DE102011087851A1

DE102011087851A1 - Verschlusseinrichtung für eine Lithographievorrichtung und Lithographievorrichtung

Info

Publication number: DE102011087851A1
Application number: DE102011087851A
Authority: DE
Inventors: Marten Krebs; Martin Rath; Ulrich Beck
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-06-28
Also published as: US20120162626A1

Abstract

Eine Verschlusseinrichtung (1) für eine Lithographievorrichtung (100) umfasst ein Gehäuse (8, 17) zum Aufrechterhalten eines Ultrahochvakuums, eine innerhalb des Gehäuses (17) vorgesehene, um eine Rotationsachse (15) rotierbaren Scheibe (10), wobei die Scheibe (10) mindestens eine auf einer Umfangslinie (U1) um die Rotationsachse (15) angeordnete Öffnung (11) zum Durchlass von Ultraviolettlicht (L) aufweist. Eine Lithographievorrichtung (100) ist mit einer entsprechenden Verschlussvorrichtung (1) versehen, und weist ferner eine innerhalb des Gehäuses (8, 17) angeordnete Lichtquelle (2) für Ultraviolettlicht (L), eine Optik (5) zum Abbilden eines Musters auf eine Zielfläche, und eine Kameraeinrichtung (7) zum Erfassen des abgebildeten Musters auf.

Description

Die industrielle Herstellung von integrierten elektrischen Schaltkreisen und auch anderen mikro- oder nanostrukturierten Bauelementen erfolgt in Regel mittels lithographischer Verfahren. Dabei werden auf ein geeignetes Substrat, beispielsweise einem Halbleiter-Wafer, mehrere strukturierte Schichten aufgebracht. Zur Strukturierung der Schichten werden diese zunächst mit einem Photolack bedeckt, der für Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereiches empfindlich ist. Es ist günstig Licht mit einer möglichst kleinen Wellenlänge für die Belichtung zu verwenden, da die laterale Auflösung der zu erzeugenden Strukturen direkt zu der Wellenlänge des Lichts abhängt. Es wird derzeit insbesondere Licht oder Strahlung im tiefen ultravioletten (DUV: deep ultraviolet) oder im fernen, extremen ultravioletten Spektralbereich eingesetzt. Man spricht auch von EUV = extremes Ultraviolett.
Übliche Lichtwellenlängen für DUV-Systeme betragen derzeit 248 nm, 193 nm und gelegentlich 157 nm. Um noch höhere lithographische Auflösungen zu erzielen, wird Strahlung bis hin zu weicher Röntgenstrahlung Prototypen von wenigen Nanometern Wellenlänge entwickelt. Für Licht der Wellenlänge von 13,5 nm lassen sich zum Beispiel Strahlungsquellen und Optiken für lithographische Zwecke herstellen.
Der entsprechende mit Photolack beschichtete Wafer wird somit durch eine Belichtungsanlage belichtet. Dabei wird ein Muster aus Strukturen, das auf einer Maske oder einem Retikel erzeugt ist, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet. Da die EUV-Strahlung stark von Materie absorbiert wird, finden reflektive Optiken und Masken verstärkt Einsatz.
Nach dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer chemischen Prozessen unterzogen, wodurch die Oberfläche des Wafers entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert wird. Der nicht prozessierte Restphotolack wird dann von den verbleibenden Teilen der Schicht abgespült. Es können weitere bekannte Verfahren zur Halbleiterherstellung oder -Bearbeitung, wie Doping etc. folgen. Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis alle Schichten auf den Wafer zum Ausbilden der Halbleiterstruktur aufgebracht sind.
Die Leistungsfähigkeit der verwendeten lithographischen Anlagen wird nicht nur durch die Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs, sondern auch durch ein Beleuchtungssystem bestimmt, das die Maske beleuchtet. Das Beleuchtungssystem enthält meist Lichtquellen, die gepulst betriebene Laser oder auch Plasmaquellen umfassen können. Weitere optische Elemente, die aus dem von der Lichtquelle erzeugten Licht Lichtbündel erzeugen, welche auf der Maske oder Retikel in Feldpunkten konvergieren. Es ist gewünscht, die Erzeugung der Lichtbündel und den sich ergebenden Strahlengang in der jeweiligen lithographischen Anlage vor deren Auslieferung zu justieren und zu prüfen.
Um entsprechende lithographische Anlagen zu testen, werden meist die einzelnen funktionellen Einheiten untersucht. Das heißt die optischen Elemente können hinsichtlich ihrer relativen Lage vermessen werden, die Position der Wafer justiert, und insbesondere die Retikel- oder Maskenanordnungen müssen mikroskopische untersucht werden. Es ist allerdings auch wünschenswert, das gesamte System oder Teile davon vor eigentlicher Inbetriebnahme und dem Belichten von Wafern mit dem Originallicht für die EUV-Lithographie zu testen. Da insbesondere EUV-Lichtquellen nicht aufwandsgünstig abgeschaltet und wieder eingeschaltet werden können, ist daher eine kontrollierte Blockierung des Lichts im Strahlengang innerhalb des Lithographiesystems notwendig.
