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Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie und ein Verfahren zur Montage einer Projektionsbelichtungsanlage.
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Derartige Anlagen werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, mit einem sogenannten Retikel, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element, auf einem sogenannten Wafer, feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. In jüngerer Zeit werden vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 100 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm oder 6,7 nm verwendet. Der beschriebene Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet.
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie zeigen im Hinblick auf ihre Abbildungsqualität ein stark temperaturabhängiges Verhalten. Sowohl nicht unmittelbar an der optischen Abbildung beteiligte Elemente, wie beispielsweise Fassungen und Halter oder Gehäuseteile als auch optische Elemente selbst, wie beispielsweise Linsen oder, im Fall der EUV-Lithographie, Spiegel, verändern bei Erwärmung oder Abkühlung ihre Ausdehnung und/oder Lage bzw. ihre Oberflächenform, was sich unmittelbar in der Qualität der mit dem System vorgenommenen Abbildung niederschlägt. Die Erwärmung der einzelnen Komponenten der Anlage im Betrieb rührt dabei insbesondere von der Absorption eines Teiles derjenigen Strahlung, welche zur Abbildung des Retikels auf den Wafer verwendet wird, von der Absorption von Strahlung anderer Wellenlängen, die nicht zur Abbildung des Retikels auf den Wafers verwendet wird, sowie von der Verlustwäre elektronischer Komponenten in der Projektionsbelichtungsanlage her. Die zur Abbildung verwendete Strahlung wird von einer im Folgenden als Nutzlichtquelle bezeichneten Lichtquelle erzeugt. Im Fall der EUV-Lithographie handelt es sich bei der Nutzlichtquelle um eine vergleichsweise aufwendig ausgeführte Plasmaquelle, bei welcher mittels Laserbestrahlung von Zinnpartikeln ein in den gewünschten kurzwelligen Frequenzbereichen elektromagnetische Strahlung emittierendes Plasma erzeugt wird. Das so erzeugte Nutzlicht wird zunächst in einem Kollektor gesammelt und dann in einem Beleuchtungsmodul über ein Spiegelsystem zum Retikel geführt. Ein alternativer Ansatz einer Nutzlichtquelle ist die Verwendung eines freie-Elektronen-Lasers (FEL).
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Das Nutzlicht wird am Retikel reflektiert, wobei dessen Strukturen über ein Projektionsmodul, welches mehrere Spiegel umfasst, auf den Wafer abgebildet wird. Der Wärmeeintrag im Beleuchtungsmodul ist hierbei um ein Vielfaches höher als der Wärmeeintrag im Projektionsmodul, während die Anforderungen an die Temperaturstabilität im Projektionsmodul strenger als die Anforderungen an die Temperaturstabilität im Beleuchtungsmodul sind, so dass die Module gekühlt und thermisch voneinander getrennt werden müssen. Dies wird üblicherweise durch Kühlbleche an den Seiten der jeweiligen Module realisiert, die im Bauraum des jeweiligen Moduls angeordnet sind. Zusätzlich ist ein Sicherheitsabstand zwischen den Modulen vorgesehen, der eine Kollision der Module bei der Montage verhindern soll. Der Abstand des Beleuchtungsmoduls zum Projektionsmodul, genauer gesagt der Abstand der für Nutzlicht nutzbaren Bereiche der jeweiligen Module, bestimmt den Einfallswinkel, mit dem das Retikel angestrahlt wird, wobei der Einfallswinkel so klein wie möglich sein sollte, um sogenannte 3D-Effekte der Strukturen auf dem Retikel zu minimieren. 3D-Effekte sind Abschattungseffekte durch die endliche Höhe der Strukturen auf dem Retikel in Kombination mit der schrägen Einstrahlung des Nutzlichtes.
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Ein Nachteil der aktuellen Lösung besteht dabei darin, dass der Raum zwischen den Modulen nicht genutzt wird und so der für die Kühlelemente erforderliche Bauraum den Abstand zwischen dem für Nutzlicht nutzbaren Bereich des Beleuchtungsmoduls und des Projektionsmoduls zusätzlich vergrößert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik löst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Montage einer Projektionsbelichtungsanlage anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleitertechnik umfasst ein Beleuchtungsmodul und ein Projektionsmodul, wobei zwischen dem Beleuchtungsmodul und dem Projektionsmodul eine Temperiereinheit angeordnet ist. Die Temperiereinheit bewirkt eine verbesserte Wärmeabfuhr aus den Modulen und damit eine Verringerung des Wärmeübergangs von Modul zu Modul.
