-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lithografie-Vorrichtung
mit verbesserter Fokussteuerung.
-
Eine
Lithografie-Vorrichtung kann zum Beispiel bei der Herstellung von
integrierten Schaltkreisen (ICs) verwendet werden. In einem solchen
Fall kann eine Muster gebende Vorrichtung verwendet werden, um ein
gewünschtes
Schaltmuster zu erzeugen, das einer einzelnen Schicht des IC entspricht, und
dieses Muster kann auf einem Zielgebiet auf einem Substrat (Siliziumwafer),
der mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (Resist)
beschichtet wurde, abgebildet werden (zum Beispiel mit ein oder
mehreren Farben).
-
Im
Allgemeinen umfassen solche Vorrichtungen ein Belichtungssystem
zum Zuführen
eines Projektionsstrahles, eine Haltestruktur zum Halten der Formgebungseinrichtung,
einen Substrathalter zum Halten eines Substrats und ein Projektionssystem zum
Projizieren des geformten Strahls auf einen Zielbereich des Substrats.
Mehr Informationen im Hinblick auf lithografische Vorrichtungen,
wie sie hier beschrieben werden, können zum Beispiel dem
US Patent Nr. 6,046,792 entnommen
werden.
-
Der
Ausdruck „Formgebungseinrichtung", wie hier verwendet,
sollte weit ausgelegt werden, so dass er sich auf einen Mechanismus
bezieht, der dazu verwendet werden kann, einen einfallenden Strahl
mit einem geformten Querschnitt zu versehen, der einem Muster entspricht,
das in einem Zielbereich des Substrats erzeugt werden soll; der
Ausdruck „Lichtventil" kann in diesem Kontext
auch verwendet werden. Im Allgemeinen wird das Muster einer speziellen
funktionalen Schicht in einer im Zielbereich erzeugten Einrichtung
entsprechen, wie einem integrierten Schaltkreis oder einer anderen
Einrichtung (siehe unten). Beispiele einer solchen Formgebungseinrichtung
umfassen:
- Maske: Das Konzept einer Maske ist in der Lithografie
allgemein bekannt und es umfasst Maskentypen, wie binärer, wechselnd
phasenverschobene und gedämpfter
phasenverschobene sowie verschiedener hybrider Maskentyp. Die Anordnung
einer solchen Maske im Strahl verursacht eine selektive Transmission
(im Falle einer Transmissionsmaske) oder Reflektion (im Falle einer
Reflektionsmaske) der auf die Maske treffenden Strahlung, und zwar
entsprechend dem Muster auf der Maske. Im Falle einer Maske wird die
Haltestruktur im Allgemeinen ein Maskentisch sein, welcher sicherstellt,
dass die Maske an einer gewünschten
Position im einfallenden Strahl gehalten werden kann und dass sie
bedarfsweise relativ zum Strahl bewegt werden kann;
- programmierbare Spiegelanordnung: Ein Beispiel einer solchen
Vorrichtung ist eine über
die Matrix zugängliche
Oberfläche
mit einer visko-elastischen Steuerschicht und einer reflektierenden
Oberfläche. Das
Grundprinzip hinter einer solchen Vorrichtung ist, dass (zum Beispiel)
zugängliche
Flächen
der reflektierenden Oberfläche
einfallendes Licht als gebrochenes Licht reflektieren, während nicht
zugängliche
Flächen
einfallendes Licht als ungebrochenes Licht reflektieren. Durch Verwenden
eines geeigneten Filters kann das ungebrochene Licht aus dem reflektierten
Strahl gefiltert werden und nur das gebrochene Licht zurückbleibt;
auf diese Weise wird der Strahl entsprechend dem Zugangsmuster der über die
Matrix zugänglichen
Oberfläche
geformt. Der erforderliche Matrixzugang kann unter Verwendung geeigneter
elektronischer Mittel durchgeführt
werden. Mehr Information über
solche Spiegelanordnungen kann zum Beispiel den US Patenten Nrn. 5,296,891 und 5,523,193 entnommen werden.
Im Falle einer programmierbaren Spiegelanordnung kann die Haltestruktur
als ein Rahmen oder Tisch verkörpert
sein, der zum Beispiel je nach Bedarf fixiert oder beweglich sein
kann; und
- programmierbare LCD-Anordnung: Ein Beispiel einer solchen Konstruktion
wird im US Patent Nr. 5,229,872 gegeben.
Wie oben, kann die Haltestruktur in diesem Falle oder Tabelle verkörpert sein,
der zum Beispiel je nach Bedarf fixiert oder beweglich sein kann.
-
Aus
Vereinfachungsgründen
kann der Rest dieses Textes an bestimmten Stellen speziell auf Beispiele
lenken, die eine Maske und einen Maskentisch beinhalten; die allgemeinen
Grundzüge,
die in solchen Fällen
besprochen werden, sollten jedoch im breiteren Kontext der Formgebungseinrichtung
gesehen werden, wie dies oben ausgeführt ist.
-
Im
Allgemeinen wird ein einzelner Wafer ein ganzes Netzwerk aus benachbarten
Zielbereichen enthalten, die nacheinander mithilfe des Projektionssystems
jeweils einzeln bestrahlt werden. In gegenwärtigen Vorrichtungen kann bei
Verwendung einer Formgebung mittels Maske auf einem Maskentisch eine
Unterscheidung zwischen zwei unterschiedlichen Maschinentypen getroffen
werden. In einer Bauart einer lithografischen Vorrichtung, üblicherweise
als ein Wafer Stepper – wird
jeder Zielbereich bestrahlt, indem das gesamte Maskenmuster auf
den Zielbereich auf einmal belichtet wird. In einer alternativen
Vorrichtung – üblicherweise
als eine Step-and-Scan Vorrichtung bezeichnet – wird jeder Zielbereich bestrahlt,
indem das Maskenmuster unter dem Projektionsstrahl in einer gegebenen
Bezugsrichtung (der „Abtast"-Richtung) abgetastet
wird, während
der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser Richtung
gleichzeitig synchron abgetastet wird. Weil das Projektionssystem
typischerweise einen Vergrößerungsfaktor
M (im Allgemeinen < 1)
hat, wird die Geschwindigkeit V, mit welcher der Substrattisch abgetastet
wird, einen M-fachen Faktor gegenüber demjenigen haben, mit welcher der Maskentisch
abgetastet wird. Mehr Information im Hinblick auf lithografische
Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben werden, kann zum Beispiel
dem
US Patent Nr. 6,046,792 entnommen
werden.
-
In
einem Herstellungsprozess unter Verwendung einer lithografischen
Vorrichtung wird das Muster auf einem Substrat abgebildet, das wenigstens teilweise
mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (Resist) überdeckt
ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedene
Prozeduren durchlaufen, wie einer Grundierung, einer Resist-Beschichtung
und einem weichen Backen. Nach der Belichtung kann das Substrat
einer weiteren Prozedur unterzogen werden, wie einem Post-Exposure-Backen
(PEB), Entwicklung, einem Hart-Backen und einer Messung/Prüfung der
abgebildeten Merkmale. Diese Reihe von Prozeduren wird als Basis
verwendet, um eine einzelne Schicht einer Einrichtung, zum einem
IC, mit Muster zu versehen. Eine solche gemusterte Schicht kann
dann verschiedenen Verfahren unterzogen werden, wie einem Ätzen, einer
Ionenimplantierung (Dotierung), einer Metallisierung, Oxidation,
einem chemisch/mechanischen Polieren, etc., alles, um eine einzelne
Schicht sauber zu verarbeiten.
-
Falls
mehrere Schichten benötigt
werden, muss die gesamte Prozedur oder eine Variante derselben für jede neue
Schicht wiederholt werden. Eventuell wird eine Anordnung von Einrichtungen
auf dem Substrat (Wafer) vorhanden sein. Diese Einrichtungen werden
dann durch eine Technik, wie Zerschneiden oder Sägen, voneinander getrennt,
wobei die einzelnen Einrichtungen dann auf einen Träger angebracht
werden können,
verbundenen mit Stiften, etc. Eine weitere Information hinsichtlich
der Verfahren kann zum Beispiel aus 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, erhalten werden.