Bekannte optische oder fotografische Verschlüsse umfassen zum Beispiel linear verlaufende Schlitze, welche mit hoher Geschwindigkeit an einem Fenster, durch das Licht treten kann, vorüber laufen. Derartige Schlitzverschlüsse können durch mehrere bewegliche Lamellen aufgebaut werden. Bekannt sind auch rotierende halbmondförmige Scheiben, die von einem Elektromotor angetrieben werden. Nachteilig sind dabei die hohe Anzahl von mechanischen Komponenten oder die beispielsweise durch exzentrische Lagerung der beweglichen Komponenten entstehende Vibrationen
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Verschlusseinrichtung und eine dadurch verbesserte Lithographieanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Verschlusseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Lithographievorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Demgemäß wird eine Verschlusseinrichtung für eine Lithographievorrichtung vorgeschlagen, welche ein Gehäuse zum Aufrechterhalten eines Ultrahochvakuums aufweist. Innerhalb des Gehäuses ist eine um eine Rotationsachse rotierbare Scheibe vorgesehen, wobei die Scheibe mindestens eine auf einer Umfangslinie um die Rotationsachse angeordnete Öffnung zum Durchlass von Ultraviolettlicht aufweist.
Die Öffnungen sind insbesondere zum Durchlass für extremes Ultraviolettlicht eingerichtet. Unter extremem Ultraviolettlicht (EUV) wird in der Regel ultraviolette Strahlung in einem Spektralbereich zwischen 1 nm und 100 nm verstanden. Um besonders feine Nano- und Mikrostrukturen lithographisch zu erzeugen, wird Ultraviolettlicht oder Ultraviolettstrahlung bei einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm eingesetzt. Man spricht auch von EUV-Lithographie.
Da EUV-Strahlung in vielen Materialien stark absorbiert wird, ist es notwendig, den Strahlengang, das heißt die Optiken, Masken, Retikel, Zieloberflächen wie Wafer und dergleichen, in einer entsprechenden Lithographievorrichtung bzw. in einem EUV-Belichter unter Ultrahochvakuum (UHV) zu halten. Ein Gehäuse für eine Lithographievorrichtung oder eine Verschlusseinrichtung kann zum Beispiel einen Druck von 10^–7 bis 10^–12 mbar (hPa) gewährleisten. Man spricht auch von einer Vakuumkammer. Das bedeutet, dass im Strahlengang nur eine Moleküldichte von 10⁹ bis 10⁴ Molekülen/cm³ vorliegt.
Die Scheibe, welche beispielsweise als Kreisscheibe ausgebildet sein kann, umfasst dabei vorzugsweise mehrere Öffnungen auf einer Umfangslinie. Beim Rotieren der Scheibe um die Rotationsachse und einem im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse einfallenden Strahl oder Lichtbündel von Ultraviolettlicht, geben die Öffnungen oder Löcher in der Scheibe den Strahl frei. Falls ein kontinuierlicher EUV-Lichtstrahl vorliegt, ergibt sich dadurch eine gepulste Strahlung, wobei der jeweilige Lichtpuls von der Größe der Öffnungen und der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe abhängen. Bei gepulster Strahlung von der Lichtquelle, kann durch geeignete Synchronisation der Verschlusszeiten mit der Strahlungspulsdauer und Frequenz entweder eine Blockierung der Strahlung erfolgen oder die Strahlungspulse kontrolliert weitergeleitet werden.
Man kann bei einer solchen Vorrichtung auch von einem Rotations-Shutter oder einer sich drehenden Shutterscheibe als Verschlusseinrichtung sprechen. Dies hat gegenüber schlitzförmigen Verschlusseinrichtungen oder rotierenden Scheiben mit unregelmäßiger Kontur den Vorteil, dass eine besonders hohe Drehgeschwindigkeit realisiert werden kann und besonders hohe Pulsfrequenzen bis beispielsweise 1 bis 2 kHz erreicht werden können. Vorzugsweise werden sogar Pulsfrequenzen bis 5 kHz erzielt. Vorzugsweise ist diese Dregschwindigkeit konstant. Dadurch werden Vibrationen durch eine solche regelmäßige Drehung bzw. konstante Drehgeschwindigkeit gering gehalten.
Die Scheibe hat vorzugsweise mehrere Öffnungen, welche auf einer gemeinsamen Umfangslinie eines Kreises um die Rotationsachse angeordnet sind.
Die Scheibe kann kreisförmig ausgebildet sein.
Bei kreisförmiger Ausführung und insbesondere regelmäßiger Anordnung der Öffnungen auf einer gemeinsamen Umfangslinie, können Vibrationen durch die Drehung um die Rotationsachse niedrig gehalten werden. Beispielsweise können vier Öffnungen in jeweils 90° Abstand auf einer Umfangslinie vorgesehen werden. Denkbar ist auch eine andere Anzahl von Öffnungen, wie beispielsweise sechs Öffnungen. Vorzugsweise sind die Öffnungen symmetrisch in Bezug auf die Rotationsachse vorgesehen. Bevorzugt liegt der Schwerpunkt der Scheibe auf der Rotationsachse.
Gemäß einer Ausführungsform der Verschlusseinrichtung hat mindestens eine Öffnung entlang der Umfangslinie eine größere Ausdehnung als eine Ausdehnung senkrecht zu der Umfangslinie. Die Öffnung oder Öffnungen können zum Beispiel in der Art einer ovalen Öffnung ausgebildet sein.
