DE29613089U1 - Belichtungseinheit für ein optisches Gerät - Google Patents

Belichtungseinheit für ein optisches Gerät

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Description

* PHQ 96.003
Jr' '··:·:_: : · "*·*·„'· 19.O7.1996
Belichtungseinheit für ein optisches Gerät
Die Neuerung betrifft eine Belichtungseinheit für ein optisches System mit .einem Belichtungssystem, das in dieser. Reihenfolge folgendes umfaßt: eine "Strahlungsquelleneinheit, einen ersten optischen Integrator und ein Detektionssystem mit "einem strahlungsempfindlichen Detektor zum Messen einer Belichtungsdosis. Die Neuerung bezieht sich auch auf ein optisches Gerät zum wiederholten und/oder abtastenden Abbilden einer Maske auf ein Substrat, wobei das Gerät mit einer solchen Belichtungseinheit versehen ist.
Eine Belichtungseinheit der eingangs erwähnten Art ist aus der US-amerikanischen Patentschrift US-A 5.343.270 bekannt. Eine solche Belichtungseinheit kann beispielsweise in einem sogenannten Waferstepper verwendet werden. Ein Waferstepper ist ein optisches Gerät zum wiederholten Abbilden, mit Hilfe von optischer Strahlung, einer Maskenstruktur in einer photoempfindlichen Schicht, die sich auf einem Substrat befindet, beispielsweise einem Siliciumsubstrat, und es wird zur Fertigung integrierter Schaltungen (ICs) verwendet. Hierbei wird mit einem Projektionslinsensystem die Struktur auf ein erstes Teilgebiet, oder Feld des Substrats, abgebildet. Man unterscheidet bei Wafersteppern sogenannte "Stepper" und sogenannte "Scanner". In einem Stepper wird die Maskenstruktur in einem Mal auf ein Feld abgebildet. Anschließend wird das Substrat über einen genau definierten Abstand fortbewegt, woraufhin die Struktur auf ein folgendes Substratfeld abgebildet wird, woraufhin das Substrat wieder verschoben wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Maskenstruktur auf die gewünschten Substratfelder abgebildet worden ist. In der optischen Lithographie wird einerseits danach gestrebt, kleinere Details abzubilden, so daß mehr Komponenten in einem IC untergebracht werden können. Hierfür muß eine Projektionslinse mit größerer numerischer Apertur (NA) verwendet werden, die jedoch eine geringere Schärfentiefe hat. Anderseits möchte man größere Felder belichten, so daß auch auf diese Weise die Anzahl Komponenten pro PC erhöht werden kann. Hierzu muß das Bildfeld der Projektionslinse vergrößert werden. Die Forderung nach einer größeren NA und einem größeren Bildfeld sind einander widersprechende Anforderungen, die in der Praxis nur bis zu einem gewissen Grad mit hohem Aufwand und hohen Kosten erfüllt werden können,
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und bei einer weiteren Erhöhung gar nicht mehr. Daher wurde vorgeschlagen, eine ' abtastende Abbildung der Maskenstruktur zu verwenden ("Scanning"). Dabei wird jeweils ein Teil der Maskenstruktur auf einen entsprechenden Teil des Substratfeldes abgebildet. Hierzu wird nur ein Teil der Maskenstruktur belichtet und werden die Maske und das Substrat in bezug auf die Projektionslinse und das Belichtungsstrahlenbündel synchron bewegt, bis die gesamte Maskenstruktur auf dem Substratfeld abgebildet worden ist. Wenn ein vollständiges -Feld belichtet worden ist, wird beispielsweise das Substrat um einen genau definierten "Abstand bewegt, wie in einem Stepper, so daß das folgende Feld erreicht wird.
Um gut definierte Strukturen im Substrat zu bilden, muß dieses mit einer genau bestimmten Menge Energie, im weiteren Dosis genannt, belichtet werden. Außerdem muß die Belichtung eines Substratfeldes möglichst schnell erfolgen, so daß eine möglichst große Anzahl Substrate pro Zeiteinheit belichtet werden kann. Daher ist es sehr wichtig, die tatsächliche Dosis genau und zuverlässig zu messen, so daß diese so genau wie möglich gleich der gewünschten Dosis gemacht werden kann.
Zum Messen der Dosis ist in dem Belichtungssystem der US-Patentschrift 5.343.270 ein strahlungsempfindlicher Detektor hinter einem teildurchlässigen Faltungsspiegel im Strahlungsweg des Belichtungstrahlenbündels angebracht. In der Detektionseinheit der US-Patentschrift 5.343.270 wird nicht berücksichtigt, daß man in den derzeitigen Stepper- und/oder Scanner-Photolithographiegeräten über die Möglichkeit verfügen möchte, die Energieverteilung innerhalb des Belichtungsstrahlenbündeis in Abhängigkeit von der Betriebsart, in der das Gerät arbeitet, zu verändern.
Weiterhin sollte die Lichtverteilung am Ort dieser Fläche sehr homogen
w sein, da die aktive Fläche des Detektors, mit der gemessen wird, im allgemeinen relativ klein
ist, und sollte möglichst viel Strahlung auf den Detektor treffen.
Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Belichtungseinheit zu verschaffen, die es ermöglicht, bei verschiedenen Belichtungsarten die Belichtungsdosis sehr genau und zeitlich stabil und zu messen, wobei das Belichtungsstrahlenbündel am Ort des Detektors des Detektionssystems relativ homogen ist.
Die neuerungsgemäße Belichtungseinheit ist hierzu dadurch gekennzeichnet, daß das Belichtungssystem einen zweiten optischen Integrator umfaßt, und daß die beiden Integratoren ein Prismensystem umschließen, das zumindest ein Prisma umfaßt, wobei das Prismensystem eine Auskoppelfläche hat, über die ein Bruchteil Licht aus dem Belichtungssystem auskoppelbar ist und eine Austrittsfläche, über die ein Bruchteil Licht
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aus dem Prismensystem auskoppelbar ist, wobei die Eintrittsöffnung des Detektionssystems sich in der Nähe der Austnttsfläche des Prismensystems befindet.
Der zweite Integrator stellt an erster Stelle die Homogenität des von der Auskoppelfläche durchgelassenen Lichtbündels wieder her und kann eventuell die von dem erstem Integrator realisierte Homogenität verbessern.
Die Integratoren können beispielsweise optisch transparente Stäbe sein, ■die beispielsweise aus Quarz hergestellt sind.
Eine Konstruktion von Integratoren, die ein Prismensystem umschließen, "ist relativ einfach und erlaubt es, einen Energiesensor an einer Stelle anzubringen, wo die Belichtungsdosis zuverlässig und reproduzierbar gemessen werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der neuerungsgemäßen
Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionssystem lichtintegrierende Mittel umfaßt.
Auf diese Weise wird innerhalb des Detektionssystems noch für weitere Integration gesorgt, so daß der Integrationsgrad am Ort des strahlungsempfindlichen Detektors viel höher ist als beispielsweise in der Belichtungseinheit der genannten US-Patentschrift.
Falls die Belichtungseinheit eine interne REMA umfaßt, hat die Belichtungseinheit den Vorteil, daß das Detektionssystem sich von der Lichtquelle aus gesehen vor der internen REMA befindet. Dadurch kann ein Detektor mit einem relativ kleinen Dynamikbereich genügen.
Eine er,ste Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem ein einziges Prisma umfaßt, dessen Hypotenuse-Seite die Auskoppelfläche des Belichtungssystems ist und die Austrittsfläche des Prismensystems ist.
