DE69922132T2 - Spiegelprojektionssystem für einen lithographischen abtast-projektionsapparat sowie lithographischer apparat mit einen solchen system - Google Patents

Spiegelprojektionssystem für einen lithographischen abtast-projektionsapparat sowie lithographischer apparat mit einen solchen system Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Spiegelprojektionssystem zur Verwendung in einem "Step-and-scan"-Projektionslithographiegerät zum Abbilden eines in einer Maske vorhandenen Maskenmusters auf ein Substrat mit Hilfe eines Bündels von EUV-Strahlung, welches Strahlenbündel einen kreisförmigen segmentförmigen Querschnitt hat, wobei das genannte Projektionssystem von sechs Abbildungsspiegeln gebildet wird, mit, von der Objektseite zur Bildseite, Ordinalzahlen 1–6, wobei der erste, der zweite, der vierte und der sechste Spiegel konkav sind und der fünfte Spiegel konvex ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Lithographiegerät zum „Steg-and-scan"-Abbilden eines Maskenmusters auf eine Anzahl Gebiete eines Substrats, welches Gerät ein solches Spiegelprojektionssystem umfasst.
  • EP-A 0 779 528 beschreibt ein Spiegelprojektionssystem zur Verwendung in einem „Step-and-scan"-Lithogaphiegerät, mit dem ein IC-Maskenmuster auf eine Anzahl Gebiete eines Halbleitersubstrats unter Verwendung von EUV-Strahlung abgebildet wird. Unter EUV-Strahlung, d.h. Extrem Ultravioletter Strahlung, wird eine Strahlung verstanden mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen mehreren Nanometern und mehreren zehn Nanometern. Diese Strahlung wird auch als weiche Röntgenstrahlung bezeichnet. Die Verwendung von EUV-Strahlung bietet den großen Vorteil, dass extrem kleine Details in der Größenordnung von 0,1 μm oder kleiner gut abgebildet werden können. Mit anderen Worten, ein Abbildungssystem, bei dem EUV-Strahlung verwendet wird, hat ein sehr hohes Auflösungsvermögen, ohne dass die NA des Systems extrem groß zu sein braucht, sodass die Schärfentiefe des Systems noch einen ziemlich großen Wert hat. Da für EUV-Strahlung kein geeignetes Material vorhanden ist, aus dem Linsen hergestellt werden können, muss zum Abbilden des Maskenmusters auf dem Substrat ein Spiegelprojektionssystem verwendet werden anstelle des bisherigen herkömmlichen Linsenprojektionssystems.
  • Die derzeit bei der Fertigung von ICs verwendeten Lithographiegeräte sind Stepper (schrittweise arbeitende Geräte). Bei diesen Geräten wird eine Vollfeldbeleuchtung verwendet, d.h. alle Gebiete des Maskenmusters werden gleichzeitig beleuchtet und diese Gebiete werden gleichzeitig auf ein einziges IC-Gebiet des Substrats abgebildet. Nachdem ein erstes IC-Gebiet beleuchtet worden ist, wird ein Schritt zu einem folgenden IC-Gebiet gemacht, d.h. der Substrathalter wird so bewegt, dass das nächste IC-Gebiet unter dem Maskenmuster positioniert ist, woraufhin dieses Gebiet beleuchtet wird usw., bis alle IC-Gebiete des Substrats des Maskenmusters beleuchtet worden sind. Bekanntermaßen bleibt es wünschenswert, über ICs mit einer zunehmenden Anzahl Bauteilen zu verfügen.
  • Es wird versucht, diese Anforderung nicht nur durch Verringerung der Abmessungen dieser Bauteile zu erfüllen, sondern auch durch Vergößerung der Oberfläche der ICs. Dies bedeutet, dass die bereits relativ hohe NA des Projektionslinsesystems weiter erhöht werden muss und für ein schrittweise arbeitendes Gerät das Bildfeld dieses Systems auch weiter vergrößert werden muss. Dies ist praktisch unmöglich.
