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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kontaminationsreduzierung in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. einen Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Im Betrieb einer solchen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage kann trotz der Verwendung hochreiner, inerter Spülgase wie z.B. Stickstoff (N2) das Problem auftreten, dass Kontaminanten insbesondere in Form von Kohlenwasserstoffen in das Projektionsobjektiv oder auch in die Beleuchtungseinrichtung eintreten. Solche Kontaminanten können sich wiederum auf den einzelnen optischen Komponenten (z.B. Linsen oder Spiegel) niederschlagen und führen dann zu einer unerwünschten Absorption der das jeweilige optische System im Betrieb durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung, was wiederum eine Änderung der jeweiligen optischen Eigenschaften (z.B. des Brechungsindex der Linsen oder des Reflexionsgrades der Spiegel) zur Folge hat. Weitere nachteilige Auswirkungen sind z.B. thermisch induzierte Deformationen sowie gegebenenfalls eine Störung der Uniformität der auf die Maske bzw. den Wafer gelangenden elektromagnetischen Strahlung.
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Eine Vermeidung des vorstehend beschriebenen Kontaminationsproblems erweist sich dabei in der Praxis u.a. insofern als schwierig, als insbesondere die genannten Kohlenwasserstoffe auch aus den für das optische System selbst und für die Gaszuleitungen verwendeten Materialien ausgasen können, so dass allein eine Verwendung möglichst hochreiner, inerter Spülgase insoweit keine völlige Abhilfe schafft.
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Eine zur Beseitigung solcher Kontaminationen eigens durchgeführte intensive Reinigung der jeweiligen optischen Elemente unter vorübergehendem Ausbau führt zu einer Unterbrechung des eigentlichen Lithographieprozesses, was im Hinblick auf den zu maximierenden Durchsatz der Projektionsbelichtungsanlage und möglichst anzustrebenden, möglichst kontinuierlichen Betrieb unerwünscht ist.
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Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf
JP 2000323396 A und
JP 2002246283 A verwiesen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Kontaminationsreduzierung in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, durch welche eine wirksame Kontaminationsreduzierung ohne Unterbrechung des Betriebs bzw. ohne Beeinträchtigung des Durchsatzes des optischen Systems ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Kontaminationsreduzierung in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:
- - eine Spülgasquelle zur Bereitstellung eines inerten Spülgases, wobei die Spülgasquelle über eine Zufuhrleitung an das optische System gekoppelt ist; und
- - eine Zufuhr von Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) in das optische System.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, zur Eliminierung der eingangs beschriebenen Kontaminationen in Form von Kohlenwasserstoffen während des Betriebs des jeweiligen optischen Systems einen (im Weiteren noch näher erläuterten) Selbstreinigungsprozess des Systems dadurch zu ermöglichen, dass eine geeignete Menge an Sauerstoff und/oder Wasser dem Innenraum des jeweiligen optischen Systems zugemischt wird mit der Folge, dass bereits im „normalen Betrieb“ des optischen Systems unter Nutzung der das System durchlaufenen elektromagnetischen Strahlung besagte Kohlenwasserstoffe oxidiert werden und demzufolge nicht durch Ablagerung auf den jeweiligen optischen Komponenten die Abbildungseigenschaften negativ beeinflussen.
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Dadurch, dass der erfindungsgemäße (Selbst-) Reinigungsprozess „in situ“ im Betrieb des optischen Systems erzielt wird, kann ein mit zusätzlichen Reinigungsschritten verbundener Zeitaufwand und insbesondere eine unerwünschte Unterbrechung des Lithographieprozesses vermieden werden, so dass letztlich im Ergebnis eine Steigerung des Durchsatzes der Projektionsbelichtungsanlage erreicht wird.
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Die Zufuhr von Sauerstoff kann (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) insbesondere über eine Zufuhr von Druckluft erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) zumindest teilweise über eine Komponente aus einem für Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) selektiv durchlässigen Material.
