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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen lithographischen Projektionsapparat,
der aufweist:
- – ein Strahlungssystem zur
Zufuhr eines Projektionsstrahls einer Strahlung;
- – einen
Maskentisch zum Halten einer Maske, wobei die Maske dazu dient,
den Projektionsstrahl gemäß einem
gewünschten
Muster zu mustern;
- – einen
Substrattisch zum Halten eines Substrats; und
- – ein
Projektionssystem zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen
Zielabschnitt des Substrats.
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Der
Begriff „Musterungsmittel", wie er hier verwendet
wird, sei breit als Mittel bezeichnend zu verstehen, die verwendet
werden können,
einen eingehenden Strahlungsstrahl mit einem gemusterten Querschnitt
(Profil) zu versehen, welcher einem Muster entspricht, das in einem
Zielabschnitt des Substrats zu erzeugen ist; in diesem Zusammenhang
kann auch der Begriff „Lichtventil" verwendet werden.
Für gewöhnlich entspricht
besagtes Muster einer bestimmten funktionellen Schicht in einer
Vorrichtung, die im Zielabschnitt erzeugt wird, beispielsweise einem
integrierten Schaltkreis oder einer anderen Vorrichtung (siehe unten).
Beispiele solcher Musterungsmittel umfassen:
- – Eine Maske.
Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie allgemein bekannt
und umfasst Maskentypen wie binäre,
wechselnde Phasenverschiebungs- und gedämpfte Phasenverschiebungs-
sowie verschiedene Hybridmaskentypen. Die Anordnung einer solchen
Maske im Strahlungsstrahl verursacht eine selektive Transmission
(im Fall einer durchlässigen
Maske) oder Reflektion (im Fall einer reflektiven Maske) der Strahlung,
die auf die Maske auftrifft, und zwar gemäß dem Muster auf der Maske.
Im Fall einer Maske ist die Tragstruktur für gewöhnlich ein Maskentisch, der
sicherstellt, dass die Maske in einer gewünschten Position im eingehenden
Strahlungsstrahl gehalten werden kann und dass sie relativ zum Strahl
bewegt werden kann, wenn dies gewünscht ist.
- – Ein
programmierbares Spiegelfeld. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung
ist eine matrixadressierbare Oberfläche mit einer viskoelastischen
Steuerschicht und einer reflektiven Oberfläche. Das Grundprinzip hinter
einem solchen Apparat ist, dass (beispielsweise) adressierte Bereiche
der reflektiven Oberfläche
einfallendes Licht als gebeugtes Licht reflektieren, wohingegen
nicht adressierte Bereiche einfallendes Licht als ungebeugtes Licht
reflektieren. Unter Verwendung eines geeigneten Filters kann das
ungebeugte Licht aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert werden,
so dass nur das gebeugte Licht zurückbleibt; auf diese Weise wird
der Strahl gemäß dem Adressierungsmuster
der matrixadressierbaren Oberfläche
gemustert. Die benötigte
Matrixadressierung kann unter Verwendung geeigneter elektronischer
Mittel durchgeführt
werden. Nähere
Informationen bezüglich
solcher Spiegelfelder lassen sich beispielsweise der US-PS 5,296,891 und der US-PS 5,523,193 entnehmen.
- – Ein
programmierbares LCD-Feld. Ein Beispiel eines solchen Aufbaus ist
in der US-PS 5,229,872 angegeben.
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Aus
Gründen
der Einfachheit kann der Rest dieser Beschreibung an bestimmten
Stellen konkret auf Beispiele gerichtet sein, welche eine Maske
und einen Maskentisch umfassen; die grundsätzlichen Prinzipien, die in
solchen Fällen
diskutiert werden, sollten jedoch im breiteren Zusammenhang der
Musterungsmittel gesehen werden, wie oben ausgeführt.
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Ein
lithographischer Projektionsapparat kann beispielsweise bei der
Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs) verwendet werden. In
einem solchen Fall können
die Musterungsmittel ein Schaltkreismuster entsprechend einer einzelnen
Schicht des IC erzeugen und dieses Muster kann auf einen Zielabschnitt (der
z. B. einen oder mehrere Rohwafer aufweist) auf einem Substrat (Siliciumwafer)
abgebildet werden, der mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichen Material
(Resist) beschichtet wurde. Allgemein gesagt, ein einzelner Wafer
enthält
ein ganzes Netzwerk einander benachbarter Zielabschnitte, die nacheinander über das
Projektionssystem einzeln bestrahlt werden. Bei vorliegenden Apparaten
kann bei der Verwendung der Musterung durch eine Maske auf einem
Maskentisch eine Unterscheidung zwischen zwei unterschiedlichen
Maschinentypen gemacht werden. Bei einem Typ eines lithographischen Projektionsapparats
wird jeder Zielabschnitt bestrahlt, indem das gesamte Maskenmuster
in einem Durchgang auf dem Zielabschnitt belichtet wird; ein solcher
Apparat wird allgemein Waferstepper bezeichnet. Bei einem anderen
Apparat – allgemein
als Step-and-Scan-Apparat
bezeichnet – wird
jeder Zielabschnitt durch fortschreitendes Abtasten des Maskenmusters
unter dem Projektionsstrahl in einer gegebenen Referenzrichtung
(der „Abtastrichtung") bestrahlt, wobei
synchron der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser
Richtung abgetastet wird; da für
gewöhnlich
das Projektionssystem einen Vergrößerungsfaktor M (üblicherweise < 1) hat, ist die Geschwindigkeit
V, mit der der Substrattisch abgetastet wird, um einen Faktor M
mal größer als
diejenige die, mit der der Maskentisch abgetastet wird. Nähere Informationen
bezüglich
lithographische Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben worden sind, lassen
sich beispielsweise der
US-PS
6,046,792 entnehmen.
