DE60116967T2 - Lithographischer Apparat - Google Patents

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Hans Van Der Laan
Johannes Hubertus Josephina Moors
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine lithographische Projektionsvorrichtung, aufweisend:
    ein Strahlungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls einer Strahlung;
    eine Tragstruktur zur Aufnahme eines Strukturierungsmittels, wobei das Strukturierungsmittel dazu dient, den Projektionsstrahl gemäß einer gewünschten Struktur zu strukturieren;
    einen Substrattisch zur Aufnahme eines Substrats; und
    ein Projektionssystem zum Projizieren des strukturierten Strahls auf einen Zielabschnitt des Substrats.
  • Der Begriff "Strukturierungsmittel", wie er hierin verwendet wird, sollte weit gefasst so interpretiert werden, dass er ein Mittel bezeichnet, das dazu verwendet wird, einen eingehenden Strahl einer Strahlung mit einem strukturierten Querschnitt zu versehen, der einer Struktur entspricht, die in einem Zielabschnitt des Substrats zu erzeugen ist; in diesem Zusammenhang kann auch der Begriff "Lichtventil" verwendet werden. Im Allgemeinen entspricht diese Struktur einer bestimmten Funktionsschicht in einem Bauelement, das im Zielabschnitt zu erzeugen ist, etwa eine integrierte Schaltung oder ein anderes Bauelement (siehe unten). Beispiele solcher Strukturierungsmittel enthalten:
    Eine Maske. Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie hinreichend bekannt und umfasst Maskentypen wie binäre Typen, Typen mit alternierender Phasenverschiebung und gedämpfter Phasenverschiebung sowie verschiedene Hybridmaskentypen. Das Platzieren einer solchen Maske im Strahl einer Strahlung bewirkt das selektive Durchlassen (im Falle einer Durchlassmaske) oder die Reflexion (im Falle einer Reflexionsmaske) der auf die Maske einfallenden Strahlung entsprechend der Struktur der Maske. Im Falle einer Maske wird die Tragstruktur im Allgemeinen ein Maskentisch sein, der sicherstellt, dass die Maske in einer gewünschten Position im Eingangsstrahlungsstrahl gehalten und dass sie relativ zum Strahl bewegt werden kann, falls dies gewünscht ist.
  • Eine programmierbare Spiegelmatrix. Ein Beispiel eines solchen Bauelements ist eine matrixadressierbare Oberfläche mit einer viskoelastischen Steuerschicht und einer reflektierenden Oberfläche. Das Grundprinzip eine derartigen Vorrichtung ist, dass (beispielsweise) adressierte Bereich der reflektierenden Oberfläche das einfallende Licht als gebeugtes Licht reflektieren, während nicht adressierte Bereiche das einfallende Licht als nicht gebeugtes Licht reflektieren. Durch Verwendung eines geeigneten Filters kann das nicht gebeugte Licht aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert werden, so dass nur das gebeugte Licht verbleibt; auf diese Weise wird der Strahl entsprechend der adressierenden Struktur der matrixadressierbaren Oberfläche strukturiert. Die erforderliche Matrixadressierung kann unter Verwendung geeigneter elektronischer Mittel erfolgen. Nähere Informationen über solche Spiegelmatrizen finden sich z. B. in den U. S.-Patenten US 5,296,891 und US 5,523,193 . Im Fall einer programmierbaren Spiegelmatrix kann die Tragstruktur z. B. als Rahmen oder Tisch verwirklicht werden, der wie erforderlich stationär oder beweglich sein kann; und eine programmierbare LCD-Matrix. Ein Beispiel einer solchen Konstruktion findet sich im US-Patent US 5,229,872 . Wie oben kann die Tragstruktur in diesem Fall z. B. als Rahmen oder Tisch verwirklicht werden, der wie erforderlich stationär oder beweglich sein kann.
  • Der Einfachheit halber kann im übrigen Text an bestimmten Stellen speziell auf Beispiele Bezug genommen werden, bei denen eine Maske und ein Maskentisch verwendet werden; die in solchen Fällen erörterten allgemeinen Prinzipien sollten jedoch im weiter gefassten Kontext des oben beschriebenen Strukturierungsmittels gesehen werden.
  • Eine lithographische Projektionsvorrichtung kann z. B. bei der Herstellung integrierter Schaltungen (integrated circuit – IC) verwendet werden. In einem solchen Fall kann das Strukturierungsmittel eine Schaltungsstruktur entsprechend einer individuellen Schicht des IC erzeugen, und diese Struktur kann auf einen Zielabschnitt (z. B. ein oder mehrere Plättchen aufweisend) auf einem Substrat (Silizium-Wafer) abgebildet werden, das mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (Resist) beschichtet worden ist. Im Allgemeinen enthält ein einzelner Wafer ein ganzes Netz benachbarter Zielabschnitte, die nacheinander jeweils einzeln über das Projektionssystem bestrahlt werden. Bei den derzeitigen Vorrichtungen, bei denen die Strukturierung durch eine Maske auf einem Maskentisch erfolgt, kann zwischen zwei verschiedenen Maschinentypen unterschieden werden. Bei einem Typ der lithographischen Projektionsvorrichtung wird jeder Zielabschnitt durch Belichten der gesamten Maskenstruktur auf den Zielabschnitt in einem Durchgang bestrahlt; eine derartige Vorrichtung wird allgemein als Wafer-Stepper bezeichnet. Bei einer alternativen Vorrichtung, die allgemein als Step-und-Scan-Vorrichtung (etwa: schrittweises Abtasten) bezeichnet wird, wird jeder Zielabschnitt durch fortschreitendes Abtasten der Maskenstruktur unter dem Projektionsstrahl in einer gegebenen Referenzrichtung (der "Abtast"-Richtung) bestrahlt, während der Substrattisch parallel oder gegenparallel zu dieser Richtung synchron abgetastet wird. Da das Projektionssystem im Allgemeinen einen Vergrößerungsfaktor M (im Allgemeinen < 1) hat, entspricht die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch abgetastet wird, dem Faktor M mal der Zeit, in der der Maskentisch abgetastet wird. Weitere Informationen hinsichtlich lithographischer Geräte wie hierin beschrieben finden sich z. B. in der US 6,046,792 .
