WO2020030256A1 - Belichtungsanlage und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

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WO2020030256A1
WO2020030256A1 PCT/EP2018/071425 EP2018071425W WO2020030256A1 WO 2020030256 A1 WO2020030256 A1 WO 2020030256A1 EP 2018071425 W EP2018071425 W EP 2018071425W WO 2020030256 A1 WO2020030256 A1 WO 2020030256A1
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WO
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housing
exposure system
exposure
gas flow
cooling gas
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PCT/EP2018/071425
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English (en)
French (fr)
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Christian PIKART
Uwe JAHN-QUADER
Christoph RANDECKER
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Ist Metz Gmbh
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Publication date
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
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    • G03F7/70875—Temperature, e.g. temperature control of masks or workpieces via control of stage temperature
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    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891—Temperature

Definitions

  • the invention relates to a device and a method according to the preamble of patent claims 1 and 17, respectively.
  • optical masks for transmitting information or a flat structure to a substrate
  • the use of optical masks for transmitting information or a flat structure to a substrate is also known for the production of displays, glass or quartz masks with a size of several square meters being used in some cases,
  • displays glass or quartz masks with a size of several square meters being used in some cases.
  • to transfer a conductor arrangement from the mask to a photostructurable display glass or to a photosensitive layer on the display glass in one process step, or to effect the precise local bonding of two superimposed substrate parts using a radiation-curing adhesive It is common for the display glass to have several uses, so that eight displays with a respective size of 65 ”, for example, can be obtained in one process step.
  • the structures are transferred in that a photosensitive layer applied to the display glass in a previous step is exposed via the mask, so that only the areas of the photosensitive layer which are not covered by the mask are exposed and cured, for example. whereby the structure contained in the mask is transferred to the photosensitive layer of the display glass.
  • the photoresist of the unexposed areas is then removed and, for example, conductor tracks are applied in the now exposed areas.
  • the exposed photoresist is then removed and the display glass stands for another process step, for example for applying semiconductor layers.
  • two prefabricated panels of a display can be glued together using a radiation-curing adhesive, for example.
  • the mask in terms of process technology, it is particularly advantageous to keep the mask in a horizontal position and to arrange the radiation source above the mask, so that the mask is irradiated perpendicularly from above.
  • the substrate to be exposed is then brought up to the mask from below during the exposure cycle and held in a constant position.
  • the radiation sources usually used also generate a not inconsiderable amount of heat radiation which strikes the mask and heats it up. In this way, locally different heating of the mask can take place, which leads to locally different extensions of the mask and thus to an intolerable impairment of the imaging quality on the substrate. This leads to cyclical heating and cooling, particularly in the case of alternating irradiation operations the mask, which additionally causes a not inconsiderable thermo-mechanical stress in the mask material, which can break it.
  • the object of the invention is to further improve the devices and methods known in the prior art and also to be able to use particularly large-area masks with high irradiation in an alternating irradiation mode without impairing the exposure quality.
  • the housing set up for holding the mask has a gas inlet, a gas outlet and a flow guiding device for passing through and distributing a cooling gas flow in the interior space which is suppressed from the surroundings, so that the interior space and the large-area exposure mask can be cooled or tempered over their entire surface by the cooling gas flow.
  • This can compensate for the fact that when powerful radiation sources are used, the mask heats up and thus changes in size and possibly also in shape due to its thermal expansion.
  • the amount of gas and / or that of the cooling gas flow can advantageously be influenced via control valves, so that different operating conditions can also be taken into account.
  • a further advantageous embodiment provides that the cooling gas flow can be generated by means of a flow generator, which is preferably designed as a fan, while maintaining the negative pressure in the housing.
  • a flow generator which is preferably designed as a fan
  • the gas outlet outside the housing is connected to the gas inlet via a circulating circuit for returning at least part of the cooling gas flow.
  • the gas inlet and / or gas outlet each have a plurality of gas passage openings arranged at a distance from one another on the housing.
  • gas passage openings are round, polygonal, slit-shaped or free-form in cross-section.
  • gas passage openings are preferably arranged in the form of pipe sockets in an adjustable manner on a housing wall.
  • a device for regulating the temperature of the cooling gas flow is provided for automatic temperature influencing, the device for regulating the temperature a temperature sensor which detects a gas temperature in the interior and / or a surface temperature of the exposure mask and a temperature sensor which is preferably located outside the housing May include heat exchangers for extracting heat from the cooling gas flow.
