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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung
mikrostrukturierter Bauelemente sowie eine Projektionsbelichtungsanlage
zur Durchführung
des Verfahrens.
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Aus
DE 103 32 112 A1 und
US 2005/0030506 A1 ist ein Projektionsbelichtungsverfahren bekannt,
bei welchem zwischen einer dem Projektionsobjektiv zugeordneten
Austrittsfläche
und einer dem Substrat zugeordneten Einkoppelfläche zumindest zeitweise ein
Wert unterhalb der Ausdehnung des optischen Nahfeldes eingestellt
wird. In einer Ausführungsform
wird die Einkoppelfläche
durch die objektivseitige Planfläche
einer transparenten Planplatte gebildet, welche insbesondere auf
das Substrat aufgelegt und beispielsweise darauf während der
Belichtung aktiv angepresst sein kann. Die Zwischenplatte soll insbesondere
dazu dienen, gleichzeitig eine ebene Einkoppelfläche bereitzustellen und Kontaminationsprobleme
zu vermeiden, und bezüglich Materialeigenschaften
wie Transmission und Homogenität
und Grenzflächeneigenschaften
wie Passe, Sauberkeit und Planparallelität von hoher optischer Qualität sein.
Als Material der Zwischenplatte wird beispielhaft Quarzglas genannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur mikrolithographischen
Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente bereitzustellen, welches
eine weitere Verkleinerung der herstellbaren Strukturbreiten ermöglicht.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur mikrolithographischen Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente
weist folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen
eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine lichtempfindliche
Schicht aufgebracht ist;
- – Bereitstellen
einer Maske, die abzubildende Strukturen aufweist;
- – Bereitstellen
einer Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung
zum Beleuchten der Maske mit Licht einer Arbeitswellenlänge und
ein Projektionsobjektiv mit einer substratseitigen Lichtaustrittsfläche aufweist;
- – Bereitstellen
einer für
Licht der Arbeitswellenlänge
transparenten Zwischenplatte aus einem Material, welches bei der
Arbeitswellenlänge
eine Brechzahl n größer als
1.60 aufweist, wobei die Zwischenplatte eine erste Plattenfläche und
eine der ersten Plattenfläche
gegenüberliegende
zweite Plattenfläche
aufweist;
- – Beleuchten
der Maske mittels der Beleuchtungseinrichtung; und
- – Projizieren
wenigstens eines Teils der Maske auf einen Bereich der lichtempfindlichen
Schicht mit Hilfe des Projektionsobjektivs, wobei während des
Projizierens die transparente Zwischenplatte mindestens zeitweise
so angeordnet ist, dass sowohl ein erster Abstand der dem Projektionsobjektiv
zugewandten ersten Plattenfläche
von der Lichtaustrittsfläche
des Projektionsobjektivs als auch ein zweiter Abstand der der lichtempfindlichem
Schicht zugewandten zweiten Plattenfläche von einer der lichtempfindlichen
Schicht zugeordneten Lichteinkoppelfläche höchstens 10% der Arbeitswellenlänge betragen.
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Infolge
der erfindungsgemäß zwischen
Lichtaustrittsfläche
des Projektionsobjektivs und Lichteinkoppelfläche der lichtempfindlichen
Schicht jeweils im optischen Nahfeld eingesetzten transparenten
Zwischenplatte wird zunächst
erreicht, dass das erfindungsgemäße Verfahren
hinsichtlich der möglichst
weitreichenden Nutzung des Belichtungslichtes für den Mikrolithographieprozess
in Bereiche der numerischen Apertur „vorstoßen" kann, die jenseits der durch Totalreflexion
vorgegeben Barriere liegen, und zwar über die im Bereich des optischen
Nahfeldes jeweils nutzbaren evaneszenten Felder. Dieses Phänomen ist
für sich
bekannt und wird z.B. auch gemäß der
DE 103 32 112 A1 und
US 2005/0030506 A1 angewandt, deren Merkmale durch Inbezugnahme
zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht werden.
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Die
bei einem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzte Zwischenplatte weist bei der Arbeitswellenlänge eine
Brechzahl n größer als
1.60 auf. Erfindungsgemäß bei DUV-
und VW-Wellenlängen
(< 250nm) bevorzugte
Materialien sind z.B. Spinell (MgAl2O4) mit einer Brechzahl von ca. 1,87 bei einer
Wellenlänge
von 193nm und YAG (Y3Al5O12). Ein weiteres beispielsweise bei einer
Wellenlänge
von 248 nm geeignetes Material ist z.B. Aluminiumnitrid (no ≈ 2.4030
bei 248.4nm). Es werden somit erfindungsgemäß zur Herstellung der transparenten
Zwischenplatte Materialien mit relativ hoher Brechzahl verwendet.
