DE602004010961T2

DE602004010961T2 - Lithographischer Apparat

Info

Publication number: DE602004010961T2
Application number: DE602004010961T
Authority: DE
Inventors: Henrikus Herman Marie Cox; Sjoerd Nicolaas Lambertus Donders; Christiaan Alexander Hoogendam; Aleksey Yurievich Kolesnychenko; Erik Roelof Loopstra; Helmar Van Santen
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2024-06-26
Also published as: KR20050001433A; KR100614294B1; SG118282A1; JP2005045223A; CN1577098A; EP1498778A1; JP4028860B2; CN101604122A; CN100533273C; US20050018155A1; TW200507049A; TWI294137B; CN101604122B; DE602004010961D1; US7119874B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lithographische Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements.
Eine lithographische Vorrichtung ist eine Maschine, die ein erwünschtes Muster auf einen Zielabschnitt eines Substrats aufbringt. Die lithographische Vorrichtung kann beispielsweise bei der Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs) verwendet werden. In diesem Fall kann eine Musteraufbringungseinrichtung, zum Beispiel eine Maske, verwendet werden, um ein Schaltkreismuster zu erzeugen, das einer individuellen Schicht des ICs entspricht, und dieses Muster kann auf einen Zielabschnitt (der beispielsweise einen Teil eines oder mehrerer Dies aufweist) des Substrats (beispielsweise eines Silizium-Wafers) abgebildet werden, das eine Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (Photolack) aufweist. Im Allgemeinen enthält ein einzelnes Substrat ein ganzes Netzwerk an benachbarten Zielabschnitten, die nacheinander belichtet werden. Bekannte lithographische Vorrichtungen umfassen sogenannte Stepper, bei denen jeder Zielabschnitt dadurch bestrahlt wird, dass das gesamte Muster auf einmal auf den Zielabschnitt belichtet wird, und sogenannte Scanner, bei denen jeder Zielabschnitt dadurch bestrahlt wird, dass das Muster mit Hilfe des Projektionsstrahls in einer vorgegebenen Richtung (der „Scan"-Richtung) gescannt wird, während synchron dazu das Substrat parallel oder antiparallel zu dieser Richtung gescannt wird.
Es ist vorgeschlagen worden, das Substrat in der lithographischen Projektionsvorrichtung in eine Flüssigkeit zu tauchen, die einen relativ hohen Brechungsindex besitzt, zum Beispiel Wasser, um so einen Raum zwischen dem finalen Element des Projektionssystems und dem Substrat zu füllen. Der Zweck besteht darin, die Abbildung kleinerer Merkmale zu ermöglichen, da die Belichtungsstrahlung in der Flüssigkeit eine kürzere Wellenlänge besitzt. (Die Wirkung der Flüssigkeit kann ebenso darin gesehen werden, die effektive NA des Systems und ebenso die Tiefenschärfe zu erhöhen). Andere Tauchflüssigkeiten sind vorgeschlagen worden, einschließlich Wasser mit darin suspendierten festen Teilchen (zum Beispiel Quarz).
Das Eintauchen des Substrats oder des Substrats und des Substrattisches in ein Flüssigkeitsbad (siehe zum Beispiel die US 4,509,852 ) bedeutet jedoch, dass ein großer vorhandener Flüssigkeitskörper während der Scanbelichtung beschleunigt werden muss. Dies erfordert zusätzliche oder leistungsfähigere Motoren, und Turbulenzen in der Flüssigkeit können zu unerwünschten und unvorhersagbaren Effekten führen.
Eine Lösung, die vorgeschlagen worden ist, besteht darin, ein Flüssigkeitsversorgungssystem vorzusehen, das Flüssigkeit lediglich einem lokalen Bereich des Substrats zuführt und in einen Raum zwischen dem finalen Element des Projektionssystems und dem Substrat unter Verwendung eines Flüssigkeitseinschlusssystems einbringt (das Substrat besitzt allgemein einen größeren Oberflächenbereich als das finale Element des Projektionssystems). Eine Möglichkeit, die vorgeschlagen worden ist, um dies zu realisieren, ist in der WO 99/49504 offenbart. Wie in den 2 und 3 dargestellt, wird Flüssigkeit über zumindest einen Einlass IN auf das Substrat aufgebracht, vorzugsweise längs der Bewegungsrichtung des Substrats relativ zu dem finalen Element, und diese wird über zumindest einen Auslass OUT abgeführt, nachdem es unterhalb des Projektionssystems durchgeführt worden ist. Mit anderen Worten, während das Substrat unterhalb des Elements in –X-Richtung gescannt wird, wird Flüssigkeit an der +X-Seite des Elements zugeführt und an der –X-Seite abgeführt. 2 zeigt die Anordnung schematisch, bei der Flüssigkeit über einen Einlass IN zugeführt und an der anderen Seite des Elements durch einen Auslass OUT, der mit einer Niedrigdruckquelle verbunden ist, abgeführt wird. In der Darstellung der 2 wird die Flüssigkeit entlang der Bewegungsrichtung des Substrats relativ zu dem finalen Element zugeführt, obwohl dies nicht unbedingt der Fall sein muss. Andere Ausrichtungen sowie eine andere Anzahl von um das finale Element herum angeordnete Ein- und Auslässe sind möglich, und ein Beispiel davon ist in 3 dargestellt, bei dem vier Gruppen aus einem Einlass und einem Auslass zu einem regelmäßigen Muster um das finale Element herum angeordnet sind.
Eine weitere Lösung, die vorgeschlagen worden ist, besteht darin, das Flüssigkeitsversorgungssystem mit einem Dichtelement zu versehen, das sich längs zumindest eines Teils einer Grenze des Raums zwischen dem finalen Element des Projektionssystems und dem Substrattisch erstreckt. Eine derartige Lösung ist in 4 dargestellt. Das Dichtelement wird im Wesentlichen relativ zu dem Projektionssystem in der XY-Ebene stationär gehalten, wenngleich es eine gewisse relative Bewegung in Z-Richtung (in Richtung der optischen Achse) geben kann. Eine Dichtung ist zwischen dem Dichtelement und der Oberfläche des Substrats gebildet. Vorzugsweise ist die Dichtung eine kontaktlose Dichtung, beispielsweise eine Gasdichtung. Ein solches System mit einer Gasdichtung ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 03 252 955.4 offenbart.
Die Idee einer zweifachen oder doppelstufigen lithographischen Tauchvorrichtung ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 03 257 072.3 sowie in der entsprechenden Veröffentlichung EP 1 420 300 A der europäischen Patentanmeldung offenbart, die einen Teil des Standes der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ bildet. Solch eine Vorrichtung ist mit zwei Stufen zum Halten des Substrats ausgebildet. Nivellierungsmessungen werden mit einer Stufe an einer ersten Position ohne Tauchflüssigkeit durchgeführt, und die Belichtung wird mit einer Stufe an einer zweiten Position durchgeführt, in der Tauchflüssigkeit vorhanden ist. Alternativ besitzt die Vorrichtung lediglich eine Stufe.
Obwohl die Gasdichtung die Flüssigkeit wirkungsvoll abdichtet, kann es jedoch dabei zu weiteren Problemen kommen. Ein relativ hoher Gasdruck ist erforderlich (ein Überdruck oder Messdruck relativ zur Umgebung von 100 bis 10000 Pa), und dies zusammen mit den relativ geringen Dämpfungseigenschaften einer Gasdichtung bedeutet, dass Vibrationen durch die Gasdichtung übertragen werden können, die zu einer Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit des Abbildungssystems führen können. Vibrationen aufgrund von Druckstörungen können zu Servofehlern im Bereich von 1 bis 20 nm in vertikaler Richtung und 1–50 nm in horizontaler Richtung führen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektive Dichtung vorzusehen, die Flüssigkeit in einem Raum zwischen dem finalen Element des Projektionssystems und der Oberfläche des Substrats, auf das abgebildet wird, einschließt.
Diese und andere Aufgaben werden gemäß der Erfindung durch eine lithographische Projektionsvorrichtung gelöst, die umfasst:

– ein Strahlungssystem zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls (PB) aus Strahlung:
– einen Halteraufbau (MT) zum Halten einer Musteraufbringungseinrichtung (MA), wobei die Musteraufbringungseinrichtung dazu dient, den Projektionsstrahl entsprechend einem erwünschten Muster zu mustern;
– einen Substrattisch (WT) zum Halten eines Substrats (W);
– ein Projektionssystem (PL) zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen Zielabschnitt des Substrats; und
– ein Flüssigkeitszufuhrsystem zum Zuführen einer Flüssigkeit in einen Raum zwischen einem finalen Element des Projektionssystems und dem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitszufuhrsystem umfasst:
– ein Dichtelement, das zwischen dem finalen Element des Projektionssystems und der Oberfläche des Substrats (W) angeordnet ist und sich über zumindest einen Teil der Grenze des Raums zwischen dem finalen Element des Projektionssystems und dem Substrat erstreckt; und
– eine Flüssigkeitsdichteinrichtung, die eine Dichtung zwischen dem Dichtelement und der Oberfläche des Substrats durch einen Flüssigkeitsfluss bildet.