  • the flow guide device comprises guide elements arranged in the interior of the housing for directing or swirling the cooling gas flow, the guide elements being expediently changeable in their position or position.
  • the radiation source has one or more individual radiators arranged in the housing with a total radiation power of more than 10 kW, in particular more than 100 kW.
  • a special production advantage results from the fact that the exposure mask covers an area of more than 1 square meter, in particular from 5 to 20 square meters.
  • the cooling gas flow is advantageously formed by at least one gas selected from the group consisting of air, nitrogen, noble gas or another inert gas.
  • the moisture content of the cooling gas flow can be adjusted and, if necessary, regulated via a humidifier.
  • a further improvement provides a sensor for detecting the gas composition of the cooling gas flow, so that the composition can be regulated if necessary.
  • the object mentioned at the outset is achieved in that a structured exposure mask is fixed in front of a transmission opening of a housing and by an electromagnetic radiation-generating mask on the transmission opening and on the outside in front of it Exposure mask aligned radiation source, the structure of the exposure mask is transferred to the substrate by casting shadows, whereby a negative pressure is generated in the interior of the housing and the exposure mask is held / carried under the effect of the negative pressure on the housing, the interior and the exposure mask is tempered by a cooling gas flow, and wherein the cooling gas flow is guided through a gas inlet, a gas outlet and a flow guiding device of the housing while maintaining the negative pressure.
  • a measure which is particularly advantageous for the cyclical exposure of substrates is that the exposure mask is positioned horizontally on the underside of the housing and is kept flat by the suppression while compensating for its weight.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a lithographic exposure system comprising a housing for holding an exposure mask
  • the exposure system 10 shown in the drawing comprises a box-shaped housing 12, a structured coating held on the underside of the housing.
  • Illumination mask 14 a radiation source 16 for generating a shadow cast or for imaging the mask structure on a substrate 18 and a gas guide system 22 controlled by means of a higher-level control device 20.
  • the radiation source 16 comprises a plurality of elongated, tubular gas discharge lamps 24 with associated reflectors 26, which are arranged laterally next to one another on the upper side of the housing 12 and whose interior 28 is illuminated as homogeneously as possible with the opposite exposure mask 14 with a radiation power of, for example, overall Radiate 300 kW.
  • the radiation can be in the EUV, VUV, UV range and / or in the visible or infrared range.
  • the housing 12 has a transmission opening 30 on its underside, which during operation is covered on the outside by the exposure mask 14 arranged in a horizontal plane.
  • the exposure mask 14 is stored in a circumferential holding frame 31 which seals against the edge of the transmission opening 30 and is thermally insulated.
  • the interior 28 of the housing 12 is placed under negative pressure with respect to the surroundings by means of a suction blower 32, the inside of the exposure mask 14 being supported in a punctiform or linear manner by support elements 34. Further details of this concept can also be found in WO 2017/178651 A1, to which reference is made in this connection.
  • the gas guide system 22 enables a cooling gas to be passed through the suppressed interior of the housing 12.
  • the housing 12 has a gas inlet 36, a gas outlet 38 and a flow guide device 40 for passage and distribution of Cooling gas flow.
  • the gas inlet 36 and the gas outlet 38 each comprise a plurality of gas passage openings 42, 44 arranged distributed on the housing 12, so that a large-volume gas flow through the interior space 28 is made possible and thus the mask surface is evenly cooled from the inside or tempered.
  • the flow guide device 40 includes guide elements 46 arranged in the interior 28, which can be arranged in areas outside the direct irradiation volume if necessary by pivoting or changing the position , whereby an impairment of the homogeneous radiation distribution in the mask plane is avoided.
  • the flow guide elements 46 can also be designed as optically active elements, for example to further improve the homogeneity of the radiation in the mask plane or to achieve a targeted radiation distribution in the mask plane. Furthermore, it can be expedient to additionally shape the support elements 34 such that they act as additional flow guide elements.
  • the gas routing system 22 comprises a room air inlet 48 and a supply 50 of various process gases, which can be supplied to an inlet mixing chamber 54 via control valves 52.
  • an inert gas such as nitrogen or noble gases can be used or metered in instead of the room air normally used, for example in order to avoid the generation of ozone in the housing.
  • a circulation mixing chamber 56 is connected on the inlet side to the inlet mixing chamber 54 and a circulation circuit 58 and opens on the outlet side into a humidifier 60 which is followed by a filter 62.
  • the filter 62 can also Particle or liquid separator included. From there, the gas flow is distributed via control valves 64 to the gas passage openings 42 on the inlet side.
