DE69722552T2

DE69722552T2 - Photolithographisches gerät

Info

Publication number: DE69722552T2
Application number: DE69722552T
Authority: DE
Inventors: C. Johannes MULKENS; A. Marinus VAN DEN BRINK; C. Johannes JASPER
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2017-04-05
Also published as: US6067146A; WO1997038356A1; JP4043519B2; KR100500768B1; DE69722552D1; TW339453B; EP0834100A1; JPH11508092A; US6239862B1; EP0834100B1; KR19990022785A

Description

Die Erfindung betrifft eine fotolithografische Vorrichtung zur Abbildung eines Maskenmusters auf einem Trägermaterial, wobei die Vorrichtung eine Beleuchtungseinheit enthält, die eine Strahlungsquelleneinheit, ein erstes optisches System und einen Lichtwellenleiter in der angegebenen Reihenfolge aufweist, und die Vorrichtung des Weiteren ein nachgeschaltetes zweites optisches System und einen Maskentisch enthält.
Eine fotolithografische Vorrichtung des im ersten Absatz beschriebenen Typs ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 658 810 bekannt. Eine derartige Vorrichtung dient zur Herstellung integrierter Schaltungen (integrated circuits – ICs). In dieser Vorrichtung wird eine mit einem Muster versehene Maske beleuchtet und wiederholt auf eine lichtempfindliche Schicht auf einem Halbleiter-Trägermaterial wie z.B. einem Siliziumträgermaterial abgebildet. Auf dem Trägermaterial muss eine große Anzahl integrierter Schaltungen (ICs) ausgebildet werden. Nachdem ein Bild der Maske auf dem Trägermaterial ausgebildet worden ist, wird das Trägermaterial bezüglich der Maske um eine Strecke, die geringfügig größer ist als die Länge oder Breite der zu bildenden ICs, verschoben, worauf die nächste Maskenabbildung erfolgt, Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Anzahl ICs ausgebildet worden ist. Die oben beschriebene Vorrichtung entspricht dem in Schrittmodus arbeitenden Typ, dem sog. Stepper.
Bei derzeitigen fotolithografischen Vorrichtungen ist es wünschenswert, dass der Beleuchtungsstrahl eine maximale Intensität hat, so dass die Beleuchtungsdauer für jedes IC so kurz wie möglich und die Durchlaufzeit des Trägermaterials durch die Vorrichtung, mit anderen Worten, die erforderliche Zeit, alle ICs zu beleuchten, ebenfalls so kurz wie möglich ist. Außerdem wird angestrebt, auf größere Felder abzubilden und die Abmessungen der kleinsten abzubildenden Details zu verringern. Die Abbildung auf größere Felder kann erreicht werden, indem beispielsweise die Projektionslinse vergrößert wird. Dadurch wird jedoch die Projektionslinse sehr teuer. Eine andere Möglichkeit der Abbildung auf größere Felder ist die Verwendung einer fotolithografischen Vorrichtung des Scanner-Typs. Bei diesem Vorrichtungstyp braucht die Projektionslinse nicht modifiziert zu werden. Ein weiterer Vorteil eines Scanners ist die gleichbleibende Qualität des Bildes kleinster Details, da durch die Linse verursachte Abweichungen während der Abtastung ausgeglichen werden. Ein Ergebnis ist, dass der Ausstoß an Bauteilen mit Strukturen mit kritischen Abmessungen höher ist.
Bei einem Scanner wird ein zu beleuchtendes Feld in gedachte Unterfelder eingeteilt. Aufgrund einer gekoppelten kontinuierlichen Bewegung der Maske und des Trägermaterials wird jeweils ein anderer Teil der Maske auf das Trägermaterial projiziert, so dass das vollständige Feld allmählich beleuchtet wird. Ist ein vollständiges Feld beleuchtet worden, hat das Trägermaterial in diesem Fall einen Weg zurückgelegt, der größer ist als die Länge oder Breite des vollständigen Feldes, so dass das nächste Feld erreicht wird. Ein Beispiel einer fotolithografischen Vorrichtung des Scanner-Typs wird in dem Artikel "The future and potential of optical scanning systems" von D.A. Markle in Solid State Technology, September 1984, S. 159–166, beschrieben. Das US-Patent 5,473,410 offenbart eine Vorrichtung, die sowohl im Abtast- als auch im Schrittmodus arbeiten kann.