Als „hoch" wird hier eine Brechzahl
bezeichnet, wenn ihr Wert den von Quarz (ca. n = 1,56 bei einer
Wellenlänge
von 193nm) bei der gegebenen Wellenlänge übersteigt. Die genannten hohen
Brechzahlen in der erfindungsgemäßen transparenten
Zwischenplatte übersteigen
die gegenwärtig
in der lichtempfindlichen Schicht erreichbaren Brechzahlen, die
bei typischen Resistmaterialien i.d.R. bei einer Wellenlänge von
193nm im Bereich von etwa 1.70 bis 1.75 liegen.
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Die
auf diese Weise erzielte Realisierbarkeit einer Verkleinerung herstellbarer
Strukturbreiten, insbesondere zur Realisierung der Strukturbreiten
von 32nm („32nm-Knoten") und 22nm („22nm-Knoten"), beruht in folgendem
Sinne auf einem zweifachen Effekt.
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Zum
einen werden über
das optische Nahfeld in den zwischen Lichtaustrittsfläche des
Projektionsobjektivs und Lichteinkoppelfläche der lichtempfindlichen
Schicht vorhandenen und typischerweise mit Helium, Stickstoff oder
einem anderen geeigneten Gas gefüllten
Spaltbereichen auch solche Lichtanteile bis hin zur Lichteinkoppelfläche der
lichtempfindlichen Schicht übertragen,
die an sich geometrischen Totalreflexionsbedingungen unterliegen.
Zum anderen gelingt es zusätzlich, über die
sich auch in der lichtempfindlichen Schicht ausbildenden evaneszenten
Wellen in der lichtempfindlichen Schicht selbst Belichtungseindrücke zu erzeugen,
auch wenn beim Übergang
in die lichtempfindliche Schicht bzw. den Resist (dessen Brechzahl
kleiner sein kann als die Brechzahl der transparenten Zwischenplatte)
ebenfalls geometrische Totalreflexionsbedingungen vorliegen.
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Erfindungsgemäß wird ausgenutzt,
dass die sich im optischen Nahfeld zwischen der transparenten Zwischenplatte
und der Lichteinkoppelfläche
der lichtempfindlichen Schicht ausbildenden evaneszenten Wellen
entsprechend ihrer Reichweite nicht nur einen Luft- bzw. Gasspalt
durchlaufen, sondern auch über
diesen Luft- bzw. Gasspalt hinaus bis in die lichtempfindliche Schicht
hineinreichen. Dabei hinterlassen sie dort einen Belichtungseffekt.
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Die
obigen Wirkung des Einsatzes einer hochbrechenden Zwischenplatte
lässt sich
insbesondere unter Verzicht auf Immersionsflüssigkeiten und damit u.U. verbundene
Nachteile (Kontaminationen, begrenzte Brechzahlen von typischerweise
maximal n = 1.60-1.65) erreichen.
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Ein
weiterer Vorteil der transparenten Zwischenplatte besteht darin,
dass diese auf die lichtempfindliche Schicht direkt aufgelegt werden
kann, so dass trotz der begrenzten Reichweite der evaneszenten Wellen bis
hinein in die lichtempfindliche Schicht ein maximaler Lichtanteil
zum Belichtungseindruck in der lichtempfindlichen Schicht beitragen
kann, wodurch folglich die im Verfahren insgesamt erforderliche,
einzukoppelnde Lichtintensität
in besonders wirtschaftlicher Weise reduziert wird.
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Bevorzugt
steht somit während
des Belichtungsvorganges bzw. Projizierens die zweite Plattenfläche der
transparenten Zwischenplatte mindestens zeitweise in unmittelbarem
Kontakt mit einer der lichtempfindlichen Schicht zugeordneten Lichteinkoppelfläche, indem
sie beispielsweise auf der lichtempfindlichen Schicht aufgelegt
ist. Bei einem solchen Auflegen der Platte werden zudem Helligkeitsschwankungen infolge
Abstandsvariationen infolge von Vibrationen vermieden.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die transparente Zwischenplatte feinoptisch
sehr gut bearbeiten werden kann, also auch eine relativ große Dicke
(typischerweise etwa 1 bis 20mm) und eine relativ gute Ebenheit
etwa im Vergleich zu der strukturierten lichtempfindlichen Schicht
bzw. dem Wafer aufweist, so dass man die Zwischenplatte dicht an
die Lichtaustrittsfläche
des Projektionsobjektivs heranführen
kann, ohne dass bei einer im Scanprozess erfolgenden Hin- und Herbewegung
der insbesondere auf die lichtempfindliche Schicht aufgelegten Zwischenplatte
unter dem Objektiv die Gefahr eines gelegentlichen Kontakts mit
der Objektivunterseite besteht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
beträgt
während
des Belichtens bzw. Projizierens wenigstens zeitweise der erste
Abstand der ersten Plattenfläche
von der Lichtaustrittsfläche
des Projektionsobjektivs maximal 5%, bevorzugt maximal 3%, noch
bevorzugter maximal 1% der Arbeitswellenlänge. Auf diese Weise lassen
sich etwa Einkoppelwirkungsgrade von mehr als 90% (bei einem Abstand
von 5% der Arbeitswellenlänge)
bzw. mehr als 95% (bei einem Abstand von 3% der Arbeitswellenlänge) erreichen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
beträgt
während
des Projizierens wenigstens zeitweise der erste Abstand der ersten
Plattenfläche
von der Lichtaustrittsfläche
des Projektionsobjektivs weniger als 50%, bevorzugt weniger als
25% der herzustellenden Strukturbreite.
