DE69708560T2

DE69708560T2 - Belichtungsapparat mit abtastschlitz

Info

Publication number: DE69708560T2
Application number: DE69708560T
Authority: DE
Inventors: Christiaan Jasper; Alexander Straaijer
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JPH11507145A; WO1997037282A1; US5889580A; EP0829035B1; EP0829035A1; DE69708560D1; KR100500771B1; JP3813634B2; TW449052U; KR19990022112A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen lithographischen Projektionsapparat mit einer Strahlungsquelle mit einem Austrittsfenster zum Liefern von Strahlungspulsen am Austrittsfenster, um eine Oberfläche einer Maske mit einem Muster zu bestrahlen, einem ersten Abbildungssystem zum Abbilden des Austrittsfensters auf der Oberfläche und einer Scaneinrichtung zum Scannen des Bildes des Austrittsfensters und der Oberfläche relativ zueinander in einer Scanrichtung und einem Projektionslinsensystem zum Abbilden des Musters auf ein Substrat mit einer strahlungsempfindlichen Schicht.
In den optischen Scan-Lithographiesystemen hängt die Steuerung de Belichtungsdosis eng mit der Steuerung der Gleichmäßigkeit der Belichtung entlang der Scanrichtung zusammen. Gepulste Strahlungsquellen wie z.B. Excimerlaser können sogar bei Nichtvorhandensein von Fluktuationen von Puls zu Puls ohne weiteres sogenannte bandartige Ungleichmäßigkeiten in der Belichtung erzeugen. Im Fall einer scharf abgebildeten schlitzförmigen unmittelbaren Feldblende, z.B. in Form eines Austrittsfensters, nimmt die Ungleichmäßigkeit die Form von Belichtungsdiskontinuitäten an den Stellen der Schlitzkanten für jeden Laserpuls an.
Der Artikel "Exposure Dose Control Techniques for Excimer laser Lithography" von D.H. Tracy und F.Y. Wu, der in Proceedings for SPIE, Band 922 (1988), Seiten 437-443 veröffentlicht wurde, offenbart eine Scan-Schlitzbelichtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff, worin die Belichtungsdiskontinuitäten reduziert worden sind. Diese bekannte Vorrichtung verwendet ein defokussiertes Bild eines normalen Schlitzes als unmittelbare Feldblende. Die resultierende Defokussierungsunschärfe vermeidet die für einen scharf abgebildeten Schlitz üblichen hohen Ortsfrequenzen und reduziert die Empfindlichkeit der Belichtungsvorrichtung gegen Bandbildung. Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß der Umfang einer induzierten Defokussierung von der Strahlungsverteilung am Austrittsfenster abhängt. Vorrichtungen mit einstellbarer Strahlungsverteilung müssen daher auch einen verstellbaren Defokus aufweisen.
US-5,289,231 offenbart eine Lithographievorrichtung zum Herstellen plattenartiger Medien. Ein Streuelement wird verwendet, um die Abgabe eines Excimerlasers unscharf zu machen, um einen Retikelschirm gleichmäßig zu beleuchten. Der Retikelschirm wird dann auf ein Retikel abgebildet.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, einen lithographischen Projektionsapparat zu schaffen, der eine reduzierte Abhängigkeit der induzierten Unschärfe von der Strahlungsverteilung am Austrittsfenster aufweist.
Diese Aufgabe wird erreicht, wenn der Apparat des Oberbegriffs dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Streuelement im Weg der Strahlungspulse zwischen dem Austrittsfenster und der Maske angeordnet ist, welches Strahlungselement eine Unschärfe des Bildes des Austrittsfensters an der Oberfläche der Maske bewirkt. Die Verwendung eines Streuelements macht die Unschärfe weniger abhängig von der Strahlungsverteilung am Austrittsfenster. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn eine Beleuchtung außerhalb der Achse oder mit variabler Kohärenz für eine erhöhte Tiefenschärfe von Projektionslinsen mit hoher numerischer Apertur verwendet wird.
Die Defokussierung in der bekannten Vorrichtung bewirkt einen Dehnen von Strahlungsenergie nicht nur in der Scanrichtung, sondern auch in einer zu ihr senkrechten Richtung. Die Ungleichmäßigkeit der Belichtung in der letztgenannten Richtung wird durch den integrierenden Effekt einer Reihe von folgenden Strahlungspulsen nicht beseitigt. Außerdem ist das Dehnen in dieser Richtung zum Reduzieren von bandartigen Ungleichmäßigkeiten nicht nützlich. Der resultierende Verlust an Strahlungsenergie der bekannten Vorrichtung erhöht die Zeit, die notwendig ist, um die erforderliche Strahlungsdosis auf der Oberfläche zu akkumulieren, und daher die Produktionszeit integrierter Schaltungen, die mittels der Vorrichtung hergestellt werden. Daher bewirkt das Streuelement gemäß der Erfindung vorzugsweise eine Unschärfe nur in der Scanrichtung. Der Schmiereffekt der unmittelbaren Feldblende in der Scanrichtung reduziert die bandartigen Ungleichmäßigkeiten. Da das Streuelement keine Unschärfe in der zur Scanrichtung senkrechten Richtung erzeugt, bleibt das Bild des Schlitzes auf der zu belichtenden Oberfläche in dieser Richtung scharf.