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Bei
einem Herstellungsprozess unter Verwendung eines lithographischen
Projektionsapparats wird ein Muster (z. B. in einer Maske) auf ein
Substrat abgebildet, das zumindest teilweise mit einer Schicht aus
strahlungsempfindlichen Material (Resist) bedeckt ist. Vor diesem
Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedenen Bearbeitungen
unterworfen werden, wie Priming, Resistbeschichtung und Weichbacken.
Nach der Belichtung kann das Substrat anderen Bearbeitungen unterworfen
werden, wie Nachbelichtungsbacken (PEB), Entwicklung, Hartbacken und
Messung/Überprüfung der
abgebildeten Merkmale. Diese Abfolge von Bearbeitungen wird als
eine Basis zum Mustern einer individuellen Schicht einer Vorrichtung,
z. B. einem IC verwendet. Eine so gemusterte Schicht kann dann verschiedenen
Bearbeitungen unterworfen werden, wie Ätzen, Innenimplantation (Dotierung),
Metallisierung, Oxidation, chemisch/mechanisches Polieren etc.,
die alle beabsichtigen, eine einzelne Schicht endzubearbeiten. Wenn mehrere
Schichten benötigt
werden, wird der gesamte Ablauf oder eine Abwandlung hiervon für jede neue
Schicht wiederholt. Schließlich
ist ein Feld von Vorrichtungen auf dem Substrat (Wafer) vorhanden. Diese
Vorrichtungen werden dann voneinander durch eine Technik wie Trennschneiden
oder Sägen getrennt,
wonach die einzelnen Vorrichtungen auf einem Träger angeordnet werden können, mit
Stiften verbunden werden können
etc. Weitere Informationen betreffend dieser Abläufe lassen sich beispielsweise
dem Buch „Microchip
Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", dritte Ausgabe, von
Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4
entnehmen.
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Aus
Gründen
der Einfachheit sei das Projektionssystem nachfolgend als „Linse" bezeichnet; dieser
Begriff sei jedoch breit zu verstehen und umfasst verschiedene Typen
von Projektionssystemen, einschließlich refraktive Optiken, reflektive
Optiken und katadioptrische Systeme, um Beispiele zu nennen. Das
Strahlungssystem kann auch Bauteile enthalten, die gemäß irgendeinem
dieser Ausgestaltungstypen arbeiten, um den Projektionsstrahl der
Strahlung zu richten, zu formen oder zu steuern und solche Bauteile
können
nachfolgend gemeinsam oder einzeln als „Linse" bezeichnet werden. Weiterhin kann der
lithographische Apparat von einem Typ sein, der zwei oder mehr Substrattische
(und/oder zwei oder mehr Maskentische) hat. Bei solchen „mehrstufigen" Vorrichtungen können die
zusätzlichen
Tische parallel verwendet werden oder vorbereitende Schritte können an
einem oder mehreren Tischen durchgeführt werden, während einer
oder mehrere andere Tische für
Belichtungen verwendet werden. Ein zweistufiger lithographischer
Apparat ist beispielsweise in der
US-PS
5,969,441 und der
WO
98/40791 beschrieben.
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In
einem lithographischen Apparat ist die Größe von Merkmalen, die auf dem
Wafer abgebildet werden können,
durch die Wellenlänge
der Projektionsstrahlung begrenzt. Zur Herstellung integrierter Schaltkreise
mit höherer
Vorrichtungsdichte und somit höheren
Arbeitsgeschwindigkeiten ist es wünschenswert, in der Lage zu
sein, kleinere Merkmale abzubilden. Während die meisten momentanen
lithographischen Projektionsapparate Ultraviolettlicht verwenden,
das von Quecksilberlampen oder Excimerlasern erzeugt wird, wurde
es vorgeschlagen, kürzere
Wellenlängenstrahlung
von ungefähr
13 nm zu verwenden. Eine solche Strahlung wird extrem-ultraviolett
(EUV) oder Weich-Röntgenstrahlung
bezeichnet und mögliche
Quellen umfassen lasererzeugte Plasmaquellen, Entladungsquellen
oder eine Synchrotronstrahlung von Elektronenspeicherringen. Eine
Gestaltung eines lithographischen Projektionsapparats, der Synchrotronstrahlung
verwendet, ist in „Synchrotron
radiation sources and condensers for projection x-ray lithography", JB Murphy et al,
Applied Optics, Vol. 32, Nr. 24, Seiten 6920–6929 (1993) beschrieben.