-
Zur
Vereinfachung kann das Projektionssystem nachfolgend als die „Linse" bezeichnet werden; dieser
Ausdruck sollte jedoch weit ausgelegt werden, so dass dieser verschiedene
Typen von Projektionssystemen, einschließlich zum Beispiel refraktive
optische Eigenschaften, reflektive optische Eigenschaften und Katadioptrik-Systeme.
Das Strahlungssystem kann auch Komponenten umfassen, die entsprechend
einem dieser Designtypen arbeiten, um den Projektionsstrahl zu lenken,
zu formen oder zu steuern, und solche Komponenten können unten
auch gemeinsam oder einzeln als „Linse" bezeichnet werden. Ferner kann die
lithografische Vorrichtung eine Bauart haben, die zwei oder mehr
Substrattische aufweist (und/oder zwei oder mehr Maskentische).
In solchen „mehrstufigen" Vorrichtungen können die zusätzlichen
Tische parallel verwendet werden oder Präparationsschritte an ein oder
mehreren Tischen ausgeführt
werden, während
einer oder mehrere andere Tische für Belichtungen verwendet werden. Eine
zweistufige lithografische Vorrichtung ist zum Beispiel beschrieben
in
US Patent Nr. 5,969,441 und in
WO 98/40791 .
-
Weiterhin
kann die lithografische Vorrichtung eine Bauart haben, die zwei
oder mehr Substrattische aufweist (und/oder zwei oder mehr Maskentische).
In solchen „mehrstufigen" Vorrichtungen können die
zusätzlichen
Tische parallel verwendet werden oder können Präparationsschritte auf ein oder mehreren
Tischen ausgeführt
werden, während
ein oder mehrere andere Tische für
Belichtungszwecke verwendet werden. Zweistufige lithografische Vorrichtungen
sind zum Beispiel beschrieben in
US
Patent Nr. 5,969,441 und
WO
98/40791 .
-
Üblicherweise
verwenden lithografische Vorrichtungen Steuereinrichtungen, um die
Oberfläche des
Substrats in Brennebene des Projektionssystems zu positionieren.
Die Steuereinrichtung nutzt eine Feedback-Servoinformation, um den
Substrattisch zu positionieren. Dadurch startet die Steuereinrichtung
den Betrieb nur dann, wenn zuerst ein Servo-Fehler erzeugt wird.
Eine solche Konfiguration führt
zu einer begrenzten Leistungsfähigkeit
und einer nicht optimalen Fokussierung. Die
EP 1 231 513 , welche als nächstliegender
Stand der Technik angesehen wird, beschreibt eine lithografische
Vorrichtung, in welcher eine Steuerung der Brennebenenform mit der
Niveausteuerung integriert sein kann, welche die Höhe und die
Neigung der Waferoberfläche
bestimmt. Die Waferoberfläche
und die Brennebenenform beschreibende Daten werden dazu verwendet,
Sollwerte für
die Substrattischposition und Projektionslinsenparameter zu berechnen,
welche einer Servo-Steuereinrichtung 4 für die Tischpositionierung bzw.
einer Servo-Steuereinrichtung für
das Projektionssystem zugeführt
werden. Die
US 2001/0002303 beschreibt
eine Substrattisch-Nivellierung,
bei welcher ein Feed-Forward-Signal erzeugt wird. Das Feed-Forward-Signal wird
unter Nutzung eines Ausgabesignals eines Niveausensors erzeugt. Die
US 6,260,282 beschreibt
eine Stufensteuerung einer lithografischen Vorrichtung, welche eine Feed-Forward-Strichplatte
zeigt, wobei das Feed-Forward- Signal
aus einer gemessenen Wafer-Stufenposition abgeleitet wird. Keines
dieser drei Patente offenbart die Verwendung einer gemessenen Substratoberflächeninformation,
um sowohl ein Position-Sollwertsignal als auch ein Feed-Forward-Sollwertsignal zu
erzeugen.
-
Die
vorliegende Erfindung sorgt für
eine lithografische Vorrichtung mit einem verbesserten Fokussteuerungssystem,
derart, dass Substrate von hoher Qualität hergestellt werden können. Die
lithografische Vorrichtung umfasst ein Beleuchtungssystem, das so
ausgelegt ist, dass dieses einen Strahl liefert, eine erste Haltestruktur,
die so ausgelegt ist, dass diese eine Formgebungseinrichtung hält, die
dem Strahl eine gewünschte
Querschnittsform verleiht, eine zweite Haltestruktur, die einen
Substrathalter zum Halten eines Substrats umfasst, ein Projektionssystem,
das so ausgelegt ist, dass dieses den geformten Strahl auf einen
Zielbereich auf einer Oberfläche
des Substrats projiziert, und eine Servoeinheit, die so ausgelegt
ist, dass diese den Substrathalter positioniert. Die Vorrichtung
umfasst ferner eine Sensoreinheit, die so ausgebildet ist, dass
diese einen Abstand wenigstens eines Aufnahmepunkts auf der Oberfläche des
Substrats relativ zu einer Bezugsebene bestimmt, eine Speichereinheit,
die so ausgebildet ist, dass diese eine Oberflächeninformation des Substrats
basierend auf jeweiligen Abständen entsprechend
des wenigsten einen Aufnahmepunktes auf der Substratoberfläche speichert,
und eine Rechnungseinheit, die so ausgebildet ist, dass diese ein
Feed-Forward-Sollwertsignal basierend auf der gespeicherten Oberflächeninformation
bestimmt, derart, dass das Feed-Forward-Sollwertsignal der Servoeinheit zugeführt wird,
um den Substrathalter zu positionieren. Vorzugsweise umfasst das Feed-Forward-(Sollwert)-Signal
ein Beschleunigungssignal, wobei das Beschleunigungssignal eine Beschleunigung
eines Punktes der Oberfläche
des Substrats umfassen kann.
-
Ein
Attribut der Erfindung beruht in der Einsicht, dass es Raum für eine Verbesserung
der Steuerung der Servoeinheit gibt. Ein weiteres Attribut der Erfindung
beruht in dem Herausfinden, wie diese Verbesserung realisiert werden
kann. Schließlich
werden diese Attribute durch die lithografische Vorrichtung gemäß der Erfin dung
erreicht, die mit einer Speichereinheit zum Speichern einer Oberflächeninformation
des Substrats versehen ist, welche jeweilige Abstände jeweiliger
Aufnahmepunkte auf der Oberfläche
bezüglich
der Bezugsebene umfasst, und mit einer Berechnungseinheit versehen
ist, um ein Feed-Forward-Sollwertsignal für die Servoeinheit auf der
Basis der gespeicherten Oberflächeninformation des
Substrats zu berechnen.
-
Da
die Servoeinheit ein Feed-Forward-Sollwertsignal empfängt, kann
das Positionieren des Tisches in einer sehr genauen und schnellen
(vorbestimmten) Weise durchgeführt
werden, derart, dass im Gegensatz zu einer Situation, in welcher
die Servoeinheit nur durch ein Feedback-Sollwertsignal gesteuert
wird, die Position des Tisches korrigiert wird, bevor ein signifikanter
Positionsfehler aus der gewünschten
Position des Tisches auftritt.
-
Die
Sensoreinheit kann einen Niveausensor zum Messen der Oberflächeninformation
im Format einer Reihe von gemessenen Abständen als Funktion von zweidimensionalen
Koordinaten umfassen, wobei jede zweidimensionale Koordinate durch
eine orthogonale Projektion des entsprechenden Aufnahmepunktes auf
die Bezugsebene definiert ist. Die Oberfläche wird vorzugsweise gemessen,
während das
Substrat auf einer Haltefläche
des Tisches fixiert oder eingeklemmt ist (zum Beispiel durch eine
Saugklammer oder eine elektrostatische Klammer), da das Fixieren
oder Einklemmen der Haltefläche
das Oberflächenmuster
beeinflussen kann. Nach Erhalt der Oberflächeninformation ist die Oberfläche bzw. die „Höhenkarte" der Oberfläche bekannt.
-
Die
Information kann nachfolgend zum Einstellen einer mathematischen
Glättungsfunktion
für die „Höhenkarte" des Substrats verwendet
werden, wobei die Berechnungseinheit Ableitungen der mathematischen
Glättungsfunktion
berechnen kann, um ein sehr genaues Feed-Forward-Sollwertsignal
auf der Basis der mathematischen Glättungsfunktion und/oder von
Ableitungen der mathematischen Funktion zu bestimmen.