Das Streuelement ist vorzugsweise im wesentlichen in einer Pupille des Abbildungssystems angeordnet, um die Abhängigkeit der Energieverteilung auf der Oberfläche von der Winkelverteilung der Strahlung am Austrittsfenster und dem Einfallswinkel der Strahlung auf dem Streuelement weiter zu reduzieren. Dies ist vorteilhaft, wenn die oben erwähnte Beleuchtung außerhalb der Achse oder mit variabler Kohärenz genutzt wird. Die Pupille kann die Eintrittspupille oder die Austrittspupille des Abbildungssystems sein.
Das Streuelement verteilt vorzugsweise Strahlung, die entlang einem Einfallswinkel in das Element eintritt, über Austrittswinkel auf solch eine Weise, daß die Energie der Strahlung über die Austrittswinkel im wesentlichen eine Gaußsche Verteilung hat. Das Abbildungssystem wandelt die Gaußsche Verteilung der Strahlung über die Austrittswinkel durch Faltung mit dem Bild des Austrittsfensters in eine Intensitätsverteilung in Form einer Fehlerfunktion in der Feldblende um, welche die bandartigen Ungleichmäßigkeiten der Belichtung sehr effektiv unterdrückt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt das Streuelement eine transparente Platte mit einem Rillenmuster. Das Rillenmuster weist eine Reihe paralleler Rillen auf, die die erforderliche Winkeldehnung der einfallenden Strahlung in nur einer Richtung liefern. Eine solche transparente Platte kann z.B. mittels einer Vervielfältigungstechnik oder einer anderen, aus dem Gebiet der Gitterherstellung bekannten Technik relativ günstig hergestellt werden.
Die Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann vorteilhafterweise in einem lithographischen Scan-Projektionsapparat mit einer Strahlungsquelle mit einem Austrittsfenster zum Liefern von Strahlungspulsen am Austrittsfenster, um eine Oberfläche einer Maske mit einem Muster zu bestrahlen, einem ersten Abbildungssystem zum Abbilden des Austrittsfensters auf der Oberfläche, einer Scaneinrichtung zum Scannen des Bildes des Austrittsfensters und der Oberfläche der Maske relativ zueinander in einer Scanrichtung, einem mit einer strahlungsempfindlichen Schicht versehenen Substrat und einem Projektionslinsensystem zum Abbilden des Musters auf dem Substrat verwendet werden. Ein solcher Projektionsapparat gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Streuelement im Weg der Strahlungspulse zwischen dem Austrittsfenster und der Maske angeordnet ist, welches Streuelement eine Unschärfe des Bildes des Austrittsfensters bewirkt.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden mit Verweis auf die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform eines lithographischen Scan- Projektionsapparats gemäß der Erfindung;
Fig. 2 die Winkelverteilung einer Strahlung hinter dem Streuelement und die Randintensität des Bildes des Austrittsfensters; und
Fig. 3 eine Ausführungsform des Streuelements.
Fig. 1 zeigt schematisch einen lithographischen Scan- Projektionsapparat gemäß der Erfindung zur Herstellung von Mikrovorrichtungen wie z.B. Halbleitervorrichtungen, Flüssigkristallvorrichtungen oder Magnetköpfen. Der Apparat umfaßt eine Strahlungsquelle 1, z.B. einen Excimerlaser, der an einem Austrittsfenster 2 Strahlungspulse aussendet. Das Austrittsfenster kann die Austrittsebene eines optischen Integrators, z.B. eines Quarzstabes sein, der eine gleichmäßige Intensitätsverteilung über das Austrittsfenster bildet. Das Austrittsfenster hat vorzugsweise eine längliche Form. Ein Abbildungssystem 3, das in der Figur mit drei Linsen 3', 3", 3''' dargestellt ist, bildet das Austrittsfenster 2 auf eine Oberfläche 4 einer Maske oder eines Retikel 5 mit einem Muster ab. Das Abbildungssystem 3 kann ein Teleskopsystem sein. Eine Scaneinrichtung 6, z.B. ein lineares Stellglied, scannt die Maske 5 auf solch eine Weise, daß das auf der Oberfläche 4 vorgesehene gesamte Muster beleuchtet wird. Alternativ dazu kann die Maske 5 stationär sein und das Austrittsfenster 2 gescannt werden. Die lange Richtung des Bildes des Austrittsfensters auf der Maske ist zur Scanrichtung senkrecht, d. h. der Richtung, in der die Scaneinrichtung 6 die Maske 5 während der Belichtung mittels gepulster Strahlung verschiebt.
Die mit 1 bis 6 numerierten Elemente bilden eine Scanschlitzbelichtungsvorrichtung.
