DE102006049612A1

DE102006049612A1 - Beleuchtungseinrichtung und Maske für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage sowie Verfahren zur lithographischen Belichtung eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE102006049612A1
Application number: DE102006049612A
Authority: DE
Inventors: Rolf Freimann
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-04-30
Also published as: US20080094600A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (12) und eine Maske (14) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) sowie ein Verfahren zur lithographischen Belichtung eines Gegenstandes (20). Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung (12) weist eine Strahlungsquelle (24) zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung (25) sowie eine Beleuchtungsoptik (26) zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung (25) auf eine Maskenebene (16) der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) auf. Dabei ist die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu eingerichtet, in dem Zustand, in dem die Beleuchtungseinrichtung (12) in der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) montiert ist, ein Interferenzmuster (46) in der Maskenebene (16) zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung sowie eine Maske für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer derartigen Beleuchtungseinrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur lithographischen Belichtung eines Gegenstandes mittels einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
Bei herkömmlichen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen werden Strukturen auf einer Maske mittels einer Projektionsoptik auf einen in einer Waferebene angeordneten Halbleiter-Wafer abgebildet. Dazu wird ein bestimmter abzubildender Feldbereich auf der Maske mittels einer Beleuchtungseinrichtung möglichst gleichmäßig beleuchtet. Ziel der Mikrolithographie ist es, möglichst kleine Strukturen in einem strahlungsempfindlichen Medium, dem Resist, zu erzeugen. Da bei den herkömmlichen Verfahren die Erzeugung einer Struktur auf dem Wafer durch Abbildung einer Struktur auf der Maske erfolgt, sind die Anforderungen bei der Herstellung der Maske sehr hoch. Das heißt, die Maskenstrukturen müssen sehr klein dimensioniert werden sowie mit einer hohen Genauigkeit bezüglich struktureller Abweichungen und ihrer Platzierung auf der Maske erzeugt werden. Um die hohen Anforderungen bei der Herstellung der Maske zu verringern, wird im Stand der Technik die Maskenstruktur bei der Abbildung auf den Wafer größenreduziert. Dies erhöht jedoch den Aufwand für die Projektionsoptik.
Bei einem weiteren im Stand der Technik bekannten Verfahren, welches unter der Bezeichnung Interferenzlithographie bekannt ist, wird auf eine Maske sowie auf eine Projektionsoptik vollständig verzichtet. Die Interferenzlithographie wird gelegentlich auch als interferometrische Lithographie bezeichnet. Bei der Interferenzlithographie wird in der Waferebene ein Interferenzmuster erzeugt. In der Regel wird bei der Interferenzlithographie das Interferenzmuster durch zwei interferierende Teilstrahlen gebildet, wie beispielsweise in der US 2006/0044539 A1 beschrieben.
Im Wesentlichen lassen sich dabei regelmäßige Streifenmuster auf dem Wafer erzeugen. Durch über Kreuz belichtete Streifenmuster können weiterhin regelmäßige Lochmuster, etwa zum Drucken von „contact hole patterns", im Photoresist erzeugt werden, wie in der US 7,005,235 B2 beschrieben.
Die Interferenzlithographie ermöglicht es allerdings nicht, Strukturen beliebiger Geometrie zu drucken. Wie beispielsweise in der US 6,670,080 B2 beschrieben, behilft man sich im Stand der Technik daher damit, einen Wafer doppelt zu belichten. Im Rahmen einer so genannten Mix-and-Match-Strategie wird zunächst ein Streifenmuster interferent im Resist erzeugt und danach ein gröberes Muster mittels konventioneller abbildender Lithographie mit einer Maske erzeugt. Eine derartige Doppelbelichtung verringert allerdings den Waferdurchsatz der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, eine Maske für eine derartige Belichtungsanlage sowie ein Verfahren zur lithographischen Belichtung eines Gegenstandes bereitzustellen, womit Strukturen einer großen geometrischen Vielfalt effizient auf dem Gegenstand effizient erzeugt werden können und gleichzeitig die Anforderungen an die Maskengenauigkeit gering gehalten werden können.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst mit einer Beleuchtungseinrichtung für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Strahlungsquelle zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung sowie einer Beleuchtungsoptik zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung auf eine Maskenebene der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, wobei die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet ist, in dem Zustand, in dem die Beleuchtungseinrichtung in der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage montiert ist, ein Interferenzmuster in der Maskenebene zu erzeugen. Darüber hinaus ist die Aufgabe mit einer Maske für eine derartige Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage gelöst, wobei die Maske mindestens eine Maskenstruktur zum Erzeugen einer Sollstruktur in einem strahlungsempfindlichen Medium aufweist und wobei die Gestalt der Maskenstruktur von der Gestalt der Sollstruktur derart abweicht, dass die Sollstruktur in dem strah lungsempfindlichen Medium durch Beleuchtung der Maske mittels in der Maskenebene variierender Beleuchtung, insbesondere mittels einem mit der vorgenannten Beleuchtungseinrichtung erzeugen Interferenzmuster, erzeugt werden kann. Die Aufgabe ist erfindungsgemäß ferner gelöst mit einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Maskenebene zum Anordnen einer Maske, einer Waferebene zum Anordnen eines zu belichtenden Gegenstandes, insbesondere eines Wafers, einer Beleuchtungseinrichtung der vorgenannten Art zum Erzeugen eines Interferenzmusters in der Maskenebene, sowie einer Projektionsoptik zum Abbilden zumindest eines Teils der Interferenzmusters aus der Maskenebene in die Waferebene.
Weiterhin ist die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur lithographischen Belichtung eines Gegenstandes mittels einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage gelöst, wobei die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eine Maskenebene, eine Waferebene, eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der Maskenebene mit elektromagnetischer Strahlung sowie eine Projektionsoptik zum Abbilden einer Objektstruktur aus der Maskenebene in die Waferebene aufweist und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anordnen des Gegenstandes in der Waferebene, Erzeugen eines Interferenzmusters in der Maskenebene mittels der Beleuchtungseinrichtung, sowie Abbilden zumindest eines Teils des Interferenzmusters mittels der Projektionsoptik auf den Gegenstand.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß eine Beleuchtungseinrichtung für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage bereitgestellt, mit der in der Maskenebene mittels Interferenz eine strukturierte Beleuchtung bzw. eine Beleuchtung mit in der Maskenebene variierender Beleuchtung erzeugt werden kann. Das erzeugte Interferenzmuster kann insbesondere als stehende Welle ausgebildet sein. Im Gegensatz zur Interferenzlithographie wird also nicht ein Interferenzmuster in der Waferebene erzeugt, sondern in der Maskenebene der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
Wird nun eine Maske in der Maskenebene angeordnet, so können mittels entsprechender Maskenstrukturen Teile des Interferenzmusters ausgeblendet werden. Im Vergleich zur Strukturgröße des Interferenzmusters sind die Anforderungen an die Dimensionierung der Maskenstrukturen einer derartigen Maske geringer. Eine verhältnismäßig „grobe" Maske wird also mit einer sehr fein strukturierten Beleuchtung bestrahlt. Die Toleranzen der Maskenstrukturen können damit erhöht werden. Auch können die Maskenstrukturen ggf. größer dimensioniert werden. Mittels einer Projektionsoptik können dann die von der Maske durchgelassenen Teile des Interferenzmusters in die Waferebene abgebildet werden. Die Anforderungen an die Maskengenauigkeit können daher erfindungsgemäß verringert werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ohne Maske zu betreiben und die Strukturen des Interferenzmusters aus der Maskenebene direkt auf die Waferebene abzubilden. In jedem Fall werden Interferenzstrukturen mit kleinen Abmessungen dazu genutzt, in der Waferebene ein Bild mit kleinen Strukturen zu erzeugen.
