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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduktion von Vibrationen bedingt durch Gasblasen im Temperierfluid in mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduktion von Vibrationen bedingt durch Gasblasen im Temperierfluid in mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen.
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (=Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Folgende Begriffe werden im folgenden Dokument synonym verwendet:
- EUV-System wird synonym mit EUV-Projektionsbelichtungsanlage, mit mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich, mit Lithographiesystem und mit Lithographiescanner verwendet. DUV-System wird synonym mit DUV-Projektionsbelichtungsanlage, mit mikrolithographischer Projektionsbelichtungsanlage für den DUV-Bereich, mit Lithographiesystem und mit Lithographiescanner verwendet. Wird das Wort Temperieren verwendet soll Kühlen und/oder Heizen umfasst sein. So werden Fluid, Temperierfluid und Kühlfluid synonym verwendet. Auch werden Flächenkühler und Flächentemperierer synonym verwendet. Photomaske und Retikel werden synonym verwendet. Wafer und „mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat“ werden synonym verwendet. Sensorrahmen und Messrahmen werden synonym verwendet und mit SFr (Sensor Frame) abgekürzt. Kraftrahmen und Tragrahmen werden synonym verwendet und FFr (Force Frame) abgekürzt. Spiegeltragrahmen wird MSF (Mirror Support Frame) abgekürzt. Die Begriffe Temperatur der Reinraumatmosphäre und Umgebungstemperatur werden synonym verwendet. Die Begriffe Gaseinschlüsse und Gasblasen werden synonym verwendet.
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In für den DUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. 193 nm bzw. 248 nm, werden vorzugsweise Linsen als optische Elemente für den Abbildungsprozess verwendet. Um eine höhere Auflösung von Lithograpieoptiken zu erreichen, werden seit einigen Jahren für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven verwendet, die bei Wellenlängen von z.B. etwa 13,5 nm oder 7 nm betrieben werden. In solchen für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Elemente für den Abbildungsprozess verwendet. Diese Spiegel arbeiten entweder im nahezu senkrechten Einfall oder in streifendem Einfall. Spiegel sind aufgrund ihrer reflektierenden Wirkung auf Lichtstrahlen gegenüber Linsen wesentlich positionssensitiver. So übersetzt sich ein Spiegelkipp mit Faktor 2 in eine Strahlrichtungsänderung, während bei einer Linse typischerweise eine erhebliche Kompensation der Änderung im brechenden Strahlrichtungseinfluß zwischen Vorder- und Rückseite auftritt.
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Ein wesentlicher Einfluß auf die Spiegelform stammt von der thermischen Ausdehung des Spiegelmaterials. Deshalb werden für EUV-Spiegel Materialien mit niedrigen thermischen Ausdehungskoeffizienten wie Zerodur oder ULE (ultra low expansion) eingesetzt. Solche Materialien reagieren wesentlich schwächer als Gläser oder Quarzglas auf Temperaturänderungen. Dennoch können im Rahmen des verfügbaren Aberrationsbudgets erhebliche Fehlerbeiträge auftreten. Diese Fehlerbeiträge setzen sich aus Effekten einer inhomogenen Temperaturverteilung sowie Inhomogenitäten der so genannten Nulldurchgangstemperatur (zero crossing temperatur: ZCT) im Volumen des Materials zusammen, etwa aufgrund variierender Stöchiometrie zwischen SiO2 und TiO2 im ULE Material. Sowohl lokale als auch globale Temperaturänderungen gegenüber einer vorgesehenen Betriebstemperatur der mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage können Aberrationen hervorrufen, die nur zum Teil durch Manipulatoren korrigiert werden können.
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Der Betriebszustand definiert sich häufig durch eine angenommene Maximalleistung des EUV-Systems bei der Betriebswellenlänge, also zum Beispiel bei einer Wellenlänge von 13,5 nm. Wird diese Maximalleistung nicht erreicht, etwa weil ein im Mittel weniger stark reflektierendes Retikel eingesetzt wird, so können zum Beispiel gemäß des Standes der Technik Infrarotheizer „auffüllend“ heizen und dafür sorgen, dass die Spiegel nahe der gemittelten Nulldurchgangstemperatur betrieben werden, wo sie aufgrund der quadratischen Deformationsabhängigkeit vom Temperaturunterschied zu dieser Temperatur besonders unempfindlich sind.
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Ein wichtiges Qualitätsmerkmal der Lithographiescanner stellt ihre Aktivzeit dar, in der tatsächlich Halbleiterbauelemente mit hoher Ausbeute gefertigt werden können („uptime“). Aus verschiedenen Gründen werden aber von Zeit zu Zeit Wartungsarbeiten erforderlich sein, bei denen der Lithographiescanner geöffnet wird und z.B. eine Kontrolle, Reinigung oder ein Austausch von Teilen erfolgt.