  • the moisture content in the cooling gas can be adjusted by the humidifier 60, so that the heat absorption capacity of the cooling gas is increased, which leads to more effective cooling.
  • the cooling gas flow is returned from the gas passage openings 44 on the outlet side in turn via control valves 64 to a collecting chamber 66 and from there to a measuring unit 68 for determining the gas composition.
  • a circulation fan 70 arranged downstream of the measuring unit 68 enables the cooling gas flow to be extracted and returned while maintaining the negative pressure in the interior 28.
  • a temperature sensor 76 that continuously detects the temperature of the cooling gas and / or the mask
  • a flatness sensor 80 for determining the flatness of the mask
  • a vibration sensor 82 for detecting vibrations of the mask
  • a pressure sensor 84 for determining the pressure in the interior 28
  • an oxygen / ozone sensor 86 The measured values acquired in this way are sent to the higher-level control unit 20 in order to achieve a homogeneous temperature distribution by means of corresponding individual control and regulation and to optimize the flatness of the exposure mask 14 in an automatic operation.
  • FIGS. 2 and 3 show different design options for the gas passage openings 42, 44 in the form of slots 88, 90 (FIG. 2) or pipe sockets 92, 94 (FIG. 3).
  • the orientation of the latter can be designed to be mechanically movable or pivotable and, if appropriate, be provided with an electrical adjusting device, which enables further adjustments of the cooling gas flow.
  • the outlet-side gas passage openings 90, 94 are expediently located in the region of the plane of the mask surface in the vertical side walls 96 of the housing 12, as a result of which the cooling gas heated via the exposure mask 14 can be extracted quickly and efficiently from the interior 28.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsanlage (10) mit einer für einen Schattenwurf auf ein Substrat (18) strukturierten Belichtungsmaske (14), einem einen Innenraum (28) unter Freihaltung einer Durchstrahlöffnung (30) begrenzenden Gehäuse (12), einer elektromagnetische Strahlung erzeugenden, auf die Durchstrahlöffnung (30) und die außenseitig davor befindliche Belichtungsmaske (14) ausgerichteten Strahlungsquelle (16) und einem den Innenraum (28) unter Unterdruck setzenden Unterdruckerzeuger (32), wobei die Belichtungsmaske (14) unter der Wirkung des Unterdrucks an dem Gehäuse (12) gehalten wird. Um einen Temperaturverzug der Belichtungsmaske (14) zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse (12) einen Gaseinlass (36), einen Gasauslass (38) und eine Strömungsleiteinrichtung (40) zur Durchleitung und Verteilung einer Kühlgasströmung in dem unter Unterdruck stehenden Innenraum (28) aufweist.

Description

Belichtungsanlage und Verfahren zu deren Betrieb
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbe- griff des Patentanspruchs 1 bzw. 17.
Die Verwendung von optischen Masken zur Übertragung einer Information o- der einer flächigen Struktur auf ein Substrat ist neben der Halbleiterindustrie auch zur Herstellung von Displays bekannt, wobei hierbei teilweise Glas- o- der Quarzmasken mit einer Größe von mehreren Quadratmetern zum Ein- satz kommen, um in einem Prozessschritt beispielsweise eine Leiterbahnan- ordnung von der Maske auf ein photostrukturierbares Displayglas oder auf eine auf dem Displayglas befindliche photoempfindliche Schicht zu übertra- gen, oder auch um die punktgenaue lokale Verklebung von zwei übereinan- der liegenden Substratteilen mittels eines strahlungshärtenden Klebstoffs zu bewirken. Es ist dabei üblich, dass das Displayglas mehrere Nutzen beinhal- tet, so dass in einem Prozessschritt beispielsweise acht Displays mit einer je- weiligen Größe von beispielsweise 65“ gewonnen werden können.
Die Übertragung der Strukturen erfolgt hierbei dadurch, dass eine auf das Displayglas in einem vorherigen Schritt aufgebrachte photoempfindliche Schicht über die Maske belichtet wird, so dass lediglich die Bereiche der pho- toempfindlichen Schicht belichtet und beispielsweise ausgehärtet werden, welche über die Maske nicht abgedeckt wurden, wodurch die in der Maske beinhaltete Struktur auf die photoempfindliche Schicht des Displayglases übertragen wird. In einem nachfolgenden Schritt wird dann der Photolack der unbelichteten Bereiche entfernt und in den nun freiliegenden Bereichen bei- spielsweise Leiterbahnen aufgebracht. Anschließend wird dann der belich- tete Photolack entfernt und das Displayglas steht für einen weiteren Prozess- schritt, beispielsweise zum Aufbringen von Halbleiterschichten zur Verfü- gung. In ähnlicher Weise können beispielsweise zwei bereits vorgefertigte Platten eines Displays miteinander mittels eines strahlungshärtenden Klebers verklebt werden.
