DE69933257T2 - Lithographische Vorrichtung - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine lithographische Projektionsvorrichtung, aufweisend:
    • • ein Bestrahlungssystem zur Lieferung eines Projektionsstrahls einer Strahlung;
    • • einen Maskentisch zum Halten einer Maske;
    • • einen Substrattisch zum Halten eines Substrats;
    • • ein Projektionssystem zum Abbilden eines bestrahlten Abschnitts der Maske auf einen Zielabschnitt des Substrats.
  • Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.
  • Eine Vorrichtung dieses Typs kann beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (ICs) verwendet werden. In diesem Fall kann die Maske (Strichplatte) ein Schaltkreismuster entsprechend einer individuellen Schicht des IC enthalten und dieses Muster kann dann auf einen Zielbereich (Rohchip) auf einem Substrat (Siliziumwafer) abgebildet werden, welcher mit einer Schicht eines photoempfindlichen Materials (Resist) beschichtet wurde. Allgemein enthält ein einzelner Wafer ein ganzes Netzwerk benachbarter Rohchips, welche aufeinanderfolgend jeweils einzeln durch die Strichplatte hindurch bestrahlt werden. Bei einem Typ von lithographischer Projektionsvorrichtung wird jeder Rohchip bestrahlt, indem das gesamte Strichplattenmuster in einem Durchgang auf den Rohchip belichtet wird; eine solche Vorrichtung wird allgemein als Waferstepper bezeichnet. Bei einer anderen Vorrichtung – welche allgemein als Step-and-scan-Vorrichtung bezeichnet wird – wird jeder Rohchip bestrahlt, indem das Strichplattenmuster unter dem Projektionsstrahl in einer bestimmten Referenzrichtung (der „Abtastrichtung") abgetastet wird, wobei gleichzeitig der Wafertisch parallel oder antiparallel zu dieser Richtung abgetastet wird; da das Projektionssystem einen Vergrößerungsfaktor M (üblicherweise < 1) hat, ist eine Geschwindigkeit v, mit der der Wafertisch abgetastet wird, um M mal größer als diejenige, mit der der Strichplattentisch abgetastet wird. Mehr Informationen hinsichtlich lithographischer Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben worden sind, lassen sich der internationalen Patentanmeldung WO 97/33205 entnehmen.
  • Bis unlängst enthielten Vorrichtungen dieses Typs einen einzelnen Maskentisch und einen einzelnen Substrattisch. Es werden jedoch nun Maschinen verfügbar, bei denen es wenigstens zwei unabhängig voneinander bewegliche Substrattische gibt; siehe beispielsweise die mehrstufige Vorrichtung, wie sie in den internationalen Patentanmeldungen WO 98/28665 und WO 98/40791 beschrieben ist. Das grundlegende Betriebsprinzip hinter derartigen mehrstufigen Vorrichtungen ist, dass, während ein erster Substrattisch unterhalb des Projektionssystems ist, um die Belichtung eines ersten Substrates zu ermöglichen, welches auf diesem Tisch liegt, ein zweiter Substrattisch in eine Ladeposition laufen kann, ein belichtetes Substrat abgeben kann, ein neues Substrat aufnehmen kann, bestimmte anfängliche Ausrichtmessungen an dem neuen Substrat durchführen kann und dann in Wartestellung gehen kann, um dieses neue Substrat in die Belichtungsposition unter dem Projektionssystem zu übertragen, sobald die Belichtung des ersten Substrates abgeschlossen ist, wobei sich dieser Zyklus in sich selbst wiederholt; auf diese Weise ist es möglich, einen wesentlich höheren Maschinendurchsatz zu erreichen, was wiederum die Betriebskosten der Maschine verbessert.
  • Bei momentan verfügbaren lithographischen Vorrichtungen ist die verwendete Strahlung üblicherweise Ultraviolett-Licht (UV-Licht), welches beispielsweise von einem Excimer-Laser oder einer Quecksilberlampe erhalten werden kann; viele solcher Vorrichtungen verwenden UV-Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm oder 248 nm. Die sich rasch entwickelnde Elektronikindustrie macht jedoch fortlaufend lithographische Vorrichtungen notwendig, welche noch höhere Auflösungen erreichen können und dies zwingt die Industrie in Richtung einer Strahlung mit noch kürzerer Wellenlänge, insbesondere UV-Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm oder 157 nm. Über diesen Punkt hinaus gibt es verschiedene mögliche Szenarien, einschließlich die Verwendung von extremem UV-Licht (EUV: Wellenlänge ~ 50 nm und weniger, z. B. 13,4 nm oder 11 nm), Röntgenstrahlen, Ionenstrahlen oder Elektronenstrahlen. Alle diese sogenannten Strahlungen der nächsten Generation erfahren in Luft eine Absorption, so dass es notwendig wird, die Umgebung, in der sie verwendet werden, zumindest teilweise zu evakuieren. Dies bringt erhebliche Probleme mit sich.