Damit verringert sich der Aufwand bei der Herstellung einer derartigen Maske. Gegebenenfalls kann sogar darauf verzichtet werden, bei der Abbildung der Strukturen aus der Maskenebene in die Waferebene eine optische Reduktion mittels der Projektionsoptik vorzusehen, wodurch der Herstellungsaufwand für die Projektionsoptik verringert werden kann. Durch die Möglichkeit, zusätzlich eine Maske in der Maskenebene anzuordnen und das ebenfalls in der Maskenebene erzeugte Interferenzmuster entsprechend zu modifizieren, lassen sich eine Vielzahl von Strukturen auf dem Gegenstand bzw. dem Wafer erzeugen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet, mindestens zwei zueinander kohärente Einzelwellen zu erzeugen und durch Überlagerung der Einzelwellen in der Maskenebene das Interferenzmuster zu erzeugen. Vorzugsweise interferieren zwei ebene Einzelwellen in der Maskenebene. Dazu werden die Einzelwellen vorzugsweise unter einem spitzen Winkel zueinander auf die Maskenebene eingestrahlt. Vorzugsweise bilden die beiden Einzelwellen in der Maskenebene gleiche Winkel mit der optischen Achse der Projektionsoptik. Die Einzelwellen treffen daher symmetrisch auf die Maskenebene auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Beleuchtungsoptik ein Einzelwellenerzeugungselement, insbesondere einen Strahlteiler, sowie mindestens ein Reflexionselement auf, wobei im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung das Einzelwellenerzeugungselement die elektromagnetische Strahlung in die beiden Einzelwellen aufteilt und das Reflexionselement eine der beiden Einzelwellen derart umlenkt, dass die beiden Einzelwellen durch Überlagerung in der Maskenebene das Interferenzmuster erzeugen. Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, wenn das Einzelwellenerzeugungselement als Strahlteiler ausgeführt ist, mit dem die eintreffende elektromagnetische Strahlung in zwei Einzelwellen unterschiedlicher Ausbreitungsrichtungen aufgespaltet wird. Über das mindestens eine Reflexionselement werden die Einzelwellen dann in der Maskenebene wieder zusammengeführt. Alternativ kann das Einzelwellenerzeugungselement auch in Form eines Strahlungsaufweitungselement ausgebildet sein und dazu dienen, die von der Strahlungsquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung in einen Strahl mit vergrößertem Durchmesser aufzuweiten. Dieser Strahl mit vergrößertem Durchmesser weist dann Einzelwellen im Sinne der Erfindung auf. Das Reflexionselement dient in diesem Fall dazu, einen Teil des aufgeweiteten Strahls, d.h. eine Einzelwelle desselben, derart umzulenken, dass dieser mit einem anderen Teil des aufgeweiteten Strahls, d.h. einer anderen Einzelwelle desselben, in der Maskenebene interferiert. Dabei kann beispielsweise auch eine so genannte corner-cube-Anordnung gewählt werden, in der das Reflexionslement an einer Seitenfläche der corner cube und die Maskenebene an einer anderen Seitenfläche der corner cube angeordnet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet ist, mittels Veränderung der relativen Phasenlage der Einzelwellen das Interferenzmuster von einer ersten Position in eine zweite Position in der Maskenebene zu versetzen. Damit wird das Interferenzmuster quer zur optischen Achse einer Projektionsoptik einer zugeordneten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage versetzt. Vorzugsweise ist die Beleuchtungseinrichtung zur Mehrfachbelichtung zumindest eines Bereichs eines Gegenstandes mittels der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage dazu eingerichtet, bei einer ersten Belichtung das Interferenzmuster in der ersten Position zu erzeugen, sowie bei einer zweiten Belichtung das Interferenzmuster in der zweiten Position zu erzeugen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Interferenzmuster periodisch auftretende Intensitätsmaxima aufweist und die erste Position des Interferenzmusters gegenüber der zweiten Position des Interferenzmusters um mindestens eine viertel Periode, vorzugsweise um eine halbe Periode des Interferenzmusters in der Maskenebene versetzt ist. Durch das Versetzen des Interferenzmusters mittels Veränderung der relativen Phasenlage der Einzelwellen ist es möglich, durch Mehrfachbelichtung eines Gegenstandes bzw. eines Wafers die durch die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung begrenzte Auflösungsgrenze der Projektionsoptik zu überwinden. Nach einer ersten Belichtung des Gegenstandes mit dem Interferenzmuster in der ersten Position kann daraufhin eine zweite Belichtung des Gegenstandes mit dem Interferenzmuster in der zweiten Position ausgeführt werden. Dabei werden Strukturen zwischen bereits in der ersten Belichtung erzeugte Strukturen geschrieben. Auch ist es möglich, eine Mehrfachbelichtung des Gegenstandes mittels lediglich einer Maske durchzuführen. Dabei werden bei einer ersten Belichtung mittels dem in der ersten Position angeordneten Interferenzmuster beleuchtete Strukturen der Maske auf den Gegenstand abgebildet und bei der zweiten Belichtung dann mittels dem in der zweiten Position angeordneten Interferenzmuster beleuchtete Strukturen der Maske auf den Gegenstand projiziert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Reflexionselement derart verschiebbar gelagert ist, dass durch Verschieben des Reflexionselements die relative Phasenlage der Einzelwellen veränderbar ist, wobei insbesondere die Verschiebungsrichtung in montiertem Zustand der Beleuchtungseinrichtung parallel zur Maskenebene ausgerichtet ist. Insbesondere ist die Verschiebungsrichtung des Reflexionselements quer zur optischen Achse der Projektionsoptik der zugeordneten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ausgerichtet. Ein derart verschiebbares Reflexionselement ermöglicht eine Änderung der relativen Phasenlage der Einzelwellen auf besonders präzise und einfache Weise.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Einzelwellenerzeugungselement als diffraktiver Strahlteiler ausgelegt ist und zur Veränderung der relativen Phasenlage der Einzelwellen verschiebbar, insbesondere quer zur Maskenebene verschiebbar, gelagert ist. Ein derartiger diffraktiver Strahlteiler kann beispielsweise ein lineares Git ter aufweisen. Die von dem Gitter in entgegengesetzten Beugungsordnungen erzeugten Teilstrahlen werden dann zur Erzeugung des Interferenzmusters überlagert. Ein derartiger diffraktiver Strahlteiler weist den Vorteil auf, dass das vom Strahlteiler erzeugte Bestrahlungsstärkemuster näherungsweise von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes unabhängig ist. Außerdem lässt sich die benötigte relative Phasenverschiebung auf einfache Weise durch Verschiebung des Strahlteilers senkrecht zur optischen Achse erreichen.