  • Bei einem Herstellungsprozess, bei dem eine lithographische Projektionsvorrichtung verwendet wird, wird eine Struktur (z. B. in einer Maske) auf ein Substrat abgebildet, das zumindest teilweise mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichen Material (Resist) bedeckt ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedenen Prozeduren unterzogen werden, wie Grundieren, Resist-Beschichten und Weicheinbrennen. Nach der Belichtung kann das Substrat weiteren Prozeduren unterzogen werden, wie Einbrennen nach der Belichtung (post-exposure bake – PEB), Entwickeln, Harteinbrennen sowie Messen/Kontrollieren der abgebildeten Merkmale. Diese Reihe von Prozeduren dient als Basis für die Strukturierung eines einzelnen Schicht eines Bauelements, z. B. eines IC. Eine solche strukturierte Schicht kann dann verschiede Prozesse durchlaufen, wie Ätzen, Ionenimplantation (Dotierung), Metallisierung, Oxidation, chemo-mechanisches Polieren etc., die in ihrer Gesamtheit dazu dienen, eine einzelne Schicht fertig zu bearbeiten. Wenn mehrere Schichten erforderlich sind, muss die gesamte Prozedur oder eine Variante derselben für jede neue Schicht wiederholt werden. Schließlich wird sich auf dem Substrat (Wafer) eine Anordnung aus Bauelementen befinden. Diese Bauelemente werden dann durch eine Technik wie Zerschneiden oder Sägen voneinander getrennt, worauf die einzelnen Bauelemente auf einem Träger installiert, an Stifte angeschlossen werden können etc. Weitere Informationen bezüglich solcher Prozesse finden sich in dem Buch "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", dritte Ausgabe, von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4.
  • Der Einfachheit halber kann das Projektionssystem im Folgenden als "Linse" bezeichnet werden; dieser Begriff sollte jedoch weit gefasst so interpretiert werden, dass er verschiedene Typen von Projektionssystemen, einschließlich z. B. Brechungsoptik, Reflexionsoptik und katadioptrische System umfasst. Das Strahlungssystem kann auch Komponenten enthalten, die gemäß einem dieser Auslegungstypen arbeiten, um den Projektionsstrahl der Strahlung zu richten, formen oder steuern, und solche Komponenten können nachstehend ebenfalls entweder kollektiv oder einzeln als "Linse" bezeichnet werden. Ferner kann die lithographische Vorrichtung ein Typ mit zwei oder mehr Substrattischen (und/oder zwei oder mehr Maskentischen) sein. Bei solchen "Mehrstufen"-Geräten können die zusätzlichen Tische parallel verwendet werden, oder vorbereitende Schritte können auf einem oder mehreren Tischen ausgeführt werden, während einer oder mehrere der anderen Tische zur Belichtung verwendet werden. Lithographische Doppelstufen-Vorrichtungen sind z. B. in der US 5,969,441 und der WO 98/40791 beschrieben.
  • Bei einer lithographischen Projektionsvorrichtung ist es im Allgemeinen wünschenswert, verschiedene Aspekte des Projektionsstrahls zu untersuchen, wie etwa die Dosis (d. h. die gesamte Strahlungsenergie pro Flächeneinheit, die während einer Belichtung zugeführt wird), die Position der Brennebene, die Gleichmäßigkeit des Strahls, die Strahlungsverteilung in einer Pupillenebene des Projektionssystems etc. Außerdem kann gewünscht sein, Abweichungen des Projektionsstrahls, die durch das Projektionssystem entstehen, zu bestimmen; diese Abweichungen werden als Aberrationen bezeichnet. Beispiele solcher Aberrationen sind Feldkrümmung, Koma, Astigmatismus, sphärische Aberration, Verzerrungen dritter und fünfter Ordnung etc. Zur Bestimmung der oben genannten Aspekte des Strahls und der Aberrationen kann ein Strahlungssensor zum Detektieren der Strahlung in der lithographischen Projektionsvorrichtung eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Strahlungen mit Wellenlängen kürzer als 50 nm. Ein Beispiel einer solchen Strahlung ist extremes Ultraviolett (EUV) mit Wellenlängen, die typischerweise im Bereich von 10 bis 15 nm liegen. Ein Hauptproblem, das bei lithographischen Vorrichtungen, die mit einer solchen Strahlung arbeiten, auftritt, ist die im Allgemeinen stark ausgeprägte Absorption der Strahlung durch Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase, wodurch die Stärke des Projektionsstrahls vollständig schwinden kann. Folglich kann ein Strahlungssensor, der eine derartige Strahlung zu detektieren vermag, kein solches stark absorbierendes Material weder teilweise noch vollständig im Strahlungsweg enthalten. Ein weiterer Nachteil ist, dass vorhandene Strahlungssensoren zur Detektion von Strahlung mit Wellenlängen kürzer als 50 nm wie Fotovervielfacherröhren, Gaskammern etc., wie sie allgemein in Synchotronen verwendet werden, Abmessungen haben, die für eine lithographische Projektionsvorrichtung bei weitem zu groß sind. Derartige vorhandene Sensoren können außerdem zu viel Wärme abgeben, was möglicherweise zu unerwünschten Temperaturschwankungen des Sensors und/oder seiner Umgebung führt (z. B. des Substrats, eines Interferometrieblocks, der Bestandteil des Substrattisches ist etc.).
