BE1007907A3

BE1007907A3 - Lenzenstelsel met in gasgevulde houder aangebrachte lenselementen en fotolithografisch apparaat voorzien van een dergelijk stelsel.

Info

Publication number: BE1007907A3
Application number: BE9301456A
Authority: BE
Inventors: Alexander Straaijer; Jan W D Martens
Original assignee: Asm Lithography Bv
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-11-14
Also published as: JPH07209569A; DE69417185T2; EP0660188B1; JP2760758B2; DE69417185D1; TW318212B; EP0660188A1; US5602683A

Abstract

Beschreven wordt een hoog-kwaliteitslenzenstelsel (PL) dat gespoeld wordt met een gas met een lage brekingsindex om de invloed van variaties van omgevingsparameters op het optisch gedrag te reduceren. Door aan dit gas een zeer kleine hoeveelheid ozon toe te voegen wordt voorkomen dat op de lenselementen binnen de lenshouder (PLH) een aanslag ontstaat als gevolg van een, door UV straling veroorzaakte, ontleding van organische deeltjes en neerslag van de ontledingsprodukten.

Description

Lenzenstelsel met in gasgevulde houder aangebrachte lenselementen en fotolithografisch apparaat voorzien van een dergelijk stelsel.
EMI1.1

De uitvinding heeft betrekking op een lenzenstelsel bevattende een aantal lenselementen aangebracht in een lenshouder welke houder verbonden is met een inrichting voor het gevuld houden van de houder met een gas met een lage brekingsindex. De uitvinding heeft ook betrekking op een fotolithografisch afbeeldingsapparaat voorzien van een dergelijk lenzenstelsel.

Een dergelijk apparaat met het genoemde lenzenstelsel en bestemd voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleidercircuits is bekend uit het US octrooischrift 5. In dit apparaat wordt een masker belicht en repeterend afgebeeld op een, op een halfgeleidersubstraat aangebrachte, fotogevoelige laklaag. Op het substraat moet een groot aantal IC's gevormd worden. Daartoe wordt, nadat een afbeelding van het masker op het substraat gevormd is, dit substraat over een afstand iets groter dan de lengte of de breedte van de te vormen IC's verplaatst ten opzichte van het masker waarna een volgende maskerafbeelding wordt gemaakt enzovoorts.

Daarbij is het gewenst dat de belichtingsbundel een zo hoog mogelijke intensiteit heeft, zodat de belichtingstijd voor elk IC zo klein mogelijk is en de doorlooptijd van het substraat door het apparaat, dus de tijd nodig voor het belichten van alle IC's zo klein mogelijk is. Er moet daarom behalve een stralingsbron met een hoog stralingsvermogen een projectielenzenstelsel met een hoge transmissie gebruikt worden.

Om maskerafbeeldingen met zeer kleine details, bijvoorbeeld met lijnbreedtes in de orde van 0, te kunnen maken moeten niet alleen zeer zware eisen aan de optische kwaliteit van het projectielenzenstelsel, met name aan het oplossende vermogen daarvan, gesteld worden maar moet ook de golflengte van de belichtingsbundel zo klein mogelijk zijn. Daartoe wordt een belichtingsstelsel gebruikt dat straling met een golflengte in het ultraviolet (UV) gebied uitzendt, bijvoorbeeld zogenaamde I-lijn straling met een golflengte van 365 nm afkomstig van een kwiklampof straling met een golflengte van 243 nm afkomstig van een Excimeerlaser.

Gebleken is dat het medium binnen de lenshouder vervuild is met

EMI2.1
organische moleculen. Deze moleculen zijn afkomstig van de lijm waarmee de lenselementen in de houder bevestigd zijn, van welke lijm een gedeelte kan verdampen. Verder is, in produktie omstandigheden, de omgevingslucht vervuild met organische moleculen die bijvoorbeeld afkomstig zijn van de hechtlaag tussen het substraat en de fotolak, welke moleculen de lenshouder kunnen binnendringen. Hoewel de organische moleculen slechts in een kleine concentratie binnen de lenshouder aanwezig zijn, kunnen zij een desastreuze invloed op het projectielenzenstelsel hebben.

De bedoelde deeltjes kunnen namelijk onder invloed van de UV belichtingsbundel ontleden en vervolgens op de lenselementen neerslaan en daarbij een koolstof- een koolstofhoudende film op deze elementen vormen waardoor de effectieve transmissie van deze elementen in de loop van de tijd fors afneemt.

Het projectielenzenstelsel is een ingewikkeld en duur onderdeel van het projectie-apparaat. De assemblage van een dergelijk stelsel is ingewikkeld en tijdrovend.

