DE60033775T2 - Lithographischer Apparat mit einem System zur Positionsdetektion - Google Patents

Lithographischer Apparat mit einem System zur Positionsdetektion Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung des Positionsdetektionssystems bei lithographischen Projektionsapparaten mit:
    einem Beleuchtungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls der Strahlung;
    einem ersten Objekttisch zum Halten von Bemusterungsvorrichtungen, mit denen der Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Muster bemustert werden kann;
    einem zweiten Objekttisch zum Halten eines Substrats;
    einem Projektionssystem zum Abbilden des bemusterten Strahls auf einen Zielabschnitt des Substrats; und
    einem Bezugsrahmen.
  • Der Begriff "Bemusterungsvorrichtung" sollte weitumfassend interpretiert werden als eine Vorrichtung, die dazu verwendet werden kann, um einen hereinkommenden Projektionsstrahl der Strahlung entsprechend einem Muster, das in einem Zielabschnitt des Substrates geschaffen werden soll, mit einem bemusterten Querschnitt zu versehen; der Begriff "Lichtventil" oder "Lichtverstärkerröhre" ist in diesem Zusammenhang ebenfalls verwendet worden. Im allgemeinen wird das Muster einer bestimmten Funktionsschicht in einem Baustein entsprechen, der in dem Zielabschnitt geschaffen wird, wie beispielsweise eine integrierte Schaltung oder ein anderer Baustein (siehe unten). Beispiele für solche Bemusterungsvorrichtungen sind
    • – Eine Maske, die von dem ersten Objekttisch gehalten wird. Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie wohl bekannt und es umfasst Maskenarten wie binäre Masken, alternierende Phasenverschiebung und gedämpfte Phasenverschiebung sowie verschiedene hybride Maskenarten. Je nach dem Maskenmuster verursacht die Platzierung einer solchen Maske in dem Projektionsstrahl der Strahlung eine selektive Transmission (bei einer lichtdurchlässigen Maske) oder eine Reflexion (bei einer reflektierenden Maske) der Strahlung, die auf die Maske auftrifft. Der erste Maskentisch sorgt dafür, dass die Maske an einer gewünschten Position in dem hereinkommenden Projektionsstrahl der Strahlung gehalten werden kann, und dass sie in Bezug auf den Strahl bewegt oder verschoben werden kann, wenn dies gewünscht wird.
    • – Eine programmierbare Spiegelanordnung, die von einer Konstruktion oder Struktur gehalten wird, die als erster Objekttisch bezeichnet wird. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist eine matrixadressierbare Oberfläche mit einer viskoelastischen Kontrollschicht und einer reflektierenden Oberfläche. Das Grundprinzip hinter einem solchen Apparat besteht darin, dass (beispielsweise) adressierte Bereiche der reflektierenden Oberfläche einfallendes Licht als gebeugtes Licht reflektieren, während nicht adressierte Bereiche einfallendes Licht als nicht gebeugtes Licht reflektieren. Wenn man einen entsprechenden Filter verwendet, kann das nicht gebeugte Licht aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert werden, so dass lediglich das gebeugte Licht zurückbleibt; auf diese Art und Weise wird der Strahl entsprechend dem Adressiermuster der matrix-adressierbaren Oberfläche gemustert. Die erforderliche Matrix-Adressierung kann unter Verwendung geeigneter elektronischer Einrichtungen durchgeführt werden. Weitere Informationen über diese Spiegelanordnungen sind beispielsweise aus dem US-amerikanischen Patent US 5,296,891 und US 5,523,193 erhältlich.
    • – Eine programmierbare LCD-Anordnung, die von einer Konstruktion oder Struktur gehalten wird, die als erster Objekttisch bezeichnet wird. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion wird in dem US-Patent US 5,229,872 genannt.
  • Aus Gründen der Einfachheit kann der Rest dieses Textes an bestimmten Stellen speziell zu Beispielen mit einer Maske und einem Maskentisch geführt werden; doch die allgemeinen Prinzipien, die in diesen Fällen besprochen werden, sollten in dem weitreichenderen Kontext der oben dargestellten Bemusterungsvorrichtungen gesehen werden.
  • Das Projektionssystem kann nachfolgend als "Linse" bezeichnet werden; doch dieser Begriff sollte umfassend interpretiert werden und beinhaltet verschiedene Arten von Projektionssystemen, wie beispielsweise lichtbrechende Optik, reflektierende Optik und Katadioptriksysteme. Das Beleuchtungssystem kann auch Komponenten umfassen, die nach einer dieser Konstruktionen für das Lenken, Gestalten oder Steuern des Projektionsstrahls der Strahlung arbeiten, und diese Komponenten können nachstehend ebenfalls zusammen oder einzeln als "Linse" bezeichnet werden. Außerdem können der erste und zweite Objekttisch als "Maskentisch" bzw. "Substrattisch" bezeichnet werden.