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Gemäß einer Ausführungsform wird diese Komponente durch wenigstens eine Rohrleitung oder Kapillare gebildet, welche eine selektive Durchlässigkeit für Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) zur Ermöglichung einer Eindiffusion von Sauerstoff bzw. Wasser aus der Umgebung in die Rohrleitung aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Komponente durch eine Mehrzahl von Rohrleitungen oder Kapillaren gebildet wird, welche eine selektive Durchlässigkeit für Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) zur Ermöglichung einer Eindiffusion von Sauerstoff bzw. Wasser aus der Umgebung in die Rohrleitung aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) zumindest teilweise durch eine separate Quelle gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) zumindest teilweise durch wenigstens einen Spalt gebildet, welcher in einer wenigstens eine optische Komponente des optischen Systems umgebenden Einhausung ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ermöglicht dieser Spalt eine Eindiffusion von Sauerstoff bzw. Wasser aus der Umgebung des optischen Systems.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ermöglicht dieser Spalt eine Eindiffusion von Sauerstoff bzw. Wasser aus einer weiteren (d.h. von der o.g. ersten Einhausung separaten, ebenfalls wenigstens eine optische Komponente umgebenden) Einhausung des optischen Systems.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das inerte Gas Stickstoff (N2) oder Argon (Ar).
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Kontaminationsreduzierung in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, wobei ein inertes Spülgas über wenigstens eine Zufuhrleitung in das optische System eingeleitet wird, wobei ferner Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) in das optische System eingeleitet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform dass erfolgt die Einleitung von Sauerstoff und/oder Wasser (H2O) derart, dass in dem optischen System ein Anteil von O2 oder H2O im Bereich von 1ppm bis 1000ppm, insbesondere im Bereich von 50ppm bis 200ppm, eingestellt wird.
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Die Erfindung betrifft weiter auch ein optisches System, insbesondere eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei das optische System eine Anordnung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist.
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Die Erfindung ist nicht nur auf eine Projektionsbelichtungsanlage anwendbar, sondern kann auch bei anderen optischen Vorrichtungen, die sensitiv gegen Kontamination mit Kohlenwasserstoffen sind, vorteilhaft eingesetzt werden. Zu diesen gehören u.a. Anlagen zur optischen Inspektion von Photomasken oder Wafern, sowie auch Strahlführungssysteme für Laser hoher Energiedichte oder niedrigen Wellenlängen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250nm, insbesondere weniger als 200nm, weiter insbesondere weniger als 160nm, ausgelegt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines beispielhaften Aufbaus einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Kontaminationsreduzierung in einer Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im DUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung realisiert werden kann; und
- 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren wird zunächst eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung in 1 beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Anordnung dient zur Kontaminationsreduzierung in einem optischen System, bei welchem es sich insbesondere um ein Projektionsobjektiv oder eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (wie im Weiteren noch unter Bezugnahme auf 2 beschrieben) handeln kann. Dieses optische System ist in 1 lediglich schematisch angedeutet und mit „16“ bezeichnet.
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Zur Einleitung eines inerten Spülgases weist die Anordnung gemäß 1 zunächst in herkömmlicher Weise eine Spülgasquelle 10 auf, wobei es sich im Ausführungsbeispiel (jedoch ohne das die Erfindung hierauf beschränkt wäre) bei dem Spülgas um Stickstoff handelt. In weiteren Ausführungsformen kann als Spülgas auch ein anderes inertes Gas wie z.B. Argon (Ar) verwendet werden.
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Das gemäß 1 durch die Spülgasquelle 10 bereitgestellte Spülgas wird zunächst über eine Druck- und Flussregelung 11 geleitet, welche in 1 ebenfalls lediglich schematisch dargestellt und in für sich bekannter herkömmlicher Weise ausgestaltet sein kann.
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Gemäß 1 weist die erfindungsgemäße Anordnung ferner eine weitere Gasquelle 12 zur Bereitstellung von hochgereinigter und getrockneter Druckluft auf, welche über eine Druckregelungseinheit 13 dem Spülgasstrom stromabwärts der Druck- und Flussreglungseinheit 11 zugemischt wird. Die Druckregelungseinheit 13 kann lediglich beispielhaft und in für sich bekannter Weise eine Kapillare oder ein Nadelventil aufweisen und/oder als elektronisch gesteuerte Druckregelungseinheit ausgestaltet sein.
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Die wie vorstehend beschrieben erzeugte Mischung aus dem inerten Spülgas (z.B. Stickstoff) sowie der hochreinen und getrockneten Druckluft durchläuft gemäß 1 sodann einen chemischen Filter 14 sowie eine stromabwärts hiervon angeordnete Kapillareinheit 15, welche vor Eintritt des Gasstroms in das optische System 16 einen geeigneten Druckabfall (beispielsweise von einem Leitungsdruck von 3bar auf einen reduzierten Druck von 1mbar) erzeugt.
