DE3588012T2 - Lithographie im fernen UV-Gebiet. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die Erfindung betrifft optische Lithographie und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zur Erzielung optischer Lithographie mit kurzer Wellenlänge, die zur Herstellung von Feinlinien-Halbleiterbaueinheiten hoher Qualität geeignet sind.
• Es ist bekannt, daß der Auflösungsgrenzwert (Lmin) bei gleichen Linien und Abständen bei einem optischen Abbildungssystem als
• Lmin=Kλ/NA (1)
• ausgedrückt werden kann, wobei K eine Konstante ist, deren Wert in Abhängigkeit von Verfahrens- und Beleuchtungsbedingungen sowie Resisteigenschaften typischerweise zwischen 0,4 und 1,0 liegt, λ die Wellenlänge der Strahlung für die Bestrahlung und NA die numerische Apertur der Projektoroptik ist.
• Aus (1) wird deutlich, daß der minimale druckbare Zeichenbestandteil durch Verringern von λ oder durch Erhöhen von NA verkleinert werden kann. Aber da sich die Schärfentiefe des Systems mit dem Kehrwert von (NA)² ändert, ist es üblicherweise bei einem hochauflösenden System vorzuziehen, das gewünschte Lmin eher durch Reduzieren von als durch Erhöhen von NA zu erreichen.
• Die US-A-3 573 849 offenbart einen Apparat zur Erzeugung von Mustern aus gespeicherter Information. Ein lichtempfindliches Medium wird durch einen Lichtstrahl abgetastet, der von einer Drehspiegel-Baugruppe reflektiert wird. Die Orientierung wird während einer Bewegung des Gerätes nicht aufrechterhalten, sondern nur am Ende der Bewegung eingestellt.
• Die EP-A-0 128 993, die nach Artikel 54(3) & (4) EPÜ zum Stand der Technik gehört, beschreibt eine Strahlungsquelle, die in einem Abstand von einem zu bestrahlenden Objekt angeordnet ist, ein System zum Erhalten der Ausrichtung der Strahlung während aller Relativbewegungen der Quelle und des Objekts sowie eine Linsen-Baugruppe in dem System.
• Die vorliegende Erfindung ist auf ein neues Lithographiesystem mit kurzer Wellenlänge gerichtet.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Strahlungssystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Fokussieren von Strahlung nach Anspruch 8 zur Verfügung gestellt.
• Ein erfindungsgemäßes Lithographiesystem weist einen in einer schmalen Bandbreite gepulsten bzw. abstimmbaren Laser auf, der bei einer Wellenlänge im fernen UV-Bereich arbeitet. Eine monochromatische, nur aus geschmolzenem Siliciumdioxid bzw. nur aus Quarzglas gebildete Linsen-Baugruppe wird verwendet, um die Ausgangssignale des Lasers auf aufeinanderfolgende Abschnitte der Oberfläche eines resistbeschichteten Wafers zu richten, der an einem bewegbaren Halter, z.B. einem bekannten Tisch mit Schrittantrieb, befestigt ist.
• Die Kombination eines Lasers mit schmaler Bandbreite und einer monochromatischen Linsen-Baugruppe gemäß der Erfindung ermöglicht es, schnell und leicht eine Fokusnachführung in dem System durchzuführen. Dieses erfolgt durch Richten der Ausgangssignale eines Lasers auf die Oberfläche eines Werkstücks mittels einer Projektionslinse und durch Steuern der Wellenlänge des Lasers, um die Brennweite der Linse gleich dem Abstand Linse-zur-Werkstückoberfläche zu halten.
• Weitere Eigenschaften des Systems werden nachstehend beschrieben.
Figurenbeschreibung
• Die Fig. 1 und 2 stellen zusammengenommen schematisch einen erfindungsgemäßen Apparat zum Erreichen optischer Lithographie mit kurzer Wellenlänge dar und
• Fig. 3 zeigt detaillierter eine besondere Ausführung eines Teils von Fig. 1.