Die Beleuchtungszeit pro Feld ist bei einem Scanner länger als bei einem Stepper, wenn die Feldgröße in beiden Fällen gleich ist. Bei einer Schrittvorrichtung wird die Beleuchtungszeit pro Feld nur durch die verfügbare Energie bestimmt. Bei einem Scanner ist auch die Überschreitungsabtastreit zu berücksichtigen. Hier wird die Abtastreit zur Beleuchtung des gesamten Feldes nicht nur durch die Feldgröße, sondern auch durch die Schlitzbreite bestimmt. Am Anfang und Ende des zu beleuchtenden Feldes gibt es nämlich ein bestimmtes Zeitintervall, während dessen sich ein Teil des schlitzförmigen Beleuchtungsfeldes nicht über dem zu beleuchtenden Feld befindet. Die Beleuchtungszeit und damit die Durchlaufzeit des Trägermaterials hängen somit von der Schlitzbreite des Beleuchtungsstrahls ab. Systeme mit einer Lampe als Lichtquelle haben jedoch einen relativ niedrigen optischen Wirkungsgrad. Die Ursache hierfür ist die Durchsatzdifferenz zwischen der Lampe und der Schlitzgeometrie. Die Lampe gibt Licht unter sämtlichen Winkeln ab, während die Schlitzgeo metrie anamorph ist, so dass die Geometrie des Bestrahlungsfeldes der Lampe relativ deutlich von der Schlitzgeometrie abweicht.
Sind die Felder hinreichend klein, um mit einem Impuls vollständig beleuchtet zu werden, wird hinsichtlich der Geschwindigkeit ein Stepper bevorzugt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine fotolithografische Vorrichtung bereitzustellen, bei der die oben genannten Nachteile von Scannern und Steppern beseitigt werden.
Erfindungsgemäß wird eine fotolithografische Vorrichtung zur Abbildung eines Maskenmusters auf einem Trägermaterial bereitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Beleuchtungseinheit enthält, die ein erstes optisches System und einen Lichtwellenleiter in der angegebenen Reihenfolge aufweist; wobei die Vorrichtung des Weiteren ein nachgeschaltetes zweites optisches System und einen Maskentisch enthält und so eingerichtet ist, dass sowohl der Schrittmodus als auch der Abtastmodus wählbare Modi sind;
die Vorrichtung des Weiteren eine Einrichtung zur Erzeugung eines schlitzförmigen statischen Beleuchtungsfeldes im Bereich des Trägermaterials mit einer innerhalb eines vorgewählten Bereichs von Schlitzbreiten variablen Schlitzbreite aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines schlitzförmigen statischen Beleuchtungsfeldes ein schlitzförmiges statisches Beleuchtungsfeld mit im Wesentlichen konstanter Gesamtenergie unabhängig von der Schlitzbreite des schlitzförmigen statischen Beleuchtungsfeldes erzeugt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Geräts unter Verwendung der fotolithografischen Vorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen einer ein Muster tragenden Maske auf dem Maskentisch;
Bereitstellen eines Trägermaterials mit einer strahlungsempfindlichen Schicht auf dem Maskentisch;
Bestrahlen von Abschnitten der Maske und Abbilden der bestrahlten Abschnitte der Maske auf den Zielabschnitten des Trägermaterials, wobei:
im Schritt der Bestrahlung von Abschnitten der Maske das vom Beleuchtungssystem auf der Maske abgebildete Beleuchtungsfeld ein schlitzförmiges statisches Beleuchtungsfeld mit variabler Schlitzbreite innerhalb eines vorgegebenen Schlitzbreitenbereichs ist, wobei das schlitzförmige statische Beleuchtungsfeld eine im Wesentlichen konstante Gesamtenergie unabhängig von der Schlitzbreite des schlitzförmigen statischen Beleuchtungsfeldes hat.
Die Schlitzbreite s der Beleuchtungseinheit gibt die Breite des statischen Beleuchtungsfeldes in der Fläche des Trägermaterials an. Dieses statische Feld wird an der Austrittsfläche eines Lichtwellenleiters gebildet und anschließend mittels eines optischen Systems auf der Maske abgebildet.
Mit Schrittmodus wird der Modus bezeichnet, in dem ein Feld auf dem Trägermaterial durch ein und denselben Lichtimpuls vollständig beleuchtet wird. Der Abtastmodus ist der Modus, in dem die Maske und das Trägermaterial eine gekoppelte Bewegung ausführen, und das vollständige Feld nach Ablauf einer Zeitspanne voll beleuchtet ist.
Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl der Schrittmodus als auch der Abtastmodus wählbar sind, können sowohl kleine als auch große Felder auf dem Trägermaterial mit derselben Vorrichtung beleuchtet werden, was einen minimalen Verlust an Beleuchtungsenergie bedeutet, da die Schlitzbreite variabel ist. Dank der variablen Schlitzbreite kann somit sichergestellt werden, dass die Durchlaufzeit für alle Schlitzbreiten im Abtastmodus und für die Breite des gesamten Feldes im Schrittmodus minimiert wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass s = w für w ≤ w_step und s_min ≤ s ≤ s_max für w > w_step, wobei s die Breite des von der Beleuchtungseinheit bereitgestellten Beleuchtungsfeldes ist, s_min und s_max sind die jeweiligen Minimum- und Maximumwerte, w ist die Breite eines zu beleuchtenden Feldes und w_step die maximale Breite eines im Schrittmodus zu beleuchtenden Feldes.
