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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine lithographische Vorrichtung,
und insbesondere eine derartige Vorrichtung, die zur Herstellung
sogenannter "Bio-Chips" eingerichtet ist,
sowie ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen.
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Eine
lithographische Vorrichtung ist eine Maschine, die ein erwünschtes
Muster auf ein Substrat aufbringt. Eine lithographische Vorrichtung
kann, zum Beispiel, bei der Herstellung integrierter Schaltkreise
(ICs) verwendet werden. In diesem Fall kann eine Musteraufbringungsvorrichtung,
zum Beispiel eine Maske, verwendet werden, um ein Schaltkreismuster
zu erzeugen, das einer einzelner Schicht des ICs entspricht, und
dieses Muster kann auf einen Zielabschnitt (der einen Teil eines
oder mehrerer Dies aufweist) eines Substrats (zum Beispiel eines
Siliziumwafers) abgebildet werden, das eine Schicht aus strahlungsempfindlichen
Material (Photolack) aufweist. Allgemein enthält ein einzelnes Substrat ein ganzes
Netzwerk benachbarter Zielabschnitte, die nacheinander belichtet
werden. Bekannte lithographische Vorrichtungen umfassen sogenannte
Stepper, bei denen jeder Zielabschnitt dadurch bestrahlt wird, dass
das gesamte Muster auf den Zielabschnitt auf einmal belichtet wird,
sowie sogenannte Scanner, bei denen jeder Zielabschnitt dadurch
bestrahlt wird, dass das Muster längs einer vorgegebenen Richtung (der
Scan-Richtung) durch den Projektionsstrahl gescannt wird, während synchron
dazu das Substrat parallel oder antiparallel zu dieser Richtung
gescannt wird.
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Bei
sogenannten "Gen-Chips" sowie bei anderen
biochemischen oder fluidischen MEMS (mikroelektromechanische Systeme)
ist es notwendig, spezifische biologische oder chemische Verbindungen auf
spezifische Bereiche eines Substrats aufzubringen, und in manchen
Fällen
kann es erwünscht
sein, spezifische DNA-Sequenzen auf dem Substrat auszubilden. Zur
Herstellung eines kleinen Bauelements, das eine große Anzahl
von Tests durchführen kann,
muss eine entsprechend große
Anzahl unterschiedlicher Verbindungen in ihren jeweiligen Bereichen
aufgebracht werden, die hinsichtlich ihrer Größe in der Größenordnung
von 1 bis 100 μm
liegen. Bereits existierende photolithographische Vorrichtungen,
die für
die Herstellung hochentwickelter Halbleiter oder für die Herstellung
auf großflächigen Substraten,
zum Beispiel von Flachbildschirmanzeigegeräten, optimiert sind, sind für diese
Art von Arbeit nicht optimal.
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Vorrichtungen
zur Herstellung von Gen-Chips durch selektive Photokatalysation
von Reaktionen, um DNA-Sequenzen auf Abschnitten eines Substrats
auszubilden, sind beschrieben worden in:
US 2002/0041420 ; "Maskless fabrication
of light-directed oligonulceotide microarrays using a digital micromirrow
array" von S. Singh-Gasson et
al, Nature Biotechnology, Vol. 17, Oktober 1999, Seiten 974–978; und "Biological lithography:
development of a maskless microarray synthesizer for DNA-Chips" von F. Cerrina et
al, Microelectronic Engineering 61–62 (2002), Seiten 33 bis 40.
Die dort beschriebenen Vorrichtungen sind jedoch nicht für die Massenherstellung
von Bauelementen mit akzeptablem Durchsatz geeignet.
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US 5,143,854 beschreibt
eine photolithographische Vorrichtung für die Synthese von Polypeptid-Sequenzen,
bei der nur eine Fluidbearbeitungskammer im Wesentlichen den gesamten
Bereich eines Substrats überdeckt.
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US 6,010,193 beschreibt
eine Fluidbearbeitungszelle, die eine Vielzahl separater Kammern
aufweist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lithographische
Projektionsvorrichtung vorzusehen, die zur Herstellung von Bauelementen im
Mikrometerbereich oder gar noch kleinerer Größe durch lokal selektive chemische
Reaktion und vorzugsweise mit hohem Durchsatz geeignet ist.
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Diese
und andere Aufgaben werden gemäß der Erfindung
durch eine lithographische Projektionsvorrichtung gelöst, wie
sie in den beigefügten
Ansprüchen
festgelegt ist.
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Die
auf dem Substrattisch vorgesehene Fluidbearbeitungszelle ermöglicht die
Durchführung
von Prozessen auf dem Substrat, und zwar vor, während und nach der Belichtung,
ohne dass das Substrat aus der Vorrichtung herausgenommen werden
muss. Zum Beispiel kann die Oberfläche des Substrats durch die
gemusterte Strahlung derart selektiv aktiviert werden, dass Verbindungen,
beispielsweise in Lösung,
sich mit der aktivierten Oberfläche
verbinden, aber nicht an anderen Stellen. Multiple separate Kammern
in der Flusszelle gestatten, dass Fluidprozesse parallel zu den
Belichtungen durchgeführt
werden können,
wodurch der Durchsatz deutlich erhöht wird, insbesondere dann,
wenn ein Fluidprozessschritt und das Spülen der Kammer sehr viel Zeit
in Anspruch nehmen.