Detaillierte Beschreibung
• Die Erfindung wird in Zusammenhang mit einem bekannten Typ eines lithographischen Repetier- bzw. "Step-and-Repeat"- Systems beschrieben.
• Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist eine Laser- Beleuchtungsquelle physikalisch von dem den beweglichen Tisch aufweisenden Teil des Systems getrennt. Daher ist zum Beispiel der in Fig. 1 gezeigte, den Laser 12 enthaltende Geräteteil 10 vorteilhafterweise an einer Stelle angeordnet, die von dem in Fig. 2 dargestellten, den Tisch 16 mit Schrittantrieb enthaltenden Geräteteil 14 entfernt ist. Bei dieser Anordnung läuft der von dem Geräteteil 10 bereitgestellte Laserstrahl durch Luft oder kontrollierten Raum zum Geräteteil 14, wie in Fig. 1 durch Pfeil 18 angegeben. (Tatsächlich, wie später nachfolgend deutlich wird, werden zwei koaxial angeordnete Laserstrahlen von dem Geräteteil 10 aus in die Richtung des Pfeils 18 weitergeleitet. Ein Strahl bildet die Strahlung für die Bestrahlung. Der andere Strahl wird nur für Zwecke der Steuerung der Ausrichtung verwendet.)
• Es gibt verschiedene Gründe für die physikalische Trennung der vorerwähnten Geräteteile 10 und 14. In einigen Fällen weist der in Fig. 1 gezeigte Laser 12 beispielsweise einen giftigen Bestandteil auf, der aus Sicherheitsüberlegungen an einer Stelle angeordnet sein sollte, die vom Bedienungspersonal entfernt ist.
• Im Betrieb bewegt der Tisch mit Schrittantrieb aufeinanderfolgende Abschnitte eines resistbeschichteten Halbleiterwafers 40 in den Weg der Beleuchtungsstrahlung. In der Vergangenheit war nach jedem Weiterschalten des Tisches eine Wartedauer notwendig, um das Herausdämpfen von durch die Tischbewegungen verursachten Vibrationen zu gestatten, bevor der Beleuchtungsstrahl eingeschaltet wurde. Dies ist zeitaufwendig.
• Entsprechend einem Merkmal der Erfindung sind in den Geräteteilen 10 und 14 Instrumentarien zum unverzüglichen Bewegen der Laserstrahlen gemäß den Vibrationen im Tisch 16 vorgesehen, um die Laserstrahlen 18 relativ zum Tisch ausgerichtet zu halten. So kann nach jedem Weiterschalten des Tisches der Strahl schneller eingeschaltet werden. Beispielsweise umfassen diese Instrumentarien übliche angetriebene Galvanometerspiegel 20 und 22 im Geräteteil 10 und einen am Tisch 16 angebrachten, herkömmlichen Quadranten- Photodetektor oder lageempfindlichen Photodetektor 24. Vom Bereich 24 bereitgestellte elektrische Signale werden an Differentialverstärker 26 und 28 in Rückkopplungsschleifen angelegt, die jeweils die Galvanometermotoren 30 und 32 steuern. Der Motor 30 ist über eine parallel zur Y-Achse verlaufende Welle 34 an den Spiegel 20 und der Motor 32 über eine parallel zur Z-Achse verlaufende Welle 36 an den Spiegel 22 gekoppelt. Durch wahlweises Drehen der Spiegel 20 und 22 wird die Orientierung der vom Geräteteil 10 ausgestrahlten Laserstrahlen 18 in einer gesteuerten Weise variiert, um die Vibrationsbewegung des Tisches 16 auszugleichen.
• In Ruhezuständen wird die gewünschte Orientierung der Laserstrahlen 18 relativ zum Tisch 16 durch statische Signale hergestellt, die von einem Steuercomputer 38 aus an die Galvanometermotoren 30 und 32 angelegt werden. Die zusätzlichen variablen Signale, die von den Differentialverstärkern 26 und 28 den Motoren 30 und 32 zugeführt werden, werden den vom Computer zugeführten statischen Signalen überlagert. Dieser Vorgang wird nachstehend näher beschrieben.
