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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einer Lichtquelle, einem Beleuchtungssystem zur Aufbereitung von Arbeitslicht, das von der Lichtquelle bereitgestellt wird, und zur Beleuchtung eines Retikels mit abzubildenden Strukturen und einem Projektionsobjektiv zur Abbildung der Strukturen des Retikels, wobei die Projektionsbelichtungsanlage mindestens einen Anlagenraum aufweist, in dem eine bestimmte Gasatmosphäre einstellbar ist, und mindestens eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Gasatmosphäre in dem Anlagenraum aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung der Gasatmosphäre in einem Anlagenraum einer Projektionsbelichtungsanlage, beispielsweise einem Gehäuse oder Teilgehäuse des Projektionsobjektivs oder Beleuchtungssystems.
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STAND DER TECHNIK
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie werden für die Herstellung von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteilen der Mikroelektronik oder Mikrosystemtechnik eingesetzt. Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der abzubilden Strukturen wird für die Projektionsbelichtungsanlagen Arbeitslicht mit immer kürzeren Wellenlängen, beispielsweise im Bereich des extrem ultraultravioletten Wellenlängenspektrums (EUV - Licht) eingesetzt. Entsprechend hochenergetische Strahlung kann zusammen mit unterschiedlichen Substanzen in der Umgebungsatmosphäre von optischen Elementen der Projektionsbelichtungsanlage zur Beschädigung der optischen Elemente, wie beispielsweise Spiegelelementen, führen, da es an den optisch wirksamen Flächen der optischen Elemente bzw. Spiegelflächen zur Bildung von Ablagerungen durch Fremdelementdeposition bzw. - absorption kommen kann, die die Funktion der optischen Elemente beeinträchtigen. Entsprechend ist es bekannt für Komponenten von Projektionsbelichtungsanlage, wie das Beleuchtungssystem und das Projektionsobjektiv Anlagenräume vorzusehen, in denen eine bestimmte Gasatmosphäre bzw. Vakuumbedingungen eingestellt werden, um die optischen Elemente zu schützen und die gewünschte Ausbreitung des Arbeitslichts entlang des Strahlengangs zu gewährleisten.
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Entsprechend ist es auch bereits bekannt, Anlagenräume von Projektionsbelichtungsanlagen, in denen eine bestimmte Gasatmosphäre bzw. Vakuumbedingungen eingestellt werden, darauf zu überwachen, dass keine unerwünschten Bestandteile in der Gasatmosphäre enthalten sind.
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Beispielsweise wird in der
US 6 881 952 B2 eine Anlage zur Herstellung von Halbleiterbauelementen beschrieben, bei welchem ein Restgasanalysator zur Überwachung der Prozesskammer eingesetzt wird. Weitere Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung der Gasatmosphäre in der Vakuumkammer sind beispielsweise in der
US 2014/0157863 A1 oder
US 4 755 669 A beschrieben.
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Darüber hinaus ist es aus der
US 7 405 417 B2 ,
US 8 547 551 B2 und
US 7 897 110 B2 bekannt zur Erfassung von Kontaminationen in lithografischen Apparaturen sogenannte Testkörper vorzusehen, an denen eine Kontaminationsaufnahmefläche vorgesehen ist, an der sich Kontaminationen ablagern können und die über entsprechende Überwachungseinrichtungen überwacht wird. Beispielsweise werden hierfür Quarzkristall - Überwachungseinrichtungen oder Detektoren für akustische Oberflächenwellen eingesetzt. Auch optische Einrichtungen, bei denen beispielsweise die veränderte Transmission oder Reflexion an den Kontaminationsaufnahmeflächen erfasst werden, sind hierfür bekannt. Allerdings sind derartige Überwachungseinrichtungen genauso wie Restgasanalysatoren sehr aufwändig, da sie sowohl Einrichtungen zur Erzeugung entsprechender Anregungssignale oder Lichtstrahlen sowie Erfassungseinrichtungen der durch Kontaminationen bewirkten Veränderungen erfordern, die technisch sehr komplex sind.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie sowie ein Verfahren zur Überwachung der Gasatmosphäre in einem Anlagenraum einer Projektionsbelichtungsanlage zu schaffen, die in einfacher Weise die Erfassung von Kontaminationen in der entsprechenden Gasatmosphäre bzw. in dem Vakuum des Anlagenraums ermöglichen. Neben einem geringen technischen Aufwand soll eine zuverlässige Überwachung zur Erzielung einer hohen Lebensdauer der Projektionsbelichtungsanlage bei ungestörtem Betrieb der Projektionsbelichtungsanlagen erreicht werden.