-
Vorzugsweise
ist die Bezugsebene im Wesentlichen parallel zu der Haltefläche des
Substrattisches ausgerichtet, wobei die Bezugsebene eine fixierte
Position haben kann im Hinblick auf das Projektionssystem. Letzteres
gewährleistet,
dass die Abstände
der Oberfläche
in Bezug auf das Projektionssystem bestimmt sind, derart, dass die
Oberflächeninformation
(„Höhenkarte") in Bezug zu dem
Projektionssystem gesetzt werden kann und dadurch eine zuverlässige Fokussteuerung
ermöglicht
wird.
-
Eine
Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Haltestruktur einen
zweiten Substrattisch umfasst, wobei die lithografische Vorrichtung
so konstruiert und angeordnet ist, dass diese mit dem Niveausensor
eine Oberflächeninformation eines
auf dem ersten Substrattisch angeordneten Substrats misst, während das
auf dem zweiten Substrattisch angeordnete weitere Substrat belichtet wird.
Danach wird das Substrat auf dem ersten Tisch belichtet, wobei der
erste Substrattisch durch eine Servoeinheit auf Basis der während der
Messung erlangten Oberflächeninformation
positioniert wird. Auf diese Weise wird ein Doppelstufen- oder Zwillingsstufenkonzept
wirksam zur Durchführung
der Erfindung verwendet.
-
Hiermit
wird die Oberfläche
oder „Höhenkarte" des Substrats auf
einem ersten Tisch bestimmt, während
ein weiteres Substrat auf einem zweiten Tisch belichtet wird. Nach
der Bestimmung der „Höhenkarte", aber vor dem Belichtungsstart
des Substrats, werden Berechnungen durchgeführt, um im Voraus ein Feed-Forward-Sollwertsignal zu
berechnen. Als Nächstes
wird das belichtete Substrat zu anderen Teilen der lithografischen
Vorrichtung befördert
und wird das Substrat, welches gemessen wurde, während es auf dem ersten Tisch
fixiert war, belichtet, während
die Fokussteuerung auf der Basis des bereits berechneten Feed-Forward-Sollwertsignals durchgeführt wird
(Ein Feedback-Signal wird normalerweise auch zum Verringern nachteiliger
Position-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungsfehler etc. verwendet).
-
Obwohl
in diesem Text speziell Bezug genommen wird auf die Verwendung einer
lithografischen Vorrichtung bei der Herstellung von ICs, ist dies
so zu verstehen, dass die hier beschriebene lithografische Vorrichtung
andere Verwendung haben kann, wie die Herstellung integrierter optischer
Systeme, die Führung
und Erfassung von Muster von magnetischen Domänenspeichern, Flüssigkristallanzeigen
(LCDs), Dünnschichtmagnetköpfe, etc.
-
Der
Fachmann wird erkennen, dass im Kontext solcher alternativen Anwendungen
jede Benutzung der Ausdrücke „Wafer" oder „Prägeplatte" hier als Synonym
für die
allgemeinen Ausdrücke „Substrat" bzw. „Zielbereich" angesehen werden
können. Das
hier bezeichnete Substrat kann vor oder nach der Belichtung in zum
Beispiel einer Führungsbahn (einem
Werkzeug, das typischerweise eine Fotolackschicht auf ein Substrat
aufbringt und den belichteten Fotolack entwickelt) oder durch ein
Mess- oder Inspektionswerkzeug bearbeitet werden. Soweit anwendbar,
kann die Offenbarung hier auf solche und andere Substrat-Bearbeitungswerkzeuge
angewendet werden. Ferner kann das Substrat mehr als einmal bearbeitet
werden, zum Beispiel um einen Mehrschicht IC zu erzeugen, so dass
sich der hier verwendete Ausdruck Substrat auch auf ein Substrat
beziehen kann, das bereits mehrere bearbeitete Schichten enthält.
-
Die
hier verwendeten Ausdrücke „Strahlung" und „Strahl" umfassen alle Typen
einer elektromagnetischen Strahlung, einschließlich Ultraviolett (UV)-Strahlung
(zum Beispiel mit einer Wellenlänge von
365, 248, 193, 157 oder 126 nm) und einer extremen Ultraviolett
(EUV)-Strahlung (zum Beispiel mit einer Wellenlänge im Bereich von 5 bis 20
nm) sowie Teilchenstrahlen, wie beispielsweise Ionenstrahlen oder
Elektronenstrahlen.
-
Der
Ausdruck „Formgebungseinrichtung", wie hier verwendet,
sollte weit ausgelegt werden, so dass sich dieser auf Mittel bezieht,
die verwendet werden können,
um einem Projektionsstrahl eine Querschnittsform zu verleihen, um
so ein Muster in einem Zielbereich des Substrats zu erzeugen. Es sollte
angemerkt, dass das die dem Projektionsstrahl verliehene Form nicht
genau dem gewünschten
Muster im Zielbereich des Substrats entsprechen können muss.
Ganz allgemein wird die dem Projektionsstrahl verliehene Form einer
speziellen funktionalen Schicht in einer Einrichtung entsprechen,
die im Zielbereich erzeugt wird, wie einem integrierten Schaltkreis.
-
Die
Formgebungseinrichtung kann transmissiv oder reflektiv ausgebildet
sein. Wie oben angemerkt, umfassen Beispiele von Formgebungseinrichtungen
Masken, programmierbare Spiegelanordnungen und programmierbare LCD-Felder.
Masken sind in der Lithografie allgemein bekannt und umfassen Maskentypen,
wie binäre,
wechselnd phasenverschobene und gedämpft phasenverschobene sowie verschiedene
hybride Maskentypen. Ein Beispiel einer programmierbaren Spiegelanordnung
verwendet eine Matrixanordnung kleiner Spiegel, von denen jeder
einzeln geneigt werden kann, um so einen einfallenden Strahl in
unterschiedliche Richtungen zu reflektieren; auf diese Weise wird
der reflektierte Strahl geformt.
-
Die
Haltestruktur, das heißt,
trägt das
Gewicht, die Formgebungseinrichtung. Sie hält die Formgebungseinrichtung
in abhängiger
Weise von der Orientierung der Formgebungseinrichtung, dem Design
der lithografischen Vorrichtung und anderer Bedingungen, wie zum
Beispiel, ob die Formgebungseinrichtung in einer Vakuumumgebung
gehalten wird oder nicht. Die Halterung kann eine mechanische Einklemmung,
Unterdruck oder andere Klemmtechniken verwenden, zum Beispiel ein
elektrostatisches Einklemmen unter Vakuumbedingungen. Die Haltestruktur
kann zum Beispiel ein Rahmen oder ein Tisch sein, welcher je nach
Bedarf fixiert oder beweglich ist und welcher gewährleisten
kann, dass die Formgebungseinrichtung sich an einer gewünschten
Position befindet, zum Beispiel in Bezug zum Projektionssystem.
Jede Verwendung der Ausdrücke „Fadenkreuz" oder „Maske" können als
Synonyme mit dem allgemeineren Ausdruck „Formgebungseinrichtung" angesehen werden.
-
Der
hier verwendete Ausdruck „Projektionssystem" sollte weit ausgelegt
werden, so dass dieser verschiedene Typen eines Projektionssystems
umfasst, einschließlich
refraktive optische Systeme, reflektive optische Systeme und optische
Katadioptrik-Systeme,
wie sie zum Beispiel für
die verwendete Belichtungsstrahlung geeignet sind, oder für andere Faktoren,
wie die Verwendung eines Eintauchfluids oder die Verwendung eines
Vakuums. Jede Verwendung des Ausdrucks „Linse" kann hier als Synonym für den allgemeineren
Ausdruck „Projektionssystem" angesehen werden.
-
Das
Beleuchtungssystem kann auch verschiedene Typen optischer Komponenten
umfassen, einschließlich
refraktive, reflektive und optische Katadioptrik-Komponenten zum Lenken, Formen oder Steuern
des Projektionsstrahls, und solche Komponenten können auch unten zusammen oder
einzeln als „Linse" bezeichnet werden.
-
Die
lithografische Vorrichtung kann eine Bauart sein, die zwei (Doppelstufen)
oder mehrere Substrattische (und/oder zwei oder mehr Maskentische)
aufweist. In solchen „mehrstufigen" Maschinen können zusätzliche
Tische parallel verwendet werden oder können Präparationsschritte auf ein oder mehreren
Tischen ausgeführt
werden, während
ein oder mehrere andere Tische zur Belichtung verwendet werden.