• Jede der in dem Geräteteil 14 aus Fig. 2 enthaltenen Linsen ist nur aus Siliciumdioxid bzw. Quarzglas hergestellt. Quarzglas ist ein hochstabiles Material, das für Licht mit kurzer Wellenlänge äußerst durchlässig ist. Darüber hinaus kann Quarzglas mit guter Präzision hergestellt werden, um spezifizierte Linsenkonstruktionen zu formen. Trotz dieser offensichtlichen Vorteile ist der Anmelder der erste, der die Verwendung eines einzigen optischen Materials (Siliciumdioxid bzw. Quarzglas) vorgeschlagen hat, um eine Linsen-Baugruppe hoher Qualität für auf Laserbeleuchtung basierende optische Lithographie mit kurzer Wellenlänge (beispielsweise im fernen UV-Bereich) herzustellen. Bisher ist es üblich gewesen, Linsen unter Verwendung mehrerer Materialien zur Korrektur von chromatischen Abweichungen herzustellen.
• Als der Anmelder eine Ganzquarzglas-Linsen-Baugruppe entwarf, erkannte er, daß eine Laserquelle, die mit der Baugruppe kombiniert werden soll, als praktische Gegebenheit eine extrem schmale Bandbreite aufweisen muß, falls chromatische Abweichungen bei der Baugruppe aus einem einzigen optischen Material vermieden werden sollten. Da chromatische Abweichungen bei einer Konstruktion mit einem einzigen optischen Material unvermeidbar sind, wenn die Bandbreite der Laserquelle nicht ausreichend schmal ist, würde das auf dem vom Laserstrahl beleuchteten Wafer 40 projizierte Bild (Fig. 2) unzulässig unscharf sein.
• Aber der Anmelder stellte fest, daß alle geeigneten Laserquellen mit kurzer Wellenlänge und ausreichender Leistung Impulslaser waren, denen übermäßig breite Bandbreiten eigen sind. An diesem Punkt hätte es nahegelegen, wie es andere Fachleute getan haben, die Linsen-Baugruppe neu zu entwerfen, damit sie bei den Bandbreiten verfügbarer Quellen frei von chromatischen Abweichungen ist. Aber dieses hätte das Verwenden anderer optischer Materialien als nur Quarzglas zur Folge gehabt. Stattdessen beharrte der Anmelder auf dem nicht naheliegenden Weg, die Ganzquarzglas- Linsenkonstruktion beizubehalten und die Laserquelle neu zu entwerfen, damit diese eine ausreichend schmale Bandbreite zeigt. Dieser einmalige Lösungsweg läßt die Verwirklichung einer besseren Linsenkonstruktion zu und bildet ferner die Grundlage für das Erzielen einer elektronischen Fokusnachführung wie auch einer elektronischen Abstimmung der Laserquelle. Ein solches Abstimmen gestattet es, die Quelle an die Betriebseigenschaften der Linsen-Baugruppe anzupassen, wie später weiter unten detailliert ausgeführt werden wird.
• Zum Beispiel weist der im Geräteteil 10 aus Fig. 1 enthaltene Laser 12 einen Excimerlaser auf. Diese Kategorie von Lasern ist für UV-Ausstrahlungen mit Wellenlängen von beispielsweise unter 4000 Å bis unter 2000 Å geeignet.
• Excimerlaser und ihre Verwendung für die Lithographie sind in einer Anzahl von Veröffentlichungen beschrieben. Diese umfassen: "Laser Projection Printing" von G. M. Dubroeucq et al, Proceedings of Microcircuit Engineering Conference, Aachen, Deutschland, September 1979, Seiten 328- 337; "Applications of Excimer Lasers in Microelectronics" von T. McGrath, Solid State Technology, Dezember 1983, Seiten 165-169; "Deep UV Exposure of Ag&sub2;Se/GeSe&sub2; Utilizing an Excimer Laser" von K. J. Polasko et al, IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-5, Nr. 1, Januar 1984, Seiten 24-26; und "Excimer Laser Projection Lithography" von K. Jain et al, Applied Optics, Vol. 23, Nr. 5, 01. März, 1984, Seiten 648- 650.
