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Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit mindestens einem Element zur Plasmakonditionierung.
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In modernen Projektionsbelichtungsanlagen wird zur Erzeugung feinster Strukturen auf Halbleiterwafern elektromagnetische Strahlung im extrem kurzwelligen Bereich, sogenannte EUV-Strahlung, verwendet. Typischerweise wird diese Strahlung in einer Plasmaquelle erzeugt, nachfolgend über ein Beleuchtungssystem konditioniert und zunächst zur Ausleuchtung einer Maske, eines sogenannten Retikels, verwendet, wobei die Strukturen auf dem Retikel durch eine Projektionsoptik in der Regel verkleinert auf ein Halbleitersubstrat, den sogenannten Wafer, abgebildet werden. Für die genannte, extrem kurzwellige Strahlung sind konventionelle transmissive bzw. refraktive optische Elemente wie beispielsweise Linsen intransparent, so dass in der Regel zur Konditionierung der Strahlung im Beleuchtungssystem und zur Abbildung des Retikels auf den Wafer reflektive Elemente, sogenannte Multi-Layer-Spiegel, verwendet werden. Diese Multi-Layer-Spiegel sind oftmals in einem gekapselten Teilvolumen, einem sogenannten Mini-Environment gelagert. In dem genannten Mini-Environment besteht üblicherweise ein Hochvakuum, welches bereichsweise mit Wasserstoff als Spülgas zur Kontaminationsreduzierung gespült wird. Die Einwirkung der zur Abbildung verwendeten EUV-Strahlung auf den im System vorhandenen gasförmigen Wasserstoff führt jedoch teilweise zu unerwünschten Nebeneffekten. Aufgrund ihrer hohen Energie wirkt die EUV-Strahlung auf den Wasserstoff ionisierend, so dass durch ihre Einwirkung auf das Spülgas Wasserstoffionen bzw. ein hochverdünntes Plasma entstehen. Dabei wirkt sich das Vorhandensein des Plasmas auf verschiedene Weise auf die in den Mini-Environments befindlichen optischen Elemente und insbesondere auf die Oberflächen der Multi-Layer-Spiegel aus. Einerseits zeigt das Plasma eine bestimmte, durchaus erwünschte Reinigungswirkung, so dass durch die Anwesenheit des Plasmas eine vergleichsweise hohe Reflektivität der verwendeten Spiegeloberflächen aufrecht erhalten wird. Andererseits kann jedoch beispielsweise der Effekt eintreten, dass entstehende Wasserstoffionen in die reflektiven Schichten der verwendeten Spiegel eindringen, dort zu H2 rekombinieren und aufgrund des dann erhöhten Volumenbedarfes zu Blasenbildung bzw. zu lokalen Absprengungen von Beschichtungen der Spiegel führen.
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Es ist also wünschenswert, das beim Betrieb einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage in den Mini-Environments spontan entstehende Plasma derart zu beeinflussen, dass einerseits die schädliche Wirkung des Plasmas reduziert wird und andererseits die Reinigungswirkung des Plasmas optimiert wird. In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2013 209 442 A1 sind beispielsweise Konzepte zur Ablenkung von Plasmabestandteilen von optischen oder elektronischen Komponenten einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage offenbart.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, spontan entstehendes Plasma in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie, insbesondere in EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, besser beherrschbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung und das Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie enthält mindestens ein gegenüber der Umgebung abgeschlossenes Teilvolumen bzw. Mini-Environment, welches ein Spülgas enthält, aus welchem ein Plasma erzeugt werden kann. In der Regel werden in dem genannten Teilvolumen weitere Elemente, insbesondere optische Elemente, angeordnet sein. Ferner sind Konditionierelemente zur Konditionierung des Plasmas in dem Teilvolumen vorhanden. Bei dem in dem Mini-Environment vorhandenen Gas kann es sich insbesondere um Wasserstoff handeln, welcher unter der Einwirkung der EUV-Strahlung spontan ein hochverdünntes Plasma bildet. Erfindungsgemäß sind die Konditionierelemente zu einer mindestens teilweisen Neutralisation des Plasmas geeignet.
