DE10239344A1

DE10239344A1 - Vorrichtung zum Abdichten einer Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE10239344A1
Application number: DE10239344A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr.-Ing. Hof; Günter Dipl.-Ing. Maul; Lothar Gail; Willi Schierholz; Eberhard Jost
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-11
Also published as: WO2004025368A3; AU2003273394A1; JP2006515954A; CN1695094A; WO2004025368A2; US20050206860A1; EP1532485A2; US7130017B2; KR20050044800A

Abstract

Eine Projektionsbelichtungsanlage (1) ist mit einem Beleuchtungssystem (3), einem Reticle (5), einem Projektionsobjektiv (7) und einer Abbildungsebene versehen. Jeweils zwischen den einzelnen Elementen befinden sich zum Umfeld offene Zwischenräume, wobei in wenigstens einem der Zwischenräume eine Edelgas oder Stickstoff durchströmte Gasverteilereinrichtung (8, 8') angeordnet ist. Die Gasverteilereinrichtung (8, 8') weist eine derartige Form und Größe auf, so daß ein oder mehrere Zwischenräume wenigstens weitgehend gegenüber das die Projektionsbelichtungsanlage (1) umgebende Umfeld abgedichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem, einem Reticle, einem Projektionsobjektiv und einer Abbildungsebene, wobei zwischen den einzelnen Elementen jeweils zum Umfeld offene Zwischenräume vorhanden sind.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 0 886 184 bekannt. In dieser Schrift wird eine vakuumbetriebene Anordnung, welche zwischen einem Wafer und einem optischen Element angeordnet ist, dargestellt. Die Anordnung besitzt in der Mitte eine Beleuchtungsfeldöffnung, wobei ein minimaler oberer Spalt sich zwischen einer Linsenoberfläche und ein weiterer minimaler Spalt sich zwischen einer Waferoberfläche befindet. Der Gasstrom wird ober- und unterhalb dieser Anordnung eingeführt und tritt innerhalb der Anordnung durch spaltförmige Öffnungen wieder aus. Dadurch werden Verschmutzungen, insbesondere Staubkörner, von der Linsenoberfläche beseitigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche in den kritischen Bereichen der Projektionsbelichtungsanlage die dort vorliegende Strahlung weder in hohem Maße absorbiert noch stört.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in wenigstens einem der Zwischenräume eine Stickstoff oder Edelgas durchströmte Gasverteilereinrichtung angeordnet ist, wobei die Gasverteilereinrichtung eine derartige Form und Größe aufweist, daß ein oder mehrere Zwischenräume wenigstens weitgehend gegenüber das die Projektionsbelichtungsanlage umgebende Umfeld abgedichtet ist.

In einer ersten erfindungsgemäßen Lösung wird der Bereich zwischen einem Projektionsobjektiv und einer Abbildungsebene mit einer entsprechenden Einrichtung, weitgehend als sogenanntes Containment abgedichtet, wobei die Abdichtung berührungslos erfolgt. Da bei Arbeiten in der Lithographie mit Wellenlängen von 157 nm die Strahlung zwischen dem Projektionsobjektiv und der Abbildungsebene in Luft mit einem hohen Absorptionsgrad absorbiert wird, muß dementsprechend eine Schutzgasatmosphäre geschaffen werden, wobei als Schutzgas Stickstoff oder ein Edelgas benutzt wird. Dieses Gas besitzt einen geringen Absorptionsgrad für die benutzte Strahlung. Durch die Verwendung von reinem Stickstoff als Schutzgas wird gewährleistet, daß die Strahlung der Wellenlänge 157 nm ohne Verluste auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat auftrifft und somit ebenfalls die letzte Fläche des Projektionsobjektivs frei von störenden Substanzen bleibt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Gasaustauscheinrichtung mit wenigstens einer Gaszufuhreinrichtung und wenigstens einer Gasabfuhreinrichtung versehen ist, wobei der Einströmquerschnitt zum Einbringen des Stickstoffes oder des Edelgases größer ausgebildet sein kann als der Austrittsquerschnitt, wobei die wenigstens eine Gaszufuhreinrichtung als Hohldüse ausgebildet sein kann und wobei zur Gasabfuhr Spaltdichtungen vorgesehen sein können.

Die nicht ganz dichten Containments werden über die Hohldüsen ständig mit dem Gas befüllt, das an den Spaltdichtungen wieder ausströmt. Die Spalte müssen sich soweit überlappen und mit der Menge des einströmenden Gases abgestimmt sein, daß kein Fremdgas eindiffundieren oder äußere Strömungen eindringen können. Vorteilhafterweise herrscht im inneren Bereich der Gasverteilereinrichtung ein geringer Überdruck.