In gewissen Betriebssituationen ist es gewünscht, die Zeitpunkte, zu denen Licht von einer Öffnung durchgelassen wird, mit Lichtpulsen einer gepulsten Ultraviolettlichtquelle zu synchronisieren. Hat die gepulste Lichtquelle einen Jitter, kann die Ungenauigkeit des Lichtpulses durch eine größere Ausdehnung der Öffnungen entlang der Umfangslinie zumindest teilweise kompensiert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Verschlusseinrichtung sind entlang einer weiteren Umfangslinie an der Scheibe mehrere Magneten angebracht. Die weitere Umfangslinie kann beispielsweise einen größeren Abstand von der Rotationsachse haben als die erste Umfangslinie auf der die Öffnungen angeordnet sind.
Die Magneten können vorzugsweise verkapselt sein, so dass keine Ausdünstungen oder Verunreinigungen in den UHV-Bereich des Gehäuses gelangen können. Die Magneten können paarweise an gegenüberliegenden Winkelpositionen bezüglich des Kreismittelpunktes bzw. der Rotationsachse angeordnet sein. Beispielsweise eignen sich Neodymmagnete, welche mit geeigneten Klebstoffen auf die Scheibe aufgeklebt sind oder in das Material der Scheibe eingelassen sind.
Vorzugsweise umfasst die Verschlusseinrichtung ferner eine außerhalb des Gehäuses vorgesehene Magnetspulenanordnung zum Zusammenwirken mit den Magneten an der Scheibe.
Beispielsweise wirken die Magnete auf der Umfangslinie an der Scheibe im Ultrahochvakuum mit geeignet angebrachten Magnetspulen außerhalb des Ultrahochvakuums als eine Art Linearmotor entlang der Umfangslinie.
Die Verschlusseinrichtung hat insbesondere keine Drehdurchführung durch die Gehäusewand.
Da insbesondere Magnetspulen störende Ausdünstungen oder Verunreinigungen mit sich bringen können, ist es vorteilhaft, den sich ergebenden Elektromotor aus Magnetspulenanordnung und Magneten an der Scheibe zweiteilig auszuführen. Man erhält somit Rotor und Stator in unterschiedlichen Bereichen der Verschlusseinrichtung oder der Lithographievorrichtung, nämlich einerseits innerhalb des Ultrahochvakuumbereiches und andererseits außerhalb desselben.
Bei einer Ausführungsform der Verschlusseinrichtung bilden die Magnete und die Magnetspulenanordnung einen Elektromotor aus, welcher geeignet ist, mit einer Drehzahl zwischen 28000 Umdrehungen pro Minute und 29000 Umdrehungen pro Minute zu rotieren. Es sind auch abweichende Drehzahlen denkbar. Dabei kann die Anzahl der Öffnungen in der Rotations-Shutterscheibe an die möglichen Drehzahlen angepasst werden. Ein denkbarer Durchmesser für die Scheibe liegt zwischen 12 und 20 cm.
Die Kombination aus einer bestimmten Anzahl von Öffnungen und Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe ist vorzugweise derart abgestimmt, dass Pulsfrequenzen für durch die Öffnung durchgetretene Strahlung zwischen 100 Hz und 5 kHz liegen.
Die Pulsfrequenz ergibt aus der Drehzahl dividiert durch die Anzahl der Öffnungen auf der Umfangslinie der Scheibe.
Als Material für die Scheibe kommt beispielsweise Aluminium oder Beryllium, aber auch Edelstahl in Frage. Die Scheibe hat beispielsweise eine Dicke von 2 bis 10 mm und vorzugsweise eine Dicke zwischen 3,5 und 5,5 mm. Die Scheibe kann in einer Ausführungsform der Verschlusseinrichtung mit Hilfe einer magnetischen Lagerung im Bereich der Rotationsachse gelagert sein. Bei einer magnetischen Lagerung wird vorteilhafter Weise praktisch kein Abrieb erzeugt, der in dem Ultrahochvakuumbereich des Gehäuses Verunreinigungen hervorrufen könnte. Denkbar sind hingegen auch Lagerungen auf Basis von Keramiken.
Die Lagerung und der Antrieb der Scheibe kann auch ausschließlich durch Zusammenwirken der Magnete mit den Spulen erfolgen ohne dass ein die Scheibe tragendes Element in dem UHV-Bereich des Gehäuses vorgesehen sein muss. Für den Fall ohne eine Bestromung der entsprechenden Magnetlageranordnung kann ein Absetzlager vorgesehen sein, auf dem die Scheibe ruhen oder auflaufen kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Verschlusseinrichtung sind die Öffnungen in der Scheibe mit Hilfe von Blenden gebildet. Die Blenden sind dann auf Aussparungen in der Scheibe angeordnet.
Durch die vorgeschlagene Verschlusseinrichtung mit Hilfe eines Rotations-Shutters innerhalb des Ultrahochvakuumsbereichs wird gegenüber bekannten Maßnahmen für optische Verschlüsse die Anzahl von möglichen Verschleißteilen reduziert. Insofern können bei Einsatz der vorgeschlagenen Verschlusseinrichtung die Lebensdauern von Debris-Filtern verlängert werden.
Es wird ferner eine Lithographievorrichtung mit einer vorgenannten Verschlusseinrichtung vorgeschlagen, welche eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Lichtquelle für Ultraviolettlicht, insbesondere für extremes Ultraviolettlicht, eine Optik zum Abbilden eines Musters auf eine Zielfläche und eine Kameraeinrichtung zum Erfassen des abgebildeten Musters umfasst.
