DE112020002702T5

DE112020002702T5 - Breitband-ultraviolett-beleuchtungsquellen

Info

Publication number: DE112020002702T5
Application number: DE112020002702.3T
Authority: DE
Inventors: Yung-Ho Alex Chuang; Yinying Xiaoli; Edgardo Garcia-Berrios; John Fielden
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2022-02-17
Also published as: US11424117B2; WO2020247413A1; IL287950A; JP2022535068A; CN114097061B; JP7432623B2; US11011366B2; CN114097061A; US20210272791A1; US20200388481A1; TW202103216A; KR20220006138A

Abstract

Es wird eine Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle für ein Charakterisierungssystem offenbart. Die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle umfasst ein Gehäuse mit einer oder mehreren Wänden, wobei das Gehäuse konfiguriert ist, um ein Gas zu enthalten, und eine Plasmaentladungsvorrichtung basierend auf einer planaren Struktur vom Graphen-Dielektrikum-Halbleiter-(GOS)-Typ. Die GOS-Struktur umfasst ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche, eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist, und mindestens eine Graphenschicht, die auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist. Auf der oberen Oberfläche der Graphenschicht kann ein Metallkontakt gebildet sein. Die GOS-Struktur hat mehrere Vorteile zur Verwendung in einer Beleuchtungsquelle, wie etwa niedrige Betriebsspannung (unter 50 V), planare Oberflächenelektronenemission und Kompatibilität mit Standard-Halbleiterprozessen. Die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle umfasst ferner Elektroden, die innerhalb des Gehäuses platziert sind, oder Magnete, die außerhalb des Gehäuses platziert sind, um die Stromdichte zu erhöhen.

Description

QUERVERWEIS
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/858,178 , eingereicht am 6. Juni 2019, mit dem Titel BROADBAND ULTRAVIOLET LIGHT SOURCE, die Yung-Ho Alex Chuang, Yinying Xiao-Li, Edgardo Garcia-Berrios und John Fielden als Erfinder benennt und die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen ist.
TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Charakterisierungssysteme und insbesondere Breitband-Ultraviolett-(UV)-Beleuchtungsquellen zur Verwendung in Charakterisierungssystemen.
HINTERGRUND
Die Industrie für integrierte Schaltungen (IC) benötigt Inspektionswerkzeuge mit immer höherer Empfindlichkeit, um immer kleinere Defekte und Partikel zu erkennen, deren Größe einige zehn Nanometer (nm) oder weniger betragen kann. Diese Inspektionswerkzeuge müssen mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, um einen großen Teil oder sogar 100% der Fläche einer Probe in kurzer Zeit zu inspizieren. Beispielsweise kann die Inspektionszeit etwa eine Stunde für die Inspektion während der Produktion oder höchstens einige Stunden für Forschung und Entwicklung oder Fehlersuche betragen. Um schnell zu inspizieren, verwenden Inspektionswerkzeuge Pixel- oder Punktgrößen, die größer als die Abmessungen des interessierenden Defekts oder Partikels sind, und erkennen eine nur kleine Signaländerung, die durch einen Defekt oder einen Partikel verursacht wird. Das Erkennen einer kleinen Signaländerung erfordert einen hohen Lichtpegel und einen niedrigen Rauschpegel. Die Hochgeschwindigkeitsinspektion wird in der Produktion am häufigsten mit Inspektionswerkzeugen durchgeführt, die mit UV-Licht arbeiten. Die Inspektion in Forschung und Entwicklung kann mit UV-Licht oder mit Elektronen erfolgen.
Die IC-Industrie benötigt auch hochpräzise Metrologiewerkzeuge für die genaue Messung der Abmessungen kleiner Merkmale bis hinunter zu einigen Nanometern oder weniger auf Proben. Metrologieverfahren werden an Proben an verschiedenen Stellen in einem Halbleiterherstellungsverfahren zum Messen einer Vielzahl von Eigenschaften der Proben, wie etwa einer Breite einer gemusterten Struktur auf der Probe, einer Dicke eines auf der Probe gebildeten Films und einer Überlagerung von gemusterten Strukturen auf einer Schicht der Probe in Bezug auf gemusterte Strukturen auf einer anderen Schicht der Probe durchgeführt. Diese Messungen werden verwendet, um Prozesssteuerungen und/oder Ausbeuteeffizienzen bei der Herstellung von Halbleiterdies zu erleichtern. Metrologie kann mit UV-Licht oder mit Elektronen durchgeführt werden.
Die Halbleiterindustrie, die darauf abzielt, integrierte Schaltkreise mit höherer Integration, geringerem Stromverbrauch und niedrigeren Kosten herzustellen, ist einer der Haupttreiber der UV-Optik. Die Entwicklung leistungsstarker UV-Lichtquellen wie der Excimerlaser und der frequenzvervielfachten Festkörperlaser hat zu einer Zunahme der Forschungs- und Entwicklungsbemühungen im Bereich der UV-Photonenanwendungen geführt. Herkömmliche UV-Lichtquellen haben jedoch eine begrenzte Emission im tiefen UV-Bereich. Ferner verschlechtert sich bei herkömmlichen UV-Lichtquellen die Entladung schnell, was die Lebensdauer der UV-Lichtquelle begrenzt.
Daher wäre es wünschenswert, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, die die oben identifizierten Mängel der früheren Ansätze beheben.
ÜBERSICHT
Ein Charakterisierungssystem wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. In einer Ausführungsform umfasst das System eine Tischanordnung, die konfiguriert ist, um eine Probe zu tragen. In einer anderen Ausführungsform umfasst das System eine Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle ein Gehäuse mit einer oder mehreren Wänden, wobei das Gehäuse konfiguriert ist, um ein Gas zu enthalten. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle eine Plasmaentladungsvorrichtung. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine Anode. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine Kathode. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode mindestens eine Graphenschicht, die auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode einen Metallkontakt, der auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode eine zweite Stromversorgungsquelle, die konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen dem Metallkontakt und dem Siliziumsubstrat anzulegen. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine erste Stromversorgungsquelle, die konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode anzulegen. In einer anderen Ausführungsform umfasst das System ein oder mehrere optische Elemente, die konfiguriert sind, um eine Beleuchtung von der Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle auf die Probe zu richten. In einer anderen Ausführungsform sind das eine oder die mehreren optischen Elemente konfiguriert, um von der Probe reflektierte Beleuchtung auf einen Sensor zu lenken.
Eine Breitband-Beleuchtungsquelle wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart, in einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle ein Gehäuse mit einer oder mehreren Wänden, wobei das Gehäuse konfiguriert ist, um ein Gas zu enthalten. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle eine Plasmaentladungsvorrichtung. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine Anode. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine Kathode. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine Fokussierungselektrode und / oder einen Magneten, konfiguriert, um von der Kathode emittierte Elektronen zu fokussieren, um die Plasmadichte zu erhöhen. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode mindestens eine Graphenschicht, die auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode einen Metallkontakt, der auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode eine zweite Stromversorgungsquelle, die konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen dem Metallkontakt und dem Siliziumsubstrat anzulegen. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine erste Stromversorgungsquelle, die konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode anzulegen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Belichten eines Substrats mit Breitband-Ultraviolettstrahlung offenbart. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: Zuführen eines Gases zu einem Gehäuse einer Breitband-Beleuchtungsquelle; Erzeugung eines Plasmas im Inneren des Gehäuses durch eine Plasmaentladungsvorrichtung; Erzeugen von Breitband-Ultraviolettstrahlung in dem Gehäuse; und optisches Koppeln der Breitband-Ultraviolettstrahlung an ein Substrat, das sich außerhalb des Gehäuses befindet. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine Anode. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine Kathode. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode mindestens eine Graphenschicht, die auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode einen Metallkontakt, der auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode eine zweite Stromversorgungsquelle, die konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen dem Metallkontakt und dem Siliziumsubstrat anzulegen. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine erste Stromversorgungsquelle, die konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode anzulegen.
Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erläuternd sind und die beanspruchte Erfindung nicht notwendigerweise einschränken. Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
Figurenliste
Die zahlreichen Vorteile der Offenbarung können vom Fachmann unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren besser verstanden werden, in denen:

1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Charakterisierungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2A ein schematisches Diagramm einer Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2B ein schematisches Diagramm einer Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
3 eine Querschnitts-Seitenansicht eines bekannten Graphen-Dielektrikum-Halbleiters der Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
4 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Belichten eines Substrats mit Breitband-Ultraviolettstrahlung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde besonders in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und spezifische Merkmale davon gezeigt und beschrieben. Die hierin dargelegten Ausführungsformen sind veranschaulichend, nicht einschränkend. Es sollte dem Durchschnittsfachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Nun wird detailliert auf den offenbarten Gegenstand Bezug genommen, der in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
Breitbandige Ultraviolett-Beleuchtungsquellen werden für verschiedene Anwendungen in der halbleiterverarbeitenden Industrie verwendet. Es ist wünschenswert, dass die Beleuchtungsquelle eine lange nutzbare Lebensdauer, eine hohe Helligkeit und einen breiten Spektralbereich der emittierten Beleuchtung aufweist. Derzeit werden plasmabasierte Beleuchtungsquellen in Halbleiter-Charakterisierungssystemen verwendet. Beleuchtungsquellen auf Plasmabasis umfassen im Allgemeinen ein Gehäuse, das eine Kathode, eine Anode und ein Entladungsgas (z. B. Argon, Xenon, Deuterium, Quecksilberdampf oder eine Kombination davon) enthält. Eine Spannung zwischen Kathode und Anode hält ein Plasma oder einen Lichtbogen aufrecht.