• Beispielsweise weist der Laser 12 aus Fig. 1 einen Impuls-KrF-Gas-Excimerlaser auf, der zum Betrieb bei einer Nenn-Mittenwellenlänge von 2484 Å ausgelegt ist. (Der Fluor- Bestandteil in KrF ist hochgiftig.) Die Impulsfolgefrequenz des Lasers 12 wird zum Beispiel zu ungefähr 1000 Impulsen pro Sekunde ausgewählt.
• Dem KrF-Excimerlaser 12 (Fig. 1) ist eine spektrale leistungsbezogene Halbwerts-Bandbreite von ungefähr 10 Å eigen. Aber da der Anmelder erkannt hat, daß eine Ganzquarzglas-Linsen-Baugruppe für hochauflösende Lithographie eine Quellenbandbreite von weniger als ungefähr 0,1 _ erfordert, um frei von chromatischen Abweichungen zu sein, hat er eine die Bandbreite schmälernde Baugruppe mit dem Laser 12 kombiniert, um ein Ausgangssignal mit 2484 Å zu erhalten, das durch eine Halbwerts-Bandbreite von nur ungefähr 0,05 Å gekennzeichnet ist. Bei einer Folgefrequenz von 1000 Impulsen pro Sekunde, beträgt die Leistung eines jeden solchen Impulses ungefähr 5 Milli Joule, wobei diese Eigenschaften eine ausreichende Grundlage für eine gleichmäßige Lithographie mit hoher Auflösung und hohem Durchsatz bildet.
• Es sind verschiedene Techniken zum Schmälern der Eigenbandbreite des Lasers 12 verfügbar. Eine geeignete Baugruppe, um dieses auszuführen, ist in Fig. 3 dargestellt (wobei die Figur auch die Teile 42 und 44 des Lasers zeigt). Der vom Laser ausgestrahlte Strahl 46 durchläuft einen üblichen Etalon 48 mit geringer Feinheit und trifft auf ein herkömmliches Gitter 50 für streifenden Einfall auf, das in einem Abstand von einem gegenüberliegenden Spiegel 52 mit hohem Reflexionsvermögen angeordnet ist. Zum Beispiel weist das Gitter 50 3000 bis 4000 Furchen pro Millimeter auf. Die Elemente 48, 50 und 52 bilden sowohl eine abstimmende als auch eine die Bandbreite schmälernde Baugruppe. Diese Baugruppe ist in Fig. 1 dargestellt und darin mit dem Bezugszeichen 54 bezeichnet ("Bandbreiten schmälern" wird im Stand der Technik auch als "Linien-Verengung" bezeichnet).
• Das gewünschte Ausgangssignal mit schmaler Bandbreite wird von der Baugruppe 54 ausgestrahlt und läuft in die durch den Pfeil 55 in Fig. 3 angegebene Richtung. Der Pfeil 55 ist auch in Fig. 1 dargestellt, in der er parallel zur X-Achse ausgerichtet ist.
• Die Baugruppe 54 sieht auch eine Einrichtung vor, um die Mittenwellenlänge des Laserausgangsignals 55 bei einem vorbestimmten Wert festzulegen und danach die Wellenlänge genau bei diesem Wert zu halten (oder die Wellenlänge gezielt von dem Wert zu entfernen, um eine elektronische Fokusnachführung durchzuführen). Dieses wird dadurch ausgeführt, daß eins oder eine Kombination der Elemente 48, 50 und 52 um eine Achse herumgedreht wird, die senkrecht zur Ebene des Papiers liegt, auf dem Fig. 3 gezeichnet ist. Zur Grobabstimmung reicht ein Verdrehen des Spiegels 52 und/oder des Gitters 50. Zur Feinabstimmung ist nur ein Drehen des Etalons 48 wirksam. In der Praxis ist es üblicherweise vorteilhaft, anfänglich die vorbestimmte Mittenwellenlänge durch Drehen eines der oder beider Elemente 50 und 52 festzulegen. Danach kann der Laser dadurch bei der Wellenlänge gehalten oder von dieser feinabgestimmt entfernt werden, daß nur die Orientierung des Etalons 48 ausgewählt gesteuert wird.
