DE69817663T2

DE69817663T2 - Optischer Belichtungsapparat und optisches Reinigungsverfahren

Info

Publication number: DE69817663T2
Application number: DE69817663T
Authority: DE
Inventors: Takashi 2-3 Marunouchi 3-chome Mori; Tetsuo 2-3 Marunouchi 3-chome Takahashi; Hiroshi 2-3 Marunouchi 3-chome Nakamura; Yuji 2-3 Marunouchi 3-chome Kudo
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2018-04-23
Also published as: EP0874283A2; EP0874283B1; DE69817663D1; EP0874283A3

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft optische Belichtungsapparate und Verfahren zum Verwenden derselben und insbesondere derartige Apparate und Verfahren, bei denen die den Apparat aufweisenden optischen Materialien anfällig für Veränderungen ihrer optischen Eigenschaften aufgrund der Anwesenheit von Materie, wie beispielsweise Feuchtigkeit und organische Verbindungen, in der den Apparat umgebenden Atmosphäre sind.
Hintergrund der Erfindung
Heutzutage setzt die Herstellung von Halbleitervorrichtungen, welche integrierte Schaltungen, Flüssigkristallanzeigen, Dünnfilm-Magnetköpfe und dergleichen aufweisen, optische Belichtungsapparate und -verfahren ein. Der zunehmende Grad an Integration solcher Halbleitervorrichtungen hat wachsende Anforderungen an die optischen Belichtungsapparate zum Erreichen höherer Auflösungsgrade gestellt. Die Auflösung eines optischen Belichtungsapparates kann abgeschätzt werden mittels der Gleichung R = k·λ/NAp,wobei R die "Auflösung" oder das Auflösungsvermögen des optischen Belichtungsapparats (d. h. die Größe des kleinsten Elements, das gedruckt werden kann) ist, λ die Wellenlänge des Belichtungslichts ist, NA_p die numerische Apertur der darin enthaltenen Projektionslinse ist und k eine Konstante ist, welche von dem Typ des verwendeten Aufzeichnungsmediums und dem Verfahren zum Entwickeln der darin gebildeten Bilder abhängt.
Um mit dem wachsenden Integrationsgrad der Halbleitervorrichtungen Schritt zu halten, wurden anhaltende Anstrengungen unternommen, wie anhand der obigen Formel verständlich ist, um die Auflösung des optischen Belichtungsapparats mittels Verkürzens der Wellenlänge des Belichtungslichts und/oder Erhöhens von NA_p zu erhöhen. In den vergangenen Jahren wurden KrF- (Kryptonfluorid-) Excimerlaser mit einer Ausgangswellenlänge von 248 nm als Belichtungslichtquelle verwendet. Ferner wurden Projektionslinsen mit einer NA_p von 0,6 oder größer kommerziell erhältlich und Elemente so klein wie 0,25 μm wurden realisiert.
Kürzlich fiel die Aufmerksamkeit zum Zwecke der Auflösungserhöhung auf ArF- (Argonfluorid-) Excimerlaser mit einer Ausgangswellenlänge von 193 nm als eine Nachfolge-Lichtquelle zu KrF-Excimerlasern. Diese Verringerung der Wellenlänge könnte prinzipiell das Drucken von Elementen mit 0,18 μm oder kleiner erlauben. Jedoch sind optische Belichtungsapparate betrieben bei tiefen ultra-violetten ("TUV", d. h. kleiner als 200 nm) Wellenlängen schwierig zu realisieren. Ein Grund dafür ist, dass in diesem Wellenlängenbereich die für die notwendigen optischen Komponenten verfügbaren Materialien gegenwärtig auf Quarz und Calciumfluorid (Fluorit) beschränkt sind. Damit diese Materialien in TUV-optischen Belichtungsapparaten zur Verwendung geeignet sind, müssen sie einen ausreichenden Transmissionsgrad und interne Gleichförmigkeit aufweisen (ein interner Transmissionsgrad von 0,995/cm oder größer wurde mit geschmolzenem Quarz erreicht und vernachlässigbare Absorptionsgrade wurden mit Calciumfluorid erreicht). Aus diesen Materialien hergestellte optische Komponenten benötigen auch eine Antireflexionsbeschichtung auf ihren Oberflächen, wenn sie bei TUV-Wellenlängen verwendet werden, um die Lichttransmission zu erhöhen.
Jedoch können sich sogar mit Antireflexionsbeschichtungen und minimalen Absorptionsgraden die optischen Charakteristiken von geschmolzenem Quarz und Calciumfluorid aufgrund der von Oberflächenverunreinigungen, welche TW-Licht absorbieren, erzeugten Hitze verändern. Beispielsweise wurde entdeckt, dass der Transmissionsgrad von aus geschmolzenem Quarz und Calciumfluorid hergestellten optischen Komponenten schnell abfallen kann, wenn sie Feuchtigkeit oder organischen Verbindungen ausgesetzt sind. Die Menge dieser Absorption, die bis zu 0,01 pro Linsenoberfläche erreichen kann, ist im Vergleich mit der Absorption durch das Material selbst oder die Oberflächen-Antireflexionsbeschichtungen groß. Daher ist es notwendig, die Oberflächen der optischen Komponenten aus geschmolzenem Quarz oder Calciumfluorid frei von solchen Verunreinigen zu halten.
Die japanische Patentanmeldung Kokai Nr. Hei 7-294705 offenbart eine Technik, die ein Verfahren zum Photo-reinigen individueller optischer Komponenten mit Licht (nachfolgend: "Photo-reinigen") betrifft. Jedoch offenbart diese Technik kein Verfahren zum Photo-reinigen aller, oder der wesentlichen optischen Teile, der optischen Komponenten eines optischen Belichtungsapparats, nachdem der Apparat zusammengebaut wurde. Es wurde von den Erfindern entdeckt, dass das zeitweilige Photo-reinigen individueller optischer Komponenten, indem diese einem TW-Licht ausgesetzt werden, sogar die spätere Absorption von umgebender Feuchtigkeit und organischer Komponenten auf die Oberflächen der optischen Komponenten erleichtert. Auch wenn individuelle optische Komponenten unter Verwenden von TUV-Licht fotogereinigt werden, ist es folglich extrem schwer, die optischen Komponenten zusammenzubauen, um ein Projektionsbelichtungssystem zu bilden, und dann diese Komponenten vollständig von Feuchtigkeit, organischen Verbindungen und anderen Verunreinigungen zu isolieren. Dies war eine große Behinderung bei der Realisierung eines robusten TUV-Projektionsbelichtungssystems.
JP-A-01265513 offenbart eine Belichtungsvorrichtung, welche ein erstes optisches System zum Führen von ultra-violetten Strahlen von einer Lichtquelle durch eine Strichplatte hindurch auf einen Wafer während eines Belichtungsprozesses verwendet und welche ein separates, zweites optisches System zum Projizieren der ultra-violetten Strahlen auf die Strichplatte zum Abwaschen von organischem Staub, der an der Strichplatte anhaftet, mittels Durchführens einer Trockenreinigung verwendet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen optischen Belichtungsapparat, wie in Anspruch 1 beansprucht, und ein Verfahren zum Verwenden desselben, wie in Anspruch 9 beansprucht.
Ein optischer Belichtungsapparat zum Bilden eines Bildes auf einem photo-sensitiven Substrat wird beschrieben. Der Apparat weist ein optisches Illuminationssystem mit einer Lichtquelle und einem Lichtstrahl auf. Benachbart zu dem optischen Illuminationssystem ist eine Strichplatte ("reticle") mit einem Muster. Benachbart zu der Strichplatte auf der gegenüberliegenden Seite des optischen Illuminationssystems befindet sich eine Projektionslinse. Die Projektionslinse und das optische Illuminationssystems haben einen vorgegebenen Raum darin. Ein optischer Belichtungspfad (d. h. der mit dem Durchführen einer Belichtung verbundene Lichtpfad) passiert durch diesen vorgegebenen Raum hindurch. Ein Ablenkungsteil für den optischen Pfad ist in dem vorgegebenen Raum entfernbar angeordnet, um auf diese Weise eine Ablenkung in dem optischen Belichtungspfad zum Bilden eines zweiten optischen Pfades zu verursachen. Der zweite optische Pfad unterscheidet sich von dem optischen Belichtungspfad. Der zweite optische Pfad ist der mit dem Durchführen des Photoreinigens verbundene Lichtpfad. Das Ablenkungsteil für den optischen Pfad kann beispielsweise ein rotierendes Prisma oder ein oder mehrere sich bewegende optische Komponenten (einschließlich Linsen und Spiegel) sein.
Insbesondere ist an Stelle eines Ablenkungsteils für den optischen Pfad ein lichtstreuendes Teil in den mit dem Durchführen einer Belichtung verbundenen Lichtpfad (d. h. den Belichtungslichtstrahl) platziert, sodass ein zweiter Lichtstrahl erzeugt wird, der größer als der Belichtungslichtstrahl ist. Dieser zweite Lichtstrahl ist der mit dem Durchführen der Photo-reinigung verbundene Lichtstrahl.
Insbesondere ist das Ablenkungsteil für den optischen Pfad oder das lichtstreuende Teil in dem vorgegebenen Raum entfernbar angeordnet, sodass Photo-reinigung zwischen Belichtungen durchgeführt werden kann.
Ferner wird ein Verfahren zum Photo-reinigen eines optischen Belichtungsapparates zum Bilden eines Bildes auf einem photosensitiven Substrat beschrieben. Das Verfahren weist die Schritte des zunächst Bildens eines optischen Belichtungspfads in einem vorgegebenen Raum innerhalb eines optischen Illuminationssystems und einer Projektionslinse auf. Der zweite Schritt ist Verhindern, dass sich das photosensitive Substrat in dem optischen Belichtungspfad befindet. Der dritte Schritt ist das Verändern des optischen Belichtungspfads in einen optischen Pfad, der von dem optischen Belichtungspfad abweicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
l ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Belichtungsapparats, welcher ein Ablenkungsprisma und einen einzelnen Lichtdetektor angeordnet an dem Werkstück-Objekttisch enthält;
2 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Belichtungsapparats, welcher ein Ablenkungsprisma, einen Strahlteiler zum Erzeugen eines zweiten optischen Pfades und einen einzelnen darin angeordneten Lichtdetektor enthält;
3 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Belichtungsapparats, welcher ein Ablenkungsprisma, einen an dem Werkstück-Objekttisch angeordneten Lichtdetektor, einen Strahlteiler zum Erzeugen eines zweiten optischen Pfades und einen darin angeordneten Lichtdetektor enthält;
4 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Belichtungsapparats, welcher ein Ablenkungsprisma, einen Strahlteiler zum Erzeugen eines zweiten und eines dritten optischen Pfades und einen in jedem der zweiten und dritten optischen Pfade angeordneten Lichtdetektor enthält;
5 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Belichtungsapparats, welcher einen rotierenden Spiegel enthält;
6 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Belichtungsapparats, welcher eine bewegbare Linsenkomponente enthält;
7 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Belichtungsapparats, welcher eine Diffusionsplatte und einen einzelnen an dem Werkstück-Objekttisch angeordneten Lichtdetektor enthält;
8 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Belichtungsapparats, welcher eine Diffusionsplatte, einen Strahlteiler zum Erzeugen eines zweiten optischen Pfades und einen einzelnen darin angeordneten Lichtdetektor enthält;
9 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Belichtungsapparats, welcher eine Diffusionsplatte, einen an dem Werkstück-Objekttisch angeordneten Lichtdetektor, einen Strahlteiler zum Erzeugen eines zweiten optischen Pfades und einen darin angeordneten Lichtdetektor enthält;
10 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Belichtungsapparats, welcher eine Diffusionsplatte, einen Strahlteiler zum Erzeugen eines zweiten und eines dritten optischen Pfades und einen in jedem der zweiten und dritten optischen Pfade angeordneten Lichtdetektor enthält;
11 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Belichtungsapparats, welcher ein Gehäuse, eine variable Blende und mit dem Gehäuse und der Projektionslinse verbundene Gasversorgungs- und Gasentladungssysteme enthält;
12 ist eine Frontansicht der in dem optischen Belichtungsapparat von Fig.ll verwendeten variablen Blende, wobei die Blende acht verschiedene Öffnungen hat;
13 zeigt die Überlagerung von einigen der Öffnungen der Blende aus 12;
14 ist ein schematisches Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Projektionslinse, welche einige Linsenkammern und Versorgungs- und Entladerohre zum Ermöglichen eines Gasflusses durch die Kammern hindurch hat; und
15 ist ein schematisches Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Photoreinigungs-Apparats.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft optische Belichtungsapparate und -verfahren und insbesondere derartige Apparate und Verfahren, bei denen die optischen Materialien, welche den Apparat aufweisen, anfällig für Veränderungen ihrer optischen Eigenschaften aufgrund der Anwesenheit von Materie, beispielsweise Feuchtigkeit und organischer Verbindungen, in der den Apparat umgebenden Atmosphäre sind. Solche Apparate enthalten beispielsweise TUV-Wellenlängen optische Belichtungs- oder Projektionsbelichtungsapparate zum Herstellen von Halbleitern, welche aus synthetischem Quarz und/oder Calciumfluorid hergestellte optische Komponenten verwenden.