Ein Projektionslinsensystem 7, das in der Figur durch eine einzige Komponente schematisch angegeben ist, bildet den beleuchteten Teil der Maske 5 auf eine auf einem Substrat 9 angeordnete strahlungsempfindliche Schicht 8 ab. Das Substrat kann ein Halbleiterwafer sein. Das Projektionslinsensystem 7 hat vorzugsweise einen Vergrößerungsgrad von 1/4. Das Substrat 9 wird durch eine zweite Scaneinrichtung 10 synchron mit der Maske 5 gescannt, um auf dem Substrat eine Reihe benachbarter Bilder des auf der Oberfläche 4 der Maske 5 vorgesehenen Musters zu bilden. Die mögliche Scansequenz ist in dem Artikel "Sub-micron 1 : 1 Optical Lithography" von. D. A. Markle in dem Journal "Semiconductor International" vom Mai 1986, Seiten 137-142, beschrieben. Der optische Weg des Gerätes kann durch Verwenden eines Spiegels 11 in der Belichtungsvorrichtung abgeknickt werden.
Gemäß der Erfindung ist im Weg der Strahlungspulse zwischen dem Austrittsfenster 2 und der Maske 5 vorzugsweise in einer Eintritts- oder Austrittspupille des Abbildungssystems 3 ein Streuelement 12 angeordnet. Das Element reduziert die bandartigen Ungleichmäßigkeiten in der Belichtung der Maske. Das Streuelement 12 verursacht eine Unschärfe des Bildes des Austrittsfensters nur in der Scanrichtung. Falls die Scanrichtung der Maske 5 in der Zeichenebene angenommen ist, bewirkt das Streuelement 12 eine Unschärfe ebenfalls in der Zeichenebene. Das Streuelement sollte nahe genug zu einer der Pupillen liegen, damit das Muster auf dem Streuelement nicht auf der Oberfläche 4 abgebildet wird. Die Distanz zwischen dem Streuelement und der Position einer Pupille ist vorzugsweise geringer als 2% der Distanz zwischen dem Austrittsfenster 2 und der Oberfläche 4, um eine Intensitätsverteilung auf der Oberfläche 4 zu erhalten, die im wesentlichen vom Einfallswinkel der Strahlung auf das Streuelement unabhängig ist.
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Intensitätsverteilung der Strahlung in der Scanrichtung, die durch einen auf das Streuelement einfallenden kollimierten Strahl bewirkt wird, als Funktion des Winkels unmittelbar nach dem Streuelement 12 (Kurve a). Die normierte Intensität In der Strahlung ist entlang der vertikalen Achse der graphischen Darstellung aufgetragen und das Produkt der Brennweite f der Linsen 3" und 3''' und der Differenz α zwischen den Einfalls- und Ausfallswinkeln der Streuplatte. Die Verteilung kann jede beliebige reguläre Form aufweisen, hat aber vorzugsweise eine Gaußsche Form. Die Gaußsche Winkelverteilung ergibt eine Randintensität des Bildes des Austrittsfensters auf der Oberfläche 4 mit der Form einer Fehlerfunktion im Gegensatz zu einer scharfen Kante des Bildes, wenn kein Streuelement verwendet wird. Die Randintensität ist als Kurve b in Fig. 2 für das Bild des Austrittsfensters auf der strahlungsempfindlichen Schicht 8 dargestellt. Die horizontale Achse gibt für diese Kurve die Position x in der Scanrichtung an, die von der Stelle des Randes des Bildes aus gemessen wird, falls kein Streuelement vorhanden ist. Die Ränder in Form einer Fehlerfunktion der Bildes ergeben eine sehr gute Unterdrückung der bandartigen Unregelmäßigkeiten in der Belichtung der Schicht 8. Für eine geeignete Unterdrückung sollte die Breite des Randes der Intensitätsverteilung größer als 15% der Breite des Bildes des Austrittsfensters in der Scanrichtung ohne Unschärfe sein. Die Breite der Fehlerfunktion, wie in Fig. 2, Kurve b, dargestellt ist, wird aus einem Funktionswert von 0, 001 bis 0,999 genommen. Die Randintensität der Kurve b kann für ein Bild eines Austrittsfensters mit einer Breite von 8 mm verwendet werden.
Das Streuelement 12 umfaßt ein transparentes oder reflektierendes Substrat mit geätzten oder geschnittenen Rillen mit einer größeren Periode als der Wellenlänge der Strahlung und einer Tiefe von einigen Mikrometern. Die periodische Rillenstruktur des Streuelements 12 bewirkt, daß das Licht über einen Winkelbereich nur in einer zu den Rillen senkrechten Ebene verteilt wird. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Streuelements 12. Das Element umfaßt ein z.B. aus Glas oder Quarz hergestellte transparentes Substrat 15, das mit einer Anordnung von Rillen in Form zylindrischer Linsen 16 versehen ist. Die Periode P der Linsen liegt zur einfachen Herstellung vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm. Eine bevorzugte Form des Querschnitts einer zylindrischen Linse ist durch die folgende Formel gegeben, die die Höhe f für eine halbe Periode der Linse angibt
worin x die Distanz in der Ebene des Streuelements senkrecht zur Rillenrichtung ist, A die halbe Höhe zwischen Spitze und Tal der Linse ist und P die Periode der Rillenstruktur ist. Eine Höhe A von 1,3 um und eine Periode P gleich 0,2 mm ergibt eine Winkelverteilung der Strahlung mit einer Breite bei halber maximaler Intensität von ungefähr 2 Grad. Die resultierende Verteilung der Intensität über die Winkel ist im wesentlichen eine Gaußsche.