• Wie schematisch in Fig. 3 dargestellt, ist ein Mikropositionierer 56 über einen mechanischen Koppler 58 an das Etalon 48 angeschlossen. Unter Ansprechen auf die an den Mikropositionierer 56 auf der Leitung 60 angelegten Signale wird dadurch die Orientierung des Etalons gesteuert, um die Wellenlänge des Laserstrahls 55 bei einem vorbestimmten Wert zu halten oder um die Wellenlänge von diesem Wert um einen festgesetzten Betrag zu entfernen und so eine elektronische Fokusnachführung durchzuführen. Die Art, in der der Mikropositionierer 56 auf diese Weise gesteuert ist, wird später weiter unten detailliert beschrieben werden.
• Verschiedene Instrumentarien sind im Stand der Technik zur Abstimmung und Linien-Verengung des Ausgangssignals eines Lasers mit kurzer Wellenlänge, wie es durch die Baugruppe 54 erfolgt, bekannt. In diesem Zusammenhang siehe zum Beispiel "Injection-Locked, Narrow-Band KrF Discharge Laser Using an Unstable Resonator Cavity" von J. Godhar et al, Optics Letters, Vol. 1, Nr. 6, Dezember 1977, Seiten 199-201; "Operating and Beam Characteristics, Including Spectral Narrowing, of a TEA Rare-Gas Balide Excimer Laser" von T. J. McKee et al, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-15, Nr. 5, Mai 1979, Seiten 332-334; "Grazing Angle Tuner for CW Lasers" von K. R. German, Applied Optics, Vol. 20, Nr. 18, 15. September 1981, Seiten 3168-3171; und "A Simple Tunable KrF Laser System with Narrow Bandwidth and Diffraction- Limited Divergence" von R. G. Caro et al, Journal Physics D: Applied Physics, 15, 1982, Seiten 767-773.
• Die zuvor beschriebenen Rückkopplungskreise zum Steuern der Galvanometermotoren 30 und 32 (Fig. 1) erfordern kontinuierliche elektrische Eingangssignale. Aber der Impulslaser 12 kann solche Signale über den Detektor 24 (Fig. 2) nicht zur Verfügung stellen. Deshalb ist ebenfalls ein Dauerstrich- (CW-)Laser 62 (z.B. ein herkömmlicher bei 6328 Å arbeitender Helium-Neon-Laser) im Geräteteil 10 enthalten. Der Laser 62 ist dafür ausgelegt, einen kontinuierlichen Bezugsstrahl bereitzustellen, der koaxial zu dem zuvor spezifizierten Strahl mit 2484 Å verläuft. Der Strahl mit 6328 Å wiederum wird durch den Detektor 24 in kontinuierliche elektrische Signale umgewandelt, die den Rückkopplungskreisen zugeführt werden, die jeweils die Galvanometermotoren 30 und 32 steuern.
• Immer wenn der Detektor 24 wahrnimmt, daß der Bezugsstrahl mit 6328 Å von seiner vorgeschriebenen Ausrichtung zu dem Detektor 24 abweicht, werden dem Motor 30 und/oder dem Motor 32 Korrektursignale zugeführt, um die vorgeschriebene Ausrichtung wiederherzustellen. Und diese Korrektursignale bewirken, da die Strahlen mit 6328 Å und 2484 Å im Geräteteil 10 koaxial laufen, die Wiederherstellung der vorgeschriebenen Ausrichtung des Bestrahlunsstrahls mit 2484 Å.