  • Lithographische Projektionsapparate können beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (ICs) verwendet werden. In einem solchen Fall können die Bemusterungsvorrichtungen ein Schaltkreismuster erzeugen, das einer einzelnen Schicht des integrierten Schaltkreises (ICs) entspricht, und dieses Muster kann dann auf einen Zielabschnitt (beispielsweise mit einem oder mehreren Plättchen) auf einem Substrat (Silizium-Wafer) abgebildet werden, das mit einer Schicht strahlungsempfindlichem Material (Resist) überzogen wurde. Im allgemeinen besitzt ein einzelnes Wafer ein ganzes Netz aneinander angrenzender Zielabschnitte, die nacheinander und einer nach dem anderen über das Projektionssystem bestrahlt werden. Bei den aktuellen Apparaten, in denen die Bemusterung durch eine Maske auf einem Maskentisch erfolgt, kann man zwischen zwei verschiedenen Arten von Maschinen unterscheiden. Bei einer Art eines lithographischen Projektionsapparates wird jeder Zielabschnitt bestrahlt, indem das gesamte Maskenmuster in einem Durchgang dem Zielabschnitt ausgesetzt wird; ein solcher Apparat wird im allgemeinen Wafer Stepper genannt. Bei einem alternativen Apparat – der allgemein als Step-and-Scan- Apparat bezeichnet wird – wird jeder Zielabschnitt bestrahlt, indem das Maskenmuster unter dem Projektionsstrahl in einer bestimmten Bezugsrichtung (der Abtastrichtung) zunehmend abgetastet wird, während gleichzeitig der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser Richtung abgetastet wird; da das Projektionssystem im allgemeinen einen Vergrößerungsfaktor M (im allgemeinen < 1) besitzt, beträgt die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch abgetastet wird, Faktor M mal die Geschwindigkeit, mit der der Maskentisch abgetastet wird. Weitere Informationen in Bezug auf lithographische Vorrichtungen wie die hierin beschriebene können beispielsweise in dem Dokument US 6,046,792 nachgelesen werden, das durch Verweis in diese Beschreibung integriert ist.
  • Im allgemeinen enthielten Apparate dieser Art einen einzelnen ersten Objekttisch (Maskentisch) und einen einzelnen zweiten Objekttisch (Substrattisch). Doch es sind zunehmend Maschinen verfügbar, die mindestens zwei unabhängig voneinander verstellbare Substrattische besitzen; siehe beispielsweise den mehrstufigen Apparat, der in US 5,969,441 und US-Seriennummer 09/180,011, eingereicht am 27. Februar 1998 (WO 98/40791), beschrieben wird. Das grundlegende Funktionsprinzip hinter einem solchen mehrstufigen Apparat besteht darin, dass – während sich ein erster Substrattisch unter dem Projektionssystem befindet, um die Belichtung eines ersten Substrates zu ermöglichen, das sich auf dem Tisch befindet – ein zweiter Substrattisch zu einer Ladeposition gehen kann, ein belichtetes Substrat abladen, ein neues Substrat aufnehmen, einige anfängliche Messschritte an dem neuen Substrat durchführen und sich dann bereithalten kann, um dieses neue Substrat in Belichtungsposition unter das Projektionssystem zu bringen, sobald die Belichtung des ersten Substrates abgeschlossen ist, und der Zyklus sich danach wiederholt. Auf diese Art und Weise kann ein wesentlicher höherer Maschinendurchsatz erreicht werden, was wiederum die Kosten für die Maschine senkt.
  • In einem lithographischen Apparat ist die Größe der Merkmale, die auf dem Substrat abgebildet werden können, durch die Wellenlänge der Projektionsstrahlung begrenzt. Um integrierte Schaltkreise mit einer höheren Bausteindichte und damit höheren Betriebsgeschwindigkeiten herzustellen, ist es wünschenswert, kleinere Merkmale abbilden zu können. Während die meisten aktuellen lithographischen Projektionsapparate ultraviolettes Licht verwenden, das durch Quecksilberlampen oder Excimer-Laser erzeugt wird, wurde vorgeschlagen, eine Strahlung mit höherer Frequenz (Energie), beispielsweise EUV-Strahlung (Extrem-Ultraviolettstrahlung) oder Röntgenstrahlung, oder Teilchenstrahlen, beispielsweise Elektronen oder Ionen, als Projektionsstrahlung in lithographischen Apparaten zu verwenden.
  • Unabhängig von der Art des lithographischen Apparates ist es erforderlich, die Position der bewegliche oder verstellbaren Teile wie der Objekttische zu einer bestimmten Zeit genau zu bestimmen. Herkömmlicherweise erfolgt dies unter Verwendung von Inkrementalsensoren wie Encodern oder Interferometern, d.h. Sensoren, die eher die Positionsveränderung als die absolute Position messen. Deshalb ist ein zusätzlicher Null-Referenzsensor erforderlich, der feststellt, wenn sich das bewegliche Objekt an der Referenzposition oder Nullposition befindet, um eine Grundlage dafür zu schaffen, von wo aus die Inkrementalpositionsmessungen verwendet werden können, um eine absolute Position zu berechnen. Solche Null-Referenzsysteme können oft eine Wiederholbarkeit von 1μ oder besser bieten.
