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Diese
Erfindung betrifft ein Belichtungssystem, das für den Einsatz in einem Fotolithografiegerät geeignet
ist, als auch ein Fotolithografiegerät mit einem solchen Belichtungssystem.
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Bei
der Herstellung einer Halbleitervorrichtung werden Elemente der
Vorrichtung gewöhnlich durch
Strukturierung von Schichten ausgebildet, die auf eine Siliziumscheibe
abgeschieden sind. Die Strukturierung dieser Schichten erfolgt üblicherweise durch
Auftragen eines Fotolackmaterials auf die zu strukturierende Schicht
sowie durch nachfolgendes Belichten vorgegebener Bereiche der Fotolackschicht,
die bei der Belichtungswellenlänge
empfindlich reagiert. Danach werden die Gebiete, die mit der Strahlung
belichtet wurden (oder nicht) entwickelt und die bestrahlten oder
nicht bestrahlten Bereiche werden nachfolgend entfernt. Folglich
werden Bereiche der Schicht während
eines nachfolgenden Prozessschrittes wie etwa eines Ätzschrittes
oder eines Implantationsschrittes über das erzeugte Fotolackmuster
maskiert. Nach dem Prozessieren der freigelegten Bereiche der darunter
liegenden Schicht wird die Fotolackmaske entfernt.
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Eine
allgemeine Zielsetzung gegenwärtiger Fotolithografie
stellt das Erreichen kleinerer Strukturgrößen als auch einer größeren erzielbaren
Tiefenschärfe
(DOF, depth of focus) bei konstanter Belichtungswellenlänge dar.
Dieses Ziel lässt
sich durch Verwendung neuartiger Masken, insbesondere Phasenschiebermasken
und alternativ hierzu der Verwendung einer Off-Axis-Belichtung erreichen.
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Die
Wirkung der Off-Axis-Belichtung kann beispielsweise in 1 erkannt
werden. 1 zeigt eine schematische Darstellung
eines optischen Projektions- oder Fotolithografiegeräts 1 zur
Abbildung eines auf einem Retikel 4 gebildeten Musters
auf ein Substrat, insbesondere auf eine zu strukturierende Halbleiterscheibe.
Eine Belichtungsquelle 21 emittiert elektromagnetische
Strahlung in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich. Das optische Projektionsgerät weist
zudem eine Kondensorlinse 22, eine Einrichtung zum Erzeugen
einer Belichtungsverteilung 3 als auch das Retikel 4 auf.
Auf dem Retikel 4 ist ein Muster 41 ausgebildet.
Das Muster 41 des Retikels 4 wird über das
Projektionssystem 11 auf die Scheibe 5 abgebildet.
Die Einrichtung zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung 3 kann
derart ausgebildet sein, dass diese eine beliebige Belichtungsverteilung in
der Belichtungspupillenebene des optischen Projektionsgeräts 1 definiert.
Die Einrichtung zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung 3 kann
beispielsweise ein Aperturelement 3 sein, wie in 1 gezeigt
ist. In dem Beispiel kann das Aperturelement 3 so ausgebildet
sein, dass dieses einen axialen Lichtstrahl 24 bereitstellt,
der senkrecht auf das Retikel 4 einfällt. In diesem Fall weist das
Aperturelement beispielsweise eine Öffnung in dessen mittlerem
Bereich auf und lässt
100 % der einfallenden Strahlung hindurch. Alternativ hierzu kann
das Aperturelement 3 auch Öffnungen aufweisen, die außerhalb
des Zentrums angeordnet sind, so dass Off-Axis-Strahlen 25 erzeugt werden.
Wenn der On-Rxis-Strahl 24 von dem Muster 41 auf
dem Retikel 4 gebeugt wird, ist in Abhängigkeit von den Strukturgrößen lediglich
der Beugungsstrahl O-ter Ordnung innerhalb des Eingangspupillengebiets 111 des
Projektionssystems 11 lokalisiert. Falls jedoch der Off-Axis-Strahl 25 von
dem Muster 41 auf dem Retikel gebeugt wird, sind die O-ter
und -1-ter Beugungsordnung innerhalb der Eingangspupille 111 des
Projektionssystems 11 lokalisiert. Die Beugungsordnungen
des Off-Axis-Strahls 25 sind mittels unter brochener Linien
gekennzeichnet, während
die Beugungsordnungen des On-Axis-Strahls 24 mittels durchgezogener
Linien gekennzeichnet sind. Allgemein ist die Qualität des abgebildeten
Musters um so besser, je mehr Beugungsordnungen innerhalb des Eingangspupillengebiets 111 der
Linsenanordnung 11 liegen. Wie somit aus 1 klar
wird, lassen sich bei Verwendung von Off-Axis-Belichtung wenigstens
zwei interferierende Beugungsordnungen erzeugen.
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2 zeigt
ein beispielhaftes Interferenzmuster 12, das durch Überlagerung
der 0-ten Beugungsordnung und der +1-ten Beugungsordnung des gebeugten
Off-Axis-Strahls 25 ausgebildet wird. Die Off-Axis-Belichtung
lässt sich
beispielsweise mit Chrom auf Glas (COG, chrome on glass)-Masken, Halbton-Phasenschiebermasken
(HTPSM, halftone phase shifting masks) oder Chromphasenlithografie (CPL,
chrome phase lithography)-Masken verwenden.
