DE3853531T2

DE3853531T2 - Röntgenlithographiesystem mit dünner Auftrefffläche.

Info

Publication number: DE3853531T2
Application number: DE3853531T
Authority: DE
Inventors: Jerry Webster Ny 14580 Drumheller; Robert D. Rochester Ny 14618 Frankel
Original assignee: HAMPSHIRE INSTR Inc
Current assignee: HAMPSHIRE INSTR Inc
Priority date: 1987-08-25
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2008-08-24
Also published as: WO1989002154A1; KR890702083A; EP0342208A1; KR940002546B1; EP0342208B1; EP0342208A4; US4837793A; ATE120876T1; DE3853531D1; JPH02500626A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Target, das verwendet wird, um Röntgenstrahlen zu erzeugen, indem ein gepulster Laserstrahl mit ausreichender Energie, um ein Röntgenstrahlung emittierendes Plasma zu erzeugen, auf es gerichtet wird, und insbesondere ein solches Target, das viele Male ohne Austausch in einem Röntgenlithographiegerät verwendet werden kann, und das eine Dicke hat, die im allgemeinen dem durch den Laserpuls abgetragenen Targetmaterial entspricht, und das in dem System so ausgerichtet ist, daß alle bei der Plasmaerzeugung entstehenden Trümmer minimiert werden.
In der Vergangenheit wurden Halbleiterbauteile, die gewöhnlich als Chips bezeichnet werden, hergestellt, indem ein als Lithographie bezeichneter Prozeß verwendet wurde. Bei diesem Prozeß wurde auf einen mit Schutzmittel bedeckten Halbleiterwafer ein Energiemuster angewendet, um Belichtung eines entsprechenden Musters auf dein Schutzmittel zu verursachen. Entweder kann das belichtete Schutzmittel oder alles außer dem belichteten Schutzmittel entfernt werden und der mit einem Muster versehene Wafer wird dann weiter bearbeitet. Durch mehrfaches Wiederholen der Belichtung und der Weiterverarbeitung können sehr hochentwickelte Halbleiterbauteile hergestellt werden.
Bis vor kurzem ist bei kommerziellen Anwendungen fast ausschließlich ultraviolettes Licht als Energie, um das Schutzmittel zu bestrahlen, verwendet worden. Da die Technologie jedoch fortgeschritten ist, wurde die Größe der Strukturen, die auf den Halbleiterwafer plaziert werden, immer kleiner und nun haben die Größen der Strukturen sich den Grenzen genähert, an denen ein akurates Muster durch ultraviolettes Licht erzeugt werden kann. Ein entscheidender begrenzender Faktor bei der Verwendung von ultraviolettem Licht ist die Wellenlänge des Lichts. Die Größen der zu belichtenden Strukturen nähern sich jetzt der Wellenlänge des verwendeten ultravioletten an und weiteres Reduzieren der Größe der Strukturen bei gleichzeitiger Erhaltung einer angemessenen Tiefe des Brennpunkts und Einfachheit des Prozesses, wie zum Beispiel einschichtige Schutzmittel, ist bei Verwendung von ultraviolettem Licht nicht länger möglich.
Es wurde wenigstens so früh wie 1973 von Smith et al. im U.S. Patent 3,743,842 vorgeschlagen, daß Röntgenstrahlen eine bessere Energiequelle für lithographische Bestrahlung bereitstellen würden als Licht, auf Grund der bedeutend kleineren Wellenlänge der Röntgenstrahlen. Viele Versuche folgten den Thesen von Smith et al., in denen verschiedene Arten des Röntgenlithographiegeräts für die Verwendung bei der Bestrahlung der mit schutzinittel bedeckten Halbleiterwafer vorgeschlagen worden sind. Ein bedeutender Fortschritt in der Technik wurde von Nagel et al., wie im U.S. Patent 4,184,078 beschrieben, erreicht, in dem vorgeschlagen wurde, daß die Röntgenstrahlen erzeugt werden können, indem ein gepulster Laserstrahl mit ausreichender Energie in einem evakuierten Raum auf ein Metalltarget fokussiert wird, um ein Plasma zu erzeugen. Weiche oder langwellige Röntgenstrahlen würden vom Plasma bereitgestellt, und eine Maske und ein mit Schutzmittel bedecktes Substrat, die in den Weg der so erzeugten Röntgenstrahlen plaziert werden, könnten dann belichtet werden.
Obwohl die These von Nagel et al. viele Vorteile gegenüber den früheren Thesen von Smith et al. hat, hat sie einen entscheidenden Nachteil, indem das vom Laser induzierte Plasma zusätzlich zur Erzeugung von Röntgenstrahlen auch Materie- und Ionentrümmer erzeugt als Folge der Temperaturen von über einhundertundfünfzigtausend ºC, die erforderlich sind, um das Plasma zu erzeugen. Das Problem der Materietrümmer wurde von Nagel et al. erkannt, und es wurde ein Mylar Schutzschild bereitgestellt, um zu verhindern, daß die Trümmer die empfindliche Röntgenmaskenmembran beschädigen oder sich auf der Maske anhäufen und als Absorber der Röntgenstrahlen wirken. Aber das von Nagel et al. vorgeschlagene Mylarschild ist kein erwünschter Bestandteil, um ihn in ein koinmerzielles Röntgenlithographiegerät zu integrieren, da sogar ein dünner Mylarfilm einen Anteil der einfallenden Röntgenstrahlen absorbieren wird, insbesondere der besonders nützlichen weichen Röntgenstrahlen. Außerdem muß die Membran selbst regelmäßig ersetzt oder erneuert werden, da sie auf Grund der angehäuften Trümmer zunehmend lichtundurchlässig wird oder katastrophal versagt, wenn sie von großen Trümmerstücken getroffen wird.
Ein rotierendes Schild wurde von Grobman im U.S. Patent 4,408,338 vorgeschlagen, in dem eine rotierende Scheibe mit alternierend geöffneten und geschlossenen Spalten ermöglicht, daß die Röntgenstrahlen durch die geöffneten Spalte durchgehen und die Trümmer durch die geschlossenen Spalte blockiert werden. Andere Versuche die Trümmer zu eliminieren, wie von Forsyth im U.S.Patent 4,692,934 vorgeschlagen, das am 8.September 1987 erteilt wurde, und dieses Patent wurde dem für diesen Text Unterschriftsberechtigten zugesprochen, schließen die Verwendung einer aerodynamischen Schicht eines Gases ein, um die Trümmer abzulenken. Andere Techniken wurden auch ausprobiert, um das Problem der Trümmer der Nagel et al. Technik zu überwinden, wie zum Beispiel die Verwendung einer dünnen Targetfolie und ein Loch durch das Target mit dem laserinduzierten Plasma zu blasen, wie es in einem Artikel von Nagel et al. mit dem Titel "Laser Plasma Source For Pulsed X- Rays", SPIE Vol. 136 Developments in Semiconductor Microlithography III, Seite 48, 52 (1978) beschrieben wurde. Bis heute wurde eine Röngtgenröhre, die keine Trümmer emittiert, bei kommerziellen Versuchen Röntgenlithographiegerät zu bauen als Röntgenstrahlenquelle verwendet, wie zum Beispiel in den U.S. Patenten 4,514,858 und 4,516,253 beschrieben.
Obwohl das Trümmerproblem ein besonders schwieriges Problem geblieben ist, verbleiben Vorteile der zuerst von Nagel et al. vorgeschlagenen Technik. Erstens kann die Größe der Quelle sehr klein gemacht werden, in dem der Laserstrahl auf einen kleinen Punkt fokussiert wird. Zweitens kann die Dauer der Explosion zur Bereitstellung der Röntgenstrahlen sehr kurz gehalten werden, in dem die Zeit beschränkt wird, in der der Laserstrahl bereitgestellt wird. Schließlich kann die durchschnittliche Energie der Röntgenstrahlen sehr viel größer sein als die von Röntgenröhren erzeugte, was das Erzielen von Belichtungsraten ermöglicht, die vergleichbar mit herkömmlichen ultravioletten Lichtquellen sind oder diese übersteigen. Alle diese Vorteile der Technik von Nagel et al. führen dazu, daß es eine sehr erwünschte Röntgenquelle ist, um sie in ein kommerzielles Röntgenlithographiegerät einzuschließen, wenn das Trümmerproblem bewältigt oder vorzugsweise eliminiert werden kann.