Als Ergebnis hat die Schlitzbreite die Abmessung der Feldbreite, wenn der Schrittmodus gewählt ist, und die Schlitzbreite ist variabel, wenn der Abtastmodus gewählt ist, um die Durchlaufzeit für jede Feldgröße zu optimieren.
Eine maximale Feldbreite w_step ist mit dem Schrittmodus gekoppelt. Hat das zu beleuchtende Feld eine kleinere Breite als dieser Wert, wird die Schlitzbreite gleich der Breite des zu beleuchtenden Feldes gemacht. Dies ist bis zum Erreichen einer minimalen Schlitzbreite s_min möglich. Ist der Abtastmodus gewählt oder, anders ausgedrückt, ist ein Feld mit einer Breite größer als w_step zu beleuchten, ist die Schlitzbreite zwischen den Werten s_min und s_max variabel.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Beleuchtungseinheit mit einem schlitzförmigen Lichtstrahl und einer variablen Schlitzbreite zu verwirklichen, wobei die Energie konstant gehalten wird.
Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter mindestens einen optisch transparenten Stab enthält.
Der transparente Stab hat eine Integratorfunktion. Der transparente Stab kann beispielsweise aus Quarz bestehen. In diesem Fall kann eine Reflexion von über 99% an den Seitenwänden des Stabes erzielt werden.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine schlitzförmige Membran mit variabler Öffnung zwischen dem Maskentisch und dem zum Maskentisch weisenden Ende des Lichtwellenleiters vorgesehen ist.
Die Membran an der Austrittsfläche des Lichtwellenleiters stellt sicher, dass ein Lichtstrahl mit dem gewünschten Querschnitt erzeugt wird. Die Öffnung der Membran ist entsprechend der Information über die zu beleuchtende Feldbreite w verstellbar.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zum Lichtwellenleiter weisende Membranoberfläche reflektierend ist.
Eine reflektierende Membran hat den Vorteil, dass das auf sie einfallende Licht zurückgewonnen wird und im Lichtweg bleibt. Wäre die Membran nicht reflektierend, würde ein Teil des Lichtes sofort von der Membran blockiert werden, was zu einem erheblichen Energieverlust führen würde. Diese Ausführungsform ist speziell in dem Fall, in dem die Strahlungsquelle eine Lampe ist, vorteilhaft.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Membran in der Nähe des Endes des zum zweiten optischen System weisenden Lichtwellenleiters befindet.
Ein Vorteil dieser Position der Membran ist, dass die Rückreflexionen einen relativ kurzen Lichtweg haben.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Membran in der Nähe des Maskentisches befindet.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Membran ein REMA (retical masking system) ist.
Eine sich in der Nähe der Austrittsfläche des Lichtwellenleiters oder in der Nähe der Maske befindende Membran kann ein REtical MAsking- (REMA)-System sein. Die Funktion eines REMA ist die scharfe Abgrenzung des beleuchteten Feldes auf der Maske. Da dasselbe Element nunmehr zwei Funktionen wahrnimmt, reicht eine geringere Anzahl Bauteile aus.
Um im Falle eines Steppers die Öffnungsdauer des Verschlusses, also die Beleuchtungszeit, und im Falle eines Scanners die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsdosis über ein vollständiges Feld bestimmen und anschließend optimieren zu können, müsste die auf das Trägermaterial fallende Beleuchtungsdosis messbar sein. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung mit einem Energiesensor ausgerüstet. Im Prinzip kann dieser Sensor an verschiedenen Stellen in der Vorrichtung angeordnet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße fotolithografische Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter aus einem ersten optisch transparenten Stab und einem zweiten optisch transparenten Stab besteht, die zwischen sich ein Prismensystem mit einer Austrittsfläche, über die Licht aus dem Prismensystem ausgekoppelt werden kann, einschließen, während ein Energiesensor gegenüber der Austrittsfläche vorgesehen ist.
In diesem Fall besteht der Lichtwellenleiter aus zwei optisch transparenten Stäben, zwischen denen sich das Prismensystem befindet. Indem das Prismensystem mit einer Austrittsfläche ausgeführt wird, an der ein Bruchteil des Lichtstrahls aus dem Lichtweg ausgekoppelt wird, und durch Anordnen eines Energiesensors gegenüber dieser Austrittsfläche kann die Beleuchtungsdosis auf zuverlässige und wiederholgenaue Weise gemessen werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine Lampe in einem Brennpunkt eines elliptischen Spiegels ist, wobei der zweite Brennpunkt des Spiegels in der Brennebene des ersten optischen Systems liegt und die Eintrittsfläche des Lichtwellenleiters mit der Ebene der Schnittweite des ersten optischen Systems zusammenfällt.
Der optische Leistungsgrad kann durch Sicherstellen, dass das Beleuchtungssystem vor dem Lichtwellenleiter konfokal ist, verbessert werden.
Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter ein optischer Tunnel mit Innenwänden ist, die mit einem reflektierenden Material versehen und relativ zueinander beweglich sind, so dass die Abmessung des Tunnels quer zur Längsrichtung variabel ist.
Durch Variieren der Tunnelabmessung senkrecht zur Längsrichtung kann die Breite des statischen Beleuchtungsfeldes angepasst werden. In diesem Fall werden die Tunnelwände auf Basis des Wertes der zu beleuchtenden Feldbreite w relativ zueinander verschoben. In diesem Fall ist keine getrennte Membran erforderlich.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brennebene des ersten optischen Systems mit der Eintrittsfläche des Tunnels zusammenfällt.
Auf diese Weise wird das Licht in optimalem Ausmaß in den Tunnel gekoppelt.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer fotolithografischen Vorrichtung;
2 eine detaillierte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Teils einer erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung;
3a und 3b Beispiele der minimalen und maximalen Schlitzbreite für die in 2 dargestellte Ausführungsform;
4 eine detaillierte Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Teils einer erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung;
5a und 5b Beispiele der minimalen und maximalen Schlitzbreite für die in 4 dargestellte Ausführungsform;
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung; und
7 einen Graphen zur Darstellung des optischen Wirkungsgrades in Abhängigkeit von der Schlitzbreite des statischen Beleuchtungsfeldes für ein herkömmliches System (a) und für ein System mit variabler Schlitzbreite (b).
Die schematisch in 1 dargestellte fotolithografische Vorrichtung weist eine Strahlungsquelleneinheit 4 zum Liefern eines Beleuchtungsstrahls auf, der über ein erstes optisches System 5 und ein zweites optisches System 7 auf einen Maskentisch 9 fällt. Befindet sich auf dem Maskentisch 9 eine Maske (nicht dargestellt), so kann sie mittels eines Projektionslinsensystems 11 auf ein sich auf einem Substrattisch 13 befindendes Trägermaterial (nicht dargestellt) abgebildet werden. Das Trägermaterial kann z.B. ein Siliziumsubstrat sein, das mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen ist. Die Stelle auf dem Trägermaterial, wo das Muster abgebildet wird, wird als Feld bezeichnet. Auf diese Weise können integrierte Schaltungen (integrated circuits – ICs) auf dem Trägermaterial ausgeformt werden.
Bisher sind zwei Typen fotolithografischer Vorrichtungen bekannt: der Stepper-Typ und der Scanner-Typ.
Bei einem Stepper wird ein vollständiges Feld gleichzeitig beleuchtet. Nach der Beleuchtung eines Feldes wird das Trägermaterial um einen genau definierten Weg verschoben, der größer ist als die Länge oder Breite des Feldes, z.B. in Richtung des Pfeils 10, wonach das Muster auf ein nachfolgendes Trägermaterialfeld abgebildet werden kann. Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis das Muster auf die gewünschten Trägermaterialfelder abgebildet worden ist.
Ein Scanner wird normalerweise verwendet, wenn eine Abbildung auf größere Trägermaterialfelder gewünscht wird. Das zu belichtende Feld kann in gedachte Unterfelder geteilt werden. Mittels einer gekoppelten kontinuierlichen Bewegung der Maske und des Trägermaterials wird jeweils ein anderer Teil der Maske auf das Trägermaterial projiziert, so dass das vollständige Feld allmählich beleuchtet wird. Ist das vollständige Feld beleuchtet worden, wird das Trägermaterial über einen genau definierten Weg verschoben, der länger ist als die Länge oder Breite des gesamten zu beleuchtenden Feldes.
Für eine fotolithografische Vorrichtung des Scanner-Typs gilt: T = (1 + w/s) D/I;wobei T die Beleuchtungszeit, s die Schlitzbreite, w die zu beleuchtende Feldbreite, D die gewünschte Beleuchtungsdosis und I die Intensität der auf den Schlitz mit der Breite s treffenden Strahlung ist. Die Intensität I hängt vom optischen Wirkungsgrad der Beleuchtungseinheit und des zum Abbilden der Maske auf das Trägermaterial verwendeten Projektionslinsensystems ab, wobei der Wirkungsgrad wiederum von der Schlitzbreite s abhängt.
Für eine fotolithografische Vorrichtung des Stepper-Typs gilt: T = D/I';wobei T, D und I' T, D und I im Falle des Scanners entsprechen.
Bei gleicher Größe des Feldes ist die Beleuchtungszeit für dieses Feld beim Scanner aufgrund der Abtastüberschreitung länger als beim Stepper. Wird für die gleiche Beleuchtungsdosis gewünscht, dass T < T, d.h. für die gleiche Beleuchtungsdosis D soll die Beleuchtungszeit eines Scanners kürzer als die eines Steppers sein, sollte gelten: I > I' (1 + w/s).