  • Daher ist vorgeschlagen worden, von einem Stepper zu einem „Step-and-scan"-Gerät überzugehen. Bei einem solchen Gerät wird ein rechteckiges oder kreisförmiges segmentförmiges Untergebiet des Maskenmusters und damit auch ein Untergebiet eines IC-Gebietes des Substrats beleuchtet und das Maskenmuster und das Substrat werden synchron durch das Beleuchtungsbündel bewegt, wobei die Vergrößerung des Projektionssystems berücksichtigt wird. Ein nachfolgendes kreisförmiges segmentförmiges Untergebiet des Maskenmusters wird dann jedes Mal auf ein entsprechendes Untergebiet des betreffenden IC-Gebietes auf dem Substrat abgebildet. Nachdem auf diese Weise das gesamte Maskenmuster auf einem IC-Gebiet abgebildet worden ist, führt der Substrathalter eine Schrittbewegung aus, d.h. der Anfang eines nachfolgenden IC-Gebietes wird in das Projektionsstrahlenbündel eingebracht und die Maske wird in ihre Anfangsposition gesetzt, woraufhin das genannte nachfolgende IC-Gebiet über das Maskenmuster sowohl abgetastet als auch beleuchtet wird. Dieses Abtast-Abbildungsverfahren kann sehr vorteilhaft in einem Lithographiegerät verwendet werden, in dem EUV-Strahlung als Projektionsstrahlung verwendet wird.
  • Die Ausführungsform des in EP 0 779 528 beschriebenen Projektionssystems, das zur Verwendung mit EUV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 13 nm bestimmt ist, hat an der Bildseite eine NA von 0,20. Das ringförmige Bildfeld hat einen Innenradius von 29 mm und einen Außenradius von 31 mm und eine Länge von 30 mm. Die Auflösung des Systems beträgt 50 nm und die Abbildungsfehler und Störungen sind klein genug, um mit Hilfe eines Abtastprozesses ein gutes Bild eines Transmissionsmaskenmusters eines IC-Gebietes eines Substrats zu erstellen. Der dritte Spiegel dieses Projektionssystems ist konkav. Ein erstes Spiegelpaar, das aus dem ersten und dem zweiten Spiegel besteht, formt ein vergrößertes Bild des Objektes oder des Maskenmusters. Dieses Bild wird von einem zweiten Spiegelpaar transportiert, das vom dritten und vierten Spiegel gebildet wird, und einem dritten Spiegelpaar zugeführt, das aus dem fünften und dem sechsten Spiegel besteht, welches das gewünschte telezentrische Bild mit der geforderten Apertur NA = 0,20 verschafft. In diesem Projektionssystem wird zwischen dem dritten und dem vierten Spiegel ein Zwischenbild gebildet und auf dem zweiten Spiegel befindet sich eine Blende.
  • Bei dem bekannten Projektionssystem müssen die Spiegelabschnitte, die den dritten und den vierten Spiegel bilden, in relativ großem Abstand von der optischen Achse des Systems liegen. Dies kann Ausrichtungs- und Stabilitätsprobleme verursachen. Außerdem hat das bekannte System einen kleinen freien Arbeitsabstand in der Größenordnung von 17 mm. In der Praxis wird häufig ein größerer Arbeitsabstand gefordert, beispielsweise, im Zusammenhang mit dem Einbauen von Messsystemen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Projektionssystem der eingangs beschriebenen Art zu verschaffen, das einen relativ großen freien Arbeitsabstand aufweist und stabil ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Projektionssystem dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Spiegel konvex ist.
  • Bei dem Projektionssystem gemäß dem neuartigen Konzept liegt nur ein Spiegelelement, der vierte Spiegel, in relativ großem Abstand von der optischen Achse. Der freie Arbeitsabstand ist beispielsweise um einen Faktor 6 größer als der des in EP-A 0 779 528 beschriebenen Systems. Jetzt wird von den ersten vier Spiegeln ein Zwischenbild gebildet, welches Zwischenbild sich in einer Position zwischen dem vierten und dem fünften Spiegel befindet. Dieses Zwischenbild wird von dem fünften und dem sechsten Spiegel direkt in der Bildebene abgebildet. Bei dem neuartigen Projektionssystem ist der erste Spiegel nahe dem dritten Spiegel platziert, während bei dem System gemäß EP-A 0 779 528 der zweite Spiegel nahe dem vierten Spiegel platziert ist.