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Bei jedem Aufbau, Reparatur- bzw. Tauschvorgang von Komponenten und optischen Elementen müssen Lithographiesysteme geöffnet und deren Temperierfunktionalität, insbesondere deren Kühlfunktionalität, unterbrochen werden. Dafür werden die Leitungen, in denen das Temperierfluid fließt, zumindest teilweise entleert. Um das Lithographiesystem wieder in Betrieb zu nehmen, müssen die Temperierfluidleitungen wieder mit einem Temperierfluid, insbesondere mit Wasser, befüllt werden, um deren Temperierfunktionalität wiederherzustellen.
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Messrahmen und Tragrahmen haben unter anderem Anforderungen hinsichtlich der durch dynamische Anregungen verursachten sog. „Line-of-Sight‟ (LoS)-Fehlern während der Wafer-Belichtung. Die dynamischen Anregung des Mess- und des Tragrahmens durch sog. „Flow induced Vibrations“ (FIV) ist ein wesentlicher Beitrag zu den LoS-Fehlern während der Belichtung der Wafer. Die „Flow induced Vibrations“ entstehen durch Turbulenz-induzierte Druckschwankungen in der Strömung des Temperierfluids in den Temperierfluidleitungen. Die daraus resultierenden Kräfte auf die Wandungen der Temperierfluidleitungen können zu einer ungewollten dynamischen Anregung von Messrahmen und Tragrahmen führen. Die „Flow induced Vibrations“ werden durch Gasblasen in der Strömung in den Temperierfluidleitungen verstärkt. Diese Gasblasen entstehen im Wesentlichen während des Befüllvorganges der Temperierfluidleitungen durch das Gas, das sich vor der Befüllung mit dem Temperierfluid bereits in den Temperierfluidleitungen befindet.
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Zusammengefasst bedingen die hohen Zeitkonstanten erhebliche Wartezeiten des Lithographiescanners nach Wartungsfenstern, bevor der Lithographiescanner wieder seine volle Leistungsfähigkeit erreicht. Das Gütekriterium Aktivzeit „leidet“. So besteht momentan die Anforderung an das Temperiersystem des Projektionsobjektiv innerhalb einer Stunde nach Start des Befüllvorgangs der Temperierfluidleitungen vollständig betriebsbereit zu sein. Mit dem aktuellen Luft-Wassersystem (Wasserbefüllung eines luftbefüllten Kühlkanals) ist dies aufgrund des hohen Restgehalts an Luftblasen in den Temperierfluidleitungen und der daraus resultierenden dynamischen Anregung der Rahmen des Projektionsobjektiv nach einer Stunde Befüllzeit nicht möglich. Stand der Technik ist eine notwendige Befüllzeit von mindestens 30 Stunden, um hinsichtlich der dynamischen Anregungen der Rahmen durch „Flow induced Vibrations“ in Spezifikation zukommen.
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Angesichts der oben beschriebenen Probleme stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Probleme lösen, insbesondere die Wartezeiten des Lithographiescanner nach Wartungsfenstern zu verkürzen. So sollen Gaseinschlüsse während des Befüllvorganges vermieden werden oder wenn sie nicht vollständig vermeidbar sind schnellst möglich aus dem Temperiersystem abtransportiert werden. Dadurch soll eine blasen- und störungsfreie Strömung während der Aktivzeit des Lithographiesystems ermöglicht werden.
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Auch bei längerem Stillstand der Projektionsbelichtungsanlage können sich durch Korrosion im Temperiersystem Gasblasen bilden.
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Der Transport von Gasblasen in Fluidströmungen basiert auf den zwei Transportmechanismen Konvektiver Transport von Blasen und Transport durch Absorption von Gas im Temperierfluid.
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Der konvektive Transport von Gasblasen in Temperierfluidleitungen wird maßgeblich durch folgende Parameter beeinflußt:
- - Form der Gasblase
- - Durchmesser der Gasblase
- - Neigung der Temperierfluidleitung im Erdschwerefeld
- - Temperierfluidströmung.
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Der Transport von Gas durch Absorption wird maßgeblich durch die folgenden Parameter beeinflusst:
- -Fähigkeit des Temperierfluids das Gas chemisch oder physikalisch zu binden
- -Partialdruck des zu absorbierenden Gases
- -Größe der Grenzfläche zwischen Gas und Temperierfluid
- - Temperierfluidströmung
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Eine Gasblase in einem Temperierfluid wirkt als zusätzliche Gas-Feder, die dazu führt, dass das Übertragungsverhalten von Turbulenzen im Temperierfluid auf die mechanische Struktur verstärkt wird. Durch die Gasblasen werden die Elemente empfänglicher für Anregungen von außen und es werden zudem unmittelbar Vibrationen eingebracht.