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Um
den Kontrast geschriebener gegenüber ungeschriebener
Bahnen in einem regelmäßigen Bahn/Lücken-Muster
zu erhöhen,
wurde der Einfluss der Polarisationsrichtung des Lichtes untersucht.
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Falls,
wie insbesondere in 3A gezeigt ist, das einfallende
Licht eine Polarisationsrichtung aufweist, die senkrecht in Bezug
auf die Ausrichtung des Maskenmusters 41 ist, wird ein
Verlust des Bildkontrastes und damit ein Verlust der Qualität des auf die
Scheibe 5 projizierten Bildes verursacht. Wie der 3A entnommen
werden kann, interferieren insbesondere die elektrischen Felder 141 und 142,
die den ersten und zweiten gebeugten Lichtstrahlen 131, 132 zugeordnet
sind, miteinander und verschlechtern damit das Bild auf der Scheibe 5.
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Falls
im Gegensatz hierzu die Polarisationsrichtung 14 des einfallenden
Lichtstrahls 13 parallel in Bezug auf die Ausrichtung des
Musters 41 auf dem Retikel 4 ist, so ist das zu gehörige elektrische
Feld parallel zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes 131, 132 und
damit sind die mit den gebeugten Lichtstrahlen 131, 132 verknüpften elektrischen
Felder 141, 142 parallel zueinander, wodurch der
Kontrast des Bildes erhöht
wird. Wie in 3B gezeigt ist, ist die Polarisationsrichtung 141, 142 der
Lichtstrahlen 131, 132 senkrecht in Bezug auf
die Zeichenebene. Insbesondere treten diese aus der von dem Betrachter
gesehener Seite aus.
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Die
obigen Probleme wurden gelöst,
indem eine Belichtungsverteilung unter Verwendung von polarisiertem
Licht realisiert wurde, wie beispielsweise aus
US 6,970,233 B2 bekannt
ist. Genauer gesagt erzeugt eine Einrichtung zum Erzeugen einer
Belichtungsverteilung eine Belichtungsverteilung
6 in einer Belichtungspupille
des Fotolithografiegeräts,
wie in
4 gezeigt ist. Die Belichtungsverteilung
6 zur
Realisierung einer Off-Axis-Belichtung weist vier Pole
30a,
b, c, d auf, wobei die Polarisationsrichtung in jedem der Pole parallel
zu einem um einen Mittelpunkt (nicht gezeigt) der Belichtungsverteilung
60 gezeichneten
Kreis liegt. Diese Polarisation wird als azimutale oder tangentiale
Polarisation bezeichnet, d.h. das elektrische Feld liegt parallel
zu konzentrischen Kreisen in der Pupille. Die dargestellte Belichtungsverteilung
60 ermöglicht in
Kombination mit dem bestimmten Polarisationsschema das Drucken von
horizontalen und vertikalen Bahnen mit hohem Kontrast.
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Ein
Pol oder Belichtungspol, wie z.B. in 4 gezeigt
ist, betrifft einen Bereich des Belichtungspupillengebiets, der
eine höhere
Lichtintensität aufweist
als der verbleibende Teil des Belichtungspupillenbereichs, der den
Belichtungspol umgibt.
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Eine
Belichtungsverteilung mit einem oder mehreren Polen lässt sich
beispielsweise durch Verwenden eines geeigneten Aperturelements,
eines Beugungselements oder eines geeigneten Linsensystems erzeugen.
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In
einer alternierenden Phasenschiebermaske (AltPSM) ist das transparente
Substrat der Maske selbst strukturiert, um Phasenschiebergebiete
bereitzustellen. Im Detail resultieren benachbarte transparente
Gebiete in um 180° verschobenen
Phasen. Zusätzlich
kann optional ein Chrommuster auf der Maskenoberfläche ausgebildet
werden. Ein Vorteil von alternierenden Phasenschiebermasken oder
chromlosen Phasenschiebermasken liegt in dem niedrigen Maskenfehler-Verstärkungsfaktor
(MEEF, mask error enhancement factor). Insbesondere führt ein
niedriger Maskenfehler-Verstärkungsfaktor
zu fehlerhaften Strukturen in den Masken, die lediglich geringe
Folgen für
die Fehler des Bildes auf der Scheibe haben. Zusätzlich können mit diesem Maskentyp eine
vergrößerte Tiefenschärfe (DOF)
und eine höhere
Auflösung
erzielt werden.
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Das
lithografische Wirkungsprinzip von AltPSM-Masken ist grundlegend
verschieden von den oben erläuterten
Off-Axis-Maßnahmen.
Wie beispielsweise der 5A entnommen werden kann, wird
lediglich eine On-Axis-Belichtung verwendet. Wie dargestellt ist,
ist die Beugungsordnung 0-ter Ordnung minimiert und die 1-te und
-1-te Ordnung werden zur Abbildung dichter Bahnen und Lücken verwendet.