  • Die EP 0 987 601 offenbart eine Detektionsvorrichtung zum Messen des fotoelektrischen Stroms in optischen Elementen, der durch den einfallenden Projektionsstrahl induziert wird. Die Messung dient zur Überwachung der Dosis und/oder Kontamination.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lithographische Projektionsvorrichtung bereitzustellen, in der ein Strahlungssensor sinnvoll positioniert ist, wobei der Strahlungssensor in der Lage ist, Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 50 nm zu detektieren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine lithographische Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Ein derartiger Strahlungssensor ermöglicht die Detektion einer Strahlung unter 50 nm, da die freigegebenen Elektronen sehr gut direkt oder indirekt gemessen werden können.
  • Das strahlungsempfindliche Material wandelt die Strahlung der Wellenlänge λ1 in Elektronen, die aus dem strahlungsempfindlichen Material freigegeben werden. Die freigegebenen Elektronen können indirekt durch Messen eines Kompensationsstroms zum strahlungsempfindlichen Material oder direkt durch Auffangen der freigegebenen Elektronen und Messen ihres induzierten elektrischen Stroms gemessen werden. Bei beiden Verfahren wird ein Kollektor verwendet, der mit einer elektrischen Potentialquelle verbunden ist, die den Kollektor bezüglich des strahlungsempfindlichen Materials positiv lädt. Das strahlungsempfindliche Material kann in mindestens einem der Strukturierungsmittel enthalten sein, einem Reflektor im Projektionssystem und einem Reflektor im Strahlungssystem, um den Projektionsstrahl auf seinem Weg zum Substrat zu überwachen oder um als Kontaminierungsmonitor zur fungieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Anspruch 13 bereitgestellt.
  • Obwohl in diesem Text speziell auf die Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Herstellung von IC's Bezug genommen werden kann, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es für eine solche Vorrichtung zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten gibt. So kann sie z. B. bei der Herstellung integrierter optischer Systeme, von Führungs- und Detektionsstrukturen für Magnetbereichsspeicher, von Flüssigkristallanzeigefeldern, von Dünnfilm-Magnetköpfen usw. eingesetzt werden.
  • Für den Fachmann versteht es sich, dass im Kontext solcher alternativer Anwendungen jegliche Verwendung der Begriffe "Gitternetz", "Wafer" oder "Plättchen" in diesem Text durch die allgemeineren Begriffe "Maske", "Substrat" bzw. "Zielabschnitt" als ersetzt zu betrachten sind.
  • Im vorliegenden Dokument werden die Begriffe "Strahlung" und "Strahl" in dem Sinne verwendet, dass sie alle Typen elektromagnetischer Strahlung umfassen, einschließlich Ultraviolettstrahlung (z.B. mit einer Wellenlänge von 365, 248, 193, 157 oder 126 nm) und extreme Ultraviolett- (EUV) Strahlung (z. B. mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 bis 20 nm) sowie Elektronen.
  • Nunmehr werden nur beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen einander entsprechende Bezugszeichen gleiche Teile kennzeichnen; es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften lithographischen Projektionsvorrichtung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Projektionssystems des Reflexionstyps der Vorrichtung von 1;
  • 3A eine schematische Darstellung eines Strahlungssensors gemäß einem ersten Beispiel, das die Erfindung nicht verwirklicht;
  • 3B eine schematische Darstellung einer Variation des Sensors gemäß einem ersten Beispiel, das die Erfindung nicht verwirklicht;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Strahlungssensors gemäß einem zweiten Beispiel, das die Erfindung nicht verwirklicht;
  • 5 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
  • 6, 7 und 8 schematische Darstellungen verschiedener Implementierungen der Variation der ersten Ausführungsform;
  • 9 eine schematische Darstellung eines Strahlungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 10 eine schematische Darstellung eines Strahlungssensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer lithographischen Projektionsvorrichtung. Die Vorrichtung weist auf:
    Ein Strahlungssystem Ex, IL zum Liefern eines Projektionsstrahls PB einer Strahlung (z. B. EUV-Strahlung). In diesem bestimmten Fall weist das Strahlungssystem auch eine Strahlungsquelle LA auf;
    einen ersten Objekttisch (Maskentisch) MT, der mit einem Maskenhalter zum Halten einer Maske MA (z. B. ein Gitternetz) ausgerüstet ist und mit einem ersten Positionierungsmittel PM zur genauen Positionierung der Maske relativ zur Komponente PL verbunden ist;
    einen zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT, der mit einem Substrathalter zum Halten eines Substrats W (z. B. ein Resist-beschichteter Siliziumwafer) und mit einem zweiten Positionierungsmittel PW zur genauen Positionierung des Substrats relativ zur Komponente PL verbunden ist;
    ein Projektionssystem ("Linse") PL (z. B. eine Spiegelgruppe) zum Abbilden eines bestrahlten Abschnitts der Maske MA auf einen Zielabschnitt C (z. B. ein oder mehrere Plättchen aufweisend) des Substrats W. 2 zeigt ein Projektionssystem des Reflexionstyps mit vier Reflektoren R1, R2, R3, R4, das aber wahlweise auch eine andere Anzahl Reflektoren (z. B. sechs oder acht Reflektoren) aufweisen kann.
  • Wie hier dargestellt ist, ist die Vorrichtung ein reflektierender Typ (d. h. sie hat eine reflektierende Maske). Im Allgemeinen kann sie jedoch auch z. B. ein Durchlasstyp sein (mit einer durchlässigen Maske). Alternativ kann die Vorrichtung auch eine andere Art Strukturierungsmittel verwenden, wie etwa eine programmierbare Spiegelmatrix eines Typs wie oben angegeben.