Die gebräuchlichste im Handel erhältliche Vakuum-Ultraviolett-(VUV)-Beleuchtungsquelle ist eine Niederdruck-Deuterium-Entladungslampe, die einen Wolframfaden und eine Anode, die auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, verwendet, um das Ausgangsspektrum zu erzeugen. Im Gegensatz zu einer Glühbirne ist der Wolframfaden bei Deuteriumlampen nicht die Beleuchtungsquelle. Stattdessen wird eine Entladung vom Faden zur Anode erzeugt. Deuteriumlampen zeigen eine relativ hohe Strahlungsleistung bei Wellenlängen von etwa 120 nm bis etwa 160 nm, aber eine relativ niedrige Strahlungsleistung bei Wellenlängen von mehr als etwa 170 nm. Da es für viele Anwendungen wünschenswert ist, Breitbandstrahlung zu verwenden, die den Vakuum-Ultraviolett-, Ultraviolett-, sichtbaren und nahen Infrarotbereich umfasst, ist es für diese Anwendungen derzeit notwendig, die Abstrahlung einer Deuteriumlampe mit der Abstrahlung einer anderen Lampe, wie z. B. einer Xenon-Bogenlampe oder einer Quarz-Halogen-Lampe zu kombinieren, um den gesamten Wellenlängenbereich abzudecken.
Herkömmliche Plasmabeleuchtungsquellen weisen eine Reihe von Nachteilen auf, wenn sie in Halbleiter-Charakterisierungssystemen verwendet werden. Der erste Nachteil besteht darin, dass Plasmabeleuchtungsquellen auf der Basis von Quecksilber, Argon, Xenon oder einer Kombination davon eine begrenzte Emission im tiefen UV-Bereich aufweisen. Es wäre wünschenswert, die Emission bei Vakuumwellenlängen unter ungefähr 200 nm zu erhöhen. Obwohl kommerziell erhältliche Deuterium-Entladungslampen bei VUV-Wellenlängen emittieren können, gibt es immer noch einen Nachteil, der insbesondere für Halbleiter-Charakterisierungssysteme relevant ist. Zum Beispiel neigt die Entladung dazu, sich schnell zu verschlechtern. Wenn die Quelle altert, neigt die Kathode dazu, zu erodieren und/oder zu verunreinigen, und der Lichtbogen neigt dazu, sich auszubreiten. Von den Fäden in den Deuteriumlampen stammendes Wolfram kann das Lampengehäuse und das Austrittsfenster verunreinigen. Dies begrenzt die Lebensdauer der Deuterium-Entladungslampen. Die typische Lebensdauer einer Deuteriumlampe beträgt ca. 2000 Stunden. Außerdem arbeiten Deuteriumentladungslampen bei hohen Spannungen. Die Zündspannungen betragen etwa 300 bis 500 Volt. Sobald die Entladung beginnt, sinkt die Spannung auf etwa 100 bis 200 Volt.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf eine Breitband-UV-Beleuchtungsquelle zur Verwendung in Halbleiter-Charakterisierungssystemen gerichtet. Insbesondere sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf eine Breitband-UV-Beleuchtungsquelle gerichtet, die einen Graphen-Elektronenemitter als Elektronenentladungsquelle, eine Anode und ein Gehäuse mit einer oder mehreren transparenten Wänden umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist. In dieser Ausführungsform enthält das Gehäuse ein Gas, wobei das im Gehäuse enthaltene Gas, ohne aber darauf beschränkt zu sein, mindestens eines der folgenden umfassen kann: Wasserstoff, Deuterium oder ein Edelgas. Insbesondere umfasst die Elektronenentladungsquelle eine Struktur von der Art eines Graphen-Dielektrikum-Halbleiters (auch als Graphen-Oxid-Halbleiter (GOS) bezeichnet). Die GOS-Struktur umfasst ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche; eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist, und mindestens eine Schicht aus Graphen, die auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist. Auf dem Graphen können Metallkontakte gebildet sein.
Es wird hierin angemerkt, dass für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung die Begriffe „Graphenoxid-Halbleiter“, „GOS“, „Graphen-Dielektrikum-Halbleiter“ und Varianten davon überall austauschbar verwendet werden können und für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung als äquivalent angesehen werden können, sofern hierin nicht anders angegeben. GOS-Strukturen werden allgemein diskutiert in K. Murakami, S. Tanaka, A. Miyashita, M. Nagao, Y. Nemoto, M. Takeguchi und J. Fujita, „Graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission device“, Appl . Phys. Lett. 108, 083506 (2016); und K. Murakami, T. Igari, K. Mitsuishi, M. Nagao, M. Sasaki und Y. Yamada, „Highly Monochromatic Electron Emission from Graphene/Hexagonal Boron Nitrid/Si Heterostructure“, ACS Appl. Materials & Interfaces 12, 4061-4067 (2020), die jeweils hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen sind.
Diese GOS-Struktur hat mehrere Vorteile wie niedrige Betriebsspannung (unter 50 V), planare Oberflächenelektronenemission und Kompatibilität mit Standard-Halbleiterprozessen. Graphen ist eine einzelne Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind und die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Außerdem ist der Elektronenstreuquerschnitt von Kohlenstoffatomen kleiner als der von herkömmlichen Metallelektroden wie Gold und Aluminium. Daher kann die Verwendung von Graphen als oberste Gate-Elektrode ermöglichen, dass die Elektronenemissionseffizienz 20 bis 30% erreicht, wenn die Graphenschicht mit chemischer Dampfabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD) aufgewachsen wird. Siehe zum Beispiel K. Murakami, J. Miyaji, R. Furuya, M. Adachi, M. Nagao, Y. Neo, Y. Takao, Y. Yamada, M. Sasaki, H. Mimura, „Highperformance planar-type electron source based on a graphene-oxide semiconductor structure“, Appl. Phys. Lett. 114, 213501 (2019), die hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen ist. Die Elektronenemissionseffizienz kann weiter verbessert werden, wenn nur wenige Graphenschichten (idealerweise eine einzelne Graphenschicht) in der GOS-Struktur verwendet werden. Aufgrund des Niedertemperaturbetriebs kann im Gegensatz zu Wolframfäden wenig Graphen verdampft oder gesputtert werden und kann so die Breitband-UV-Quelle nicht verunreinigen. Die Energiestreuung der GOS-Struktur kann weniger als etwa 1,5 eV betragen.
Eine zusätzliche Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Breitband-Beleuchtungsquelle gerichtet, die eine Plasmaentladungsvorrichtung umfasst, die konfiguriert ist, um eine Plasmaentladung in einem Gas aufrechtzuerhalten, das in einem Gehäuse der Breitband-Beleuchtungsquelle enthalten ist. Die Plasmaentladungsvorrichtung enthält Elektroden innerhalb des Gehäuses und einen oder mehrere Magnete, die außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, um die Stromdichte wie in einem Elektronenfokussierungssystem zu erhöhen. Elektronenbahnen neigen dazu, spiralförmigen Pfaden um magnetische Feldlinien zu folgen. Der eine oder die mehreren Magnete (z. B. Permanentmagnete oder Elektromagnete), die außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, stellen ein Magnetfeld bereit, um die Plasmaentladung auf ein kleines Volumen innerhalb des Gehäuses zu beschränken. Der eine oder die mehreren Magnete sind konfiguriert, um die magnetische Feldstärke nahe der Anode relativ zu der magnetischen Feldstärke an der Elektronenentladungsquelle zu erhöhen, um so die Breite des Entladungsplasmas zu verringern und die Plasmadichte nahe der Anode zu erhöhen.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Charakterisierungssystem gerichtet. Insbesondere sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf ein Charakterisierungssystem gerichtet, das eine Breitband-Ultraviolett-Entladungslampe umfasst, die eine GOS-Struktur als Elektronenentladungsquelle verwendet, eine Anode und ein Gehäuse mit einer oder mehreren transparenten Wänden. Die Breitbandbeleuchtungsquelle kann ferner eine Plasmaentladungsvorrichtung umfassen, die konfiguriert ist, um eine Plasmaentladung des Gases innerhalb des Gehäuses aufrechtzuerhalten. Außerdem kann die Breitbandbeleuchtungsquelle einen oder mehrere Magnete umfassen, die konfiguriert sind, um die Plasmadichte nahe der Anode zu erhöhen. Außerdem kann sich ein Substratträger außerhalb der Entladungslampe befinden. Die Breitbandbeleuchtungsquelle kann ferner ein oder mehrere optische Elemente umfassen, konfiguriert, um angepasst zu werden um Strahlung von der Entladungslampe auf ein auf dem Substratträger befindliches Substrat koppeln.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Belichten eines Substrats mit Breitband-Ultraviolettstrahlung gerichtet. Ein Gas wird einem Gehäuse zugeführt, und ein Plasma wird innerhalb des Gehäuses mit dem Gas unter Verwendung einer GOS-Struktur und einer Anode erzeugt, wobei das Gas mindestens eines der folgenden Gase enthält: Wasserstoff, Deuterium, ein Edelgas. Das Verfahren kann ferner das Erhöhen der Plasmadichte nahe der Anode umfassen, indem Magnete außerhalb des Gehäuses platziert werden. Als Ergebnis der Plasmaentladung erzeugte Strahlung kann optisch an ein Substrat gekoppelt werden, das sich außerhalb des Gehäuses befindet.
1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Charakterisierungssystems 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel kann das Charakterisierungswerkzeug 100 ein Inspektions-Subsystem oder ein Metrologie-Subsystem beinhalten, das zum Inspizieren oder Messen einer Probe 108 konfiguriert ist, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Probe 108 kann jede im Stand der Technik bekannte Probe umfassen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, einen Wafer, ein Retikel, eine Fotomaske oder dergleichen.
Das Charakterisierungssystem 100 kann ein beliebiges in der Technik bekanntes Charakterisierungssystem umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, ein optisches Inspektionswerkzeug, ein Überprüfungswerkzeug, ein bildbasiertes Metrologiewerkzeug und dergleichen.