Dieser Aufbau besitzt den Vorteil, dass keine Gaszuführung erforderlich ist. Im Gegensatz zu einem Aufbau mit Gaszuführung können sich deshalb keine Blasen in der Flüssigkeit ausbilden. Die Flüssigkeitsdichtung hält betriebsmäßig die Flüssigkeit in dem Raum und verhindert ebenso den Einschluss von Gas aus der Umgebung der Vorrichtung, die den Substrattisch umgibt. Die Flüssigkeit besitzt ebenso gute Dämpfungseigenschaften, was wiederum die Übertragung von Störungen (zum Beispiel durch das Zuführen und Abführen der Flüssigkeit) durch die Dichtung verringert. Zusätzlich ist der Aufbau der Dichtung einfach, da im Gegensatz zu einer Gasdichtung kein Gaseinlass zur Dichtung benötigt wird. Des Weiteren behält eine Flüssigkeitsdichtung ihre Funktion mit einem kleineren Volumen und/oder einer größeren Spalthöhe bei, als dies bei einer entsprechenden Gasdichtung der Fall ist. Eine größere Spalthöhe bedeutet wiederum, dass das Substrat, der Substrattisch sowie das Dichtelement weniger stringente mechanische Anforderungen erfüllen müssen.
Wahlweise ist die Flüssigkeitsdichteinrichtung entweder ein hydrostatisches oder hydrodynamisches Widerlager zum Lagern des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Substrats. Das Vorsehen eines hydrostatischen oder hydrodynamischen Widerlagers zum Zwecke der Lagerung sowie der Abdichtung erlaubt eine Dichtung, die ihre Funktionsweise über einen großen Spaltbereich, zum Beispiel bis zu 1 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 300 μm, beibehält. Das Widerlager ist steif und weist Dämpfungseigenschaften längs 3 Freiheitsgraden auf: in vertikaler (z) Richtung, und hinsichtlich einer Rotation um Achsen, die senkrecht zur z-Richtung verlaufen. Es agiert deshalb ebenso als Aufhängung für das Dichtelement.
Wahlweise liegt der Druck der Flüssigkeit in dem hydrostatischen Widerlager in dem Bereich von 100 Pa bis 100 kPa relativ zum Umgebungsdruck. Der Umgebungsdruck bezieht sich auf denjenigen Druck in der Vorrichtung, der den mit Flüssigkeit gefüllten Raum umgibt. Falls der Widerlagerdruck in diesem Bereich liegt, so agiert das Widerlager als Aufhängung für das Dichtelement und überträgt im Vergleich zu einer Gasdichtung weniger Vibrationen.
Wahlweise weist das Dichtelement ferner einen gemeinsamen Flüssigkeitsauslass auf, durch den Flüssigkeit aus dem Raum und aus der Flüssigkeitsdichteinrichtung abegführt wird. Durch das Vorsehen eines gemeinsamen Flüssigkeitsauslasses für sowohl die Flüssigkeitsdichteinrichtung und den mit Flüssigkeit gefüllten Raum wird der Aufbau weiter vereinfacht.
Wahlweise befindet sich der gemeinsame Auslass auf einer Oberfläche des Dichtelements, die dem Substrat zugewandt ist, und ist zwischen dem Raum und der Flüssigkeitsdichteinrichtung angeordnet. Der Druck der Flüssigkeit in der Dichtung ist im Allgemeinen höher als der in der Flüssigkeit in dem Raum, und dieser Druckgradient stellt deshalb sicher, dass die Flüssigkeit, die der Dichtung zugeführt wird, sich in radialer Richtung nach innen zur optischen Achse hin bewegt, was wiederum die Wirkung der Dichtung verbessert.
Wahlweise weist der gemeinsame Flüssigkeitsauslass eine Querschnittsfläche in einer Ebene im Wesentlichen parallel zu dem Substrat auf, die größer als die Querschnittsfläche eines Flüssigkeitseinlasses ist. Die größere Querschnittsfläche gewährleistet einen laminaren Fluss in dem Auslass. Dadurch werden Turbulenzen in der Flüssigkeit vermieden, mit der der Raum gefüllt wird, die andererseits nachteilige und chaotische Auswirkungen auf die Genauigkeit haben würden.
Ein auf einer Oberfläche des Dichtelements, die dem Substrat zugewandt ist, angeordneter Flüssigkeitseinlass gestattet einen Flüssigkeitsfluss, der in radialer Richtung nach innen zu dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum verläuft. Dies verringert den Flüssigkeitsfluss in radialer Richtung nach außen und erhöht die Dichtwirkung.
Wahlweise ist die Höhe des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Substrats in dem Bereich zwischen dem Raum und dem Flüssigkeitseinlass größer als an anderer Stelle. Durch diese Art der Variation der Höhe wird der Druck der Flüssigkeit, die zugeführt wird, gleichermaßen wie der Austausch der Flüssigkeit in dem Raum verringert. Dies wiederum verringert die Übertragung ungewollter Vibrationen. Es verringert ebenso den Flüssigkeitsfluss in radialer Richtung nach außen. Dies ist von Vorteil, da Flüssigkeit, die in diese Richtung fließt, abgeführt werden muss, und das Abführen einer großen Menge, zum Beispiel durch Absaugen mittels Vakuum, kann zu ungewollten Vibrationen in der Vorrichtung führen.
Wahlweise weist das Flüssigkeitszufuhrsystem ferner eine Gasdichteinrichtung auf, die in radialer Richtung außerhalb des Flüssigkeitseinlasses angeordnet ist, und die eine Gasdichtung zwischen dem Dichtelement und der Oberfläche des Substrats bildet.
Wahlweise weist das Dichtelement ferner einen zwischenliegenden Gaseinlass und einen Flüssigkeitsauslass auf, die jeweils in radialer Richtung außerhalb des Flüssigkeitseinlasses angeordnet sind und die sich auf der Oberfläche des Dichtelements, die dem Substrat zugewandt ist, befinden. Der Flüssigkeitsauslass führt Flüssigkeit ab, die ansonsten in radialer Richtung nach außen austreten könnte. Der dazwischenliegende Gaseinlass verbessert das Abführen der Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsauslass.
Wahlweise ist die Höhe des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Substrats zwischen dem zwischenliegenden Gaseinlass und dem Flüssigkeitsauslass größer als zwischen dem Flüssigkeitseinlass und dem zwischenliegenden Gaseinlass. Dies wiederum verbessert das Abführen der Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsauslass.
Wahlweise weist das Flüssigkeitszufuhrsystem ferner eine Niedrigdruckquelle auf, die eine Flüssigkeitsleckage in radialer Richtung nach außen verhindert, und die sich auf einer Oberfläche des Dichtelements befindet, die dem Substrat zugewandt ist. Die Niedrigdruckquelle führt Flüssigkeit ab, die aus der Dichtung austritt, und verhindert ein Eintreten der Flüssigkeit in den übrigen Teil der Vorrichtung.
Wahlweise weist die Vorrichtung ferner eine Einrichtung auf, die eine zur Oberfläche des Substrats hin gerichtete Vorspannkraft auf das Dichtelement ausübt. Durch die Vorspannkraft, die auf das Dichtelement zum Substrat hin gerichtet ist, kann diejenige Kraft, die zum Stützen des Dichtelements erforderlich ist, nach Bedarf eingestellt werden. Falls die Flüssigkeitsdichtung ein hydrostatisches Widerlager ist, kann daher der Betriebsdruck des Widerlagers im Betriebszustand eingestellt werden, ohne dass die Abmessungen des Widerlagers verändert werden müssen.
Wahlweise weist die Vorrichtung ferner ein Element zum Stützen des Dichtelements auf, das mit dem Dichtelement und einem Maschinenrahmen verbunden ist. Das Element erlaubt die Beibehaltung der korrekten Position des Dichtelements relativ zu der Linse und eine Halterung und Aufhängung des Dichtelements.
Wahlweise weist das Dichtelement zumindest einen Flüssigkeitseinlass, mindestens einen Flüssigkeitsauslass und mindestens einen kombinierten Auslass für sowohl die Flüssigkeit als auch das Gas auf.
Wahlweise führt das Flüssigkeitszufuhrsystem dem Raum Flüssigkeit mit einem Durchsatz von 0,1 bis 10 Liter pro Minute zu.
Wahlweise führt das Flüssigkeitszufuhrsystem dem Raum Flüssigkeit unter Druck zu, wodurch die Menge an Flüssigkeit kompensiert wird, die aus dem Raum durch Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Dichtelement abtransportiert wird. Dadurch wird der Einschluss von Gas in der Flüssigkeit aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Dichtelement vermieden.
Wahlweise weist die Vorrichtung ferner mindestens eine Kammer auf, die stromaufwärts eines Einlasses und/oder stromabwärts eines Auslasses des Dichtelements ausgebildet ist. Dadurch kann ein gleichmäßiger, homogener Fluss an Flüssigkeit und/oder Gas erzielt werden.
Wahlweise umfasst die Vorrichtung ferner:

– mindestens einen Sensor, der die Position des Dichtelements festlegt; und
– ein Steuerungssystem, das mindestens einen Aktuator derart steuert, dass ein erwünschter Abstand zwischen der Oberfläche des Substrats und dem Dichtelement basierend auf dem von dem Sensor festgelegten Abstand beibehalten wird.