In einer sehr einfachen Ausführungsform der Belichtungseinheit umfaßt das Prismensystem ein einziges Prisma. Die Auskoppelfläche und die Austnttsfläche fallen zusammen und werden von der Hypotenuse-Seite dieses Prismas gebildet. Der Transmissionsgrad in Richtung des Detektionssystems wird durch die Ausführung der Hypotenuse-Seite bestimmt. Vorzugsweise ist der Transmissionsfaktor zum Detektionssystem hin so klein, daß die Intensität des von der Strahlungsquelle kommenden Belichtungsstrahlenbündels nicht wesentlich beeinflußt wird.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Belichtungseinheit ist, daß Strahlung des Belichtungsstrahlenbündels, die von Komponenten reflektiert wird, die sich im
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Strahlungsweg hinter der Dosisdetektionseinheit befinden, den strahlungsempfindlichen * Detektor dieser Einheit erreichen kann. Dadurch kann die Dosismessung ebenfalls unzuverlässig sein. Solche Rückreflexionen können aus der Maske, dem Substrat, optischen Komponenten zwischen dem Prismensystem und dem Substrat und, falls vorhanden, aus dem internen REMA-System (reticle masking system), mit dem das belichtete Feld auf der Maske scharf begrenzt wird, stammen.
Daher ist eine zweite Ausführungsform der neuerungsgemäßen
Belichtungseinheit dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem ein erstes und ein zweites " Prisma umfaßt, wobei das erste und das zweite Prisma mit ihren Hypotenuse-Seiten zueinander gerichtet sind, wobei die Auskoppelfläche sich zwischen den beiden Prismen befindet und wobei die Austrittsfläche mit der oberen Fläche des zweiten Prismas zusammenfällt.
Das Lichtbündel, das aus dem ersten Integrator aus- und in das erste Prisma eintritt, wird zum größten Teil an der Hypotenuse-Seite des ersten Prismas zum zweiten Integrator hin durchgelassen, während ein kleiner Bruchteil zum zweiten Prisma geht. Dieses Licht verläßt das zweite Prisma über die obere Fläche nach eventueller innerer Totalreflexion an der Seitenfläche. Licht, das nach Rückreflexionen das zweite Prisma erreicht, verläßt das zweite Prisma über die Seitenfläche. Auf diese Weise sorgt das zweite Prisma also dafür, daß das von der Strahlungsquelle stammende Licht und das Licht, das auf Rückreflexionen zurückzuführen ist, voneinander getrennt werden. Das von Rückreflexionen erzeugte Licht wird daher keinen oder nahezu keinen Einfluß auf die Messung des Detektors haben. Das aus der Strahlungsquelle stammende, zu messende Licht wird auf der oberen Fläche des zweiten Prismas konzentriert.
Eine andere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit, bei der das Prismensystem zwei Prismen umfaßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem ein erstes und ein zweites Prisma umfaßt, wobei das erste und das zweite Prisma mit ihren Hypotenuse-Seiten zueinander gerichtet sind, wobei die Auskoppelfläche sich zwischen den beiden Prismen befindet und wobei die Austrittsfläche mit der Seitenfläche des ersten oder des zweiten Prismas zusammenfällt.
Hier liegen beispielsweise die beiden Integratoren in einer Linie und wird das Meßstrahlenbündel nahezu senkrecht zum Hauptlichtweg abgespalten.
In der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist es also möglich, eine Lichtmenge aus dem Belichtungssystem auszukoppeln, anhand deren die auf das Substrat fallende Belichtungsdosis zuverlässig gemessen werden kann.
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Durch Hinzufügen eines zweiten Prismas wird das ausgekoppelte
Strahlungsbündel, anhand dessen die Belichtungsdosis gemessen wird, besser von dem der unerwünschten, an Komponenten im Lichtweg rückreflektierten Strahlung getrennt. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit, daß die unerwünschte Strahlung den Detektor erreicht, verringert.
Eine vierte Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem ein erstes und ein zweites Prisma umfaßt, wobei das erste und das zweite Prisma mit ihren Hypotenuse-Seiten zueinander gerichtet 'sind, wobei sich zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma einerseits und dem ersten Integrator anderseits ein drittes Prisma befindet, wobei von diesem Prisma die Hypotenuse-Seite mit einer hochreflektierenden Schicht versehen ist, wobei die Auskoppelfläche sich zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma befindet und wobei die Austrittsfläche mit der oberen Fläche des zweiten Prismas zusammenfällt.
Das von dem ersten Integrator kommende Licht wird von dem dritten Prisma abgelenkt. Anschließend wird an der Auskoppel fläche ein relativ kleiner Bruchteil Licht zum Detektionssystem reflektiert, während der größte Teil des Lichtbündels zum zweiten Integrator hin durchgelassen wird.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die Ablenkfunktion und die Auskoppelfunktion verschiedenen Hypotenuse-Seiten zugewiesen worden sind. Auf diese Weise ist es möglich, die auf diesen Seiten aufgebrachten Schichten für ihre Funktion zu optimieren.
Außerdem ist es bei dieser Ausführungsform nicht notwendig, daß sich zwischen dem ersten Prisma und dem zweiten Integrator ein Luftspalt befindet, um die Winkelverteilung innerhalb des Lichtbündels beizubehalten. Hierdurch ist es möglich, das erste Prisma mit dem Integrator zu integrieren, wenn der Integrator beispielsweise ein optisch transparenter Stab ist. Die Eintrittsfläche dieses Stabes an der Seite des Prismensystems kann dann mit einer schrägen Seite unter beispielsweise einem Winkel von 45° versehen sein. Die Hypotenuse-Seite des zweiten Prismas befindet sich dann gegenüber dieser schrägen Seite.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hypotenuse-Seite des ersten Prismas mit einer reflektierenden Schicht versehen ist, die zumindest teilweise durchlassend ist.
Die Schicht muß innerhalb eines relativ großen Winkelbereichs reflektieren. Dann wird Licht, das auf die reflektierende Schicht fällt, zum größten Teil zu
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dem zweiten Integrator gehen und das zweite Prisma nicht erreichen.
Was unter einem relativ großen Winkelbereich zu verstehen ist, wird anhand eines Zahlenbeispiels erläutert. Falls die Winkelverteilung des Lichtbündels in Luft zwischen -40° und +40° liegt, wird dies in dem Integrator, im Falle eine Quarzstabes, -25° und +25°. Bezüglich der Normalen zur Hypotenuse-Seite des Prismas führt das zu einem Winkelbereich von 20° bis 70°.
Der gewünschte Transmissionsfaktor kann beispielsweise durch Anpassen 'der Dicke der Schicht erhalten werden.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hypotenuse-Seite des ersten Prismas mit einer durchlassenden Schicht versehen ist, die zumindest teilweise reflektierend ist.
Auch hier werden der Transmissions- und der Reflexionskoeffizient der Schicht durch die Dicke der Schicht bestimmt.
Je nach der Konfiguration des Prismensystems und des Integrators wird das Meßstrahlenbündel an der Auskoppel fläche durchgelassen oder reflektiert.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einer Anzahl Löcher versehen ist.
Statt die Dicke der Schicht anzupassen, ist dies eine andere Möglichkeit, um eine reflektierende Schicht mit dem erforderlichen Transmissionsfaktor zu realisieren. Für das Licht, das auf die Hypotenuse-Seite des ersten Prismas an Stellen einfällt, wo die reflektierende Schicht unterbrochen ist, bestimmt der Einfallswinkel die Reflexion. Für Winkel, die kleiner sind als der kritische Winkel für innere Totalreflexion, wird Transmission auftreten, während für Einfallswinkel größer als dieser kritische Winkel das Licht nicht ausgekoppelt wird, sondern zum zweiten Integrator gelenkt wird. Ein weiterer Vorteil einer mit Löchern versehenen Schicht ist, daß am Ort der Löcher, wo also Transmission auftritt, Umgebungsfaktoren nahezu keinen Einfluß haben, da dort die Hypotenuse-Seite unbehandelt ist. Die reflektierende Schicht, die dagegen diesen Faktoren durchaus unterliegt, kann dann optimal optisch dicht ausgeführt werden.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Aluminium umfaßt.
Aluminium ist ein sehr geeignetes Material für diese Anwendung, da die Reflexion relativ winkelunabhängig ist.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ein dielektrisches Material umfaßt.