  • Es sei bemerkt, dass US-A 5.686.728 ein Sechsspiegelprojektionssystem für ein „Step-and-scan"-Gerät beschreibt. Dieses Projektionssystem ist jedoch für Wellenlängen im Bereich zwischen 100 nm und 300 nm bestimmt, d.h. nicht für EUV-Strahlung. In US-A 5.686.728 wird bemerkt, dass derartige Spiegelprojektionssysteme nicht für EUV-Strahlung geeignet sind. Bei der Ausführungsform des im US-A 5.686.728 beschriebenen Projektionssystems, das sechs Spiegel verwendet, ist der erste Spiegel konvex.
  • Innerhalb des oben beschriebenen neuartigen Entwurfs des Projektionssystems gibt es noch einige Freiheit bei der Wahl der Parameter der numerischen Apertur, Vergrößerung und Größe des Bildfeldes.
  • Eine Ausführungsform des Projektionssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das System eine numerische Apertur von etwa 0,20 an der Bildseite, eine Vergrößerung M = +0,25 und ein kreisförmiges segmentförmiges Bildfeld mit einer Breite von 1,5 mm aufweist.
  • Dieses Projektionssystem ist für das Abbilden von Details mit einer Größe von etwa 50 nm geeignet.
  • Das Projektionssystem ist weiterhin vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass alle Spiegel asphärische Oberflächen haben.
  • Unter einer asphärischen Oberfläche wird eine Oberfläche verstanden, deren Grundform sphärisch ist, aber deren tatsächliche Oberfläche örtlich von dieser Grundform abweicht, um Abbildungsfehler des optischen Systems, zu dem diese Oberfläche gehört, zu korrigieren.
  • Indem alle Spiegel asphärisch gemacht werden, kann mit dem genannten Bildfeld und der genannten numerischen Apertur ein befriedigend korrigiertes System erhalten werden.
  • Das Projektionssystem ist weiterhin vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass es an der Bildseite telezentrisch ist.
  • Daher können Vergrößerungsfehler infolge von ungewünschten Verschie bungen des Substrats entlang der optischen Achse vermieden werden.
  • Das Projektionssystem kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass zwischen dem zweiten und dem dritten Spiegel eine physisch zugängliche Blende liegt.
  • Das System ist dann so entworfen, dass genügend Raum vorhanden ist, um an dieser Stelle zwischen den in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Strahlenbündeln eine Blende anzubringen.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Lithographiegerät zum "Step-and-scan"-Abbilden eines in einer Maske vorhandenen Maskenmusters auf eine Anzahl Gebiete eines Substrats, welches Gerät eine Beleuchtungseinheit mit einer Quelle für EUV-Strahlung, einen Maskenhalter zum Aufnehmen einer Maske, einen Substrathalter zum Aufnehmen eines Substrats und ein Projektionssystem umfasst. Dieses Gerät ist dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem ein wie oben beschriebenes Spiegelprojektionssystem ist.
  • Das Spiegelprojektionssystem kann in Kombination mit einer durchlässigen Maske verwendet werden. Dann liegt das Beleuchtungssystem an der einen Seite des Maskenhalters und das Projektionssystem an der anderen Seite.
  • Ein Lithographiegerät mit einer kürzeren Einbaulänge ist jedoch weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Maske eine reflektierende Maske ist und dass die Beleuchtungseinheit an der gleichen Seite des Maskenhalters liegt wie das Projektionssystem.
  • Eine reflektierende Maske, die für EUV-Strahlung geeignet ist, kann einfacher hergestellt werden als eine durchlässige Maske für diese Strahlung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Weiteren näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Projektionssystems und
  • 2 schematisch eine Ausführungsform eines Lithographiegerätes mit einem solchen Projektionssystem.
