-
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, mittels welcher Halbleiterbauelemente auf Substraten hergestellt werden können. Hierzu wird üblicherweise zunächst mittels einer Lichtquelle kurzwelliges Licht im UV-Bereich, insbesondere auch im EUV-Bereich, erzeugt. Das so erzeugte Licht wird in einem Beleuchtungssystem derart vorkonditioniert, dass es auf die jeweilige Anwendung optimiert zur Beleuchtung einer Maske, eines sogenannten Reticles, verwendet werden kann. Die angesprochene Vorkonditionierung des Lichtes im Beleuchtungssystem wird in der Regel unter Verwendung optischer Elemente wie beispielsweise Spiegel oder Linsen erreicht.
-
Das Reticle enthält die auf dem auch Wafer genannten Substrat üblicherweise verkleinert abzubildenden Strukturen. Diese Abbildung wird mittels einer im Lichtweg dem Reticle nachgeschalteten abbildenden Projektionsoptik erreicht.
-
Durch die angesprochene Abbildung der Strukturen wird eine Fotolackschicht auf dem Wafer belichtet, wodurch sich durch nachfolgende Entwicklungs- und weitere Schritte die gewünschten Bauelemente erzeugen lassen.
-
Mit zunehmender Miniaturisierung der zu erzeugenden Bauelemente steigen auch die mechanischen Anforderungen an die verwendete Projektionsbelichtungsanlage. So ist es vor allem auch wünschenswert, dass sich die Anlage stabil oder wenigstens reproduzierbar gegenüber thermischen Einflüssen verhält, thermisch induzierte Längenänderungen von sensiblen Komponenten also möglichst unterbunden werden oder bis zu einem beherrschbaren Grad reduziert werden. Derartige thermisch induzierte Längenänderungen können beispielsweise auf eine Heizwirkung der zur Abbildung oder Beleuchtung verwendeten kurzwelligen elektromagnetischen Strahlung zurückgehen. So kann sich beispielsweise ein optisches Element aufgrund einer teilweisen Absorption der auf es einfallenden elektromagnetischen Strahlung aufheizen und die so entstehende Wärme durch Strahlung oder auch Wärmeleitung an seine Umgebung, insbesondere an Bereiche einer Tragstruktur der Anlage abgeben. Dadurch, dass an der Tragstruktur üblicherweise die zur Beleuchtung oder Abbildung verwendeten optischen Elemente angeordnet sind, kann es bei einer thermisch induzierten Verformung der Tragstruktur zu Abbildungsfehlern kommen, die sich negativ auf die Ausbeute an Bauelementen zufriedenstellender Qualität auswirkt.
-
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dieser Problematik dadurch entgegen zu wirken, dass die Tragstruktur mit Temperierkanälen versehen wird, durch welche ein flüssiges oder gasförmiges Temperiermedium strömt und somit eine gleichmäßige Tempererierung der Tragstruktur gewährleistet. Durch diese Maßnahme erhöht sich jedoch der Fertigungsaufwand einer derartigen Tragstruktur erheblich; weiterhin entstehen aus der Notwendigkeit der Integration von Kanälen in die Tragstruktur selbst auch Einschränkungen in den Gestaltungsmöglichkeiten der Struktur. Darüber hinaus enthält das Material der Tragstruktur, beispielsweise Edelstahl oder Aluminium, üblicherweise Korngrenzen, entlang derer bei Kontakt mit dem Temperiermedium wie beispielsweise Wasser bevorzugt Korrosion auftritt, was im Extremfall zur Undichtigkeit des Systems führen kann. Weiterhin verursacht das in den Kanälen strömende Medium im Betrieb der Anlage Vibrationen, welche ihrerseits Anlass zu Abbildungsfehlern geben können.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie anzugeben, deren Tragstruktur eine erhöhte Robustheit gegenüber thermischen Einflüssen zeigt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
-
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie zeigt mit eine Tragstruktur zur Aufnahme von Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage, wobei mindestens ein Abschirmelement zur Abschirmung mindestens von Teilbereichen der Tragstruktur gegenüber von mindestens einer der Komponenten ausgehenden Wärme vorhanden ist.