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Die
transparente Zwischenplatte kann aus einem Kristallmaterial mit
kubischer Kristallstruktur hergestellt sein. Geeignete Materialien
sind insbesondere MgAl2O4,
Y3Al5O12,
ScAl3O12 und MgO.
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In
einer weiteren Ausführung
kann die Zwischenplatte auch aus einem anisotropen Kristallmaterial hergestellt
sein. Geeignete Materialien sind insbesondere Al2O3, LaF3, Pyrop (3MgO·Al2O3·3SiO2), Grossular (3CaO·Al2O3·SiO2) und BeO.
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In
einer Ausführungsform
wird die der lichtempfindlichen Schicht zugeordnete Lichteinkoppelfläche zumindest
teilweise durch eine auf der lichtempfindlichen Schicht angeordnete
Zwischenschicht gebildet, welche einem Anbacken der lichtempfindlichen
Schicht an der Zwischenplatte entgegenwirkt und beispielsweise mit Wasser
wieder abgelöst
werden kann. Die Zwischenschicht kann beispielsweise ein wasserlösliches
Salz, insbesondere NaCl oder KCl, oder auch Polyvinylalkohol aufweisen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
weist die der lichtempfindlichen Schicht zugeordnete Lichteinkoppelfläche und/oder
die dem Substrat zugewandte zweite Plattenfläche der transparenten Zwischenplatte wenigstens
bereichsweise eine Oberflächenstrukturierung
auf, um jeweils für
bestimmte Winkel, Wellenlängen und
Polarisationsrichtungen zusätzliche
Lichtanteile einzukoppeln. Die Oberflächenstrukturierung sollte im Wesentlichen
unperiodisch sein und z.B. einen mittleren Periodizitätsabstand
im Bereich von 1 bis 10 nm aufweisen. Zur Vermeidung von Moirée-Effekten
ist, falls periodische Strukturen unvermeidbar sind, vorzugsweise
der Periodizitätsabstand
dieser Oberflächenstrukturierung
so gewählt,
dass ein Quotient zwischen der Strukturbreite des Mikrolithographieprozesses
und dem Periodizitätsabstand
der Oberflächenstrukturierung nicht
ganzzahlig ist. Beispielsweise sollte bei einer Strukturbreite des
Mikrolithographieprozesses von 20nm der Periodizitätsabstand
der Oberflächenstrukturierung
z.B. nicht Werte wie 4nm oder 5nm annehmen, sondern mit der Strukturbreite
des Mikrolithographieprozesses einen nicht ganzzahligen Quotienten
ergeben, wozu er beispielsweise selbst einen nicht-ganzzahligen
Wert (wie etwa 3.782nm oder dergleichen) aufweisen kann. Besser
ist es, Periodizitäten
möglichst
ganz zu vermeiden.
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Die
jeweilige mit der Oberflächenstrukturierung
versehene Oberfläche
kann eine stetige, im Wesentlichen wellenförmig modulierte Oberfläche, oder
auch eine unstetige, mit Kanten o. dgl. versehene Oberfläche sein.
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Die
Oberflächenstrukturierung
kann in einer bevorzugten Ausführungsform
zumindest bereichsweise in Form von in der jeweiligen Oberfläche vorgesehenen
Vorsprüngen
und/oder Ausnehmungen von im Wesentlichen pyramidaler Geometrie,
oder auch in Form von in der jeweiligen Oberfläche vorgesehenen Furchen ausgebildet
sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist der Oberflächenstrukturierung
zumindest bereichsweise wenigstens eine Vorzugsrichtung zugeordnet,
welche in Bezug auf in der Maske enthaltene abzubildende Strukturen
unter einem vorbestimmten Winkel ausgerichtet wird. Die Vorzugsrichtung
kann z.B. in Bezug auf in der Maske enthaltene abzubildende Strukturen
unter einem Winkel von weniger als 1°, bevorzugt weniger als 0.5°, noch bevorzugter
weniger als 0.3° ausgerichtet
werden.
