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Gebiet der
vorliegenden Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere die photolithographische Herstellung von
Strukturelementen auf einem Substrat, die mit Halbleiterbauelementen
in Beziehung stehen.
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Die
Herstellung integrierter Schaltungen erfordert die genaue Ausbildung
von Strukturelementen mit Abmessungen bis zu 50 nm und sogar kleiner in
modernsten Bauelementen, wobei eine sehr geringe Fehlertoleranz
erforderlich ist. Derartige Strukturelemente können in einer auf einem geeigneten
Substrat, etwa einem Halbleitersubstrat, einem metallbeschichteten
Substrat und dergleichen ausgebildeten Materialschichten gebildet
werden. Diese Strukturelemente mit präzise gesteuerter Größe werden
durch das Strukturieren der Materialschicht erzeugt, wobei häufig photolithographische
Prozesse in Verbindung mit Ätzprozessen
angewendet werden. Beispielsweise wird während der Herstellung von Schaltungselementen
einer integrierten Schaltung auf und in einer speziellen Materialschicht
eine Maskenschicht über der
zu strukturierenden Materialschicht gebildet, um diese Strukturelemente
in der Materialschicht zu definieren, während die Maskenschicht als
eine Ätzmaske
während
eines in im Wesentlichen anisotropen Ätzprozesses verwendet wird.
Im Allgemeinen kann eine Maskenschicht aus einer Photolackschicht bestehen
oder kann mit Hilfe dieser hergestellt werden, die mittels eines
lithographischen Prozesses strukturiert wird. Während des lithographischen
Prozesses kann der Lack auf die Substratoberfläche aufgeschleudert und danach
selektiv mit ultravioletter Strahlung belichtet werden. Nach dem
Entwickeln des Photolackes werden abhängig von der Art des Photolacks – Positivlack
oder Negativlack – die
belichteten Bereiche oder die nicht belichteten Bereiche entfernt,
um das erforderliche Muster in der Photolackschicht zu bilden.
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In
anderen lithographischen Prozessen, die bei der Herstellung von
integrierten Schaltungen beteiligt sind, können Strahlungswellen mit kurzen
Wellenlängen,
etwa Ionen, Elektro nen- und Röntgenquellen
verwendet werden, um eine Maskenschicht zu modifizieren, die dann
mittels eines entsprechenden Ätzprozesses
strukturiert werden kann, oder der Strahl, der präzise über die
Oberfläche
bewegt wird, kann direkt das Material der Maskenschicht abtragen.
Auf diese Weise können
beispielsweise Retikel hergestellt werden, so dass diese eine strukturierte Metallschicht
auf einem Quarzsubstrat aufweisen. Dieses Retikel kann dann als
Belichtungsmaske für das
Abbilden des Retikalmusters auf eine Photolackschicht verwendet
werden, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist.
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Da
die Abmessungen der Muster in modernen integrierten Schaltungen
ständig
kleiner werden, muss die zum Strukturieren von Bauteilstrukturelementen
verwendete Anlage sehr strenge Auflagen im Hinblick auf die Auflösung und
die Überlagerungsgenauigkeit
für die
beteiligten Herstellungsprozesse erfüllen. In dieser Hinsicht wird
die Auflösung
als ein Maß betrachtet,
die die konsistente Fähigkeit
spezifiziert, Bilder mit minimaler Größe unter Bedingungen vordefinierter
Herstellungsfluktuationen zu erzeugen. Ein wichtiger Faktor bei
der Verbesserung der Auflösung
stellt der Lithographieprozess dar, in welchem Muster, die in der
Photomaske oder dem Retikel enthalten sind, optisch auf die Photolackschicht
mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen werden. Daher werden
große
Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des Lithographiesystems,
etwa die numerische Apertur, die Fokustiefe und die Wellenlänge der
verwendeten Lichtquelle, zu verbessern. Die Qualität der lithographischen
Abbildung ist äußerst wichtig
beim Erzeugen sehr kleiner Strukturgrößen.
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Von
vergleichbarer Wichtigkeit ist jedoch auch die Genauigkeit, mit
der ein Bild auf der Oberfläche
des Substrats positioniert werden kann. Integrierte Schaltungen
werden typischerweise durch aufeinanderfolgendes Strukturieren von
Materialschichten hergestellt, wobei Strukturelemente in aufeinanderfolgenden
Materialschichten eine räumliche Beziehung
zu einander aufweisen. Jedes Muster, das in einer nachfolgenden
Materialschicht hergestellt wird, muss zu einem entsprechenden Muster, das
in einer vorhergehenden strukturierten Materialschicht ausgebildet
ist, innerhalb spezifizierter Justiertoleranzen ausgerichtet sein.
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Diese
Justiertoleranzen werden beispielsweise durch Variationen im Photolackbild
auf dem Substrat auf Grund von Ungleichmäßigkeiten von Parametern, etwa
der Lackdicke, der Ausbacktemperatur, bei der Belichtung und Entwicklung,
hervorgerufen. Des weiteren kön nen
auch Ungleichmäßigkeiten
der Ätzprozesse
zu Fluktuationen der geätzten Strukturelemente
führen.
Des weiteren besteht eine gewisse Unsicherheit bei der Überlagerung
des Bildes des Musters für
die aktuelle Materialschicht mit dem Muster der zuvor ausgebildeten
Materialschicht, während
das Bild photolithographisch auf das Substrat übertragen wird.
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Ein
weiterer Aspekt, der die Qualität
von Bauteilstrukturelementen und damit deren elektrisches Verhalten
beeinflusst, ist die Verwendung von Substraten, d. h. von Scheiben,
mit einem größeren Durchmesser,
wobei ein typischer Scheibendurchmesser gegenwärtig 200 mm beträgt, wobei
künftig 300
mm der standardmäßige Scheibendurchmesser in
modernen Halbleiterfabriken wird. Große Durchmesser, obwohl diese
aus ökonomischen
Gesichtspunkten heraus durchaus wünschenswert sind, können jedoch
das Problem der Ungleichförmigkeiten über die
gesamte Scheibenoberfläche
hinweg verschärfen,
insbesondere wenn die minimalen Bauteilabmessungen, die auch als
kritische Abmessungen (CD) bezeichnet werden, ständig kleiner werden. Es ist
daher wünschenswert,
die Schwankungen in den Strukturelementen nicht nur von Scheibe
zu Scheibe zu minimieren, sondern auch über die gesamte Scheibenoberfläche hinweg,
so dass Halbleiterhersteller Prozesse anwenden können, deren Toleranzen enger
festgelegt werden können,
um damit eine erhöhte
Produktionsausbeute zu erreichen, wobei gleichzeitig das Bauteilverhalten
im Hinblick auf beispielsweise die Betriebsgeschwindigkeit verbessert wird.
Ansonsten müssen
die Fluktuationen über
die Scheibe hinweg (und die Fluktuationen von Scheibe zu Scheibe)
in Betracht gezogen werden, wodurch ein Schaltungsaufbau erforderlich
ist, der höhere Prozessdiskrepanzen
toleriert, das für
gewöhnlich
zu einem beeinträchtigten
Bauteilverhalten führt.
