DE102007033632A1

DE102007033632A1 - Systeme und Verfahren zum Messen von Leistung in Lithographiesystemen

Info

Publication number: DE102007033632A1
Application number: DE102007033632A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Schwarzl; Stefan Austin Wurm
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2008-03-20
Also published as: CN101114128A; US20080073572A1

Abstract

Systeme und Verfahren zum Messen von Leistung in Lithographiesystemen werden offenbart. Eine bevorzugte Ausführungsform weist ein messtechnisches Verfahren auf, das das Bereitstellen eines Lithographiesystems und Messen einer Leistungsmenge des Lithographiesystems unter Einsatz des Compton-Effekts aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Lithographiesysteme, die verwendet werden, um Halbleitervorrichtungen herzustellen, und insbesondere das Messen von Leistung in Lithographiesystemen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Allgemein werden Halbleitervorrichtungen in einer Vielzahl elektronischer Anwendungen, wie zum Beispiel Computern, Zellulartelefonen, Rechenvorrichtungen und vielen anderen Anwendungen verwendet. Heim-, Industrie- und Kraftfahrzeugvorrichtungen, die in der Vergangenheit nur mechanische Bauteile enthielten, haben nun zum Beispiel elektronische Teile, die Halbleitervorrichtungen erfordern.
Halbleitervorrichtungen werden hergestellt, indem viele unterschiedliche Typen von Materialschichten über ein Halbleiterwerkstück, einen Wafer oder ein Substrat gelagert werden, und indem die verschiedenen Werkstoffschichten unter Einsatz von Lithographie gemustert werden. Die Materialschichten weisen typischerweise Dünnfilme aus leitenden, halbleitenden und isolierenden Materialien auf, die gemustert und geätzt werden, um integrierte Schaltungen (ICs) zu bilden. Es kann mehrere Transistoren, Speichervorrichtungen, Schalter, leitende Leitungen, Dioden, Kondensatoren, logische Schaltungen und andere elektronische Bauteile geben, die zum Beispiel auf einem einzelnen Chip ausgebildet werden.
Während vieler Jahre wurden in der Halbleiterindustrie optische Lithographietechniken verwendet, wie zum Beispiel Contact Printing, Proximity Printing und Vergrößerungsdrucken verwendet, um Materialschichten integrierter Schaltungen zu mustern. Die optische Photolithographie erfolgt unter Projizieren oder Übertragen von Licht durch ein Muster, das aus optisch undurchsichtigen oder durchscheinenden Bereichen und optisch klaren oder durchsichtigen Bereichen auf einer Maske oder einem Gitter besteht. Linsenprojektionssysteme und Übertragungslithographiemasken werden zum Mustern verwendet, wobei Licht durch die Lithographiemaske hindurchgelassen wird, um auf eine lichtempfindliche Materialschicht aufzuprallen, die auf einem Halbleiterwafer oder Werkstück angeordnet ist. Nach dem Entwickeln wird die lichtempfindliche Materialschicht dann als eine Maske verwendet, um eine darunter liegende Materialschicht zu mustern.
Es besteht in der Halbleiterindustrie eine Tendenz zum Verkleinern der Größe integrierter Schaltungen, um den Forderungen nach gesteigerter Leistung und kleinerer Größe von Vorrichtungen Genüge zu tun. Für das Lithographiedrucken der Muster integrierter Schaltungen mit einer Größe von etwa 50 nm oder darunter befindet sich die Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV) in Entwicklung, die Licht im weichen Röntgenstrahlenbereich verwendet, zum Beispiel mit einer Wellenlänge von etwa 10 bis 15 nm. Bei EUV-Lithographiesystemen werden reflektierende Linsen und Masken verwendet, um eine lichtempfindliche Materialschicht zu mustern, die zum Beispiel auf einem Substrat angeordnet ist.
Aufgrund der kurzen Wellenlänge, die bei EUV-Lithographiesystemen verwendet wird, kann die EUV-Leistung nicht einfach durch Ablenken eines kleinen Bruchteils des Strahls gemessen werden, um die Belichtungsdosis zu überwachen und zu steuern, wie sie derzeit bei Lithographiewerkzeugen und -systemen gemessen wird, die sichtbares Licht im tiefen Ultraviolettbereich (DUV) verwenden, zum Beispiel mit Wellenlängen von 248 nm bis 193 nm. EUV-Lithographiesysteme verwenden typischerweise eine Wellenlänge von etwa 13,5 nm, die leicht zum Beispiel von Belichtungsdosis-Testverfahren des früheren Stands der Technik absorbiert wird.
In der Technik benötigt man daher verbesserte Verfahren und Systeme zum Messen von Leistung in EUV-Lithographiesystemen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Dieses und weitere Probleme werden im Allgemeinen gelöst oder umgangen, und im Allgemeinen werden technische Vorteile durch bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielt, die neuartige Systeme und Verfahren zum Messen von Leistung in Lithographiesystemen bereitstellt, wobei der Compton-Effekt verwendet wird, um Photonenenergie oder Elektronenenergie zu messen, um die Leistung des Lithographiesystems zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein messtechnisches Verfahren das Bereitstellen eines Lithographiesystems und das Messen einer Leistungsmenge des Lithographiesystems unter Einsatz des Compton-Effekts auf.
Oben wurden ziemlich allgemein die Merkmale und technischen Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umrissen, so dass die detaillierte Beschreibung der Erfindung, die folgt, besser verstanden wird. Zusätzliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung werden unten beschrieben, sie sind Gegenstand der Ansprüche der Erfindung. Der Fachmann versteht, dass die Konzeption und die spezifischen Ausführungsformen, die offenbart werden, leicht als Grundlage zum Ändern oder Konzipieren anderer Strukturen oder Prozesse zum Ausführen der gleichen Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Ferner versteht der Fachmann, dass solche gleichwertigen Konstruktionen den Geltungsbereich der Erfindung, wie er in den anliegenden Ansprüchen dargelegt ist, nicht überschreiten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
1 eine schematische Veranschaulichung eines Compton-Streuungsprozesses im Impulsraum gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine Grafik ist, die den Wechsel der Photonenwellenlängen nach dem Zusammenprall mit einem Elektron im Ruhezustand zeigt,
3 eine Grafik ist, die den Wechsel der Photonenwellenlänge nach dem Zusammenprall mit einem Elektron bei unterschiedlichen kinetischen Energien ist,
4 ein Wellenlängenspektrum eines EUV-Strahls zeigt, der von einer EUV-Quelle gesendet wird,
5 eine Grafik des Absolutwerts der maximalen Wellenlängenverschiebung von EUV-Photonen ist, die von Elektronen gestreut werden, als Funktion der kinetischen Energie der Elektronen,
6A ein polares Diagramm in x-y-Koordinaten für das Streuen von EUV-Photonen mit Elektronen mit 50 keV kinetischer Energie ist,
6B den Winkel δ zwischen dem x-y- und dem ξ-n-Koordinatensystem, das in 6A gezeigt ist, veranschaulicht,
7 den Winkel δ als eine Funktion der ursprünglichen kinetischen Energie des einfallenden Elektrons ist,
8 die Korrelation des Elektronenstreuwinkels θ und des Photonenstreuwinkels φ für unterschiedliche elektronische kinetische Energien zeigt,
9 ein polares Diagramm der kinetischen Energie gestreuter Elektronen in dem ξ-n-Koordinatenrahmen für Elektronen ist, die eine Ausgangsenergie von 10 eV haben,
10 normalisierte kinetische Elektronenenergie in Abhängigkeit vom Elektronenstreuwinkel θ und der ursprünglichen kinetischen Elektronenenergie veranschaulicht,
11 die normalisierte kinetische Elektronenenergie in Abhängigkeit von dem Elektronenstreuwinkel θ für unterschiedliche ursprüngliche kinetische Elektronenenergien zeigt,
12 ein EUV-Quellen-/Sammlermodul eines EUV-Lithographiesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
13 ein Blockschaltbild eines Systems und Verfahrens zum Messen von EUV-Stärke gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
14 ein Blockschaltbild eines Systems und Verfahrens zum Messen von EUV-Stärke gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
15 ein Blockschaltbild eines Systems und Verfahrens zum Messen von EUV-Stärke gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
16 eine schematische Darstellung ist, die bei der dritten in 15 gezeigten Ausführungsform umgesetzt werden kann,
17 ein Blockschaltbild eines Systems und Verfahrens zum Messen von EUV-Stärke gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und
18 ein Blockschaltbild eines Systems und Verfahrens zum Messen von EUV-Stärke gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich allgemein und falls nicht anders angegeben, auf entsprechende Teile. Die Figuren wurden gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen klar zu veranschaulichen und sind nicht unbedingt maßstabgerecht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Herstellen und der Gebrauch der derzeit bevorzugten Ausführungsformen werden unten ausführlich besprochen. Es ist jedoch klar, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellen, die in einer großen Vielfalt spezifischer Kontexte umgesetzt werden können. Die besprochenen spezifischen Ausführungsformen sind allein für spezifische Arten der Herstellung und des Gebrauchs der Erfindung veranschaulichend und schränken den Geltungsbereich der Erfindung nicht ein.