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Das
Fluid, das in Kontakt mit dem Substrat gebracht wird, kann ein Gas,
ein Dampf oder eine Flüssigkeit,
beispielsweise eine Lösung,
eine Suspension oder eine Emulsion aufweisen. Entsprechend der Offenbarung
kann die Wechselwirkung mit dem Substrat beeinhalten: eine chemische
Reaktion mit der Substratoberfläche
oder darauf befindlichen Verbindungen; das Entfernen von einem Teil
des Substrats oder darauf befindlichen Verbindungen; das Hinzufügen von
Verbindungen auf dem Sub strat; das Waschen oder die Modifikation
der Oberfläche oder
der atomaren oder elektronischen Struktur des Substrats oder der
daran anhaftenden Verbindungen. Ein Fluidbearbeitungsschritt kann
vor einer Belichtung, um zum Beispiel eine Schicht des Substrats zu
grundieren oder eine strahlungsempfindliche Schicht aufzubringen,
während
einer Belichtung, und zum Beispiel eine durch Strahlung katalysierte
Reaktion hervorzurufen, oder nach einer Belichtung, und zum Beispiel
mit Teilen des Zielabschnittes, die durch die Belichtungsstrahlung
sensibilisiert worden sind, zu reagieren, durchgeführt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Fluidbearbeitungszelle ein Plattenelement
auf, das hiervon abstehende Wände
besitzt, die in Kontakt mit dem Substrat treten, um die Vielzahl
von Kammern festzulegen. Solch ein Aufbau ist einfach herzustellen
und ermöglicht,
die separaten Kammern so eng wie möglich aneinander anzuordnen.
Das Plattenelement kann auf einfache Weise in den Substrattisch
integriert werden, zum Beispiel durch Ausbilden eines Noppentisches,
oder es kann einfach auf dem Substrat, das sich auf dem Substrattisch
befindet, angeordnet werden, um so sämtliche Kammern in nur einem
Schritt auszubilden.
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Das
Plattenelement kann im Inneren eine Vielzahl von Fluidkanälen aufweisen,
die in Verbindung mit den Kammern stehen, wodurch der Bedarf separater
Rohrleitungen für
die Verbindung mit den Kammern vermieden wird und die Verbindungen
vereinfacht werden. Die Kanäle
in dem Plattenelement können
mit Fluidkanälen,
die integral in dem Substrattisch ausgebildet sind, in Eingriff
gebracht werden, wodurch die einfache Herstellung zuverlässiger,
leckagefreier Verbindungen ermöglicht
wird.
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Die
Fluidbearbeitungszelle kann in dem Substrattisch unterhalb des Substrats,
d. h. an der gegenüberliegenden
Seite von dem Projektionssystem, zur Verwendung mit transparenten
Substraten angeordnet sein. Alternativ kann die Fluidbearbeitungszelle
oberhalb des Substrats angeordnet und mit einer transparenten oberen
Wand ausgebildet sein. Falls die Fluidbearbeitungszelle oberhalb
des Substrats angeordnet ist, kann entsprechend der Beschreibung die
obere Wand weggelassen werden, so dass gegenüber Luft unempfindliche Flüssigkeiten
verwendet werden können
und die Schwerkraft dazu benutzt werden kann, die Flüssigkeit
in der Kammer einzuschließen.
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Die
Fluidbearbeitungszelle ist vorzugsweise in dem Substrattisch integriert,
wobei die Substrate in der Maschine darauf aufgebracht werden. Mit
dieser Anordnung können
bekannte Substrathantiervorrichtungen und Verfahren eingesetzt werden.
Die Fluid bearbeitungszelle kann stattdessen von dem Substrattisch
trennbar ausgebildet sein, wobei ein Substrat an die Fluidbearbeitungszelle
angebracht wird, bevor die Zelle zusammen mit dem Substrat auf den
Substrattisch aufgebracht werden. Verbesserte Dichtungen gegenüber der
Fluidbearbeitungszelle können dadurch
ausgebildet werden, indem die Substrate offline montiert werden.
Eine weitere Alternative besteht darin, das Substrat auf den Substrattisch
zu montieren, und anschließend
die Fluidbearbeitungszelle auf das Substrat und/oder auf den Substrattisch zu
platzieren.
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Entsprechend
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Bauelements vorgesehen, wie es in den beigefügten Ansprüchen festgelegt
ist.
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Wenngleich
in diesem Text speziell Bezug genommen wird auf die Verwendung der
lithographischen Vorrichtung bei der Herstellung von Gen-Chips,
so ist ersichtlich, dass die hier beschriebene lithographische Vorrichtung
andere Applikationen besitzen kann, wie zum Beispiel bei der Herstellung
von MEMS, MOEMS, Bio-MEMS, ICs, integrierten optischen Systemen,
Führungs-
und Erfassungsmuster für
magnetische Domainspeicher, Flüssigkristallanzeigefelder
(LCDs), magnetische Dünnfilmköpfe, etc.
Der Fachmann erkennt, dass in Zusammenhang mit solch alternativen
Applikationen die Begriffe "Wafer" oder "Die" hier gleichbedeutend
mit den eher allgemeineren Begriffen "Substrat" bzw. "Zielabschnitt" angesehen werden können. Das hier bezeichnete
Substrat kann vor oder nach der Belichtung bearbeitet werden, zum
Beispiel in einem Track (einem Werkzeug, das typischerweise einen
Photolack auf ein Substrat aufbringt und den belichteten Photolack
entwickelt) oder einem metrologischen oder Inspektionswerkzeug.