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Trotz
der intensiven Anstrengungen, die gegenwärtig unternommen werden, um
die Leistungsfähigkeit
von Scheibeneinzelbelichtern (Stepper) und Einzelschritt- und abtastende
Lithographievorrichtungen (Scanner) zum Abbilden von Schaltungsstrukturelementen
von dem Retikel zur Lackschicht mittels Projektionslithographie
noch weiter zu verbessern, werden in letzter Zeit eine zunehmende
Anzahl experimenteller Ergebnisse über Kontaminationsdefekte von
248, 193, 157 und 13,4 nm Retikel und optischen Elementen von Belichtungsanlagen
berichtet. Diese Kontaminationsstoffe können anorganische Salze und
kondensierbare organische Materialien enthalten. Insbesondere verursachen
die anorganischen Salze Trübungseffekte,
die auch als progressive Defekte bezeichnet werden, da die Defektrate
im Laufe der Verwendung in der Produktion von Retikeln und Linsenelementen ansteigt,
selbst wenn die Retikel vor der Verwendung für den Halbleiterherstellungsprozess
als sauber eingestuft wurden. Obwohl Untersuchungen gezeigt haben,
dass diese progressiven Defekte nahezu bei allen Lithographiewellenlängen beobachtbar
sind, so ist dieses Kontaminationsproblem besonders in der 193 nm
Lithographie anzutreffen, insbesondere in Verbindung mit der Verarbeitung von
300 mm-Scheiben, die die standardmäßige Substratgröße in modernen
Fabriken zur Herstellung integrierter Schaltungen werden. Die Kontaminationsbereiche
optischer Oberflächen
sind typischerweise in ihrer Zusammensetzung inhomogen und zeigen für gewöhnlich einen
Unterschied im Brechungserhalten im Vergleich zu den optischen Elementen,
wodurch eine Lichtstreuung und damit Ungleichförmigkeiten des Strahlungsflusses,
der auf die Scheibenoberfläche
auftrifft, hervorgerufen werden. In extremen Fällen kann ferner die Kontamination
die optischen Elemente nach einer gewissen Betriebsdauer bei reduzierter
Zuverlässigkeit
unbrauchbar machen, wodurch schließlich das Ersetzen dieser optischen
Elemente erforderlich ist. Des weiteren kann die Kontamination eine
deutliche Fluktuation während
dem Abbilden kritischer Schaltungselemente verursachen, etwa von
Gateelektroden von Feldeffekttransistoren, wodurch deutlich die
Produktionsausbeute und das Bauteilverhalten beeinflusst werden.
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Angesichts
der zuvor dargestellten Situation besteht ein Bedarf für eine Technik,
die es ermöglicht, eines
oder mehrere der zuvor erkannten Probleme zu lösen oder zumindest deren Wirkungen
zu verringern.
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Überblick über die
Erfindung
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an ein System
und ein Verfahren zum Abbilden von Strukturelementen auf eine Substratoberfläche mittels
Lithographie – insbesondere
durch kurzwellige Lithographie – in
dem die Umweltbedingungen, d. h. die umgebende Atmosphäre der optischen
Elemente und des Substrats während
des Lithographieprozesses berücksichtigt
werden. Geringe Kontaminationen in Form von Wasser, Sauerstoff, Kohlenmonoxid,
Kohlendioxid, flüchtiger
und kondensierbarer organischer Verbindungen, anorganischer säurebildender
Gase, etwa Schwefeldioxid und Stickstoffoxide, sowie Siliziumoxidverbindungen, etwa
Silikone und Siloxane, können
nicht nur die Belichtungsstrahlung abschwächen, sondern können auch
mit der Belichtungsstrahlung in Wechselwirkung treten, um damit
stabile Kontaminationsschichten auf optischen Oberflächen zu
bilden. Indem erfindungsgemäß das Vorhandensein
von Kontamination in Betracht gezogen wird und diese als ein weiterer „Anlagenparameter" gewertet werden,
den es während
des Betriebs einer Belichtungsanlage zu berücksichtigen und zu beobachten
gilt, können
die nachteiligen Auswirkungen von Kontaminationsschichten, die auf
Retikeln, optischen Elementen und dergleichen abgeschieden werden,
sowie die Auswirkungen der Lichtabsorption und Streuung durch flüchtige molekulare
Kontaminationsstoffe reduziert werden.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Belichtungssystem eine Strahlungsquelle,
die ausgebildet ist, eine Strahlung eines spezifizierten Wellenlängenbereichs
und eines Belichtungsdosisbereichs bereitzustellen. Das System umfasst
ferner eine Belichtungskammer mit einer Kammeratmosphäre und einem
optischen System, das in der Belichtungskammer angeordnet und so
ausgebildet ist, um Strahlung von der Strahlungsquelle zu empfangen
und die empfangene Strahlung auf ein Substrat abzubilden. Ferner
umfasst das System ein Detektionssystem, das ausgebildet ist, quantitativ
zumindest einen Kontaminationsstoff in der Kammeratmosphäre zu detektieren.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Betreiben einer
Belichtungsanlage, die eine Strahlungsquelle, eine Belichtungskammer
und ein in der Belichtungskammer angeordnetes optisches System aufweist.
Das Verfahren umfasst ferner das Überwachen einer Atmosphäre in der Belichtungskammer,
um eine quantitative Anzeige für mindestens
einen Kontaminationsstoff in der Atmosphäre bereitzustellen. Schließlich wird
ein Funktionsstatus der Belichtungsanlage auf der Grundlage der quantitativen
Anzeige abgeschätzt.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Betreiben einer
Belichtungsanlage, die eine Strahlungsquelle, eine Belichtungskammer
und ein in der Belichtungskammer angeordnetes optisches System umfasst,
während
einer ersten Betriebsphase. Das Verfahren umfasst ferner das Überwachen
einer Atmosphäre
in der Belichtungskammer, um eine quantitative Anzeige für mindestens
einen Kontaminationsstoff in der Atmosphäre bereitzustellen. Es wird
dann ein Betriebsmodus für die
Belichtungsanlage für
eine zweite Betriebsphase auf der Grundlage der quantitativen Anzeige
ermittelt, und die Belichtungsanlage wird während der zweiten Betriebsphase
in dem Betriebsmodus betrieben.
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In
noch einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Verfahren das Betreiben einer Belichtungsanlage, die
eine Strahlungsquelle, eine Belichtungskammer und ein in der Belichtungskammer
angeordnetes optisches System aufweist, wobei das Betreiben der Belichtungsanlage
das Übertragen
eines Bildes auf ein oder mehrere erste Substrate umfasst. Das Verfahren
umfasst ferner das Bestimmen einer quantitativen Anzeige mindestens
einer Eigenschaft der auf dem einen oder mehreren ersten Substraten
gebildeten Bilder. Zusätzlich
wird ein Zustand einer Komponente der Belichtungsanlage bestimmt,
die einer Atmosphäre
in der Belichtungskammer ausgesetzt ist, und es wird ein Schwellwert
der quantitativen Anzeige sodann auf der Grundlage der quantitativen
Anzeige und dem Zustand festgelegt, wobei der Schwellwert einen
unzulässigen
Anlagenstatus repräsentiert.
Das Verfahren umfasst ferner das Betreiben der Belichtungsanlage,
um ein oder mehrere zweite Substrate zu prozessieren, um das Bild
auf dem einen oder den mehreren zweiten Substraten herzustellen,
und das Bestimmen der quantitativen Indikation für das eine oder die mehreren
zweiten Substrate. Schließlich
wird die quantitative Anzeige für
das eine oder die mehreren zweiten Substrate mit dem Schwellwert
verglichen, um zu bestimmen, ob ein aktueller Anlagenstatus ein
unzulässiger
Anlagenstatus ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen auch deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird. Es zeigen:
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1a bis 1c schematisch
Darstellungen eines Belichtungssystems gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wobei eine Atmosphäre im Hinblick auf flüchtige und/oder
abgeschiedene Kontaminationsspuren überwacht wird.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschauli chen offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Wie
zuvor erläutert
ist, beruht die vorliegende Erfindung auf dem Konzept, dass sehr
moderne Belichtungsanlagen nicht nur Anlagenparameter, etwa der
Status einer Strahlungsquelle, der Status eines optischen Systems,
der Status eines Retikels oder einer Photomaske und dergleichen,
sondern auch die Umgebung oder Atmosphäre innerhalb einer Belichtungskammer,
als ein wichtiger Anlagenparameter zu berücksichtigen ist, der signifikant
das Verhalten der Belichtungsanlage beeinflussen kann, insbesondere,
wenn eine Strahlung mit äußerst kurzer
Wellenlänge
zum Abbilden eines Musters auf einer Substratfläche verwendet wird. Somit können gemäß der vorliegenden
Erfindung Belichtungssysteme, in denen Ultraviolettstrahlung, Röntgenstrahlung,
Elektronenstrahlen und dergleichen verwendet werden, zumindest zeitweilig
mit einem geeigneten Detektions- und/oder Überwachungssystem versehen
werden, das die Erfassung eines oder mehrerer Spurenkontaminationsstoffe
ermöglicht,
die in das Belichtungssystem von diversen Quellen eingeführt werden
können,
etwa dem Ausgasen von Materialien des Belichtungssystems, und/oder
dem Retikel und/oder dem Substrat, das zu verarbeiten ist, Reinigungsgase,
fehlerhafte Filter und dergleichen. Ferner können gewisse Kontaminationsstoffe
durch die Wechselwirkung der kurzwelligen Strahlung mit Gaskomponenten
innerhalb der Atmosphäre
des Belichtungssystems hervorgerufen werden, wodurch äußerst reaktive
Oxidantien, etwa Ozon, OH-Radikale und Wasserstoffperoxid und dergleichen
erzeugt werden, die dann mit anderen Komponenten und Kontaminationsstoffen
reagieren können,
um Verbindungen zu erzeugen, die sogar an empfindlichen Oberflächen, etwa
Retikeloberflächen,
optischen Oberflächen
von Linsen, Spiegeln und dergleichen abgeschieden werden können. Hinsichtlich
der Abscheidung von anorganischen Salzen auf Retikeln und optischen
Komponenten von Belichtungsanlagen, die bei 193 nm betrieben werden,
haben Analysen hinsichtlich der Zusammensetzung mittels Raman-Spektroskopie
gezeigt, dass im Wesentlichen Ammoniumsulfat ((NH4)2SO4) auf empfindlichen Oberflächen von
Komponenten abgeschieden wird, wodurch das Anlagenverhalten auf
Grund einer progressiven Defektrate deutlich beeinträchtigt wird. Ohne
die vorliegende Erfindung auf die folgende Erläuterung hinsichtlich des Reaktionsweges
einschränken
zu wollen, wird gegenwärtig
von den Erfindern angenommen, dass physikalische und chemische Prozesse
in der Belichtungskammer von Einzel bildbelichtern und Abtastvorrichtungen
im tiefen UV-Bereich für
die Ausbildung von anorganischen Salzen aus Vorstufengasen SO2, NOx verantwortlich sind,
die typischerweise in sehr geringen Mengen innerhalb der Atmosphäre der Belichtungskammer
vorhanden sein können.