-
Unter einem Abschirmelement ist dabei insbesondere jede Art von Struktur zu verstehen, die einen Wärmeübergang von der Komponenten in die Tragstruktur vermindert oder unterbindet. Diese Schirmung der Tragstruktur gegenüber Wärmeeintrag ermöglicht es, eine aktive Temperierung, insbesondere Kühlung der Tragstruktur wie aus dem Stand der Technik bekannt entweder reduziert auszuführen oder vollständig auf eine solche aktive Temperierung/Kühlung zu verzichten. Als Abschirmelemente können vergleichsweise preiswerte Standardelemente bis hin zu einfachen Blechen verwendet werden, welche bereits aus anderen Anwendungen bekannt und erprobt sind. Weiterhin verringert sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Komplexität der Tragstruktur, wodurch ein insgesamt preiswerteres Design der Struktur realisiert werden kann. Darüber hinaus wird dadurch, dass das Material der Tragstruktur nicht oder im Vergleich zum Stand der Technik in geringerem Ausmaß spanend bearbeitet werden muss, das Risiko der oben angesprochenen Korngrenzenkorrosion erheblich vermindert. Ebenso wird die Gefahr von Undichtigkeiten deutlich reduziert.
-
Das Abschirmelement kann als aktives oder passives Element ausgeführt sein.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Abschirmelement als Pillow Plate ausgebildet.
-
Unter einer Pillow Plate (Kissenplatte) versteht man eine Struktur aus zwei voneinander beabstandeten dünnen Stahlblechen, die durch Schweißpunkte oder kurze Schweißnähte bereichsweise miteinander verschweißt, insbesondere laserverschweißt sind. Zur Herstellung der Kissenstruktur wird der Raum zwischen den Platten unter Druck gesetzt, um eine oder beide Platten zu verformen. Hierdurch wird ein Raum bereitgestellt, in dem ein Temperiermedium zirkulieren kann. Zur Herstellung der Platten können als Plattenmaterial beispielsweise Edelstahl, Normalstahl, Aluminium oder Titan verwendet werden. Pillow Plates lassen sich vergleichsweise einfach in unterschiedlichsten Geometrien herstellen und zeigen eine ausgesprochen gute Temperierwirkung. Selbst bei einer Verwendung ohne zirkulierendes Temperiermedium wirkt eine derartige passive Pillow Plate noch als effektive Abschirmung vor Wärmestrahlung.
-
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist das mindestens eine Abschirmelement als Multilayer Insulation (MLI)-Element ausgebildet.
-
Unter einem Multilayer Insulation Element ist eine mehrlagige Struktur metallbedampfter Kunststofffolien zu verstehen, die mittels eines Spacermaterials auf Abstand voneinander gehalten werden. Eine derartige Struktur reflektiert - vor allem bei Verwendung von Silber oder Gold als Bedampfungsmaterial - Wärmestrahlung äußerst effektiv.
-
Weiterhin kann mindestens ein Abschirmelement als Plattenkühler ausgebildet sein.
-
Derartige Plattenkühler sind üblicherweise als metallische Platten insbesondere aus Edelstahl oder Aluminium gebildet, die von Temperier- bzw. Kühlkanälen durchzogen sind. Je nach Anwendungsfall lassen sich diese Plattenkühler vergleichsweise einfach konfigurieren und fertigen.
-
In einer weiteren Variante der Erfindung kann mindestens ein Abschirmelement zwischen einer Komponente, von welcher Wärme ausgeht, und einem Bereich der Tragstruktur angeordnet sein, welcher dieser Komponente trägt.
-
So kann beispielsweise ein Interface, beispielsweise ein sogenannter Hexapod-Stab, zwischen einem Spiegel und der Tragstruktur mit einem Plattenkühler oder auch einem anderen Abschirmelement ausgestattet sein. Durch diese Maßnahme kann wirksam vermieden werden, dass es über den mechanischen Kontakt zwischen der Komponente und der Tragstruktur zu einem Wärmeeintrag in die Tragstruktur kommt.
-
Insbesondere kannn es sich bei der Tragstruktur um die Tragstruktur eines Beleuchtungssystems handeln; bei der zugehörigen Projektionsbelichtungsanlage kann es sich um eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage handeln.
-
Ferner kann die Tragstruktur mindestens einen Temperierkanal, insbesondere einen Kühlkanal, aufweisen. Dadurch, dass erfindungsgemäß mindestens Teile der Tragstruktur durch die erfindungsgemäße Verwendung der Abschirmelemente vor Wärmeeintrag geschützt sind, lässt sich die Anzahl der erforderlichen Temperierkanäle jedoch wesentlich verringern.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage,
- 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
- 3 eine Variante der Erfindung, bei welcher eine Kombination aus erfindungsgemäßen Abschirmelementen zur Anwendung kommt, und
- 4 eine Detaildarstellung zu 3.