  • In 1 wird die Objektebene, in der die abzubildende Maske angeordnet werden kann, mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, und die Bildebene, in der das Substrat angeordnet werden kann, wird mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Wenn die Maske reflektierend ist, wird sie mit einem Strahlenbündel b beleuchtet, das von rechts kommt und von einer Strahlungsquelle (nicht abgebildet) ausgesendet wird. Das von der reflektierenden Maske reflektierte Strahlenbündel b1 trifft auf den ersten Spiegel 5 des Systems auf, welcher Spiegel konkav ist. Dieser Spiegel reflektiert das Strahlenbündel als konvergierendes Strahlenbündel b2 zum zweiten Spiegel 6, der geringfügig konkav ist. Der Spiegel 6 reflektiert das Strahlenbündel als stärker konvergierendes Strahlenbündel b3 zum dritten Spiegel 7. Der Spiegel 7 ist ein konvexer Spiegel und reflektiert das Strahlenbündel als leicht divergierendes Strahlenbündel b4 zum vierten Spiegel 8. Dieser Spiegel ist konkav und reflektiert das Strahlenbündel als konvergierendes Strahlenbündel b5 zum fünften Spiegel 9, der konvex ist und das Strahlenbündel als divergierendes Strahlenbündel b6 zum sechsten Spiegel 10 reflektiert. Dieser Spiegel ist konkav und fokussiert das Strahlenbündel als Strahlenbündel b7 in der Bildebene 2. Die Spiegel 5, 6, 7 und 8 bilden zusammen ein Zwischenbild der Maske in der Ebene 3 und die Spiegel 9 und 10 bilden aus diesem Zwischenbild das gewünschte telezentrische Bild in der Bildebene 2, d.h. in der Ebene des Substrats.
  • Die Pupille des Projektionssystems liegt bei der axialen Position 12. An dieser Stelle sind die Strahlenbündel b2, b3 und b4 genügend weit voneinander entfernt, um an dieser Stelle eine Blende 13 platzieren zu können. Bekanntermaßen verhindert eine Blende, dass gestreute Strahlung oder durch unerwünschte Reflexionen verursachte Strahlung das bildformende Strahlenbündel eines Abbildungssystems erreicht, wodurch der Kontrast des in der Ebene 2 gebildeten Bildes verschlechtert werden könnte. Außerdem sorgt die Blende für einen identischen Strahlenbündelquerschnitt und eine identische NA für alle abbildenden Strahlenbündel, sodass die Beleuchtungsstärke und die Auflösung in dem Bildfeld konstant sind.
  • Weiterhin sind alle Spiegeloberflächen des in 1 gezeigten Systems asphärisch. Das System ist dadurch genügend für die gewünschte Apertur korrigiert.
  • Das System ist koaxial, was bedeutet, dass Krümmungsmittelpunkte aller Spiegel auf einer einzigen Achse liegen, der optischen Achse OO'. Im Hinblick auf Zusammenbau und Toleranzen ist dies sehr vorteilhaft.
  • Die folgende Tabelle zeigt die Werte der relevanten Parameter der Ausführungsform von 1. Diese Parameter sind:
    • – die entlang der optischen Achse OO' gemessenen Abstände: d1: zwischen der Objektebene 1 und dem Spiegel 5; d2: zwischen dem Spiegel 5 und dem Spiegel 6; d3: zwischen dem Spiegel 6 und dem Spiegel 7; d4: zwischen dem Spiegel 7 und dem Spiegel 8; d5: zwischen dem Spiegel 8 und dem Spiegel 9; d6: zwischen dem Spiegel 9 und dem Spiegel 10; d7: zwischen dem Spiegel 10 und der Bildebene 2,
    • – die entlang der optischen Achse gemessenen Krümmungsradien: R1: des Spiegels 5; R2: des Spiegels 6; R3: des Spiegels 7; R4: des Spiegels 8; R5: des Spiegels 9, R6: des Spiegels 10,
    • – die geraden Glieder a2, a4, a6, a8, a10 und a12 der bekannten Reihenentwicklung
      Figure 00070001
      die den Verlauf einer asphärischen Oberfläche beschreiben.