Weil Röntgenstrahlen wie in einer dem Drucken angenäherten Art beim Stand der Technik von Röntgenlithographiegeräten benutzt werden, kann die Größe der Strukturen, die belichtet werden können, durch die Größe des Schattens, der um die Kanten der Maske der Strukturen auf Grund der endlichen Größe der Quelle fällt, begrenzt sein. Die Unschärfe des Schattens kann auf der Basis der Beziehung
δ = S (d/L)
bestimmt werden, in der δ die Breite der Schatten, die die Quelle wirft, d der Durchmesser der Quelle, L die Entfernung von der Quelle zur Maske und S der Abstand von der Maske und dem Wafer ist. Wenn zum Beispiel S=20um, d=200um und L=70 Millimeter beträgt, dann wird die Schattenschärfe an der Kante der Maske 0,0057um betragen, was ein akzeptaler Wert ist, um Strukturen mit so kleinen Größen wie 0,5um oder weniger zu drucken. Die geringe Entfernung S zwischen Maske und Wafer verbunden mit der kurzen Wellenlänge der Röntgenstrahlen (zum Beispiel 1,4 nm, d.h. 14 Angström) reduziert auch die Unschärfe auf Grund der Beugung. Wegen der geringen Größe der von einem gepulsten Laser induzierten Plasmaröntgenquelle , wie von Nagel et al. vorgeschlagen, kann so die Entfernung von der Plasmaröntgenquelle zum mit Schutzmittel bedecktem Wafer auf ungefähr 70 Millimeter reduziert werden, um maximale Intensität der Röntgenstrahlen zu erhalten, die das Schutzmittel erreichen und das gewünschte Muster darauf belichten.
Um einen so hochenergetischen Laserstrahl innerhalb eines Raumes von 70-100 Millimetern direkt zu fokussieren, wäre ein praktisch unmöglich schnelles (geringe f/Zahl) Fokussiersystem erforderlich. Statt dessen besteht ein bevorzugtes Fokussierverfahren darin, den Strahl durch eine Fokussierlinse passieren zu lassen, die über der Waferebene angeordnet ist und den konvergierenden Strahl auf das Röntgenstrahlung erzeugende Target mit einem Spiegel zu reflektieren, der knapp über der Waferebene angeordnet ist. Weil die Fläche des Röntgentargets wünschenswerterweise bei Unterdruck gegenüber dem externen Strahlengang gehalten wird, passiert der zu fokussierende Strahl außerdem durch ein Fenster in die evakuierte Kammer, die das Target beherbergt. Es resultiert eine zusätzliche geometrische Beschränkung, da der Laserstrahl auf das Target unter einem Winkel von 45 Grad oder weniger gerichtet sein sollte, in Beziehung zur größten Absorption der Laserenergie durch das Plasma und damit der größtmöglichen Erzeugung von Röntgenstrahlung. Diese Beschränkungen der Konstruktion bringen zwangsläufig wenigstens einige Optiken zum Laserfokussieren beim Stahlungstransport in große Nähe des Röntgentargets und dadurch werden die Optiken für den Strahl möglichen Verschlechterungseffekten durch Trümmer, die beim Prozeß der Plasmaerzeugung abgeworfen werden, ausgesetzt.
In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Röntgenlithographiesystem bereitgestellt, das aus einem Apparat zur Erzeugung eines Laserstrahlpulses, einem Target, einer Trägereinheit, um das Target zu tragen, einer Apparatur zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, in dem der gepulste Laserstrahl auf das Target mit ausreichender Energie, um ein Röntgenstrahlung emittierendes Plasma zu erzeugen, fokussiert wird, einer Maske-Substrat- Kombination, wobei die Röntgenstrahlen auf diese Maske-Substrat-Kombination treffen, um ein Muster von Röntgenstrahlen zu erzeugen, womit eine Schutzschicht auf dem Substrat belichtet wird, dadurch gekennzeichnt, daß das Target aus einer Metallschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 und 10 um besteht, so daß Abtragung des gesamten Targetmaterials an dem Punkt erfolgt, auf den der Laserpuls während der Zeit, in der der Laserpuls bereitgestellt wird, fokussiert ist.
Bei solch einem Target sind die Trümmer, die durch Wärmeleitung vom Plasma in den Targetuntergrund erzeugt werden, auf ein Minimum reduziert, da nur eine geringe Menge an Targetmaterial, das für die Erzeugung der Röntgenstrahlung erforderlich ist, während des Plasmaheizzykluses abgetragen wird.
Beim Stand der Technik haben andere Laserstrahlen auf dünne Targets für Zwecke gerichtet, die nicht zur Eliminierung von Trümmern in Beziehung stehen. Zum Beispiel im US-A 4,290,847 für Johnson et al. und im US-A-4,608,222 für Bruekner wurden mit Deuterium und Tritium gefüllte Mikrokapseln mit dem Laser bei dem Versuch, das Eintreten einer thermonuclearen Reaktion zu hervorzurufen, getroffen. Andere haben dünne Folien verwendet, um die Beschleunigung von Material durch Erwärmung mit einem Laser zu untersuchen, wie bei Ripin et al. Laser-Plasma Interaction and Ablative Acceleration of Thin Foils At 10-10 W/cm, Phys. Fluid Vol.23. No.5, Seite 1012-1030 (1980). Die Vorteile der Verwendung dünner Folien zur Erzeugung von Röntgenstrahlen sind zuvor nicht realisiert worden.
Um diese Vorteile zu realisieren, müssen viele zuvor unbekannte Merkmale der Erzeugung von Laserplasmatrümmern in Betracht gezogen werden. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung ist nachstehend mit spezieller Bezugnahme auf die folgenden Abbildungen beschrieben, in denen:
Abbildung 1 eine Apparatur zur Erzeugung von Röntgenstrahlen für die Verwendung in der Röntgenlithographie entsprechend dem Stand der Technik darstellt;
Abbildung 2 stellt eine Ansicht der Winkelverschiebung der geschmolzenen Tröpfchen und der verdampften Materialanteile der Trümmer um den Brennpunkt des Laserstrahls auf dem Target dar;
Abbildung 3 stellt zwei überlagerte Graphen, die Masse der Trümmer gegen die Winkelverschiebung und die Anzahl hochenergetischer Ionen gegen die Winkelverschiebung, welche beide vom Laserpuls induzierten Plasma emittiert werden, dar;
Abbildung 4 stellt einen Apparat zur Erzeugung von Röntgenstrahlen dar ähnlich dem in Abbildung 1 dargestellten mit spezieller Anordnung des Laserstrahls und der Maske, um den Vorteil der minimalen Masse geschmolzener Tröpfchen und verdampfter Materialtrümmer, die vom erzeugten Plasma emittiert werden, zu nutzen;
Abbildung 5 stellt eine Querschnittsansicht eines langlebigen Targets unter Ausnutzung der in Abbildung 4 dargestellten Targetkonfiguration dar;
Abbildung 6 stellt eine Bodenansicht des in Abbildung 5 dargestellten Targets dar;
Abbildung 7, bestehend aus Abbildung 7A und 7B, stellt eine vergrößerte Ansicht während der Erzeugung des Plasmas in Abbildung 7A und die Wirkungen der Wärme des Plasmas, die eine Vertiefung in die Targetmasse hineinbohrt, in Abbildung 7B dar;
Abbildung 8, bestehend aus Abbildung 8A und 8B, stellt in Abbildung 8A ein massebegrenztes Target in dem Moment, in dem sich das Plasma bildet und in Abbildung 8B solch ein Target nach dem Ende des Plasmas dar;
Abbildung 9, bestehend aus Abbildung 9A und 9B, stellt ein verbessertes massebegrenztes Target dar, das auf ein kommerzielles, langlebiges Target angepaßt wurde, von dem die Aufsicht in Abbildung 9A und eine Querschnittsansicht einer Targetfläche in Abbildung 9B dargestellt wird;
Abbildung 10 stellt ein langlebiges Target ähnlich dem in Abbildung 4 gezeigten langlebigen Target dar, bei dem das massebegrenzende Merkmal integriert ist;
Die Abbildungen 11A und 11B stellen jeweils die Querschnitts- und die Bodenansicht einer detaillierteren Ansicht des langlebigen Targets aus Abbildung 10 dar einschließlich der ebenen Flächen zwischen den Rinnen;
Abbildung 12 stellt einen Aufbau der Komponenten eines Röntgenlithographiegeräts dar unter Anwendung der Vorteile, die durch die neuen Targetkonstruktionen, wie sie hier beschrieben wurden, ermöglicht wurden; und