Mit anderen Worten wird von einer Strahlungsquelle emittiertes Licht
von dem Muster 41 auf der AltPSM-Maske 4 gebeugt,
um einen Lichtstrahl 132, 131 einer 1-ten und
-1-ten Beugungsordnung zu erzeugen. Die Lichtstrahlen 132, 131 der
+1-ten und -1-ten Beugungsordnung interferieren und erzeugen ein
Interferenzmuster 12. Zum Erzeugen eines On-Axis-Strahls,
kann ein Aperturelement, das dem in 5B gezeigten
Element ähnlich
ist, verwendet werden. Wie dargestellt ist, weist das Aperturelement 3 einen
transparenten Bereich 37 in dessen Mitte auf, während das
Aperturelement einen undurchlässigen Bereich 38 benachbart
zum Umrandungsbereich aufweist. Insbesondere weist die von dem in 5B gezeigten
Aperturelement 3 erzeugte Belichtungsverteilung einen mittleren
Pol auf, in dem die Intensität sehr
hoch ist verglichen mit den Kanten der Belichtungsverteilung. Bei
der Verwendung von AltPSM-Masken ist auch der Einsatz von polarisiertem Licht
von Vorteil. Insbesondere zur Übertragung
eines Bahn/Lücken-Musters,
das sich lediglich in einer Richtung erstreckt, wird in bevorzugter
Weise linear polarisiertes Licht verwendet, wobei die Polarisationsrichtung
parallel zur Ausrichtung des Bahn/Lücken-Musters ist. Dadurch wird
ein verbesserter Kontrast erzielt. Falls jedoch ein Muster zu übertragen
ist, das ein Bahn/Lücken-Muster
aufweist, welches in der x- als
auch in der y-Richtung ausgerichtet ist, war bisher ein geeignetes
Belichtungsschema nicht bekannt.
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Wie
der 5B entnommen werden kann, lässt sich die Anwendung des
Polarisationsschemas von 4 nicht auf einfache Weise auf
diesen Typ von Aperturelement übertragen,
da es lediglich aus einem einzelnen Pol 36 besteht.
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In
Anbetracht obiger Ausführungen
ist es ein Ziel der Erfindung, ein Belichtungssystem anzugeben,
mit dem der Bildkontrast und somit die Bildqualität des auf
ein Substrat übertragenen
Musters merklich verbessert werden kann.
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Darüber hinaus
ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Fotolithografiegerät anzugeben,
das ein derartiges Belichtungssystem aufweist.
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Erfindungsgemäß werden
obige Aufgaben mit einem Belichtungssystem gelöst, das sich für den Einsatz
in einem Fotolithogra fiegerät
eignet, wobei das Belichtungssystem umfasst: eine Belichtungsquelle,
die elektromagnetische Strahlung aussendet, eine Polarisationseinrichtung,
eine Einrichtung zur Erzeugung einer Belichtungsverteilung, wobei
die von der Einrichtung erzeugte Belichtungsverteilung einen Mittelpunkt
und eine äußere Kante
aufweist, die Belichtungsverteilung einen ersten undurchlässigen Bereich,
der um den Mittelpunkt definiert ist, aufweist, wobei jeder Punkt
des ersten undurchlässigen Bereichs
einen Abstand vom Mittelpunkt hat, der kleiner als rin ist,
sowie einen zweiten undurchlässigen Bereich,
der benachbart zur äußeren Kante
definiert ist, wobei der zweite undurchlässige Bereich einen Abstand
vom Mittelpunkt einnimmt, der größer ist
als rout, als auch einen strahlungsdurchlässigen Bereich, der
zwischen den ersten und zweiten undurchlässigen Bereichen angeordnet
ist, wobei die Polarisationseinrichtung zwischen der Belichtungsquelle
und der Einrichtung zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung angeordnet
und zur Erzeugung von linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung
mit örtlich variierender
Polarisationsrichtung geeignet ist, so dass wenigstens eine erste
und eine zweite Polarisationsrichtung erzeugt werden, die erste
Polarisationsrichtung verschieden ist von der zweiten Polarisationsrichtung
und die Polarisationsrichtung an wenigstens zwei verschiedenen Punkten
des strahlungsdurchlässigen
Bereichs der Belichtungsverteilung parallel zu einer Linie ist,
die diesen Punkt und den Mittelpunkt der Belichtungsverteilung verbindet.
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Vorzugsweise
weist der strahlungsdurchlässige
Bereich einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten
Pol auf, wobei die ersten und zweiten Pole entlang einer ersten
Richtung positioniert sind und die dritten und vierten Pole entlang
einer zweiten Richtung positioniert sind, die zweite Richtung senkrecht
zur ersten Richtung verläuft,
die Intensität
der durchgelassenen Strahlung in jedem der Pole größer ist als
in einem weiteren Teil des strahlungsdurchlässigen Bereichs, und wobei
die Polarisationsrichtung der von den ersten und zweiten Polen hindurchgelassenen
elektromagnetischen Strahlung parallel zur ersten Richtung ist,
und die Polarisationsrichtung der von den dritten und vierten Polen
hindurchgelassenen elektromagnetischen Strahlung parallel zur zweiten
Richtung ist.