Bezug nehmend auf l enthält der optische Belichtungsapparat 5 entlang einer optischen Achse A eine Lichtquelle 10, welche einen Lichtstrahl 11 emittiert. Die Lichtquelle 10 kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser sein, der Licht bei 193 nm emittiert. Angrenzend an die Lichtquelle 10 ist ein strahlformendes optisches System 12, welches die Form des Lichtstrahls 11 einstellt. Ein optischer Integrator 13 ist unmittelbar angrenzend an das optische System 12 angeordnet. Der optische Integrator 13 hat eine Mehrzahl von Linsensegmenten (drei sind dargestellt) und kann beispielsweise eine Fliegenaugenlinse (d. h. ein Bündel von langgezogenen optischen Elementen, ähnlich den in 1 dargestellten) oder ein Lichtleiter mit interner Reflexion sein. Ferner ist der optische Integrator 13 nicht auf ein einzelnes optisches Element begrenzt, sondern kann eine Mehrzahl von optischen Integratoren in Reihe angeordnet zum Erreichen größerer Lichtstrahl-Gleichmäßigkeit sein.
Ferner ist in dem optischen Belichtungsapparat 5 angrenzend an den optischen Integrator 13 eine erste Bildebene P1 enthalten, an welcher eine Blende 14 angeordnet ist. Angrenzend an die Blende 14 ist eine vordere Kondensorlinse 15a und eine hintere Kondensorlinse 15b. Angrenzend an die hintere Kondensorlinse 15b ist eine zweite Bildebene P2, an welcher eine veränderbare Blende 16 angeordnet ist. Angrenzend an die Blende 16 und die zweite Bildebene P2 ist eine erste Objektivlinse 17, ein Faltspiegel ("fold mirror") 18 und eine zweite Objektivlinse 19. Die oben beschriebenen optischen Komponenten von der ersten Kondensorlinse 15a bis einschließlich der zweiten Objektivlinse 19 bilden ein optisches Kondensorsystem. Die oben beschriebenen optischen Komponenten von der Lichtquelle 10 bis zur zweiten Objektivlinse 19 bilden ein optisches Illuminationssystem.
Weiter Bezug nehmend auf 1 ist eine Strichplatte ("reticle") 20 optisch konjugiert zur Blende 16 an der von den Objektivlinsen 17 und 19 definierten optischen Illuminationssystem-Bildebene (nicht dargestellt) angeordnet. Die Strichplatte 20 enthält kleine Muster (nicht dargestellt), welche abzubilden sind. Angrenzend an die Strichplatte 20 ist eine Projektionslinse 21 mit einer Objektebene OP und einer Bildebene IP. Die Objektebene OP der Projektionslinse 21 ist optisch konjugiert zur Blende 16 angeordnet, wie von den Objektivlinsen 17 und 19 definiert ist (daher ist die Strichplatte 20 an der Objektebene OP angeordnet). Die Projektionslinse 21 kann beispielsweise eine dioptrische oder katadioptrische fotolithographische Hochleistungs-TUV-Linse sein, welche optische Komponenten aus geschmolzenem Quarz und/oder Calciumfluorid aufweist. Platziert in oder nahe der Bildebene IP der Projektionslinse 21 ist ein Werkstück 22 mit einer Oberfläche 22s. Das Werkstück 22 kann beispielsweise ein mit einem lichtsensitiven Aufzeichnungsmedium, beispielsweise einem Fotoresist, beschichteter Wafer sein. Das Werkstück 22 ist mittels eines bewegbaren Werkstück-Objekttisches 23 positioniert und an Ort und Stelle gehalten. Ein Lichtdetektor 24 ist am Werkstück-Objekttisch 23 angeordnet und kann in den optischen Pfad unter die Projektionslinse 21 bewegt werden, um die Intensität des dort hindurch tretenden Lichts zu messen. Der Lichtdetektor 24 ist an ein Lichtdetektionssystem 26 angeschlossen, welches an ein Steuersystem 27 angeschlossen ist. Hier hat das Lichtdetektionssystem 26 die Funktion des Detektierens des Licht-Transmissionsgrades. Der Lichtdetektor 24 kann beispielsweise ein fotoelektrischer Sensor sein, welcher Lichtenergie in ein elektrisches Signal konvertiert.
Weiter unter Bezugnahme auf l enthält der optische Belichtungsapparat 5 ferner ein rotierbares Ablenkungsprisma 30. Das Ablenkungsprisma 30 wird von einem vorgegebenen Raum in dem optischen Belichtungsapparat 5, welcher einen optischen Pfad (d. h. Lichtstrahlen R) zwischen der Objektivlinse 19 und der Strichplatte 20 enthält, mittels eines Antriebssystems 32 eingeführt und entfernt, welches an das Steuersystem 27 angeschlossen ist. In dem optischen Belichtungsapparat 5 ist auch ein Verschluss 34 enthalten. Der Verschluss 34 wird in den optischen Pfad (d. h. Lichtstrahlen R) zwischen der Projektionslinse 21 und dem Werkstück 22 eingeführt und von diesem optischen Pfad entfernt mittels eines Antriebssystems 36, welches ebenfalls an die Steuereinheit 27 angeschlossen ist. Wenn der Verschluss 34 in die Optik eingeführt ist, ist der Verschluss "geschlossen", und wenn der Verschluss aus der Optik entfernt ist, ist er "offen".
Weiter unter Bezugnahme auf 1 wird nun der Betrieb des optischen Belichtungsapparats 5 beim Belichten des Werkstücks 22 in Abwesenheit des Ablenkungsprismas 30 und des Verschlusses 34 beschrieben. Zunächst strahlt die Lichtquelle 10, wenn aktiviert, einen Lichtstrahl 11 aus, welcher durch das strahlformende optische System 12 hindurchtritt. Das strahlformende optische System 12 passt die Form des Lichtstrahls 11 an (z. B. kollimiert und filtert räumlich), sodass er angemessene Dimensionen hat, bevor der Lichtstrahl in den optischen Integrator 13 eintritt. Der optische Integrator 13 bildet dann eine Mehrzahl von Bildern oder sekundären Lichtquellen SLS in der Bildebene P1. Die in der Bildebene P1 angeordnete Blende 14 dient zum Begrenzen der Ausmaße der Lichtstrahlen R, welche von den sekundären Lichtquellen SLS ausgestrahlt werden. Die vordere und die hintere Kondensorlinse 15a und 15b überlagern dann jede Lichtquelle der sekundären Lichtquellen SLS zum Bilden eines einzelnen, überlappenden Bildes (nicht dargestellt) in der Bildebene P2, wie mittels des Pfades der Lichtstrahlen R angezeigt wird. Das in der Bildebene P2 gebildete Bild hat eine Intensitätsverteilung, welche aufgrund der Überlagerung der Lichtquellen der sekundären Lichtquellen SLS äußerst gleichförmig ist.
Die in der zweiten Bildebene P2 angeordnete Blende 16 dient zum Definieren der Form des in der Bildebene P2 gebildeten Bildes. Licht von dem in der Bildebene P2 gebildeten Bildes wird von der ersten Objektivlinse 17, dem Faltspiegel 18 und der zweiten Objektivlinse 19 an die Objektebene OP der Projektionslinse 21 (zusammenfallend mit der optischen Illuminationssystem-Bildebene, nicht dargestellt), in oder nahe bei welcher die Strichplatte 20 vorhanden ist, weitergeleitet. Die Strichplatte 20 wird daher gleichförmig beleuchtet und ein Bild des darauf angeordneten Musters wird auf die Oberfläche 22a des Werkstücks 22 mittels der Projektionslinse 21 projiziert. Der von den Lichtstrahlen R (mit oder ohne vorhandene Strichplatte 20) definierte optische Pfad wird hierin als optischer Belichtungspfad bezeichnet. Das heißt, Licht des optischen Pfades von der Lichtquelle 10 folgt durch den vorgegebenen Raum hindurch in den optischen Belichtungsapparat hinein, wenn der optische Belichtungsapparat zum Ausführen einer Belichtung zum Übertragen des Musters auf das Werkstück angeordnet ist.
Wie oben beschrieben tendieren Feuchtigkeit und organische Materie in der den optischen Belichtungsapparat umgebenden Atmosphäre dazu, an den Oberflächen der optischen Komponenten anzuhaften und diese zu kontaminieren, wenn der optische TUV-Belichtungsapparat optische Komponenten aus geschmolzenem Quarz und/oder Calciumfluorid verwendet. Dies verändert die optischen Eigenschaften der Komponenten, insbesondere werden der Transmissionsgrad der beugenden optischen Komponenten und der Reflexionsgrad der reflektierenden optischen Komponenten reduziert. Wenn die Lichtquelle 10 eine TW-Lichtquelle ist und aktiviert wird (oder alternativ, wenn die Blende 14 oder die Blende 16 geöffnet wird), um eine Belichtung des Werkstücks 22 durchzuführen, werden die kontaminierten optischen Komponenten bis zu einem gewissen Ausmaß mittels des durch sie hindurchtretenden TW-Lichts fotogereinigt. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass zwischen den Belichtungen eine Rückkontamination sehr schnell auftreten kann. Auch tritt das Photo-reinigen während der Belichtung des Werkstücks auf, wodurch die Intensität des Belichtungsstrahls reduziert wird.
Dementsprechend ist erfindungsgemäß der optische Belichtungsapparat 5 derart konfiguriert, dass vor dem Belichten des Werkstücks 22 ein Photo-reinigungs-Prozess durchgeführt werden kann, wobei Licht von der Lichtquelle 10 durch jede optische Komponente in einer Weise hindurch tritt, bei welcher Kontaminierung von deren entsprechenden Oberflächen entfernt wird. Diesbezüglich ist die Rolle des Ablenkungsprismas 30 und des Verschlusses 34, Licht mit ausreichender Intensität zum Photo-reinigen über die gesamte gewünschte Fläche von einem oder mehreren optischen Komponenten in dem optischen Belichtungsapparat 5 bereitzustellen. Das Ablenkungsprisma 30 lenkt Licht in die Belichtungsoptik (d. h. Lichtstrahlen R), welches in die Projektionslinse 21 eintritt, mit einem Ablenkungswinkel Δ (nicht dargestellt) ab, welcher eine Funktion des Keilwinkels a (nicht dargestellt) des Prismas ist. Das Ablenkungsprisma 30 ist von dem Antriebssystem 32 rotierbar, sodass Lichtstrahlen R abgelenkt werden können, um durch Abschnitte, einschließlich den peripheren Abschnitten, der optischen Komponenten in der Projektionslinse 21 (d. h. die Abschnitte der optischen Komponenten, welche andere als die von dem optischen Belichtungspfad durchquerten sind) hindurch zu treten.
Um die Wichtigkeit des Ablenkungsprismas 30 beim Durchführen der Photo-reinigung abzuschätzen, ist es nützlich, die in dem optischen Belichtungsapparat 5 von l verfügbaren Photoreinigungs-Optionen ohne dieses zu betrachten. Die erste Option ist das Durchführen von Photo-reinigung mit entfernter Strichplatte 20. Dies wäre bevorzugt, da die Muster auf der Strichplatte Licht absorbieren, wodurch die Intensität des durch die Projektionslinse 21 hindurch tretenden Lichts reduziert wird, was eine weniger effiziente Photo-reinigung zur Folge hat. Jedoch ist die numerische Apertur NAp der Projektionslinse 21 im Allgemeinen größer als die numerische Apertur NA_i des optischen Illuminationssystems, sodass die Projektionslinse von dem Muster auf der Strichplatte 20 gebeugtes Licht aufsammeln kann. Dieses gebeugte Licht ist Teil des optischen Belichtungspfades und durchläuft bestimmte periphere Abschnitte der optischen Komponenten der Projektionslinse 21. Dementsprechend ist mit entfernter Strichplatte 20 mehr Licht für Photo-reinigung verfügbar, jedoch wird das Licht nur die optischen Komponenten der Projektionslinse 21 nach außen bis zu einem radialen Abstand definiert durch NAi durchlaufen. Die andere Option ist, die Strichplatte 20 während des Photo-reinigens an Ort und Stelle zu belassen, sodass bestimmte periphere Abschnitte der optischen Komponenten gebeugtes Licht empfangen. Jedoch hat das von typischen Strichplatten-Mustern gebeugte Licht nicht die notwendige Intensität für ein effektives Photo-reinigen.
Beim Durchführen von Photo-reinigung unter Verwenden des Ablenkungsprismas 30 ist es wünschenswert, das Ablenkungsprisma 30 derart anzuordnen, dass der Ablenkungswinkel Δ die Beziehung Δ ≥ NA_p-NA_i erfüllt. Dies gewährleistet, dass die peripheren Abschnitte der optischen Komponenten (einschließlich solcher von dem optischen Belichtungspfad durchlaufener und nicht durchlaufener Abschnitte) fotogereinigt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass es nicht erforderlich ist, während des Photo-reinigens NAi zu reduzieren, und dass es im Allgemeinen bevorzugt ist, NAi auf seinen Maximalwert festzusetzen.