Der Bedarf an EUV-Leistungsmessungstechniken wird zuerst beschrieben, gefolgt von einer Beschreibung einiger Konzepte, die bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, einer Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und einiger ihrer Vorteile.
Bei einem EUV-Lithographiesystem müssen Variationen in der EUV-Leistung an mehreren unterschiedlichen kritischen Stellen entlang des optischen Strahlpfads gemessen werden. Die relativen Messungen müssen dann kombiniert werden, um eine EUV-Leistungsstabilitätsmessung zu bestimmen. Zusätzlich zum Überwachen der Stabilität der EUV-Leistungsniveaus an verschiedenen Stellen in einem EUV-Belichtungssystem, ist es auch wichtig, Quellen von EUV-Leistungsschwankungen richtig zu identifizieren, wie zum Beispiel Fluktuationen in der erzeugten Leistung pro Impuls, Variation von EUV-Leistung aufgrund von Übertragungsverlusten durch das System in der Quelle, dem Illuminator, auf Maskenniveau, an einzelnen Projektionsoptiken oder auf Waferniveau.
Eine der kritischen Stellen, an welchen die EUV-Leistung überwacht werden muss, befindet sich an dem, was in der Technik als Zwischenfokus (IF) bezeichnet wird, der als der saubere EUV-Photonpunkt an der Ausgangsöffnung des Quellen-/Sammlermoduls definiert ist. Die Spezifikation des sauberen Photons bei IF bedeutet, dass zum Beispiel nur EUV-Photonen mit einer gegebenen Wellenlängenvariation um eine zentrale Wellenlänge (typischerweise 1,75 bis 2 % Bandbreitenspezifikation um eine Wellenlänge von 13,5 nm) gegenwärtig sind.
Das Messen von EUV-Photonenleistung bei IF ist jedoch schwierig und wird derzeit nur in einem Offline-Modus erzielt, nicht während des eigentlichen produktiven Gebrauchs des Lithographiesystems. Bei geläufigen Verfahren zum Messen der EUV-Photonenleistung bei IF werden Detektoren verwendet, die den Strahldurchgang blockieren, um EUV-Photonen zu sammeln. Derartige Detektoren können für eine Messung an Ort und Stelle zum Messen von EUV-Leistung und EUV-Leistungsfluktuationen während des tatsächlichen Gebrauchs des Lithographiesystems zur Waferbelichtung nicht verwendet werden.
Zusätzlich enthalten EUV-Lithographiesysteme Vorrichtungen zum Ablenken von EUV-Licht in Detektoren, die Spiegel oder Gitter verwenden, die für Verschmutzung anfällig sind; derartige Vorrichtungen müssen daher häufig neu kalibriert werden.
In der Technik sind Verfahren zum Überwachen von EUV-Leistung erforderlich, die den produktiven Gebrauch eines EUV-Lithographiesystems nicht stören und die insbesondere die Abbildungsqualität oder den Waferdurchsatz nicht beeinträchtigen, zum Beispiel durch Verringern der Menge an EUV-Licht, das auf Waferniveau ankommt. Verfahren zum Messen der EUV-Leistung an Ort und Stelle, die umgesetzt werden können, wenn ein EUV-Lithographiesystem in Gebrauch ist, um Halbleiterwafer herzustellen oder zu verarbeiten, werden in der Technik benötigt.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich für das Messen von Leistung in EUV-Lithographiesystemen. Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch beispielsweise an das Messen von Leistung in anderen Lithographieanwendungen und bei anderen Lithographiesystemen angewandt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen das Messen und Überwachen von EUV-Leistung während des produktiven Gebrauchs eines EUV-Lithographiesystems ohne Auswirkung auf die Leistung des lithografischen Werkzeugs unter Einsatz des Compton-Effekts. Ein Elektronenstrahl wird verwendet, um den EUV-Strahl an dem IF oder an anderen Stellen in dem optischen Pfad des EUV-Lithographiesystems zu schneiden, und die Anzahl von EUV-Photonen, die aus dem EUV-Strahl heraus in einen bestimmten Winkelbereich gestreut werden, oder die Anzahl von Elektronen, die aus dem Elektronenstrahl in einem bestimmten Winkelbereich gestreut werden, wird gemessen. Durch Auswählen bestimmter Winkelbereiche der gestreuten Photonen oder Elektronen und bestimmter Energien der einfallenden Elektronen, kann die Leistung der EUV-Stärkenmessung optimiert werden (zum Beispiel in Bezug auf das Rauschverhältnis). Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen den Gebrauch des Compton-Effekts zum Messen von Stärken von Kurzwellenlicht, um die Belichtungsdosis von Lithographiewerkzeugen zu steuern.
Der Compton-Effekt, auch Compton-Streuung genannt, beschreibt den Streuungsprozess eines Elektrons mit einem Photon. Der Compton-Effekt beschränkt auf das Streuen von Photonen durch Elektronen im Ruhezustand wird von Semat, H., et al., in „Introduction to Atomic and Nuclear Physics," Fünfte Ausgabe, 1972, Seiten 142-153, Holt, Rinehart and Winston, Inc., New York, NY, beschrieben, das hierin durch Bezugnahme eingegliedert wird.
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Compton-Streuungsprozesses im Impulsraum unter Betrachtung von Elektronen mit einem willkürlichen Impuls γmv. Der Compton-Streuungsprozess in dem Impulsraum wird gezeigt, wobei das kartesische x-y-Koordinatensystem den „Laborrahmen" oder Koordinaten, die für Testzwecke verwendet werden, definiert. Ein Photon, dargestellt durch den Vektor 102, tritt in den Impulsraum entlang der negativen x-Achse mit einer Energie hv und einem Impuls hν/c ein, wobei h die Plancksche Konstante, c die Lichtgeschwindigkeit und ν die Frequenz des Photons 102 ist. Ein Elektron, dargestellt durch den Vektor 104, tritt in den Impulsraum entlang der negativen y-Achse mit einer Energie mc²(γ-1) und einem Impuls γmv ein, wobei m die Masse der Elektrons 104, v die Geschwindigkeit des Elektrons 104 und γ = (1-v²/c²)^1/2 ist. Nach dem Zusammenprall des Photons 102 und des Elektrons 104 am Ursprung sowohl des x-y-Koordinatensystems als auch am Ursprung des ξ-n-Koordinatensystems, wird das Photon gestreut, wie in 106 gezeigt, und das Elektron wird gestreut, wie in 108 gezeigt.
Das Addieren der zwei Impulsvektoren 102 und 104 definiert den Gesamtimpuls 110, der gleich ((hν/c)² + (γmv)²)^1/2 ist. Der Gesamtimpuls 110 wird im Streuungsprozess beibehalten, der Gesamtimpulsvektor 110 hat zum Beispiel vor und nach dem Streuungsprozess die gleiche Länge und Richtung. Der Gesamtimpulsvektor 110 definiert wie gezeigt auch die ξ-Achse des ξ-n-Koordinatensystems. Die kartesischen x-y-Koordinaten beziehen sich auf den Laborrahmen und die n-ξ-Koordinaten beziehen sich auf den gedrehten Rahmen, in dem die ξ-Achse mit dem Gesamtimpulsvektor 110 ausgerichtet ist.