  • Die Quelle LA (z. B. ein lasererzeugtes Plasma oder eine Entladungsquelle) erzeugt einen Strahl einer Strahlung. Dieser Strahl wird direkt oder nach dem Durchgang durch ein Aufbereitungsmittel wie z. B. einen Strahldehner Ex in ein Beleuchtungs system (Illuminator) IL gespeist. Der Illuminator IL kann ein Einstellmittel AM zum Einstellen der äußeren und/oder inneren Ausdehnung (allgemein als σ-innen bzw. σ-außen bezeichnet) der Intensitätsverteilung im Strahl aufweisen. Außerdem weist er im Allgemeinen verschiedene andere Komponenten auf, wie einen Integrator IN und einen Kondensator CO. Auf diese Weise hat der auf die Maske MA fallende Strahl PB die gewünschte Gleichförmigkeit und Intensitätsverteilung in seinem Querschnitt.
  • In Zusammenhang mit 1 ist zu beachten, dass die Quelle LA innerhalb des Gehäuses der lithographischen Projektionsvorrichtung angeordnet sein kann (was häufig der Fall ist, wenn die Quelle LA z. B. eine Quecksilberlampe ist), aber dass sie auch entfernt von der lithographischen Projektionsvorrichtung angeordnet sein kann, wobei der von ihr erzeugte Strahl der Strahlung in die Vorrichtung geführt wird (z. B. mit Hilfe geeigneter Richtspiegel); das zuletzt genannte Szenario trifft oft zu, wenn die Quelle LA ein Excimer-Laser ist. Die vorliegende Erfindung sowie die Ansprüche decken beide dieser Szenarien ab.
  • Der Strahl PB trifft dann auf die Maske MA, die auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem er selektiv von der Maske MA reflektiert worden ist, passiert der Strahl PB die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt C des Substrats W fokussiert. Mit Hilfe des zweiten Positionierungsmittels PW (und eines interterometrischen Messmittels IF) kann der Substrattisch WT genau bewegt werden, z. B. um verschiedene Zielabschnitte C im Weg des Strahls PB zu positionieren. Analog kann das erste Positionierungsmittel PM verwendet werden, um die Maske MA bezüglich des Weges des Strahls PB genau zu positionieren, z. B. nach dem mechanischen Abrufen der Maske MA aus einer Maskenbibliothek oder während eines Abtastvorgangs. Im Allgemeinen wird die Bewegung der Objekttische MT, WT mit Hilfe eines Moduls mit langem Hub (Grobpositionierung) und eines Moduls mit kurzem Hub (Feinpositionierung) verwirklicht, die in 1 nicht detailliert dargestellt sind. Im Falle eines Wafer-Steppers (im Gegensatz zu einer Step-und-Scan-Vorrichtung) kann jedoch der Maskentisch mit einem kurzhubigen Aktor verbunden oder ortsfest sein.
  • Die dargestellte Vorrichtung kann in zwei verschiedenen Betriebsarten eingesetzt werden:
    • 1. Im Schrittmodus bleibt der Maskentisch MT im Wesentlichen ortfest, und ein vollständiges Maskenbild wird in einem Durchgang (d. h. einem einzigen "Blitz" (flash)) auf einen Zielabschnitt C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in x- und/oder y-Richtung verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt C vom Strahl PB bestrahlt werden kann; und
    • 2. im Abtastmodus gilt im Wesentlichen das gleiche Szenario mit der Ausnahme, dass ein gegebener Zielabschnitt C nicht in einem einzigen "Flash" belichtet wird. Statt dessen ist der Maskentisch MT in einer gegebenen Richtung (der so genannten "Abtastrichtung"), z. B. in y-Richtung) mit einer Geschwindigkeit v beweglich, so dass der Projektionsstrahl PB veranlasst wird, ein Maskenbild abzutasten; gleichzeitig wird der Substrattisch WT in der gleichen oder in entgegengesetzter Richtung mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M die Vergrößerung der Linse PL ist (typischerweise M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise kann ein verhältnismäßig großer Zielabschnitt belichtet werden, ohne dass dies zu Lasten der Auflösung geht.
  • Um z. B. die Intensität oder Dosis auf Substratebene bestimmen zu können, kann ein Strahlungssensor an einer geeigneten Stelle, z. B. in der Nähe des Substrats angeordnet sein. Ein Beispiel, bei dem die Erfindung nicht verwirklicht ist, eines solchen Strahlungssensors ist in 3A dargestellt. Dieser Sensor weist eine strahlungsempfindliche Schicht 1 und Sensormittel auf. Wenn EUV-Strahlung mit der Wellenlänge λ1 auf die strahlungsempfindliche Schicht 1 trifft, kann diese Strahlung entweder in eine sekundäre elektromagnetische Strahlung mit der Wellenlänge λ2 oder in Gitterschwingungen dieser Schicht gewandelt werden.
  • Um die Fähigkeit zur Emission einer Sekundärstrahlung zu verbessern, wird ein ziemlich komplexes Material verwendet, wobei das Material im Allgemeinen ein Wirtsgitter aufweist (z. B. Kalziumsulfid (CaS), Zinksulfid (ZnS) oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG)) und mindestens ein Ion wie Ce3+, Ag+, Al3+ etc. Solche Ionen sind im Allgemeinen in relativ kleinen Mengen im Wirtsgitter verteilt. Ein Beispiel für die Formel eines solchen Materials ist CaS:Ce, wobei CaS das Wirtsgitter ist, in dem Ce3+-Ionen verteilt sind. Materialien, die sich zur Verwendung in der Schicht eignen, können aus der Gruppe gewählt werden, die umfasst: CaS:Ce; YAG:Ce und ZnS:Ag,Al. Die Dicke einer solchen Schicht ist vorzugsweise kleiner als 1 μm. Solchen Schichten können EUV-Strahlung in Sekundärstrahlung mit der Wellenlänge λ2 wandeln, die von der Wellenlänge des einfallenden Strahls verschieden ist; im Allgemeinen liegt λ2 im Bereich des sichtbaren Lichtes oder des Ultraviolettlichtes. Diese Sekundärstrahlung geht von der Schicht 1 in alle Richtungen aus.