Für eine gegeben Strahlungsleistung P wird die Intensität definiert als: I = P × η/h × sfür einen Scanner undI' = P × η'/h × s für einen Stepper, wobei h die Höhe des zu beleuchtenden Feldes, s die Schlitzbreite, w die Breite des zu beleuchtenden Feldes sind und η und η' den optischen Wirkungsgrad eines Scanners bzw. eines Steppers angeben.
Ausgehend von der Anforderung, dass T < T, folgt aus den obigen Beziehungen, dass bei gleicher Strahlungsleistung P und gleicher Beleuchtungsdosis D η > η'(1 + s/w)als Anforderung für den optischen Wirkungsgrad eines Scanners relativ zum optischen Wirkungsgrad eines Steppers gilt.
Da die Öffnung eines Scanners relativ klein und anamorph ist, ist der optische Wirkungsgrad η eines Scanners im Allgemeinen niedriger als der optische Wirkungsgrad η' eines Steppers, da die Schlitzgeometrie in relativ deutlich von der Geometrie des Strahlungsfeldes der Strahlungsquelle abweicht, vor allem dann, wenn die Strahlungsquelle eine Lampe ist. Das bedeutet, dass es vorteilhaft ist, den Abtastmodus insbesondere bei größeren Feldabmessungen einzusetzen. Sind die Felder hinreichend klein, um durch einen einzigen Impuls beleuchtet zu werden, wird der Stepper bevorzugt.
Die Erfindung gestattet die Wahl zwischen dem Schrittmodus und dem Abtastmodus, die sich nach der Größe des zu beleuchtenden Feldes richtet, so dass die Energie im Beleuchtungsfeld für jeden der Modi um Wesentlichen konstant gehalten wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Vorrichtung mit relativ hohem optischem Wirkungsgrad verwirklicht werden kann, indem die Betriebsart der Vorrichtung auf Basis der Breite w des zu beleuchtenden Feldes und durch Optimieren der Schlitzbreite s für jeden Modus bestimmt wird.
Der optische Wirkungsgrad η für den Abtastmodus und der optische Wirkungsgrad η' für den Schrittmodus werden somit beide mit derselben Vorrichtung optimiert. Dies wird durch Erzeugen eines schlitzförmigen Beleuchtungsfeldes mit variabler Schlitz breite erreicht, während Maßnahmen in der Weise ergriffen werden, dass im Wesentlichen das gesamte Licht im schlitzförmigen Beleuchtungsfeld konzentriert wird, oder indem sichergestellt wird, dass Licht, das nicht durch den Schlitz fällt, zurückgewonnen wird, und die Möglichkeit erhält, wieder in den Schlitz zu fallen. Auf diese Weise wird die Energie im Beleuchtungsfeld für alle Schlitzbreiten in jedem Modus im Wesentlichen konstant gehalten.
Ist die Feldbreite w des zu beleuchtenden Feldes kleiner als oder gleich der maximalen Feldbreite w_step, d.h. die Feldbreite kann mit einem Stepper beleuchtet werden, sollte die Schlitzbreite s gleich der Feldbreite w des zu beleuchtenden Feldes sein. Für den Schrittmodus kann also die Schlitzbreite anhand der gewünschten Feldbreite gewählt werden, bis die minimale Schlitzbreite erreicht ist. Ist die zu beleuchtende Feldbreite w größer als w_step und folglich der Abtastmodus zu wählen, sollte für die Schlitzbreite s gelten: s_min ≤ s ≤ s_max.
Die oben genannten Bedingungen für die Schlitzbreite s und die Feldbreite w können auf verschiedene Arten verwirklicht werden.
2 zeigt schematisch einen Teil einer Ausführungsform gemäß der Erfindung. Die Strahlungsquelleneinheit 4 weist die Strahlungsquelle 19 und einen Verschluss 21 auf. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise eine Quecksilberlampe in Verbindung mit einem elliptischen Spiegel aber alternativ auch z.B. ein Excimer-Laser sein. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Lichtwellenleiter 17 zwischen dem ersten optischen System 5 und dem zweiten optischen System 7 angeordnet. Das zweite optische System bildet die Austrittsfläche 25 des Lichtwellenleiters auf die Fläche des Maskentisches 9 insbesondere auf die Maske (nicht dargestellt) ab.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform besteht der Lichtwellenleiter aus einem optisch transparenten Stab. Das optisch transparente Material kann beispielsweise Quarz sein. Ein solcher Stab hat eine Integratorfunktion, so dass die Verteilung des Lichtes an der Austrittsfläche 25 des Lichtwellenleiters 17 relativ homogen ist. Bei Verwendung von Quarz kann eine Reflexion von über 99% an den Seitenwänden des Lichtwellenleiters erzielt werden. Außerdem wird eine Membran 27 in der Nähe dieser Austrittsfläche 25 angeordnet. Die Öffnung dieser Membran ist in Abtastrichtung variabel. Auf diese Weise wird eine Beleuchtungseinheit verwirklicht, bei der das erzeugte statische Beleuchtungsfeld einen schlitzförmigen Querschnitt hat. Durch Variieren der Öffnung der Membran 27 wird folglich die Schlitzbreite s ebenfalls variiert.