Vorteilhafterweise weist die Beleuchtungsoptik mindestens eine Blende zum Begrenzen eines ausgeleuchteten Bereichs in der Maskenebene auf, wobei die Blende im Strahlengang der Beleuchtungsoptik vor dem Einzelwellenerzeugungselement angeordnet ist. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Blende und dem Einzelwellenerzeugungselement ein Objektiv angeordnet ist, mit dem die Blende in die Ebene des Einzelwellenerzeugungselements abgebildet wird. Die mindestens eine Blende ist vorzugsweise als variable Blende ausgebildet und dient der Einstellung der Größe des während eines Belichtungsschrittes auf dem Gegenstand erzeugten Bildfeldes. Durch Abbildung der Blende in die Ebene des Einzelwellenerzeugungselementes bzw. Strahlteilers durch das Objektiv werden die Anforderungen an die Verzeichnungsgenauigkeit des Objektivs gering gehalten. Würde die Blende in die Maskenebene abgebildet, wäre es aufwändig, das Interferenzmuster optisch verzeichnungsarm abzubilden.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung zum Betrieb in einer als Scanner ausgelegten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eingerichtet ist, bei der während der Belichtung der belichtete Gegenstand, insbesondere ein Wafer, in einer Waferebene der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage kontinuierlich verschoben wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist, während der Belichtung des Gegenstandes das Interferenzmuster in der Maskenebene derart zu versetzen, dass die Abbildung des Interferenzmusters in der Waferebene der Bewegung des Gegenstandes folgt. Bei einer derartigen als Scanner ausgelegten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage wird zur der Belichtung eines Feldes auf dem Gegenstand ein Beleuchtungsschlitz bzw. Scannerschlitz über den Gegenstand geführt. Das Feld auf dem Gegenstand wird also kontinuierlich durch die Verschiebung des Beleuchtungsschlitzes relativ zum Gegenstand „geschrieben". Bei herkömmlichen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen wird dabei die Maske in der Maskenebene derart mit der Bewegung des Gegenstandes bzw. des Wafers mitbewegt, dass das Bild der Maske in der Waferebene der Bewegung des Gegenstands folgt. Gemäß der Erfindung stellt aber das Interferenzmuster zumindest einen Teil der auf den Gegenstand abzubildenden Strukturen dar. Daher wird gemäß der vorteilhaften Ausführungsform das Interferenzmuster in der Maskenebene derart versetzt, dass deren Abbildung in der Waferebene der Bewegung des Gegenstands folgt. Damit wird das Interferenzmuster während der Belichtung quer zur optischen Achse der Projektionsoptik verschoben. Vorzugsweise erfolgt die Verschiebung durch Veränderung der relativen Phasenlage der das Interferenzmuster erzeugenden Einzelwellen. Alternativ kann aber auch die Beleuchtungseinrichtung relativ zur Projektionsoptik der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage verschoben werden.
Um die Auflösungsvorteile der Erfindung bei einer Doppelbelichtung optimal ausnutzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Interferenzmuster ein Streifenmuster mit geradlinigen Streifen aufweist, welche periodisch angeordnet sind, und die Ränder des Streifenmusters jeweils entlang einer Geraden verlaufen, wobei die maximale Abweichung der Ränder von der jeweiligen Geraden weniger als ein Zwanzigstel der Streifenperiode beträgt. Hiermit wird sichergestellt, dass die Verzeichnung der Streifen des Interferenzmusters derart gering ist, dass bei einer Doppelbelichtung mit um eine halbe Streifenperiode verschobenen Interferenzmustern die einzelnen gedruckten Strukturen nicht ineinander laufen. Bei einer beispielhaften Beleuchtungslichtwellenlänge von 193 nm und einer Streifenperiode von ca. 100 nm darf die Streifenverzeichnung damit nur im Nanometerbereich liegen, damit die Streifenverzeichnung der mittels der Doppelbelichtung auf den Gegenstand gedruckten Streifen weniger als ein Zehntel des Streifenabstandes auf den Gegenstand beträgt. Dazu muss die einfallende Planwelle in diesem Bereich eben sein und das Einzelwellenerzeugungselement sowie eventuelle weitere optische Komponenten müssten ebenfalls dieser Spezifikation genügen.
Um die geometrische Vielfalt der erfindungsgemäß auf den Gegenstand abbildbaren Strukturen zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das Interferenzmuster in unterschiedlichen Orientierungen, insbesondere in zueinander senkrechten Orientierungen, in der Maskenebene zu erzeugen. Damit können mit mehreren Belichtungen bzw. Belichtungsschritten unterschiedlich orientierte Strukturen auf den Gegenstand abgebildet werden. Weiterhin ist es bei Verwendung einer zusätzlichen Maske möglich, bei den einzelnen Belichtungsschritten unterschiedlich orientierte Strukturen auf der Maske selektiv zu beleuchten. So können etwa in einem ersten Belichtungsschritt lediglich horizontal angeordnete Linien auf der Maske beleuchtet werden und bei einem zweiten Belichtungsschritt vertikal orientierte Linien auf der Maske beleuchtet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ist diese dazu eingerichtet, zumindest einen Bereich des Gegenstandes, insbesondere des Wafers, mehrfach zu belichten, wobei bei einer ersten Belichtung das Interferenzmuster in einer ersten Position in der Maskenebene angeordnet ist, sowie bei einer zweiten Belichtung das Interferenzmuster in einer gegenüber der ersten Position in der Maskenebene versetzten zweiten Position angeordnet ist. Damit kann eine Doppelbelichtung des Gegenstandes durchgeführt werden, mit der die druckbare Linienfrequenz verdoppelt werden kann, wie bereits vorstehend beschrieben. Zur Versetzung des Interferenzmusters von der ersten Position in die zweite Position kann, wie ebenfalls bereits vorstehend beschrieben etwa die relative Phasenlage der Einzelwellen verändert werden oder aber auch die Beleuchtungseinrichtung und die Projektionsoptik relativ zueinander verschoben werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Interferenzmuster periodisch auftretende Intensitätsmaxima aufweist und die erste Position des Interferenzmusters gegenüber der zweiten Position des Interferenzmusters um mindestens eine viertel Periode, vorzugsweise um eine halbe Periode des Interferenzmusters in der Maskenebene versetzt ist. In diesem Fall können die mittels dem in der zweiten Position angeordneten Interferenzmusters erzeugten Strukturen auf dem Gegenstand zwischen die bei einer ersten Belichtung mittels dem in der ersten Position angeordneten Interfe renzmuster erzeugten Strukturen gedruckt werden. Damit kann die Streifenfrequenz gegenüber einer Einfachbelichtung verdoppelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Projektionsoptik zum Betrieb mit elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich ausgelegt und weist dabei eine Auflösungsgrenze für die Abbildung eines gleichmäßigen Streifenmusters aus der Maskenebene in die Waferebene auf, wobei durch die Auflösungsgrenze ein Mindestabstand zwischen benachbarten Streifen