  • Im Allgemeinen kann die Schicht 1 auf einer Schicht 3, die dazu dient, die Schicht 1 zu tragen und ein Material (z. B. Quarz oder CaF2) aufweist, das für Strahlung mit einer Wellenlänge λ2 durchlässig ist, aufgebracht werden, wodurch sichergestellt ist, dass die Schicht 1 so positioniert ist, dass sie die EUV-Strahlung aus dem Projektionsstrahl empfängt. Zumindest ein Teil dieser Sekundärstrahlung wird anschließend von dem Sensormittel, das auf diese Strahlung anspricht, erfasst. Ein Beispiel für ein solches Sensormittel weist eine Kollektoroptik 5 und eine Siliziumdiode 7 auf, die mit einer entsprechenden elektronischen Schaltung 9 verbunden sind. Die Kollektoroptik 5 kann eine oder mehrere Linsen aufweisen, die die abgegebene Sekundärstrahlung zur Diode 7 richten können.
  • Der Strahlungssensor kann auch als (Bestandteil eines) Bildsensors) vorgesehen sein, mit dem es möglich ist, eine Struktur im Projektionsstrahl der EUV-Strahlung zu erfassen, damit z. B. eine Referenzposition auf der Maske (die eine Referenzstruktur erzeugt) auf den den Bildsensor tragenden Substrattisch ausgerichtet werden kann. Eine solche Ausrichtung kann mit Nanometergenauigkeit erfolgen. Ferner kann (eine Struktur im) der Projektionsstrahl der EUV-Strahlung zur Analyse auf verschiedene Aspekte abgetastet werden, wie die Position der Brennebene des Projektionssystems, die Gleichmäßigkeit des Strahls, die Strahlungsverteilung in der Pupillenebene des Projektionssystems etc. Diese Aspekte können z. B. mit einem Durchlassbildsensor (transmission image sensor – TIS) bestimmt werden. Ein Beispiel eines solche TIS ist in US-Patent Nr. 4,540,277 beschrieben, das hiermit einbezogen wird. Auch Abwei chungen des Projektionsstrahls, die durch das Projektionssystem herbeigeführt werden, können mit diesem Strahlungssensor bestimmt werden, wobei diese Abweichungen als Aberrationen bezeichnet werden. Beispiele solcher Aberrationen sind Feldkrümmung, Koma, Astigmatismus, sphärische Aberration, Verzerrungen dritter und fünfter Ordnung etc. Nähere Informationen zur Messung solcher Aberrationen finden sich in der europäischen Patentanmeldung 01301571.4 und der US-Patentanmeldung 09/788,478 (P-0174), die beide hiermit einbezogen werden.
  • 3B ist eine schematische Darstellung eines solchen Bildsensors. Er weist einen Strahlungssensor wie oben beschrieben auf mit einer Metallschicht 6 (z. B. eine Chromschicht) auf seiner Oberseite, in die eine bestimmte Struktur (z. B. eine gitterartige Liniengruppe) geätzt ist. Um die strahlungsempfindliche Schicht 1 zu schützen, z. B. gegen die Prozessschritte im Zusammenhang mit dem Ausbilden der Struktur auf der Metallschicht (z. B. durch Plasmaätzen), ist eine Schutzschicht 8 vorgesehen. Diese Schutzschicht 8 liegt auf der strahlungsempfindlichen Schicht 1 auf deren die Strahlung empfangenden Seite, und ihre Dicke ist so gewählt, dass nur eine kleine Menge der einfallenden Strahlung absorbiert wird, wodurch eine ausreichende Durchlässigkeit zur genauen Detektion der EUV-Strahlung sichergestellt ist. Die Dicke einer solchen Schicht 8 kann in der Größenordnung von 20 nm liegen. Die Schutzschicht 8 kann aus der Gruppe gewählt werden, die beispielsweise diamantartigen Kohlenstoff (C), Bornitrid (BN), Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumcarbid (SiC), B, Ru und Rh sowie Verbindungen und Legierungen davon umfasst. Anschließend wird die strukturierte Metallschicht 6 auf der strahlungsempfindlichen Seite der Schutzschicht 8 und angrenzend an diese bereitgestellt.
  • Bei einem zweiten Beispiel, das die Erfindung nicht verwirklicht und das dem ersten Beispiel mit Ausnahme wie nachstehend beschrieben entspricht, wandelt der Strahlungssensor die einfallende EUV-Strahlung in sekundäre Elektronen, die vom Strahlungssensor freigegeben werden. Die sekundären Elektronen können durch verschiedene Prozesse erzeugt werden.
  • Bei einem ersten Prozess trifft die Strahlung mit einer bestimmten Energie auf eine strahlungsempfindliche Schicht. Ein Teil dieser Energie kann zur Ionisierung eines Atoms oder Ions in der strahlungsempfindlichen Schicht verwendet werden. Die restliche Energie – die Energiedifferenz zwischen der Energie der einfallenden Strahlung und der Energie zur Ionisierung des Atoms oder Ions (auch als Bindungsenergie eines Elektrons bezeichnet) – wird zumindest teilweise in kinetische Energie gewandelt, wodurch das Elektron das Atom oder Ion verlassen kann, und diese Elektronen können schließlich die strahlungsempfindliche Schicht verlassen. Diese Elektronen werden auch als Fotoelektronen bezeichnet. Bei einem anderen Prozess können Elektronen durch den so genannten Auger-Effekt erzeugt werden. Ein freigegebenes Elektron kann eine Lücke auf einem niedrig liegenden Energieniveau verlassen. Danach kann eine zweites Elektron aus einem höheren Energiezustand auf dieses niedrigere Energieniveau innerhalb eines Atoms oder Ions relaxieren, und die Relaxationsenergie kann auf ein drittes Elektron oder Auger-Elektron übertragen werden. Wenn diese Relaxationsenergie höher ist als die Bindungsenergie des dritten Elektrons, hat es eine gewisse kinetische Energie und kann das Ion oder Atom und schließlich die strahlungsempfindliche Schicht verlassen. Weitere Elektronen können durch die Fotoelektronen, Auger-Elektronen und andere durch einfallende Strahlung induzierte Prozesse wie Plasmazerfall freigesetzt werden.