Die benutzten Düsen sollen den Raum des Containments möglichst gleichmäßig unter Vermeidung von Wirbeln füllen. Hierbei soll die Drosselwirkung nicht an der Düse auftreten. Vielmehr soll aus der Düse in vorteilhafter Weise ein laminarer Gasstrom austreten. Der Dichteffekt gegenüber der Umwelt kommt durch ein Ausströmen des Gases über hinreichende Spaltlängen zustande.

Eine zweite erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß in dem Bereich zwischen Beleuchtung und Reticle ebenfalls eine Gasverteilereinrichtung vorgesehen sein kann, wobei hier zur Gasabfuhr lamellenförmige Spaltdichtungen vorgesehen sind, wobei die Spaltdichtungen ringförmig ausgebildet und wobei die lamellenförmigen Spaltdichtungen in sich gegeneinander verschiebbar sind.

Der Lamellenverbund dient ebenfalls zur Abdichtung gegenüber der Umwelt. Das Gas strömt durch Einlaßdüsen in diesen Bereich ein und entströmt durch die Lamellen, die jede für sich so eine Dichtung über eine Spaltabdichtung darstellen. Die Vorteile dieser Anordnung sind, daß der Raum neben der Lichtführung weitgehend frei von Einbauten bleibt und zur Stagepositionierung genutzt werden kann und eine Abdichtung des Bereiches bei Verstellung des Reticles gegenüber dem restlichen Aufbau bestehen bleibt.

In Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß zur Abdichtung zwei große ringförmige Platten vorgesehen sind, welche gegeneinander verschiebbar sind und wobei feste Verbindungen der einen Platte mit dem Projektionsobjektiv und feste Verbindungen der anderen Platte mit der Gasverteilereinrichtung vorgesehen sind.

