DE3850030T2

DE3850030T2 - Schutzring für ein durch differentiales Auspumpen abgedichtetes Gerät.

Info

Publication number: DE3850030T2
Application number: DE3850030T
Authority: DE
Inventors: Glen E Howard; Lydia J Young
Original assignee: Etec Systems Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2008-10-14
Also published as: JP2862087B2; EP0312066A3; DE3850030D1; CA1294066C; EP0312066B1; US4837443A; JPH01128525A; EP0312066A2

Description

Diese Erfindung betrifft Systeme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie z. B. ein Teilchenstrahllithographiesystem, die ein durch differentielles Auspumpen abdichtendes Gerät aufweisen.
Aus der EP-A-0106510 ist eine Einhüllvorrichtung für eine räumlich beschränkte Vakuumbearbeitung bekannt mit einer Teilchenstrahlsäule, einem Werkstück, das auf einem das Werkstück positionierenden System angeordnet ist, wobei zwischen der Teilchenstrahlsäule und der Werkstückoberfläche eine abgestufte Abdichtvorrichtung vorgesehen ist, die von einer positiven Luftzuführung umgeben wird. Aus der JP-A-62-163248 ist ein Gerät zur Musterinspektion, wie z. B. ein Rasterelektronenmikroskop, bekannt mit einer Strahlsäule, einer Werkstückoberfläche und einer abgestuften Abdichtvorrichtung zwischen der Strahlsäule und der Werkstückoberfläche, wobei das Werkstück auf einem Probenhalteschlitten sich befindet, und wobei die abgestufte Abdichtvorrichtung von einem Reinigungsgasabblaseabschnitt umgeben wird, durch den Gas auf die Oberfläche des Werkstücks geblasen wird.
Die Verwendung und Vorteile eines Geräts zur räumlich begrenzten Vakuumbearbeitung (im folgenden eine Abdichtvorrichtung genannt) in einem Teilchenstrahllithographiesystem zum Bearbeiten eines Werkstücks (Substrat), wie z. B. eines Halbleiterwafers oder einer Maske, durch einen Teilchenstrahl werden in der US-A-4524261 offenbart, und die Notwendigkeit zum Steuern der Lückendistanz (Größe) zwischen der Spitze der Abdichtvorrichtung und des Werkstücks werden in der US-A-4528451 offenbart.
Die Abdichtvorrichtung nach der US-A-4524261 umfaßt ein Gehäuseteil mit zentral angeordneten, mit Vakuumpumpen verbundenen Hülsen, die konzentrische Öffnungen bilden, um Zonen von radial nach innen sich erhöhendem Vakuum zu erzeugen, wobei die innerste Öffnung das höchste Vakuum aufweist. Auf diese Weise ist nur das Gebiet des Werkstücks, das in der Nähe der Hülsen liegt, dem Vakuum unterworfen, während der Rest der Werkstückoberfläche bei Umgebungsdruck liegt. Die Lücke zwischen den Spitzen der Hülsen und der Werkstückoberfläche ist wichtig, und die US-A-4528451 offenhart ein Nachweis- und Rückkopplungssteuersystem zum kontinuierlichen Überwachen und Verändern der Lückendistanz, so daß sie innerhalb eines ausgewählten Bereichs liegt, durch Bewegen des Werkstücks nach oben und nach unten während der Werkstückbearbeitung. Nach der US-A-4524261, wie auch nach der US-A-4528451, wird das Werkstück in Querrichtung der Abdichtvorrichtung bewegt, um das Werkstück in einer im übrigen herkömmlichen Weise zu bearbeiten.
Die Abdichtvorrichtung nach der US-A-4524261 wurde durch die in der älteren EP-A-295616 offenbarte Abdichtvorrichtung mit differentiellem Abpumpen verbessert, indem ein höherer Leitwert und bessere Pumpeneffizienzen geschaffen wurden und der Betrieb mit einer sehr viel geringeren Lücke zwischen dem Werkstück und der Abdichtvorrichtung ausgeführt wurde. Im übrigen ist der Betrieb von beiden Vorrichtungen in einem Teilchenstrahllithographiesystem ähnlich. Das heißt, daß das Werkstück in der Nähe der konzentrischen Hülsen einem Vakuum unterworfen ist, und der verbleibende Teil des Werkstücks bei Umgebungsdruck liegt und das Werkstück in Querrichtung zu den Hülsen während der Werkstückbearbeitung bewegt wird.