-
Die
lithografische Vorrichtung kann auch die von der Bauart sein, in
welcher das Substrat in eine Flüssigkeit
mit einem relativ hohen Refraktionsindex eingetaucht wird, zum Beispiel
Wasser, um so einen Raum zwischen dem Abschlusselement des Projektionssystems
und dem Substrat zu füllen.
Immersionsflüssigkeiten
können
auch in anderen Räumen
in der lithografischen Vorrichtung verwendet werden, zum Beispiel
zwischen der Maske und dem ersten Element des Projektionssystems.
Immersionstechniken sind im Stand der Technik allgemein bekannt
für das
Steigern der zahlenmäßigen Blende
der Projektionssysteme.
-
Es
sei angemerkt, dass sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum
Verwenden einer lithografischen Vorrichtung für die Herstellung von zum Beispiel
integrierten Schaltkreisen bezieht.
-
Unten
wird die Erfindung mit Bezug auf einige Zeichnungen erläutert, welche
nur für
Darstellungszwecke gedacht sind und nicht den Schutzbereich der
Erfindung beschränken,
wie dieser in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.
-
1 zeigt
eine lithografische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 ist
eine schematische eindimensionale Darstellung einer Oberfläche eines
Substrats;
-
3 ist
eine herkömmliche
Fokussteuerung einer lithografischen Vorrichtung;
-
4 ist
ein Steuersystem für
eine Fokussteuerung einer lithografischen Vorrichtung gemäß der Erfindung;
und
-
5 ist
ein schematischer Überblick
unterschiedlicher Servo-Reaktionsprofile.
-
1 zeigt
schematisch eine lithografische Vorrichtung 1 gemäß einer
speziellen Ausführungsform
der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst:
- ein Beleuchtungssystem
IL: ein Beleuchtungssystem (Illuminator) IL zum Bereitstellen eines
Projektionsstrahl PB (zum Beispiel UV- oder EUV-Strahlung);
- eine erste Haltestruktur (zum Beispiel einen Maskentisch oder – Halter)
MT: zum Halten einer Formgebungseinrichtung (zum Beispiel einer
Maske) MA und verbunden mit einer ersten Servoeinheit PM zum genauen
Positionieren der Formgebungseinrichtung in Bezug zu einem Gegenstand
PL;
- eine zweite Haltestruktur: mit einem Substrathalter (zum Beispiel
einem Wafertisch) WT zum Halten eines Substrats (zum Beispiel einem
mit Fotolack beschichteten Wafer) W und verbunden mit einer Servoeinheit
PW zur genauen Positionierung des Substrats in Bezug zu dem Gegenstand
PL; und
- ein Projektionssystem (zum Beispiel eine reflektive Projektionslinse)
PL: zum Abbilden eines durch den Projektionsstrahl PB aufgebrachten
Musters durch die Formgebungseinrichtung MA auf einen Zielbereich
C (zum Beispiel mit ein oder mehreren Formen) des Substrats W.
-
Die
Vorrichtung kann eine durchlässige
Maske oder eine reflektierende Maske haben. Alternativ kann die
Vorrichtung eine andere Art von Formgebungseinrichtung verwenden,
wie eine programmierbare Spiegelanordnung einer oben genannten Bauart.
-
Die
Beleuchtungseinrichtung IL erhält
einen Strahl aus einer Strahlungsquelle SO. Die Quelle und die lithografische
Vorrichtung können
separate Einheiten sein, zum Beispiel dann, wenn die Quelle eine Plasma-Entladungsquelle
ist. In solchen Fällen
soll die Quelle keinen Teil der lithografischen Vorrichtung bilden
und ist der Strahl ganz allgemein von der Quelle SO zur Beleuchtungseinrichtung
IL mithilfe eines Strahlungskollektors geführt, mit zum Beispiel geeigneten
Kollektorspiegeln und/oder einem Spektrum-Reinigungsfilter. In anderen
Fällen
kann die Quelle ein integrierter Bestandteil der Vorrichtung sein,
zum Beispiel dann, wenn die Quelle eine Quecksilberlampe ist. Die
Quelle SO und die Beleuchtungseinrichtung IL können als Bestrahlungssystem
bezeichnet werden.
-
Die
Beleuchtungseinrichtung IL kann eine Einstelleinrichtung zum Einstellen
der winkelmäßigen Intensitätsverteilung
des Strahls umfassen. Im Allgemeinen kann wenigstens das äußere oder
innere radiale Ausmaß (üblicherweise
als σ-Außen bzw. σ-Innen bezeichnet)
der Intensitätsverteilung
in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung eingestellt werden
kann. Die Beleuchtungseinrichtung liefert einen konditionierten
Strahl, der als Projektionsstrahl PB bezeichnet wird, mit einer
gewünschten Gleichförmigkeit
und Intensitätsverteilung
im Querschnitt.
-
Der
Projektionsstrahl PB fällt
auf die Maske MA ein, welche auf dem Maskentisch MT gehalten wird.
Durch die Maske MA reflektiert, gelangt der Projektionsstrahl PB
durch die Linse PL hindurch, welche den Strahl auf einen Zielbereich
C des Substrats W fokussiert. Mithilfe der Servoeinheit PW und eines Positionssensors
IF2 (zum Beispiel einer interferometrischen Vorrichtung) kann der
Substrattisch WT genau bewegt werden, zum Beispiel um so unterschiedliche
Zielbereiche C in den Weg des Strahls PP zu positionieren. Ebenso
können
die erste Servoeinheit PM und der Positionssensor IF1 dazu verwendet
werden, die Maske MA in Bezug zum Weg des Strahls PB genau zu positionieren,
zum Beispiel nach einer mechanischen Suche aus einer Maskensammlung
oder während
einer Abtastung. Im Allgemeinen wird die Bewegung der Objekttische
MT und WT mithilfe eines Moduls mit langem Hub (Grobpositionierung)
und eines Moduls mit kurzem Hub (Feinpositionierung) erreicht, welche
einen Teil der ersten Servoeinheit PM und der Servoeinheit PW bilden.
Im Falle eines Steppers (im Gegensatz zu einem Scanner) kann der
Maskentisch MT nur mit einem Betätigungsglied
mit kurzem Hub verbunden sein oder kann fixiert sein. Die Maske
MA und das Substrat W können unter
Verwendung von Masken-Ausrichtungsmarken M1, M2 und Substrat-Ausrichtungsmarken
P1, P2 ausgerichtet werden.
-
Die
gezeigte Vorrichtung kann in den folgenden bevorzugten Betriebsarten
verwendet werden:
- Step-Modus: Der Maskentisch MT und der
Substrattisch WT werden im Wesentlichen stationär gehalten, während ein
dem Projektionsstrahl verliehenes Gesamtmuster auf einen Zielbereich
C in einem Durchgang projiziert wird (das heißt, mit einer einzigen statischen
Belichtung). Der Substrattisch WT wird dann in X- und/oder Y-Richtung
verschoben, so dass ein anderer Zielbereich C belichtet werden kann.
Im Step-Modus begrenzt die maximale Größe des Belichtungsfeldes die
Größe des Zielbereichs
C, der in einer einzigen statischen Belichtung belichtet wird.
- Scan-Modus: Der Maskentisch MT und der Substrattisch WT werden
synchron abgetastet, während
ein dem Projektionsstrahl verliehenes Muster auf einen Zielbereich
C projiziert wird, (das heißt,
eine einzige dynamische Belichtung). Die Geschwindigkeit und Richtung
des Substrattisches WT relativ zum Maskentisch MT wird durch die
Vergrößerungs-/Verkleinerungs-
und Bildumkehreigenschaften des Projektionsstrahles PL bestimmt.
Im Scan-Modus begrenzt die
maximale Größe des Belichtungsfeldes
die Breite (in der Nicht-Abtastrichtung) des Zielbereichs in einer einzigen
dynamischen Belichtung, während
die Länge
der Scan-Bewegung die Höhe
(in Abtastrichtung) des Zielbereichs bestimmt.
