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Diese
Erfindung betrifft die Fotolithographie durch Extremultraviolett-Strahlung,
insbesondere zur Herstellung von integrierten Schaltungen.
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Zur
Durchführung
einer Fotolithographie eines Objekts wie beispielsweise einer zukünftigen
integrierten Schaltung werden ausgewählte Zonen des Objekts, die
zuvor mit einem fotoempfindlichen Harz bedeckt wurden, einer Strahlenquelle
im Sichtbereich oder im Ultraviolettbereich ausgesetzt. Diese Strahlung
trifft auf die obengenannten Zonen und bewirkt lokal begrenzte Gravuren
an dem Objekt.
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Als
allgemeine Regel gilt, dass die Gravur umso feiner wird, je kürzer die
Wellenlänge
der Strahlung ist. In der Schrift
EP-1
222 842 wurde eine Strahlenquelle im Extremultraviolett-Bereich
(oder nachfolgend „EUV"-Bereich) und deren
Anwendung in der Fotolithographie vorgeschlagen. Die Wellenlänge der
Strahlung reicht von ca. 8 Nanometer bis ca. 25 Nanometer und ermöglicht es
dadurch, eine Feinheit der Gravur zu erreichen, die typischerweise unter
etwa hundert Nanometer liegt. Die Strahlung wird von einem Plasma
abgegeben, in dem eine Wechselwirkung zwischen einem Nebel, der
Tröpfchen
im Mikrometerbereich aus Xenon und/oder Wasser enthält, und
einem Laserstrahl stattfindet. Die Laserquelle kann als ein Nanosekunden-Laser des
Typs Nd;YAG vorgesehen sein. Sie erregt einen Strahl von Partikeln,
die aus einer Düse
kommen und so den oben genannten Tröpfchennebel bilden.
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Ferner
ist aus der Veröffentlichung
WO0232197 eine Strahlung
im Extremultraviolett-Bereich
bekannt, die sich aus der Erregung eines flüssigen Xenon-Strahls ergibt.
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Bei
einer jüngeren
Entwicklung, die in der Veröffentlichung
FR-2 814 599 beschrieben
ist, wird eine EUV-Strahlung durch die Wechselwirkung zwischen mehreren
Laserstrahlen und einem Strahl von Partikeln wie beispielsweise
einem Xenon-Nebel erzielt. Insbesondere sind Laserquellen dahingehend ausgeführt, Laserschüsse im Wesentlichen
in einem und demselben Bereich des Strahls und im Wesentlichen zugleich
abzugeben. So wird verständlich, dass
durch Kombinieren mehrerer Laserquellen, die im Wesentlichen gleichzeitig
den Strahl von Partikeln abgeben, die Spitzenleistung der Strahlung,
die das Plasma produziert, gesteigert wird. Die Schussfrequenz der
Lasergeräte
liegt in der Größenordnung von
einem bis einigen Zig kHz. So versteht man unter den Begriffen „im Wesentlichen
zugleich" die Tatsache.
dass bei jedem Schusstakt, beispielsweise alle 0,1 ms, eine bestimmte
Anzahl von Elementarlichtimpulsen, die jeweils von einem Elementarlasergerät erzeugt
werden, in eine Gruppe von gleichzeitigen und/oder zeitlich nahe
beieinanderliegenden Impulsen zusammengefasst werden, Verbundimpulse
genannt. Eventuell können
durch dieses zeitlich nahe Aneinanderlegen zwei Gruppen von Impulsen
zu zwei verschiedenen Zeitpunkten gebildet werden: eine erste Gruppe,
um das Plasma zu erregen, und eine zweite Gruppe, um es zu verstärken, wobei
die zeitliche Versetzung zwischen diesen beiden Gruppen viel kleiner
ist als das Zeitintervall, in dem sich die Laserschüsse wiederholen.
Es muss jedoch angemerkt werden, dass die räumliche und zeitliche Versetzung
der Elementarimpulse darauf abzielt, die Energiezufuhr an die Notwendigkeiten
des Plasmas in Abhängigkeit
von dessen zeitlicher Entwicklung anzupassen, um die Energiebilanz
zu verbessern. Die beschriebene Vorrichtung versucht in keiner Weise,
eine Feinregulierung der abgegebenen Lichtleistung durchzuführen.
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Seit
der Veröffentlichung
dieser Patentschrift
FR-2 814
599 haben sich die Bemühungen
der industriellen Anmelder für
ein Gravurverfahren im Extremultraviolett-Bereich deutlich fortentwickelt.
Zur Zeit beantragen diese industriellen Unternehmen wie das niederländische
Konsortium ASML:
- – ein Fertigungsverfahren,
das im Wesentlichen kontinuierlich verläuft, mit einer Verfahrgeschwindigkeit
der zu bestrahlenden Halbleiter-Scheibe (oder „wafer") von 400 mm/s,
- – eine
Wiederholungsfrequenz der Strahlungsimpulse im Extremultraviolett-Bereich
von 10 kHz,
- – an
jeder Stelle der zu bestrahlenden Oberfläche eine akkumulierte Dosis
von Strahlung im Extremultraviolett-Bereich von 5 mJ/cm2,
die mittels einer Folge von 50 Impulsen erzielt wird,
- – wobei
diese aufgenommene Dosis eine Fehlerverteilung aufweist, die unter
0,1% des Sollwerts liegen muss.
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Der
letzte aufgeführte
Anspruch stellt für
sich alleine bereits eine technische Herausforderung dar, für die es
im Stand der Technik nach Kenntnis des Anmelders keine Lösung gibt.
Bestimmte Phänomene
in Verbindung mit der Erzeugung eines Plasmas durch Laserbestrahlung
eines Ziels, insbesondere wenn dieses aus Xenon-Aggregaten besteht, sind nämlich noch
kaum bekannt oder bergen zumindest einige Unsicherheiten. Die Position
des Partikelstrahls und die Laserstrahlen können vorübergehend schwanken, insbesondere
auf Grund von bedeutenden Temperaturänderungen in dem Raum der Wechselwirkung.
Der Partikelstrahl selbst unterliegt unvermeidbaren Veränderungen.
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In
der Schrift
US 4 804 978 wird
die Steuerung einer Energiedosis für Fotolithographie beschrieben,
wobei Dämpfungsfilter
verwendet werden, die an einem motorgetriebenen Rad montiert sind. Diese
Lösung
gestattet jedoch keinen Betrieb mit hoher Taktgeschwindigkeit, da
die Laserschüsse
unterbrochen werden, während
ein Filter eingesetzt wird. Außerdem
ist ein kontinuierliches Verschieben des zu gravierenden Objekts
gegenüber
der Quelle unverträglich
mit diesem Verfahren, das im Gegenteil eine vollkommene Unbeweglichkeit
bis zum Erreichen der akkumulierten Dosis von Energie erfordert. Und
schließlich
kann bei einer begrenzten Anzahl von Filtern, die diskreten Dämpfungswerten
entspricht, die exakte Dosis akkumulierter Energie nicht zugeführt werden.
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In
der Schrift
US 6 034 978 wird
eine andere Art der Steuerung der Stabilität der Strahlungsquelle zwischen
zwei Impulsen zur Gewährleistung
der Stabilität
der abgegebenen Energiedosis beschrieben. Insbesondere ist eine
Steuerung der Temperatur des gasförmigen Mediums vorgesehen,
das die Quelle der Strahlung darstellt, um die Stabilität der Strahlungsintensität zu steuern.
Nun ist diese Lösung
nicht auf die in
FR-2 814 599 beschriebene
Vorrichtung übertragbar,
da die Strahlungsquelle kein Plasma ist wie bei
FR-2 814 599 , sondern ein gasförmiger Laserstrahl.
Ein solches System der Regulierung der Ausstrahlung durch Abkühlen des
gasförmigen
Laserstrahls durch eine kontrollierte Wasserzirkulation ist bei
der Vorrichtung mit vernebeltem Partikelstrahl von
FR-2 814 599 schwer anwendbar. Einerseits können bei
einem solchen Verfahren die Schwankungen des Ergebnisses der Umwandlung
zwischen Laserenergie und Extremultraviolett-Energie nicht berücksichtigt
werden, was die Anwendung zur Erzeugung von Extremultraviolett- Strahlung durch Wechselwirkung
von kohärentem
Licht auf ein plasmaerzeugendes Ziel verunmöglicht. Andererseits scheint
es beim heutigen Stand der Technik nicht möglich, dass ein solcher Laser
die starke impulsförmige
Energie mit hoher Taktgeschwindigkeit, wie sie das Konsortium ASML
spezifiziert, abgeben kann.