  • In einem Substrat- oder Masken-Positionierungssystem ist es oft wünschenswert, die Maske oder das Substrat in allen 6 Freiheitsgraden (DOF – degrees of freedom) positionieren zu können. Sechs Null-Referenzsysteme und sechs Inkremental-Positionierungssysteme werden deshalb in einer kinematischen Kette miteinander verbunden, was zu kumulativen Wiederholbarkeitsfehlern führen kann, die inakzeptabel hoch sind. Außerdem wird die Nullreferenz des Halters oft auf einen vibrationsisolierten Bezugsrahmen bezogen, an dem nur die kritischsten Messkomponenten montiert werden. Nullreferenzen von Encodersystemen zur Grobpositionierung passen nicht in diese Kategorie und werden deshalb auf separaten Konstruktionen montiert, deren Position auf Mikrometerebene in Bezug auf den einzelnen Bezugsrahmen undefiniert bleibt.
  • US 4,676,649 offenbart ein Interferometersystem, bei dem Planspiegel verwendet werden, die an beweglichen Objekten und fringe counters montiert werden.
  • GB 2,297,87 offenbart ein Distanzmessgerät, bei dem ein astigmatischer Flüssigkeitsstrahl gemessen werden soll. Die Form des reflektierten Strahls auf einem Detektor gibt einen Hinweise auf die Distanz.
  • Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bezugssystem bereitzustellen, das vorzugsweise auf Submikrometer genau einen wiederholbaren Bezug eines beweglichen Gegenstandes in Bezug auf einen Referenzrahmen erlaubt. Idealerweise sollte das System die Möglichkeit bieten, das bewegliche Objekt in sechs Freiheitsgraden gleichzeitig in Bezug zu nehmen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein lithographischer Projektionsapparat gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Die oben beschriebene Positionsdetektionsvorrichtung kann die Position des Objekttisches in zwei Freiheitsgraden messen; um seine Position in sechs Freiheitsgraden zu messen, können drei dieser Positionsdetektionsvorrichtungen mit unterschiedlichen (d.h. nicht parallelen), vorzugsweise im wesentlichen orthogonalen, Ausrichtungen in dem lithographischen Projektionsapparat bereitgestellt werden.
  • Bei der Strahlungsquelle handelt es sich vorzugsweise um eine Quelle kollimierter Strahlung, die eine monochromatische Lichtquelle, wie eine LED oder eine Laserdiode umfassen kann, die an dem Sensorgehäuse oder von dem Bezugsrahmen entfernt montiert ist, sowie eine optische Faser, um das Licht, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, zur Strahl-Lenkoptik zu bringen, die an dem Bezugsrahmen montiert ist. Diese letztere Anordnung hat den Vorteil hoher Richtstabilität des kollimierten Lichtstrahls und dass eine potentielle Wärmequelle von dem Bezugsrahmen entfernt wird, die gegenüber Temperaturschwankungen sehr empfindlich ist.
  • Bei dem zweidimensionalen Positionsdetektor kann es sich um einen PSD-Detektor (Positionsabtast-Detektor), eine CCD-Kamera, einen Vierquadranten-Photodetektor oder eine andere, geeignete zweidimensionale Detektoranordnung handeln, die in Abhängigkeit von der Position des reflektierten Lichtstrahls auf dem Detektor (der Anordnung) ein Ausgangssignal in jede von zwei orthogonalen Richtungen senden kann. Die Auflösung einer CCD-Kamera, die in der Erfindung verwendet wird; kann durch Sub-Pixel-Interpolation verbessert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bausteins mit Hilfe eines lithographischen Projektionsapparates gemäß Anspruch 11 bereitgestellt.
  • In einem Herstellungsverfahren, bei dem ein lithographischer Projektionsapparat gemäß der Erfindung verwendet wird, wird ein Muster in einer Maske auf ein Substrat abgebildet, das zumindest teilweise von einer Schicht strahlungsempfindlichem Material (Resist) bedeckt ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedenen Verfahren unterzogen werden, wie einer Vorbereitung, einem Resist-Überzug und einem soft bake. Nach der Belichtung kann das Substrat weiteren Verfahren unterzogen werden, wie einem bake nach der Belichtung (PEB), Entwickeln, hard bake und Messung/Prüfung der abgebildeten Merkmale. Diese Reihe von Verfahren wird als Grundlage dafür verwendet, um eine einzelne Schicht eines Bausteins, z.B. einer integrierten Schaltung (IC), zu bemustern. Eine solche bemusterte Schicht kann dann verschiedenen Verfahren unterzogen werden wie Ätzen, Ionen-Implantation (Dotieren), Metallisieren, Oxidation, chemisch-mechanisches Polieren etc., die alle dazu dienen, eine einzelne Schicht fertigzustellen. Wenn mehrere Schichten erforderlich sind, muss das ganze Verfahren oder eine Variante dieses Verfahrens für jede neue Schicht wiederholt werden. Schließlich wird eine Reihe von Bausteinen auf dem Substrat (Wafer) vorhanden sein. Diese Bausteine werden dann durch eine Technik wie Dicing oder Sawing (Auseinanderschneiden) voneinander getrennt. Danach können die einzelnen Bausteine auf einem Träger montiert werden, mit Stiften verbunden werden, etc. Weitere Informationen über solche Verfahren sind beispielsweise in dem Buch "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", [Mikrochipherstellung: Ein praktischer Leitfaden für die Halbleiterverarbeitung], 3. Auflage, von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4 zu finden.