eines noch mit der Projektionsoptik abbildbaren Streifenmusters definiert ist, und wobei die erste Position des Interferenzmusters gegenüber der zweiten Position des Interferenzmusters um weniger als den Mindestabstand, insbesondere um den halben Mindestabstand, in der Maskenebene versetzt ist. Die Auflösungsgrenze einer Projektionsoptik ist allgemein proportional zu einem Quotienten aus der Beleuchtungswellenlänge und der numerischen Apertur der Projektionsoptik. Die Streifenfrequenz eines mit einer Projektionsoptik auflösungsbegrenzt auf den Gegenstand druckbaren Streifenmusters kann verdoppelt werden, wenn die erste Position des Interferenzmusters gegenüber der zweiten Position weniger als den Mindestabstand, vorteilhafterweise um den halben Mindestabstand, in der Maskenebene versetzt ist. In diesem Fall ist es möglich, mit der ersten Belichtung ein Streifenmuster mit einem gerade noch druckbaren Streifenabstand auf den Gegenstand zu projizieren und daraufhin mit der zweiten Belichtung ein Streifenmuster mit einer ähnlichen Streifenperiode zwischen das mit der ersten Belichtung gedruckte Streifenmuster zu projizieren.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Projektionsoptik eine optische Achse aufweist, sowie die Beleuchtungseinrichtung und die Projektionsoptik relativ zueinander quer zur optischen Achse verschiebbar gelagert sind. Damit kann insbesondere das Interferenzmuster in der Maskenebene von der ersten Position in die zweite Position zur Ausführung einer Doppelbelichtung versetzt werden. Weiterhin kann die verschiebbare Lagerung dazu dienen, bei der Auslegung der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage als Scanner das Interferenzmuster in der Maskenebene während der Scannbewegung zu versetzen, wie nachstehend weiter erläutert wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage als Scanner ausgelegt ist, und eine Verschiebebühne für den Gegenstand, die im folgenden als Waferstage bezeichnet wird, zum kontinuierlichen Verschieben des Gegenstandes in der Waferebene während der Belichtung aufweist, wobei die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage weiterhin dazu eingerichtet ist, während der Belichtung des Gegenstandes das Interferenzmuster in der Maskenebene derart zu versetzen, dass die Abbildung des Interferenzmusters in der Waferebene der Bewegung des Gegenstandes folgt. Wie bereits vorstehend erläutert, kann die Versetzung des Interferenzmusters durch Veränderung der relativen Phasenlage der das Interferenzmuster erzeugenden Einzelwellen erfolgen oder auch durch ein Versetzen der Beleuchtungseinrichtung und der Projektionsoptik relativ zueinander. Die Funktionsweise eines Scanners wurde bereits vorstehend erläutert. Das Interferenzmuster wird gemäß dieser Ausführungsform während der Belichtung in der Maskenebene kontinuierlich derart versetzt, dass dessen Projektion in der Waferebene während der Belichtung eines Feldes auf dem Gegenstand bzw. Wafers mit der Bewegung der Waferstage mitbewegt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eine Verschiebebühne für die Maske, die im folgenden als Retikelstage bezeichnet wird, zum kontinuierlichen Verschieben einer Maske in der Maskenebene mit einer an die Bewegung der Waferstage gekoppelten Bewegung aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet ist, während der Belichtung des Gegenstandes das Interferenzmuster in der Maskenebene synchron mit der Bewegung der Retikelstage zu versetzen. Die Retikelstage bewegt sich abhängig von der Bewegung der Waferstage und des Verkleinerungsfaktors der Projektionsoptik, vorzugsweise entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Waferstage. Bei einem Verkleinerungsfaktor von beispielsweise vier bewegt sich die Retikelstage vier Mal so schnell wie die Waferstage. In jedem Fall ist die Bewegung der Retikelstage derart auf die Bewegung der Waferstage abgestimmt, dass die Abbildung einer auf der Retikelstage montierten Maske in die Waferebene sich mit einem auf der Waferstage befindlichen Gegenstand mitbewegt. Da erfindungsgemäß zumindest ein Teil des Interferenzmusters eine auf den Gegenstand abzubildende Struktur dar stellt, ist es vorteilhaft, wenn das Interferenzmuster während der Belichtung mit der Retikelstage mitbewegt wird. Alternativ kann die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage erfindungsgemäß auch als Stepper ausgebildet sein, bei dem die Belichtung eines Feldes auf einem Wafer statisch erfolgt. In diesem Fall ist eine Bewegung des Interferenzmusters in der Maskenebene während einer Belichtung des Gegenstandes nicht erforderlich.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eine in der Maskenebene angeordnete Maske mit mindestens zwei voneinander beabstandeten Maskenstrukturen aufweist. Vorteilhafterweise sind die beiden Maskenstrukturen linienförmig ausgebildet und verlaufen zueinander parallel. Ein der beiden Maskenstrukturen kann mittels dem Interferenzmuster beleuchtet werden während dabei die andere Maskenstruktur unbeleuchtet bleibt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen den beiden Maskenstrukturen derart auf das Interferenzmuster abgestimmt ist, dass in der ersten Position des Interferenzmusters ein Intensitätsmaximum des Interferenzmusters auf die erste Maskenstruktur fällt und ein Intensitätsminimum des Interferenzmusters auf eine zweite Maskenstruktur fällt, sowie in der zweiten Position des Interferenzmusters das Intensitätsmaximum auf die zweite Maskenstruktur und das Intensitätsminimum auf die erste Maskenstruktur fällt. Damit kann, wie bereits vorstehend erläutert, mit einer ersten Belichtung eines Gegenstands lediglich die erste Maskenstruktur abgebildet werden, sowie bei einer zweiten Belichtung des Gegenstands die zweite Maskenstruktur in einem Abstand zur ersten Maskenstruktur gedruckt werden, welcher mit einer Einfachbelichtung nicht erzielbar wäre.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in der Waferebene ein Gegenstand, insbesondere ein Wafer, angeordnet, der mit einem Zwei-Photonen-Resist beschichtet ist. Ein derartiger Zwei-Photonen-Resist enthält Moleküle, deren Energieniveaus darauf abgestimmt sind, durch die Absorption zweier eingestrahlter Photonen der Beleuchtungswellenlänge angeregt zu werden. Bei Abbildung eines Interferenzmusters mit sin²(x)-förmigem Intensitätsverlauf in Abhängigkeit einer Ortskoordinate x in der Waferebene hat die von dem Zwei-Photonen-Resist absorbierte Strahlungsintensität einen sin⁴(x)- bzw. cos⁴(x)-förmigen Verlauf. Im Gegen satz dazu weist die von einem herkömmlichen Ein-Photon-Resist absorbierte Strahlungsintensität einen sin²(x)- bzw. cos²(x)-förmigen Verlauf auf. Bei Verwendung eines Ein-Photonen-Resists addiert sich bei Doppelbelichtung des Gegenstands mit einem um eine halbe Periode verschobenen sin²(x)-förmigen Interferenzmuster die absorbierte Intensität auf einen über die Ortskoordinate konstanten Wert. In diesem Fall wird bei einer ersten Belichtung eine sin²(x)-förmige Intensitätsverteilung