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Die vorstehend beschriebene Zumischung von hochreiner, getrockneter Druckluft zum Spülgas erfolgt vorzugsweise derart, dass der sich letztlich im optischen System 16 einstellende Sauerstoffgehalt im Bereich von 1ppm bis 1000ppm liegt, was einer Druckluftzufuhr im Bereich von 5ppm bis 5000ppm entspricht. Insbesondere kann im optischen System ein Sauerstoffanteil im Bereich von 50ppm bis 200ppm eingestellt werden.
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Die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Zumischung von hochreiner getrockneter Druckluft dient dazu, eine Oxidation von im optischen System 16 befindlichen Kohlenwasserstoffen (welche wie eingangs beschrieben z.B. über Zuleitungen in das optische System 16 eindringen können) unter Einwirkung der das optische System 16 im Betrieb durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung herbeizuführen und somit die unerwünschten Kohlenwasserstoff-Kontaminanten in einem Selbstreinigungsprozess zu eliminieren.
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In weiteren Ausführungsformen kann zusätzlich oder alternativ zur Zufuhr von Sauerstoff Wasser (H2O) in das optische System 16 eingeführt werden, was wiederum dadurch realisiert werden kann, das entsprechend feuchte Luft dem optischen System 16 zugeführt wird. Die besagte Zufuhr von feuchter Luft kann wiederum dadurch erfolgen, dass zunächst hochreine getrocknete Luft verwendet und entsprechend angefeuchtet wird. In solchen Ausführungsformen macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass Wasser (H2O) hinsichtlich der Oxidation von Kohlenwasserstoffen noch effizienter ist als Sauerstoff. In weiteren Ausführungsformen können auch geeignete Mischungen aus Druckluft bzw. Sauerstoff sowie Wasser verwendet werden, so dass im Ergebnis diverse reaktive Spezies (wie z.B. OH-Radikale oder O-Radikale) im optischen System erzeugt werden und an gegebenenfalls die Oberfläche der jeweiligen, von Kohlenwasserstoffen zu befreienden optischen Komponenten gelangen.
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Der erfindungsgemäße Selbstreinigungsprozess beruht darauf, dass Sauerstoff (O
2) bzw. Wasser (H
2O) im Betrieb des optischen Systems unter Einfluss der energiereichen elektromagnetischen Strahlung wie nachfolgend angegeben aufgespalten wird. Die Aufspaltung von Sauerstoff (O
2) erfolgt gemäß Gleichung (1) in Sauerstoffatome, welche ihrerseits zu Ozon reagieren können sowie auch mit Kohlenwasserstoffen reagieren und diese oxidieren. Die Aufspaltung von Wasser (H
2O) erfolgt gemäß Gleichung (3) in HO-Radikale und H-Radikale. Die entstehenden hochreaktiven Spezies besitzen im Ergebnis das Potential, Kohlenwasserstoffe zu Wasser (H
2O) und Kohlendioxid (CO
2) zu oxidieren. Dabei weisen OH-Radikale ein Oxidationspotential von 2.8eV auf, welches noch größer als das Oxidationspotential von O-Radikalen (2.42eV) oder Ozon (O
3, 2.07eV) ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage 200, welche für den Betrieb bei Wellenlängen im DUV-Bereich (z.B. ca. 193nm) ausgelegt ist und eine Beleuchtungseinrichtung 201 und ein Projektionsobjektiv 208 aufweist.
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Die Beleuchtungseinrichtung 201 umfasst eine Lichtquelle 202 und eine in stark vereinfachter Weise durch Linsen 203, 204 und eine Blende 205 symbolisierte Beleuchtungsoptik. Die Arbeitswellenlänge der Projektionsbelichtungsanlage 200 beträgt in dem gezeigten Beispiel 193 nm bei Verwendung eines ArF-Excimerlasers als Lichtquelle 202. Die Arbeitswellenlänge kann jedoch beispielsweise auch 248 nm bei Verwendung eines KrF-Excimerlasers oder 157 nm bei Verwendung eines F2-Lasers als Lichtquelle 202 betragen. Zwischen der Beleuchtungseinrichtung 201 und dem Projektionsobjektiv 208 ist eine Maske 207 in der Objektebene OP des Projektionsobjektivs 208 angeordnet, die mittels eines Maskenhalters 206 im Strahlengang gehalten wird. Die Maske 207 weist eine Struktur im Mikrometer- bis Nanometer-Bereich auf, die mittels des Projektionsobjektives 208 beispielsweise um den Faktor 4 oder 5 verkleinert auf eine Bildebene IP des Projektionsobjektivs 208 abgebildet wird. Das Projektionsobjektiv 208 umfasst eine ebenfalls lediglich in stark vereinfachter Weise durch Linsen 209 bis 212 symbolisierte Linsenanordnung, durch die eine optische Achse OA definiert wird.