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Abschließend wird
nach dem Stand der Technik nach Kenntnis der Erfinder keinerlei
anderes Verfahren oder andere Vorrichtung angeboten oder vorgeschlagen,
mit dem eine Fotogravur im Extremultraviolett-Bereich möglich wäre, die
einerseits tatsächlich
kontinuierlich verliefe, d. h. ohne dass es neben dem Verschieben
des Objekts Verfahrensschritts gäbe,
durch die die Impulsfolge der Extremultraviolett-Strahlung verlangsamt
würde,
und die andererseits eine Abweichung bei der Fehlerverteilung auf die
aufgenommenen Dosen in der Größenordnung von
0,1% oder darunter ermöglichen
würde.
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, diesem Mangel abzuhelfen,
und beschreibt ein Verfahren, das eine Fotogravur im Extremultraviolett-Bereich ermöglicht, die
einerseits tatsächlich
kontinuierlich verläuft,
d. h. ohne dass es neben dem Verschieben des Objekts Verfahrensschritts
gibt, durch die die Impulsfolge der Extremultraviolett-Strahlung
verlangsamt würde,
und die andererseits eine Abweichung bei der Fehlerverteilung auf
die aufgenommenen Dosen in der Größenordnung von 0,1% oder darunter
ermöglicht.
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Ein
weiterer Zweck dieser Erfindung liegt in einer Vorrichtung, mit
der dieses Verfahren angewendet wird.
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Dazu
ist bei dieser Erfindung zunächst
ein Fotolithographie-Verfahren durch Extremultraviolett-Strahlung
vorgesehen, bei dem ein Objekt mit einer ebenen Oberfläche, die
im rechten Winkel zu der Lichtstrahlung angeordnet ist und eine
fotoempfindliche Zone aufweist, die geeignet ist, sich quer zu dieser
Strahlung zu verschieben, eine vorbestimmte Anzahl N von aufeinander
folgenden Extremultraviolett-Impulsen aufnimmt (nach den Spezifikationen ASML
ist N = 50), und zwar an jeder Stelle der laufenden fotoempfindlichen
Zone, die der Strahlung ausgesetzt wird. Das Objekt nimmt die Strahlung
durch ein Bestrahlungsfenster von ausgewählter Breite auf, das gegenüber der
Strahlung im Wesentlichen unbeweglich angeordnet ist.
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Die
Impulse werden dadurch erzeugt, dass auf ein Ziel, das geeignet
ist, ein Plasma mit mindestens einer Emissionslinie im Extremultraviolett-Bereich
zu bilden, mindestens zwei kohärente
Lichtstrahlen auftreffen, die von Impulslaserquellen stammen, die
im Folgenden einfach mit „Lasern" bezeichnet werden.
Damit die Anzahl dieser Laser trotz der hohen kurzzeitigen Leistung
und Energie, die nötig sind,
damit das Plasma im Extremultraviolett-Bereich strahlt, in vernünftigen
Maßen
bleibt, haben diese Laser, die a priori die gleiche Leistung bringen,
jeweils eine hohe Spitzenleistung in der Größenordnung von mehreren Hundert
kW. Sie senden Impulse mit einer Energie von einigen Zig mJ aus,
und ihre Durchschnittsleistung liegt in der Größenordnung von mehreren Hundert
Watt.
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Im
Folgenden wird mit „Quantum" die Menge der Lichtenergie
bezeichnet, die bei jedem Laserschuss durch derartige, einander
gleichende Laser erzeugt wird, die soweit wie möglich eine gleiche Laserschuss-Dauer Δt (beispielsweise
in der Größenordnung
von 50 Nanosekunden) und eine gleiche Spitzenleistung dieser Laserschüsse (je
nach gewählter
Ausführung
von mehreren Hundert KW bis zu mehr als einem MW) haben.
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Ferner
erfordert diese Erfindung, dass diese Spitzenleistung unter dem
Schwellenwert Ps bleibt, der zu einem ersten Zeitpunkt die Zündung des
Plasma und dann zu einem zweiten Zeitpunkt das Aussenden mindestens
einer Emissionslinie im Extremultraviolett-Bereich bewirkt. Unterhalb
dieses Schwellenwerts Ps kann das Zünden des Plasmas erfolgen,
nicht aber dessen Strahlen im Extremultraviolett-Bereich.
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Wenn
diese Laserstrahlen auf die gleiche Stelle des oben genannten Ziels
auftreffen, erzeugen sie ein Plasma, das mindestens eine Emissionslinie im
Extremultraviolett-Bereich
hat. Das Quer-Verschieben des Objekts mit einer zu bestrahlenden Zone
wird dergestalt gewählt,
dass zwischen zwei aufeinander folgenden Extremultraviolett-Strahlungsimpulsen
dessen Amplitude einen Bruchteil 1/N der Breite des Bestrahlungsfensters
in der Richtung dieser Verschiebung beträgt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist also bei jedem Fotolithographie-Verfahren anwendbar, bei dem:
- – das
zu lithographierende Objekt eine ebene Oberfläche aufweist, die im rechten
Winkel zu der Lichtstrahlung angeordnet ist und eine fotoempfindliche
Zone aufweist, wobei dieses Objekt geeignet ist, sich quer zu dieser
Strahlung zu verschieben,
- – die
Strahlung, die die Gravur bewirkt, mindestens einen Strahl im Extremultraviolett-Bereich umfasst
und aus N laufenden, aufeinander folgenden Impulsen gebildet ist,
deren Oberflächenenergie
durch ein Bestrahlungsfenster gemessen wird,
- – diese
Strahlungsimpulse durch das Auftreffen von mindestens zwei Laserstrahlenbündeln auf ein
geeignetes Ziel erzeugt werden, wobei diese Laserstrahlenbündel aus
Impulslaserquellen stammen, die aus einer Vielzahl gewählt werden und
jeweils bei jeder Auslösung
ein Energiequantum von gegebener Dauer aussenden, wobei diese Laserquellen
auf die gleiche Stelle des Ziels fokussiert werden.
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Unter "geeignetes Ziel" versteht man ein
Ziel, das geeignet ist, ein Plasma auszusenden, das mindestens eine
Emissionslinie im Extremultraviolett-Bereich hat. Unter „Vielzahl
von Laserquellen" versteht man
eine ausreichende Menge, um die für eine Fotogravur mit N laufenden
Impulsen nötige
Strahlung zu erzeugen.
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Dieses
Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden sich
wiederholenden Verfahrensschritte umfasst, die für den N-ten Impuls ausgedrückt sind:
- a) Integration der Oberflächenenergie der Extremultraviolett-Strahlung,
die bei den letzten N-1 Impulsen durch das Bestrahlungsfenster gelangt ist,
- b) Vorschubbewegung des fotoempfindlichen Objekts während des
Zeitraums zwischen zwei aufeinander folgenden Bestrahlungsimpulsen
um eine Strecke, die gleich einem Bruchteil 1/N der Breite des Bestrahlungsfensters
auf der Achse dieser Vorschubbewegung ist,
- c) Subtraktion des in Verfahrensschritt a) erzielten Integrals
von der Energiemenge, die für
den Fotogravurprozess erforderlich ist,
- d) Bestimmung der Energiemenge, die noch zugeführt werden
muss, um diese Energiemenge zu erreichen,
- e) Berechnung der Anzahl von Impulsquanten, die noch zu erzeugen
sind, um einen N-ten Impuls zu erzeugen,
- f) Bestimmung einer entsprechenden Anzahl von Laserquellen,
die einzuschalten sind, sodann Auswahl von Laserquellen in gleicher
Anzahl wie der gesamte Teil dieser Anzahl,
- g) Synchrones Auslösen
der in Verfahrensschritt f) gewählten
Laser, und Wiederholung der Schritte a) bis g) für den nächsten laufenden Punkt.