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Vorzugsweise
wird die Ausrichtung der Oberflächenstrukturierung
in Bezug auf in der Maske enthaltene abzubildende Strukturen in
Abhängigkeit
von einem jeweils in der Projektionsbelichtungsanlage eingestellten
Beleuchtungsmodus wie Dipolbeleuchtung, Quadrupolbeleuchtung o.
dgl. vorgenommen.
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Die
vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Oberflächenstrukturierung auf eine
Erhöhung des
einkoppelbaren Lichtanteils sind zwar in Kombination mit einer hochbrechenden
Zwischenplatte besonders vorteilhaft, gleichwohl jedoch nicht auf
die Verwendung einer hochbrechenden Zwischenplatte oder auf die
Verwendung einer transparenten Zwischenplatte überhaupt beschränkt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft daher die Erfindung ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung
mikrostrukturierter Bauelemente mit den Schritten:
- – Bereitstellen
eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine lichtempfindliche
Schicht aufgebracht ist;
- – Bereitstellen
einer Maske, die abzubildende Strukturen aufweist;
- – Bereitstellen
einer Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung
zum Beleuchten der Maske mit Licht einer Arbeitswellenlänge und
ein Projektionsobjektiv mit einer substratseitigen Lichtaustrittsfläche aufweist;
- – Bereitstellen
einer für
Licht der Arbeitswellenlänge
transparenten Zwischenplatte, welche eine erste Plattenfläche und
eine der ersten Plattenfläche
gegenüberliegende
zweite Plattenfläche
aufweist;
- – Beleuchten
der Maske mittels der Beleuchtungseinrichtung; und
- – Projizieren
wenigstens eines Teils der Maske auf einen Bereich der lichtempfindlichen
Schicht mit Hilfe des Projektionsobjektivs, wobei während des
Projizierens die transparente Zwischenplatte mindestens zeitweise
so angeordnet ist, dass sowohl ein erster Abstand der dem Projektionsobjektiv
zugewandten ersten Plattenfläche
von der Lichtaustrittsfläche
des Projektionsobjektivs als auch ein zweiter Abstand der der lichtempfindlichem
Schicht zugewandte zweiten Plattenfläche von einer der lichtempfindlichen
Schicht zugeordneten Lichteinkoppelfläche höchstens 10% der Arbeitswellenlänge betragen;
- – wobei
die der lichtempfindlichen Schicht zugeordnete Lichteinkoppelfläche und/oder
die dem Substrat zugewandte zweite Plattenfläche der transparenten Zwischenplatte
wenigstens bereichsweise eine Oberflächenstrukturierung aufweisen.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur mikrolithographischen Herstellung
mikrostrukturierter Bauelemente mit den Schritten:
- – Bereitstellen
eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine lichtempfindliche
Schicht aufgebracht ist;
- – Bereitstellen
einer Maske, die abzubildende Strukturen aufweist;
- – Bereitstellen
einer Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung
zum Beleuchten der Maske mit Licht einer Arbeitswellenlänge und
ein Projektionsobjektiv aufweist;
- – Beleuchten
der Maske mittels der Beleuchtungseinrichtung; und
- – Projizieren
wenigstens eines Teils der Maske auf einen Bereich der lichtempfindlichen
Schicht mit Hilfe des Projektionsobjektivs, wobei während des
Projizierens ein Abstand zwischen einer objektivseitig der lichtempfindlichen
Schicht zugewandten Lichtaustrittsfläche und einer der lichtempfindlichen
Schicht zugeordneten Lichteinkoppelfläche höchstens 10% der Arbeitswellenlänge beträgt;
- – wobei
die objektivseitig der lichtempfindlichen Schicht zugewandte Lichtaustrittsfläche und/oder
die der lichtempfindlichen Schicht zugeordnete Lichteinkoppelfläche wenigstens
bereichsweise eine Oberflächenstrukturierung
aufweisen.
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Die
Erfindung ist ferner auch nicht auf „trockene" Systeme beschränkt, so dass ggf. auch zusätzlich eine
an die lichtempfindliche Schicht angrenzende Immersionsflüssigkeit
vorgesehen sein kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes
mikrostrukturiertes Bauelement sowie eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
sowie den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische, ausschnittsweise Darstellung einer relativen Anordnung
in einer Projektionsbelichtungsanlage während eines erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
Ausführungsform;
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2 eine
schematische, ausschnittsweise Darstellung einer relativen Anordnung
in einer Projektionsbelichtungsanlage während eines erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einer
weiteren Ausführungsform;
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3a-d)
schematische Darstellungen von Ausführungsformen einer Zwischenplatte
(3a, d), einer lichtempfindlichen Schicht (3b)
und einem substratseitig letzten optischen Element (3c)
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Querschnitt;
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4a)-c)
schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen einer Zwischenplatte
im Querschnitt;
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5-7 schematische
Darstellungen weiterer Ausführungsformen
einer Zwischenplatte in Draufsicht auf die jeweilige dem Substrat
zugewandte zweite Plattenfläche;
und
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8 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung
eines beispielhaften Verfahrensablaufs gemäß der vorliegenden Erfindung.
