DE4117839C2 - Strahlentesteinrichtungen und Verfahren für die Röntgenstrahl-Lithografie - Google Patents
Strahlentesteinrichtungen und Verfahren für die Röntgenstrahl-LithografieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bzw. 10 und ein Verfahren gemäß Oberbegriff des
Patentanspruchs 6.
Bei der Herstellung von mikroelektronischen Geräten kommen
allgemein photolithografische Technologien zur Anwendung. Um
eine größere Auflösung bei der Bildung der Mikrostrukturen zu
erreichen, als sie bei den Wellenlängen des sichtbaren Lichtes
erhalten werden kann, wurden Bemühungen unternommen, eine
Strahlung kürzerer Wellenlänge zu verwenden, insbesondere
Röntgenstrahlen. Um eine ausreichende Auflösung zu erhalten,
z. B. eine 0,25 Mikron-Lithografie, muß das Röntgenstrahlenbün
del eine hohe spektrale und räumliche Gleichförmigkeit in der
belichteten Mikroplättchenebene aufweisen.
Gemäß NL-Zeitschrift: "Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research" A 246 (1986) S. 687-694 und 658-667 ist eine
Strahlenleiteinrichtung für die Röntgenstrahl-Lithographie,
die Synchrotronstrahlung aufnimmt, bekannt. Diese besteht aus
einem ersten Spiegel, dem Eintrittsspiegel, in der Strahlenleiteinrichtung
mit einer Reflexionsoberfläche, die entlang
ihrer Breite konkav ist, angeordnet zur Aufnahme eines Strahlenfächers
von einem Synchrotron unter einem Streifwinkel
und zur partiellen Kollimation der Röntgenstrahlen in einer
Dimension.
Der Nachteil dieser Lösung besteht in der Kollimation der Röntgenstrahlen
in nur einer Dimension.
Gemäß US 4 803 713 ist es bekannt, zur Strahlführung einen
zweiten Spiegel einzusetzen; die dort angegebenen Spiegel sind
jedoch eben und somit nicht geeignet, die erfindungsgemäßen
Wirkungen zu erzielen.
Synchrotrone sind für die Lithografie besonders vielversprechen
de Röntgenstrahlquellen, weil sie eine sehr stabile und gut de
finierte Röntgenstrahlquelle darstellen. Die Elektronen, die in
nerhalb des Vakuumgehäuses des Synchrotrons kreisen, senden
eine elektromagnetische Strahlung aus, da sie durch das magne
tische Feld gebeugt werden, das verwendet wird, um den Wander
weg zu definieren. Diese elektromagnetische Strahlung ist eine
unvermeidliche Folge der Veränderung der Wanderrichtung der
Elektronen und sie bezieht sich typischerweise auf die Synchro
tronstrahlung. Die Energie, die die Elektronen in Form der
Synchrotronstrahlung verlieren, muß an einem bestimmten Punkt
in ihrer Umlaufbahn um den Ring wiedergewonnen werden oder sie
bewegen sich vom gewünschten Weg spiralförmig nach innen und
gehen verloren. Sich auf einer Umlaufbahn befindende Elektronen
können auch durch Kollisionen mit Restgasatomen und Ionen inner
halb der Vakuumkammer verlorengehen. Daher sind Vakuumzustände
in sehr hoher Qualität erforderlich, um ausreichende Lebensdau
erwerte des gespeicherten Strahlenbündels zu erhalten.
Die Synchronstrahlung wird in einem kontinuierlichen "Licht"-
Spektrum ausgestrahlt, das von den Funk- und Infrarotwellenläng
en aufwärts durch das ganze Spektrum reicht ohne die intensi
ven, schmalen Spitzen, die mit anderen Strahlungsquellen im
Zusammenhang stehen. Die Form einer Spektralkurve eines reprä
sentativen Synchrotron-Speicherringes, des Aladdin-Ringes, ist
in Fig. 1 gezeigt. Alle Synchrotrone haben ähnliche Kurven, die
ihre Spektren definieren, die voneinander in der Intensität und
in der kritischen Photonenenergie variieren. Die kritische
Photonenenergie Ec wird durch den Krümmungsradius des Elektro
nenweges und durch die kinetische Energie der Elektronen
bestimmt. Für sie gilt die folgende Beziehung:
Darin ist Rm der Biegeradius, me ist die Restmasse des
Elektrons, d. h. ist die Plank'sche Konstante, Ee die Energie
des Elektronenstrahls und c ist die Lichtgeschwindigkeit. Die
Hälfte der Gesamtleistung wird über der kritischen Energie
abgestrahlt und die andere Hälfte darunter. Je höher die
kinetische Energie der Elektronen oder je steiler die Krümmung
der Umlaufbahn ist, desto höher ist die kritische Photonenener
gie. Wenn man diese Information kennt, kann das Synchrotron so
entworfen werden, daß es den Spektralforderungen des Nutzers
angepaßt ist.
Die Parameter, die die Größe der Synchrotronstrahlungsquelle
beschreiben und das Maß, in dem die Strahlung von der Quelle
aus divergiert, sind ebenfalls von Bedeutung. Da die Elektronen
die Quelle der Synchrotronstrahlung sind, definiert der Quer
schnitt des Elektronenstrahlbündels den Querschnitt der Quelle.
In der Ebene der Umlaufbahn wird das Licht in einem breiten,
kontinuierlichen Fächer ausgestrahlt, der tangential zum Weg
der Elektronen liegt, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Synchrotrons 20, das einen
umlaufenden Elektronenstrahl 21 und einen Fächer einer Synchro
tronstrahlung besitzt, angezeigt durch die Pfeile 22.
Fig. 3 zeigt die Verteilung des Synchrotronstrahlungsflusses in
einer Ebene senkrecht zur Ringebene, wobei die Flußverteilung
durch die Dichte der Punkte im Kasten 25 der Fig. 3 angezeigt
wird. Der Fluß ist im wesentlichen in horizontaler Richtung
gleichförmig, wie im Diagramm 26 gezeigt ist, und schließt ein
vertikales Gauß'sches Verteilungsprofil, wie es durch das
Diagramm 27 in Fig. 3 gezeigt wird, aus.