Es ist dabei prozesstechnisch von besonderem Vorteil, die Maske in einer ho- rizontalen Lage zu halten und die Strahlungsquelle oberhalb der Maske anzu- ordnen, so dass die Maske senkrecht von oben durchstrahlt wird. Das zu be- lichtende Substrat wird dann während des Belichtungszyklus von unten an die Maske herangeführt und in einer konstanten Lage gehalten. Zur Erzielung ei- ner möglichst randscharfen Abbildung und zur Realisierung möglichst feiner Strukturen ist es dabei erforderlich, den Abstand zwischen Maske und Sub- strat über den gesamten Arbeitsbereich konstant und möglichst gering zu hal ten. Hierzu ist es insbesondere erforderlich, die horizontal angeordnete Maske mit einer hohen Planität bzw. Ebenheit zu halten, um so möglichst keine Wöl- bung oder Welligkeit zu erzielen, was zu lokal unterschiedlichen Abständen zu dem Substrat und damit zu lokal unterschiedlichen Belichtungsergebnissen führen würde.
Neben der geschilderten rein mechanischen Problematik ist es darüber hinaus erforderlich, die Maske während der gesamten Arbeitszeit auf einer konstan- ten und möglichst niedrigen Arbeitstemperatur zu halten, um deren thermo- mechanische Ausdehnung so gering wie möglich zu halten. Die üblicherweise verwendeten Strahlungsquellen erzeugen neben der für eine Prozessierung erforderlichen und verwendeten Nutzstrahlung, beispielsweise UV-Strahlung, auch eine nicht unerhebliche Wärmestrahlung, welche auf die Maske trifft und diese erwärmt. Hierdurch kann insbesondere auch eine lokal unterschiedliche Erwärmung der Maske stattfinden, was zu lokal unterschiedlichen Ausdehnun- gen der Maske und damit zu einer nicht tolerierbaren Beeinträchtigung der Abbildungsqualität auf das Substrat führt. Dies führt insbesondere bei einem Bestrahlungs-Wechselbetrieb zu einem zyklischen Aufheizen und Abkühlen der Maske, was zusätzlich einen nicht unerheblichen thermo-mechanischen Stress im Maskenmaterial verursacht, wodurch dieses zerbrechen kann.
In diesem Zusammenhang wird in der WO 2017/178651 A1 vorgeschlagen, die Maske unter Wirkung eines Unterdrucks an einer Unterdruckkammer zu halten, so dass eine Durchbiegung über die große Fläche gleichsam durch ein Kräftegleichgewicht vermieden wird. Problematisch ist allerdings, die gefor- derte hohe Planität einzuhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die im Stand der Technik bekannten Vorrichtun- gen und Verfahren weiter zu verbessern und auch besonders großflächige Masken mit hoher Durchstrahlung in einem Bestrahlungs-Wechselbetrieb ohne Beeinträchtigung der Belichtungsqualität einsetzen zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 17 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei- terbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das zur Halte- rung der Maske eingerichtete Gehäuse einen Gaseinlass, einen Gasauslass und eine Strömungsleiteinrichtung zur Durchleitung und Verteilung einer Kühl gasströmung in dem gegenüber der Umgebung unter Unterdrück stehenden Innenraum aufweist, so dass der Innenraum und die großflächige Belichtungs- maske über ihre gesamte Oberfläche durch die Kühlgasströmung kühlbar bzw. temperierbar sind. Dadurch kann kompensiert werden, dass beim Einsatz leis- tungsstarker Strahlungsquellen sich die Maske aufheizt und sich damit auf- grund ihrer thermischen Ausdehnung in ihrer Größe und gegebenenfalls auch in ihrer Form ändert. Dadurch ist es auch möglich, solche Belichtungsanlagen in einem Bestrahlungs-Wechselbetrieb zu fahren, wobei abwechselnd eine Bestrahlung und eine Nichtbestrahlung beispielsweise im Minutentakt erfolgt, ohne dass die thermische Ausdehnung der Maske sich im Minutentakt nicht tolerierbar ändert. Vorteilhafterweise ist die Gasmenge und/oder die der Kühlgasströmung über Stellventile beeinflussbar, so dass auch unterschiedlichen Betriebsbedingun- gen Rechnung getragen werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Kühlgasströmung mittels eines vorzugsweise als Gebläse ausgebildeten Strömungserzeugers unter Aufrechterhaltung des Unterdrucks in dem Gehäuse generierbar ist. Um einen kontinuierlichen Betrieb ohne erheblichen Verlust von Prozessgasen zu ermöglichen, ist es günstig, wenn der Gasauslass außerhalb des Gehäuses über einen Umwälzkreis zur Rückführung mindestens eines Teils der Kühlgas- strömung mit dem Gaseinlass verbunden ist. Eine weitere vorteilhafte Anpassungsmöglichkeit besteht darin, dass der Ga- seinlass und/oder Gasauslass jeweils eine Mehrzahl von im Abstand vonei- nander an dem Gehäuse angeordnete Gasdurchlassöffnungen aufweist.