• Das Ausgangssignal des CW-Lasers 62 (Fig. 1) wird über einen Spiegel 64 mit hohem Reflexionsvermögen auf einen dichroitischen Spiegel 66 gerichtet. Der Spiegel 66 ist zum Reflektieren des einfallenden Strahls mit 6328 Å nach rechts längs eines in X-Richtung verlaufenden Weges, der durch den Pfeil 68 angezeigt ist, ausgelegt. Der Spiegel 66 ist auch dazu ausgelegt, den größten Teil des einfallenden Lichtstrahls mit 2484 Å, der von der Baugruppe 54 ausgestrahlt wird, längs desselben in X-Richtung verlaufenden Weges weiterzuleiten. So zeigt der Pfeil 68 den Weg an, längs dem der CW-Strahl mit 6328 Å und der Impulsstrahl mit 2484 Å koaxial laufen, um nacheinander auf die Galvanometerspiegel 20 und 22 aufzutreffen. Nach Reflektion von den Spiegeln 20 und 22 laufen die koaxialen Strahlen aus dem Geräteteil 10 heraus. Diese koaxialen Strahlen bilden die zuvor beschriebenen Strahlen 18.
• Ein kleiner Anteil (zum Beispiel ungefähr ein Prozent) des aus der Baugruppe 54 aus Fig. 1 ausgestrahlten Strahls mit 2484 Å wird vom Spiegel 66 nach oben längs eines in Y- Richtung verlaufenden Weges, der durch den Pfeil 69 angegeben ist, zu einem Wellenmesser bzw. einem als Wavemeter bezeichneten Meßgerät 70 reflektiert. Unter Ansprechen darauf leitet der Wellenmesser 70 ein elektrisches Signal dem Eingang eines Differentialverstärkers 72 zu. Der andere Eingang des Verstärkers 72 wird durch den Steuercomputer 38 versorgt. Auf diese Weise bewirkt das an die Leitung 60 angelegte Ausgangssignal des Verstärkers 72 ein Halten des Ausgangssignals der Baugruppe 54 bei einer vorbestimmten, durch den Computer 38 festgelegten, Mittenwellenlänge. Oder das vom Computer 38 dem Verstärker 72 zugeführte Signal kann, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird, auch verwendet werden, um gezielt die Mittenwellenlänge zur Erzielung einer elektronischen Fokusnachführung zu verändern.
• Ferner vereinfacht die zuvor beschriebene Fähigkeit des Computers 38 (Fig. 1), die Mittenwellenlänge des von der Baugruppe 54 ausgestrahlten Strahls leicht zu steuern oder einzustellen, die Gesamtkonstruktion und -herstellung des hier beschriebenen Gerätes. Der Grund dafür liegt darin, daß man in der Praxis kaum eine Ganzquarzglas-Linsen-Baugruppe genau nach einer spezifizierten Vorschrift herstellen kann. Normalerweise müßte man die hergestellte Linsen-Baugruppe in das Gerät einbauen, die Baugruppe bei einer vorher festgelegten Mittenfrequenz prüfen und dann die Baugruppe zerlegen, um an ihr Einstellungen durch weiteres Bearbeiten, Polieren, etc. vorzunehmen.
• Anschließend würde der Wiedereinbau der Linsen-Baugruppe und ein weiteres Testen im Gerät und so weiter in einer interaktiven Weise erfolgen, bis eine nahezu optimale Anpassung zwischen der Linsen-Baugruppe und der Mittenwellenlänge erhalten wäre. Ein solches mechanisches Abstimmen oder Anpassen der Linsen-Baugruppe an eine festgelegte, vorbestimmte Mittenwellenlänge ist offensichtlich zeitaufwendig und kostspielig.
• Im Gegensatz dazu ist es bei der einzigartigen Konstruktion des Anmelders häufig möglich, nach dem anfänglichen Einbauen der Ganzquarzglas-Linsen-Baugruppe in das hier beschriebene Gerät eine nahezu ideale Einstellung des Gerätes ohne Ausbauen der Linsen-Baugruppe zu erzielen. Dieses erfolgt dadurch, daß die eingebaute Baugruppe intakt gelassen und die Mittenwellenlänge des Bestrahlungsstrahls unter Steuerung des Computers 38 eingestellt wird, um eine nahezu optimale Anpassung zwischen den Betriebseigenschaften der Linsen-Baugruppe, wie ursprünglich hergestellt, und der Betriebswellenlänge des Gerätes zu erhalten. Eine solche elektronische Einstellung des Gerätes ist im Vergleich zu einer mechanischen augenscheinlich vorteilhaft.