Wegen der relativ geringen Höhe und Breite des Elektronenstrahl
bündels wirkt es als Punktstrahlungsquelle und liefert genaue
Abbildungen in einer Bestrahlungsebene, die sich typischerweise
in einem Abstand von 8 Metern oder mehr vom Ring befindet. In
einer Entfernung von 8 Metern fängt jedoch ein 1 Zoll breites
Bestrahlungsfeld typischerweise nur 3,2 Milliradiant der verfüg
baren Strahlung auf. Es gibt zwei Wege zur Verbesserung des
Leistungseinfalls am Fotowiderstand: entweder Verkürzung der
Strahlenleiteinrichtung oder die Installation von fokussieren
den Elementen hat den potentiellen Vorteil des Auffangens von
Röntgenstrahlen von einer sehr breiten Öffnung und der Liefe
rung einer breiten Abbildung mit einer sehr kleinen vertikalen
Höhe. Die Verwendung von fokussierenden Elementen hat jedoch
einen Leistungsverlust an jedem Element wegen des geringen
Reflexionsvermögens der Röntgenstrahlen zur Folge und erzeugt
Abbildungsfehler. Um innerhalb akzentabler Werte des Reflexions
vermögens operieren zu können, und um die gelieferte Leistung
zu maximieren, ist es erforderlich, bei Streifwinkeln zu
arbeiten (d. h. bei Einfallwinkeln R von einer Senkrechten zur
Oberfläche wie z. B. 86°R89,5°). Weil die Synchrotronstrah
lung in einem horizontalen Fächer ausgestrahlt wird, ist
darüberhinaus die Verwendung von Streifeinfallswinkeloptik
besonders geeignet. Die kleine vertikale Divergenz der Synchro
tronstrahlung bringt mit sich, daß ein breiter horizontaler
Spiegel einen großen Lichtfächer bei einem kleinen Streifwinkel
aufnehmen kann, ohne daß er unzumutbar lang ist. Das optische
System (Strahlenleitsystem) muß eine gleichförmige Leistung
über den Bestrahlungsbereich, typischerweise 2 Zoll in horizon
taler Richtung × 1 Zoll in vertikaler Richtung, liefern. Das
kann erreicht werden (a) durch Ausbreiten des Röntgenstrahl
bündels oder (b) durch Ablenken (Scannen) des Röntgenstrahlbünd
els über die Abbildung. Die erste Methode ist nicht vergleich
bar mit einer Vakuumisolierung. Die vorliegende Erfindung ist
für die zweite Methode gut geeignet, sowohl in der Form der
Masken-Mikroplättchen-Ablenkung als auch in Form der Strahlra
sterung.
Eine Röntgenstrahl-Lithografie-Strahlenleiteinrichtung, die für
Fertigungszwecke geeignet ist, sollte einen stabilen und gut
charakterisierten Fluß von Röntgenstrahlen zum Bestrahlungsfeld
liefern. Wünschenswerte Kennwerte für eine Röntgenstrahl-Litho
grafie-Strahlenleiteinrichtung für Produktionszwecke schließen
eine gleichmäßige Leistungsdichte über den gesamten Ablenkungs
bereich, große Auffangwinkel nahe der Quelle, minimale Verluste
der nützlichen Röntgenstrahlen, eine modulare optische Baugrup
pe mit stabilen, billigen wiederbeschichtbaren optischen Elemen
ten und ein Bestrahlungsfeld von mindestens 1 Zoll × 1 Zoll und
vorzugsweise 2 Zoll × 2 Zoll ein.
Es wurden verschiedene Konstruktionen von Strahlenleiteinrich
tungen für die Verwendung in der Röntgenstrahl-Lithografie
vorgeschlagen. Diese Konstruktionen schließen direkte Übertra
gungssysteme ein, wie z. B. in der Veröffentlichung von B. Lai
u. a. "Röntgenstrahlen- Lithografie-Strahlenleiteinrichtung der
Universität Wisconsin: erste Ergebnisse" in Nucl. Instrum.
Methods A 246, S. 681 ff (1986); von H. Oertel u. a..., "Bestrah
lungsinstrumentation für die Anwendung der Röntgenstrahl-Litho
grafie unter Verwendung von Synchrotronstrahlung", Rev.Sci.In
strum. 60(7), S. 2140 ff, 1989. Andere Systeme haben die
Planaroptik verwendet, um Ablenk-(Scanning) und Filtermöglichkei
ten zu bieten, siehe H. Beetz "Hochauflösungslithografie unter
Verwendung von Synchrotronstrahlung", Nucl.Instrum.Methods A
246, S. 659 ff, 1986; P. Pianetta u. a., "Röntgenstrahl-Lithogra
fie und das Stanford Synchrotronstrahlungslaboratorium", Nucl.
Instrum. Methods A 246, S. 641 ff., 1986; S. Qian u. a.,
"Konstruktion von Lithografie-Strahlenleiteinrichtungen und
Steuerung und Messung der Bestrahlungsgleichmäßigkeit", Rev.
Sci.Instrum. 60(7), S. 2148 ff, 1989; E. Bernieri u. a.,
"Optimierung eines Röntgenstrahl-Lithografiesystems auf Synchro
tronbasis", Rev.Sci.Instrum. 60(7), S. 2137 ff, 1989; US-Patent
Nr. 48 03 713, Erfinder K. Fujii mit dem Titel "Röntgenstrahl-
Lithografiesysteme, die Synchrotronstrahlung verwenden"; E.
Burattini u. a., "Die Adone Wiggler Röntgenstrahl-Lithografie-
Strahlenleiteinrichtung", Rev.Sci.Instr. 60(7), S. 2133 ff.
1989.
Die Verwendung von Einzelspiegeln wird im Beitrag von J. Warlau
mont, "Röntgenstrahl-Lithografie in Speicherringen", Nucl.In
strum.Methods A246, S. 687 ff., 1986 vorgeschlagen. Andere
vorgeschlagene Systeme schließen die Verwendung der Bragg-Re
flexionen von kristallinen Oberflächen, wie im US-Patent
40 28 547 mit dem Titel "Röntgenstrahl-Photolithografie" und
von Mikrostrukturen
ein.
In einem Röntgenstrahl-Lithografiesystem werden die Röntgen
strahlen durch eine Röntgenstrahlmaske und auf einen Fotowider
stand in solchen Bereichen gerichtet, die nicht durch das durch
die Röntgenstrahlmaske gebildete undurchlässige Muster schat
tiert sind. Im allgemeinen besteht die Maske aus einer dünnen
Substratschicht, über die ein röntgenstrahlenabsorbierendes
Material im gewünschten Muster gelegt ist. Die Durchlässigkeit
des Röntgenstrahlenmasken- Substrates und die Absorption des
Fotowiderstandes können verwendet werden, um die Effizienz des
Masken/Widerstand-Systems zu definieren. Röntgenstrahlen mit
geringer Energie, die auf das Maskensubstrat treffen, werden
leicht durch das Substratmaterial absorbiert und gelangen nicht
zum Fotowiderstand. Die Energie dieser absorbierten Photonen
führt zu einer Erwärmung der Maske. Das führt zu unerwünschten
Nebeneffekten, wie z. B. Dehnung und Verzerrung der Maske.