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Ein
anderer vorgeschlagener Strahlungstyp enthält Elektronenstrahlen und Ionenstrahlen.
Diese Typen von Strahl haben mit EUV die Notwendigkeit gemeinsam,
dass der Strahlpfad, der die Maske, das Substrat und optische Bauteile
enthält,
in einem Hochvakuum gehalten wird. Dies um zu verhindern, dass der
Strahl absorbiert und/oder gestreut wird, wobei ein Gesamtdruck
von weniger als ungefähr 10
–6 Millibar
typischerweise für
solche geladenen Partikelstrahlen notwendig ist. Wafer können verunreinigt
werden und optische Elemente für
EUV-Strahlung können
verdorben werden, wenn Kohlenstoffschichten auf der Oberfläche abgeschieden
werden, was die zusätzliche
Notwendigkeit mit sich bringt, dass Kohlenwasserstoff-Partialdrücke im Wesentlichen
unter 10
–8 oder
–9 Millibar
gehalten werden sollten. Ansonsten muss bei einem Apparat, der EUV-Strahlung
verwendet, der Gesamtvakuumdruck nur 10
–3 oder
10
–4 mbar
betragen, was typischerweise als ein Rohvakuum betrachtet wird.
Weitere Informationen betreffend die Verwendung von Elektronenstrahlen
in der Lithographie lassen sich beispielsweise der
US-PS 5,079,122 und der
US-PS 5,260,151 , sowie der
EP-A-0965888 entnehmen.
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Die
Arbeit in einem derart hohen Vakuum stellt ziemlich massive Bedingungen
an die Bauteile, die in das Vakuum eingesetzt werden müssen oder an
die Vakuumkammerdichtungen, insbesondere diejenigen um jeglichen
Teil des Apparats herum, wo eine Bewegung zu Bauteilen von außen her
in das Innere der Kammer durchgeführt werden muss. Für Bauteile
im Inneren der Kammer sollten Materialien verwendet werden, die
eine Verunreinigung und eine Gesamtausgasung, d. h. sowohl eine Ausgasung
aus den Materialien selbst und aus Gasen, die an ihren Oberflächen adsorbiert
sind, minimieren oder beseitigen.
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Für gewisse
Anwendungsfälle
ist ein Schwerkraftkondensator nötig,
um eine Vorspannkraft aufzubringen, welche zumindest teilweise dem Gewicht
eines zu lagernden Objekts entgegenwirkt, wobei der Kompensator
in hohem Maße
die Übertragung
von Vibrationen in Lagerrichtung verhindert. Die Höhe des Objekts
kann durch Motoren geändert
werden und die Anwendung eines Schwerkraftkompensators entbindet
die Motoren von der Zufuhr einer Kraft zur Überwindung der Schwerkraft,
was zu einer erheblichen Verringerung des Leistungsverbrauchs und
der Erwärmung
der Motoren führt.
Zwar sind Schwerkraftkompensatoren mit einem pneumatischen Arbeitsprinzip
bekannt, aber ihre Anwendung in einer Vakuumumgebung ist zur Zeit
nicht denkbar, da das möglicherweise
austretende Gas aus dem Schwerkraftkompensator das Vakuum ernsthaft
stören
würde.
Um die Übertragung
von Vibrationen in horizontaler Richtung zu verhindern, ist es bekannt, Lagermittel
bereit zu stellen, beispielsweise einen pneumatischen Schwerkraftkompensator,
die ein horizontales Luftlager haben. Aus dem horizontalen Luftlager
austretendes Gas stört
das Vakuum ernsthaft. Die obigen Lagermittel sind in der
EP 0 973 067 beschrieben.