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Die vorliegende Erfindung greift an den Paramtern Durchmesser der Gasblasen, Größe der Grenzfläche zwischen Gas und Temperierfluid und Temperierfluidströmung an.
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Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Aufgabe durch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich oder für den DUV-Bereich, mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv mit mindestens einem Element, das zur Temperierung des Elements zumindest bereichsweise von mindestens einer Temperierfluidleitung zum Leiten eines Temperierfluids durchzogen ist, wobei die Temperierfluidleitung mit mindestens einem Temperierfluidvorratsbehälter verbunden ist und wobei zum Beschallen des Temperierfluids mindestens ein Schallgenerator am Element und/oder an der Temperierfluidleitungund/oder im Temperierfluidvorratsbehälter und/oder am Temperierfluidvorratsbehälter angeordnet ist, gelöst.
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So werden Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, die durch das Temperierfluid, die Temperierfluidleitungen und/oder die Rahmenstrukturen zu den Grenzflächen der Gasblasen transportiert werden, die Gasblasen aufbrechen und somit den mittleren Blasendurchmesser (z.B. den sog. Sauterdurchmesser der Gasblasenverteilung) reduzieren. Die Gasblasen brechen bevorzugt bei einer im Wesentlichen vom mittleren Durchmesser der Gasblasen abhängenden Resonanzfrequenz der Schallwellen auf. Bei der Resonanzfrequenz wird die Grenzschicht zwischen Temperierfluid und Gas instabil. Die Resonanzfrequenz ist abhängig vom Druck, von der Dichte, von der Viskosität und von der Oberflächenspannung des Temperierfluides. Vorallem aber ist die Resonanzfrequenz von der Größe der Gasblase abhängig. Je kleiner die Gasblase, desto höher ist Resonanzfrequenz. Dieses Aufbrechen führt dazu, dass sowohl der konvektive (strömungsbedingt) als auch der diffusive Abtransport (Absorption; Gas löst sich im Temperierfluid) von Gasblasen durch das Temperierfluid verbessert wird. Im Fall des konvektiven Transports folgen kleine Gasblasen der Strömung besser als große Gasblasen. Der konvektive Abtransport von Gasblasen wird somit verbessert. Durch eine Reduktion des mittleren Gasblasendurchmessers (Sauterdurchmesser) wird die aktive Oberfläche des Gases mit dem Temperierfluid vergrößert und somit die Gasabsorption im Temperierfluid verbessert. Dies führt ebenfalls zu einem verbesserten Abtransport von Gas aus den Temperierfluidleitungen.
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Das Temperiersystem ist ein Kreislauf. Das Temperierfluid strömt also näherungsweise kontinuierlich. Das Temperierfluid ist vorzugsweise Wasser, insbesondere deionisiertes Wasser. Es können aber auch Glykol, Alkohole u.a. als Temperierfluid eingetzt werden.
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Die Schallgeneratoren haben Leistungen zwischen 250W und 3000W und können in verschiedensten Formen ausgebildet sein.
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Es gibt mehrere Möglichkeiten zur Anbringung der Schallgeneratoren. Erstens kann ein Schallgenerator im Temperierfluidvorratsbehälter im Temperierfluid angebracht sein. Hierfür kommt als Schallgenerator ein sog. Stabgenerator in Betracht. Die Ausbreitung der Schallwellen durch die Temeprierfluidleitung wird hier jedoch durch die Grenzfrequenzen der Temperierfluidleitung und durch die Querschnittssprünge unterdrückt. Zweitens kann ein Schallgenerator unmittelbar an den Elementen angebracht sein, also an den Stellen, an welchen die Blasen und somit die Phasengrenzschichten auftreten. Durch den Schall wird die Phasengrenzschicht destabilisiert und die Gasblasen brechen auf. Drittens kann ein Schallgenerator an den Temperierfluidleitungen vor deren Eintritt in die Elemente angebracht sein. Dadurch wird eine Schallübertragung über die Elemente und zugleich über das Temperierfluid ermöglicht.
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Ein Schallgenerator kann insbesondere durch Verschrauben oder Kleben an den Elementen, an den Temperierfluidvorratsbehältern und/oder den Temperierfluidleitungen befestigt werden.
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In einer Ausführungsform ist das zu temperierende Element als Messrahmen, als Tragrahmen, als Spiegeltragrahmen, als Spiegel und/oder als Flächentemperierer ausgebildet. Hierbei können verschiedene Elemente mit verschiedenen Temperierfluidvorratsbehältern über verschiedene Temperierfluidleitungen verbunden sein. Hierdurch können verschiedene Elemente auf unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden. So liegt zum Beispiel die Betriebstemperatur einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage im EUV-Bereich bei etwa 22°C. Die Betriebstemperatur der Elemente, kann jedoch von 22°C abweichen. Zum Beispiel wird als Toleranzbereich für die Spiegeltemperaturen 15°C bis 45°C angegeben. Die Betriebstemperaturen der verschiedenen Spiegel in ein und derselben mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage können im Rahmen des oben genannten Toleranzbereiches voneinander abweichen.