Röntgenstrahlen mit sehr hoher Energie passieren das Maskensub
strat, den Absorber und den Fotowiderstand mit wenig Wechsel
wirkungen, die zur Erzeugung der Abbildung führen und reduzie
ren die Nützlichkeit dieser Photonen. Andererseits haben die
Hochenergie-Photonen, die mit dem Photowiderstand in Wechsel
wirkung stehen, den Absorber- oder den "Dunkel"-Bereich des
Maskenmusters passiert und reduzieren somit den Kontrast der im
Widerstand erzeugten Abbildung. Das Produkt der Maskendurchläs
sigkeit und der Absorption des Photowiderstandes definieren das
Systemverhalten. Es ist daher vorteilhaft, daß der Röntgen
strahlfluß, der die Röntgenstrahlmaske erreicht, hauptsächlich
aus Photonen zusammengesetzt ist, die eine Energie besitzen,
die in einem optimalen Energiebereich liegt, der als "Process
Window" (Prozeßfenster) bezeichnet wird. Das Prozeßfenster
variiert in Abhängigkeit vom Maskensubstrat und vom gewählten
Fotowiderstand, aber im allgemeinen liegt das Prozeßfenster in
der Größenordnung von 600 eV bis 2000 eV, wie in Fig. 4 für den
Fall eines 2 Mikron dicken polykristallinen Silikon-Maskensub
strates und eines 1 Mikron dicken Novolac-Fotowiderstandes
gezeigt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Fokussieren und
Kollimieren von Synchrotron-Röntgenstrahlbündeln und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem
bzw. der die Kollimierung der Röntgenstrahlen in mehr als einer
Dimension oder Richtung möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Vorrichtungen gemäß den
Patentansprüchen 1 und 10 bzw. das Verfahren gemäß Patentanspruch
6.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erhält eine Röntgenstrahl-Leit
einrichtung eine Synchrotron-Röntgenstrahlung und fängt das
Strahlenbündel auf, fokussiert das Bündel unter Verwendung von
zwei Streif-Einfallwinkel-Röntgenstrahl-Spiegeln, die sequen
tiell das Strahlenbündel ablenken. Der erste oder der Eintritts
spiegel ist ein toroidaler Spiegel (Ringspiegel), der über eine
Länge und Breite konkav ist. Er sammelt den divergierenden
Fächer der Synchrotronstrahlung und kollimiert teilweise die
Röntgenstrahlen horizontal. Der zweite oder der Refokussier
spiegel kollimiert das Licht horizontal und fokussiert es
vertikal. Die Krümmungen der Reflexionsoberflächen der beiden
Spiegel wirken zusammen, um eine im wesentlichen gleichförmige
Abbildung mit gleichförmiger Leistungsverteilung zu sichern.
Die beiden Krümmungsradien der beiden Spiegel, die Entfernung
zwischen ihnen und der Neigungswinkel des Refokussierungsspie
gels liefern 6 Freiheitsgrade, die verwendet werden können, um
die Form der Abbildung im Bestrahlungsfeld zu optimieren. Die
Parameter der beiden Spiegel wirken zusammen, um eine besser
geformte Abbildung herzustellen als einer der Spiegel allein.
Zusätzlich zur Fokussierung und Kollimierung des Strahlenbün
dels dienen die beiden Spiegel zur Dämpfung der Hochenergie-Pho
tonen, das heißt der Photonen über etwa 2200 Elektronenvolt
(eV). Photonen mit geringer Energie (unter 600 eV) werden durch
ein Fenster gedämpft, das das Ende der Strahlenleiteinrichtung
abschließt und das vorzugsweise aus Beryllium besteht, obwohl
eine Vielzahl anderer Matrialien für das Fenster verwendet
werden kann, wie z. B. Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid
und Diamanten. Das Strahlenleitsystem der vorliegenden Erfin
dung wirkt somit effektiv als Bandfilter der Photonenenergien,
um einen Spektraldurchsatz zu gewährleisten, der eng an das
gewünschte Prozeßfenster angepaßt ist, einen ausgezeichneten
Träger/Absorber-Kontrast und ein gutes Fotowiderstandsverhalten
ergibt, während gleichzeitig die Wärmebelastung der Maske
verringert wird.
Um ein Ablenken (Scannen) des Strahlenbündels über das Abbil
dungsfeld zu erhalten, kann ein dritter flacher Spiegel in die
Strahlenleiteinrichtung eingefügt werden. Dieser Spiegel ist so
angebracht, daß er ein wenig um eine Achse senkrecht zum
Strahlenbündel bei einem kleinen Streif-Einfallwinkel gedreht
werden kann, um das Strahlenbündel wie gewünscht über das
Abbildungsfeld abzulenken.
Jeder der Spiegel ist vorzugsweise in einer eigenen Vakuumkam
mer mit Doppel-Trennsperren zwischen diesen Kammern, die die
Möglichkeit der Isolierung einer Einzelkomponente bieten. Jedes
Element des Systems kann zur Modifikation, Wartung oder
Reparatur entfernt werden, ohne die anderen Elemente zu
beeinflussen. Sehr geringe Veränderungen in der Lage und der
Neigung der beiden Ringspiegel können verwendet werden, um die
Entfernung zur Endabbildung zu verändern, ohne entweder die
Leistung oder die Gleichförmigkeit der Abbildungsform zu
beeinträchtigen.
Das sich in der Abbildungsebene ergebende Strahlenbündel ist
sehr scharf definiert und im wesentlichen im Fluß über die
horizontale Breite des Strahlenbündels gleichförmig. Veränderun
gen im Fluß über das Strahlenbündel können, wenn es gewünscht
wird, auf vielfältige Weise kompensiert werden, einschließlich,
aber nicht darauf beschränkt, der Profilierung der Dicke des
Austrittsfensters, um eine größere Dämpfung in einigen Berei
chen des Strahlenbündels gegenüber anderen durch Verwendung von
Filtern unterschiedlicher Dicke und von geformten Strahlenbün
delöffnungen zu erreichen.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit
den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Fig. 1 zeigt die Spektren der ausgestrahlten Photonenenergie bei
zwei verschiedenen Elektronen-Energie-Pegeln für einen Synchro
tron-Speicherring.
Fig. 2 ist eine illustrative Zeichnung, die den Fächer der
Synchrotronstrahlung zeigt.
Fig. 3 zeigt die vertikale und horizontale Verteilung des Röntgen
strahlflusses in einem Querschnitt des Synchrotronstrahlungsbün
dels.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Systemverhaltens
für eine typische Röntgenstrahlmaske und einen typischen
Fotowiderstand zeigt und das das bevorzugte Prozeßfenster der
Photonenenergie darstellt.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Röntgenstrahl-
Strahlenleiteinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 6 zeigt die Spiegeloberfläche des ersten oder des Eintritts
spiegels in der Strahlenleiteinrichtung der Fig. 5.
Fig. 7 zeigt die Form des zweiten oder des Refokussierungs
spiegels in der Strahlenleiteinrichtung der Fig. 5.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Seitenansicht und die Drauf
sicht des Weges der Röntgenstrahlen zeigt, die vom Synchrotron
durch den Eintritts- und den Refokussierungsspiegel in der
Strahlenleiteinrichtung der vorliegenden Erfindung gehen.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm der Spektren der Röntgenstrahlen, die
durch die Strahlenleiteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfin
dung verlaufen und zu einer Röntgenstrahlmaske gelangen.
Fig. 10 ist eine Darstellung der Abbildungen, die während des
Scannens eines Bestrahlungsfeldes von 2 × 1 Zoll erzeugt werden
bei verschiedenen Neigungswinkeln des Ablenkspiegels der erfin
dungsgemäßen Einrichtung.
Fig. 11 stellt die Kurven der Leistungsdichterverteilung in der
Abbildungsebene für drei Spiegelausführungen dar, einschließ
lich 2 Grad-2 Grad Streif-Einfallwinkel-Ellipsoid-Spiegel und 2
Grad-1 Grad Toroid-Spiegel sowie 2 Grad-2 Grad Toroid-Spiegel.
Fig. 12 ist eine Aufzeichnung der Reflexionswinkel am Ein
trittsspiegel aufgetragen über der Position, an der die Röntgen
strahlen auf das Bestrahlungsfeld treffen.
Fig. 13 ist eine Aufzeichnung der Reflexionswinkel am Refokus
sierungsspiegel aufgetragen über der Position, an der die
Röntgenstrahlen auf das Bestrahlungsfeld treffen.