  • Eine allgemeine Diskussion der Verwendung von EUV bei lithographischen Projektionsvorrichtungen lässt sich beispielsweise im Artikel von J. B. Murphy et al in Applied Optics 32 (24), Seiten 6920–6929 (1993) finden. Ähnliche Diskussionen betreffend Elektronenstrahllithographie lassen sich in der US 5,079,112 und der US 5,260,151 , sowie in der EP-A-98 201 997.8 (P-0113.000-EP), entsprechend der EP 99 304 477 , veröffentlicht als EP 0 965 888 A , finden.
  • Die EP-A-0 532 968 offenbart eine Röntgenstrahl-Lithographievorrichtung des Projektionstyps, bei der das Projektionssystem in einer evakuierten Einhausung aufgenommen ist und der Projektionsstrahl durch ein Dünnfilmfenster in die Einhausung eintritt. Eine geschachtelte Serie von teilweise evakuierten Kammern ist um den Strahl herum angeordnet, der zwischen dem Dünnfilmfenster und dem Substrat verläuft, um das Druckdifferential über das Dünnfilmfenster hinweg zu verringern.
  • Die EP-A-0 252 734 beschreibt eine Röntgenstrahl-Lithographievorrichtung, bei der Maske und Wafer in einer Wasserstoff- oder Heliumströmung eingeschlossen und bedeckt sind, um Wärme abzuführen.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine lithographische Projektionsvorrichtung gemäß dem Einleitungsabsatz zu schaffen, wobei die Vorrichtung kompatibel für eine Verwendung in einer Umgebung im Vakuum oder Semi-Vakuum ist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, dass eine derartige Vorrichtung kompatibel mit der Verwendung einer Strahlung aufweisend EUV, geladene Partikel oder Röntgenstrahlen sein sollte. Genauer gesagt, es ist Aufgabe der Erfindung, dass eine derartige Vorrichtung nicht an einer merklichen „Ausfallzeit" aufgrund eines Absinkens der Betriebsleistung leiden sollte, welche von einer Verschlechterung des Projektionssystem verursacht wird.
  • Diese und weitere Aufgaben werden gelöst bei einer lithographischen Projektionsvorrichtung, aufweisend:
    • • ein Bestrahlungssystem (IL) zur Lieferung eines Projektionsstrahls einer Strahlung;
    • • einen Maskentisch (MT) zum Halten einer Maske;
    • • einen Substrattisch (WT) zum Halten des Substrats;
    • • ein Projektionssystem (PL) zum Abbilden eines bestrahlten Abschnitts der Maske auf einen Zielabschnitt des Substrats, wobei das Projektionssystem in einer Einhausung (B) liegt, wobei a) die Einhausung (B) von dem Substrattisch durch einen Raum getrennt ist, der zumindest teilweise evakuierbar ist; b) der Raum eine hohle Röhre (T) enthält, welche um den Strahlungsweg herum angeordnet ist, wobei Form und Größe der Röhre so sind, dass eine von dem Projektionssystem (PL) auf den Substrattisch (WT) fokussierte Bestrahlung eine Wand der hohlen Röhre nicht schneidet; und eine Spülvorrichtung vorgesehen ist, welche das Innere der hohlen Röhre (T) kontinuierlich mit einem Gasfluss zu spülen vermag, wobei die Einhausung (B) eine Auslassöffnung (O) hat, welche für den Durchlass von Resist-Bruchstücken offen ist und um welche die hohle Röhre herum angeordnet ist, so dass die durch das Projektionssystem auf den Substrattisch fokussierte Strahlung die hohle Röhre durchläuft, wobei der Gasfluss wirksam dahingehend ist, zu verhindern, dass Resist-Bruchstücke das Projektionssystem erreichen.
  • In zu der Erfindung führenden Experimenten bauten die Erfinder eine Prototyp-Vorrichtung, bei der das Bestrahlungssystem EUV (mit einer Wellenlänge von annähernd 13,4 nm) lieferte. Ein Projektionssystem (verschiedene Spiegel aufweisend) wurde verwendet, die Laserstrahlung auf einen Substrattisch zu fokussieren, auf welchem ein Testwafer anordenbar war. Eine im wesentlichen evakuierte Einhausung, welche an einem Ende durch die Austrittsapertur des Lasers und an dem anderen Ende durch den Substrattisch beschränkt (begrenzt) war, war um das Projektionssystem herum angeordnet, so dass der Strahlungspfad von der Quelle zum Substrat und damit auch der Zwischenraum zwischen dem Projektionssystem und dem Substrattisch im wesentlichen luftlos war. Der Zwischenraum war an der Seite in Richtung des Substrattisches weisend von dem letzten Spiegel im Projektionssystem (hier als „feste Oberfläche" bezeichnet) begrenzt. Eine derartige Evakuierung war aufgrund der Tatsache notwendig, dass EUV in Luft eine erhebliche Absorption erfährt und es war Ziel, erhebliche Lichtverluste am Substratlevel zu vermeiden.