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Im
allgemeinsten Fall bildet die Zahl von Laserquellen, die in Schritt
f) berechnet werden, einen unechten Bruch, und der Bruchteil dieser
Zahl entspricht einer Energiezufuhr, die kleiner ist als ein Quantum.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform, bei
der die Zahl von Laserquellen, die in Schritt f) berechnet werden,
einen unechten Bruch bildet, wird die Energiemenge, die unterhalb
eines Quantums liegt, und die mit diesem unechten Bruch der Zahl von
Lasern verbunden ist, durch eine Laserquelle zugeführt, die
geeignet ist, das den anderen Laserquellen gemeinsame Energiequantum
abzugeben, und wird mit einer Verzögerung ausgelöst, die
geringer ist als die Dauer Δt
eines Quantums, bezogen auf den Zeitpunkt der synchronen Auslösung der
anderen Laserquellen, die den gesamten Teil der Quantenanzahl des
gleichen laufenden Impulses abgeben.
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In
diesem Fall dauert der Impuls, der den Bruchteil eines Quantums
zuführt, über das
Auslöschen
der in Schritt f) gewählten
Laser an, die dazu bestimmt sind, den Gesamtanteil der Zahl von
Lasern beizusteuern. Er besteht dann alleine, so dass die Gesamtleistung
eines Augenblicks unter den Schwellenwert Ps sinkt, der das Aussenden
von mindestens einer Emissionslinie im Extremultraviolett-Bereich
durch das Plasma bewirkt. So trägt
also der Anteil des Energiequantums, der nach dem Auslöschen der
ersten Laser dieses gleichen laufenden Impulses erfolgt, nichts
zur Extremultraviolettstrahlung bei. Das bedeutet in der Tat, ein
Bruchteil eines Quantums zu erzeugen, dies aber mittels eines Lasers,
der identisch mit den Lasern ist, die ein Quantum erzeugen. Dieser
gleiche Laser kann bei einem anderen laufenden Impuls ein ganzes
Quantum erzeugen. Dies ermöglicht
auch eine sehr bedeutsame Flexibilität und Präzision bei der Einstellung
der Laserleistung.
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Gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform,
bei der die Zahl von Laserquellen, die in Schritt f) berechnet wird,
einen unechten Bruch bildet, wird die Energiemenge, die unterhalb
eines Quantums liegt, und die mit diesem unechten Bruch der Zahl
von Lasern verbunden ist, durch mehrere Laserquellen zugeführt, die
geeignet sind. ein gleiches Energiequantum abzugeben wie die anderen Laserquellen,
und von denen
- – die erste mit einer Verzögerung (1-k1)Δt
(wobei 0 < k1 < 1)
nach dem Zeitpunkt des Auslösens
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen, ausgelöst
wird,
- – die
zweite mit einer Verzögerung
(1-k2)Δt
(wobei k1 < k2 < 1)
nach dem Zeitpunkt des Auslösens
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen, ausgelöst
wird,
- – und
so fort, wobei die q-te mit einer Verzögerung (1-kq)Δt (wobei
0 < kq < 1) nach dem Zeitpunkt
des Auslösens
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen, ausgelöst wird,
und
- – ferner
die Summe dieser Verzögerungen
kleiner ist als die Dauer eines Quantums Ät.
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Der
Koeffizient k ist vorzugsweise proportional zu dem Bruchteil der
Zahl von Lasern gewählt.
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Gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform,
bei der die Zahl von Laserquellen, die in Schritt f) berechnet wird,
einen unechten Bruch bildet, wird die Energiemenge, die unterhalb
eines Quantums liegt, und die mit diesem Bruchteil der Zahl von
Lasern verbunden ist, durch eine Laserquelle zugeführt, die
geeignet ist, eine Energie abzugehen, die geringer ist als ein Quantum,
und mit einer Verzögerung
ausgelöst
wird, die geringer ist als die Dauer (Δt) eines Quantums, bezogen auf
den Zeitpunkt des synchronen Auslösens der anderen Laserquellen,
die den gesamten Teil der Quantenanzahl des gleichen laufenden Impulses
abgeben.
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Gemäß einer
vierten bevorzugten Ausführungsform,
in der die beiden vorherigen kombiniert sind, und bei der die Zahl
von Laserquellen, die in Schritt f) berechnet wird, einen unechten
Bruch bildet, wird die Energiemenge, die unterhalb eines Quantums
liegt, und die mit diesem unechten Bruch der Zahl von Lasern verbunden ist,
durch mehrere Laserquellen zugeführt,
die geeignet sind, ein Energiequantum abzugeben, das geringer ist
als ein Quantum, und von denen
- – die erste
mit einer Verzögerung
(1-k1)Δt
(wobei 0 < k1 < 1)
nach dem Zeitpunkt des Auslösers
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen, ausgelöst
wird,
- – die
zweite mit einer Verzögerung
(1-k2)Δt
(wobei k1 < k2 < 1)
nach dem Zeitpunkt des Auslösens
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen, ausgelöst
wird,
- – und
so fort, wobei die q-te mit einer Verzögerung (1-kq) Δt (wobei
0 < kq < 1) nach dem Zeitpunkt
des Auslösens
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen, ausgelöst wird,
und
- – ferner
die Summe dieser Verzögerungen
kleiner ist als die Dauer eines Quantums Δt.
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Diese
Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung vor, mit der das erfindungsgemäße Verfahren
angewendet wird. Die Vorrichtung zur Fotolithographie durch Extremultraviolett-Strahlung
weist also auf:
- – eine Extremultraviolett-Strahlungsquelle
mit mindestens zwei Laserstrahlenbündeln, die von Impulslaserquellen
ausgehen, die jeweils bei einem Laserschuss ein Energiequantum von
gegebener Dauer aussenden, und geeignet sind, einen und den selben
Bereich eines Ziels zu erregen, das geeignet ist, ein Plasma auszusenden,
das mindestens eine Emissionslinie im Extremultraviolett-Bereich
besitzt,
- – ein
Bestrahlungsfenster von ausgewählter
Breite, das zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt angeordnet
ist und gegenüber
der Strahlungsquelle unbeweglich ist,
- – Mittel
zum Querverschieben eines zu fotolithographierenden Objekts gegenüber dem
Fenster, wobei dieses Objekt eine ebene, im rechten Winkel zur Strahlung
angeordnete Oberfläche
hat und eine fotoempfindliche Zone aufweist, wobei dieses Verschieben
dergestalt gewählt
wird, dass die Querverschiebung des Objekts gegenüber dem Fenster
zwischen zwei aufeinander folgenden Extremultraviolett-Strahlungsimpulsen
einen Bruchteil 1/N der Bestrahlungsfensterbreite in der Richtung
der Verschiebung beträgt,
so dass ein und derselbe Streifen dieser Zone des Objekts einer vorbestimmten
Anzahl N von aufeinander folgenden Extremultraviolett-Impulsen ausgesetzt
wird.
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Die
Vorrichtung im Sinne der Erfindung weist ferner auf:
- – Mittel
zum Messen der Spitzenleistung der Strahlung durch das Bestrahlungsfenster,
- – Mittel,
die vorgesehen sind, um für
einen N-ten abzugebenden Impuls zu berechnen:
- – die
Summe der gemessenen Energie der Extremultraviolett-Strahlung der
N-1 letzten Impulse, was gleichbedeutend ist mit dem Integral der
Spitzenleistung der Strahlung über
die gesamte Dauer der N-1 letzten Impulse,
- – der
Energiemenge, die durch einen nächsten, N-ten
Impuls noch abgegeben werden muss, indem diese Summe mit einer vorbestimmten
Gesamtenergiedosis, die für
die Fotogravur erforderlich ist, verglichen wird,
- – eine
Anzahl von Energiequanten, die die Laserquellen abgeben müssen, um
diese Energiemenge dieses N-ten Impulses zu erreichen, unter Berücksichtigung
dessen, dass die Impulse des momentanen Laserlichts, das unter dem
Schwellenleistungswert liegt, nicht dazu beitragen, eine Extremultraviolett-Strahlung
zu erzeugen,
- – Mittel
zum Auswählen
und Synchronsteuern einer gewählten
Anzahl von Lasern in Abhängigkeit von
der berechneten Anzahl von Quanta.
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Die
Mittel zum Verschieben des zu fotogravierenden Objekts gegenüber der
Strahlung sind aktiv. um das Objekt sodann um ein Inkrement zu verschieben,
das gleichwertig mit denn genannten Bruchteil 1/N der Fensterbreite
ist.