Da das Gebiet der Werkstückoberfläche unterhalb der konzentrischen Hülsen sich bei einem niedrigen Druck befindet und die innerste Öffnung zu der Strahlsäule hin offen ist, während der verbleibende Teil der Werkstückoberfläche bei Umgebungsdruck ist, besteht in beiden Fällen die Möglichkeit, daß Verunreinigungen die Werkstückoberfläche berühren und in die Strahlsäule eintreten. Diese Erfindung ist darauf gerichtet, diese Möglichkeit zu verringern.
Die vorhergehenden Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß mit einem Teilchenstrahllithographiesystem gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 5 überwunden.
Die Erfindung, die die oben erwähnten Möglichkeiten der Verunreinigungen verringert, umfaßt einen Schutzring aus unter Druck stehendem Gas, der die Abdichtvorrichtung umgibt und dazu konzentrisch ist, so daß der Gasring zwischen der Abdichtvorrichtung und dem Umgebungsdruck angeordnet ist. In einer Ausführungsform wird der Schutzring durch einen Ring von schmalen Kanälen gebildet, die mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas verbunden sind, so daß Gas unter einem Druck, der höher als der Umgebungsdruck ist, ausgestoßen wird und auf die Werkstückoberfläche gerichtet wird. Das expandierende und überlappende ausgestoßene Gas bildet einen Gasvorhang. In einer zweiten Ausführungsform wird der Gasring durch eine Rille mit geringer Breite gebildet, die über Gaskanäle mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas verbunden ist, durch die Gas in die Rille eingespeist wird. In einer dritten Ausführungsform wird der Schutzring durch eine Vielzahl von Gegenbohrungen in mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas verbundenen Gaskanälen gebildet, durch welche unter Druck stehendes Gas in die Gegebbohrungen eingespeist wird. Sowohl die Rille als auch die Gegenbohrungen dienen dazu, das ausgestoßene, unter Druck stehende Gas zu verteilen, um den Gasvorhang zu bilden und um die Entfernung von Trümmerteilchen auf der Oberfläche des Werkstücks zu fördern. Das ausgestoßene, unter Druck stehende Gas wird erwärmt oder ionisiert.
Dem Fachmann wird es offensichtlich sein, nachdem er die Zeichnungen studiert und die folgende ausführliche Beschreibung gelesen hat, daß der Schutzring die Anzahl und Art der Verunreinigungsstoffe verringern kann, die die Werkstückoberfläche berühren und in die Abdichtung mit differenziellem Abpumpen und folglich in die Säule eintreten, aufgrund der Verwendung von nahezu verunreinigungsfreiem (das ist gefiltertes und getrocknetes) Gas. Wenn ein sauberes, ionisiertes Gas verwendet wird, wird nicht nur die Zahl von eingeführten Verunreinigungsstoffen minimiert, sondern es können auch die bereits auf der Werkstückoberfläche vorhandenen Verunreinigungsstoffe auf elektrostatische Weise entfernt werden (d. h. mittels des ionisierten Gases). Durch Vorheizen des eintretenden Gases kann der Schutzring dazu dienen, den örtlich begrenzten Temperaturunterschied zu vermindern, der auf dem Werkstück durch das differenzielle Abpumpen auftreten kann.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Teilchenstrahllithographiesystems, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet,
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Abdichtvorrichtung nach der Fig. 1 und einer Ausführungsform des Schutzrings,
Fig. 3 eine Draufsicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2, die die Abdichtvorrichtung mit dem Schutzring nach den Fig. 1 und 2 zeigt,
Fig. 4 eine Teilquerschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Schutzrings,
Fig. 5 eine Teildraufsicht gemäß der Fig. 3, die die Abdichtvorrichtung und den Schutzring nach der Fig. 4 zeigt,
Fig. 6 eine Teilquerschnittsansicht noch einer weiteren Ausführungsform des Schutzrings, und
Fig. 7 eine Teildraufsicht entsprechend den Fig. 3 und 5, die die Abdichtvorrichtung und den Schutzring nach der Fig. 6 zeigt.