Nadat het stelsel geassembleerd is kan het niet meer gedemonteerd worden om onderdelen daarvan handmatig of met mechanische middelen schoon te maken.

Indien het medium binnen de lenshouder lucht of zuurstof zou zijn, zouden de verontreinigende organisch moleculen via oxydatie in kooldioxyde omgezet kunnen worden en afgevoerd kunnen worden door spoeling van de lenshouder met een van de genoemde gassen.

Echter bij het bedoelde projectielenzenstelsel doet zieh een tweede probleem voor, namelijk dat vanwege de exorbitante eisen die aan de optische eigenschappen daarvan gesteld worden luchtdrukvariaties of temperatuurvariaties een belangrijke rol spelen. Dergelijke variaties veroorzaken namelijk veranderingen in het verschil tussen de brekingsindex van de lenselementen en de brekingsindex van de ruimtes tussen deze elementen waardoor de afbeeldingseigenschappen van het projectielenzenstelsel veranderen, zoals beschreven is in het artikel :"Atmospheric pressure induced reduction errors in reduction stepper lenses" SPIE, Vol. 538, Optical Micro-lithography IV, 1985, pag. 86-90.

Ter voorkoming van het tweede probleem is reeds voorgesteld, o. in het U. de projectielenshouder te vullen met Helium. Dit gas heeft een zeer lage brekingsindex zodat de brekingsindex veranderingen ten gevolge atmosferische-drukvariaties ook veel kleiner zijn. Omdat Helium zeer vluchtig is moet er

voortdurend nieuw gas aan het projectielenzenstelsel toegevoerd worden zodat dit stelsel als het ware met Helium gespoeld wordt. In plaats van met Helium kan ook met een ander gas met lage brekingsindex, zoals Neon of stikstof gespoeld worden. Bij gebruik van dit soort inerte gassen kunnen de verontreinigende organische deeltjes niet omgezet en afgevoerd worden zodat het genoemde verontreinigingsprobleem optreedt.

Het is ook niet mogelijk een reeds vervuild lenzenstelsel schoon te maken door het te spoelen met lucht of zuurstof. Men zou nog kunnen overwegen om het vervuilde lenzenstelsel te reinigen door het te spoelen met Ozon. Ozon kan echter de bekledingslagen van de lenselementen en het materiaal van deze elementen zelf aantasten waardoor ook weer de optische kwaliteit van het projectielenzenstelsel vermindert.

Het vervuilingsprobleem kan ook optreden in andere optische apparaten bijvoorbeeld die waarin Excimeerlasers worden toegepast, of in gasgevulde stralingbundel-transportsystemen of in militaire zoeksystemen en in het algemeen in hoogwaardige optische systemen die aan ultraviolette straling blootgesteld zijn.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel dit probleem op te lossen en een lenzenstelsel te verschaffen dat voorzien is van middelen die verontreiniging voorkomen. Dit lenzenstelsel vertoont als kenmerk, dat in het gas ozon in een concentratie van hoogstens enkele grammen per m3 aanwezig is.

De uitvinding berust op het inzicht dat ook ozon in een zodanig kleine concentratie dat het de lenselementen niet aantast bij feitelijk gebruik, dat wil zeggen bij doorgang van UV straling door het lenzenstelsel, in staat is om de verontreiniging te voorkomen. Verder wordt gebruik gemaakt van het feit dat de activiteit van ozon door UV straling aanzienlijk verhoogd wordt zodat het zeer stuk verdunde ozon ook in staat is om een reeds vervuild lenzenstelsel te reinigen.

Een voorkeuze uitvoeringsvorm van het lenzenstelsel volgens de uitvinding vertoont als verder kenmerk dat de inrichting bevat een voor UV straling doorzichtige, en met de lenshouder verbonden, buis via welke een gas met een lage brekingsindex waaraan zuurstof in een concentratie van hoogstens één volumeprocent is toegevoegd wordt geleid, en een de buis bestralende UV stralingsbron die straling met een golflengte kleiner dan 200 nm uitzendt.

De uitvinding heeft verder betrekking op een apparaat voor het afbeelden

EMI4.1
van een masker op een substraat. Een dergelijk apparaat dat een UV straling leverende belichtingseenheid, een maskerhouder, een projectielenzenstelsel en een substraathouder in deze volgorde bevat, vertoont volgens de uitvinding als kenmerk, dat het projectielenzenstelsel een lenzenstelsel zoals hierboven beschreven is.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekeningen waarin figuur 1 een apparaat toont voor het afbeelden van een masker op een substraat, in welk apparaat de uitvinding kan worden toegepast, figuur 2 het principe van een lenzenstelsel volgens de uitvinding illustreert en figuur 3 een uitvoeringsvorm van dit stelsel zien.