Abbildung 13 stellt ein Blockdiagramm dar, das das Verfahren zur Herstellung der neuen Targetkonstruktion wie in Abbildung 10 und 11 dargestellt, illustriert.
Im folgenden wird auf Abbildung 1 Bezug genommen, in der der grundlegende Stand der Technik eines gepulsten Laserstrahl-induzierten- Plasmaröntgenlithographiesystems 10 dargestellt ist. Dieses grundlegende System 10 wurde zuerst von Nagel et al. in dem zuvor erwähnten U.S. Patent 4,184,078 beschrieben und schließt einen Laserstrahl 12, der durch eine Linse 14 auf den Brennpunkt 16 eines massiven Metalltargets 18 fokussiert wird, ein. Indem der Strahl 12 mit ausreichender Energie bereitgestellt wird, wird ein derartiges Plasma am Punkt 16 erzeugt, das weiche Röntgenstrahlen 22 erzeugt. Einige der Röntgenstrahlen 22 können durch eine Röntgenmaske 24 auf eine Schutzmittelschicht 26, die einen Silizium- oder Galliumarsenidwafer 28 bedeckt, angewendet werden, um ein Muster auf der Schutzmittelschicht 26 zu bestrahlen, das durch das Muster der Maske 24 vorgegeben ist.
Zusätzlich zur Erzeugung von Röntgenstrahlen 22 erzeugt System 10 auch Trümmer 30 als Folge der hohen Temperatur von mindestens einhundertfünfzigtausend ºC, die zur Erzeugung des Plasmas 20 erforderlich sind. Die Trümmer 30 können die Form geschmolzener Metalltröpfchen, die vom Target 18 spritzen, verdampften Metalls und hochenergetischer Ionen annehmen. Von den verschiedenen Arten an Trümmern 30 können die hochenergetischen Ionen und die geschmolzenen Tröpfchen unverzüglich eine negative Wirkung auf den Lithographieprozeß haben, wohingegen das verdampfte Metall sich nur auf der Maske 24 ablagert und keine bedeutende Wirkung hat, bis die Menge an verdampftem Metall ausreicht, um die Röntgenstrahlen zu absorbieren.
Der Anteil der hochenergetischen Ionen an den Trümmen kann ein Aufheizen der Maske 24 verursachen, wobei eine Verformung der Maske verursacht wird und eine Änderung des erforderlichen kritischen Abstands zwischen der Maske 24 und der Schutzmittelschicht 26 verursacht wird. Die geschmolzenen Tröpfchen, die eine bedeutende Masse haben, werden von dem Punkt 16 in Form eines Spritzers emittiert, das bedeutet, daß die Kraft an der Oberfläche der flüssigen Lache nahe der Targetoberfläche von der anfänglichen Reaktion bis zum expandierenden Plasma aufkommt. Wenn die geschmolzenen Tröpfchen auf die Maske 24 stoßen, kann beträchtlicher Schaden an der ein bis zwei um dicken Membranbasis der Maske 24 entstehen.
Tatsächlich können sich die geschmolzenen Tröpfchen ganz durch die Membran der Maske 24 bewegen oder in die Membran der Maske 24 eingebettet werden, wobei sie die Maske 24 unbrauchbar machen. In der Vergangenheit wurden Schilder verwendet, um zu verhindern, daß die Trümmer in Form von verdampftem Metall und geschmolzenen Tröpfchen die Maske erreichen, wie in den zuvor erwähnten Patenten von Nagel et al. und Grobman beschrieben. Derartige Schilder absorbieren unglücklicherweise einige der Röntgenstrahlen genausogut, wie sie die Trümmer blockieren, und sind Ursache für katastrophalen Schaden durch Trümmer in Form geschmolzener Tröpfchen, sogar bei einem einzelnen Laserschuß. Weiterhin lehrt uns der Stand der Technik Magneten zu verwenden, um die hochenergetischen Ionen von der Maskenfläche weg abzulenken, wie im U.S. Patent 4,175,830 für Marie vorgeschlagen. Dies ist in einer Vakuumumgebung wirksam, zeigt aber keine Wirkung bei neutralen Materietrümmern in irgendeiner Umgebung.
Im folgenden wird auf die Abbildungen 2 und 3 Bezug genommen. Es wurde durch das Analysieren der vom Plasma 20 am Punkt 16 der Abbildung 1 emittierten Trümmer 30 herausgefunden, daß:
(1) die Trümmermasse sowohl geschmolzene Tröpfchen als auch verdampftes Targetmaterial, einschließt;
(2) der Anteil der geschmolzenen Tröpfchen an den Trümmern 30 die Mehrheit der Masse der Trümmer 30 bildet und in zwei getrennten und unterschiedlichen massiven Trümmergruppen 32 und 34 konzentriert ist;
(3) der Anteil an verdampftem Metall an den Trümmern 30 allgemein einen kleinen Anteil der gesamten Masse an Trümmern bildet und allgemein gleichmäßig verteilt ist; und
(4) der Anteil an hochenergetischen Ionen an den Trümmern 30 entlang einer zum Target 18 normalen Linie 38 am größten ist und sich allmählich bis zu einem Punkt von ungefähr 45º von der Normalen des Targets 18 reduziert;
(5) einiges gestreutes Laserlicht, das meiste davon ist zurück entlang der Laserachse A aus Abbildung 1 gerichtet, spektral von der Targetoberfläche entlang Achse B reflektiert wird.
Von den zwei massiven Trümmergruppen 32 und 34 ist Gruppe 34 symmetrisch um Linie 38 senkrecht zum Target 18 am Mittelpunkt des Plasmas 20 konzentriert und Gruppe 32, die konisch geformt ist, ist um eine Achse unter annähernd 45º-55º von der senkrechten Linie 38 in Abhängigkeit von Laserenergie und Targetzusammensetzung konzentriert. Von einem Minimum 40 der emittierten Trümmermasse zwischen den zwei Gruppen 32 und 34 des maximalen Materials der Trümmermasse wird angenommen, daß es nur das verdampfte Material und nicht die geschmolzenen Tröpfchen einschließt. Zusätzlich kann die einfallende Laserstrahlung so angeordnet werden, daß das gestreute Laserlicht in diesem Bereich minimiert wird.
Diese Entdeckung in Beziehung zu den Materialtrümmern 30, die aus den geschmolzenen Tröpfchen und dem verdampften Metall bestehen, wird in Abbildung 2 als Winkelverschiebung gegen die Masse der von Plasma 20 emittierten Trümmer um den Punkt 16 dargestellt. Die gleiche Information wird in Abbildung 3 als konventioneller X-Y-Graph dargestellt. In Abbildung 3 ist dazu weiterhin die Winkelverschiebung der Anzahl an vom Plasma 20 emittierten hochenergetischen Ionen überlagert. Wie aus Abbildung 3 entnommen werden kann, besitzt die Masse der vom Plasma 20 emittierten Materialtrümmer 30 einen Peak 34 entlang der Hochachse 38 des Targets 18 und einen anderen Peak 32 an einer um ungefähr 55º von der Normalen verschobenen Achse Die minimale Masse an vom Plasma 20 emittierten Materialtrümmern 30 tritt am Punkt 40 zwischen 20º und 35º von der Normalen 38 entfernt auf und signifikant reduzierte Trümmer werden zwischen den 15º- und 45º-Punkten der Kurve in Abbildung 3 erzeugt, das bedeutet zwischen 15º und 45º von der Normalen 38 des Targets 18 an dem Punkt, an dem das Plasma 20 erzeugt wird. Es wird angenommen, daß die Trümmermasse um Punkt 40 der Kurven in den Abbildungen 2 und 3 hauptsächlich der Anteil des verdampften Metallmaterials an den Targetmaterialtrümmern 30 ist, der allgemein gleichmäßig um den Punkt 16 verteilt ist. Durch die Wahl, den Laserstrahl 12 unter einem Winkel zwischen 20º und 25º von der Normalen 38 auf das Target 18 einfallen zu lassen, fällt das meiste des gestreuten Lichtes entlang der Achsen A oder B unter einem Winkel zwischen 15º und 30º zurück.
Weiterhin kann aus Abbildung 3 entnommen werden, daß die Anzahl hochenergetischer Ionen unter 30º von der Hochachse 38 abnimmt. Also würde, wenn man die Maske 24 und das Substrat 26 übereinstimmend mit einer Achse unter einem Winkel zwischen 35º und 45º gegenüber der Hochachse 38 ausrichten würde, eine geringe Menge Trümmer in Form hochenergetischer Ionen und praktisch keine Trümmer in Form geschmolzenen Tröpfchen oder kein gestreutes Licht die kritische Membranoberfläche der Maske 24 treffen. Die Menge hochenergetischer Ionen, die die Maske 24 unter diesem Winkel treffen, würde gering sein und innerhalb erträglicher Grenzen liegen, wenn man bedenkt, daß die Maske annähernd 70 Millimeter vom Plasma 20 entfernt ist, wie nachstehend in Bezug zur Abbildung 12 erklärt wird, daß solche Ionen zerstreut werden, wenn sie sich durch eine Heliumumgebung von einer Atmosphäre zur Maske 24 bewegen. Wie nachstehend erklärt wird, werden andere Vorteile erzielt, die nicht in Bezug zum Trümmerproblem stehen, indem der Winkel, unter dem Target 18 plaziert wird, in den Bereich von 40º bis 45º verschoben wird.