  • Elektronen, die durch die obigen Prozesse erzeugt werden, treten aus der strahlungsempfindlichen Schicht regellos aus. Da ein Atom oder Ion ein oder mehrere Elektronen mit unterschiedlichen Bindungsenergien aufweist, treten die Elektronen in einem weiten Bereich kinetischer Energien aus der Schicht aus.
  • Der Strahlungssensor des zweiten Beispiels, der in 4 dargestellt ist, weist eine strahlungsempfindliche Schicht 11 und ein Sensormittel 12 auf. Die strahlungsempfindliche Schicht 11 kann einfallende EUV-Strahlung über die oben beschriebenen Prozesse wandeln. Die Schicht 11 kann z. B. ein Metall aufweisen.
  • Das Sensormittel 12, das so angeordnet ist, dass es zumindest einen Teil der erzeugten Elektronen empfangen kann, weist einen elektrischen Leiter 13 wie etwa eine leitfähige Platte und ein Strommessmittel 15 auf, das mit (einem) Masse (potential) 17 verbunden ist. Sobald Elektronen unabhängig von ihrer kinetischen Energie auf den Leiter 13 treffen, wird ein elektrischer Strom induziert, der mit dem Strommessgerät 15 gemessen werden kann. Dieser Strom ist ein Maß für die Anzahl ankommender Elektronen, was wiederum ein Maß der Intensität (Energiedosis) der einfallenden EUV-Strahlung ist.
  • Wenn Elektronen die strahlungsempfindliche Schicht 11 verlassen, würde diese Schicht 11 positiv geladen werden. Eine solche positiv geladene Schicht würde dann die freigegebenen negativ geladenen Elektronen anziehen. Die Elektronen können schließlich nicht mehr in der Lage sein, die Schicht 11 zu verlassen und können demzufolge das Sensormittel 12 nicht erreichen. Die Ladung der strahlungsempfindlichen Schicht 11 muss deshalb elektrisch kompensiert werden, z. B. indem die Schicht 11 mit (einem) Masse (potential) verbunden wird oder durch negative Vorspannung der strahlungsempfindlichen Schicht 11. Außerdem kann der Leiter 13 positiv geladen (oder vorgespannt) werden, um aus der strahlungsempfindlichen Schicht 11 freigegebene Elektronen selektiv anzuziehen und zu beschleunigen.
  • Mit einem solchen Strahlungssensor ist es z. B. möglich, die Dosis oder Intensität auf Substratebene zu bestimmen, wenn dieser Sensor in der Nähe des Substrats angeordnet ist. Die Bestimmung der Dosis oder Intensität ist nicht auf die Substratebene begrenzt, sondern kann auch an anderen Positionen in der lithographischen Projektionsvorrichtung erfolgen. Die Intensität eines auf ein Element treffenden Strahls, wie z. B. einen Reflektor R1, R2, R3, R4 des Projektionssystems PL, einen Reflektor im Illuminator, die Maske MA oder das Substrat W (oder jede andere Oberfläche, auf die Strahlung fällt), kann ebenfalls bestimmt werden. 5 zeigt einen Querschnitt eines solchen Elements E auf der Oberfläche ES, auf die ein Strahl einer Strahlung BR fällt. Der Strahl einer Strahlung BR bewirkt, dass Elektronen e aus der Oberfläche des Elements E freigesetzt werden.
  • Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl M der Drähte Mw über der Oberfläche ES des Elements E angeordnet. Eine Spannungsquelle VS ist mit der Mehrzahl M der Drähte Mw verbunden und legt eine vorgegebene positive Spannung an die Mehrzahl M der Drähte Mw. Als Ergebnis werden die freigesetzten Elektronen e von der Mehrzahl M der Drähte Mw angezogen und aufgefangen. Um Raumladungseffekte zu überwinden, wird eine relativ hohe positive Spannung (bezogen auf die bestrahlte Oberfläche) bereitgestellt, die an die Mehrzahl M der Drähte Mw angelegt wird. An die bestrahlte Oberfläche ES kann eine negative Spannung angelegt werden. Auf die freigegebenen Elektronen wirkt eine elektrische Feldstärke in der Größenordnung von 50 V/cm oder sogar höher, um Raumladungseffekte aufgrund der freigegebenen Elektronen zu überwinden. Das Strommessgerät 15 misst den elektrischen Strom aufgrund der von der Mehrzahl M der Drähte Mw aufgefangenen Elektronen.
  • 6 zeigt die Mehrzahl M der Drähte Mw in der Perspektive. Die Drähte Mw verlaufen parallel zueinander. Die Dicke d3 jedes dieser Drähte ist wesentlich kleiner als der Abstand d1 zwischen benachbarten Drähten. Dies stellt sicher, dass die Mehrzahl M der Drähte Mw den Strahl der Strahlung nicht abdunkelt. Außerdem ist der Abstand d1 zwischen benachbarten Drähten kleiner als der Abstand d2 der Drähte von der Oberfläche ES des Elements E. Dies stellt sicher, dass das elektrische Feld von den Drähten zur Oberfläche in etwa gleichmäßig ist.