und bei der zweiten Belichtung eine cos²(x)-förmige Intensitätsverteilung im Resist absorbiert. Die sich daraus ergebende Gesamtintensitätsverteilung weist keine Modulation aufweist. Im Gegensatz dazu wird bei Verwendung eines Zwei-Photonen-Resists bei der ersten Belichtung z.B. eine sin⁴(x)-förmige Intensitätsverteilung absorbiert und bei der zweiten Belichtung z.B. eine cos⁴(x)-förmige Intensitätsverteilung. Die gesamte vom Zwei-Photonen-Resist absorbierte Intensität weist damit den Verlauf sin⁴(x) + cos⁴(x) auf. Diese Gesamtintensitätsverteilung ist nicht konstant über den Ort, sondern weist Modulationen mit der doppelten Ortfrequenz eines einzelnen Interferenzmusters in der Waferebene auf. Bei entsprechender Anpassung der Resistsensitivität an die Bestrahlungsdosis können damit Waferstrukturen mit der beschriebenen verdoppelten Ortfrequenz ohne zusätzlichen Entwicklungsschritt zwischen den beiden Belichtungen erzeugt werden. Bei einer alternativen Verwendung eines Ein-Photonen-Resists ist es vorteilhaft, wenn nach der ersten Belichtung eine chemische Entwicklung durchgeführt wird und erst danach die zweite Belichtung mit dem versetzten Interferenzmuster erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des vorstehend aufgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Bereich des Gegenstandes mehrfach belichtet, indem bei einer ersten Belichtung das Interferenzmuster in einer ersten Position in der Maskenebene erzeugt wird und zumindest teilweise auf den Gegenstand abgebildet wird und bei einer zweiten Belichtung das Interferenzmuster in einer gegenüber der ersten Position in der Maskenebene versetzten zweiten Position erzeugt wird und zumindest teilweise auf den Gegenstand abgebildet wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Gegenstand vor den Belichtungen mit einem strahlungsempfindlichen Medium, insbesondere einem Resist, beschichtet wird und zwischen der ersten Belichtung und der zweiten Belichtung das strahlungsempfindliche Medium chemisch entwickelt wird. Bei einer chemischen Entwicklung des strahlungs empfindlichen Mediums werden Bereiche des Mediums entfernt die entweder bei der vorausgehenden Belichtung ausreichend bestrahlt wurden. Alternativ können auch Bereiche des Mediums entfernt werden, die bei der vorausgehenden Belichtung nicht ausreichend bestrahlt wurden. Im vorliegenden Fall ist es vorteilhaft, nach der ersten Belichtung die belichteten Resistbestandteile zu entfernen, daraufhin eine zweite Belichtung mit entsprechend verschobenem Interferenzmuster durchzuführen und danach einen weiteren Entwicklungsschritt durchzuführen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Gegenstand bzw. Wafer vor den Belichtungen mit einem Zwei-Photonen-Resist beschichtet wird. Wie bereits vorstehend erläutert kann in diesem Fall auf einen chemischen Entwicklungsschritt zwischen zwei Belichtungen verzichtet werden, wodurch der Durchsatz der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage erhöht werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn während dem Abbilden zumindest eines Teils des Interferenzmusters auf den Gegenstand, damit während einer Belichtung des Gegenstandes, der Gegenstand in der kontinuierlich in der Waferebene verschoben wird und gleichzeitig das Interferenzmuster derart in der Maskenebene versetzt wird, dass die Abbildung des Interferenzmusters in der Waferebene der Bewegung des Gegenstandes folgt. Die Vorteile dieser Ausführungsform wurden bereits vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage erläutert.
Die bezüglich der vorstehend ausgeführten vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt übertragen werden. Die sich daraus ergebenden vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen von der Offenbarung der Erfindung ausdrücklich umfasst sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage,
2 eine Schemazeichnung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Prinzips der Erzeugung eines Interferenzmusters in der Maskenebene der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage,
3 eine Veranschaulichung einer Zerlegung einer auf dem Wafer zu erzeugenden Sollstruktur in einzelne mittels einzelner Belichtungen erzeugbare Teilstrukturen,
4 eine Veranschaulichung der Erzeugung der einzelnen Teilstrukturen in der Maskenebene durch strukturierte Maskenbeleuchtung,
5 eine Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage in Gestalt eines Scanners,
6 eine Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Teils der Beleuchtungsoptik einer erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage,
7 eine Veranschaulichung eines als difraktiver Strahlteiler ausgebildeten Einzelwellenerzeugungselements, sowie
8 eine Veranschaulichung einer in einem Zwei-Photonen-Resist mittels Doppelbelichtung mit der erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage erzeugten Intensitätsverteilung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 10. Die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 12 sowie eine Projektionsoptik 18 um Abbilden von Strukturen aus einer Maskenebene 16 in eine Waferebene 22. Die Beleuchtungseinrichtung 12 dient zum Erzeugen eines Interferenzmusters in der Maskenebene 16. Weiterhin umfasst die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 10 eine Retikelstage, mittels der bei Bedarf eine Maske 14 in der Maskenebene 16 angeordnet werden kann. Weiterhin ist eine Waferstage zum Anordnen eines Gegenstandes in Gestalt eines Wafers 20 in der Waferebene 22 vorgesehen. Die Beleuchtungseinrichtung 12 umfasst eine Strahlungsquelle 24 in Gestalt eines Lasers zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung 25, z.B. UV-Strahlung im 193 nm Wellenlängenbereich.
Die elektromagnetische Strahlung 25 breitet sich entlang einer optischen Achse 27 der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 10 aus. Die optische Achse 27 stimmt mit der optischen Achse der Projektionsoptik 28 überein. Nach Verlassen der Strahlungsquelle 24 tritt die elektromagnetische Strahlung 25 in eine Beleuchtungsoptik 26 ein. In der Beleuchtungsoptik 26 durchläuft die elektromagnetische Strahlung 25 zunächst einen Raumfilter 28, der ein Fokussierobjektiv 30 und ein Pinhole bzw. eine Lochblende 32 umfasst. Daraufhin wird die Strahlung 25 von einem Kollimator 34 auf eine Blende 36 gelenkt. Die Blende 36 kann als so genannte Rema-Blende ausgeführt sein und mehrere Blendenelemente aufweisen. Mittels der Blende 36 wird ein mittels der elektromagnetischen Strahlung 25 in der Maskenebene 16 ausgeleuchtete Feldbereich begrenzt.
Auf die Blende 36 folgt im Strahlengang ein Abbildungsobjektiv 38, welches als so genanntes Rema-Objektiv ausgebildet sein kann. Das Abbildungsobjektiv 38 bildet die Blende 36 auf ein Einzelwellenerzeugungselement 40 ab. Das Einzelwellenerzeugungselement 40 ist in Gestalt eines Strahlteilers ausgeführt und im gezeigten Beispiel als diffraktiver Strahlteiler gestaltet. Der Strahlteiler kann alternativ auch als herkömmlicher Strahlteiler gestaltet sein.