Im folgenden wird auf Abbildung 4 Bezug genommen, in der ein Diagramm einer bevorzugten Anordnung des Laserstrahls 12 und der Linse 14, des Targets 18 und der Maske 24 dargestellt wird, um aus der Art und Weise, in der von den Trümmern ermittelt wurde, wie sie gestreut werden, Nutzen zu ziehen. In Abbildung 4 werden den gleichen Komponenten, die zuvor beschrieben wurden, die gleichen Bezugsnummern zugeordnet. Wie aus Abbildung 4 erkannt wird, wird das Target 18 unter einem Winkel von 45º gegenüber der Ebene, in der das Target 18 und das Substrat 28 liegen, plaziert. Zusätzlich wird der Laserstrahl 12 mit der Linse 14 fokussiert und aus einem Winkel von 20º zur Hochachse 38 auf den Punkt 16 gerichtet, an welchem das Plasma gebildet wird. Wie in Abbildung 4 dargestellt, stellt die Linse 14 das optische Element des Lasers in dem Weg der Trümmer 30 dar, aber praktisch ist ein Fenster, daß in einen evakuierten Raum eingeschlossen ist, das optische Element in dem Weg der Trümmer 30. Schließlich wird die Maske 24 unter einem Winkel von 45º zur Hochachse 38 auf der anderen Seite der Hochachse 38 des Strahls 12 plaziert. So sind sowohl der Laserstrahl 12 als auch die dazugehörigen optischen Elemente und die Maske 24 eng an die Ausrichtung der Achse 40 mit minimalen Trümmern und insbesondere weg von den schädigenden geschmolzenen Tröpfchen , die um die 0º und 50º bis 55º Achsen vom Punkt 16 emittiert werden, plaziert. Diese Anordnung wird konstruiert, um Schaden sowohl an den optischen Elementen, in Abbildung 4 durch die Linse 14 representiert, als auch an der empfindlichen Membran der Maske 24 zu verhindern.
Wie als Stand der Technik anerkannt ist, ist es notwendig, daß das Target 18 eine relativ große Lebensdauer hat, zum Beispiel zwischen vier und acht Stunden dauernder Verwendung bei einer Wiederholungsrate von einigen Sekunden, mit der der Laserpuls bereitgestellt wird. Damit Target 18 eine so große Lebensdauer erzielt, wurde vorgeschlagen, daß eine Scheibe oder ein als Band geformtes Bauteil bereitgestellt wird und nach jedem Schuß ein kleines Stückchen gedreht wird. Auf diese Art wird eine ganze Spur entlang der Scheibe verwendet. Dann wird die Scheibe seitlich verschoben und die komplette schrittweise Rotation erfolgt erneut. Auf diese Weise kann eine Vielzahl an Spuren mit vielen Targetflächen auf jedem Target 18 gefahren werden. Siehe als Beispiel dazu das zuvor erwähnte U.S. Patent 3,743,842.
Indem das Lasertarget 18 unter dem in Abbildung 4 gezeigten Winkel plaziert wird, ist eindeutig, daß die Positionen der Targetoberfläche in den Raum zwischen das Target 18 und die Maske 24 ragen. In einer bevorzugten Ausführungsform eines Röntgenlithographiesystems sollte der Raum wünschenswerterweise von anderen Komponenten oder Untersystemen belegt werden, wie zum Beispiel einem optischen System, um den Wafer 28 auf die Maske 24 auszurichten. Darum ist die in Abbildung 4 dargestellte Targetkonfiguration für ein kommerzielles Röntgenlithographiegerät nicht akzeptabel.
Im folgenden wird auf die Abbildungen 5 und 6 Bezug genommen, in denen eine verbesserte Konfiguration des Targets 44 dargestellt wird, bei der die wünschenswerte Anordnung, wie sie in Bezug zu Abbildung 4 beschrieben wurde, ausgenutzt wird, und die außerdem eine große Lebensdauer hat, ähnlich der der rotierenden Scheibentargets, die Stand der Technik sind. In Abbildung 5 werden den gleichen Elementen, die zuvor beschrieben wurden, die gleichen numerischen Bezeichnungen zugeordnet. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, daß die zwei Gruppen 32 und 34 der maximalen Trümmermasse als gestrichelte Linien entlang der Achse der Gruppe dargestellt werden. Außerdem ist Target 44 im Vergleich zu den anderen Elementen vergrößert dargestellt, um seine Details klarer darstellen zu können.
Target 44 hat im allgemeinen die Form einer runden Scheibe von annähernd drei bis sechs Inch Durchmesser, wobei vier Inch einen Nominalwert darstellt. Die Oberseite des Targets 44 ist parallel zu der Ebene, in der das Substrat 28 während des schrittweisen Prozesses bewegt wird, und zu der Ebene, in der die Maske 24 plaziert ist. Das obere Ende des Targets 44 wird von einem Targetspannfutter gehalten, und es wird ein Schrittmotor als Transporteinheit ( in Abbildung 5 nicht dargestellt ) verwendet, um das Target 44 in der Ebene seines Oberteils zu rotieren und lateral zu bewegen. Auf der Unterseite des Targets 44, das heißt, der Seite des Targets 44, auf die der Laserstrahl 12 fokussiert wird, sind Reihen von Targetf lächen um eine Vielzahl konzentrischer Kreisspuren definiert, und jede Targetfläche kann durch Schrittmotoren plaziert werden, um den fokussierten Laserstrahl 12 zu unterbrechen.
Wie man in Abbildung 6 erkennt, gibt es an der Unterseite des Targets 44 Reihen vorgeformter konzentrischer Rinnen 46 und jede Rinne hat eine Vorder- 48 und eine Rückseite 50, wobei der Laserstrahl 12 auf die Vorderseite 48 fokussiert wird, wenn sie durch laterale und rotierende Bewegung so ausgerichtet ist, daß der Laserstrahl 12 einfällt. Wie man in Abbildung 5 erkennt, wird die Vorderseite 48 jeder Rinne unter einem Winkel von 30º in Beziehung zur Oberseite davon plaziert und das Transportmittel des Targets 44 ist angepaßt, um Target 44 lateral so zu bewegen, daß jede der Vorderseiten 48 der Rinnen 46 so ausgerichtet ist, daß der Laserstrahl 12 einfallen kann. So befindet sich die Oberfläche der Targetfläche, auf die der Laserstrahl 12 einfällt, unter dem gleichen Winkel, wie dem in Abbildung 4 gezeigten. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, daß, da der Winkel der Rückseite 50 der Rinnen 46 nicht kritisch ist, dieser Winkel aber ausreichend sein sollte, um zu ermöglichen, daß die Trümmer 30, entweder geschmolzene Tröpfchen, verdampftes Material oder hochenergetische Ionen, dadurch blockiert werden.
Die Auswahl eines Winkels von 45º für die vordere Oberfläche 48 der Rinne 46 basiert auf dem Wunsch, sowohl die geschmolzenen Tröpfchen als auch die hochenergetischen Ionen zu minimeren und wird mit Abbildung 3, als geeignet, dieses Ziel zu erreichen, vorgeschlagen. Aber in manchen Fällen werden die hochenergetischen Ionen durch andere Faktoren gehindert, wie das Passieren eines gewissen mit einer Atmosphäre Helium gefüllten Weges bei der Bewegung auf die Maske 24 zu, wie es nachstehend in Bezug zu Abbildung 12 beschrieben wird, wodurch ermöglicht wird, den Winkel durch andere Faktoren festzulegen. Betrachtungen, die auch berücksichtigt werden müssen, schließen die Anzahl der Spuren, die auf dem Target 44 plaziert werden, mit ein, wodurch ein steilerer Winkel erforderlich wird, so daß die Breite der Rinnen 46 enger wird oder die Notwendigkeit den Winkel zu vergrößern, unter dem der Laserstrahl 12 bereitgestellt wird, wodurch wiederum ein steilerer Winkel erforderlich wird.