Eine weitere Optimierungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, dass die Gasdurch- lassöffnungen im Querschnitt rund, mehreckig, schlitzförmig oder als Freifor- men ausgeführt sind.
In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die Gasdurchlassöff- nungen vorzugsweise in Form von Rohrstutzen in ihrer Ausrichtung einstellbar an einer Gehäusewand angeordnet sind.
Für eine automatische Temperatur-Beeinflussung ist eine Einrichtung zur Temperaturregelung der Kühlgasströmung vorgesehen, wobei die Einrichtung zur Temperaturregelung einen eine Gastemperatur in dem Innenraum und/o- der eine Oberflächentemperatur der Belichtungsmaske erfassenden Tempe- ratursensor und einen vorzugsweise außerhalb des Gehäuses befindlichen Wärmetauscher zum Entzug von Wärme aus der Kühlgasströmung umfassen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Strömungsleiteinrich- tung in dem Innenraum des Gehäuses angeordnete Leitelemente zur Lenkung oder Verwirbelung der Kühlgasströmung, wobei die Leitelemente zweckmäßig in ihrer Position oder Stellung veränderbar sind.
Für eine großflächige intensive Bestrahlung weist die Strahlungsquelle einen oder mehrere in dem Gehäuse angeordnete Einzelstrahler mit einer Gesamt- strahlungsleistung von mehr als 10 kW, insbesondere mehr als 100 kW auf.
Ein besonderer Produktionsvorteil ergibt sich dadurch, dass die Belichtungs- maske eine Fläche von mehr als 1 qm, insbesondere von 5 bis 20 qm umfasst.
Vorteilhafterweise ist die Kühlgasströmung durch mindestens ein Gas ausge- wählt aus der Gruppe Luft, Stickstoff, Edelgas oder einem anderen Inertgas gebildet.
Um den Wärmeübergang zu optimieren, ist es vorteilhaft, wenn der Feuchtig- keitsgehalt der Kühlgasströmung über einen Befeuchter einstellbar und ggf. regelbar ist.
Eine weitere Verbesserung sieht einen Sensor zur Erfassung der Gaszusam- mensetzung der Kühlgasströmung vor, so dass ggf. die Zusammensetzung reguliert werden kann.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass vor einer Durchstrahlöffnung eines Gehäuse eine strukturierte Be- lichtungsmaske fixiert wird und durch eine elektromagnetische Strahlung er- zeugende, auf die Durchstrahlöffnung und die außenseitig davor befindliche Belichtungsmaske ausgerichtete Strahlungsquelle die Struktur der Belich- tungsmaske durch Schattenwurf auf das Substrat übertragen wird, wobei in dem Innenraum des Gehäuses ein Unterdrück erzeugt wird und die Belich tungsmaske unter der Wirkung des Unterdrucks an dem Gehäuse gehal- ten/getragen wird, wobei der Innenraum und die Belichtungsmaske durch eine Kühlgasströmung temperiert werden, und wobei die Kühlgasströmung unter Aufrechterhaltung des Unterdrucks über einen Gaseinlass, einen Gasauslass und eine Strömungsleiteinrichtung des Gehäuses geführt wird. Hierdurch er- geben sich die oben in Bezug auf eine Vorrichtung genannten vorteilhaften Wirkungen in analoger Weise.