Figuur 1 toont, zeer schematisch, een apparaat voor het repeterend afbeelden van een masker M op een substraat W.

Een dergelijk apparaat is beschreven in onder andere het US octrooischrift 5, Dit apparaat bevat een belichtingshuis LH dat een actinische belichtingsbundel IB levert. Deze bundel passeert een diafragma DR en valt vervolgens in op het masker M dat op een maskertafel MT aangebracht is die bijvoorbeeld in de hoogte, in de Z-richting, instelbaar is. De maskertafel MT maakt deel uit van een projectiekolom PC waarin ook een projectielenzenstelsel PL is opgenomen dat een aantal bevat waarvan er in Figuur 1 slechts twee, 4 en L2 Het projectielenzenstelsel beeldt het masker M af op het substraat W waarop een, niet weergegeven fotolaklaag is aangebracht. Het substraat is aangebracht op een substraatdrager WC die deel uitmaakt van een, bijvoorbeeld luchtgelagerde, substraattafel WT.

Het projectielenzenstelsel heeft bijvoorbeeld een vergroting M = 1/5, een numerieke apertuur NA > 0, en een buigingsbegrensd beeldveld met een diameter van bijvoorbeeld 31 mm. De maskertafel WT steunt bijvoorbeeld op een granieten grondplaat BP die de projectiekolom aan de onderkant afsluit. Aan de bovenkant wordt de projectiekolom afgesloten door de maskertafel MT.

Met behulp van de substraattafel kan het substraat in de X-, Y-, en Zrichting verplaatst worden en bijvoorbeeld om de Z-as geroteerd worden. Deze verplaatsingen worden geregeld door diverse servosystemen zoals een focusservosysteem, een met de substraatdrager samenwerkend, bijvoorbeeld X, Y p, systeem en een uitrichtsysteem waarmee maskerkenmerken ten opzichte van substraatkenmerken kunnen worden uitgericht. Daar deze servosystemen geen onderdeel van de

EMI5.1
onderhavige uitvinding zijn, zijn ze in het principeschema van Figuur 1 niet weergegeven. Alleen van het uitrichtsysteem zijn de in dit systeem gebruikte uitrichtbundels met hun hoofdstralen ABC aangegeven. Voor verdere bijzonderheden van het projectieapparaat wordt verwezen naar de US octrooischriften 5, en 5, en de Europese octrooiaanvragen 0467445 en 0498499.

Het masker moet een aantal malen, overeenkomstig het aantal IC's dat op het substraat gevormd moet worden, op telkens een ander gebied van het substraat afgebeeld worden. Daartoe wordt nadat het substraat in de projectiekolom is aangebracht en uitgericht ten opzichte van het masker, een eerste substraatgebied via het masker belicht. Vervolgens wordt het substraat in X-of bewogen over een afstand iets groter dan een IC-gebied en wordt een tweede gebied belicht. Dit proces wordt herhaald totdat alle gebieden van het substraat belicht zijn.

Bij de fabricage van IC's is het van belang dat de doorvoersnelheid van het substraat door het projectie-apparaat zo groot mogelijk is, dus dat de tijd die nodig is voor het belichten van het hele substraat zo klein mogelijk is. Deze tijdspanne is omgekeerd evenredig met het vermogen van de belichtingsbundel IB afkomstig van het belichtingshuis LH. In dit huis bevindt zieh een in Figuur 1 niet-zichtbare, stralingsbron die omgeven is door een, bijvoorbeeld elliptische, reflector RL, verder bijvoorbeeld een zogenaamde integrator IN die zorgt voor een homogene stralingsverdeling binnen de belichtingsbundel IB, waarvan binnen het belichtingshuis slechts de hoofdstraal IBc is aangegeven, en eventueel een condensorlens CO. Verder kunnen in het huis nog reflectoren Rl, R2 aangebracht zijn die de stralingsweg opvouwen zodat de afmetingen van het belichtingshuis beperkt kunnen blijven.

Opdat de belichtingstijd per IC zo kort mogelijk is, moet de stralingsbron een groot vermogen leveren en moet deze bron gekoeld worden. Daarnaast is het nodig dat zo weinig mogelijk straling in het projectielenzenstelsel geabsorbeerd wordt, dus dat de projectielenselementen een goede transmissie hebben. Zoals in de inleiding is opgemerkt kan de transmissie aanzienlijk verslechterd worden door de vorming, via polymerisatie van een koolstof of een koolstofhoudende film op de lenselementen. Een dergelijke film ontstaat door polymerisatie, onder invloed van de UV belichtingsbundel IB, van organische moleculen die in de houder van het projectielenzenstelsel aanwezig zijn.