In 7 ist das Prinzip eines derartigen diffraktiven Strahlteilers veranschaulicht. Der Strahlteiler umfasst ein lineares Gitter. Die einfallende elektromagnetische Strahlung 25 wird durch das Gitter in verschiedene Beugungsordnungen aufgespalten. Die dabei entstehenden Beugungsordnungen +1 und –1 werden im Folgenden als Einzelwellen 42a und 42b bezeichnet und im weiteren Strahlengang der Beleuchtungsoptik 26 weiter verarbeitet. Durch Translation des Strahlteilers 40 entlang einer Translationsrichtung 43 quer zur optischen Achse 27 kann die relative Phasendifferenz zwischen den Einzelwellen 42a und 42b verschoben werden. Die Einzelwellen 42a und 42b treffen, wie weiterhin in 1 gezeigt, daraufhin auf Reflexionslemente 44a bzw. 44b in Gestalt von Spiegeln. Die Reflexionselemente 44a und 44b sind so eingestellt, dass sich die Einzelwellen 42a und 42b in der Maskenebene 16 überlagern und ein Interferenzmuster 46 in Gestalt einer stehenden Welle bilden. Optional kann, wie vorstehend erwähnt, weiterhin eine Maske 14 in der Maskenebene 16 angeordnet sein. Das Interferenzmuster 46 bzw. Teile des Interferenzmusters 46, welche durch die Maske 14 durchgelassen werden, werden mittels der Projektionsoptik auf den Wafer 20 abgebildet.
In 2 ist das erfindungsgemäße Prinzip der Waferbelichtung unter Verwendung einer zusätzlichen Maske 14 genauer veranschaulicht. Das Interferenzmuster 46 in Gestalt einer stehenden Welle wird auf der Maske 14 erzeugt. Die Maske 14 enthält strahlungsundurchlässige Maskenstrukturen 49, die in 2 schraffiert dargestellt sind, sowie strahlungsdurchlässige Maskenstrukturen 50. Bei der in 2 gezeigten relativen Anordnung des Interferenzmusters 46 zur Maske 14 wird ein mittleres Intensitätsmaximum 48a durch die Maske 14 durchgelassen, während beiden benachbarten Intensitätsmaxima 48a des Interferenzmusters 46 von der Maske 14 abgeblockt werden.
In 3 ist ein auf dem Wafer 20 zu erzeugendes Sollstrukturmuster 60 abgebildet. Die einzelnen darin enthaltenen Teilstrukturen 61 weisen entweder horizontale oder vertikale Orientierung auf. Das Sollstrukturmuster 60 ist als fiktive Maske zu verstehen und enthält die auf den Wafer 20 abzubildenden Strukturen in einer an die Maskenebene angepassten Dimensionierung. Das Sollstrukturmuster 60 ist damit gegenüber dem in der Waferebene 22 zu erzeugenden Muster um den inversen Abbildungsmaßstab β^–1 der Projektionsoptik 18 vergrößert. Der minimale Abstand zwischen den Strukturen des Sollstrukturmusters 60 berechnet sich aus der Hälfte des Produkts aus β^–1 und dem mittels der Projektionsoptik 18 in der Waferebene 22 druckbaren Streifenabstand. Das heißt, der Abstand zwischen den einzelnen Teilstrukturen 61 im Sollstrukturmuster 60 ist halb so groß wie von der Projektionsoptik 18 abbildbar. Das Sollstrukturmuster 60 wird in 3 zunächst in zwei erste Teilstrukturmuster 62a und 62b zerlegt, von denen das eine alle horizontalen Teilstrukturen 61 des Sollstrukturmusters 60 aufweist, und das andere alle vertikalen Teilstrukturen 61 des Sollstrukturmusters 60 aufweist. Daraufhin werden die beiden ersten Teilstrukturmuster 62a und 62b jeweils zwei weitere zweite Teilstrukturmuster 64a und 64b bzw. 64c und 64d zerlegt. Die zweiten Teilstrukturmuster 64a, 64b, 64c und 64d weisen jeweils einen im Vergleich zu den ersten Teilstrukturmustern 62a und 62b verdoppelten minimalen Abstand auf. Damit enthält jedes der zweiten Teilstrukturmuster 64a und 64b einen Satz von Teilstrukturen 61, die mindestens den mittels der Projektionsoptik 18 abbildbaren Abstand voneinander haben. Die zweiten Teilstrukturmuster 64a, 64b, 64c und 64d stellen also Strukturmuster dar, die mittels einzelner Belichtungen auf den Wafer 20 abgebildet werden können. Damit kann das Sollstrukturmuster 60 mittels Mehrfachbelichtung auf dem Wafer 20 in der entsprechenden Dimensionierung erzeugt werden.
4 zeigt nochmals die zweiten Teilstrukturmuster 64a und 64b, die durch Zerlegung des lediglich horizontal orientierte Teilstrukturen 61 in Gestalt von Linien enthaltenden ersten Teilstrukturmusters 62a erlangt werden. Im linken Bereich der 4 ist das erfindungsgemäße Prinzip der Erzeugung des Teilstrukturmusters 64a mittels Bestrahlung einer Maske 14 mit dem in einer ersten Position angeordneten Interferenzmuster 46a. Die Maske 14 weist lichtundurchlässige Maskenstrukturen 49 zum Abblocken von Teilen des eingestrahlten Lichtes auf. Die Anforderungen an die Genauigkeit und Toleranzen der Maske 14 sind gegenüber einer herkömmlichen Abbildung einer Maske mit gleichmäßiger Bestrahlungsstärkeverteilung verringert. Die Maske 14 ist somit in 4 als vereinfachte Maske bezeichnet.
Das Teilstrukturmuster 64a wird also in einer ersten Belichtung mit dem in einer ersten Position 46a angeordneten Interferenzmuster 46 auf den Wafer abgebildet.
Daraufhin wird das Interferenzmuster 46 in eine zweite Position 46b versetzt. In der zweiten Position 46b sind die Streifen 47 des Interferenzmusters 46 gegenüber der ersten Position 46a um eine halbe Streifenperiode 47a des Interferenzmusters 46 versetzt. Zur Erzeugung des Teilstrukturmusters 64b wird im dargestellten Fall eine zweite Maske 14 mit dem Interferenzmuster 46b belichtet. Es ist aber auch möglich, die zweite Belichtung mit dem in die zweite Position 46b verschobenen Interferenzmuster 46 in Verbindung mit der gleichen Maske wie bei der ersten Belichtung durchzuführen. In weiteren Belichtungsschritten können dann auch die Teilstrukturmuster 64c und 64d auf den Wafer 20 abgebildet werden. Dazu wird das Interferenzmuster 46 um 90° gedreht und ebenfalls in zwei verschiedenen Positionen in die Maskenebene 16 projiziert.