In einer Ausführungsform ist die Probe 108 auf einer Tischanordnung 112 angeordnet, um die Bewegung der Probe 108 zu ermöglichen. Die Tischanordnung 112 kann jede im Stand der Technik bekannte Tischanordnung umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, einen X-Y-Tisch, einen R-θ-Tisch und dergleichen. In einer anderen Ausführungsform ist die Tischanordnung 112 in der Lage, die Höhe der Probe 108 während der Inspektion einzustellen, um den Fokus auf der Probe 108 zu halten.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Charakterisierungssystem 100 eine Beleuchtungsquelle 102, die dazu konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl 101 zu erzeugen. Die Beleuchtungsquelle 102 kann jede im Stand der Technik bekannte Beleuchtungsquelle umfassen, die zum Erzeugen eines Beleuchtungsstrahls 101 geeignet ist. Zum Beispiel kann die Beleuchtungsquelle 102 Strahlung im nahen Infrarot (NIR), sichtbare Strahlung, ultraviolette (UV) Strahlung, Strahlung im nahen UV (NUV), Strahlung im tiefen UV (DUV), Vakuum-UV-Strahlung (VUV) und dergleichen emittieren. Zum Beispiel kann die Beleuchtungsquelle 102 einen oder mehrere Laser umfassen. In einem anderen Fall kann die Beleuchtungsquelle 102 eine Breitband-Beleuchtungsquelle umfassen.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Charakterisierungssystem 100 einen Beleuchtungsarm 107, der dazu konfiguriert ist, Beleuchtung von der Beleuchtungsquelle 102 auf die Probe 108 zu richten. Der Beleuchtungsarm 107 kann eine beliebige Anzahl und Art von bekannten optischen Komponenten umfassen. In einer Ausführungsform beinhaltet der Beleuchtungsarm 107 ein oder mehrere optische Elemente 103. In dieser Hinsicht kann der Beleuchtungsarm 107 dazu konfiguriert sein, Beleuchtung von der Beleuchtungsquelle 102 auf die Oberfläche der Probe 108 zu fokussieren. Es wird hierin angemerkt, dass das eine oder die mehreren optischen Elemente 103 ein beliebiges bekanntes optisches Element umfassen können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eine Objektivlinse 105, einen oder mehrere Spiegel, eine oder mehrere Linsen, einen oder mehrere Polarisatoren, einen oder mehrere Strahlteiler oder dergleichen.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Sammelarm 109 dazu konfiguriert, von der Probe 108 reflektierte, gestreute, gebeugte und/oder emittierte Beleuchtung zu sammeln. In einer anderen Ausführungsform kann der Sammelarm 109 die Beleuchtung von der Probe 108 auf einen Sensor 106 einer Detektoranordnung 104 richten und/oder fokussieren. Es wird hierin angemerkt, dass der Sensor 106 und die Detektoranordnung 104 jeden beliebigen im Stand der Technik bekannten Sensor und jede beliebige im Stand der Technik bekannte Detektoranordnung 104 umfassen können. Es wird angemerkt, dass die Detektoranordnung 118 jeden beliebigen Sensor und jede beliebige Detektoranordnung umfassen kann, die im Stand der Technik bekannt sind. Der Sensor kann ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD-Detektor), einen Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Detektor, einen Zeitverzögerungs-Integrations-(TDI)-Detektor, eine Photomultiplier-Röhre (PMT), eine Avalanche-Photodiode (APD), einen Zeilensensor, einen Zeilensensor mit Elektronenbeschuss oder dergleichen enthalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
In einer anderen Ausführungsform ist die Detektoranordnung 104 kommunikativ an eine Steuerung 114 gekoppelt, die einen oder mehrere Prozessoren 116 und einen Speicher 118 beinhaltet. Zum Beispiel können der eine oder die mehreren Prozessoren 116 kommunikativ mit dem Speicher 118 gekoppelt sein, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren dazu konfiguriert sind, einen Satz von Programmanweisungen auszuführen, die im Speicher 118 gespeichert sind. In einer Ausführungsform steuert die Steuerung 114 das Charakterisierungssystem 100 und/oder den Sensor 106, um eine Struktur auf der Probe 108 zu charakterisieren (z. B. zu inspizieren oder zu messen).
In einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle 102 eine Breitband-UV-Beleuchtungsquelle mit einer Graphen-Dielektrikum-Halbleiter-(GOS)-Struktur. Die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle kann eine Elektronenentladungsquelle, eine Anode, ein Gehäuse mit einer oder mehreren transparenten Wänden und dergleichen umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Gehäuse kann ein Gas enthalten. Beispielsweise kann das in dem Gehäuse enthaltene Gas, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Wasserstoff, Deuterium und/oder ein Edelgas wie beispielsweise, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Helium, Neon, Argon, Krypton oder Xenon umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst die Breitband-Ultraviolettquelle eine Plasmaentladungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Plasmaentladung des Gases innerhalb des Gehäuses aufrechtzuerhalten. Der Beleuchtungsstrahl 101 der Beleuchtungsquelle 102 kann Wellenlängen in einem ultravioletten Bereich umfassen, wie beispielsweise in einem DUV- (~200 nm bis 280 nm) oder einem VUV- (-100 nm bis 200 nm) Spektralbereich. Die Elektronenentladungsquelle der Breitband-UV-Beleuchtungsquelle kann auf einer GOS-Typ-Struktur basieren.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die GOS-Struktur eine Elektronenemissionsvorrichtung vom planaren Typ aus Graphen-Dielektrikum-Halbleiter. Zum Beispiel umfasst die GOS-Struktur, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche, eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist, und mindestens eine Graphenschicht, die auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist. Die dielektrische Schicht kann ein beliebiges im Stand der Technik bekanntes Dielektrikum umfassen. Zum Beispiel kann die dielektrische Schicht Bornitrid oder Siliziumdioxid umfassen. In einer anderen Ausführungsform können Metallkontakte auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet sein.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsquelle 102 eine Breitband-UV-Beleuchtungsquelle mit einer GOS-Struktur als Elektronenentladungsquelle. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle ein Gehäuse mit einer oder mehreren transparenten Wänden. Das Gehäuse kann ein Gas innerhalb des Gehäuses enthalten. Zum Beispiel kann das in dem Gehäuse enthaltene Gas, ohne aber darauf beschränkt zu sein, mindestens eines der folgenden enthalten: Wasserstoff, Deuterium oder ein Edelgas.
In einer anderen Ausführungsform ist eine Plasmaentladungsvorrichtung konfiguriert, um eine Plasmaentladung des Gases innerhalb des Gehäuses aufrechtzuerhalten. Das Ausgangsspektrum (z. B. Beleuchtungsstrahl 101) der Beleuchtungsquelle 102 kann Wellenlängen im ultravioletten Bereich umfassen, wie etwa in einem DUV-(~200 nm bis 280 nm) oder einem VUV- (-100 nm bis 200 nm) Spektralbereich, muss dies jedoch nicht.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Plasmaentladungsvorrichtung eine oder mehrere Elektroden innerhalb des Gehäuses. In einer anderen Ausführungsform kann die Plasmaentladungsvorrichtung einen oder mehrere Magnete umfassen, die außerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Der eine oder die mehreren Magnete und/oder die eine oder mehreren Elektroden können konfiguriert sein, um die Stromdichte wie in einem Elektronenfokussierungssystem zu erhöhen. Es sei hier angemerkt, dass Elektronenbahnen dazu neigen, spiralförmigen Pfaden um magnetische Feldlinien zu folgen. Der eine oder die mehreren Magnete (z. B. Permanentmagnete oder Elektromagnete) können ein Magnetfeld bereitstellen, das die Plasmaentladung auf ein kleines Volumen innerhalb des Gehäuses begrenzt. In einer beispielhaften Ausführungsform, bei der ein Elektromagnet verwendet wird, kann eine Stromversorgung konfiguriert sein, um eine Gleichspannung an den Elektromagneten anzulegen, um ein statisches Magnetfeld zu erzeugen. Der eine oder die mehreren Magnete können konfiguriert sein, um die magnetische Feldstärke nahe der Anode relativ zu der magnetischen Feldstärke an der Elektronenentladungsquelle zu erhöhen, um die Breite des Entladungsplasmas zu verringern und die Plasmadichte nahe der Anode zu erhöhen.
In einer Ausführungsform beleuchtet das Charakterisierungssystem 100 eine Linie auf der Probe 108 und sammelt gestreute und/oder reflektierte Beleuchtung in einem oder mehreren Dunkelfeld- und/oder Hellfeld-Sammelkanälen. In dieser Ausführungsform kann die Detektoranordnung 104 einen Zeilensensor oder einen Zeilensensor mit Elektronenbeschuss umfassen.
In einer Ausführungsform beinhalten das eine oder die mehreren optischen Elemente 103 eine Beleuchtungstubuslinse 133. Die Beleuchtungstubuslinse 133 kann dazu konfiguriert sein, eine Beleuchtungspupillenapertur 131 auf eine Pupille innerhalb der Objektivlinse 105 abzubilden. Beispielsweise kann die Beleuchtungstubuslinse 133 so konfiguriert sein, dass die Beleuchtungspupillenapertur 131 und die Pupille zueinander konjugiert sind. In einer Ausführungsform kann die Beleuchtungspupillenapertur 131 konfigurierbar sein, indem verschiedene Aperturen an die Stelle der Beleuchtungspupillenapertur 131 gebracht werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Beleuchtungspupillenapertur durch Anpassen eines Durchmessers oder einer Form der Öffnung der Beleuchtungspupillenapertur 131 konfigurierbar sein. In dieser Hinsicht kann die Probe 108 in Abhängigkeit von der Charakterisierung (z. B. Messung oder Inspektion), die durch Steuerung 114 gesteuert durchgeführt wird, durch unterschiedliche Winkelbereiche beleuchtet werden.