-
1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet.
-
Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 30 nm emittieren.
-
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Variante der Erfindung, bei welcher praktisch der gesamte Innenraum eines Beleuchtungssystems einer EUV Projektionsbelichtungsanlage mit Pillow Plates 21 als Abschirmelementen ausgekleidet ist, um die in der Figur nicht gezeigte Tragstruktur des Beleuchtungssystems wirksam vor Wärmestrahlung abzuschirmen. Gut erkennbar in der Figur ist die überwiegend quaderförmige Geometrie der einzelnen Pillow Plates 21. Ebenfalls gut erkennbar in der Figur sind Schweißnähte 22, welche einerseits dazu dienen, durch die Verschweißung der beiden metallischen Platten, aus welcher die Pillow Plate 21 gebildet ist und nachfolgendes Innenhochdruckumformen die Struktur der Pillow Plate 21 zu erzeugen und weiterhin als Angriffspunkte für in der Figur nicht dargestellte Befestigungselemente der Pillow Plates an der Tragstruktur dienen können. Weiterhin dienen die in der Figur gezeigten Schweißnähte 22 dazu, eine gewünschte Fließrichtung des Temperier/Kühlmediums in der Pillow Plate 21 festzulegen; üblicherweise handelt es sich bei dem Temperier- bzw. Kühlmedium um Wasser. Da die Metallplatten, aus welchen eine einzelne Pillow Plate 21 üblicherweise gebildet ist, unterschiedliche Dicken aufweisen, bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Ausrichtung der Pillow Plates 21. In Fällen, in welchen die dickere der beiden Platten dem Innenraum der Beleuchtungseinheit zugewandt ist, kann die thermische Energie aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit metallischer Körper in Verbindung mit dem größeren zum Wärmetransport zur Verfügung stehenden Querschnitt besser in der Fläche verteilt werden; andererseits würde eine stärkere lokale Aufheizung der Pillow Plates zu einem verbesserten Wärmeübergang in das Temperier-/Kühlmedium führen, da der Wärmetransport über Grenzflächen (hier Grenzfläche Temperier-/Kühlmedium - Metallplatte) vom Temperaturgradienten zwischen den Grenzflächen abhängt. Abhängig von der jeweiligen Anwendung kann die eine oder die andere Orientierung vorteilhaft sein.
-
Die Pillow Plates 21 müssen nicht zwingend quaderförmig ausgebildet sein; sie können auch in Abhängigkeit der am jeweiligen Montageort herrschenden geometrischen Gegebenheiten gewinkelt oder auch gebogen ausgebildet sein. Nicht gezeigt in 2 sind die vakuumdicht ausgeführten Anschlüsse, mittels welchen das Temperier/Kühlmedium in die Pillow Plates 21 eingebracht und aus diesen wieder abgeführt werden kann. Dabei können die Pillow Plates 21 auch hydraulisch mit einander verbunden sein, d.h. es ist denkbar, dass das Temperier-/Kühlmedium zunächst in eine erste Pillow Plate 21 eintritt, danach in eine zweite übertritt und dann gegebenenfalls nach Durchtritt einer oder mehrerer weiterer Pillow Plates 21 einem externen Wärmetauscher zur externen Abführung der Wärme zugeleitet wird.
-
3 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher in einem Beleuchtungssystem eine Kombination aus erfindungsgemäßen Abschirmelementen zur Anwendung kommt. Lediglich grob schematisch in der 3 ist die Tragstruktur 24 dargestellt. Insbesondere gezeigt in der Figur sind Multilayer Insulation (MLI)-Elemente 23 als Abschirmelemente, welche im gezeigten Beispiel an Strukturen angebracht sind, die in geringerem Ausmaß mit Strahlung beaufschlagt werden. Im gezeigten Beispiel sind die MLI-Elemente 23 unter anderem an der Rückseite des Feldfacettenspiegels 2 wie auch im Bereich des Retikelhalters 8 auf der dem Homogenizer-Spiegel 40 zugewandten Seite angeordnet. Die Befestigung der MLI-Elemente 23 kann auf einfache Weise mechanisch, insbesondere durch Klemmen oder ähnliches erfolgen. Da die zugeordnete Projektionsbelichtungsanlage in einer hochkontrollierten mechanischen Umgebung betrieben wird, ist an die Stabilität der Befestigung der Abschirmelemente keine erhöhte Anforderung zu stellen, so dass ein mechanisches Klemmen ohne zusätzliche stoffschlüssige Verbindungen ausreichend sein dürfte. Weiterhin gut erkennbar in 3 sind die an besonders temperaturkritischen Stellen angebrachten, schematisch dargestellten Pillow Plates 25. Die Pillow Plates 25 sind vorzugsweise in Bereichen erhöhter thermischer Last einsetzbar, hier im Bereich des Pupillenfacettenspiegels 16, des Kondensorspiegels 26 und auch im Bereich des UNICOM 27. Unter einem UNICOM wird ein Element zur Strahlhomogenisierung, also zur Homogenisierung der Leistung über den Strahlquerschnitt in einer Richtung durch gezielte partielle Abschattung verstanden, das naturgemäß funktionsbedingt erhöhter Strahlungsbelastung ausgesetzt wird und deswegen auch eine erhebliche Erwärmung zeigt.