Diese Vorstufengase können
in der Belichtungsatmosphäre
zu Schwefelsäure (H2SO4) und Salpetersäure (HNO3) mittels Oxidantien, etwa Ozon, Wasserstoffperoxid,
Hydroxyden, die aus Sauerstoff und Wasser durch die Wechselwirkung
der Belichtungsstrahlung mit der umgebenden Atmosphäre in der
Belichtungskammer gebildet werden, oxidiert werden. Nach der Ausbildung
der H2SO4 und HNO3 können
diese Säuren
mit Ammoniak (NH3) reagieren, um die entsprechenden
Salze zu bilden, d. h. Ammoniumsulfat ((NH4)2 SO4) und Ammoniumnitrat
(NH4NO3). Daneben
kann es viele weitere chemische Reaktionswege geben, über die
SO2 und NOx im Spülluftstrahl
oder in der Atmosphäre
der Belichtungsanlage in Sulfate und Nitrate oxidiert werden können, wozu
homogene Prozesse gehören,
die in der Gasphase stattfinden, und flüssige Tröpfchen oder heterogene Prozesse,
die an den Oberflächen von
Teilchen oder Tröpfchen
stattfinden.
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Zusätzlich zu
Kontaminationsstoffen, die auf empfindlichen Oberflächen abgeschieden
werden, können
auch flüchtige
molekulare Kontaminationsstoffe in der Belichtungsumgebung vorhanden
sein, wodurch eine Fluktuation in der Intensität des Strahlungsflusses hervorgerufen
werden kann, der die Substratebene erreicht, indem die Strahlungsteilchen,
die mit der Gasphase der Atmosphäre
Wechselwirken, gestreut werden. Auf der Grundlage der Kenntnis,
dass Kontaminationsstoffe selbst in sehr geringen Spuren innerhalb
der Umgebung oder Atmosphäre
einer Belichtungsanlage deutlich das Gesamtverhalten der Anlage
beeinflussen können,
insbesondere, wenn kurze Belichtungswellenlängen beteiligt sind, werden
Systeme und Verfahren bereitgestellt, um flüchtige Kontaminationsstoffe
und/oder Kontaminationsstoffe, die auf optischen Oberflächen abgeschieden
wird, mittels Erfassungstechniken mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren
und um den Betriebsmodus der Belichtungsanlage auf der Grundlage
von Messergebnissen, die von diesen Detektionstechniken bereitgestellt
werden, anzupassen. Ferner kann in anderen Verfahren der Betriebsmodus
von Belichtungsanlagen so ermittelt werden, um das Vorhandensein
von Kontaminationsstoffen in der Belichtungsanlagenatmosphäre zu berücksichtigen, ohne
tatsächlich
die Belichtungsanlagenatmosphäre während des
Großteils
der Arbeitsdauer zu überwachen,
oder im Wesentlichen ohne die Atmosphäre zu überwachen. Dazu können zuvor
gesammelte Messergebnisse in Bezug auf das Vorhandensein von Kontaminationsstoffen
verwendet werden, um eine oder mehrere Belichtungsanlagen gemäß einem
etab lierten Betriebsmodus zu betreiben, der so gestaltet ist, um
nachteilige Einflüsse
auf das Anlagenverhalten deutlich zu reduzieren.
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Für die Erfassung
und/oder Überwachung von
Kontaminationsstoffen in der Anlagenatmosphäre können äußerst sensitive und gut bekannte
Detektionstechniken verwendet werden, etwa absorptionsspektroskopische
Techniken, die Infrarot (IR)-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie und
Ultraviolett-sichtbare-Spektroskopie mit einschließen, chromatographische
Techniken, etwa Ionenchromatographie (IC) und spektrometrische Techniken,
etwa Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC-MS), Festphasenmikroextraktions-Gaschromatographie-Massenspektrometrie
mit chemischer Ionisierung (SPME GC-CIMS) und dergleichen. Diese
Erfassungstechniken können
verwendet werden, um einen oder mehrere spezieller Kontaminationsstoffe zu
erkennen und können
ferner ermöglichen,
einen oder mehrere Kontaminationsstoffe quantitativ zu erfassen,
selbst wenn dieser nur in sehr geringen Mengen vorhanden ist. Ferner
können
in einigen Ausführungsformen
eine oder mehrere dieser Erfassungstechniken, etwa die UV-sichtbare-Spektroskopie
verwendet werden, um direkt den Einfluss der Belichtungsatmosphäre auf eine
empfindliche Oberfläche innerhalb
der Belichtungsanlage zu überwachen,
indem eine Probenoberfläche,
etwa ein ausgewähltes Probensubstrat,
ein Teil einer Oberfläche
einer optischen Komponente oder der gleichen innerhalb der Belichtungskammer
bereitgestellt wird. Zumindest einige der oben genannten Erfassungstechniken
sind dafür
bekannt, dass sie die Fähigkeit
aufweisen, Gas und Dampfkonzentrationen und/oder abgeschiedene Kontaminationsstoffe
mit einem hohen Signal/Rauschen-Verhältnis in einem weiten dynamischen
Bereich und ferner bei hoher sich überschneidender Sensitivität zu erfassen.
Beispielsweise können
in der Luft schwebende Kontaminationsstoffe durch SPME GC-CIMS,
GC-MS und IC-Spektrometer effizient erfasst werden, wohingegen auch
oberflächenabgeschiedene
Kontaminationsstoffe durch IC, IR, UV-schichtbare und Ramon-Spektrometer
erfasst werden können.
Insbesondere die SPME GC-CIMS und GC-MS-Spektrometer bieten eine
ausgezeichnete Empfindlichkeit, eine sehr niedrige Erfassungsschwelle,
eine ausgezeichnete Erkennung und Spezifizierungsfähigkeit.
Somit kann durch Verwendung dieser Erfassungstechniken in Verbindung
mit Belichtungsanlagen der Betriebsmodus der Belichtungsanlage auf
der Grundlage von Informationen eingerichtet werden, die von den
Detektionssystemen erhalten werden, wodurch die Möglichkeit
für ein deutliches
Reduzieren kontaminationshervorgerufener Leistungsbeeinträchtigungen
zu schaffen.