Claims

1. Lithographischer Scan-Projektionsbelichtungsapparat, aufweisend eine Strahlungsquelle (1) mit einem Austrittsfenster (2) zum Liefern von Strahlungspulsen am Austrittsfenster (2), um eine Oberfläche (4) einer Maske (5) mit einem Muster zu bestrahlen, ein erstes Abbildungssystem (3', 3", 3''') zum Abbilden des Austrittsfensters auf der Oberfläche (4), eine Scaneinrichtung (6) zum Scannen des Bildes des Austrittsfensters (2) und der Oberfläche (4) der Maske (5) relativ zueinander in einer Scanrichtung, ein Projektionslinsensystem (7) zum Abbilden des Musters auf ein Substrat (9), das mit einer strahlungsempfindlichen Schicht (8) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streuelement (12) im Weg der Strahlungspulse zwischen dem Austrittsfenster (2) und der Maske (5) angeordnet ist, welches Streuelement (12) eine Unschärfe des Bildes des Austrittsfensters an der Oberfläche (4) der Maske (5) erzeugt.

2. Apparat nach Anspruch 1, worin das Streuelement (12) eine Unschärfe des Bildes des Austrittsfensters nur in der Scanrichtung erzeugt.

3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, worin das Streuelement (12) im wesentlichen in einer Pupille des ersten Abbildungssystems (3', 3", 3''') angeordnet ist.

4. Apparat nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das Streuelement (12) entlang einem Eintrittswinkel in das Element eintretende Strahlung über Austrittswinkel in solcher Weise verteilt, daß die Energie der Strahlung über die Austrittswinkel im wesentlichen eine Gaußsche Verteilung hat.

5. Apparat nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, worin das Streuelement (12) eine transparente Platte mit einem Rillenmuster (16) aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung von Mikrovorrichtungen unter Verwendung eines lithographischen Scan-Projektionsbelichtungsapparats, welcher aufweist:

eine Strahlungsquelle (1) mit einem Austrittsfenster (2) zum Liefern von Strahlungspulsen am Austrittsfenster (2), um eine Oberfläche (4) einer Maske (5) mit einem Muster zu bestrahlen;

ein erstes Abbildungssystem (3', 3", 3''') zum Abbilden des Austrittsfensters (2) auf der Oberfläche (4);

eine Scaneinrichtung (6) zum Scannen des Bildes des Austrittsfensters (2) und der Oberfläche (4) der Maske (5) relativ zueinander in einer Scanrichtung;

ein Projektionslinsensystem (7) zum Abbilden des Musters auf einem Substrat (9), das mit einer strahlungsempfindlichen Schicht (8) versehen ist;

welches Verfahren die Schritte umfaßt:

Bereitstellen einer Maske (5) mit dem Muster;

Bereitstellen eines Substrats (9) mit der strahlungsempfindlichen Schicht (8)

Bestrahlen der Maske (5) und Abbilden des Musters auf das Substrat (9) während eines Scannens der Maske (5) relativ zum Austrittsfenster (2) und des Substrats (9) relativ zum Projektionslinsensystem (7), dadurch gekennzeichnet, daß:

ein Streuelement (12) im Weg der Strahlungspulse zwischen dem Austrittsfenster (2) und der Maske (5) vorgesehen ist, wobei das Streuelement (12) eine Unschärfe des Bildes des Austrittsfensters an der Oberfläche (4) der Maske (5) erzeugt.