In einer Ausführungsform beinhalten das eine oder die mehreren optischen Elemente 103 eine Sammeltubuslinse 123. Zum Beispiel kann die Sammeltubuslinse 123 konfiguriert sein, um die Pupille innerhalb der Objektivlinse 105 auf eine Sammelpupillenapertur 121 abzubilden. Beispielsweise kann die Sammeltubuslinse 123 so konfiguriert sein, dass die Sammelpupillenapertur 121 und die Pupille innerhalb der Objektivlinse 105 zueinander konjugiert sind. In einer Ausführungsform kann die Sammelpupillenapertur 121 durch Einbringen verschiedener Aperturen an die Stelle der Sammelpupillenapertur 121 konfigurierbar sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Sammelpupillenapertur 121 durch Anpassen eines Durchmessers oder einer Form der Öffnung der Sammelpupillenapertur 121 konfigurierbar sein. Im Hinblick darauf können unterschiedliche Winkelbereiche der Beleuchtung, die von der Probe 108 reflektiert oder gestreut wird, gesteuert von der Steuerung 114 auf die Detektorbaugruppe 104 gerichtet werden.
In einer anderen Ausführungsform kann die Beleuchtungspupillenapertur 131 und / oder die Sammelpupillenapertur 121 eine programmierbare Apertur umfassen. Programmierbare Aperturen werden allgemein diskutiert im US-Patent Nr. 9,255,887 mit dem Titel „2D programmable aperture mechanism“ von Brunner, erteilt am 9. Februar 2016 und im US-Patent Nr. 9,645,287 mit dem Titel „Flexible optical aperture mechanisms“ von Brunner, erteilt am 9. Mai 2017, die beide hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen sind. Verfahren zum Auswählen einer Aperturkonfiguration für die Inspektion sind allgemein beschrieben im US-Patent Nr. 9,709,510 mit dem Titel „Determining a configuration for an optical element positioned in a collection aperture during wafer inspection“, von Kolchin et al., erteilt am 18. Juli 2017 und im US-Patent Nr. 9,726,617 mit dem Titel „Apparatus and methods for finding a best aperture and mode to enhance defect detection“ von Koichin et al., erteilt am 8. August 2017, die beide hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen sind.
Charakterisierungssysteme sind allgemein im US-Patent Nr. 9,891,177 mit dem Titel „TDI Sensor in a Darkfield System“ von Vazhaeparambil et al. beschrieben, ausgestellt am 13. Februar 2018, im US-Patent Nr. 9,279,774 mit dem Titel „Wafer Inspection“ von Romanovsky et al., erteilt am 8. März 2018, im US-Patent Nr. 7,957,066 mit dem Titel „Split Field Inspection System Using Small Catadioptric Objectives“ von Armstrong et al., erteilt am 7. Juni 2011, im US-Patent Nr. 7,817,260 mit dem Titel „Beam Delivery System for Laser Dark-Field Illumination in a Catadioptric Optical System“ an Chuang et al., erteilt am 19. Oktober 2010, im US-Patent Nr. 5,999,310 mit dem Titel „Ultra-Broadband UV Microscope Imaging System with Wide Range Zoom Capability“ von Shafer et al., erteilt am 7. Dezember 1999, im US-Patent Nr. 7,525,649 mit dem Titel „Surface Inspection System Using Laser Line Illumination with Two Dimensionsal Imaging“ von Leong et al., erteilt am 28. April 2009, im US-Patent Nr. 9,080,971 mit dem Titel „Metrology Systems and Methods“ von Kandel et al., erteilt am 14. Juli 2015, im US-Patent Nr. 7,474,461 mit dem Titel „Broad Band Objective Having Improved Lateral Color Performance“ von Chuang et al., erteilt am 6. Januar, 2009, im US-Patent Nr. 9,470,639 mit dem Titel „Optical Metrology With Reduced Sensitivity To Grating Anomalies“ von Zhuang et al., erteilt am 18. Oktober 2016, im US-Patent Nr. 9,228,943 mit dem Titel „Dynamically Adjustable Semiconductor Metrology System“ von Wang et al., erteilt am 5. Januar 2016, im US-Patent Nr. 5,608,526 mit dem Titel „Focused Beam Spectroscopic Ellipsometry Method and System“ von Piwonka-Corle et al., erteilt am 4. März 1997, und im US-Patent Nr. 6,297,880 mit dem Titel „Apparatus for Analysing Multi-Layer Thin Film Stacks on Semiconductors“ von Rosencwaig et al., erteilt am 2. Oktober 2001, die alle hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen sind.
Es wird hierin angemerkt, dass die eine oder mehreren Komponenten des Systems 100 kommunikativ mit den verschiedenen anderen Komponenten des Systems 100 auf jede im Stand der Technik bekannte Weise gekoppelt sein können. Zum Beispiel können der eine oder die mehreren Prozessoren 116 über eine Drahtleitung (z. B. Kupferdraht, Glasfaserkabel und dergleichen) oder eine drahtlose Verbindung (z. B. RF-Kopplung, IR-Kopplung, WiMax, Bluetooth, 3G, 4G, 4G LTE, 5G und dergleichen) miteinander und mit anderen Komponenten gekoppelt sein.
Der eine oder die mehreren Prozessoren 116 können ein oder mehrere beliebige bekannte Verarbeitungselemente umfassen. In diesem Sinne können der eine oder die mehreren Prozessoren 116 ein beliebiges mikroprozessorartiges Gerät umfassen, das konfiguriert ist, um Softwarealgorithmen und/oder Anweisungen auszuführen. Der eine oder die mehreren Prozessoren 116 können aus einem Desktop-Computer, einem Mainframe-Computersystem, einer Workstation, einem Bildcomputer, einem Parallelprozessor oder einem anderen Computersystem (z. B. einem vernetzten Computer) bestehen, konfiguriert, um ein Programm auszuführen, das konfiguriert ist, um das System 100 zu betreiben, wie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass die in der gesamten vorliegenden Offenbarung beschriebenen Schritte von einem einzelnen Computersystem oder alternativ von mehreren Computersystemen ausgeführt werden können. Darüber hinaus sollte erkannt werden, dass die in der gesamten vorliegenden Offenbarung beschriebenen Schritte auf einem oder mehreren des einen oder der mehreren Prozessoren 116 ausgeführt werden können. Im Allgemeinen kann der Begriff „Prozessor“ breit definiert werden, um jede Vorrichtung mit einem oder mehreren Verarbeitungselementen zu umfassen, die Programmanweisungen aus dem Speicher 118 ausführen. Darüber hinaus können verschiedene Subsysteme des Systems 100 (z. B. Beleuchtungsquelle 102, Detektoranordnung 104, Steuerung 114 und dergleichen) Prozessor- oder Logikelemente umfassen, die zum Ausführen mindestens eines Teils der in der gesamten vorliegenden Offenbarung beschriebenen Schritte geeignet sind. Daher sollte die obige Beschreibung nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung interpretiert werden, sondern lediglich als Veranschaulichung.
Der Speicher 118 kann ein beliebiges bekanntes Speichermedium umfassen, das zum Speichern von Programmanweisungen, die durch die zugeordneten einen oder mehreren Prozessoren 116 ausführbar sind, und von den von dem Metrologie-Subsystem und/oder Inspektions-Subsystem empfangenen Daten geeignet ist. Zum Beispiel kann der Speicher 118 ein nichtflüchtiges Speichermedium umfassen. Zum Beispiel kann der Speicher 118, ohne aber darauf beschränkt zu sein, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), eine magnetische oder optische Speichervorrichtung (z. B. eine Platte), ein Magnetband, ein Solid-State-Laufwerk und dergleichen umfassen. Es wird ferner angemerkt, dass der Speicher 118 mit dem einen oder den mehreren Prozessoren 116 in einem gemeinsamen Controllergehäuse untergebracht sein kann. In einer alternativen Ausführungsform kann sich der Speicher 118 von dem physischen Standort der Prozessoren 116, des Controllers 114 und dergleichen entfernt befinden. In einer anderen Ausführungsform hält der Speicher 118 Programmanweisungen, um den einen oder die mehreren Prozessoren 116 zu veranlassen, die verschiedenen Schritte auszuführen, die durch die vorliegende Offenbarung beschrieben sind.
2A veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle 200 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es wird hierin angemerkt, dass die Beschreibung verschiedener Ausführungsformen, Komponenten und Operationen, die zuvor in Bezug auf das Charakterisierungssystem 100 beschrieben wurden, so interpretiert werden sollte, dass sie sich auf die Breitbandbeleuchtungsquelle 200 erstreckt, sofern hier nicht anders angegeben.
In einer Ausführungsform umfasst die Breitbandbeleuchtungsquelle 200 ein Gehäuse 202 mit einer oder mehreren Wänden. In einer anderen Ausführungsform sind die eine oder die mehreren Wände des Gehäuses 202 zumindest teilweise transparent. Diesbezüglich können die eine oder die mehreren Wände des Gehäuses 202 ein Material umfassen, das bei interessierenden Wellenlängen transparent oder teilweise transparent ist. Zum Beispiel kann die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle 200, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein transparentes Fenster 201 beinhalten, das in eine Wand des Gehäuses 202 integriert ist. Zum Beispiel kann mindestens eine der einen oder mehreren Wände des Gehäuses 202 bei einer Wellenlänge zwischen 130 nm und 400 nm zumindest teilweise transparent sein. Das Fenster 201 kann aus jedem bekannten Material gebildet sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

Quarz, Quarzglas, Magnesiumfluorid (MgF₂), Calciumfluorid (CaF₂), Strontiumtetraborat (SrB₄O₇) oder dergleichen.