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Die
EP-A-0-244-012 beschreibt
eine Positioniervorrichtung zur Verwendung in einem lithographischen
Apparat, bei der zwei Träger
durch einen Parallelogrammmechanismus aus elastisch verformbaren
Stäben
untereinander verbunden sind.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Lagermittel bereit zu
stellen, die kein Gaslager und keine Gaszufuhr benötigen, um
die Übertragung von
Vibrationen in horizontaler Richtung zu verhindern. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Lagermittel zur Verwendung
in einem lithographischen Projektionsapparat bereit zu stellen, die
Verschiebungen in horizontaler Ebene eines gelagertes Objekts aufnehmen,
so dass die Übertragung
von Vibrationen auf das Objekt in hohem Maße verhindert sind und welche
in einer Vakuumkammer verwendet werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden diese und weitere Aufgaben gelöst durch einen lithographischen
Projektionsapparat, wie er in den abhängigen Ansprüchen definiert
ist.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Vorrichtung geschaffen, wie in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Obgleich
in dieser Beschreibung konkreter Bezug gemacht wird auf die Verwendung
des Apparats gemäß der Erfindung
bei der Herstellung von ICs, sei ausdrücklich festgehalten, dass ein
solcher Apparat viele andere mögliche
Anwendungen hat. Beispielsweise kann er bei der Herstellung von
integrierten optischen Systemen, bei Führungs- und Erkennungsmustern
für Magnetic
Domain Speicher, für Flüssigkristallanzeigeschirme,
für Dünnfilmmagnetköpfe etc.
verwendet werden. Der Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, dass im
Zusammenhang mit solch anderen Anwendungsfällen jegliche Verwendung der
Begriffe „Strichplatte", „Wafer" oder „Rohwafer" in dieser Beschreibung
als durch die allgemeineren Begriffe „Maske", „Substrat" und „Zielabschnitt" betrachtet werden
kann.
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In
der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe „Strahlung" und „Strahl" verwendet, um alle
Typen von elektromagnetischer Strahlung zu umfassen, einschließlich ultravioletter
Strahlung (z. B. mit einer Wellenlänge von 365, 248, 193, 157
oder 126 nm) und EUV (extreme Ultraviolettstrahlung, z. B. mit einer
Wellenlänge
im Bereich von 5–20
nm), sowie Partikelstrahlen wie Ionenstrahlen oder Elektronenstrahlen.
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Die
Erfindung und ihre zugehörigen
Vorteile ergeben sich näher
unter Zuhilfenahme einer exemplarischen Ausführungsform und der beigefügten schematischen
Zeichnung, in der:
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1 einen
lithographischen Projektionsapparat gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 einen
Teil von kurzhubigen Positioniermitteln gemäß der Erfindung zeigt;
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3 ein
Detail von Evakuiermitteln gemäß der Erfindung
zeigt;
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4a eine
schematische Darstellung einer Masse an einem schwenkbeweglich befestigten
steifen Stab zeigt;
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4b eine
schematische Darstellung einer Masse an einem steif befestigten
flexiblen Draht zeigt;
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5 einen
Teil von kurzhubigen Positioniermitteln, die für Referenzzwecke beschrieben
werden, zeigt;
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6 eine
schematische Darstellung von Lagermitteln gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Entsprechende
Merkmale in den verschiedenen Figuren werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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Ausführungsform
1
-
1 zeigt
schematisch einen lithographischen Projektionsapparat gemäß einer
bestimmten Ausführungsform
der Erfindung.
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Der
Apparat weist auf:
- – ein Strahlungssystem Ex,
IL zur Zufuhr eines Projektionsstrahls PB einer Strahlung (z. B.
UV- oder EUV-Strahlung, Elektronen oder Ionen). In diesem bestimmten
Fall weist das Strahlungssystem auch eine Strahlungsquelle LA auf;
- – einen
ersten Objekttisch (Maskentisch) MT mit einem Maskenhalter zum Halten
einer Maske MA (z. B. einer Strichplatte) in Verbindung mit ersten Positioniermitteln
zur genauen Positionierung der Maske gegenüber dem Gegenstand PL;
- – einen
zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT mit einem Substrathalter
zum Halten eines Substrats W (z. B. einem Resist-beschichteten Siliciumwafer)
in Verbindung mit zweiten Positioniermitteln zur genauen Positionierung
des Substrats bezüglich
dem Gegenstand PL;
- – ein
Projektionssystem („Linse") PL (z. B. ein refraktives
oder katadioptrisches System, eine Spiegelgruppe oder ein Feld von
Feldablenkern) zur Abbildung eines bestimmten bestrahlten Abschnitts
der Maske MA auf einen Zielabschnitt C (z. B. einen oder mehrere
Rohwafer aufweisend) des Substrats W.
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Wie
hier dargestellt, ist der Apparat vom reflektiven Typ (d. h. hat
eine reflektive Maske). Er kann jedoch allgemein auch vom refraktiven
Typ sein (mit einer durchlässigen
Maske), um ein Beispiel zu nennen. Alternativ kann der Apparat irgendeine
andere Art von Musterungsmitteln verwenden, beispielsweise ein programmierbares
Spiegelfeld des Typs, wie oben beschrieben.