In 5 ist der Betrieb erfindungsgemäßen Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 10 in Gestalt eines Scanners gezeigt. Bei einem Scanner wird der Wafer 20 auf einer Waferstage während der Belichtung in einer Scanbewegungsrichtung 54 quer zur optischen Achse 27 der Projektionsoptik 18 verschoben. Gleichzeitig wird die Maske 14 mittels einer Retikelstage in einer zur Scanbewegungsrichtung 54 des Wafers entgegengesetzten Scanbewegungsrichtung 52 verschoben. Unterhalb der Maskenebene 14 befindet sich ein so genannter Scannerschlitz 58, der ortsfest angeordnet ist. Während der Belichtung wird im jeweiligen Zeitpunkt lediglich ein Abschnitt der Maske 14 durch den Scannerschlitz 58 auf den Wafer 20 abgebildet. Das Interferenzmuster 46 wird während der Belichtung des Wafers 20 synchron mit der Retikelstage verschoben, sodass bei Verwendung einer Maske 14 das Interferenzmuster 46 sich in Bezug zur Maske 14 nicht verschiebt.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsoptik 26 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 12, die dazu eingerichtet ist, das Interferenzmuster 46 während der Belichtung kontinuierlich zu verschieben. Dazu wird das Reflexionselement 44a in einer zur Scanbewegungsrichtung 52 der Maske parallelen Verschiebungsrichtung 56 verschoben. Dies bewirkt eine Versetzung des Interferenzmusters 14 in einer parallel zur Scanbewegungsrichtung 52 ausgerichteten Verschiebungsrichung 57. Andere Alternativen zum Versetzen der Interferenzmusters 56 während der Belichtung umfassen eine Relativverschiebung zwischen der Beleuchtungsoptik 26 und der Projektionsoptik 18.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Wafer 20 mit einem Zwei-Photonen-Resist beschichtet. Ein derartiger Zwei-Photonen-Resist enthält Moleküle, deren Energieniveaus darauf abgestimmt sind, durch die Absorption zweier eingestrahlter Photonen der Beleuchtungswellenlänge angeregt zu werden. 8 zeigt eine Verteilung einer mittels der erfindungsgemäßen Doppelbelichtung in einem Zwei-Photonen-Resist absorbierte Strahlungsintensität. Im Resist chemisch wirksam sind lediglich darin absorbierte Photonen. Die mittels dem Interferenzmuster 46 in der ersten Position 46a in dem Zwei-Photonen-Resist absorbierte Intensitätsverteilung folgt der Funktion cos⁴(x) entlang einer Ortskoordinate in der Maskenebene. Die mittels dem Interferenzmuster 46 in der zweiten Position 46b in dem Zwei-Photonen-Resist absorbierte Intensitätsverteilung folgt der Funktion sin⁴(x). Die Überlagerung der beiden Intensitätsverteilungen folgt der Funktion sin⁴(x) + cos⁴(x) und weist eine zur Resiststrukturierung ausreichende Modulation in Richtung der Ortkoordinate x auf. Bei Verwendung eines derartigen Zwei-Photonen Resists ist ein chemischer Entwicklungsschritt zwischen einer ersten Belichtung und einer zweiten Belichtung des Wafers 20 nicht notwendig. In einer alternativen Ausführungsform ist der Wafer 20 mit einem Ein-Photonen-Resist beschichtet. In diesem Fall wird der Resist zwischen einer ersten Belichtung und einer zweiten Belichtung chemisch entwickelt.

10: Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
12: Beleuchtungseinrichtung
14: Maske
16: Maskenebene
18: Projektionsoptik
20: Wafer
22: Waferebene
24: Strahlungsquelle
25: elektromagnetische Strahlung
26: Beleuchtungsoptik
27: optische Achse
28: Raumfilter
30: Fokussierobjektiv
32: Lochblende
34: Kollimator
36: Blende
38: Abbildungsobjektiv
40: Einzelwellenerzeugungselement
42a: Einzelwelle
42b: Einzelwelle
43: Translationsrichtung
44a: Reflexionselement
44b: Reflexionselement
46: Interferenzmuster
46a: erste Position des Interferenzmusters
46b: zweite Position des Interferenzmusters
47: Streifen
47a: Streifenperiode
48a: Intensitätsmaximum
48b: Intensitätsminimum
49: lichtundurchlässige Maskenstruktur
50: lichtdurchlässige Maskenstruktur
51: Waferstruktur
52: Scanbewegungsrichtung der Maske
54: Scanbewegungsrichtung des Wafers
56: Verschiebungsrichtung
57: Verschiebungsrichtung
58: Scannerschlitz
60: Sollstrukturmuster
61: Teilstruktur
62a: erstes Teilstrukturmuster
62b: erstes Teilstrukturmuster
64a: zweites Teilstrukturmuster
64b: zweites Teilstrukturmuster
64c: zweites Teilstrukturmuster
64d: zweites Teilstrukturmuster

Claims

Beleuchtungseinrichtung (12) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) mit einer Strahlungsquelle (24) zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung (25) sowie einer Beleuchtungsoptik (26) zum Lenken der elektromagnetischen Strahlung (25) auf eine Maskenebene (16) der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10), wobei die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, in dem Zustand, in dem die Beleuchtungseinrichtung (12) in der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) montiert ist, ein Interferenzmuster (46) in der Maskenebene (16) zu erzeugen.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, mindestens zwei zueinander kohärente Einzelwellen (42a, 42b) zu erzeugen und durch Überlagerung der Einzelwellen (42a, 42b) in der Maskenebene (16) das Interferenzmuster (46) zu erzeugen.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik (26) ein Einzelwellenerzeugungselement (40), insbesondere einen Strahlteiler, sowie mindestens ein Reflexionselement (44a, 44b) aufweist, wobei im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung (12) das Einzelwellenerzeugungselement (40) die elektromagnetische Strahlung (25) in die beiden Einzelwellen (42a, 42b) aufteilt und das Reflexionselement (44a, 44b) eine der beiden Einzelwellen (42a, 42b) derart umlenkt, dass die beiden Einzelwellen (42a, 42b durch Überlagerung in der Maskenebene (16) das Interferenzmuster (46) erzeugen.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, mittels Veränderung der relativen Phasenlage der Einzelwellen (42a, 42b) das Interferenzmuster (46) von einer ersten Position (46a) in eine zweite Position (46b) in der Maskenebene (16) zu versetzen.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement (44a, 44b) derart verschiebbar gelagert ist, dass durch Verschieben des Reflexionselements (44a, 44b) die relative Phasenlage der Einzelwellen (42a, 42b) veränderbar ist, wobei insbesondere die Verschiebungsrichtung (56) im montierten Zustand der Beleuchtungseinrichtung (12) parallel zur Maskenebene (16) ausgerichtet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelwellenerzeugungselement (40) als diffraktiver Strahlteiler ausgelegt ist und zur Veränderung der relativen Phasenlage der Einzelwellen (42a, 42b) verschiebbar, insbesondere quer zur Maskenebene (16) verschiebbar, gelagert ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik (26) mindestens eine Blende (36) zum Begrenzen eines ausgeleuchteten Bereichs in der Maskenebene aufweist, wobei die Blende (36) im Strahlengang der Beleuchtungsoptik (26) vor dem Einzelwellenerzeugungselement (40) angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (12) zum Betrieb in einer als Scanner ausgelegten Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) eingerichtet ist, bei der während der Belichtung der belichtete Gegenstand (20), insbesondere ein Wafer, in einer Waferebene (22) der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) kontinuierlich verschoben wird, wobei die Beleuchtungseinrichtung (12) weiterhin dazu eingerichtet ist, während der Belichtung des Gegenstands (20) das Interferenzmuster (46) in der Maskenebene (16) derart zu versetzen, dass die Abbildung des Interferenzmusters (46) in der Waferebene (22) der Bewegung des Gegenstands (20) folgt.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Beleuchtungseinrichtung (12) erzeugte Interferenzmuster (46) ein Streifenmuster (46a, 46b) mit geradlinigen Streifen (47) aufweist, welche periodisch angeordnet sind, und die Ränder der Streifen jeweils entlang einer Geraden verlaufen, wobei die maximale Abweichung der Ränder von der jeweiligen Geraden weniger als ein Zwanzigstel der Streifenperiode (47a) beträgt.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, das Interferenzmuster (46) in unterschiedlichen Orientierungen, insbesondere in zueinander senkrechten Orientierungen, in der Maskenebene (16) zu erzeugen.