Zuerst wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Das Blockdiagramm nach der Fig. 1 stellt ein Teilchenstrahllithographiesystem 10 dar zum Bearbeiten eines Werkstücks 12, das auch Substrat genannt wird, wie z. B. eines Halbleiterwafers oder einer Maske. Dieses Teilchenstrahllithographiesystem 12 enthält auch eine Abdichtvorrichtung 14, die an dem Auslaß einer Strahlsäule 16 gelegen ist, sowie einen erfindungsgemäßen Schutzring 20, der die Abdichtvorrichtung 14 umgibt. Die Abdichtvorrichtung 14 und der Schutzring 20 sind in einer großen Platte 22 ausgebildet, die Verteilsystem genannt wird und an der Strahlsäule 16 angebracht ist.
Die Strahlsäule 16 enthält eine Quelle für Elektronen oder ionisierte Teilchen, eine Verkleinerungsoptik und Projektions- und Ablenkungsoptiken, die einen feinfokussierten Strahl 24 erzeugen, und sie kann auch Einstrahlungs- und Formgebungsoptiken enthalten, wenn ein geformter Strahl verwendet wird. Ein zentrales Rohr 26 (strichliert gezeigt) befindet sich innerhalb der Säule 16 und wird von dem Strahl 24 durchlaufen und unter einem Hochvakuum durch eine Hochvakuumpumpe 30 gehalten, die an die Säule 16 gekoppelt ist. Der Strahl 24 tritt durch die Abdichtvorrichtung 14 und trifft auf das Werkstück 12. Das Werkstück 12 ist auf einem Vakuumchuck 32 gehaltert und auf einem beweglichen Schlitten 34 in einer bestimmten Lage gehalten, welcher in einer X-Y-Richtung durch ein X-Y-Achsenantriebssystem 36 bewegt wird, wobei die Position des Schlittens durch X-Y-Positionssensoren 40 festgestellt wird, bei denen es sich typischerweise um Laserinterferrometer handelt. Die X- und Y-Achse bestimmen eine horizontale Ebene, während die Z-Achse mit der Achse des Strahls zusammenfällt. Das gesamte Lithographiesystem 10 enthält weiter einen Computer (Steuereinheit) und eine zugeordnete Elektronik, die den Strahl, das Antriebssystem, das Vakuumsystem und das Substrathandhabungssystem steuert und Daten für die Muster speichert und Strahlsteuersignale erzeugt, was alles durch den Diagrammblock 42 bezeichnet ist.
Die Abdichtvorrichtung 14 enthält eine Vielzahl von konisch geformten Hülsen 44, 46 und 48, die teilweise in der Fig. 2 gezeigt sind, und die in einer im allgemeinen ebenen Spitze 50 enden, welche während der Bearbeitung geringfügig über dem Werkstück 12 angeordnet ist. Wie gezeigt, ist die Hülse 44 nach dieser Ausführungsform Teil des Verzweigungssystems 22. Die Lage der Spitze in bezug auf das Werkstück 12 wird Lücke genannt und als G bezeichnet. Sie ist wichtig für den Betrieb der Abdichtvorrichtung und der dadurch erhaltenen abgestuften Abdichtung. Dabei wird auf die obige US-A-4528451 Bezug genommen, in der eine Vorrichtung zum Steuern der Lücke offenbart ist.
Die Hülsen bestimmen eine Vielzahl von konzentrischen Öffnungen 52, 54 und 56, die mit Pumpen einer ersten, zweiten und dritten Stufe gekoppelt sind, die lediglich als ein Diagrammblock 58 bezeichnet sind, die den Druck von der Umgebung auf ein erstes Vakuumniveau bei der Öffnung 52, ein zweites Vakuumniveau eines dazwischenliegenden Werts bei der Öffnung 54 und ein drittes oder Hochvakuumniveau bei der innersten Öffnung 56 entsprechend dem Vakuum in dem zentralen Rohr 26 verringern. Der Strahl 24 wird über den Bereich des Werkstücks innerhalb der innersten Öffnung 56 gerastert, wenn das Werkstück horizontal relativ zu der Öffnung 56 sich bewegt.
Wie bisher aus der Bescheibung des Teilchenstrahllithographiesystems 10 offensichtlich ist, wird die Luft bei Umgebungsdruck allmählich in Schritten, manchmal als radial abgestufte Verringerung bezeichnet, bis zu einem Hochvakuumniveau bei der innersten Öffnung 56 verringert, was bedeutet, daß es eine Möglichkeit gibt, daß Verunreinigungsstoffe in der Atmosphäre und/oder auf dem Werkstück 12 in die innerste Öffnung 56 und die Strahlsäule 16 gesaugt werden. Um diese Möglichkeit zu verringern oder zu vermeiden, wird der erfindungsgemäße Schutzring 20 in das Teilchenstrahllithographiesystem 10 mit aufgenommen, der nun im einzelnen beschrieben wird.