Zwischen dem Reticle und dem Projektionsobjektiv steht nur eine sehr eingeschränkte Bauraumhöhe zur Abdichtung zur Verfügung. Aus diesem Grunde sollten die Platten vorteilhafterweise eine hinreichend große Länge besitzen, damit bei Verschiebung des Reticles ein Überlapp der beiden Platten zur Abdichtung des gespülten Bereichs gewährleistet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
1 Prinzipdarstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtete Wafer verwendbar ist;
2 ein Längsschnitt einer Gasverteilereinrichtung, welche zwischen einem Projektionsobjektiv und einem Wafer angeordnet ist;
3 ein Längsschnitt einer Gasverteilereinrichtung, welche zwischen einer Beleuchtungseinrichtung, einem Reticle und einem Projektionsobjektiv angeordnet ist; und
4 eine Ansicht der in 3 dargestellten Vorrichtung, wobei das Reticle gegenüber der Beleuchtung und dem Projektionsobjektiv ausgeschwenkt ist.
1 zeigt eine Projektionsbelichtungsanlage 1, welche in dieser Art grundsätzlich aus der US 5,638,223 und der US 6,252,712 bekannt ist, deren Inhalt vollumfänglich mitaufgenommen wird. Die grundsätzliche Funktionsweise einer solchen Anlage wird deshalb als bekannt vorausgesetzt. Nachfolgend werden aus diesem Grunde nur die für die Erfindung wesentlichen Teile näher beschrieben.
Derartige Anlagen dienen zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einem sogenannten Reticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, und einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 7.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, daß in das Reticle 5 eingebrachte Strukturen auf dem Wafer 2 mit einer Verkleinerung der Strukturen belichtet werden.
Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in x- und y-Richtung über Schlitten 26, welche mit der Gesamteinrichtung 27 fest verbunden sind, weiterbewegt, so daß auf demselben Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur belichtet werden. Eine Linearführung 25 des Wafers 2 in z-Richtung ist ebenfalls gewährleistet.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt ein für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 4 bereit. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente so geformt, daß der Projektionsstrahl 4 beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Über den Projektionsstrahl 4 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen.
2 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer Gasverteilereinrichtung 8. In den Zwischenraum zwischen dem Projektionsobjektiv 7 und dem Wafer 2 wird vorzugsweise eine ringförmige Einströmdüse 10 angebracht, die das Gas 23 laminar in die zylinderförmige Gasverteilereinrichtung 8 einströmen läßt. Die Düse 10 kann auch über den Umfang segmentiert sein, so daß die Gaszufuhr feiner gesteuert werden kann. Die Spülung erfolgt im Spülbereich 13. Da in dem Spülbereich 13 die geforderte Strahlung eine hohe Energie besitzen muß, wird durch die Spülung mit Stickstoff oder einem Edelgas 23, insbesondere Helium, verhindert, daß sich bestimmte Gase, insbesondere Luft, die die Strahlung absorbieren, im Strahlraum 13 befinden.
An der Oberseite und an der Unterseite der Gasverteilereinrichtung 8 befinden sich zwei Spalte, nämlich der Spalt Projektionsobjektiv-Gasverteilereinrichtung 11 und der Spalt Gasverteilereinrichtung-Wafer 11'. Die Spalte 11 und 11' sollten ≤ 1 mm breit sein. Durch die Spalte 11 und 11' strömt der eingeblasene reine Stickstoff oder das Edelgas 23 in die Umgebung oder in eventuell eingerichteten Absaugeinrichtungen, welche nicht näher dargestellt sind, ab.
Die Spalte 11 und 11' müssen über ausreichend große Längen verfügen, damit kein Fremd- oder Umgebungsgas hineindiffundieren kann.
Die einströmende Menge Gas 23 durch die Düsen 10 muß größer sein als die ausströmende Menge Gas 23 durch die Spalte 11 und 11'. Der Gaseintrittsquerschnitt kann dementsprechend leicht größer ausgestaltet werden als der Gasaustrittsquerschnitt, um ein richtiges Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen. Dadurch entsteht in der Gasverteilereinrichtung 8 ein geringer Überdruck.
Die tendenzielle Staubildung im Zentrum der Düse 10 und damit auf einer optischen und mechanischen Achse 19 wird durch geringe, immer vorhandene Asymmetrien vermieden. So sind die Abstände der Spalten 11 und 11' in der Regel unterschiedlich. Es ist auch möglich, daß einer der Spalte, vorzugsweise der obere Spalt 11, zu 0 mm gesetzt wird. Die Düse 10 ist dann direkt gedichtet, ohne einen mikroskopischen Spalt zu erzeugen, am Projektionsobjektiv 7 angebracht, was zu nur noch einem Spalt 11' führt.
Die Gasverteilereinrichtung 8 ist mit Lagern 18 versehen. Die Lager 18 befinden sich auf einer Lagerhalterung an einer Maschineneinrichtung 27, welche hier nicht näher dargestellt ist, wobei der Wafer 2 ebenfalls auf der Lagerhalterung 27 gelagert ist. Die Lager 18 werden benötigt, damit bei Verschiebung des Wafers 2, die Gasverteilereinrichtung 8 nicht mitbewegt wird.
In 3 ist eine Gasverteilereinrichtung 8' erkennbar, welche das Reticle 5 einschließt. Die Gaszufuhr erfolgt hier ebenfalls über ringförmige Düsen 10. Das Gas 23 strömt durch die Düsen 10 in den Zwischenbereich zwischen Reticle 5 und Beleuchtungseinrichtung 3, wie auch in den Zwischenbereich zwischen Reticle 5 und dem Projektionsobjektiv 7. An der Oberseite der Gasverteilereinrichtung 8' befindet sich ein Lamellenverbund 14. Das Gas 23 entströmt durch die Lamellen, die jede für sich eine Dichtung über eine Spaltabdichtung darstellen. Der Lamellenverbund 14 besteht jeweils aus mehreren übereinander gestapelten Lamellen 14', welche als flache Ringe ausgebildet und mittig mit einem Loch versehen sind, damit die Strahlung ungehindert auf das Reticle 5 treffen kann. Die Lamellen 14' sind aus metallischen Werkstoffen hergestellt, welche den Strahlenbelastungen standhalten. Auf Kugeln und Magneten 17, die auf Weicheiseneinlagen arbeiten, werden die Lamellen 14' auf konstantem Spaltabstand gehalten. Das sich in der Gasverteilereinrichtung 8 befindliche Gas 23 kann durch den Lamellenverbund 14, insbesondere durch die jeweiligen Spalte zwischen den Lamellen 14', und durch die Spalte 20' austreten.
Das Gas 23 strömt innerhalb der Gasverteilereinrichtung 8' von dem oberen Bereich des Reticles 5 in den unteren Bereich des Reticles 5, wobei das Reticle 5 auf einer Dreipunktauflage 9 jeweils an den äußeren Enden auf einem inneren Rahmen 24 gelagert ist. Die Gasverteilereinrichtung 8' schließt am unteren Bereich mit einer Abschlußplatte 16 ab. Damit ein hinreichend großer Spalt 21 zwischen der Gasverteilereinrichtung 8' und dem Projektionsobjektiv 7 vorhanden ist, wird eine obere Projektionsobjektivabschlußplatte 15 fest mit dem Projektionsobjektiv 7 verbunden. Diese Anordnung wurde gewählt, da nur eine sehr eingeschränkte Bauraumhöhe in diesem Bereich zur Verfügung steht.
Die Platten 15 und 16 sind ringförmig ausgebildet, wobei jeweils in der Mitte dieser Platten 15 und 16 ausreichend große Öffnungen zum Strahldurchtritt vorhanden sind und wobei diese Platten 15 und 16 gegeneinander verschiebbar sind. Bei maximalem Auszug des Reticles 5 gegenüber der Gesamteinrichtung muß noch ein hinreichend großer Überlapp der beiden Platten 15 und 16, insbesondere die Hälfte der Länge, vorhanden sein, damit niemals kontaminiertes Gas in den gespülten Bereich eintritt.
Der innere Rahmen 24, auf welchem das Reticle 5 gelagert ist, ist gegenüber der Gasverteilereinrichtung 8', dem Lamellenver-bund 14 und dem äußeren Rahmen 28 in z-Richtung über entsprechende Schlitten 25 verschiebbar, wobei die Lichtwirkung erhalten bleibt. Um dabei die jeweilige Dichtung zu garantieren, müssen Ringspalte 20 mit unterschiedlichen Durchmessern in der Breite und Länge ein bestimmtes Verhältnis besitzen. Die Spaltlänge zur Spalthöhe sollte immer ein Größenverhältnis von 10mm-20mm zu 0,5mm-10mm besitzen. Es befinden sich ebenfalls an der Gasverteilereinrichtung 8' ringförmige, nicht näher dargestellte Öffnungen. Durch die Spalte 20, den ringförmigen Öffnungen und über den Lamellenverbund 14 kann das sich in der Gasverteilereinrichtung 8' befindliche Gas 23 wieder austreten.
Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß der Raum neben der Lichtführung weitgehend frei von Einbauten bleibt und für die Meßtechnik zur Stagepositionierung genutzt werden kann.
4 zeigt eine ausgeschwenkte Gasverteilereinrichtung 8'. Wird das Reticle 5 durch Schlitten 26 in x- und y-Richtung gegenüber der Beleuchtungseinrichtung 3 und dem Projektionsobjektiv 7 verschoben, wird der Lamellenverbund 14 ausgelenkt. Die Gaszufuhr erfolgt hier ebenfalls über die ringförmige Hohldüse 10. Der Stickstoff oder das Edelgas 23 strömt über die Dichtspalte der Lamellen 14' und der Spalte 20, 20', 20'', 21 ab und kann auch an diesen Stellen durch eine hier nicht näher dargestellte Absaugeinrichtung entfernt werden.
Eine Verschiebung des Reticles 5 ist notwendig, damit auf dem Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur, belichtet werden.
Das Entfernen der störenden Gase soll innerhalb von einigen Zehntel Sekunden erfolgen. Der hierfür benötigte Gasverbrauch soll gering gehalten werden.