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Insbesondere
kann jeder der Pole eine kreisrunde Form einnehmen.
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Ebenso
kann wenigstens einer der Pole eine elliptische Form aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann wenigstens einer der Pole die Form eines Ringabschnitts
aufweisen. Insbesondere kann der Ring als Kontur des strahlungsdurchlässigen Bereich
ausgebildet sein. Die Abschnitte können derart geformt sein, dass
die Grenzen der Abschnitte, welche die Kontur des lichtdurchlässigen Bereichs
kreuzen, eine radiale Richtung vom Mittelpunkt der Einrichtung zum
Erzeugen einer Belichtungsverteilung einnehmen.
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Erfindungsgemäß kann der
Durchmesser jedes der ersten, zweiten, dritten und vierten Pole
der Differenz zwischen rout und rin entsprechen. Nichtsdestotrotz können die
Durchmesser jedes der ersten, zweiten, dritten und vierten Pole
voneinander verschieden sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist der strahlungsdurchlässige Bereich eine Ringform
auf, wobei die durchgelassene Intensität elektromagnetischer Strahlung
innerhalb des strahlungsdurchlässigen
Bereichs konstant ist.
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Die
Erfindung gibt zudem ein Fotolithografiegerät an mit einem zu strukturierenden
Substrat, einem Retikel, das eine Mehrzahl von Mustern aufweist,
die auf das Substrat übertragen
werden sollen, wobei das Retikel wenigstens ein Muster aufweist, das
sich entlang einer ersten Richtung erstreckt und eine Mustergröße dx aufweist,
sowie ein wie oben definiertes Belichtungssystem, als auch ein optisches
Projektionssystem zur Projektion eines Bildes des Retikels auf das
Substrat, wobei das optische Projektionssystem eine numerische Apertur
(NA) aufweist.
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Insbesondere
kann der Radius rout des zweiten undurchlässigen Bereichs
in Abhängigkeit
von der Mustergröße dx des
Retikels und der numerischen Apertur (NA) des optischen Projektionssystems
derart festgelegt werden, so dass ein Teil des Lichtes der Beleuchtung über den
strahlungsdurchlässigen
Bereich für
die ± 1-te
Beugungsordnung außerhalb
der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems liegt.
Somit werden die Parameter der Einrichtung zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung
entsprechend dem Lithografiegerät
und dem auf das Substrat zu übertragenden
Muster eingestellt. Genauer gesagt sind die Parameter der Mustergröße dx und
der numerischen Apertur (NA) des optischen Projektionssystems festgelegt.
Die Parameter der Einrichtung zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung
werden in Einklang mit diesen Parametern gewählt, so dass ein Teil des Lichtes
der Belichtung über
den strahlungsdurchlässigen
Bereich für
die ± 1-te
Beugungsordnung außerhalb
der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems liegt.
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Insbesondere
wird bevorzugt, dass der Radius rout des
zweiten undurchlässigen
Bereichs in Abhängigkeit
von der Mustergröße dx des
Retikels und der numerischen Apertur (NA) des optischen Projektionssystems
festgelegt wird, so dass das Licht der Belichtung über den
ersten Pol für
die +1-te Beugungsordnung außerhalb
der numerischen Apertur des Projektionssystems liegt und das Licht
der Belichtung über
den zweiten Pol für
die -1-te Beugungsordnung außerhalb
der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems liegt.
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Somit
wird es ermöglicht,
ein Bahn/Lücken-Muster
mit einer Ausrichtung in der x-Richtung als auch ein Bahn/Lücken-Muster
mit einer Ausrichtung in der y-Richtung mit hohem Kontrast auf ein
zu strukturierendes Substrat zu übertragen.
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Zusätzlich kann
der Radius rout des zweiten undurchlässigen Bereichs
in Abhängigkeit
von der Mustergröße dx des
Retikels und der numerischen Apertur (NA) des optischen Projektionssystems
festgelegt werden, so dass das Licht der Belichtung über den
dritten Pol für
die +1-te Beugungsordnung außerhalb
der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems liegt und
das Licht der Belichtung über
den vierten Pol für
die -1-te Beugungsordnung auch außerhalb der numerischen Apertur
des optischen Projektionssystems liegt.
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Das
Fotolithografiegerät
weist ein Retikel auf, das insbesondere einer alternierenden Phasenschiebermaske
(AltPSM) oder einer weiteren Fotomaske entsprechen kann, wobei das
Muster durch Interferenz der ± 1-ten
Beugungsordnungen der einfallenden abbildenden Strahlung erzeugt
wird.
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Die
Einrichtung zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung weist ein geeignetes
Aperturelement, ein Beugungselement oder ein geeignetes Linsensystem
oder eine geeignete Kombination dieser Elemente auf.
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Nachfolgend
wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf die begleitenden
Abbildungen beschrieben.
