DE102004050642A1

DE102004050642A1 - Verfahren zur Überwachung von Parametern eines Belichtungsgerätes für die Immersionslithographie und Belichtungsgerät für die Immersionslithographie

Info

Publication number: DE102004050642A1
Application number: DE102004050642A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Schneider; Guillaume Roesch; Sebastian Schmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: US7426012B2; US20060082748A1; DE102004050642B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Parametern eines Belichtungsgerätes für die Immersionslithographie. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Belichtungsgerät für die Immersionslithographie. Gemäß der Erfindung wird bei der Immersionslithographie die Immersionsflüssigkeit bereits während der Belichtung einem Analysegerät zugeführt. Dadurch lassen sich Veränderungen der Immersionsflüssigkeit während des Belichtungsvorgangs anhand eines Vergleichs mit Soll-Werten nachweisen. Das Auslösen eines Warnsignals zeigt die Abweichungen der Paramter-Veränderungen der Immersionsflüssigkeit von den dazugehörigen Soll-Werten an.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Parametern eines Belichtungsgerätes für die Immersionslithographie. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Belichtungsgerät für die Immersionslithographie.

Integrierte Schaltungen werden mittels photolithographischer Projektion von Mustern auf Halbleiterwafer hergestellt. Dazu werden üblicherweise auf Halbleiterwafern mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften versehene Schichten aufgebracht und jeweils lithographisch strukturiert. Ein lithographischer Strukturierungsschritt kann darin bestehen, einen photoempfindlichen Resist aufzutragen, diesen mit einer gewünschten Struktur für die betreffende Schicht zu belichten und zu entwickeln, sowie anschließend die somit entstandene Resist-Maske in die unterliegende Schicht in einem Ätzschritt zu übertragen.

Dichte Linien-Spalten-Muster, wie sie etwa im Bereich der Herstellung von dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) gebildet werden, weisen beispielsweise im Bereich der Speicherzellenfelder Strukturelemente mit Linienbreiten von 110 nm oder weniger auf.

Belichtungsgeräte werden im Bereich der Halbleiterfertigung eingesetzt, um mittels lithographischer Projektion auf einem mit einem photoempfindlichen Lack beschichteten Halbleiterwafer in dem Lack ein Muster von Strukturelementen zu bilden.

Die Wahl der lateralen Ausdehnung der auf dem Halbleiterwafer zu bildenden Strukturelemente ist dabei aufgrund einer insbesondere durch das Belichtungsgerät vorgegebenen unteren Auflösungsgrenze eingeschränkt. Die Auflösungsgrenze hängt von vielen Faktoren ab und wird üblicherweise gemäß folgender Formel beschrieben: bmin = k1 × λ/NA.

In dieser Gleichung repräsentiert λ die Wellenlänge der Lichtquelle des Projektionsapparates, NA die numerische Appertur und k₁ einen Faktor, der von verschiedenen Beiträgen wie z.B. der Beleuchtungsart, der verwendeten Resistschicht, die Fokusbedingungen und weiteren Parametern abhängt. Um das Auflösungsvermögen des Projektionsapparates zu steigern existieren somit prinzipiell drei Möglichkeiten, die im Folgenden kurz diskutiert werden.

Eine Möglichkeit das Auflösungsvermögen zu steigern besteht darin, die Belichtungswellenlänge λ zu verkleinern. Gegenwärtige Projektionsapparate der Photolithographie verwenden beispielsweise eine Belichtungswellenlänge von 193 nm. Es gibt in der Technik zur Zeit Bestrebungen, die Belichtungswellenlänge auf 157 nm zu reduzieren. Belichtungssysteme mit einer derart kurzen Wellenlänge sind jedoch mit einigen technischen Problemen verbunden.

Die Auflösungsgrenze eines Projektionsapparates lässt sich auch durch den Einsatz moderner lithographischer Techniken bei den für die Belichtung verwendeten Masken verringern. Dies betrifft zum einen den Bereich der Phasenmasken, welche auch Phasenschiebermasken genannt werden (engl. Phase Shift Masks). Zum anderen werden verschiedene Belichtungsmodi, wie zum Beispiel Schrägbeleuchtung, Quadrupol-Beleuchtung oder annulare Beleuchtung ausgeführt, die ebenfalls eine Verbesserung des Auflösungsvermögens des Projektionsapparates bewirken. Diese Beleuchtungsarten werden in der Technik auch als OAI-Beleuchtung (Off-Axis-Illumination) bezeichnet. Im Gegensatz zur senkrecht einfallenden Beleuchtung werden bei einer Schrägbeleuchtung wesentlich mehr höhere Beugungsordnungen im Projektionsobjektiv übertragen.