  • Bei Arbeiten an diesem Prototypsystem beobachteten die Erfinder eine rasche Verschlechterung der Auflösung und Ausbildung feiner Bilder (in der Sub-Microngröße), welche auf einen resistbeschichteten Wafer auf dem Substrattisch projiziert wurden. Viele unterschiedliche mögliche Quellen des Problems wurden angedacht und untersucht, bis die Erfinder schließlich beobachteten, dass die letzte optische Oberfläche (Spiegel) in dem Projektionssystem in unannehmbarer Weise verunreinigt wurde. Weitere Analysen zeigten, dass diese Verunreinigung durch das Vorhandensein einer Restbeschichtung an organischem Material verursacht wurde, welche nachfolgend als Bruchstücke und Nebenprodukte der Resistschicht auf dem Wafer identifiziert wurden. Offensichtlich wurde derartiges Material durch den EUV-Strahl von dem Wafer „abgesputtered" und der evakuierte Zwischenraum zwischen dem Wafer und dem Projektionssystem erlaubte, dass das freigesetzte Material in Richtung des Projektionssystems (und andere benachbarte Oberflächen) wandern konnte, ohne merklich gestreut oder abgelenkt zu werden. Sobald an dem Projektionssystem angekommen, wurde das Material auf den hochgenauen optischen Oberflächen des Systems adsorbiert, was die Verschlechterung der optischen Oberfläche verursachte.
  • In den Anstrengungen, dem Problem zu begegnen, erhöhten die Erfinder den Abstand zwischen dem Substrattisch und dem Projektionssystem, aber eine rasche Verunreinigung der letzten optischen Oberfläche des Projektionssystems wurde nach wie vor beobachtet. Nachfolgende Berechnungen (vergleiche die untere Ausführungsform 1) ergaben, dass diese Vorgehensweise letztendlich unbefriedigend sein musste und eine durchgreifendere Maßnahme gegen Verschmutzung notwendig war. Schließlich gelangten nach verschiedenen anderen Versuchen die Erfinder zu der Lösung, welche in den obigen Schritten (b) und (c) beschrieben ist. Bei der erfin dungsgemäßen Lösung verhindert die Spülung mit Gas, das Resist-Bruchstücke das Projektionssystem überhaupt erreichen.
  • Das bei der Spülung verwendete Gas sollte eine Substanz sein, welche die Strahlung im Projektionsstrahl (z. B. EUV) nicht wesentlich absorbiert, wobei sie einen im wesentlichen niedrigen Diffusionskoeffizienten für Verunreinigung hat. Ein Beispiel eines solchen Gases ist Ar, ein Beispiel für eine Alternative ist Kr.
  • Eine besondere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die hohle Röhre eine Konusform hat, welche sich in einer Richtung verjüngt, die sich von der festen Oberfläche in Richtung Substrattisch erstreckt. Wird das Projektionssystem so betrachtet, dass es zur Fokussierung eines Bildes auf das Substrat dient, wird sich von dem Projektionssystem austretende Strahlung nach innen in Richtung des Endbilds auf dem Wafer verjüngen. Wenn die verwendete hohle Röhre von konischer Form ist, welche besagte Verjüngung imitiert, hat die Röhre das minimale Volumen, das zum Einschließen der austretenden Strahlung notwendig ist. Dies ist vorteilhaft, da es den Gasfluss minimiert, der zur Erzeugung einer wirksamen Spülung notwendig ist, was zu Materialeinsparungen führt; zusätzlich wird die Gaseinladung in das System verringert.
  • Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gas über wenigstens eine Öffnung in einer Wand der Röhre um die hohle Röhre eingebracht wird. Alternativ kann das Gas beispielsweise über einen oberen Rand der Röhre eingebracht werden. In einer bestimmten Version der ersteren Ausführungsform ist die Öffnung ein Bereich, der für das verwendete Gas porös ist.
  • Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spülvorrichtung so ausgeführt ist, dass der Gasfluss in der hohlen Röhre zumindest teilweise in Richtung des Substrattisches gerichtet wird. Das bloße Vorhandensein von Gas (ob nun statisch, was nicht Gegenstand der Erfindung ist, oder dynamisch) zwischen dem Substrat und dem Projektionssystem schafft eine Streuungsbarriere für Bruchstücke, welche von dem Substrat wegwandern. Wenn solches Gas jedoch zusätzlich in Richtung des Substrats bewegt wird, schafft dies eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme gegen solche Bruchstücke, die das Projektionssystem erreichen. Es sei festzuhalten, dass die Spülung gemäß der Erfindung nicht vollständig in Richtung des Substrats gerichtet sein muss: Wenn beispielsweise das Gas über eine Öffnung in der Wand der Röhre eingebracht wird, die in einem bestimmten Punkt (z. B. auf halbem Weg) zwischen deren oberen und unteren Grenzen (Rändern) liegt, kann ein Teil des Gases von der Öffnung nach oben (in Richtung des Projektionssytems) und der Rest nach unten (in Richtung des Substrats) fließen.