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Die
Quelle LA (z. B. ein Excimerlaser, ein Undulator oder Wiggler um
den Pfad eines Elektronenstrahls in einem Speicherring oder Synchrotron
herum, eine lasererzeugte Plasmaquelle, eine Entladungsquelle oder
eine Elektronen- oder Ionenstrahlquelle) erzeugt den Strahl einer
Strahlung. Dieser Strahl wird entweder direkt oder nach Durchlauf durch
Konditioniermittel, wie beispielsweise einem Strahlexpander in ein
Beleuchtungssystem (Beleuchter) IL geführt. Der Beleuchter kann Einstellmittel
aufweisen, um den äußeren und/oder
inneren radialen Betrag der Intensitätsverteilung im Strahl (allgemein als σ-außen bzw. σ-innen bezeichnet)
festzusetzen. Zusätzlich
weist er für
gewöhnlich
verschiedene andere Bauteile auf, beispielsweise einen Integrierer und
einen Kondensor. Auf diese Weise hat der auf die Maske MA auftretende
Strahl PW in seinem Querschnitt eine gewünschte Gleichförmigkeit
und Intensitätsverteilung.
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Es
sei mit Bezug auf 1 festzuhalten, dass die Quelle
LA innerhalb des Gehäuses
des lithographischen Projektionsapparats sein kann (wie es oft der
Fall ist, wenn die Quelle LA beispielsweise eine Quecksilberlampe
ist); sie kann jedoch auch entfernt von dem lithographischen Projektionsapparat sein
und der Strahl der Strahlung, den sie erzeugt, wird in den Apparat
geführt
(z. B. unter Zuhilfenahme geeigneter Richtspiegel); dieses letztere
Szenario ist oftmals der Fall, wenn die Quelle LA ein Excimerlaser ist.
Die vorliegende Erfindung und die Ansprüche umfassen beide Szenarien.
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Der
Strahl PB trifft nachfolgend auf die Maske MA, die an einem Maskentisch
MT gehalten ist. Nach Reflektion durch die Maske MA läuft der
Strahl PB durch die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt
C des Substrats W fokussiert. Unter Zuhilfenahme der zweiten Positioniermittel
(und interferometrischer Mittel IF) kann der Substrattisch WT genau
bewegt werden, z. B. so, dass unterschiedliche Zielabschnitte C
im Pfad des Strahls PB positioniert werden. Auf ähnliche Weise können die
ersten Positioniermittel verwendet werden, um die Maske MA genau
bezüglich
des Pfad des Strahls PB zu positionieren, z. B. nach einer mechanischen
Entnahme der Maske aus einer Maskenbibliothek oder während einer
Abtastung. Für
gewöhnlich
wird die Bewegung der Objekttische MT, WT unter Zuhilfenahme eines langhubigen
Moduls (Grobpositionierung) und eines kurzhubigen Moduls (Feinpositionierung)
realisiert, die in 1 nicht näher dargestellt sind. Im Fall
eines Wafersteppers (im Gegensatz zu einem Step-and-Scan-Apparat)
kann der Maskentisch MT alleine mit einem kurzhubigen Stellglied
verbunden sein oder kann festgelegt sein.
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Der
dargestellte Apparat kann in zwei unterschiedlichen Betriebsarten
verwendet werden:
- 1. Im Step-Modus ist der
Maskentisch MT im Wesentlichen ortsfest gehalten und ein gesamtes Maskenbild
wird in einem Durchgang (d. h. einem einzelnen „Flash") auf einen Zielabschnitt C projiziert.
Der Substrattisch WT wird dann in x- und/oder y-Richtung verschoben, so
dass ein unterschiedlicher Zielabschnitt C vom Strahl PB bestrahlt
werden kann;
- 2. Im Scan-Modus trifft im Wesentlichen das gleiche Szenario
zu, mit der Ausnahme, dass ein gegebener Zielabschnitt C nicht in
einem einzelnen „Flash" belichtet wird.
Anstelle hiervon ist der Maskentisch MT in einer bestimmten Richtung
beweglich (der sogenannten „Abtastrichtung", z. B. die y-Richtung),
und zwar mit einer Geschwindigkeit v, so dass der Projektionsstrahl
PB veranlasst wird, über
ein Maskenbild abzutasten; gleichzeitig wird der Substrattisch WT
in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung mit einer Geschwindigkeit
V = Mv bewegt, wobei M die Vergrößerung der
Linse PL ist (typischerweise M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise
kann ein relativ großer
Zielabschnitt C belichtet werden, ohne dass Kompromisse bei der
Auflösung
gemacht werden müssen.
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Die
gezeigte Ausführungsform
verwendet einen Projektionsstrahl einer EUV-Strahlung und ist daher mit einer Vakuumumgebung
oder -kammer 10 versehen, da die meisten Gase dazu neigen, EUV-Strahlung
zu absorbieren.