Es wird nun wieder Bezug genommen auf die Fig. 1, 2 und 3, insbesondere auf die Fig. 2 und 3. Man kann erkennen, daß es eine Reihe von Kanälen 60 gibt, die in einem Kreis mit größerem Radius als die Radien der konzentrischen Öffnungen 52, 54 und 56 und konzentrisch und im Abstand zu der Abdichtvorrichtung 14 angeordnet sind. Jeder dieser Kanäle 60 ist mit einem inneren Verzweigungssystem 62 verbunden, das seinerseits mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas 64 gekoppelt ist, so daß ein Gas unter einem Druck höher als der Umgebungsdruck in das innere Verzweigungssystem 62 eingespeist wird und aus den Kanälen 60 ausgestoßen und auf das Werkstück 12 gerichtet wird. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, teilt sich dieses ausgestoßene Gas an oder in der Nähe der Werkstückoberfläche 12 in zwei Richtungen auf. Eine Richtung führt zu der Abdichtvorrichtung 14 und die andere Richtung führt nach außen zu dem Teil der Werkstückoberfläche 12, die unter Umgebungsdruck ist. Der Abstand zwischen den Kanälen 60 und folglich ihre Anzahl ist so ausgewählt, daß das ausgestoßene und expandierende Gas aus jedem Kanal überlappt und einen Gasvorhang bildet, der die Öffnungen 52, 54 und 56 umgibt. Mit diesem Schutzring aus sauberem, trockenem, unter Druck stehendem Gas wird die Wahrscheinlichkeit meßbar verringert, daß Verunreinigungsstoffe in die Strahlsäule 16 eintreten. Es sei zudem dargelegt, daß, wenn dieses Gas ionisiert ist, das unter Druck stehende Gas, das in Verbindung sowohl sauber und trocken als auch ionisiert ist, zudem beim Entfernen von bereits vorhandenen Verunreinigungsstoffen auf der Werkstückoberfläche helfen kann, um somit die Zahl von Verunreinigungsstoffen zu verringern, die auf der Werkstückoberfläche sich befinden können. Wenn das Gas dieses Schutzrings vorgeheizt ist, kann die Temperatur des Werkstücks in dem Gebiet der Abdichtvorrichtung gesteuert werden.
Die Fig. 2 stellt auch eine Stufe 66 dar, die in dem Verzweigungssystem 22 ausgebildet ist, um den Schutzring mit einer Lücke 70 zu versehen, die größer (ungefähr 25 bis 50 um) als die optimale Betriebslücke (ungefähr 12 bis 15 um) unterhalb der Abdichtvorrichtung ist.
Die Fig. 4 und 5 stellen eine weitere Ausführungsform des Schutzrings 20 dar, die sich von der Ausführungsform nach den Fig. 1, 2 und 3 dadurch unterscheidet, daß eine kreisförmige Rille 72 in dem Verzweigungssystem 22 konzentrisch zu der Abdichtvorrichtung ausgebildet ist, um das ausgestoßene, expandierende, auf die Werkstückoberfläche auftreffende Gas zu verteilen. Aufgrund dieser Verteilung des ausgestoßenen Gases durch die Rille 72 kann die Anzahl der Kanäle 60 geringer sein als die Anzahl von Kanälen 60, die in der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 verwendet werden, um dennoch einen Gasvorhang zu bilden. Wie man sieht, sind jene Bauteile dieser Ausführungsform, die eine ähnliche Funktion wie solche Bauteile nach den Fig. 1, 2 und 3 aufweisen, mit gleichen Bezugszeichen versehen, um ihre Beschreibung zu vereinfachen und zu verkürzen.
Die Fig. 6 und 7 stellen noch eine weitere Ausführungsform des Schutzrings 20 dar, der sich von den vorherigen Ausführungsformen darin unterscheidet, daß jeder Kanal 60 in einer konzentrischen Gegenbohrung 74 sich befindet, die in dem Verzweigungssystem 22 ausgebildet ist, um das ausgestoßene, expandierende, auf die Werkstückoberfläche auftreffende Gas zu verteilen. Wie nach der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 kann wieder aufgrund der Verteilung des ausgestoßenen Gases durch diese Gegenbohrungen 74 die Anzahl von Kanälen 60 geringer sein als die Anzahl von Kanälen 60, die in der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 verwendet werden, um dennoch einen Gasvorhang zu bilden. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen sind jene Bauteile der vorherigen Ausführungsformen, die eine ähnliche Funktion aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um deren Beschreibung zu vereinfachen und abzukürzen.

