AT516990A2 - Verfahren zum Regeln einer Lichtquelle eines Fotolithographie-Belichtungssystems sowie Belichtungsbaugruppe für ein Fotolithographiegerät - Google Patents

Verfahren zum Regeln einer Lichtquelle eines Fotolithographie-Belichtungssystems sowie Belichtungsbaugruppe für ein Fotolithographiegerät Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Lichtquelle eines Fotolithographie-Belichtungssystems, die mehrere LEDs aufweist, mittels der folgenden Schritte: die Lichtleistung der einzelnen LEDs in einem bestimmten Wellenlängenbereich wird erfasst, und die erfasste Lichtleistung wird mit einer Soll-Lichtleistungsverteilung über das gesamte Spektrum verglichen. Die LEDs werden so betrieben, dass die spektrale Soll-Lichtleistungsverteilung möglichst präzise erreicht wird. Die Erfindung betrifft auch eine Belichtungsbaugruppe für ein Fotolithographiegerät, mit einer Lichtquelle, die mehrere LEDs aufweist, einer Steuerung, die die den einzelnen LEDs zugeführte elektrische Leistung steuert, und einem Sensor, der die Lichtleistung der LEDs aufgeschlüsselt nach unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfassen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Lichtquelle eines Fotolithographie-Belichtungssystems sowie eine Belichtungsbaugruppe für ein Fotolithographiegerät.
Ein Fotolithographiegerät wird bei der Herstellung von dreidimensionalen Strukturen auf Halbleiterchips verwendet. Es dient dazu, einen auf den Halbleiterchip ("wafer") aufgebrachten Fotolack („resist“) in einer gewünschten Weise zu belichten. Hierbei wird das Abbild einer Maske auf den Fotolack projiziert, sodass dieser aufgrund des Schattenwurfs unterschiedlich belichtet wird. Durch die Belichtung ändert der Fotolack seine physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, sodass er nachfolgend beispielsweise selektiv entfernt werden kann.
Das zum Belichten des Fotolacks verwendete Licht wird von einer Lichtquelle bereitgestellt, die mehrere LEDs aufweist. Dabei können unterschiedliche LEDs verwendet werden, die Licht mit unterschiedlichen, spezifischen Wellenlängen (oder Wellenlängenbereichen) bereitstellen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die LEDs je nach Wellenlänge des Lichts, das sie bereitstellen, unterschiedlich altern. Hieraus resultiert, dass sich die Verteilung der Lichtleistung, die von der Lichtquelle über das Spektrum bereitgestellt wird, mit der Zeit ändert. Somit ändert sich das Belichtungsergebnis im Fotolack mit dem Alter der LED-Llchtquelle, d.h. mit dem Alter der Belichtungsbaugruppe .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin zu gewährleisten, dass das Spektrum der Belichtungsbaugruppe, also die Intensitätsverteilung der verschiedenen Wellenlängen der Belichtungsbaugruppe, über die Zeit konstant gehalten wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Regeln einer Lichtquelle eines Fotolithographie-Belichtungssystems vorgesehen, die mehrere LEDs aufweist, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: Es wird die Lichtleistung der einzelnen LEDs in einem bestimmten Wellenlängenbereich erfasst. Die erfasste Lichtleistung wird mit einer Soll-Lichtleistungsverteilung über das gesamte Spektrum verglichen. Die LEDs werden so betrieben, dass die spektrale Soll-Lichtlelstungsverteilung möglichst präzise erreicht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist auch eine Belichtungsbaugruppe für ein Fotolithographiegerät vorgesehen, mit einer Lichtquelle, die mehrere LEDs aufweist, einer Steuerung, die die den einzelnen LEDs zugeführte elektrische Leistung steuert, und einem Lichtsensor, der die Lichtleistung der LEDs aufgeschlüsselt nach unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfassen kann. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, einen eventuellen Leistungsabfall der LED (oder der LEDs) zu erfassen, die Licht einer bestimmten Wellenlänge (oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs) bereitstellt bzw. bereitstellen, und die LEDs insgesamt so zu regeln, dass der Anteil an der Gesamtlichtleistung, der von den unterschiedlichen LEDs bereitgestellt wird, einem vorgegebenen Verhältnis möglichst präzise entspricht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Lichtleistung von leistungsstärkeren LEDs an die Lichtleistung der leistungsschwächsten LED angepasst wird. Vereinfacht ausgedrückt wird die leistungsschwächste LED als Referenz verwendet, und die leistungsstärkeren LEDs werden in ihrer Lichtleistung so heruntergeregelt, dass die insgesamt bereitgestellte Lichtleistung hinsichtlich der Verteilung der Leistung auf die unterschiedlichen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche möglichst präzise der Soll-Verteilung entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtleistung mittels eines spektral selektiven Sensors gemessen wird. "Spektral selektiv" bedeutet, dass der Sensor ein Signal liefert, das eine gemessene Lichtleistung einem bestimmten Teil des Spektrums zuordnet, also einer Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich. Dabei kann in der Praxis der spektral selektive Sensor aus mehreren Untersensoren gebildet sein, die jeweils einer bestimmten Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich zugeordnet sind.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die LEDs nacheinander eingeschaltet werden und dass die Lichtleistung mittels eines Breitband-Sensors gemessen wird. Der Breitband-Sensor zeichnet sich gegenüber einem spektral selektiven Sensor durch geringere Kosten aus. Allerdings ist der Breitband-Sensor nicht in der Lage, die gemessene Lichtleistung einzelnen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen zuzuordnen. Dies wird dadurch kompensiert, dass die LEDs nacheinander eingeschaltet werden. Somit kann die Steuerung in Abhängigkeit von der LED, die entweder zuerst eingeschaltet oder anschließend zugeschaltet werden, erkennen, welche Lichtleistung von der entsprechenden LED stammt. . Der Breitband-Sensor kann nach einem entsprechenden Abgleich auch zur Bestimmung der Belichtungsintensität genutzt werden, was mit einem Spektrometer nur sehr aufwendig zu erreichen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor in die Lichtquelle integriert ist. Dies ermöglicht es, die Lichtleistung während des Betriebs des Fotolithographiegeräts zu erfassen, insbesondere während eines Belichtungsvorgangs.
Es ist auch möglich, dass der Sensor an einer Optik des Fotolithographiegeräts angeordnet ist. Wenn das Licht beispielsweise vor der Frontlinse oder auch beim Integrator erfasst wird, wird das durch die Belichtungsoptik schon gemischte Licht erfasst, also das Licht, das auf den Wafer fällt. Das Ergebnis dieser Erfassung ist also repräsentativer.
Um zu verhindern, dass die Messung die Belichtung des Wafers beeinträchtigt, kann vorgesehen sein, dass die Lichtleistung der Belichtungseinrichtung in einem Kalibrierschritt gemessen wird, beispielsweise unmittelbar in der Belichtungsebene. Hierzu kann beispielsweise ein verfahrbarer Sensor verwendet werden, der temporär in den Lichtweg eingebracht wird. Der Sensor kann kalibriert sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufwärmcharakteristik der einzelnen LEDs gemessen wird. Hierfür ist vorzugsweise die Steuerung mit einem Speicher zum Speichern einer Aufwärmcharakteristik der LEDs versehen. Dies ermöglicht es, den nicht-linearen Verlauf der Lichtleistung zu kompensieren, wenn die LEDs mit konstantem Strom betrieben werden. Es ist auch möglich, die LEDs mit einem geregelten Strom zu betreiben. Hierdurch kann, wenn ein spektral selektiver Sensor verwendet wird, der Strom „in Echtzeit“ so geregelt werden, dass die einzelnen LEDs die für jede Wellenlänge oder jeden Wellenlängenbereich gewünschte Lichtleistung bereitstellen. Wenn ein Breitband-Sensor verwendet wird, kann der Strom der einzelnen LEDs entsprechend den gespeicherten Einschaltkennlinien so geregelt werden, dass sich eine möglichst konstante Lichtleistung für die einzelnen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche ergibt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Alterung der LEDs mit gespeicherten, typischen Alterungskennlinien verglichen