Das in Abbildung 5 und 6 dargestellte Target 44 vermeidet viel des Problems der Trümmer 30, das beim Stand der Technik so schwierig ist. Aber zusätzliche Untersuchungen über die Ursache der Trümmer haben gezeigt, daß sie fast vollständig eliminiert werden können. Im folgenden wird auf Abbildung 7 Bezug genommen, die aus den Abbildungen 7A und 7B besteht, in der eine Erklärung über die Ursache der Trümmer gegeben wird. In Abbildung 7 werden ähnlichen Komponenten, wie den zuvor in Bezug zu Abbildung 1 diskutierten, identische numerische Bezeichnungen gegeben. In Abbildung 7a ist der Laserstrahl 12 auf den Brennpunkt 16 des Targets 18 fokussiert. Der Brennpunkt ist gegenüber Abbildung 1 auf einen Kreis mit 200 um Durchmesser vergrößert und der Laserstrahl 12 wird als Pulsstrahl für annähernd 10 bis 20 Nanosekunden bereitgestellt.
Kurz nach dem der Laserpuls 12 bereitgestellt wird, wird ein Plasma 20 gebildet und die oberen ein oder zwei um 52 der Oberfläche des Targets 18 werden abgetragen, wenn das Plasma 20 auf eine Temperatur von ungefähr 150.000ºC bis 500.000ºC ansteigt. Die wirkliche Menge an Abtragung 52 des Targetmaterials 18 während der Bildung und der Aufrechterhaltung des Plasmas 20 hängt von der Energie und Dauer des Laserstrahls 12 und von der Wahl des Targetmaterials ab. Dies liegt an der Tatsache, daß das Plasma 20 in einer Richtung weg vom Target 18 erzeugt wird und nicht auf oder in dem Target 18.
Diese Bedingung für ein Röntgenstrahlung emittierendes Plasma 20 besteht während der Dauer des Laserpulses 12 und für wenige Nanosekunden danach. Aber die Abtragung 52 des Targetmaterials ist im wesentlichen vollständig während der Bereitstellung des gepulsten Laserstrahls 12.
Während der Zeit, in der das Plasma 20 besteht, werden weiche Röntgenstrahlen kontinuierlich von ihm emittiert. Wenn der Laserstrahl aufhört, beginnt das Plasma 20 abzukühlen und nach wenigen Nanosekunden hört die Röntgenstrahlenemission auf und das Plasma 20 löst sich auf. Zu dieser Zeit wandert etwas von der Enegie des Plasmas 20 wegen der Impulserhaltung vertikal in das Target 18 hinein.
Im folgenden wird auf Abbildung 7B Bezug genommen. Da die Wärme in das Material des Targets 18 abgeleitet wird, bildet sich eine Vertiefung 54, weil das Material des Targets 18 schmilzt und ionisiert wird. Das geschmolzene Material des Targets 18 emittiert die zuvor diskutierten geschmolzenen Tröpfchen und ein Anteil des geschmolzenen Targets wird als verdampftes Matall, wie zuvor erläutert, emittiert. Nach einer Zeitspanne in der Größenordnung von ungefähr einer Mikrosekunde ist die Wärme ausreichend verteilt, so daß die Vertiefung 54 nicht länger an Größe zunimmt und keine weiteren Trümmer 30 emittiert werden.
Nach der obigen Erklärung erscheint es, als ob das verwendbare Ergebnis des vom gepulsten Laserstrahl 12 induzierten Plasmas 20 die weichen Röntgenstrahlen 22 darstellen, die während der Existenz des Plasmas 20 erzeugt werden, und in dieser Zeit tritt nur eine Abtragung 52 von annähernd ein oder zwei um des Materials des Targets 18 auf. Das nicht verwendbare und unerwünschte Ergebnis des vom gepulsten Laserstrahl 12 induzierten Plasmas 20 sind die Trümmer 30, die während der Bildung der Vertiefung 54 nachdem die Emission der Röntgenstrahlen 22 beendet ist, erzeugt werden.
Im folgenden wird auf Abbildung 8 Bezug genommen, die aus den Abbildungen 8A und 8B besteht, in der ein massebegrenztes Target 56 dargestellt wird, in dem die Beobachtungen, die in Bezug auf Abbildung 7 gemacht wurden, ausgenutzt werden. Das massebegrenzte Target 56 schließt einen Träger 58 und eine dünne Metallmembran 60 mit einer Dicke zwischen ein und zwei um ein. Die exakte Dicke der Membran 60 wird basierend auf der Energie und Dauer des auf sie angewendeten gepulsten Laserstrahls 12 ausgewählt. Die Dicke der Membran sollte ausreichend sein, um Abtragung der gesamten Dicke der Membran während der Zeit, in der Röntgenstrahlen vom Plasma 20 emittiert werden, zu ermöglichen. In der Praxis wird die Abtragung während der Dauer der Bereitstellung des Laserpulses 12 im wesentlichen vollständig sein.
Die äußersten Grenzen der Dicke der Membran 60, basierend auf der heutigen Lasertechnologie und der erhältlichen Targetdichte, liegen zwischen einem zehntel um und sogar bis zu zehn um, obwohl der Bereich zwischen ein und zwei um, wie zuvor angegeben, bevorzugt wird.
Wenn der Laserstrahl 12, wie in Abbildung 8A dargestellt, die Membran 60 trifft, wird das Plasma 20 erzeugt und Abtragung des Materials der Targetmembran 60 tritt auf, bis die gesamte Dicke der Membran 60 um den Brennpunkt des Lasers 12 abgetragen ist. Bei sorgfältigem Auswählen der Dicke der Membran 60 und der Energie und Dauer des Laserstrahls 12 wird die Membran 60 nach der Zeit, in der der hintere Schwanz des Pulses des Laserstrahls 12 auftritt, im wesentlichen abgetragen sein und sollte wenige Nanosekunden nach dem hinteren Schwanz des Pulses des Laserstrahls 12 vollständig abgetragen sein, da das Röntgenstrahlung emittierende Plasma 20 so lange nach dem Puls des Laserstrahls 12 dauern kann. Wenn das Plasma 20 abkühlt, endet die Röntgenstrahlenemission. Die Wärme, die bei den Targets auf dem Stand der Technik die Vertiefung 54, wie sie in Abbildung 7B dargestellt wird, bildet, wird radial vom Brennpunkt 16 durch die Membran 60 (siehe Abbildung 8B) nach außen geleitet und erzeugt dabei ein Loch 62 mit ziemlich großem Durchmesser in der Membran 60. Auf Grund des großen Lochs 62 hat das Target 56 nur begrenzte kommerzielle Anwendung auf Grund der begrenzten Anzahl an Schüssen, die auf ein einzelnes Target abgegeben werde können, bevor es ausgetauscht werden muß. Weiterhin werden, während die Wärme radial abgeleitet wird und sich das Loch 62 bildet, Trümmer gebildet. Diese Art von Trümmern bestehen aus verdampftem Metall und Trümmern der Trägerstruktur und nicht aus den unverzüglich zerstörenden Trümmern in Form geschmolzener Tröpfchen.
Im folgenden wird auf Abbildung 9 Bezug genommen, die aus Abbildung 9A und 9B besteht, in der eine kommerzielle Version eines massebegrenzten Targets 64 dargestellt wird. Abbildung 9A stellt die Aufsicht des Targets 64 und Abbildung 9B stellt einen Schnitt einer Targetf läche 66 dar. Bezugnehmend auf Abbildung 9A, wird das Target 64 als scheibenförmiges Element dargestellt, das eine Vielzahl an konzentrischen Kreisen oder bei der Herstellung einbezogenen Spuren benachbarter Targetflächen 66 aufweist und jede Spur hat viele solcher Targetflächen 66. Alternativ könnte Target 64 als Kassettenband konstruiert sein, bei dem eine Vielzahl Reihen aus Targetflächen entlang der Länge des Bands hergestellt werden.
In Abbildung 9B wird eine Targetfläche dargestellt. Die Targetfläche 66 wird aus dem grundlegenden Material 68, das Silizium, Metall oder Plastik sein kann, hergestellt, die alle mit üblichen Techniken hergestellt werden. Das grundlegende Material 68 sollte so ausgewählt werden, das es als gute Wärmesenke wirkt. Eine dünne Membran oder ein Film 70, zum Beispiel aus einem Polymer-Material, wie zum Beispiel Polyimid oder Mylar, wird am Boden des Targets befestigt, also an der Seite, auf die der Laserstrahl 12 fokussiert wird, und ein Targetmaterial 72, zum Beispiel rostfreier Stahl, wird durch Sputtern auf dem Film 70 abgelagert oder auf andere Art am Film 70 befestigt. Alternativ kann die Membran 70 ein dünner Film aus einem Nitrid-Material ( wie zum Beispiel Silizium- oder Bornitrid ), einem Oxidnitridmaterial ( wie zum Beispiel Siliziumoxidnitrid ), einem keramischen oder anderen dielektrischen Material oder sogar einem Metall, wie Titan, sein. Die notwendigen Eigenschaften des Films 70 sind, daß er ein guter Wärmeleiter ist und daß das Metalltargetmaterial 72 einfach durch konventionelle Verfahren trotz der Dünnheit des Films 70 daran befestigt werden kann.