  • Auch wenn in diesem Text speziell auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Apparates bei der Herstellung von ICs (integrierten Schaltungen) Bezug genommen wird, so wird doch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass ein solcher Apparat darüberhinaus auch noch viele weitere Anwendungsmöglichkeiten besitzt. So kann er beispielsweise auch bei der Herstellung von integrierten optischen Systemen, Führungs- und Erfassungsmodellen für Magnetblasenspeicher, LCD-Anzeigetafeln, Dünnschicht-Magnetköpfen etc. verwendet werden. Der Fachmann wird wissen, dass im Kontext dieser alternativen Anwendungen die Verwendung der Begriffe "Retikel", "Wafer" oder "Chip" bzw. "Plättchen" (engt. die) in diesem Text als durch die allgemeineren Begriffe "Maske", "Substrat" bzw. "Zielabschnitt" ersetzt angesehen werden sollte.
  • In diesem Dokument umfassen die Begriffe "Strahlung" und "Strahl" sämtliche Arten elektromagnetischer Strahlung oder von Partikelfluss, einschließlich insbesondere Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) (z.B. mit einer Wellenlänge von 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm oder 126 nm), Extremultraviolettstrahlung (EUV-Strahlung), Röntgenstrahlen, Elektronen und Ionen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und die schematischen Begleitzeichnungen beschrieben. Es zeigen
  • 1 einen lithographischen Projektionsapparat nach einer ersten Ausführungsart der Erfindung;
  • 2 eine Draufsicht auf ein Positionsdetektionssystem gemäß der Erfindung.
  • 3 einen Teilschnitt durch das Positionsdetektionssystem aus 2.
  • 4 einen Querschnitt durch einen Retroreflektor, der in der Erfindung verwendet werden kann und
  • 5 einen Querschnitt durch einen alternativen Retroreflektor, der in der Erfindung verwendet werden kann.
  • In den Zeichnungen werden gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
  • Ausführungsart 1
  • 1 zeigt schematisch einen lithographischen Projektionsapparat gemäß der Erfindung. Der Apparat umfasst folgendes:
    • – ein Strahlungssystem LA, IL für die Bereitstellung eines Projektionsstrahls PB der Strahlung (z.B. UV-Strahlung oder EUV-Strahlung);
    • – einen ersten Objekttisch (Maskentisch) MT mit einem Maskenhalter zum Halten einer Maske MA (z.B. ein Retikel), der mit ersten Positionierelementen PM verbunden ist, um die Maske in Bezug auf Teil PL korrekt zu positionieren;
    • – einen zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT mit einem Substrathalter zum Halten eines Substrates W (z.B. ein Silizium-Wafer mit Resist-Überzug), das mit zweiten Positionierelementen verbunden ist, um das Substrat in Bezug auf Teil PL korrekt zu positionieren;
    • – ein Projektionssystem ("Linse") PL (z.B. ein lichtbrechendes oder katadioptrisches System, eine Gruppe von Spiegeln oder eine Anordnung von Felddeflektoren) zur Abbildung eines bestrahlten Abschnittes der Maske MA auf einen Zielabschnitt C des Substrates W.
  • Wie hier veranschaulicht, handelt es sich um einen Transmissionsapparat (d.h. er besitzt eine lichtdurchlässige Maske). Doch im allgemeinen kann es sich beispielsweise auch um einen Reflexionssapparat handeln.
  • In dem hier gezeigten Beispiel besitzt das Strahlungssystem eine Quelle LA (z.B. eine Hg-Lampe, einen Excimer-Laser, eine lasererzeugte oder Entlade-Plasmaquelle, einen Wellenformer, der um den Strahlengang eines Elektronenstrahls herum in einem Speicherring oder Synchrotron bereitgestellt wird, oder eine Elektronen- oder Ionen-Strahlquelle), die einen Projektionsstrahl der Strahlung erzeugt. Dieser Strahl wird an verschiedenen optischen Komponenten eines Beleuchtungssystems IL entlanggeführt – z.B. Strahlformungsoptik Ex, einem Integrator IN und einem Kondensator CO – so dass der resultierende Strahl PB die gewünschte Form und Intensitätsverteilung besitzt.
  • Der Strahl PB fängt anschließend die Maske MA ab, die in einem Maskenhalter auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem er die Maske MA durchquert hat, verläuft der Strahl PB durch die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt C des Substrates W fokussiert. Mit Hilfe der interferometrischen Verschiebe-Messeinrichtung IF kann der Substrattisch WT durch die zweiten Positionierelemente exakt bewegt werden, z.B. um die verschiedenen Zielabschnitte C in dem Strahlengang PB zu positionieren. In ähnlicher Art und Weise können die ersten Positionierelemente und die interferometrische Verschiebe-Messeinrichtung dazu verwendet werden, um die Maske MA in Bezug auf den Strahlengang PB exakt zu positionieren, z.B. nach dem mechanischen Abruf der Maske MA aus einer Maskenbibliothek. Im allgemeinen erfolgt die Bewegung der Objekttische MT, WT mit Hilfe eines langhubigen Moduls (grobe Positionierung) und eines kurzhubigen Moduls (Feinpositionierung), die in 1 nicht ausdrücklich dargestellt sind.