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Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass sie lokal ein Gas zur Verminderung der Plasmakonzentration einbringen können. Um den derart behandelten Raumbereich besser eingrenzen zu können, kann innerhalb des Mini-Environments ein lokales Subvolumen geschaffen werden, in welchem das Neutralisationsgas eingebracht werden kann, so dass es bevorzugt nur in diesem Bereich auf das Plasma einwirkt.
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Beispielsweise kann durch die Eindosierung eines Gases eine lokale Druckerhöhung erreicht werden, was beispielsweise im Falle der Verwendung von Stickstoff als eingebrachtes Gas zu einer vermehrten Bildung von NH-Verbindungen führt, wodurch letzten Endes das Wasserstoffplasma neutralisiert werden kann.
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Zur Neutralisation des Plasmas bzw. zur Verminderung der Plasmakonzentration kann es auch sinnvoll sein, lokal Elektronen, beispielsweise mittels einer Elektronenkanone, einzubringen, welche von den Wasserstoffionen eingefangen werden können, was wiederum zu einer Rekombination der Plasmabestandteile zu H2 führen kann.
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Die lokale Plasmakonzentration kann jedoch auch dadurch angepasst werden, dass Konditionierelemente geeignet sind, lokal Partialdrücke des Spülgases zu beeinflussen. Hier ist es beispielsweise denkbar, Konditionierelemente mit passend positionierten Gaseinlässen auszustatten, über welche das Spülgas in den Innenraum des Mini-Environments befördert wird. Eine gewisse Steuerungswirkung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die genannten Gaseinlässe beweglich ausgebildet sind. Dabei kann allein durch die Wahl des Ortes des Einbringens des Spülgases die Plasmakonzentration beeinflusst werden, ohne dass zwingend die Änderung des lokalen Partialdruckes des Spülgases zu einer teilweisen Neutralisation des Plasmas führt. Somit kann das Plasma auch ohne Neutralisation konditioniert werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu den vorne beschriebenen Maßnahmen können Konditionierelemente vorhanden sein, mittels welchen das elektrische Potential der in dem Teilvolumen angeordneten Elemente, wie beispielsweise Spiegel oder ähnliches beeinflusst werden kann; die Konditionierelemente können dazu insbesondere als elektrische Spannungsquelle mit einer elektrischen Verbindung zu den genannten Elementen realisiert sein. So kann durch das Anlegen eines positiven Potentials, beispielsweise an einen Multi-Layer-Spiegel erreicht werden, dass positiv geladene Wasserstoffionen von diesem Spiegel während des Betriebes der Anlage abgestoßen werden, insbesondere um die oben beschriebenen nachteiligen Effekte (Blasenbildung und Absprengung aufgrund H2-Rekombination) zu vermeiden. Ebenso kann in Fällen, in welchen das Inkontaktbringen des Plasmas mit der Spiegeloberfläche erwünscht ist, ein negatives Potential an den Spiegel angelegt werden, so dass die Ionen von diesem beispielsweise zu Reinigungszwecken angezogen werden. Insgesamt ist also ein einstellbares elektrisches Potential für die optischen Elemente vorteilhaft. Auch in diesem Fall erfolgt die Konditionierung des Plasmas ohne eine Neutralisation.
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Zusätzlich oder alternativ zu den vorgenannten Maßnahmen können auch Konditionierelemente vorhanden sein, welche geeignet sind, einen gerichteten Ionenstrahl zu erzeugen, mit welchem dann gezielt bestimmte Bereiche von Elementen in der Anlage behandelt, insbesondere gereinigt werden können. Dabei kann insbesondere von der Gestaltung des dem jeweiligen Element zugeordneten Teilvolumens vorteilhaft Gebrauch gemacht werden. Für bestimmte, insbesondere optische Elemente ist das genannte Teilvolumen als das vorne bereits erwähnte „Mini-Environment“ ausgebildet, welches mittels eines Gehäuses die auf das optische Element einfallende Strahlung im Bereich ihrer geometrischen Einhüllenden umgibt. Legt man dieses Gehäuse auf ein Potenzial, dessen Vorzeichen demjenigen der Ionen im Ionenstrahl entspricht, so wirkt dieses in der Art des aus Braun’schen Röhren bekannten Wehneltzylinders und erzeugt so einen verdichteten Bereich von Ionen im zentralen Bereich des Mini-Environments, wobei die Ionen durch das oben bereits angesprochene Potenzial des Elementes beispielsweise auf dieses zu beschleunigt werden. In dieser Variante dient ein ohnehin bereits vorhandener Bestandteil der Anlage in einer vorteilhaften Doppelwirkung als Konditionierelement.