Eine Explosionsmaske 71 kann über dem Membranträger 70 hinzugefügt werden und verschiedene Funktionen erfüllen. Als erstes leitet sie Trümmer von der benachbarten Targetfläche 66 weg und erlaubt dadurch eine engere Packung der Größen. Weiterhin wirkt sie als eine weitere Wärmesenke und begrenzt dadurch die Menge an neutralen Trümmern, die erzeugt werden. Schließlich stellt sie eine Extramöglichkeit zur Teilchenerzeugung an der Kante des geschmolzenen Lochs bereit. Die Explosionsmaske 71 sollte mehr als 25 um dick sein, um mechanische Starrheit und bedeutende Kapazitäten als Wärmesenke bereitzustellen.
Die Größe des Targetmaterials 72 sollte wenigstens so gewählt werden, das es etwas größer als der Durchmesser des Brennpunkts 16 ist. Zum Beispiel sollte, wenn der Brennpunkt des fokussierten Laserstrahls 12 einen Durchmesser von 200 um hat, das Targetmaterial ein Kreis mit einem Durchmesser von 300 um sein. Als nächstes wird ein Loch mit einem Durchmesser von annähernd 500 bis 1500 um durch die Basis 68 des Films 70 hergestellt. Das Loch 74 kann durch Ätzen des grundlegenden Materials mit konventionellen Techniken gebildet werden.
Alternativ kann das Loch 74 als erstes gebildet werden und die Filmschicht 70 könnte dann über dem Loch 74 angebracht werden. Auf diese Weise kann das Loch 74 durch Laserbohren oder konventionelle maschinelle Bearbeitung oder durch Atzen gebildet werden. Weiterhin kann die Basis 68 aus Plastik oder Metall sein, die mit dem Loch 74 geformt wird. Die Größe des Targetmaterials kann so groß wie das Loch 74 sein, oder es kann den gesamten Film 70 bedecken.
Beim Betrieb, wenn der Laserstrahl 12 auf das Targetmaterial 72 fokussiert wird, wird ein Plasma 20 gebildet und die gesamte Dicke des Targetmaterials 72 wird während des Bestehens des Plasmas 20 abgetragen. Nachdem das Plasma 20 endet, wird die Wärme radial durch das verbleibende Targetmaterial 72 und durch den Film 70 zur und in die Basis 68 abgeleitet. Da die Wärme nicht mehr in einem Punkt konzentriert ist, wie es beim Stand der Technik, wie in Abbildung 7 dargestellt, der Fall war, wird keine Vertiefung in der Basis 68 gebildet und daher wird nur eine unbedeutende Menge an verdampften Trümmern durch Verdampfen des verbleibenden Targetmaterials 72 und des Films 70 emittiert. Die Basis 68 und die Explosionsmaske 71 wirken so als Wärmesenke für die Wärme von Plasma 20 und dämmen zusätzlich die Größe des lateral gebildeten Lochs ein, und lösen dadurch das in Abbildung 8B dargestellte Problem.
Im folgenden wird auf Abbildung 10 Bezug genommen, in der ein kommerzielles Target 76 dargestellt wird, bei dem das Konzept eines massebegrenzten Targets, wie es zuvor in Bezug zu den Abbildungen 7-9 diskutiert wurde, in das Konzept des Targets 44, wie es in den Abbildungen 5 und 6 dargestellt wurde, integriert wird. Das Target 76 ist dem Target 44 darin ähnlich, daß die Bodenseite, auf die der Laser 12 trifft, eine Vielzahl konzentrischer Rinnen 78 aufweist und jede Rinne eine Stirnseite 80, die vom Laser 12 getroffen wird, und eine gegenüberliegende Seite 82 aufweist. Weiterhin entsprechen die winkelabhängige Plazierungen der Stirnseite 80 und der gegenüberliegenden Seite 82 den zuvor beschriebenen, um zu ermöglichen, daß sowohl die Maske 24 als auch die optischen Elemente des Laserstrahls 14 auf die Punkte minimaler Trümmer 40 und 42 ausgerichtet werden können. Das grundlegende Material 84 des Targets 76 kann aus jedem praktischen Material hergestellt werden; wie zum Beispiel einem Siliziumwafer, Plastik oder Metall, eher als aus Material, wie es für Target 44 erforderlich ist. Zusätzlich wird ein Film 86 auf die mit Rinnen versehene Unterseite des Targets 76 plaziert und das Targetmaterial 88 wird über dem Film 86 in zuvor definierten benachbarten Positionen entlang der Stirnseite 80 jeder Rinne 78 befestigt. Jede der Targetflächen 88 wird so ausgewählt, daß sie eine Dicke aufweist, die eine im wesentlichen vollständige Abtragung während des Bestehens des Plasmas ermöglicht. Schließlich wird ein Loch 90 über jede der Metalltargetflächen 88 plaziert. Mit dieser Struktur wird das Konzept eines massebegrenzten Targets in die Konzepte der Begrenzung der Trümmer und einer langen Lebensdauer des Targets integriert, um ein langlebiges Target, bei dem die emittierten Trümmer durch richtige Plazierung minimiert werden, für die Verwendung in einem System, in dem die entscheidenen Elemente vor allen Trümmern, die noch emittiert werden könnten, geschützt werden, bereitzustellen.
Im folgenden wird auf die Abbildungen 11A und 11B Bezug genommen, in denen eine vergrößerte detaillierte Ansicht einer anderen Ausführungsform des Targets 76 dargestellt ist. Genauer gesagt ist in Abbildung 11A ein Grundriß eines Teils der mit Rinnen versehenen Seite des Targets 76 dargestellt und in Abbildung 11B ist eine Querschnittsansicht durch die Linien 11B-11B aus Abbildung 11A dargestellt. In den Abbildungen 11A und 11B ist das Loch 90 vertikal zur Seite 80 plaziert und mit einem Durchmesser von 0,6 bis 1,0 Millimetern hergestellt. Das Loch 90 kann senkrecht zur Oberfläche 80 sein und zum Beispiel durch einen Laserstrahl hergestellt werden. Der Film 86 wird über die gesamte mit Rinnen versehene Oberfläche des Targets 76 plaziert und ein kreisförmiges Metalltarget 88 von annähernd 0,20 bis 0,30 Millimetern im Durchmesser wird über dem Film 86 in einer Position annähernd im Mittelpunkt des Loches 90 plaziert. Die Stirnseite 80 ist annähernd 0,830 Millimeter lang und unter einem Winkel von annähernd 25º zur Bodenebene des Targets 76 plaziert, und die gegenüberliegende Seite 82 ist ungefähr 1,125 Millimeter lang und unter einem Winkel von annähernd 25º von der Targetfläche 76 plaziert. Eine Fläche, die annähernd 0,30 Millimeter lang ist und parallel zur Fläche des Targets 76 plaziert wird, trennt jede Rinne ab.
Mit den zuvor angegebenen Dimensionen beträgt der Zwischenraum zwischen den Mittelpunkten jeder Rinne annähernd 2,00 Millimeter. Mit diesen Dimensionen kann der Laserstrahl 12, der unter 110 zu seiner Mittellinie konvergiert, unter einem Winkel von 20º (Mittellinie) von der Senkrechten des Targets 88 und unter einem Winkel von 25º von der horizontalen Ebene des Targets 76 bereitgestellt werden. Diese Aufstellung ermöglicht, daß die emittierten Trümmer sich von der zerbrechlichen Membran der Maske 24 weg bewegen.
Die ebene Fläche 92, die jede Rinne abtrennt, kann von einem abtastenden Apparat (nicht dargestellt) in dem System 10 verwendet werden, um die vertikale Position und Ausrichtung in Bezug zur Parallelen des Targets 76 abzutasten. Diese Parameter werden beide wichtig, wenn das Target 76 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen durch Fokussieren eines Laserstrahls auf die Targetflächen 88 verwendet wird.
Wenn sich das Target beim Abtasten entweder zu hoch oder zu niedrig oder nicht in der Ebene befindet, können Mittel (nicht dargestellt) mit dem System 10 bereitgestellt werden, um die Position des Targets 76 so einzustellen, das die Metalltargetfläche 88 an die gewünschte Brennposition der Laserstrahls 12 plaziert werden kann.
