DE60132944T2 - Lithographischer Apparat und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese und weitere Aufgaben gelöst durch einen lithographischen Projektionsapparat, wie er in den abhängigen Ansprüchen definiert ist.
  • Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung geschaffen, wie in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung und ihre zugehörigen Vorteile ergeben sich näher unter Zuhilfenahme einer exemplarischen Ausführungsform und der beigefügten schematischen Zeichnung, in der:
  • 1 einen lithographischen Projektionsapparat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 einen Teil von kurzhubigen Positioniermitteln gemäß der Erfindung zeigt;
  • 3 ein Detail von Evakuiermitteln gemäß der Erfindung zeigt;
  • 4a eine schematische Darstellung einer Masse an einem schwenkbeweglich befestigten steifen Stab zeigt;
  • 4b eine schematische Darstellung einer Masse an einem steif befestigten flexiblen Draht zeigt;
  • 5 einen Teil von kurzhubigen Positioniermitteln, die für Referenzzwecke beschrieben werden, zeigt;
  • 6 eine schematische Darstellung von Lagermitteln gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Entsprechende Merkmale in den verschiedenen Figuren werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
  • Ausführungsform 1
  • 1 zeigt schematisch einen lithographischen Projektionsapparat gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Für weitere Details bezüglich langhubiger und kurzhubiger Positioniermittel und Schwerkraftkompensatoren wird auf die europäische Patentanmeldung EP 0 973 067 verwiesen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (15)

  1. Ein lithographischer Projektionsapparat, aufweisend: ein Strahlungssystem (IL) zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls einer Strahlung; einen Maskentisch (MT) zum Halten einer Maske (MA), wobei die Maske (MA) dazu dient, den Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Muster zu mustern; einen Substrattisch (WT) zum Halten eines Substrats; ein Projektionssystem (PL) zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen Zielabschnitt des Substrats; und Tragmittel (40) zum Tragen des Maskentischs (MT) oder des Substrattischs (WT), wobei die Tragmittel (40) ein Tragteil (50) aufweisen, das eine begrenzte Steifigkeit in einer senkrechten Richtung hat, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Tragrichtung des Tragteils ist; und eine Vakuumkammer (10) mit einer Wand, welche die Tragmittel einschließt, wobei die Tragmittel weiterhin aufweisen: eine gasgefüllte Druckkammer (42), wobei das Gas in der Druckkammer auf ein bewegliches Bauteil (43) derart wirkt, dass einer Kraft im Wesentlichen parallel zur Tragrichtung zumindest teilweise entgegengewirkt wird; und Evakuiermittel (60a, 60b, 61a, 61b), die so aufgebaut und angeordnet sind, dass sie Gas abführen, das in Richtung der Vakuumkammer durch einen Spalt (45) zwischen dem beweglichen Bauteil (43) und einer Lagerfläche (41) austritt, wobei die Steifigkeit des Tragteils (50) derart ist, dass eine Verformungskraft in einer senkrechten Richtung durch das Tragteil aufgrund einer Verformung des Tragteils in der senkrechten Richtung einer entgegen gesetzten Verschiebungskraft in der senkrechten Richtung aufgrund einer Kraft im Wesentlichen parallel zur Tragrichtung, die auf das Tragteil wirkt, im Wesentlichen entgegenwirkt, um eine Verschiebung des Maskentisches (MT) oder des Substrattisches (WT) in der senkrechten Richtung mit vernachlässigbarer oder keiner Kraft zu ermöglichen, die auf dem Maskentisch (MT) oder dem Substrattisch (WT) in der senkrechten Richtung ausgeübt wird.
  2. Ein Apparat nach Anspruch 1, wobei das Tragteil einen Stab (50) aufweist.
  3. Ein Apparat nach Anspruch 2, wobei der Stab (50) einen steifen Teil (51) und einen flexiblen Teil (52) aufweist.
  4. Ein Apparat nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei ein Mittel (30) vorgesehen ist, um eine zusätzliche Kraft auf das Tragteil entlang der Tragrichtung aufzubringen.