Fig. 14 ist eine Aufzeichnung des mittleren Reflexionswinkels
für Röntgenstrahlen, die sowohl den Eintritts- als auch den
Refokussierungsspiegel durchlaufen, aufgetragen über der Positi
on, an der die Röntgenstrahlen auf das Bestrahlungsfeld
treffen.
Fig. 15 ist eine schematische Darstellung des Eintrittsspiegels,
der den kleinen und den großen Krümmungsradius der Reflexions
oberfläche zeigt.
Fig. 16 ist eine schematische Darstellung des Refokussierungs
spiegels, die den kleinen und den großen Krümmungsradius der
kleinen und der großen Reflexionsoberfläche zeigt.
Fig. 17 ist eine Beispielaufzeichnung der horizontalen Divergenz
über der horizontalen Position der Abbildung in der Abbil
dungsebene.
Fig. 18 ist eine Beispielaufzeichnung der vertikalen Divergenz
über der horizontalen Position der Abbildung in der Abbildungs
ebene.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße
Röntgenstrahl-Strahlenleiteinrichtung allgemein in der Fig. 5
gezeigt. Die Einrichtung nimmt die Synchrotronstrahlung von
einem Synchrotron 31 auf und liefert ein Röntgenstrahlbündel an
eine Zieleinrichtung 32, wie z. B. eine Halterung und Arretier
ung für die Montage von Halbleiterplättchen, die mit Röntgen
strahlen bestrahlt werden sollen. Der Weg des Röntgenstrahlen
bündels wird durch die gestrichelte Linie 34 in Fig. 5 darge
stellt, wobei der Weg des Strahlenbündels durch eine Gehäusekon
struktion vollkommen abgeschlossen ist, deren Inneres auf einen
sehr geringen Druck ausgepumpt ist. Die mechanische Gehäusekon
struktion für die Strahlenleiteinrichtung ist vorzugsweise
aufgebaut, um die Hauptkomponenten dieses Systems zu trennen,
um ihre Entfernung und ihren Austausch als Module zu ermögli
chen. Für diesen Zweck können Absperreinrichtungen 35 zwischen
den Hauptkomponenten angeordnet werden.
Zum Zwecke der Illustration in Fig. 5 schließen die Hauptkom
ponenten ein Schnellschlußventil 37 ein, das dicht am Synchro
tron angeordnet ist und das schnell geschlossen werden kann, um
das Synchrotron gegenüber jeder Störung des Vakuums im Strahlen
leitsystem zu isolieren. Das Bündel der Synchrotronstrahlung
34, das aus dem Synchrotron 31 austritt, gelangt zum ersten
Spiegelgehäuse 38, in dem sich ein erster oder der Eintritts
spiegel 40 befindet. Das Gehäuse wird durch eine Pumpe 41 auf
Unterdruck gebracht. Das Strahlenbündel wird durch den Spiegel
40 nach oben zu einem zweiten oder Refokussierungsspiegel 43
abgelenkt, der in einer Gehäusekonstruktion 45 angebracht ist
und durch eine Pumpe 46 auf Unterdruck gebracht wird. Das
Strahlenbündel 34 wird dann durch einen flachen Scan-Spiegel 47
aufgefangen, der in einer Gehäusekonstruktion 48 angeordnet ist
und durch eine Pumpe 49 auf Unterdruck gebracht wird. Der
Flachspiegel 47 ist drehbar um einen Drehpunkt 50 angebracht
und er wird an seinem entgegengesetzten Ende durch eine
Antriebswelle 51 und durch ein lineares Stellglied 52 nach oben
und nach unten ausgelenkt. Das Strahlenbündel setzt dann seinen
Weg durch die restlichen, nach unten geneigten Komponenten des
Strahlenbündelweges fort, die vorzugsweise eine zusätzliche
Vakuumpumpe 54, eine akustische Verzögerungslinie 55, eine
Diagnostikspiegel-Baugruppe 56 und eine Verschlußbaugruppe 56
einschließen und erreicht schließlich die Montagebaugruppe 58
für das Austrittsfenster 59. Das Fenster 59 schließt den
Ausgang der Strahlenleiteinrichtung ab, um das Innere der
Leiteinrichtung gegenüber der Atmosphäre abzuschließen, so daß
in ihr ein Hochvakuum erzeugt werden kann, das mit dem im
Synchrotron 31 vergleichbar ist.
Die Reflexionsoberfläche 60 des ersten oder Eintrittsspiegels
40 ist schematisch in Fig. 6 dargestellt. Der Spiegel 40 kann
z. B. aus konventionellen Röntgenstrahl-Spiegelmaterialien wie
z. B. Glas oder Quarz mit einer Goldbeschichtung auf der Re
flexionsoberfläche 60 bestehen. Der Spiegel 40 kann aus einem
Rohling auf die gewünschte Oberflächenkrümmung geschliffen und
poliert werden, bevor die Reflexionsbeschichtung aufgetragen
wird. Alternativ kann der Spiegel aus einem Rohr des Spiegel
grundmaterials hergestellt werden, das entlang seiner Länge auf
die entsprechende Breite zugeschnitten und dann entlang seiner
Länge auf eine kreisförmige Bahn gebogen wird, die einen großen
Radius besitzt, bevor eine Reflexionsbeschichtung auf die
gekrümmte Oberfläche aufgetragen wird. Die Reflexionsoberfläche
60 des Spiegels 40 besitzt eine vollkommen toroidale Form, die
sowohl ihrer Länge als auch entlang ihrer Breite konkav ist.
Diese Form kann mit der unteren Außenseite des Innenschlauches
eines Fahrradreifens, gesehen von oben, verglichen werden.
Die Reflexionsfläche 62 des zweiten oder Refokussierungsspie
gels 43 ist in Fig. 7 gezeigt. Dieser Spiegel ist in der in
Fig. 5 gezeigten Strahlenleiteinrichtung die Position 43, ange
ordnet mit der Reflexionsoberfläche 62 nach unten, wie in Fig. 5
gezeigt ist. Der Spiegel 43 kann ebenfalls aus den kon
ventionellen Materialien für Röntgenstrahlspiegel, wie z. B.
Glas oder Quarz, hergestellt sein, wobei die Reflexionsfläche
aus einem Rohling herausgeschliffen und poliert oder aus einem
Rohr geformt werden kann, wobei die Reflexionsoberfläche 62 mit
einem Reflektor, z. B. Gold, beschichtet wird. Die Oberfläche 62
ist entlang ihrer Länge konkav, jedoch entlang ihrer Breite
konvex und sieht manchmal wie eine sattelförmige Toroid-Form
aus.
Fig. 8 zeigt den Einfluß der beiden Spiegel 40 und 43 auf das
Strahlenbündel. Fig. 8 beinhaltet Ansichten der Röntgenstrahl-
Lithografie-Strahlenleiteinrichtung von oben und von der Seite
und zeigt in stark vergrößertem Maßstab die Bahnen von 20
Photonen, die das System von der Synchrotron-Strahlungsquelle
ganz links auf dem Diagramm bis zum Bestrahlungsfeld ganz
rechts durchlaufen. Es ist ersichtlich, daß der erste oder
Eintrittsspiegel die Photonen sammelt und horizontal fokussiert
und sie vertikal etwas dispergiert. Der zweite oder Refokussier
ungsspiegel fokussiert das Röntgenstrahlbündel erneut und
kollimiert sie horizontal. Somit ist nach dem Passieren beider
Spiegel das Strahlenbündel in einer dünnen Linie eng fokussiert
während es in der horizontalen Breite im wesentlichen gleich
förmig ist und auch im wesentlichen gleichförmig in der
Leistungsdichte über seine Breite.
