块环形板(15，16)以形成密封，其中所述两块环形板(15，16)可彼此相对(横向)移动。
14、根据权利要求13所述的设备，其特征在于，设置了其中一块板(15)与投影物镜(7)的固定连接，和另一块板(16)与气体净化装置(8，8′)的固定连接。
15、根据权利要求13所述的设备，其特征在于，两块板(15，16)中的每一块都设有一个中心开口。
16、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述惰性气体是氦气。
17、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气体净化装置(8，8′)被构造成圆柱形的形状。
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