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Mit
Bezug zu den 1a bis 1c werden nun
weitere anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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In 1a umfasst
ein Belichtungssystem 100 eine Strahlungsquelle 110,
eine Belichtungskammer 120, ein optisches System 130 und
ein chemisches Detektionssystem 140. Das Belichtungssystem 100 kann
in einer speziellen Ausführungsform eine
Lithographieanlage repräsentieren,
die bei einer Wellenlänge
im tiefen UV-Bereich, beispielsweise 248, 193, 157 oder 13,4 nm
arbeitet, die zur Abbildung eines auf einem Retikel 101 gebildeten
Musters auf ein Substrat 102 mittels des optischen Systems 130 verwendet
wird. In anderen Ausführungsformen kann
das Belichtungssystem 100 eine beliebige andere Belichtungsanlage
repräsentieren,
die zur Herstellung von Strukturelementen verwendet wird, die bei
der Herstellung mikromechanischer, mikrooptischer und mikroelektronischer
Bauelemente beteiligt sind. D. h. in einigen Ausführungsformen
kann das Belichtungssystem 100 eine Röntgenstrahlbelichtungsanlage
oder eine Elektronenstrahlbelichtungsanlage repräsentieren. Folglich kann die
Strahlungsquelle 110 eine Quelle repräsentieren, die in der Lage ist,
eine kurzwellige Strahlung 111 innerhalb eines spezifizierten
erforderlichen Wellenlängenbereichs und
mit einer spezifizierten erforderlichen Belichtungsdosis bereitzustellen.
Beispielsweise kann die Strahlungsquelle 110 eine Excimerlasereinrichtung aufweisen,
die bei moderat hoher Pulsrate mit einer Wellenlänge von ungefähr 193 nm
arbeitet.
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Das
optische System 130 ist ausgebildet, die Strahlung 111,
die von der Strahlungsquelle 110 möglicherweise durch das Retikel 101 empfangen wird,
auf das Substrat 102 zu übertragen, um beispielsweise
ein projiziertes, d. h. reduziertes Bild auf dem Substrat 102 zu
bilden. Beispielsweise kann für eine
Belichtungsstrahlung 111 im tiefen UV-Bereich das optische
System 130 eine oder mehrere optische Komponenten, etwa
eine Linse und dergleichen aufweisen mit einer oder mehreren optisch
aktiven Oberflächen,
etwa brechenden oder reflektierenden Oberflächen, die als 131 bezeichnet
sind. Für
andere Arten von Strahlung mit kurzer Wellenlänge, etwa Röntgenstrahlung und Elektronstrahlen,
kann das optische System 130 entsprechende Komponenten, etwa
Blenden, Quadropollinsen, optische Begrenzungen, Spiegel und dergleichen
aufweisen, um die Strahlung 111 in geeigneter Weise zu
dem Substrat 102 zu führen.
Das optische System 130, das Substrat 102 und
das Retikel 101, wenn dieses vorgesehen ist, sind in der
Belichtungskammer 120 angeordnet, in der eine gewisse Umgebung
einschließlich
einer gasförmigen
Atmosphäre 121 vorherrscht,
die mit externen Zufuhrquellen, der Umgebungsatmosphäre und dergleichen
mit tels eines entsprechenden Belüftungssystems,
das als 122 bezeichnet ist, in Verbindung stehen kann.
Wie zuvor angemerkt ist, ist der Zustand der Atmosphäre 121,
beispielsweise die chemische Zusammensetzung der gasförmigen Komponenten,
der Anregungszustand oder Ladungszustand eines oder mehrerer dieser
Komponenten, und dergleichen im Wesentlichen durch das Spülgas bestimmt,
das der Belichtungskammer 120 über das Belüftungssystem 122 zugeführt wird,
die Materialien, die mit der Atmosphäre 121 in Kontakt sind,
etwa Baumaterialien der Kammer 120, des Retikels 101,
des optischen Systems 130, des Substrats 102,
sowie der Dosis und der Wellenlänge
der Strahlung 111 bestimmt. Folglich kann die Zusammensetzung
der Atmosphäre 121 von
dem Spülgas
und jeglichen darin enthaltenen Kontaminationsstoffen, etwa dem
zuvor genannten Sauerstoff, dem Schwefeldioxid, Stickstoffoxid,
Wasser und dergleichen, sowie Komponenten, die von Oberflächen ausgasen,
die mit der Atmosphäre 121 in
Kontakt sind, abhängen. Ferner
kann auch die Wechselwirkung der hochenergetischen Photonen oder
Elektronen der Strahlung 111 neue Kontaminationsstoffe
erzeugen oder bestehende Kontaminationsstoffe modifizieren. Als
Folge davon ist der Status der Atmosphäre 121 durch ein äußerst komplexes
dynamisches Gassystem definiert, wobei insbesondere die Wechselwirkung
der kurzwelligen Strahlung, wie sie in äußerst modernen Lithographieanlagen
verwendet wird, zu Schwankungen des Leistungsverhaltens führen kann,
die durch gasförmige
Kontaminationsstoffe oder gar in Form von Kontaminationsstoffen,
die auf empfindlichen Oberflächen,
etwa der Oberfläche 131 oder
dem Retikel 101 abgeschieden werden, hervorgerufen werden.
Auf Grund der Tatsache, dass die Kontaminationsstoffe deutlich durch
die Wechselwirkung der Strahlung 111 mit der Atmosphäre 121,
d. h. mit darin enthaltenen Kontaminationsstoffen, beeinflusst werden,
was schließlich
in der Abscheidung fester Kontaminationsstoffe resultieren kann,
kann ein zunehmend ansteigender Einfluss auf das Anlagenverhalten
beobachtet werden, was eine Vorhersage eines zuverlässigen Leistungsverhaltens
einer konventionellen modernen Belichtungsanlage äußerst schwierig
macht. Im Gegensatz zu konventionellen Belichtungsanlagen sorgt
das chemische Detektionssystem 140 für eine verbesserte Vorhersagbarkeit
und damit Steuerbarkeit des Belichtungsprozesses auf der Grundlage
von Messergebnissen hinsichtlich des Vorhandenseins von Kontaminationsstoffen
in der Atmosphäre 121 und/oder
von Kontaminationsstoffen, die auf empfindlichen Oberflächen, etwa
der Oberfläche 131,
abgeschieden sind. Im Allgemeinen umfasst das chemische Detektionssystem 140 ein
Sensorelement 141, das durch einen Kontakt mit der Atmosphäre 121 modifiziert
werden kann, wobei das Sensorelement 141 mit einer Plattform 142 über eine entsprechende
Schnittstelle 143 mit variabler elektrischer, optischer
oder chemischer Im pedanz in Verbindung ist, um es damit der Plattform 142 zu
ermöglichen,
ein elektrisches Ausgangssignal 144 zu erzeugen, das eine
quantitative Anzeige der Information repräsentiert, die von dem Sensorelement 141 gesammelt
und über
die Schnittstelle 143 übertragen wird.
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In
einer speziellen Ausführungsform
ist das Sensorelement 141 in der Belichtungskammer 120 so
angeordnet, um im Wesentlichen die gleichen Umweltbedingungen zu „erfahren", wie eine oder mehrere
sensitive Komponenten des Belichtungssystems 100. Beispielsweise
kann das Sensorelement 141 in der Nähe des Retikels 101 und/oder
des optischen Systems 130 angeordnet sein, um damit einen ähnlichen
Betrag der Strahlungsdosis und der Dosisverteilung (über das
Retikel hinweg) der Strahlung 111 und einen ähnlichen
Gasdurchfluss zu empfangen. Es sollte beachtet werden, dass in anderen
Ausführungsformen
mehrere Sensorelemente 141 in der Belichtungskammer 120 an
diversen Stellen vorgesehen sein können, um damit den Zustand
der Atmosphäre 121 an
unterschiedlichen Positionen abzuschätzen. Des weiteren können unterschiedliche
Arten von Sensorelementen verwendet werden, die auf gasförmige Kombinationsstoffe
oder auf Kontaminationsstoffe, die in Form abgeschiedenen Materials auftreten,
empfindlich sind. Des weiteren können
das eine oder die mehreren Sensorelemente geeignet an die spezifizierte
Erfassungstechnik, die zum Bestimmen der Art und Menge zumindest
eines Kontaminationsstoffes innerhalb der Atmosphäre 121 angewendet
wird, angepasst sein. In ähnlicher
Weise können die
Schnittstelle 143 und die Plattform 142 entsprechend
an die Art des Sensorelements 141 und die verwendete Erfassungstechnik
angepasst sein. Weitere anschauliche Ausführungsformen des Detektionssystems 140 unter
Anwendung unterschiedlicher Arten von Sensorelementen 141 sind
in Bezug zu den 1b und 1c beschrieben.