Ist die Beleuchtungseinheit 3 mit einem REMA versehen, das sicherstellt, dass das beleuchtete Feld auf der Maskenfläche scharf begrenzt wird, kann das REMA als Membran fungieren.
Statt in der Nähe der Austrittsfläche 25 angeordnet zu werden, kann die Membran auch in der Nähe des Maskentisches 9 vorgesehen werden. Da es sich hier um eine Alternative handelt, ist die Membran, die in diesem Fall mit Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist, gestrichelt dargestellt. Die Vorrichtung ist also entweder mit einer Membran 27 oder einer Membran 28 ausgestattet. Verfügt die Vorrichtung auch über ein REMA, kann dieses in beiden Fällen als Membran fungieren. In diesem Fall sind die Membranfunktion und die REMA-Funktion in einem einzigen Bauteil kombiniert. Eine andere Möglichkeit ist, das REMA in der Nähe der Austrittsfläche 25 anzuordnen, wenn die Vorrichtung über eine Membran 28 verfügt, oder das REMA in der Nähe der Maske anzuordnen, wenn die Vorrichtung über eine Membran 27 verfügt. Bei den beiden letztgenannten Möglichkeiten sind die REMA-Funktion und die Membranfunktion getrennte Funktionen.
Die zum Lichtwellenleiter 17 weisende Oberfläche der Membran 27 oder die zum optischen System 7 weisende Oberfläche der Membran 28 ist mit einer reflektierenden Schicht 29 zur Zurückgewinnung von Licht versehen, wodurch der optische Wirkungsgrad verbessert wird. Wäre dies nicht der Fall, würde die Bereitstellung der Membran zwar in der Bildung eines schlitzförmigen Beleuchtungsfeldes, aber auch in einem erheblichen Energieverlust resultieren. Das auf die Membran auftreffende Licht würde blockiert anstatt wiedergewonnen werden.
3a und 3b sind Querschnitte in Längsrichtung des transparenten Stabes 17 von 2 an der Stelle der Membran 27 oder 28. In 3a hat das statische Beleuchtungsfeld 20 die minimale Schlitzbreite s_min, während 3b darstellt, wie die maximale Schlitzbreite s_max verwirklicht worden ist.
4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Teils der Vorrichtung gemäß der Erfindung, mit der es ebenfalls möglich ist, die gewünschten Bedingungen für s und w zu verwirklichen. In diesem Fall ist der Lichtwellenleiter 17 als Tunnel mit Wänden implementiert, die relativ zueinander beweglich sind. Auf diese Weise kann die Abmessung senkrecht zur Längsrichtung des Tunnels und in Abtastrichtung angepasst werden und somit auch die Schlitzbreite s der Beleuchtungseinheit. Die Innenwände des Tunnels sind mit einer reflektierenden Schicht versehen, damit der Lichtwellenleiter bei dieser Ausführungsform auch eine Integratorfunktion erfüllen kann. Die reflektierende Schicht kann beispielsweise aus poliertem Aluminium gebildet werden, so dass eine Reflexion von über 90% an den Innenwänden erreicht wird.
5a ist ein Querschnitt in Längsrichtung des Tunnels, der ein Beispiel zeigt, wie die minimale Schlitzbreite des statischen Beleuchtungsfeldes 20 verwirklicht werden kann. 5b zeigt ein analoges Beispiel für die maximale Schlitzbreite des statischen Beleuchtungsfeldes 20.
Wie aus den obigen Formeln ersichtlich ist, spielt nicht nur die Schlitzbreite s, sondern auch die Intensität I, mit der der Schlitz bestrahlt wird, eine bedeutende Rolle für die Zeit, die zum Erzeugen einer gegeben Beleuchtungsdosis erforderlich ist. Die gewünschte Beleuchtungsdosis wird u.a. vom Material der lichtempfindlichen Schicht und von der gewünschten Scharfeinstellung bestimmt, die ihrerseits von der Art des abzubildenden Musters bestimmt wird.
Es ist wichtig zu wissen, dass für einen Stepper eine andere Beleuchtungsenergie als für einen Scanner erforderlich ist. Bei einem Stepper definiert die gemessene Beleuchtungsenergie die Öffnungszeit des Verschlusses und damit der erforderliche Beleuchtungszeit. Bei einem Scanner ist eine gleichmäßige Beleuchtungsdosis über das gesamte Feld von Wichtigkeit. Hier wird das gesamte Feld nicht gleichzeitig beleuchtet. Die Messung der Beleuchtungsenergie kann anschließend zur Steuerung der Strahlungsquelleneinheit in der Weise verwendet werden, dass die Beleuchtungsdosis innerhalb des gesamten Feldes gleichmäßig ist.