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Weiterhin kann die Geometrie der Temperiereinheit so ausgebildet sein, dass sie auf unterschiedliche Abstände zwischen dem Beleuchtungsmodul und dem Projektionsmodul angepasst werden kann. Der Abstand zwischen dem Beleuchtungsmodul und dem Projektionsmodul ist durch die toleranzbehaftete Montage der beiden Module und die Ausrichtung der beiden Module zueinander nicht immer gleich, so dass die Temperiereinheit vorteilhaft an den jeweiligen Abstand angepasst werden kann. Auch der Abstand zwischen dem Beleuchtungsmodul und der Temperiereinheit und dem Projektionsmodul und der Temperiereinheit können unterschiedlich groß sein. Die Anforderungen an die definierte Betriebstemperatur und an die Temperaturstabilität sind für das Projektionsmodul viel höher als für das Beleuchtungsmodul, so dass zweckmäßigerweise der Wärmeübertrag von dem Projektionsmodul auf die Temperiereinheit bevorzugt optimiert wird.
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Dabei kann die Temperiereinheit mit dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul mechanisch verbunden sein. Durch den damit gegebenen direkten mechanischen Kontakt kann der Wärmeübergang zwischen dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul und der Temperiereinheit durch Wärmeleitung bewirkt werden. Die Wärme wird durch das Material des Beleuchtungsmoduls und/oder des Projektionsmoduls und den mechanischen Kontakt zwischen dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul und der Temperiereinheit übertragen, ohne dass ein weiteres übertragendes Medium notwendig ist. Dies hat den Vorteil, dass der Aufbau einfach ausgebildet sein kann und keine zusätzliche Infrastruktur für ein Medium zum Wärmetransport bereitgestellt werden muss.
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Daneben kann der Wärmeübergang zwischen dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul und der Temperiereinheit durch ein Fluid bewirkt werden. Das Fluid kann beispielsweise Wasser umfassen. Dieses kann beispielsweise die Wärme ebenfalls in Form von Wärmeleitung übertragen. Der Vorteil eines Fluids ist, dass es leicht an eine komplexe Außengeometrie und an verschieden große Abstände zwischen den Modulen angepasst werden kann.
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Insbesondere kann der Wärmeübergang zwischen dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul und der Temperiereinheit durch Konvektion bewirkt werden. Bei der Konvektion wird die Wärme mit Teilchen des Fluids, wie beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases transportiert, wozu eine Strömung des Fluids notwendig ist.
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Die Strömung des Fluids zwischen dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul und der Temperiereinheit kann dabei turbulent sein. Eine turbulente Strömung führt zu einer verbesserten Durchmischung des Fluids und verhindert das Ausbilden von sogenannten Grenzschichten, die bei laminarer Strömung an den Wandungen des Strömungskanals entstehen können. Die Wärme würde in diesem Fall im Grenzbereich zur Wandung immer mehr durch Wärmeleitung und immer weniger durch Konvektion übertragen, wodurch insgesamt weniger Wärme abgeführt werden kann. Eine weitere Verbesserung des Wärmeübertrags kann durch raue Oberflächen der Wandungen eines Strömungskanales für das strömende Fluid erzielt werden, die zu lokalen Turbulenzen in der Strömung führen können, welche die Grenzschichten auflösen und so den Anteil an Konvektion beim Wärmeübertrag von der Wandung zum Fluid erhöhen.