Dadurch wird eine Steuerung der Höhe des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Substrats vorzugsweise längs drei Freiheitsgraden, und noch bevorzugter längs sechs Freiheitsgraden ermöglicht. Das Steuerungssystem erzeugt vorzugsweise eine große elektronische Dämpfung des Dichtelements, was zu einem Design führt, das weniger anfällig für Vibrationen ist, die von dem Flüssigkeitszufuhrsystem und Flüssigkeitsabfuhrsystem herrühren. Die Steuerungsschleife kann ebenso zur Echtzeitbeobachtung der Qualität der Dichtung verwendet werden, was wiederum im Falle eines Versagens eine schnelle Aktion erlaubt (beispielsweise das Zurückziehen des Dichtelements). Die Vorrichtung kann ferner ein zweites Steuerungssystem aufweisen, das den Aktuator derart steuert, dass jegliche statische Kraft auf das Dichtelement kompensiert wird. Solche statischen Kräfte können von der Schwerkraft, den Transportleitungen für die Flüssigkeit oder von einem Führungssystem für das Dichtelement herrühren.
Wahlweise sind in der Vorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt die Kanten des mindestens einen Einlasses und/oder Auslasses in dem Element abgerundet. Abgerundet bedeutet, dass die Kante nicht quadratisch ist, sondern abgerundet umfasst entsprechend bogenförmige und gekrümmte Profile. Der Krümmungsgrad hängt von den Abmessungen des Einlasses/Auslasses ab. Der Krümmungsradius liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 mm bis 5 mm. Dadurch wird der Fluss um die Kante verbessert und auftretende Turbulenzen werden verringert.
In der Vorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt ist wahlweise zumindest eine Kante des Dichtelements benachbart der Oberfläche des Substrats abgerundet. Abgerundet bedeutet, dass die Kante nicht quadratisch ist, sondern abgerundet umfasst entsprechend bogenförmige und gekrümmte Profile. Der Krümmungsradius liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 mm bis 15 mm.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 598 855 A , die Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ bildet, offenbart (1) eine lithographische Projektionsvorrichtung (EX), die ein Flüssigkeitszufuhrsystem (11, 12) zum Zuführen einer Flüssigkeit (1) in einen Raum zwischen einem finalen Element (2) des Projektionssystems (P1) und einem Substrat (P) umfasst. Das Flüssigkeitszufuhrsystem weist ein Dichtelement (30) auf, das sich längs der Grenze des Raums erstreckt (siehe 3 und 4). Das Flüssigkeitszufuhrsystem weist ferner eine Flüssigkeitsdichteinrichtung auf, die eine Dichtung zwischen dem Dichtelement und der Oberfläche des Substrats auf Grund eines Flüssigkeitsflusses bildet (siehe Spalte 19, Zeilen 34 bis 40).
Wenngleich in diesem Text speziell Bezug genommen wird auf die Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung von ICs, so ist ersichtlich, dass die hier beschriebene lithographische Vorrichtung andere Applikationen besitzen kann, beispielsweise bei der Herstellung integrierter optischer Systeme, Führungs- und Erfassungsmuster für magnetische Domain-Speicher, Flüssigkristallanzeigen (LCDs), magnetische Dünnfilmköpfe, etc. Der Fachmann erkennt, dass im Zusammenhang mit solch alternativen Applikationen die Begriffe „wafer" oder „die" gleichbedeutend mit den eher allgemeineren Begriffen „Substrat" bzw. „Zielabschnitt" angesehen werden können. Das hier bezeichnete Substrat kann, vor oder nach der Belichtung, zum Beispiel in einem „track" (ein Werkzeug, das typischerweise eine Schicht aus Photolack auf ein Substrat aufbringt und den belichteten Photolack entwickelt) oder einem metrologischen oder Inspektionswerkzeug bearbeitet werden. Die Offenbarung hier kann, wo anwendbar, auf solche und andere Substratbearbeitungswerkzeuge angewendet werden. Ferner kann das Substrat mehr als einmal bearbeitet werden, um zum Beispiel einen mehrschichtigen IC zu erzeugen, so dass der hier benutzte Begriff Substrat ein Substrat bezeichnen kann, das bereits mehrere bearbeitete Schichten enthält.
Die hier verwendeten Begriffe „Strahlung" und „Strahl" umfassen sämtliche Arten elektromagnetischer Strahlung, einschließlich ultraviolett (UV)-Strahlung (beispielsweise mit einer Wellenlänge von 365, 248, 193, 157 oder 126 nm).
Der Begriff „Musteraufbringungseinrichtung", der hier verwendet wird, sollte dahingehend breit ausgelegt werden, als dass er sich auf eine Einrichtung bezieht, die dazu verwendet werden kann, den Querschnitt eines Projektionsstrahls mit einem Muster zu versehen, um so ein Muster in einem Zielabschnitt des Substrats zu erzeugen. Es wird darauf hingewiesen, dass das dem Projektionsstrahl verliehene Muster nicht genau dem erwünschten Muster in dem Zielabschnitt des Substrats entsprechen muss. Allgemein entspricht das dem Projektionsstrahl verliehene Muster einer speziellen Funktionsschicht in einem Bauteil, das in dem Zielabschnitt erzeugt wird, beispielsweise in einem integrierten Schaltkreis.
Musteraufbringungseinrichtungen können durchlässig oder reflektierend sein. Beispiele von Musteraufbringungseinrichtungen umfassen Masken, programmierbare Spiegelanordnungen sowie programmierbare LCD-Paneele. Masken sind in der Lithographie geläufig und umfassen verschiedene Arten von Masken, wie zum Beispiel binäre, alternierende Phasenverschiebungs- und dämpfende Phasenverschiebungsmasken sowie verschiedenartige Hybridmasken. Ein Beispiel einer programmierbaren Spiegelanordnung macht sich eine Matrixanordnung kleiner Spiegel zu Nutze, von denen jeder einzeln geneigt werden kann, um so einen eingehenden Strahl aus Strahlung in unterschiedliche Richtungen zu reflektieren; auf diese Weise wird der reflektierte Strahl gemustert. In jedem dieser Musteraufbringungseinrichtungen kann der Halteraufbau ein Rahmen oder ein Tisch sein, der zum Beispiel je nach Bedarf fixiert oder beweglich sein kann, und der sicherstellen kann, dass sich die Musteraufbringungseinrichtungen, zum Beispiel in Bezug auf das Projektionssystem, in einer erwünschten Position befinden. Jegliche Benutzung der Begriffe „Retikel" oder „Maske" hier kann als gleichbedeutend mit dem eher allgemeineren Begriff „Musteraufbringungseinrichtung" angesehen werden.
Der Begriff „Projektionssystem", der hier verwendet wird, sollte dahingehend breit ausgelegt werden, als dass er verschiedene Arten von Projektionssystemen umfasst, einschließlich refraktiver optischer Systeme, reflektierender optischer Systeme sowie katadioptrischer optischer Systeme, je nachdem, ob sie zum Beispiel für die verwendete Belichtungsstrahlung geeignet sind, oder in Abhängigkeit anderer Faktoren, wie zum Beispiel der Verwendung einer Tauchflüssigkeit oder der Verwendung eines Vakuums. Jegliche Benutzung des Begriffes „Linse" sollte hier als gleichbedeutend mit dem eher allgemeineren Begriff „Projektionssystem" angesehen werden.
Das Belichtungssystem kann ebenso verschiedene Arten optischer Komponenten umfassen, einschließlich refraktiver, reflektierender sowie katadioptrischer optischer Komponenten zum Führen, Formen oder Steuern des Projektionsstrahls aus Strahlung, und solche Komponenten können ebenso, zusammen oder einzeln, im Anschluss als eine „Linse" bezeichnet werden.
Die lithographische Vorrichtung kann von der Sorte sein, die zwei (zweistufig) oder mehr Substrattische (und/oder zwei oder mehr Maskentische) aufweist. Bei solchen „mehrstufigen" Vorrichtungen können die zusätzlichen Tische parallel zueinander benutzt werden, oder es können vorbereitende Schritte auf einem oder mehreren Tischen ausgeführt werden, während ein anderer oder mehrere andere Tische für die Belichtung verwendet werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen entsprechende Bezugszeichen auf entsprechende Teile hinweisen, und von denen: Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 eine lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 einen Querschnitt eines Flüssigkeitszufuhrsystems darstellt, das Flüssigkeit einem lokalen Bereich zuführt;
3 eine Draufsicht des Flüssigkeitszufuhrsystems der 2 ist;
4 einen Querschnitt eines Flüssigkeitszufuhrsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
5 einen Querschnitt eines Flüssigkeitszufuhrsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
6 einen Querschnitt eines Dichtelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 einen Querschnitt eines Flüssigkeitszufuhrsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 einen Querschnitt eines Flüssigkeitszufuhrsystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
9 ein Dichtelement gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
In den Figuren deuten entsprechende Bezugszeichen auf entsprechende Teile hin.
Erste Ausführungsform
1 stellt schematisch eine lithographische Vorrichtung gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung dar. Die Vorrichtung umfasst:

– ein Illuminationssystem (Illuminator) (IL) zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls (PB) aus Strahlung (zum Beispiel UV-Strahlung);
– einen ersten Halteraufbau (zum Beispiel einen Maskentisch) (MT) zum Halten einer Musteraufbringungsvorrichtung (zum Beispiel einer Maske) (MA), die mit einer ersten Positioniervorrichtung (PM) zum genauen Positionieren der Musteraufbringungsvorrichtung in Bezug auf den Gegenstand (PL) verbunden ist;
– einen Substrattisch (zum Beispiel einen Wafertisch) (WT) zum Halten eines Substrats (zum Beispiel eines mit Photolack beschichteten Wafers) (W), der mit einer zweiten Positioniervorrichtung (PW) zum genauen Positionieren des Substrats in Bezug auf den Gegenstand (PL) verbunden ist; und
– ein Projektionssystem (zum Beispiel eine refraktive Projektionslinse) (PL) zum Abbilden eines Musters, mit dem der Projektionsstrahl (PB) versehen wurde, durch eine Musteraufbringungsvorrichtung (MA) auf einen Zielabschnitt (C) (der zum Beispiel ein oder mehrere Dies aufweist) des Substrats (W).

Wie hier dargestellt, ist die Vorrichtung vom durchlässigen Typ (die zum Beispiel eine durchlässige Maske benutzt). Alternativ kann die Vorrichtung vom reflektierenden Typ sein (die zum Beispiel eine programmierbare Spiegelanordnung der voranstehend bezeichneten Art benutzt).
Der Illuminator (IL) erhält einen Strahl aus Strahlung von einer Strahlungsquelle (SO). Die Quelle und die lithographische Vorrichtung können getrennte Einheiten sein, zum Beispiel wenn die Quelle ein Excimer-Laser ist. In solchen Fällen wird die Quelle nicht als ein Teil der lithographischen Vorrichtung betrachtet und der Strahl aus Strahlung wird von der Quelle (SO) zu dem Illuminator (IL) mit Hilfe eines Strahlabgabesystems (BD) geführt, das zum Beispiel geeignete Richtspiegel und/oder einen Strahlaufweiter aufweist. In anderen Fällen kann die Quelle ein integraler Teil der Vorrichtung sein, zum Beispiel wenn die Quelle eine Quecksilberlampe ist. Die Quelle (SO) und der Illuminator (IL) zusammen mit dem Strahlabgabesystem (BD), falls erforderlich, können als ein Strahlungssystem bezeichnet werden.
Der Illuminator (IL) kann eine Einstellvorrichtung (AM) zum Einstellen der winkelmäßigen Intensitätsverteilung des Strahls aufweisen. Allgemein kann zumindest die äußere und/oder innere radiale Ausdehnung (die herkömmlich als ơ-außen bzw. ơ-innen bezeichnet wird) der Intensitätsverteilung in einer Pupillenebene des Illuminators eingestellt werden. Zusätzlich weist der Illuminator (IL) allgemein verschiedene andere Komponenten auf, zum Beispiel einen Integrator (IN) und einen Kondensor (CO). Der Illuminator sieht einen konditionierten Strahl aus Strahlung vor, der als der Projektionsstrahl (PB) bezeichnet wird, und dessen Querschnitt eine erwünschte Gleichmäßigkeit und Intensitätsverteilung besitzt.
Der Projektionsstrahl (PB) trifft auf die Maske (MA), die auf dem Maskentisch (MT) gehalten wird. Nach der Maske (MA) verläuft der Projektionsstrahl (PB) durch die Linse (PL), die den Strahl auf einen Zielabschnitt (C) des Substrats (W) fokussiert. Mit Hilfe der zweiten Positioniervorrichtung (PW) sowie eines Positionssensors (IF) (zum Beispiel einer interferometrischen Vorrichtung) kann der Substrattisch (WT) genauestens bewegt werden, um so zum Beispiel unterschiedliche Zielabschnitte (C) in den Gang des Strahls (PB) zu positionieren. Auf ähnliche Weise kann die erste Positioniervorrichtung (PM) und ein weiterer Positionssensor (der nicht explizit in 1 dargestellt ist) verwendet werden, um die Maske (MA) in Bezug auf den Gang des Strahls (PB) genauestens zu positionieren, zum Beispiel nach dem mechanischen Herausholen aus einem Maskenarchiv oder während eines Scans. Im Allgemeinen werden die Objekttische (MT) und (WT) mit Hilfe eines Moduls mit langem Hub (grobe Positionierung) und eines Moduls mit kurzem Hub (feine Positionierung) bewegt, die einen Teil der Positioniereinrichtung (PM) und (PW) bilden. Im Falle eines Steppers (im Gegensatz zu einem Scanner) kann jedoch der Maskentisch (MT) mit einem Aktuator mit kurzem Hub verbunden sein, oder er kann fixiert sein. Die Maske (MA) und das Substrat (W) können unter Verwendung von Maskenausrichtungsmarkierungen (M1, M2) sowie Substratausrichtungsmarkierungen (P1, P2) ausgerichtet werden.
Die dargestellte Vorrichtung kann in den folgenden bevorzugten Modi verwendet werden:

1. Im Schritt-Modus wird der Maskentisch (MT) und der Substrattisch (WT) im Wesentlichen stationär gehalten, während das gesamte Muster, mit dem der Projektionsstrahl versehen wurde, auf einen Zielabschnitt (C) auf einmal (das heißt bei einer einzelnen statischen Belichtung) projiziert wird. Der Substrattisch (WT) wird anschließend in X- und/oder Y-Richtung verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt (C) belichtet werden kann. In dem Schritt-Modus begrenzt die maximale Größe des Belichtungsfeldes die Größe des Zielabschnitts (C), die bei einer einzelnen statischen Belichtung abgebildet werden kann.
2. Im Scan-Modus werden der Maskentisch (MT) und der Substrattisch (WT) synchron zueinander gescannt, während ein Muster, mit dem der Projektionsstrahl versehen wurde, auf einen Zielabschnitt (C) projiziert wird (das heißt bei einer einzelnen dynamischen Belichtung). Die Geschwindigkeit und die Richtung des Substrattisches (WT) relativ zu dem Maskentisch (MT) werden anhand der (Verkleinerung) Vergrößerung und der Abbildungsumkehreigenschaften des Projektionssystems (PL) bestimmt. Im Scan-Modus begrenzt die maximale Größe des Belichtungsfeldes die Breite (senkrecht zur Scan-Richtung) des Zielabschnittes bei einer einzelnen dynamischen Belichtung, während die Länge der Scan-Bewegung die Höhe (in Scan-Richtung) des Zielabschnittes bestimmt.
3. In einem weiteren Modus wird der Maskentisch (MT), der eine programmierbare Musteraufbringungseinrichtung hält, im Wesentlichen stationär gehalten, und der Substrattisch (WT) wird bewegt oder gescannt, während ein Muster, mit dem der Projektionsstrahl versehen wurde, auf einen Zielabschnitt (C) projiziert wird. In diesem Modus wird allgemein eine gepulste Strahlungsquelle benutzt, und die programmierbare Musteraufbringungseinrichtung wird je nach Bedarf nach jeder Bewegung des Substrattisches (WT) oder zwischen aufeinanderfolgenden Strahlungspulsen während eines Scans aktualisiert. Dieser Betriebsmodus kann auf einfache Weise auf die maskenlose Lithographie angewendet werden, die eine programmierbare Musteraufbringungseinrichtung verwendet, beispielsweise eine programmierbare Spiegelanordnung von der Sorte, die voranstehend beschrieben wurde.