- Anderer Modus: Der Maskentisch MT wird im Wesentlichen stationär gehalten
und eine programmierbare Formgebungseinrichtung, und der Substrattisch WT
wird bewegt und abgetastet, während
ein dem Projektionsstrahl verliehenes Muster auf einen Zielbereich
C projiziert wird. In diesem Modus wird ganz allgemein eine gepulste
Strahlungsquelle verwendet und die programmierbare Formgebungseinrichtung wird
bedarfsweise nach jeder Bewegung des Substrattisches WT oder zwischen
aufeinander folgenden Strahlungspulsen während einer Abtastung aktualisiert.
Dieser Betriebsmodus kann ohne Weiteres auf eine maskenlose Lithografie
angewendet werden, welche eine programmierbare Formgebungseinrichtung
verwendet, wie beispielweise eine programmierbare Spiegelanordnung
in einer Bauart, wie sie oben genannt ist.
-
Kombinationen
und/oder Variationen der oben beschriebenen Verwendungsarten oder
völlig andere
Verwendungsarten können
auch verwendet werden. Ausführungsformen
der Erfindung werden unten beschrieben.
-
Der
Einstufen-Substratstepper, der direkt nachfolgend besprochen wird,
hat eine Servoeinheit, die nur auf der Basis eines Feedback-Signals
arbeitet, wobei damit die Nivellierung „on-the-fly" erfolgt. Während der
Belichtung des Substrats wird die Substrathöhe (Abstand der Oberfläche des
Substrats in Bezug zu einem Bezugsrahmen REF) an ein oder mehreren
Aufnahmepunkten durch einen Niveausensor LS bestimmt und der Servoeinheit
zurückgeführt. Der
Niveausensormessung kann auf einen Abstand der Substrat (Wafer)-Oberfläche in Bezug
zu einem festgelegten Punkt auf dem Substrattisch WT überführt werden,
bevor sie durch die Steuereinrichtung verwendet wird.
-
Zum
Beispiel ist, wie in 2 gezeigt ist, die kombinierte
Höhe des
Substrats (auch Wafer genannt) W und des Substrattisches WT (auf
welchem das Substrat W fixiert ist) als ZS bezeichnet.
Falls nun die Position des Substrattisches WT durch ein Interferometer
IF in Bezug zum Bezugsrahmen REF gemessen wird, wie in 2 gezeigt,
und mit ZIF angegeben wird, gilt die Beziehung
ZS = ZLS – ZIF, und die Orientierung der Oberfläche in Bezug
zum Wafertisch WT ist bekannt. Es sei darauf hingewiesen, dass in
der Praxis meistens nicht nur der Abstand oder die Höhe (ZLS), sondern auch die Neigungen (Rx und Ry)
gemessen werden. In dieser Offenbarung kann der Abstand bzw. die
Oberflächeninformation
in Abhängigkeit
vom Kontext auch eine Neigung umfassen.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass im Allgemeinen der Niveausensor LS
kein Signal erzeugt, das von einem Fokus-Standpunkt aus optimal
ist. Als Beispiel dafür
könnte
das Gebiet auf dem Wafer, das der Niveausensor misst, von dem Beleuchtungsschlitz
abweichen. Die wirklich optimale Tischposition, die eine optimale
Fokussierung erzeugt, könnte nur
durch ein ausreichend feines Messgitter im Belichtungsschlitz bestimmt
werden, welches im Allgemeinen in diesen On-the-Fly-Nivellierungssystemen nicht
vorhanden ist. Dies ist einer der Gründe, dass der Tisch nicht direkt
die Niveausensor-Ausgabe als Eingabe nutzt. Wie oben besprochen,
wird zuerst die Substrathöhe
berechnet, wie dies in 2 gezeigt ist.
-
3 zeigt
einen schematischen Überblick der
Tisch-Steuereinrichtung 2 (auch Tisch-Kontroller bezeichnet). Die
Steuereinrichtung kann einen Niveausensor LS umfassen, welcher ein
Signal ausgibt, das einen gemessenen Abstand ZLS (auch Neigungsmessungen
können
in dem Signal enthalten sein) eines Aufnahmepunktes auf der Oberfläche des Substrats
W in Bezug zur Bezugsebene REF enthält (Es wird angemerkt, dass
in 2 der Niveausensor LS auch an die Bezugsebene
REF fixiert ist, was in der Figur nicht gezeigt ist). Das durch
den Niveausensor LS ausgegebene Signal wird einer Kombiniereinrichtung
4 zugeführt
und von dem Messsignal ZIF subtrahiert,
wobei dieses Messsignal die Position des Substrattisches WT in Bezug
zum Bezugsrahmen REF anzeigt. Die Ausgabe der Kombiniereinrichtung
4 ist gleich – ZS, wie dies im vorher gehenden Abschnitt
beschrieben wurde, und dient als Eingabe für die Tischsteuerungsschleife
durch den Waferformfilter WSF. Dies beinhaltet, dass für einen
großen
Wert ZS (dieses Substrat) die Ausgabe der
Kombiniereinrichtung 4 klein ist und den Tisch in Abwärtsrichtung
steuert, wodurch die Oberfläche
in der Fokusebene der Projektionslinse PL gehalten wird.
-
Als
Nächstes
wird das Differenzsignal durch einen Waferformfilter WSF bearbeitet,
welches einen vorgeformten optimalen Sollwert ergibt. Ferner kann der
Waferformfilter WSF Korrekturen für spezifische individuelle
LS-Raummerkmale durchführen.
Auf diese Weise wird die Substrathöhe durch einen sogenannten
,Waferformfilter' gefiltert,
wodurch versucht wird, einen optimal nivellierenden Sollwert für die Servoeinheit
PW zum Positionieren des Wafertisches zu erzeugen. Die Ausgabe des
Waferformfilters WSF dient dann als Sollwert für den durch ein Interferometer
gesteuerten Wafertisch WT, wie dies in 3 gezeigt
ist.
-
Hiermit
wird die resultierende aktuelle Position des Tisches WT über den
IF an die Kombiniereinrichtung 6 zurückgeführt, wie dies in 3 gezeigt ist.
Auf diese Weise wird eine Feedback-Servo-Sollwertkonfiguration unter
anderen verwendet, um den Substrattisch zu positionieren und insbesondere
die Oberfläche
des Substrats in der Brennebene des Projektionssystem PL zu positionieren.
Somit wird darauf hingewiesen, dass der Steuereinrichtung 2 ein Feed-Forward-Sollwertsignal
für die
Servoeinheit fehlt, da die Steuereinrichtung nur tätig wird,
wenn zuerst ein Servo-Fehler erzeugt wird. Dies beruht auf der Tatsache,
dass ein On-the-Fly- Nivellierungssystem
verwendet wird. Die Folge ist eine begrenzte Servo-Leistungsfähigkeit
und somit eine nicht optimale Fokussierung.
-
Eine
Ausführungsform
der lithografischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung
wird offenbart. Für
diese Ausführungsform wird
eine Doppeltisch (Doppeltisch- oder Zwillingsabtastvorrichtung)-Vorrichtung
im Detail besprochen. Obwohl die Erfindung in dieser Twin-Scan-Vorrichtung
in einer optimalen Weise verwendet werden kann, wird es ohne Weiteres
klar, dass die Erfindung auch auf Einzeltischmaschinen angewendet
werden kann.
-
In
einer Doppeltisch-Vorrichtung wird zuerst die vollständige Waferhöhenkarte
(Oberflächeninformation
des Substrats) am Messtisch gemessen, wie dies in 4 durch
den ,Niveausensor' LS
angezeigt ist. Die Messungen können
in einer Speichereinheit (diese Speichereinheit kann über elektronische
Einrichtungen mit dem Niveausensor LS verbunden sein) gespeichert
werden. Die Waferhöhe
wird in ähnlicher
Weise bestimmt, wie dies vorher beschrieben wurde. Der verwendete
Niveausensor verwendet jedoch eine größere Anordnung von Mess-Aufnahmepunkten
und erzeugt somit viel detailliertere Daten als vorher. Dies ergibt
eine Anordnung von Messabständen
als Funktion von zweidimensionalen Koordinaten in einer Bezugsebene.
-
Weil
eine detaillierte Waferhöhenkarte
nun verfügbar
ist, mit einer viel größeren Auflösung als
in der vorbeschriebenen Gestaltung, können die wirklich optimalen
Tischprofile berechnet werden. Diese Profile stellen eine optimale
Waferfokussierung sicher. Diese Berechnung ist durch den Block ,Bewegen
Fokus' (siehe MF-Block in 4)
angegeben.