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Gemäß der ersten
Variante, bei der der Bruchteil der Anzahl der Laser durch ein Energiequantum
dargestellt wird, das gegenüber
der synchronen Auslösung
der vorherigen Laser verzögert wird,
weist die Erfindung ferner Mittel auf, die geeignet sind. derartige
Verzögerungen
in Abhängigkeit von
dem Wert des Bruchteils der Anzahl der Laser zu erzeugen, um den
genannten N-ten laufenden Impuls zu erzeugen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das genannte Ziel ein Mikrotröpfchen-Leitstrahl aus vernebeltem
Xenon. In einer Variante kann dieses Ziel ein flüssiger Xenon-Strahl sein, wie
in der Veröffentlichung
WO0232197 beschrieben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform, die
mit der vorherigen zusammengenommen werden kann, stammen die Laserschüsse aus
festen Impulslasern, die oszillierend arbeiten, und werden durch Dioden,
die kontinuierlich arbeiten, gepumpt.
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Bestimmte
Arten von Lasern arbeiten wirkungsvoller, wenn ihr Stab, sobald
er geladen ist, vor der nächsten
Pumpphase vollständig
entladen wird. Um dieser Anforderung zu entsprechen, kann das Steuersystem
der Laser gemäß dieser
Erfindung in einer Variante dergestalt vorgesehen sein, dass die nicht
für einen
laufenden Impuls erforderlichen Energiequanta außerhalb dieses Impulses getrennt
ausgelöst
werden, so dass sie nie den Schwellenwert Ps überschreiten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen hervor, wobei
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1 schematisch
eine Vorrichtung zur Ausführung
des Fotolithographie-Verfahrens im Sinne der Erfindung darstellt,
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2a eine
Veränderung
des Emissionskoeffizienten der EUV-Strahlungsquelle in Abhängigkeit von
der Anzahl der gleichzeitig aktiven Laserquellen schematisch darstellt,
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2b eine
Veränderung
des Emissionsvermögens
der EUV-Strahlungsquelle als Funktion der durch die Laserschüsse abgegebenen
Energie schematisch darstellt,
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3a den
Beitrag der Laserschüsse
zur Bildung von EUV-Impulsen mit eingestellten Energien als Funktion
der Zeit schematisch darstellt,
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3a schematisch
einen EUV-Impuls mit eingestellter Energie darstellt, auf den unmittelbar das
Auslösen
von überschüssigen Energiequanta folgt,
deren Momentanleistung unterhalb des Schwellenwert Ps bleibt,
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4 schematisch
einen Teil eines Steuerblocks für
die Erzeugung der Laserschüsse
darstellt,
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5 schematisch
Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, und
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6a bis 6d schematisch
die Position des Bestrahlungsfensters in aufeinanderfolgenden Positionen
im Verlauf der Bestrahlung des Objekts OBJ darstellen.
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Es
wird betont, dass das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung
allgemein auf die Fotolithographie von integrierten Schaltungen
anwendbar sind.
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Auf
einer Fläche
von einigen mm2 und in einer Dicke von einigen
Mikrometern wird ein Aufbau hergestellt, der mehrere Tausend Bauteile
enthalten kann. Das Ausgangsmaterial ist eine Siliziumscheibe (oder „wafer") mit einem Durchmesser
von etwa zehn cm. Diese Scheibe wird mehreren chemischen Behandlungen
unterzogen (Auftragen von drinnen Schichten, Dotierung...). Dabei
werden mehrere integrierte Schaltungen auf der gleichen Siliziumscheibe hergestellt.
Eine der Schlüsselbehandlungen
bei der Herstellung integrierter Schaltungen ist die Fotolithographie.
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Es
wird Bezug auf 1 genommen, die einen wafer
OBJ darstellt, auf den eine EUV-Bestrahlung 23 (Extremultraviolett)
vorgenommen wird, um den wafer zu fotolithographieren. Insbesondere
weist das zu lithographierende Objekt OBJ eine ebene Oberfläche auf,
die im rechten Winkel zu der Lichtstrahlung 23 angeordnet
ist, und besitzt eine mit einem fotoempfindlichen Harz RP beschichtete
fotoempfindliche Zone, die geeignet ist, sich quer zu dieser Strahlung 23 zu
verschieben (Pfeil 41).
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Um
diese Phase vorzubereiten, wird die Siliziumplatte zuvor auf mehr
als 1000 °C
erhitzt. Die Oberfläche
des wafer oxidiert, wobei sich eine dünne isolierende Siliziumoxidschicht
bildet. Sodann wird auf die Zone, die fotoempfindlich sein soll,
ein fotoempfindliches Harz RP aufgetragen, um die Oberfläche des
wafer OBJ stellenweise zu beschichten. Dann wird die Siliziumscheibe
der Bestrahlung 23 unterzogen, wobei vorzugsweise eine
(nicht dargestellte) Maske verwendet wird, die geeignet ist, das
gewünschte
Fotolithographie-Muster darzustellen. Dieser Verfahrensschritt bei
der Herstellung integrierter Schaltungen wird „Insolation" genannt. Von der
Wellenlänge
dieser Strahlung hängt
die erzielte Präzision der
Fotolithographie und damit die Größe der integrierten Schaltung
ab. Heute liegen diese Wellenlängen
im Bereich sichtbaren Lichts oder im Ultraviolett-Bereich. Um eine
Feinheit der Gravur von 40 nm zu erzielen, wurde kürzlich eine
EUV-Quelle entwickelt, die eine Strahlung mit der Wellenlänge von 13,5
nm aussendet, und zwar bei einem für die Fotolithographie bevorzugten
Wiederholungstakt von 10 kHz. Die EUV-Emission wird durch Wechselwirkung zwischen
einer bevorzugten Anzahl von 10 Impulslaserstrahlen des Typs Nd:YAG,
die mit einem durchschnittlichen Takt von 10 kHz im Infrarotbereich
(feste Laser) und einem kontinuierlichen Xenon-Strahl ausstrahlen.
Es ergibt sich ein heißes
Plasma, das eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 13,5 nm aussendet.
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In 1 sind
Laserquellen mit den Bezugszeichen 10 bis 19 dargestellt,
die geeignet sind, einen Partikelstrahl 21 zu erregen,
der in einer Wechselwirkungskammer 20 zirkuliert. Vorzugsweise
enthält dieser
Partikelstrahl einen ein Mikrotröpfchen-Leitnebel aus Xenon.
Insbesondere sind die Laser 10 bis 19 geeignet,
Laserschüsse
auszusenden, die auf den gleichen Bereich des Strahls 21 fokussiert
sind.
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Indem
die aktiven Laser auf den Partikelstrahl jeweils einen Schuss einer
Energie eines Quantums abgeben, erregen sie ihn und haben die Tendenz,
in ihm ein Plasma zu erzeugen. Wenn der Gesamtbeitrag der Energiequants
einen Schwellenwert Ps überschreitet
(der dem Schwellenwert der Emission von Extremultraviolett-Strahlung
entspricht), wird das Wechselwirkungs-Plasma angestoßen, sodann
erscheint die Emissionslinie im Extremultraviolett-Bereich während eines
Zeitraums, der annähernd
der Zeit des den Schwellenwert Ps überschreitenden Laserimpulses
entspricht. In 1 zeigen die Pfeile mit den
Bezugszeichen EUV das Auftreten eines solchen Strahlungsimpulses
im Extremultraviolett-Bereich an. Er breitet sich in einem soliden
breiten Winkel aus, und eine optische Aufnahmevorrichtung, die nicht
dargestellt ist, wird dazu verwendet, diese Strahlung einzufangen
und sie zu dem zu photogravierenden Objekt zu leiten.
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In 2a wurde
als Beispiel schematisch der Emissionskoeffizient der EUV-Quelle
(in Prozent) als Funktion der Anzahl der aktiven Laserquellen dargestellt,
die zur gleichen Zeit auf den Partikelstrahl schießen. Bei
dem beschriebenen Beispiel sind vier Laserquellen ausreichend, um
das Plasma anzustoßen.
In der erschöpfenderen
Darstellung des Emissionsvermögens
(in beliebigen Einheiten) als Funktion der durch die Laserschüsse abgegebenen
Energie, in 2, wird angegeben, dass
ca. 2,5 × 1011 W/cm2, die auf
den Partikelstrahl abgegeben werden, bei dem beschriebenen Beispiel
nötig sind,
um das Plasma zu erwärmen.