Kombinationen und/oder Abweichungen der voranstehend beschriebenen Verwendungsmodi oder völlig verschiedenartige Verwendungsmodi können ebenso zum Einsatz kommen.
4 stellt ein Flüssigkeitszufuhrsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Ein Raum 2 zwischen einem finalen Element des Projektionssystems PL und dem Substrat W wird mit einer Flüssigkeit gefüllt. Ein Dichtelement 4 ist zwischen dem finalen Element des Projektionssystems PL und der Oberfläche des Substrats W angeordnet, um den Raum 2 festzulegen. Eine Flüssigkeitsdichtung ist zwischen dem Dichtelement 4 und der Oberfläche des Substrats W angeordnet, um eine Leckage an Flüssigkeit aus dem Raum 2 zu verhindern.
Das Dichtelement 4 besitzt auf seiner Oberfläche, die dem Substrat zugewandt ist (im Anschluss als die primäre Oberfläche bezeichnet) einen Flüssigkeitseinlass 6 und einen Flüssigkeitsauslass 8. Der Auslass 8 ist in Bezug auf die optische Achse des Projektionssystems in radialer Richtung innerhalb des Auslasses 6 angeordnet. Eine Flüssigkeitsdichtung wird durch die sich von dem Einlass 6 zu dem Auslass 8 bewegende Flüssigkeit gebildet. Vorzugsweise wird die Flüssigkeitsdichtung durch ein hydrostatisches Widerlager gebildet, das durch den Flüssigkeitsfluss von dem Einlass 6 zu dem Auslass 8 gebildet wird. Dieses hydrostatische Widerlager kann dann das Dichtelement 4 stützen sowie eine Flüssigkeitsdichtung vorsehen, die eine Leckage der Flüssigkeit aus dem Raum 2 verhindert.
Ein Vakuumauslass 10 ist ebenso auf der primären Oberfläche des Dichtelements 4 gebildet, und zwar in radialer Richtung außerhalb des Einlasses 6 in Bezug auf die optische Achse, um jegliche Flüssigkeit zu extrahieren, die aus der Dichtung in den Bereich des Substrats W entweicht, der nicht in Flüssigkeit getaucht ist.
Ein zusätzlicher Flüssigkeitseinlass 12 ist in dem Spalt zwischen dem finalen Element des Projektionssystems PL und der oberen Oberfläche des Dichtelements 4 gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist die Flüssigkeit vorwiegend destilliertes Wasser, wenngleich andere Flüssigkeiten ebenso verwendet werden können.
4 stellt einen Querschnitt des Dichtelements dar. Es ist zu erkennen, dass die Einlässe 6 und 12 und die Auslässe 8 und 10 kontinuierlich um den mit Flüssigkeit gefüllten Raum 2 verlaufen und eine Nut bilden können, und zwar von der Oberfläche des Substrats aus betrachtet. Diese Nut kann ringförmig, rechtwinklig oder polygonal sein. Alternativ können die Einlässe und Auslässe an diskreten Stellen in einer kontinuierlichen Nut vorgesehen sein, und müssen nicht kontinuierlich entlang der Länge der Nut verlaufen.
Ein zusätzliches horizontales Element 16 verbindet das Dichtelement 4 mit den Seiten eines Referenzrahmens RF. Dieses Element sieht eine Stütze für das Dichtelement zusätzlich zu dem Widerlager vor und stellt ebenso sicher, dass die korrekte horizontale Position beibehalten wird. Es hält das Dichtelement 4 in Bezug auf das Projektionssystem PL in der horizontalen XY-Ebene im Wesentlichen stationär, ermöglicht allerdings eine Relativbewegung in der vertikalen Z-Richtung und somit in der vertikalen Ebene.
Bei der Benutzung wird der Auslass 8 bei einem niedrigeren Druck als der Flüssigkeitseinlass 6 des Widerlagers gehalten, und Flüssigkeit fließt deshalb von dem Einlass 6 zu dem Auslass 8. Dadurch wird eine Flüssigkeitsdichtung erzeugt, die die Flüssigkeit in dem Raum 2 hält. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass dieser Flüssigkeitsfluss in radialer Richtung nach innen ein hydrostatisches Widerlager bildet, welches das Dichtelement 4 stützen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in einem Notfall die Flüssigkeit 2 sehr schnell durch den Auslass 8 ausgelassen werden kann, um eine Beschädigung der Vorrichtung zu verhindern.
Ein Teil der Flüssigkeit kann jedoch in radialer Richtung nach außen von dem hydrostatischen Widerlager in den übrigen Teil der Vorrichtung „entweichen". Das Vakuumsystem 10 beseitigt dieses entweichende Wasser und hilft ebenso dabei, jegliche Flüssigkeit zu entfernen, die an dem Substrat W haften bleibt, wenn das Substrat W relativ zu dem Dichtelement 4 bewegt wird.
Der Wasserfluss in den Raum 2 über den Einlass 12 ist auf vorteilhafte Weise ein sehr laminarer Fluss (das heißt, mit einer Reynoldszahl von weit unter 2300). Auf ähnliche Weise ist der Wasserfluss durch den Auslass 8 ebenso vorzugsweise ein laminarer Fluss. Dies stellt sicher, dass es keine Turbulenzen in der Flüssigkeit gibt, mit der der Raum 2 gefüllt ist, und dass die Flüssigkeit keine Störungen des optischen Weges verursacht. Der Auslass 8 dient dazu, Flüssigkeit von sowohl dem Einlass 12 des Raums als auch dem Einlass 6 des Widerlagers abzuführen. Deshalb ist die Querschnittsfläche des Auslasses 8 größer als die des Einlasses 12, um so sicherzustellen, dass der Fluss laminar ist.
Einstellbare passive Federn 14 üben eine Vorspannkraft auf das Dichtelement 4 in Richtung des Substrats W aus. Diese Vorspannkraft ermöglicht, dass der Betriebsdruck des hydrostatischen Widerlagers geändert werden kann, ohne dass die Abmessungen des Widerlagers verändert werden müssen. Die durch das hydrostatische Widerlager ausgeübte Kraft muss derjenigen Kraft entsprechen, die nach unten auf grund der Schwerkraft auf das Widerlager ausgeübt wird, und sie ist gleich dem Druck multipliziert mit der effektiven Fläche der Oberfläche, auf die das Widerlager wirkt. Wenn ein anderer Betriebsdruck erwünscht ist, muss deshalb entweder die effektive Fläche des Widerlagers oder die Kraft, mit der das Widerlager gestützt wird, geändert werden. Wenngleich bei dieser Ausführungsform eine Feder 14 verwendet worden ist, um die Vorspannkraft vorzusehen, so können andere Einrichtungen ebenso geeignet sein, zum Beispiel eine elektromagnetische Kraft.
Die Höhe des Dichtelements 4 oberhalb des Substrats W ist in einem Bereich zwischen 10 und 500 μm entsprechend den Oberflächenvariationen des Substrats W, die berücksichtigt werden müssen, (und deshalb der Flüssigkeitsfluss) einstellbar. Bei dieser Ausführungsform wird der Spalt dadurch erhöht oder verringert, indem der Druck des hydrostatischen Widerlagers derart geändert wird, dass das Dichtelement 4 relativ zu dem Substrat W bewegt wird. Der Druck des hydrostatischen Widerlagers wird im Anschluss auf den Ausgleichsdruck geändert, wenn die korrekte Position erreicht worden ist. Ein alternatives Verfahren zum Ändern des Spaltabstandes macht von den Federn 14 Gebrauch. Da der Abstand zwischen dem Dichtelement 4 und dem Referenzrahmen RF verändert wird, so verändert sich ebenso die auf die Federn 14 ausgeübte Kraft. Dies bedeutet, dass die Höhe des Dichtelements 4 oberhalb des Substrats W eingestellt werden kann, indem einfach der Betriebsdruck des Widerlagers eingestellt wird.
Ein typischer Betriebsdruck des hydrostatischen Widerlagers liegt zwischen 100 Pa und 100 kPa Überdruck relativ zur Umgebung. Ein Betriebsdruck von 3 kPa ist bevorzugt. Ein solcher Betriebsdruck gestattet, dass das Widerlager das Dichtelement 4 auf wirkungsvolle Weise stützt und ebenso eine gewisse Aufhängung vorsieht. Das Widerlager besitzt in vertikaler Richtung und ebenso hinsichtlich Drehungen um Achsen senkrecht zur vertikalen Richtung ein gewisses Maß an Steifigkeit. Bei dieser Ausführungsform wird die gleiche Flüssigkeit zu sowohl dem Einlass 12 für den Raum als auch dem Einlass 6 für das Widerlager zugeführt. Dies ermöglicht einen gemeinsamen Auslass 8, ohne dass Mischeffekte der beiden Flüssigkeiten und eine mögliche Diffusion der Flüssigkeit in dem hydrostatischen Widerlager mit der Flüssigkeit, mit der der Raum 2 gefüllt ist, beachtet werden müssen. Es muss jedoch nicht die gleiche Flüssigkeit sein, und es kann eine andere Flüssigkeit dem Einlass 12 für den Raum und dem Einlass 6 für das Widerlager zugeführt werden.