  • Der dargestellte Apparat kann auf zwei verschiedene Arten verwendet werden:
    • 1. Im Step-Modus wird der Maskentisch MT im wesentlichen stationär gehalten und ein ganzes Maskenbild wird in einem Durchgang (d.h. einem einzigen "Flash") auf einen Zielabschnitt C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in X- und/oder Y-Richtung verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt C von dem Strahl PB bestrahlt werden kann;
    • 2. Im Scan-Modus gilt im wesentlichen die gleiche Anordnung, außer dass ein vorgegebener Zielabschnitt C nicht in einem einzigen "Flash" belichtet wird. Stattdessen kann der Maskentisch MT mit einer Geschwindigkeit v in eine vorgegebene Richtung (die sogenannte 'Scan-Richtung'; z.B. die Richtung X) bewegt werden, so dass der Projektionsstrahl PB ein Maskenbild abtastet; gleichzeitig wird der Substrattisch WT mit einer Geschwindigkeit V = Mv in die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung bewegt, wobei M die Vergrößerung der Linse PL (meistens M = 1/4 oder 1/5) ist. Auf diese Art und Weise kann ein relativ großer Zielabschnitt C belichtet werden, ohne dass die Auflösung beeinträchtigt wird.
  • 2 zeigt in der Draufsicht eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Substrat- (Wafer-) Tisch WT. Man wird verstehen, dass die vorliegende Erfindung auch mit einem Masken-(Retikel-) Tisch verwendet werden kann. Der Wafer W und die X- und Y-Bezugsachse sind in gestrichelter Linie dargestellt. Die Z-Achse verläuft senkrecht zu der X- und Y-Achse. Das Positionsdetektionssystem gemäß der Erfindung umfasst drei ähnliche Positionsdetektionsapparate 10A, 10B, 10C. Jeder Positionsdetektionsapparat umfasst eine Strahlungsquelle 11, die einen einfallenden Strahl 12 kollimierter Strahlung in Richtung eines Retro-Reflektors 13 aussendet, bei dem es sich um einen Reflektor handelt, der das einfallende Licht auf einen zurückkommenden Pfad reflektiert, der zwar parallel zu dem Pfad des einfallenden Lichtes verläuft, aber von ihm verdrängt wird. Die Verschiebung oder Verdrängung des zurückkommenden Strahls 14 in zwei Dimensionen ist von der relativen Position der Strahlungsquelle und des Reflektors in einer Ebene senkrecht zu dem einfallenden Strahl 12 abhängig. Der Retro-Reflektor 13 kann beispielsweise aus drei senkrecht zueinander verlaufenden, ebenen Reflektoren konstruiert sein, sich in einer einzigen Ecke, einer sogenannten "corner cube'; treffen. Die Reflektoren können hergestellt werden, indem eine Spiegelbeschichtung an drei Außenflächen einer Ecke (theoretisch) von einem lichtdurchlässigen Kubus abgeschnitten wurden. Der zurückkommende Strahl 14 trifft auf einen zweidimensionalen Strahlungsdetektor 15 auf.
  • Die Strahlungsquelle 11 und der Strahlungsdetektor 15 werden in höchst stabiler Art und Weise aneinander angrenzend an dem isolierten Bezugs- oder Messrahmen MF des lithographischen Apparates montiert. Zweckmäßigerweise können die Strahlungsquelle 11 und der Strahlungsdetektor 15 aneinander oder an einer einzelnen Konsole 16, wie in 3 gezeigt, montiert werden. Das (die) Gehäuse bzw. Montagekonsole(n) des Positionsdetektors 15 und der Strahlungsquelle 11 bestehen im Hinblick auf eine hohe thermische Stabilität vorzugsweise aus einem Material mit einem sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Zerodur (RTM) oder Invar. Der isolierte Bezugsrahmen oder Messrahmen MF kann ebenfalls aus einem solchen Material hergestellt sein. Der Retro-Reflektor 13 wird an einer zweckmäßigen Stelle, z.B. in der Nähe einer Ecke, an dem Wafertisch WT montiert.
  • Bei dem zweidimensionalen Positionsdetektor 15 kann es sich um einen PSD-Detektor (Positionsabtast-Detektor), eine CCD-Kamera, einen Vierquadranten-Photodetektor oder eine andere, geeignete zweidimensionale Detektoranordnung handeln, die mit ihrer Abtastebene im wesentlichen senkrecht zu dem einfallenden und reflektierten Strahl 12, 14 montiert wird.