wird. Hierfür ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuerung einen Speicher zum Speichern einer Alterungscharakteristik der LEDs aufweist. Dies ermöglicht es, einen Benutzer frühzeitig zu informieren, wenn die Lichtleistung der LEDs einen kritischen Wert erreicht. Beispielsweise kann anhand der üblichen Alterungscharakteristik einem Benutzer mitgeteilt werden, wann voraussichtlich ein Austausch der Lichtquelle (oder einzelner LEDs der Lichtquelle) erforderlich ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Lichtleistung der LEDs mit einer vorgegebenen Mindestlichtleistung verglichen wird. Auch in diesem Fall kann ein Benutzer informiert werden, wenn die Lichtleistung der LEDs einen kritischen Wert erreicht, sodass die Lichtquelle (oder einzelne LEDs der Lichtquelle) ausgetauscht werden kann, bevor der Betrieb des Fotolithographiegeräts beeinträchtigt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
Figur 1 schematisch ein Fotolithographiegerät gemäß einer ersten Ausführungsform; und
Figur 2 schematisch ein Fotolithographiegerät gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In Figur 1 ist ein Substrat 10 (,Wafer“) zu sehen, das mit einem Fotolack („resist“) 12 beschichtet ist. Das Substrat kann aus einem Halbleitermaterial bestehen.
Der Fotolack 12 soll durch eine Maske 14 hindurch belichtet werden. Das Licht stammt von einer hier schematisch gezeigten Lichtquelle 16, von der es über eine ebenfalls schematisch gezeigte Optik 18 auf den Wafer 10 fällt.
Die Lichtquelle 16 weist mehrere LEDs 18, 20, 22 auf, die jeweils einer Wellenlänge bzw. einem Wellenlängenbereich zugeordnet sind. Beispielsweise können die LEDs 18, 20, 22 jeweils Licht bereitstellen, das einer der drei Hg-Wellenlängen der üblichen Quecksilberdampflampen entspricht. Bei den LEDs 18, 20, 22 handelt es sich im Allgemeinen um UV-LEDs.
Soweit hier davon gesprochen wird, dass eine LED einer Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich zugeordnet ist, kann diese „eine“ LED in der Praxis aus mehreren LEDs bestehen. So können mehrere LEDs 18 vorgesehen sein, die Licht einer ersten Wellenlänge bzw. eines ersten Wellenlängenbereichs bereitstellen, sowie mehrere LEDs 20, die Licht einer zweiten Wellenlänge bzw. eines zweiten Wellenlängenbereichs bereitstellen, und mehrere LEDs 22, die Licht einer dritten Wellenlänge bzw. eines dritten Wellenlängenbereichs bereitstellen. Es ist abweichend von der gezeigten Ausführungsform auch möglich, dass die Lichtquelle 16 nur zwei LEDs (oder Gruppen von LEDs) aufweist, die Licht einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge (bzw. eines ersten Wellenlängenbereichs und eines zweiten Wellenlängenbereichs) bereitstellen, oder auch mehr als drei LEDs oder Gruppen von LEDs mit entsprechend mehr als drei Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen.
Der Lichtquelle 16 ist ein Sensor 24 zugeordnet, der die bereitgestellte Lichtleistung erfassen kann. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen spektral selektiven Sensor, mit dem unmittelbar die Lichtleistung der einzelnen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche der LEDs 18, 20, 22 erfasst werden kann.
Der Sensor 24 ist mit einer Steuerung 26 verbunden, sodass der Steuerung die Information über die Lichtleistung für die einzelnen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche zur Verfügung steht. Die Steuerung 26 wiederum steuert die einzelnen LEDs 18, 20, 22 an, stellt also insbesondere die Betriebsspannung und den Betriebsstrom bereit.
In der Steuerung 26 ist eine Soll-Lichtleistungsverteilung für das von der Lichtquelle 16 bereitgestellte Licht hinterlegt. Vereinfacht ausgedrückt ist in der Steuerung 26 hinterlegt, welcher Anteil der Lichtleistung in welchem Bereich des Spektrums bereitgestellt werden soll. Als Beispiel wird nachfolgend angenommen, dass die Gesamt-Lichtleistung, die von der Lichtquelle 16 bereitgestellt wird, zu jeweils einem Drittel im Spektrum der LED 18, einem Drittel im Spektrum der LED 20 und einem Drittel im Spektrum der LED 22 bereitgestellt werden soll.