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Wieder
bezugnehmend auf 1 sendet eine Steuerkonsole
ein Steuersignal für
jede Laserquelle 10 bis 19 aus, um im EUV zu einem
gegebenen Zeitpunkt einen Impuls zu bilden oder nicht. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
wird eine zeitliche Versetzung zwischen den Laserschüssen gesteuert,
die erforderlich sind, um einen Impuls zu einem gegebenen Zeitpunkt
abzugeben, insbesondere mit dem Ziel, die Energie dieses Impulses
einzustellen. In 3a wurden die ausgesendeten
Impulse I1, I2,
I3 in Abhängigkeit von der Anzahl der
aktiven Laserquellen und vom Zeitpunkt der Laserschüsse sehr schematisch
dargestellt. Bei dem beschriebenen Beispiel sind alle Laserquellen
gleich oder führen
dem Plasma während
eines Laserschusses zumindest eine gleiche Energie zu. Aus diesem
Grund hat man sich entschieden, diese Energie als "Quantum" zu qualifizieren.
Hier sendet jede Laserquelle einen Schuss mit einer gleichen Dauer Δt (typischerweise in
der Größenordnung
von 40 Nanosekunden bei einem festen Laser Nd:YAG) und einer gleichen
Spitzenleistung aus. Es wird jedoch auch eine alternative Lösung angestrebt,
die darin besteht, Laserquellen zu wählen, die Schlüsse mit
unterschiedlichen Spitzenleistungen und/oder unterschiedlichen Dauern Δt aussenden
können,
um die Energie der ausgesendeten Impulse feiner einzustellen. In
diesem Fall können
die Energiequanta, die die Laserquellen abgeben, sich von einer
Laserquelle zur anderen unterscheiden.
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So
ist in 3a jedes Energiequantum Q, das
der Quelle zugeführt
wird, durch ein Quadrat dargestellt, in dem sich zwei Diagonalen
kreuzen. Um einen maximalen Energieimpuls I1 abzugeben,
werden alle zehn Laserquellen zur gleichen Zeit zum Zeitpunkt t1 aktiviert. Das Plasma, das auf die Erregung der
Laserschüsse
reagiert, gibt den Impuls I1 in das EUV
ab, dessen Energiemaximum im Wesentlichen im Zeitpunkt t1 + Δt
erreicht ist. Um einen Impuls I2 abzugeben,
der schwacher ist als I1, greift man bei
dem dargestellten Beispiel nur auf sieben Laserquellen zurück. So ist
nachzuvollziehen, dass die Energie des in das EUV abgegebenen Impulses
proportional ist zu der Anhäufung
von Quants Q und damit zur Anzahl von Laserquellen, die gleichzeitig
aktiv sind. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung wird
der Schuss einer oder mehrerer Laserquellen zeitlich versetzt, um
einen Impuls I3 abzugeben, dessen Energie
nicht einer ganzen Zahl von Quants Q entspricht. Auf diese Weise
wird in dem in 3a dargestellten Beispiel, um
den dritten Impuls I3 abzugeben, die siebte
Laserquelle zu einem Zeitpunkt t73 aktiviert, der
um eine Zeitdauer von weniger als Δt gegenüber einem gleichen Zeitpunkt
t3 der anderen Schlüsse versetzt ist. So ist das
Quantum, das in 3a die Bezugszahl 7 hat,
um einen Bruchteil der spezifischen Dauer Δt gegenüber den anderen, darunter liegenden
Quants versetzt. Bei dem dargestellten Beispiel ermöglicht es
der Teil links von dem Quantum 7 (der gemeinsam mit den
anderen Quanta zur Strahlung beiträgt), im Wesentlichen ein halbes
Energiequantum dem Plasma zuzuführen,
um einen Impuls abzugeben, während
der rechte Teil ein halbes Quantum zuführt, das unzureichend ist,
um das Reaktionsplasma zu unterhalten, und geht daher nicht in die
Energie der Strahlung in dem EUV ein. Die Impulsfolge-Periode der
Impulse I1, I2,
I3 liegt in der Größenordnung von 0,1 Millisekunde.
Es wird verständlich,
dass ein typischer Wert in der Größenordnung von einigen Zig
Nanosekunden für
die Dauer Δt
eines Laserschusses deutlich geringer ist als die Periode der EUV-Impulse.
So erfolgen diese Schüsse,
selbst wenn man eine zeitliche Versetzung zwischen den Laserschüssen einer
und derselben Salve steuert, wiederholt zu im Wesentlichen rekurrenten
Zeitpunkten und definieren eine EUV-Impulsfolge-Periode. Die zeitliche
Versetzung zwischen den Laserschüssen
einer und derselben Salve stört
also keinesfalls die Emissionsfrequenz der Impulse.
-
In 3a wurde
rein zu Darstellungszwecken eine Anhäufung von zwei Quanta zu einem
gleichen Schusszeitpunkt tN dargestellt.
Zur Vereinfachung der Argumentation wird davon ausgegangen, dass
die Momentanleistung eines Quantums etwas niedriger ist als die
Hälfte
des Schwellenwerts Ps. So ist in dieser Figur die zum Zeitpunkt
tN der Anhäufung zugeführte Energie unzureichend ist,
um das Plasma zu diesem Zeitpunkt tN anzustoßen. In
der Wirklichkeit sind im Allgemeinen zwischen einem und zwei Quanta
nötig,
um diesen Schwellenwert Ps zu erreichen.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass bei der hier beschriebenen Ausführung die
Laserquellen wiederholt schießen
müssen,
um die in dem Laserstab angesammelte Energie zu entladen. So können, bezugnehmend
auf 3b, die zehn Laser 10 bis 19 mit
einer zeitlichen Versetzung zwischen den Schüssen schießen, wobei sie den Schwellenwert
der nötigen
Energie kaum überschreiten
(der in der Figur mehr als vier Quanta Q entspricht, in der Praxis
aber etwas mehr als der Momentanleistung eines Quantums entspricht),
um das Plasma anzustoßen
und einen Impuls speziell in dem EUV zum Zeitpunkt ti zu erzeugen.
Vorteilhafterweise kann auf diese Weise vorgegangen werden, um alle
Laser schießen
zu lassen, ohne dabei jedoch die Maximalenergie des Impulses I1, wie oben beschrieben, zu erreichen. So
tragen die zum Zeitpunkt ti versetzten Schüsse nicht
zur Nutzenergie der Quelle bei. Für die Schüsse, die diesem Zeitpunkt ti folgen, wird darauf hingewiesen, dass die
zeitliche Versetzung weniger präzise
sein kann. Um das Plasma zu erzeugen und die Energie in den gewünschten
Spektralstreifen (im EUV) zu senden, muss der oben genannte Anstoß-Schwellenwert
erreicht werden. So wählt
man vorteilhafterweise Laser dahingehend aus, dass die Energie eines einzigen
Laser kein Plasma erzeugt oder ein Plasma erzeugt, das nicht in
den gewünschten
Spektralstreifen aussendet.
-
Insbesondere
ist, bezugnehmend auf 3b, festzustellen, dass der
Energiebeitrag der Laserschüsse
zur Emission eines EUV-Impulses, soweit gewünscht, eingestellt werden kann.
Insbesondere kann eine fortschreitende zeitliche Versetzung der
Schüsse
mit den Bezugszahlen 5 und 6 gesteuert werden,
um einen Impuls zu erzeugen, wobei die Summe dieser Versetzungen
geringer bleibt als die Dauer der Schüsse Δt.
-
So
erfolgt der Laserschuss mit der Bezugszahl 5 zu einem Zeitpunkt
(1-k1)Δt
(wobei 0 < k1 < 1) nach
dem Zeitpunkt t11 des Auslösens der
vorherigen Laser, und der Laserschuss mit der Bezugszahl 6 erfolgt
zu einem Zeitpunkt (1-k2)Δt (wobei
k1 < k2 < 1) nach
dem Zeitpunkt t11 des Auslösens der
vorherigen Laser. So erfolgt bei einer Ausführungsform zur Erzeugung eines "Bruchteilquantums" (dem Plasma zugeführte Energiemenge,
die geringer ist als ein Quantum und so einem „Bruchteil der Anzahl von
Lasern" entspricht),
das Auslösen
- – der
ersten Laserquelle mit einer Verzögerung (1-k1)Δt (wobei
0 < k1 < 1) nach dem Zeitpunkt
des Auslösens
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen,
- – einer
zweiten Laserquelle mit einer Verzögerung (1-k2)Δt (wobei
k1 < k2 < 1)
nach dem Zeitpunkt des Auslösens
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen,
- – und
so fort, wobei die q-te Laserquelle mit einer Verzögerung (1-kq)Δt
(wobei 0 < kq < 1)
nach dem Zeitpunkt des Auslösens
der synchronen Laser, die den gesamten Teil der Anzahl der Laser
darstellen, ausgelöst
wird, wie schematisch in 3b dargestellt.