Die Offenbarung kann, wo anwendbar, auf solch andere Substratbearbeitungswerkzeuge
angewendet werden. Des Weiteren kann das Substrat mehr als einmal
bearbeitet werden, und zum Beispiel einen mehrschichtigen IC zu erzeugen,
so dass der hier verwendete Begriff Substrat ebenso ein Substrat
bezeichnen kann, das bereits mehrere bearbeitete Schichten enthält.
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Die
hier verwendeten Begriffe "Strahlung" und "Strahl" umfassen sämtliche
Arten elektromagnetischer Strahlung, einschließlich ultravioletter (UV) Strahlung
(zum Beispiel mit einer Wellenlänge
von 435, 410, 365, 248, 193, 157 oder 126 nm) sowie extremer ultravioletter
(EUV) Strahlung (zum Beispiel mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 bis 20
nm) sowie Teilchenstrahlen, zum Beispiel Ionenstrahlen oder Elektronenstrahlen.
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Der
hier verwendete Begriff "Musteraufbringungseinrichtung" sollte dahingehend
breit ausgelegt werden, als dass er sich auf eine Einrichtung bezieht, die
dazu verwendet werden kann, den Querschnitt eines Strahls aus Strahlung
mit einem Muster zu versehen, um so ein Muster in einem Zielabschnitt
des Substrats zu erzeugen. Es wird darauf hingewiesen, dass das
Muster, mit dem der Strahl aus Strahlung versehen worden ist, nicht
exakt dem erwünschten Muster
in dem Zielabschnitt des Substrats entsprechen muss. Allgemein entspricht
das dem Strahl aus Strahlung verliehene Muster einer bestimmten
funktionalen Schicht des in dem Zielabschnitt zu erzeugenden Bauelements,
beispielsweise eines integrierten Schaltkreises. Musteraufbringungseinrichtungen können durchlässig oder
reflektierend sein. Beispiele von Musteraufbringungseinrichtungen
umfassen Masken, programmierbare Spiegelanordnungen sowie programmierbare
LCD-Felder. Masken sind in der Lithographie geläufig und umfassen verschiedene
Arten von Masken, beispielsweise binäre Masken, alternierende Phasenverschiebungs-,
sowie verschiedenartige Hybridmasken. Ein Beispiel einer programmierbaren
Spiegelanordnung besteht in einer Matrixanordnung von kleinen Spiegeln,
von denen jeder individuell derart geneigt werden kann, dass ein eingehender
Strahl aus Strahlung in unterschiedliche Richtungen reflektiert
werden kann; auf diese Weise wird der reflektierte Strahl gemustert.
Bei jeder dieser Musteraufbringungseinrichtungen kann der Halteraufbau
zum Beispiel ein Rahmen oder ein Tisch sein, der je nach Bedarf
fixiert oder beweglich sein kann und der gewährleistet, dass sich die Musteraufbringungseinrichtung
an einer erwünschten
Position zum Beispiel in Bezug auf das Projektionssystem befindet.
Die Begriffe "Retikel" oder "Maske" können hier gleichbedeutend
mit dem eher allgemeineren Begriff "Musteraufbringungseinrichtung" angesehen werden.
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Der
hier verwendete Begriff "Projektionssystem" sollte dahingehend
breit ausgelegt werden, als dass er eine beliebige Art von Projektionssystem
umfassen kann, einschließlich
refraktiver optischer Systeme, reflektierender optischer Systeme
und katadioptrischer optischer Systeme, und soweit das Projektionssystem
zum Beispiel für
die verwendete Belichtungsstrahlung oder im Hinblick auf andere
Faktoren, wie zum Beispiel die Verwendung eines Tauchfluids oder
eines Vakuums, geeignet ist. Die Verwendung des Begriffes "Linse" kann als gleichbedeutend
mit dem eher allgemeineren Begriff "Projektionssystem" angesehen werden.
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Das
Illuminationssystem kann verschiedene Arten von optischen Komponenten
umfassen, einschließlich
refraktive, reflektierende und katadioptrische Komponenten zum Führen, Formen
und Steuern des Projektionsstrahls aus Strahlung, und derartige Komponenten
können
ebenso im Anschluss, zusammen oder einzeln, als eine "Linse" bezeichnet werden.
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Die
lithographische Vorrichtung kann zwei (Doppelstufe) oder mehr Substrattische
(und/oder zwei oder mehr Maskentische) aufweisen. Bei solchen "mehrstufigen" Maschinen können die
zusätzlichen
Tische parallel verwendet werden, oder es können vorbereitete Schritte
auf einem oder mehreren Tischen durchgeführt werden, während ein
oder mehrere Tische für
die Belichtung verwendet werden.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
die beigefügten
schematischen Zeichnungen beschrieben, von denen:
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1 eine
lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 die
Fluidbearbeitungszelle der Vorrichtung der 1 in einer
Detailansicht darstellt;
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3 das
Fluidmanagementsystem der Vorrichtung der 1 darstellt;
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4 eine
Querschnittsansicht der Fluidbearbeitungszelle der 2 ist;
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5 ein
alternatives Fluidmanagementsystem darstellt;
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6 und 7 eine
zweite Fluidbearbeitungszelle darstellen;
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8 eine
dritte Fluidbearbeitungszelle darstellt;
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9 eine
vierte Fluidbearbeitungszelle darstellt.