Eine Lithographievorrichtung umfasst somit ein Gehäuse zum Erhalten eines Ultrahochvakuums, wobei in dem Gehäuse eine Verschlusseinrichtung mit einer um eine Rotationsachse rotierbaren Scheibe vorgesehen ist. Die Scheibe hat mindestens eine auf einer Umfangslinie um die Rotationsachse angeordneten Öffnung zum Durchlass von extremem Ultraviolettlicht. Innerhalb des Gehäuses ist eine Lichtquelle für extremes Ultraviolettlicht, eine Optik zum Abbilden eines Musters auf eine Zielfläche, und eine Kameraeinrichtung zum Erfassen des abgebildeten Musters angeordnet.
Die eingesetzte Optik kann dabei einen verkleinernden Abbildungsmaßstab besitzen, beispielsweise kann diese Optik mit einem Abbildungsmaßstab von 1 zu 4 ausgeführt werden, und für ein mikrolithographisches Verfahren eingesetzt werden. Das abzubildende Muster entspricht beispielsweise einer Maskenanordnung oder einem Retikel zum Erzeugen von ultrafeinen Mikro- oder Nanostrukturen auf Halbleiter-Wafern als Zielfläche. Die Kameraeinrichtung dient beispielsweise dem Testen der Abbildungsleistung der (Spiegel-)Abbildungsoptik. Die Lithographievorrichtung ermöglicht somit, bei Originallicht, beispielsweise 13,5 nm EUV die Lithographievorrichtung zu testen. Dadurch können insbesondere Masken oder Retikel in der Lithographievorrichtung getestet werden, ohne dass ein Abscannen der Masken oder Retikel mit Hilfe von Mikroskopie erforderlich ist. Die Verschlusseinrichtung erlaubt dabei die Erzeugung von wohldefinierten EUV-Pulse zur Erfassung durch die Kamera.
Alternativ kann die Lithographievorrichtung auch derart ausgestaltet sein, dass anstelle einer Abbildungsoptik, welche die Strukturen der Masken oder Retikel auf eine Waferoberfläche verkleinert abbildet, eine Testoptik vorgesehen wird. Zum Beispiel kann eine Lithographie-Testvorrichtung, bei der eine Optik einen vergrößernden Abbildungsmaßstab schafft, ausgebildet werden. Insofern ist in einer Ausführungsform der Lithographievorrichtung die Optik eine Vergrößerungsoptik. Man kann dann auch von einer Maskentestvorrichtung sprechen, bei der Masken oder Retikel bei Originalbelichtungslicht mit Hilfe einer vorgesehenen Kamera vermessen und untersucht werden können.
Die Lithographievorrichtung kann ferner mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Bewegung mindestens einer Öffnung der Scheibe und zum Erzeugen eines Triggersignals ausgestattet sein. Als Sensoreinrichtung kommt beispielsweise eine Lichtschranke in Frage, welche die Bewegung der Öffnungen an einer Referenzposition erfasst.
Beispielsweise kann das Triggersignal verwendet werden, um die Lichtquelle zu aktivieren oder anzusteuern.
Vorzugsweise ist daher eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Lichtquelle in Abhängigkeit von dem Triggersignal vorgesehen.
Bei einer Ausführungsform der Lithographievorrichtung ist die Steuereinrichtung derart eingerichtet, dass die Lichtquelle derart aktiviert wird, dass die Öffnungen beim Rotieren der Scheibe eine vorgegebene Anzahl von Lichtpulsen von der Lichtquelle durchlassen. Man kann beispielsweise ein Belichtungsfenster für die Kamera festlegen, so dass beispielsweise 200 EUV-Pulse durch den Strahlengang der Lithographievorrichtung laufen und dann von der Kamera erfasst werden.
Vorzugsweise ist bei einer Ausführungsform der Lithographievorrichtung die Scheibe in einem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und einem Debris-Filter angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Lithographievorrichtung ist die Scheibe derart angeordnet, dass die Rotationsachse einen Winkel mit der Erdbeschleunigung aufweist. Die Magnetspulenanordnung weist dann mehrere unterschiedlich angesteuerte Elektromagneten zum Kompensieren einer Einwirkung der Erdbeschleunigung auf die rotierende Scheibe auf. Ist beispielsweise die Rotationsachse horizontal vorgesehen, kann es erforderlich sein, um eine möglichst gleichmäßige Rotation und damit Lichtpulserzeugung zu erzielen, dass die Magnetspulen oder Elektromagneten, welche oberhalb der Rotationsachse angeordnet sind, anders bestromt werden, als die die unterhalb der Rotationsachse vorliegen. Die Magnetspuleneinheiten sind beispielsweise einander gegenüber liegend vorgesehen.
Weitere mögliche Implementierungen oder Varianten der Verschlusseinrichtung oder der Lithographievorrichtung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserung oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform hinzufügen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Lithographievorrichtung;
2: eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verschlusseinrichtung;
3: eine schematische Darstellung in der Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Shutterscheibe;
4: eine perspektivische Darstellung in der Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Shutterscheibe; und
5: ein Beispiel für ein Signaldiagramm für mögliche Belichtungspulse.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Lithographievorrichtung. Die Lithographievorrichtung 100 ist schematisch im Querschnitt dargestellt. Da die Lithographievorrichtung 100 insbesondere zur EUV-Lithographie geeignet ist, ist der Strahlengang vollständig innerhalb einer Vakuumkammer vorgesehen. Die 1 zeigt zunächst die Vakuumkammer 8 bzw. ein Gehäuse, welches vakuumdicht ausgeführt ist. Dabei ist in einem, in der Orientierung der 1, rechten Gehäuseteil 8A die Einrichtung zur Lichterzeugung vorgesehen und in einem zweiten (linken) Gehäuseteil 8B das optische Abbildungssystem.