In einer Ausführungsform ist ein Gas 204 in dem Gehäuse 202 enthalten. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Gehäuse“ auf eine geschlossene Umgebung mit einer oder mehreren Wänden, die das Gas 204 enthält, während verhindert wird, dass die Umgebungsatmosphäre das Gas 204 unerwünscht verunreinigt. Das Gas 204 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, Wasserstoff, Deuterium, ein Edelgas oder mehrere der genannten enthalten. Das Edelgas kann, ohne darauf beschränkt zu sein, mindestens eines der folgenden enthalten: Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon oder dergleichen. In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 202 mit Gas 204 gefüllt und dann abgedichtet werden. In einer anderen Ausführungsform kann eine externe Gasquelle (nicht gezeigt) dem Gehäuse 202 nach Bedarf Gas 204 zuführen.
In einer Ausführungsform ist die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle 200 konfiguriert, um als eine Niederdruck-Entladungslampe zu arbeiten. Zum Beispiel kann die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle 200 als Niederdruck-Entladungslampe mit einem Fülldruck des Gases 204 zwischen ungefähr 1 Pa und 10000 Pa arbeiten. In einer anderen Ausführungsform ist die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle 200 konfiguriert, um als Hochdruckentladungslampe zu arbeiten. Zum Beispiel kann die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle 200 als HochdruckEntladungslampe mit einem Fülldruck des Gases 204 zwischen ungefähr 10⁴ und 10⁶ Pa (z. B. zwischen ungefähr 0,1 und 10 Atmosphären) arbeiten. Es wird hierin angemerkt, dass der Betriebsdruck der Beleuchtungsquelle 200 in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Beleuchtungsquelle 200 höher als der Fülldruck sein kann.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Gehäuse 202 einen Getter 209. Zum Beispiel kann der Getter 209 innerhalb des Gehäuses 202 platziert sein, um Verunreinigungen während des Betriebs der Beleuchtungsquelle 200 zu entfernen. Es ist hier anzumerken, dass das Gehäuse 202 jeden Getter umfassen kann, der zum Entfernen von Verunreinigungen geeignet ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, nicht verdampfbare Getter (NEGs), Wasserstoffgetter, verdampfbare Getter, Getterfilme oder dergleichen.
In einer Ausführungsform umfasst die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle 200 eine Plasmaentladungsvorrichtung 207, die dazu konfiguriert ist, um angepasst zu werden, um eine Plasmaentladung 208 des Gases 204 aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann die Plasmaentladung 208 des Gases 204 innerhalb des Gehäuses 202 stattfinden. Der Gasdruck kann bei einer Niederdruckentladungslampe zwischen etwa 1 Pa und 10000 Pa liegen. Ferner kann der Gasdruck für eine Hochdruckentladungslampe zwischen 10⁴ und 10⁶ Pa (z. B. zwischen 0,1 und 10 atm) liegen. Es sei hierin angemerkt, dass der Gasdruck ein beliebiger Druck sein kann, der geeignet ist, eine intensive Strahlung ultravioletter Beleuchtung aus der Entladung 208 zur Verwendung in Charakterisierungssystemen (z. B. dem in 1 gezeigten Charakterisierungssystem 100) zu erhalten. In einer Ausführungsform, wie in 2A gezeigt, beinhaltet die Plasmaentladungsvorrichtung 207 eine Anode 210, die in einem ausgewählten Abstand von einer Kathode 212 positioniert ist. Zum Beispiel können die Anode 210 und die Kathode 212 innerhalb des Gehäuses 202 in einem ausgewählten Abstand voneinander angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann dieser ausgewählte Abstand ungefähr gleich 1 mm sein, beispielsweise ein Abstand zwischen ungefähr 500 µm und 2 mm.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Plasmaentladungsvorrichtung 207 eine erste Stromversorgung 214, die dazu konfiguriert ist, eine Gleichspannung zwischen der Anode 210 und der Kathode 212 anzulegen. Zum Beispiel kann die Spannung ein elektrisches Feld erzeugen, das die Entladung 208 aufrechterhält. In dieser Hinsicht kann die Entladung 208 Breitbandstrahlung 216 erzeugen. In einer anderen Ausführungsform legt die erste Stromversorgung 214 eine Spannung zwischen der Anode 210 und der Kathode 212 an, die ausreicht, um einen Teil des Gases 204 zu ionisieren, um die Entladung 208 zu zünden (oder einzuleiten). Zum Beispiel kann eine hohe Spannung (z. B. Hunderte von Volt) von der ersten Stromversorgung 214 angelegt werden, um die Entladung zu zünden, und eine niedrigere Spannung (z. B. zwischen ungefähr 50 V und 200 V) kann angelegt werden, um die einmal gezündete Entladung aufrechtzuerhalten. In einer alternativen Ausführungsform kann der Emissionsstrom von der Kathode 212 anfänglich erhöht werden, um die Entladung einzuleiten, während eine konstante Spannung an der Anode aufrechterhalten wird. Wie unten in Bezug auf 3 erläutert, kann der Emissionsstrom durch die an die GOS-Struktur angelegte Vorspannung gesteuert werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Kathode 212 eine GOS-Struktur, die eine planare Emissionsvorrichtung vom Graphen-Dielektrikum-Halbleiter-Typ umfasst. Zum Beispiel kann die GOS-Struktur ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche, eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist, und mindestens eine Graphenschicht, die auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist, umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen können Metall-Kontakte auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Graphen“ auf eine einzelne Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Es wird hierin angemerkt, dass die GOS-Struktur mehrere Vorteile hat, wie etwa niedrige Betriebsspannung (unter 50 V), planare Oberflächenelektronenemission und Kompatibilität mit Standard-Halbleiterprozessen. Außerdem ist der Elektronenstreuquerschnitt von Kohlenstoffatomen kleiner als der von herkömmlichen Metallelektroden wie Gold und Aluminium. Daher kann die Verwendung von Graphen als oberste Gate-Elektrode ermöglichen, dass die Elektronenemissionseffizienz 20 bis 30% erreicht, wenn die Graphenschicht mit chemischer Dampfabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD) aufgewachsen wird. Im Gegensatz zu Wolframfäden braucht Graphen keine Verunreinigung für die Breitband-UV-Lampe darstellen. Die Energieverteilung der von der vorliegenden GOS-Struktur emittierten Elektronen kann weniger als ungefähr 1,5 eV betragen.
In einigen Ausführungsformen, obwohl in 2A nicht gezeigt, kann eine zweite Stromversorgung mit der GOS-Struktur verbunden sein. Die zweite Stromversorgung kann konfiguriert sein, um eine Elektronenemission zu bewirken. Die zweite Stromversorgung kann hierin weiter diskutiert werden.
Es wird hierin erwogen, dass eine oder mehrere interne Komponenten der Beleuchtungsquelle 200 (z. B. die Innenwände des Gehäuses 202, die Anode 210, die Kathode 212 und dergleichen) konfiguriert sein können, um gemäß Ultrahochvakuum-(UHV)-Standards gereinigt zu werden mit Pre-Clean- und Pre-Bake-Verfahren. Ferner wird hierin erwogen, dass nach dem Zusammenbau die eine oder mehreren internen Komponenten der Beleuchtungsquelle 200 (z. B. die Innenwände des Gehäuses 202, die Anode 210, die Kathode 212 und dergleichen) so konfiguriert sein können, dass sie mit Argon von ultrahoher Reinheit (z.B. bis auf Teile pro Billion) gespült werden können.
In einigen Ausführungsformen kann die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle 200 zusätzliche Elektroden umfassen. Zum Beispiel kann die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle 200 eine Elektrode 213 beinhalten, um die Elektronen von der Kathode 212 zur Anode 210 zu fokussieren oder zu lenken. In einer Ausführungsform kann die Elektrode 213, wie abgebildet, auf demselben Potential liegen wie die Kathode 212. In einer anderen Ausführungsform kann sich die Elektrode 213 auf einem negativeren Potential als die Kathode 212 befinden. In einer anderen Ausführungsform kann entweder die Kathode 212 oder die Anode 210 auf Erdpotential liegen.
In einigen Ausführungsformen kann die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle 200 einen oder mehrere Magnete umfassen. Zum Beispiel kann die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle 200 einen oder mehrere Elektromagnete 220 beinhalten. Als ein weiteres Beispiel kann die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle 200 einen oder mehrere Permanentmagnete 221 beinhalten. In dieser Ausführungsform können der eine oder die mehreren Magnete konfiguriert sein, um die Stromdichte wie in einem Elektronenfokussierungssystem zu erhöhen. Beispielsweise neigen Elektronentrajektorien dazu, spiralförmigen Pfaden entlang magnetischer Feldlinien zu folgen, so dass die Konfiguration des einen oder der mehreren Magnete angepasst werden kann, um die Elektronendichte zu erhöhen. Durch einen engeren Abstand der Wicklungen des einen oder der mehreren Elektromagnete 220 in der Nähe der Anode 210 (anstatt in der Nähe der Kathode 212) wird beispielsweise die Feldstärke in der Nähe der Anode höher und die Elektronendichte wird in der Nähe der Anode erhöht. In der beispielhaften Ausführungsform, in der der eine oder die mehreren Elektromagnete 220 verwendet werden, kann eine dritte Stromversorgung 223 konfiguriert sein, um eine Gleichspannung an den einen oder die mehreren Elektromagnete 220 anzulegen, um ein statisches Magnetfeld zu erzeugen. Es ist hier anzumerken, dass die Breitband-UV-Beleuchtungsquelle 200 verschiedene Magnetkonfigurationen umfassen kann, die zum Fokussieren des Elektronenstroms in dem Plasma geeignet sind. Daher ist die in 2A gezeigte Konfiguration lediglich zu Veranschaulichungszwecken gedacht und sollte nicht als den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränkend ausgelegt werden.