  • TABELLE
    • d1 = 480.0000 mm.
    • d2 = –130.0000
    • d3 = 120.0000
    • d4 = –410.0000
    • d5 = 882.9950
    • d6 = –248.8890
    • d7 = 339.1210
    • R1 = –504.7420 mm.
    • R2 = 4047.7788
    • R3 = 306.4726
    • R4 = 598.4006
    • R5 = 295.0114
    • R6 = 349.0336
  • Figure 00070002
  • Figure 00080001
  • Das System hat eine Vergrößerung M von +0,25, eine numerische Apertur NA von 0,20 und das kreisförmige Segment des Bildes am Ort der Bildebene 2 hat einen Innenradius von 27,5 mm und einen Außenradius von 29 mm, sodass diese Ebene mit einem kreisförmigen segmentförmigen Fleck von einer Breite von 1,5 mm abgetastet wird. Die Länge, oder Sehne, dieses Flecks beträgt etwa 25 mm. Die Gesamtlänge des Systems, 1 in 1, ist ungefähr 1057 mm. Das System ist zum Formen eines Bildes mit Hilfe von Strahlung mit einer Wellenlänge von 13 nm bestimmt und hierzu sind die Spiegel in bekannter Weise mit einer Mehrschichtstruktur versehen, die Strahlung dieser Wellenlänge so gut wie möglich reflektiert. Beispiele für Mehrschichtstrukturen für diesen Zweck sind unter anderen in US-A 5.153.898 beschrieben.
  • 2 zeigt sehr schematisch eine Ausführungsform eines „Step-and-scan"-Lithographiegerätes, das ein erfindungsgemäßes Spiegelprojektionssystem zum Abbilden eines in einer reflektierenden Maske 15 vorhandenen Maskenmusters auf ein Substrat 20 umfasst, das mit einer für EUV-Strahlung empfindlichen Schicht 21 versehen ist. Das Gerät umfasst eine schematisch dargestellte Beleuchtungseinheit 30, in der eine EUV-Strahlungsquelle und ein optisches System zum Bilden eines Beleuchtungsbündels b, dessen Querschnitt die Form eines kreisförmigen Segmentes hat, untergebracht sind. Wie in der Fig. gezeigt wird, kann die Beleuchtungseinheit 30 nahe dem Substrattisch und dem abbildenden Abschnitt 9, 10 des Projektionssystems platziert werden, sodass das Beleuchtungsbündel b nahe diesen Elementen in die Projektionssäule gelangen kann. Die abzubildende reflektierende Maske 15 ist in einem Maskenhalter 16 angeordnet, der Teil eines Maskentisches 17 ist, mit dem die Maske in der Abtastrichtung 18 und eventuell in einer Richtung senkrecht zur Abtastrichtung bewegt werden kann, sodass alle Gebiete des Maskenmusters unter dem durch das Beleuchtungsbündel b gebildeten Beleuchtungsfleck positioniert werden können. Der Maskenhalter und der Maskentisch werden nur schematisch gezeigt und können auf verschiedene Weise ausgeführt sein. Das Substrat 20 ist auf einem Substrathalter 22 angeordnet, der von einem Substrattisch (Träger) 23 getragen wird. Dieser Tisch kann das Substrat in der Abtastrichtung (X-Richtung), aber auch senkrecht dazu in der Y-Richtung bewegen. Beim Abtasten bewegen sich das Substrat und die Maske in der gleichen Richtung. Der Substrattisch wird von einer Halterung 24 getragen.
  • Außerdem kann das Substrat in der Z-Richtung bewegt werden, der Richtung der optischen Achse OO', und um die Z-Achse gedreht werden. Bei hoch entwickelten Geräten kann das Substrat auch um die X-Achse und die Y-Achse gekippt werden. Für weitere Details eines „Steg-and-scan"-Gerätes sei beispielsweise auf die PCT-Patentanmeldung WO 97/33204 (PHQ 96.004) verwiesen.