Im folgenden wird auf Abbildung 12 Bezug genommen, in der ein Röntgenlithographiesystem 100 dargestellt ist, in das die verbesserte Targetkonstruktion aus Abbildung 10 integriert ist. Wie sehr wohl bekannt ist, sollte der Einfallswinkel des fokussierten Laserstrahls 104 auf die Targetoberfläche weniger als 450 sein, um zu verhindern, daß der Brennpunkt sich zu weit ausdehnt. Bei ebenen langlebigen Targets auf dem Stand der Technik ergibt sich aus der Forderung eines engen Einfallswinkels des Laserstrahls und aus der weiteren Forderung, daß die Entfernung zwischen der Targetfläche, an der das Plasma gebildet wird, und dem mit einer Schutzschicht bedeckten Wafer 70 Millimeter nicht signifikant übersteigen sollte, daß eine sehr schnell den Laser fokussierende Linse erforderlich wird und speziell beschichtete optische Elemente, um in der Lage zu sein, die große Energie pro Einheitsfäche des konvergierenden fokussierten Strahls zu handhaben.
Zusätzlich zum Target 102 schließen die anderen Hauptkomponenten des Röntgenlithographiesystems 100 einen Apparat zur Laserstrahlerzeugung (nicht dargestellt), einen Apparat 106 zum Ausrichten und Fokussieren des Laserstrahls 104, eine evakuierte Kammer 108, in die das Target 102 plaziert wird, eine Maske 110 und eine Waferstepperkonstruktion 112, die jedes konventionelle Steppersystem, das in den Lithographietechniken zur Chipherstellung verwendet wird, sein kann, ein. In der evakuierten Kammer 108 befinden sich Mittel zur Handhabung des Targets 114, die einen lateralen Motor und einen rotierenden Motor einschließen, um das Target 102 so zu bewegen, daß jede Targetfläche davon in den Einfall des fokussierten Laserstrahls 104 bewegt wird. Das System zum Fokussieren des Lasers schließt reflektierende Spiegel 113 und 115 und eine fokussierende Linse 120 einer üblichen Konstruktion ein, um den fokussierten Laserstrahl auf ein Target mit einem Brennpunkt mit einem Durchmesser von 200 um zu richten.
Die evakuierte Kammer 108, die das Target 102 enthält und in der das Plasma erzeugt wird, muß bei einem Druck von weniger als 2666 Pa (zwanzig Torr) (in einer Heliumatmosphäre) gehalten werden, um die Plasmabildung zu ermöglichen. Außerhalb der evakuierten Kammer 108 besteht eine Heliumumgebung von einer Atmosphäre. Mit der evakuierten Kammer 108 verbunden ist ein Laserstrahlausgang 116 und eine Differenzsäule 118. Der Ausgang 116, der evakuiert ist, wird unter dem Einfallswinkel des Laserstrahls 104 plaziert und schließt ein abgedichtetes Fenster 122 ein, um dem Laserstrahl 104 zu ermöglichen, in den Ausgang 116 einzutreten, während die Druckdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren der Kammer 108 erhalten bleibt. Die Differenzsäule 118 kann der im U.S. Patent 4,484,339 für Mallozzi et al. beschriebenen ähnlich sein und eine oder mehrere Zwischenkammern 124 einschließen. Die Heliumumgebung von einer Atmosphäre in dem Ausgangsteil 126 der Differenzsäule 118 verhindert, daß die hochenergetischen Ionen die Maske 110 treffen. Weiterhin verursachen ein evakuierbarer Ausgang 128, der mit der Zwischenkammer 124 verbunden ist, und ein evakuierbarer Ausgang 130, der mit der evakuierten Kammer 108 verbunden ist, einen bedeutenden Luftstrom durch die beiden Öffnungen 132 und 134 der Differenzsäule 118. Dieser Luftstrom verhindert gewöhnlich, daß irgendwelche kleinen Trümmer, die noch von dem massebegrenzten Target 102 gebildet werden, zur Maske 110 durchgelassen werden.
Die Stirnseite jeder Rinne des Target 102 wird unter einem Winkel von 45º in Bezug zu der Ebene, in der das Target 102 durch einen Bewegungsapparat 114 bewegt wird, plaziert. Dies ermöglicht die Maske 110 direkt unterhalb des Punktes, an dem das Plasma gebildet wird, zu plazieren und damit aus dem Weg der geschmolzenen Tröpfchen, die nach Beendigung des Plasmas gebildet werden könnten. Weiterhin ist der Laserausgang 116 unter einem Winkel von 60º gegenüber der Vertikalen plaziert, damit auch er in einer Minimumsfläche der Trümmer in Form geschmolzener Tröpfchen liegt. Die Flächen mit einem Maximum an Trümmern in Form geschmolzener Tröpfchen werden durch die gestrichelten Linien 136, 138 und 140 dargestellt und entsprechen den beiden Gruppen 32 und 34 aus Abbildung 2. Durch die Möglichkeit, den Laserausgang 116 unter annähernd 60º zu plazieren, wie in Abbildung 12 dargestellt, und den Einfallswinkel des Lasers nach wie vor innerhalb der 45º Grenze zur Einfallsebene des Targets 102 zu halten, vergrößert sich die Entfernung zwischen fokussierender Linse 120 und Target 102 sehr. Dies ermöglicht, daß weniger Beschichtung auf dem Spiegel 115 und dem Fenster 122 aufgebracht werden muß und dies ermöglicht weiterhin eine langsamere Linse 120 oder eine Linse 120 mit größerer f-Zahl zu verwenden.
Im folgenden wird auf Abbildung 13 Bezug genommen, in dem ein Blockdiagramm dargestellt wird, das die Art der Herstellung des Targets 76 darstellt. Das grundlegende Verfahren schließt zwei grundlegende Schritte ein, der Schritt 142 in dem der Rohling bereitgestellt wird und der Schritt 144, in dem der Rohling verarbeitet wird. Der in Schritt 142 bereitgestellte Rohling kann entweder ein Plastik- oder ein Metallrohling sein. Wenn er aus Plastik ist, kann er im Spritzgußverfahren hergestellt werden, wie es durch Block 146 angezeigt wird. Der Pressling kann entweder mit oder ohne die Löcher 90 im Rohling sein, und dies kann davon abhängen, ob die Löcher vertikal, wie in den Abbildungen 9 und 10 dargestellt, oder senkrecht zum Targetmaterial 88 sind, wie in Abbildung 11B dargestellt. Wenn der geformte Rohling nicht mit Löchern 90 im Block 146 hergestellt wird, dann werden entsprechend Block 148 Löcher 90 gebohrt, zum Beispiel unter Verwendung eines Laserstrahls. Bei Verwendung eines Metallrohlings zeigt Block 150 an, daß der Rohling maschinell bearbeitet wird, um die richtige Größe und Lage der Rinnen 78 zu erhalten. Dann werden entsprechend Block 150 Löcher in den maschinell bearbeiteten Rohling zum Beispiel mit einem Laserstrahl plaziert.
Als nächstes erfordert der Hauptschritt 144 der Verarbeitung des Rohlings, daß der Film 82 und die Metalltargetflächen 88 hinzugefügt werden. Zuerst wird entsprechend Block 154 ein dünnes Mylarschild oder ein Schild aus einem anderen geeigneten Material bereitgestellt. Als nächstes wird entsprechend Block 156 zum vorbereiteten Rohling des Schrittes 142 ein mit Ultraviolett härtbares Haftmittel oder Epoxid zur mit Rinnen versehenen Oberfläche des Rohlings hinzugefügt. Diese können unter Drehungen des Rohlings aufgebracht werden, um eine gleichmäßige Dicke des Haftmittels zu erhalten. Als nächstes wird entsprechend Block 158 das bereitgestellte Schild aus einem Mylarfilm mit dem mit Haftmittel bedeckten Rohling zusammengebracht und an dieser Stelle gehärtet, in dem ultraviolettes Licht darauf gerichtet wird. Das Mylarschild kann entweder durch ein Gerät zur Quetschverschraubung oder durch ein an die Löcher 90 angelegtes Vakuum oder durch beide Techniken mit dem Rohling zusammengebracht werden. Es ist am wichtigsten, daß eine gute Passung in dem Bereich um die Löcher 90 auftritt, wichtiger als am Boden der Rinnen 78, und darum ist die Vakuumtechnik wünschenswert. Zuletzt werden entsprechend Block 160 die Metalltargetflächen 88 durch bekannte Sputtertechniken unter Verwendung einer Maske, die mit den Mittelpunkten der Löcher 90 für das Sputtern ausgerichtet ist, hinzugefügt.