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Weiterhin kann der Wärmeübergang zwischen dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul über einen ballistischen Wärmeübertrag bewirkt werden. Dies ist dann der Fall, wenn die Dichte des Fluids klein ist, wie es beispielsweise in einem evakuierten Bereich, wie er zwischen dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul und der Temperiereinheit insbesondere in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen vorkommen kann. Das Produkt aus Gasdruck p und mittlerem freien Weg I eines Gasteilchens ist eine Materialkonstante. Für molekularen Wasserstoff hat sie den Wert I * p = 11.5 * 10-3 mPa = 11.5 mm Pa. Bei einem Gasdruck von 5 Pa, wie er für das Innere von EUV-Projektionsbelichtungsanlagen üblich ist, ergibt sich daraus eine mittlere freie Weglänge I von ca. 2 mm. Zwischen zwei Flächen kann Wärme mittels Gasteilchen also genau dann gut übertragen werden, wenn der Abstand der beiden Flächen maximal 2 mm beträgt. Der Wärmeübertrag erfolgt dann ballistisch und das Gas wirkt nicht als Fluid.
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Daneben kann der Wärmeübergang zwischen dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul und der Temperiereinheit durch Wärmestrahlung bewirkt werden. Die Wärmestrahlung ist dabei von dem Emissionskoeffizienten des Materials abhängig, welcher wiederum auch von der Wellenlänge der übertragenen Wärmestrahlung abhängig ist. Zweckmäßigerweise wird eine Beschichtung beziehungsweise eine Oberfläche mit möglichst hohem Emissionskoeffizienten ausgewählt. Dabei kann eine Aufrauhung der Oberfläche den Emissionswert erhöhen und gleichzeitig, wie weiter oben beschrieben, die Konvektion der Wärme über ein vorbeiströmendes Gas positiv beeinflussen.
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Die unterschiedlichen Möglichkeiten des Wärmetransports, die weiter oben beschrieben sind, können untereinander auch kombiniert werden, so kann beispielsweise der Übertrag durch ballistischen Wärmetransport auch mit einem Wärmeübertrag durch Strahlung kombiniert werden.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie wird die Temperiereinheit nach der Montage des Beleuchtungsmoduls und der Montage des Projektionsmoduls montiert. Die beiden Module werden dabei insbesondere zueinander justiert.
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Daneben kann die Geometrie der Temperiereinheit auf den nach der Montage zwischen Beleuchtungsmodul und Projektionsmodul ausgebildeten Abstand angepasst werden. Dadurch kann die Temperiereinheit vorteilhaft auf die Anforderungen des Wärmeübertrags zwischen Projektionsmodul beziehungsweise Beleuchtungsmodul hin zu der Temperiereinheit angepasst werden.
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Weiterhin kann der Raum zwischen dem Beleuchtungsmodul und dem Projektionsmodul andere Umgebungsbedingungen aufweisen als der Bereich innerhalb des Beleuchtungsmoduls und/oder des Projektionsmoduls. Während das Projektionsmodul und das Beleuchtungsmodul evakuiert sind, kann der Zwischenraum beispielsweise nahezu Atmosphärendruck umfassen und mit einem Gas gespült werden, so dass der Wärmeübertrag über Konvektion und Wärmeleitung bewirkt werden kann.
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Insbesondere kann mindestens ein Teil der Temperiereinheit einen Abstand von weniger als 2mm von dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul haben. Dies hat den Vorteil, dass Wärme ballistisch übertragen werden kann, insbesondere dann, wenn in dem Raum zwischen der Temperiereinheit und dem Beleuchtungsmodul und/oder dem Projektionsmodul molekularer Wasserstoff bei einem Druck von ca. 5Pa vorhanden ist.
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Bei einer Demontage des Beleuchtungsmoduls und/oder des Projektionsmoduls kann die Temperiereinheit demontiert werden. Dabei wird die Temperiereinheit zweckmäßigerweise vor der Demontage des Beleuchtungsmoduls und des Projektionsmoduls demontiert, so dass bei der Demontage der bis zu 15 Tonnen schweren Module eine Beschädigung der Temperiereinheit vermieden werden kann.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
- 2 eine schematische Darstellung eines Beispiels aus dem Stand der Technik,
- 3 eine schematische Darstellung der Erfindung,
- 4a-c eine schematische Detailansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
- 5 eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
- 6 eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
- 7 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Montageverfahren.