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Mit einer dielektrischen Schicht kann eine relativ hohe Reflexion erreicht werden. Um in einem relativ großen Winkelbereich eine relativ hohe Reflexion zu realisieren, ist ein Stapel von Teilschichten verschiedener dielektrischer Materialien mit verschiedenen Brechzahlen erforderlich. Die Anzahl Schichten wird durch den gewünschten Transmissionsfaktor, die gewünschte Reflexion und den gewünschten Winkelbereich bestimmt.
Das dielektrische Material kann eventuell mit Aluminium kombiniert werden. Ein Vorteil einer solchen Kombination ist, daß der relativ große Winkelbereich von "Aluminium mit einer relativ hohen Reflexion des dielektrischen Materials kombiniert werden kann.
Die dielektrische Schicht kann eventuell mit Löchern versehen sein, um den gewünschten Transmissionskoeffizienten zu erhalten.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Hypotenuse-Seite eines der beiden Prismen Fortsätze befinden, die mit der Hypotenuse-Seite des anderen Prismas in optischem Kontakt stehen.
Wenn die Hypotenuse-Seite beispielsweise des ersten Prismas unbehandelt ist und wenn die Hypotenuse-Seite beispielsweise des zweiten Prismas mit Fortsätzen von Material mit der gleichen Brechzahl versehen ist wie die der beiden Prismen, dann wird Licht, das am Ort der Fortsätze einfällt, durchgelassen, während für das Licht, das zwischen den Fortsätzen einfällt, der Einfallswinkel bestimmt, ob Reflexion auftritt oder nicht.
Wenn die Hypotenuse-Seite des ersten Prismas mit einer dielektrischen Schicht versehen ist und in Kombination damit das zweite Prisma mit Fortsätzen aus Material mit der gleichen Brechzahl wie der der beiden Prismen versehen ist, wird Licht, das am Ort eines Fortsatzes auf die dielektrische Schicht fällt, zum Teil reflektiert, insbesondere bei kleineren Einfallswinkeln, und zum Teil durchgelassen, insbesondere bei größeren Einfallswinkeln, da am Ort des Fortsatzes die innere Totalreflexion aufgehoben wird. Wo kein Fortsatz vorhanden ist, erfolgt Reflexion an der dielektrischen Schicht.
Wenn die dielektrische Schicht Löcher aufweist, unterliegt ein Teil des Lichtes, das auf die Löcher in der Schicht fällt, innerer Totalreflexion und ein Teil, insbesondere der mit den kleinen Einfallswinkeln, wird von der Hypotenuse-Seite zum zweiten Prisma hin durchgelassen, je nach dem Einfallswinkel. Der Bruchteil des einfallenden Strahlenbündels, der über die Auskoppelfläche ausgekoppelt wird, hängt also von der Winkelverteilung innerhalb des einfallenden Lichtbündels ab.
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Indem sowohl Löcher in der dielektrischen Schicht auf der Hypotenuse- ~ Seite des ersten Prismas als auch Fortsätze auf der Hypotenuse-Seite des zweiten Prismas verwendet werden, wird eine symmetrische Winkeltransmission erhalten. Auf diese Weise werden Lichtstrahlen mit kleinem Einfallswinkel von den Löchern und Lichtstrahlen, die unter einem größeren Einfallswinkel einfallen, von den Fortsätzen durchgelassen. Die Transmission durch die Fortsätze und die Löcher ist komplementär. Die Fortsätze können .beispielsweise erhalten werden, indem das dazwischen liegende Material weggeätzt wird. Die 'vom Detektionssystem ausgeführte Messung wird in diesem Fall von der Winkelverteilung in "dem Lichtbündel unabhängig sein.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Fortsätzen Material mit einer größeren optischen Dichte als die der Fortsätze befindet.
Hierdurch wird das Licht, das unerwünschterweise von der dielektrischen Schicht durchgelassen wurde, doch noch blockiert.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hypotenuse-Seite des ersten Prismas mit einer Oberflächenstruktur in Form von Prismen, Kerben oder einem Mikrozerstreuungsglied versehen ist.
Mit einer MikroStruktur, beispielsweise in der Form von Mikroprismen, Kerben oder einem Mikrozerstreuungsglied, kann infolge der Art dieser Strukturen ein genau bestimmter Transmissionsfaktor der Auskoppelfläche erhalten werden, im Prinzip unabhängig von der Winkelverteilung in dem Lichtbündel.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Prisma mit ihren Hypotenuse-Seiten miteinander verklebt sind, wobei die Brechzahl des Klebstoffes und die Brechzahl der Prismen nahezu einander gleich sind.
Durch das Verkleben der beiden Prismen wird die innere Totalreflexion aufgehoben. Die Reflexion ist jetzt allein von der Reflexionswirkung der reflektierenden Schicht abhängig. Das Licht, das jetzt auf die Löcher fällt, wird für alle Winkel gleichmäßig durchgelassen. Das Licht, das aus dem Prismensystem austritt, wird die ursprüngliche Winkelverteilung beibehalten haben.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma ein Luftspalt befindet, wobei sich zwischen den beiden Hypotenuse-Seiten zumindest ein
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Abstandselement befindet.
Wegen der zwischen den beiden Prismen vorhandenen Luftschicht wird das Reflexionsvermögen der Auskoppelfläche durch die Ausführungsform der Hypotenuse-Seiten der beiden Prismen bestimmt. Innere Totalreflexion am Ort der Löcher bleibt in diesem Fall erhalten. Die Abstandselemente sorgen dafür, daß der Abstand zwischen den beiden Prismen konstant bleibt, und sie können zugleich für eine Abschirmung des Detektors sorgen, so daß nicht gewünschtes Licht daran gehindert wird, den Detektor zu erreichen.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit "ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Seitenfläche des zweiten Prismas mit einer anti-reflektierenden Schicht versehen ist.
Um die Trennung zwischen aus der Lichtquelle stammendem Licht und durch Rückreflexionen bewirktem Licht zu optimieren, wird vorzugsweise die Seitenfläche des zweiten Prismas mit einer anti-reflektierenden Schicht versehen, um zu verhindern, daß das von Rückreflexionen bewirkte Licht an dieser Fläche zum Detektor hin reflektiert wird. Außer der Seitenfläche kann auch die dazu senkrecht liegende Fläche mit einer antireflektierenden Schicht versehen werden.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß an der Seitenfläche des zweiten Prismas eine Strahlenfalle ("beam dump") angebracht ist.
Mittels einer Strahlenfalle wird das Licht, das die Seitenfläche verläßt und für den Detektor nicht gewünscht ist, aufgefangen und damit daran gehindert, weitere unerwünschte Reflexionen oder Streuung zu erfahren.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Austrittsfläche des Prismensystems und dem Detektionssystem ein Zerstreuungsglied befindet.
Jeder Punkt des Zerstreuungsgliedes, der angeregt wird, verhält sich wie eine Punktquelle, so daß die Emission des Zerstreuungsgliedes vom Einfallswinkel unabhängig ist. Hierdurch wird von der Austrittsfläche kommendes Licht homogenisiert, bevor es in den Detektor einfällt.
Das Zerstreuungsglied kann an der Prismenfläche haften, aber es kann auch lose von der Prismenfläche vorliegen. Im letzteren Fall ist es relativ einfach, bei einer Verschlechterung des Zerstreuungsgliedes dieses auszuwechseln.
Das Zerstreuungsglied kann beispielsweise aus Milchglas gebildet sein. Dieses besteht aus mindestens zwei Glasphasen mit verschiedenen Brechzahlen.
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Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstreuungsglied ein Opalglas ist.
Ein Opalglas besteht aus einer relativ dünnen Schicht Milchglas auf einem optisch transparenten Träger. Ein Vorteil dabei ist, daß eine größere Transmission erreicht werden kann, weil eine viel dünnere Schicht Milchglas genügt, als wenn nur Milchglas verwendet würde. Wenn nur Milchglas verwendet wird, muß das Glas eine minimale Dicke haben, damit das Risiko einer Beschädigung nicht zu groß wird.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement eine faltbare Blende ist und daß das Zerstreuungsglied gestuft ist, wobei der Abschnitt mit dem größten Durchmesser auf das Detektionssystem gerichtet ist.