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In
den Figuren weisen entsprechende Bezugszeichen auf entsprechende
Teile hin.
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Ausführungsform
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1 stellt
schematisch eine lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer
bestimmten Ausführungsform
der Erfindung dar. Die Vorrichtung umfasst:
- – ein Strahlungssystem
IL zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls PB aus Strahlung (zum
Beispiel UV-Strahlung), das in diesem bestimmten Fall ebenso eine
Strahlungsquelle LA aufweist;
- – eine
Musteraufbringungseinrichtung PM (zum Beispiel eine deformierbare
Mikrospiegelanordnung), die dem Projektionsstrahl ein erwünschtes Muster
verleiht;
- – einen
Objekttisch (Substrattisch), der mit einem Substrathalter zum Halten
eines Substrats W (zum Beispiel eines photolackbeschichteten Siliziumwafers)
versehen und mit einer zweiten Positioniereinrichtung (nicht gezeigt)
zum genauen Positionieren des Substrats in Bezug auf einen Gegenstand
PL oder PB verbunden ist;
- – ein
Projektionssystem ("Linse") PL (zum Beispiel
ein refraktives Linsensystem) zum Abbilden eines bestrahlten Abschnittes
der Musteraufbringungseinrichtung auf einen Zielabschnitt (der zum Beispiel
ein oder mehrere Dies aufweist) des Substrats W.
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Wie
hier dargestellt, ist die Vorrichtung vom Reflektionstyp (sie weist
zum Beispiel eine reflektierende Musteraufbringungseinrichtung auf).
Allgemein kann sie jedoch auch zum Beispiel vom Transmissionstyp
sein (zum Beispiel mit einer durchlässigen Musteraufbringungseinrichtung,
wie zum Beispiel einer LCD-Anordnung).
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Die
Quelle LA (zum Beispiel eine Hg-Lampe) erzeugt einen Strahl aus
Strahlung. Dieser Strahl wird in ein Illuminationssystem (Illuminator)
IL geführt,
entweder direkt oder nach dem er eine Konditioniereinrichtung durchlaufen
hat, wie zum Beispiel einen Strahlaufweiter. Der Illuminator IL
kann einen Filter FI, um unerwünschte
Wellenlängen
herauszufiltern, sowie einen Kondensor CO umfassen. Auf diese Weise
besitzt der Querschnitt des auf die Musteraufbringungseinrichtung
PM auftreffenden Strahls PB eine erwünschte Gleichmäßigkeit
und Intensitätsverteilung.
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Es
wird in Bezug auf die
1 darauf hingewiesen, dass die
Quelle LA innerhalb des Gehäuses der
lithographischen Projektionsvorrichtung angeordnet sein kann (wie
es oftmals dann der Fall ist, wenn die Quelle LA zum Beispiel eine
Quecksilberlampe ist), sie kann aber ebenso abseits von der lithographischen
Projektionsvorrichtung ange ordnet sein, wobei der von ihr erzeugte
Stahl aus Strahlung in die Vorrichtung geführt wird (zum Beispiel mit
Hilfe geeigneter Richtspiegel); letzteres ist oftmals dann der Fall, wenn
die Quelle LA ein Excimer-Laser ist. Eine Hg-Lampe und ein flüssiger Lichtleiter,
wie sie in der europäischen
Patentanmeldung
EP-A-1256848 beschrieben
sind, können
ebenso verwendet werden. Die vorliegende Erfindung sowie die Ansprüche umfassen
sämtliche
dieser Fälle.
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Nach
gezielter Reflektion an der Musteraufbringungseinrichtung PM verläuft der
Strahl PB durch die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt
des Substrats W fokussiert. Mit Hilfe der Positioniereinrichtung
kann der Substrattisch WT genau bewegt werden, um so zum Beispiel
unterschiedliche Zielabschnitte C in den Gang des Strahls PB zu
positionieren. Allgemein kann die Bewegung des Objekttisches WT
mit Hilfe eines Moduls mit langem Hub (grobe Positionierung) und
eines Moduls mit kurzem Hub (feine Positionierung) realisiert werden,
die nicht explizit in 1 dargestellt sind. Die Musteraufbringungseinrichtung
kann lediglich mit einem Aktuator mit kurzem Hub verbunden sein,
oder sie kann fixiert sein.
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Die
Musteraufbringungseinrichtung wird mit dem auf das Substrat abzubildenden
Muster versehen, die im Falle einer deformierbaren Mikrospiegelanordnung
ihre Spiegel derart einstellt, dass das Licht gemäß dem Muster
gezielt in das Projektionssystem PL geführt wird.
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Die
dargestellte Vorrichtung kann in zwei unterschiedlichen Modi verwendet
werden:
- 1. in einem Schrittmodus wird das von
der Musteraufbringungseinrichtung angezeigte Muster im Wesentlichen
stationär
gehalten, und ein gesamtes Bild wird auf einmal (d. h. bei einer
einzelnen "Belichtung") auf einen Zielabschnitt
C projiziert. Der Substrattisch WT wird anschließend in X- und/oder Y-Richtung
verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt C durch den Strahl
PB bestrahlt werden kann;
- 2. im Scanmodus wird im Wesentlichen die gleiche Abfolge angewendet,
allerdings mit der Ausnahme, dass ein vorgegebener Zielabschnitt
C nicht bei einer einzelnen "Belichtung" belichtet wird.