Claims

Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem, einem Reticle, einem Projektionsobjektiv und einer Abbildungsebene, wobei zwischen den einzelnen Elementen jeweils zum Umfeld offene Zwischenräume vorhanden sind, dadurch ge kennzeichnet, daß in wenigstens einem der Zwischenräume eine Edelgas oder Stickstoff durchströmte Gasverteilereinrichtung (8,8') angeordnet ist, wobei die Gasverteilereinrichtung (8,8') eine derartige Form und Größe aufweist, daß ein oder mehrere Zwischenräume wenigstens weitgehend gegenüber dem die Projektionsbelichtungsanlage (1) umgebenden Umfeld abgedichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteilereinrichtung (8) zwischen der Abbildungsebene (2) und dem Projektionsobjektiv (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteilereinrichtung (8') zwischen dem Beleuchtungssystem (3) und dem Projektionsobjektiv (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteilereinrichtung (8,8') mit wenigstens einer Gaszufuhreinrichtung (10) und wenigstens einer Gasabfuhreinrichtung (11,11',20,21,22) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasaustauscheinrichtung (8,8') ein Überdruck vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmquerschnitt zum Einbringen des Stickstoffes oder des Edelgases (23) größer ausgebildet ist als der Austrittsquerschnitt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Gaszufuhreinrichtung als Hohldüse (10) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur laminaren Einströmung des Stickstoffes oder des Edelgases (23) in die Gasverteilereinrichtung (8,8) die Hohldüse (10) ringförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohldüse (10) über ihren Umfang segmentiert ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabfuhreinrichtung mit Spaltdichtungen (11,11',20, 20',20'',21) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabfuhreinrichtung mit lamellenförmigen Spaltdichtungen (14) versehen ist, wobei die Spaltdichtungen (14) ringförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lamellenförmigen Spaltdichtungen (14) in sich gegeneinander verschiebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabfuhreinrichtung zur Abdichtung mit zwei ringförmigen Platten (15,16) versehen ist, welche gegeneinander verschiebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß feste Verbindungen der einen Platte (15) mit dem Projektionsobjektiv (7) und feste Verbindungen der anderen Platte (16) mit der Gasverteilereinrichtung (8,8') vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Platten (15,16) jeweils mit einer Mittenbohrung versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelgas Helium vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteilereinrichtung (8.8') zylinderförmig ausgebildet ist.