Wenn das Abstandselement von einer Abschirmblende gebildet wird und das Zerstreuungsglied gestuft ist, wobei der Teil mit dem kleinsten Querschnitt zum oberen Prisma gerichtet ist, bilden die Blende und die Stufe zusammen ein Labyrinth. Dieses Labyrinth verhindert, daß nicht gewünschtes Licht den Detektor erreicht. Vorzugsweise ragt die faltbare Blende über die seitlichen Kanten des oberen Prismas hinaus, um die Abschirmung für nicht gewünschtes Licht zu optimieren.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Zerstreuungsglied und dem Prismensystem eine Blende befindet.
Hierdurch wird das Eintrittsfenster des Detektionssystems gegen nicht gewünschtes Licht abgeschirmt. Die Blende kann beispielsweise von einer chromhaltigen Schicht gebildet werden, in der eine Öffnung vorgesehen ist, die kleiner ist als die Austrittsfläche des Prismensystems.
Eine weitere Ausführungsform der neuerungsgemäßen Belichtungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionssystem eine Sensorröhre umfaßt, die als Lichtintegrator wirkt.
Hierdurch werden die Homogenität und die Intensität des auf den Detektor einfallenden Strahlenbündels vergrößert. Die Sensorröhre kann beispielsweise eine Röhre sein, deren Innenwände hochreflektierend ausgeführt sind. Es kann sich ebenfalls um einen optisch transparenten Stab handeln oder um eine Ulbrichtsche Kugel.
Durch innere Reflexionen wird die in das Detektionssystem einfallende Meßstrahlung, die eventuell aus verschiedenen Positionen und eventuell unter verschiedenen Winkeln eintritt, so gemischt und gerichtet, daß sie vollständig auf den Detektor gelangt.
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Für die Reflexionen kann unter Umständen die innere Totalreflexion an der Innenwand der Sensorröhre genutzt werden.
Die Neuerung bezieht sich auch auf ein Gerät zum wiederholten Abbilden einer Maske auf ein Substrat, mit einer Belichtungseinheit wie oben beschrieben. Das neuerungsgemäße Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät mit einer Rückkopplungs-Regeleinheit zum Ansteuern der Strahlungsquelle auf Basis von Messungen des Energiesensors versehen ist.
Der Grund, warum Kenntnis der Belichtungsenergie wichtig ist, ist für "einen Stepper und einen Scanner unterschiedlich. In einem Stepper bestimmt die gemessene Belichtungsenergie die Öffnungsdauer des Verschlusses und somit die erforderliche
Belichtungsdauer. Bei einem Scanner ist es wichtig, daß die Belichtungsdosis über ein und P) dasselbe Feld gleichmäßig ist. Das vollständige Feld wird dort nicht gleichzeitig belichtet.
Die Messung der Belichtungsenergie kann anschließend verwendet werden, um die Strahlungsquelleneinheit so anzusteuern, daß die Belichtungsdosis innerhalb ein und desselben Feldes gleichmäßig ist.
Die Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Gerät zum wiederholten Abbilden einer Maske auf ein Substrat gemäß der Neuerung;
Figuren 2, 3 und 4 jeweils ein Ausführungsbeispiel für eine neuerungsgemäße Belichtungseinheit;
W Figuren 5(a) bis 5(i) eine Anzahl Ausführungsbeispiele für ein
Prismensystem zur Verwendung in einer neuerungsgemäßen Belichtungseinheit; Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für ein Prismensystem mit zwei Prismen zur Verwendung in einer neuerungsgemäßen Belichtungseinheit, wobei das Prismensystem mit Abstandselementen und einer Strahlenfalle versehen ist;
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für eine neuerungsgemäße Belichtungseinheit;
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel für ein Prismensystem mit einem Zerstreuungsglied zur Verwendung in einer neuerungsgemäßen Belichtungseinheit und
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel für eine neuerungsgemäße Belichtungseinheit.
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Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Geräts 100 zum
wiederholten Abbilden einer Maskenstruktur 102 auf ein Substrat 104, beispielsweise eines Photolithographie-Geräts. Das Substrat kann beispielsweise Silicium sein, auf dem eine photoempfindliche Schicht aufgebracht ist. Das Gerät 100 umfaßt ein Belichtungssystem 1 zum Liefern eines Belichtungsstrahlenbündels. Das Belichtungssystem 1 umfaßt eine Strahlungsquelleneinheit 108 mit einer Strahlungsquelle 110. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise eine mit einem elliptischen Spiegel kombinierte Quecksilberlampe sein, wie in 'Figur 1 dargestellt. Die Strahlungsquelle kann ebenfalls beispielsweise ein Excimer-Laser "sein. Das von der Strahlungsquelleneinheit 108 gelieferte Lichtbündel verläuft über die Öffnung eines Verschlusses 7 zu einem Linsensystem 9. Dem Linsensystem 9 folgt ein optisch strahlungsleitendes System, das unter anderem die Rolle eines Integrators hat und das im weiteren ausführlich besprochen werden soll. Am Ende dieses Systems kann sich beispielsweise eine innere REMA 25 befinden. Die innere REMA sorgt dafür, daß das belichtete Gebiet der Maske scharf begrenzt ist. Das Linsensystem 112 erzeugt eine Abbildung der REMA auf der Maske 102, die ihrerseits von dem Projektionslinsensystem 106 auf das Substrat 104 abgebildet wird. Sowohl die Maske 102 als auch das Substrat 104 befinden sich jeweils auf einem Tisch (nicht eingezeichnet). Bei einem solchen optischen Gerät ist es wichtig, die Belichtungsdosis, mit der die strahlungsempfindliche Schicht auf dem Substrat belichtet wird, messen und regeln zu können. Hierzu umfaßt das Gerät 100 außer einem Belichtungssystem 1 auch ein Detektionssystern 45, wobei beide zusammen eine Belichtungseinheit 2 bilden. Ein solches System kann sich im Prinzip an verschiedene Stellen in dem Gerät befinden. Um eine möglichst zuverlässige Messung ausführen zu können, wird in der vorliegenden Neuerung eine Belichtungseinheit mit einem strahlungsleitenden System vorgeschlagen, deren Aufbau es ermöglicht, Licht auszukoppeln, um die Belichtungsdosis zu messen, mit der das Substrat 104 belichtet werden soll, ohne dabei die Intensität im Hauptlichtweg wesentlich zu beeinflussen.
Die neuerungsgemäße Belichtungseinheit soll jetzt im einzelnen
besprochen werden. Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine neuerungsgemäße Belichtungseinheit 2. Die Belichtungseinheit 2 besteht aus einem Belichtungssystem 1 und einem Detektionssystem 45. Das Belichtungssystem 1 besteht aus einer Strahlungsquelleneinheit 3, gefolgt von einem Verschluß 7, einem Linsensystem 9 und weiterhin aus einem von den Elementen 11, 13, 15 gebildeten strahlungsleitenden System. Dahinter befindet sich eine innere REMA. Das strahlungsleitende System wird von einem ersten Integrator, beispielsweise einem optisch transparenten Stab 11, einem Prismensystem
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15 und einem zweiten Integrator, beispielsweise einem optisch transparenten Stab 13 gebildet. Die Stäbe können beispielsweise aus Glas oder aus Quarz bestehen. Ein optischer Integrator kann beispielsweise auch von einem Tunnel mit spiegelnden Innenwänden oder von Fliegenaugenstablinsen gebildet werden, wie beispielsweise in der bereits genannten US-Patentschrift. Es ist an sich bekannt, daß ein solcher Stab als Integrator wirkt und somit für eine homogene Lichtverteilung sorgt. Die zwei Stäbe 11, 13 stehen beispielsweise zueinander „senkrecht. Die Stäbe können auch einen anderen Winkel miteinander bilden oder in einer 'Linie liegen (siege Fig. 3).