  • Bei einem Herstellungsprozess unter Verwendung einer lithographischen Projektionsvorrichtung gemäß der Erfindung wird ein Muster in einer Maske auf ein Substrat abgebildet, welches zumindest teilweise mit einer Schicht eines energieempfindlichen Materials (Resist) bedeckt ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedene Vorgänge durchlaufen, beispielsweise Priming, Resistbeschichtung und Weichbacken. Nach der Belichtung kann das Substrat anderen Vorgängen unterworfen werden, beispielsweise Nachbelichtungsbacken (PEB), Entwicklung, Ausbacken und Messung/Überprüfung der abgebildeten Merkmale. Diese Abfolge von Vorgängen wird als Grundlage zur Musterung einer individuellen Schicht einer Vorrichtung, z. B. eines IC verwendet. Eine solche gemusterte Schicht kann dann verschiedene Abläufe durchlaufen, beispielsweise Ätzen, Ionenimplantation (Dotierung), Metallisierung, Oxidation, chemisch/mechanisches Polieren etc., die alle dazu dienen, eine einzelne Schicht endzubearbeiten. Wenn mehrere Schichten benötigt werden, wird der gesamte Ablauf oder eine Abwandlung hiervon für jede neue Schicht wiederholt. Schließlich ist ein Feld von Vorrichtungen auf dem Substrat (Wafer) vorhanden. Diese Vorrichtungen werden dann voneinander durch eine Technik wie Trennschneiden oder Sägen getrennt, wonach die einzelnen Vorrichtungen auf einem Träger angeordnet werden können, mit Stiften verbunden werden etc. Nähere Informationen betreffend diese Abläufe lassen sich beispielsweise dem Buch „Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", dritte Ausgabe, von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4 entnehmen.
  • Obgleich oben konkreter Bezug genommen wurde auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Herstellung von Ics, sei explizit festzuhalten, dass eine solche Vorrichtung viele andere Anwendungsmöglichkeiten haben kann. Beispielsweise kann sie bei der Herstellung integrierter optischer Systeme, Führungs- und Erkennungsmustern für Magnetic Domain-Speichern, Flüssigkristallanzeigeschirmen, Dünnfilmmagnetköpfen etc. verwendet werden. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass im Zusammenhang mit solchen anderen Anwendungsfällen jegliche Verwendung der Begriffe „Strichplatte", „Wafer" oder „Rohchip" in diesem Text als durch die allgemeineren Begriffe „Maske", „Substrat" und „Zielbereich" ersetzbar ist.
  • Obgleich die Erläuterung in diesem Text sich in gewisser Weise auf die Verwendung von EUV konzentriert, sei explizit festzuhalten, dass die Erfindung auch bei Systemen anwendbar ist, welche andere Strahlungstypen verwenden. Beispielsweise bekämpft im Fall einer lithographischen Vorrichtung, die UV-Licht in Kombination mit einer (teilweise) evakuierten Umgebung verwendet (beispielsweise mit dem Ziel, eine Substratverunreinigung zu verringern), die vorliegende Erfindung den Aufbau von Resist-Bruchstücken an den UV-Projektionsoptiken. Auf ähnliche Weise kann im Fall einer Elektronen- oder Ionenstrahllithographie die vorliegende Erfindung den Aufbau von vom Substrat erzeugten Verunreinigungen auf Feldlinsenelektroden bekämpfen. In allen Fällen bekämpft die vorliegende Erfindung auch die Wanderung von Bruchstücken von dem Substrat auf die Maske, die Strahlungsquelle etc.
  • Die Erfindung und die mit ihr einhergehenden Vorteile werden unter Zuhilfenahme von Ausführungsbeispielen und der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei:
  • 1 eine schematische Ansicht einer lithographischen Projektionsvorrichtung zeigt, welche zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
  • 2 eine Querschnittsdarstellung eines Teils der Vorrichtung zeigt, wie sie in 1 dargestellt ist und veranschaulicht, wie die vorliegende Erfindung gemäß einer bestimmten Ausführungsform verwendbar ist.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Merkmale.
  • Resist-Verunreinigungen, wie sie oben beschrieben worden sind, können in zwei Teile unterteilt werden: Lösungsmittel und Belichtungsprodukte. Die Lösungsmittel sind notwendig, um das Resist im Spin-Verfahren auf den Wafer aufzubringen, aber nach dem Ausbacken über mehrere Stunden hinweg bei Temperaturen in der Größenordnung von beispielsweise 160–175°C sind sie für gewöhnlich verdampft. Es ist nicht sehr wahrscheinlich, dass vollständige Moleküle des Resists während der Belichtung verdampfen, da die Molekülmasse zu hoch ist. Es ist jedoch möglich, dass Teile von Resistmolekülen verdampfen, nachdem sie von dem Strahl während der Belichtung aufgespalten wurden.
  • Wenn Resist mit energetischer Strahlung beleuchtet wird, können sich die langen Ketten von Resist-Molekülen abhängig von dem verwendeten Resist-Typs, also negatives oder positives Resist, verbinden oder aufbrechen. Im Fall des Aufbrechens werden kurze Ketten aus organischem Material erzeugt und sie können aus dem Resist verdampfen. In einem Vakuumsystem können diese Partikel frei durch das System wandern und diejenigen optischen Elemente des Projektionssystems erreichen, welche von dem beleuchteten Wafer her „sichtbar" sind, obgleich der Abstand zwischen Resist und der Optik ziemlich groß sein kann (z. B. ungefähr 0,5 m), Kohlenstoff- und oxydhaltige Moleküle adsorbieren relativ einfach auf den Spiegeloberflächen.