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Während des
Betriebs des Belichtungssystems 100 ist der Zustand der
Atmosphäre 121 im
Wesentlichen durch das Spülgas,
das von dem Belüftungssystem 122 geliefert
wird, den Materialien, die mit der Atmosphäre 121 in Kontakt
sind, und den Betriebsverhältnissen
des Belichtungssystems 100, d. h. der Belichtungsdosis
und der Zeit, und dergleichen bestimmt. Beispielsweise ist für eine Belichtungsanlage
im tiefen UV-Bereich, die bei einer Wellenlänge von beispielsweise 193
nm arbeitet und das Substrat 102 prozessiert, das einen
Durchmesser von 300 mm aufweist, die Belichtungszeit des Substrats 102 deutlich
größer im Vergleich
zu 200 mm-Substraten, wie sie gegenwärtig zur Herstellung von modernen
Bauelementen, etwa Mikroprozessoren und dergleichen verwendet werden.
In Kombination mit der relativ hohen Photonenenergie von ungefähr 6,4 Elektronenvolt
kann eine erhöhte
Erzeugung von Oxidantien im Vergleich zu standardmäßigen 248
nm-Belichtungsanlagen
für 200
mm Scheiben auftreten. Mittels des chemischen Detektionssystems 140 wird
das Vorhandensein mindestens eines Kontaminationsstoffes, der den
Belichtungsprozess deutlich beeinflussen kann, quantitativ erfassbar,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, einen Betriebsmodus des Systems 100 auf
der Grundlage der quantitativen Messergebnisse einzurichten. In
einigen Ausführungsformen
kann das Sensorelement 141 so ausgebildet sein, dass dieses
zumindest auf ein Vorstufengas empfindlich ist, das für die Ausbildung
anorganischer Salze verantwortlich ist, die beispielsweise gemäß dem chemischen
Reaktionsablauf, wie er zuvor dargelegt ist, gebildet werden können. Zum
Beispiel kann das Sensorelement 141 für Schwefeldioxid empfindlich
sein, von dem angenommen wird, dass es in die Atmosphäre 121 durch
das Belüftungssystem 122 eingeführt wird.
Somit kann bei der Erfassung dieses Vorstufenmaterials in der Atmosphäre 121 in
einer Menge, die einen spezifizierten Schwellwert übersteigt,
ein spezielles Betriebsprotokoll aufgerufen werden, um einer erhöhten Konzentration des
spezifizierten Kontaminationsstoffes Rechnung zu tragen. In anschaulichen
Ausführungsformen
wird das Erfassen des mindestens einen Kontaminationsstoffes auf
einer im Wesentlichen kontinuierlichen Basis ausgeführt, um
damit im Wesentlichen eine quantitative „Echtzeit"-Indikationen der Kontaminationsstoffkonzentration
bereitzustellen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass abhängig von
der angewendet Erfassungstechnik ein variierender Betrag an Verzögerung bezüglich der
Bereitstellung eines tatsächlichen
Messergebnisses im Vergleich zu der „realen" aktuellen Kontaminationskonzentration
auftreten kann. Wenn beispielsweise eine Chromatographietechnik
verwendet wird, kann, selbst wenn eine im Wesentlichen kontinuierliche
Probeninjektion erfolgt, die quantitative Indikation in Form der
elektrischen Signale 144 unter Umständen in zeitlich verzögerter Weise
in Bezug auf den aktuellen Status der Atmosphäre 121 auf Grund der
Rückhaltezeit
der Probenionen in der Chromatographiesäule erfolgen.
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In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann die Atmosphäre 121 zeitweilig,
beispielsweise regelmäßig, überwacht
werden, um das System 100 koordiniert zu den Messergebnissen
zu betreiben, die temporär
von dem chemischen Detektionssystem 140 erhalten werden.
Beispielsweise können
ein oder mehrere Sensorelemente 141 an geeigneten Stellen
innerhalb der Belichtungskammer 120 angeordnet und der
Atmosphäre 121 für eine spezifizierte
Zeitdauer, beispielsweise im Bereich von einigen Minuten bis einige
Stunden, ausgesetzt werden, und diese Sensorelemente können dann
entfernt werden oder können
durch neue Sensorelemente ersetzt werden, während die der Atmosphäre 121 ausgesetzten
Sensorelemente an entfernter Stelle analysiert werden können. In
diesem Falle können
die Schnittstelle 143 und die Plattform 142 in
Form standardmäßiger Erfassungsanlagen,
d. h. Chromatographieanlagen und/oder Absorptionsspektrometer, bereitgestellt
werden, wodurch ein hohes Maß an
Flexibilität
beim Anwenden der vorliegenden Erfindung auf konventionelle Belichtungsanlagen
geschaffen wird. Ferner sind keine oder nur minimale Modifizierungen
in der Belichtungskammer 120 konventioneller Belichtungsanlagen
erforderlich, um das Sensorelement 141 an geeigneten Stellen
aufzunehmen.
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Während in
Ausführungsformen,
in denen ein temporäres Überwachen
oder eine temporäre
Erfassung von Kontaminationsstoffen ausgeübt wird, die Definition eines
spezifizierten kritischen Schwellwertes für einen oder mehrere spezielle
Kontaminationsstoffe vorteilhaft sein kann beim Steuern des Betriebs
des Systems 100, kann in Ausführungsformen, in denen eine
im Wesentlichen kontinuierliche Überwachung
stattfindet, eine flexiblere und fortschrittlichere Steuerungsprozedur
eingerichtet werden. In speziellen Ausführungsformen können ein
entsprechender Schwellwert oder Schwellwertbereiche für einen
oder mehrere kritische Kontaminationsstoffe bestimmt werden, indem
eine Korrelation zwischen einem Wert, der die Konzentration des
Kontaminationsstoffes repräsentiert,
und dem Zustand einer oder mehrerer kritischer Komponenten des Belichtungssystems 100 erstellt
wird. D. h., empfindliche Oberflächen,
etwa die Oberfläche 131,
oder eine Oberfläche des
Retikels 101, kann untersucht werden, wobei die „Historie" eines oder mehrerer
spezifizierter Kontaminationsstoffe in der Atmosphäre 121 durch
das chemische Detektionssystem 140 überrwacht worden ist. Auf der
Grundlage dieser Korrelation kann der Einfluss des einen oder mehreren
Kontaminationsstoffe während
spezifizierter Betriebsbedingungen, etwa einer spezifizierten Belichtungsdosis
und Belichtungszeit und einer Dosisintensitätsfluktuation, auf kritische
Komponenten, etwa Linsen und Retikel, abgeschätzt werden und für das Bestimmen
eines entsprechenden Schwellwerts oder Schwellwertbereiches verwendet
werden. Beispielsweise kann der zeitliche Verlauf der SO2-Konzentration mit einem entsprechenden
Abscheiden von Ammoniumsulfat in Korrelation gesetzt werden, so
dass ein entsprechender Wertebereich der SO2-Konzentration
dann für den
Betrieb der Belichtungsanlage für
diese spezifizierten Betriebsbedingungen festgelegt werden kann,
der nicht ungebührlich
das Anlagenverhalten beeinträchtigt.
Beispielsweise kann bei der Erfassung einer kritischen Kontaminationsstoffkonzentration
während
des Betriebs des Systems 100, die über einem Konzentra tionspegel
liegt, der zuvor als ein Schwellwert für den sichern Betrieb der Belichtungsanlage
bestimmt wurde, eine Unterbrechung ausgeführt werden, während der
geeignete Reinigungsprozeduren oder Wartungsprozeduren ausgeführt werden,
etwa das Ersetzen nicht effizienter Filter, oder wobei die Unterbrechung
einfach benutzt wird, um spezielle Kontaminationsstoffe im Laufe
der Zeit zu „verdünnen", um damit ein unerwünschtes
Abscheiden fester Kontaminationsstoffe zu vermeiden oder zumindest
deutlich zu unterdrücken.