Als weitere Möglichkeit sind die so genannten RET-Verfahren (Resolution Enhancement Technique) bekannt, bei denen die Strukturelemente auf der Maske neben den abzubildenden Schaltungsmustern häufig auch weitere Elemente enthalten, welche die Auflösung des Projektionsapparates verbessern. Neben den in der Technik bekannten Elementen für eine Optical Proximity Correction (OPC) ist auch die Verwendung unterhalb der Auflösungsgrenze liegender Strukturelemente in der Umgebung abzubildender Strukturelemente vorgesehen.

Diese Techniken ermöglichen einzeln oder in Kombination eine deutliche Verbesserung des Auflösungsvermögens eines Projektionsapparates. Es ist allerdings anzunehmen, dass bei der gegenwärtig vorherrschenden Belichtungswellenlänge von 193 nm die Verbesserungsmöglichkeiten nicht mehr so weit ausgereizt werden können, dass beispielsweise eine Strukturierung mit kleinsten Auflösungen von 50 nm möglich wäre. Das Auflösungsvermögen lässt sich jedoch auch steigern, wenn die numerische Apertur NA vergrößert wird.

Dies wird beispielsweise bei der Immersionslithographie ausgenutzt, bei der das Licht des Projektionsapparates vom Projektionsobjektiv nicht im Vakuum auf die Resistschicht übertragen wird, sondern innerhalb einer Immersionsflüssigkeit (beispielsweise Wasser). Damit ist es möglich, Werte für die numerische Appertur zu erhalten, die größer als 1 sind. Zusammen mit einem k₁-Faktor von ungefähr 0,3 ließe sich damit bei einer Belichtungswellenlänge von 193 nm ein Auflösungsvermögen von 50 nm erzielen, ohne auf die technologisch derzeit problematische Belichtungswellenlänge von 157 nm ausweichen zu müssen.

Ein in diesem Zusammenhang bisher wenig beachtetes Problem besteht darin, dass auch die Immersionsflüssigkeit die optische Übertragung beeinflusst. Die Immersionsflüssigkeit steht in direktem Kontakt mit der Resistschicht bzw. mit einer über der Resistschicht aufgetragenen Deckschicht (sogenanntes Top-Coating). Während des Belichtungsprozesses werden zum einen chemische Aktionen in der Resistschicht initiiert, zusätzlich werden aber auch Gase frei gesetzt, die aus der Resistschicht entweichen können. Das energiereiche kurzwellige Belichtungslicht sorgt auch lokal für ein Aufheizen der Resistschicht und damit auch der Immersionsflüssigkeit. Die Immersionsflüssigkeit trägt jedoch ebenfalls zur Abbildungsqualität bei.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung von Parametern eines Belichtungsgerätes für die Immersionslithographie sowie ein Belichtungsgerät für die Immersionslithographie zu schaffen, das die oben genannten Probleme überwindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Überwachung von Parametern eines Belichtungsgerätes für die Immersionlithographie gelöst, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

– Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit einer auf der Vorderseite aufgebrachten Resistschicht;
– Bereitstellen eines Belichtungsgeräts, das eine Linse zur Projektion von einem auf einer Maske angeordneten Muster in ein Projektionsbildfeld und eine oder mehrere Düsen aufweist;
– Bereitstellen eines Substrathalters, der geeignet ist, den Halbleiterwafer im Belichtungsgerät aufzunehmen;
– Ablegen des Halbleiterwafers auf dem Substrathalter;
– Besprühen der Vorderseite der Resistschicht auf dem Halbleiterwafer mit einer Immersionsflüssigkeit mittels der einen oder mehreren Düsen, so dass oberhalb des Projektionsbildfeldes der Bereich zwischen der Resistschicht und der Linse vollständig mit der Immersionsflüssigkeit aufgefüllt ist;
– Sukzessives Projizieren von dem auf einer Maske angeordneten Muster in eine Vielzahl von Belichtungsfelder;
– Bereitstellen eines Analysegeräts, das geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens einen oder mehrere Parameter der Immersionsflüssigkeit zu bestimmen;
– Bereitstellen eines Soll-Wertes für jeden der einen oder der mehreren Parameter;
– Vergleichen des einen oder der mehreren Parameter mit dazugehörigen Soll-Werten; und
– Auslösen eines Warnsignals anhand von Abweichungen des einen oder der mehreren Parameter von den dazugehörigen Soll-Werten.

Gemäß der Erfindung wird bei der Immersionslithographie die Immersionsflüssigkeit bereits während der Belichtung einem Analysegerät zugeführt. Dadurch lassen sich Veränderungen der Immersionsflüssigkeit während des Belichtungsvorgangs anhand eines Vergleichs mit Soll-Werten nachweisen. Das Auslösen eines Warnsignals zeigt die Abweichungen der Parameter Verände rungen der Immersionsflüssigkeit von den dazugehörigen Soll-Werten an.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsgeräts, dass das Projektionsbildfeld von einem Belichtungsschlitz definiert wird.