  • Ein geeigneter Größenbereich für die Drähte Mw ist eine Dicke d3 von 2 μm bis 10 μm. Die Drähte sind typischerweise aus einem Leiter wie Wolfram-Molybdän, Kupfer oder Zirkonium gebildet. Ein besonderer Vorteil von Zirkonium ist, dass es für EUV relativ transparent ist. Der Abstand d1 zwischen den Drähten und der Abstand d2 von den Drähten zur Oberfläche ES kann typischerweise jeweils in der Größenordnung von 1 cm liegen.
  • Die 7 und 8 zeigen die Mehrzahl M der Drähte Mw der vorliegenden Erfindung bei Verwendung mit einem gekrümmten Element E. In 7 ist die Mehrzahl M der Drähte Mw so gekrümmt, dass sie in etwa der Krümmung des Elements E folgen. In 8 ist die Mehrzahl M der Drähte Mw im Wesentlichen eben. Obwohl in der obigen Beschreibung die Mehrzahl Drähte M als Mehrzahl paralleler Drähte beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Muster vorteilhaft verwendet werden können.
  • Ferner kann bei der Überwachung des fotoelektrischen Stroms wie oben dargelegt unter Verwendung des Sensormittels 15 auch der EUV-Projektionsstrahl im gesamten System auf seinem Weg von der Quelle zum Substrat überwacht werden. Eine gemessene Änderung des fotoelektrischen Stroms an einem Element, die nicht mit Messungen an anderen Punkten korreliert, zeigt eine lokale Änderung im System an. Eine solche lokale Änderung kann die Kontamination eines Reflektors (einschließlich der Maske) sein. Ein kontaminierter Reflektor wird den fotoelektrischen Strom beeinflussen, da er für Elektronen, die aus dem Reflektor entweichen wollen, im Allgemeinen eine andere Austrittsarbeit bedeutet. Der Strahlungssensor gemäß der ersten Ausführungsform kann also auch zur Überwachung von Kontamination verwendet werden.
  • Ausführungsform 2
  • Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die der ersten Ausführungsform mit Ausnahme wie nachstehend beschrieben entsprechen kann, wandelt der Strahlungssensor ebenfalls die einfallende EUV-Strahlung in sekundäre Elektronen. Ein Strahlungssensor gemäß der zweiten Ausführungsform ist in 9 dargestellt und weist eine strahlungsempfindliche Schicht 21, z. B. ein Metall und ein Sensormittel 23 auf, das mit (einem) Masse (potential) 25 verbunden ist. Die strahlungsempfindliche Schicht 21 kann Elektronen gemäß ähnlichen Prozessen erzeugen, wie sie für die erste Ausführungsform beschrieben worden sind. Die so erzeugten und freigesetzten Elektronen würden eine positiv geladene Schicht 21 erzeugen, die bei Verbindung mit Masse 25 elektrisch kompensiert wird, um eine neutrale Schicht 21 zu erhalten. Der resultierende elektrische Strom kann vom Sensormittel 23 gemessen werden, wobei der Strom ein Maß für die Intensität der einfallenden EUV-Strahlung ist.
  • Bei der zweiten Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die Intensität oder Dosis durch Verwenden eines Elements wie einen Reflektor im Projektionssystem oder Illuminator IL oder die Maske als Detektorelement zu messen. Im Falle streifender Einfallsspiegel werden die Antwortzeiten relativ kurz sein, da sie im Allgemeinen aus einem Metall mit niedrigem elektrischen Widerstand bestehen. Normale Einfallsspiegel weisen im Allgemeinen einen mehrschichtigen Stapel auf, der auf die zu reflektierende Wellenlänge abgestimmt ist. Der mehrschichtige Stapel kann aus sich abwechselnden Schichten aus Metall und einem Halbleitermaterial bestehen, z. B. ein Stapel aus abwechselnden Molybdän- (Mo) und Silizium- (Si) Schichten sein. Der gesamte spezifische Widerstand des Spiegels ist im Allgemeinen hoch, da er vom spezifischen Kontaktwiderstand zwischen dem Metall und dem Halbleiter bestimmt wird. Dieser Widerstand kann durch Dotieren der Halbleiterschicht erheblich verringert werden. Der geringere Widerstand ergibt eine bessere Übereinstimmung zwischen einfallender Intensität und gemessenem Strom sowie kürzere Antwortzeiten.
  • Wie bei der vorigen Ausführungsform können die Reflektoren auch in diesem Fall zur Überwachung des Projektionsstrahl oder der Kontamination verwendet werden. Die Ausführungsformen 1 und 2 können auch zu einer einzigen Ausführungsform kombiniert werden. Ferner ist die Ausführungsform 2 mit einer Mehrzahl M von Drähten Mw zum Auffangen der freigesetzten Elektronen versehen, um die freigegebenen Fotoelektronen wie bei der ersten Ausführungsform erörtert anzuziehen und aufzufangen, aber ohne den elektrischen Strom der aufgefangenen Fotoelektronen zu messen.
  • Ausführungsform 3
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die in 10 dargestellt ist und der ersten Ausführungsform mit Ausnahme wie nachstehend beschrieben entsprechen kann, ist ein Strahlungssensor, der eine Matrix aus Leitungen 31 aufweist. Jede Lei tung 31 weist strahlungsempfindliches Material zum Erzeugen und Freigeben von Elektronen auf, was in positiv geladenen Leitungen resultieren würde. Durch Verbinden jeder Leitung mit (einem) Masse (potential) 35 kann der Strom, der zum Kompensieren der Ladung jeder einzelnen Leitung erforderlich ist, getrennt durch das Sensormittel 33 gemessen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Dosen der Eingangsstrahlung auf jeder Leitung zu unterscheiden, wodurch z. B. die Gleichförmigkeit des Projektionsstrahls bestimmt werden kann.