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1 zeigt
eine beispielhafte Ansicht eines Fotolithografiegeräts;
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2 zeigt
ein Beispiel einer herkömmlichen Abbildung
mit Off-Axis-Belichtung;
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3A zeigt
ein Beispiel der Abbildung mit polarisiertem Licht;
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3B zeigt
ein weiteres Beispiel der Abbildung mit polarisiertem Licht;
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4 zeigt
eine herkömmliche
Belichtungsverteilung;
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5A zeigt
ein Beispiel der Abbildung eines Musters mit einer AltPSM-Maske;
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5B zeigt
ein Beispiel eines herkömmlichen
Aperturelements zur Implementierung einer On-Axis-Belichtung;
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6 zeigt
eine beispielhafte Ansicht eines Fotolithografiegeräts gemäß der Erfindung;
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7 zeigt
eine Belichtungsverteilung, die mittels des Belichtungssystems dieser
Erfindung erzeugt wurde;
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8A zeigt
ein weiteres Beispiel einer Belichtungsverteilung, die mit dem Belichtungssystem dieser
Erfindung erzeugt wurde; und
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8B zeigt
ein weiteres Beispiel einer Belichtungsverteilung, die mit dem Belichtungssystem dieser
Erfindung erzeugt wurde;
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9A zeigt
ein weiteres Beispiel einer Belichtungsverteilung, die mit dem Belichtungssystem dieser
Erfindung erzeugt wurde;
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9B zeigt
ein weiteres Beispiel einer Belichtungsverteilung, die mit dem Belichtungssystem dieser
Erfindung erzeugt wurde;
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10 zeigt
beispielhafte Positionen gebeugter Lichtstrahlen in der Ebene der
Eintrittspupille des optischen Projektionssystems;
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11 zeigt
eine weitere Belichtungsverteilung, die mit dem Belichtungssystem
dieser Erfindung erzeugt wurde; und
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12 zeigt
weitere beispielhafte Positionen gebeugter Lichtstrahlen in der
Ebene der Eintrittspupille des optischen Projektionssystems.
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6 zeigt
ein beispielhaftes Fotolithografiegerät gemäß der Erfindung. Das Fotolithografiegerät weist
ein Belichtungssystem 24 auf, das eine Belichtungsquelle 21 beinhaltet.
Die Belichtungsquelle kann eine beliebige Lichtquelle oder eine
weitere Einrichtung oder Kombination von Einrichtungen sein, die
zur Erzeugung von Licht verwendet werden können, das für die Erzeugung eines fotolithografischen Bildes
genutzt werden kann. In dieser Offenbarung betrifft der Ausdruck "Licht" elektromagnetische Strahlung
im sichtbaren Lichtspektrum als auch im nicht sichtbaren Spektrum,
einschließlich
und ohne Be schränkung
auf sichtbares Licht, ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlen. Die Belichtungsquelle 21 kann
beispielsweise einen Laser wie einen Argonfluoridlaser, einen Fluor-Excimer-Laser oder einen
Helium-Neon-Laser beinhalten. Das Belichtungssystem 24 weist
zudem eine Polarisationseinrichtung 23 sowie eine Einrichtung
zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung 3 auf. Die Polarisationseinrichtung
ist zwischen der Belichtungsquelle und der Einrichtung zum Erzeugen
einer Belichtungsverteilung 3 angeordnet. Die Polarisationseinrichtung
dient der Erzeugung von linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung
mit lokal schwankender Polarisationsrichtung, wie nachfolgend erläutert wird.
Insbesondere wird der Aufbau der Polarisationseinrichtung 23 nach der
Beschreibung einer Belichtungsverteilung, die von der Einrichtung
zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung 3 erzeugt wird,
beschrieben.
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Das
Muster 41 des Retikels 4 wird von dem Retikel 4 auf
eine Scheibe 5 durch Bestrahlen des Retikels mit der Belichtungsverteilung,
welche vom Belichtungssystem 24 erzeugt wird, übertragen.
Insbesondere wird das Muster 4 mittels des Projektionssystems 11 auf
die Scheibe übertragen.
Das Retikel 4 wird gewöhnlich
von einem Träger
(nicht gezeigt) gehalten. Darüber
hinaus wird die Scheibe 5 von einem Scheibenträger 51 gehalten.
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Wie
in 7 in der Darstellung einer Belichtungsverteilung,
die vom Belichtungssystem gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung erzeugt wird, veranschaulicht ist, weist die Belichtungsverteilung
einen Mittelpunkt in deren Zentrum auf. Das erste undurchlässige Gebiet
ist um den Mittelpunkt definiert und ein zweiter undurchlässiger Bereich
ist benachbart zur äußeren Kante
definiert. Jeder innerhalb des ersten undurchlässigen Bereichs 34 definierte
Punkt weist einen Abstand vom Mittelpunkt auf, der kleiner ist als
rin. Jeder in dem zweiten undurchlässigen Bereich 35 definierte
Punkt weist einen Abstand vom Mittelpunkt 32 auf, der größer als rout ist. Wie in 7 gezeigt
ist, kann der erste undurchlässige
Bereich 34 eine kreisrunde Form um den Mittelpunkt 32 aufweisen.
Nichtsdestotrotz ist zu berücksichtigen,
dass der erste undurchlässige
Bereich ebenso eine Form einnehmen kann, die von einer kreisrunden
Form abweicht. Insbesondere kann der erste undurchlässige Bereich
eine elliptische Form einnehmen.