Beim Unterbrechen des Erzeugens der Strahlung 111 durch
entsprechendes Steuern der Strahlungsquelle 110 kann beispielsweise
die Erzeugung äußerst reaktiver
Oxidatien unterbrochen werden, und die Konzentration der verbleibenden
Oxidantien kann während
der standardmäßigen Belüftung der
Belichtungskammer 120 reduziert werden. Folglich können durch
geeignet ausgeführte
Betriebsunterbrechungen oder Reinigungs- und Wartungsprozeduren,
die auf der Grundlage der quantitativen Indikationen festgelegt werden,
die von dem chemischen Detektionssystem 140 bereitgestellt
werden, nachteilige Auswirkungen auf den Belichtungsprozess deutlich
reduziert werden. Insbesondere, wenn SPME GC-CIMS und TC-MS-Spektrometer in dem chemischen
Detektionssystem 140 verwendet werden, wird eine ausgezeichnete
Empfindlichkeit in Verbindung mit einer äußerst geringen Detektionsschwelle
bereitgestellt und ermöglicht
das Erstellen moderat geringer Schwellwerte, wodurch ein Betrieb
bei einer deutlich reduzierten Wahrscheinlichkeit für eine Kontaminationsstoffabscheidung
und damit Verhaltensfluktuationen ermöglicht wird. Somit können geeignete
Gegenmaßnahmen
bei einem Anlagenstatus ergriffen werden, bei welchem der Einfluss
von Kontaminationsstoffen auf das Systemverhalten und die Komponentenintegrität noch gering
ist, selbst wenn die Messungen auf nicht kontinuierlicher Weise
ausgeführt
werden. Wenn andererseits eine oder mehrere dieser extrem empfindlichen
Techniken auf einer im Wesentlichen kontinuierlichen Basis ausgeführt wird,
wird eine flexiblere Reaktion beim Steuern des Systems 100 auf
die Messergebnisse, die von dem chemischen Detektionssystem 140 bereitgestellt
werden, erreicht. Beispielsweise kann das Festlegen von Unterbrechungen
oder Reinigungs- und Wartungsprozeduren so ausgeführt werden,
dass die Substrathandhabung, der Durchsatz, die Anlagenverfügbarkeit
und andere Prozessrahmenbedingungen ebenso berücksichtigt werden können, da
die vorhergehende oder „historische" Entwicklung der
Kontaminationsstoffkonzentration ein gewisses Maß an Vorhersage hinsichtlich
des Einflusses des weiteren Betriebs des Systems 100 in
Bezug auf die weitere Entwicklung der Kontaminationsstoffkonzentration
ermöglichen kann.
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In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann das Belichtungssystem 100 so betrieben werden, um
ein spezielles Bild auf einem oder mehreren ersten Substraten 102 unter
spezifizierten Betriebsbedingungen zu bilden, wobei eine oder mehrere
optische Komponenten, etwa die empfindliche Oberfläche 131 und/oder
das Retikal 101 und/oder das Sensorelement 141,
die in Form einer Probenoberfläche
bereitgestellt sind, etwa ein Quarzsubstrat, durch das chemische
Detektionssystem 140 untersucht wird. Beispielsweise kann
die Abscheidung eines anorganischen Salzes während des Verarbeitens des
einen oder mehreren ersten Substrate 102 überwacht
werden, die darauf ausgebildet das spezifizierte Bild aufweisen,
das während
spezifizierter Betriebsbedingungen erhalten wurde. Des weiteren kann
das Bild auf dem einen oder den mehreren ersten Substraten 102 analysiert
werden, um eine Korrelation zwischen einem oder mehreren Merkmalen des
Bildes auf den ersten Substraten 102 und dem Zustand der
optischen Komponente, etwa der Oberfläche 131, und/oder
des Retikels 101 und/oder des Sensorelements 141 zu
erstellen. D. h., es kann beispielsweise eine Dicke des anorganischen
Salzes mit einer oder mehreren Eigenschaften des auf dem einen oder
den mehreren Substraten 102 gebildeten Bildes in Korrelation
gesetzt werden. Danach kann das Belichtungssystem 100 so
betrieben werden, um ein oder mehrere zweite Substrate zu prozessieren, wobei
die Steuerung des Betriebs auf der Grundlage eines Betriebsmodus
stattfindet, der in Übereinstimmung
mit der zuvor erhaltenen Korrelation eingerichtet wird. Dazu kann
das auf dem einen oder den mehreren zweiten Substraten gebildete
Bild in Bezug auf die eine oder mehreren Eigenschaften analysiert werden,
um den Status des Belichtungssystems 100 auf der Grundlage
der zuvor ermittelten Korrelation abzuschätzen, wobei das Belichtungssystem 100 ohne
ein chemisches Detektionssystem 140 während des Bearbeitens des einen
oder der mehreren zweiten Substrate betrieben werden kann. Wenn
die Analyse der einen oder mehreren Eigenschaften der Bilder auf
einigen der zweiten Substrate anzeigt – auf der Grundlage der ermittelten
Korrelation – dass
ein kritischer Belichtungsanlagenstatus vorliegt, können geeignete
Gegenmaßnahmen,
etwa eine Unterbrechung, die möglicherweise
Reinigungs- und/oder Wartungsprozeduren beinhaltet, ausgeführt werden.
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Die
Korrelation kann beispielsweise auf der Grundlage der Bewertung
von Testsubstraten oder Testchipflächen auf Produktsubstraten,
die unter spezifizierten Bedingungen belichtet wurden, beispielsweise
mit sehr hoher Belichtungsdosis oder Belichtungszeit, ermittelt
werden, so dass geringe Änderungen
des spezifizierten Bildes, die durch Kontaminationsstoffe hervorgerufen
werden, auf den zweiten Substraten beobachtbar sind, ohne dass eine
tat sächliche Überwachung
der Atmosphäre 121 oder
eine Untersuchung kritischer optischer Komponenten erforderlich
ist.
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In
anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann ein Betriebsmodus auf der Grundlage von Messergebnissen erstellt
werden, die von dem chemischen Detektionssystem 140 erhalten
werden, wie dies zuvor beschrieben ist und wie dies auch in der folgenden
Beschreibung mit Bezug zu den 1b und 1c zu
entnehmen ist, wobei der entsprechende Betriebsmodus dann auf den
Betrieb des Systems 100 angewendet werden kann, wenn das Detektionssystem 140 nicht
vorgesehen ist oder für andere
standardmäßige Belichtungsanlagen,
die einen ähnlichen
Aufbau wie das System 100 aufweisen. Beispielsweise kann
auf der Grundlage eines spezifizierten Prozessrezeptes für eine moderne
Belichtungsanlage und auf der Grundlage von Messergebnissen, die
von dem Detektionssystem 140 über eine längere Betriebsphase gewonnen
wurden, ein Betriebsmodus eingerichtet werden, der Unterbrechungen
und möglicherweise
Reinigungs- und Wartungsprozeduren beinhaltet, und der die Beeinträchtigung
kritischer Komponenten deutlich reduzieren und auch die Prozessgleichförmigkeit
merklich verbessern kann, ohne dass tatsächlich das Überwachen der entsprechenden
Kammeratmosphären 121 erforderlich
ist. D. h., für
ein spezifiziertes Prozessrezept können gewisse „Eigenheiten" des Belichtungsprozesses,
die hauptsächlich
von der Anwesenheit eines oder mehrerer Kontaminationsstoffe abhängen, während der
Messphase ermittelt werden. Danach können geeignete Gegenmaßnahmen
in Form eines spezifizierten Betriebsmodus ermittelt und vorzugsweise
vor dem Anwenden des Betriebsmodus bestätigt werden, wobei der ermittelte
Betriebsmodus eine reduzierte Prozessfluktuation, die durch Kontamination
hervorgerufen wird, und/oder eine Komponentenbeeinträchtigung
liefert. D. h., der etablierte Betriebsmodus liefert eine deutlich
geringere progressive Defektrate im Vergleich zu gegenwärtig angewendeten
konventionellen Techniken.
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1b zeigt
schematisch das Belichtungssystem 100 gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Das chemische Detektionssystem 140 kann
in einer Ausführungsform
ein Absorptionsspektrometer 145 und/oder eine Chromatographievorrichtung 146 aufweisen,
die vorteilhafterweise mit einem Massenspektrometer kombiniert ist.