-
Ferner
wird auf den optimalen Profilen eine Reihe von Polynomen zusammengepasst,
die den gewünschten
Tisch Z, Rx- und Ry-Positionen als Funktion der Tischposition beschreiben.
Die Polgnome haben eine relativ niedrige Ordnung (4 oder 5), beschreiben
aber jeweils nur einen kleinen Teil der Waferoberfläche (etwa
4 mm).
-
Dieser
Schritt wird durch ,Polynom Fit' angegeben,
wie durch den PF-Block in 4 angezeigt ist,
und wird dazu verwendet, einen glatten Übergang von einer Beschreibung
in der ,Ortsdomaine' (Waferoberfläche als
Funktion der X, Y-Position auf dem Wafer) zur ,Zeitdomaine', wie durch die Wafertisch-Steuereinrichtung
verwendet wird.
-
Der
,Sollwert-Generator'-SET
bewerte die Polynome als Funktion der Zeit und erzeugt somit die Tischposition-Sollwerte.
Zudem erzeugt dieser die Tischbeschleunigungs-Sollwerte als Funktion
der Zeit. Dieser Schritt erfordert eine doppelte Differenzierung
der Polgnome, was eine einfache symbolische Handhabe ist. Tatsächlich wird
die Beschleunigung durch Bewerten eines neuen zweiten oder dritten
Polynomrangs bewertet, welcher aus den ursprünglichen vierten oder fünften Polynomrängen abgeleitet
wird. Die Berechnungseinheit in dieser Ausführungsform umfasst die Blöcke MF,
PF, SET. Die Servo-Steuereinheit wird durch den Block PW angegeben.
-
Da
der Beschleunigungs-Sollwert nun erhältlich ist, führt das
Multiplizieren desselben mit der Tischmasse zu der benötigten Kraft,
um den Tisch zu bewegen. So führt
das Aufbringen dieser Kraft auf den Tisch dazu, dass sich dieser
entsprechend des Position-Sollwertes bewegt. Wenn sich der Tisch
entsprechend des Position-Sollwertes
aufgrund dieser Feed-Forward-Beschleunigung bewegt, ist die Eingabe
an die Tisch-Steuereinrichtung Null und so ist der Steuerfehler
Null. Zusammengefasst ergibt ein genauer Feed-Forward einen sehr
viel geringeren Steuerfehler als in einem herkömmlichen Steuersystem, dem
ein solches Feed-Forward-Signal fehlt.
-
Es
wird angemerkt, dass das Feed-Forward-Signal entsprechend der von
dem Feed-Forward-Block
FF kommenden zur Kombiniereinrichtung 8 führenden kontinuierlichen Linie
vorausgeschickt werden kann, derart, dass das Feed-Forward-Signal
in die Kombiniereinrichtung 8 eingebracht wird (In diesem Fall ist
die Kombiniereinrichtung 8 Teil der Servoeinheit), wobei das Feed-Forward-Sollwertsignal
auf diese Weise mit dem Steuersignal kombiniert wird, was zur Feedback-Steuerung führt. Es wird
angemerkt, dass eine bessere Visualisierung erfolgt, wie dies mit
der gepunkteten Linie angegeben ist, die anzeigt, dass das Feed-Forward-Signal
tatsächlich
in die Servoeinheit PW eingebracht wird.
-
Experimentelle
Ergebnisse zeigen, dass die Verbesserung der Leistungsfähigkeit,
die durch das Einsetzen eines Feed-Forward-Sollwertsignals erreicht
wird, in Bezug zu herkömmlichen
Systemen deutlich ist, die nur mit einem Feedback-Sollwertsignal für die Servoeinheit
versorgt werden. Der Überlagerungsfehler
(MA-Fehler) verringert
sich von 11 auf 5 nm und der Abgleichfehler (MSD-Fehler) verringert sich
von 23 auf 11 nm.
-
Nachfolgend
wird eine detailliertere Beschreibung einer lithografischen Doppeltisch-Vorrichtung
gegeben, die sowohl einen hohen Durchsatz als auch eine exzellente
dynamische Leistungsfähigkeit sowie
Abbildungsmöglichkeiten
hat, die von einer sub- 100 nm Lithografie gefordert werden. Einer
der zusätzlichen
Werte eines Doppeltischsystems ist der erhöhte Nutzungsgrad durch Ausführen von
Wafer-Messungen
und anderer Aufgaben parallel zu den Belichtungen, wodurch die Netto-Waferzahl pro Stunde
erhöht
wird. Und zudem können
diese Wafer-Messungen ausführlicher
durchgeführt
werden und Leistungsvorteile eines Doppeltischsystems gegenüber einem
Einzeltischsystem aufgrund seiner vorhersagbaren und kompensationsinhärenten Möglichkeiten
erzeugen.
-
In
der Messposition wird die Wafer-Oberflächenhöhe unter Verwendung einer hohe
Ortsfrequenz messenden Niveausensors kartiert, der ermöglicht,
dass eine vollständige
dreidimensionale Waferkarte erzeugt wird. Dies erlaubt, dass die
Waferoberfläche
optimal in der Fokusebene der Linse angeordnet werden kann, was
die Defokussierung minimiert und somit eine optimale CD-Steuerung
liefert.
-
Um
den Vorteil der Nivellierfähigkeit
eines Doppeltischsystems zu prüfen,
werden mehrere Testfälle
mit bekannter/gestalteter Wafer-Topologie verwendet. Einer dieser
Fälle betrifft
den Vorteil der Nivellierfähigkeit
auf Wafern mit hoher Topologie, welche sich mittels des Defokus-
und CD-Gleichförmigkeitsergebnissen
präsentiert.
Die nahezu ideale Nivellierfähigkeit
wird durch Vergleich zwischen experimentellen Defokus-Ergebnissen
und dem theoretisch bestmöglich
erzielbaren Defokus unter Vorlage der intrinsischen Waferflachheit
und endlichen Schlitzgröße. Im Gegensatz
zu der On-the-Fly-Nivellierung eliminiert die separate Messposition
die kritische Zeitbeziehung zwischen der Wafer-Höhenmessung und der tatsächlichen
Nivellierfähigkeit
für die Belichtung,
unabhängig
von der Belichtungs-Scangeschwindigkeit.
-
Neben
den Vorteilen der Nivellierfähigkeit
erlaubt die volle Wafer-Kartiermöglichkeit
der Doppeltischsysteme eine detaillierte Überwachungsfunktionalität des Fokus-Aufnahmepunktes,
die alle zu belichtenden Flächen
abdeckt. Das Messen der Waferhöhe
vor der Belichtung bietet auch eine Flexibilität hinsichtlich des Verfahrens
zum Ableiten der gewünschten
Tischpositionierung für
die Belichtung und der Möglichkeit,
detaillierte Information für
die Echtzeitüberwachung
der Waferflachheit zu extrahieren.
-
Das
Doppeltischsystem erlaubt ein paralleles Messen und Belichten von
Substraten. In der Messposition wird die dreidimensionale Karte
der Waferoberfläche
unter Verwendung eines Niveausensors für eine hohe Ortsplatzfrequenz
erzeugt. Diese Waferkarte hat eine räumliche Auflösung von 2,8
mm × 0,5
mm, die erhalten wird, indem Niveausensor-Aufnahmepunkte verwendet
werden, die eine Abmessung von 2,8 mm × 2,5 mm haben und in Abtastrichtung überfahren
werden. Die hoch aufgelöste Karte
des Wafers ermöglicht
die Optimierung der Nivellierprofile für die Belichtungsschlitzgröße.
-
Wir
definieren die nicht korrigierbaren Wafer-Fokusfehler als die Wafer-Oberflächentopografie, die
nicht vollständig
durch die endliche Größe des Belichtungsschlitzes
kompensiert werden kann. Bei einer statischen Belichtung entsprechen
diese nicht korrigierbaren Fehler direkt den Defokus-Fehlern. Während einer
abtastenden Belichtung verändern sich
jedoch die nicht korrigierbaren Fehler konti nuierlich, wenn der
Schlitz über
eine spezielle Position auf dem Wafer hinweg fährt. Im letzteren Fall definiert
der Mittelwert der nicht korrigierbaren Fehler über die Belichtungszeit den
mittleren Defokus, den diese Position während der Belichtung aufweist.