Gemäß dieser Vorgehensweise lässt sich das in der Technik bekannte Prinzip eines Wafer-Scanners auch bei dem Verfahren gemäß dieser Ausführungsform anwenden. Der Belichtungsschlitz führt zu einem im Vergleich zu einem Wafer-Stepper kleineren Projektionsbildfeld, so dass das Auflösungsvermögen deutlich vergrößert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Substrathalters, dass der Substrathalter darüber hinaus geeignet ist, den Halbleiterwafer so zu verschieben, dass jedes der Belichtungsfelder von dem Projektionsbildfeld belichtet wird.

Diese Vorgehensweise dient ebenfalls dazu, das in der Technik bekannte Prinzip eines Wafer-Scanners auch bei dem Verfahren gemäß dieser Ausführungsform anzuwenden. Der Substrathalter verschiebt dabei den Halbleiterwafer entgegengesetzt zur Scan-Richtung des Belichtungsschlitzes, so dass jedes der Belichtungsfelder von dem Projektionsbildfeld belichtet wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Halbleiterwafer mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,2 m/s verschoben.

Um die Produktivität des photolithographischen Prozesses zu steigern, wird die Geschwindigkeit, mit der Halbleiterwafer verschoben wird, entsprechend hoch gewählt, ohne die Projektionsqualität zu beeinflussen. Die Verschiebung des Halbleiterwafers mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,2 m/s stellt für gegenwärtige Steuerungen und Antriebe des Substrathalters einen üblichen Wert dar, so das bei dieser Ausführungsform des Verfahrens eine kostengünstige Lösung unter Verwendung konventioneller Substrathalters erreicht werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsgeräts, dass zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Linse angeordnete Düsen vorgesehen sind, die jeweils die Immersionsflüssigkeit abstrahlen.

Die Düsen sind dafür vorgesehen, den Bereich des Projektionsbildfeldes vollständig mit der Immersionsflüssigkeit aufzufüllen. Um ein homogenes Auffüllen zu erreichen, sind in dieser Ausführungsform auf gegenüberliegenden Seiten der Linse angeordnete Düsen vorgesehen, die zwei entgegensetzte Strahlen von Immersionsflüssigkeit abstrahlen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Immersionsflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,7 m/s abgestrahlt.

Die Geschwindigkeit des Strahls der Immersionsflüssigkeit aus den Düsen ist zum einen wichtig für ein homogenes und blasenfreies Auffüllen des Bereiches des Projektionsbildfeldes. Zum anderen wird damit aber auch eine Kühlung der Resistschicht erreicht, die während der Lithographie von dem Licht der Lichtquelle aufgeheizt wird. Eine Geschwindigkeit von ungefähr 0,7 m/s ist entsprechend beider Aspekte gewählt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für die Immersionsflüssigkeit Wasser verwendet.

Eine wesentliche Eigenschaft der Immersionsflüssigkeit ist der Brechungsindex. Mit Wasser als Immersionsflüssigkeit lässt sich ein hoher Brechungsindex erreichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsgeräts, dass das Belichtungsgerät eine Lichtquelle aufweist, die geeignet ist, Licht mit eine Wellenlänge von 193 nm oder weniger abzustrahlen.

Um das Auflösungsvermögen des Belichtungsgeräts möglichst hoch zu wählen, wird üblicherweise ein möglichst kurzwelliges Licht verwendet. Die derzeitige Belichtungstechnologie ermöglicht den Einsatz von Wellenlängen mit 193 nm.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsgeräts, dass das Belichtungsgerät eine Numerische Apertur aufweist, die größer als 1 ist.

Der entscheidende Vorteil der Immersionslithographie liegt in dem hohen zu erzielenden Wert der numerischen Apertur. Ein Wert, der größer als 1 ist, lässt sich mit konventioneller Belichtungstechnologie momentan nicht erreichen. Zusammen mit den zur Zeit beherrschbaren k₁-Faktor von 0,3 und der Wellenlänge von 193 nm lässt sich somit ein Auflösungsvermögen des Belichtungsgeräts von ungefähr 50 nm erreichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts, dass das Analysegerät geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens den pH-Wert der Immersionsflüssigkeit als einen Parameter der Immersionsflüssigkeit zu bestimmen.

Während des Belichtungsvorgangs führt das im allgemeinen kurzwellige Licht der Lichtquelle zu chemischen Reaktionen und Umwandlungen in der Resistschicht. Die Immersionsflüssigkeit spült Reaktionsprodukte, wie z.B. Säuren und/oder Laugen, aus der Resistschicht heraus. Mittels der Bestimmung des pH-Werts der Immersionsflüssigkeit lässt sich somit der Grad an Verunreinigung abschätzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts, dass das Analysegerät geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens die Häufigkeit und Größe von Mikroblasen in der Immersionsflüssigkeit als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit zu bestimmen.