Weiterhin unter Bezugnahme auf l vermeidet das Einführen des Verschlusses 34 in den optischen Pfad zwischen der Projektionslinse 21 und dem Werkstück 22 eine Belichtung des Werkstücks 22 während des Photo-reinigens. Daher kann das Ersetzen und/oder Ausrichten des Werkstücks gleichzeitig mit dem Photo-reinigen durchgeführt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Verschluss 34 eine zu der Projektionslinse 21 ausgerichtete Oberfläche 34s, welche reflektierend ist. Daher werden auf die Verschluss-Oberfläche 34s einfallende Lichtstrahlen R durch die Projektionslinse 21 hindurch und durch den Rest des optischen Belichtungsapparats 5 hindurch zurückreflektiert, wodurch der Photo reinigungseffekt erhöht wird. Der Verschluss 34 kann auch bezüglich der optischen Achse A, welche durch diesen hindurch geht, mittels des Antriebssystems 36 verkippt werden, wodurch eine größere Ablenkung des Lichts in dem optischen Pfad ermöglicht wird, was die Effektivität des Photo-reinigens erhöht.
Der Photo-reinigungs-Prozess kann, wie oben beschrieben, mit oder ohne vorhandene Strichplatte 20 durchgeführt werden. Wenn die Strichplatte 20 jedoch vorhanden ist, erhöht sich die für Photo-reinigung benötigte Zeit aufgrund des von dem Strichplatten-Muster absorbierten Lichts. Wenn andererseits die Strichplatte 20 entfernt ist, ist die für Photo-reinigung benötigte Zeit kürzer, jedoch wird zusätzlich Zeit zum Entfernen und Einführen der Strichplatte 20 benötigt. Wenn dementsprechend die zum Entfernen und Einführen der Strichplatte 20 benötigte Zeit den gesamten Photo-reinigungs-Prozess länger macht, dann kann es vorzuziehen sein, das Photo-reinigen mit vorhandener Strichplatte 20 durchzuführen.
Obwohl das Ablenkungsprisma 30 in l angeordnet zwischen der Objektivlinse 19 und der Strichplatte 20 dargestellt ist, kann das Ablenkungsprisma 30 auch irgendwo in dem optischen Projektionsbelichtungssystem 5 angeordnet werden. Beispielsweise kann es zwischen der Strichplatte 20 und der Projektionslinse 21, zwischen der Blende 14 und der vorderen Kondensorlinse 15a, zwischen der Blende 16 und der Strichplatte 20 oder innerhalb der Projektionslinse 21 selbst angeordnet werden. Allgemein gesagt sollte das Ablenkungsprisma 30 "im Lichtweg vor" ("upstream", d. h. auf der Seite der Lichtquelle 10) der optischen Komponente oder den optischen Komponenten, welche Photo-reinigung benötigen, angeordnet werden.
Weiter Bezug nehmend auf l wird der an dem Werkstück-Objekttisch 23 platzierte Lichtdetektor 24 zum Messen der Intensität von durch die Projektionslinse 21 hindurch tretendem Licht verwendet. Dies wird erreicht mittels Bewegens des Werkstück-Objekttisches 23 in einer Richtung parallel zur Bildebene IP, sodass der Lichtdetektor 24 in den optischen Belichtungspfad eingeführt wird. Wenn der Verschluss 34 geöffnet ist, fällt Licht auf den Lichtdetektor 24 ein und die Ausgabe (z. B. ein elektrisches Signal) davon wird in das Lichtdetektionssystem 26 eingegeben und dort gespeichert. Mittels Vergleichens derartiger Lichtintensitäts-Messungen, die zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt und in dem Lichtdetektionssystem 26 gespeichert wurden, kann der kombinierte Transmissionsgrad der optischen Komponenten in dem optischen Belichtungsapparat 5 unmittelbar ermittelt und mit einem "optimalen" Transmissionsgrad, welcher dem "saubersten" Zustand des optischen Belichtungsapparats 5 entspricht, verglichen werden. Dementsprechend kann eine Entscheidung leicht getroffen werden, ob ein Photo-reinigungs-Prozess gestartet werden soll oder nicht und ob der Photo-reinigungs-Prozess beendet werden soll oder nicht. Alternativ kann das Lichtdetektionssystem 26 einen beliebigen Schwellwert für die Beleuchtungsintensität enthalten, um zu entscheiden, wann die Photo-reinigung beginnen sollte.
Es kann wünschenswert sein, die Lichtintensität des optischen Belichtungsapparats 5 aus l an der Werkstückoberfläche 22s zu messen, wenn der Verschluss 34 geschlossen ist. Daher repräsentiert der optische Belichtungsapparat 40 mit Bezugnahme nun auf 2 ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, welches diese Messung ermöglicht. Der optische Belichtungsapparat 40 enthält die gleichen Elemente wie der optische Belichtungsapparat aus l, mit der Ausnahme, dass der Lichtdetektor 24 entfernt ist. Der optische Belichtungsapparat 40 enthält ferner einen zwischen der Blende 14 und der vorderen Kondensorlinse 15a angeordneten Strahlteiler 42 und einen Lichtdetektor 44a. Der Strahlteiler 42 ist derart angeordnet, dass er eine optische Achse A' in einem rechten Winkel zur optischen Achse A, die durch ihn hindurchläuft, erzeugt. Der Lichtdetektor 44a ist entlang der optischen Achse A' angeordnet.
In dem optischen Belichtungsapparat 40 läuft Licht, welches von der reflektierenden Oberfläche 34s des Verschlusses 34 reflektiert wird, wenn der Verschluss 34 geschlossen ist, zurück durch den optischen Belichtungsapparat hindurch und rückwärts durch die Kondensorlinse 15a hindurch. Ein Teil dieses Lichts wird dann von dem Strahlteiler 42 entlang der optischen Achse A' zu dem Lichtdetektor 44a reflektiert. Auf diese Weise kann der Lichttransmissionsgrad des optischen Belichtungsapparats 40 während des Photo-reinigungs-Prozesses in Echtzeit gemessen werden, was nützlich ist beim Entscheiden, wann der Photo-reinigungs-Prozess abgebrochen werden sollte. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Strahlteiler 42, obwohl er zwischen der Blende 14 und der vorderen Kondensorlinse 15a angeordnet ist, irgendwo in dem optischen Belichtungsapparat 40, einschließlich irgendwo in dem optischen Illuminationssystem oder der Projektionslinse 21, angeordnet werden kann.
Einige optische Belichtungsapparate enthalten Lichtquellen, deren Lichtstrahlen in der Intensität schwanken. In solchen Apparaten ist es wünschenswert, zwischen Lichtstrahl-Intensitätsschwankungen verursacht von der Lichtquelle und Schwankungen in dem Transmissionsgrad des optischen Belichtungsapparats aufgrund von kontaminierten optischen Komponenten unterscheiden zu können. Mit Bezug auf 3 repräsentiert daher ein optischer Belichtungsapparat 50 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, welcher solch eine Unterscheidung machen kann. Der optische Belichtungsapparat 50 enthält die gleichen Elemente wie der optische Belichtungsapparat 5 aus l, mit der Ausnahme, dass ein Strahlteiler 42 hinzugefügt ist (wie bei dem optischen Belichtungsapparat 40 aus 2 dargestellt und oben beschrieben ist) und ein Lichtdetektor 44b ist entlang der Achse A' derart angeordnet, dass er von dem Strahlteiler 42 reflektiertes Licht empfängt, bevor das Licht in die vordere Kondensorlinse 15a eintritt. Die Ausgaben der Lichtdetektoren 24 und 44b werden in das Lichtdetektionssystem 26 eingegeben, wo der Transmissionsgrad des optischen Belichtungsapparats 50 basierend auf der Differenz der Lichtdetektor-Ausgaben berechnet wird. In dieser Konfiguration werden Schwankungen in der Intensität des von der Lichtquelle 10 emittierten Lichts von beiden Lichtdetektoren 24 und 44b detektiert und können daher von der Transmissionsgrad-Berechnung subtrahiert werden. Es ist wiederum darauf hinzuweisen, dass der Strahlteiler 42 irgendwo in dem optischen Belichtungssystem 50 platziert werden kann. Wenn beispielsweise der Transmissionsgrad der Projektionslinse 21 ermittelt werden soll, kann der Strahlteiler 42 zwischen der Strichplatte 20 und der Projektionslinse 21 angeordnet werden, wobei der Detektor 44b entlang der optischen Achse A', welche von dem Strahlteiler 42 gebildet wird, angeordnet wird.
In dem optischen Belichtungsapparat 50 der 3 kann die Lichtintensität an der Werkstückoberfläche 22s nicht gemessen werden, wenn der Verschluss 34 geschlossen ist. Mit Bezug auf 4 repräsentiert ein optischer Belichtungsapparat 55 daher ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, welches eine Modifikation des optischen Belichtungsapparats 50 ist, um diese Messung zu ermöglichen. Der optische Belichtungsapparat 55 enthält die gleichen Elemente wie der optische Belichtungsapparat aus 2 und enthält außerdem den Lichtdetektor 44b, wie in 3 gezeigt. In dieser Konfiguration detektiert der Lichtdetektor 44b Licht, welches von dem Strahlteiler 42 reflektiert wird, bevor das Licht in die vordere Kondensorlinse 15a eintritt. Der Lichtdetektor 44a detektiert von der reflektierenden Oberfläche 34s des Verschlusses 34 reflektiertes Licht, welches zurück durch das optische Projektionssystem 5 hindurch und rückwärts durch die vordere Kondensorlinse 15a hindurch läuft. Die Ausgaben der Lichtdetektoren 44a und 44b werden in das Lichtdetektionssystem 26 eingegeben. Ein Vergleich der Ausgaben der Lichtdetektoren 44a und 44b ermöglicht ein kontinuierliches Überwachen des Transmissionsgrades der optischen Belichtungsapparate zwischen der vorderen Kondensorlinse 15a und dem Verschluss 34, ohne Berücksichtigung der Schwankung in der von der Lichtquelle 10 emittierten Lichtintensität, wenn der Verschluss 34 geschlossen ist.
Die oben beschriebenen optischen Belichtungsapparate 5, 40, 50 und 55 verwenden alle das Ablenkungsprisma 30 zum Ablenken des optischen Pfades während des Photo-reinigens. Bezug nehmend nun auf 5 repräsentiert der optische Belichtungsapparat 60 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, welches ein anderes Mittel zum Ablenken des Lichtpfades während des Ausführens der Photo-reinigung verwendet. Der optische Projektionsbelichtungsapparat 60 enthält die gleichen Elemente wie der optische Belichtungsapparat aus 1, mit der Ausnahme, dass das Ablenkungsprisma 30 nicht mehr länger vorhanden ist. Stattdessen wurde der Faltspiegel 18 in zwei Dimensionen bewegbar gemacht (5 stellt die Bewegung in einer Dimension dar). Beispielsweise kann der Faltspiegel 18 in zwei Dimensionen um sein Zentrum oder eine andere Position schnell oszilliert werden. Außerdem kann die Bewegung des Faltspiegels 18 mit einer lateralen Verschiebung kombiniert werden. Die Bewegung des Faltspiegels 18, wie oben beschrieben, dient zum Ablenken des optischen Pfades auf periphere Abschnitte der optischen Komponenten in dem optischen Apparat 60 während des Photo-reinigens. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Faltspiegel 18, ähnlich wie das Ablenkungsprisma 30, an einer anderen geeigneten Stelle in dem optischen Illuminationssystem positioniert werden kann.
Nun Bezug nehmend auf 6 repräsentiert der optische Belichtungsapparat 65 eine andere bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung, welcher ein anderes Mittel zum Ablenken des Lichtpfades zum Durchführen der Photo-reinigung verwendet. Der optische Belichtungsapparat 65 enthält die gleichen Elemente wie der optische Belichtungsapparat aus l, mit der Ausnahme, dass das Ablenkungsprisma 30 nicht mehr länger vorhanden ist. Stattdessen kann die Objektivlinse 19 in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse A, welche durch sie hindurchtritt, schnell nach hinten und vorne bewegt werden (d. h. oszilliert werden). Die Objektivlinse 19 kann auch gleichzeitig entlang der optischen Achse A bewegt werden, welche durch sie hindurchtritt. Die Bewegung der Objektivlinse 19, wie oben beschrieben, dient zum Ablenken von Licht in dem optischen Pfad während des Photo-reinigens. Es ist darauf hinzuweisen, dass andere optische Komponenten in dem optischen Belichtungsapparat 65, wie beispielsweise die Kondensorlinsen 15a und/oder 15b, statt oder zusätzlich zu der Objektivlinse 19 bewegbar gemacht werden können.