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Überwachung der Gasatmosphäre in einem Anlagenraum einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung schlägt zur Lösung der Aufgabenstellung vor, mindestens ein Indikatorbauteil in einem zu überwachenden Anlagenraum vorzusehen oder an einer Stelle vorzusehen, die eine Fluidverbindung zu den Anlagenraum aufweist, sodass das Indikatorbauteil zumindest mit einer Überwachungsfläche mit der zu überwachenden Gasatmosphäre in Kontakt gelangen kann. Die mindestens eine Überwachungsfläche des Indikatorbauteils ist dabei so ausgebildet, dass ein Material an der Überwachungsfläche mit einem möglichen Bestandteil der Gasatmosphäre, der überwacht werden soll, reagiert und / oder der mindestens eine zu überwachende Bestandteil der Gasatmosphäre so an diesem Material adsorbiert oder von diesem Material absorbiert wird, dass sich das Erscheinungsbild der Überwachungsfläche ändert.
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Unter Erscheinungsbild der Überwachungsfläche kann insbesondere das visuell sichtbare Erscheinungsbild verstanden werden, also das Erscheinungsbild, welches durch das menschliche Auge erfasst werden kann. Damit kann der entsprechende Aufbau einer Überwachungseinrichtung, die mindestens ein entsprechendes Indikatorbauteil aufweist, bzw. der Aufbau des Indikatorbauteils einfach gehalten werden. Das Indikatorbauteil kann ein separates Bauteil sein, welches zusätzlich in der Projektionsbelichtungsanlage vorgesehen wird und lediglich die Funktion des Bereitstellens der mindestens einen Überwachungsfläche aufweist. Alternativ kann die Überwachungsfläche auch an Bauteilen ausgebildet werden, die sowieso in der Provisionsbelichtungsanlage enthalten sind, sodass ein derartiges Bauteil zusätzlich die Funktion als Indikatorbauteil mit übernimmt und darüber hinaus eine andere Funktion für den Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage besitzt.
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Das mindestens eine Indikatorbauteil kann insbesondere auswechselbar in der Projektionsbelichtungsanlage aufgenommen sein, um es beispielsweise bei der Wartung der Projektionsbelichtungsanlage austauschen zu können und als Beleg für die Kontamination des entsprechenden Anlagenraums der Projektionsbelichtungsanlage für das zurückliegende Wartungsintervall zu erfassen und auszuwerten.
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Die Überwachungsfläche des Indikatorbauteils, die durch den zu überwachenden Bestandteil der Gasatmosphäre in ihrem Erscheinungsbild verändert wird, wenn der mindestens eine zu überwachende Bestandteil der Gasatmosphäre in der Gasatmosphäre vorhanden ist, kann Material aufweisen, welches durch den oder die entsprechenden, zu überwachenden Bestandteile der Gasatmosphäre korrodiert oder oxidiert wird oder durch Chemisorption an der Oberfläche eine entsprechende Veränderung bewirkt.
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Beispielsweise kann das Material des Indikatorbauteils an der Überwachungsfläche ein Metall mit glatter Oberfläche oder ein Metall in Pulverform sein, wobei insbesondere Aluminium, Silber, Kupfer, Eisen oder Legierungen daraus, beispielsweise Stahl, dafür eingesetzt werden können. Derartige Materialien bilden beispielsweise mit Sauerstoff Oxidschichten, die durch Interferenzerscheinungen bei der Reflexion von polychromatischem Licht ein unterschiedliches farbliches Erscheinungsbild der Überwachungsfläche erzeugen, wobei insbesondere auch die Menge des zu überwachenden Bestandteils der Gasatmosphäre, nämlich des Sauerstoffs erfasst werden kann, da bei einem höheren Anteil an Sauerstoff dickere Oxidschichten ausgebildet werden können, die unterschiedliche Anlauffarben bzw. Interferenzfarben erzeugen. Entsprechend kann das Material des Indikatorbauteils an der Überwachungsfläche so gewählt werden, dass durch den zu überwachenden Bestandteil der Gasatmosphäre Farbveränderungen an der Überwachungsfläche hervorgerufen werden, die insbesondere auch indikativ für die Menge des Bestandteils in der Gasatmosphäre sein können.