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DETALLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine relative Anordnung im Betrieb
einer Projektionsbelichtungsanlage während eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in einer ersten Ausführungsform.
In dieser Anordnung befindet sich zwischen einem bildebenenseitig
letzten optischen Element 10 des Projektionsobjektivs und
einer auf einem Substrat 13 aufgebrachten lichtempfindlichen
Schicht 12 eine Zwischenplatte 11 aus einem für Licht
der Arbeitswellenlänge λ transparenten
Material.
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Die
Zwischenplatte 11 ist aus einem Material mit einer Brechzahl
n > 1.60 hergestellt
und kann in dem Ausführungsbeispiel
z.B. aus Spinell mit einem Brechungsindex von ca. n = 1.87 bei der
Arbeitswellenlänge von
193nm bestehen. Ein weiteres beispielsweise bei einer Wellenlänge von
248nm geeignetes Material ist z.B. Aluminiumnitrid (no ≈ 2.4030 bei
248.4nm). Als beispielhafte Abmessungen der Zwischenplatte 11 können, ohne
das die Erfindung hierauf beschränkt
wäre, etwa
eine Dicke im Bereich 1 bis 20 mm und ein Durchmesser von
300mm angegeben werden.
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Die
transparente Zwischenplatte 11 ist mit einer ersten Plattenfläche 11a in
einem Abstand „d1" von der Lichtaustrittsfläche 10a des
letzten optischen Element 10 und mit einer zweiten Plattenfläche 11b in
einem Abstand „d2" von der Lichteinkoppelfläche 12a der
lichtempfindlichen Schicht 12 angeordnet. Die Abstände d1 und
d2 sind dabei so gewählt,
dass sich die transparente Zwischenplatte 11 sowohl in
Bezug auf Lichtaustrittsfläche 10a als
auch in Bezug auf die Lichteinkoppelfläche 12a im Bereich
des optischen Nahfeldes befindet, welches im Sinne der vorliegenden
Anmeldung auf Distanzen kleiner als 4·λ beschränkt ist. In dem Ausführungsbeispiel
kann z.B. für
d1 und d2 jeweils ein Wert von λ/20
gewählt
sein, was bei einer Arbeitswellenlänge λ = 193nm Abständen von
d1 = d2 = 9.65nm entspricht.
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Aus
Tabelle 1 sind für
einige beispielhafte Nahfeldabstände
(in Einheiten von λ)
die jeweiligen Werte des Einkoppelwirkungsgrades (in %) ersichtlich.
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Demnach
beträgt
im Ausführungsbeispiel
für d1
= d2 = λ/20
= 0.05λ der
Einkoppelwirkungsgrad etwa 90%.
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2 zeigt
in zu 1 analoger Darstellung eine Anordnung im Betrieb
einer Projektionsbelichtungsanlage während eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in einer weiteren Ausführungsform,
in welcher sich im Unterschied zu 1 die Zwischenplatte 11 in
unmittelbarem Kontakt mit der lichtempfindlichen Schicht 12 befindet,
indem sie auf dieser aufliegt, so dass der Abstand d2 zwischen der
zweiten Plattenfläche 11b und
der Lichteinkoppelfläche 12a der
lichtempfindlichen Schicht 12 hier gleich Null ist. Mit
dem Bezugszeichen „14" sind in der lichtempfindlichen
Schicht bereits (z.B. infolge vorangegangener Belichtungsprozesse)
vorhandene Strukturen bezeichnet, in welchen sich folglich ein endlicher
Abstand von typischerweise wenigen nm von der zweiten Plattenfläche 11b ergibt,
so dass sich in den Bereichen 14 die jeweilige Lichteinkoppelfläche 12a der lichtempfindlichen
Schicht 12 im Bereich des optischen Nahfeldes von der der
zweiten Plattenfläche 11b der Zwischenplatte 11 befindet.
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Gemäß 3a-d
sind weitere Ausführungsformen
einer Zwischenplatte 21 (3a, 3d),
einer lichtempfindlichen Schicht 22 (3b)
und eines substratseitig letzten optischen Elements 20 (3c)
dargestellt, bei denen eine optisch wirksame Fläche nicht eben ausgebildet
ist, sondern eine Oberflächenstrukturierung
aufweist.
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In
den Ausführungsbeispielen
weist gemäß 3a eine
Zwischenplatte 21 eine wellenartige Oberflächenstrukturierung 21a auf,
die im Wesentlichen periodisch ausgebildet ist, wobei ein Periodizitätsabstand
zwischen einander entsprechenden Positionen der Oberflächenstrukturierung 21a mit „a1" bezeichnet ist.