Bezug nehmend nun auf 7 ist das optische Belichtungssystem 70 ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, welches wiederum ein anderes Mittel zum Ablenken von Licht in dem optischen Pfad zum Durchführen der Photo-reinigung verwendet. Das optische Belichtungssystem 70 enthält die gleichen Elemente wie 1, mit der Ausnahme, dass das Ablenkungsprisma 30 fehlt. Stattdessen ist ein Lichtstreuungselement, beispielsweise eine Diffusionsplatte 72, in oder nahe der Objektebene OP der Projektionslinse 21 eingeführt. Die Diffusionsplatte 72 ist an das Antriebssystem 32 angeschlossen, welches die Strichplatte 20 entfernt und die Diffusionsplatte 72 an dessen Stelle zum Photo-reinigen einführt. Das Antriebssystem 32 entfernt auch die Diffusionsplatte 72 und führt die Strichplatte 20 an deren Stelle für die Belichtung ein. Die Diffusionsplatte 72 kann beispielsweise eine Platte aus geschmolzenem Quarz oder Calciumfluorid mit einem in eine seiner Oberflächen, beispielsweise der Oberfläche 72s, eingeätztem Muster sein. Das Muster auf der Oberfläche 72s kann periodisch sein, beispielsweise wie ein Beugungsgitter, um darauf einfallendes Licht zu beugen, oder kann zufällig sein, um darauf einfallendes Licht zu streuen. Der Grad, bis zu welchem die Diffusionsplatte 72 Licht streut, kann mittels eines Diffusionswinkels Δ' charakterisiert werden, ähnlich dem Ablenkungswinkel des Ablenkungsprismas, wie oben beschrieben. Wenn der Diffusionswinkel Δ' aufgrund dessen, dass das Muster der Oberfläche 72s zu grob ist, zu groß ist, kann er mittels Bearbeitens der Oberfläche mit Chemikalien wie beispielsweise Flusssäure (Wasserstofffluorid) gesteuert werden. Wenn die Diffusionsplatte 72 ein Beugungsgitter enthält, kann der Diffusionswinkel Δ' zusätzlich mittels Einstellens des Gitterabstandes gesteuert werden.
Wie oben in Zusammenhang mit dem Ablenkungsprisma 30 beschrieben (siehe l bis 4), ist es im Allgemeinen bevorzugt, den Diffusionswinkel Δ' derart festzusetzen, dass Δ' = NA_p– NA_i, um sicher zu stellen, dass die Peripherie der optischen Komponenten während der Photo-reinigung Licht empfängt. Die Diffusionsplatte 72 kann auch in analoger Weise zu dem Ablenkungsprisma 30 verwendet werden, wie es in den in l bis 4 dargestellten optischen Belichtungsapparaten 5, 40, 50 und 55 verwendet wird. 7 bis 10 zeigen optische Belichtungsapparate 70, 75, 80 und 85, welche die Diffusionsplatte 72 enthalten und welche in der gleichen Weise funktionieren wie die entsprechenden optischen Belichtungsapparate 5, 40, 50 und 55, welche das Ablenkungsprisma 30 enthalten, wie oben beschrieben.
Wie aus der obigen Beschreibung zu verstehen ist, ist das Realisieren eines robusten TW-optischen Belichtungsapparates und eines Verfahrens zum Versehen eines Werkstücks mit einem Muster unter Verwenden des Apparates äußerst schwierig aufgrund der oben beschriebenen Kontamination der optischen Komponenten. Es ist insbesondere ein entmutigendes Problem, da es virtuell unmöglich ist, die Feuchtigkeit auf Null zu reduzieren oder die Anwesenheit der organischen Verbindungen zu eliminieren, welche überall in einer Halbleiter-Herstellungsumgebung vorhanden sind. Folglich ist es wesentlich, einen optischen Belichtungsapparat und ein Verfahren zu haben, die Photo-reinigungs-Techniken enthalten, welche einen hohen Transmissionsgrad aufrechtzuerhalten ermöglichen, wenn die Belichtung durchgeführt wird.
Mit Bezug nun auf Fig.ll ist daher ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Projektionsbelichtungsapparates 100 dieser Erfindung zum Versehen eines Werkstücks mit einem Muster dargestellt. Wie in Fig.ll gezeigt ist, wird Laserlicht als nahezu paralleler Lichtstrahl von der Lichtquelle 10 zur Verfügung gestellt, welche beispielsweise ein ArF-Excimerlaser ist, welcher gepulstes Licht mit einer Ausgangswellenlänge von 193 nm oszilliert. Dieser Laserlichtstrahl wird zu dem Lichttransmissionsfenster 104 auf der Seite des Projektionsbelichtungsapparates 100 geführt. Der Projektionsbelichtungsapparat 100 ist entsprechend in einer Kammer 102 untergebracht und mit einem inerten Gas wie beispielsweise Stickstoff gefüllt, um das Anhaften von Feuchtigkeit und organischer Materie und Ähnlichem aus der Atmosphäre an den optischen Elementen und Ähnlichem in der Kammer 104 zu verhindern.
Das durch das Lichttransmissionsfenster 104 hindurch tretende Laserlicht wird von dem reflektierenden Spiegel 42 reflektiert und zu dem optischen Integrator ("Fliegenaugenlinse") 13 geführt. Die Fliegenaugenlinse 13 ist aus einem Bündel zahlreicher Linsenelemente zusammengesetzt und ein Lichtquellen-Bild wird auf der Ausgangs-Oberflächenseite dieser Linsenelemente gebildet. An der Ausgangs-Oberflächenseite der Fliegenaugenlinse 13 werden daher zahlreiche Lichtquellen-Bilder (d. h. sekundäre Lichtquellen, nicht dargestellt) entsprechend der Anzahl von Linsenelementen, welche darin enthalten sind, gebildet.
Obwohl eine einzelne Fliegenaugenlinse 13 in diesem Beispiel bereitgestellt wird, kann trotzdem eine Fliegenaugenlinse auch als ein zweiter optischer Integrator zwischen der Fliegenaugenlinse 13 und der Lichtquelle 10 oder dem reflektierenden Spiegel 42 bereitgestellt werden. Ferner kann ein röhrenförmiges optisches Element des Typs mit interner Reflexion auch an Stelle der Fliegenaugenlinse 13 verwendet werden.
Wie später im Detail beschrieben wird, ist zusätzlich eine variable Blende 14 (ein Veränderungsapparat oder ein Veränderungsmittel, das die numerische Apertur NAi des optischen Illuminationssystems verändern kann) enthalten, welche eine Mehrzahl von Blenden mit einer vorgegebenen Form oder einer vorgegebenen Größe an einer Position einstellen kann, an welcher die zahlreichen von der Fliegenaugenlinse 13 gebildeten sekundären Lichtquellen gebildet werden.
Der Lichtstrahl von den von der Fliegenaugenlinse 13 gebildeten zahlreichen sekundären Lichtquellen wird von dem reflektierenden Spiegel 18 reflektiert und nachfolgend von dem optischen Kondensorsystem 19 konzentriert, welches eine Mehrzahl von optischen Brechungselementen, beispielsweise Linsen, aufweist. Folglich wird das auf der Strichplatte 20 gebildete Muster, beispielsweise ein Schaltkreismuster, überlagernd und gleichförmig belichtet. Dann wird das Bild des Schaltkreismusters auf der Strichplatte 20 auf dem Werkstück 22 (z. B. ein mit einem Resist beschichteter Wafer) mittels der Projektionslinse 21 gebildet. Folglich wird der den Wafer bedeckende Resist belichtet und das Schaltkreismuster-Bild wird auf das Werkstück (Wafer) 22 übertragen. Die Projektionslinse 21 in diesem Beispiel weist außerdem vollständig optische Elemente, beispielsweise brechende Linsen, auf und eine Blende 110 ist an der Position der Pupille (Eingangspupille) der Projektionslinse 21 angeordnet. Zusätzlich befinden sich die Blende 110 und die variable Blende 16 an optisch entgegengesetzten Positionen.
Dementsprechend wird die Strichplatte 20 von einem Strichplatten-Objekttisch 107 getragen, der sich zweidimensional innerhalb der Ebene senkrecht zur Papierebene von Fig.ll bewegt. Die Positionsinformation von Messsystemen, beispielsweise einem Interferometer-System (nicht dargestellt), das die Position des Strichplatten-Objekttisches 107 misst, wird in das Steuersystem 27 als das Steuermittel eingegeben. Das Steuersystem 27 steuert die Position des Strichplatten-Objekttisches 107 über ein Antriebssystem (nicht dargestellt) basierend auf dieser Positionsinformation.
Zusätzlich ist das Werkstück (Wafer) 22 auf dem Werkstück(Wafer-) Objekttisch 23 befestigt, der sich zweidimensional in der Ebene senkrecht zur Papierebene der Fig.ll bewegt. Die Positionsinformation des Messsystems 108, ähnlich einem Interferometer-System, das die Position dieses Werkstück-Objekttisches 23 misst, wird in das Steuersystem 27 als das Steuermittel eingegeben. Das Steuersystem 27 steuert die Position des Werkstücks (Wafers) 23 über ein Antriebssystem 109 basierend auf dieser Positionsinformation.
In dem in 11 dargestellten Projektionsbelichtungsapparat ist zusätzlich ein Transmissionsgrad-Messsystem bereitgestellt, um Messungen bezüglich des Transmissionsgrades des optischen Illuminationssystems 42 bis 19 und der Projektionslinse 21 durchzuführen. Ein im Zusammenhang mit dem Transmissionsgrad-Messsystem stehender erster Detektor 44b ist unter dem reflektierenden Spiegel 44b angeordnet und ein im Zusammenhang mit dem Transmissionsgrad- Messsystem stehender zweiter Detektor 24 ist an einem Ende des Werkstück- (Wafer-) Objekttisches 23 angeordnet. Ferner ist ein im Zusammenhang mit dem Transmissionsgrad-Messsystem stehender dritter Detektor 112 an einem Ende des Strichplatten-Objekttisches 107 angeordnet.
Zunächst detektiert der unter dem reflektierenden Spiegel 42 (welcher in diesem Falle teilweise durchlässig ist) bereitgestellte erste Detektor 44b die Ausgabe von ArF-Excimerlaser-Licht der Lichtquelle 10 mittels fotoelektrischem Detektierens der Menge an Licht und der Illuminationsintensität und Ähnlichem des von einem Teil des reflektierenden Spiegels 42 transmittierten Lichts. Dann wird die Ausgabe des ersten Detektors 44b in das Steuersystem 27 als das Steuermittel eingegeben.
Indem über das Antriebssystem 109 der an einem Ende des Werkstück- (Wafer-) Objekttisches 23 bereitgestellte zweite Detektor 24 in die Ebene gebracht wird, in welcher das Werkstück (Wafer) 22 als die zu bestrahlende Oberfläche angeordnet wird, (oder die Bildebene der Projektionslinse 21), kann zusätzlich die Menge an Licht und die Illuminationsintensität und Ähnliches in der Ebene, in welcher der Wafer 22 angeordnet ist, (oder in der Bildebene der Projektionslinse 21) detektiert werden. Daraufhin wird die Ausgabe des zweiten Detektors 24 in das Steuersystem 27 als das Steuermittel eingegeben.
Indem über ein Antriebssystem (nicht dargestellt) der an einem Ende des Strichplatten-Objekttisches 107 bereitgestellte dritte Detektor 112 in die Ebene gebracht wird, in welcher die Strichplatte 20 vorzugsweise angeordnet ist, können außerdem die Menge an Licht und die Illuminationsintensität und Ähnliches des der Oberfläche der Strichplatte zugeführten Illuminationslicht-Strahles gemessen werden. Dann wird die Ausgabe des dritten Detektors 112 in das Steuersystem 27 als das Steuermittel eingegeben.
Eine Teilereinheit und eine Diskriminationseinheit (nicht dargestellt) sind innerhalb des Steuersystems 27 bereitgestellt. Die Teilereinheit gib an die Diskriminationseinheit den Wert der Ausgabe des zweiten Detektors 24 geteilt durch die Ausgabe des ersten Detektors 44b (Wert entsprechend dem Licht-Transmissionsgrad des reflektierenden Spiegels 42, des optischen Kondensorsystems 19 und der Projektionslinse 21) oder den Wert der Ausgabe des dritten Detektors 112 geteilt durch die Ausgabe des zweiten Detektors 24 (Wert entsprechend dem Licht-Transmissionsgrad der Projektionslinse 21) aus. Die Diskriminationseinheit entscheidet dann mittels Diskriminierens, ob die Ausgabe von der Teilereinheit einen vorgegebenen Schwellwert erreicht hat, ob der Transmissionsgrad des Projektionsbelichtungsapparats abgefallen ist. Dann startet die Diskriminationseinheit den Belichtungsbetrieb oder führt den Belichtungsbetrieb weiterhin aus oder entscheidet, ob der Photo-reinigungs-Betrieb gestartet wird.
Außerhalb der Kammer 102 sind zusätzlich ein Gasversorgungsapparat 120 zum Zuführen von inertem Gas wie beispielsweise Stickstoff in die Kammer 102 und eine Mehrzahl von zwischen einer Mehrzahl von optischen Komponenten innerhalb der Projektionslinse 21 gebildeten Räumen und einem Gasentladeapparat 130 zum Entladen des Gases innerhalb der Kammer 102 und des Gases innerhalb einer Mehrzahl von zwischen einer Mehrzahl von optischen Komponenten innerhalb der Projektionslinse 21 gebildeten Räumen bereitgestellt.
Ferner ist das inerte Gas nicht auf Stickstoff beschränkt und Gase wie beispielsweise Helium und Argon können ebenfalls verwendet werden.
Dann führt der Gasversorgungsapparat 120 inertes Gas (getrocknetes inertes Gas) wie beispielsweise getrockneten Stickstoff durch das Rohr 122 hindurch der Kammer 102 zu und führt ebenfalls inertes Gas (getrocknetes inertes Gas) wie beispielsweise getrockneten Stickstoff durch das Rohr 124 hindurch der Projektionslinse 21 zu. Der Gasentladeapparat 130 entlädt zusätzlich durch das Rohr 132 hindurch das Gas innerhalb der Kammer 102 und entlädt auch durch das Rohr 134 hindurch das Gas innerhalb der Projektionslinse 21. Der Betrieb des Gasversorgungsapparates 120 zusammen mit dem Gasentladeapparat 130 wird von dem Steuersystem 27 gesteuert.