Wenn die Lichtquelle 16 betrieben wird, kann die Steuerung über den Sensor 24 erfassen, welche Lichtleistung tatsächlich in den drei Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen bereitgestellt wird. Die Steuerung 26 kann dann die elektrische Leistung der LEDs 18, 20, 22 so regeln, dass die Soll-Lichtleistungsverteilung erreicht wird.
Wenn aufgrund von Alterung oder sonstigen Änderungen eine LED nicht mehr die gewünschte Lichtleistung erreicht, wird dies von der Steuerung 26 erfasst. Die Steuerung 26 kann dann die elektrische Leistung, die den verbleibenden LEDs zugeführt wird, entsprechend regeln, sodass sich wieder die gewünschte Verteilung der Lichtleistung (dann aber auf einem niedrigeren Intensitätsniveau) ergibt. Wenn beispielsweise die LED 18 nur noch 90 % der Lichtleistung in ihrer Wellenlänge bzw. ihrem Wellenlängenbereich liefern kann, werden die LEDs 20, 22 so heruntergeregelt, dass die Gesamt-Lichtleistung über das Spektrum wieder zu einem Drittel von der LED 18, zu einem Drittel von der LED 20 und zu einem Drittel von der LED 22 stammt.
In einer Ausführungsvariante handelt es sich beim Sensor 24 nicht um einen spektral selektiven Sensor, sondern um einen Breitband-Sensor. Dieser stellt lediglich eine Information über die insgesamt bereitgestellte Lichtleistung bereit; er ist nicht in der Lage, diese Information unterschiedlichen Wellenlängen zuzuordnen.
Um auch mit einem solchen Sensor eine Aussage zu erhalten, wie die Lichtleistung über das gesamte Spektrum verteilt ist, schaltet die Steuerung 26 die einzelnen LEDs 18, 20, 22 nacheinander ein. Hierdurch kann die für jede Wellenlänge bzw. jeden Wellenlängenbereich bereitgestellte Lichtleistung gemessen werden als die Differenz zwischen der Lichtleistung im vorherigen Zustand und der Lichtleistung im aktuellen Zustand.
Es ist auch möglich, dass mit dem Sensor 24 die Aufwärmcharakteristik der einzelnen LEDs gemessen und in einem Speicher 28 hinterlegt wird, der zum Speichern der Aufwärmcharakteristik in der Steuerung 26 vorgesehen ist. Hierdurch kann beispielsweise in einem separaten Kalibrierschritt die
Aufwärmcharakteristik jeder LED einzeln über eine längere Zeit erfasst werden, bis sich eine konstante Lichtleistung einstellt. Wenn dann später im Betrieb die einzelnen Lichtleistungen erfasst werden sollen, können die LEDs 18, 20, 22 vergleichsweise kurz hintereinander eingeschaltet werden, nämlich jeweils dann, wenn die vorhergehende LED einen insoweit charakteristischen Teil ihrer Aufwärmkurve durchlaufen hat, dass daraus auf die später bereitgestellte Lichtleistung geschlossen werden kann.
Es ist bei dieser Ausgestaltung auch möglich, die LEDs 18, 20, 22 jeweils mit einem konstanten Strom zu betreiben, der unter Berücksichtigung der Aufwärmcharakteristik geeignet angepasst wurde, um die Soll-Lichtleistungsverteilung möglichst präzise zu erreichen.
In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der zweiten Ausführungsform der Sensor 24 nicht der Lichtquelle 16 zugeordnet ist, sondern hinter der Optik 18 angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass der Sensor 24 das gemischte Licht erfasst, also das Licht, das auf den Wafer 10 fällt. Die Information über die Verteilung der Lichtleistung der LEDs 18, 20, 22 ist also präziser, da sämtliche Einflüsse im Bereich des Lichtwegs bis zum Sensor 24 berücksichtigt werden.