  • Die Positionen des Positionsdetektionsapparates 10A, 10B, 10C und seiner Ausrichtungen, d.h. α, β, γ, werden so ausgewählt, dass sie die größtmögliche, ausgeglichene Positionssensitivität in allen 6 Freiheitsgraden liefern. In einer spezifischen Anwendung der Erfindung werden die Position und die Ausrichtung des Positionsdetektionsapparates durch Faktoren bestimmt, wie die Form des Substrattisches und Bezugsrahmens, sowie die unterschiedliche Empfindlichkeit des lithographischen Apparates gegenüber Positionsfehlern und Fehlern im Bezugskoordinatensystem (pitch, roll and yaw).
  • 3 ist ein Teilschnitt durch einen Positionsdetektionsapparat 10. Wie man dort sehen kann, sind die Strahlungsquelle 11 und der Strahlungsdetektor 15 über eine Konsole 16 an den Messrahmen MF montiert und zwar an einer solchen Position, dass der einfallende Strahl und der zurückkommende Strahl 12,14 in einem Winkel δ zur X-Y Ebene geneigt sind, zu der der Wafer W im wesentlichen parallel verläuft. Der Winkel δ beträgt vorzugsweise im wesentlichen 45E, so dass die horizontale und vertikale Verschiebung des Reflektors 13 in Bezug auf den einfallenden Lichtstrahl 12 gleicher Größe zu der gleichen Verschiebung des zurückkommenden Lichtstrahls 14 auf den Strahlungsdetektor 15 führen.
  • Wie in 3 gezeigt, besteht die Strahlungsquelle 11 aus einer LED oder aus einer Laser-Diode 111 oder einer ähnlichen monochromatischen Lichtquelle, um Licht in eine optische Single-Mode-Faser 112 zu senden, die dieses Licht zur Kollimationsoptik 113 führt, die an dem Messrahmen MF montiert ist. Auf diese Art und Weise kann die Lichtquelle 111 vom Messrahmen MF entfernt platziert und von ihm wärmeisoliert werden. Das Entfernen der Lichtquelle von dem Detektorgehäuse führt auch zu einer viel höheren Richtstabilität des kollimierten Strahls in Bezug auf den Sensor/Detektor.
  • 4 zeigt eine mögliche Anordnung des Corner Cube Reflektors 13 in dem Substrattisch WT. In diesem Fall lenkt die Lichtquelle 11 den einfallenden Strahl 12 über die Öffnung 17 in den Corner Cube Reflektor 13. Der einfallende Strahl 12 verläuft senkrecht zur Oberseite des Substrattisches WT und wird durch die drei Seiten 13a, 13b, 13c des Corner Cube Reflektors 13 reflektiert, so dass der zurückkommende Strahl 14 auf einem parallelen Pfad zu dem Detektor 15 verläuft. In dieser Anordnung erkennt der Positionsdetektionsapparat die Verschiebung in Richtungen parallel zu der Oberseite des Substrattisches WT.
  • Eine alternative Form des Retro-Reflektors 13N, bekannt als cat's eye (Katrenauge), ist in 5 gezeigt. Dieser kann anstelle des Corner Cube Reflektors 13 verwendet werden. Das cat's eye (Katrenauge) umfasst eine Linse 131 und einen Spiegel 132, der in einem Abstand zu der Linse 131 angeordnet wird, der gleich seiner Brennweite f ist. Die Linse 131 wird zweckmäßigerweise in der gekrümmten Vorderseite [carved] eines einzelnen, transparenten Körpers 133 gebildet, der eine ebene Rückseite besitzt, die selektiv versilbert ist, und einen Spiegel 132 bildet.
  • Die drei Positionsdetektionsvorrichtungen der Erfindung, die ein Positionsabtastsystem bilden, liefern sechs Signale, die von der Position und Ausrichtung des Wafertisches WT abhängen. Das System kann auf zwei Arten verwendet werden:
    • – als zero-seeking (Nullsignal-Such) System: der Substrathalter wird so lange bewegt, bis alle drei Detektoren ihr Ausgangssignal Null (Nullsignal am Ausgang) in allen 6 Freiheitsgraden liefern;
    • – als Positions-Messsystem: wie von einer Servo- oder anderen Steuervorrichtung verlangt, werden die Sensorsignale in Bezug auf den isolierten Bezugsrahmen von einem geeigneten, nicht gezeigten Steuersystem auf elektronischer Basis oder Mikroprozessorbasis in Positionierungsinformationen mit sechs Freiheitsgraden umgewandelt. Dies kann durch gleichzeitiges Abtasten der Sensoren oder Abtasten der Sensoren nacheinander erfolgen.