Als nächstes wird die variable Blende 14 als der Veränderungsapparat oder das Veränderungsmittel beschrieben, der/das die numerische Apertur NA_i des optischen Illuminationssystems in dem oben beschriebenen Projektionsbelichtungsapparat 100 ändert.
Der σ-Wert als der Kohärenzfaktor (oder Belichtungskohärenz) ist definiert durch die Formel σ = NA_i/NA_p, wobei NA_i = sin θ_i die numerische Apertur des optischen Belichtungssystems bestimmt mittels des Strahls R_i parallel zur optischen Achse A, die durch dieses hindurch tritt, von der äußersten Umfangslinie (äußerster Durchmesser) der variablen Blende 14 ist, und NA_p= sin θ_o die numerische Apertur auf der optischen Illuminationssystem-Seite der Projektionslinse 21 bestimmt mittels des Strahls R₀ parallel zur optischen Achse a, die durch die Projektionslinse 21 hindurch tritt, von der äußersten Umgebungslinie (äußerster Durchmesser) der Blende 110 in der Projektionslinse 21 ist, wie in Fig.ll dargestellt ist.
Außerdem ist die Blende 110 zu der variablen Blende 14 in dem optischen Illuminationssystem optisch konjugiert. Da das Bild der variablen Blende 14 (Bild der sekundären Lichtquellen) an der Pupille der Projektionslinse 21 gebildet wird, kann der σ-Wert als der Kohärenzfaktor auch mittels der folgenden Formel definiert werden, wobei D₁₄ der Durchmesser des Bildes der variablen Blende 14 ist und D₁₁₀ der Durchmesser der Blende 110 der Projektionslinse 21 ist: σ = D14/D110
Im Allgemeinen ist der Projektionsbelichtungsapparat derart ausgebildet, dass der σ-Wert des Projektionsbelichtungsapparats in dem fotolithographischen Prozess in dem Bereich von 0,3–0,8 eingestellt ist. In diesem Beispiel ist die in 11 dargestellte variable Blende 14 an der von der Fliegenaugenlinse 13 gebildeten sekundären Lichtquellen-Position einstellbar bereitgestellt.
12 zeigt eine konkretere Konfiguration der in Fig.ll dargestellten variablen Blende 14. Wie in 12 dargestellt ist, hat die variable Blende 14 eine Revolverplatte 140 mit acht Blenden 140a-140h gebildet auf einem transparenten Substrat, beispielsweise Quarz. Die Blenden 140a, 140e bis 140h mit fünf runden Öffnungen haben den Zweck, den σ-Wert aktiv zu verändern. Unter diesen werden die drei Blenden 140e, 140f, 140g während des aktuellen Belichtungsbetriebes verwendet. Die restlichen zwei Blenden 140a, 140h werden während des Photo-reinigungs-Betriebs verwendet.
Die anderen drei Blenden mit modifizierten Öffnungen haben den Zweck, das Auflösungsvermögen der Projektionslinse 21 mittels Verwendens dieser während des Belichtungsbetriebs zu verbessern. Unter diesen haben die zwei Blenden 140c, 140d ringförmige Öffnungen mit gegenseitig unterschiedlichen Ringverhältnissen. Die verbleibende einzelne Blende 140b ist eine Blende mit vier außerzentrischen Öffnungen, um vier außerzentrische sekundäre Lichtquellen zu bilden.
Die Revolverplatte 140 mit den acht Blenden 140a-140h wird mittels des Antriebssystems 146, beispielsweise einem in Fig.ll gezeigten Motor, rotiert. Eine einzelne Blende unter den acht Blenden, nämlich eine Blende mit einer gewünschten Öffnungsform, wird mittels des Antriebssystems 146, welches von dem Steuersystem 27 gesteuert wird, an der sekundären Lichtquellen-Position eingestellt.
13 zeigt auf der Blende 110 innerhalb der Projektionslinse 21 gebildete Bilder der Blenden 140a, 140e bis 140h mit runden Öffnungen von gegenseitig unterschiedlichen Größen. Zunächst, wenn die Blende 140e mit der kleinsten runden Öffnung in den optischen Illuminationspfad eingeführt wird, wird die numerische Apertur NA_i des optischen Illuminationssystems am kleinsten. Zu diesem Zeitpunkt wird das Bild der Blende 140e mit dem Öffnungsdurchmesser D_140e innerhalb der Projektionslinse 110 mit dem Öffnungsdurchmesser D₁₁₀ gebildet und der σ-Wert wird auf 0,4 eingestellt. In anderen Worten, die Beziehung σ = D_140e/D₁₁₀ = NA_i/NA_p = 0, 4 wird geschaffen. Wenn dementsprechend die Blende 140e innerhalb des optischen Illuminationspfades eingeführt wird, kann das Muster der Strichplatte 20 auf das Werkstück (Wafer) 22 basierend auf einem Wert von 0,4 übertragen werden.
Wenn darüber hinaus die Blende 140f mit einer runden Öffnung größer als die Öffnung 140e in den optischen Illuminationspfad eingeführt wird, dann wird die numerische Apertur NA_i des optischen Illuminationssystems größer als wenn die Blende 140e in den optischen Illuminationspfad eingeführt wurde. An diesem Punkt wird das Bild der Blende 140f mit dem Öffnungsdurchmesser D_140f innerhalb der Projektionslinse 21 mit dem Öffnungsdurchmesser D₁₁₀ gebildet und der σ-Wert wird auf 0,6 eingestellt. In anderen Worten, die Beziehung σ = D_140f/D₁₁₀ = NA_i/NA_p = 0, 6 wird geschaffen. Wenn dementsprechend die Blende 140f innerhalb des optischen Illuminationspfades eingeführt wird, kann das Muster der Strichplatte 20 auf das Werkstück (Wafer) 22 basierend auf einem σ-Wert von 0,6 übertragen werden.
Wenn zusätzlich die Blende 1408 mit einer runden Öffnung größer als die Blende 140f in den optischen Illuminationspfad eingeführt wird, dann wird die numerische Apertur NA_i des optischen Illuminationssystems größer als wenn die Blende 140f in den optischen Illuminationspfad eingeführt wurde. An diesem Punkt wird ein Bild der Blende 140g mit einem Öffnungsdurchmesser D_140g innerhalb der Projektionslinse 21 mit einem Öffnungsdurchmesser D₁₁₀ gebildet und der σ-Wert wird auf 0,8 eingestellt. In anderen Worten, die Beziehung σ = D_140g/D₁₁₀ = NA_i/NA_p = 0, 8 wird geschaffen. Wenn dementsprechend die Blende 1408 in den optischen Illuminationspfad eingeführt wird, kann das Muster der Strichplatte 20 auf das Werkstück (Wafer) 22 basierend auf einem σ-Wert von 0,8 übertragen werden.
Wenn außerdem die Blende 140h mit einer runden Öffnung größer als die Blende 1408 in den optischen Illuminationspfad eingeführt wird, dann wird die numerische Apertur NA_i des optischen Illuminationssystems größer als wenn die Blende 1408 in den optischen Illuminationspfad eingeführt wurde. An diesem Punkt wird das Bild der Blende 140h mit einem Öffnungsdurchmesser D_140h mit der gleichen Größe wie der Öffnungsdurchmesser D₁₁₀ der Blende 110 gebildet und der σ-Wert wird auf 1,0 eingestellt. In anderen Worten, die Beziehung σ = D_140h/D₁₁₀ = NA_i/NA_p = 1, 0 wird geschaffen. Wenn dementsprechend die Blende 140h in den optischen Illuminationspfad eingeführt wird, wird der Illuminationslichtstrahl so weit wie der effektive Durchmesser der optischen Elemente wie beispielsweise Linsen aufweisend das optische Kondensorsystem 19 des optischen Illuminationssystems, der effektive Durchmesser der optischen Elemente wie beispielsweise Linsen aufweisend die Projektionslinse 21 und so weit wie der Teil unter dem effektiven Durchmessern dieser optischen Elemente ausreichend geführt. Folglich können Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, die an den Oberflächen dieser optischen Elemente anhaften, mittels des Photo-reinigungs-Effekts aufgrund des Belichtungs-Illuminationslichtstrahles entfernt werden.
Wenn zusätzlich die Blende 140a mit einem runden Durchmesser größer als die Blende 140h in den optischen Illuminationspfad eingeführt wird, dann wird die numerische Apertur NA_i des optischen Illuminationssystems größer als wenn die Blende 140h in den optischen Illuminationspfad eingeführt wurde. An diesem Punkt wird ein Bild der Blende 140a mit einem Öffnungsdurchmesser D_140a derart gebildet, dass es die Blende 110a mit einem Öffnungsdurchmesser D₁₁₀ enthält und der σ-Wert auf 1,2 eingestellt wird. In anderen Worten, die Beziehung σ = D_140a/D₁₁₀ = NA_i/NA_p = 1, 2 wird geschaffen. Wenn zusätzlich die Blende 140a in den optischen Illuminationspfad eingeführt wird, wird der Illuminationslichtstrahl so weit wie der effektive Durchmesser der optischen Elemente wie beispielsweise Linsen enthaltend das optische Kondensorsystem 19 des optischen Illuminationssystems, der effektive Durchmesser der optischen Elemente wie beispielsweise Linsen enthaltend die Projektionslinse 21 natürlich und so weit wie der Linsenumfangsteil unter den effektiven Durchmessern dieser optischen Elemente ausreichend geführt. Folglich kann ein Effekt ausreichend erhalten werden, wobei Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, die an den Oberflächen dieser optischen Elemente anhaften, fotogereinigt werden.
Als nächstes wird der Betrieb dieses Beispiels erklärt. Zunächst wurde es durch verschiedene Experimente offensichtlich, dass, wie in 11 dargestellt ist, der Transmissionsgrad des optischen Systems, welches Teil des Projektionsbelichtungsapparats ist, abfällt, wenn der Illuminationslichtstrahl als das Belichtungslicht nicht zu dem optischen System, welches Teil des Projektionsbelichtungsapparats ist, geführt wird, selbst in einem Zustand, in welchem die Kammer 102 mit einem inerten Gas wie beispielsweise getrocknetem Stickstoff gefüllt ist und von der Atmosphäre isoliert ist. Wenn folglich der Fotolithografie-Prozess zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung durchgeführt wird, wird Schritt 1 ausgeführt, wobei der Transmissionsgrad des optischen Systems, welches Teil des Projektionsbelichtungsapparats 100 ist, (d. h. der reflektierende Spiegel 42 des optischen Illuminationssystems, das optische Kondensorsystem 19, die Projektionslinse 21 und Ähnliches) mittels des Transmissionsgrad-Messsystems verifiziert, bevor der in 1 dargestellte Projektionsbelichtungsapparat gestartet wird und der Belichtungsbetrieb durchführt wird. Das Phänomen, bei dem der Transmissionsgrad von transmittierenden optischen Elementen wie beispielsweise dem optischen Kondensorsystem 19 und der Projektionslinse 21 abfällt, tritt außerdem auf, wenn das Phänomen, bei dem der Reflexionsgrad der reflektierenden optischen Elemente wie beispielsweise dem reflektierenden Spiegel 18 und Ähnliches, reduziert wird.
Wenn der Projektionsbelichtungsapparat 100 über eine Energieversorgung (nicht dargestellt) in einen Startzustand übergeht und Licht der Lichtquellen 10 von einem ArF-Excimerlaser stammt und die Strichplatte 20 nicht vorhanden ist, bringt das Steuersystem 27 in dem Schritt 1 den zweiten Detektor 24, welcher an einem Ende des Werkstück- (Wafer-) Objekttisches 21 bereitgestellt ist, zunächst in eine Belichtungsebene der Projektionslinse 21 über das Antriebssystem 109 ein.
Dann diskriminiert das Steuersystem 27 basierend auf der Ausgabe von dem ersten Detektor 44b, welcher unter dem reflektierenden Spiegel 42 bereitgestellt ist, zusammen mit der Ausgabe von dem zweiten Detektor 24, welcher an einem Ende des Werkstück- (Wafer-) Objekttisches 23 bereitgestellt ist, ob der Licht-Transmissionsgrad eines vorgegebenen optischen Systems, welches Teil des Projektionsbelichtungsapparats 100 ist, einen vorgegebenen Wert erreicht hat. In anderen Worten, die Teilereinheit innerhalb des Steuersystems 27 berechnet das Verhältnis der beiden Ausgaben basierend auf der Ausgabe von dem ersten Detektor 4 und der Ausgabe von dem zweiten Detektor 12. Die Diskriminationseinheit innerhalb des Steuersystems 27 diskriminiert nachfolgend basierend auf deren Berechnungsergebnis, ob die Ausgabe von der Teilereinheit einen vorgegebenen Schwellwert erreicht hat. Wenn die Ausgabe von der Teilereinheit einen vorgegebenen Schwellwert nicht erreicht hat, geht der Betrieb mittels dieser Diskriminationseinheit zu Schritt 3 als den später beschriebenen Belichtungsbetrieb über. Wenn die Ausgabe von der Teilereinheit den vorgegebenen Schwellwert erreicht hat, fährt der Betrieb mittels dieser Diskriminationseinheit zu dem nächsten Schritt 2 als den Photo-reinigungs-Prozess fort.