Durch zu hohe Strömungsgeschwindigkeit der aus den Düsen ausströmenden Immersionsflüssigkeit oder durch eine lokal zu hohe Erwärmung können Mikroblasen in der Immersionsflüssigkeit gebildet werden, die das lithographische Projizieren beeinträchtigen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts, dass das Analysegerät geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens den elektrischen Widerstand der Immersionsflüssigkeit als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit zu bestimmen.

Während des Belichtungsvorgangs führen die durch das im allgemeinen kurzwellige Licht der Lichtquelle Reaktionsprodukte in der Resistschicht auch zu einer Veränderung des elektrischen Widerstands der Immersionsflüssigkeit, da die Immersionsflüssigkeit Reaktionsprodukte aus der Resistschicht heraus spült. Mittels der Bestimmung des elektrischen Widerstands der Immersionsflüssigkeit lässt sich somit der Grad an Verunreinigung abschätzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts, dass das Analysegerät geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens den Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit zu bestimmen.

Während des Belichtungsvorgangs führen die durch das im allgemeinen kurzwellige Licht der Lichtquelle Reaktionsprodukte in der Resistschicht auch zu einer Veränderung des Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit. Mittels der Bestimmung des Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit lässt sich somit der Grad an Verunreinigung abschätzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Soll-Wertes für jeden der einen oder der mehreren Parameter, dass der Soll-wert in einer Datenbank abgespeichert wird.

Um den Grad an Verunreinigung abschätzen zu können, wird für jeden Parameter ein Soll-Wert in einer Datenbank abgespeichert. Der Soll-Wert kann auch um einen Toleranzbereich oder um andere statistische Größen erweitert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Soll-Wertes für jeden der einen oder der mehreren Parameter, dass der Soll-Wert anhand einer Referenzbelichtung, bei der nur ein einzelner Prozess-Schritt ausgeführt wird, bestimmt wird.

Um die Soll-Wert zu bestimmen, wird in dieser Ausführungsform nur eine einzige Belichtung ausgeführt. Da folglich keine Verunreinigungen oder andere Veränderungen auftreten können, stellen die gemessenen Werte einen guten Ausgangspunkt für die Soll-Werte dar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts, dass das Analysegerät geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens die Temperatur der Immersionsflüssigkeit als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit zu bestimmen.

Während des Belichtungsvorgangs führt das im allgemeinen kurzwellige Licht der Lichtquelle zu einer Temperaturänderung in der Resistschicht. Da Wärme in der Resistschicht durch Konvektion an die Immersionsflüssigkeit auch zu einer Veränderung der Temperatur der Immersionsflüssigkeit. Mittels der Bestimmung der Temperatur der Immersionsflüssigkeit lässt sich somit der Grad an Veränderung beispielsweise des temperaturabhängigen Brechungsindex abschätzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts, dass das Analysegerät ein berührungsloses Temperaturmess-System mit einer Laserdiode aufweist.

Ein Temperaturmess-System mit einer Laserdiode stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, die Temperatur zu bestimmen. Da die Messung der Temperatur berührungslos ist, kann das Temperaturmess-System ohne größere Schwierigkeit in das Belichtungsgerät integriert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Laserdiode darüber hinaus geeignet, eine Fokuseinstellung und eine Verkippung der Projektionsoptik des Projektionsgeräts zu bestimmen.

Belichtungsgerät weisen oftmals eine Laserdiode auf, die zur Überprüfung der Projektionsoptik herangezogen wird. Die Laserdiode wird gemäß dieser Ausführungsform einer neuen Verwendung zugeführt und misst auch die Temperatur der Immersionsflüssigkeit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Substrathalters, dass der Substrathalter mehrere Bereiche aufweist, deren Temperatur jeweils einzeln gesteuert wird, um einen Temperaturausgleich während der sukzessiven Belichtung der Belichtungsfelder zu erreichen.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird ein Substrathalter mit temperatur-kontrollierten Bereichen verwendet, der einen lokalen Temperaturausgleich in einzelnen Belichtungsfeldern ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auch mit einem Belichtungsgerät für die Immersionslithographie gelöst, das folgendes umfasst:

– einen Halbleiterwafers mit einer auf der Vorderseite aufgebrachten Resistschicht;
– ein Substrathalters, der geeignet ist, den Halbleiterwafer aufzunehmen;
– ein Belichtungsgerät, das eine Linse zur Projektion von einem auf einer Maske angeordneten Muster in ein Projektionsbildfeld und eine oder mehrere Düsen aufweist, die geeignet sind, die Vorderseite der Resistschicht auf dem Halbleiterwafer mit einer Immersionsflüssigkeit zu besprühen, so dass oberhalb des Projektionsbildfeldes der Bereich zwischen der Resistschicht und der Linse vollständig mit der Immersionsflüssigkeit aufgefüllt ist;
– ein Analysegerät, das geeignet ist, während eines sukzessiven Projizierens einen oder mehrere Parameter der Immersionsflüssigkeit zu bestimmen;
– eine Datenbank umfassend Soll-Werte für jeden der einen oder der mehreren Parameter;
– ein Mittel zum Vergleichen des einen oder der mehreren Parameter mit dazugehörigen Soll-Werten; und
– ein Mittel zum Auslösen eines Warnsignals anhand von Abweichungen des einen oder der mehreren Parameter von den dazugehörigen Soll-Werten.