Wie vorher bemerkt, wirkt der Eintrittsspiegel als Sammler für
den divergierenden Fächer der Synchrotronstrahlung und zur
teilweisen Kollimation des Lichtes horizontal. Der Eintritts
spiegel wird vorzugsweise so dicht wie es seine physikalischen
Begrenzungen zulassen an der Synchrotronquelle angeordnet. Der
Eintrittsspiegel wird vorzugsweise so montiert, daß sich ein
2°-Streifwinkel des Spiegels ergibt, was ein Abschneiden der
Hochenergie der Photonen bei etwa 2000 eV bestimmt. Ein
kleinerer Streifwinkel würde den Gesamtdurchsatz des Systems
vergrößern. Das hat jedoch den Nachteil, daß mehr von den
Photonen mit höherer Energie passieren und erfordert auch das
Formen eines längeren Spiegels. Lange Spiegel sind generell
schwieriger herzustellen, besitzen längere Lieferzeiten und
sind teurer.
Aufgrund der Krümmung der Oberfläche 60 des Eintrittsspiegels
haben die Photonen, die dicht an der zentralen Mittelachse des
Spiegels auf den Spiegel auftreffen, einen etwas kleineren
Streifwinkel als die, die weiter außen auftreffen.
Die Dämpfung der Röntgenstrahlen in diesem Energiebereich ist
gegenüber dem Einfallswinkel sehr empfindlich: Geringe Ver
größerungen des Streifwinkels vergrößern die Dämpfung stark.
Die Streifwinkel der Photonen über den Spiegeln zeigen die
Energieverluste an, die am Bestrahlungsfeld zu erwarten sind.
Der Einfluß des Streifwinkels ist in Fig. 12 für den ersten oder
Eintrittsspiegel, in Fig. 13 für den zweiten oder Refokussier
ungsspiegel und in Fig. 14 für den mittleren Reflexionswinkel
beider Spiegel dargestellt. Bei einem Streifwinkel von 2° wer
den die unerwünschten Hochenergie- Röntgenstrahlen durch die
Dämpfung an den Reflexionsflächen eliminiert. Obwohl dieser
Streifwinkel für die Spiegel ein Abschneiden der Hochenergie in
ausreichendem Maße gewährleistet, um einen guten Kontrast zu
erhalten, liegen die Röntgenstrahlenenergien an der Kante einer
sehr steilen Dämpfungskurve. Somit ist die Dämpfung der re
flektierten Röntgenstrahlen gegenüber leichten Veränderungen
des Streifwinkels sehr empfindlich. Die Reflexionswinkel der
Röntgenstrahlen beim Durchlaufen der Strahlenleiteinrichtung
sind in den Fig. 12 bis 14 über der Position, an der die
Strahlen auf das Bestrahlungsfeld treffen (aus Konsistenz
gründen entlang der horizontalen Achse), aufgetragen. Diese
Information zeigt, wo im System Verluste des Reflexionsvermö
gens auftreten können.
Der Refokussierungsspiegel 43 kollimiert das Röntgenstrahlenbün
del 34 horizontal und fokussiert das Strahlenbündel vertikal.
Die Oberflächenkrümmung dieses Spiegels wirkt mit der Oberflä
chenkrümmung des ersten Spiegels zusammen, um eine gleichförmi
ge Abbildung mit gleichförmiger Leistungsverteilung zu errei
chen. Die Sattel-Toroid-Form des Refokussierungsspiegels kann
mit der unteren Innenfläche eines inneren Schlauches verglichen
werden, die entlang seiner Länge konkav, jedoch entlang seiner
Breite konvex ist. Dieser Spiegeltyp kann durch Schleifen und
Polieren der Spiegeloberfläche aus einem Rohling oder durch
Aufschneiden eines Glasrohres in Längsrichtung und Biegen des
Rohres in Kreisform geformt werden. Die Photonen, die entlang
der Mittelachse des Refokussierungsspiegels 43 auftreten,
werden weniger gedämpft als die, die nahe den Kanten auftref
fen, was auf die Oberflächenkrümmung zurückzuführen ist. Das
erfolgt in einer Weise, die der beim Eintrittsspiegel entgegen
gesetzt ist. Da die Reflexionswinkel eng mit der Dämpfung und
mit dem Durchsatz im Zusammenhang stehen, kann die spektrale
Gleichförmigkeit durch die richtige Anordnung der beiden
Spiegel verbessert werden. So könnten z. B. zwei Konkav-
Konkav-Toroid-Spiegel, die zusammenwirken, die gleichen Fokus
sierungsparameter ergeben, aber die Dämpfungsfaktoren beider
Spiegel würden dazu tendieren, daß die äußeren Photonen am
meisten gedämpft werden. Wenn ein Spiegel ein Konkav-Konkav-
Toroidspiegel ist und der andere ein Konkav-Konvex- oder
Sattel-Toroid-Spiegel wirken die Dämpfungsfaktoren unterschie
dlich auf die inneren und äußeren Photonen an jedem Spiegel, um
eine gleichförmigere Leistungsverteilung am Bestrahlungsfeld zu
erzeugen, wie es im Diagramm der Fig. 14 dargestellt ist, das
den mittleren Reflexionswinkel für die beiden Spiegel zusammen
zeigt. Es ist ersichtlich, daß dieser mittlere Reflexionswinkel
horizontal eine geringere Deviation besitzt als einer der
Spiegel einzeln.
Die speziellen Abmessungen der Spiegel sowie die Abstände und
die Ausrichtung der Spiegel werden generell in bezug auf das
Synchrotronsystem und auf die spezielle Anwendung optimiert.
Ein Beispiel für die Abmessungen für ein System, das eine
Synchrotronstrahlung vom Aladdin-Synchrotron-Speicherring ver
wendet, sind ein großer Radius für die Oberfläche 60 des Spie
gels 40 von 140,6 Meter und ein kleiner Radius von 108,15
Millimeter, ein großer Radius für die Oberfläche 62 des Spie
gels 43 von 331,57 Meter und ein kleiner Radius von 161,55
Millimeter, wobei der große Radius R und der kleine Radius r so
bestimmt sind, wie in den Ansichten der Fig. 15 für den Spiegel
40 und in Fig. 16 für den Spiegel 43 gezeigt. Für beide Spiegel
ist der große Radius R in bezug auf die Mittelachse des Spiegel
radius gemessen.
Der planare Scan-Spiegel 47 wird mit einer optisch flachen
Oberfläche in konventioneller Weise geformt und er kann aus
einer flachen Platte aus Glas mit einer Goldbeschichtung seiner
Reflexionsoberfläche hergestellt werden. Der flache Scan-Spie
gel besitzt vorzugsweise einen nominellen Streifwinkel von 10,
obwohl die Röntgenstrahlen unter verschiedenen Streifwinkeln
zwischen etwa 0,2° und 4° auf den Spiegel auftreffen können.