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In einer Ausführungsform ist das Element als Flächentemperierer zur Temperierung des DUV-Projektionsobjektivs ausgebildet. Ein solcher Flächentemperier ist vorteilhaft, da er zum einen das DUV-Projektionsobjektiv von den Wärmeströmen von Verbrauchern abschirmt und zum anderen die vom DUV- Projektionsobjektivs abgegebene Wärmeströme aufnimmt und aus dem System abführt.
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In einer Ausführungsform ist der Schallgenerator dazu ausgelegt das Element und/oder die Temperierfluidleitung und/oder den Temperierfluidvorratsbehälter mit Schallwellen im Frequenzbereich von 10 Hz bis 80 KHz und im Leistungsdichtebereich von 0,05 W/cm2 bis 1 W/cm2 zu beaufschlagen.
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In einer Ausführungsform ist der Frequenzbereich als kontinuierliches Frequenzspektrum ausgebildet. Dies ist besonders vorteilhaft, um Gasblasen mit verschiedenen mittleren Durchmessern, die entsprechend den verschiedenen mittleren Durchmessern verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen, aufzubrechen.
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In einer Ausführungsform ist ein, insbesondere mit dem Schallgenerator elektronisch gekoppelter, Beschleunigungssensor auf oder in dem Element angeordnet. Der Beschleunigungssensor ist dazu ausgebildet, die Stärke der, insbesondere gasblasenbedingten, Vibrationen des Elements zu messen und über eine Steuerung die Frequenz und die Leistungsdichte der Schallwellen einzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Reduktion von Gasblasen in einem Temperierfluid in mindestens einer Temperierfluidleitung in mindestens einem Element einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den EUV- oder für den DUV-Bereich gelöst. Das Verfahren weist mindestens die folgenden Schritte auf:
- - Befüllen der Temperierfluidleitung mit dem Temperierfluid;
- - Pumpen, insbesondere kontinuierliches Pumpen, des Temperierfluids durch die Temperierfluidleitung;
- - während des Befüllens mit dem Temperierfluid und/oder während des Pumpens des Temperierfluids: Beaufschlagen des Elements und/oder der Temperierfluidleitung und/oder eines an die Temperierfluidleitung angeschlossenen Temperierfluidvorratsbehälters mit Schallwellen aus mindestens einem Schallgenerator.
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In einer Ausführungsform strahlt der Schallgenerator Schallwellen aus einem Frequenzbereich von 10 Hz bis 80 KHz ein.
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In einer Ausführungsform strahlt der Schallgenerator Schallwellen mit diskreten Frequenzen aus.
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In einer Ausführungsform ist der Frequenzbereich als kontinuierliches Frequenzspektrum ausgebildet. Zudem kann die Beaufschlagung mit Schallwellen zyklisch erfolgen.
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In einer Ausführungsform wird das Beaufschlagen mit Schallwellen solange durchgeführt, bis die Intensität der von einem Beschleunigungssensor gemessenen Vibrationen des Elements, an dem der Beschleunigungssensor angeordnet ist, unter einen Schwellwert abfällt.
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Nach Durchführen der obigen Verfahrensschritte, ist die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach einer Öffnung schneller wieder betriebsbereit als ohne den Einsatz der Schallgeneratoren.
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Das Temperiermedium wird im Überdruckbetrieb eingesetzt. Es kommt also im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage keine zusätzliche Luft in die Anlage, es werden also keine zusätzlichen neuen Gasblasen erzeugt.
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Figurenliste
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes (EUV-Projektionsobjektiv 640) einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich 100.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes (EUV-Projektionsobjektiv 340) einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich 100.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich 100.
- 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes (DUV-Projektionsobjektiv 404) einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den DUV-Bereich 400.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den DUV-Bereich 400.
- 6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die wesentlichen Verfahrensschritte darstellt.
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Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes (EUV-Projektionsobjektiv 640) einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich 100. Das dargestellte EUV-Projektionsobjektiv 640 weist einem Element 381 auf, das zu seiner Temperierung von einer Temperierfluidleitung 602 zum Leiten eines Temperierfluids durchzogen ist, wobei die Temperierfluidleitung 602 mit einem Temperierfluidvorratsbehälter 615 verbunden ist. Zum Beschallen des Temperierfluids ist ein Schallgenerator 530 am Element 381 und an der Temperierfluidleitung 602 und im Temperierfluidvorratsbehälter 615 angeordnet. Das Element ist ein Tragrahmen 381. Der Tragrahmen 381 trägt die drei Spiegel 691, 692, 693. Diese Spiegel 691, 692, 693 sind jeweils über eine aktive mechanische Lagerung 695 direkt mit den Tragrahmen 381 verbunden. Der vierte Spiegel 694 ist über eine aktive mechanische Lagerung 695 mit dem Messrahmen 371 verbunden. Der Messrahmen 371 dient als Referenz zur Bestimmung der Position der Spiegel 691, 692, 693 und 694. Die Positionsmessung 625 basiert auf einer interferometrischen Abstandsmessung zwischen Messrahmen 371 und Spiegel 691, 692, 693 und 694.