2B veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle 250 gemäß einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es ist hier anzumerken, dass die Beschreibung verschiedener Ausführungsformen, Komponenten und Operationen, die zuvor in Bezug auf das Charakterisierungssystem 100 und die Breitband-Beleuchtungsquelle 200 beschrieben wurden, so interpretiert werden sollte, dass sie sich auf die Breitband-Beleuchtungsquelle 250 erstreckt, sofern hier nicht anders angegeben. Wie hierin verwendet, wenn ein Merkmal oder Element in 2B das gleiche Bezugszeichen hat wie ein Merkmal oder Element in 2A, kann angenommen werden, dass das Merkmal oder Element in 2B eine ähnliche Funktion hat und ähnlich konfiguriert sein kann wie das entsprechende Merkmal oder Element in 2A, sofern hierin nicht anders angegeben.
In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 202 der Ultraviolettbeleuchtungsquelle 250 durch eine erste Anode 251 in zwei Volumina unterteilt. Beispielsweise wird ein oberes Volumen mit einem Gas 204 gefüllt, wie oben in Bezug auf 2A beschrieben. Als weiteres Beispiel enthält ein unteres Volumen 254 ein Vakuum oder ein Niederdruckgas, wie beispielsweise ein Gas mit einem Druck von weniger als einigen Pascal (Pa). Das Gehäuse 202 und die Anode 251 sind konfiguriert, um eine Abdichtung zwischen dem oberen und dem unteren Volumen aufrechtzuerhalten, so dass der Druck im unteren Volumen 254 während der Betriebslebensdauer der Ultraviolettbeleuchtungsquelle 250, die ungefähr ein Jahr oder länger betragen kann, unter einem gewünschten niedrigen Druck bleibt, wie etwa einem Druck von ungefähr 1 Pa. Das untere Volumen 254 enthält eine Kathode 212, die eine GOS-Struktur umfasst, die konfiguriert ist, um Elektronen zu emittieren. Die emittierten Elektronen werden in Richtung der ersten Anode 251 beschleunigt, die durch die Stromversorgung 214a relativ zur Kathode 212 auf einem positiven Potential gehalten wird. Mindestens ein Teil der Anode 251 umfasst eine dünne Membran 252, wie beispielsweise eine Membran mit einer Dicke von weniger als 10 µm, die ein Element mit niedriger Ordnungszahl umfasst, wie beispielsweise Beryllium, Magnesium, Aluminium oder dergleichen, ohne aber darauf beschränkt zu sein. In einer Ausführungsform enthält die dünne Membran 252 zu mindestens 50% der Atomzusammensetzung Elemente mit niedriger Ordnungszahl mit Ordnungszahlen von 13 oder weniger. Zum Beispiel kann die dünne Membran 252 mindestens 50% Beryllium, bezogen auf die atomare Zusammensetzung, umfassen. Die Stromversorgung 214a kann die Anode 251 auf einem Potential von mehr als +10 kV relativ zur Kathode 212 halten. Es wird hierin angemerkt, dass Elektronen, die auf die dünne Membran 252 treffen, eine Energie von 10 keV oder mehr aufweisen können (entsprechend der Potentialdifferenz zwischen der Kathode und der Anode), so dass ein erheblicher Anteil dieser Elektronen die dünne Membran 252 durchdringen kann.
Elektronen, die durch die dünne Membran 252 in das obere, das Gas 204 enthaltende, Volumen eindringen, werden in Richtung der zweiten Anode 210 beschleunigt, die durch die Stromversorgung 214b auf einem positiven Potential relativ zu einer ersten Anode 251 gehalten wird. Elektronen, die durch das Gas 204 in Richtung der zweiten Anode 210 wandern, erzeugen eine Plasmaentladung 208, die Breitbandstrahlung 216 emittiert. Die Stromversorgung 214b kann die zweite Anode 210 auf einem Potential zwischen ungefähr +20 V und +200 V relativ zur ersten Anode 251 halten. Mindestens eine der Stromversorgungen 214a oder 214b kann während des Betriebs eingestellt werden, um die Plasmaentladung zu initiieren und aufrechtzuerhalten und die Intensität der Breitbandemission 216 zu steuern. Alternativ kann der Emissionsstrom von der Kathode eingestellt werden, um die Plasmaentladung zu initiieren und aufrechtzuerhalten. Entweder die Kathode, die erste Anode oder die zweite Anode können auf Erdpotential liegen.
In einigen Ausführungsformen kann mindestens eines der unteren und oberen Volumen optional Getter 209a bzw. 209b enthalten.
3 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht einer bekannten Graphen-Dielektrikum-Halbleiter-(GOS)-Struktur 300, die zur Verwendung als Kathode geeignet ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es wird hierin angemerkt, dass die Beschreibung verschiedener Ausführungsformen, Komponenten und Operationen, die zuvor in Bezug auf das Charakterisierungssystem 100 beschrieben wurden, so interpretiert werden sollte, dass sie sich auf die GOS-Struktur 300 erstreckt, sofern hierin nicht anders angegeben. Ferner ist hier anzumerken, dass die Beschreibung verschiedener Ausführungsformen, Komponenten und Operationen, die zuvor in Bezug auf die Breitbandbeleuchtungsquelle 200, 250 beschrieben wurden, so interpretiert werden sollte, dass sie sich auf die GOS-Struktur 300 erstreckt, sofern hier nicht anders angegeben.
In einer Ausführungsform umfasst die GOS-Struktur 300 eine Elektronenemissionsvorrichtung vom planaren Typ eines Graphen-Dielektrikum-Halbleiters. Zum Beispiel umfasst die GOS-Struktur, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein Siliziumsubstrat 301 mit einer oberen Oberfläche, einer dielektrischen Schicht 302, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 301 angeordnet ist, und mindestens einer Graphenschicht 303, die auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Metallkontakte 304 auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet werden. Es wird hier angemerkt, dass die in 3 gezeigte GOS-Struktur lediglich zu Veranschaulichungszwecken angeführt ist und nicht als den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränkend ausgelegt werden sollte. Die GOS-Struktur 300 kann eine beliebige Kombination von Schichten und eine beliebige Konfiguration von Schichten umfassen.
Es wird hierin angemerkt, dass die GOS-Struktur 300 mehrere Vorteile hat, wie beispielsweise eine niedrige Betriebsspannung (unter 50 V), eine planare Oberflächenelektronenemission und eine Kompatibilität mit Standard-Halbleiterprozessen. Wie hier bereits erwähnt, bezieht sich der Begriff „Graphen“ auf eine einzelne Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Außerdem ist der Elektronenstreuquerschnitt von Kohlenstoffatomen kleiner als der von herkömmlichen Metallelektroden wie Gold und Aluminium. Daher kann die Verwendung von Graphen als oberste Gate-Elektrode ermöglichen, dass die Elektronenemissionseffizienz 20% bis 30% erreicht, wenn die Graphenschicht mit chemischer Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) aufgewachsen wird.
Ferner wird hierin angemerkt, dass die Elektronenemissionseffizienz weiter verbessert werden kann, wenn nur wenige Graphenschichten (vorzugsweise eine einzelne Graphenschicht) in der GOS-Struktur 300 verwendet werden. Aufgrund des Niedertemperaturbetriebs braucht Graphen im Gegensatz zu Wolframfäden keine Verunreinigung für die Breitband-UV-Lampe und den Rest des optischen Systems darstellen. Die Energiestreuung der vorliegenden GOS-Struktur beträgt weniger als etwa 1,5 eV.
In einer Ausführungsform kann das Siliziumsubstrat ein n-Typ sein, der mit einem Dotierungsniveau dotiert ist. Zum Beispiel kann das Siliziumsubstrat ein n-Typ sein, der mit einem Dotierungsniveau zwischen ungefähr 10¹⁶ cm^-3 und ungefähr 10¹⁹ cm^-3 dotiert ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Elektronenemission rechteckig, quadratisch, kreisförmig oder dergleichen mit linearen Abmessungen zwischen ungefähr 10 µm und 1 mm sein, muss es aber nicht. Es wird hierin angemerkt, dass eine Elektronenemission 305 stattfindet, wenn eine Vorspannung über die GOS-Struktur 300 unter Verwendung der zweiten Stromversorgung 306 angelegt wird. In bevorzugten Ausführungsformen liegt die Vorspannung unter 50 V. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Emissionseffizienz“ auf das Verhältnis des emittierten Stroms 305 zu dem Strom von der Stromversorgung 306 durch das Substrat 301. In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Emissionseffizienz mit zunehmender Vorspannung zu und kann 20% bis 30% erreichen. Es wird hierin angemerkt, dass, obwohl 3 das Siliziumsubstrat auf Erdpotential zeigt, die Kathode 300 nicht geerdet sein muss. Wie oben in Bezug auf die 2A und 2B beschrieben kann entweder die Kathode, die erste Anode oder die zweite Anode auf Erdpotential liegen.
In einer Ausführungsform kann die dielektrische Schicht konfiguriert sein, um durch thermische Oxidation von Silizium aufgewachsen zu werden. In einer anderen Ausführungsform kann ein anderes dielektrisches Material als Siliziumdioxid verwendet werden. Zum Beispiel kann das dielektrische Material Bornitrid sein. In einer anderen Ausführungsform kann/können die Graphenschicht(en) konfiguriert sein, um durch chemische Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) aufgewachsen zu werden. In einer anderen Ausführungsform können die Metallkontaktelektroden unter Verwendung herkömmlicher Photolithographie, Hochfrequenz-Sputtern und eines Abhebeprozesses hergestellt werden. Es wird hier jedoch darauf hingewiesen, dass eine oder mehrere Schichten der GOS-Struktur 300 über jeden bekannten Mechanismus hergestellt werden können, daher sollte die obige Diskussion nicht als den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränkend ausgelegt werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 400 zum Belichten eines Substrats mit Breitband-UV-Strahlung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Es wird hierin angemerkt, dass die Schritte des Verfahrens 400 ganz oder teilweise durch das System 100, 200, 250, 300 implementiert werden können. Es wird jedoch ferner erkannt, dass das Verfahren 400 nicht auf das System 100, 200, 250, 300 beschränkt ist, da zusätzliche oder alternative Ausführungsformen auf Systemebene alle oder einen Teil der Schritte des Verfahrens 400 ausführen können.