  5. Ein Apparat nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei das Tragteil (50) mit dem beweglichen Bauteil (43) verbunden ist.
  6. Ein Apparat nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei die Tragmittel (40) weiterhin ein Lager (70, 71) aufweisen, um das bewegliche Bauteil (43) zu lagern und um den Spalt (45) zwischen dem beweglichen Bauteil und der Lagerfläche (41) aufrecht zu erhalten, wobei das Lager ein Gaslager zur Bereitstellung von Druckgas in den Spalt aufweist, so dass Kräfte erzeugt werden, die dazu neigen, das bewegliche Bauteil entfernt von der Lagerfläche zu halten und wobei die Evakuiermittel (60a, 60b, 61a, 61b) zwischen dem Gaslager und der Vakuumkammer entlang des beweglichen Bauteils angeordnet sind, um Gas aus dem Spalt zu entfernen.
  7. Ein Apparat nach Anspruch 6, wobei das Gaslager eine lang gestreckte Ausnehmung (70) in einer Oberfläche, die den Spalt definiert und Gaszuführmittel (71) aufweist, um Gas unter Druck der lang gestreckten Ausnehmung zuzuführen.
  8. Ein Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Evakuiermittel Leitungsmittel (61b) aufweisen, die eine Fluidverbindung zwischen dem Spalt und wenigstens einem Reservoir (R) mit einem Druck höher als demjenigen der Vakuumkammer und niedriger als demjenigen des Gases, das aus dem Spalt zu entfernen ist, aufweisen.
  9. Ein Apparat nach Anspruch 8, wobei die Leitungsmittel wenigstens eine lang gestreckte Ausnehmung (60a, 60b) in einer Oberfläche, die den Spalt definiert, aufweisen.
  10. Ein Apparat nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei die Evakuiermittel weiterhin Leitungsmittel (61a) aufweisen, die eine Fluidverbindung zwischen dem Spalt und wenigstens einer Vakuumpumpe bilden.
  11. Ein Apparat nach Anspruch 10, wobei die weiteren Leitungsmittel wenigstens eine lang gestreckte Vakuumausnehmung (60c) in einer den Spalt definierenden Oberfläche aufweisen.
  12. Ein Apparat nach Anspruch 11, wobei die weiteren Leitungsmittel mehr als eine lang gestreckte Vakuumausnehmung (60a, 60c) in einer Oberfläche, die den Spalt definiert, aufweisen, wobei die Vakuumausnehmungen im Wesentlichen parallel sind und die jeweiligen Ausnehmungen in Richtung der Vakuumkammer durch eine Vakuumpumpe oder Vakuumpumpen auf ein tieferes Vakuum gezogen werden.
  13. Ein Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das bewegliche Bauteil einen Kolben (43) aufweist, der in einem Gehäuse (41), das mit der gasgefüllten Druckkammer versehen ist, geführt ist, wobei eine Innenwand des Gehäuses die Lagerfläche liefert.
  14. Ein Apparat nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei das Strahlungssystem eine Strahlungsquelle (LA) aufweist.
  15. Ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung unter Verwendung eines lithographischen Projektionsapparats nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte aufweist von: Bereitstellen eines Substrats, das zumindest teilweise mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichen Material bedeckt ist; Verwendung einer Maske (MA), um den Projektionsstrahl in seinem Querschnitt mit einem Muster zu versehen; Projizieren des gemusterten Strahls der Strahlung auf einen Zielabschnitt der Schicht aus dem strahlungsempfindlichen Material; Bereitstellen eines isolierten Referenzrahmens; und Lagern des Maskentischs (MT) oder des Substrattischs (WT) mit Lagermitteln, die ein Lagerbauteil aufweisen, das eine begrenzte Steifigkeit in einer senkrechten Richtung hat, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Lagerrichtung des Lagerteils ist.
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