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Ebenfalls zusätzlich oder alternativ zu den vorgenannten Maßnahmen können separate Konditionierelemente mit einen einstellbaren elektrischen Potential versehbar sein, so dass sie durch ihre Anwesenheit in einem bestimmten Raumbereich das Plasma in dem entsprechenden Teilvolumen zu lenken vermögen.
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Es ist ebenso zusätzlich oder alternativ zu den vorne beschriebenen Maßnahmen denkbar, Konditionierelemente derart zu wählen, dass sie geeignet sind, ein Magnetfeld zu erzeugen. Die bewegten, elektrisch geladenen Wasserstoffionen bzw. Bestandteile des Plasmas wie beispielsweise Elektronen werden dann aufgrund der Lorentz-Kraft in die jeweils gewünschte Richtung gelenkt.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann die Konditionierung, insbesondere die Neutralisation des Plasmas zu denjenigen Zeiten erfolgen, in welchen keine Belichtung erfolgt, so dass eine Verminderung der Abbildungsqualität durch Konditioniermaßnahmen des Plasmas weitgehend ausgeschlossen werden kann.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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1 in ihren Teilfiguren 1a und 1b eine erste Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine Variante der Erfindung, bei welcher ein bewegliches Konditionierelement zur Anwendung kommt,
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3 eine Ausführungsform, bei welcher eine bewegliche Gasdüse zur Anwendung kommt,
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4 eine Variante, bei welcher eine vollständige oder teilweise gezielte Neutralisation des Plasmas vorgenommen wird
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5 eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, bei welcher die Erfindung zur Anwendung kommt; und
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6 eine graphische Veranschaulichung der zeitlichen Gestaltung der Maßnahmen zur Ansteuerung der Konditionierelemente.
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1 zeigt in ihren Teilfiguren 1a und 1b eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei welcher exemplarisch ein optisches Element 1, hier ein in einem Mini-Environment 4 als Teilvolumen angeordneter Multi-Layer-Spiegel für die EUV-Halbleiterlithographie, auf Potential gelegt werden kann. Hierzu wird als Konditionierelement eine mit dem optischen Element verbundene steuerbare Spannungsquelle 20 verwendet, welche den Multi-Layer-Spiegel 1 – wie in 1a gezeigt – auf ein positives Potential legt, so dass, wie in der Figur ebenfalls dargestellt, ein positiv geladenes Ion von ihm abgelenkt wird. Insbesondere wird im gezeigten Beispiel das positiv geladene Ion zur auf negatives Potential gelegten Gehäuses 3 des Mini-Environments 4 gezogen.
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In der Teilfigur 1b ist hingegen der Fall gezeigt, bei welchem die steuerbare Spannungsquelle derart betrieben wird, dass das Gehäuse 3 des Mini-Environments 4 auf positivem, der Multi-Layer-Spiegel 1 hingegen auf negativem Potential liegt. In diesem Fall wird ein positiv geladenes Wasserstoffion auf den Multi-Layer-Spiegel geleitet, wo es beispielsweise für einen Reinigungsprozess verwendet werden kann. Das auf positives Potenzial gelegte Gehäuse 3 dient dabei in der vorne beschriebenen Weise zusätzlich dazu, die Ionen im zentralen Bereich des Mini-Environments zu konzentrieren, so dass sich im Ergebnis ein konzentrierter, gerichteter Ionenstrahl ergibt.