In Schritt 1 wird es ferner bevorzugt, dass das Steuersystem 27 basierend auf der Ausgabe von dem zweiten Detektor 24, welcher an einem Ende des Werkstück- (Wafer-) Objekttisches 23 bereitgestellt ist, zusammen mit der Ausgabe des dritten Detektors 112, welcher an einem Ende des Strichplatten-Objekttisches 107 bereitgestellt ist, ermittelt, ob der Licht-Transmissionsgrad der Projektionslinse 21 des Projektionsbelichtungsapparats 100 einen vorgegebenen Wert erreicht hat, und entscheidet, ob zu dem Schritt 2 weitergegangen werden soll, nachdem ferner die Diskriminationsergebnisse, die sich auf den Licht-Transmissionsgrad der Projektionslinse 21 beziehen, enthalten sind. An diesem Punkt ist es zum Erhalten der Ausgabe des dritten Detektors 112 notwendig, dass das Steuersystem 27 den dritten Detektor 112, welcher an einem Ende des Strichplatten-Objekttisches 107 vorgesehen ist, in die Ebene einbringt, in welcher die Strichplatte vorzugsweise angeordnet sein sollte.
Zum Ausführen des Photo-reinigungs-Prozesses stellt das Steuersystem 27 in Schritt 2 zunächst die Öffnungsgröße der variablen Blende 14 über das Antriebssystem 146 ein. Dementsprechend rotiert das Steuersystem 27 die Revolverplatte 140 über das Antriebssystem 146 und führt eine geeignete Blende 140a oder 140h in den optischen Illuminationspfad derart ein, dass der σ-Wert 1 oder größer ist.
Mit anderen Worten, das Steuersystem 27 rotiert die Revolverplatte 140 über das Antriebssystem 146 und führt eine geeignete Blende 140a oder 140h in den optischen Illuminationspfad derart ein, dass die folgende Beziehung erfüllt ist: NAi ≥ NAp.
Folglich wird ein Illuminationslichtstrahl so weit wie der effektive Durchmesser der optischen Elemente wie beispielsweise Linsen aufweisend das optische Kondensorsystem 19 des optischen Illuminationssystems, der effektive Durchmesser der optischen Elemente wie beispielsweise Linsen aufweisend die Projektionslinse 21 und ferner der Teil unter den effektiven Durchmessern dieser optischen Elemente ausreichend geführt. Im Ergebnis können Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, die auf den Oberflächen dieser optischen Elemente anhaften, mittels des Photoreinigungs-Effekts aufgrund des Belichtungsilluminations-Lichtstrahles entfernt werden.
Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, dass die Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, die von den Oberflächen der optischen Komponenten mittels des Photo-reinigungs-Effekts aufgrund der Bestrahlung mit dem Belichtungsilluminations-Lichtstrahl entfernt wurden, in der Kammer 102 oder in einer vorgegebenen Mehrzahl von zwischen einer Mehrzahl von optischen Elementen gebildeten Räumen schwebend gehalten werden. Folglich betreibt das Steuersystem 27 den Gasversorgungsapparat 120 zusammen mit dem Gasentladeapparat 130, Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, die von den Oberflächen der optischen Elemente entfernt wurden, zwangsweise nach außerhalb des Apparats zu entladen. Mit anderen Worten, basierend auf einem Befehl des Steuersystems 27 führt der Gasversorgungsapparat 120 inertes Gas wie beispielsweise erneut getrockneten Stickstoff in die Kammer 102 durch das Rohr 122 hindurch und in die Projektionslinse 21 durch das Rohr 124 hindurch ein. Dazu gleichzeitig entlädt der Gasentladeapparat 130 basierend auf einem Befehl des Steuersystems 27 das inerte Gas, das Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches enthält, von innerhalb der Kammer 102 durch das Rohr 132 hindurch und das inerte Gas, das Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches enthält, von innerhalb der Projektionslinse 21 durch das Rohr 134 hindurch nach außerhalb des Projektionsbelichtungsapparats 100.
Da die Kammer 102 und die Projektionslinse 21 mit inertem Gas wie beispielsweise Stickstoff, welcher mittels Entfernens von Feuchtigkeit und organischer Materie und Ähnlichem gereinigt wurde, gefüllt sind, kann darauf basierend der Transmissionsgrad des optischen Systems, welches Teil des Projektionsbelichtungsapparates ist, in seinen Ursprungszustand zurückversetzt werden. Obwohl inertes Gas wie beispielsweise erneut getrockneter Stickstoff jeweils in die Kammer 102 sowie die Projektionslinse 21 mittels des Gasversorgungsapparates 120 während des Photo-reinigungs-Prozesses von Schritt 2 eingeführt wird, ist es außerdem vorzuziehen, eine Konfiguration einzunehmen, bei der ein stark oxidierendes Gas wie beispielsweise Sauerstoff (O₂), Ozon (O₃) oder aktiver Sauerstoff (O*) in das inerte Gas wie beispielsweise Stickstoff zum Zuführen hinzugemischt wird. Im Ergebnis wird der Photo-reinigungs-Effekt mittels der Wirkung des stark oxidierenden Gases beschleunigt und ein großer Effekt kann erwartet werden. Zum gleichen Zeitpunkt wie der Übergang von dem Belichtungsprozess des Schrittes 1 zu dem Photo-reinigungs-Prozess des Schrittes 2 wird auch Luft in mindestens eine der Kammer 102 oder der Projektionslinse 21 eingelassen. Nachfolgend kann der Photo-reinigungs-Prozess des Schrittes 2 in einer Luftumgebung gestartet werden und kann schrittweise durch das inerte Gas ersetzt werden.
Wenn der Photo-reinigungs-Prozess des Schrittes 2 beendet ist, geht der Betrieb zu dem Belichtungsbetrieb als den dritten Schritt über. In Schritt 3 wird die aktuelle Belichtungsoperation durchgeführt. Wenn die Strichplatte 20 auf dem Strichplatten-Objekttisch 107 eingeführt ist (nämlich die Musteroberfläche der Strichplatte 20 in der Objektebene der Projektionslinse 21 eingeführt ist), bringt das Steuersystem 27 die Belichtungsoberfläche 22s des Werkstückes (Wafers) 22, der mittels des Werkstück- (Wafer-) Objekttisches 23 über das Antriebssystem 109 getragen wird, in die Bildebene der Projektionslinse 21 ein. Dazu gleichzeitig stellt das Steuersystem 27 die Öffnungsgröße der variablen Blende 14 über das Antriebssystem 146 ein.
Dementsprechend werden die Belichtungsbedingungen, wie beispielsweise der σ-Wert und die Belichtungskarte, in Zusammenhag mit welcher das zu belichtende Werkstück (Wafer) 22 mit jeder Belichtungsvollendung sequenziell getragen wird, in die Speichereinheit (nicht dargestellt) innerhalb des Steuersystems 27 über das Eingabesystem 160, welches ein Steuerpult sein kann, vor-eingegeben. Basierend auf diesen Eingabe-Informationen rotiert das Steuersystem 27 die Revolverplatte 140 über das Antriebssystem 146 und stellt eine gewünschte Blende aus den sechs Blenden 140b bis 140g zur Belichtung ein. Darauf basierend kann das Muster der Strichplatte 20 unter der Bedingung des gewünschten σ-Wertes auf das Werkstück (Wafer) 22 in einem Zustand übertragen werden, bei dem der Transmissionsgrad eines vorgegebenen optischen Systems des Projektionsbelichtungsapparates wiederhergestellt ist. Im Ergebnis kann ein zufrieden stellendes mikroskopisches Musterbild originalgetreu auf das Werkstück (Wafer) 22 übertragen werden und hochintegrierte zufrieden stellende Halbleitervorrichtungen können mit hohem Durchsatz hergestellt werden.
Auch wenn der Belichtungsbetrieb des obigen Schrittes 3 durchgeführt wird, gibt es außerdem Fälle, bei denen Kontaminierungen wie beispielsweise Feuchtigkeit und organische Materie innerhalb der Kammer 102 und der Projektionslinse 21 anhaften, wodurch der Transmissionsgrad des optischen Systems in dem Projektionsbelichtungsapparat 100 reduziert wird.
Wenn folglich n als eine Ganzzahl von 1 oder größer gegeben ist, wird der Belichtungsbetrieb erst dann gestoppt, der Betrieb kehrt zu Schritt 1 zurück und der Transmissionsgrad wird gemessen, nachdem die Belichtung des n-ten photosensitiven Substrates seit dem Start der Belichtung beendet wurde und bevor die Belichtung des n + 1-ten photo-sensitiven Substrates ausgeführt wird. Beispielsweise kehrt der Betrieb zu dem Transmissionsgrad-Messprozess von Schritt 1 in einem periodischen Schritt zurück, nachdem die Belichtung von jeweils 300 bis 500 Werkstücken (Wafern) 22 vollendet wurde. Das Steuersystem 27 bestätigt dann wiederum mittels des Transmissionsgrad-Messsystems den Transmissionsgrad eines vorgegebenen optischen Systems, das Teil des Projektionsbelichtungsapparates 100 (der reflektierende Spiegel 18 des optischen Illuminationssystems, das optische Kondensorsystem 19 und die Projektionslinse 21 und Ähnliches) ist.
Wenn ein Abfall in dem Transmissionsgrad eines vorgegebenen optischen Systems, das Teil des Projektionsbelichtungsapparates ist, nicht bestätig wird, kehrt der Betrieb wieder zu Schritt 3 zurück und der Belichtungsbetrieb wird fortgesetzt. Wenn ein Abfall in dem Transmissionsgrad eines vorgegebenen optischen Systems, das Teil des Projektionsbelichtungsapparates ist, bestätigt wird, kehrt der Betrieb wieder zu Schritt 2 zurück und der Photoreinigungs-Prozess wird durchgeführt.
Wie gemäß dem Obigem verstanden werden kann, ist es, da der Illuminationslichtstrahl so weit wie ein Teil unter dem effektiven Durchmesser eines jeden optischen Elements des optischen Systems während der Belichtung geführt wird, vorzuziehen, die numerische Apparatur des optischen Illuminationssystems zu ändern, so dass die Bedingung NA_i1 > NA_i2 in diesem Beispiel erfüllt ist, wobei NA_i1 die numerische Apertur des optischen Illuminationssystems in dem Photo-reinigungs-Prozess des oben erwähnten Schrittes 2 ist und NA_i2 die numerische Apertur des optischen Illuminationssystems in dem Belichtungsprozess des oben beschriebenen Schrittes 2 ist.
Da ferner der Illuminationslichtstrahl zuverlässiger ist und so weit wie der Teil unter dem effektiven Durchmesser eines jeden optischen Elements des optischen Systems während der Belichtung ausreichend geführt wird, ist es vorzuziehen, die numerische Apertur des optischen Illuminationssystems derart zu verändern, dass die Bedingung NA_i ₁≥ NAp (in anderen Worten, die Bedingung σ ≥ 1) erfüllt ist.
In dem oben beschriebenen Beispiel wurde ferner die Tatsache erwähnt, dass der σ-Wert in dem Photo-reinigungs-Prozess auf 1 oder darüber eingestellt wurde. Jedoch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt und die numerische Apertur des optischen Illuminationssystems in dem Photo-reinigungs-Prozess kann derart eingestellt sein, dass der maximale σ-Wert größer ist als der maximale σ-Wert während des Belichtungsbetriebs. In diesem Falle ist es vorzuziehen, die folgende Beziehung zu erfüllen, um einen zufrieden stellenderen Photo-reinigungs-Effekt zu erzielen: NAi ≥ 0, 85 NAp oder NAi 1 ≥ 0, 85 NAp.
In dem oben beschriebenen Beispiel kann zusätzlich ein größerer Photo-reinigungs-Effekt erwartet werden, wenn Photoreinigung in dem Photo-reinigungs-Prozess unter Verwenden einer Strichplatte zum Photo-reinigen mit einem vorgegebenen Muster wie beispielsweise einem Beugungsgitter durchgeführt wird, da das Licht aufgrund des gebeugten Lichts der Strichplatte zum Photo-reinigen und Ähnlichem durch das gesamte optische System geführt werden kann.
Das obige Arbeitsbeispiel beschrieb den Fall, bei dem die Projektionslinse 21 vollständig brechende optische Elemente aufwies. Jedoch ist diese Erfindung nicht auf diese beschränkt und kann ein katadioptrisch-artiges optisches Projektionssystem aufweisen, das brechungsartige optische Elemente wie beispielsweise Linsen und reflexionsartige optische Elemente wie beispielsweise Spiegel enthält. Die Projektionslinse 21 kann außerdem auch im Wesentlichen oder vollständig reflexionsartige optische Elemente wie beispielsweise Spiegel aufweisen. Wenn die Projektionslinse 21 hauptsächlich reflexionsartige optische Elemente wie beispielsweise Spiegel aufweist, überwiegt die Messung des Reflexionsgrades des optischen Systems über dem Transmissionsgrad des optischen Systems, jedoch ist dies in dem Konzept dieser Erfindung immer noch enthalten, bei dem der Transmissionsgrad des optischen Systems gemessen wird. Da die für das Photo-reinigen als wesentlich erkannte Wellenlänge des Lichts eine kurze Wellenlänge von unter 200 nm ist, ist es außerdem äußerst effektiv, eine Photoreinigungs-Funktion in einem Belichtungsapparat bereitzustellen, der mit einer Lichtquelle mit einer kurzen Wellenlänge von unter 200 nm belichtet.