Stattdessen zeigt die Musteraufbringungseinrichtung ein Scanmuster
mit einer Geschwindigkeit v in einer Scan-Richtung an; gleichzeitig wird
der Substrattisch WT in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung
mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M der Vergrößerung der
Linse PL entspricht (M kann im Bereich von 1 bis 1/10 liegen). Auf
diese Weise kann ein relativ großer Zielabschnitt C ohne Einschränkung der Auflösung belichtet
werden.
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Bei
der Ausführungsform
der Erfindung weist der Substrattisch WT zusätzlich eine Fluidbearbeitungseinheit
FC (die ebenso als Flusszelle bezeichnet wird) auf, mittels derer
ein chemischer Prozess auf dem Substrat W ausgeführt werden kann – dies ist
im Detail in 2 gezeigt. Nach jeder Belichtung wird
die Flusszelle mit einem Fluid ausgespült. Zum Beispiel kann das Fluid
eine derjenigen stickstoffhaltigen Basen enthalten, aus denen die
DNA aufgebaut ist: Adenin, Cytosinc, Guanin oder Thiamin. Eine erwünschte DNA-Sequenz
kann so auf das Substrat aufgebracht werden. Zur Entfernung des
Fluids wird die Flusszelle mit trockenem Argon ausgespült. Beim Aufbauen
einer DNA-Sequenz sollte das Substrat nicht in Kontakt mit Luft
kommen, da Luft Wasserdampf enthält,
der den DNA-Produktionsprozess stören würde.
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2 zeigt
die Fluidbearbeitungseinheit FC, die einen Teil des Substrathalters
C bildet, und das Substrat W, das teilweise geschnitten in der Figur dargestellt
ist. Das Substrat W liegt an seinen Kanten auf den Wänden 17 auf,
die einen Vakuumbereich 13 begrenzen, der evakuiert wird,
um das Substrat auf dem Substrattisch zu halten. Noppen 16 stützen das Substrat
auf bekannte Weise. Innerhalb des Vakuumbereichs gibt es mehrere
Fluidkammern 11, die von aufrechtstehenden Wänden 15 gebildet
werden, deren Höhe
gleich der Höhe
der Wände 17 ist,
so dass das Substrat W die Fluidkammern verschließt, um eine
Fluidbearbeitungszelle zu bilden. Die Höhe und Ebenheit der Fluidkammerwände, die
Noppen sowie die äußeren Wände 17 sind
derart ausgebildet, dass das Substrat W eine adäquate Dichtung mit den Fluidkammerwänden bildet,
und zwar unter der Kraft, die durch den Druckunterschied zwischen
der Atmosphäre
oberhalb und dem Vakuum unterhalb ausgeübt wird, ohne dass das Substrat übermäßig verzerrt wird.
Die Fluidkammern sind länglich
ausgebildet, in diesem Fall erstrecken sie sich von nahezu einer
Seite des Substrats bis nahezu der gegenüberliegenden Seite und umschließen mehrere
Zielabschnitte C. Sie sind flach ausgebildet, und deshalb wird der
Verbrauch an Fluid minimiert. An einem Ende ist ein Fluideinlass 12 (siehe 4)
und an dem anderen Ende ist ein Fluidauslass 14 vorgesehen.
Um einen erwünschten
Prozess in Gang zu bringen, wird Fluid über den Einlass in die Fluidkammer
zugeführt
und über
den Auslass abgeführt.
Ein absichtliches Leck kann in den Fluidkammern angeordnet sein,
um eine Kontaminierung zu verhindern.
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Das
Vakuumsystem, das das Vakuum zum Halten des Substrats auf der Fluidbearbeitungseinheit
erzeugt, dient ebenso dazu, Fluid, das möglicherweise aus den Fluidkammern
austritt, sowie Luft, die in die Einheit möglicherweise eintritt, abzuführen.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die Fluidbearbeitungseinheit in den Substrattisch WT integriert, und
das Substrat wird darauf unter Verwendung bekannter Vorrichtungen
aufgebracht, wodurch die Handhabung des Substrats vereinfacht wird.
Alternativ kann die Fluidbearbeitungseinheit trennbar von dem Substrattisch
ausgebildet sein – das
Substrat wird auf der Fluidbearbeitungseinheit außerhalb
der Vorrichtung montiert und anschließend wir die Einheit zusammen
mit dem Substrat auf den Substrattisch aufgebracht. Diese Anordnung
kann dahingehend vorteilhaft sein, dass dadurch eine verbesserte
Dichtung zwischen dem Substrat und den Fluidkammern erzielt wird.
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Ein
Fluidmanagementsystem 20 ist in 3 gezeigt. Über nur
einen einzigen kombinierten Fluid/Gaseinlass wir die Fluidbearbeitungseinheit
mit Fluid beaufschlagt. Auf diese Weise können die Rohrleitungen zur
Flusszelle zusammen mit der Flusszelle selbst mir Argon gespült werden.
Dadurch wird die Gefahr "nicht-spülbarer" Hohlräume minimiert.