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Selbstverständlich kann in beiden dargestellten Fällen nicht lediglich die Polarität des angelegten Potentials, sondern auch deren Betrag und ggf. deren zeitlicher Verlauf gesteuert oder geregelt werden. 2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher ein bewegliches Konditionierelement 21, im vorliegenden Fall ein auf ein positives Potential gelegter schwenkbarer elektrisch leitfähiger Finger 21, zur Anwendung kommt. Die beiden einander gegenüberliegenden Finger 21x sind im gezeigten Beispiel aktiv. Unter „aktiv“ ist im vorliegenden Beispiel der Betriebszustand zu verstehen, in welchem die Finger 21x im Bereich der Oberfläche eines optischen Elementes 1 wie beispielsweise eines Multi-Layer-Spiegels bzw. knapp über dessen Oberfläche angeordnet sind, so dass positiv geladene Wasserstoffionen in den ebenfalls gezeichneten, von der EUV-Strahlung beaufschlagten bestrahlten Bereich 5 des optischen Elementes 1 geleitet werden. Ebenfalls dargestellt sind die beiden inaktiven Finger 21z, welche von der Oberfläche des Multi-Layer-Spiegels 1 weggeschwenkt sind, so dass sie zur Ablenkung der Plasmabestandteile keinen Beitrag leisten. Abhängig von der gewählten räumlichen Verteilung des Beleuchtungslichtes, also des gewählten Beleuchtungssettings, können dann Finger ein- oder ausgeschwenkt werden, um die erwünschte Reinigungswirkung der Plasmabestandteile hinsichtlich ihrer lokalen Intensität anzupassen.
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Es ist selbstverständlich auch denkbar, anstatt der elektrostatisch aufladbaren Finger 21x oder 21z schwenkbare Spulen zu verwenden, welche ein Magnetfeld erzeugen, so dass die geladenen, bewegten Plasmabestandteile mittels der Lorentz-Kraft in die gewünschte Richtung gelenkt werden. In diesem Fall ist die auf die Ladungen wirkende ablenkende Kraft zusätzlich zu der Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte auch von der Geschwindigkeit der bewegten Plasmabestandteile abhängig, was gegebenenfalls für eine Selektion von Plasmabestandteilen in Abhängigkeit von deren Geschwindigkeit und damit vom Grad ihrer Wechselwirkung mit der entsprechenden Oberfläche genutzt werden kann.
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3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein beweglich ausgebildetes Konditionierelement 22 zur lokalen Beeinflussung des Partialdruckes eines Gases, im gezeigten Beispiel eine bewegliche Gasdüse, zur Anwendung kommt. Im gezeigten Beispiel verteilen die beweglichen Gasdüsen 22 die reaktiven Spezies, also Ionen und Radikale, homogen bzw. abhängig von erwarteten oder gemessenen Kontaminationsprofilen auf der zu reinigenden Fläche eines optischen Elementes 1. Dabei kann durch die derart vorgenommene Erhöhung von Spülgas-Partialdrücken die Plasmaeffizienz beeinflusst werden. Es ist auch denkbar, dass durch die angesprochenen reaktiven Spezies Plasmabestandteile neutralisiert werden. Alternativ können auch die oftmals ohnehin vorhandenen Reinigungsköpfe in Projektionsbelichtungsanlagen eine solch flexible Positionierung erhalten. Hierdurch kann die Reinigungswirkung homogenisiert werden bzw. inhomogen aufgewachsene Kontaminationen gezielt entfernt werden.
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4 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher an kritischen Stellen eine vollständige oder teilweise gezielte Neutralisation des Plasmas vorgenommen wird. Das Konditionierelement umfasst in der vorliegenden Ausführungsform eine Gaszufuhr 23, das Gas selbst und einem Pumpenanschluss 24 sowie ein innerhalb eines Mini-Environments 4 mittels einer teilweisen Einhausung gebildetes lokales Subvolumen 6, in welches über die Gaszufuhr 23 ein Gas mit hohem Streuquerschnitt in das Subvolumen 6 eingebracht wird. Mittels einer in der Figur nicht gesondert dargestellten Pumpe kann das Gas und damit die in diesem Bereich nicht erwünschten Plasmabestandteile über den Pumpenanschluss 24 gut abgepumpt werden. Ebenso kann über die gezeigte Gaszufuhr 23 eine lokale Druckerhöhung des Spülgases – in der Regel H2 – erfolgen, wodurch die freie Weglänge der Plasmabestandteile reduziert wird und eine Rekombination in der Gasphase wahrscheinlicher gemacht wird.
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Weiterhin ist in der Figur eine Elektronenkanone 25 als Konditionierelement gezeigt, welche zur teilweisen Neutralisation des Plasmas durch Elektronenbeschuss dient. Dabei ist die Energie der Elektronen so zu wählen, dass die Rekombination zu Neutralteilchen am wahrscheinlichsten ist. Gleichzeitig müssen parasitäre Effekte, wie Elektronendissoziation und Ionisation möglichst gering gehalten werden. Der Elektronenstrahl kann als fester oder beweglicher Strahl, Vorhang oder Volumenbestrahlung ausgeführt sein.