Gemäß der Erfindung ist ein Analysegerät bei der Immersionslithographie mit Mitteln ausgestattet, die Veränderungen der Immersionsflüssigkeit während des Belichtungsvorgangs anhand eines Vergleichs mit Soll-Werten nachweisen können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch eine Querschnittsansicht eines lithographischen Projektionsapparates zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 schematisch eine weitere Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen lithographischen Projektionsapparates bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 in einer Schrägansicht ein Belichtungsgerät für die Immersionslithographie gemäß der Erfindung.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft an einem Belichtungsgerät für die Immersionslithographie und an einem Verfahren zur Überwachung von Parametern des Belichtungsgerätes für die Immersionslithographie zur Herstellung einer integrierten Schaltung erläutert. Die Erfindung lässt sich jedoch auch bei der Herstellung anderer Objekte anwenden, bei denen eine Strukturierung mit einem Muster mit sehr hoher Auflösung erfolgen soll.
In 1 ist ein Belichtungsgerät 5 für die Immersionslithographie gezeigt. Das Belichtungsgerät 5 umfasst einen Substrathalter 14, auf dem ein Halbleiterwafer 10 abgelegt ist. Der Halbleiterwafer 10 ist auf einer Vorderseite 12 mit einer Resistschicht 16 versehen. Die Resistschicht 16 wird beispielsweise durch Aufschleudern aufgebracht. Das Belichtungsgerät 5 umfasst weiter eine Linse 20, die Licht einer Lichtquelle 32 auf die Resistschicht 16 des Halbleiterwafers 10 projiziert. Die Lichtquelle 32 strahlt beispielsweise mittels eines DUV-Lasers Licht mit einer Wellenlänge von 248 nm oder 193 nm ab. Die Lichtquelle 32 ist oberhalb des Substrathalters 14 angeordnet. Zwischen dem Substrathalter 14 und der Lichtquelle 32 befindet sich das Projektionsobjektiv mit der Linse 20. Zwischen der Lichtquelle 32 und der Linse 20 ist eine Photomaske 34 angebracht, die mit einem Muster 36 versehen ist.
Das Belichtungsgerät 5 ist geeignet, eine Belichtung innerhalb eines Projektionsbildfeldes auf der Resistschicht 16 durchzuführen. Das Belichtungsgerät 5 weist darüber hinaus eine oder mehrere Düsen 26 auf, die die Vorderseite 12 auf dem Halbleiterwafer 10 oberhalb der Resistschicht 16 mit einer Immersionsflüssigkeit besprühen. Dabei ist der Zwischenraum, der von der Resistschicht 16 und dem in einem Abstand 18 oberhalb der Resistschicht 16 angeordnetem Projektionsobjektiv entsteht, vollständig mit der Immersionsflüssigkeit aufzufüllen. Der Abstand 18 zwischen der Resistschicht 16 und der Linse 20 beträgt zum Beispiel 10 mm.
Wie in 2 gezeigt ist, werden bei Belichtungsgeräten für die Immersionslithographie die Düsen 26 häufig seitlich von der Linse 20 angeordnet. Die Düsen 26 sprühen mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,7 m/s die Immersionsflüssigkeit 22 in den Zwischenraum zwischen der Resistschicht 16 und der Linse 20.
Für die Immersionsflüssigkeit 22 wird üblicherweise Wasser verwendet. Andere, dem Fachmann bekannte Flüssigkeiten, sind jedoch nicht ausgeschlossen. Mittels der Immersionsflüssigkeit 22 lässt sich bei dem Belichtungsgerät 5 eine numerische Apertur erreichen, die größer als 1 ist.
Der Halbleiterwafer 10 mit der Resistschicht 16 wird mittels des Substrathalters 14 während der lithographischen Projektion entlang einer Verschieberichtung 24 verschoben. Dabei nutzt man das bekannte Prinzip eines Wafer-Scanners, bei dem sich ein Belichtungsschlitz (nicht in 1 und 2 gezeigt) zwischen Maske 34 und Linse 20 befindet. Der Belichtungsschlitz wird entlang einer zur Verschieberichtung 24 entgegengesetzten Richtung verschoben, so dass das Muster 36 auf der Maske 34 innerhalb des Projektionbildfeldes 28 auf die Resistschicht 16 übertragen wird.
Das Belichtungsgerät 5 umfasst weiterhin ein Analysegerät 30, das während des Projizierens des auf der Maske 34 angeordneten Musters 36 Immersionsflüssigkeit 22 zugeführt wird. Dazu ist beispielsweise ein kleines Saugröhrchen vorgesehen (nicht in 1 gezeigt), das Proben der Immersionsflüssigkeit 22 aufnimmt und an das Analysegerät 30 überträgt. Es ist aber auch denkbar, die vom Rand des Halbleiterwafers 10 ablaufende Immersionsflüssigkeit 22 aufzunehmen und an das Analysegerät 30 zu übertragen. Das Analysegerät 30 ist geeignet, Parameter der Immersionsflüssigkeit 22 zu bestimmen, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Da Parameter der Immersionsflüssigkeit 22 einen entscheidenden Beitrag für die Qualität der lithographischen Projektion auf die Resistschicht 16 haben, ist eine genaue Kenntnis dieser Größen für die Genauigkeit der lithographischen Projektion notwendig. Als Messparameter kommen mehrere Größen in Frage.