Die Auf- und Abbewegung des Scan-Spiegels, um den Einfallwin
kel des Strahlenbündels 34 zu verändern, ergibt eine Veränder
ung der Position der Abbildung des Strahlenbündels 34 auf dem
Bestrahlungsfeld. Das ist in Fig. 10 dargestellt, in der drei
Positionen des Strahlenbündels gezeigt sind; eine erste Positi
on 34a, bei der sich das Strahlenbündel oben auf dem Bestrah
lungsfeld 70 befindet, eine zweite Position 34b in der Mitte
des Bestrahlungsfeldes und eine dritte Position 34c unten auf
dem Strahlungsfeld. Die Abbildung des Strahlenbündels, das
durch dieses System erreicht wird, ist sehr dünn, wie in Fig. 10
dargestellt ist. So betragen z. B. die Abmessungen 60 mm in
Querrichtung und 4 mm in der Dicke.
Ein Beispiel für den Abstand der Spiegel im vorher beschriebe
nen System beinhaltet die Anordnung des Eintrittsspiegels 2,75
Meter von der Quelle und in der Quellenebene, des Refokussier
ungsspiegels 4 Meter von der Quelle und 87 mm über der
Quellenebene, des flachen Scan-Spiegels 5 Meter von der Quelle
und 87 mm über der Quellenebene und der Abbildungsebene 9,37
Meter von der Quelle und 65 mm unter der Quellenebene.
Sehr kleine Veränderungen in der Lage und Neigung des Eintritts
winkels 40 und des Refokussierungsspiegels 43 können verwendet
werden, um die Entfernung zur endgültigen Abbildung zu verän
dern, ohne entweder die Leistung oder die Gleichförmigkeit der
Abbildungsform in Frage zu stellen. Die Einstellbarkeit er
streckt sich über einen Bereich, der ausreichend ist, die Länge
einer Strahlenleiteinrichtung sehr wesentlich zu verändern.
Durch Verschiebung der Lage der Endabbildungen für benachbarte
Strahlenleiteinrichtungen, können die Positionen der Halterun
gen für die Halbleiterplättchen (Wafer) abgestuft werden. Das
erleichtert ihre Zugänglichkeit bei beengten Arbeitsbedingun
gen. Weiterhin können die Spiegel 40 und 43 biegbar sein, um
den großen Radius durch Verwendung eines Stellmechanismus
variieren zu können. Bei den kleinen zur Anwendung kommenden
Streifwinkeln ist nur eine sehr geringe Veränderung in der
Krümmung entlang der Spiegellänge erforderlich, um eine opti
male Fokussierung zu erreichen.
Die vollständige Feldüberdeckung durch das Strahlenbündel kann,
wie vorher beschrieben, durch Scannen der Abbildung vertikal
über das Bestrahlungsfeld durch Verwendung des Flachspiegels 47
gewährleistet werden. Alternativ kann das Scannen durch Bewe
gung des Wafers und der Maske zusammen durch das Röntgenstrah
lenbündel erfolgen. Bei einem Scan-Spiegel mit einem Streifwin
kel von 1° oder weniger liegt die Energieabhängigkeit des
Reflexionsvermögens des Flachspiegels im nahezu flachen Teil
der Reflexionsvermögenskurven für die meisten der für die
Schichtung von Röntgenstrahlspiegeln verwendeten Materialien.
Die kleinen verwendeten Streifwinkel rufen höhere Gesamtreflexi
onsvermögen hervor, erfordern jedoch längere, teurere Spiegel.
Das Berylliumfenster 59 wirkt als Isolierung des Ultra-Hochva
kuumteils der Strahlenleiteinrichtung (der alle optischen
Elemente enthält) vom Endsystem 32, das konventionell in einer
Heliumatmosphäre arbeitet. Eine typische Dicke für das Berylli
umfenster ist 13 bis 15 Mikron. Sie gestattet es, daß das
Fenster auch als Hochpaßfilter wirkt, der die unerwünschten
Röntgenstrahl-Wellenlängen mit geringer Energie abschneidet. Es
ist möglich, die Dicke des Berryliumfensters so zu wählen, daß
eine Korrektur für leichte Ungleichförmigkeiten im Endleistungs
profil der Abbildung erfolgt.
Die Röntgenstrahl-Lithografie beruht auf chemische Veränderun
gen im Photowiderstand, die durch die Bestrahlung mit Röntgen
strahl-Photonen hervorgerufen werden. Dieser Prozeß ist in
gewisser Weise den bekannteren Photoverfahren ähnlich, die
schwarze und weiße Bilder erzeugen. Ein "Negativ" (die Maske)
nimmt das Muster für die Schaltkreise und die Strukturen auf,
die auf die Oberfläche des Silikonwafers übertragen werden
sollen. Die Stützmembran der Maske ist relativ transparent und
stützt die Bereiche, die mit einem Material beschichtet sind,
das gegenüber Röntgenstrahlen nicht sehr durchlässig ist. Bei
Belichtung durch ein Röntgenstrahlbündel werfen diese nicht
transparenten Bereiche Schatten auf den Wafer. Eine chemische
Verbindung, der Photowiderstand, unterliegt bei Belichtung
durch die Röntgenstrahlen chemische Veränderungen, wo er durch
die Röntgenstrahlen belichtet wird. Der belichtete Wafer wird
dann mit chemischen Entwicklern behandelt, die mit dem Photowi
derstand reagieren und die belichteten Bereiche (im Falle eines
positiven Widerstandes) oder die unbelichteten Bereiche (im
Falle eines negativen Widerstandes) entfernen. Der Schwellen
wert zwischen den Leistungsdosierungen, die erforderlich sind,
um diese Veränderungen hervorzurufen, und denen, die keine
Veränderungen hervorrufen, kann sehr scharf definiert sein.
Trotzdem haben Veränderungen in den gelieferten Dosen von einem
Teil des Bestrahlungsfeldes zum anderen unerwünschte Effekte
auf die Qualität der Abbildung und auf das Finalprodukt.
Allgemein können mikroelektronische Einrichtungen, die durch
die Röntgenstrahl-Lithografie herzustellen sind, mindestens
Vollfeldbestrahlungen über ein Feld von 1×1 Zoll erfordern
und wünschenswert sind Bestrahlungen über ein Feld von 2× 2
Zoll. Die Bearbeitungskosten in solchen großen Einrichtungen
sind sehr hoch und daher sind hohe Fehlerraten, die sich aus
Unter- oder Überbestrahlungen der Bereiche innerhalb des
Bestrahlungsfeldes ergeben, unannehmbar.
Fig. 11 stellt Leistungsdichteuntersuchungen dar, die an drei
Ausführungen von Strahlenleiteinrichtungen durchgeführt wurden,
um einen Vergleich der Leistungsverteilungen zu illustrieren.