  • Der mittlere freie Pfad von Verunreinigungsmolekülen ist: λ = (kBT/(√2 p π d2) wobei:
  • kB
    = Boltzmann'sche Konstante [1,38 × 10–23 J/K]
    T
    = Gastemperatur [z. B. 300 K]
    p
    = Druck des Hintergrundgases innerhalb der Kamera [Pa]
    d
    = effektiver Durchmesser eines Verunreinigungsmoleküls
  • Im Schnitt kann ein Molekülbruchstück eine Oberfläche in 0,5 m ohne Streuung erreichen, wenn der Umgebungsdruck niedriger als 3 × 10–4 mbar ist. Dieser Druck ist gleich oder sogar höher als der Druck in einem EUV-System, so dass angenommen werden kann, dass Molekülbruchstücke den letzten Spiegel des Projektionssystems ohne Behinderung erreichen können. Die Verunreinigungsmoleküle werden als mit einer cos(θ) Winkelverteilung emittiert angenommen. Somit erreichen wenigstens alle Moleküle, welche innerhalb eines Raumwinkels gleich denjenigen des UV-Strahls emittiert werden, den letzten Spiegel. Bei einer NA (numerischen Apertur) von 0,1 ist dieser Bruchteil der Gesamtausbeute:
    Figure 00100001
    wobei α der halbe Öffnungwinkel des EUV-Strahls [NA 0,1 → α ~ 5,5°] ist. Ein Bruchteil der Moleküle, welche den letzten Spiegel erreichen, wird adsorbiert. Das Ergebnis dieser Adsorption kann eine Abnahme des Reflektionsvermögens des Spiegels und/oder eine Verschlechterung seiner Oberflächenglätte sein, was zu einer verstärkten Streuung von EUV-Licht führt.
  • Der sogenannte Total Integrated Scatter (TIS) liegt in der Größenordnung (4πσ/λ2), wobei σ die RMS-Oberflächenrauigkeit und λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist. Erlaubt man eine TIS aufgrund einer Oberflächenrauigkeit in der Größenordnung von 1%, erhält man eine maximal annehmbare RMS-Oberflächenrauigkeit in der Größenordnung von 0,1 nm. Unter der Annahme, dass 50% dieser Rauhigkeit von Verunreinigungsadsorption herführt, erhält man: Verunreinigungs-induzierte Rauhigkeit (RMS = 0,05 nm = (Σ ΔZ2/N)1/2 = √(f Δz2). wobei:
  • Δz:
    effektive Dicke der absorbierten Verunreinigung
    Σ:
    Summierung über Partikel in Ausleuchtrone auf Spiegel hinweg
    N:
    Anzahl von Monolayer-Partikeln in Ausleuchtrone auf Spiegel
    f:
    Partielle Monolayer-Bedeckung
  • Unter der Annahme, dass der Durchmesser eines adsorbierten Moleküls in der Größenordnung von 0,25 nm (z. B. 0,23 nm für CO2) beträgt, kann man berechnen, dass die maximal erlaubte partielle Monolayer-Bedeckung ungefähr 5% beträgt. Mit anderen Worten, nach einer Abscheidung einer 0,05 Monolayer (Schicht) einer Verunreinigung erfüllt die Optik nicht länger die Rauhigkeitsanforderungen. Dies impliziert ein zulässiges Maximum von 1014 adsorbierten Molekülbruchstücken/cm2 innerhalb der EUV-Ausleuchtrone des Strahls auf dem letzten Spiegel eines Projektionssystems (z. B. eines „Jewell-Type" Projektionssystems, wie es in der US 5,063,568 beschrieben ist).
  • Um die Zeit zu berechnen, die es braucht, bis die maximal erlaubte Bruchstückschicht auf dem belichteten Spiegel abgeschieden wird, muss man den Fluss an Bruchstücken aufgrund eines Bombardements mit 13,4 nm kennen. Die Photodesorptions-Ausbeute von Neutralen, emittiert nach einer Bestrahlung mit EUV mit λ = 13,4 nm EUV (92,7 eV) oder 11 nm (109 eV) kann aus Messungen der Ausbeute nach dem Auftreffen von 4,9 eV Photonen (254 nm Strahlung) oder 25 eV Elektronen geschätzt werden [siehe: G. Hiraoka, IBM Journal of Research and Development, 1977, Seiten 121–130]. Dies erfolgt unter der Annahme, dass die Ausbeute über diesen kleinen Energiebereich hinweg alleine mit Bewegungsenergie zusammenhängt und unabhängig vom Erregungstyp ist [G. D. Kubiak et al, J. Vac. Sci. Technol. B 10(6), 1992, Seiten 2593–2599]. Aus den in Tabelle 1 vorhandenen Daten (erhalten aus dem oben genannten Artikel von Hiraoka) leitet sich her, dass bei einem PMMA-Resist pro einfallendem Photon mit 100 eV die Größenordnung von einem Kohlenwasserstoffmolekül (unter Nichtbeachtung der CO2-Produktion) freigesetzt wird. Wird eine PMMA-Empfindlichkeit von 75 mJ/cm2 bei einer Strahlung von 13,4 nm angenommen, ergibt sich aus den Tabellendaten, dass die gesamte Photodesorptionsausbeute pro Entwicklung mit EUV-Strahlung in der Größenordnung von 5 × 1015 Molekülen/cm2 für PMMA liegt. Bei einem AZ.PN 114-Resist ist dieser Wert um zwei Größenordnungen geringer. Ausgewählte EUV-Resists werden von mehreren Herstellern entwickelt. Eine Ausgasung bis zu einem gewissen Grad kann erwartet werden.