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Die Schallgeneratoren 530 sind dazu ausgelegt, durch Abgabe von Schallwellen im Temperierfluid auftretende Gasblasen aufzubrechen und deren mittleren Durchmesser zu reduzieren. Die Gasblasen brechen bei einer im Wesentlichen vom mittleren Durchmesser der Gasblasen abhängenden Resonanzfrequenz der Schallwellen auf. Die Schallgeneratoren 530 beaufschlagen hierbei den Tragrahmen 381 und die Temperierfluidleitung 602 und den Temperierfluidvorratsbehälter 615 mit Schallwellen im Frequenzbereich von 10 Hz bis 80 KHz und im Leistungsdichtebereich von 0,05 W/cm2 bis 1 W/cm2.
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Wie oben dargestellt können Schallgeneratoren an verschiedenen Stellen angebracht sein. Erstens kann ein Schallgenerator 530 im Fluidvorratsbehälter 615 im Temperierfluid angebracht sein. Hierfür kommt als Schallgenerator 530 ein sog. Stabgenerator in Betracht. Die Ausbreitung der Schallwellen durch die Temeprierfluidleitung 602 wird jedoch durch Grenzfrequenzen der Temeprierfluidleitung 602 und durch Querschnittssprünge unterdrückt. Zweitens kann ein Schallgenerator 530 an den Elementen, insbesondere am Tragrahmen 381, angebracht sein, also an den Stellen, an welchen die Blasen und somit die Phasengrenzschichten auftreten. Durch den Schall wird die Phasengrenzschicht destabilisiert und die Gasblasen brechen auf. Drittens kann ein Schallgenerator 530 an der Temperierfluidleitung 602 vor deren Eintritt in den Tragrahmen 381 angebracht sein. Dadurch wird eine Schallübertragung über den Tragrahmen 381 und zugleich über das Temperierfluid in der Temperierfluidleitung 602 ermöglicht.
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Der Frequenzbereich kann als kontinuierliches Frequenzspektrum ausgebildet sein. Hierdurch können Gasblasen mit verschiedenen mittleren Durchmessern, die entsprechend den verschiedenen mittleren Durchmessern verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen, aufgebrochen werden. In der 1 ist exemplarisch ein mit den Schallgeneratoren 530 elektronisch gekoppelter Beschleunigungssensor 320 auf dem Tragrahmen 381 angeordnet. Die elektronische Kopplung ist in der 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Der Beschleunigungssensor 320 ist dazu ausgelegt, die Stärke der, insbesondere gasblasenbedingten, Vibrationen des Tragrahmens 381 zu messen und über eine nicht dargestellte Steuerung die Frequenz und die Leistungsdichte der Schallwellen einzustellen.
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Der Tragrahmen 381 dient auch als Flächentemperierer des Messrahmens 371 und als sog. „Minienvironment“ für den EUV-Strahlengang.
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In der 1 ist der Tragrahmen-Temperierung-Einlass 607 und der Tragrahmen-Temperierung-Auslass 614 dargestellt. Ein Schallgenerator 530 ist an dem Tragrahmen-Temperierung-Einlass 607 befestigt.
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Das in 1 dargestellte EUV-Projektionsobjektiv 640 kann beispielsweise in einer EUV-Lithographieanlage 100, deren schematischer Aufbau nachfolgend anhand von 3 beschrieben wird, als EUV-Projektionsobjektiv 104 eingesetzt werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren EUV-Projektionsobjektiv 340. Zum Einstellen unterschiedlicher Temperaturniveaus, sind verschiedene Elemente zumindest teilweise mit verschiedenen Temperierfluidvorratsbehältern über verschiedene Temperierfluidleitungen verbunden. Die Anforderungen für separate Temperierfluidvorratsbehältern kommt aus den unterschiedlichen Anforderungen an die Elemente. Der Messrahmen 372 hat sehr hohe Anforderungen hinsichtlich des thermalen Driftens (dT/dt) was direkt zu „Line of Sight“-Fehlern führt. Der Tragrahmen 382 hat hohe Anforderungen bezüglich der absoluten Temperaturstabilität. Eine Deformation des Tragrahmens 382 führt zu einer Verschiebung der Spiegel 391, 392, 393, 394. Diese Verschiebung kann zwar teilweise durch eine aktive mechanische Lagerung 395, also durch Spiegelaktuatoren, ausgeglichen werden. Allerdings ist der verfügbare Verfahrrange der Spiegelaktuatoren begrenzt. Ein Spiegeltragrahmen (MSF) hat zwar auch einen Beitrag zu den Aktuaroranges. Der Spiegeltragrahmen soll aber primär eine stabile thermische Umgebung für die Spiegel zur Verfügung stellen. So sollen die Spiegel während des Betriebes möglichst nahe an der sog. Nulldurchgangstemperatur (Zero Crossing Temperature (ZCT)) des Spiegelmaterials betrieben werden. Ansonsten würden aufgrund von CTE(Coefficient of Thermal Expansion)-Inhomogenitäten und Abweichungen von der Nulldurchgangstemperatur Wellenfrontfehler durch die Deformation der optischen Fläche der Spiegel entstehen. Diese Anforderungen können von Spiegel zu Spiegel variieren, da verschiedene Spiegel 391, 392, 393, 394 im Betrieb auf verschiedene Temperaturen gehalten werden müssen.