Die Lithographievorrichtung 100 umfasst eine Strahlungsquelle 2 zum Erzeugen von EUV-Licht. Als Strahlungsquellen kommen gasentladungsangeregte Plasmen in Frage. Xenon gilt beispielsweise als geeignetes Targetmaterial. Auch Laserangeregte Plasmen als Strahlungsquellen für EUV-Licht sind denkbar. Dabei entstehen Pulse von EUV-Licht. Das EUV-Licht hat beispielsweise eine Wellenlänge von 13,5 nm. Grundsätzlich kann ein Spektralbereich zwischen Ultraviolett und weicher Röntgenstrahlung von etwa 1 nm bis 100 nm Wellenlänge verwendet werden. Besonders effiziente Optiken lassen sich für EUV-Strahlung oder EUV-Licht um eine Wellenlänge von 13,5 nm herstellen.
Das von der Strahlungsquelle 2 erzeugte EUV-Licht L1 durchläuft eine Verschlusseinrichtung 1, welche pulsweise das Licht durchlässt und damit EUV-Licht L2 mit einer vorgegebenen Pulsfrequenz und Pulsweite bereitstellt. Die Licht- oder Strahlungspulse L2 durchlaufen einen Debris-Filter 3. Der Debris-Filter 3 dient dem Zurückhalten von Teilchen jeglicher Form, welche beispielsweise von Elektrodenbruchstücken, verdampftem Material oder vom Plasma der Strahlungsquelle imitierte Elektronen, Ionen oder Atomen herrühren können.
Der linke UHV-Kammerbereich 8B umfasst eine Maskenstation 4, welche die Masken oder Retikel mit den abzubildenden Mustern für die Photolithographie enthält. Das EUV-Licht L3 durchläuft dann ein optisches System 5, welches in der Regel reflektive Optiken für EUV-Strahlung umfasst. Von dem Optiksystem 5 tritt das Licht L4 auf eine Zielfläche, dass heißt, die zu prozessierende Oberfläche eines Halbleiter-Wafers auf. In der 1 ist die Waferstation mit 6 bezeichnet.
Um beispielsweise die Lichtquelle 2, die Retikel 4 oder die Abbildungsleistung der Optik 5 zu testen, ist eine Kamera 7 anstelle eines Wafers vorgesehen. Ferner ist eine Steuereinrichtung 9, welche beispielsweise programmgesteuert sein kann, vorgesehen, welche Steuer- und Sensorsignale von der Kamera 7 empfängt, kommunikativ mit der Verschlusseinrichtung 1 gekoppelt ist und die Strahlungsquelle 2 ansteuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 9 Laserpulse zur Plasmaentladung aktivieren. Die Steuereinrichtung 9 steuert ferner beispielsweise die Verschlusseinrichtung 1 und Strahlungsquelle 2 derart, dass wohl definierte EUV-Lichtpulse L2 werden und von der Kamera 7 nach Durchlauf der Optik 5 erfasst werden können.
Bei der Belichtung von beschichteten Halbleiter-Wafern erfolgt eine in der Regel verkleinernde Abbildung der Masken- oder Retikelstrukturen in der Maskenstation 4 durch das Optiksystem 5. In einer leicht abgewandelten Ausführungsform der Lithographievorrichtung 100 kann eine günstige Prüfung und Vermessung der in der eigentlichen Waferproduktion eingesetzten Masken erfolgen. Bei einer Implementierung der Lithographievorrichtung als Mess- und Testvorrichtung für eine Lichtquelle 2, eine Masken(station) 4 und/oder verwendeten Optikelementen wird eine Optikanordnung 5 eingesetzt, die eine vergrößernde Abbildung der Maskenstrukturen hin zur Kamera 7 schafft. Um eine geeignete Belichtungszeit für die Kamera 7 einzustellen, wird die Verschlusseinrichtung 1, wie eingangs angedeutet, entsprechend angesteuert.
In der alternativen Ausgestaltung als Mess- und Testvorrichtung ist es nicht notwendig, die gesamte Maskenstruktur auf die Zielfläche im Bereich der Waferstation 6 abzubilden. Es kann genügen, eine Optik 5 mit einem kleinen Gesichtsfeld einzusetzen, das einen Ausschnitt der jeweils eingesetzten Maske, quasi mikrokopisch, zur Kamera 7 hin abbildet.
In der 1 ist ferner angedeutet, dass die Erdbeschleunigung nach unten weist. Die Verschlusseinrichtung 1 ist mit einer rotierenden Shutterscheibe in dem UHV ausgeführt und lässt das Licht L2 an einer vorgegebenen Referenzposition an einem Fenster 18 in Richtung zu dem Debrisfilter 3 und der Maskenanordnung 4 durch.
Die 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verschlusseinrichtung. Die Verschlusseinrichtung 1 hat dabei zwei Bereiche. Es ist ein Gehäuse zum Halten eines Ultrahochvakuums vorgesehen, welches in der Orientierung der 2 unterhalb der Gehäusewand 17 vorliegt. Oberhalb der Gehäusewand 17 und außerhalb des Strahlengangs für das EUV-Licht genügt eine übliche Reinraumatmosphäre. In dem Gehäuse 17, also innerhalb des UHV-Bereiches ist eine Shutterscheibe 10 vorgesehen, welche um eine Rotationsachse 15 mit Hilfe eines Lagers 16 drehbar gelagert ist. Es kann eine Magnetlager oder eine Keramiklager eingesetzt werden, um die Anzahl von Verschließteilen zu reduzieren. Auch hybride Lagerausführungen sind möglich.