Unter Einsatz der Energie- und Impulskonservierung in dem ξ-n-Koordinatensystem erzielt man die Gleichungen 1, 2 und 3:
wobei
ist, und P der Gesamtimpulsvektor 110 ist, und
In 1 beziehen sich die Winkel φ und θ auf den Streuungswinkel jeweils des gestreuten Photons 106 bzw. des gestreuten Elektrons 108 in Bezug auf den Gesamtimpulsvektor 110. Die Variablen mit Strichindex in den Gleichungen beziehen sich auf ihre Werte nach dem Streuungsprozess. Die Winkel Θ und Φ definieren das gestreute Elektron 108 und das gestreute Photon 106 in Bezug auf die x-Achse. Der Winkel δ ist der Winkel zwischen dem Impulsvektor 110 und der x-Achse, und der Winkel δ ist auch der Winkel zwischen dem x-y-Koordinatensystem und dem ξ-n-Koordinatensystem.
Aus den Gleichungen 1 bis 3 können der Wellenlängenwechsel des Photons λ'-λ und der Photonimpuls nach dem Zusammenprall P_ph' wie in den Gleichungen 4 und 5 gezeigt berechnet werden.
wobei λ_c = h/mc die Compton-Wellenlänge des Elektrons ist.
Die kinetische Energie des gestreuten Elektrons 108 ist in Gleichung 6 gezeigt:
Der Streuungswinkel φ des Photons 106 und der Streuungswinkel θ des Elektrons 108 in Bezug auf das ξ-n-Koordinatensystem sind miteinander gemäß der Gleichung 7 korreliert:
Die Gleichungen 4 bis 7 sind mathematische Lösungen des Erhaltens der Gleichungen 1 bis 3 sowohl für positive Winkel φ(0° ≤ φ ≤ 180°) als auch für negative Winkel φ(–180° ≤ φ ≤ 0°). Die Streuungsquerschnitte in Abhängigkeit von den Streuungswinkeln φ und θ bleiben jedoch unbekannt. Basierend auf physikalischer Erfahrung kann davon ausgegangen werden, dass das Streuen in negative Winkelbereiche von φ und θ im Vergleich zu den für positive unwahrscheinlich sein sollte. Die optimalen Winkel und Winkelbereiche der spezifischen Messeinrichtung können zum Beispiel experimental bestimmt werden.
2 ist eine Grafik 112, die den Wechsel der Photonenwellenlänge nach dem Zusammenprall mit einem Elektron im Ruhezustand gemäß Gleichung 4 zeigt. Der Wechsel der Photonenwellenlänge (λ'-λ) in Angstrom Å gegenüber dem Streuungswinkel φ in Grad ist nach dem Zusammenprall mit einem Elektron im Ruhezustand gezeigt, wobei vor dem Zusammenprall das Elektron eine kinetische Energie von 0 eV hat. In 2 beträgt die Photonenwellenlänge λ vor dem Streuen 13,5 nm. In 2 sieht man auch, dass ein Photon, das von einem Elektron im Ruhezustand gestreut wird, Energie verliert, und die Wellenlänge des gestreuten Photons wird um eine kleine Menge erhöht, zum Beispiel weniger oder gleich etwa 0,005 nm.
3 zeigt den Wechsel der Photonenwellenlänge gemäß Gleichung 4 für das Streuen eines Photons zu 13,5 nm Wellenlänge mit Elektronen, die kinetische Energiewerte jeweils im Bereich von 100 eV bis 50 keV haben. Der Wechsel der Photonenwellenlänge (λ' – λ) nach dem Zusammenprall mit Elektronen mit verschiedenen kinetischen Energien vor dem Zusammenprall wird gezeigt. Die Photonenwellenlänge λ vor dem Streuen beträgt 13,5 nm. Die Ergebnisse für ein Elektron mit einer kinetischen Energie von 100 eV sind in 114 gezeigt, wobei ein Elektron mit einer kinetischen Energie von 1 keV in 116 gezeigt ist, ein Elektron mit einer kinetischen Energie von 10 keV in 118 gezeigt ist, und ein Elektron mit einer kinetischen Energie von 50 keV in 120 gezeigt ist.
In 3 zeigt ein Photon, das von einem Elektron mit 100 eV kinetischer Energie gestreut wird, eine signifikant größere Verschiebung in der Wellenlänge, mit dem maximalen Wechsel um 0,27 nm für Rückstreuung (zum Beispiel verliert das Photon für -180° ≤ φ ≤ –90° und 90° ≤ φ ≤ 180° an Energie) sowie für Vorwärtsstreuen (zum Beispiel gewinnt das Photon für –90° ≤ φ ≤ 90° an Energie). Anders als das Photonenstreuen bei Elektronen im Ruhezustand ergeben sich sowohl positive als auch negative Wellenlängenverschiebungen, die mit dem Zunehmen der Energie der einfallenden Elektronen steigen.
Für EUV-Lithographiewerkzeuge und -systeme betragen die Anforderungen für EUV-Licht typischerweise zum Beispiel eine Bandbreite von 1,75 bis 2,00 % um die zentrale Wellenlänge von 13,5 nm. Ein typisches EUV-Lichtspektrum 122 einer Lithographiequelle ist in 4 gezeigt. Wie aus dem schmalen EUV-Photonenwellenlängenspektrum in 4 ersichtlich (zum Beispiel bei „Full Width Half Maximum" (FWHM) 124 von etwa 0,7 nm), unterscheidet man klar eine Verschiebung in der Größenordnung von einem Nanometer in der Wellenlänge für vorwärts- oder rückgestreute Photonen von Photonen, die nicht gestreut werden, indem man geeignete Vorrichtungen zum Unterscheiden der Wellenlänge verwendet. Das Reflexionsvermögen an der Schwerpunktwellenlänge λ_centroid = (λ₁+λ₂)/2 ist auf die Spektrumasymmetrie unter dem maximalen Reflexionsvermögen bei λ_peak, wie in 4 gezeigt, zurückzuführen.
5 ist eine Grafik 126 des Absolutwerts der maximalen Wellenlängenverschiebung |λ'-λ|_max in Å von EUV-Photonen, die von Elektronen gestreut werden, in Abhängigkeit von der kinetischen Elektronenenergie. Die absolute maximale Wellenlängenverschiebung gestreuter EUV-Photonen steigt mit der kinetischen Energie der Elektronen. Für Elektronen mit einer kinetischen Energie von 100 eV beträgt die maximale Wellenlängenverschiebung etwa 0,27 nm, was das Maximum der spektralen Verteilungen gestreuter Photonen von der Schwerpunktwellenlänge λ_centroid um etwa 13,4 nm, gezeigt in 4, zu etwa 13,1 nm (Vorwärtsstreuen) oder etwa 13,6 nm (Rückstreuen) verschiebt. Wenn noch höhere Werte für die kinetische Elektronenenergie verwendet werden, zum Beispiel größer oder gleich 1 keV, verschiebt sich die Wellenlänge der gestreuten Photonen mit maximalem Wellenlängenwechsel komplett aus dem in 4 gezeigten Wellenlängenband heraus. Derartige größere Wellenlängenverschiebungen machen es leichter, die gestreuten Photonen spektral von Photonen, die an dem IF ankommen, zu unterscheiden, und das Rauschverhältnis nimmt zum Beispiel entsprechend zu.