Eine für die taktweise Belichtung von Substraten besonders vorteilhafte Maß- nahme liegt hierbei darin, dass die Belichtungsmaske horizontal an der Unter- seite des Gehäuses positioniert wird und durch den Unterdrück unter Kompen- sation ihrer Gewichtskraft plan gehalten wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer lithografischen Belichtungsanlage umfas- send ein Gehäuse zur Halterung einer Belichtungsmaske;
Fig. 2 schlitzförmige Gasdurchlassöffnungen in einer Seitenwand des Ge- häuses in ausschnittsweiser perspektivischer Darstellung;
Fig. 3 rohrförmige Gasdurchlassöffnungen in Fig. 2 entsprechender Dar- stellung.
Die in der Zeichnung gezeigte Belichtungsanlage 10 umfasst ein kastenförmi- ges Gehäuse 12, eine an der Gehäuseunterseite gehaltene strukturierte Be- lichtungsmaske 14, eine Strahlungsquelle 16 zur Erzeugung eines Schatten- wurfs bzw. zur Abbildung der Maskenstruktur auf ein Substrat 18 und eine mit- tels übergeordneter Steuereinrichtung 20 gesteuertes Gasführungssystem 22.
Die Strahlungsquelle 16 umfasst mehrere langgestreckte, röhrenförmige Gasentladungslampen 24 mit zugeordneten Reflektoren 26, die an der Ober- seite des Gehäuses 12 seitlich nebeneinander angeordnet sind und dessen Innenraum 28 unter möglichst homogener Ausleuchtung der gegenüberliegen- den Belichtungsmaske 14 mit einer Strahlungsleistung von beispielsweise ins- gesamt 300 kW durchstrahlen. Die Strahlung kann dabei im EUV, VUV, UV- Bereich und/oder im sichtbaren bzw. infraroten Bereich liegen.
Zur ungehinderten Durchstrahlung weist das Gehäuse 12 an seiner Unterseite eine Durchstrahlöffnung 30 auf, welche im Betrieb außenseitig durch die in einer Horizontalebene angeordnete Belichtungsmaske 14 abgedeckt ist. Da- bei ist die Belichtungsmaske 14 in einem umlaufenden Halterahmen 31 gela- gert, der gegenüber dem Rand der Durchstrahlöffnung 30 abdichtet und ther- misch isoliert ist.
Zur planen Halterung der Belichtungsmaske 14 wird der Innenraum 28 des Gehäuses 12 mittels Saug-Gebläse 32 gegenüber der Umgebung unter Un- terdruck gesetzt, wobei die Innenseite der Belichtungsmaske 14 durch Abstüt- zelemente 34 punkt- oder linienförmig abgestützt wird. Weitere Details dieses Konzepts ergeben sich auch aus der WO 2017/178651 A1 , auf die in diesem Zusammenhang Bezug genommen wird.
Zur Kühlung und zur gleichmäßigen Temperaturverteilung auf der Maskenflä- che ermöglicht das Gasführungssystem 22 die Durchleitung eines Kühlgases durch den unter Unterdrück stehenden Innenraum des Gehäuses 12. Zu die sem Zweck besitzt das Gehäuse 12 einen Gaseinlass 36, einen Gasauslass 38 und eine Strömungsleiteinrichtung 40 zur Durchleitung und Verteilung der Kühlgasströmung. Der Gaseinlass 36 und der Gasauslass 38 umfassen je- weils eine Mehrzahl von an dem Gehäuse 12 verteilt angeordneten Gasdurch- lassöffnungen 42, 44, so dass eine großvolumige Gasströmung durch den In- nenraum 28 ermöglicht wird und somit die Maskenfläche von der Innenseite her gleichmäßig gekühlt oder temperiert wird.
Zur Optimierung der Wirksamkeit der Maskenkühlung und insbesondere zur Erzeugung einer gleichmäßigen Kühlwirkung über die gesamte Maskenflä- che umfasst die Strömungsleiteinrichtung 40 im Innenraum 28 angeordnete Leitelemente 46, welche ggf. durch Verschwenken oder Lageveränderung in Bereichen anordenbar sind, die außerhalb des direkten Bestrahlungsvolu- mens liegen, wodurch eine Beeinträchtigung der homogenen Strahlungsver- teilung in der Maskenebene vermieden wird.
Zweckmäßig können die Strömungs-Leitelemente 46 zusätzlich als optisch wirksame Elemente ausgeführt sein, um beispielsweise die Homogenität der Bestrahlung in der Maskenebene weiter zu verbessern oder um eine gezielte Strahlungsverteilung in der Maskenebene zu erreichen. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die Abstützelemente 34 zusätzlich so auszuformen, dass diese als zusätzliche Strömungs-Leitelemente wirken.