Gemäß 3b weist
eine lichtempfindliche Schicht 22 auf ihrer Lichteinkoppelfläche eine
wellenartige Oberflächenstrukturierung 22a auf,
die ebenfalls im Wesentlichen periodisch mit einem Periodizitätsabstand „a2" ausgebildet ist.
Gemäß 3c weist
ein substratseitig letztes optisches Element 20 auf seiner
Lichtaustrittsfläche
eine wellenartige Oberflächenstrukturierung 20a auf,
die ebenfalls im Wesentlichen periodisch mit einem Periodizitätsabstand „a3" ausgebildet ist.
Das substratseitig letzte optische Element 20 ist für den Einsatz
in einer Anordnung ohne die erfindungsgemäße Zwischenplatte bestimmt,
bei der somit die Lichtaustrittsfläche direkt der Lichteinkoppelfläche der
lichtempfindlichen Schicht gegenüberliegt.
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Eine
erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung
auf der dem Substrat zugewandten Lichtaustrittsfläche hat
bei geeigneter Ausgestaltung auch den weiteren Effekt, dass eine
Interferenz der Lichtstrahlen bereits in der (dann im Wesentlichen
kohärenzzerstörenden)
oberflächenstrukturierten
Fläche
stattfindet, etwa in Analogie zu einer in einem Interferometer eingesetzten,
z.B. rotierenden Mattscheibe. Auf dem anschließenden Lichtweg von der oberflächenstrukturierten
Fläche
bis zum Resist findet somit dann im Wesentlichen ein Helligkeitstransport
statt, so dass der Resist quasi einen „Schattenwurf" der oberflächenstrukturierten
Fläche sieht,
der gleichwohl zu dem gewünschten
Belichtungseindruck im Resist entsprechend der abzubildenden Struktur
führt.
Um diesen Effekt nach Art der o.g. Mattscheibe zu begünstigen,
kann insbesondere gemäß der in 3d lediglich
schematisch dargestellten Ausführungsform
die der Lichteinkoppelfläche
der lichtempfindlichen Schicht gegenüberliegende Fläche, also
etwa bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Zwischenplatte 61 die
dem Substrat zugewandte zweite Plattenfläche der Zwischenplatte 61,
mit einer statistischen Oberflächenstrukturierung 61a (im
Sinne einer Oberflächenstrukturierung
mit statistischer bzw. zufälliger
Verteilung der Strukturen) versehen sein. In einer solchen Oberflächenstrukturierung 61a sollte
vorzugsweise ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Strukturen
(Vorsprüngen,
Vertiefungen, Furchen etc., analog zum Periodizitätsabstand
bei einer periodischen Struktur) geringer sein als die Strukturbreite
des Mikrolithographieprozesses. Des Weiteren sollte vorzugsweise
eine mittlere Strukturtiefe (d.h. die mittlere Ausdehnung der Strukturen in
Richtung der optischen Achse bzw. in Richtung der Oberflächennormalen
auf die plane Plattenoberfläche) wenigstens
50% des mittleren Abstandes zwischen benachbarten Strukturen auf
der strukturierten Fläche
betragen, und noch bevorzugter diesem mittleren Abstand zwischen
benachbarten Strukturen im Wesentlichen (bis auf etwa 10%) entsprechen.
Je nach den konkreten Gegebenheiten während des Lithographieprozesses kann
zur Unterstützung
des Effekts einer Interferenz im Bereich der Oberflächenstrukturierung
zusätzlich
auch eine geeignete Bewegung, insbesondere eine Hin- und Herbewegung,
der mit der Oberflächenstruktur 61a versehenen
Zwischenplatte 61 (in Analogie zur „rotierenden" Mattscheibe) vorteilhaft
sein.
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4a-c
zeigen schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Zwischenplatte
mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturierungen
der zweiten Plattenoberfläche
im Querschnitt, wobei die Oberflächenstrukturierung
gemäß 4a in
Form von im Wesentlichen pyramidenförmigen Vorsprüngen 31a und
gemäß 4b in
Form von im Wesentlichen pyramidenförmigen Ausnehmungen 41a ausgebildet
ist. Gemäß 4c ist
die Oberflächenstrukturierung
ebenfalls in Form von im Wesentlichen pyramidenförmigen Ausnehmungen 51a ausgebildet,
wobei hier die Bereiche zwischen benachbarten Ausnehmungen 51a abgeflacht
sind. Analog der Ausführungsform
gemäß 4c können z.B.
auch in Abwandlung der Ausführung
von 4a die pyramidenförmigen Vorsprünge 31a abgeflacht
bzw. mit ebenen Sohleflächen versehen
sein. Durch derartige Abflachungen lässt sich ggf. eine Verringerung
von Totalreflexionseffekten in den Seitenflächen der pyramidenförmigen Bereiche
erreichen.