In dem Fall eines ausreichenden Rauschverhältnisses können die gestreuten Photonen in dem gesamten Winkelbereich von φ = 0° bis φ = 180° gemessen werden. 6A ist ein polares Diagramm in x-y-Koordinaten (den Laborkoordinaten) für das Streuen von EUV-Photonen mit einem Elektron mit etwa 50 keV kinetischer Energie. 6A zeigt die Winkelverteilung des Wellenlängenwechsels (λ'-λ) für EUV-Photonen (λ = 13,5 nm) in der Streuebene in einem polaren Diagramm für einfallende Elektronen mit 50 keV. Der Fall, in dem λ' kleiner ist als λ, ist in 128 gezeigt, und der Fall, in dem λ' größer ist als λ, ist in 130 gezeigt. Die Längen der Pfeile stellen die Größen der Wellenlängenwechsel dar. Für diese besonderen Parameter beträgt der Winkel zwischen der x-Achse und dem Gesamtimpulsvektor des Photons und Elektrons δ = 89,98°, wie in 6B in 110 gezeigt. Das x-y-System und das ξ-n-Koordinatensystem fallen daher mit der Zeichnungsgenauigkeit zusammen. In diesem Fall, der in 6A gezeigt ist, betragen die maximalen Wellenlängenwechsel zum Beispiel etwa 5,6 nm für Streuwinkel φ nahe an 0° oder 180°.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Detektoren verwendet werden, um gestreute Photonen oder Elektronen zu messen, indem der Compton-Effekt verwendet wird, um die EUV-Leistung eines EUV-Lithographiesystems zu quantifizieren. Es kann zum Beispiel ein Detektor installiert werden, um gestreute Photonen 106 in einen Raumwinkel von zum Beispiel nahe null bis etwa 2π zu erfassen. Die Gesamtanzahl der erfassten Photonen 106 ist proportional zu der Gesamtanzahl der EUV-Photonen 102, die zum Beispiel an dem IF oder einem anderen Punkt entlang des optischen Pfads ankommen. Hochempfindliche Detektoren für große Bereiche können verwendet werden, um zum Beispiel möglichst viele gestreute EUV-Photonen 106 zu sammeln. Um EUV-Photonen 102 zu messen, kann ein Elektronenstrahl 104 verwendet werden, um zum Beispiel einen kleinen Bruchteil von Photonen 106 aus dem eintreffenden Photonenstrahl 102 abzutrennen. Der Bruchteil an gestreuten Photonen 106 ist vorzugsweise klein, zum Beispiel vorzugsweise kleiner als etwa 1 % der eintreffenden Photonen 102 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, so dass ein Lithographiesystem zum Belichten von Halbleiterwafern während der messtechnischen Tests zum Messen der EUV-Photonen 102, das hier beschrieben wird, verwendet werden kann. Die Anzahl an gestreuten Photonen 106, die pro Zeiteinheit erfasst wird, ist zu der Anzahl einfallender EUV-Photonen proportional, vorausgesetzt, dass die Merkmale des Elektronenstrahls 104 (wie zum Beispiel Energie, Strom und Querschnitt) konstant gehalten werden.
Insgesamt ist der Gebrauch von Elektronenquellen mit hohem Strom und hoher Energie daher vorzuziehen, wenn gestreute Photonen 106 verwendet werden, um die einfallende EUV-Strahlungsstärke gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu messen, zum Beispiel solche, die mit etwa 1 bis 100 Mikroampere und mindestens etwa 1 Kilovolt funktionieren, weil sie nicht nur hohe Photonenstreuungsstärken schaffen, sondern auch maximale Wellenlängenverschiebungen, die mit der Elektronenenergie zunehmen und es daher erlauben, Unterscheidungstechniken zu verwenden, die auf Wellenlängen reagieren. Der optimale Elektronenstrahlstrom hängt von dem Querschnitt des Elektronenstrahls ab, der von nm- bis mm-Maßen zum Messen von EUV-Stärken entweder sehr lokal oder eines Durchschnitts über ein größeres Volumen reichen kann.
Wenn die gestreuten Elektronen 108 jedoch für das Messen der EUV-Strahlungsstärke gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist der Einsatz von Elektronenquellen mit niedriger Energie vorzuziehen, zum Beispiel solcher, die bei etwa 1 bis 100 Mikroampere aber mit niedrigeren Spannungen von etwa 50 bis 300 Volt funktionieren.
7 zeigt den Winkel δ als eine Funktion der anfänglichen kinetischen Energie des einfallenden Elektrons in 132, und 8 zeigt den Elektronenstreuungswinkel θ und den Photonenstreuungswinkel φ, die durch Gleichung 7 korreliert sind. In 8 ist die Beziehung zwischen dem Elektronenstreuungswinkel θ und dem Photonenstreuungswinkel φ für drei kinetische Elektronenenergiewerte gezeigt, nämlich 10 eV in 134, 100 eV in 136 und 1000 eV in 138. 8 veranschaulicht, dass der Elektronenstreuungswinkel θ als eine Funktion des Photonenstreuungswinkels φ beispielhaft etwa |0| ≤ 1,65° für 10 eV, |0| < 0,52° für 100 eV und |θ| < 0,17° für 1000 eV ist.
Mit zunehmender Elektronenenergie nähert sich der Winkel δ 90°, wie in 7 gezeigt, und der Streuungswinkel θ für Elektronen sinkt oder wird schmaler, wie in 8 gezeigt. Die räumliche Trennung der gestreuten Elektronen 108 von den einfallenden Elektronen 104 wird zum Beispiel zunehmend schwieriger zu erfassen, während die kinetische Energie steigt.
Bei höheren kinetischen Elektronenenergiewerten sinkt der Elektronenstreuungswinkel θ schnell. Für niedrigere kinetische Elektronenenergiewerte ist der Elektronenstreuungswinkel θ jedoch groß genug, und der Winkel δ ist ausreichend weit von 90° getrennt, so dass das Signal der gestreuten Elektronen von dem Signal der ungestreuten Elektronen oder Elektronenstrahl getrennt werden kann.
9 zeigt ein polares Diagramm der kinetischen Energiebestandteile gestreuter Elektronen in dem ξ-n-Koordinatenrahmen in 140 für eine anfängliche Elektronenenergie vor dem Streuen von 10 eV. Wie man sieht, kann für die anfänglichen Elektronen der Wechsel in der kinetischen Energie in die ξ-Richtung bis zu etwa +0,59 eV für Photonen +/– 180° rückgestreut oder bis etwa –0,56 eV für Photonen vorwärtsgestreut bei 0° sein.
10 veranschaulicht die normalisierte kinetische Elektronenenergie in Abhängigkeit von dem Elektronenstreuungswinkel θ in Grad und die anfängliche kinetische Elektronenenergie E₀ in eV in 142. 11 veranschaulicht die normalisierte kinetische Elektronenenergie in Abhängigkeit von dem Elektronenstreuungswinkel θ in Grad für unterschiedliche anfängliche kinetische Elektronenenergien in eV in 144. 11 zeigt, dass das Trennen der gestreuten und der einfallenden Elektronen bei niedrigen Elektronenenergiewerten am leichtesten ist, weil erstens die Streuungswinkel θ für niedrige Elektronenenergien größer sind und zweitens die Richtung der gestreuten Elektronen θ bei hohen Elektronenenergien sich der der ungestreuten Elektronen nähert (zum Beispiel wenn Θ = 90°).
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden das Compton-Streuen zum Ableiten eines messbaren Signals, so dass die EUV-Strahlungsstärke bei EUV-Lithographie mit einer Wellenlänge von 13,5 nm in IF oder an anderen Stellen auf dem Pfad der Beleuchtungsenergie (zum Beispiel auf dem optischen Pfad) eines EUV-Lithographiesystems während des produktiven Gebrauchs des Lithographiewerkzeugs oder -systems gemessen werden kann. Bei bestimmten Ausführungsformen wird die Anzahl der gestreuten Photonen 106 (siehe 1) pro Zeiteinheit über einen bestimmten Raumwinkel als eine Anzeige der EUV-Leistung in IF gesammelt. Diese Anzahl gestreuter Photonen 106 pro Zeiteinheit in einen bestimmten Winkelbereich ist zu der Anzahl EUV-Photonen mit stationärer Energie (13,5 nm), die pro Zeiteinheit einfallen, und daher zur EUV-Strahlungsleistung anteilmäßig. Die Wellenlängenverschiebung gestreuter Photonen 106 wird verwendet, um das Erfassen gestreuter Photonen 106 zu optimieren, Stärkenmessungen des Rauschverhältnisses der gestreuten Photonen 106 zu verbessern.
Bei anderen Ausführungsformen werden Elektronen 108, die aus dem eintreffenden Elektronenstrahl heraus gestreut werden, zum Beispiel der Strahl 104 in 1, als ein Signal verwendet, um die EUV-Leistung in IF zu überwachen. Der gemessene Wechsel der kinetischen Elektronenenergie der gestreuten Elektronen 108 wird verwendet, um das Erfassen der gestreuten Elektronen 108 zu verbessern und die Messung des Rauschverhältnisses des gestreuten Elektronenstroms zu verbessern.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Verfahren zum Messen von EUV-Leistung in einem in Betrieb befindlichen Lithographiewerkzeug bereit, ohne dass platzaufwendige Instrumente und Spiegel in den Strahlpfad eingeführt werden, was den produktiven Gebrauch des Werkzeugs verhindern würde. Die Messmittel weisen einen Elektronenstrahl mit einem Durchmesser von zwischen einigen Nanometern und einigen Millimetern auf und können daher zum Messen von EUV-Stärken gemittelt über diese Maße angewandt werden. Der Durchmesser des Elektronenstrahls 104 kann beispielhaft 1 nm bis etwa 5 nm betragen, obwohl andere Durchmesser verwendet werden können. Die Elektronenstrahlen sind für EUV-Licht hoch durchsichtig und stören den optischen Pfad nicht merklich. Die hier beschriebenen Messverfahren können auch bei anderen Wellenlängen als den in der EUV-Lithographie verwendeten verwendet werden, zum Beispiel bei anderen Typen von Lithographiesystemen.