-
Weiterhin erkennbar in der Figur ist eine Kombination aus Pillow Plate 25 und MLI Element 23. Im gezeigten Beispiel ist diejenige Pillow Plate 25, welche im Bereich des Kondensorspiegels 26 angeordnet ist zusätzlich auf seiner der Tragstruktur 24 zugewandten Seite mit einem MLI Element 23 versehen. Auf diese Weise wird eine besonders effektive Abschirmung der Tragstruktur 24 von schädlicher thermischer Strahlung erreicht.
-
In dem in der 3 dargestellten Beispiel ist auch die Tragstruktur 24 mit schematisch dargestellten Temperierkanälen 28 versehen; es versteht sich jedoch von selbst, dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Abschirmelemente die erforderliche Anzahl der Temperierkanäle 28 deutlich reduziert bzw. auf die Realisierung von Kühlkanälen in der Tragstruktur 24 vollständig verzichtet werden kann.
-
Weiterhin erkennbar in 3 sind Befestigungselemente in Form von Hexapod-Stäben 29, die zur Befestigung der Komponenten an der Tragstruktur 24 dienen. Im gezeigten Beispiel sind derartige Hexapod-Stäbe 29 im Bereich des Feldfacettenspiegels 2 wie auch des Kondensorspiegels 26 erkennbar.
-
Zwischen den Komponenten, also beispielsweise dem Feldfacettenspiegel 2 und dem Hexapod-Stab 29 kann ein Abschirmelement in Form eines Plattenkühlers 30 beziehungsweise eine gekühlten Zwischenflansches angeordnet sein, wie aus der Detaildarstellung in 4 zu erkennen ist.
-
Der Plattenkühler 30 kann beispielsweise als Edelstahlkomponente mit eingebrachten Temperier-/Kühlkanälen und Anschlüssen für das Temperier-/Kühlmedium ausgeführt sein. Im gezeigten Beispiel ist der Plattenkühler 30 zwischen dem Hexapod-Stab 29 und dem Feldfacettenspiegel 2 angeordnet und führt entstehende Wärme ab, bevor sie den Hexapod-Stab 29 erreicht. Grundsätzlich könnte der Plattenkühler auch zwischen dem Hexapod-Stab 29 und der Tragstruktur 24 angeordnet werden, allerdings würde sich in diesem Fall der Hexapod-Stab 29 aufgrund seines bauartbedingt hohen Wärmewiderstandes stark erwärmen und damit aufgrund der damit verbundenen starken Wärmeausdehnung eine vergleichsweise große thermisch induzierte Positionsänderung des Feldfacettenspiegels 22 verursachen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- EUV-Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Feldfacettenspiegel
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Beleuchtungsoptik
- 5
- Objektfeld
- 6
- Objektebene
- 7
- Retikel
- 8
- Retikelhalter
- 9
- Projektionsoptik
- 10
- Bildfeld
- 11
- Bildebene
- 12
- Wafer
- 13
- Waferhalter
- 14
- EUV-Strahlung
- 15
- Zwischenfokusebene
- 16
- Pupillenfacettenspiegel
- 17
- Optische Baugruppe
- 18,19,20
- Spiegel
- 21,25
- Pillow Plate
- 22
- Schweißnaht
- 23
- MLI-Element
- 24
- Tragstruktur
- 26
- Kondensorspiegel
- 27
- UNICOM
- 28
- Temperierkanal
- 29
- Hexapod-Stab
- 30
- Plattenkühler