Claims

1. Ein Teilchenstrahllithographiesystem (10) zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche eines Halbleiterwafers (12) oder einer Maske mit einer Strahlsäule (16), die Vorrichtungen zum Erzeugen und Leiten eines Teilchenstrahls zu der Werkstückoberfläche aufweist,

einer Abdichtvorrichtung (14) zum Halten lediglich eines Teilbereichs der Werkstückoberfläche unter Vakuum, so daß der Strahl auf den Teilbereich unter Vakuum gelenkt werden kann, während der Rest der Werkstückoberfläche sich bei Umgebungsdruck befindet,

einer Vorrichtung (34) zum Positionieren des Werkstücks (12) in bezug auf die Abdichtvorrichtung (14), wobei eine Lücke zwischen der Abdichtvorrichtung (14) und dem Werkstück (12) während der Bearbeitung des Werkstücks gebildet wird und das Werkstück im allgemeinen in einer Richtung quer zu dem Strahl bewegt werden kann, um zu ermöglichen, daß unterschiedliche Teilbereiche durch den Strahl zu unterschiedlichen Zeiten bearbeitet werden können, wobei dennoch das Vakuum unterhalb der Vakuumvorrichtung aufrechterhalten wird, und

einer Vorrichtung (60, 62, 72, 74), die die Abdichtvorrichtung umgibt und mit der Werkstückoberfläche zusammenwirkt, um die Möglichkeit zu verringern, daß Verunreinigungsstoffe in die Abdichtvorrichtung (14) eintreten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (60, 62, 72, 74), die die Abdichtvorrichtung umgibt, einen Ring von erwärmtem, unter Druck stehendem Gas umfaßt, das auf die Werkstückoberfläche gerichtet ist und auf diese trifft, um den räumlich begrenzten Temperaturunterschied in dem unter Vakuum stehenden Gebiet des Werkstücks zu mäßigen.