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1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet. Die Beleuchtungsoptik 4 ist zusammen mit ihrer Infrastruktur, wie beispielsweise Manipulatoren für die optischen Elemente 2, 16 und Einrichtungen zur Einstellung von Umgebungsbedingungen als Beleuchtungsmodul 22 ausgebildet.
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Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11, wobei auf die Projektionsoptik 9 Teil eines Projektionsmoduls 21 ist. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 120 nm emittieren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage 1 aus dem Stand der Technik, in der ein Beleuchtungsmodul 22, ein Projektionsmodul 21 und ein Retikel 7 dargestellt sind.
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Die beiden Module 21, 22 sind mit einem Mindestabstand A zueinander angeordnet, welcher für die Montage der beiden Module 21, 22 eingehalten werden muss und üblicherweise im Bereich von 10mm liegt. Die beiden Module 21, 22 werden derart zueinander ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 14 bezüglich der innerhalb der Module 21, 22 vorhandenen optischen Elemente, die in der 2 nicht explizit dargestellt sind, bestimmungsgemäß verläuft. Toleranzen innerhalb der beiden Module 21, 22 führen dann dazu, dass die Lage der mechanischen Umrandungen, die hier durch die äußere Wandung der Kühlzonen 23 gegeben ist, variieren kann. Die in 2 gestrichelt eingezeichneten und als Module 21, 22 bezeichneten Bereiche markieren also den nominell maximalen Bereich, in dem Komponenten der Module 21, 22 liegen können - auf Grund von Toleranzen wird dieser Bereich im Regelfall jedoch nicht vollständig ausgefüllt.
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Innerhalb der Module 21, 22 sind jeweils Kühlzonen 23 mit einer Breite C, also der Ausdehnung der Kühlzonen 23 vom Rand der Module 21, 22 zum Inneren der Module 21, 22, ausgebildet. Diese kühlen die Module 21, 22 und schirmen die beiden Module 21, 22 gegeneinander thermisch ab, da die zulässige Temperatur des Beleuchtungsmoduls 22 höher als die des Projektionsmoduls 21 ist. Darüber hinaus sind die Anforderungen an die Temperaturstabilität des Projektionsmoduls 21 höher als die Anforderungen an die Temperaturstabilität des Beleuchtungsmoduls 22. Auf Grund dieser unterschiedlichen Anforderungen sind die Kühlzonen 23 der beiden Module 21, 22 oftmals unterschiedlich ausgebildet und besitzen auch eine unterschiedliche Breite C.
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Die Kühlzonen 23 können einfache Kühlbleche mit einer Ausdehnung von 3 mm bis 10 mm umfassen, aber auch aktive Kühlvorrichtungen, die eine größere Ausdehnung umfassen und daher mehr Bauraum benötigen. Die Kühlzonen 23 sind in einem nominellen Abstand B zum Rand der Module 21, 22 im Rahmen der Toleranzen angeordnet, der im Bereich von 2mm bis 5mm liegt. Unter der Annahme, dass der Abstand der nicht dargestellten optischen Elemente von der nominellen Umrandung (gestrichelte Linie) der Module 21, 22 konstant ist, bestimmt der Abstand D, der sich aus den Ist-Abständen A und B und der Breite C der Kühlzonen 23 ergibt, den Einfallswinkel α der EUV-Strahlung 14 auf das Retikel 7. Der Einfallswinkel α ist dabei der Winkel zwischen dem Einfallslot 24 des Retikels 7 und der als Schwerstrahl, also dem mittleren Strahl des Strahlenbündels, dargestellten einfallenden EUV-Strahlung 14. Je größer der Einfallswinkel α, desto größer die 3D-Maskeneffekte, die durch eine Abschattung der EUV-Strahlung 14 durch die aus der Objektebene 6 hervortretenden Strukturen bewirkt werden, was sich negativ auf die Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage 1 auswirkt.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein Projektionsmodul 21, ein Retikel 7, ein Beleuchtungsmodul 22 und eine Temperiereinheit 25 dargestellt sind. Die Module 21, 22 umfassen keine Kühlzonen 23 mehr, da diese Funktion durch die Temperiereinheit 25 übernommen wird. Die mechanische Funktion der in 2 dargestellten Kühlzonen 23, also die äußere Umrandung der Module 21, 22, wird durch Wandungen 26, 27, die allerdings deutlich dünner als die Kühlzonen 23 ausgeführt sind, bewirkt.