Fünf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben. In den hier beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhafte Verfahren und Systeme zum Messen der Stärke oder Leistung der einfallenden EUV-Strahlung gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 12 ist ein EUV-Quellen-/Sammlermodul 146 eines EUV-Lithographiesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Diagramm veranschaulicht die verschiedenen erforderlichen Elemente eines Quellen-/Sammlermoduls 146, das zum Erzeugen „sauberer Photonen" 102 an dem Zwischenfokus IF verwendet wird, zum Beispiel an einer Öffnung 164. Die Wellenlänge eines EUV-Lithographiesystems beträgt typischerweise 13,5 nm, und die Größe der IF-Öffnung 164 liegt in der Größenordnung von etwa 1 bis 10 mm, je nach der maximalen Quellengröße, die der Illuminator einstellen kann, zum Beispiel die Bandbreite des Systems.
Das Quellen-/Sammlermodul 146 weist eine Quelle 154 auf, die ein Plasma 156 erzeugen kann, in der Nähe einer Trümmereingrenzungsvorrichtung 158, die sich in der Nähe eines Sammlers 160 befindet. Der Sammler 160 gibt ein Feld von Photonen aus, das durch ein spektrales Reinheitsfilter 162 durchgeht. Die Photonen 102 gehen durch die IF-Öffnung 164 durch, die die Quellenseite 150 von der Illuminatorseite 152 des Quellen-/Sammlermoduls 146 trennt. Die Photonen 102 treten aus der Öffnung 164 auf der Illuminatorseite 152 wie gezeigt aus. Das gesamte Quellen-/Sammlermodul 146 befindet sich typisch wie gezeigt in einem Vakuum 148.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise in der Quellenseite 150 eines Quellen-/Sammlermoduls 146 umgesetzt, obwohl die neuartigen Verfahren des Messens der Energiestärke, die bei Lithographiesystemen verwendet werden, an einer beliebigen Stelle in dem optischen Pfad eines Lithographiesystems ausgeführt werden können, zum Beispiel auf der Illuminatorseite 152 oder anderswo auf dem optischen Pfad (nicht gezeigt).
13 ist ein Blockschaltbild eines Systems 270 und eines Verfahrens zum Messen von EUV-Stärke gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Quellenseite 250 des Quellen-/Sammlermoduls ist in 13 gezeigt. Der einfallende Photonenstrahl 202a ist auf der linken Seite der IF-Öffnung 264 gezeigt. Die IF-Öffnung 264 weist zum Beispiel eine Ausgangsöffnung des Quellen-/Sammlermoduls auf.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Elektronenquelle 271 bereitgestellt, die einen einfallenden Elektronenstrahl 204 erzeugt. Die Elektronenquelle 271 kann eine Kathode 272 aufweisen, die ein Alkalioxid mit einem Nullpotenzial aufweist, das in einem Wehnelt-Zylinder 273 mit einem negativen Potenzial enthalten ist (zum Beispiel etwa –1 keV), eine Anode 274 mit positivem Potenzial (zum Beispiel mit etwa +1 keV), und eine Stromquelle 275 gekoppelt mit der Kathode 272. Die Elektronenquelle 271 kann die kinetische Energie der Primärelektronen definieren, die zum Beispiel von der Elektronenquelle 271 gesendet werden. Die Elektronenquelle 271 weist eine elektrostatische Linse 276 auf, die mindestens eine Elektrode 277 aufweist, zum Beispiel etwa drei Elektroden, mit einer äußeren Elektrode mit positivem Potenzial (zum Beispiel etwa +1 keV) und einer inneren Elektrode mit negativem Potenzial (zum Beispiel etwa –1 keV). Die Elektronenquelle 271 kann andere Vorrichtungen aufweisen, die zum Beispiel einen Elektronenstrahl 204 erzeugen können. Es kann bei dieser Ausführungsform vorteilhaft sein (und auch bei den darauf folgenden Ausführungsformen), dass die Elektronenquelle 271 räumlich von der Quellenseite des Quellen-/Sammlermoduls getrennt ist, und dass nur eine kleine Öffnung in der Trennwand verwendet wird, um es dem Elektronenstrahl 204 zum Beispiel zu erlauben, in das Quellen-/Sammlermodul einzutreten. Unter diesen Umständen ist es leichter, zum Beispiel die verschiedenen Vakuumbedingungen (zum Beispiel Drücke) des Quellen-/Sammlermoduls und der Elektronenquelle zu erfüllen.
Auf einer entgegengesetzten Seite des einfallenden Elektronenstrahls 202a von der Elektronenquelle 271 ist ein Detektor 278 vorhanden, der vorzugsweise bei dieser Ausführungsform einen Photonendetektor aufweist. Ein Verstärker 279 kann mit dem Detektor 278 gekoppelt werden, um das erfasste Signal zu verstärken, zum Beispiel die abgelenkten Photonen 206. Zusätzliche Elektronik zum Speichern und Verarbeiten der gesammelten Informationen kann in dem Testsystem 270 enthalten oder zum Beispiel extern an das Testsystem 270 (nicht gezeigt) gekoppelt sein.
Vorteilhaft verlässt der Großteil der Photonen 202b die IF-Öffnung 264 nach dem Messen ungestört. Das Testsystem 270 kann daher während des produktiven Gebrauchs eines Lithographiesystems oder -werkzeugs verwendet werden. Der oben beschriebene Streuungswinkel φ zwischen den gestreuten Photonen 206 und der ξ-Achse (zum Beispiel die Richtung des Gesamtimpulsvektors 110 in 1 oder P in Gleichung 2) ist zum Beispiel in 13 gezeigt. Für realistische Elektronenenergien (zum Beispiel etwa ≥ 1 keV) unterscheidet sich die Richtung auf der ξ-Achse nur um einen kleinen Winkel (≤ etwa 0,05°) von dem der gestreuten Elektronen). Vorteilhaft kann der gesamte Winkelbereich der gestreuten Photonen 206 von φ = 0 bis φ = 180° verwendet werden, um die Stärke des einfallenden Photonenstrahls 202a zu messen. Der Winkel φ kann einen Bereich von Winkeln aufweisen, die zum Beispiel zum Messen der gestreuten Photonen 206 optimiert sind.
Die Erfassung von Photonen 206 kann weitgehend angepasst werden, indem die Position des Detektors 278 und die Größe des Fensters des Detektors 278 ausgewählt werden. Das verstärkte Signal des Detektors 278 kann als Messung für die Leistung verwendet werden, zum Beispiel zum Messen der Dosis des Lithographiesystems, zum Beispiel der EUV-Leistung eines EUV-Lithographiesystems.
14 ist ein Blockschaltbild eines Systems 370 und eines Verfahrens für das Messen von EUV-Stärke gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen werden für die verschiedenen Elemente verwendet, die zum Beschreiben der vorhergehenden Figuren verwendet wurden. Um eine Wiederholung zu vermeiden, wird jedes Bezugszeichen, das in 14 gezeigt ist, hier nicht wieder ausführlich beschrieben. Ähnliche Materialien x02a, x02b, x04, x06 usw. werden vorzugsweise für die verschiedenen gezeigten Elemente und Bauteile wie in den vorhergehenden Figuren verwendet, wobei x=1 in 1 bis 12, x=2 in 13 und x=3 in 14. Beispielhaft können die bevorzugten und alternativen Materialien und Maße, die für die Elektronenquelle 271 in der Beschreibung der 13 verwendet wurden, auch für die Elektronenquelle 371 der 14 verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform werden mehrere Spiegel 380 und 381 verwendet, um wie gezeigt die gestreuten Photonen 306 abzulenken und umzulenken. Die Spiegel 380 und 381 weisen vorzugsweise mehrschichtige Spiegel auf, die zum Beispiel auf die reflektierte Wellenlänge der gestreuten Photonen 306 abgestimmt sind. Die mehreren Spiegel 380 und 381 können angepasst werden, um zum Beispiel den Winkel φ des Erfassens der abgelenkten Photonen 306 anzupassen. Wie bei der ersten Ausführungsform beinhalten die Photonen 306 wieder ein Signal, das erfasst und verwendet wird, um die Leistungsmenge des Lithographiesystems zu quantifizieren.