2. Das System nach Anspruch 1, wobei der Ring aus erwärmten Gas durch eine Vielzahl von Kanälen (60) gebildet wird, die von der Werkstückoberfläche im Abstand stehen, wobei der Abstand von den Kanälen (60) zu der Werkstückoberfläche größer ist als die Größe der Lücke.

3. Das System nach Anspruch 1, wobei der Ring aus erwärmtem Gas durch eine Rille (72) gebildet wird, die mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas verbunden ist, und wobei der Abstand von der Rille (72) zu der Werkstückoberfläche größer ist als die Größe der Lücke.

4. Das System nach Anspruch 1, wobei der Ring von erwärmtem Gas durch eine Vielzahl von Gegenbohrungen (74) gebildet wird, die mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas verbunden sind, und wobei der Abstand von den Gegenbohrungen (74) zu der Werkstückoberfläche größer ist als die Größe der Lücke.

5. Ein Teilchenstrahllithographiesystem (10) zum Bearbeiten einer Werkstückoberfläche eines Halbleiterwafers (12) oder einer Maske mit einer Strahlsäule (16), die eine Vorrichtung zum Erzeugen und Leiten eines Teilchenstrahls zu der Werkstückoberfläche aufweist,

einer Abdichtvorrichtung (14) zum Halten lediglich eines Teilbereichs der Werkstückoberfläche unter Vakuum, so daß der Strahl zu dem Teilbereich unter Vakuum gelenkt werden kann, während der Rest der Werkstückoberfläche sich bei Umgebungsdruck befindet,

einer Vorrichtung (34) zum Positionieren des Werkstücks in bezug auf die Abdichtvorrichtung (14), wobei eine Lücke zwischen der Abdichtvorrichtung (14) und dem Werkstück (12) während der Werkstückbearbeitung gebildet wird und das Werkstück sich im allgemeinen in einer Richtung quer zu dem Strahl bewegen kann, um zu ermöglichen, daß unterschiedliche Teilbereiche durch den Strahl zu unterschiedlichen Zeiten behandelt werden können, während dennoch das Vakuum unterhalb der Abdichtvorrichtung (14) aufrechterhalten wird, und

einer Vorrichtung (60, 62, 74, 72), die die Abdichtvorrichtung umgibt und mit der Werkstückoberfläche zusammenwirkt, um die Möglichkeit zu verringern, daß Verunreinigungsstoffe in die Abdichtvorrichtung eintreten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (60, 62, 74, 72), die die Abdichtvorrichtung umgibt, einen Ring aus ionisiertem, unter Druck stehendem Gas umfaßt, der auf die Werkstückoberfläche gelenkt wird und auf diese auftrifft, um elektrostatisch jegliche Verunreinigungsstoffe von der Werkstückoberfläche zu lösen.

6. Das System nach Anspruch 5 wobei der Ring aus ionisiertem Gas durch eine Vielzahl von Kanälen (60) gebildet wird, die im Abstand von der Werkstückoberfläche stehen, wobei der Abstand von den Kanälen zu der Werkstückoberfläche größer ist als die Größe der Lücke.

7. Das System nach Anspruch 5, wobei der Ring aus ionisiertem Gas durch eine Rille (72) gebildet wird, die mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas verbunden ist, und wobei der Abstand von der Rille zu der Werkstückoberfläche größer ist als die Größe der Lücke.

8. Das System nach Anspruch 5, wobei der Ring aus ionisiertem Gas durch eine Vielzahl von Gegenbohrungen (74) gebildet wird, die mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas verbunden sind, und wobei der Abstand von den Gegenbohrungen zu der Werkstückoberfläche größer ist als die Größe der Lücke.