Mittels des Analysegerätes 30 ist es möglich Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Immersionsflüssigkeit 22 zu bestimmen oder deren Verunreinigung festzustellen. Generell sollten alle Parameter, die die optische Qualität der Immersionsflüssigkeit 22 während der Belichtung beeinflussen könnten, kontrolliert werden. Während der Belichtung werden zum einem chemische Reaktionen in der Resistschicht 16 initiiert, die als Verunreinigung in der Immersionsflüssigkeit 22 auftreten. Neben Lösungsmitteln und gelöstem Sauerstoff oder Stickstoff sind dies auch Laugen, die von der Immersionsflüssigkeit 22 abgespült werden. Um Veränderungen zu detektieren, ist eine ganze Reihe von Messparametern vorgesehen. Zum einen kann der pH-Wert der Immersionsflüssigkeit 22 bestimmt werden, es ist aber auch denkbar den Brechungsindex oder den elektrischen Widerstand der Immersionsflüssigkeit 22 zu bestimmen. Auch das Auftreten und die Größe von Mikroblasen in der Immersionsflüssigkeit 22 beeinflussen die lithographische Projektion.
Die mit dem Analysegerät 30 aufgenommenen Parameter werden im Folgenden mit Soll-Werten verglichen. Die Soll-Werte können beispielsweise in einer Datenbank abgespeichert sein. Mit einem Prozessor, der sowohl mit dem Analysegerät 30 als auch mit der Datenbank verbunden ist, lässt sich ein Vergleich durchführen, der bei einer zu großen Abweichung eines der Parameter zu einem Warnsignal führt. Das Warnsignal kann beispielsweise dafür verwendet werden, die Zufuhr von Immersionsflüssigkeit 22 zu steuern.
Ein weiterer für die Immersionslithographie wichtiger Parameter ist die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 22. Die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 22 kann ebenfalls mit dem Analysegerät 30 bestimmt werden. Dazu wird vorteilhafterweise das Analysegerät 30 um ein berührungsloses Temperaturmess-System 48 erweitert. Das berührungslose Temperaturmess-System 48 umfasst eine Leuchtdiode 44 und einen Detektor 46. Die Leuchtdiode 44 strahlt Licht auf die Vorderseite 12 des Halbleiterwafers 10. Das reflektierte Licht wird vom Detektor 46 nachgewiesen. Die Laserdiode 44 ist in einer Ausführungs form des Belichtungsgerätes 5 extra für diesen Zweck seitlich des Projektionsobjektivs angebracht. Es ist aber auch möglich eine Laserdiode 44 zu verwenden, die häufig bei Belichtungsgeräten zur Kontrolle der Fokuseinstellung des Projektionsobjektivs mit der Linse 20 oder zur Justage der Strahlachse des Projektionsobjektivs mit der Linse 20 vorgesehen ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Belichtungsgerätes 5 für Immersionslithographie ist es vorgesehen, die Messergebnisse des Analysegerätes 30 nicht nur zum Auslösen eines Warnsignals zu verwenden, sondern aktiv an den Belichtungsapparat zurück zu führen. So kann beispielsweise die Temperaturmessung mittels des Analysegerätes 30 dazu verwendet werden, die Temperaturverteilung auf dem Halbleiterwafer 10 zu steuern.
Dazu wird, wie in 3 gezeigt, der Halbleiterwafer 10 auf dem Substrathalter 14 abgelegt, der in einzelne temperaturkontrollierte Bereiche unterteilt ist. Die temperaturkontrollierten Bereiche 40 können beispielsweise schachbrettförmig auf der Oberseite des Substrathalters 14 angeordnet sein. Jeder der temperaturkontrollierten Bereiche 40 kann mittels der Temperatursteuerung 42 in Abhängigkeit der Messergebnisse des Analysegerätes 30 individuell geregelt werden. Somit kann eine homogene Temperaturverteilung über die Oberfläche des Halbleiterwafers 10 erreicht werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Belichtungsgerätes 5 und dem Verfahren zur Überwachung des Belichtungsgerätes 5 können auf einfache Weise lithographische Strukturierungsprozesse bei der Immersionslithographie kontrolliert werden. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Überwachung der Immersionsflüssigkeit 22 bereits während der lithographischen Strukturierung. Dadurch ist es möglich bereits während der lithographischen Strukturierung entsprechende Maßnahmen, wie z.B. Austausch der Immersionsflüssigkeit, Steuerung der Temperatur oder Ändern des Belichtungsmodus einzuleiten, die anderenfalls die optische Übertragungsqualität verschlimmern würden.