Der Sensor 24 ist entweder an einer geeigneten Stelle angeordnet, an der er die Belichtung des Fotolacks 12 nicht stört. In diesem Fall kann während einer Belichtung gemessen werden.
Es ist alternativ möglich, dass der Sensor 24 beweglich ist und zum Zwecke der Kalibrierung (also außerhalb eines Belichtungsvorgangs) in den Lichtweg eingebracht wird. Alternativ kann hierzu auch ein nach einem anerkannten Standard kalibrierter Sensor verwendet werden, um neben der spektralen Verteilung auch die absoluten Intensitäten der einzelnen Lichtquellen bzw. der Summe verschiedener Lichtquellen zu bestimmen. Nachdem die Lichtleistungsverteilung bestimmt wurde, können die LEDs 18, 20, 22 in einem oder mehreren nachfolgenden Belichtungsvorgängen mit geeigneter Leistung betrieben werden. Es wird dann ein neuer Kalibrierungsvorgang ausgelöst, wenn die Steuerung 26 dies für zweckmäßig hält. Hierbei kann auf die Alterungscharakteristik der LEDs zurückgegriffen werden, die in einem Speicher 30 der Steuerung 26 hinterlegt sein kann.

Claims (18)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zum Regeln einer Lichtquelle (16) eines Fotolithographie-Belichtungssystems, die mehrere LEDs (18, 20, 22) aufweist, mittels der folgenden Schritte: - die Lichtleistung der einzelnen LEDs (18, 20, 22) in einem bestimmten Wellenlängenbereich wird erfasst; - die erfasste Lichtleistung wird mit einer Soll-Lichtleistungsverteilung über das gesamte Spektrum verglichen; - die LEDs (18, 20, 22) werden so betrieben, dass die spektrale Soll-Lichtleistungsverteilung möglichst präzise erreicht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleistung von leistungsstärkeren LEDs (18, 20, 22) an die Lichtleistung der leistungsschwächsten LED (18, 20, 22) angepasst wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleistung mittels eines spektral selektiven Sensors (24) gemessen wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs (18, 20, 22) nacheinander eingeschaltet werden und dass die Lichtleistung mittels eines Breitband-Sensors (24) gemessen wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleistung der LEDs (18, 20, 22) in einem Kalibrierschritt gemessen wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmcharakteristik der einzelnen LEDs (18, 20, 22) gemessen wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs (18, 20, 22) mit einem konstanten Strom betrieben werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs (18, 20, 22) mit einem geregelten Strom betrieben werden.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterung der LEDs (18, 20, 22) mit gespeicherten, typischen Alterungskennlinien verglichen wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleistung der LEDs (18, 20, 22) mit einer vorgegebenen Mindestlichtleistung verglichen wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Benutzer informiert wird, wenn die Lichtleistung der LEDs (18, 20, 22) einen kritischen Wert erreicht.
  12. 12. Belichtungsbaugruppe für ein Fotolithographiegerät, mit einer Lichtquelle, die mehrere LEDs (18, 20, 22) aufweist, einer Steuerung (26), die die den einzelnen LEDs (18, 20, 22) zugeführte elektrische Leistung steuert, und einem Sensor (24), der die Lichtleistung der LEDs (18, 20, 22) aufgeschlüsselt nach unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfassen kann.
  13. 13. Belichtungsbaugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) ein spektral selektiver Sensor ist.
  14. 14. Belichtungsbaugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) ein Breitband-Sensor ist.
  15. 15. Belichtungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) in die Lichtquelle (16) integriert ist.
  16. 16. Belichtungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) an einer Optik (18) des Fotolithographiegeräts angeordnet ist.
  17. 17. Belichtungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (26) einen Speicher (28) zum Speichern einer Aufwärmcharakteristik der LEDs (18, 20, 22) aufweist.
  18. 18. Belichtungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (26) einen Speicher (30) zum Speichern einer Alterungscharakteristik der LEDs (18, 20, 22) aufweist, in den eine Alterungscharakteristik der LEDs eingeschrieben wird..
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