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2 zeigt
einen Teil der kurzhubigen Positioniermittel, die in Verbindung
mit dem Substrattisch WT sind, wobei die Positioniermittel für eine Feinpositionierung
des Substrats W (in 2 nicht gezeigt) bezüglich des
Projektionssystems PL verwendet werden. Der untere Teil oder ein
Fuß 22 der
gezeigten Ausgestaltung ist mit den langhubigen Positioniermitteln
(nicht gezeigt) zur Grobpositionierung des Substrattisches WT bezüglich des
Projektionssystems PL verbunden. Dieser Fuß 22 ist in der Lage, sich über die
Basisplatte PB (in 1 gezeigt) zu bewegen. Die in 2 gezeigte
Konfiguration ist in der Vakuumkammer 10 angeordnet.
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Der
Substrattisch WT kann in seiner Höhe gegenüber dem unteren Teil 22 unter
Zuhilfenahme kurzhubiger Motoren geändert werden, die die Form sogenannter
Lorentz-Kraft-Motoren haben. Ein Lorentz-Kraft-Motor 30 zur
Höhenänderung
ist schematisch in 2 dargestellt und weist ein
System von Permanentmagneten 31 auf, die so angeordnet
sind, dass sie identische magnetische Ausrichtung haben, sowie ein
System von elektrischen Leitern 32, die einen elektrischen
Strom zur Erzeugung einer Lorentz-Kraft in vertikaler Z-Richtung
führen
können,
um die Distanz zwischen dem Substrattisch WT und dem unteren Teil 22 zu
verändern.
Allgemein gesagt, mehr als ein Lorentz-Kraft-Motor ist für die Vertikalrichtung vorgesehen.
Das System von Magneten 31 ist am Substrattisch WT festgelegt
und das System der elektrischen Leiter 32 ist am unteren
Teil 22 festgelegt. Weitere Lorentz-Kraft- Motoren (nicht gezeigt) sind
vorhanden, um den Substrattisch WT bezüglich dem unteren Teil 22 zu
verschieben, zu kippen und zu drehen. Die Abmessungen der Lorentz-Kraft-Motoren
werden so gewählt,
dass eine von einem Lorentz-Kraft-Motor verursachte Verschiebung
nicht von den anderen Lorentz-Kraft-Motoren über einen ausgewählten kurzhubigen
Verschiebungsbereich hinweg behindert wird.
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Tragmittel
oder ein Schwerkraftkompensator 40 sind oder ist vorgesehen,
um den Substrattisch WT bezüglich
des unteren Teils 22 zumindesten im Wesentlichen gegenüber der
Schwerkraft abzustützen.
Der Lorentz-Kraft-Motor 30 muss daher eine derartige Tragkraft
nicht erzeugen, welche zu einer hohen Energiedissipation in den
Leitern 32 führen würde. Für gewöhnlich ist
mehr als ein Schwerkraftkompensator vorgesehen.
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Der
Schwerkraftkompensator 40 weist ein zylindrisches Gehäuse 41 mit
einer Druckkammer 42 und einen Kolben 43 auf,
der relativ zu dem Gehäuse in
vertikaler oder Tragrichtung gelagert ist. Das Gehäuse 41 ist
am unteren Teil 22 festgelegt und der Kolben 43 ist über einen
Stab 50 am Substrattisch WT festgelegt. Die Druckkammer 42 ist
in Fluidverbindung mit Gaszufuhrmitteln G (nicht gezeigt) über einen
Kanal 44, um ein Gas mit einem bestimmten Druck in der
Druckkammer bereit zu stellen. Auf diese Weise wird eine pneumatische
Tragkraft erzeugt, um den Kolben 43 im Gehäuse 41 durch
den in der Druckkammer 42 vorhandenen Gasdruck vertikal
zu tragen, der auf eine Bodenfläche 43a des
Kolbens 43 wirkt. Die Gaszufuhrmittel regulieren den Druck
in der Druckkammer 42 so, dass die pneumatische Tragkraft
den Substrattisch WT gegen die Schwerkraft abstützt. Die Tragkraft ist im Wesentlichen
konstant ungeachtet der Position des Kolbens 43 in vertikaler Z-Richtung.
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Für weitere
Details bezüglich
langhubiger und kurzhubiger Positioniermittel und Schwerkraftkompensatoren
wird auf die europäische
Patentanmeldung
EP 0 973 067 verwiesen.
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Gas
kann aus der Druckkammer 42 über den Spalt 45 zwischen
dem Kolben 43 und der Innenwand des zylindrischen Gehäuses 41 austreten
und in die Vakuumkammer 10 eintreten, was das Vakuum im
Inneren der Vakuumkammer wesentlich stören würde. Die Innenwand des Gehäuses 41 wirkt
als eine Lagerfläche
für den
Kolben 43. Um Gasaustritt in die Vakuumkammer 10 zu
verhindern, ist der Schwerkraftkompensator 40 mit Evakuiervertiefungen 60a und 60b an
seiner Innenwand versehen, die den Kolben 43 umgibt. Die
Vertiefungen 60a und 60b stehen über Leitungen 61a und 61b mit
einer Vakuumpumpe P (nicht gezeigt) bzw. einem Reservoir R (nicht gezeigt)
in Verbindung, um Gas aus den Vertiefungen und dem Spalt 45 abzuziehen.