Obwohl bei dieser Ausführungsform die Einlässe und Auslässe auf einer Oberfläche des Dichtelements, die dem Substrat zugewandt ist, vorgesehen sind, muss dies jedoch nicht unbedingt der Fall sein, und es sind andere Anordnungen möglich. Während die Verwendung eines hydrostatischen Widerlagers beschrieben worden ist, so kann ebenso ein hydrodynamisches Widerlager verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
Ein Querschnitt eines Flüssigkeitszufuhrsystems, das in einer lithographischen Vorrichtung der Erfindung verwendet werden kann, ist in 5 gezeigt. Der Aufbau dieser Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, allerdings mit den im Anschluss beschriebenen Unterschieden.
Bei dieser Ausführungsform weist ein Dichtelement 3 nur einen einzigen Flüssigkeitseinlass 9 auf. Der Einlass 9 befindet sich in Bezug auf die optische Achse in radialer Richtung außerhalb eines mit Flüssigkeit gefüllten Raumes 2 zwischen dem finalen Element des Projektionssystems PL und der Oberfläche des Substrats W. Die durch den Einlass 9 zugeführte Flüssigkeit fließt sowohl nach innen in den Raum 2 und nach außen hin zu einem Auslass 7. Der Auslass 7 ist mit einer Niedrigdruckquelle verbunden. Diese bewirkt, dass die Flüssigkeit in den Auslass 7 gesaugt wird und nicht in den übrigen Teil der Vorrichtung eintreten kann. Ein weiterer Auslass 11 ist zwischen dem Dichtelement 3 und dem Projektionssystem PL vorgesehen, um Flüssigkeit aus dem Raum 2 abzuführen.
Vorzugsweise ist der Flüssigkeitsfluss in dem Einlass 9 und dem Auslass 11 ein laminarer Fluss, wodurch Turbulenzen verringert werden. Turbulenzen in der Flüssigkeit können einen nachteiligen Effekt auf den Abbildungsprozess haben.
Der Aufbau dieser Ausführungsform ist gegenüber der voranstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dahingehend vereinfacht, dass das Flüssigkeitszufuhrsystem lediglich nur einen einzelnen Flüssigkeitseinlass benötigt.
Dritte Ausführungsform
Ein Querschnitt eines Dichtelements, das in einer lithographischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, ist in 6 gezeigt. Der Aufbau dieser Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform, allerdings mit den im Anschluss beschriebenen Unterschieden.
Ein Dichtelement 3' weist einen Flüssigkeitseinlass 9' und einen Auslass 7' auf, der mit einer Niedrigdruckquelle verbunden ist. Die Kanten des Auslasses 7', die der Oberfläche des Substrats W zugewandt sind, sind genauso wie Kante des Dichtelements 3', die benachbart dem Auslass 7' angeordnet ist, abgerundet. Die abgerundeten Kanten können die Form eines Bogens oder ein beliebiges gekrümmtes Profil aufweisen. Der Krümmungsgrad hängt von den Abmessungen des Einlasses/Auslasses ab. Bei dieser Ausführungsform liegt der Krümmungsradius vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 mm bis 5 mm. Dies verbessert den Fluss um die Kante und verringert Turbulenzen. Dadurch, dass die quadratischen Kanten durch abgerundete Kanten ersetzt wurden, wird der Fluss an Gas und/oder Flüssigkeit durch den Auslass 7' verbessert.
Um weiter den Fluss durch den Auslass 7' zu verbessern, ist ein Durchgang oder eine Kammer 32 innerhalb des Dichtelements in dem Auslass 7' vorgesehen. Diese Kammer 32 sieht eine homogene Niedrigdruckquelle vor.
Eine Kammer 34 ist ebenso in dem Flüssigkeitseinlass 9' vorgesehen. Diese sieht eine gleichmäßige homogene Zuführung von Flüssigkeit vor.
6 stellt das Dichtelement 3' im Querschnitt dar. Es ist zu erkennen, dass die Kammern 32 und 34 kontinuierlich durch das Dichtelement verlaufen oder an diskreten radialen Stellen angeordnet sein können.
Obwohl bei dieser Ausführungsform sowohl runde Kanten am Auslass 7' als auch Kammern 32 und 34 vorgesehen sind, können beide Merkmale unabhängig voneinander nach Bedarf vorgesehen werden. Auf ähnliche Weise können die abgerundeten Kanten und die Durchgänge dieser Ausführungsform bei dem Dichtelement der voranstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sowie bei Dichtelementen vorgesehen werden, die an den Einlässen und Auslässen unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen.
Vierte Ausführungsform
Ein Querschnitt eines Flüssigkeitszufuhrsystems, das in einer lithographischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, ist in 7 dargestellt. Der Aufbau dieser Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, allerdings mit den im Anschluss beschriebenen Unterschieden.
Ein Dichtelement 36 legt einen Raum 2 zwischen dem Projektionssystem PL und der Oberfläche des Substrats W fest. Eine Flüssigkeit wird über einen Einlass 38 zugeführt, um denjenigen Raum 2 zu füllen, der zwischen dem finalen Element des Projektionssystems PL und dem Dichtelement 36 gebildet ist. Ein Flüssigkeitsauslass 40 ist in der Oberfläche des Dichtelements 36 gebildet, die dem Substrat W zugewandt ist (im Anschluss als die primäre Oberfläche bezeichnet), und ist in radialer Richtung außerhalb der optischen Achse des Projektionssystems PL angeordnet. Dieser Auslass 40 führt Flüssigkeit aus dem Raum 2 ab. Vorzugsweise ist der Flüssigkeitsfluss in dem Einlass 38 und dem Auslass 40 ein laminarer Fluss. Dadurch werden Turbulenzen in der Flüssigkeit vermieden, mit der der Raum 2 gefüllt ist, die ansonsten einen nachteiligen Effekt auf die Abbildungsqualität haben können.
Ein weiterer Auslass 42 ist in der primären Oberfläche des Dichtelements 36 in radialer Richtung außerhalb des Flüssigkeitsauslasses 40 gebildet und mit einer Niedrigdruckquelle verbunden. Dieser stellt sicher, dass Flüssigkeit, die nicht durch den Flüssigkeitsauslass abgeführt wird, in den übrigen Teil der Vorrichtung „entweichen" kann.
Das Dichtelement 36 ist mit einem Referenzrahmen RF über eine Vielzahl von, vorzugsweise drei, Lorentz-Aktuatoren 44 verbunden (lediglich zwei sind in 7 gezeigt). Diese Aktuatoren 44 werden über ein Steuergerät gesteuert, um die vertikale Position des Dichtelements 36 oberhalb des Substrats W einzustellen.
Das Steuergerät nimmt als Eingang den Abstand h₃ zwischen der Oberfläche des Substrats W und dem Referenzrahmen RF und den Abstand h₄ zwischen der primären Oberfläche des Dichtelements 36 und dem Referenzrahmen RF. Diese Abstände werden über Sensoren (nicht gezeigt) gemessen. Das Steuergerät kann deshalb die Höhe des Dichtelements 36 oberhalb der Oberfläche des Substrats W berechnen, indem h₄ von h₃ subtrahiert wird. Es verwendet im Anschluss, zum Beispiel, eine proportionale, integrale und derivative (PID) Regelung, um die Aktuatoren 44 derart zu steuern, dass sich das Dichtelement auf korrekter Höhe oberhalb des Substrats befindet. Andere Verfahren zur Steuerung sind ebenso geeignet. Zum Beispiel kann die Steuerung des Dichtelements relativ zu dem Substrat indirekt durchgeführt werden, indem lediglich die Höhe h₄h des Dichtelements relativ zu dem Referenzrahmen verwendet wird.
Der Abstand zwischen dem Substrat und dem Dichtelement ist auf bis zu 2 mm während der Belichtung und auf bis zu 10 mm während des mechanischen Starts bei der Instandhaltung einstellbar. Das Steuergerät steuert das Dichtelement 36 entlang 3 Freiheitsgraden: hinsichtlich einer Verschiebung in Z-Richtung (parallel zur optischen Achse des Projektionssystems PL) sowie hinsichtlich Drehungen um Achsen senkrecht zur Z-Richtung.
Das Dichtelement 36 wird oberhalb des Substrats W von den Aktuatoren 44 gestützt. Es wird keine steife Verbindung zwischen dem Substrat W und dem Dichtelement 36 benötigt. Dies verringert die Übertragung von Vibrationen auf das Dichtelement 36 und vereinfacht die Steuerungsdynamik des Substrats W in Z-Richtung.
Entsprechend kann das System dieser Ausführungsform auf einfache Weise die Höhe des Dichtelements 36 oberhalb der Oberfläche des Substrats W steuern, um so große Variationen der Oberflächenhöhe des Substrats berücksichtigen zu können.
Obwohl die Verwendung von Lorentz-Aktuatoren 44 beschrieben worden ist, können andere Arten von Aktuatoren ebenso geeignet sein, zum Beispiel elektromagnetische, piezo- oder pneumatische Aktuatoren.
Das Steuerungssystem kann ebenso verwendet werden, um:

– eine aktive Positionsmessung sowie Steuerung des Dichtelements in Bezug auf das Substrat auszuführen, um so die Funktionstüchtigkeit der Dichtung sicherzustellen;
– das Dichtelement in Bezug auf das Substrat abzudämpfen, um den Einfluss von in dem Dichtelement erzeugten Störungen zu verringern, zum Beispiel Schwankungen des Vakuums;
– die Schwerkraft zu kompensieren, zum Beispiel in Kombination mit einem Gaswiderlager, das eine Vorspannung durch eine Vakuumkraft aufweist;
– zusätzliche Vorspannungskräfte zu erzeugen, zum Beispiel in Kombination mit einem Flüssigkeitswiderlager;
– andere äußere Kräfte und Momente zu kompensieren, zum Beispiel aufgrund von Schlauchverbindungen oder Befestigungselementen längs unbetätigter Richtungen; und
– eine aktuierte Bewegung für allgemeine Zwecke vorzusehen, zum Beispiel während der Bestückung mit einem Substrat oder bei der Instandhaltung.

Es ist zu erkennen, dass das Steuerungssystem dieser Ausführungsform auf andere, voranstehend beschriebene Ausführungsformen angewendet werden kann.
Fünfte Ausführungsform
Ein Flüssigkeitszufuhrsystem, das in einer lithographischen Vorrichtung der Erfindung verwendbar ist, ist in 8 dargestellt. Der Aufbau dieser Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, allerdings mit den im Anschluss beschriebenen Unterschieden.
Ein Dichtelement 18 umgibt das finale Element des Projektionssystems PL, um einen Raum 2 festzulegen, der mit einer Flüssigkeit gefüllt wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Flüssigkeit vorwiegend destilliertes oder gereinigtes Wasser, obwohl andere Flüssigkeiten ebenso verwendet werden können. Eine unter Druck gesetzte Flüssigkeit wird dem Raum 2 durch einen Einlass 20 zugeführt, der auf der Oberfläche des Dichtelements 18 gebildet ist, die dem Substrat W zugewandt ist (im Anschluss als die primäre Oberfläche bezeichnet).
Die Flüssigkeit wird an zwei Stellen abgeführt. Ein oberer Auslass 22 führt Flüssigkeit aus dem oberen Bereich des Raums 2 ab. Ein unterer Auslass 24, der in der primären Oberfläche des Dichtelements 4 gebildet ist, führt Flüssigkeit von der Oberfläche des Substrats W ab. Ein unter Druck gesetztes Gas wird an zwei Stellen der primären Oberfläche des Dichtelements 18 zugeführt, um so sicherzustellen, dass die Flüssigkeit in dem Raum 2 verbleibt. Ein erster Gaseinlass 28 befindet sich in Bezug auf die optische Achse des Projektionssystems in radialer Richtung innerhalb des unteren Auslasses 24. Er begrenzt den Flüssigkeitsfluss zu dem unteren Auslass 24, indem der Bereich begrenzt wird, der für den Durchfluss der Flüssigkeit zu dem unteren Auslass 24 zur Verfügung, und entkoppelt ebenso den Druck am Einlass 20 von dem Druck am unteren Auslass 24.
Ein niedriger Druck oder ein Vakuum wird an dem unteren Auslass 24 aufrechterhalten, um Flüssigkeit sowie Gas von dem ersten Gaseinlass 28 und einem zweiten Gaseinlass 30 abzusaugen. Der Gasfluss von dem ersten Gaseinlass 28 zu dem unteren Auslass 24 verbessert das Abführen von Flüssigkeit. Der Gasfluss von dem zweiten Einlass 30 zu dem unteren Auslass 24 zeigt dahingehend Wirkung, dass er eine Gasdichtung erzeugt. Das an dem Einlass 30 zugeführte Gas wirkt bis zu einem gewissen Ausmaß ebenso als ein Gaswiderlager und stützt die Gasdichtung 18, und im Falle eines Gasjets unterstützt es den Einschluss der Tauchflüssigkeit.
Ein niedriger Druck oder ein Vakuum wird ebenso an einem dritten Auslass 26 aufrecherhalten, der sich in Bezug auf die optische Achse des Projektionssystems in radialer Richtung außerhalb des unteren Auslasses 24 befindet. Der dritte Auslass 26 bewirkt das Abführen von Gas aus dem zweiten Gaseinlass 30 und verhindert, dass derartiges Gas in den verbleibenden Teil der Vorrichtung eindringt.
8 stellt das Dichtelement 18 im Querschnitt dar. Es ist zu erkennen, dass die Einlässe 20, 28 und 30 und die Auslässe 22, 24 und 26 kontinuierlich um den mit Flüssigkeit gefüllten Raum 2 verlaufen können und so eine Nut bilden, und zwar von der Oberfläche des Substrats aus betrachtet. Diese Nut kann ringförmig, rechtwinklig oder polygonal sein. Alternativ kann die Nut kontinuierlich um den mit Flüssigkeit gefüllten Raum 2 verlaufen, und die Einlässe und Auslässe können lediglich an diskreten Positionen in der Nut, und nicht kontinuierlich entlang ihrer Länge angeordnet sein.
Flüssigkeit wird an dem Einlass 20 aus zwei Gründen zugeführt. Erstens, es tauscht die Flüssigkeit in dem Raum 2 aus und gestattet eine Steuerung der Temperatur sowie des Pegels an Verunreinigungen. Zweitens verringert es den Gaseinschluss. Der Einschluss von Gas kann entstehen, wenn das Substrat W relativ zu der Projektionslinse PL bewegt wird, was die Flüssigkeit in Bewegung bringt und abtransportiert. Der erforderliche Druck zum Zuführen der Flüssigkeit, um diese beiden Kriterien zu erfüllen, wird mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Formeln berechnet.
Um den Einschluss von Gas zu vermeiden, beträgt der erforderliche Druck
wobei n einem Sicherheitsfaktor in der Größenordnung von 10 entspricht, v die Scan-Geschwindigkeit, η die Viskosität der Flüssigkeit und h₁ die Höhe der primären Fläche des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Wafers zwischen dem Einlass 20 und dem Auslass 28 ist. Für Wasser beträgt der erforderliche relative Druck ungefähr 100 Pa, was relativ niedrig ist, mit typischen Werten von v = 0,5 m/s und h₁ = 30 μm.
Um die Flüssigkeit in dem Raum 2 auszutauschen („refresh"), beträgt der erforderliche Druck:
wobei Φ_v,refresh die Austauschrate, h₂ die Höhe der primären Fläche des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Wafers zwischen dem Einlass 20 und dem Raum 2 und d₁ der Abstand zwischen dem Flüssigkeitseinlass 20 und der inneren radialen Kante des Dichtelements 18 ist. Für Wasser ergibt dies einen erforderlichen relativen Druck von ungefähr 100 kPa, was wiederum für praktische Applikationen hoch ist, mit typischen Werten von Φ_v,refresh = 1000 cm³/min, r = 30 mm, d₁ = 3 mm und h₂ = 30 μm. Die reziproke Beziehung von h₂ mit der Potenz 3 bedeutet jedoch, dass, falls h₂ um einen Faktor von 4 erhöht werden kann, der Druck um einen Faktor von 64 verringert wird, was zu einem akzeptablen Druck von ungefähr 1,5 kPa führt. Andere Faktoren können verwendet werden, um h₂ ebenso zu erhöhen, zum Beispiel um zumindest 1,5, vorzugsweise 2 oder 3 und idealerweise um zumindest 4, wie voranstehend beschrieben.
Um den erforderlichen Druck zum Austauschen der Flüssigkeit zu verringern, beträgt deshalb die Höhe h₂ des Dichtelements 18 oberhalb der Oberfläche des Wafers W lediglich in dem Bereich zwischen mit Flüssigkeit gefüllten Raum 2 und dem Flüssigkeitseinlass 20 gleich 120 μm. Die Höhe h₁ der übrigen Abschnitte des Dichtelements 18 oberhalb der Oberfläche des Substrats W beträgt 30 μm.
Neben der Verringerung des erforderlichen Druckes zum Austauschen der Flüssigkeit verringert dieser Aufbau ebenso den überschüssigen Flüssigkeitsfluss, der durch die Bewegung des Substrats W erzeugt wird. Dieser überschüssige Flüssigkeitsfluss wird an dem unteren Auslass 24 abgeführt. Das Abführen der Flüssigkeit durch den niedrigen Druck oder das Vakuum an dem Auslass 24 kann zu ungewollten mechanischen Vibrationen führen. Eine Verringerung des Volumens der Flüssigkeit, die an dem Auslass 24 abgeführt wird, verringert deshalb ebenso die Wahrscheinlichkeit, dass ungewollte mechanische Vibrationen erzeugt werden.
Das Abführen von Flüssigkeit durch den Auslass 24 kann verbessert werden, indem die Höhe der primären Oberfläche des Dichtelements 18 oberhalb der Oberfläche des Substrats W zwischen dem ersten Gaseinlass 28 und dem Auslass 24 größer als zwischen dem Flüssigkeitseinlass 20 und dem ersten Gaseinlass 28 (h₁) ist.
Es ist zu erkennen, dass die bei dieser Ausführungsform gegebenen Abmessungen in Abhängigkeit von dem erwünschten Betriebsflüssigkeitsdruck oder von der Viskosität der Flüssigkeit, die zum Füllen des Raumes 2 verwendet wird, verändert werden können.
Sechste Ausführungsform
Bei einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, die mit Ausnahme der im Anschluss beschriebenen Unterschiede den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen entsprechen kann, wird ein zusätzlicher Einschluss der Flüssigkeit dadurch erzielt, dass ein Teil des Dichtelements gedreht wird.
Wie in 9 gezeigt, die das Dichtelement 50 von unten darstellt, ist das Dichtelement, oder zumindest der untere Teil, kreisförmig ausgestaltet. Der Flüssigkeitseinlass 51 in Form eines Rings ist in der Nähe des Außenumfangs des Dichtelements vorgesehen, und ein Flüssigkeitsauslass 52, wiederum in der Form eines Rings, ist außerhalb des Einlasses 51 vorgesehen. Innerhalb des Einlasses 51 sind ein oder mehrere spiralförmige Nuten 53 an der unteren Oberfläche des Dichtelements 50 vorgesehen. Wird das Dichtelement in die angezeigte Richtung gedreht, lösen die Nuten einen Pumpvorgang aus, der Flüssigkeit zur Mitte des Dichtelements hin drängt.
Während spezifische Ausführungsformen der Erfindung voranstehend beschrieben worden sind, so ist zu erkennen, dass die Erfindung anders als beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann. Die Beschreibung beabsichtigt keine Einschränkung der Erfindung. Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.