Behalve dat de transmissie van de lenselementen-oppervlakken afneemt is deze

laatafname ook nog niet-uniform over de oppervlakken waardoor ook de afbeeldingskwaliteit van het lenzenstelsel vermindert.

Volgens de uitvinding wordt de vorming van een dergelijke film op de lenselementen, ofwel de vervuiling van het projectielenzenstelsel, voorkomen door in het gas waarmee dit stelsel gespoeld wordt een zeer kleine hoeveelheid ozon op te nemen.

In figuur 2 is het principe van het lenzenstelsel volgens de uitvinding weergegeven. In deze figuur is PLH de lenshouder waarin de lenselementen aangebracht zijn. Aan deze houder wordt een inert gas, bijvoorbeeld Helium, toegevoerd vanuit een voorraadvat GSV. Tussen dit vat in de houder PLH is een gascontrole-eenheid GCU aangebracht. Deze eenheid bevat in principe een drukregelaar in de vorm van een ventiel VA dat reageert op het Helium dat via een terugvoerleiding RG vanuit de afvoeropening in de lenshouder terugvloeit naar de gascontrole-eenheid.

Om te bereiken dat het gas dat de lenshouder binnentreedt een kleine concentratie ozon, bijvoorbeeld enkele deeltjes ozon op een miljoen deeltjes Helium bevat, ofwel aanzienlijk minder dan een gram ozon per m3 kan aan het Helium in het vat GSV zuurstof worden toegevoegd zodanig dat een mengsel verkregen wordt van bijvoorbeeld 99, 5% Helium en 0, 5% zuurstof. Een gedeelte van die zuurstof wordt in ozon omgezet met behulp van een ozon generator, die bijvoorbeeld een kwiklamp kan bevatten.

Het stelsel kan nog voorzien zijn van een ozon-omzetter OC die het restant ozon in het Helium dat uit de lenshouder teruggevoerd wordt weer in zuurstof omzet zodat in het afvoergas geen ozon meer voorkomt.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm van het lenzenstelsel volgens de uitvinding. Deze figuur toont een doorsnede van het projectielenzenstelsel PL dat een groot aantal, bijvoorbeeld veertien lenselementen LI-Ln bevat die aangebracht zijn in een lenshouder PLH. Deze houder wordt aan de boven-en onderkant afgesloten door afdekglazen CG dan wel door het bovenste, respectievelijk het onderste lenselement. In de lenshouder is een aanvoeropening OPI, aangebracht waarop een eerste buis TUI is aangesloten waardoor gas met een lage brekingsindex zoals Helium of Neon wordt aangevoerd. De lenshouder heeft een afvoeropening OP2 waarop een tweede buis TU2 aangesloten is waardoor Helium afgevoerd kan worden. De openingen OP1 en OP2

kunnen ook op andere hoogtes aangebracht zijn.

Het Helium, of Neon, is zo vluchtig dat het zich door de hele ruimte binnen de houder LH verspreidt. Door een projectielenzenstelsel met een vrije ruimte van 15 liter kan een gasstroom van bijvoorbeeld 3 liter per uur gevoerd worden.

Om te bereiken dat het gas dat de lenshouder binnentreedt een kleine concentratie ozon, bijvoorbeeld enkele deeltjes ozon op één miljoen deeltjes Helium, bevat kan aan het Helium in het voorraadvat zuurstof toegevoegd worden zodanig dat een mengsel verkregen wordt van bijvoorbeeld 99, 5% Helium en 0, 5% zuurstof. Op zijn weg naar de projectielenshouder wordt een gedeelte van die zuurstof in ozon omgezet met behulp van een langwerpig kwiklamp HLA, met een laag vermogen van bijvoorbeeld 35 Watt, die tussen de buizen TUi en TU, is aangebracht en de buis TUz bestraalt. De buis is vervaardigd uit kwarts dat voor de UV straling van de lamp doorzichtig is zodat deze straling het gasmengsel kan bereiken.

Zoals bekend kan een kwiklamp naast UV straling met een golflengte van bijvoorbeeld 365 nm ook zogenaamde diep UV straling met een golflengte van 185 nm leveren. Deze straling is in staat om zuurstof om te zetten in ozon volgens :
EMI7.1
Op deze manier kan er voor gezorgd worden dat het gas dat door de lenshouder vloeit bijvoorbeeld drie deeltjes ozon op een miljoen deeltjes Helium bevat voor een gasstroom tussen één en tien liter per uur. Deze hoeveelheid ozon is voldoende om de lenselementen goed schoon te houden en zelfs om deze langzaam te zuiveren als zij al vervuild mochten zijn.