Die Scheibe 10 hat dabei Öffnungen 11 zum Durchlassen von Licht L1. Beispielsweise fällt EUV-Licht von einer Lichtquelle, wie sie beispielsweise in der 1 angedeutet ist, parallel zu der Rotationsachse 15 von unten auf die Scheibe 10. Sofern nicht eine Öffnung 12 an der Stelle des eintretenden EUV-Lichtstrahls L1 im Bereich des Fensters 18 vorliegt.
In der 3 ist eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels einer Shutterscheibe dargestellt. Die Shutterscheibe ist als Kreisscheibe 10 ausgeführt, welche um die Rotationsachse 15 drehbar ist. Um die Scheibe 10 anzutreiben, sind auf einer Umfangslinie entlang des Randes der Shutterscheibe 10 Magneten 19 vorgesehen. Die Magneten 19 sind beispielsweise Neodymmagnete in regelmäßigen Abständen auf dem Umfang der Kreisscheibe 10. Die Magnete sind dabei vorzugsweise derart gekapselt, dass keine Ausdünstungen oder Partikel in dem UHV-Bereich Verunreinigungen hervorrufen können. Die Magneten sind beispielsweise wie in der 2 in die Scheibe 10 eingelassen, können jedoch auch daran festgeklebt sein. Es ist beispielsweise auch eine Kunststoffummantelung der Magneten 19 denkbar. Die Magneten 19 bilden beispielsweise einen Rotor eines Elektromotors aus.
In der Gehäusewandung 17, wie es in der 2 dargestellt ist, ist eine Magnetspulenanordnung 20 vorgesehen. Die Magnetspulenanordnung 20 umfasst an vorgegebenen Positionen (in der Orientierung der 2 oberhalb der Kreisscheibe 10) Elektromagneten 21 bzw. bestrombare Spulen. In der 3 erkennt man in der Draufsicht zwei hinsichtlich der Rotationsachse 15 gegenüber liegende Magnetspulenanordnungen 20, welche jeweils zwei Spulen 21 umfassen.
Da, wie bereits hinsichtlich der 1 angedeutet ist, die Kreisscheibe 15 auf Grund der Einbausituation geneigt sein kann, ist es möglich, die Magnetspulen 20 unterschiedlich anzusteuern bzw. zu bestromen. In der 2 ist die Erdbeschleunigung g mittels eines Pfeils angedeutet. Da insbesondere bei hohen Drehzahlen von bis zu 30000 Umdrehungen pro Minute der Einfluss der Erdbeschleunigung und das Gewicht der Scheibe zum Tragen kommen kann, ist eine Kompensation durch geeignetes Ansteuern der Elektromagneten 20 möglich.
Die Magnete 19 und die Spulen bzw. Elektromagneten 21 bilden zusammen einen Elektromotor aus. Man kann sich einen auf den Umfang der Kreisscheibe abgewickelten Elektromotor vorstellen. Auf dem Umfang der Kreisscheibe entlang der in regelmäßigen Abständen vorgesehenen Magneten 19, ergibt sich im Prinzip ein Linearelektromotor. Alternativ kann die Kombination aus Magneten 19 und Spulenanordnung 20 als Dreiphasenservomoter ausgebildet werden Die Kreisscheibe 10 kann daher einfach in Rotation versetzt werden, wodurch die Öffnungen 11, 12, wie sie in der 2 dargestellt sind bzw. 11–14, wie man sie in der 3 erkennt, auf einer Umfangslinie laufen.
In der 3 erkennt man, dass die vier Öffnungen 11 jeweils in einem 90° Winkelabstand vorgesehen sind. Denkbar ist auch eine Kreisscheibe mit beispielsweise sechs Öffnungen, welche in 60°-Winkel-Abständen vorgesehen sind. Die Shutterscheibe 11 lässt nur dann Licht in Richtung zu dem optischen System (vgl. 1) durch, wenn der Lichtstrahl L1 und eines der Löcher oder Öffnungen 11–15 zusammenfallen. Das Licht L1 trifft in dem Bereich des Fensters 18 auf die Scheibe und wird entweder reflektiert oder absorbiert, falls nicht eine der (Blenden)Öffnungen 11–14 den Strahlengang freigibt.
Beim Betrieb der Verschlusseinrichtung 1 ist es wünschenswert, die Scheibe 10 möglichst konstant bei einer hohen Drehzahl zu rotieren. Um die EUV-Licht-Erzeugung mit den Verschlusszeiten bzw. Durchlasszeiten für Licht der Verschlusseinrichtung 1 zu synchronisieren, ist ferner eine Sensoreinheit 22 in der 3 dargestellt. Die Sensoreinheit 22, welche beispielsweise als Lichtreflexgeber oder Lichtschranke vorgesehen ist, erzeugt ein Triggersignal T, wenn beispielsweise eine Öffnung 13 die Position der Sensoreinheit 22 passiert. Vorzugsweise ist die Sensoreinheit 22 im Wesentlichen gegenüber von der Stelle 18 der Kreisscheibe in Bezug auf die Rotationsachse 15 vorgesehen, wo der Lichteinfall und Durchtritt durch die Blenden bzw. Öffnungen 11–14 erfolgt.
Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Shutterscheibe in einer perspektivischen Darstellung. Die Shutterscheibe 10 ist wiederum als Kreisscheibe mit einer Rotationsachse 15 vorgesehen. Auf einer äußeren Umfangslinie U2 in der Nähe des Randes der Scheibe 10 sind Magneten 19 angebracht. Auf einer inneren Umfangslinie U1 sind vier Öffnungen 11, 12, 13, 14 vorgesehen. Dabei sind die Öffnungen 11, 12, 13, 14 nicht direkt in das Scheibenmaterial durch einen Materialabtrag erzeugt, sondern mit Hilfe von Blenden 24. In der Scheibe 10 sind daher Segmente 23 ausgespart. Die Aussparungen 23 sind größer als die gewünschten Shutteröffnungen 11, 12, 13, 14, und die Aussparungen 23 sind wiederum durch Blenden 24 abgedeckt. Die Blenden 24 haben jeweils die gewünschten Öffnungsgeometrien und Größen für die Durchlassöffnungen.
Man erkennt in der 4, dass die Öffnungen 11, 12, 13, 14 eine Ausdehnung D1 entlang der Umfangslinie U1 haben und eine Ausdehnung D2 senkrecht zur Umfangslinie U1. Bei der Ausführungsform, welche in der 4 dargestellt ist, ist die Ausdehnung D1 größer als D2. Insbesondere die Ausdehnung D1 entlang der Umfangslinie U1 bestimmt die Dauer eines Lichtpulses zusammen mit der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 10. Beispielsweise sind die Öffnungen oval ausgeführt. Die Ausführung der Shutterscheibe 10 mit weiten Aussparungen 23 und diese abdeckenden Blenden(platten) 24 ermöglicht eine flexible Einstellung der Öffnungsgrößen und Geometrien, ohne dass die gesamte Platte ausgetauscht werden muss.
Die 5 zeigt Beispiele für Signaldiagramme und mögliche Belichtungspulse. Auf der Horizontalen ist die Zeit aufgetragen. Die Kurve L zeigt an der Position des Austrittsfensters bzw. der Position des Lichtstrahls L1 (vgl. 1, 2) den Shutterzustand. Man erkennt, dass beispielsweise mit einer Frequenz von 1900 Hz der Verschluss bzw. Shutter jeweils für eine vorgegebene Pulsbreite geöffnet ist. Die mittlere Kurve T zeigt ein Triggersignal T, welches die EUV-Quelle derart aktiviert, dass in einem Belichtungsfenster (untere Kurve W) das EUV-Licht über eine vorgegebene Anzahl von Pulsen von der Verschlusseinrichtung über den Strahlengang L2, L3, L4, wie er in der 1 angedeutet ist, zur Kamera 7 gelangt. Die Kamera 7 erhält beispielsweise über ein Belichtungsfenster von 200 Pulsen EUV-Licht.
Beispielsweise wird die EUV-Quelle mit einer Pulsfrequenz von 1900 Hz betrieben. Die Kombination von Rotationsgeschwindigkeit und Lochöffnung wird ebenfalls so eingestellt, dass der Verschluss mit 1900 Hz öffnet. Durch Einstellung und Berücksichtigung des Triggersignals T lassen sich nun die Pulsfrequenz der EUV-Quelle bzw. der Lichtquelle mit der Öffnungsfrequenz des Verschlusses miteinander synchronisieren. Dadurch erreicht man ein Belichtungsfenster E für die Kamera 7, um beispielsweise die Retikel, die Abbildungsleistung oder Strahlungsintensität an der Zielfläche bzw. der Waferstation zu prüfen.
Um die Steuerungsquelle nicht abschalten zu müssen, können nach erfolgter Belichtung in dem Belichtungsfenster E, die Verschluss- und Strahlungsquelle außer Phase hinsichtlich steigender Flanken in den Signaldiagrammen gebracht werden, so dass kein EUV-Licht durch die EUV-Optik der Lithographieeinrichtung passiert und auf die Kamera trifft. Dies erkennt man rechts und links von dem Belichtungsfenster E.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar. Die vorgeschlagenen Materialien für die Shutterscheibe sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Auch lassen sich abweichende Wellenlängen für die Strahlung verwenden. Ebenfalls die Pulsdauer und Pulsfrequenz des EUV-Lichtes können variiert werden und beispielsweise an die Kameraeigenschaften angepasst werden. Außerdem kann die Anzahl und Geometrie der Öffnungslöcher der Shutterscheibe modifiziert werden, um die gewünschten Pulslängen und Frequenzen zu erzielen.
Bezugszeichenliste

1: Verschlusseinrichtung
2: EUV-Lichtquelle
3: Debris-Filter
4: Maskenanordnung
5: Optiksystem
6: Waferstation
7: Kamera
8: UHV-Schrank
9: Steuereinrichtung
10: Shutterscheibe
11–14: Öffnung
15: Rotationsachse
16: Lager
17: Gehäusewand
18: Fenster
19: Magnet
20: Magnetspulenanordnung
21: Spule
22: Lichtschranke
23: Aussparung
24: Blende
g: Erdbeschleunigung
L1–L4: Strahlengang
T: Triggersignal
W: Belichtungsfenster
E: Belichtungszeit
U1, U2: Umfangslinie
D1, D2: Durchmesser
CT: Steuersignal

Claims

Verschlusseinrichtung (1) für eine Lithographievorrichtung (100) mit einem Gehäuse (8, 17) zum Aufrechterhalten eines Ultrahochvakuums, einer innerhalb des Gehäuses (17) vorgesehenen, um eine Rotationsachse (15) rotierbaren Scheibe (10), wobei die Scheibe (10) mindestens eine auf einer Umfangslinie (U1) um die Rotationsachse (15) angeordnete Öffnung (11) zum Durchlass von Ultraviolettlicht (L) aufweist.
Verschlusseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Scheibe (10) mehrere Öffnungen (11–14) aufweist, welche auf einer gemeinsamen Umfangslinie (U1) eines Kreises um die Rotationsachse (15) angeordnet sind.
Verschlusseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Scheibe (10) kreisförmig ist.
Verschlusseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die mindestens eine Öffnung (11) entlang der Umfangslinie (U1) eine größere Ausdehnung (D1) hat als senkrecht zu der Umfangslinie (U1).
Verschlusseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1–4, wobei entlang einer weiteren Umfangslinie (U2) an der Scheibe (10) mehrere Magneten (19) angebracht sind.
Verschlusseinrichtung (1) nach Anspruch 5, ferner umfassend eine außerhalb des Gehäuses (8, 17) vorgesehene Magnetspulenanordnung (20) zum Zusammenwirken mit den Magneten (19).
Verschlusseinrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Magnete (19) und die Magnetspulenanordnung (20) einen Elektromotor ausbilden, welcher geeignet ist, mit einer Drehzahl zwischen 28000 U/min und 29000 U/min zu rotieren.
Verschlusseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Scheibe (10) mit Hilfe einer magnetischen Lagerung (16) im Bereich der Rotationsachse (15) gelagert ist.
Verschlusseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Öffnungen (11–14) mit Hilfe von Blenden (24) gebildet sind, welche auf Aussparungen (23) in der Scheibe (10) angeordnet sind.
Lithographievorrichtung (100) mit einer Verschlusseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1–9, einer innerhalb des Gehäuses (8, 17) angeordneten Lichtquelle (2) für extremes Ultraviolettlicht (L), einer Optik (5) zum Abbilden eines Musters auf eine Zielfläche, und einer Kameraeinrichtung (7) zum Erfassen des abgebildeten Musters.
Lithographievorrichtung (100) nach Anspruch 10, ferner mit einer Sensoreinrichtung (22) zum Erfassen einer Bewegung mindestens einer Öffnung (11–14) der Scheibe (10) und zum Erzeugen eines Triggersignals (T).
Lithographievorrichtung (100) nach Anspruch 11, ferner mit einer Steuereinrichtung (9) zum Ansteuern der Lichtquelle (9) in Abhängigkeit von dem Triggersignal (T).
Lithographievorrichtung (100) nach Anspruch 12, wobei die Steuereinrichtung (9) derart eingerichtet ist, dass die Lichtquelle (2) derart aktiviert wird, dass die Öffnungen (11–14) beim Rotieren der Scheibe (10) eine vorgegebene Anzahl von Lichtpulsen von der Lichtquelle (2) durchlassen.
Lithographievorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9–13, wobei die Scheibe (10) in einem Strahlengang (L1–L4) zwischen der Lichtquelle (2) und einem Debrisfilter (3) angeordnet ist.
Lithographievorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9–14, wobei die Scheibe (10) derart angeordnet ist, dass die Rotationsachse (15) einen Winkel mit der Erdbeschleunigung (g) aufweist, und wobei die Magnetspulenanordnung (20) mehrere unterschiedlich angesteuerte Elektromagneten (21) zum Kompensieren einer Einwirkung der Erdbeschleunigung (g) auf die rotierende Scheibe (10) umfasst.
Verschlusseinrichtung (1) für eine optische Vorrichtung (100) mit einem Gehäuse (8, 17) zum Aufrechterhalten eines Ultrahochvakuums und einem innerhalb des Gehäuses (17) vorgesehenen, um eine Rotationsachse (15) rotierbaren optischen Element (10).
Verschlusseinrichtung (1) nach Anspruch 16, wobei das rotierbare optische Element (10) mindestens ein reflektives Element zum Ablenken von Ultraviolettlicht (L) umfasst.
Verschlusseinrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, wobei das rotierbare optische Element (10) mindestens ein refraktives Element zum Brechen von Ultraviolettlicht (L) umfasst.
Optikvorrichtung (1) mit einem Gehäuse (8, 17) zum Aufrechterhalten eines Ultrahochvakuums und einem innerhalb des Gehäuses (17) vorgesehenen, um eine Rotationsachse (15) rotierbaren optischen Element.
Optikvorrichtung (1) nach Anspruch 19, umfassend ein rotierbares Strukturelement (10), an welchem das mindestens eine optische Element angeordnet ist.
Optikvorrichtung (1) nach Anspruch 20, wobei das rotierbare Strukturelement (10) als eine Scheibe ausgebildet ist.
Optikvorrichtung (1) nach Anspruch 21, wobei entlang einer Umfangslinie (U2) an der Scheibe (10) mehrere Magneten (19) angebracht sind.
Optikvorrichtung (1) nach Anspruch 22, ferner umfassend eine außerhalb des Gehäuses (8, 17) vorgesehene Magnetspulenanordnung (20) zum Zusammenwirken mit den Magneten (19).
Optikvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 20–23, wobei das rotierbare Strukturelement (10) als Teil eines Elektromotors (19, 20) ausgebildet ist.
Optikvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19–24, wobei das mindestens eine optische Element ein refraktives Element, ein reflektives Element, einen Schlitz oder eine Verschlussöffnung umfasst.