  • Falls die Leitungen 31 aus einem Halbleitermaterial bestehen, können sie auch Bestandteil einer elektrischen Schaltung sein, die den elektrischen Widerstand jeder einzelnen Leitung misst. Die einfallende Strahlung ändert den Widerstand jeder Leitung. Der gemessene Widerstand ist deshalb ein Maß für die Menge der einfallenden Strahlung.
  • Der Strahlungssensor gemäß dieser Ausführungsform kann auch als Bildsensor konfiguriert sein, wie er in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Außerdem kann eine zweidimensionale Matrix aus einzelnen Elementen vorgesehen sein, von denen ein jedes mit dem Sensormittel verbunden ist, um die einzelnen Ströme zu messen.
  • Obwohl vorstehend bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die Erfindung auch anders als beschrieben verwirklicht werden kann. Die Beschreibung beabsichtigt nicht, die Erfindung einzuschränken. Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.

Claims (13)

  1. Lithographische Projektionsvorrichtung, aufweisend: ein Strahlungssystem (IL, Ex) zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls (PB) einer Strahlung mit einer Wellenlänge λ1 von weniger als 50 nm; eine Tragstruktur (MT) zur Aufnahme eines Strukturierungsmittels (MA), wobei das Strukturierungsmittel dazu dient, den Projektionsstrahl (PB) gemäß einer gewünschten Struktur zu strukturieren; einen Substrattisch (WT) zur Aufnahme eines Substrats (W); ein Projektionssystem (PL) zum Projizieren des strukturierten Strahls auf einen Zielabschnitt (C) des Substrats (W); und einen Strahlungssensor, der so angeordnet ist, dass er die Strahlung des Projektionsstrahls empfangen kann, wobei der Sensor aufweist: eine Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (11), die die einfallende Strahlung der Wellenlänge λ1 in Elektronen wandelt, die vom strahlungsempfindlichen Material (11) freigegeben werden; einen Kollektor, der so angeordnet ist, dass er die vom strahlungsempfindlichen Material (11) freigegebenen Elektronen einfängt; ein Messgerät (15; 23; 33), das so geschaltet ist, dass es den von den freigegebenen Elektronen induzierten Strom misst; und ein Mittel, das so geschaltet sind, dass es den Kollektor bezüglich des strahlungsempfindlichen Materials (11) positiv lädt, um die freigegebenen Elektronen anzuziehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor eine Mehrzahl (M) Drähte (Mw) aufweist, die im Weg des Projektionsstrahls (PB) positioniert sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Messgerät (23) elektrisch mit dem strahlungsempfindlichen Material (11) verbunden ist, um den elektrischen Strom zu messen, der durch weitere, die freigegebenen Elektronen ersetzende Elektronen induziert wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Messgerät (15) elektrisch mit dem Kollektor verbunden ist, um den elektrischen Strom zu messen, der durch die eingefangenen Elektronen induziert wird.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Mittel zum positiven Laden des Kollektors so ausgeführt ist, dass es ein elektrisches Feld mit einer Stärke über 50 V/cm erzeugt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das strahlungsempfindliche Material (11) in einer Matrix aus einzelnen Elementen (31) angeordnet ist, und das Messgerät (33) so geschaltet ist, dass es Elektronen, die aus den einzelnen Elementen freigegeben werden, getrennt detektiert.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die einzelnen Elemente (31) als eine Matrix aus Zeilen angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der die Mehrzahl (M) der Drähte (Mw) eine Dicke im Bereich von 2 μm bis 10 μm hat.
  8. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der die Drähte (Mw) aus einem Material gebildet werden, das aus der Gruppe Wolfram, Molybdän, Kupfer und Zirkonium gewählt wird.
  9. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der die Drähte (Mw) in etwa parallel zur Oberfläche eines Elements verlaufen, das die Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (11) bildet.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das strahlungsempfindliche Material (11) zumindest entweder im Strukturierungsmittel, oder einem im Projektionssystem vorgesehenen Reflektor oder einem im Strahlungssystem vorgesehenen Reflektor enthalten ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der die Tragstruktur (MT) einen Maskentisch zur Aufnahme einer Maske (MA) aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der das Strahlungssystem (IL, Ex) eine Strahlungsquelle (LA) aufweist.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Geräts, die Schritte aufweisend: Bereitstellen eines Substrats (W), das zumindest teilweise mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichem Material bedeckt ist; Bereitstellen eines Projektionsstrahls (PB) einer Strahlung unter Verwendung eines Strahlungssystems (IL, Ex), wobei der Projektionsstrahl (PB) eine Wellenlänge λ1 von weniger als 50 nm hat; Verwenden eines Strukturierungsmittels (MA), um den Projektionsstrahl (PB) in seinem Querschnitt mit einer Struktur zu versehen; Projizieren des strukturierten Strahls der Strahlung auf einen Zielabschnitt (C) der Schicht aus strahlungsempfindlichem Material; Verwenden eines Strahlungssensors, um die Strahlung des Projektionsstrahls (PB) zu detektieren, wobei der Sensor aufweist: eine Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (11), die die einfallende Strahlung der Wellenlänge λ1 in Elektronen wandelt, die vom strahlungsempfindlichen Material (11) freigegeben werden; einen Kollektor, der so angeordnet ist, dass er die vom strahlungsempfindlichen Material (11) freigegebenen Elektronen einfängt; und ein Messgerät (15; 23; 33), das so geschaltet ist, dass es den von den freigegebenen Elektronen induzierten Strom misst; und ferner den Schritt des positiven Ladens des Kollektors bezüglich des strahlungsempfindlichen Materials (11), um die freigegebenen Elektronen anzuziehen, dadurch gekennzeichnet dass der Kollektor eine Mehrzahl (M) Drähte (Mw) aufweist, die im Weg des Projektionsstrahls (PB) positioniert sind.
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