  • Der optische freie Arbeitsabstand C, d.h. der Abstand zwischen dem fünften, Spiegel 9 und der Ebene des Substrats, wird durch das Projektionssystem bestimmt und ist, abgesehen von eventuellen mechanischen Vorkehrungen, relativ groß, beispielsweise 90 mm. Daher können in dem Raum zwischen dem fünften Spiegel und dem Substrat optische Sensoren angeordnet werden. Solche Sensoren, die bereits in Steppern oder Step-und-scan-Geräten verwendet werden, in denen als Projektionssystem ein Linsensystem verwendet wird, sind beispielsweise ein Höhen- und Niveausensor, der beispielsweise in US-A 5.191.200 (PHQ 91.007) beschrieben wird, und ein in beispielsweise US-A 5.144.363 (PHQ 90.003) beschriebener Bildsensor.
  • Das Projektionssystem ist an der Seite des Substrats telezentrisch, was den Vorteil hat, dass durch unerwünschte Bewegungen in Z-Richtung des Substrats in Bezug auf das Projektionssystem verursachte Vergrößerungsfehler vermieden werden.
  • Das EUV-Projektionslithographiegerät kann bei der Herstellung von ICs verwendet werden, aber auch beispielsweise bei Flüssigkristallanzeigefeldern, integrierten oder planaren optischen Systemen, Magnetköpfen und Führungs- und Detektionsmustern für Speicher mit magnetischen Domänen.

Claims (7)

  1. Spiegelprojektionssystem zur Verwendung in einem "Step-and-scan"-Projektionslithographiegerät zum Abbilden eines in einer Maske (1) vorhandenen Maskenmusters auf ein Substrat mit Hilfe eines Bündels (b) von EUV-Strahlung, welches Strahlenbündel einen kreisförmigen segmentförmigen Querschnitt hat, wobei das genannte Projektionssystem von sechs Abbildungsspiegeln (5, 6, 7, 8, 9, 10) gebildet wird, mit, von der Objektseite (1) zur Bildseite (2), Ordinalzahlen 1–6, wobei der erste (5), der zweite (6), der vierte (8) und der sechste (10) Spiegel konkav sind und der fünfte Spiegel (9) konvex ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Spiegel (7) konvex ist.
  2. Spiegelprojektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine numerische Apertur von etwa 0,20 an der Bildseite, eine Vergrößerung M = +0,25 und ein kreisförmiges segmentförmiges Bildfeld mit einer Breite von 1,5 mm aufweist.
  3. Spiegelprojektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Spiegel (5, 6, 7, 8, 9, 10) asphärische Oberflächen haben.
  4. Spiegelprojektionssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das System an der Bildseite (2) telezentrisch ist.
  5. Spiegelprojektionssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten (6) und dem dritten Spiegel (7) eine physisch zugängliche Blende (13) liegt.
  6. Lithographiegerät zum "Step-and-scan"-Abbilden eines in einer Maske (15) vorhandenen Maskenmusters auf eine Anzahl Gebiete eines Substrats (20), welches Gerät eine Beleuchtungseinheit (30) mit einer Quelle für EUV-Strahlung (6), einen Maskenhalter (16) zum Aufnehmen der Maske, einen Substrathalter (22) zum Aufnehmen des Substrats (20) und ein Projektionssystem umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionssystem ein Spiegelprojektionssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
  7. Lithographiegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske eine reflektierende Maske (15) ist und dass die Beleuchtungseinheit (30) an der gleichen Seite des Maskenhalters (16) liegt wie das Projektionssystem.
DE69922132T 1998-05-06 1999-04-26 Spiegelprojektionssystem für einen lithographischen abtast-projektionsapparat sowie lithographischer apparat mit einen solchen system Expired - Lifetime DE69922132T2 (de)

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