Claims

Lithographische Projektionsvorrichtung, umfassend: – ein Bestrahlungssystem (IL) zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls (PB) aus Strahlung; – einen Halteraufbau (MT) zum Halten einer Musteraufbringungseinrichtung (MA), wobei die Musteraufbringungseinrichtung dazu dient, den Projektionsstrahl entsprechend einem erwünschten Muster zu mustern; – einen Substrattisch (WT) zum Halten eines Substrats (W); – ein Projektionssystem (PL) zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen Zielabschnitt des Substrats; und – ein Flüssigkeitszufuhrsystem zum Zuführen einer Flüssigkeit in einen Raum zwischen einem finalen Element des Projektionssystems und dem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitszufuhrsystem umfasst: – ein Dichtelement (3, 4, 18, 36), das zwischen dem finalen Element des Projektionssystems (PL) und der Oberfläche des Substrats (W) angeordnet ist und sich über zumindest einen Teil der Grenze des Raums zwischen dem finalen Element des Projektionssystems und dem Substrat erstreckt; und – eine Flüssigkeitsdichteinrichtung zum Bilden einer Dichtung zwischen dem Dichtelement und der Oberfläche des Substrats durch einen Flüssigkeitsfluss.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Flüssigkeitsdichteinrichtung entweder ein hydrostatisches oder ein hydrodynamisches Widerlager ist zum zumindest teilweise Stützen des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Substrats.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Dichtelement ferner einen gemeinsamen Flüssigkeitsauslass (8) umfasst zum Auslassen von Flüssigkeit aus dem Raum und aus der Flüssigkeitsdichteinrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der gemeinsame Auslass sich auf einer Oberfläche des Dichtelements befindet, die dem Substrat zugewandt ist und sich zwischen dem Raum und der Flüssigkeitsdichteinrichtung befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der der gemeinsame Flüssigkeitsauslass eine Querschnittsfläche in einer Ebene im Wesentlichen parallel zu dem Substrat aufweist, die größer als die Querschnittsfläche eines Flüssigkeitseinlasses ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Dichtelement einen Flüssigkeitseinlass (6, 8, 9, 20, 38, 51) aufweist, der sich auf einer Oberfläche des Dichtelements befindet, die dem Substrat zugewandt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Höhe des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Substrats in dem Bereich zwischen dem Raum und dem Flüssigkeitseinlass größer als an anderer Stelle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Flüssigkeitszufuhrsystem ferner eine Gasdichteinrichtung (24, 26, 30) aufweist, die in radialer Richtung außerhalb des Flüssigkeitseinlasses angeordnet ist zum Bilden einer Gasdichtung zwischen dem Dichtelement und der Oberfläche des Substrats.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der das Dichtelement ferner einen zwischenliegenden Gaseinlass (30) und einen Flüssigkeitsauslass (24) aufweist, die jeweils in radialer Richtung außerhalb des Flüssigkeitseinlasses angeordnet sind und die sich auf der Oberfläche des Dichtelements befinden, die dem Substrat zugewandt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Höhe des Dichtelements oberhalb der Oberfläche des Substrats zwischen dem zwischenliegenden Gaseinlass und dem Flüssigkeitsauslass größer als zwischen dem Flüssigkeitseinlass und dem zwischenliegenden Gaseinlass ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Druck der Flüssigkeit in dem hydrostatischen oder hydrodynamischen Widerlager in dem Bereich von 100 Pa bis 100 kPa relativ zu dem Umgebungsdruck ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Flüssigkeitszufuhrsystem ferner eine Niedrigdruckquelle zum Verhindern einer Leckage an Flüssigkeit in radialer Richtung nach außen umfasst, wobei die Niedrigdruckquelle sich auf einer Oberfläche des Dichtelements befindet, die dem Substrat zugewandt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Einrichtung (14) zum Ausüben einer zur Oberfläche des Substrats hin gerichteten Vorspannkraft auf das Dichtelement.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Element (16), das zwischen dem Dichtelement und einem Maschinenrahmen verbunden ist zum Stützten des Dichtelements.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Dichtelement mindestens einen Flüssigkeitseinlass (6, 8, 9, 20, 38, 51), mindestens einen Flüssigkeitsauslass (12, 22, 40, 52) und mindest einen kombinierten Auslass (7, 10, 24, 42) für sowohl die Flüssigkeit als auch das Gas aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Flüssigkeitszufuhrsystem dem Raum Flüssigkeit mit einem Durchsatz von 0,1 bis 10 Liter pro Minute zuführt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Flüssigkeitszufuhrsystem dem Raum Flüssigkeit bei einem Druck zuführt, der die aus dem Raum durch Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Dichtelement abtransportierte Flüssigkeit kompensiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Kammer (32, 34), die stromaufwärts eines Einlasses und/oder stromabwärts eines Auslasses des Dichtelements gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: – mindestens einen Sensor, um die Position des Dichtelements festzulegen; und – ein Steuerungssystem, um mindestens einen Aktuator (44) basierend auf der von dem Sensor festgelegten Position zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der Sensor, der den Abstand zwischen der Oberfläche des Substrats und dem Dichtelement bei dem Steuerungssystem festlegt, den mindestens einen Aktuator derart steuert, dass ein erwünschter Abstand zwischen der Oberfläche des Substrats und dem Dichtelement beibehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der das Steuerungssystem den mindestens einen Aktuator (44) derart steuert, dass eine äußere Kraft auf das Dichtelement zumindest teilweise kompensiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der das Steuerungssystem derart agiert, dass das Dichtelement gedämpft wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der das Steuerungssystem derart angeordnet ist, dass das Dichtelement im Falle eines Systemfehlers zurückgeholt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der das Steuerungssystem derart angeordnet ist, dass der mindestens eine Aktuator (44) so gesteuert wird, dass er eine Vorspannkraft auf das hydrostatische oder hydrodynamische Widerlager ausübt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest ein Einlass und/oder ein Auslass in dem Element abgerundete Kanten aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Kante des Dichtelements benachbart der Oberfläche des Substrats abgerundet ist.