Die mit 80 bezeichnete Kurve in Fig. 11 wurde mit den beiden vor
her beschriebenen Toroid-Spiegeln 40 und 43 erhalten, jeder an
geordnet in einem Streifwinkel von 2°. Die mit 81 bezeichnete
Kurve in Fig. 11 gilt für ein System, in dem der zweite oder der
Refokussierungstoroidspiegel in einem Streifwinkel von 1° ange
ordnet ist. Die mit 82 bezeichnete Kurve gilt für zwei Spiegel
mit Ellipsoid-Formen und nicht Toroidformen, die die Spiegel 40
und 43 ersetzen, und jeder Spiegel einen Streifwinkel von 2° be
sitzt. Beide Ellipsoid-Spiegel sind konkav. Alle drei Kurven 80-82
sind im gleichen Maßstab aufgezeichnet, obwohl die mitt
lere Kurve aufgrund des höheren Durchsatzes des 1°-Spiegels et
was verschoben ist. Die Histogramme, die jeder der Kurven 80-82
unterlegt sind, sind die aufgezeichneten Ergebnisse von Lei
stungsdichtebeschreibungen mit 500 000 Strahlen.Die Kurven 80-82
sind in die Histogrammdaten unter Verwendung von Polynomen der
vierten Potenz eingefügt. Diese Kurven stellen dar, daß das Sys
tem, welches die Toroid-Spiegel mit Streifwinkeln von 2° verwen
den, die gleichmäßigste Leistungsverteilung über das Abbildungs
feld ergeben. Wie aus der Kurve 80 ersichtlich ist, neigt die
Intensität bei Verwendung solcher Spiegel nur zu einer leichten
Verringerung zu den Rändern hin. Somit können Modifikationen
der Optik ein nahezu lineares Verhalten (bis zu 95%) über das
gesamte 2-Zoll-Abbildungsfeld gewährleisten. Die handelsübli
chen Marken, die hierfür zur Anwendung kommen, besitzen leichte
Veränderungen in der Form der Abbildung oder in der Divergenz
oder in beiden Parametern. Kleine Korrekturen in der Leistungs
ungleichförmigkeit können durch Verwendung dünner Filter mit
sich verjüngenden Dickenprofilen für das Fenster kompensiert
werden. Korrekturen, die sich auf die Absorptionskennwerte der
verschiedenen Filterdicken stützen, haben einen Einfluß auf die
Form des übertragenen Spektrums. Somit macht ein Beginnen mit
einem optischen System, das eine extrem gleichförmige Leistungs
verteilung und ein extrem gleichmäßiges Spektralverhalten
ergibt, wie das bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist,
die Notwendigkeit einer nachfolgenden Nachbesserung der Abbil
dung geringer.
Eine Korrektur der restlichen Ungleichförmigkeiten in der
Leistung an der Abbildung kann durch Verwendung von Filtern
oder Fenstern mit angepaßten Dickenprofilen erreicht werden.
Solange die erforderliche Anpassung gering ist, wird die
hervorgerufene Dämpfung das übertragene Spektrum nicht beein
flussen. Das Verfahren erfordert zunächst das Abbilden der
Leistungsdichte am Bestrahlungsfeld. Das kann durch Anordnung
eines geeigneten Meßfühlers in Rasterform über das Bestrahlungs
feld erfolgen. Wenn man weiß, daß die Dämpfung, die durch ein
Absorptionsmaterial erzeugt wird, auf die Dicke des Materials
in Übereinstimmung mit der Funktion I = Io(e- γ t) bezogen ist,
kann man leicht die zusätzliche Absorberdicke berechnen, die
erforderlich ist, das Strahlenbündel auf die gewünschte Inten
sität I zu dämpfen. Die Berechnung liefert dann die Bestimmung
einer "zusätzlichen Dicke". Verschiedene Technologien werden
allgemein während der Vakuum-Auftragung verwendet, um Beschich
tungen mit variierenden Dickenprofilen zu sichern. Diese
Technologien können einfache sein, wie z. B. das Positionieren
eines Teils des Substrates dichter an der Strahlungsquelle als
das andere oder komplizierte, wie die Verwendung eines planeta
ren Bewegungssystems und einer Reihe von Abschirmungen.
Die Divergenz des Strahlenbündels liefert eine wichtige Informa
tion über die Qualität der Abbildung, die von der Maske auf den
Photowiderstand projiziert wird. Unter Verwendung von Divergenz-
Aufzeichnungen, wie z. B. in den Fig. 17 und 18 gezeigt, kann der
Maskenhersteller den Auslauf und andere durch die Divergenz
induzierte Fehler vorhersagen und die Masken-Software so ge
stalten, daß, wenn erforderlich, eine Kompensation eingearbei
tet wird. Strahlenverfolgungsprogramme, wie z. B. SHADOW, können
die erforderlichen Divergenzaufzeichnungen liefern und numeri
sche Berechnungsprogramme können eine Formel der "besten
Anordnung" liefern. Die Technologie der Computersteuerung der
Masken-Schreib-Einrichtung mit der Formel für die beste Anord
nung und das Ausgeben einer korrigierten Maske ist in der
Lithografieindustrie gut bekannt.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet somit eine einzigartige
Kombination von zwei Spiegeln, die ideal für das Aufnehmen der
Synchrotron-Strahlung und für ihre Fokussierung auf eine
Linienabbildung in einem Röntgenstrahl-Lithografie-Bestrahlungs
feld. Der konkave/konkave Spiegel und der konkave/konvexe
(Sattel-) Spiegel wirken zusammen und bieten ausgezeichnete
Fokussierungsfähigkeiten mit einer äußerst gleichförmigen Lei
stungsverteilung über das Bestrahlungsfeld. Das System liefert
auch Röntgenstrahlen, die extrem gut an die Anforderungen der
Maske des Fotowiderstandes angepaßt sind. Die Photonen mit
geringer Energie, die zur Erwärmung der Maske beitragen, werden
durch das Berylliumfenster eliminiert, während die Photonen mit
hoher Energie, die den Abbildungskontrast reduzieren, durch die
Streifwinkeloptik eliminiert werden. Das Ergebnis ist ein guter
Strom effektiver Photonen und ein hoher Produktionsdurchsatz.
Die Anordnung des Systems gewährleistet eine flexible Strahlen
leiteinrichtung, die in der Länge variiert werden kann, ohne
die Parameter der Optik neu zu gestalten. Vollständig modulare
Komponenten werden somit ermöglicht, die schnell und einfach
ausgewechselt werden können und die die Auswechselzeiten und
die Zeit für das Entgasen verringern. Es ist auch möglich, in
der vorliegenden Erfindung Eintritts- und Refokussierungsspie
gel zu verwenden, die keine echten Toroidspiegel sind. Für
geeignete Anwendungen können die Reflexionsoberflächen allgemei
ne Polynom-Flächen (z. B. bis zur 6. Ordnung), Näherungsfiguren
der Rotation eines Kegelschnittes, z. B. Rotationsellipsoide
oder Sattel-Hyperboloide sein.
Claims (16)
1. Strahlenleiteinrichtung für die Röntgenstrahl-Lithografie,
die Synchronstrahlung aufnimmt, bestehend aus einem ersten
Spiegel und einem zweiten Spiegel, wobei der erste Spiegel,
der Eintrittsspiegel, in der Strahlenleiteinrichtung
eine Reflexionsfläche besitzt, die entlang ihrer Breite
konkav ist, gekennzeichnet dadurch, daß
- (a) der Eintrittsspiegel, in der Strahlenleiteinrichtung mit einer Reflexionsfläche, die entlang ihrer Länge konkav ist, zur Aufnahme eines Strahlungsfächers von einem Synchrotron bei einem Streifwinkel und zur partiellen Kollimation der Röntgenstrahlen in einer Dimension angeordnet ist;
- (b) der zweiten Spiegel, ein Refokussierspiegel, angeordnet ist, um die Röntgenstrahlen aufzunehmen, die vom Eintrittsspiegel in einem Streifwinkel reflektiert werden, wobei der Refokussierspiegel eine Reflexionsfläche besitzt, die über ihre Länge konkav und über ihre Breite konvex ist und der Refokussierspiegel wirkt, um die Röntgenstrahlen horizontal zu kollimieren und vertikal zu fokussieren, wobei der Eintrittsspiegel und der Refokussierspiegel angeordnet sind, um zusammenzuwirken und ein Strahlenbündel zu erzeugen, das eine im wesentlichen gleichförmige Leistungsverteilung liefert.