Maske (14) für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einer Maskenstruktur (49, 50) zum Erzeugen einer Sollstruktur in einem strahlungsempfindlichen Medium, wobei die Gestalt der Maskenstruktur (49, 50) von der Gestalt der Sollstruktur (61) derart abweicht, dass die Sollstruktur (61) in dem strahlungsempfindlichen Medium durch Beleuchtung der Maske (14) mittels in der Maskenebene (16) variierender Beleuchtung, insbesondere mittels einem mit einer Beleuchtungseinrichtung (12) nach einem der vorausgehenden Ansprüche erzeugten Interferenzmuster (46), erzeugt werden kann.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) mit einer Maskenebene (16) zum Anordnen einer Maske (14), einer Waferebene (22) zum Anordnen eines zu belichtenden Gegenstandes (20), insbesondere eines Wafers, einer Beleuchtungseinrichtung (12) nach einem der vorausgehenden Ansprüche zum Erzeugen eines Interferenzmusters (46) in der Maskenebene (16), sowie einer Projektionsoptik (18) zum Abbilden zumindest eines Teils des Interferenzmusters (46) aus der Maskenebene (16) in die Waferebene (22).
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Bereich des Gegenstands (20) mehrfach zu belichten, wobei bei einer ersten Belichtung das Interferenzmuster (46) in einer ersten Position (46a) in der Maskenebene (16) angeordnet ist, sowie bei einer zweiten Belichtung das Interferenzmuster (46) in einer gegenüber der ersten Position (46a) in der Maskenebene (16) versetzten zweiten Position (46b) angeordnet ist.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferenzmuster (46) periodisch auftretende Intensitätsmaxima (47) aufweist und die erste Position (46a) des Interferenzmusters (46) gegenüber der zweiten Position (46b) des Interferenzmusters (46) um mindestens ein viertel der Streifenperiode (47a), vorzugsweise um die Hälfte der Streifenperiode (47a) des Interferenzmusters (46) in der Maskenebene (16) versetzt ist.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsoptik (18) zum Betrieb mit elektromagnetischer Strahlung (25) in einem bestimmten Wellenlängenbereich ausgelegt ist und dabei eine Auflösungsgrenze für die Abbildung eines gleichmäßigen Streifenmusters (46a, 46b) aus der Maskenebene (16) in die Waferebene (22) aufweist, wobei durch die Auflösungsgrenze ein Mindestabstand zwischen benachbarten Streifen (47) eines noch mit der Projektionsoptik (18) abbildbaren Streifenmusters definiert ist, und wobei die erste Position (46a) des Interferenzmusters (46) gegenüber der zweiten Position (46b) des Interferenzmusters (46) um weniger als den Mindestabstand, insbesondere um den halben Mindestabstand, in der Maskenebene (16) versetzt ist.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsoptik (18) eine optische Achse (27) aufweist, sowie die Beleuchtungsoptik (26) und die Projektionsoptik (18) relativ zueinander quer zur optischen Achse (27) verschiebbar gelagert sind.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) als Scanner ausgelegt ist, und eine Waferstage zum kontinuierlichen Verschieben des Gegenstandes (20) in der Waferebene (22) während der Belichtung aufweist, wobei die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) weiterhin dazu eingerichtet ist, während der Belichtung des Gegenstands (20) das Interferenzmuster (46) in der Maskenebene (16) derart zu versetzen, dass die Abbildung des Interferenzmusters (46) in der Waferebene (22) der Bewegung des Gegenstands (20) folgt.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Retikelstage zum kontinuierlichen Verschieben einer Maske (14) in der Maskenebene (16) mit einer an die Bewegung der Waferstage gekoppelten Bewegung, wobei die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu eingerichtet ist, während der Belichtung des Gegenstands (20) das Interferenzmuster (46) in der Maskenebene (16) synchron mit der Bewegung der Retikelstage zu versetzen.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Maskenebene (16) eine Maske (14) nach Anspruch 11 angeordnet ist.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Waferebene (22) ein Gegenstand (20), insbesondere ein Wafer, angeordnet ist, der mit einem Zwei-Photonen-Resist beschichtet ist.
Verfahren zur lithographischen Belichtung eines Gegenstandes (20) mittels einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage (10) mit einer Maskenebene (16), einer Waferebene (22), einer Beleuchtungseinrichtung (12) zum Beleuchten der Maskenebene (16) mit elektromagnetischer Strahlung (25) sowie einer Projektionsoptik (18) zum Abbilden einer Objektstruktur aus der Maskenebene (16) in die Waferebene (22) mit den folgenden Schritten: – Anordnen des Gegenstandes (20) in der Waferebene (22), – Erzeugen eines Interferenzmusters (46) in der Maskenebene (16) mittels der Beleuchtungseinrichtung (12), sowie – Abbilden zumindest eines Teils des Interferenzmusters (46) mittels der Projektionsoptik (18) auf den Gegenstand (20).
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich des Gegenstandes (20) mehrfach belichtet wird, indem bei einer ersten Belichtung das Interferenzmuster (46) in einer ersten Position (46a) in der Maskenebene (16) erzeugt wird und zumindest teilweise auf den Gegenstand (20) abgebildet wird und bei einer zweiten Belichtung das Interferenzmuster (46) in einer gegenüber der ersten Position (46a) in der Maskenebene (16) versetzten zweiten Position (46b) erzeugt wird und zumindest teilweise auf den Gegenstand (20) abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (20) vor den Belichtungen mit einem strahlungsempfindlichen Medium beschichtet wird und zwischen der ersten Belichtung und der zweiten Belichtung das strahlungsempfindliche Medium chemisch entwickelt wird.
Verfahren nach einem der Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (20) vor den Belichtungen mit einem Zwei-Photonen-Resist beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Abbilden zumindest eines Teils des Interferenzmusters (46) auf den Gegenstand (20) der Gegenstand (20) kontinuierlich in der Waferebene (22) verschoben wird und gleichzeitig das Interferenzmuster (46) derart in der Maskenebene (16) versetzt wird, dass die Abbildung des Interferenzmusters (46) in der Waferebene (22) der Bewegung des Gegenstandes (20) folgt.