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Die Temperiereinheit 25 ist zwischen den beiden Modulen 21, 22 angeordnet und mit diesen zumindest teilweise mechanisch verbunden (in der schematischen Darstellung nicht erkennbar). Die Temperiereinheit 25 wird auf den Ist-Abstand E zwischen den beiden Modulen 21, 22 angepasst, der sich aus dem Ist-Abstand A und dem Ist-Abstand B der Wandungen 26, 27 von der nominellen Umrandung (gestrichelte Linie) der Module 21, 22 ergibt. Die Wandungen 26, 27 sind in 3 in der nominellen Position der Umrandung dargestellt. Durch die gemeinsame Temperiereinheit 25, die Nutzung des Ist-Abstandes A der beiden Module 21, 22 und der Zusammenlegung der Kühlzonen 23 zu der Temperiereinheit 25 kann der in 2 beschriebene Abstand D signifikant verringert werden. Dadurch wird eine engere Faltung ermöglicht, was wiederum eine Verringerung der Einfallswinkel β der EUV-Strahlung 14 auf dem Retikel 7 bedeutet. Die dadurch erreichte Reduzierung der Abschattungseffekte verbessert die Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage 1 vorteilhaft.
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4a bis 4c zeigen Detailansichten verschiedener Ausführungsformen der Temperiereinheit 25, bei denen der Wärmeübertrag von den Modulen 21, 22 auf die Temperiereinheit 25 nahezu vollständig durch Wärmeleitung erfolgt.
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4a zeigt eine Detailansicht einer ersten Ausführungsform der Temperiereinheit 25, die in dem Raum 32 zwischen einer Wandung 26 des Projektionsmoduls und einer Wandung 27 des Beleuchtungsmoduls angeordnet ist. Die Temperiereinheit 25 umfasst mehrere kreisförmige Kühlrohre 28, wobei die Kühlrohre abwechselnd mit der Wandung 27 des Beleuchtungsmoduls und der Wandung 26 des Projektionsmoduls verbunden sind. Kühlrohre 28 sind in diesem Zusammenhang relativ steife Rohre, die ihre Form auch bei der Beaufschlagung mit Druck nahezu konstant halten und beispielsweise als Wellschläuche ausgebildet sein können. Die Kühlrohre 28 sind darüber hinaus auch jeweils untereinander verbunden. Die Wärmeleitung der Kühlrohre 28 untereinander oder zwischen den Kühlrohren 28 und den Wandungen 26, 27 kann durch die Verwendung von Verbindungselementen (nicht dargestellt), wie etwa einer Wärmeleitpaste noch verbessert werden. Die Wärme wird durch ein in den Kühlrohren strömendes Fluid 33 abgeführt, wobei die Kühlrohre 28 dabei an einem oder mehreren Kühlkreisläufen angeschlossen sein können. Diese Anordnung erlaubt es, die Temperiereinheit 25 mit geringem Aufwand an den durch die Montagetoleranzen der Module variierenden Ist-Abstand E zwischen den Wandungen 26, 27 anzupassen. Da der Durchmesser jedes Kühlrohrs 28 kleiner als der minimale Abstand E zwischen den Wandungen 26, 27 ist, können die Kühlrohre auch bei bereits montierten Modulen in den Raum 32 zwischen den Wandungen 26, 27 eingeführt werden.
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4b zeigt eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Temperiereinheit 25, die in dem Raum 32 zwischen der Wandung 26 des Projektionsmoduls und der Wandung 27 des Beleuchtungsmoduls angeordnet ist. Die Temperiereinheit 25 umfasst im gezeigten Beispiel mehrere Kühlrohre 28' mit einem elliptischen Querschnitt, die mit jeweils einer Seite des Kühlrohrs 28' mit der Wandung 27 des Beleuchtungsmoduls 22 und der Wandung 26 des Projektionsmoduls 21 verbunden sind. Der elliptische Querschnitt erlaubt es, die Temperiereinheit 25 je nach Orientierung des kurzen und langen Durchmessers der Kühlrohre 28' an den variierenden Ist-Abstand E zwischen den Wandungen 26, 27 anzupassen. Die Wärme wird durch ein in den Kühlrohren 28' strömendes Fluid 33 abgeführt.