  • Idealerweise sind die Positionen der Strahlungsquelle/Detektoreinheiten an dem Messrahmen (Bezugsrahmen) und die Positionen der Reflektoren auf dem Tisch so, dass der Tisch in eine Position gebracht werden kann, in der Nullsignale am Ausgang (Ausgangssignale Null) für alle sechs Freiheitsgrade gleichzeitig geliefert werden. (Es sollte darauf jedoch hingewiesen werden, dass die Position "Null" nicht die Position sein muss, an der alle Detektoren ihr Nullsignal oder Mid-Range Signal geben; jede wiederholbare und einmalige Kombination von Ausgangssignalen von den drei zweidimensionalen Detektoren kann als Nullposition definiert werden.) Mit anderen Wor ten, die Erfassungsbereiche der drei Detektionsapparate 10A, 10B, 10C sollten überlappen. Doch es kann sein, dass dies aufgrund der Anforderungen anderer Komponenten der Vorrichtung nicht immer möglich ist. In diesem Fall kann der Tisch zwischen den Erfassungsbereichen jedes Apparates 10A, 10B und 10C bewegt werden und die Positionssignale von dem Inkrementaldetektor, die die Bewegung des Tisches zwischen spezifischen Positionen anzeigen, wie sie von dem Bezugs-Detektionsapparat 10A, 10B, 10C angezeigt werden, können zur Bestimmung der Nullbezugsposition verwendet werden.
  • Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass das Bezugsverfahren (referencing process) entweder statisch oder dynamisch sein kann. Bei einem statischen Verfahren wird der Tisch in die Bezugsposition(en) bewegt und ortsfest dort gehalten, während die erforderlichen Messungen durchgeführt werden. Bei einem dynamischen Verfahren, das davon abhängt, dass die Abtastfrequenz der verschiedenen Sensoren hoch genug ist, genügt es, wenn der Tisch einfach durch die Bezugsposition(en) oder nahe an der/den Bezugsposition(en) bewegt wird, und das Referenzieren des Systems kann aus übereinstimmenden Messungen aus dem absoluten und inkrementalen Bezugssystem berechnet werden. Wenn der Tisch tatsächlich nicht durch die Referenzposition(en) verläuft, oder wenn Abtastwerte der Messsysteme nicht mit diesem Verlauf übereinstimmen, können die durchgeführten Messungen je nach Bedarf extrapoliert oder interpoliert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf ihre Verwendung bei der Positionsdetektion des Substrat-(Wafer-) tisches eines lithographischen Apparates veranschaulicht. Man wird leicht erkennen, dass die Erfindung auch dazu verwendet werden kann, die Position eines Masken-(Retikel-) tisches in einem lithographischen Apparat zu erkennen.
  • Ein bedeutender Vorteil des Positionsdetektionssignals der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zwischen dem Messrahmen (Bezugsrahmen) und dem Wafertisch keine Restkraft vorhanden ist, wie das bei induktiven, magnetischen oder kapazitiven Sensoren der Fall ist. Dies ist wichtig, da der Bezugsrahmen oder Messrahmen im Hinblick auf ein Maximum an Stabilität in 6 Freiheitsgraden mit extrem niedrigen Eigenfrequenzen isoliert ist. Störkräfte, die von Sensoren auf den Rahmen übertragen werden könnten, und eine Kraftkopplung beinhalten, würden zu Vibrationen führen, und es würde sehr lange dauern, sie zu stabilisieren.
  • Ein zweiter Vorteil ergibt sich aus der Verwendung von kollimiertem Licht. Das bedeutet, dass die Empfindlichkeit des Sensors im wesentlichen unabhängig ist von dem Arbeitsabstand, was in Bezug auf das Layout des Bezugsrahmens, der Sensormodule und des Objekttisches eine höhere Flexibilität erlaubt.
  • Auch wenn wir oben eine spezifische Ausführungsart der Erfindung beschrieben haben, wird klar sein, dass die Erfindung auch auf andere Art und Weise als in der beschriebenen Art verwendet werden kann. Insbesondere kann die Erfindung zur Nullreferenzierung eines Messsystems verwendet werden, um die Position eines Substrat- (Wafer-) tisches oder eines Masken-(Retikel-) tisches in einem lithographischen Apparat zu erkennen. Außerdem können in einem lithographischen Apparat mit mehreren (Substrat- oder Masken-) tischen und/oder mehreren Arbeitsbereichen (z.B. Belichtungsbereiche und Messbereiche oder Charakterisierungsbereiche) mehrere Systeme bereitgestellt werden, wobei sich die statischen Teile (Strahlungsquelle und Detektor) in dem oder angrenzend an den Arbeitsbereich und die Reflektoren auf jedem Tisch befinden. Die verschiedenen Gruppen von Strahlungsquellen und Detektoren können in Verbindung mit den Reflektoren auf jedem Tisch arbeiten, der innerhalb ihrer Arbeitsbereiche positioniert werden kann. Mit der Beschreibung soll die Erfindung, die durch die Ansprüche definiert wird, nicht eingeschränkt werden.