In Schritt 402 wird einem Gehäuse einer Breitbandbeleuchtungsquelle ein Gas zugeführt. In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 202 der Breitbandbeleuchtungsquelle 200 ein Gas 204 enthalten. Zum Beispiel kann das Gas 204 des Gehäuses 202 dem Gehäuse über eine externe Gasquelle zugeführt werden. Zum Beispiel kann die externe Gasquelle dazu konfiguriert sein, das Gas nach Bedarf dem Gehäuse 202 zuzuführen. Als weiteres Beispiel kann das Gehäuse 202 mit Gas 204 gefüllt und dann abgedichtet werden. Das Gas kann, ohne aber darauf beschränkt zu sein, mindestens eines der folgenden enthalten: Wasserstoff, Deuterium oder ein Edelgas wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, Helium, Neon, Argon, Krypton oder Xenon.
In Schritt 404 wird ein Plasma innerhalb des Gehäuses unter Verwendung einer Plasmaentladungsvorrichtung erzeugt. In einer Ausführungsform ist die Plasmaentladungsvorrichtung 207 dazu konfiguriert, eine Plasmaentladung 208 des Gases 204 innerhalb des Gehäuses 202 aufrechtzuerhalten. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet die Plasmaentladungsvorrichtung 207 eine Anode 210, die in einem ausgewählten Abstand von einer Kathode 212 positioniert ist. Zum Beispiel können die Anode 210 und die Kathode 212 innerhalb des Gehäuses 202 mit einem ausgewählten Abstand voneinander angeordnet sein.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kathode 212 eine GOS-Struktur, die eine Elektronenemissionsvorrichtung vom planaren Typ mit Graphen-Dielektrikum-Halbleiter umfasst. Zum Beispiel kann die GOS-Struktur, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche, eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist, und mindestens eine Graphenschicht, die auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist, umfassen. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Metallkontakte auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet sein.
In einer anderen Ausführungsform sind die GOS-Struktur der Kathode und die Anode der Plasmaentladungsvorrichtung konfiguriert, um das Plasma innerhalb des Gehäuses, das das Gas enthält, zu erzeugen.
In einem optionalen Schritt kann die Plasmadichte nahe der Anode der Plasmaentladungsvorrichtung erhöht werden. Beispielsweise kann die Plasmadichte nahe der Anode erhöht werden, indem ein oder mehrere Magnete außerhalb des Gehäuses platziert werden. Zum Beispiel können der eine oder die mehreren Magnete einen Permanentmagneten und/oder einen Elektromagneten umfassen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Plasmadichte nahe der Anode durch Anordnen einer oder mehrerer Fokussierungselektroden innerhalb des Gehäuses erhöht werden. In einer anderen Ausführungsform können sowohl Fokussierungselektroden als auch Magnete verwendet werden.
In Schritt 406 wird Breitband-Ultraviolettstrahlung erzeugt. In einer Ausführungsform legt eine erste Stromversorgung 214 eine Gleichspannung zwischen der Anode 210 und der Kathode 212 der Plasmaentladungsvorrichtung an. Zum Beispiel kann die Spannung ein elektrisches Feld erzeugen, das die Entladung 208 aufrechterhält. In dieser Hinsicht kann die Entladung 208 Breitbandstrahlung 216 erzeugen. In einer anderen Ausführungsform legt die erste Stromversorgung 214 eine Spannung zwischen der Anode 210 und der Kathode 212 an, die ausreicht, um einen Teil des Gases 204 zu ionisieren, um die Entladung 208 zu zünden (oder einzuleiten). Zum Beispiel kann eine hohe Spannung (z. B. Hunderte von Volt) von der ersten Stromversorgung 214 angelegt werden, um die Entladung zu zünden, und eine niedrigere Spannung (z. B. zwischen ungefähr 50 V und 200 V) kann angelegt werden, um die einmal gezündete Entladung aufrechtzuerhalten. In einer anderen Ausführungsform kann der Emissionsstrom anfänglich erhöht werden, um die Entladung 208 einzuleiten, während eine konstante Spannung an der Anode 210 aufrechterhalten wird.
In Schritt 408 wird die Breitband-Ultraviolettstrahlung optisch an ein Substrat gekoppelt, das sich außerhalb des Gehäuses befindet.
Es wird ferner in Betracht gezogen, dass jede der Ausführungsformen des oben beschriebenen Verfahrens einen oder mehrere andere Schritte von jedem anderen hierin beschriebenen Verfahren umfassen kann. Außerdem kann jede der Ausführungsformen des oben beschriebenen Verfahrens durch jedes der hierin beschriebenen Systeme durchgeführt werden.
Ein Fachmann wird erkennen, dass die hierin beschriebenen Komponenten, Operationen, Vorrichtungen, Objekte und die begleitende Diskussion aus Gründen der konzeptionellen Klarheit als Beispiele verwendet werden und dass verschiedene Konfigurationsmodifikationen in Betracht gezogen werden. Folglich sollen die hierin verwendeten spezifischen Beispiele und die begleitende Diskussion repräsentativ für ihre allgemeineren Klassen sein. Im Allgemeinen soll die Verwendung eines bestimmten Exemplars für seine Klasse repräsentativ sein, und die Nichteinbeziehung bestimmter Komponenten, Operationen, Vorrichtungen und Objekte sollte nicht als Einschränkung angesehen werden.
Die vorstehende Beschreibung wurde vorgelegt, um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung, wie sie im Kontext einer bestimmten Anwendung und ihrer Anforderungen bereitgestellt wird, herzustellen und zu verwenden. Wie hierin verwendet, sollen Richtungsbegriffe wie „oben“, „unten“, „über“, „unter“, „oberer“, „aufwärts“, „unterer“, „unten“ und „abwärts“ zu Beschreibungszwecken relative Positionen angeben und sollen keinen absoluten Referenzrahmen bezeichnen. Fachleuten werden verschiedene Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich sein, und die hierin definierten allgemeinen Prinzipien können auf andere Ausführungsformen angewendet werden. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern soll den weitesten Umfang haben, der mit den hier offenbarten Prinzipien und neuen Merkmalen konsistent ist.
Bezüglich der Verwendung von im Wesentlichen beliebigen Plural- und/oder Singular-Begriffen hierin kann der Fachmann je nach Kontext und/oder Anwendung vom Plural in den Singular und/oder vom Singular in den Plural übersetzen. Die verschiedenen Singular/Plural-Permutationen sind hier aus Gründen der Klarheit nicht ausdrücklich aufgeführt.
Der hier beschriebene Gegenstand veranschaulicht manchmal verschiedene Komponenten, die in anderen Komponenten enthalten sind oder mit diesen verbunden sind. Es versteht sich, dass solche dargestellten Architekturen lediglich beispielhaft sind und dass tatsächlich viele andere Architekturen implementiert werden können, die dieselbe Funktionalität erreichen. Im konzeptionellen Sinne wird jede Anordnung von Komponenten zum Erzielen derselben Funktionalität effektiv „assoziiert“, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird. Daher können jegliche zwei hierin kombinierten Komponenten, um eine bestimmte Funktionalität zu erreichen, als „miteinander assoziiert“ angesehen werden, damit die gewünschte Funktionalität unabhängig von Architekturen oder Zwischenkomponenten erreicht wird. Ebenso können zwei beliebige so verknüpfte Komponenten als miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ betrachtet werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen, und zwei beliebige Komponenten, die auf diese Weise verknüpft werden können, können auch als miteinander „koppelbar“ angesehen werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Spezifische Beispiele von koppelbar umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, physikalisch koppelbare und/oder physikalisch interagierende Komponenten und/oder drahtlos wechselwirkungsfähige und/oder drahtlos wechselwirkende Komponenten und/oder logisch wechselwirkende und/oder logisch wechselwirkungsfähige Komponenten.