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5-7 zeigen
unterschiedliche Ausführungsformen
einer Zwischenplatte, die jeweils in Draufsicht auf die jeweilige
dem Substrat zugewandte zweite Plattenoberfläche dargestellt sind.
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Die
Draufsicht gemäß 5 zeigt
eine Zwischenplatte 100, bei der die dem Substrat zugewandte zweite
Plattenoberfläche
mit im Wesentlichen pyramidenförmigen
Vorsprüngen
analog 4a bedeckt ist, wobei die (z.B.
quadratischen oder rechteckigen) Grundflächen der jeweiligen Pyramiden
durch Grundseiten 101 begrenzt sind, welche also zwei zueinander
senkrechte Vorzugsrichtungen „a" und „b" in der Oberflächenstrukturierung
angesehen werden können.
Hierbei stehen die Vorzugsrichtungen „a" und „b" in der Oberflächenstrukturierung unter einem
Winkel von 45° in
Bezug auf die x- bzw. y-Richtung in dem in 5 links
gezeigten Koordinatensystem. Diese Anordnung ist besonders geeignet
im Falle einer Quadrupolbeleuchtung, bei der die Pole sich in der
Mitte des jeweiligen Quadranten, d.h. unter 45°, 135°, 225° und 315° zur x-Richtung befinden.
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Die
Draufsicht gemäß 6 zeigt
eine Zwischenplatte 200, bei der die dem Substrat zugewandte zweite
Plattenoberfläche
ebenfalls mit im Wesentlichen pyramidenförmigen Vorsprüngen analog 4a bedeckt
ist, wobei die (z.B. quadratischen oder rechteckigen) Grundflächen der
jeweiligen Pyramiden durch Grundseiten 201 begrenzt sind,
welche also zwei zueinander senkrechte Vorzugsrichtungen „a" und „b" in der Oberflächenstrukturierung
angesehen werden können.
Hierbei stehen die Vorzugsrichtungen „a" und „b" in der Oberflächenstrukturierung jeweils
unter einem Winkel von 0° bzw.
90° in Bezug
auf die x- bzw. y-Richtung im links gezeigten Koordinatensystem.
Diese Anordnung ist besonders geeignet im Falle einer Dipolbeleuchtung, bei
der die Pole sich variabel unter 0° und 180° oder 90° und 270° zur x-Richtung befinden.
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Die
Draufsicht gemäß 7 zeigt
eine Zwischenplatte 300, bei der die dem Substrat zugewandte zweite
Plattenoberfläche
mit Furchen 301 bedeckt ist, welche parallel zur y-Richtung
im links gezeigten Koordinatensystem angeordnet sind. Diese Anordnung
ist besonders günstig
im Falle einer feststehenden Dipolbeleuchtung, bei der sich die
Pole unter 90° und
270° zur
x-Richtung befinden. Ist die Zwischenplatte 300 drehbar angebracht,
ist sie auch günstig
für eine
variable Dipolbeleuchtung, bei der die Pole sich variabel unter
0° und 180° oder 90° und 270° zur x-Richtung
befinden.
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Ferner
werden vorzugsweise die Vorzugsrichtungen „a" bzw. „b" gemäß 5 und 6 sowie
die Richtung „a" der Furchen 301 gemäß 7 im
Wesentlichen parallel in Bezug auf in der Maske enthaltene abzubildende
Strukturen ausgerichtet.
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In 8 ist
ein Flussdiagramm zur Erläuterung
eines beispielhaften Verfahrensablaufs gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Dabei kommt vorzugsweise in der Projektionsbelichtungsanlage
ein Handhabungssystem für
die transparente Zwischenplatte zum Einsatz, welches ein erstes
Lager für
kontaminierte Zwischenplatten, ein Reinigungsbad (z.B. ein mit einer
Reinigungslösung
wie z.B. Aceton, Alkohol, Benzin etc. gefülltes Ultraschallbad) zur Reinigung
benutzter oder kontaminierter Zwischenplatten, und ein zweites Lager
für gereinigte
Zwischenplatten aufweist und mit geeigneten Vorrichtungen zur Übergabe
von jeweils einer oder mehreren Zwischenplatten von dem ersten Lager
zum Reinigungsbad, vom Reinigungsbad zum zweiten Lager, sowie vom
zweiten Lager in die gewünschte
Position unterhalb des Projektionsobjektivs ausgestattet ist.
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In
einem ersten Schritt S410 wird eine erfindungsgemäße Zwischenplatte
(z.B. die Zwischenplatte 11 aus 2) einem
Lager für
kontaminierte Zwischenplatten manuell oder vorzugsweise mit einer
geeigneten Übergabe-
bzw. Handhabungsvorrichtung entnommen und dem Reinigungsbad zugeführt, wo
die Zwischenplatte im Schritt S420 gereinigt wird. Anschließend wird
die gereinigte Zwischenplatte im Schritt S430 einem zweiten Lager
für gereinigte
Zwischenplatten zugeführt.