Zur Messung der gelieferten Beleuchtungsdosis wird ein Energiesensor bereitgestellt. Prinzipiell kann ein derartiger Sensor an verschiedenen Stellen der Vorrichtung angeordnet werden. Enthält die Vorrichtung ein REMA, wird die Energiemessung vorzugsweise zwischen der Strahlungseinheit und dem REMA vorgenommen. Würde der Energiesensor bei Blickrichtung von der Strahlungsquelleneinheit aus hinter dem REMA angeordnet, sollte er aufgrund der verschiedenen möglichen Einstellungen des REMA, bei denen verschiedene Lichtmengen durchgelassen werden, einen sehr großen dynamischen Bereich haben.
Bei den in 2 und 4 dargestellten Ausführungsformen kann der Energiesensor beispielsweise im Bereich des Lichtwellenleiters 17 angeordnet werden.
6 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Teils einer erfindungsgemäßen fotolithografischen Vorrichtung, die ebenfalls einen Energiesensor enthält. In diesem Fall besteht der Lichtwellenleiter 17 aus einem ersten optisch transparenten Stab 31 und einem zweiten optisch transparenten Stab 33, die ein Prismensystem 35 einschließen. Das Prismensystem 35 kann beispielsweise zwei Prismen 37, 45 aufweisen, deren Hypotenusen 39, 43 so gebildet sind, dass die gemeinsam von den beiden Hypotenusen gebildete Auskopplungs-Oberfläche teils reflekrierend und teils durchlässig ist. Diese Auskopplungs-Oberfläche koppelt Licht aus dem Hauptlichtweg aus. Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel beträgt der Reflexionskoeffizient der Auskopplungsoberfläche vorzugsweise nur einige Prozent, so dass der Hauptlichtweg von der Energiemessung nicht oder nur kaum beeinflusst wird.
Der Energiesensor 41 kann beispielsweise gegenüber der Oberfläche 47 des zweiten Prismas 45 angeordnet werden.
Die Strahlungsquelleneinheit kann auf Basis der gemessenen Beleuchtungsdosis auf unterschiedliche Weise gesteuert werden. Eine erste Möglichkeit ist die Steuerung der Intensität des von der Strahlungsquelle gelieferten Lichtes mittels eines Regelkreises 49, indem beispielsweise der die Lampe treibende Strom über eine Steuerungseinheit 50 gesteuert wird. Eine andere Möglichkeit ist, ein Dämpfungsglied (nicht dargestellt) mit variabler Durchlässigkeit in der Beleuchtungseinheit bei Blickrichtung von der Strahlungsquelle aus vor dem Energiesensor anzuordnen, wobei die Durchlässigkeit des Dämpfungsgliedes von der Messung des Energiesensors bestimmt und geregelt wird.
Die Beleuchtung in der Beleuchtungseinheit ist vorzugsweise telezentrisch. In diesem Fall erreicht das reflektierte Licht die Strahlungsquelle wieder, was den optischen Wirkungsgrad des Systems positiv beeinflusst. Besteht ferner der Lichtwellenleiter aus mindestens einem optisch transparenten Stab, ist das dem Lichtwellenleiter vorgeschaltete optische System vorzugsweise konfokal. Das bedeutet, dass die Strahlungsquelle beispielsweise eine Lampe kombiniert mit z.B. einem elliptischen Spiegel ist. Die Lampe sollte im ersten Brennpunkt des Spiegels angeordnet sein, während der zweite Brennpunkt des Spiegels in der Brennebene des ersten optischen Systems liegt und die Eingangsfläche des Lichtwellenleiters mit der Ebene der Schnittweite des ersten optischen Systems zusammenfällt. Auf diese Weise kann das von der Membran reflektierte Licht erneut im ersten Brennpunkt des elliptischen Spiegels fokussiert werden und wird in optimaler Weise zurückgewonnen.
Ist der Lichtwellenleiter durch einen optischen Tunnel gebildet, wird der Lichtstrahl vorzugsweise an der Eingangsfläche des Tunnels durch das erste optische System 5 fokussiert, um die Kopplung des Lichtes in den Tunnel zu optimieren.
Der Graph von 7 zeigt die Beziehung zwischen der Schlitzbreite s und dem optischen Wirkungsgrad η für eine herkömmliche Vorrichtung (a) und für eine erfindungsgemäße Vorrichtung (b).
Der Begriff 'herkömmliche Vorrichtung' bezieht sich auf eine Vorrichtung, bei der ein schlitzförmiges Beleuchtungsfeld erzeugt wird, indem ein Teil des Lichtstrahls blockiert wird, was in einem erheblichen Energieverlust im Beleuchtungsfeld resultiert.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen weist der Lichtwellenleiter einen oder zwei optisch transparente Stäbe oder einen optischen Tunnel auf. Sämtliche dieser Elemente haben eine Licht integrierende Funktion. Der Lichtwellenleiter kann z.B. auch aus einem Facetten-Integrator, aus einer Kombination zweier Facetten-Integratoren, aus einer Kombination aus Facettenintegrator und einem optisch transparenten Stab, oder aus einer Kombination aus Facettenintegrator und einem optischen Tunnel bestehen. Bezüglich einer Beschreibung von Lichtwellenleitern dieser Typen wird z.B. auf das U.S.-Patent 4,918,583 verwiesen.