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Die
Belichtungsverteilung 6 weist zudem einen lichtdurchlässigen Bereich 36 auf,
der zwischen den ersten und zweiten undurchlässigen Bereichen 34, 35 angeordnet
ist. Der lichtdurchlässige
Bereich 36 stellt einen Bereich dar, der Gebiete mit hoher Lichtintensität beinhaltet.
Beispielsweise kann der lichtdurchlässige Bereich 36 vollständig beleuchtet werden
oder dieser kann eine vorgegebene Anzahl von z.B. vier Belichtungspolen 31a, 31b, 31c und 31d aufweisen.
Nichtsdestotrotz gilt zu berücksichtigen, dass
eine beliebige andere Anzahl von Polen verwendet werden kann. Beispielsweise
können
ebenso 6 oder 8 Pole verwendet werden. Die Polarisationseinrichtung
eignet sich zur Bereitstellung einer lokal variierenden Polarisationsrichtung
des Lichtes. Beispielsweise ist die Polarisationsrichtung in jedem der
Pole parallel zu einer Richtung, die den Mittelpunkt der Pole mit
dem Mittelpunkt 32 der Belichtungsverteilung 6 verbindet,
worauf mit den Pfeilen in den Polen 31a bis 31d hingewiesen
wird. Wie beispielsweise in 7 gezeigt
ist, verläuft
die Polarisationsrichtung der Pole 31a, 31c entlang
der y-Richtung, wobei die Polarisationsrichtung der Pole 31b, 31d entlang
der x-Richtung verläuft.
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Ebenso
könnte
die in 7 dargestellte Belichtungsverteilung 6 ebenso
8 Pole aufweisen, wobei die Polarisationsrichtung des von dem Pol,
der zwischen den Polen 31a, 31b angeordnet ist,
hindurchgelassenen Lichtes um 45° in
Bezug auf die y-Richtung gedreht wird und das von dem Pol, der zwischen
den Polen 31b, 31c angeordnet ist, hindurchgelassene
Licht um 45° in
Bezug auf die x-Richtung gedreht wird. Alternativ hierzu kann die
Belichtungsverteilung 6 8 Pole aufweisen, wobei die Polarisationsrichtung
des von dem Pol, der zwischen den Polen 31a, 31b angeordnet
ist, hindurchgelassenen Lichtes parallel zur y- oder x-Richtung
verläuft.
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8 zeigt eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, wobei der lichtdurchlässige Bereich 36 der Belichtungsverteilung 6 eine
Ringform aufweist. Wie dargestellt ist, kann die Polarisationsrichtung
des lichtdurchlässigen
Bereichs 36 eine Radialrichtung einnehmen, d.h. die Polarisationsrichtung
weist an jedem Punkt des kreisförmigen
Rings um den Mittelpunkt 32 eine Richtung auf, die parallel
ist zu einer Richtung dieses mit dem Mittelpunkt 32 verbundenen Punktes.
Diese Verteilung der Polarisationsrichtung kann vereinfacht werden,
wie in 8B gezeigt ist. Beispielsweise
verläuft
die Polarisationsrichtung in einem bestimmten Winkelbereich zwischen
der äußeren Kante 33 der
Belichtungsverteilung 6 um den Mittelpunkt 32 entlang
der y-Richtung, wobei die Polarisationsrichtung in einem weiteren
Winkelbereich zwischen der äußeren Kante 33 und
dem Mittelpunkt 32 entlang der x-Richtung verläuft. Die
Winkelbereiche für
die Polarisationsrichtung entlang der y-Richtung und der x-Richtung
lassen sich in Abhängigkeit von
den Systemanforderungen beliebig wählen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist der lichtdurchlässige Bereich 36 der Belichtungsverteilung 6 Abschnitte
eines Rings auf, wie in 9A und 9B gezeigt
ist. Insbesondere sind die vier Belichtungspole 31a, 31b, 31c und 31d nicht
kreisförmig
oder elliptisch geformt, sondern weisen die Form eines Ringabschnitts
auf. Wie in 9A gezeigt ist, kann die Polarisationsrichtung
jedes dieser Pole eine radiale Richtung aufweisen, d.h. die Polarisationsrichtung
weist in jedem Punkt eines Pols eine Richtung parallel zur Richtung
dieses mit dem Mittelpunkt 32 verbundenen Punkts auf. Diese Verteilung
der Polarisationsrichtungen kann vereinfacht werden, wie in 9B gezeigt
ist. Beispielsweise können
die Pole 31a, 31c auf ähnliche Weise wie in 7 eine
Polarisationsrichtung aufweisen, die parallel zur y-Richtung ist,
wobei die Pole 31b, 31d eine Polarisationsrichtung
aufweisen, die parallel zur x-Richtung ist. Die Winkel σ1 und σ2 können beliebig gewählt werden
in Einklang mit den Systemanforderungen.
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Die
lokal variierende Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtstrahls
lässt sich
auf verschiedene Weisen erzielen. Wie beispielsweise in 6 gezeigt
ist, kann die Polarisationseinrichtung einen Polarisator 231 zum
Erzeugen von linear polarisiertem Licht 133 aufweisen.