  • Wenn 40% der Fläche eines 300 mm Wafers belichtet werden, ist die erzeugte Kohlenwasserstoffmenge in der Größenordnung von 1018 Molekülen/Wafer bei PMMA und 1016 Molekülen/Wafer bei AZ.PN 114. Oben wurde bereits gezeigt, dass 1% dieser Kohlenwasserstoffmoleküle den optischen Pfad zurückverfolgen und den letzten Spiegel überziehen. Die Ausleuchtrone auf dem letzten Spiegel ist ~ 100 cm2, was ergibt, dass pro beleuchtetem Wafer unter Verwendung von PMMA-Resist 1014 Molekülbruchstücke/cm2 den belichteten Spiegel treffen. Mit anderen Worten, wird angenommen, dass alle Moleküle anhaften, übersteigt nach der Belichtung von nur einem Wafer die Bedeckung des letzten Spiegels mit Bruchstücken bereits den maximal erlaubten Wert. Tabelle 1: Verunreinigung von PMMA-Resist aufgrund von Strahlung und Elektronen-Bombardement
    Figure 00130001
    • * monomere Zusammensetzungen wie Methylmethacrylat, Methylpivalat und Methylisobutyrat
  • Obgleich die obige Berechnung nur eine grobe Annäherung ist, ist klar, dass die gezeigte Verunreinigung nicht tolerierbar ist. Daher ist es wichtig, Möglichkeiten zu finden, die Lebensdauer der optischen Elemente zu erhöhen.
  • Tabelle 2 betrifft die Verwendung einer Gasspülung gemäß der Erfindung und zeigt berechnete Druckverteilung und Verunreinigungsverteilungen für verschiedene Men gen und Lagen der Gaseinbringung. Der Hintergrunddruck beträgt 2,5 Pa. Die Gaseinladungen sind pro Steradian angegeben; daher ist die tatsächliche Gaseinladung im System um 2π größer. Tabelle 2: Bruchstückunterdrückung aufgrund von Gasfluss in Röhre
    Figure 00140001
  • Die obigen Figuren wurden unter Verwendung von Computer Fluid Dynamics-Berechnungen erhalten. Der niedrigste Hintergrunddruck bei diesen Berechnungen, um zuverlässige Ergebnisse sicher zu stellen, beträgt 2,5 Pa. In einem tatsächlichen System kann der Druck jedoch niedriger sein.
  • Die Effizienz und der Gasweg nehmen beide mit einer Erhöhung der Höhe der Gaseinbringung oberhalb des Wafers bei konstantem Gasdruck an der Eintrittsposition zu. Dies deshalb, als allgemein Gas, das in Richtung des Wafers fließt, ausreichend wirksam dahingehend ist, Bruchstücke daran zu hindern, die (Vakuum-)Einhausung zu betreten, in welchem das Projektionssystem liegt und eine derartige Verhinderung tritt über eine größere Distanz hinweg auf, wenn das Gas an einer höheren Position eingebracht wird. Die Absorptionsänderung, die sich von einer Änderung des Gaspfades ergibt, ist nicht besonders merklich. Die Absorption beträgt für praktisch die höchsten Einbringpunkte weniger als 10%.
  • Ein vernünftiges Ergebnis wurde für 35 Pa Gasdruck bei einem Einbringpunkt erreicht, der ungefähr 50 mm oberhalb des Wafers liegt, entsprechend 30 mm in der Röhre, da eine Enddistanz zwischen Wafer und Boden der Röhre von 20 mm angenommen wird. Bei diesem Arbeitspunkt ist eine Bruchstückunterdrückungseffizienz von 1011 möglich (was die durchschnittliche Zeit zwischen Reinigungen der Optik in der Größenordnung von 4 oder mehr erhöht), mit lediglich einer 9%igen EUV-Lichtabsorption.
  • 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer lithographischen Projektionsvorrichtung, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Vorrichtung weist auf:
    • • ein Bestrahlungssystem LA, IL zur Lieferung eines Projektionsstrahls PB einer Strahlung (z. B. EUV-Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 10–15 nm oder einen Fluss von Elektronen, Ionen oder Röntgenstrahlen);
    • • einen Maskentisch MT zum Halten und Positionieren einer Maske MA (z. B. einer Strichplatte);
    • • einen Substrattisch WT zum Halten und Positionieren eines Substrats W (z. B. einen resist-beschichteten Siliziumwafer);
    • • ein Projektionssystem PL (z. B. ein reflektives System (Spiegelgruppe) oder eine Feldlinse) zum Abbilden eines bestrahlten Abschnitts der Maske MA auf einen Zielabschnitt C (Rohwafer) des Substrats W.