Zur Minimierung der Masse des Wafertisches WT, der Erzeugung von
Wärme auf
dem Tisch sowie der Anzahl von Kabel und Schläuchen, die zu dem Wafertisch
WT führen,
und die nicht mit einer Genauigkeit im Bereich von μm angeordnet
sind, befindet sich das Fluidmanagementsystem größtenteils abseits von dem Tisch,
wobei eine Fluidversorgungsleitung von und eine Fluidextraktionsleitung
zu jeder Fluidkammer 11 in der Fluidbearbeitungseinheit
FP führt.
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Die
Versorgungen des Fluidmanagementsystems umfassen einen Versorgungstank 21a,
b, c etc. für
jedes Fluid, das in der Vorrichtung verwendet wird, sowie einen
Spülgastank 22a.
Das Spülgas, zum
Beispiel Argon oder Helium, wird zur Spülung der Fluidkammer 11 nach
jedem Flüssigkeitsprozess sowie
zum Austausch derjenigen Fluide, die aus den Versorgungstanks 21a,
b, c etc. herausgepumpt wurden, verwendet. Einwegventile 27a–c sind
in den Auslässen
von jedem der Flüssigkeitsversorgungstanks 21a–c vorgesehen,
und so den Rückfluss
von ausgegebenen Fluiden zu den Tanks zu verhindern. Der Spülgastank 22a ist
mit einem Druckregler 22b ausgestattet, der den Druck auf
einen Standarddruck, zum Beispiel 12 bar, verringert. Ein Drucksensor 22c,
der dies überwacht,
sowie ein Ventil 22d, der den Behälter von außerhalb des Systems abdichtet, sind
vorgesehen.
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Das
Spülgas
wird durch eine Filtereinheit 23a geführt, um Partikel sowie Kondensat
herauszufiltern. In der Filtereinheit sind ein Druckregler 23b sowie
eine Druckanzeige 23c integriert. Der Druckregler dient
zur weiteren Verringerung des Drucks, so dass das Spülgas zum
Spülen
der Fluidkammern 11 verwendet werden kann. Bei einem letzten
Reinigungsschritt wird das Spülgas
durch einen aktiven Kohlefilter 24 geführt, der Partikel zurückhält, die
größer als
0,003 μm
sind. Eine weitere einstellbare Druckregeleinheit 25 ist
vorgesehen, um den Druck desjenigen Gases zu steuern, das für den Austausch der
aus den Fluidversorgungstanks 22a, b, c etc. abgeführten Fluide
verwendet wird.
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Um
die verschiedenen Versorgungen gezielt mit der Fluidbearbeitungseinheit
FP zu verbinden, werden eine Reihe von 3/2 Ventilen 26a–c verwendet,
wobei diese elektrisch gesteuert und normalerweise in einer Stellung
gehalten werden, in der das Spülgas
durch die Fluidbearbeitungseinheit FP strömen kann. Um eine Flüssigkeit
der Flusszelle zuzuführen,
werden die entsprechenden 3/2-Ventile für das Fluid geöffnet. Eine
manuelle Korrektur der elektronischen Steuerung kann vorgesehen
sein.
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2/2-Ventile 29, 32 in
den Zufuhr- und Ablassleitungen ermöglichen bei Bedarf das Abdichten
der Fluidbearbeitungseinheit FP, falls zum Beispiel bei einem Prozess
eine Flüssigkeit
benötigt
wird, die über eine
längere
Zeitspanne in Kontakt mit dem Substrat verbleibt. Eine Druckanzeige 29 überwacht
den Druck in der Zufuhrleitung zur Fluidbearbeitungseinheit FP und
kann sowohl Flüssigkeits-
als auch Gasdrucke messen. An der Auslassseite des Fluidmanagementsystems überwacht
eine ähnliche
Druckanzeige 30 den Druck in der Ablassleitung von der
Fluidbearbeitungseinheit FP. Ein Fluiddetektor 31 ist ebenso
vorgesehen, um festzustellen, ob Fluid durch das System strömt oder
nicht, wodurch ein leerer Versorgungstank detektiert werden kann.
Der Detektor stellt ein elektrisches Signal bereit, welches das Vorhandensein
von Fluiden anzeigt. Seine exakte Form hängt von den zu erfassenden
Fluiden ab, zum Beispiel Kohlenwasserstoffen.
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Indem
die gleiche Anordnung wie an der Versorgungsseite verwendet wird,
können
durch die 3/2-Ventile 33a–c, die normalerweise für Argon
geöffnet
sind, diejenigen Fluide, die durch die Fluidbearbeitungseinheit
gespült
worden sind, separat in entsprechende Abfalltanks 36a–c gesammelt
werden, die eine Wiederverwendung oder ordnungsgemäße Entsorgung
gestatten. Falls eine separate Sammlung nicht von Nöten ist,
kann ein einzelner Abfalltank verwendet werden und diese Ventile
können
weggelassen werden. Argon, das zum Spülen verwendet wird, sowie die
aus den Abfalltanks 36a–c bewegte Luft werden unter
Verwendung einer Vakuumpumpe über einen
Kondensor 38 abgeführt,
um verdampfte Flüssigkeit
zu sammeln. Einwegventile 37a–c sind an den Auslässen der
Abfalltanks vorgesehen, um den Eintritt von Umgebungsluft in die
Abfalltanks zu verhindern.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden die Fluide durch die Fluidbearbeitungseinheit FP durch entsprechende
Pumpen 34a–c
für die
Flüssigkeiten
und eine Pumpe 35 für
das Spülgas
gesaugt. Dadurch wird das Risiko einer Kontamination verringert.