Claims

Fotolithografische Einrichtung (1) zur Abbildung eines Maskenmusters auf einem Trägermaterial, wobei das Gerät eine Beleuchtungseinheit enthält, die ein erstes optisches System (5) und einen Lichtwellenleiter (17) in der angegebenen Reihenfolge aufweist; wobei das Gerät des Weiteren ein nachgeschaltetes zweites optisches System (7) und einen Maskentisch (9) enthält und so eingerichtet ist, dass sowohl der Schrittmodus als auch der Abtastmodus wählbare Modi sind; wobei das Gerät des Weiteren ein Mittel zur Erzeugung eines schlitzförmigen statischen Beleuchtungsfeldes im Bereich des Trägermaterials mit einer innerhalb eines vorgewählten Bereichs von Schlitzbreiten variablen Schlitzbreite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung eines schlitzförmigen statischen Beleuchtungsfeldes ein schlitzförmiges statisches Beleuchtungsfeld mit im Wesentlichen konstanter Gesamtenergie unabhängig von der Schlitzbreite des schlitzförmigen statischen Beleuchtungsfeldes erzeugt.
Fotolithografische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter mindestens einen optisch transparenten Stab enthält.
Fotolithografische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine schlitzförmige Blende (27) mit variabler Öffnung zwischen dem Maskentisch (9) und dem zum Maskentisch weisenden Ende des Lichtwellenleiters (17) vorgesehen ist.
Fotolithografische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Lichtwellenleiter weisende Blendenoberfläche (29) reflektierend ist.
Fotolithografische Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blende (27) in der Nähe des Endes des zum zweiten opti schen System (7) weisenden Lichtwellenleiters (17) befindet.
Fotolithografische Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blende (27) in der Nähe des Maskentisches (9) befindet.
Fotolithografische Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende ein REMA (retical masking system) ist.
Fotolithografische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (17) aus einem ersten optisch transparenten Stab (31) und einem zweiten optisch transparenten Stab (33) besteht, die zwischen sich ein Prismensystem (35) mit einer Austrittsfläche, über die Licht aus dem Prismensystem ausgekoppelt werden kann, einschließen, während ein Energiesensor (41) gegenüber der Austrittsfläche (47) vorgesehen ist.
Fotolithografische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (17) ein optischer Tunnel mit Innenwänden ist, die mit einem reflektierenden Material versehen und relativ zueinander beweglich sind, so dass die Abmessung des Tunnels quer zur Längsrichtung variabel ist.
Fotolithografische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennebene des ersten optischen Systems mit der Eintrittsfläche des Tunnels zusammenfällt.
Fotolithografische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren eine Strahlungsquelle (4) aufweist, bei der es sich um eine Lampe in einem Brennpunkt eines elliptischen Spiegels handelt, wobei der zweite Brennpunkt des Spiegels in der Brennebene des ersten optischen Systems liegt und die Eintrittsfläche des Lichtwellenleiters mit der rückseitigen Brennebene des ersten optischen Systems zusammenfällt.
Verfahren zur Herstellung eines Geräts unter Verwendung der fotolithografischen Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer ein Muster tragenden Maske auf dem Maskentisch; Bereitstellen eines Trägermaterials mit einer strahlungsempfindlichen Schicht auf dem Maskentisch; Bestrahlen von Abschnitten der Maske und Abbilden der bestrahlten Abschnitte der Maske auf den Zielabschnitten des Trägermaterials, wobei: während des Schrittes der Bestrahlung von Abschnitten der Maske das vom Beleuchtungssystem auf der Maske abgebildete Beleuchtungsfeld ein schlitzförmiges statisches Beleuchtungsfeld mit variabler Schlitzbreite innerhalb eines vorgegebenen Schlitzbreitenbereichs ist, dadurch gekennzeichnet, dass das schlitzförmige statische Beleuchtungsfeld eine im Wesentlichen konstante Gesamtenergie unabhängig von der Schlitzbreite des schlitzförmigen statischen Beleuchtungsfeldes hat.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren den Schritt der Einstellung S = W für w ≤ w_step und s_min ≤ s ≤ s_max für w > w_step aufweist, wobei s die Breite des von der Beleuchtungseinheit erzeugten Beleuchtungsfeldes ist, s_min und s_max seine minimalen- bzw. maximalen Werte sind, w die Breite eines zu beleuchtenden Feldes und w_step die maximale Breite eines im Schrittmodus zu beleuchtenden Feldes sind.