  • Das Bestrahlungssystem weist eine Quelle LA (z. B. ein Synchrotron, einen Undulator oder Laser oder eine Ladungspartikel- oder Röntgenstrahlquelle) auf, welche einen Strahl der Strahlung erzeugt. Dieser Strahl läuft durch das strahlformende System IL, so dass der sich ergebende Strahl PB im wesentlichen kollimiert und in seinem Querschnitt von gleichförmiger Intensität ist.
  • Der Strahl PB schneidet nachfolgend die Maske MA, die in einem Maskenhalter auf dem Maskentisch MT gehalten ist. Von der Maske MA läuft der Strahl PB durch das Projektionssystem PL, welches den Strahl PB auf einen Zielbereich des Substrats W fokussiert. Unter Zuhilfenahme interferometrischer Verschiebungs- und Messmittel IF kann der Substrattisch WT genau bewegt werden, z. B. so, dass unterschiedliche Zielbereiche C im Pfad des Strahls PB zu liegen kommen.
  • Die dargestellte Vorrichtung kann in zwei unterschiedlichen Betriebsarten verwendet werden:
    • • Im Schrittmodus ist der Maskentisch MT festgelegt und das gesamte Maskenbild wird in einem Durchgang (d. h. einem einzelnen „Flash") auf einen Zielbereich C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann im x- und/oder y-Richtung verschoben, so dass ein unterschiedlicher Zielbereich C von dem (ortsfesten) Strahl PB bestrahlt werden kann;
    • • Im Abtastmodus trifft im wesentlichen das gleiche Szenario zu, mit der Ausnahme, dass ein gegebener Zielbereich C nicht in einem einzelnen „Flash" belichtet wird. Anstelle hiervon ist der Maskentisch MT in einer bestimmten Richtung (der sogenannten „Abtastrichtung", z. B. der x-Richtung) mit einer Geschwindigkeit v beweglich, so dass der Projektionsstrahl PB veranlasst wird über ein Maskenbild zu fahren; gleichzeitig wird der Substrattisch WT in die gleiche oder eine entgegen gesetzte Richtung mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M die Vergrößerung des Projektionssystems PL ist (z. B. M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise kann ein relativ großer Zielbereich C belichtet werden, ohne dass Kompromisse bei der Auflösung gemacht werden müssen.
  • Obgleich in 1 nur ein Substrattisch WT dargestellt ist, kann es wenigstens einen weiteren Substrattisch geben, der sich in der gleichen Ebene wie der erste Substrattisch WT bewegt.
  • Wenn der Projektionsstrahl PB Strahlung wie EUV, geladene Partikel oder Röntgenstrahlen aufweist, ist es üblicherweise notwendig, die dargestellte Vorrichtung zumindest teilweise zu evakuieren, zumindest entlang des Pfades des Strahls PB von der Quelle LA zum Wafer W. Eine derartige Evakuierung hat den Nachteil, dass sie die Wanderung von Resist-Bruchstücken vom Wafer W über relativ weite Distanzen erlaubt und insbesondere in das Projektionssystem PL, wo solche Bruchstücke sich an optischen Oberflächen (z. B. Spiegeln) sammeln können und ernsthafte Verschlechterungen derer Qualität verursachen können. Dieses Problem wird unter Verwendung der vorliegenden Erfindung angegangen, beispielsweise wie in der nachfolgenden Ausführungsform beschrieben.
  • 2 zeigt einen Teil der in 1 dargestellten Vorrichtung und veranschaulicht, wie die vorliegende Erfindung hier anwendbar ist.
  • Der Projektionsstrahl PB, der von der Maske MA kommt (z. B. reflektiert wurde) läuft durch das Projektionssystem PL, bevor er auf das Substrat W trifft, welches auf dem Substrattisch WT liegt. In diesem Fall weist das Projektionssystem PL vier Reflektoren (Spiegel) R1, R2, R3, R4 auf, welche dazu dienen, den Strahl PB gemäß bestimmten Spezifikationen zu fokussieren. In diesem besonderen Fall liegt das Projektionssystem PL in einer Einhausung B, welche mit einer Eintrittsöffnung I und einer Austrittsöffnung O versehen ist, um den Eintritt und Austritt des Strahls PB zu ermöglichen. Obgleich das Vorhandensein der Einhausung B hilft, die Ansammlung von Resist-Bruchstücken an den Oberflächen der Spiegel R1–R4 zu verhindern, ist es für geringere Mengen solcher Bruchstücke nach wie vor möglich, diese Spiegel zu erreichen, z. B. über die Öffnung O.
  • Das Projektionssystem PL ist von dem Substrattisch WT durch einen Zwischenraum L getrennt. Dieser Raum L ist an der Stelle des Projektionssystems PL durch die feste Reflektionsfläche S des „Endspiegels" R4 im System PL begrenzt. Es sei festzuhalten, dass die Strahlung letztendlich von diesem Spiegel R4 in Richtung des Substrats W gerichtet wird.
  • Der Raum L enthält eine hohle Röhre T, welche um den Pfad des Strahlungsstrahls PB auf seinem Weg von der Oberfläche S zum Substrattisch WT angeordnet ist. Diese Röhre T ist somit so geformt, bemessen und angeordnet, dass ihre Wände den Strahl PB nicht schneiden. In diesem bestimmten Fall ist die Röhre T als Fortsetzung der Einhausung B ausgeführt, welche von der Austrittsöffnung O nach außen vorsteht. Weiterhin verjüngt sich, wie hier dargestellt, die Röhre T in Richtung des Substrattisches WT.