2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Eintrittsspiegel und der Refokussierspiegel jeder einen
Streifwinkel in bezug auf die Röntgenstrahlen von etwa 2 Grad
besitzen.
3. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie weiterhin einen flachen Scan-Spiegel einschließt, der
angeordnet ist, um das Röntgenstrahlbündel aufzunehmen, das vom
Refokussierspiegel reflektiert wird und drehbar gelagert
ist, um die Position des Strahlenbündels in der Abbildungsebene
zu verändern.
4. Einrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der flache Scan-Spiegel einen Nenn-Streifwinkel zwischen etwa
0,2 Grad und 4 Grad in bezug auf das Strahlenbündel besitzt.
5. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Reflexionsoberfläche des Eintrittsspiegels toroidal ist und
einen großen Krümmungsradius von etwa 140 m und einen kleinen
Krümmungsradius von etwa 108 mm besitzt und bei der die
Reflektionsoberfläche des Refokussierspiegels toroidal ist
und einen großen Krümmungsradius von etwa 332 m und einen
kleinen Krümmungsradius von etwa 162 mm besitzt.
6. Verfahren zur Fokussierung und Kollimierung eines Bündels
von Röntgenstrahlen von einem Synchrotron mit einem ersten und einem zweiten Spiegel entsprechend
Anspruch 1, bestehend aus den
Schritten:
- (a) Auffangen des Bündels von Röntgenstrahlen in der Synchro tronstrahlung von einem Synchrotron bei einem Streifwinkel mit einem ersten Spiegel, der eine konkave/konkave toroidale Reflexionsoberfläche besitzt, die einen großen und einen kleinen Krümmungsradius besitzt und Reflexion der Röntgenstrah len von dieser Oberfläche, um den divergierenden Fächer der Röntgenstrahlen vom Synchrotron zu sammeln und um die Röntgen strahlen teilweise horizontal zu kollimieren und
- b) Auffangen des Strahlenbündels, das vom ersten Spiegel bei einem Streifwinkel reflektiert, wird mit einem zweiten Spiegel, der eine konkave/konvexe toroidale Reflexionsoberfläche be sitzt, wobei die toroidale Oberfläche einen großen Krümmungsra dius entlang ihrer konkaven Länge und einen kleinen Krümmungsra dius entlang ihrer konvexen Breite besitzt und der zweite Spiegel die Röntgenstrahlen reflektiert, um sie horizontal zu kollimieren und sie vertikal zu fokussieren.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es
weiterhin die Schritte des Auffangens der fokussierten und
kollimierten Röntgenstrahlen vom zweiten Spiegel mit einem
flachen Spiegel einschließt und Drehen des flachen Spiegels
nach oben und nach unten, um das Strahlenbündel von der
Reflexionsoberfläche des flachen Spiegels auf eine Bestrahlungsebene
zu reflektieren, um das Strahlenbündel über die
Bestrahlungsebene zu scannen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Röntgenstrahlen unter einem Streifwinkel zwischen etwa 0,2 Grad
und 4 Grad auf den flachen Spiegel auftreffen.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
ersten und zweiten Spiegel jeder einen Streifwinkel von etwa 2
Grad in bezug auf die Röntgenstrahlen aufweisen.
10. Strahlenleiteinrichtung für die Röntgenstrahl-Li
thografie, die Synchrotronstrahlung aufnimmt, bestehend aus einem ersten Spiegel und aus einem zweiten
Spiegel, wobei der erste Spiegel, der Eintrittsspiegel, in der Strahlenleiteinrichtung
eine Reflexionsfläche besitzt, die entlang ihrer
Breite konkav ist und einer Konstruktion, die die Strahlenleiteinrichtung
entlang ihrer Länge umschließt, gekennzeichnet dadurch, daß
- a) der erste Eintrittsspiegel in der Strahlenleiteinrich tung mit einer Reflexionsoberfläche, die über ihre Breite und über ihre Länge konkav ist, angeordnet ist, um den Strahlungsfächer von einem Synchrotron unter einem Streifwinkel aufzunehmen und um die Röntgenstrahlen teilweise in einer Dimension zu kolli mieren,
- b) ein zweiter Refokussierungsspiegel angeordnet ist, um die Röntgenstrahlen aufzunehmen, die vom Eintrittsspiegel unter einem Streifwinkel reflektiert werden, wobei der Refokussier ungsspiegel eine Reflexionsoberfläche besitzt, die über ihre Länge konkav und über ihre Breite konvex ist und der Refokus sierungsspiegel wirkt, um die Röntgenstrahlen horizontal zu kollimieren und um sie vertikal zu fokussieren, der Eintritts spiegel und der Refokussierungsspiegel angeordnet sind, um zusammenzuwirken und ein Strahlenbündel zu liefern, das eine im wesentlichen gleichförmige Leistungsvertei lung besitzt, und
- c) die Konstruktion, die die Strahlenleiteinrichtung entlang ihrer Länge umschließt einschließlich der Eintritts- und Refokussierungsspiegel und eines Fensters, das das Ende der Strahlenleiteinrichtung bildet, zur Abdichtung des Inneren der Strahlenleiteinrichtung gegenüber der Außenatmosphäre und zum Zusammenwirken mit den Eintritts- und Refokussierungsspiegeln zur Lieferung eines Röntgenstrahlenbündels, das nach dem Durchgang durch das Fenster Röntgenstrahlen besitzt, die über und unter einem gewünschten Energieband wesentlich gedämpft sind.
11. Strahlenleiteinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Eintritts- und Refokussierungsspiegel jeder
einen Streifwinkel zu den Röntgenstrahlen von etwa 2 Grad
besitzen.
12. Strahlenleiteinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Fenster aus Beryllium geformt ist.
13. Strahlenleiteinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Fenster eine variable Dicke besitzt, um eine
ungleichförmige Leistungsverteilung zu kompensieren.
14. Strahlenleiteinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie weiter einen flachen Scan-Spiegel einschließt
zur Aufnahme des Röntgenstrahlbündels, das vom Refokussier
spiegel reflektiert wird und drehbar montiert ist, um die
Position des Strahlenbündels in der Abbildungsebene zu verän
dern.
15. Strahlenleiteinrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß der flache Scan-Spiegel einen Nenn-Streif
winkel zwischen etwa 0,2 Grad und 4 Grad in bezug auf das
Strahlenbündel besitzt.
16. Strahlenleiteinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Reflexionsoberfläche des Eintrittsspiegels
toroidal ist und einen großen Krümmungsradius von etwa 140 m
und einen kleinen Krümmungsradius von etwa 108 mm besitzt und
bei der die Reflexionsoberfläche des Refokussierspiegels
toroidal ist und einen großen Krümmungsradius von etwa 332 m
und einen kleinen Krümmungsradius von etwa 162 mm aufweist.
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