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Zur Überwachung eines Anlagenraums können in diesem mehrere gleiche oder unterschiedliche Indikatorbauteile in verschiedenen Bereichen des Anlagenraums angeordnet sein, um eine räumliche Verteilung der Überwachung zu ermöglichen. Unterschiedliche Indikatorbauteile können unterschiedliche Materialien an den Überwachungsflächen aufweisen, um verschiedene Bestandteile der Gasatmosphäre überwachen zu können. Darüber hinaus können die Überwachungsfläche unterschiedlich orientiert angeordnet werden, um Einflüsse von möglichen Fluidströmungen im Anlagenraum zu berücksichtigen.
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Obwohl die Veränderung des Erscheinungsbildes der Überwachungsfläche bei Anwesenheit von zu überwachenden Bestandteilen bzw. Kontaminationen eine durch das menschliche Auge erfassbare Veränderung darstellt, kann die Überwachungseinrichtung eine Erfassungseinrichtung zur automatischen Erfassung der Veränderung des Erscheinungsbildes aufweisen, wie entsprechend geeignete Sensoren, die auf unterschiedliche Farben empfindlich sind oder eine Kamera mit oder ohne einer automatischen Bildauswertung.
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Darüber hinaus kann die Überwachungseinrichtung mindestens eine Lichtquelle zur Beleuchtung der mindestens einen Überwachungsfläche aufweisen, um auch in Anlagenbereichen, die nicht von Tageslicht erhellt sind, eine entsprechende Veränderung der Überwachungsfläche feststellen zu können. Insbesondere kann die Lichtquelle polychromatisches Licht im sichtbaren Wellenlängenspektrum bereitstellen.
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Zur Erfassung der Veränderung des Erscheinungsbildes der einen oder mehreren Überwachungsflächen kann auch Laserspektroskopie eingesetzt werden, um z.B. eine hohe Empfindlichkeit der Farbvarianz zu erreichen. Die eine oder mehreren Überwachungsflächen könnten dabei einzeln nacheinander mit einem Laser bestrahlt werden und der oder die von den Überwachungsflächen reflektierten Laserstrahlen können einer Spektrallinienanalyse unterzogen werden und mit Referenzspektrallinien verglichen werden.
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Figurenliste
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- Die beigefügte Figur zeigt in rein schematischer Weise eine Darstellung einer erfindungsgemä-ßen Proj ektionsbelichtungsanlage.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die beigefügte Figur zeigt eine Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer Lichtquelle 1, in der beispielsweise elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich des extrem ultravioletten Lichts (EUV - Licht) als Arbeitslicht der Projektionsbelichtungsanlage erzeugt wird. Dieses Licht wird im Beleuchtungssystem 2 durch entsprechende optische Elemente (nicht gezeigt) aufbereitet, um damit ein Retikel 4 zu beleuchten, welches Strukturen aufweist, die in verkleinernder Weise durch die Projektionsbelichtungsanlage auf einen Wafer 5 abgebildet werden sollen. Hierzu weist die Proj ektionsbelichtungsanlage ein Projektionsobjektiv 3 auf, mit dem durch weitere optische Elemente (ebenfalls überwiegend nicht dargestellt) eine Abbildung des Retikels 4 auf den Wafer 5 erzeugt wird.
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Im Bereich des Strahlengangs des Arbeitslichts der Projektionsbelichtungsanlage von der Lichtquelle 1 über das Beleuchtungssystem 2 und das Projektionsobjektiv 3 bis zum Wafer 5 können für die Ausbreitung des Arbeitslichts und den Schutz der optischen Elemente bestimmte Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Vakuumbedingungen oder spezielle Gasatmosphären eingestellt werden. Entsprechend kann das Beleuchtungssystem als erster Anlagenraum 6 ausgebildet sein, in dem eine bestimmte Gasatmosphäre, wie beispielsweise technisches Vakuum eingestellt wird, und das Projektionsobjektiv 3 kann einen zweiten Anlagenraum 7 definieren, in dem ebenfalls eine bestimmte Gasatmosphäre eingestellt wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass weitere Teilbereiche der Projektionsbelichtungsanlage unter bestimmten Gasatmosphären betrieben werden, wozu entsprechende Anlagenräume vorgesehen sind.