• Die Laserstrahlen mit 2484 Å und 6328 Å, die aus dem Geräteteil 10 in die Richtung des Pfeils 18 ausstrahlen, sind auf den in Fig. 2 dargestellten Geräteteil 14 gerichtet. Insbesondere sind diese Strahlen auf einen Spiegel 74 im Geräteteil 14 gerichtet. Der Spiegel 74 ist dazu ausgelegt, hochreflektiv bei 6328 Å und hochdurchlässig bei 2484 Å zu sein. Im Ergebnis wird der größte Anteil des 6328 Å-Strahls nach rechts in die Richtung des Pfeils 76 und der größte Anteil des 2484 Å-Strahls nach unten in die Richtung des Pfeils 78 gerichtet.
• Der in die Richtung des Pfeils 76 in Fig. 2 laufende 6328 Å-Strahl durchläuft ein Filter 80. Das Filter 80 ist dazu ausgelegt, den 6328 Å-Strahl durchzulassen, aber jeden Anteil des 2484 Å-Strahls, der vom Spiegel 74 in die Richtung des Pfeils 76 reflektiert wurde, zu blockieren. Dementsprechend trifft nur der CW-Strahl mit 6328 Å auf den Detektor 24 auf. Der Detektor 24 seinerseits liefert, wie vorher oben beschrieben wurde, kontinuierliche elektrische Signale in die in Fig. 1 gezeigten Rückkopplungsschleifen, um den Betrieb der Galvanometermotoren 30 und 32 zu steuern. Auf diese Weise werden die Orientierung des 6328 Å-Strahls 76 relativ zum Tisch 16 und daher auch die Orientierung des koaxial angeordneten 2484 Å-Bestrahlungsstrahls 78 sogar während einer Vibrationsbewegung des Tisches 14 festgehalten.
• Der in Fig. 2 in der Richtung des Pfeils 78 nach unten laufende 2484 Å-Strahl ist auf eine einstellbare Sehfeldblende oder Öffnung 82 gerichtet. Beispielsweise ist der Durchmesser des Strahls an der Blende 82 größer als der Durchmesser der Öffnung in der Blende ausgelegt.
• In der Praxis sind die Schichtlinien gleicher Intensität des 2484 Å-Strahls, der durch die Blende 82 aus Fig. 2 hindurchgeleitet wurde, nicht symmetrisch zur Öffnung in der Blende angeordnet. Darüber hinaus neigt diese Asymmetrie dazu, von Impuls zu Impuls zu variieren. Falls diese Faktoren nicht ausgeglichen werden, können sie zu einer unzureichenden Gleichmäßigkeit der Beleuchtung und infolgedessen zu einer schlechten Linienstärkensteuerung auf der Oberfläche des Wafers 40 führen.
• Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird der mit etwas Übergröße versehene, auf die Blende 82 gerichtete Strahl in eine Zitterbewegung versetzt oder systematisch um kleine Beträge ΔX und ΔZ bewegt. Bei einer Bestrahlung, die zum Beispiel einige hundert aufeinanderfolgende Laserimpulse umfaßt, bewirkt eine solche Bewegung, daß eine Flächenmittelung der durch die Blende 82 hindurchgeleiteten Impulse durchgeführt wird. Dieses wiederum resultiert in einer besseren Beleuchtungsgleichmäßigkeit an der Oberfläche des Wafers 40.
• Die Bewegung des auf die Blende 82 (Fig. 2) gerichteten 2484 Å-Strahls 78 zur Ausführung der Flächenmittelung wird durch den Computer 38 gesteuert (Fig. 1). Vom Computer 38 über Leitungen 86 und 87 an die Galvanometermotoren 30 bzw. 32 angelegte Signale bewirken das Ausführen der vorerwähnten ΔZ- und ΔX-Bewegungen des Strahls quer über die Öffnung in der Blende 82.