Das Prismensystem 15 hat die Aufgabe, das Hauptlichtbündel von dem ersten Integrator 11 zum zweiten Integrator 13 zu lenken und aus dem Hauptlichtweg einen kleinen Bruchteil des Lichtbündels auszukoppeln, aus dem die Belichtungsdosis bestimmt werden kann, ohne daß dabei die Intensität im Hauptlichtweg wesentlich beeinflußt wird. Hierzu umfaßt das Prismensystem zumindest ein Prisma. Weiterhin hat das Prismensystem eine Auskoppelfläche, um einen kleinen Bruchteil des Lichtbündels aus dem Belichtungssystem auszukoppeln, und eine Austrittsfläche, um diesen Bruchteil aus dem Prismensystem auszukoppeln, damit er gemessen werden kann. Die Ausführungsform des Prismensystems bestimmt, von welchen Flächen in dem Prismensystem diese Funktionen erfüllt werden. In Figur 2 umfaßt das Prismensystem 15 nur ein einziges Prisma 17. Die Hypotenuse-Seite 21 des Prismas 17 kann so ausgeführt werden, daß dessen Transmissionsfaktor höchstens einige % beträgt, so daß nur ein geringer Bruchteil des Lichtbündels aus dem Belichtungssystem ausgekoppelt wird. Die Auskoppelfläche und die Austrittsfläche fallen hier zusammen. In Figur 2 sorgt das Prisma 17 zugleich für die Ablenkung des Lichtbündels. Der größte Teil eines auf die Hypotenuse-Seite 21 einfallenden Lichtbündels wird in Richtung des zweiten Integrators 13 gelenkt werden, während ein kleiner Bruchteil von dieser Seite 21 in Richtung des Detektionssystems durchgelassen werden wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um der Hypotenuse-Seite 21 einen integralen Transmissionsfaktor von höchstens einigen % zu geben. Diese Möglichkeiten sollen im weiteren ausführlich besprochen werden.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine bevorzugte Ausführungsform einer neuerungsgemäßen Belichtungseinheit. Vorzugsweise umfaßt das Prismensystem 15 ein erstes Prisma 17 mit einer Hypotenuse-Seite 21 und ein zweites Prisma 19, das sogenannte obere Prisma, mit einer Hypotenuse-Seite 23, so daß die beiden Prismen 17 und 19 mit ihren Hypotenuse-Seiten 21, 23 zueinander gerichtet sind. Die Zusammensetzung aus den beiden Hypotenuse-Seiten 21, 23 kann jetzt als Auskoppelfläche
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betrachtet werden. Von dem von der Strahlungsquelle 3 stammenden Lichtbündel, das auf die Auskoppelfläche fällt, wird ein Bruchteil in Richtung des oberen Prismas 19 durchgelassen werden, während der größte Teil zum zweiten Integrator 13 gelangen wird. Das erste Prisma 17 hat hier ebenfalls die Rolle eines Ablenkelements. Der Bruchteil, der von der Auskoppelfläche durchgelassen wird, wird das Prisma 19 über die obere Fläche 27 verlassen, nach einer eventuellen inneren Reflexion an der Seitenfläche 29. Die Austrittsfläche des Prismensystems 15 wird in diesem Fall von der oberen Fläche 27 des oberen Prismas 19 'gebildet. Licht, das nach Rückreflexionen das zweite Prisma 19 erreicht, wird das zweite Prisma 19 über die Seitenfläche 29 verlassen. Auf diese Weise sorgt das zweite Prisma 19 also dafür, daß das aus der Strahlungsquelle 3 stammende Licht und das auf Rückreflexionen zurückzuführende Licht voneinander getrennt werden.
Unter Rückreflexionen werden Reflexionen verstanden, die vom Substrat, der Maske, der inneren REMA, falls vorhanden, und anderen optischen Komponenten zwischen dem Prismensystem und dem Substrat stammen.
Weiterhin wird von dem zweiten Prisma 19 das Licht auf der oberen Fläche 27 konzentriert und wird das Licht, das an dieser Fläche 27 austritt, die ursprüngliche Winkelverteilung haben.
Figur 4 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel für eine neuerungsgemäße Belichtungseinheit. In dieser Ausführungsform umfaßt das Prismensystem 15 drei Prismen 17, 18, 19. Die Hypotenuse-Seite 21 des ersten Prismas 17 und die Hypotenuse-Seite 23 des zweiten Prismas 19 bilden zusammen die Auskoppelfläche des Belichtungssystems 1. Für die Ablenkung des Lichtbündels vom ersten Integrator 11 zum zweiten Integrator 13 sorgt jetzt das dritte Prisma 18. Die Hypotenuse-Seite 16 des dritten Prismas 18 ist hierzu mit einer hochreflektierenden Schicht versehen. Die Auskoppelfläche 21, 23 muß jetzt eine hohe Transmission für das Lichtbündel in Richtung des Integrators 13 haben, und nur ein kleiner Bruchteil darf in Richtung des Detektionssystems 45 reflektiert werden. Die Austrittsfläche wird von der oberen Fläche 27 des zweiten Prismas 19 gebildet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die Ablenkfunktion und die Auskoppelfunktion voneinander getrennt sind, wodurch es möglich ist, die hierzu erforderlichen Schichten jeweils für ihre eigene Funktion zu optimieren. Weiterhin darf sich kein Luftspalt zwischen dem ersten Prisma 17 und dem Integrator 13 befinden. Hierdurch ist es möglich, das erste Prisma 17 mit dem Integrator 13 zu integrieren. In diesem Fall genügt es, an dem Integrator 13 eine schräge Seite unter einem Winkel von beispielsweise 45° zu erzeugen, die dann gegenüber der Hypotenuse-Seite 23 des zweiten Prisma 19 zu liegen kommt.
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Bei der Belichtungseinheit wie oben beschrieben ist es möglich, eine Lichtmenge aus dem Belichtungssystem auszukoppeln, anhand deren die Belichtungsdosis, die auf das Substrat fällt, zuverlässig gemessen werden kann, ohne daß dabei die Intensität im Hauptlichtweg wesentlich beeinflußt wird.
Bei jeder der genannten Ausführungsformen kann die Auskoppelfläche auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Im folgenden sollen die verschiedenen Möglichkeiten besprochen werden. Diese Möglichkeiten werden anhand der Figuren 5(a) bis 5(i) erläutert. * Eine Möglichkeit besteht darin, die Hypotenuse-Seite 21 des ersten
Prismas 17 mit einer reflektierenden Schicht 31 mit dem gewünschten Transmissionsfaktor zu versehen, wie in den Figuren 5(a) und 5(b) für ein Prismensystem mit einem einzigen Prisma bzw. mit einem ersten und einem zweiten Prisma dargestellt wird. Die reflektierende Schicht 31 ist vorzugsweise hochreflektierend und im Einfallswinkelbereich 20°-70° winkelunabhängig, bezüglich der Normalen zur Hypotenuse-Seite 21 gesehen. Wegen der Winkelunabhängigkeit kann das System telezentrisch gehalten werden.
Eine ausreichende Reflexion kann beispielsweise mit einer reflektierenden Schicht erhalten werden, die Aluminium umfaßt. Ein Vorteil von Aluminium ist eine relativ große Winkelunabhängigkeit. Der gewünschte Transmissionsfaktor kann beispielsweise mit einer geeigneten Dicke der Schicht erhalten werden. Eine andere Art, den gewünschten Transmissionsfaktor zu erhalten, besteht darin, die Schicht mit Löchern zu versehen. Um beispielsweise einen Transmissionsfaktor von 0,5% bis 1,5% zu erhalten, sind typische Abmessungen für die Löcher 150 &mgr;&tgr;&eegr; und beträgt der Lochabstand vorzugsweise 0,6 tot 0,9 mm. Die Größe des Transmissionsfaktors wird unter anderem dadurch bestimmt, ob die Hypotenuse-Seite an Luft grenzt oder verklebt ist. Falls die reflektierende Schicht mit Löchern versehen ist, ist die Dicke der Schicht weniger wichtig. Es ist vorteilhaft, die Schicht so optisch dicht wie möglich zu machen und die Transmission hauptsächlich von den Löchern ausführen zu lassen. In diesem Fall ist der Einfluß der Umgebungsfaktoren minimal. Die Stellen, an denen das Licht durchgelassen wird, d.h. am Ort der Löcher, sind nämlich unbehandelt und werden in Gegensatz zu Stellen, wo die Schicht verläuft, keinen Temperaturschwankungen und ähnlichem unterliegen. Ausführungsbeispiele, bei denen die reflektierende Schicht 31 von Löchern 33 unterbrochen wird, werden in den Figuren 5(c) und 5(d) gezeigt. Diese Möglichkeiten können sowohl auf ein Prismensystem mit einem einzigen Prisma als auch ein Prismensystem mit zwei oder drei Prismen angewendet werden. In der Ausführungsform mit drei Prismen entsteht der Bruchteil, der zum Detektionssystern hin ausgekoppelt wird, durch Reflexion an der Auskoppelfläche und nicht durch Transmission,
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wie es bei den anderen, bereits genannten Ausführungsformen der Fall ist.