Alternativ können
die Fluide mit Hilfe einer oder mehrerer an der Versorgungsseite
vorgesehenen Pumpen oder durch den Gasdruck in den Versorgungstanks durchgedrückt werden.
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Falls
die Fluidbearbeitungseinheit mehrere Fluidkammern aufweist, sind
verschiedene Anordnungen möglich.
Im einfachsten Fall können
sämtliche
Fluidkammern parallel miteinander verbunden sein, so dass die gleiche
Flüssigkeit
gleichzeitig diesen zugeführt
wird. Es kann jedoch erwünscht
sein, Fluide den Kammern separat zuzuführen, zum Beispiel um unterschiedliche
Prozesse auf unterschiedliche Zielbereiche anzuwenden oder um zu
ermöglichen,
dass eine Fluidbearbeitung parallel zu den Belichtungen stattfindet.
In diesem Fall kann eine Schaltanordnung in der Fluidbearbeitungseinheit
vorgesehen werden, um die Zufuhr von Fluiden aus einer einzelnen
Versorgungsleitung zu ausgewählten
Fluidkammern zu steuern. Alternativ kann für jede Fluidkammer ein Fluidmanagementsystem
vorgesehen werden. Dadurch wird eine maximale Flexibilität erzielt,
allerdings bedarf es dafür
zusätzlicher
Zufuhr- und Ablassleitungen, mit denen der Tisch versehen werden
muss.
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer Fluidkammer 11. Wie zu erkennen
ist, ist der Spalt G1 zwischen dem Boden 11a der Fluidkammer 11 und dem
Substrat W in der nähe
des Fluideinlasses größer als
der Spalt G2 in der Nähe
des Auslasses. Die Größe der Spalte
liegt im Bereich von 0,1 mm oder darunter. Auf diese Weise wird
Fluid zum Auslass aufgrund der Kapillarkräfte zwischen der Flüssigkeit und
der Fluidkammer und dem Substrat bewegt, wodurch das Ablassen der
Fluide nach dem Fluidprozess erleichtert wird. Vorzugsweise sind
die Materialien der Fluidkammer und des Substrats derart ausgewählt, dass
das Fluid gegenüber
diesen hohe Adhäsionskräfte sowie
geringe Kohäsionskräfte aufweist.
Falls das Fluid eine alkoholische Basis besitzt, kann zum Beispiel
Glas für
die Flusszelle und das Substrat verwendet werden.
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5 zeigt
ein alternatives Fluidmanagementsystem, das vier separate Fluidkammern
innerhalb der Fluidbearbeitungseinheit versorgt. Vier Fluide sowie
ein Spülgas
werden in den Versorgungstanks 41a–d bzw. 42 gelagert.
Wie bei dem ersten Fluidmanagementsystem ist der Spülgasbehälter 42a mit
einem Druckregler 42b versehen, der den Druck auf 12 bar
verringert. Eine Druckanzeige 42c und ein Ventil 42d sind
ebenso vorgesehen. Das Spülgas
wird anschließend
einem Filter und einer Druckregeleinheit 43 zugeführt, die
eine Filtereinheit 43a, einen Druckregler 43b und eine
Druckanzeige 43c aufweist, wodurch der Druck des Spülgases weiter
verringert wird, so dass es für
die Spülung
der Fluidkammern verwendet werden kann. Das Argon wird ebenso durch
den Filter 44 gefiltert. So dass der Raum in den Flüssigkeitsbehältern 41a bis 41d beim Auspumpen
des Fluids belegt wird, muss der Druck des Spülgases weiter verringert werden,
und dies wird durch einen Druckregler 45 erreicht, der
einen einstellbaren Druckregler 45a und eine Druckanzeige 45b umfasst.
Das Spülgas
tritt in die Fluidversorgungstanks 41a bis 41d über Einwegventile 47a bis 47d ein.
Das aus den Fluidversorgungstanks 41a bis 41d abgeführte Fluid
tritt über
Einwegventile 48a bis 48d und die Verteilerblöcke 49a bis 49d aus,
durch die das Fluid vier Mehrfachpositionsventilen 46a bis 46d zugeführt wird – eines
pro Fluidkammer der Fluidbearbeitungseinheit. Jedes Mehrfachpositionsventil
gestattet eine unabhängige
Auswahl zwischen einem der vier Fluide und dem Spülgas.
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An
der Ablassseite ist die Ablassleitung von jeder Fluidkammer mit
einem Zweiwegeventil 50a bis 50d versehen, das
ein Verschließen
der Fluidkammer gestattet, zum Beispiel für einen Prozess, der den Kontakt
mit dem Fluid über
einen längeren
Zeitraum erfordert. Ein Fluiddetektor 51a bis 51d ist ebenso
in jeder Ablassleitung vorgesehen. Die Abfallfluide werden in dem
Abfallbehälter 52 gesammelt,
wenngleich separate Behälter
alternativ verwendet werden können.
Eine Pumpe 53 wird zum Absaugen des Spülgases und der Fluide durch
das System verwendet.
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Eine
zweite Fluidbearbeitungszelle ist in den 6 und 7 gezeigt.