  • Gemäß der Erfindung enthält die Röhre T ein Gas, welches EUV nicht wesentlich absorbiert, z. B. Ar oder Kr. Bevorzugt wird dieses Gas durch die Röhre T in Richtung des Substrates W gespült. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem ein nach unten gerichteter Fluss des Gases in die Röhre T in der Nähe ihres oberen Randes (E1) oder an einem bestimmten Punkt (E2) zwischen den oberen und unteren Rändern eingebracht wird; im Fall der Einbringung bei einem solchen zuletzt genannten Zwischenpunkt (E2) kann beispielsweise der Fluss teilweise nach unten und teilweise nach oben gerichtet sein.

Claims (7)

  1. Eine lithografische Projektionsvorrichtung, aufweisend: • ein Bestrahlungssystem (IL) zur Lieferung eines Projektionsstrahls einer Strahlung; • einen Maskentisch (MT) zum Halten einer Maske; • einen Substrattisch (WT) zum Halten eines Substrats; • ein Projektionssystem (PL) zum Abbilden eines bestrahlten Abschnitts der Maske auf einen Zielabschnitt des Substrats, wobei das Projektionssystem in einer Einhausung (B) liegt, wobei c) die Einhausung (B) von dem Substrattisch durch einen Raum getrennt ist, der zumindest teilweise evakuierbar ist; d) der Raum eine hohle Röhre (T) enthält, welche um den Strahlungsweg herum angeordnet ist, wobei Form und Größe der Röhre so sind, dass eine von dem Projektionssystem (PL) auf den Substrattisch (WT) fokussierte Strahlung eine Wand der Röhre nicht schneidet; und e) eine Spülvorrichtung vorgesehen ist, welche das Innere der hohlen Röhre (T) kontinuierlich mit einem Gasfluss zu spülen vermag; wobei die Einhausung (B) eine Auslassöffnung (O) hat, um welche herum die hohle Röhre angeordnet ist, so dass die durch das Projektionssystem auf den Substrattisch fokussierte Strahlung die hohle Röhre durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (O) offen für einen Durchlass von Resist-Bruchstücken ist und der Gasfluss wirksam dahingehend ist, zu verhindern, dass Resist-Bruckstücke das Projektionssystem erreichen.
  2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die hohle Röhre eine Konusform hat, welche sich in einer Richtung verjüngt, die sich von der festen Oberfläche in Richtung Substrattisch erstreckt.
  3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gas über wenigstens eine Öffnung in einer Wand der Röhre in die hohle Röhre (T) eingebracht wird.
  4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Öffnung ein Bereich der Wand ist, welcher für das verwendete Gas porös ist.
  5. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spülvorrichtung so ausgeführt ist, dass der Gasfluss in der hohle Röhre (T) zumindest teilweise in Richtung des Substrattisches (WT) gerichtet wird.
  6. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die hohle Röhre (T) ein Fortsatz an der Einhausung (B) ist.
  7. Ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, aufweisend die Schritte von: – Bereitstellen eines Substrats (W), welches zumindest teilweise mit einer Schicht eines strahlungsempfindlichen Materials bedeckt ist; – Bereitstellen einer Maske (MA), welche ein Muster enthält; – Verwenden eines Projektionsstrahls (PB) einer Strahlung, um ein Bild von zumindest einem Teil des Maskenmusters auf einen Zielbereich der Schicht aus strahlungsempfindlichem Material zu projizieren; wobei Verwendung gemacht wird von einer Vorrichtung, welche aufweist: – ein Bestrahlungssystem (IL) zur Lieferung eines Projektionsstrahls einer Strahlung; – einen Maskentisch (MT) zum Halten einer Maske; – einen Substrattisch (WT) zum Halten eines Substrats; – ein Projektionssystem (PL) zum Abbilden eines bestrahlten Abschnitts der Maske (MA) auf einen Zielabschnitt des Substrats (W), wobei das Projektionssystem (PL) in einer Einhausung (B) liegt, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist von: a) Bereitstellen eines Raums, der zumindest teilweise evakuierbar ist, um die Einhausung (B) von dem Substrattisch (WT) zu trennen; b) Bereitstellen einer hohlen Röhre (T) in dem Raum, welche um den Strahlungsweg herum angeordnet ist, wobei die Form und Grösse der Röhre (T) so sind, dass eine von dem Projektionssystem auf den Substrattisch fokussierte Strahlung eine Wand der hohlen Röhre (T) nicht schneidet; c) kontinuierliches Spülen des Inneren der hohlen Röhre mit einem Gasfluss; wobei die Einhausung (B) eine Auslassöffnung (O) hat, um welche herum die hohle Röhre so angeordnet ist, dass die durch das Projektionssystem auf den Substrattisch fokussierte Strahlung die hohle Röhre durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (O) offen für einen Durchlass von Resist-Bruchstücken ist und der Gasfluss wirksam dahingehend ist, zu verhindern, dass Resist-Bruchstücke das Projektionssystem erreichen.
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