Es gilt zu berücksichtigen, dass
der Polarisator 231 integriert mit der Lichtquelle 21 ausgebildet
sein kann, obwohl dieser in der gezeigten Abbildung als getrennte
Einrichtung dargestellt ist. Die Polarisationseinrichtung 23 weist
zudem ein Prismensystem 232 auf. Das Prismensystem 232 dient
der Unterteilung des linear polarisierten Lichtstrahls 133 in
einen oder mehrere Lichtstrahlen, die lokal voneinander getrennt
sind. Die Polarisationseinrichtung 23 kann zudem zwei Polarisationsdrehelemente 233a, 233b aufweisen,
die die Polarisationsrichtung der einfallenden Lichtstrahlen um
90° drehen
können.
Auf ähnliche
Weise können
zusätzliche
Prismen bereitgestellt werden, um mehrere unterteilte Lichtstrahlen
zu erzielen. Zusätzlich
kann die Polarisationsrichtung um einen gewünschten Winkel gedreht werden,
indem geeignete Polarisationsdrehelemente 233a, 233b bereitgestellt
werden. Als weitere Alternative kann die Polarisationseinrichtung 23 integriert
mit dem Aperturelement 3 ausgebildet sein, z.B. als so
genannter Drahtgitterpolarisator (wire grid polarizer) mit einem
Gitter in einer bestimmten Richtung. Die Ausrichtung des Drahtgitterpolarisators wird
derart gewählt,
dass die Polarisationsrichtung für
den durchlässigen
Bereich des Aperturelements 3 wie oben erläutert erzielt
wird.
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Der
obere Bereich von 10 zeigt die Positionen der
gebeugten Lichtstrahlen +1-ter und -1-ter Ordnung in der Eintrittspupille 111 des
Projektionssystems 11 unter Verwendung der in 7 gezeigten Belichtungsverteilung
und dem wie im unteren Bereich von 10 gezeigten
Muster 41 auf dem Retikel 4.
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Insbesondere
zeigt 10 die Positionen der Pole 31a,
b, c, d bei Beugung über
das Muster 41-ten Gemäß der Erfindung
wird ein besonderer Effekt erzielt, falls die geometrischen Abmessungen der
Einrichtung 3 zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung
in Abhängigkeit
vom Abstand des Musters 41 als auch von der numerischen
Apertur (NA) des Projektionssystems 11 zum Abbilden des
Musters auf das Substrat 5 bestimmt werden. Wie in 10 gezeigt
ist, wird die Größe des lichtdurchlässigen Bereichs
der Belichtungsverteilung 6 derart gewählt, dass der Pol 31b von
der +1-ten Beugungsordnung abgeschnitten ist und der Pol 31d von
der -1-ten Beugungsordnung abgeschnitten ist. Beim Abbilden des Musters 41 von
der Fotomaske auf das Substrat wird folglich die TM-polarisierte
Strahlung reduziert, was zu einer Abnahme in der Interferenz führt. Da
die Pole 31a, 31c innerhalb der Eintrittspupille 111 aufrechterhalten
werden, werden diese Bereiche miteinander interferieren, was zu
einem erhöhten
Kontrast führt.
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In 10 hängt die
Position der +1-ten und -1-ten Beugungsordnung von der Mustergröße dx des
zu übertragenden
Musters ab. Je kleiner das Muster ist, um so kleiner wird der Wert
von rin Zum Abbilden eines horizontalen
Musters 41, das um 90° in
Bezug auf das in 10 gezeigte Muster gedreht ist,
trifft selbiges zu. Falls, genauer gesagt, das Beugungsgitter um
90° gedreht
wird, sind die +1-te und -1-te Beugungsordnungen oberhalb und unterhalb des
in 10 gezeigten Mittelpunkts positioniert. In diesem
Falle wird der Pol 31a von der +1-ten Beugungsordnung abgeschnitten,
wobei der Pol 31c von der -1-ten Beugungsordnung abgeschnitten
wird. In jedem Fall ist der Rand der Pupille derart, dass ein Pol
mit Licht, der eine Polarisationsrichtung aufweist, die destruktive
Interferenz in Bezug auf das Muster des Bildes verursacht, von der
Eintrittspupille 11 des Projektionssystems 11 abgeschnitten
ist. Anders ausgedrückt
wird der gebeugte Strahl der +1-ten Ordnung aufgrund der Belichtung über den
Pol 31b nicht von der Pupille eingefangen. Ebenso wird
der gebeugte Strahl der -1-ten Ordnung aufgrund der Belichtung über den
Pol 31d nicht von der Pupille eingefangen. Folglich ist
der Kontrast des Bildes erheblich erhöht. Damit wird die Bildqualität verbessert.
-
Zum
Abbilden eines Musters einschließlich eines horizontalen Bahn/Lücken-Musters
als auch eines vertikalen Bahn/Lücken-Musters, sind die
+1-te und -1-te Beugungsordnungen auf der x-Achse als auch auf der y-Achse des Systems
positioniert. Falls die vertikale Mustergröße dx zusätzlich verschieden von der
horizontalen Mustergröße dy ist,
weisen die Pole auf der x-Achse
eine Größe auf,
die von der Größe der Pole
auf der y-Achse
verschieden ist. Mit anderen Worten weisen die ersten und zweiten
Pole in diesem Fall einen Durchmesser auf, der verschieden ist vom
Durchmesser der dritten und vierten Pole.