Als nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Projektionslinse für einen Projektionsbelichtungsapparat beschrieben.
In Schritt 1 werden Linsenelemente L₁ – L₅ als die optischen Elemente, die das optische Projektionssystem in Übereinstimmung mit Entwurfswerten wie beispielsweise vorgegebenen Linsendaten aufweisen, und Linsentubusse B₁ – B₅, die die Linsenelemente tragen, hergestellt, wie in 14 dargestellt ist. Insbesondere werden die Linsenelemente L₁ – L₅ unter Verwenden bereits bekannter Linsen-Herstellungsmaschinen zunächst hergestellt, so dass diese einen Krümmungsradius und eine Achsendicke in Übereinstimmung mit den vorgegebenen Entwurfswerten entsprechend basierend auf den vorgegebenen optischen Materialien haben. Nachfolgend wird mittels bereits bekannter Vakuum-Abscheideapparate ein Antireflexionsfilm auf den Oberflächen der hergestellten Linsenelemente L₁ – L₅ erzeugt, um Licht der Belichtungswellenlänge (nachfolgend Licht von 193 nm) effizient zu übertragen. Die Linsentubusse B₁ – B₅, die die Linsenelemente tragen, werden unter Verwenden bereits bekannter Metall-Herstellungsmaschinen auf eine Form mit vorgegebenen Dimensionen entsprechend basierend auf den vorgegebenen Materialien (rostfreier Stahl und Messing und Ähnliches) hergestellt. Zusätzlich werden mittels Metall-Bearbeitungsmaschinen Durchgangslöcher für das Einbringen und Entladen von inertem Gas wie beispielsweise Stickstoff in den vorgegebenen Linsentubussen B₁ – B₅ hergestellt.
Wenn die Herstellung der Teile, die die Projektionslinse 21 enthalten, beendet ist, wie oben beschrieben, geht der Betrieb zu dem Zusammenbau-Prozess der Projektionslinse 21 in Schritt 2 über. In Schritt 2 werden die Linsenelemente L₁ – L₅, die in Schritt 1 hergestellt wurden, in den in dem gleichen Schritt 1 hergestellten Linsentubussen B₁ – B₅ zusammengebaut, wie in 14 gezeigt ist, und fünf geteilte Linsentubus-Einheiten werden hergestellt. An diesem Punkt werden außerdem Einlassrohre 124a–124d, an welche einlassseitige Ventile V₁₁ – V₁₄ angeschlossen sind, und Entladungsrohre 134a–134d, an welche entladungsseitige Ventile V₂₁– V₂₄ angeschlossen sind, an die zahlreichen Durchgangslöcher angeschlossen, die in den vorgegebenen fünf Linsentubusse B1 – B5 gebildet sind.
Wie in 14 dargestellt ist, wenn die Herstellung der obigen fünf geteilten Linsentubus-Einheiten beendet ist, wird der Zusammenbau der geteilten Linsentubus-Einheiten mittels Anordnens und Ausrichtens einer jeden geteilten Linsentubus-Einheit beendet, während dazwischen Dichtungen WA₁ – WA₄ angeordnet werden. Nachdem das optische Projektionssystem zusammengebaut wurde, wird dann zum Bestätigen der optischen Leistungsfähigkeit davon beispielsweise ein Testmuster (nicht dargestellt) in der Objektebene (nicht dargestellt) der Projektionslinse 21 angeordnet und das in der Bildebene (nicht dargestellt) der Projektionslinse 21 gebildete Testmusterbild (nicht dargestellt) wird durch eine Fernsehkamera (nicht dargestellt) betrachtet. Wenn der Zusammenbau-Prozess der Projektionslinse 21 in dem obigen Schritt 2 beendet ist, geht der Betrieb zu dem Photoreinigungs-Prozess über.
Die Arbeit in dem obigen Schritt 1 und Schritt 2 muss grundsätzlich in der Atmosphäre (Luft) durchgeführt werden. In solch einer Umgebung haften in der Atmosphäre enthaltene Feuchtigkeit und organisches Material an den Oberflächen der Linsenelemente L₁ – L₅ an, was eine erhebliche Abnahme des Transmissionsgrades der zusammengebauten Projektionslinse 21 zur Folge hat.
Dementsprechend wird die in Schritt 2 zusammengebaute Projektionslinse 21 in dem Schritt 3 mit Licht einer Wellenlänge bestrahlt, die die gleiche ist wie das Belichtungslicht, und die an den Oberflächen der Linsenelemente, die die Projektionslinse 21 enthalten, anhaftende Feuchtigkeit und organisches Material werden entfernt. Da die zum Durchführen des Photo-reinigens als notwendig erachtete Wellenlänge des Lichtes außerdem eine kurze Wellenlänge von unter 200 nm ist, ist es effektiv, den Photo-reinigungs-Prozess beim Herstellen eines optischen Projektionssystems für einen Belichtungsapparat zu verwenden, der mit Licht einer kurzen Wellenlänge von unter 200 nm belichtet.
15 stellt ein schematisches Blockdiagramm des Photoreinigungs-Apparates 170 zum Bestrahlen der in Schritt 2 zusammengebauten Projektionslinse 21 mit Licht einer Wellenlänge, die die gleiche wie das Belichtungslicht ist, dar. In 15 sind Komponenten mit der gleichen Funktion in dem Projektionsbelichtungsapparat 100 der Fig.ll mit gleichen Symbolen bezeichnet. Wie in 15 dargestellt ist, wird die in Schritt 2 zusammengebaute Projektionslinse 21 zunächst in die Kammer 102 des Photo-reinigungs-Apparats eingebaut. Mit anderen Worten, die Projektionslinse 21 wird derart befestigt, dass die Objektebene der Projektionslinse 21 mit der zu bestrahlenden Oberfläche an der hinteren Fokusposition des optischen Kondensorsystems 19 in dem optischen Illuminationssystem zusammenfällt. Dann werden die vier Einlassrohre 124a–124d, an welche die Einlassventile V₁₁ – V₁₄ angeschlossen sind, wie in 14 dargestellt ist, an das in 15 dargestellte Einlassrohr 124 angeschlossen. Zusätzlich werden die vier Auslassrohre 134a–134d, an welche die Auslassventile V₂₁– V₂₄ angeschlossen sind, an das in 15 dargestellte Auslassrohr 134 angeschlossen. Wenn der obige Aufbau beendet ist, wie in 15 dargestellt ist, betreibt das Steuersystem 27 den Gaszuführapparat 120 und den Gasentladeapparat 130. Inertes Gas wie beispielsweise getrockneter Stickstoff wird jeweils in die Kammer 102 und die Projektionslinse 21 mittels des Gasversorgungsapparates 120 zugeführt. Die Luft in der Kammer 102 und der Projektionslinse 21 wird mittels des Gasentladeapparates 130 entladen. Dann wird das inerte Gas in der Kammer 102 und der Projektionslinse 21 mit Luft ersetzt.
Wenn die Kammer 102 und die Projektionslinse 21 ausreichend mit inertem Gas gefüllt sind, wird ArF-Excimerlaser-Licht von der Lichtquelle 10, welche gepulstes Licht mit einer Ausgangswellenlänge gleich der Belichtungswellenlänge (beispielsweise 193 nm) oszilliert, in den Photo-reinigungs- Apparat 170 hinein durch das Fenster 104 hindurch geführt. Das durch das lichttransmittierende Fenster 104 hindurch tretende Laserlicht wird von dem reflektierenden Spiegel 174 reflektiert, zu der Fliegenaugenlinse 13 (d. h. optischer Integrator 13) geführt und bildet zahlreiche Lichtquellen (sekundäre Lichtquellen) auf der Ausgangsoberflächenseite der Fliegenaugenlinse 13.
Die Blende 14 mit einer runden Öffnung mit einer vorgegebenen Größe wird an der Position bereitgestellt, an welcher die mittels dieser Fliegenaugenlinse 13 gebildeten zahlreichen sekundären Lichtquellen gebildet werden. Die Blende 14 ist derart aufgebaut, dass sie die Bedingung NA₁₁≥ NA_p (nämlich die Bedingung σ ≥ 1) erfüllt, wobei NA_i ₁ die numerische Apertur des optischen Illuminationssystems in diesem Prozess (Photo-reinigungs-Prozess) ist.
Nachdem der Lichtstrahl von den zahlreichen sekundären Lichtquellen mittels des reflektierenden Spiegels 18 reflektiert wurde, wird er mittels des optischen Kondensorsystems 19 konzentriert und belichtet die zu bestrahlende Oberfläche in überlagernder und gleichförmiger Weise. Der Lichtstrahl, der durch diese zu bestrahlende Oberfläche hindurch getreten ist, tritt durch die Projektionslinse 21 hindurch. Dadurch kann Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, welche auf der Oberfläche der Mehrzahl von optischen Elementen L₁ – L₅, die die Projektionslinse 21 enthalten, anhaften, mittels des Photoreinigungs-Effekts aufgrund des Belichtungsilluminations-Lichtstrahls entfernt werden.
Aufgrund des Photo-reinigungs-Effekts gibt es wegen der Bestrahlung mit dem obigen Belichtungsilluminations- Lichtstrahl eine Möglichkeit, dass Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, welche von den Oberflächen der Mehrzahl von optischen Elementen L₁ – L₅, die die Projektionslinse 21 enthalten, in die Kammer 102 oder in die vorgegebene Mehrzahl von zwischen der Mehrzahl von optischen Komponenten gebildeten Räumen schwebend gehalten werden kann. Folglich betreibt das Steuersystem 27, gleichzeitig mit der Ausführung des Photo-reinigungs-Prozesses, den Gasversorgungsapparat 120 und den Gasentladeapparat 130, um die Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, die von den Oberflächen der optischen Elemente entfernt wurden, zwangsweise nach außerhalb des Apparates zu entladen. Mit anderen Worten, basierend auf einem Befehl des Steuersystems 27 führt der Gasversorgungsapparat 120 inertes Gas wie beispielsweise erneut getrockneten Stickstoff in die Kammer 102 durch das Rohr 122 hindurch und in die Projektionslinse 21 durch das Rohr 124 hindurch zu. Gleichzeitig hiermit entlädt der Gasentladeapparat 130, basierend auf einem Befehl des Steuersystems 27, das inerte Gas, das die Feuchtigkeit und die organische Materie und Ähnliches enthält, von innerhalb der Kammer 102 durch das Rohr 132 hindurch und das inerte Gas, das die Feuchtigkeit und die organische Materie und Ähnliches enthält, von innerhalb der Projektionslinse 21 durch das Rohr 134 hindurch nach außerhalb des Projektionsbelichtungsapparates.
Da die Kammer 102 und die Projektionslinse 21 mit inertem Gas wie beispielsweise Stickstoff gefüllt werden, das mittels Beseitigens von Feuchtigkeit und organischer Materie und Ähnlichem gereinigt wurde, ist es im Ergebnis möglich, den Transmissionsgrad der Projektionslinse 21 in seinen Ursprungszustand zurückzuversetzen.
Beim Durchführen des Photo-reinigungs-Prozesses von Schritt 3 wird außerdem inertes Gas wie beispielsweise erneut getrockneter Stickstoff mittels des Gasversorgungsapparates 120 in die Kammer 102 und die Projektionslinse 21 zugeführt. Es ist jedoch zu bevorzugen, das mittels des Gasversorgungsapparates 120 zugeführte inerte Gas wie beispielsweise Stickstoff mit einem stark oxidierenden Gas wie beispielsweise Sauerstoff (O_z), Ozon (O₃) oder aktivem Sauerstoff (O*) zu vermischen. Im Ergebnis wird der Photoreinigungs-Effekt aufgrund der Wirkung des stark oxidierenden Gases beschleunigt und ein größerer Effekt kann erwartet werden.
Zusätzlich ist es zu bevorzugen, den Transmissionsgrad der Projektionslinse 21 vor und nach dem Ausführen des Photoreinigungs-Prozesses von Schritt 3 zu messen. In diesem Falle wird der bewegliche dritte Detektor 112 entlang der zu bestrahlenden Oberfläche des optischen Illuminationssystems angeordnet und der bewegliche zweite Detektor 24 wird entlang der Bildebene der Projektionslinse 21 angeordnet. Beim Messen des Transmissionsgrades der Projektionslinse 21 wird der dritte Detektor 112 an die zu bestrahlende Oberfläche gebracht und der zweite Detektor 24 wird an die Bildebene der Projektionslinse 21 gebracht.