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Um die optischen Elemente, wie beispielsweise den im Projektionsobjektiv 3 gezeigten Spiegel 11 vor Beschädigungen zu schützen und den sicheren, leistungsfähigen Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage zu gewährleisten, ist es erforderlich die vorgesehene Gasatmosphäre zu überwachen, sodass die erforderlichen Druckbedingungen und die gewünschte Zusammensetzung der Gasatmosphäre eingehalten werden, also insbesondere auch Verunreinigungen der Gasatmosphäre vermieden werden.
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Hierzu sind bei dem in der beigefügten Figur gezeigten Ausführungsbeispiel im Beleuchtungssystem 2 beispielhaft zwei Indikatorbauteile 8 und 9 vorgesehen, die jeweils eine Überwachungsfläche 10 aufweisen. Das erste Indikatorbauteil 8 ist dabei gemäß der Darstellung der beigefügten Figur in einem oberen, linken Bereich des Beleuchtungssystems 2 mit einer horizontalen Ausrichtung der Überwachungsfläche 10 angeordnet, während das zweite Indikatorbauteil 9 ebenfalls im oberen Bereich des Beleuchtungssystems 2 jedoch in einem rechten Teil des ersten Anlagenraums 6 in einer vertikalen Ausrichtung der Überwachungsfläche 10 angeordnet ist. Selbstverständlich können weitere Indikatorbauteile in anderen Bereichen des ersten Anlagenraums 6 mit unterschiedlichen Ausrichtungen der Überwachungsflächen 10 vorgesehen sein, um in verschiedenen Bereichen mit unterschiedlichen Ausrichtung der Überwachungsflächen die Zusammensetzung der Gasatmosphäre in dem ersten Anlagenraum 6 überwachen zu können.
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Bei dem in der beigefügten Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist weiterhin beispielhaft im Projektionsobjektiv 3 ein Spiegel 11 dargestellt, der zur Reflexion des Arbeitslichts der Projektionsbelichtungsanlage zur Abbildung des Retikels 4 auf den Wafer 5 vorgesehen ist und hierzu eine Spiegelfläche 12 aufweist. Zusätzlich ist jedoch an der Rückseite des Spiegels 11 eine Überwachungsfläche 10 vorgesehen, mit der wiederum die Zusammensetzung der Gasatmosphäre überwacht werden kann, sodass der Spiegel 11 nicht nur die Funktion eines Spiegels innehat, sondern auch die Funktion eines Indikatorbauteils.
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In gleicher Weise kann die Spiegelhalterung 13 ebenfalls eine Überwachungsfläche 10 aufweisen, um neben der Funktion der Halterung des Spiegels 11 zusätzlich die Überwachungsfunktion für die Zusammensetzung der Gasatmosphäre mit zu übernehmen.
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Die Überwachungsfläche 10 ist aus einem Material gebildet, welches mit einem bestimmten Bestandteil der Gasatmosphäre, der mittels der Überwachungsfläche 10 überwacht werden soll, reagiert, sodass sich das Erscheinungsbild der Überwachungsfläche 10 verändert. Beispielsweise können die Überwachungsflächen 10 aus Kupfer gebildet sein, z.B. durch eine entsprechende Kupferschicht, sodass bei Anwesenheit von Sauerstoff in dem entsprechend überwachten Raum, also dem ersten Anlageraum 6 oder dem zweiten Anlagenraum 7 an der Kupferoberfläche Kupferoxid gebildet wird, welches zu einer farblichen Veränderung des Erscheinungsbildes der Kupferoberfläche und somit der Überwachungsfläche 10 führt.