Weiterhin versteht es sich, dass die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Der Fachmann versteht, dass hierin und insbesondere in den beigefügten Ansprüchen verwendete Begriffe (z. B. Körper der beigefügten Ansprüche) im Allgemeinen als „offene“ Begriffe gedacht sind (z. B. sollte der Begriff „einschließlich“ interpretiert werden als „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“, der Begriff „mit“ sollte als „mit mindestens“ interpretiert werden, der Begriff „beinhaltet“ sollte interpretiert werden als „beinhaltet, ist aber nicht beschränkt auf“ und dergleichen). Es versteht sich für den Fachmann ferner, dass, wenn eine bestimmte Zahl einer eingeführten Anspruchsangabe beabsichtigt ist, eine solche Absicht ausdrücklich im Anspruch aufgeführt wird und bei Fehlen einer solchen Angabe keine solche Absicht vorliegt. Zum besseren Verständnis können die folgenden beigefügten Ansprüche beispielsweise die Verwendung der einleitenden Ausdrücke „mindestens einer“ und „einer oder mehrere“ enthalten, um Anspruchsrezitationen einzuleiten. Die Verwendung solcher Formulierungen sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, dass die Einführung einer Anspruchsrezitation durch die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ einen bestimmten Anspruch, der eine solche eingeführte Anspruchsrezitation enthält, auf Erfindungen beschränkt, die nur eine solche Rezitation enthalten, selbst wenn derselbe Anspruch die einleitenden Phrasen „eine oder mehrere“ oder „mindestens eine“ und unbestimmte Artikel wie „ein“ oder „eine“ enthält (z. B. sollten „ein“ und/oder „eine“ in der Regel als mindestens eine“ oder „eine oder mehrere“ interpretiert werden); das gleiche gilt für die Verwendung bestimmter Artikel, die verwendet werden, um Anspruchsrezitationen einzuleiten. Ferner, selbst wenn eine bestimmte Anzahl einer eingeführten Anspruchsrezitation explizit abgegeben wird, wird der Fachmann erkennen, dass eine solche Rezitation typischerweise so interpretiert werden sollte, dass sie zumindest die rezitierte Zahl bedeutet (z.B. bedeutet die bloße Rezitation von „zwei Rezitationen“ ohne andere Modifikatoren typischerweise mindestens zwei Rezitationen oder zwei oder mehr Rezitationen). Darüber hinaus ist in den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „mindestens eines von A, B und C und dergleichen“ verwendet wird, im Allgemeinen eine solche Konstruktion in dem Sinne beabsichtigt, in dem ein Fachmann die Konvention verstehen würde (z. B. „ein System mit mindestens einem von A, B und C“ würde ohne darauf beschränkt zu sein Systeme einschließen, die A allein haben, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen und dergleichen). In den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „mindestens eines von A, B oder C und dergleichen“ verwendet wird, ist im Allgemeinen eine solche Konstruktion ist in dem Sinne beabsichtigt, wie ein Fachmann die Konvention verstehen würde (z. B. „ein System mit mindestens einem von A, B oder C“ würde ohne darauf beschränkt zu sein Systeme einschließen, die A allein haben, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen und dergleichen). Der Fachmann versteht ferner, dass praktisch jedes disjunktive Wort und/oder jede disjunktive Phrase, die zwei oder mehr alternative Begriffe darstellt, sei es in der Beschreibung, den Ansprüchen oder den Zeichnungen, so zu verstehen ist, dass die Möglichkeiten umfasst sind, einen der Begriffe aufzunehmen, einen beliebigen der Begriffe oder beide Begriffe. Zum Beispiel wird der Ausdruck „A oder B“ so verstanden, dass er die Möglichkeiten „A“ oder „B“ oder „A und B“ umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Charakterisierungssystem, umfassend: eine Tischanordnung, wobei die Tischanordnung konfiguriert ist, um eine Probe zu tragen; eine Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle, wobei die Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle umfasst: ein Gehäuse mit einer oder mehreren Wänden, wobei das Gehäuse konfiguriert ist, um ein Gas zu enthalten; und eine Plasmaentladungsvorrichtung, wobei die Plasmaentladungsvorrichtung umfasst: eine Anode; eine Kathode, wobei die Kathode umfasst: ein Siliziumsubstrat, wobei das Siliziumsubstrat eine obere Oberfläche hat; eine dielektrische Schicht, wobei die dielektrische Schicht auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist; mindestens eine Graphenschicht, die auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist; einen Metallkontakt, wobei der Metallkontakt auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet ist; und eine zweite Stromversorgungsquelle, wobei die zweite Stromversorgungsquelle konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen dem Metallkontakt und dem Siliziumsubstrat anzulegen; und eine erste Stromversorgungsquelle, wobei die erste Stromversorgungsquelle konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode anzulegen; und ein oder mehrere optische Elemente, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente konfiguriert sind, um Beleuchtung von der Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle auf die Probe zu richten, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente ferner konfiguriert sind, um von der Probe reflektierte oder gestreute Beleuchtung auf einen Sensor zu lenken.
System nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der einen oder mehreren Wände des Gehäuses bei einer Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 130 nm bis 400 nm mindestens teilweise transparent ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein Fenster umfasst, wobei das Fenster bei einer Wellenlänge in einem Bereich von 130 nm bis 400 nm zumindest teilweise transparent ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Gas mindestens eines der folgenden enthält: Wasserstoff, Deuterium, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon.
System nach Anspruch 4, wobei ein Fülldruck des Gases zwischen 1 Pa und 10000 Pa liegt.
System nach Anspruch 4, wobei ein Fülldruck des Gases zwischen 0,1 Atmosphären und 10 Atmosphären liegt.
System nach Anspruch 1, wobei die zweite Stromversorgungsquelle dazu konfiguriert ist, eine Spannung zwischen 10 V und 50 V anzulegen.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Stromversorgungsquelle dazu konfiguriert ist, eine Spannung zwischen 50 V und 200 V anzulegen.
System nach Anspruch 1, das ferner eine oder mehrere Fokussierungselektroden umfasst, die innerhalb des Gehäuses platziert sind.
System nach Anspruch 1, das ferner einen oder mehrere Magnete umfasst, die außerhalb des Gehäuses platziert sind.
System nach Anspruch 10, wobei der eine oder die mehreren Magnete mindestens einen Permanentmagneten und/oder einen Elektromagneten umfassen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Detektoranordnung, wobei die Detektoranordnung den Sensor umfasst und wobei die Detektoranordnung kommunikativ mit einer Steuerung gekoppelt ist, die einen oder mehrere Prozessoren und Speicher umfasst.
Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle, umfassend: ein Gehäuse mit einer oder mehreren Wänden, wobei das Gehäuse konfiguriert ist, um ein Gas zu enthalten; und eine Plasmaentladungsvorrichtung, wobei die Plasmaentladungsvorrichtung umfasst: eine Anode; eine Kathode, wobei die Kathode umfasst: ein Siliziumsubstrat, wobei das Siliziumsubstrat eine obere Oberfläche hat; eine dielektrische Schicht, wobei die dielektrische Schicht auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist; mindestens eine Graphenschicht, wobei die mindestens eine Graphenschicht auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist; einen Metallkontakt, wobei der Metallkontakt auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet ist; und eine zweite Stromversorgungsquelle, wobei die zweite Stromversorgungsquelle konfiguriert ist zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Metallkontakt und dem Siliziumsubstrat; und eine erste Stromversorgungsquelle, die konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode anzulegen.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 13, wobei mindestens eine der einen oder mehreren Wände des Gehäuses bei einer Wellenlänge in einem Bereich von 130 nm bis 400 nm mindestens teilweise transparent ist.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse ein Fenster umfasst, wobei das Fenster bei einer Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 130 nm bis 400 nm zumindest teilweise transparent ist.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 13, wobei das Gas mindestens eines der folgenden enthält: Wasserstoff, Deuterium, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 16, wobei ein Fülldruck des Gases zwischen 1 Pa und 10000 Pa liegt.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 16, wobei ein Fülldruck des Gases zwischen 0,1 Atmosphären und 10 Atmosphären liegt.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 13, wobei die zweite Stromversorgungsquelle dazu konfiguriert ist, eine Spannung zwischen 10 V und 50 V anzulegen.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 13, wobei die erste Stromversorgungsquelle dazu konfiguriert ist, eine Spannung zwischen 50 V und 200 V anzulegen.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 13, ferner umfassend eine oder mehrere Fokussierungselektroden, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 13, ferner umfassend einen oder mehrere Magnete, die außerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 22, wobei der eine oder die mehreren Magnete mindestens einen Permanentmagneten und/oder einen Elektromagneten umfassen.
Beleuchtungsquelle nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse zwei Volumina umfasst, ein erstes Volumen, das das Gas enthält, und ein zweites Volumen, das die Kathode enthält.
Verfahren zum Belichten eines Substrats mit Breitband-Ultraviolettstrahlung, umfassend: Zuführen eines Gases zu einem Gehäuse einer Breitband-Ultraviolett-Beleuchtungsquelle; Erzeugen eines Plasmas innerhalb des Gehäuses unter Verwendung einer Plasmaentladungsvorrichtung; Erzeugen von Breitband-Ultraviolettstrahlung in dem Gehäuse; und optisches Koppeln der Breitband-Ultraviolettstrahlung an ein Substrat, das sich außerhalb des Gehäuses befindet, wobei die Plasmaentladungsvorrichtung umfasst: eine Anode; eine Kathode, wobei die Kathode umfasst: ein Siliziumsubstrat mit einer oberen Oberfläche; eine dielektrische Schicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet ist; mindestens eine Graphenschicht, die auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist; einen Metallkontakt, der auf einer oberen Oberfläche der Graphenschicht gebildet ist; und eine zweite Stromversorgungsquelle, wobei die zweite Stromversorgungsquelle konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen dem Metallkontakt und dem Siliziumsubstrat anzulegen; und eine erste Stromversorgungsquelle, wobei die erste Stromversorgungsquelle konfiguriert ist, um eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei mindestens eine von einer oder mehreren Wänden des Gehäuses bei einer Wellenlänge in einem Bereich von 130 nm bis 400 nm mindestens teilweise transparent ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Gehäuse ein Fenster umfasst, wobei das Fenster bei einer Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 130 nm bis 400 nm zumindest teilweise transparent ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Gas mindestens eines der folgenden enthält: Wasserstoff, Deuterium, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei ein Fülldruck des Gases zwischen 1 Pa und 10000 Pa liegt.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei ein Fülldruck des Gases zwischen 0,1 Atmosphären und 10 Atmosphären liegt.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die zweite Stromversorgungsquelle dazu konfiguriert ist, eine Spannung zwischen 10 V und 50 V anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die erste Stromversorgungsquelle dazu konfiguriert ist, eine Spannung zwischen 50 V und 200 V anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner umfassend: Erhöhen einer Plasmadichte nahe der Anode der Plasmaentladungsvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Plasmadichte erhöht wird, indem eine oder mehrere Fokussierungselektroden innerhalb des Gehäuses platziert werden.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Plasmadichte erhöht wird, indem ein oder mehrere Magnete außerhalb des Gehäuses platziert werden.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der eine oder die mehreren Magnete mindestens einen Permanentmagneten und/oder einen Elektromagneten umfassen.