Claims

1. Ein Röntgenlithographiesystem (10 oder 100), das aus einer Apparatur zur Erzeugung eines Laserstrahlpulses (12 oder 104), einem Target (18,44,56,66,76 oder 102), einer Trägereinheit (44,58,68 oder 84), um das Target (18,44,56,66,76 oder 102) zu tragen, einer Apparatur zur Erzeugung von Röntgenstrahlungen (22), in dem der Laserstrahlpuls (12 oder 104) auf das Target (18,44,56,66,76 oder 102) mit ausreichender Energie, um ein Röntgenstrahlung emittierendes Plasma (20) zu erzeugen, fokussiert wird, einer Maske-Substrat-Kombination (24,28 oder 110,112), wobei die Röntgenstrahlen (22) auf diese Maske-Substrat-Kombination (24,28 oder 110,112) treffen, um ein Muster von Röntgenstrahlen zu erzeugen, womit eine Schutzschicht (26) auf dem Substrat (28 oder 112) belichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (60,72 oder 88) aus einer Metallschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 und 10 um besteht, so daß Abtragung des gesamten Targetmaterials (60,72 oder 88) an dem Punkt erfolgt, auf den der Laserpuls (12 oder 104) während der Zeit, in der der Laserpuls (12 oder 104) bereitgestellt wird, fokussiert ist.

2. Ein System gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (60,72 oder 88) aus einer Metallschicht zwischen 1,0 und 2,0 um besteht.

3. Ein System gemäß der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinheit (44,58,68 oder 84) eine Öffnung (74 oder 90) besitzt und dort von einem Film (70 oder 86) bedeckt wird und das Target (60,72 oder 88) auf diesem Film (70 oder 86) und unter die Öffnung (74 oder 90) plaziert wird.

4. Ein System gemäß Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Targets (72 oder 88) und die Öffnung (74 oder 90) beide in der Größenordnung der Fläche des Brennpunkts des Laserstrahls (12 oder 104) liegen.

5. Ein System gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Querschnittsfläche der Öffnung (74 oder 90) nicht mehr als die doppelte Größe des Brennpunkts des Laserstrahls (12 10 oder 104) besitzt und die Fläche des Targetmaterials (72 oder 88) kleiner als die Querschnittsfläche der Öffnung (74 oder 90) ist.

6. Ein System wie in irgendeinem vorangegangenen Patentanspruch beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinheit (44,58,68 oder 84) eine Wärmesenke fiir die Wärme ist, die nach dem Ende des Röntgenstrahlung erzeugenden Plasmas (20) vorhanden ist.

7. Ein System gemäß Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) ein wärmeleitendes Material ist, um Wärme zu der Wärmesenke (44,58,68 oder 84) zu leiten.

8. Ein System gemäß Patentanspruch 3 oder irgendeinem der dazu ergänzenden Patentanspriiche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) so ausgewählt wurde, dall er aus einem Material besteht, das es erlaubt, das Target (72 oder 88) an dem Film (70 oder 86) zu befestigen.

9. Ein System gemäß Patentanspruch 3 oder irgendeinem der dazu ergänzenden PatentansprUche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) aus einem wärmeleitenden Material besteht.

10. Ein System gemäß Patentanspruch 3 oder irgendeinem der dazu ergänzenden Patentanspriiche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) aus einem Polymer-Material besteht.

11. Ein System gemäß Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) aus einem Polyimid-Material besteht.

12. Ein System gemäß irgendeinem der Patentansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) aus einem Nitrid- Material besteht.

13. Ein System gemäß Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) aus einem Siliziumnitrid-Material besteht.

14. Ein System gemäß Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) aus einem Bornitrid-Material besteht.

15. Ein System gemäß irgendeinem der Patentansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) aus einem Oxidnitrid- Material besteht.

16. Ein System gemäß Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (70 oder 86) aus einem Siliziumoxidnitrid-Material besteht.

17. Eine Methode um Röntgenlithographie auszufiihren bei der Röntgenstrahen (22) erzeugt werden, indem ein Laserstrahlpuls (12 oder 104) auf ein Target (18,44,56,66,76 oder 102) mit ausreichender Energie, um ein Röntgenstrahlung emittierendes Plasma (20) zu erzeugen, fokussiert wird, wobei die erzeugte Röntgenstrahlung (22) auf eine Maske-Substrat-Kombination (24,28 oder 110,112) trifft, um ein Muster von Röntgenstrahlen zur Belichtung einer Schutzschicht (26) auf dem Substrat (28 oder 1112) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (60,72 oder 88) aus einer Metallschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 und 10 um besteht und an dem Punkt, auf den der Laserpuls (12 oder 104), während der Zeit in der der Laserpuls (12 oder 104) bereitgestelt wird, fokussiert wird, Abtragung des gesamten Targetmaterials (60,72 oder 88) erfolgt.

18. Eine Methode gemäß Patentanspruch 17, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme des Plasmas (20) radial vom Brennpunkt weg gerichtet ist.

19. Eine Methode gemäß Patentanspruch 17, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme des Plasmas in eine Wärmesenke (68 oder 84) abgeleitet wird, die die Basis des Target (66,76 oder 102) bildet.

20. Eine Methode gemäß irgendeinem der Patentansprüche 17,18 oder 19, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme des Plasmas in eine offene Fläche (74 oder 90) über dem Targetmaterial (72 oder 88) abgeleitet wird.