Bij continue gebruik van het projectieapparaat gedurende vijf jaar zal de totale hoeveelheid ozon die door het projectielenzenstelsel gevloeid is kleiner zijn dan de hoeveelheid ozon die gebruikt zou worden bij een eenmalige reiniging van het lenzenstelsel met zuivere ozon. Dat betekent dat over de economische levensduur van het projectieapparaat de volgens de uitvinding gebruikte ozon de lenskwaliteit niet be- invloed.

De concentratie van ozon mag ook hoger zijn dan hierboven aangegeven, bijvoorbeeld enkele honderden deeltjes per miljoen deeltjes inert gas zonder dat de

lenselementen worden aangetast. Een dergelijke verhoging is echter voor het voorkomen van de aanslag op de lens-elementen niet noodzakelijk.

Het voordeel van de uitvoeringsvorm volgens figuur 3 is dat de kwiklamp gemakkelijk vervangen kan worden waarbij geen verandering van het medium in de lenshouder optreden.

In systemen waarin lenzenstelsel van het hier beschreven soort worden toegepast kunnen optische compensatiefilters toegepast worden die nadat het lenzenstelsel enige tijd in gebruik geweest is in de stralingsweg geschoven kunnen worden om de door vervuiling ontstane niet-uniforme stralingsverdeling in de bundel om te zetten in een uniforme verdeling. Door toepassing van de uitvinding kan na enige tijd, nadat het ozon zijn reinigende werking heeft voltooid, het filter weggehaald worden en dit filter hoeft daarna niet meer gebruikt te worden.

Een belangrijk bijkomend voordeel van de UV straling uitzendende kwiklamp is dat zij eventuele verontreinigingen in het aangevoerde inerte gas onschadelijk maakt, dus als het ware dit gas filtreert, zodat er niet alleen voor gezorgd wordt dat verontreinigen in de lenshouder geen nadelig effect hebben maar ook dat minder verontreinigen in de houder kunnen binnendringen.

In plaats van rechtstreeks in de aanvoerleiding gevormd te worden kan het ozon ook elders en bijvoorbeeld door een elektrische ontlading tussen twee elektrodes gemaakt worden en in de leiding GG geinjecteerd worden.

Dat de uitvinding is toegelicht aan de hand van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een masker op een substraat betekent niet dat zij daartoe beperkt is. Het apparaat kan ook van het zogenaamde"step-and-scan"type zijn waarin tijdens het belichten van elk IC gebied op het substraat het maskerpatroon afgetast wordt met een smalle bundel, zodat een projectielenzenstelsel met een kleiner beeldveld gebruikt kan worden. De uitvinding kan verder toegepast worden in een lithografisch projectieapparaat waarin de belichtingsbundel een andere, korte golflengte heeft, bijvoorbeeld bestaat uit zogenaamde g-line straling met een golflengte van 436 nm.

Behalve voor het vormen van IC-structuren kan het fotolithografisch apparaat volgens de uitvinding ook toegepast worden bij de vervaardiging van vloeibaar kristal beeldweergeefpaneel (LCD) structuren. Behalve in projectieapparaten kan de uitvinding ook toegepast worden in lenzenstelsel voor andere optische apparaten die zieh bevinden in

een omgeving waarin vrije organische moleculen voorkomen en waarin het lenzenstelsel blootstaat aan ultraviolette straling.

Claims

Conclusies 1. Lenzenstelsel bevattende een aantal lenselementen aangebracht in een houder, welke houder verbonden is met een inrichting voor het gevuld houden van de houder met een gas met een lage brekingsindex, met het kenmerk dat in het gas ozon aanwezig is in een concentratie van hoogstens enkele grammen per m3.
2. Lenzenstelsel volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de inrichting bevat een voor UV straling doorzichtig en met de lenshouder verbonden buis via welke een gas met een lage brekingsindex waaraan zuurstofgas in een concentratie van hoogstens 1 volumeprocent is toegevoegd wordt geleid, en een de buis bestralende UV stralingsbron die straling met een golflengte kleiner dan 200 nm uitzendt.
3. Afbeeldingsapparaat voor het afbeelden van een masker op een substraat welk apparaat een UV straling leverende belichtingseenheid, een maskerhouder, een projectielenzenstelsel en een substraathouder in deze volgorde bevat, met het kenmerk dat het projectielenzenstelsel een lenzenstelsel volgens conclusie 1 of 2 is.