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5 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung ebenfalls Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Lichtquelle 402 eine Beleuchtungsoptik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf; dabei kann die Lichtquelle 402 optische Nutzstrahlung insbesondere im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm emittieren, also im extrem ultravioletten Spektralbereich (EUV).
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Die mittels der Lichtquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 406 wird mittels eines in der Lichtquelle 402 integrierten, in der Figur nicht dargestellten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 407 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen ersten Spiegel 408 trifft. Nach dem Passieren eines weiteren Spiegels 409 trifft die EUV-Strahlung auf den Facettenspiegel 410, mittels welchem eine gewünschte räumliche Intensitätsverteilung der verwendeten Strahlung, also ein gewünschtes Setting, eingestellt werden kann. Nach weiteren Reflexionen an den Spiegeln 411, 412 und 413 erreicht die derart aufbereitete Strahlung ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 414, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 415 gehalten ist.
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Eine Projektionsoptik 416 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 417 in eine Bildebene 418. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 414 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 417 in der Bildebene 418 angeordneten Wafers 419, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 420 gehalten ist.
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Die Projektionsoptik 416 weist dabei die Spiegel 421 bis 426 auf, die üblicherweise als sogenannte Multi-Layer-Spiegel ausgebildet sind und welche zur Erzeugung der Abbildung des Reticles auf dem Wafer dienen.
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Dabei ist exemplarisch zwischen den Spiegeln 421 und 422 ein von dem Gehäuse 3.5 umgebenes Mini-Environment 4.5 gezeigt, welches in Verbindung mit einer in der Figur nicht eingezeichneten Spannungsquelle zur Erzeugung eines gerichteten Ionenstrahles auf den Spiegel 421 und/oder auf den Spiegel 422 dienen kann. Es versteht sich von selbst, dass die in den vorstehenden Figuren beschriebenen Konditionierelemente an einer Vielzahl der in der Figur gezeigten Elemente positioniert sein können. Der Fachmann wird Art, Auslegung und Ort des jeweiligen Konditionierelementes entsprechend den jeweiligen Anforderungen wählen.
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6 veranschaulicht eine Ausnutzung von EUV-Totzeiten für Maßnahmen zur Konditionierung des Plasmas. Unter EUV-Totzeiten werden Zeiten verstanden, in denen keine Waferbeleuchtung erfolgt. Derartige Zeiten können insbesondere zur Offline-Reinigung optischer Elemente genutzt werden. So können beispielsweise regelmäßig wiederkehrende Totzeiten zwischen Waferwechseln genutzt werden.
6 zeigt auf der Ordinate die Intensität der EUV-Strahlung über der auf der Abszisse aufgetragenen Zeit. Schraffiert sind diejenigen Zeiten, in welchen eine EUV-Belichtung erfolgt. Nicht schraffiert sind Zeiten, die für eine Reinigung zur Verfügung stehen. Bezugszeichenliste
| BZ | Bezeichnung |
| 1 | Optisches Element |
| 3 | Gehäuse |
| 4 | Mini-Environment |
| 5 | EUV-Strahlung beaufschlagter bestrahlter Bereich |
| 6 | Subvolumen |
| 20 | Spannungsquelle |
| 21 | Schwenkbare Finger |
| 22 | Gasdüse |
| 23 | Gaszufuhr |
| 24 | Pumpenanschluss |
| 25 | Elektronenkanone |
| 400 | EUV-Projektionsbelichtungsanlage |
| 401 | Beleuchtungssystem |
| 402 | Lichtquelle |
| 403 | Beleuchtungsoptik |
| 404 | Objektfeld |
| 405 | Objektebene |
| 406 | EUV-Strahlung |
| 407 | Zwischenfokusebene |
| 408–414 | Spiegel |
| 414 | Retikel |
| 415 | Retikelhalter |
| 416 | Projektionsoptik |
| 417 | Bildfeld |
| 418 | Bildebene |
| 419 | Wafer |
| 420 | Waferhalter |
| 421–426 | Multi-Layer-Spiegel |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013209442 A1 [0003]