Wir definieren diesen Wert, der von der Schlitzgröße und der
Ortsfrequenz und der Amplitude der Wafer-Topografie abhängt, als
simulierten Defokus bzw. als Bewegungs-Mittelwert in der Z-Richtung
(MA(z)). Veränderungen
der Topografie, die größer sind
als Schlitzabmessungen können
durch Einstellen der Tischhöhe und
des Neigungswinkels entsprechend nivelliert werden. Falls die Variation
der Topografie über
Strecken auftritt, die kleiner sind als die Schlitzabmessungen,
können
die Höhenveränderungen
nicht wirksam ausgeglichen werden.
-
Der
nicht korrigierbare Waferfehler, Bewegungs-Mittelwert MS(z), hängt von
den über
die Schlitzgröße integrierten
Sollwerten Z(y), Rx(y) und Ry(y) ab. Berechnet wird eine sich bewegende
Fokusoptimierung in Abhängigkeit
von der Belichtungsschlitzgröße. Es ist
der optimale Weg der endlichen Schlitzgröße über die gemessene Waferoberfläche. Sie
führt zu
Wafertisch-Sollwerten Z(y), Rx(y) und Ry(y).
-
Die
Fokusleistung zeigt, wie gut der Scanner in der Lage ist, eine Waferoberfläche in einer
flachen Ebene zu positionieren, die mit der Brennebene der Projektionslinse
gekoppelt ist. Diese Fokussierleistung kann in zwei unterschiedlichen
Beiträgen
aufgeteilt werden, einen Nivellierungsbeitrag und einen Servosystem-Beitrag.
Der letztgenannte Fehler ist die Abweichung der Position des Tisches
im Vergleich zu der durch das Nivellierungssystem geforderten Position.
Die Nivellierleistung umfasst Fehlerquellen des Niveausensors, der
gegebenenfalls notwendigen zusätzlichen
Filterung und der Unebenheit des Wafers.
-
In
einem Doppeltischsystem wird die Nivellierleistung hauptsächlich durch
die Nivellierantwort bestimmt. Dies ist die mathematische Transformation der
gemessenen Waferkarte in Belichtungsprofile bei einer gegebenen
bestimmten Schlitzgröße. In einem Eintischsystem
jedoch muss bei Verwendung einer On-the-Fly-Nivellierung die Mittelung der Waferhöhe in der
Belichtungsschlitzfläche
On-the- Fly erfolgen und
wird durch was Layout und die Abdeckung der Sensor-Aufnahmepunkte in
der Belichtungsschlitzfläche
und das zusätzliche
Filter beeinflusst, das an den einzelnen Aufnahmepunktsignalen erfolgt,
um die gemessenen Höhen
in eine gemittelte Schlitzhöhen- und
Neigungsinformation umzuwandeln.
-
In
einem Doppeltischsystem in einer Produktionssituation wird während der
Belichtung des Wafers die Position eines Wafers mittels einer Waferkarte
bestimmt, die vor der Belichtung gemessen wurde. Dies ist eine Karte,
die auf der Messposition gemessen wurde wobei die Waferhöhe als eine
Funktion von x und y in Bezug auf eine durch Referenzhöhen definierte
Referenzebene gegeben ist. Diese Höhenkarte der Waferoberfläche wird
dazu verwendet, während
der Belichtung in der Brennebene zu positionieren.
-
Das
Doppeltischsystem verwendet eine Neun-Aufnahmepunkte-Niveausensoranordnung. Jeder
Aufnahmepunkt der Anordnung kann die Wafer-Oberflächenhöhe über eine Fläche von 2,8 × 2,5 mm2 messen. Durch Verwenden überlagernder
Messungen in der Abtastrichtung wird die räumliche Auflösung auf
2,8 × 0,5
mm2 erhöht.
Dies bedeutet, dass die Niveausensor-Aufnahmepunkte die Höheninformation
nicht filtern, um auf die Beleuchtungsschlitzgröße hin optimierte Nivellierungsprofile
zu berechnen. Eine komplette Waferhöhenkarte wird durch Abtasten
des kompletten 300 mm Wafers unterhalb des Sensors in einem den
Belichtungsfeldern entsprechenden Muster bestimmt.
-
Diese
Abschnitt wird die Fokusleistung eines Doppeltischsystems in zwei
unterschiedlichen Fällen demonstrieren.
Zuerst wird gezeigt, wie er mit internen Feldhöhenvariationen umgeht, und
zweitens, wie nahe er an theoretische Nivellierungsantworten durch
Einbeziehen der internen Feldhöhenvariation, intrinsischen
Wafer-Unebenheit,
kommt.
-
In
Bezug auf die Servoleistung des Wafertisches sind die verwendeten
Leistungsindikatoren der Bewegungs-Mittelwert (MA) die Bewegungs-Standardabweichung (MSD)
des Wafertisch-Positionsfehlers, die sogenannten Servo-Fehler. Der
Bewegungs-Mittelwertfehler (MA) ist der Mittelwert aller Positionsfehler,
die sich an einer bestimmten Position gegenwärtig im Schlitz befinden. Der
Bewegungs-Standardabweichungsfehler
(MSD) ist die Standardabweichung aller Positionsfehler, die sich an
einer bestimmten Position gegenwärtig
im Schlitz befinden. MA steht in einem starken Bezug zu dem Brennwert
(vertikale Achsen), während
die MSD mehr auf das Fading bezogen ist.
-
In
einem Doppeltischsystem können
alle Belichtungsprofile vor der tatsächlichen Belichtung bestimmt
werden, wobei die Tischleistung für Tischdynamiken optimiert
werden kann. Mit einem bestimmten Belichtungsprofil können die
auf den Tisch auszuübenden
Kräfte
vorbestimmt werden, wie dies in 5 gezeigt
ist (Feed-Forward). Mit gegebener Tischmasse erlaubt dies eine ausbalancierte
Bewegung des Tisches (siehe Feed-Forward-Kurve (I), angegeben wie
folgt „---„ in 5).
Anstelle Momentankräfte
auf den Tisch auszuüben,
um seine Position zu korrigieren, was unerwünschte Übersteigungen der gewünschten
Bewegungen verursachen kann, wie dies in 5 für ein System
ohne Feed-Forward angegeben ist (siehe ohne Feed-Forward-Kurve (II),
angegeben wird folgt „_" in 5), kann
dies mit der Feed-Forward-Technologie vermieden werden, die in einem
Doppeltischssystem angewendet wird.
-
Wenn
eine Einzeltischtechnologie verwendet wird, wird meistens nur eine
Feedbacksteuerung mit geschlossener Schleife verwendet und können die entstehenden
Profile sowie die auf den Tisch auszuübenden Kräfte nicht vorhergesagt werden.
Eine Extrafilterung in der geschlossenen Feedbackschleife kann dann
angewendet werden, wie dies in 5 gezeigt
ist, um zu versuchen, eine Korrektur durchzuführen (siehe Mit-Filterungs-Kurve
(III), angegeben als „-.-„ in 5),
und wenn das System in der Lage ist, vor dem Belichtungsschlitz
nach vorne zu messen, kann diese Information dazu verwendet werden, dieses
Ergebnis ein bisschen zu verbessern, ohne nahe an das mit der Feed-Forward-Technologie
erhaltene Ergebnis heranzukommen.
-
Deshalb
muss in einem Doppeltischkonzept mit Feed-Forward-Fokussteuerung
des Servosystems das Konzept nur mit zufälligen und unvorhersehbaren
Störungen
auf dem System, einschließlich der
Wafer-Topografie, kämpfen.
-
Günstigere
Ergebnisse wurden in der Praxis mit zum Beispiel Substraten (Wafer)
mit zunehmender Topografie erreicht, die von nackten Si-Wafern bis
zu fertig bearbeiteten Wafer reichen. Die Ergebnisse zeigen einen
sehr klaren Vorteil der Feed-Forward-Möglichkeit,
die ein Doppeltischsystem bietet, welcher besonders offensichtlich
für Substrate
(Wafer) mit hoher Topografie ist. MA Z-Sera-Abtastleistungsergebnisse für verschiedene
Wafer mit stärkerer
Topografie und MSD Z-Servoleistungsergebnisse des gleichen Wafersets
wurden in der Praxis mit Experimenten erhalten.