Ferner kann das Detektionssystem 140 mehrere Sensorelemente 141a, 141b, 141c aufweisen,
die sich hinsichtlich der Position innerhalb der Kammer 120 und
der Art des Sensormaterials unterscheiden können. In einer speziellen Ausführungsform
kann das mit dem Absorptionsspektrometer 145 verknüpfte Sensorelement 141a eine
Probenoberflä che 141d aufweisen,
die eine effiziente Bestimmung einer Schichtdicke eines Kontaminationsstoffes
ermöglicht,
der auf dem Sensorelement 141a abgeschieden ist. In einer
anschaulichen Ausführungsform
wird das Sensorelement 141a mit der Probenoberfläche 141d in
Form eines Quarzsubstrats bereitgestellt, so dass die Durchlässigkeit und/oder
die Reflektivität
des Sensorelements 141a mittels des Absorptionsspektrometers 145 oder durch
eine andere geeignete optische Anlage mit einer Lichtquelle und
einem Lichtdetektor, die geeignet in Bezug auf das Sensorelement 141a orientiert
sind, gemessen werden kann. Folglich kann das Absorptionsspektrometer 145 vorzugsweise
beim Erfassen von Kontaminationsstoffen angewendet werden, die auf
dem Sensorelement 141a abgeschieden sind, wodurch ebenso
ein Maß an
Kontamination kritischer Komponenten, etwa der Oberfläche 131 und/oder des
Retikels 101 bereitgestellt wird. Das Absorptionsspektrometer 145 kann
eine oder mehrere der folgenden Spektroskopietechniken repräsentieren:
IR, UV-sichtbar und Raman-Spektroskopietechniken. In anderen Ausführungsformen
kann der auf der Probenoberfläche 141d abgeschiedene
Kontaminationsstoff durch Ionenchromatographie analysiert werden. Es
sollte jedoch beachtet werden, dass, wie zuvor erläutert ist,
das Sensorelement 141a für die Analyse entfernt werden
kann und das Absorptionsspektrometer 145 oder eine Ionenchromatographievorrichtung
außerhalb
der Belichtungskammer 120 vorgesehen sein können. In
Ausführungsformen,
die sich auf ein im Wesentlichen kontinuierliches Messen mittels
Ionenchromatographie beziehen, kann ein geeignetes Einführsystem
(nicht gezeigt) an dem Sensorelement 141a angebracht sein,
um damit eine im Wesentliche kontinuierliche Einführung einer
Probe in die Chromatographiesäule
zu ermöglichen.
In speziellen Ausführungsformen
kann das Absorptionsspektrometer 145 in oder benachbart
zu der Belichtungskammer 120 vorgesehen sein, um damit
eine im Wesentlichen kontinuierliche Analyse des Sensorelements 141a zu
ermöglichen.
Es sollte ferner beachtet werden, dass die Art der Absorptionsspektroskopie von
der Art des Transmissionsverhaltens, die mit dem interessierenden
Kontaminationsstoff verknüpft ist,
abhängt,
d. h., die Absorptionsspektroskopie hängt von dem Frequenzbereich
der von dem interessierenden Kontaminationsstoff absorbierten elektromagnetischen
Strahlung ab. Wenn der Übergang zwischen
Schwingungsenergieniveaus des interessierenden Kontaminationsstoffs
auftritt, dann ist die Strahlung ein Teil des Infrarotbereichs und
die beteiligte Technik ist eine Infrarotspektroskopie. Wenn andererseits
der beteiligte Übergang
mit einer Umkonfiguration der Valenzelektronen in dem Molekül in Beziehung
steht, so ist die Strahlung ein Teil des Ultraviolettsichtbaren
Spektrums und die Technik ist eine Ultraviolett-sichtbar oder elektronische
Absorptionsspektroskopie. Wenn die Absorption von einem Übergang
zwischen Rotations energieniveaus begleitet wird, gehört die resultierende
Strahlung zum Mikrowellenanteil des elektromagnetischen Spektrums und
die Technik ist eine Mikrowellenspektroskopie. Bei Schwingungsspektroskopietechniken,
d. h. Infrarot und Raman-Spektroskopie, sind diese beiden Techniken
komplementär
zueinander und können
in Kombination verwendet werden, wenn die Erfassung sowohl von Molekülen mit
einer Änderung
im Dipolmoment und einer Änderung
der Polarisierbarkeit der Moleküle
während
der Schwingungsgänge
erforderlich ist. Vorteilhafterweise kann die Absorptionstechniken
verwendet werden, um eine große
Bandbreite von Materialien, Verbindungen, Kontaminationsgasen und
Schichten mit hoher Empfindlichkeit zu erkennen und zu messen. Ferner
können
die Absorptionstechniken in einfacher Weise eine im Wesentlichen
kontinuierliche Erfassung von Kontaminationsstoffen in einer „Echtzeit" Art ermöglichen.
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Die
Chromatographievorrichtung 146 kann andererseits eine beliebige
geeignete Chromatographietechnik repräsentieren, wobei das Prinzip
angewendet wird, dass Moleküle
mit unterschiedlichen chemischen Eigenheiten unterschiedlich mit
den Füllmaterialien
der Chromatographiesäule 146a wechselwirken,
so dass unterschiedliche Kontaminationsstoffe mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten und unterschiedlichen Rückhaltezeiten aus der Chromatographiesäule 146a in
einem Eluierungsmittel abgeführt
werden. Durch das Koppeln der Chromatographiesäule 146a mit einem
Massenspektrometer 146b können unterschiedliche Komponenten
des Kontaminationsstoffes von der Säule 146a in das Massenspektrometer 146b eingeführt werden,
wodurch eine verbesserte Auflösung
zwischen den Messwerten möglich
ist. Das Massenspektrometer 146b erfasst den elektrischen
Strom ionisierter Moleküle,
die einen entsprechenden Ionendetektor 146c erreichen.
In dem Massenspektrometer 146b werden zu analysierende
Moleküle
mittels eines Elektronenbeschusses ionisiert, der von einer heißen Kathode aufgesendet
und in einem elektrischen Feld in einem Vakuum mit einem Druck mit
weniger als ungefähr 10–4 mm
Quecksilbersäule
beschleunigt wird. Bei diesem geringen Druck ist die Konzentration
der kollidierenden Elektronen wesentlich höher als die Konzentration der
erfassten Moleküle.
Ferner ist der Druck gering genug, um eine Wechselwirkung von Ionen und
Molekülen
zu vermeiden. Selbst in einer komplexen gemischten Probe ist daher
die Konzentration jeder Ionenart proportional zur Konzentration
der entsprechenden „Ursprungsmoleküle" und hängt nicht von
der Probenzusammensetzung ab.
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Somit
liefert die Chromatographievorrichtung 146 eine ausgezeichnete
Empfindlichkeit für
eine Vielzahl von Kontaminationsstoffen. Die Probensammlung kann
mittels der Sensorelemente 141b erfolgen, die in Form von
Festphasenmikroextraktionsfilmen bereitgestellt werden können, die
an speziellen interessierenden Positionen für eine spezifizierte Zeitdauer
angeordnet sind. Danach können
die Sensorelemente 141b, 141c mit der Chromatographievorrichtung 146 mit
der geeigneten Säule 146a verbunden
werden, die dann mit einem geeigneten Temperaturprogramm und einem
geeigneten Trägergas betrieben
wird. Beispielsweise kann eine geeignete Chromatographiesäule eine
Stabilwax-Säule
15 cm × 0,25
mm (Restek) sein. Ein geeignetes Temperaturprogramm kann auf ungefähr 40°C für ungefähr 0,6 Minuten
festgelegt werden, wobei die Geschwindigkeit mit einer Rate von
ungefähr
15°C pro
Minute auf ungefähr
150°C erhöht wird.
Hierbei kann Helium mit einer Durchflussrate von ungefähr 1 mm
pro Minute als ein Trägergas
dienen. Die Bereich der Konzentration identifizierter Kontaminationsstoffe
kann auf der Grundlage der Gesamtfläche der spezifizierten Massen
eines speziellen Kontaminationsstoffes und einem empirischen Reaktionsfaktor,
wie sie im Stand der Technik bekannt sind, abgeschätzt werden.