Eine andere Möglichkeit, eine reflektierende Schicht zu realisieren, ist, die Schicht 31 mit dielektrischem Material zu versehen. Eine dielektrische Schicht hat eine relativ hohe Reflexion. Um außerdem eine relativ große Winkelunabhängigkeit mit einer dielektrischen Schicht realisieren zu können, ist eine aus verschiedenen Teilschichten verschiedener dielektrischer Materialien mit verschiedenen Brechzahlen bestehende Schicht erforderlich.
Auch eine solche Schicht kann mit Löchern versehen werden, um den "gewünschten Transmissionsfaktor zu realisieren.
Es ist ebenfalls möglich, die reflektierende Schicht 31 als Kombination von Aluminium mit dielektrischem Material auszuführen. Auf diese Weise wird der Vorteil einer großen Winkelunabhängigkeit von Aluminium mit dem Vorteil einer relativ hohen Reflexion von dielektrischem Material kombiniert.
Wenn das erste Prisma 17 auf der Hypotenuse-Seite 21 mit einer reflektierenden Schicht 31 mit Löchern 33 versehen ist, dann wird von einem darauf einfallenden Lichtbündel der Teil mit den Einfallswinkeln, für die die Reflexion der Schicht winkelunabhängig ist, in Richtung des zweiten Integrators 13 gelenkt werden und daher das zweite Prisma 19 nicht erreichen können. Von dem Licht, das auf die Löcher 33 in der Schicht 31 fällt, wird ein Teil innerer Totalreflexion unterliegen und ein Teil von der Hypotenuse-Seite 21 durchgelassen werden.
Die Figuren 5(e) und 5(f) zeigen noch andere Ausführungsbeispiele für ein Prismensystem, in denen die reflektierende Schicht dielektrisches Material umfaßt. In dem Prismensystem 15 mit einem Ablenkprisma 17 und einem oberen Prisma 19 ist die Hypotenuse-Seite 23 des oberen Prismas 19 mit Fortsätzen 35 versehen, die sich in einem genau bestimmten Abstand voneinander befinden, die mit der Hypotenuse-Seite 21 des ersten Prismas 17 in optischem Kontakt stehen und die aus Material mit der gleichen Brechzahl wie das obere Prisma 19 hergestellt sind. Solche Fortsätze 35 können beispielsweise realisiert werden, indem aus der Fläche der Hypotenuse-Seite 23 Material weggeätzt wird. Da der Winkelbereich der reflektierenden Schicht 31 auf relativ kleine Winkel bezüglich der Normalen zur Hypotenuse-Seite 21 begrenzt ist und da am Ort der Fortsätze 35 die innere Totalreflexion aufgehoben wird, werden die Lichtstrahlen, die unter einem relativ großen Winkel bezüglich der Normalen zur Hypotenuse-Seite 21 einfallen, am Ort der Fortsätze 35 durchgelassen. Die dazwischenliegenden kleinen Gebiete 36 können mit einer Schicht versehen werden, deren optische Dichte größer ist als die der Fortsätze, um die
Resttransmission durch die reflektierende Schicht 31 zu blockieren.
Durch Anbringen von sowohl Löchern 33 in der reflektierenden Schicht 31 auf der Hypotenuse-Seite 21 des ersten Prismas 17 als auch Fortsätzen 35 auf der Hypotenuse-Seite 23 des zweiten Prismas 19 wird eine symmetrische Winkel transmission erhalten. Lichtstrahlen, die unter einem kleinen Winkel auf die Auskoppelfläche fallen, werden nämlich von den Löchern durchgelassen und Lichtstrahlen, die unter einem größeren Einfallswinkel einfallen, werden von den Fortsätzen durchgelassen. Die Transmission durch Hie Fortsätze und die Löcher ist komplementär. Die vom Detektionssystem ausgeführte "Messung wird in diesem Fall von der Winkelverteilung in dem Lichtbündel nahezu unabhängig sein.
Das erste Prisma 17 und das zweite Prisma 19 können sich in losem Zustand voneinander befinden, aber sie können beispielsweise auch miteinander verklebt werden. Diese Möglichkeit ist vorteilhaft, wenn die reflektierende Schicht aus Aluminium gebildet ist, eventuell mit Löchern versehen. Dann werden nämlich die Löcher alles einfallende Licht durchlassen. Die Transmission der Löcher wird unabhängig von dem Einfallswinkel, weil am Ort der Löcher die innere Totalreflexion aufgehoben wird. Noch eine andere Möglichkeit, eine Auskoppelfläche mit einem
bestimmten Transmissionsfaktor zu realisieren, ist, eine der Hypotenuse-Seiten 21, 23 mit einer Oberflächenstruktur zu versehen, die teils durchlassend und teils reflektierend ist. Dies kann mit Kerben 26, Mikroprismen 24 oder einen Mikrozerstreuungsglied 28 erreicht werden. Ausführungsbeispiele hierfür werden in den Figuren 5(g) bis 5(i) gezeigt. Diese Ausführungsformen des Prismensystems 15 sind allein dann möglich, wenn das Prismensystem 15 nur ein einziges Prisma 17 umfaßt.
Die beiden Prismen 17, 19 können auch einen genau bestimmten Abstand voneinander haben, wobei sich zwischen den beiden Prismen 17, 19 ein Luftspalt 37 befindet. Die Größe des Luftspaltes 37 kann konstant gehalten werden, indem zwischen den beiden Prismen zumindest ein Abstandselement 39 angebracht wird, wie es in Figur 6 anhand eines Prismensystems erläutert wird, so wie in Figur 5(b) gezeigt. Ein solches Abstandselement 39 kann beispielsweise von einer Abschirmblende gebildet werden. Diese Blende kann zugleich die Hypotenuse-Seite 23 des zweiten Prismas 19 gegen nicht gewünschtes Licht abschirmen und somit verhindern, daß dieses Licht das Detektionssystem 45 erreicht. Vorzugsweise erstreckt die Blende sich bis über das Prismensystem hinaus, wodurch die Abschirmung gegen nicht gewünschtes Licht optimiert wird.
In den Ausführungsformen mit einem zweiten Prisma wird von dem
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zweiten Prisma 19 das aus der Strahlungsquelle 3 stammende Licht von dem von ' Rückreflexionen stammenden Licht getrennt. Das aus der Strahlungsquelle 3 stammende Licht verläßt das Prismensystem 15 entlang der oberen Fläche 27 des zweiten Prismas 19, während das Licht von den Rückreflexionen das Prismensystem 15 entlang der Seitenfläche 29 des zweiten Prismas 19 verläßt. Vorzugsweise wird die Seitenfläche 29 des zweiten Prismas 19 mit einer anti-reflektierenden Schicht 41 versehen, so daß nahezu alles darauf fallende Licht durchgelassen wird. Weiterhin kann hinter dieser Fläche 29 eine Strahlenfalle 43 angebracht werden, wie in Figur 6 gezeigt, wodurch das nicht gewünschte Licht "aufgefangen und eventuell absorbiert wird, so daß es daran gehindert wird, weitere unerwünschte Reflexäonen oder Streuung zu erfahren. Eine Strahlenfalle ist ein an sich bekanntes Element. In Figur 6 wird zugleich der Strahlengang von Rückreflexionen erläutert.