-
Das
Vorauskartieren der Waferhöhe
vor dem Belichten hat nicht nur einen Vorteil hinsichtlich des Durchsatzes,
sondern auch hinsichtlich einer Nivellierleistung. Der erste ergibt
sich aus der Tatsache, dass alle möglichen Streckenbeschränkungen,
die sich ergeben, weil man Belichtungsscans, die auf dem Wafer (von
außen
nach innen) in Eintischsystemen abtasten, durchführen kann, in Doppeltischsystemen
unnötig
sind. Dies bedeutet, dass eine einfache Mäander-Bewegung über den
Wafer für
die Belichtung ausreichend ist.
-
Wie
die Innenfeld-Nivellierleistung übertreffen
Doppeltischsysteme gemäß der Erfindung
immer herkömmliche
Eintischsysteme, obwohl das Hinzufügen zu dem theoretisch bestmöglich erreichbaren Defokus
etwas größer an den
Randfeldern im Vergleich zu den Innenfeldern sein kann. Der etwas
größere Defokus
an den Randfeldern wird durch nicht identische Messgitter der verschiedenen
Experimente verursacht.
-
Im
Gegensatz zur Eintischtechnologie verwendet die Doppeltischtechnologie
zwei verschiedene Chucks (Bühnen,
Tische). Während
des Aufbaues des Doppeltischsys tems werden die beiden Chucks in
Bezug zueinander kalibriert. Die Qualifizierung der Fokusleistung
der zwei Chucks erfolgt unter Verwendung der LQT-Belichtung, wobei
der gleiche Wafer einmal mit Chuck 1 und direkt danach (ohne Nachbearbeitung
des Wafers) auf Chuck 2 (mit verschobenen Brennwert empfindlichen
Marken) belichtet wird.
-
Die
Defokus-Daten auf diesem Wafer werden hinsichtlich des Defokus entsprechend
dem Wafer auf Chuck 1 und für
den Wafer auf Chuck 2 sortiert.
-
Diese
zwei Defokus-Karten werden dann hinsichtlich der mittleren Differenz
allgemeinen Neigungsdifferenz und der Verteilungsbreiten analysiert. Die
Differenz zwischen den zwei Defokus-Verteilungen wird detektiert,
was zu einer Angabe einer globalen Chuck-weisen Fokusdifferenz führt. Für den gleichen
Systemsatz kann die Differenz zwischen den globalen Fokuswinkeln
der zwei Defokus-Karten abgeleitet werden.
-
Doppeltischsysteme
an der Messposition messen jeden Wafer mit dem Niveausensor vor
der Belichtung. In Eintischsystemen unter Verwendung der On-the-Fly-Nivelliertechnologie
wird diese Höheninformation
während
der tatsächlichen
Belichtung gesammelt. Im Gegensatz zu den meisten Eintischsystemen,
bei welchen entweder große
Sensor-Aufnahmepunkte verwendet werden, um eine Belichtungsfläche mit
hoher Abdeckung zu bemessen, oder eine Auswahl kleinerer Aufnahmepunkte,
welche nur teilweise die zu belichtende Fläche abdecken, bestimmt eine
Doppeltischsystem-Niveausensormessung die sogenannte Waferkarte
und deckt nahezu 100% der gesamten Substratoberfläche ab.
-
Die
Fokus-Lagepunktüberwachung
ermöglicht
einem Doppeltischssystem, Inline-Messoptionen basierend
auf der Wafer-Kartenmessung zu haben. Ein Beispiel dafür ist die
Fokus-Aufnahmepunkt-Überwachungsoption
von Twinscan, welche ermöglicht,
Fokus-Aufnahmepunkte zu erfassen, sogar bevor ein Wafer belichtet
wird. Die Fokus-Aufnahmepunkterfassung basiert auf Rohdaten der
Waferkarte. Um eine globale Form des Wafers zu entfernen, wird an
den Rohdaten eine Ebene zweiter Ordnung subtrahiert.
-
Offensichtlich
sollte die Topografie der Vorrichtung nicht fälschlich als ein Fokus-Aufnahmepunkt detektiert
werden. Aus diesem Grunde berechnet der Software-Algorithmus die mittlere Topografie des
Belichtungsfeldes und subtrahiert davon die frühere Waferkarte. Was verbleibt,
ist in der Tat die Waferkarte nur des nackten Siliziumsubstrats.
Ein weiterer Schritt bei der Waferkarten-Datenmanipulation ist ein
X- und Y-Filtern durch Verwendung eines beweglichen Mittelwertprinzips.
Der Benutzer kann die Abmessungen des verwendeten Rechtecks definieren. Dieser
Schritt wird eine geglättete
Waferkarte erzeugen. Schließlich
wird durch Subtrahieren der „nur Substrat" und der „geglätteten" Waferkarten eine Restkarte
erzeugt.
-
Es
wird angemerkt, dass die Fokus-Aufnahmepunktdetektion auf einem
Doppeltischsystem eine viel höhere
Empfindlichkeit hinsichtlich der Fokus-Aufnahmepunkte hat als ein Eintischssystem, und
zwar aufgrund der viel besseren Substrat-Messabdeckung und – Auflösung.
-
Wie
vorher beschrieben, erlauben die Sensormessungen mit hohem Dichtegrad
eine viel bessere Analyse basierend auf der Waferkarte. Da die die
ganzen Wafer abdeckende Höheninformation
für jeden
belichteten Wafer gemessen wird, ermöglicht dies, eine Wafer-Flachheit
hinsichtlich nicht korrigierbarer Fehler des Wafers zu qualifizieren
oder zu überwachen.
Und die tatsächliche
Fokusleistung eines Doppeltischsystems korreliert mit der Berechnung
der nicht korrigierbaren Fehler. So können neben der Verwendung eines
Doppeltischsystems als Echtzeit-Flachheitsmonitor
Anwendungen zu Fokus-Vorhersagen getroffen werden. Dies bedeutet dann,
dass Inline-Defokus-Vorhersagen getroffen werden können.
-
Das
Messen der hochdichten Waferkarte erlaubt auch, die mittlere Topografie
in der Prägeplatte zu
bestimmen, wie dies bereits beschrieben wurde. Die Kenntnis einer
mittleren Feldtopografie erlaubt eine Intra-Feldfokusoptimierung
mittels Anwenden von Fokusverschiebungen am Belichtungsfeld. Zukünftige Anwendungen
sollen sogar in der Lage sein, Intra-Feldfokusverschiebungen anzuwenden,
um mögliche
Verschiebungen der Höhenmessung
zu kompensieren. Diese Verschiebungen können dann aus andren Messungen
abgeleitet werden, zum Beispiel zusätzlichen Sensoren, externen
Metrologiemessungen, Fokuskalibrierungsverfahren, etc.
-
Dies
weist auf eine Lösung
hin, die relativ unabhängig
ist von der Abtastgeschwindigkeit bei der Belichtung ist und viel
besser als ein geradliniges Eintischsystem unter Verwendung einer
Feedback-Servotechnologie arbeitet. Auch Randfelder werden viel
besser nivelliert. Die Nivellierleistung an Randfeldern, die nahezu
die Leistung an den Innenfeldern erreicht, reflektiert sich auch
in den gezeigten CDU-Daten,
bei welchen die Leistung auf den Innen- und Randfeldern sich nicht
deutlich unterscheidet. Unter Verwendung von zwei Chucks in der
gleichen Maschine kann die Fokusleistung auf beiden Chucks angepasst
werden und ist für
den Benutzer identisch, so dass dieser nicht zwischen den Chucks
wählen muss.
-
Obwohl
spezifische Ausführungsformen
der Erfindung oben beschrieben wurden, wird klar, dass die Erfindung
anders als beschrieben ausgeführt werden
kann. Die Beschreibung ist an sich nicht dazu gedacht, die Erfindung
zu beschränken.
Die Konfiguration, der Betrieb und das Verhalten der vorliegenden
Erfindung wurde in dem Verständnis
beschrieben, dass Modifikationen und Variationen der Ausführungsformen
anhand der hier präsentierten
Einzelheiten möglich
sind. So ist die vorstehende detaillierte Beschreibung nicht dazu
gedacht oder vorgesehen, die Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken – statt
dessen wird der Schutzbereich der Erfindung durch die angehängten Ansprüche bestimmt.
-
Figurenbeschreibung
-
5
-
- WITHOUT FEEDFORWARD = OHNE FEEDFORWARD
- WITH FILTERING = MIT FILTERUNG