Beispielsweise können
Kontaminationsstoffe mit anorganischem Schwefel und Stickstoff mittels
Diazomenthan aufgespalten werden, bevor diese in die Chromatographievorrichtung 146 eingeführt werden.
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Es
sollte beachtet werden, dass das Absorptionsspektrometer 145 und
die Chromatographievorrichtung 146 einzeln oder kombiniert
im Zusammenhang mit dem Belichtungssystem 100 verwendet werden
können.
Ferner können
Schwellwerte oder Bereiche und geeignete Betriebsmodi auf Grund
der Detektion eines oder mehrerer spezieller Kontaminationsstoffe
in der zuvor mit Bezug zu 1a beschriebenen
Weise errmittelt werden.
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1c zeigt
schematisch das Belichtungssystem 100 gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen.
In der gezeigten Ausführungsform kann
das chemische Detektionssystem 140 ein erstes optisches
Detektionssystem 145a aufweisen, das ausgebildet ist, die
Art und Quantität
mindestens eines spezifizierten Kontaminationsstoffes zu bestimmen,
der auf einer optischen Komponente abgeschieden ist, die in der
gezeigten Ausführungsform einen
Teil des Retikels 101 repräsentieren kann. Z. B. kann
das optische Detektionssystem 145a eine der Absorptionstechniken,
die zuvor erläutert
sind, repräsentieren.
Somit kann das Retikel 101 als ein Sensorelement für das optische
Detektionssytem 145a dienen. Alternativ oder zusätzlich kann
das Detektionssystem 140 ein zweites optisches Detektionssystem 145b aufweisen,
das ausgebildet ist, quantitativ zumindest einen speziellen Kontaminationsstoff
zu erfassen, der auf einer optischen Komponente des Systems 130 abgeschieden
ist. Beispielsweise kann die empfindliche Oberfläche 131 als eine Probenoberfläche für das zweite
optische Detektionssystem 145b ausgewählt werden, das geeignet ausgestattet und
so positioniert ist, um die Analyse der empfindlichen Oberfläche 131 während des
Betriebs des Systems 100 und/oder während spezieller Perioden, wenn
die Substratverarbeitung unterbrochen ist, ermöglicht. Beispielsweise kann
das zweite optische Detektionssystem 145b mit einer geeigneten
Antriebsanordnung (nicht gezeigt) ausgestattet sein, um damit in
eine Position bewegbar zu sein, bei der die einzelnen Komponenten
des Systems 145b während des
regulären
Betriebs des Systems 100 nicht stören. In anderen Ausführungsformen
kann das optische System 130 so gestaltet sein, so dass
Detektionssystem 145b während
des regulären
Betriebs des Systems 100 Zugriff auf die Oberfläche 131 hat.
Hinsichtlich von Steuerungsstrategien und Operationsmodi des Belichtungssystems 100,
wie es in 1c gezeigt ist, gelten die gleichen
Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den 1a und 1b erläutert sind. Ferner
sollte beachtet werden, dass das Belichtungssystem 100,
das in 1c gezeigt ist, auch mit weiteren
Detektionseinrichtungen versehen sein kann, etwa der Chromatographievorrichtung 146 aus 1b,
um damit zuverlässig
gasförmige
Kontaminationsstoffe in der Atmosphäre 121 zu erfassen oder
zu überwachen.
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In
weiteren Ausführungsformen
kann das Belichtungssystem 100 ein Regenerationssystem 150 aufweisen,
das mit der Kammeratmosphäre 121 in
Verbindung steht. Das Regenerationssystem 150 kann so ausgebildet
sein, um einen oder mehrere spezielle Kontaminationsstoffe zu entfernen
oder zu modifizieren. Beispielsweise kann das Regenerationssystem 150 Katalysatoroberflächen 151 aufweisen,
die so gestaltet sind, um eine chemische Reaktion zu bewirken, um
damit einen oder mehrere gasförmige
Kontaminationsstoffe in der Kammeratmosphäre 121 zu modifizieren
oder zu entfernen. Beim Erfassen einer kritischen Konzentration
eines oder mehrerer spezieller Kontaminationsstoffe in der Atmosphäre 121 einschließlich von
Kontaminationsstoffen, die auf einer Probenoberfläche abgeschieden
sind, und zwar den Sensorelementen 141a, dem Retikel 101 oder
der empfindlichen Oberfläche 131, kann
beispielsweise das Belichtungssystem 100 in einen Betriebsmodus
umgeschaltet werden, in welchem der Betrieb des Regenerationssystems 150 keinen
nachteiligen Einfluss auf den Gesamtbetrieb des Systems 100 ausübt. D. h.,
der Betrieb des Regenerationssystems 150 kann eine entsprechende erhöhte Temperatur
der Katalysatoroberflächen 151 und/oder
einen erhöhten
Gasdurchsatz durch das System 150, und derglei chen erfordern,
die während des
eigentlichen Bearbeitens des Substrats 102 nicht akzeptabel
sein können.
Wenn daher die Steuerungsstrategie des Belichtungssystems 100 eine
Unterbrechung auf der Grundlage einer quantitativen Anzeige der
Konzentration eines oder mehrerer spezifizierter Kontaminationsstoffe
in der Atmosphäre 121 anordnet,
kann das Regenerationssystem 150 beauftragt werden, so
zu operieren, um in effizienter Weise die Kontaminationsstoffe zu
entfernen oder zu modifizieren, indem beispielsweise der Gasstrom und/oder
das Aufheizen einer Katalysatoroberfläche 151, und dergleichen
erhöht
wird. Es sollte beachtet werden, dass das Regenerationssystems 150 eine beliebiges
Systemart repräsentieren
kann, dass das Entfernen oder Modifizieren eines oder mehrerer spezieller
Kontaminationsstoffe auf physikalische oder chemischer Basis ermöglicht,
wobei abhängig von
dem angewendeten Mechanismus ein kontinuierlicher oder unterbrochener
Betrieb des Systems 150 ausgeführt werden kann. Ferner sollte
beachtet werden, dass das Regenerationssystem 150 so betrieben
werden kann, ohne dass es direkt von dem Detektionssystem 140 gesteuert
wird, sobald ein geeigneter Betriebsmodus für das Belichtungssystem 100 einschließlich des
Regenerationssystems 150 auf der Grundlage von Messergebnisse,
die in der zuvor beschriebenen Weise erhalten wurden, ermittelt
worden ist.
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Es
gilt also: die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
die den Betrieb modernster Belichtungsanlagen auf der Grundlage
von Strahlungsquellen mit kleiner Wellenlänge mit erhöhter Zuverlässigkeit und Gleichförmigkeit
ermöglichen,
da das Vorhandensein gasförmiger
und/oder fester Kontaminationsstoffe innerhalb einer Belichtungsatmosphäre – zumindest
während
spezieller Betriebsperioden – quantitativ
bestimmt wird. Durch Anwenden äußerst effizienter
und sensibler Erfassungstechniken, etwa Chromatographietechniken
und Absorptionsspektroskopie in kontinuierlicher oder unterbrochener
Weise, kann die Auswirkung von Kontaminationsstoffen auf kritische
Komponenten der Belichtungsanlagen sowie auf die Eigenschaften hinsichtlich
der Gleichförmigkeit
des Belichtungsprozesses deutlich verringert werden. Des weiteren
ermöglicht
es die vorliegende Erfindung, verbesserte Betriebsmodi für moderne Belichtungsanlagen
auf der Grundlage einer sensitiven Messung eines oder mehrerer Kontaminationsstoffe
innerhalb der Belichtungsatmosphäre
zu erstellen, wobei eine Belichtungsanlage zumindest über ausgedehnte
Phasen betrieben werden kann, ohne dass tatsächlich die Belichtungsatmosphäre überwacht
wird. D. h., es können
verbesserte Strategien auf der Grundlage von Messdaten erstellt
werden, um damit Prozessungleichförmigkeiten und/oder vorzeitiger
Ausfall optischer Komponenten zu redu zieren, indem zumindest zeitweilig
moderne und äußerst sensitive
Erfassungstechniken für
Kontaminationsspuren in dem Lithographieprozess integriert werden.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.