5: Belichtungsgerät
10: Halbleiterwafer
12: Vorderseite
14: Substrathalter
16: Resistschicht
18: Abstand
20: Linse
22: Immersionsflüssigkeit
24: Verschieberichtung
26: Düse
28: Projektionsbildfeld
30: Analysegerät
32: Lichtquelle
34: Maske
36: Muster
38: Belichtungsfeld
40: temperaturkontrollierter Bereich
42: Temperatursteuerung
44: Laserdiode
46: Detektor
48: berührungsloses Temperaturmess-System

Claims

Verfahren zur Überwachung von Parametern eines Belichtungsgeräts für die Immersionslithographie, umfassend: – Bereitstellen eines Halbleiterwafers (10) mit einer auf der Vorderseite (12) aufgebrachten Resistschicht (16); – Bereitstellen eines Belichtungsgeräts (5), das eine Linse (20) zur Projektion von einem auf einer Maske (34) angeordneten Muster (36) in ein Projektionsbildfeld (28) und eine oder mehrere Düsen (26) aufweist; – Bereitstellen eines Substrathalters (14), der geeignet ist, den Halbleiterwafer (10) im Belichtungsgerät (5) aufzunehmen; – Ablegen des Halbleiterwafers (10) auf dem Substrathalter (14); – Besprühen der Vorderseite (12) der Resistschicht (16) auf dem Halbleiterwafer (10) mit einer Immersionsflüssigkeit (22) mittels der einen oder mehreren Düsen (26), so dass oberhalb des Projektionsbildfeldes (28) der Bereich zwischen der Resistschicht (16) und der Linse (20) vollständig mit der Immersionsflüssigkeit (22) aufgefüllt ist; – Sukzessives Projizieren von dem auf der Maske (34) angeordneten Muster (36) in eine Vielzahl von Belichtungsfelder (38); – Bereitstellen eines Analysegeräts (30), das geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens einen oder mehrere Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen; – Bereitstellen eines Soll-Wertes für jeden der einen oder der mehreren Parameter; – Vergleichen des einen oder der mehreren Parameter mit dazugehörigen Soll-Werten; und – Auslösen eines Warnsignals anhand von Abweichungen des einen oder der mehreren Parameter von den dazugehörigen Soll-Werten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsgeräts (5) umfasst, dass das Projektionsbildfeld (28) von einem Belichtungsschlitz definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Substrathalters (14) umfasst, dass der Substrathalter (14) darüber hinaus geeignet ist, den Halbleiterwafer (10) so zu verschieben, dass jedes der Belichtungsfelder (38) von dem Projektionsbildfeld (28) belichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Halbleiterwafer (10) mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,2 m/s verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsgeräts (5) umfasst, dass zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Linse (20) angeordnete Düsen (26) vorgesehen sind, die jeweils die Immersionsflüssigkeit (22) abstrahlen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Immersionsflüssigkeit (22) mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,7 m/s abgestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Immersionsflüssigkeit (22) Wasser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsgeräts (5) umfasst, dass das Belichtungsgerät (5) eine Lichtquelle (32) aufweist, die geeignet ist, Licht mit eine Wellenlänge von 193 nm oder weniger abzustrahlen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsgeräts (5) umfasst, dass das Belichtungsgerät (5) eine Numerische Apertur aufweist, die größer als 1 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts (30) umfasst, dass das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens den pH-Wert der Immersionsflüssigkeit (22) als einen Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts (30) umfasst, dass das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens die Häufigkeit und Größe von Mikroblasen in der Immersionsflüssigkeit (22) als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts (30) umfasst, dass das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens den elektrischen Widerstand der Immersionsflüssigkeit (22) als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts (30) umfasst, dass das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens den Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit (22) als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Soll-Wertes für jeden der einen oder der mehreren Parameter umfasst, dass der Soll-Wert in einer Datenbank abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Soll-Wertes für jeden der einen oder der mehreren Parameter umfasst, dass der Soll-Wert anhand einer Referenzbelichtung, bei der nur ein einzelner Prozess-Schritt ausgeführt wird, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, bei dem der Schritt des Vergleichens des einen oder der mehreren Parameter mit dazugehörigen Soll-Werten umfasst, dass der eine oder die mehreren