Das Steuersystem 27 kann dann derart ausgebildet sein, dass basierend auf der Ausgabe des dritten Detektors 112 und der Ausgabe des zweiten Detektors 24 es diskriminiert, ob der Licht-Transmissionsgrad der Projektionslinse 21 einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Wenn der Licht-Transmissionsgrad der Projektionslinse 21 vor dem Ausführen des Photo-reinigungs-Prozesses des Schrittes 3 gemessen wird, kann folglich abgeschätzt werden, wie lange das ArF- Excimerlaser-Licht von der Lichtquelle 10 bestrahlt werden sollte. Wenn der Transmissionsgrad der Projektionslinse 21 nach dem Ausführen des Photo-reinigungs-Prozesses des Schrittes 3 gemessen wird, kann außerdem der Wiederherstellungszustand des Licht-Transmissionsgrades der Projektionslinse 21 bestätigt werden.
Wenn es notwendig ist, die Projektionslinse 21 in dem Zustand, in dem der Photo-reinigungs-Prozess des obigen Schrittes 3 beendet wurde, erneut einzurichten, wird die Projektionslinse 21 aus der Kammer 102 des Projektionsbelichtungsapparates 170 in 15 entfernt und der Betrieb kehrt zu Schritt 2 zurück. Wenn bei Beendigung des Schrittes 3 bestätigt wird, dass eine ausreichende Bilderzeugungs-Leistungsfähigkeit für die Projektionslinse 21 in dem oben beschriebenen Schritt 1 erreicht wurde, wird der Projektionsbelichtungsapparat mittels Entfernens des optischen Projektionssystems aus der Kammer 104 des Photoreinigungs-Apparates in 5 und Anbringens von diesem in dem optischen Belichtungsapparatkörper, wie in l dargestellt ist, zusätzlich vervollständigt.
Bezug nehmend auf das in Fig.ll und 15 dargestellte Ausführungsbeispiel, wenn die Projektionslinse 21 lediglich eine Mehrzahl von optischen Spiegeln (z. B. ebener Spiegel, konkaver Spiegel oder konvexer Spiegel) hat, ist es möglich, dass das Steuersystem 27 einen Reflexionsgrad des optischen Projektionssystems 21 basierend auf Ausgabesignalen von den zweiten und dritten Detektoren 24 und 112 detektiert. Weiterhin Bezug nehmend auf das in Fig.ll und 15 dargestellte Ausführungsbeispiel, wenn das optische Illuminationssystem eine Mehrzahl von optischen Spiegeln (z. B. ebener Spiegel, konkaver Spiegel oder konvexer Spiegel) hat, ist es möglich, dass das Steuersystem 27 einen Reflexionsgrad des optischen Illuminationssystems basierend auf den Ausgabesignalen von dem zweiten Detektor 24 detektiert.
Zusammenfassend gemäß der oben beschriebenen Erfindung, da Feuchtigkeit und organische Materie und Ähnliches, die an dem optischen System, welches den Projektionsbelichtungsapparat aufweist, anhaften, mittels Photo-reinigung entfernt werden können, kann ein zufrieden stellendes Strichplatten-Musterbild auf ein photo-sensitives Substrat übertragen werden. Darüber hinaus können, auch wenn der Transmissionsgrad des optischen Projektionssystems in einem Fotolithographie-Prozess, das ein Belichtungsverfahren enthält, abfällt, Halbleitervorrichtungen wie beispielsweise LSIs mit einem höheren Grad an Integration hergestellt werden, da der Transmissionsgrad des optischen Projektionssystems mittels eines neuen Anwendens eines Photoreinigungs-Prozesses ausreichend wiederhergestellt werden kann und da ein feineres Muster auf ein photo-sensitives Substrat übertragen werden kann. Wenn der erfindungsgemäße Photo-reinigungs-Prozess beim Herstellen des optischen Projektionssystems verwendet wird, wird es zusätzlich möglich, die Zusammenbau- und Ausrichtungsarbeit des optischen Projektionssystems in einer normalen Arbeitsumgebung durchzuführen, und der Transmissionsgrad des optischen Projektionssystems kann ausreichend sichergestellt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen die technischen Details dieser Erfindung klarstellen. Beispielsweise sind die optischen Komponenten als einzelne Elemente beschrieben und in den Figuren dargestellt, wo hingegen in der Praxis ein Fachmann wissen wird, dass derartige Komponenten mehrere Elemente enthalten können. Zusätzlich können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden (z.B. das Ausführungsbeispiel mit der oszillierenden Linse kann in dem optischen Belichtungsapparat 5 mit einigen offensichtlichen Modifikationen angewendet werden), um andere optische Belichtungsapparate mit Photoreinigungs-Fähigkeit zu erzeugen. Da einige Veränderungen an den hierin offenbarten Apparaten und Verfahren mit Bezug auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele durchgeführt werden können, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen, ist es daher beabsichtigt, dass alle in der obigen Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Gegenstände in einem beschreibenden und nicht in einem begrenzenden Sinne zu interpretieren sind.

Claims

Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) aufweisend: a) eine Licht einer vorgegebenen Wellenlänge emittierende Lichtquelle (10); b) ein optisches System aufweisend eine Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21) zum Belichten eines photosensitiven Substrates (22) mit dem Licht der vorgegebenen Wellenlänge; und c) eine photo-reinigende Einheit (30) zum Verbessern entweder (i) des Transmissionsgrades oder (ii) des Reflexionsgrades von mindestens einem der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21); wobei die photo-reinigende Einheit (30) eingerichtet ist zum optischen Reinigen einer Oberfläche des mindestens einen der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21) mittels des von dem mindestens einen der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21) geleiteten Lichts der vorgegebenen Wellenlänge.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß Anspruch 1, bei dem die photoreinigende Einheit (30) zwischen der Lichtquelle (10) und dem photosensitiven Substrat (22) angeordnet ist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß Anspruch 1, bei dem das optische System zwischen der Lichtquelle (10) und der photoreinigenden Einheit (30) angeordnet ist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: a) ein Messsystem (24, 26, 34, 36; 42, 44a, 44b) zum Messen entweder (i) des Transmissionsgrades oder (ii) des Reflexionsgrades des mindestens einen der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21); und b) ein mit der photo-reinigenden Einheit (30) und dem Messsystem (24, 26, 34, 36; 42, 44a, 44b) verbundenes Steuersystem (27, 32) zum Verändern der photoreinigenden Einheit (30).
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das optische System ein optisches Illuminationssystem (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19) aufweist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das optische System ein optisches Illuminationssystem (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19) und ein optisches Projektionssystem (21) aufweist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: A) eine Strichplatte (20) mit einem Muster, wobei die Strichplatte (20) benachbart zu dem optischen Illuminationssystem (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19) angeordnet ist; B) eine variable Blende (14, 16) zum Steuern einer numerischen Apertur des optischen Illuminationssystems (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19); C) ein Transmissionsgrad-Messsystem (24, 26); D) einen Lichtstrahl (11); und E) ein mit dem Transmissionsgrad-Messsystem (24, 26) und der variablen Blende (14, 16) verbundenes Steuersystem (27, 32) zum Verändern der variablen Blende (14, 16), um so die numerische Apertur zu verändern; wobei a) die variable Blende (14, 16) Teil des optischen Illuminationssystems (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19) ist; b) das optische Illuminationssystem (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19) die variable Blende (14, 16) aufweist und einen optisches Illuminationssystem-Transmissionsgrad hat; c) das optische Projektionssystem (21) benachbart zu der Strichplatte (20) und gegenüberliegend dem optischen Illuminationssystem (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19) sowie benachbart zu einem photosensitiven Substrat (22) angeordnet ist und einen Projektionslinsen-Transmissionsgrad hat; und d) das Transmissionsgrad-Messsystem (24, 26) zumindest einen von dem optisches Illuminationssystem-Transmissionsgrad und dem Projektionslinsen-Transmissionsgrad misst.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das optische Illuminationssystem (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19) eine numerische Apertur NA_i hat, das optische Projektionssystem (21) eine numerische Apertur NA_p hat und bei dem die photo-reinigende Einheit (30) wirksam ist zum Erfüllen der Bedingung NA_i ≥ NAp .
Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, welches die nachfolgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines optischen Systems mit einer Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21), um so eine Strichplatte (20) mit einem Muster auf ein photosensitives Substrat (22) zu belichten; b) Photo-Reinigen von mindestens einem der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21), dadurch Vergrößern entweder (i) des Transmissionsgrades oder (ii) des Reflexionsgrades des mindestens einen der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21) mittels Leitens von Licht einer vorgegebenen Wellenlänge, welches von dem mindestens einen der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21) des optischen Systems geleitetet wird; und c) Belichten des Strichplatten-Musters auf das photosensitive Substrat (22) unter Verwenden des optischen Systems.
Verfahren gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend den nachfolgenden Schritt: d) Messen entweder (i) des Transmissionsgrades oder (ii) des Reflexionsgrades des mindestens einen der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21).
Verfahren gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend den Schritt des Ermittelns, ob mindestens einer der Schritte b) und c) ausgeführt wurde oder ob der Schritt c) ausgeführt wurde, basierend auf dem Schritt d).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei: A) Schritt c) mittels Beleuchtens des Musters auf der Strichplatte (20) mit von einem optischen Illuminationssystem, welches in der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21) enthalten ist, erzeugten Licht und Projizierens eines Bildes des Musters durch eine optisches Projektionssystem (21), welches in der Mehrzahl optischer Elemente (15a, 15b, 17, 18, 19, 20, 21) enthalten ist, n Mal (n ≥ 0) durchgeführt wird, wobei das optische Projektionssystem (21) einen optischen Projektionssystem-Transmissionsgrad hat; und B) Schritt b) nach n Belichtungen vor Durchführen einer n + 1 Belichtung mit dem Licht von dem optischen Illuminationssystem durchgeführt wird, um so zum Wiederherstellen eines optimalen Transmissionsgrades des optischen Projektionssystems (21) den optischen Projektionssystem-Transmissionsgrad zu verbessern.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, ferner aufweisend den nachfolgenden Schritt: e) Steuern des optischen Systems derart, dass es in dem Schritt b) während des Bestrahlungsprozesses eine numerische Apertur NA_i ₁ und in dem Schritt c) während des Durchführens des Belichtungsprozesses eine numerische Apertur NA_i2 hat, und dass NAi1 ≥ NAi2.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem das optische System ein optisches Projektionssystem (21) mit einer numerischen Apertur NA_p und ein optisches Illuminationssystem (10, 14, 15a, 15b, 16, 17, 18, 19) mit einer numerischen Apertur NA_i1 aufweist, und bei dem in dem Schritt b) der Belichtungsprozess so durchgeführt wird zum Erfüllen der Bedingung NAi1 ≥ NAp.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das optische System ein optisches Projektionssystem (21) mit einer Mehrzahl optischer Komponenten (L1, L2, L3, L4, L5) mit einer Mehrzahl von Zwischenräumen (C1, C2, C3, C4) dazwischen aufweist, und ferner aufweist den Schritt des Einblasens eines inerten Gases in die Mehrzahl von Zwischenräumen (Cl, C2, C3, C4) des optischen Projektionssystems (21), und dann des Ausströmens des inerten Gases aus der Mehrzahl von Zwischenräumen (Cl, C2, C3, C4) .
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, ferner aufweisend den Schritt des Einblasens eines vorgegebenen Gases in das optische System (13, 14, 18, 19, 20, 21).
Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner aufweisend den Schritt des Ausströmens des vorgegebenen Gases aus dem optischen System (13, 14, 18, 19, 20, 21).
Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, bei dem das vorgegebene Gas ein inertes Gas aufweist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend eine Ausström-Einheit (130) zum Ausströmen des vorgegebenen Gases aus dem optischen System.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß Anspruch 19, bei dem das vorgegebene Gas ein inertes Gas aufweist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und 19 und 20, bei dem die photo-reinigende Einheit (30) ein photo-reinigendes Teil (72) aufweist, welches an einer Stelle angeordnet ist, wo eine Strichplatte (20) mit einem vorgegebenen Muster platziert ist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und 19 bis 21, bei dem das optische System eine Strahlveränderungseinheit (14) zum Verändern eines Strahls der Lichtquelle (10) in einen ringförmigen Strahl und zum Verändern eines Ringverhältnisses des ringförmigen Strahls aufweist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und 19 bis 21, bei dem das optische System eine Strahlveränderungseinheit (14) zum Verändern eines Strahls der Lichtquelle (10) in mehrere außermittige Strahlen aufweist.
Optischer Belichtungsapparat (5; 40; 50; 55; 65; 70; 75; 80; 85; 100; 170) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und 19 bis 23, bei dem die Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle (10) kleiner als 200 nm ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 18, bei dem der Schritt b) den Schritt des Verwendens eines Belichtungslichts mit der in Schritt c) verwendeten, vorgegebenen Wellenlänge aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 18 und 25, bei dem der Schritt c) ferner den Schritt des Verwendens einer in dem optischen System enthaltenen Strahlveränderungseinheit (14) aufweist, um so einen Strahl der Lichtquelle (10) in einen ringförmigen Strahl zu verändern und ein Ringverhältnis des ringförmigen Strahls zu verändern.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 18 und 25, bei dem der Schritt c) ferner den Schritt des Verwendens einer in dem optischen System enthaltenen Strahlveränderungseinheit (14) aufweist, um so einen Strahl der Lichtquelle (10) in mehrere außermittige Strahlen zu verändern.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 18 und 25 bis 27, bei dem die Wellenlänge des in den Schritten b) und c) verwendeten Lichts kleiner als 200 nm ist.