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Der Flächentemperierer 398 (CS: Cooler and thermal Shield) soll den Messrahmen 372 vor Thermallasten des Tragrahmens 382 und der Spiegeltragrahmen 390, 396, 397, 399 abschirmen, so dass eine möglichst geringe „Line of Sight“-Drift auftritt. Q3 kennzeichnet Wärmeströme in Richtung Messrahmen 372.
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Das Temperierfluid, insbesondere deoinisiertes Wasser, wird auf einen sogenannten „Set-point“, also auf eine bestimmte Temperatur, geregelt. Das Temperierfluid für den Tragrahmen, für die Spiegeltragrahmen und den Flächentemperierer 398 ist ungeregelt. Zudem sind unterschiedliche Druckstabilitäten der Temperierfluidkreisläufe gefordert, da verschiedene Elemente, wie zum Beispiel Messrahmen, Tragrahmen und Spiegel unterschiedliche Sensitivitäten auf Druckfluktuationen aufweisen, was sich negativ auf „Line of Sight“ und Wellenfronten auswirken kann.
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In der 2 versorgt ein Fluidvorratsbehälter 515 den Tragrahmen 382, den Spiegeltragrahmen 397 und den Flächentemperierer 398. Ein anderer, separater, Fluidvorratsbehälter 516 versorgt den Messrahmen 372. Ein weiterer, separater, Fluidvorratsbehälter 519 versorgt den Spiegel 393.
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In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel hat jedes Element 372, 382, 390, 396, 397, 399, 391, 392, 393, 394, 398 einen eigenen Temperierfluidkreislauf mit zum Teil separaten Fluidvorratsbehältern.
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In der 2 sind Tragrahmen-Temperierung-Einlass 507 und Tragrahmen-Temperierung-Auslass 514 dargestellt. Ein Schallgenerator 532 ist zumindest näherungsweise an dem Tragrahmen-Temperierung-Einlass 507 befestigt.
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In der 2 sind Spiegel-Temperierung-Einlass 517 und Spiegel-Temperierung-Auslass 518 dargestellt. Ein Schallgenerator 532 ist zumindest näherungsweise an dem Spiegel-Temperierung-Einlass 517 befestigt.
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In der 2 sind Flächen-Temperierung-Einlass 508 und Flächen-Temperierung-Auslass 511 dargestellt. Ein Schallgenerator 532 ist zumindest näherungsweise an dem Flächen-Temperierung-Einlass 508 befestigt.
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In der 2 sind Sensorrahmen-Temperierung-Einlass 509 und Sensorrahmen-Temperierung-Auslass 510 dargestellt. Ein Schallgenerator 532 ist zumindest näherungsweise an dem Sensorrahmen-Temperierung-Einlass 509 befestigt.
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In der 2 sind Spiegeltragrahmen-Temperierung-Einlass 512 und Spiegeltragrahmen-Temperierung-Auslass 513 dargestellt. Ein Schallgenerator 532 ist zumindest näherungsweise an dem Spiegeltragrahmen-Temperierung-Einlass 512 befestigt.
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Ein Beschleunigungssensor 322 ist beispielsweise an dem Tragrahmen 382 befestigt, um die Vibrationen des Tragrahmens beim Befüllen der Temperierfluidleitung 304 mit einem Temperierfluid zu messen. Zusätzlich können an allen anderen Elementen, wie Spiegel 391, 392, 393 und 394, Messrahmen 372, Spiegeltragrahmen 397, 390, 396, 399 und Flächentemperierer 398 Beschleunigungssensoren 322 angeordnet sein. Die temperierten Spiegeltragrahmen 390, 396, 397, 399 halten zumindest teilweise die Wärmeströme Q4 von den Spiegeln 391, 392, 393, 394 fern. Der Flächentemperierer 398 hält zumindest teilweise die Wärmeströme Q3 von dem Messrahmen 372 fern.