Claims (12)

  1. Lithographischer Apparat mit: einem Beleuchtungssystem (12) zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls der Strahlung; einem ersten Objekttisch (MT) zum Halten von Bemusterungsvorrichtungen, mit denen der Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Muster bemustert werden kann; einem zweiten Objekttisch (WT) zum Halten eines Substrats; einem Projektionssystem (PL) zum Abbilden bestrahlter Abschnitte der Maske auf Zielabschnitte des Substrats; einem Bezugsrahmen (MF); und einer Positionsdetektionsvorrichtung mit: einer Strahlungsquelle (11), die auf dem Bezugsrahmen (MF) montiert ist; einem Strahlungsdetektor (15), der in einer festen Position an dem Bezugsrahmen (MF) montiert ist; und einem Retro-Reflektor (13), der an einem der Objekttische (WT) montiert ist, und der in Bezug auf den Bezugsrahmen (MF) bewegt werden kann und derart angeordnet ist, dass er die Strahlung reflektiert, die von der Strahlungsquelle (11) zum Strahlungsdetektor (15) gesendet wird; dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Strahlungsdetektor (15) um einen zweidimensionalen Strahlungsdetektor handelt, der so angeordnet ist, dass er in Abhängigkeit von der Position des reflektierten Lichtstrahls auf den Detektor in jede der beiden orthogonalen Richtungen ein Ausgangssignal liefert.
  2. Apparat nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Strahlungsquelle (11) um eine Quelle kollimierter Strahlung handelt.
  3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der Strahlungsquelle (11) um eine Quelle monochromatischer Strahlung handelt.
  4. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsquelle (11) aus einer Lichtquelle (111) besteht, die von dem Bezugsrahmen (MF) entfernt montiert werden kann, aus Strahl-Lenkoptik (113) besteht, die auf dem Bezugsrahmen montiert wird, sowie aus einer optischen Faser (112) besteht, welche die Lichtquelle mit der Strahl-Lenkoptik verbindet.
  5. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsquelle (11) eine Laserdiode oder eine LED als Lichtquelle aufweist.
  6. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem zweidimensionalen Positionsdetektor (15) um eine zweidimensionale PSD-Kamera oder CCD-Kamera handelt oder um einen Vierquadranten-Photodetektor handelt.
  7. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Retro-Reflektor (13) trapezförmig ist und für die Strahlung transparent ist und drei zueinander senkrecht verlaufende Flächen aufweist, die an einer Ecke aufeinandertreffen, wobei die drei Flächen einen reflektierenden Überzug aufweisen.
  8. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Retro-Reflektor (13) eine konvergierende Linse und eine reflektierende Fläche aufweist, wobei die reflektierende Fläche einen Abstand zu der Linse hat, der der Brennweite der Linse entspricht.
  9. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit drei Positionsdetektionsvorrichtungen, wie darin definiert.
  10. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin eine Inkremental-Positionsabtastvorrichtung zur Detektion der Position des bewegli chen Objekttisches in einem Detektionsbereich besitzt, der breiter ist als der der Positionsdetektionsvorrichtung, sowie Einrichtungen zur Kombination der Ausgangssignale von der Inkremental-Positionsabtastvorrichtung und des Positionsdetektors, um eine absolute Position des Objekttisches in dem Detektionsbereich zu bestimmen.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, die einen lithographischen Projektionsapparat verwendet, mit: einem Beleuchtungssystem (12) zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls der Strahlung; einem ersten Objekttisch (MT) zum Halten von Bemusterungsvorrichtungen, mit denen der Projektionsstrahl gemäß einem gewünschten Muster bemustert werden kann; einem zweiten Objekttisch (WT) zum Halten eines Substrats; einem Bezugsrahmen (MF); und einem Projektionssystem (PL) zum Abbilden bestrahlter Abschnitte der Maske auf Zielabschnitte des Substrats; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Substrats, das mit einer strahlungsempfindlichen Schicht auf dem zweiten Objekttisch versehen ist; Bereitstellen eines Projektionsstrahls der Strahlung unter Verwendung des Beleuchtungssystems; Verwenden der Bemusterungsvorrichtungen, um den Projektionsstrahl mit einem Muster in seinem Querschnitt zu versehen; und Projizieren des bemusterten Strahls auf den Zielabschnitt des Substrats; da durch gekennzeichnet, dass vor oder während des Schrittes des Projizierens festgelegt wird, dass sich einer der Objekttische, der in Bezug auf den Bezugsrahmen bewegt werden kann, in einer Bezugsposition befindet, und zwar durch die Schritte des Aussendens von Strahlung von einer Strahlungsquelle, die an dem Bezugsrahmen montiert ist, zu einem Retro-Reflektor (13), der an dem einen Objekttisch montiert ist, und die Strahlung durch den Retro-Reflektor reflektiert, und Detektion der reflektierten Strahlung in einem Strahlungsdetektor (15), der in einer festen Position an dem Bezugsrahmen montiert ist, wobei es sich bei dem Strahlungsdetektor (15) um einen zweidimensionalen Strahlungsdetektor handelt, der so angeordnet ist, dass er in Abhängigkeit von der Position des reflektierten Lichtstrahls auf den Detektor in jede der beiden orthogonalen Richtungen ein Ausgangssignal liefert.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der lithographische Projektionsapparat weiterhin ein Inkremental-Positions-Abtastsystem aufweist, um die Position des einen Objekttisches abzutasten, wobei das Verfahren – nachdem sich ein Objekttisch in der Bezugsposition befindet -weiterhin den Schritt aufweist, dass die absolute Position des einen Objekttisches bestimmt wird, indem dessen Bewegungen in Bezug auf die Bezugsposition unter Verwendung des Inkremental-Positions-Abtastsystems gemessen werden.
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