Bei Bedarf wird eine gereinigte Zwischenplatte im Schritt S440 dem
zweiten Lager entnommen und im Schritt S450 in die gewünschte Arbeitsposition
zwischen Projektionsobjektiv und lichtempfindlicher Schicht eingebracht,
insbesondere also gemäß der bevorzugten Ausführungsform
direkt auf die lichtempfindliche Schicht oder eine darauf ggf. befindliche
Zwischenschicht aufgelegt. Alternativ kann ggf. unter Auslassung
der Schritte S430 und 5440 die gereinigte Zwischenplatte auch direkt
in die gewünschte
Arbeitsposition gebracht werden Daraufhin wird im Schritt S460 der
eigentliche Mikrolithographieprozess durchgeführt (was wahlweise im „Step-and-Scan"-Modus bzw. in einem „Scanner", oder auch im „Scan-and-Repeat"-Modus bzw. in einem „Stepper", erfolgen kann),
wobei das Substrat bzw. der Wafer mitsamt der über der lichtempfindlichen
Schicht angeordneten Zwischenplatte unter dem Projektionsobjektiv
herbewegt wird. Da im „Scan-and-Repeat"-Modus (bzw. in einem „Stepper") keine Relativbewegung
zwischen dem Projektionsobjektiv und dem Wafer stattfindet, kann
in diesem Falle i.d.R. ein noch geringerer Abstand zwischen der
Zwischenplatte und der Lichtaustrittsfläche des Projektionsobjektivs
als im Step-and-Scan"-Modus
(bzw. in einem „Scanner") eingestellt werden,
so dass vorzugsweise in einem Stepper der Abstand zwischen der Zwischenplatte
und der Lichtaustrittsfläche
des Projektionsobjektivs wenigstens λ/20 beträgt. Wenngleich die Zwischenplatte
aufgrund ihrer feinoptisch bearbeiteten Flächen in relativ geringem Abstand
von dem letzten optischen Element des Projektionsobjektivs bewegt
werden kann, findet vorzugsweise eine Verfahrbewegung zwischen aufeinanderfolgenden
Belichtungsschritten in einem größeren Abstand
(von beispielsweise 100nm zwischen Zwischenplatte und Lichtaustrittsfläche des
Projektionsobjektivs) statt, wobei dann für den jeweiligen Belichtungsschritt
eine Zustellbewegung auf einen geringeren Abstand von beispielsweise
ca. 5nm erfolgt (was bei einer Arbeitswellenlänge von 193nm weniger als λ/38 entspricht).
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Anschließend wird
im Schritt S470 die Zwischenplatte von der lichtempfindlichen Schicht
bzw. dem Wafer getrennt, was beispielsweise in einem schälenden Prozess
erfolgen kann. Eine weitere Ausführungsform
unter Vermeidung eines Schälprozesses
besteht darin, dass der Wafer z.B. in seiner Mitte mit einem Loch versehen
ist (wobei in diesem Bereich dann vorzugsweise keine Belichtung
erfolgt), und zur Einleitung des Abtrennvorgangs ein geeignetes
Gas wie beispielsweise Helium oder Stickstoff durch das Loch in
den Zwischenraum zwischen lichtempfindlicher Schicht bzw. Wafer
und Zwischenplatte eingeleitet wird, so dass sich die Zwischenplatte
durch das eingeleitete Gas ohne weitere Krafteinwirkung ablöst.
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Anschließend wird
im Schritt S480 die abgelöste
und ggf. mit Resistrückständen verunreinigte
Zwischenplatte wieder dem ersten Lager für kontaminierte Zwischenplatten
zugeführt,
und der Wafer wird in üblicher
Weise in den dafür
vorgesehenen Bädern
entwickelt, so dass sich die Oberflächenstruktur der lichtempfindlichen
Schicht hinsichtlich der darin vorhandenen Strukturen (siehe z.B.
Bezugszeichen „14" in 2) ändert. Die
im nachfolgenden Prozesszyklus eingebrachte bzw. aufgelegte Zwischenplatte
kann somit in eine an die geänderte
Oberflächenstruktur
angepasste Position auf der lichtempfindlichen Schicht gebracht
werden.
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Der
Mikrolithographieprozess wird dann im Schritt S410 wieder in analoger
Weise mit dem Entnehmen einer Zwischenplatte aus dem ersten Lager
fortgesetzt, usw.
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Wenn
die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde,
erschließen
sich für
den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B.
durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen.
Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige
Variationen und alternative Ausführungsformen
von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite
der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und
deren Äquivalente
beschränkt
ist.
