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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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US 4,676,649 offenbart ein
Interferometersystem, bei dem Planspiegel verwendet werden, die an
beweglichen Objekten und fringe counters montiert werden.
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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.
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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.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein lithographischer Projektionsapparat gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Bausteins mit Hilfe eines lithographischen Projektionsapparates
gemäß Anspruch
11 bereitgestellt.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele
und die schematischen Begleitzeichnungen beschrieben. Es zeigen
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1 einen
lithographischen Projektionsapparat nach einer ersten Ausführungsart
der Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf ein Positionsdetektionssystem gemäß der Erfindung.
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3 einen
Teilschnitt durch das Positionsdetektionssystem aus 2.
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4 einen
Querschnitt durch einen Retroreflektor, der in der Erfindung verwendet
werden kann und
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5 einen
Querschnitt durch einen alternativen Retroreflektor, der in der
Erfindung verwendet werden kann.
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In
den Zeichnungen werden gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern
bezeichnet.
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Ausführungsart 1
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.