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Das in 2 dargestellte EUV-Projektionsobjektiv 340 kann beispielsweise in einer EUV-Lithographieanlage 100, deren schematischer Aufbau nachfolgend anhand von 3 beschrieben wird, als EUV-Projektionsobjektiv 104 eingesetzt werden.
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Die in 3 dargestellte EUV-Lithographieanlage 100 umfasst ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind jeweils in einem in 3 angedeuteten Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
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Die EUV-Lithographieanlage 100 weist eine EUV-Lichtquelle 106 auf. Als EUV-Lichtquelle 106 kann beispielsweise eine Plasmaquelle (oder ein Synchrotron) vorgesehen sein, welche Strahlung 108 im EUV-Bereich, z.B. im Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 20 nm, aussendet. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108 gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108 herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106 erzeugte EUV-Strahlung 108 weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und im Projektionssystem 104 evakuiert sind.
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Das in 3 dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108 auf die Photomaske (engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108 mittels eines Spiegels 122 auf die Photomaske 120 gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
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Das Projektionssystem 104 (auch als Projektionsobjektiv bezeichnet) weist sechs Spiegel M1-M6 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel der EUV-Lithographieanlage 100 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein. Grob schematisch sind der Tragrahmen 380, der im Wesentlichen die Spiegel des Projektionsobjektives trägt, und der Sensorrahmen 370, der im Wesentlichen als Referenz für die Position der Spiegel des Projektionsobjektives dient, dargestellt. Des Weiteren sind die Spiegel i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines DUV-Projektionsobjektiv 404 umgeben von einem temperierbaren Flächentemperierer 450, der zur Temperierung des Projektionsobjektivs (404) ausgebildet ist. Eine Temperierfluidleitung 452 durchzieht den Flächentemperierer 450. Es ist auch der Temperierfluideinlass 454 und der Temperierfluidauslass 456 gezeigt.Die Schallgeneratoren 534 sind an dem Temperierfluidvorratsbehälter 460, an dem Flächentemperierer 450 und an der Temperierfluidleitung 452 angeordnet. Ein Beschleunigungssensor 324 ist an dem Flächentemperierer 450 befestigt. Der Flächentemperierer 450 schützt das DUV-Projektionsobjektiv 404 vor Wärmeströme Q5 von Verbrauchern und leitet Wärmeströme Q6 vom DUV-Projektionsobjektiv 404 an die Umgebung ab. Das DUV-Licht 408 am Eingang zum DUV-Projektionsobjektiv 404 wird durch das DUV-Projektionsobjektiv 404 als DUV-Licht 458 zum Wafer geleitet.
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Das in 4 dargestellte DUV-Projektionsobjektiv 404 kann beispielsweise in einer DUV-Lithographieanlage 400, deren schematischer Aufbau nachfolgend anhand von 5 beschrieben wird, eingesetzt werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den DUV-Bereich 400. Die DUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 umfasst eine Strahlformungs- und Beleuchtungseinrichtung 402 und ein Projektionsobjektiv 404. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm. Die DUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 weist eine DUV-Lichtquelle 406 auf. Als DUV-Lichtquelle 406 kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 408 im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emittiert.
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Die in 5 dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungseinrichtung 402 leitet die DUV-Strahlung 408 auf eine Photomaske 420. Die Photomaske 420 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Strahlformungs- und Beleuchtungseinrichtung 402 und des Projektionsobjektivs 404 angeordnet sein. Die Photomaske 420 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionsobjektives 404 verkleinert auf einen Wafer 424 oder dergleichen abgebildet wird.
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Das Projektionsobjektiv 404 weist mehrere Linsen 428, 440 und/oder Spiegel 430 zur Abbildung der Photomaske 420 auf den Wafer 424 auf. Dabei können einzelne Linsen 428,440 und/oder Spiegel 430 des Projektionsobjektivs 404 symmetrisch zur optischen Achse 426 des Projektionsobjektivs 404 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen und Spiegel der DUV- Projektionsbelichtungsanlage 400 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen und/oder Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
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Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 440 und dem Wafer 424 kann durch ein flüssiges Medium 432 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium 432 kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.
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6 zeigt die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Reduktion von Gasblasen in einem Temperierfluid in mindestens einer Temperierfluidleitung in mindestens einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage für den EUV- oder für den DUV-Bereich. In einem ersten Schritt S1 werden die zuvor zumindest teilweise entleerten Temperierfluidleitungen mit dem Temperierfluid befüllt. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt das Pumpen, insbesondere das kontinuierliche Pumpen, des Temperierfluids durch die Temperierfluidleitungen. In einem dritten Schritt S3 wird während des Befüllens mit dem Temperierfluid und/oder während des Pumpens des Temperierfluids das Element und/oder die Temperierfluidleitung und/oder eines an die Temperierfluidleitung angeschlossenen Temperierfluidvorratsbehälters mit Schallwellen aus mindestens einem Schallgenerator beaufschlagt. Der Schallgenerator strahlt Schallwellen aus einem Frequenzbereich von 10 Hz bis 80 KHz ein. Der Frequenzbereich kann als kontinuierliches Frequenzspektrum ausgebildet sein.