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In Abhängigkeit von der Menge des Sauerstoffs in den überwachten Räumen 6, 7 bilden sich unterschiedlich dicke Kupferoxidschichten auf den Kopfoberflächen der Überwachungsflächen 10, sodass in Abhängigkeit von der Oxidschichtdicke das farbliche Erscheinungsbild der Kupferoberfläche bzw. Überwachungsfläche 10 verändert wird, da durch die unterschiedlichen Oxidschichtdicken polychromatisches Licht, welches auf die Oxidschicht trifft, zu Interferenzen bei der Reflexion an der Oxidschichtoberfläche und der Grenzfläche zwischen Metall und Oxidschicht für unterschiedliche Wellenlängen des Lichts führt. Entsprechend kann aus der unterschiedlichen Verfärbung der Überwachungsfläche auch auf die Menge des Sauerstoffs im überwachten Raum geschlossen werden, da ein größerer Anteil des Sauerstoffs in der Gasatmosphäre zur Ausbildung von dickeren Oxidschichten führt.
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In den überwachten Anlagenräumen 6, 7 können unterschiedliche Indikatorbauteile mit unterschiedlichen Überwachungsflächen 10 aus verschiedenen Materialien vorgesehen sein, um unterschiedliche Bestandteile der überwachten Gasatmosphäre erfassen zu können. Neben separaten Indikatorbauteilen können auch bereits mit anderen Funktionen versehene Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage verwendet werden, wobei diese unverändert sein können oder zur Ausbildung von mindestens einer Überwachungsfläche angepasst sein können.
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Um die farblichen Veränderungen der Überwachungsflächen 10 feststellen zu können, kann eine entsprechende Überwachungseinrichtung mit Indikatorbauteilen 8, 9, 11 mit entsprechenden Überwachungsflächen 10 zusätzlich ein oder mehrere Beleuchtungslichtquellen 14 zur Bereitstellung von insbesondere polychromatischen Licht im sichtbaren Wellenlängenspektrum sowie ein oder mehrere Erfassungseinrichtungen in Form von beispielsweise Kameras oder dergleichen aufweisen. Mithilfe der Beleuchtungslichtquellen 14 kann sichergestellt werden, dass auch in Anlagenbereichen, in denen kein ausreichendes Tageslicht vorhanden ist, die Veränderung des Erscheinungsbildes der Überwachungsfläche 10 erfasst werden kann. Bei der Verwendung von entsprechenden Kameras 15 kann eine ständige Überwachung der Überwachungsflächen 10 erfolgen und bei Feststellung einer farblichen Veränderung der Überwachungsfläche kann der Betrieb gestoppt werden und nach dem Leck für das Eindringen von beispielsweise Sauerstoff gesucht werden.
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Die Anordnung von Beleuchtungslichtquelle 14 und / oder Kamera 15 erfolgt dabei so, dass genauso wie die Indikatorbauteile 8,9 die Beleuchtungslichtquelle 14 und / oder die Kamera 15 außerhalb des Strahlengangs des Arbeitslichts der Projektionsbelichtungsanlage angeordnet sind.
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Neben einer kontinuierlichen in situ-Überwachung eines Anlagenraums während des Betriebs der Projektionsbelichtungsanlage über eine entsprechende Erfassungseinrichtung, wie eine Kamera 15, können die Indikatorbauteile 8, 9 jedoch auch dazu verwendet werden, dass diese bei bestimmten Wartungsintervallen ausgetauscht werden und anschließend darauf untersucht werden, ob ihre farbliche Veränderung bzw. Nicht - Änderung für die Betriebsdauer im Wartungsintervall im zulässigen Bereich liegt oder nicht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine möglichst lange Lebensdauer der Projektionsbelichtungsanlage und der darin enthaltenen Komponenten erreicht wird, da eine übermäßige Kontamination mit bestimmten Verunreinigungen, die überwacht werden, vermieden werden kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Beleuchtungssystem
- 3
- Projektionsobjektiv
- 4
- Retikel
- 5
- Wafer
- 6
- erster Anlagenraum
- 7
- zweiter Anlagenraum
- 8
- erstes Indikatorbauteil
- 9
- zweites Indikatorbauteil
- 10
- Überwachungsfläche
- 11
- Spiegel
- 12
- Spiegelfläche
- 13
- Spiegelhalterung
- 14
- Beleuchtungslichtquelle
- 15
- Kamera
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6881952 B2 [0004]
- US 2014/0157863 A1 [0004]
- US 4755669 A [0004]
- US 7405417 B2 [0005]
- US 8547551 B2 [0005]
- US 7897110 B2 [0005]