Der Spiegel 381 kann ein vielschichtiger Spiegel mit mehreren abwechselnden Materialtypen sein, wie zum Beispiel Mo und Si, zum Beispiel abgestimmt auf die Wellenlänge der reflektierten Photonen 306. Der Spiegel 380 kann ein vielschichtiger Spiegel sein, der zum Beispiel auf die gleiche Wellenlänge wie der Spiegel 381 abgestimmt ist.
Bei dieser Ausführungsform kann wieder der gesamte Winkelbereich der gestreuten Photonen 306 von φ = 0 zu φ = 180° zum Messen der Stärke des einfallenden Photonenstrahls 302a verwendet werden. Für Winkel φ nahe an 0° und 180° existieren die größten Wellenlängenwechsel, zum Beispiel bis zu Δλ von etwa 5,5 nm für 50 keV Elektronenenergie (zum Beispiel siehe wieder 3). Die schmalen Bandbreiten sowohl des einfallenden EUV-Strahls 302a als auch des zweimal von den Spiegeln 380 und 381 bei dieser Ausführungsform reflektierten gestreuten EUV-Strahls 306 erlauben hoch wellenlängenselektive Messung mit hohem Rauschverhältnis durch starkes Unterdrücken des Hintergrundniveaus des anfänglichen EUV-Strahls 302a. Die Spiegel 380 und 381 können eine Wellenlänge des Erfassens des abgelenkten Signals anpassen, zum Beispiel die abgelenkten Photonen 306.
15 ist ein Blockschaltbild eines Systems und Verfahrens zum Messen von EUV-Stärke gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 16 ist eine schematische Darstellung, die bei der dritten, in 15 gezeigten Ausführungsform umgesetzt werden kann. Auch hier werden wieder gleiche Bezugszeichen für die verschiedenen Elemente verwendet, die zum Beschreiben der vorhergehenden Figuren verwendet wurden, und, um Wiederholung zu vermeiden, wird jedes in den 15 und 16 beschriebene Bezugszeichen hier nicht wieder ausführlich beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform werden abgelenkte Elektronen 408 im Winkel δ' an Stelle der abgelenkten Photonen gemessen. Eine Elektronenquelle 471 mit ähnlichen Bauteilen wie für die in den 13 und 14 beschriebenen Ausführungsformen können verwendet werden, obwohl vorzugsweise höhere Spannungen verwendet werden als bei den oben beschriebenen Ausführungsformen. Der Wehnelt-Zylinder 473 hat zum Beispiel ein negatives Potenzial von etwa –80 V, und die Anode 474 hat vorzugsweise ein positives Potenzial von etwa +200 V, das die kinetische Energie der Primärelektronen 404 definiert. Die äußere Elektrode der elektrostatischen Linse 476 hat vorzugsweise beispielhaft eine positive Spannung von etwa +200 V, und die innere Elektrode hat vorzugsweise eine negative Spannung von etwa –200 V.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Detektor verwendet, der die abgelenkten Elektronen 408 messen kann. Der Detektor kann zum Beispiel eine Elektrode 482 aufweisen, die den nicht gestreuten Elektronenstrom messen kann. Eine Öffnung 483 kann in der Elektrode 482 angeordnet werden, die zum Beispiel einen Durchmesser von 200 μm aufweist. Der Detektor kann einen Faraday-Becher 484 auf einer der Öffnung 483 in der Elektrode 482 von dem gestreuten Elektronenstrahl 408 entgegengesetzten Seite aufweisen, wobei der Detektor die Elektronen 408 messen kann, die um einen Winkel δ' abgelenkt sind. Der Detektor kann wie gezeigt einen oder mehrere Verstärker 485 und 486 aufweisen. Der Verstärker 485 kann mit der Elektrode 482 gekoppelt sein und kann zum Beispiel einen Verstärker mit langer Integrationszeit aufweisen. Der Verstärker 486 kann mit dem Faraday-Becher 484 gekoppelt sein und kann einen empfindlicheren Verstärker aufweisen. Da im Allgemeinen gepulste EUV-Quellen typisch in den Lithographiesystemen allgemein verwendet werden, können phasenempfindliche Verstärker verwendet werden: Zum Beispiel kann der Verstärker 486 einen Lock-in Verstärker aufweisen.
Eine schematische Darstellung des Testsystems 470, das in 15 gezeigt ist, ist in 16 gezeigt. Die schematische Darstellung weist zwei Optokoppler 487a und 487b auf, die jeweils mit den Verstärkern 485 und 486 gekoppelt sind. Die Optokoppler 487a und 487b werden wie gezeigt mit einem elektronischen Frequenzteiler 488 gekoppelt. Der Strom j₁, der den nicht abgelenkten Elektronen- oder Elektronenstrahlstrom aufweist, wird von der Elektrode 482 gemessen, und der Strom j₂, der den abgelenkten gepulsten Elektronenstrahlstrom aufweist, wird von dem Faraday-Becher 484 gemessen. Die Ströme j₁ und j₂ werden verglichen, um die Menge an abgelenktem Elektronenstrahl 408 zu bestimmen, so dass ein Hinweis auf die Leistung des Photonenstrahls 402a bereitgestellt wird.
Bei dieser Ausführungsform sind die Optokoppler 487a und 487b zum Beispiel zwischen der Elektrode 482 und dem Verstärker 485, und zwischen dem Faraday-Becher 484 und dem Verstärker 486 eingebaut, um die Elektrode 482 und den Faraday-Becher 484 elektrisch von dem elektronischen Frequenzteiler 488 und der anderen Elektronik 489 zu trennen. Das erlaubt es der Elektrode 482 und dem Faraday-Becher 484, auf das gleiche hohe Potenzial gesetzt zu werden wie das letzte Linsenelektrodenpotenzial (zum Beispiel auf etwa 10 keV). Die Elektronenstrahlen 404 und 408 unterliegen daher aufgrund Potenzialunterschieds von null zwischen der letzten Elektrodenlinse und der Elektrode 482 und dem Faraday-Becher 484 keiner Ablenkung. Das elektronische Teilen des gestreuten Elektronenstroms j₂ durch den ungestreuten Elektronenstrom j₁ ergibt ein Signal S = j₂/j₁, das von Quellenstromfluktuationen unabhängig ist.
17 ist ein Blockschaltbild eines Systems und Verfahrens zum Messen von EUV-Stärke gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist ähnlich wie die in 15 gezeigte Ausführungsform, mit der Ausnahme der kleinen Ströme gestreuter Elektronen 508, der Verstärker 486 der 16 wird durch einen Elektronenzähler und Zählrate-zu-Spannung-Wandler 590 ersetzt. Der Elektronenzähler/Zählrate-zu-Spannung-Wandler 590 kann zum Beispiel eine Tiefpass-Integrationsschaltung aufweisen.
Elektronenstrahlen mit niedriger Energie werden vorzugsweise für die dritte und vierte Ausführungsform, die in den 15 und 17 gezeigt sind, verwendet, und können daher leicht durch externe elektrische und Magnetfelder abgelenkt werden. Es müssen daher Maßnahmen getroffen werden, um den Elektronenstrahl von diesen Feldern abzuschirmen. Faradaysche Käfige für elektrische Felder und Abschirmungen für hohe magnetische Empfindlichkeit für Magnetfelder können daher eingebaut werden (nicht gezeigt).