-
Dabei
bleibt die Summe dieser Verzögerungen
geringer ist als die Dauer eines Quantums Δt.
-
Diese
Ausführungsform
kann für
gleiche von den Lasern abgegebene Quanta oder auch für Quanta,
die sich beispielsweise in ihrer Spitzenleistung unterscheiden und
von verschiedenen Lasern abgegeben werden können, vorgesehen werden.
-
Es
wird betont, dass ein Laserschuss-Zeitpunkt mit einer höheren Präzision als
einige Nanosekunden gesteuert werden kann. So ist es bei einer Schussdauer
in der Größenordnung
von 40 Nanosekunden möglich,
mindestens etwa zehn unterschiedliche zeitliche Versetzungen für einen
auszuführenden
Laserschuss zu steuern. Auf diese Weise können beim heutigen Stand der
Technik Bruchteile eines Quantums erzielt werden, die im Wesentlichen
in der Größenordnung
eines Zehntels eines Quantums liegen.
-
Kurz
gefasst, steuert man hier die Auslösung von
- – mindestens
einem ersten Laserschuss zu einem vorbestimmten Zeitpunkt t11 (vier Laserschüsse in dem in 3b dargestellten
Beispiel), und
- – einem
oder mehreren aufeinanderfolgenden Laserschüssen zu jeweiligen Zeitpunkten
t15, t16, die ausgewählt werden,
um die Energie eines auszusendenden Extremultraviolett-Impulses
einzustellen, wobei diese jeweiligen Zeitpunkte innerhalb eines
Zeitintervalls verteilt liegen, das kleiner ist als die Dauer der
Schlüsse Δt.
-
Da
die Energie eines von dem Plasma ausgesendeten Impulses allgemein
von der Spitzenleistung der Summe der Laserschüsse abhängt, wird hier gezeigt, dass
es möglich
ist, die Energie dieser Plasma-Quelle zu verändern, indem die Laserschüsse zeitlich
versetzt werden. Vorteilhafterweise kann die von der Quelle ausgesendete
Energie sehr rasch verändert
werden, und so die Energie jedes Lichtimpulses für eine Quelle, die mit einer
Wiederholungsfrequenz arbeitet, die bis zu mehreren Zig kHz reichen
kann, unabhängig
gesteuert werden. Der Vorteil dieser Lösung liegt auch darin, dass
dabei das thermische Gleichgewicht der Quelle nicht gestört wird und
dass die Gesamtanordnung der Quelle nicht verstellt wird. Es wurde
nämlich
festgestellt, dass die Quelle in Abhängigkeit von der Anzahl der
gleichzeitig erfolgenden Laserschüsse ausnahmslos unmittelbar
in ihren Ausgangszustand zurückkehrt.
So kann die Quelle beispielsweise mit 80% ihrer Maximalenergie und
beim nachfolgenden Schuss mit 100% ihrer Maximalenergie arbeiten.
Bei dem beschriebenen Beispiel liegt die durchschnittliche Frequenz
der Laserschüsse
und damit die Frequenz F der ausgesendeten Impulse in der Größenordnung
von 10 kHz.
-
Ein
weiteres Interesse, das in der Anwendung einer zeitlichen Versetzung
der Laserschüsse liegt,
besteht darin, dass solche Versetzungen leicht gesteuert werden
können.
Die Auslösung
jedes Laserschusses erfolgt nämlich
vorzugsweise unter Verwendung eines akustisch-optischen Modulators.
Bezugnehmend auf 4 werden die akustisch-optischen
Modulatoren MOA1 bis MOA10, die jeweils mit einer Laserquelle 10 bis 19 verbunden
sind, durch eine Hochfrequenzversorgung AL gesteuert (die beispielsweise
mit 24 MHz und mit einer Leistung von beispielsweise 100 W arbeitet).
Diese Frequenz von 24 MHz ist insbesondere viel höher als
die Schussfolge von 10 kHz (mindestens um einen Faktor in der Größenordnung
von Tausend). Das Auslösen
des Impulses der Laser des Typs Nd:YAG erfolgt unter raschem Absenken
der Verluste in dem Laserhohlraum mittels der Verwendung eines damit
verbundenen akustisch-optischen Modulators. Ein Impuls-Generator
GI sendet die Schussdaten t11 bis t20 jeder Laserquelle zu dieser Hochfrequenzversorgung
AL, die die Laserschüsse
zu den geforderten Zeitpunkten t11 bis t20 auslöst,
um einen Impuls zu einem Zeitpunkt t1 auszulösen. Es
ist also nachzuvollziehen, dass diese Zeitpunkte t11 bis
t20 durch die Steuertafel 30 von 1 geschätzt werden.
-
Es
wird erneut Bezug auf 1 genommen. Mittel zur Kollimation
und Fokussierung 22 bündeln die
aus der Wechselwirkungskammer 20 kommende Strahlung, wobei
sie einen Strahl 23 bilden, der durch ein Bestrahlungsfenster 40,
das von nun an kurz „Fenster" genannt wird, in
das EUV des wafer OBJ strahlt. Tatsächlich wird dieser Strahl von
einer Folge von Impulsen I1 bis IN gebildet. Vorteilhafterweise wird ein relatives
Verschieben (Pfeil 41) des wafer OBJ gegenüber dem
Fenster 40 und dem Strahl 23 bewerkstelligt. Dieses
Verschieben 41 geschieht vorzugsweise um einen Schritt
p, der Funktion der Breite L des Fensters 40 ist (in der
Richtung der Verschiebung 41). Genauer ausgedrückt, sind
diese Breite L und der Verschiebungsschritt p durch das Verhältnis L
= N × p
miteinander verbunden, wobei N die vorbestimmte Anzahl der EUV-Strahlungsimpulse
ausdrückt,
denen der wafer OBJ ausgesetzt wird. Ferner ist die Geschwindigkeit
V der relativen Verschiebung 41 dergestalt, dass ein Schritt
p in einer Zeit durchlaufen wird, die der EUV-Impulsfolge-Periode T entspricht.
So wird die Geschwindigkeit V durch das Verhältnis V = p × F gegeben,
wobei F die Frequenz der Impulse im EUV-Bereich ist. Jeder Bereich,
dessen Breite dem Schritt p entspricht, und der die Bestrahlung
durch das Fenster 40 empfangt, wird N mal bestrahlt, wobei
N die oben genannte vorbestimmte Anzahl ist. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
beträgt
diese Zahl N 50.
-
Genauer
ausgedrückt,
läuft das
Verfahren bei einer Ausführung,
die von den Herstellern von integrierten Schaltungen praktisch verlangt
wird, folgendermaßen
ab. Die EUV-Quelle sendet eine Impulsstrahlung aus, typischerweise
mit einer Frequenz von 10 kHz, wie oben angegeben, was einem Impuls alle
0,1 ms entspricht. Die ausgesendete Strahlung wird sodann in einer
Richtung gebündelt
(Pfeil 23 in 1), dann durch das Fenster 40 auf
eine (nicht dargestellte) Maske der zu lithographierenden Schaltung
gerichtet. Diese Maske ist auf der Siliziumscheibe OBJ mit einer
Vergrößerung von
0,25 abgebildet, so dass die Abmessung des Bildes des Fensters auf dem
Silizium 26 mm × 2
mm beträgt.
Abhängig
von der Geschwindigkeit des Verschiebens der Maske und des Fensters 40 nimmt
jeder Streifen auf der Siliziumscheibe, der in der Breite einem
Verschiebe-Schritt p entspricht, eine bestimmte Energiedosis auf.
Diese Gesamtenergiemenge Wtot ist beispielsweise
auf 5 mJ/cm2 festgelegt. Um diese Energie
mit einer Quelle von beispielsweise 115 W bei 10 kHz zu erreichen,
muss jeder Streifen der der Bestrahlung ausgesetzten Zone eine Dosis
von 50 Impulsen empfangen. Die Geschwindigkeit des Verschiebens
des Bildes des Fensters 40 auf der Siliziumscheibe OBJ wird
dann dergestalt angepasst, dass beim (vorzugsweise kontinuierlichen)
Verschieben der Siliziumscheibe jeder Streifen 50 Impulsen
ausgesetzt wird. Daher entspricht die Breite des Fensters 40 im
Bereich der Siliziumscheibe dem 50fachen des Verschiebe-Schritts
p der Scheibe zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen.