Das Gasführungssystem 22 umfasst einen Raumlufteinlass 48 und einen Vorrat 50 an verschiedenen Prozessgasen, die über Regelventile 52 einer Einlass-Mischkammer 54 zuführbar sind. Dadurch kann anstelle der üblicher weise verwendeten Raumluft ein Inertgas wie beispielsweise Stickstoff oder Edelgase eingesetzt bzw. zudosiert werden, um beispielsweise die Erzeu- gung von Ozon in dem Gehäuse zu vermeiden.
Eine Umwälzmischkammer 56 ist einlassseitig mit der Einlass-Mischkammer 54 und einem Umwälzkreis 58 verbunden und mündet auslassseitig in einen Befeuchter 60, dem ein Filter 62 nachgeordnet ist. Das Filter 62 kann auch Partikel- oder Flüssigkeitsabscheider enthalten. Von dort wird die Gasströ- mung über Stellventile 64 auf die einlassseitigen Gasdurchlassöffnungen 42 verteilt. Durch den Befeuchter 60 kann der Feuchtigkeitsgehalt im Kühlgas eingestellt werden, so dass die Wärmeaufnahmefähigkeit des Kühlgases er- höht wird, was zu einer effektiveren Kühlung führt.
Die Rückleitung der Kühlgasströmung erfolgt von den auslassseitigen Gas- durchlassöffnungen 44 wiederum über Stellventile 64 zu einer Sammelkam- mer 66 und von dort zu einer Messeinheit 68 zur Bestimmung der Gaszu- sammensetzung.
Ein der Messeinheit 68 nachgeordneter Umwälzventilator 70 ermöglicht die Absaugung und Rückführung der Kühlgasströmung unter Aufrechterhaltung des Unterdrucks in dem Innenraum 28.
Ein nachfolgend in dem Umwälzkreis 58 angeordneter Wärmetauscher 72, dessen Sekundärseite beispielsweise wassergekühlt ist, temperiert das Kühl gas wieder auf eine vorgebbare Temperatur, bevor es über einen Pulsations- dämpfer 74 zur Verhinderung von Pulsationen im Gasfluss in die Umwälz- mischkammer 56 zurückgeleitet wird.
Zur Kontrolle und zur Stabilisierung der Kühlung und damit zur Erzeugung ei- ner konstanten und homogenen Temperaturverteilung auf der Belichtungs- maske 14 sind unterschiedliche Sensoren vorgesehen:
- ein Temperatursensor 76, der die Temperatur des Kühlgases und/oder der Maske kontinuierlich erfasst;
- ein Feuchtesensor 78 zur Messung der Gasfeuchtigkeit;
- ein Ebenheitssensor 80 zur Bestimmung der Planität der Maske;
- ein Vibrationssensor 82 zur Erfassung von Vibrationen der Maske;
- ein Drucksensor 84 zur Bestimmung des Drucks im Innenraum 28;
- ein Sauerstoff-/Ozonsensor 86. Die damit erfassten Messwerte werden an die übergeordnete Steuereinheit 20 geleitet, um durch entsprechende individuelle Steuer- und Regelungen eine homogene Temperaturverteilung zu erzielen und die Ebenheit der Be- lichtungsmaske 14 in einem automatischen Betrieb zu optimieren.
Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten für die Gasdurch- lassöffnungen 42, 44 in Form von Schlitzen 88, 90 (Fig. 2) oder von Rohrstut- zen 92, 94 (Fig. 3). Letztere können in ihrer Ausrichtung mechanisch beweg- lich bzw. schwenkbar ausgeführt und gegebenenfalls mit einer elektrischen Verstelleinrichtung versehen sein, wodurch weitere Anpassungen des Kühl- gasstroms ermöglicht werden. Zweckmäßigerweise liegen hierbei die auslass- seitigen Gasdurchlassöffnungen 90, 94 im Bereich der Ebene der Maskenflä- che in den vertikalen Seitenwänden 96 des Gehäuses 12, wodurch das über die Belichtungsmaske 14 erwärmte Kühlgas schnell und effizient aus dem In- nenraum 28 abgesaugt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Belichtungsanlage mit einer für einen Schattenwurf auf ein Substrat (18) strukturierten Belichtungsmaske (14), einem einen Innenraum (28) unter Freihaltung einer Durchstrahlöffnung (30) begrenzenden Gehäuse (12), einer elektromagnetische Strahlung erzeugenden, auf die Durchstrahlöff- nung (30) und die außenseitig davor befindliche Belichtungsmaske (14) ausgerichteten Strahlungsquelle (16) und einem den Innenraum (28) un- ter Unterdrück setzenden Unterdruckerzeuger (32), wobei die Belich- tungsmaske (14) unter der Wirkung des Unterdrucks an dem Gehäuse
(12) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) einen Gaseinlass (36), einen Gasauslass (38) und eine Strömungsleit- einrichtung (40) zur Durchleitung und Verteilung einer Kühlgasströmung in dem unter Unterdrück stehenden Innenraum (28) aufweist.
2. Belichtungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasmenge und/oder die der Kühlgasströmung über Stellventile (64) beeinflussbar ist.
3. Belichtungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgasströmung mittels eines vorzugsweise als Gebläse aus- gebildeten Strömungserzeugers (70) unter Aufrechterhaltung des Unter- drucks generierbar ist.
4. Belichtungsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass (38) außerhalb des Gehäuses (12) über einen Um- wälzkreis (58) zur Rückführung mindestens eines Teils der Kühlgasströ- mung mit dem Gaseinlass (36) verbunden ist.
5. Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (36) und/oder Gasauslass (38) jeweils eine Mehrzahl von im Abstand voneinander an dem Gehäuse (12) ange- ordnete Gasdurchlassöffnungen (42;44) aufweist.
6. Belichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlassöffnungen (42;44) im Querschnitt rund, mehreckig, schlitzförmig oder als Freiformen ausgeführt sind.
7. Belichtungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlassöffnungen (42;44) vorzugsweise in Form von Rohrstutzen (92,94) in ihrer Ausrichtung einstellbar an einer Gehäuse- wand (96) angeordnet sind.
8. Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20,76,72) zur Temperaturregelung der Kühlgas- strömung.
9. Belichtungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Temperaturregelung (20,76,72) einen eine Gastem- peratur in dem Innenraum (28) und/oder eine Oberflächentemperatur der Belichtungsmaske (14) erfassenden Temperatursensor (76) aufweist.
10. Belichtungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Temperaturregelung (20,76,72) einen vorzugs- weise außerhalb des Gehäuses (12) befindlichen Wärmetauscher (72) zum Entzug von Wärme aus der Kühlgasströmung aufweist.
11. Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (40) in dem Innenraum (28) des Gehäuses (12) angeordnete Leitelemente (46) zur Lenkung o- der Verwirbelung der Kühlgasströmung aufweist, und dass die Leitele- mente (46) in ihrer Position oder Stellung veränderbar sind.
12. Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (16) einen oder mehrere Ein- zelstrahler (24) aufweist.
13. Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsmaske (14) eine Fläche von mehr als 1 qm, insbesondere von 5 bis 20 qm umfasst.
14. Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgasströmung durch mindestens ein Gas ausgewählt aus der Gruppe Luft, Stickstoff, Edelgas gebildet ist.
15. Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Kühlgasströmung über einen Befeuchter (60) einstellbar ist.
16. Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen Sensor (68) zur Erfassung der Gaszusammensetzung der
Kühlgasströmung aufweist.
17. Verfahren zur Belichtung eines Substrats (18) in einer Belichtungsanlage bei welchem vor einer Durchstrahlöffnung (30) eines Gehäuse (12) eine strukturierte Belichtungsmaske (14) fixiert wird und durch eine elektro- magnetische Strahlung erzeugende, auf die Durchstrahlöffnung (30) und die außenseitig davor befindliche Belichtungsmaske (14) ausgerichtete Strahlungsquelle (16) die Struktur der Belichtungsmaske (14) durch Schattenwurf auf das Substrat (18) übertragen wird, wobei in dem Innen- raum (28) des Gehäuses (12) ein Unterdrück erzeugt wird und die Be- lichtungsmaske (14) unter der Wirkung des Unterdrucks an dem Ge- häuse (12) gehalten/getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der
Innenraum (28) und die Belichtungsmaske (14) durch eine Kühlgasströ- mung temperiert werden, wobei die Kühlgasströmung unter Aufrechter- haltung des Unterdrucks über einen Gaseinlass (36), einen Gasauslass (38) und eine Strömungsleiteinrichtung (40) des Gehäuses (12) geführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- lichtungsmaske (14) horizontal an der Unterseite des Gehäuses (12) po- sitioniert wird und durch den Unterdrück unter Kompensation ihrer Ge- wichtskraft plan gehalten wird.
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