18 ist ein Blockschaltbild eines Systems und Verfahrens zum Messen der EUV-Stärke gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform weist eine Röhrenelektrode 691 zum Messen des gestreuten Elektronenstroms 608 auf. Die Achse der Röhrenelektrode 691 ist vorzugsweise im Wesentlichen mit der Mittenrichtung der ungestreuten Elektronen ausgerichtet. Der Durchmesser d und die Länge 695 der Röhrenelektrode 691 werden vorzugsweise so ausgewählt, dass das Verhältnis d/Länge 695 sowohl groß genug ist, um die ungestreuten Elektronen durch die Röhre 691 durchzulassen, als auch klein genug, damit zum Beispiel die meisten gestreuten Elektronen 608 von der Wand der Röhre gefangen werden. Dieser Kompromiss hängt zum Beispiel von der Divergenz des ungestreuten Elektronenstrahls und den von der Leistung abhängigen Streuungswinkeln der Elektronen ab.
Die gestreuten Elektronen 608 werden von der Röhrenelektrode 691 gesammelt. Eine weitere Verstärkung und Umwandlung des Röhrenstroms kann ähnlich wie bei der dritten und vierten Ausführungsform, die in den 15 bzw. 17 beschrieben sind, ausgeführt werden. Ein Verstärker 694 kann wie gezeigt mit dem Signal des gesammelten gestreuten Elektronenstrahls 608 gekoppelt werden. Um Elektronen mit niedriger Energie, zum Beispiel mit einer kinetischen Energie von weniger als etwa 1 keV vor Ablenkungen zu schützen, die durch äußere Magnetfeld- und elektrische Feldfluktuationen verursacht werden, kann eine Abschirmung durch äußere Röhren mit hoher magnetischer Durchlässigkeit und aus leitendem Material vorhanden sein, wie zum Beispiel wie gezeigt eine magnetische Abschirmung 692 und eine elektrische Abschirmung 693. Die Elektronenquelle 671 kann zum Beispiel auch eine magnetische Abschirmung 692 und elektrische Abschirmung 693 aufweisen, um eine Verschlechterung der Leistung beim Betrieb mit niedrigen Spannungen, die zum Bereitstellen eines Elektronenstrahls 604 mit niedriger Energie verwendet werden, zu verhindern.
In 18 wird die Elektronenquelle 671 vorzugsweise mit relativ niedrigen Spannungen verwendet. Der Wehnelt-Zylinder 673 hat zum Beispiel ein negatives Potenzial von etwa –80 V, und die Anode 674 hat vorzugsweise ein positives Potenzial von etwa +200 V, was die kinetische Energie der Primärelektronen 604 definiert. Die äußere Elektrode der elektrostatischen Linse 676 hat beispielhaft vorzugsweise eine positive Spannung von etwa +200 V, und die innere Elektrode hat vorzugsweise ein negatives Potenzial von etwa –200 V. Alternativ können zum Beispiel andere Spannungen verwendet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen messtechnische Verfahren und Testsysteme sowie Lithographiesysteme auf, die die hier beschriebenen messtechnischen Verfahren und Systeme umsetzen und aufweisen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen auch Halbleitervorrichtungen auf, die unter Einsatz neuartiger Lithographiesysteme und Verfahren zum Testen der Leistung wie hier beschrieben sowie Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen benutzen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist zum Beispiel ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung das Bereitstellen einer Halbleitervorrichtung mit einer Schicht aus darauf aufgebrachtem lichtempfindlichen Material auf, wobei ein Lithographiesystem bereitgestellt wird, Messen einer Leistungsmenge des Lithographiesystems durch Einsatz des Compton-Effekts und Bearbeiten der Schicht aus lichtempfindlichen Material der Halbleitervorrichtung unter Einsatz des Lithographiesystems. Das Lithographiesystem weist vorzugsweise eine Photonenquelle, eine Elektronenquelle in der Nähe der Photonenquelle und einen Detektor zum Messen eines Signals auf, das von der Elektronenquelle abgelenkt wird, wobei das Messen der Leistungsmenge des Lithographiesystems das Messen des abgelenkten Signals aufweist, um eine Leistungsmenge der Photonenquelle des Lithographiesystems zu bestimmen.
Elektronen werden von der Elektronenquelle zu Photonen gelenkt, die von der Photonenquelle gesendet werden, und das abgelenkte Signal kann gemessen werden, um die Leistungsmenge des Lithographiesystems zu bestimmen, während die Schicht aus lichtempfindlichem Material der Halbleitervorrichtung bei bestimmten Ausführungsformen mit dem Lithographiesystem gemustert wird. Bei anderen Ausführungsformen kann das abgelenkte Signal gemessen werden, um die Leistungsmenge des Lithographiesystems vor, während oder nach dem Mustern der Schicht aus lichtempfindlichem Material der Halbleitervorrichtung mit dem Lithographiesystem zu bestimmen.
Die Halbleitervorrichtung kann eine erste Halbleitervorrichtung aufweisen, und die Leistung des Lithographiesystems kann während oder nach dem Messen des abgelenkten Signals angepasst werden. Dann kann eine Schicht aus lichtempfindlichem Material einer zweiten Halbleitervorrichtung unter Einsatz des Lithographiesystems mit angepasster Leistung gemustert werden. Die Leistungsanpassungen, die hier beschrieben werden, können sofort, zum Beispiel unter Einsatz von Feedback-Schleifen durchgeführt werden.
Die Schicht aus lichtempfindlichem Material kann über eine zu musternde Materialschicht der Halbleitervorrichtung angebracht werden. Das Bearbeiten der Schicht aus lichtempfindlichem Material der Halbleitervorrichtung kann das Mustern der Schicht aus lichtempfindlichem Material aufweisen, um Abschnitte der zu musternden Materialschicht zu belichten und das Bearbeiten der Materialschicht der Halbleitervorrichtung erfolgt vorzugsweise durch die gemusterte Schicht des lichtempfindlichen Materials hindurch. Das Bearbeiten der Materialschicht kann beispielhaft das Implantieren der Materialschicht mit einer Substanz, das Ätzen der Materialschicht, das Bilden eines Materials oder der Materialschicht oder andere Herstellungsprozessschritte aufweisen.
Die Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen das Bereitstellen von Quellenmesstechnik und Dosissteuerung für Lithographiesysteme, wie zum Beispiel EUV-Lithographiesysteme. Der Compton-Effekt wird verwendet, um die Stärken von Licht mit kurzer Wellenlänge zu messen, um die Belichtungsdosis in Lithographiewerkzeugen zu messen und zu steuern. Vorteilhaft wird eine Elektronenquelle verwendet, um Elektronen auf Photonen zu richten, die von einer Lithographiequelle gesendet werden. Abgelenkte Elektronen oder Photonen werden dann gemessen, um die Leistung oder Dosis der Photonen zu bestimmen, die von der Quelle gesendet werden, wobei hier beschriebene Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Vorteilhaft wird nur eine kleine Menge der Photonen abgelenkt, so dass die Messungen ausgeführt werden können, während ein Lithographiesystem verwendet wird, zum Beispiel, um eine lichtempfindliche Materialschicht auf einer Halbleitervorrichtung zu belichten. Ein Echtzeitverfahren zum Messen und Überwachen der Leistung und Dosis der Belichtungsenergie wird dadurch erzielt.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile hier ausführlich beschrieben wurden, ist es klar, dass verschiedene Wechsel, Ersetzungen und Änderungen daran ohne Verlassen des Geltungsbereichs der Erfindung, wie er von den anliegenden Ansprüchen definiert wird, durchgeführt werden können. Es ist für den Fachmann zum Beispiel klar, dass viele der Merkmale, Funktionen, Prozesse und Materialien, die hier beschrieben werden, variiert werden können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung soll ferner nicht als auf die speziellen Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Zusammensetzung des Materials, der Mittel, Verfahren und Schritte, die in der Spezifikation beschrieben sind, eingeschränkt betrachtet werden. Wie ein Fachmann aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung erkennt, können Prozesse, Maschinen, Herstellung, Zusammensetzung von Material, Mittel, Verfahren oder Schritte, die derzeit existieren oder später entwickelt werden, die im Wesentlichen die gleiche Funktion erfüllen oder im Wesentlichen das gleiche Ergebnis erzielen wie die entsprechenden hier beschriebenen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der Geltungsbereich der anliegenden Ansprüche deckt daher solche Prozesse, Maschinen, Herstellung, Zusammensetzungen von Material, Mittel, Verfahren oder Schritte ab.