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Optional misst während des Schrittes S3 ein Beschleunigungssensor, der an einem Element angeordnet ist, die Vibrationen. Die Schallwellen werden solange eingestrahlt, bis die Intensität der Vibrationen unter einen Schwellwert abgefallen ist. Während des Betriebes der Projektionsbelichtungsanlage sind die Schallgeneratoren nicht im Betrieb.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- (mikrolithographische) Projektionsbelichtungsanlage für den EUV-Bereich (=EUV-System)
- 102
- EUV-(Strahlformungs- und)Beleuchtungseinrichtung
- 104
- EUV-Projektionsobjektiv mit sechs Spiegeln (M1 bis M6)
- 106
- EUV-Lichtquelle
- 108
- EUV-Strahlung
- 110, 112, 114, 116, 118
- Spiegel der EUV-Beleuchtungseinrichtung 102
- 120
- Photomaske, Retikel (reflektierend)
- 122
- Spiegel
- 124
- Wafer (=mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat)
- 302,
- 304, 306, 308, 310 Temperierfluidleitung
- 320,
- 322, 324 Beschleunigungssensor
- 340
- EUV-Projektionsobjektiv mit vier Spiegeln (391, 392, 393, 394)
- 370, 371, 372
- Sensorrahmen=Messrahmen=Sensor Frame (SFr)
- 380, 381, 382
- Kraftrahmen = Tragrahmen=Force Frame (FFr)
- 390
- Spiegeltragrahmen (MSF)
- 395
- aktive mechanische Lagerung
- 396
- Spiegeltragrahmen (MSF)
- 397
- Spiegeltragrahmen (MSF)
- 398
- Flächentemperierer (CS:Cooler and thermal shield)
- 399
- Spiegeltragrahmen (MSF)
- 400
- (mikrolithographische) Projektionsbelichtungsanlage für den DUV-Bereich (=DUV-System)
- 402
- DUV-(Strahlformungs- und)Beleuchtungseinrichtung
- 404
- DUV-Projektionsobjektiv
- 406
- DUV-Lichtquelle
- 408
- DUV-Licht am Eingang zum DUV-Projektionsobjektiv 404
- 420
- Photomaske, Retikel (transmittierend)
- 424
- Wafer
- 426
- optische Achse des Projektionsobjektiv 404
- 428
- Linsen
- 430
- Spiegel
- 432
- flüssiges Medium
- 440
- letzte Linse
- 450
- Flächentemperierer
- 452
- Temperierfluidleitung
- 454
- Temperierfluideinlass
- 456
- Temperierfluidauslass
- 458
- DUV-Licht zum Wafer
- 460
- Temperierfluidvorratsbehälter
- 502
- EUV-Licht von der Struktur tragenden Maske 321
- 504
- EUV-Licht in Richtung Wafer 124
- 507
- Tragrahmen-Temperierung-Einlass
- 508
- Flächen-Temperierung-Einlass
- 509
- Sensorrahmen-Temperierung-Einlass
- 510
- Sensorrahmen-Temperierung-Auslass
- 511
- Flächen-Temperierung-Auslass
- 512
- Spiegeltragrahmen-Temperierung-Einlass
- 513
- Spiegeltragrahmen-Temperierung-Auslass
- 514
- Tragrahmen-Temperierung-Auslass
- 515
- Fluidvorratsbehälter für FFr/MSF/CS
- 516
- Fluidvorratsbehälter für SFr
- 517
- Spiegel-Temperierung-Einlass
- 518
- Spiegel-Temperierung-Auslass
- 519
- Fluidvorratsbehälter für Spiegel
- 525
- Positionsmessung
- 530, 532, 534
- Schallgenerator
- 602
- Temperierfluidleitung
- 607
- Tragrahmen-Temperierung-Einlass
- 614
- Tragrahmen-Temperierung-Auslass
- 615
- Fluidvorratsbehälter für Tragrahmen
- 625
- Positionsmessung
- 640
- EUV-Projektionsobjektiv mit vier Spiegeln (691, 692, 693, 694)
- 695
- aktive mechanische Lagerung
- Q1
- Wärmeströme in Richtung Messrahmen 371
- Q2
- Wärmetröme in Richtung Spiegel 692
- Q3
- Wärmeströme in Richtung Messrahmen 372
- Q4
- Wärmeströme in Richtung Spiegel 392
- Q5
- Wärmeströme von Verbrauchern (DUV)
- Q6
- Wärmeströme vom DUV- Projektionsobjektiv 404