-
Während die
Siliziumscheibe OBJ sich kontinuierlich gegenüber der EUV-Quelle und dem
Fenster 40 verschiebt, wird die Reproduktion eines vollständigen Gravurmotivs
gewährleistet.
Diese Verschiebung, die als kontinuierlicher Prozess betrachtet
wird, kann in Wirklichkeit unterschiedslos durch einen Schrittmotor
oder einen tatsächlich
stetig laufenden Motor erfolgen. In letzterem Fall können die
Verschiebungen des Objekts während
der Dauer eines EUV-Impulses als praktisch gleich Null betrachtet werden,
da die EUV-Impulse sehr kurz sind. Zwischen zwei Lichtimpulsen hingegen
hat sich die Siliziumscheibe um eine bestimmte Strecke verschoben,
die dem oben genannten Schritt p entspricht. Die notwendige Energiedosis
für die
Bestrahlung entspricht in dem beschriebenen Beispiel 50 Impulsen im
EUV-Bereich. Die durchschnittliche Abweichung bei der Verteilung
der Dosen muss geringer sein als 0,1 %, was im Schussrauschen in
offenem Wirkungsweg einer Standardabweichung von 1 % entspricht. Auf
Grund zahlreicher Unsicherheiten in Verbindung mit der EUV-Quelle ist diese
Anforderung von 1% Schussrauschen schwierig zu gewährleisten.
Die Kontrolle der empfangenen Dosis erfordert dabei eine Steuerung
in geschlossenem Wirkungsweg, die dieser Anforderung genügen muss
und zugleich eine größere Toleranz
hinsichtlich des Schussrauschens ermöglichen muss. Mit „Schussrauschen" wird hier die unkontrollierte
Schwankung der Energie der ausgesendeten Impulse bezeichnet.
-
Bei
dem beschriebenen Beispiel werden vorzugsweise Laserquellen solcherart
gewählt,
dass, wenn WMAX der maximalen Energie eines
mit den zehn gleichzeitigen Laserschüssen erreichten Impulses I1 entspricht, die Gesamtenergiedosis Wtot, die jeder der Strahlung ausgesetzte
Bereich aufnimmt, dergestalt beschaffen ist, dass Wtot =
40 WMAX, wobei daran erinnert wird, dass
diese Gesamtdosis Wtot aus 50 ausgesendeten
Impulse erreicht werden muss. Es ist verständlich, dass die Regulierung
der Energie der ausgesendeten Impulse es auf Basis einer zeitlichen Verschiebung
der Laserschüsse
insbesondere ermöglicht,
die Toleranz des Systems mit dem „Schussrauschen" zu erhöhen und
dabei gleichzeitig die Stabilität
der Energiedosis der Quelle zu gewährleisten.
-
Nachfolgend
wird diese Regulierung beschrieben, die vorzugsweise auf einer Steuerung
in geschlossenem Wirkungsweg beruht.
-
Vor
dem Erreichen der Siliziumscheibe OBJ wird ein Teil der Strahlung 23 im
EUV-Bereich ohne Dämpfung zu
einem Sensor 31 umgelenkt, der die Oberflächenbelichtung,
die durch einen laufenden Impuls erzeugt wird, misst. Es kann sich
um eine Fotodiode oder um eine CCD-Kamera handeln. Vorteilhafterweise
ist die Ansprechzeit eines solchen Sensors 31 ausreichend
schnell, um Messungen mit einer Frequenz von mindestens 10 kHz erfassen
zu können.
Die Messungen werden sodann einem elektronischen System, in das
die Steuertafel 30 integriert ist, mitgeteilt (Steuerung
durch den Pfeil 32 in 1 dargestellt).
Zur Vereinfachung der Zeichnung von 1 wurde
der Sensor 31 zwischen der EUV-Quelle und dem Fenster 40 dargestellt.
In der Praxis ist eher vorgesehen, diesen Sensor 31 hinter
dem Fenster 40 in der Bahn der Strahlung 23 anzuordnen (praktisch
auf dem wafer OBJ), so dass die Messung der EUV-Spitzenleistung,
die der wafer OBJ tatsächlich
empfängt,
so exakt wie möglich
ausfällt.
-
Das
Elektroniksystem 33 von 4 gewährleistet
mehrere Funktionen. Es wird von einer klassischen Hardware-Architektur
gebildet. Dabei kann es sich um einen Mikrocomputer handeln, der
einen Speicher, einen Prozessor, einen Taktgeber und sonstiges beinhaltet,
oder auch um einen Mikroprozessor, in den Eingangs-/Ausgangskarten integriert sind,
und der es ermöglicht,
verschiedene Funktionen zu implementieren. In Anbetracht der sehr
hohen zeitlichen Anforderung dahingehend, die EUV-Spitzenleistung
alle 0,1 ms zu messen, müssen
die Berechnung der anzuwendenden Steuerung, deren Anwendung und
der Transport der Informationen in Realzeit ausgeführt werden.
Die Steuerung der Schussdaten t10 bis t20 werden daher in einer Realzeitumgebung
programmiert und ausgeführt.
Der Prozessor SI, mit dem das Elektroniksystem 33 ausgerüstet ist, stammt
selbstverständlich
aus der jüngsten
Generation, ist in der Lage, alle diese Funktionen mit einer höheren Frequenz
als der Frequenz der ausgesendeten EUV-Impulse auszuführen. Insbesondere
können
der Sensor 31 (schnelle Erfassung) und das Elektroniksystem 33 zur
Durchführung
dieser Berechnungen während
einer Periode zusammenzuwirken, die kleiner ist als eine EUV-Impulsfolge-Periode.
-
Es
werden nun unter Bezugnahme auf 5 die aufeinander
folgenden Arbeitschritte der Regulierung in der Schleife beschrieben.
-
Nachdem
ein oder mehrere Impulse zu dem wafer OBJ ausgesendet worden sind,
wird im Arbeitsschritt 51 „der Zustand der der Strahlung
ausgesetzten Streifen",
d. h. die jeweiligen Dosen, die die Streifen der gerade der EUV-Bestrahlung
ausgesetzten Zone bis zum aktuellen Zeitpunkt empfangen haben, berechnet,
wobei die Messung der EUV-Spitzenleistung des letzten ausgesendeten
Impulses (gemessen in Arbeitsschritt 57) berücksichtigt
wird. So wird ein „Zustands"-Vektor konstruiert,
der 50 Komponenten enthält,
die den Zustand der 50 soeben der Strahlung ausgesetzten
Streifen darstellen. Bei jedem Schuss werden die Komponenten des Vektors
für eine
Aktualisierung dergestalt versetzt, dass die Komponente, die mit
dem Streifen verbunden ist, der das vorherige Mal der Strahlung
ausgesetzt war, aus dem Vektor herausfällt, während eine neue Komponente,
die mit dem Streifen verbunden ist, der zum ersten Mal der Strahlung
ausgesetzt wird, hineingenommen wird. Diese Versetzung erfolgt,
um die Verschiebung der der Strahlung ausgesetzten Zone des wafer
OBJ zu berücksichtigen,
welche Zone sich zwischen zwei Schüssen verschoben hat.
-
In
Arbeitsschritt 52 wird auf Basis einer Dosis, die mit einem
zukünftigen
herausfallenden Streifen verbunden ist, die Energie berechnet, die
diesem Streifen zugeführt
werden muss, der zum letzten Mal dem nächsten EUV-Impuls ausgesetzt
wird, um die erforderliche Dosis Wtot zu
erreichen. Diese EUV-Impulsenergie wird sodann unter Berücksichtigung
des Umwandlungsfaktors der Energie zwischen den Laserschüssen und
der EUV-Energie als Beitrag zu den Energiequanta umgewandelt, die
von den Laserquellen abgegeben werden. Man gewinnt die Energie des zukünftigen
abzugebenen Impulses durch zeitliches Versetzen der Impulsdaten
der Laserschüsse,
wie oben beschrieben. In Arbeitsschritt 53 werden dann die
für die
zukünftigen
Laserschüsse
geeigneten Daten geschätzt.