Falls das Prismensystem 15 nur ein einziges Prisma 17 umfaßt, befindet das Detektionssystem 45 sich gegenüber der Hypotenuse-Seite 21 des ersten Pnsmas 17. Für den Fall, daß das Pnsmensystem 15 zwei Prismen 17, 19 oder drei Prismen 17, 18, 19 umfaßt, wird das Detektionssystem 45 gegenüber der oberen Fläche 27 des zweiten Prismas 19 plaziert. Bei zwei Prismen wird die Messung nahezu nicht durch Rückreflexionen im System beeinflußt. Weiterhin wird am Ort der Messung ein homogenes Lichtbündel erhalten. Dies ist sehr wichtig, da die aktive Fläche des Detektors des Detektionssystems 45 relativ klein ist.
Das Detektionssystem 45 umfaßt eine Sensorröhre 47, an deren Ende sich ein Detektor, beispielsweise eine Photodiode 49 befindet (Figur 7). Weiterhin kann das Detektionssystem 45 beispielsweise noch mit einigen Farbfiltern (nicht eingezeichnet) versehen werden, um dafür zu sorgen, daß nur die gewünschte Wellenlänge auf den Detektor gelangt, und mit einem Graufilter, um die auf den Detektor einfallende Intensität regeln zu können, um einer Beschädigung des Detektors vorzubeugen.
Um die Integration des Meßstrahlenbündels zu optimieren, umfaßt das Detektionssystem lichtintegrierende Mittel. Vorzugsweise sind hierzu die Innenwände 55 der Sensorröhre 47 hochreflektierend. Dies hat den Vorteil, daß eine höhere Intensität auf der Photodiode 49 und eine bessere Integration realisiert werden können, da eine solche Röhre auch als Integrator wirkt. Je weniger Intensität aus dem Hauptlichtweg ausgekoppelt zu werden braucht, desto weniger wird die Intensität im Hauptlichtweg zur Messung der Belichtungsdosis beeinflußt werden.
Die Sensorröhre kann sowohl aus einem optisch transparenten Stab als auch aus einem Tunnel mit spiegelnden Wänden bestehen. Zugleich kann mit Hilfe einer
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Ulbrichtschen Kugel ein hoher Integrationsgrad erreicht werden.
Zwischen der Hypotenuse-Seite 21 und dem Detektionssystem 45, bei einem Prismensystem 15 mit nur einem Ablenkprisma, oder zwischen der oberen Fläche und dem Detektionssystem 45, bei einem Prismensystem 15 mit zwei Prismen 17, 19 oder drei Prismen 17, 18, 19, kann ein Zerstreuungsglied 59 vom Lambert-Typ angeordnet werden. Jeder Punkt eines solchen Zerstreuungsgliedes verhält sich wie eine Punktquelle, so daß die Emission des Zerstreuungsgliedes unabhängig vom Einfallswinkel des darauf fallenden Lichtes ist. Das Zerstreuungsglied sorgt für eine homogene Lichtverteilung des 'Lichtbündels, das auf den Detektor des Detektionssystems fällt.
Durch Veränderung des Abstandes zwischen dem Zerstreuungsglied 59 und der Photodiode 49 des Detektionssystems 45 kann die Signalstärke verändert werden. Dieser Abstand darf jedoch nicht zu groß sein, weil das Signal bei zunehmendem Abstand zu schnell abnimmt.
Das Zerstreuungsglied kann beispielsweise aus Milchglas gebildet sein.
Dieses besteht aus zumindest zwei Glasphasen mit verschiedenen Brechzahlen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Zerstreuungsglied als ein Opalglas auszuführen. Ein Opalglas besteht aus einer optisch transparenten Trägerplatte, beispielsweise Glas, auf der eine relativ dünne Schicht Milchglas aufgebracht worden ist. Der Vorteil dieser zweiten Möglichkeit ist, daß eine dünnere Schicht Milchglas genügen kann, wodurch eine höhere Transmission erreicht werden kann als bei der erstgenannten Möglichkeit für das Zerstreuungsglied.
Das Zerstreuungsglied kann mit der Austrittsfläche des Prismensystems verklebt sein, aber es kann auch lose von dieser Fläche vorliegen. Die erste Möglichkeit hat den Vorteil, daß es eine Fläche weniger gibt, an der unerwünschte Reflexionen auftreten können. Die zweite Möglichkeit hat den Vorteil, daß das Zerstreuungsglied leicht ausgewechselt werden kann, ohne Risiko einer Beschädigung des Prismensystem 15.
Vorzugsweise ist auf dem Zerstreuungsglied 59 ein Chromfenster 63 angebracht, dessen Öffnungsabmessung kleiner ist als die der Austrittsfläche des Prismensystems, um dafür zu sorgen, daß nicht gewünschtes Licht daran gehindert wird, das Detektionssystem zu erreichen.
Auf das Detektionssystem fallendes Licht muß im Prinzip aus allen Feldpositionen stammen und eine homogene Verteilung haben. Die gesamte integrierende Wirkung wird durch den ersten Integrator, die vom Zerstreuungsglied bewirkten Streuung, den Abstand zwischen dem Zerstreuungsglied und der Photodiode und die Mischung in der Sensorröhre erhalten.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Prismensystems 15 wird in Figur v erläutert. Hierin ist das Abstandselement 39 von einer Abschirmblende aus faltbarem Material gebildet worden, das über die Fläche der Hypotenuse-Seiten 21, 23 in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene hinausragt, in Kombination mit einem gestuften Zerstreuungsglied 59, von dem der Teil 60 mit dem größten Durchmesser auf das Detektionssystem gerichtet ist. Durch das Umfalten der Blende 39 in Richtung des Zerstreuungsgliedes 59 wird zwischen der Stufe des Zerstreuungsgliedes 59 und der Blende 439 ein Labyrinth gebildet. Hierdurch wird nicht gewünschtes Licht daran gehindert, das 'Detektionssystem 45 zu erreichen.
Wenn der gewünschte Transmissionsfaktor von einer reflektierenden Schicht 31 mit Löchern 33 realisiert wird, ist die Fläche der Hypotenuse-Seite, über der die Löcher verteilt sind, vorzugsweise kleiner als die Gesamtfläche der Hypotenuse-Seite, um zu vermeiden, daß Licht, das von den Löchern durchgelassen wurde, auf die Blende trifft und nach unerwünschter Streuung oder Reflexion das Detektionssystem erreichen kann.
Das Detektionssystem hat nicht nur die Aufgabe, die Belichtungsdosis zu messen und anhand dieser Messung die von dem Belichtungssystem gelieferte Menge Licht zu steuern, sondern auch, den Einfluß von Lampenschwankungen bei Homogenitätsmessungen zu verringern. Weiterhin kann das Detektionssystem zur Lampenpositionierung verwendet werden.
Das Auskoppeln von Licht für das Detektionssystem aus dem Prismensystem an der in der vorliegenden Neuerung vorgeschlagenen Stelle hat den Vorteil, daß die Energiemessung unabhängig von der Winkelverteilung innerhalb des Lichtbündels und der Einstellung der inneren REMA, falls vorhanden, geschehen kann, ohne dadurch die Intensität im Hauptlichtweg wesentlich zu beeinflussen.
In der Belichtungseinheit gemäß der vorliegenden Neuerung ist es daher möglich, eine Lichtmenge aus dem optischen Weg auszukoppeln, anhand deren die Belichtungsdosis, die auf das Substrat trifft, in zuverlässiger und reproduzierbarer Weise gemessen werden kann.
Weiterhin ist das Gerät 100 mit einem Rückkopplungskreis 114 zwischen dem Detektionssystem 45 und der Strahlungsquelleneinheit 108 versehen. Die Schaltung umfaßt eine Regeleinheit 116, die die Strahlungsquelle 108 auf Basis der vom Detektionssystem 45 gemessenen Belichtungsdosis ansteuert.