Claims

Messtechnisches Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Lithographiesystems, und Messen einer Leistungsmenge des Lithographiesystems unter Einsatz des Compton-Effekts.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lithographiesystem einen ersten Energiestrahl abgeben kann, wobei das Messen der Leistungsmenge des Lithographiesystems das Ausgeben des ersten Energiestrahls von dem Lithographiesystem, das Lenken eines zweiten Energiestrahls zu dem ersten Energiestrahl, und das Messen einer Auswirkung des Lenkens des zweiten Energiestrahls auf den ersten Energiestrahl oder den zweiten Energiestrahl aufweist.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ausgeben des ersten Energiestrahls durch das Lithographiesystem das Ausgeben eines Photonenstrahls aufweist, und wobei das Lenken des zweiten Energiestrahls das Lenken eines Elektronenstrahls aufweist.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Messen der Leistungsmenge des Lithographiesystems das Messen einer Menge von Elektronen oder einer Menge von Photonen aufweist, die nach dem Lenken des zweiten Energiestrahls zu dem ersten Energiestrahl abgelenkt werden.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen des Lithographiesystems das Bereitstellen eines EUV-Lithographiesystems mit einer Photonenquelle und einer Elektronenquelle aufweist.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der Leistungsmenge des Lithographiesystems in einem Zwischenfokus (IF) des Lithographiesystems oder an einer anderen Stelle entlang des optischen Pfads des Lithographiesystems umgesetzt wird.
Messtechnisches Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Lithographiesystems, wobei das Lithographiesystem eine Quelle aufweist, die einen Photonenstrahl senden kann, Lenken eines Elektronenstrahls zu dem Photonenstrahl, Messen eines durch Lenken des Elektronenstrahls zu dem Photonenstrahl abgelenkten Strahls, und Auswerten des abgelenkten Strahls, um eine Stärke des Photonenstrahls zu bestimmen, der von der Quelle des Lithographiesystems gesendet wird.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Lenken des Elektronenstrahls zu dem Photonenstrahl das Ablenken eines Abschnitts des Elektronenstrahls verursacht, und wobei das Messen des abgelenkten Strahls das Messen des abgelenkten Abschnitts des Elektronenstrahls aufweist.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Gebrauch eines Wechsels in der kinetischen Elektronenenergie des abgelenkten Abschnitts des Elektronenstrahls aufweist, um das Erfassen des abgelenkten Abschnitts des Elektronenstrahls zu verbessern, was ein Rauschverhältnis der Messung des abgelenkten Abschnitts des Elektronenstrahls verbessert.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Lenken des Elektronenstrahls zu dem Photonenstrahl das Ablenken eines Abschnitts des Photonenstrahls verursacht und wobei das Messen des abgelenkten Strahls das Messen des abgelenkten Abschnitts des Photonenstrahls aufweist.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 10, das ferner den Gebrauch einer Wellenlängenverschiebung des abgelenkten Abschnitts des Photonenstrahls aufweist, um das Erfassen des abgelenkten Abschnitts des Photonenstrahls zu optimieren, was ein Rauschverhältnis der Messung des abgelenkten Abschnitts des Photonenstrahls verbessert.
Messtechnisches Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Bestimmen eines optimalen Ablenkungswinkels aufweist, bei dem der abgelenkte Strahl zu messen ist, und Messen des abgelenkten Strahls an dem bestimmten optimalen Ablenkungswinkel.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bereitstellen einer Halbleitervorrichtung mit einer Schicht aus lichtempfindlichem Material, die darauf aufgebracht ist, Bereitstellen eines Lithographiesystems, Messen einer Leistungsmenge des Lithographiesystems unter Einsatz des Compton-Effekts und Bearbeiten der Schicht aus lichtempfindlichem Material der Halbleitervorrichtung unter Einsatz des Lithographiesystems.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Lithographiesystem eine Photonenquelle, eine Elektronenquelle in der Nähe der Photonenquelle und einen Detektor zum Messen eines Signals aufweist, das von der Elektronenquelle abgelenkt wird, wobei das Messen der Leistungsmenge des Lithographiesystems das Messen des abgelenkten Signals aufweist, um die Leistungsmenge der Photonenquelle des Lithographiesystems zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das abgelenkte Signal abgelenkte Photonen aufweist, und wobei die Elektronenquelle mit etwa 1 bis 100 Mikroampere und mindestens etwa 1 Kilovolt funktionieren kann, oder wobei das Signal abgelenkte Elektronen aufweist, und wobei die Elektronenquelle mit etwa 1 bis 100 Mikroampere und etwa 50 bis 300 Volt funktionieren kann.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Elektronenquelle eine Stromquelle, einen Wehnelt-Zylinder, der innerhalb einer Kathode angeordnet ist, eine Anode und eine elektrostatische Linse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Lenken der Elektronen von der Elektronenquelle zu den Photonen aufweist, die von der Photonenquelle gesendet werden, und das Messen des abgelenkten Signals, um die Leistungsmenge des Lithographiesystems zu bestimmen, und zwar entweder vor oder nach dem Mustern der Schicht aus lichtempfindlichem Material der Halbleitervorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Halbleitervorrichtung eine erste Halbleitervorrichtung aufweist, das ferner das Anpassen der Leistung des Lithographiesystems nach dem Messen des abgelenkten Signals und das Mustern einer Schicht aus lichtempfindlichem Material einer zweiten Halbleitervorrichtung unter Einsatz des Lithographiesystems nach dem Anpassen der Leistung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Schicht aus lichtempfindlichem Material über einer Materialschicht der Halbleitervorrichtung, die zu mustern ist, angeordnet ist, wobei das Bearbeiten der Schicht aus lichtempfindlichem Material der Halbleitervorrichtung das Mustern der Schicht aus lichtempfindlichem Material aufweist, um Abschnitte der Materialschicht, die zu mustern ist, zu belichten, das ferner das Bearbeiten der Materialschicht der Halbleitervorrichtung durch die gemusterte Schicht aus lichtempfindlichem Material hindurch aufweist.
Halbleitervorrichtung, die unter Einsatz des Verfahrens nach Anspruch 19 gemustert ist.
Lithographiesystem, umfassend: einen Illuminator, der eine Photonenquelle aufweist, wobei der Illuminator Photonen entlang eines optischen Pfads des Lithographiesystems lenken kann, eine Elektronenquelle in der Nähe des optischen Pfads des Litho^graphiesystems, und einen Detektor zum Messen eines abgelenkten Signals, das von Elektronen erzeugt wird, die von der Elektronenquelle zu den Photonen, die von dem Illuminator gelenkt werden, gelenkt wird.
Lithographiesystem nach Anspruch 21, wobei der Detektor einen Photonendetektor oder einen Elektronendetektor aufweist.
Lithographiesystem nach Anspruch 21, das ferner mindestens einen Verstärker aufweist, der mit einem Ausgang des Detektors gekoppelt ist.
Lithographiesystem nach Anspruch 21, wobei der Detektor mehrere Spiegel aufweist, die die Wellenlänge des Erfassens des abgelenkten Signals anpassen können.
Lithographiesystem nach Anspruch 21, wobei der Detektor eine Elektrode zum Messen eines ungestreuten Elektrodenstroms und einen Faraday-Becher aufweist, der einer Öffnung in der Elektrode von der Elektronenquelle entgegengesetzt ist, zum Messen des abgelenkten Signals, das gestreute Elektronen aufweist.
Lithographiesystem nach Anspruch 25, das ferner einen ersten Verstärker aufweist, der mit der Elektrode gekoppelt ist, und einen zweiten Verstärker, der mit dem Faraday-Becher gekoppelt ist, einen ersten Optokoppler, der mit einem Ausgang des ersten Verstärkers gekoppelt ist, einen zweiten Optokoppler, der mit einem Ausgang des zweiten Verstärkers gekoppelt ist, und einen elektronischen Frequenzteiler zum Vergleichen eines ersten Ausgangs des ersten Verstärkers mit einem zweiten Ausgang des zweiten Verstärkers.
Lithographiesystem nach Anspruch 25, das ferner einen Elektronenzähler und einen Zählrate-zu-Spannung-Wandler in der Nähe des abgelenkten Signals aufweist.
Lithographiesystem nach Anspruch 21, wobei der Detektor eine Röhrenelektrode aufweist.
Lithographiesystem nach Anspruch 28, das ferner magnetische und/oder elektrische Abschirmung aufweist, die auf der Röhrenelektrode und/oder der Elektronenquelle angeordnet ist.