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In der Bildebene IP des Projektionsobjektivs 208 wird ein durch einen Substrathalter 218 positioniertes und mit einer lichtempfindlichen Schicht 215 versehenes Substrat 216, bzw. ein Wafer, gehalten. Zwischen dem bildebenenseitig letzten optischen Element 220 des Projektionsobjektivs 208 und der lichtempfindlichen Schicht 215 befindet sich im Ausführungsbeispiel (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) ein Immersionsmedium 250, bei dem es sich beispielsweise um deionisiertes Wasser handeln kann.
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3 zeigt in lediglich schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „20“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Die Ausführungsform von 3 unterscheidet sich von derjenigen aus 1 dadurch, dass die erfindungsgemäße Zumischung von Sauerstoff und/oder Wasser dadurch erfolgt, dass eine zum optischen System 36 verlaufende Rohrleitung 37, bei welcher es sich insbesondere um die für das Spülgas (z.B. Stickstoff, N2) verwendete Leitung handeln kann, eine geeignete selektive Durchlässigkeit für Wasser bzw. Sauerstoff aufweist. Hierzu kann die betreffende Rohrleitung bzw. der Leitungsabschnitt z.B. aus Polytetrafluorethylen (z.B. Teflon®) hergestellt sein, wobei die vergleichsweise hohe selektive Durchlässigkeit dieses Materials für Wassermoleküle genutzt werden kann.
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In Ausführungsformen der Erfindung kann auch anstelle einer einzelnen Rohrleitung ein Bündel aus einer Mehrzahl von Schläuchen bzw. Kapillaren aus z.B. Polytetrafluorethylen (z.B. Teflon®) verwendet werden, wobei die einzelnen Schläuche bzw. Kapillaren einen Außendurchmesser von weniger als 1 Millimeter (mm) sowie Wandstärken von wenigen Zehntel Millimeter (mm) aufweisen können. Derartige Kapillarbündel sind kommerziell erhältlich und wegen der kompakten Ausgestaltung für die erfindungsgemäße Anwendung besonders vorteilhaft.
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Die vorstehend beschriebene Verwendung einer entsprechend durchlässigen Rohrleitung kann sich insbesondere den Umstand zunutze machen, dass etwa die in einer Halbleiterfabrik vorhandene Umgebungsluft eine erfindungsgemäß nutzbare Feuchtigkeit (z.B. typischerweise 40% bis 50% relative Feuchte, entsprechend 10000ppm Wasser) aufweist. Mit anderen Worten kann für den erfindungsgemäßen Selbstreinigungsprozess zur Eliminierung von Kohlenwasserstoff-Kontaminanten im optischen System auf die Bereitstellung einer zusätzlichen Druckluftquelle (für getrocknete oder angefeuchtete Druckluft) auch verzichtet und stattdessen auf die in der Umgebung vorhandene Atmosphäre zurückgegriffen werden. In weiteren Ausführungsformen kann auch eine zusätzliche Druckluftquelle analog zu 1 in Kombination mit einer selektiv für Wasser und/oder Sauerstoff durchlässigen Rohrleitung oder einem Bündel aus einer Mehrzahl von Schläuchen bzw. Kapillaren gemäß 3 verwendet werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann das erfindungsgemäß von Kontaminanten zu reinigende optische System bzw. eine zu diesem gehörende Einhausung für die jeweiligen optischen Komponenten auch gezielt mit einem oder mehreren Spalt(en) (mit Spaltbreiten von z.B. 20pm) ausgestaltet sein, um eine den erfindungsgemäßen Selbstreinigungsprozess ermöglichende Eindiffusion von Sauerstoff und/oder Wasser zu fördern. Diese Diffusion kann je nach Anordnung der Spalte entweder von der Umgebungsatmosphäre in den jeweiligen Innenraum zu den betreffenden optischen Komponenten hin verlaufen, oder zwischen gegebenenfalls vorhandenen, gegeneinander abgedichteten Teilabschnitten des optischen Systems stattfinden. Insbesondere kann etwa in dem vorstehend anhand von 2 beschriebenen Aufbau eine die bildebenenseitig letzte („Immersions-„) Linse umgebende Einhausung mit einem oder mehreren solcher Spalte ausgestaltet sein, um die Eindiffusion von Sauerstoff und/oder Wasser in den Bereich dieser bildebenenseitig letzten Linse zu ermöglichen.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000323396 A [0006]
- JP 2002246283 A [0006]