Das Ansteuern der Strahlungsquelleneinheit auf Basis der gemessenen Belichtungsdosis kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine erste Möglichkeit besteht darin,
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die Intensität des von der Strahlungsquelle gelieferten Lichtes mit Hilfe einer Rückkopplungsschaltung 114 zu regeln, indem beispielsweise der Strom, mit dem die Lampe betrieben wird, über eine Regeleinheit 116 geregelt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, vor dem Detektionssystem einen Abschwächer (nicht eingezeichnet) mit variabler Transmission in der Belichtungseinheit anzubringen, wobei durch die von dem Detektionssystem ausgeführte Messung die Transmission des Abschwächers bestimmt und mittels Rückkopplung geregelt wird.
Figur 9 erläutert noch ein Ausführungsbeispiel eines neuerungsgemäßen 'Geräts.
Das strahlungsleitende System wird in diesem Fall von einem ersten optisch transparenten Stab 11 und einem zweiten optisch transparenten Stab 13 gebildet, die ein Prismensystem 15 einschließen. Das Prismensystem kann beispielsweise zwei Prismen 17, 19 umfassen, deren Hypotenuse-Seiten 21, 23 so ausgeführt sind, daß die Auskoppelfläche, die die beiden Hypotenuse-Seiten zusammen bilden, teilweise reflektierend und teilweise durchlassend ist. Mittels dieser sogenannten Auskoppelfläche wird Licht aus dem Hauptlichtweg ausgekoppelt. Vorzugsweise beträgt in dem Beispiel der Figur der Reflexionskoeffizient der Auskoppelfläche nur einige %, so daß die Intensität des Hauptlichtweges von der Energiemessung nicht oder kaum beeinflußt wird.
Das Detektionssystem 45 kann beispielsweise gegenüber der Oberfläche 48 des ersten Prismas 17 angebracht werden.
Bei einem Photolithographiegerät, das mit einer neuerungsgemäßen
Belichtungseinheit versehen ist, wird die Homogenität des Belichtungsstrahlenbündels für das Substrat und die Homogenität des Meßstrahlenbündels für den Detektor optimiert. Weiterhin wird die auf den Detektor fallende Menge nicht gewünschten Lichtes erheblich verringert.
Auf diese Weise ist es möglich, die Belichtungsdosis in genauer und zuverlässiger Weise zu messen, d.h. unabhängig von der Winkelverteilung in dem Belichtungsstrahlenbündel und von Rückreflexionen, und anschließend entsprechend den Gegebenheiten der Verwendung des Geräts einzustellen.

Claims (1)

  1. PHQ 96.003
    * *'*M'*' 19.07.1996
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    SCHUTZANSPRUCHE
    1. Belichtungseinheit für ein optisches System mit einem Belichtungssystem, das in dieser Reihenfolge folgendes umfaßt: eine Strahlungsquelleneinheit, einen ersten "optischen Integrator und ein Detektionssystem mit einem strahlungsempfmdlichen Detektor ^zum Messen einer Belichtungsdosis, dadurch gekennzeichnet, daß das Belichtungssystem einen zweiten optischen Integrator umfaßt, und daß die beiden Integratoren ein Prismensystem umschließen, das zumindest ein Prisma umfaßt, wobei das Prismensystem eine Auskoppelfläche hat, über die ein Bruchteil Licht aus dem Belichtungssystem auskoppelbar ist und eine Austrittsfläche, über die ein Bruchteil Licht aus dem Prismensystem auskoppelbar ist, wobei die Eintrittsöffnung des Detektionssystems sich in der Nähe der Austrittsfläche des Prismensystems befindet.
    2. Belichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionssystem lichtintegrierende Mittel umfaßt.
    3. Belichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem ein einziges Prisma umfaßt, dessen Hypotenuse-Seite die Auskoppelfläche des Belichtungssystems ist und die Austrittsfläche des Prismensystems ist.
    4. Belichtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem ein erstes und ein zweites Prisma umfaßt, wobei das erste und das zweite Prisma mit ihren Hypotenuse-Seiten zueinander gerichtet sind, wobei die Auskoppelfläche sich zwischen den beiden Prismen befindet und wobei die Austrittsfläche mit der oberen Fläche des zweiten Prismas zusammenfällt.
    5. Belichtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem ein erstes und ein zweites Prisma umfaßt, wobei das erste und das zweite Prisma mit ihren Hypotenuse-Seiten zueinander gerichtet sind, wobei die Auskoppelfläche sich zwischen den beiden Prismen befindet und wobei die Austrittsfläche mit der Seitenfläche des ersten oder des zweiten Prismas zusammenfällt.
    6. Belichtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem ein erstes und ein zweites Prisma umfaßt, wobei das erste und das zweite Prisma mit ihren Hypotenuse-Seiten zueinander gerichtet sind, wobei sich zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma einerseits und dem ersten Integrator anderseits ein drittes
    PHQ 96.003
    19.O7.1996
    Prisma befindet, wobei die Hypotenuse-Seite dieses Prismas mit einer hochreflektierenden " Schicht versehen ist, wobei die Auskoppel fläche sich zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma befindet und wobei die Austrittsfläche mit der oberen Fläche des zweiten Prismas zusammenfällt.
    7. Belichtungseinheit nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Hypotenuse-Seite des ersten Prismas mit einer reflektierenden Schicht versehen ist, .,die zumindest teilweise durchlassend ist.
    "8. Belichtungseinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    ~die Hypotenuse-Seite des ersten Prismas mit einer durchlassenden Schicht versehen ist, die zumindest teilweise reflektierend ist.
    9. Belichtungseinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einer Anzahl Löcher versehen ist.
    10. Belichtungseinheit nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Aluminium umfaßt.
    11. Belichtungseinheit nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Schicht ein dielektrisches Material umfaßt.
    12. Belichtungseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich
    auf der Hypotenuse-Seite eines der beiden Prismen Fortsätze befinden, die mit der Hypotenuse-Seite des anderen Prismas in optischem Kontakt stehen. 13. Belichtungseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich
    zwischen den Fortsätzen Material mit einer größeren optischen Dichte als die der Fortsätze befindet.
    14. Belichtungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hypotenuse-Seite des ersten Prismas mit einer Oberflächenstruktur in Form von Prismen, Kerben oder einem Mikrozerstreuungsglied versehen ist.
    15. Belichtungseinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Prisma mit ihren Hypotenuse-Seiten miteinander verklebt sind, wobei die Brechzahl des Klebstoffes und die Brechzahl der Prismen nahezu einander gleich sind.
    16. Belichtungseinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch
    gekennzeichnet, daß sich zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma ein Luftspalt befindet, wobei sich zwischen den beiden Hypotenuse-Seiten zumindest ein Abstandselement befindet.
    17. Belichtungseinheit nach einem der Ansprüche 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12,
    PHQ 96,003
    24 ":*::: ···::: i9.07.i996
    13, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Seitenfläche des zweiten Prismas * mit einer anti-reflektierenden Schicht versehen ist.
    18. Belichtungseinheit nach einem der Ansprüche 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß an der Seitenfläche des zweiten
    Prismas eine Strahlenfalle angebracht ist.
    19. Belichtungseinheät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Austrittsfläche des Prismensystems und dem
    Detektionssystem ein Zerstreuungsglied befindet.
    "20. Belichtungseinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das
    Zerstreuungsglied ein Opalglas ist.
    21. Belichtungseinheit nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement eine faltbare Blende ist und daß das Zerstreuungsglied gestuft ist, wobei der Abschnitt mit dem größten Durchmesser zum Detektionssystem gerichtet ist.
    22. Belichtungseinheit nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch
    gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Zerstreuungsglied und dem Prismensystem eine
    Blende befindet.
    23. Belichtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionssystem eine Sensorröhre umfaßt, die als Lichtintegrator wirkt.
    24. Gerät zum wiederholten Abbilden einer Maske auf ein Substrat, mit einer
    Belichtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
    25. Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät mit einer
    Rückkopplungs-Regeieinheit zum Ansteuern der Strahlungsquelle auf Basis von Messungen des Energiesensors versehen ist.
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