-
11 zeigt
eine beispielhafte Belichtungsverteilung in dem Falle, in dem ein
erstes Muster, das sich in der x-Richtung erstreckt und eine Mustergröße dx aufweist,
sowie ein zweites Muster, das sich in der y-Richtung erstreckt und
eine Mustergröße dy aufweist,
Bilder darstellen sollen. Wie im unteren Bereich der 11 gezeigt
ist, ist die Mustergröße dy des sich
in der y-Richtung erstreckenden Musters kleiner als die Mustergröße dx des
sich in der x-Richtung erstreckenden Musters. In dieser Ausführungsform
weist der lichtdurchlässige
Bereich 36 eine ringförmige
elliptische Form auf, wobei der äußere Radius
rout,x, der in der x-Richtung bemessen ist,
größer ist als
der äußere Radius
rout,y, der in der y-Richtung bemessen ist.
Darüber
hinaus ist der innere Radius rin,x, der
in der x-Richtung
bemessen ist, größer als
der innere Radius rin,y, der in der y-Richtung
bemessen ist. Es ist zu berücksichtigen,
dass der lichtdurchlässige Bereich 36 in
diesem Falle Belichtungspole aufweisen kann, die eine beliebige
Form einnehmen. Insbesondere können
die Pole eine Kreisform oder eine elliptische Form einnehmen oder
diese können
Abschnitte eines Rings darstellen. Alternativ hierzu kann der lichtdurchlässige Bereich 36 ringförmig sein.
-
Das
Fotolithografiegerät
ist nicht nur auf ein Bahn/Lücken-Muster beschränkt. Es
kann auf ähnliche
Weise auch auf beliebige Arten von Mustern übertragen werden. Falls beispielsweise
ein Kontaktlochmuster übertragen
werden soll, lässt
sich ein ähnliches
Belichtungsschema verwenden. 12 zeigt
die 1-ten Beugungsordnungen in diesem Falle. Wie in 12 gezeigt
ist, sind die gebeugten Strahlen aufgrund der Belichtungsverteilung 6,
welche in 7 gezeigt ist, auf den Diagonalen
des Systems angeordnet. In diesem Fall sind die Abmessungen der
Belichtungsverteilung erneut derart gewählt, dass ein Pol des Beugungsbildes
von der Pupille 111 entfernt wird. Im Falle eines wie im
unteren Bereich von 12 gezeigten Kontaktlochmusters
würde Licht,
das von den äußersten
Polen der Belichtungsverteilung durchgelassen wird und eine um 45° in Bezug
auf die X- oder Y-Richtung gedrehte Polarisationsrichtung aufweist,
destruktiv sein. Somit kann die Einrichtung zum Erzeugen einer Belichtungsverteilung,
die Teil des erfindungsgemäßen Belichtungssystems
darstellt, auch in diesem Fall verwendet werden. Folglich wird das
von den äußersten
Polen hindurchgelassene Licht ebenso von der Pupille des Projektionssystems 11 abgetrennt,
so dass das Muster schließlich
mit verbessertem Kontrast auf die Scheibe übertragen wird.
-
- 1
- Fotolithografiegerät
- 11
- optisches
Projektionssystem
- 111
- Eintrittspupille
- 12
- Interferenzmuster
- 13
- Licht
-
-
- 131
- erster
gebeugter Lichtstrahl
- 132
- zweiter
gebeugter Lichtstrahl
- 133
- linear
polarisiertes Licht
- 14
- Polarisationsrichtung
- 141
- erste
Polarisationsrichtung
- 142
- zweite
Polarisationsrichtung
- 20
- Belichtungssystem
- 21
- Belichtungsquelle
- 22
- Kondensorlinse
- 23
- Polarisationseinrichtung
- 231
- Polarisator
- 232
- Prismensystem
- 233a,
b
- Rotator
- 24
- On-Axis-Strahl
- 25
- Off-Axis-Strahl
- 3
- Aperturelement
- 30a,
b, c, d
- Pole
- 311a
- Polarisationsrichtung
- 311b,
c, d
- Polarisationsrichtung
- 31a,
b, c, d
- Pole
- 301a,
b, c, d
- Polarisationsrichtung
- 32
- Mittelpunkt
- 33
- äußere Kante
- 34
- erster
undurchlässiger
Bereich
- 35
- zweiter
undurchlässiger
Bereich
- 36
- strahlungsdurchlässiger Bereich
- 37
- durchlässiger Bereich
- 38
- undurchlässiger Bereich
- 4
- Retikel
- 41
- Muster
- 42
- Rand
des Musters
- 43
- +1-te
Beugungsordnung, vertikal
- 44
- -1-te
Beugungsordnung, vertikal
- 45
- ±1-te Beugungsordnung,
punktförmig
- 5
- Halbleiterscheibe
- 51
- Halbleiterträger
- 6
- Belichtungsverteilung