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4c zeigt eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Temperiereinheit 25, die in dem Raum 32 zwischen der Wandung 26 des Projektionsmoduls und der Wandung 27 des Beleuchtungsmoduls angeordnet ist. Die Temperiereinheit 25 umfasst mehrere Kühlschläuche 29 mit einem flexiblen Querschnitt, die mit jeweils einer Seite des Kühlschlauchs 29 mit der Wandung 27 und der Wandung 26 verbunden sind. Kühlschläuche 29 sind in diesem Zusammenhang flexible Schläuche, die ihre Außengeometrie durch das Eigengewicht eines Fluids 33, wie beispielsweise Wasser und/oder durch ein mit Druck beaufschlagtes Fluid 33 verändern und beispielsweise aus Aluminiumfolie ausgebildet sind. Die Kühlschläuche 29 sind dabei so ausgelegt, dass sie den variierenden Abstand E zwischen den Wandungen 26, 27 ausgleichen können. Der Vorteil der Kühlschläuche 29 gegenüber der in 4a und 4b dargestellten Kühlrohre 28, 28' ist, dass die Kontaktfläche und damit die für die Wärmeleitung wirksame Fläche größer ist. Die Wärme wird auch in diesem Beispiel durch ein in den Kühlschläuchen 29 strömendes Fluid 33 abgeführt.
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Alternativ kann der gesamte Raum 32 zwischen den Wandungen 26, 27 geschlossen und mit einem Fluid 33 durchströmt werden oder der Raum 32 kann mit Kugeln gefüllt werden, die die Wärme durch Wärmeleitung abführen. Die Kugeln umfassen dabei zweckmäßigerweise ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Leicht deformierbare Kugeln können die Kontaktflächen zwischen den Kugeln vergrößern und damit die Wärmeleitung weiter vorteilhaft erhöhen.
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5 zeigt eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Temperiereinheit 25, die in dem Raum 32 zwischen der Wandung 26 des Projektionsmoduls und der Wandung 27 des Beleuchtungsmoduls angeordnet ist. In dem Raum 32 ist der Druck ungefähr dem Atmosphärendruck entsprechend und nicht wie in den Innenräumen der Module 21, 22 stark verringert. Die Temperiereinheit 25 umfasst zwei Kühlrippen 30, die jeweils an der Wandung 26 und der Wandung 27 angeordnet sind. Diese sind beispielsweise durch Magnete (nicht dargestellt), oder über ein Feder/Nut-System an den Wandungen 26, 27 befestigt, was die Montage vorteilhaft vereinfacht. Insbesondere ist es möglich, die Kühlrippen 30 erst nach der Montage und/oder Justage der beiden Module 21, 22 zueinander anzubringen. Die Kühlrippen 30 erwärmen sich durch Wärmeleitung und geben die Wärme an ein durch den Raum 32 strömendes Fluid 33 ab. Die Wärme wird in diesem Fall also durch eine Wärmeströmung oder Konvektion abgeführt. Das Fluid 33 durchströmt die Kühlrippen 30 zweckmäßigerweise senkrecht zur Zeichenebene, um eine möglichst lange Zeit an den Kühlrippen 30 vorbeizuströmen. Durch das Fluid 33, welches den Raum 32 zwischen den beiden Wandungen 26, 27 durchströmt und sich unabhängig vom Ist-Abstand E der beiden Wandungen 26, 27 zueinander ausbreitet, ist der Einfluss der Variation des Ist-Abstandes E auf den Wärmeabtransport vernachlässigbar.
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6 zeigt eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Temperiereinheit 25, die in dem Raum 32 zwischen der Wandung 26 des Projektionsmoduls und der Wandung 27 des Beleuchtungsmoduls angeordnet ist. Die Temperiereinheit 25 umfasst ein Kühlelement 31 mit Kühlleitungen 34, die von einem Fluid 33 durchströmt werden. Das Kühlelement 31 ist nicht mechanisch mit den Wandungen 26, 27 verbunden. Auf der zum Projektionsmodul 21 gerichteten Seite des Kühlelementes 31 ist der Abstand F weniger als 2 mm, wodurch der Wärmeübertrag von der Wandung 26 zu dem Kühlelement 31 ballistisch erfolgt.