Parameter in der Datenbank abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts (30) umfasst, dass das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens die Temperatur der Immersionsflüssigkeit (22) als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Analysegeräts (30) umfasst, dass das A nalysegerät (30) ein berührungsloses Temperaturmess-System mit einer Laserdiode (44) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Laserdiode (44) darüber hinaus geeignet ist, eine Fokuseinstellung und eine Verkippung der Projektionsoptik mit der Linse (20) des Belichtungsgeräts (5) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Substrathalters (14) umfasst, dass der Substrathalter (14) mehrere Bereiche (40) aufweist, deren Temperatur jeweils einzeln gesteuert wird, um einen Temperaturausgleich während der sukzessiven Belichtung der Belichtungsfelder (38) zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Temperaturunterschied in verschiedenen Belichtungsfeldern (38) maximal 0,5 °C beträgt.
Belichtungsgerät für die Immersionslithographie, umfassend: – einen Halbleiterwafers (10) mit einer auf der Vorderseite (12) aufgebrachten Resistschicht (16); – ein Substrathalters (14), der geeignet ist, den Halbleiterwafer (10) aufzunehmen; – ein Belichtungsgerät (5), das eine Linse (20) zur Projektion von einem auf einer Maske angeordneten Muster in ein Projektionsbildfeld (28) und eine oder mehrere Düsen (26) aufweist, die geeignet sind, die Vorderseite (12) der Resistschicht (16) auf dem Halbleiterwafer (10) mit einer Immersionsflüssigkeit (22) zu besprühen, so dass oberhalb des Projektionsbildfeldes (28) der Bereich zwischen der Resistschicht (16) und der Linse (20) vollständig mit der Immersionsflüssigkeit (22) aufgefüllt ist; – ein Analysegerät (30), das geeignet ist, während eines sukzessiven Projizierens einen oder mehrere Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen; – eine Datenbank umfassend Soll-Werte für jeden der einen oder der mehreren Parameter; – ein Mittel zum Vergleichen des einen oder der mehreren Parameter mit dazugehörigen Soll-Werten; und – ein Mittel zum Auslösen eines Warnsignals anhand von Abweichungen des einen oder der mehreren Parameter von den dazugehörigen Soll-Werten.
Belichtungsgerät (5) nach Anspruch 22, das einen das Projektionsbildfeld (28) begrenzenden Belichtungsschlitz aufweist.
Belichtungsgerät (5) nach Anspruch 23, bei dem der Substrathalter (14) darüber hinaus geeignet ist, den Halbleiterwafer (10) so zu verschieben, um jedes der Belichtungsfelder (38) von dem Projektionsbildfeld (28) zu belichten.
Belichtungsgerät (5) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Linse (20) angeordnete Düsen (26) vorgesehen sind, die jeweils eine Immersionsflüssigkeit (22) abstrahlen.
Belichtungsgerät (5) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei dem die Immersionsflüssigkeit (22) Wasser ist.
Belichtungsgerät (5) nach einem der Ansprüche 22 bis 26, das eine Lichtquelle (32) aufweist, die geeignet ist, Licht mit eine Wellenlänge von 193 nm oder weniger abzustrahlen.
Belichtungsgerät (5) nach Anspruch 27, das eine Numerische Apertur aufweist, die größer als 1 ist.
Belichtungsgerät (5) nach einem der Ansprüche 22 bis 28, bei dem das Analysegerät (30) geeignet ist, den pH-Wert der Immersionsflüssigkeit (22) als einen Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Belichtungsgerät (5) nach einem der Ansprüche 22 bis 29, bei dem das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens die Häufigkeit und Größe von Mikroblasen in der Immersionsflüssigkeit (22) als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Belichtungsgerät (5) nach einem der Ansprüche 22 bis 30, bei dem das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens den elektrischen Widerstand der Immersionsflüssigkeit (22) als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Belichtungsgerät (5) nach einem der Ansprüche 22 bis 31, bei dem das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens den Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit (22) als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Belichtungsgerät (5) nach einem der Ansprüche 22 bis 32, bei das Analysegerät (30) geeignet ist, während des sukzessiven Projizierens die Temperatur der Immersionsflüs sigkeit (22) als einen weiteren Parameter der Immersionsflüssigkeit (22) zu bestimmen.
Belichtungsgerät (5) nach Anspruch 33, bei dem das Analysegerät (30) ein berührungsloses Temperaturmess-System (48) mit einer Laserdiode (44) aufweist.
Belichtungsgerät (5) nach Anspruch 34, bei dem die Laserdiode (44) darüber hinaus geeignet ist, eine Fokuseinstellung und eine Verkippung der Projektionsoptik mit der Linse (20) des Belichtungsgeräts (5) zu bestimmen.