Durch den Spalt 45 zwischen dem Gehäuse 41 und dem Kolben 43 austretendes
Gas wird somit im Wesentlichen über
die Vertiefungen 60a und 60b zum Reservoir R und
zur Vakuumpumpe P und nicht in Richtung der Vakuumkammer 10 austreten.
Die Vakuumvertiefung 60a ist auf einen niedrigeren Druck
als die Vertiefungen 60b gesetzt. Abhängig von dem notwendigen Vakuumwert
der Kammer 10 können
mehr Vakuumvertiefungen vorgesehen sein, wobei jede Vertiefung in
Richtung auf die Vakuumkammer zu auf einen niedrigeren Druckpegel
evakuiert ist, d. h. auf einen höheren
Vakuumpegel.
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Wie
in 2 gezeigt, sind zwei Gaslager 70 zwischen
der Innenwand des Gehäuses 41 und
dem Kolben 43 vorgesehen. Die Gaslager schaffen eine reibungslose
Verschiebung des Kolbens 43 innerhalb des Gehäuses 41,
um so eine Vibrationsübertragung vom
unteren Teil 22 zum Substrattisch WT in Vertikalrichtung
zu verhindern. Gas mit einem Druck von einigen Bar wird von einer
Gaszufuhr G über
Leitungen 71 zum Spalt 45 eingebracht, um die
Gaslager 70 zu bilden. Die Vertiefungen 60b sind
seitlich der Gaslager vorgesehen, um vom Spalt 45 eingebrachtes
Gas zu entfernen, so dass der Austritt von Gas in die Vakuumkammer 10 verhindert
ist und stabile Gaslager 70 geschaffen sind. In der gezeigten
Ausführungsform
sind die Gaslager auf einen identischen Druck gesetzt. Der Druck
kann jedoch durch separate Leitungen 71 gemäß einer
weiteren Ausführungsform auf
unterschiedliche Drücke
gesetzt werden. Weiterhin können
mehr als zwei oder kann nur ein Gaslager vorgesehen werden.
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3 zeigt
ein Detail des Luftlagers 70 und der Evakuiervertiefungen 60a und 60b.
Das Luftlager 70 kann auf einen Druck von 6 bar gesetzt
werden und die Vertiefungen 60b erlauben Gasaustritt in
ein Reservoir R auf Atmosphärendruck.
Die Vakuumvertiefung 60a ist mit einer Vakuumpumpe P (nicht
gezeigt) verbunden, welche eine Evakuierung auf einen Druckwert
von 1,5 mbar erlaubt. Die Spalten haben eine Länge von 5–10 mm und eine Breite von
2–25 μm zwischen
dem Gaslager 70 und der Vertiefung 60b, der Vertiefung 60b und
der Vertiefung 60a und der Vertiefung 60a und
der Vakuumkammer und erlauben, dass ein Vakuum von 5 × 10–7 mbar
innerhalb der Vakuumkammer 10 erreicht wird. 3 zeigt auch
eine weitere Vakuumvertiefung 60c in Verbindung mit einer
weiteren Vakuumpumpe P2, was erlaubt, dass ein noch höheres Vakuum
in der Vakuumkammer 10 erreicht wird.
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Der
Stab 50 verbindet den Kolben 43 mit dem Substrattisch
WT und erlaubt eine Verschiebung des oberen Teils in einer horizontalen
XY-Ebene, d. h. senkrecht zur Lagerrichtung. Die Konfiguration des Stabs 50 ist
so gewählt,
dass er stabil den Sub strattisch WT trägt, jedoch auch eine Verschiebung
in einer horizontalen Ebene mit einer vernachlässigbaren oder keinen Kraft
erlaubt, die auf den Substrattisch in Horizontalrichtung ausgeübt wird.
Eine Übertragung von
Vibrationen auf den Substrattisch in horizontaler Ebene ist damit
in hohem Maße
verhindert. Die 4a und 4b zeigen
weiterhin die obigen Anforderungen für den Stab 50.