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Das Produkt aus Gasdruck p und mittlerem freien Weg I eines Gasteilchens ist eine Materialkonstante. Für molekularen Wasserstoff hat sie den Wert I * p = 11.5*10-3 mPa =11.5 mmPa. Bei einem Gasdruck von 5 Pa, wie er für das Innere von EUV-Systemen typisch ist, ergibt sich daraus eine mittlere freie Weglänge I von gut 2 mm. Zwischen zwei Flächen kann Wärme mittels Gasteilchen also dann besonders effizient übertragen werden, wenn der Abstand der beiden Flächen maximal 2 mm beträgt; der Wärmetransfer erfolgt dann ballistisch und das Gas wirkt nicht als Fluid.
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Auf der anderen Seite des Kühlelementes 31 ist der Abstand größer dargestellt, so dass der Wärmeübertrag über Wärmestrahlung und in geringem Maße über diffusen Wärmetransport im Gas erfolgt. Durch den geringen Druck in dem Raum 32, der dem im Inneren der Module 21, 22 nahezu entspricht, ist ein Wärmeübertrag von den Wandungen 26, 27 zu einem Fluid durch Wärmeleitung und durch Konvektion nur eingeschränkt möglich. Auf Grund der geringen Anforderungen an die Temperaturstabilität des Beleuchtungsmoduls 22 gegenüber dem Projektionsmodul 21 ist dieser Umstand aber auch weniger relevant. Eine Anpassung der Breite der Temperiereinheit 25 an den variablen Abstand E zwischen den Wandungen 26, 27 geschieht also dadurch, dass der Abstand zwischen Kühlelement 31 und Wandung 27 angepasst wird, während der Abstand F zwischen Kühlelement 31 und Wandung 26 im Wesentlichen unverändert bleibt.
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7 beschreibt ein mögliches Verfahren zur Montage einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungsmodul 22, einem Projektionsmodul 21 und einer Temperiereinheit 25, wobei die Temperiereinheit 25 zwischen dem Beleuchtungsmodul 22 und dem Projektionsmodul 21 angeordnet ist.
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In einem ersten Verfahrensschritt 40 wird das Beleuchtungsmodul 22 montiert.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 41 wird das Projektionsmodul 21 montiert.
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In einem dritten Verfahrensschritt 42 wird die Temperiereinheit 25 montiert.
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Im zweiten Verfahrensschritt kann insbesondere eine Justage von Projektionsmodul 21 und Beleuchtungsmodul 22 zueinander erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Facettenspiegel
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Beleuchtungsoptik
- 5
- Objektfeld
- 6
- Objektebene
- 7
- Retikel
- 8
- Retikelhalter
- 9
- Projektionsoptik
- 10
- Bildfeld
- 11
- Bildebene
- 12
- Wafer
- 13
- Waferhalter
- 14
- EUV-Strahlung
- 15
- Zwischenfeldfokusebene
- 16
- Pupillenfacettenspiegel
- 17
- Baugruppe
- 18
- Spiegel
- 19
- Spiegel
- 20
- Spiegel
- 21
- Projektionsmodul
- 22
- Beleuchtungsmodul
- 23
- Kühlzonen
- 24
- Einfallslot
- 25
- Temperiereinheit
- 26
- Wandung Projektionsoptik
- 27
- Wandung Projektionsoptik
- 28, 28'
- Kühlrohre
- 29
- Kühlschläuche
- 30
- Kühlrippen
- 31
- Kühlelement
- 32
- Raum
- 33
- Fluid
- 34
- Kühlleitung
- 40
- Verfahrensschritt 1
- 41
- Verfahrensschritt 2
- 42
- Verfahrensschritt 3
- A
- Mindestabstand Module
- B
- Abstand Kühlzone zum Modulrand
- C
- Breite Kühlzone
- D
- Summe A bis C
- E
- Abstand Module nach Montage
- F
- Abstand Kühlelement zu Wandung