Indem zeitlich nur ein Teil der durch die Schüsse abgegebenen Energiequanta überlagert werden,
kann eine sehr feine Unstetigmachung in der Steuerung der EUV-Energie,
die dem zukünftigen
Impuls zugeordnet werden soll, erreicht werden. In Arbeitsschritt 54 werden
die Laserschüsse
mit den in Arbeitsschritt 53 geschätzten Daten ausgelöst, was in
Arbeitsschritt 55 einen EUV-Impuls der gewählten Energie
erzeugt. Das Verfahren wird fortgesetzt, indem in Arbeitsschritt 57 die
effektive EUV-Spitzenleistung des in Arbeitsschritt 55 ausgesendeten
Impulses gemessen wird und in Arbeitsschritt 56 die relative
Verschiebung des wafer gegenüber
dem Fenster und der EUV-Strahlenquelle um einen Schritt p stattfindet.
In 5 sind links in dieser Figur die von dem Elektroniksystem 33 durchgeführten Berechnungsschritte
dargestellt.
-
So
erfolgt bei dieser Ausführungsform
die eigentliche Regulierung vorzugsweise für den letzten Impuls, der auf
einen laufenden Streifen der der Bestrahlung ausgesetzten Zone des
wafer OBJ auszusenden ist.
-
In
den 6a bis 6d wurde
die durch Auftragen einer dünnen
Schicht eines fotoempfindlichen Harzes RP auf die Oberfläche des
wafer OBJ geschaffene fotoempfindliche Zone schraffiert dargestellt. 6a zeigt
die Position des Fensters 40 zu dem Zeitpunkt, in dem das
Verfahren der Insolation beginnt. Das Fenster 40 wird dann
um ein Positions-Inkrement p verschoben, das der Breite L des Fensters,
geteilt durch die Anzahl N von Impulsen, die auf den gleichen Streifen
der der Bestrahlung ausgesetzten Zone abzugeben sind, entspricht,
was der in 6b dargestellten Position des
Fensters 40 entspricht. In dieser Konfiguration von 6b wird ein
erster EUV-Impuls
ausgesendet. Während
dieses ersten ausgesendeten Impulses wird die EUV-Spitzenleistung gemessen,
dann auf die Dauer des Impulses integriert, während das Fenster 40 sich
gegenüber
dem wafer OBJ um den Schritt p weiter verschiebt, und zwar gemäß dem Regulierungsverfahren,
das oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben
wurde. Bei einer bevorzugten Ausführungsform und in einer Zwischenkonfiguration
zwischen den 6b und 6c, in
der die zu bestrahlende Zone des wafer OBJ unter dem Bestrahlungsschlitz
schmaler ist als dieses Fenster, wird die Energie des auszusendenden
Impulses geschätzt,
indem von der Energie Wtot, die abzugeben
ist, um die laufende fotoempfindliche Oberfläche zu bestrahlen, die Summe
der im Laufe von n vorherigen aufeinanderfolgenden Impulsen gemessenen
Energien subtrahiert wird und dann das Ergebnis dieser Subtraktion durch
N-n dividiert wird (wobei in dem beschriebenen Beispiel N = 50,
und n selbstverständlich
kleiner ist als N). So versteht sich, dass die Zahl n nach jeder Messung
der EUV-Spitzenleistung
eines ausgesendeten Impulses inkrementiert wird, wobei dann die Berechnung
deren Integrals die tatsächlich
empfangene Energie ergibt. Um die Energie der ausgesendeten Impulse
einzustellen, werden vorteilhafterweise kombinierte Laserschuss-Salven
des in 3b dargestellten Typs eingesetzt,
wobei aufeinander folgende zeitliche Versetzungen der Schüsse 5, 6 geringer
als die Dauer der Schüsse Δt sind.
-
Wenn
die zu bestrahlende Zone de Objekts, die sich unter dem Bestrahlungsfenster
befindet, breiter ist als die Fensterbreite (Konfiguration von 6c),
wird die exakte Energie geschätzt,
die noch abzugeben ist, damit die Scheibe (oder der „Streifen", wie oben bezeichnet)
der zu bestrahlenden Zone, die ihrer letzten Bestrahlung unterzogen
wird, die Gesamtmenge an erforderlicher Energie für ihre Fotogravur
empfangt.
-
In 6c wurde
zur Verdeutlichung die Position des Fensters 40 dargestellt,
in der sie nun eine Vollbestrahlung des fotoempfindlichen Bereichs
des wafer OBJ ermöglicht.
Der Streifen Z1, der in 6b als
Erster bestrahlt wurde, empfängt
nun seinen letzten (fünften)
Impuls, der gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren reguliert wird, während der unmittelbar angrenzende
Streifen Z2 (rechts in 6c) seinen 49sten Impuls empfängt. Wenn
sich das Fenster 40 um einen weiteren Schritt p verschiebt,
dann empfängt
dieser unmittelbar angrenzende Streifen Z2 den 50sten Impuls mit
einer Energie, die in Abhängigkeit
von der Energiedosis reguliert wird, die er zuvor empfangen hat,
um die obengenannte Gesamtenergiedosis, die mit Wtot bezeichnet
ist, zu erreichen. So ist allgemein nachzuvollziehen, dass der erste
Impuls von den N Impulsen (hier N = 50), den ein nter laufender
Streifen während
der Bestrahlung empfangen muss, in der Tat einem nten Impuls entspricht,
gerechnet vom Anfang des Fotogravurverfahrens.
-
Wie 6d zeigt,
wird das Insolations-Verfahren fortgesetzt, bis der Rand des fotoempfindlichen
Bereichs (rechts in dieser 6d) erreicht
ist.
-
So
kann der Anfang des Insolations-Verfahrens folgendermaßen zusammengefasst
werden:
- a0) das zu lithographierende fotoempfindliche
Objekt (OBJ) wird dergestalt unter dem Fenster positioniert, dass
nur eine Scheibe der zu bestrahlenden Zone mit einer Breite, die
gleich dem genannten Bruchteil 1/N der Fensterbreite ist, der Strahlung
ausgesetzt wird,
- a1) mindestens ein Teil der Laserquellen wird ausgewählt, um
das plasmaerzeugende Ziel zu erregen, und es wird ein laufender
Impuls in Richtung der zu bestrahlenden Zone ausgelöst,
- a2) es wird die Spitzenleistung des laufenden Extremultraviolett-Strahlungsimpulses
gemessen, die tatsächlich
auf die zu bestrahlende Zone des Objekts abgegeben wird, und es
wird deren Integral über
die Dauer des Impulses berechnet,
- a3) das Objekt wird gegenüber
dem Fenster um ein Positionsinkrement verschoben, welches gleich
einem Bruchteil 1/N der Fensterbreite ist,
- a4) die Schritte a1) bis a3) werden wiederholt, so lange die
zu bestrahlende Zone des Objekts, die sich unter dem Fenster befindet,
schmaler ist als das Fenster, indem berechnete Energieimpulse abgegeben
werden, wobei von der Energie (Wtot), die
zum Fotogravieren des Objekts abzugeben ist, die Summe der mittels
Schritt a2) im Verlauf von n aufeinanderfolgenden Durchgängen gemessenen
Energien subtrahiert wird und sodann das Ergebnis der Subtraktion
durch N-n dividiert wird, wobei n eine ganze Zahl ist, die kleiner
als die vorbestimmte Zahl von Impulsen N ist,
- a5) wenn die zu bestrahlende Zone des Objekts, die sich unter
dem Fenster befindet, die Breite des Fensters erreicht, wird die
exakte Energie ausgerechnet, die noch abzugeben bleibt, damit die Scheibe
der zu fotogravierenden Zone, die ihren letzten Impuls empfangt,
die Gesamtenergiemenge (Wtot) für ihre Fotogravur
erhält.
-
Allgemeiner
ausgedrückt,
haben Tests gezeigt, dass durch Verwendung einer Steuerung des oben
genannten Typs eine Stabilität
der Dosis mit einer durchschnittlichen Abweichung von 0,1% gewährleistet
wird, wobei zugleich ein Schussrauschen ermöglicht wird, dessen durchschnittliche
Abweichung bis zu 4% betragen kann, wenn eine feine Steuerung der
zeitlichen Versetzungen der Laserschüsse, wie oben beschrieben,
verwendet wird.
-
Die
Erfindung ist durch die Ansprüche
definiert.