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Eine
Masse M1, die von einem steifen Stab Rd1 getragen wird, der schwenkbar
mit der Masse M1 und der Tragfläche
S1 verbunden ist, übt
aufgrund der Schwerkraft, die entlang der vertikalen Tragrichtung
wirkt, eine Kraft F1 in horizontaler Ebene auf ein bestimmtes Lager
S2 aus, wenn die Masse M1 nicht exakt oberhalb der Verbindung des
Stabs Rd1 mit der Tragfläche
S1 positioniert ist, d. h. wenn die Masse M1 aus der Vertikalen
V, dem Schwerkraftgleichgewichtszustand, herausverschoben ist. Eine solche
Situation ist in 4a gezeigt. Ein flexibler Stab
Rd2, der steif sowohl an der Masse M2 als auch der Tragfläche S1 festgelegt
ist, übt
eine Kraft F2 in einer horizontalen Ebene auf die Masse M2 aus, wenn
letztere aus der Vertikalen V verschoben ist und die Bodenfläche der
Masse M2 wird parallel zur Tragfläche S1 gehalten, wie in 4b gezeigt,
so dass ein Biegemoment auf den flexiblen Stab Rd2 ausgeübt wird.
Jedoch übt
die Masse M2 auch eine Kraft F1 auf den Stab Rd2 aus, wie unter
Bezug auf 4a erläutert wird, wobei die Kraft
F1 entgegengesetzt zur Kraft F2 ist. Die Konfiguration des Stabs Rd2
kann so gewählt
werden, dass sich die Kräfte
F1 und F2 einander zumindest im Wesentlichen aufheben. Die Masse
M2 wird dann stabil auf dem Stab Rd2 balancieren und kann in einer
horizontalen XY-Ebene um die Vertikale V verschoben werden, ohne
dass eine nennenswerte Kraft auf die Masse M2 wirkt. Die Schwerkraft,
die parallel zur Tragrichtung wirkt, liefert somit eine sogenannte „negative Steifigkeit" für den Stab 50.
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Der
Stab 50 in 2 ist so konfiguriert, d. h. hat
eine Steifigkeit in einer Richtung senkrecht zur Tragrichtung, dass
die Situation zur Anwendung gelangt, welche unter Bezug auf 4b erläutert wurde.
Der Stab kann aus einem festen Material mit gleichförmiger Steifigkeit über eine
Länge hinweg
gemacht werden, jedoch kann der Stab auch (siehe 2)
einen steifen Mittelteil 51 und zwei flexible Teile 52 aufweisen.
Ein flexibles Teil ist steif am Kolben 43 festgelegt und
das andere flexible Teil ist steif am Substrattisch WT festgelegt.
Die Elastizität,
die Länge
und die Querschnittsform der flexiblen Teile müssen so gewählt werden, dass eine Anpassung
an eine ausgewählte
Länge des
Stabs 50 und die Masse des Substrattisches WT vorliegt,
so dass die Situation gemäß 4b gültig ist.
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5 zeigt
schematisch Tragmittel 40, bei denen der Stab 50 mit
einem hohlen Teil versehen ist. Durch den hohlen Teil kann eine
Leitung geführt
werden, durch welche beispielsweise eine Flüssigkeit (z. B. Kühlwasser)
oder eine elektrische oder Signalverbindung zum Substrattisch WT
gelegt ist. Die Leitungen sind für
gewöhnlich
aus Materialien gemacht, die dazu neigen, unerwünschte Verunreinigungen in
eine Vakuumumgebung abzugeben. Die vorgeschlagene Anwendung verhindert
eine solche Verunreinigung.
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6 zeigt
schematisch Mittel 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung. In der zweiten Ausführungsform ist ein getragener
Maskentisch MT unterhalb eines oberen Tragteils 22 vorgesehen,
das mit den langhubigen Positioniermitteln verbunden ist. Die verschiedenen
Teile, die bei der ersten Ausführungsform
beschrieben worden sind, können
auch in 6 festgestellt werden. Die Figur zeigt
weiterhin, dass Leitungen 61 separat vom Stab 50 vorgesehen
sind. Ein Faltenbalg 60 ist vorgesehen, durch welchen die
Leitungen 61 zum Maskentisch MT geführt sind. Sowohl der Faltenbalg 60 als auch
die Leitungen 61 liefern eine zusätzliche Steifigkeit in horizontaler
Richtung. Um eine derartige zusätzliche
Steifigkeit zu kompensieren und um weiterhin allgemein eine einstellbare
negative Steifigkeit zu schaffen, sind Mittel vorgesehen, um eine
einstellbare Kraft AF entlang der Tragrichtung zu erzeugen. Die Kraft
AF kann erreicht werden durch Hinzufügung einer (extra) Masse am
Maskentisch MT unter Verwendung einer (einstellbaren) Feder oder
durch Aufbringen von Luftdruck, um Beispiele zu nennen.
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Während bestimmte
Ausführungsformen
der Erfindung oben beschrieben worden sind, versteht sich, dass
die Erfindung anders als beschrieben in die Praxis umgesetzt werden
kann. Die Beschreibung beabsichtigt nicht, die Erfindung einzuschränken. Beispielsweise
wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf einen Wafer oder einen
Substrattisch beschrieben, sie ist jedoch auch bei einem Maskentisch
oder umgekehrt anwendbar.