Der übrige
Teil der Vorrichtung, insbesondere das Fluidmanagementsystem, kann
dem der erfindungsgemäßen Fluidbearbeitungszelle
entsprechen. In der zweiten Fluidbearbeitungszelle 60 sind
Fluidkammern 62 zwischen einen Plattenelement 61,
das aus einem Material hergestellt ist, wie zum Beispiel Glas oder
Quarz, das in Bezug auf die Strahlung des Projektionsstrahls durchlässig ist,
und dem Substrat W ausgebildet. Das Plattenelement 61 weist
Wände 63,
die von seiner inneren Oberfläche
nach unten verlaufen, um die Fluidkammern festzulegen – in den 6 und 7 ist lediglich
eine in Umfangsrichtung verlaufende Wand gezeigt, es können jedoch
weitere Wände,
die den Bereich des Substrats unterteilen, abhängig von einer bestimmten Applikation
vorgesehen oder weggelassen werden. Ein Schurz 67 verläuft entlang
des äußeren Umfangs
der Platte 61 und liegt auf dem Substrattisch WT außerhalb
des Substrats W auf. Im Innern des Schurzes 67 sind Fluidkanäle 64 vorgesehen,
die in Verbindung mit den Fluidkammern 61 stehen und als
Einlässe
und Auslässe
agieren. Die anderen Enden der Fluidkanäle 64 sind mit den
Kanälen 65 in
dem Substrattisch WT ausgerichtet, die wiederum, wie voranstehend
beschrieben, mit einem Fluidma nagementsystem verbunden sind. O-Ring Dichtungen
können
um die Enden der Kanäle 64 oder
die Enden der Kanäle 65 herum
vorgesehen sein.
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Beim
Zusammenbau der Fluidzelle wird das Substrat W zunächst auf
den Substrattisch WT mit Hilfe eines herkömmlichen Substrathantierroboters gelegt
und durch herkömmliche
Einrichtungen, wie zum Beispiel durch einen Noppentisch oder elektrostatischen
Halter, an Ort und Stelle gehalten. Im Anschluss wird das Plattenelement 61 über das
Substrat W gelegt. Der Substrathantierroboter oder eine separate,
speziell dafür
bestimmte Vorrichtung kann dafür
verwendet werden. Die korrekte Ausrichtung der Kanäle 64, 65 in
dem Plattenelement 61 und dem Substrattisch WT wird durch
die inhärente
Genauigkeit der Roboter oder Platziervorrichtung gewährleistet,
und falls notwendig wird diese von Führungs- oder Rastanordnungen
(„keying
arrangement”)
unterstützt.
Falls ein Noppentisch sowie ein Vakuum zum Halten des Substrats
verwendet werden, kann das Plattenelement 61 ebenso durch
ein Teilvakuum in dem Raum außerhalb
der in Umfangsrichtung verlaufenden Wände 63, allerdings
innerhalb des Schurzes 67, an Ort und Stelle gehalten werden.
Alternativ kann eine mechanische, elektromagnetische oder elektrostatische
Klemme verwendet werden.
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Um
Substrate unterschiedlicher Größe oder Dicke
unterbringen zu können,
können
Plattenelemente 61 vorgesehen werden, deren Wände 63 und/oder
Schürzen 67 unterschiedliche
Höhen aufweisen.
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Eine
dritte Fluidbearbeitungszelle ist dafür bestimmt, Substrate mit unterschiedlichen
Dicken unterzubringen. Sie ist eine Abwandlung der zweiten Fluidbearbeitungszelle
und ist in 8 gezeigt. In dieser Figur sind
Teile, die den Teilen der zweiten Fluidbearbeitungszelle ähnlich sind
oder diesen entsprechen, mit Bezugszeichen bezeichnet, die um 10 höher sind.
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Bei
der dritten Fluidbearbeitungszelle ist der Substrattisch WT mit
einer Mulde 78 versehen, die tief genug ist, um das Substrat
mit der größten zu
erwartenden Dicke unterbringen zu können, zum Beispiel Substrate,
die mit Trägern
verbunden sind. Falls ein dünneres
Substrat verwendet wird, kann ein Dummy oder Abstandssubstrat 79 mit
geeigneter Dicke verwendet werden, um die obere Oberfläche des Substrats
W auf die korrekte Höhe
zu bringen.
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Eine
vierte Fluidbearbeitungszelle, die wiederum eine Abwandlung der
zweiten Fluidbearbeitungszelle ist, ist in 9 gezeigt.
Teile, die ähnlich denjenigen
der zweiten Fluidbearbeitungszelle sind, sind mit Bezugszeichen
bezeichnet, die um 20 höher sind.
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Die
vierte Fluidbearbeitungszelle weist der Einfachheit halber keine
in Umfangsrichtung verlaufenden Wände 63 auf, um so
Substrate mit ungleichmäßiger Dicke
unterbringen zu können.
Das Fluid kann über
den Rand des Substrats strömen,
so dass, falls ein Noppentisch oder eine Vakuumanordnung verwendet
wird, um das Substrat an Ort und Stelle zu halten, das Vakuumsystem
in der Lage sein muss, eine unterhalb des Substrats auftretende
Fluidleckage berücksichtigen
zu können.
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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 dient nicht zur Einschränkung derjenigen
Erfindung, die durch die Ansprüche definiert
ist.