• Der 2484 Δ-Strahl 78, der durch die Blende 82 hindurchläuft, trifft auf einen in Fig. 2 dargestellten Spiegel 88 auf. Dieser Spiegel ist dazu ausgelegt, eine relativ kleine Menge (zum Beispiel ungefähr ein Prozent) des einfallenden Strahls zu reflektieren. Dieser reflektierte Anteil wird wiederum durch ein Filter 90 zu einer Photodiode 92 geleitet. Das Filter 90 ist dazu ausgelegt, Licht mit 2484 Å durchzulassen, aber Licht mit 6328 Å zu blockieren. Auf diese Weise wird jede durch die Blende 82 hindurchgeleitete 6328 Å-Komponente in dem Strahl an einem Auftreffen auf der Photodiode 92 gehindert.
• Die Photodiode 92 aus Fig. 2 bildet einen Teil einer Dosissteuerungs- und Lasertrigger-Anordnung. Die Photodiode 92 tastet einen Anteil jedes 2484 Å-Impulses ab und erzeugt unter Ansprechen darauf ein elektrisches Signal, das einem Lichtintegrator 94 (Fig. 1) zugeführt wird. Der Steuercomputer 38 liefert dem Lichtintegrator 94 ein zweites Eingangssignal (ein Signal für die Dosissteuerung). Das Ausgangssignal des Integrators 94 wiederum wird dem Laser 12 als dessen Triggersignal zugeführt.
• Die Betriebsweise der Dosissteuerungs- und Lasertrigger- Anordnung ist wie folgt. Der Tisch 16 mit Schrittantrieb wird computergesteuert von einem Mikropositionierer 95 bewegt, um eine Chipstelle auf dem resistbeschichteten Wafer 40 in Stellung zur Bestrahlung mit dem auf der Strichplatte 84 enthaltenen Muster zu bringen. (Als Beispiel wird angenommen, daß die Strichplatte ein Muster für einen einzelnen Chip enthält.) Der Computer 38 aktiviert sodann den Integrator 94, um den Laser 12 zu triggern, damit er mit dem Ausstrahlen von Impulsen mit 2484 Å beginnt. Ein Anteil jedes Impulses wird von der Photodiode 92 abgetastet und ein dafür repräsentatives Signal dem Integrator 94 zugeleitet. Wenn der Integrator 94 feststellt, daß die vorgeschriebene, vom Computer 38 eingestellte Dosis erreicht worden ist, wird dem Laser 12 signalisiert, das Ausstrahlen von Impulsen zu beenden. Anschließend wird der Tisch 16 bewegt, um eine andere Chipstelle auf dem Wafer 40 in Stellung für die nächste Bestrahlung zu bringen.
• Die Bestrahlung wird dadurch ausgeführt, daß eine Beleuchtung durch eine Kondensorlinse 110, durch eine Strichplatte 84, die das auf dem Wafer 40 abzubildende Muster enthält, und durch eine Projektionslinse 108 hindurchgeführt wird. Nun wird das Bereitstellen einer virtuellen Beleuchtungsquelle für die Linse 110 beschrieben.
• Wie in Fig. 2 angegeben, wird der 2484 Å-Strahl 78, der durch den Spiegel 88 hindurchgeleitet worden ist, auf eine Kollimationslinse 96 gerichtet. Die Linse 96 dient dazu, den Strahl zu einem kleinen Lichtpunkt zu fokussieren und ihn auf einen Spiegel oder ein Prismenelement 98 zu richten. Der kleine Lichtpunkt enthält eine erste virtuelle Beleuchtungsquelle. Das Element 98 ist dazu ausgelegt, den Strahl in den Rand des Feldes einer Abtastlinsen-Baugruppe 101 abzulenken, die hier durch eine Vorsatzlinse 100 und zusätzliche Linsenelemente 102 und 104 dargestellt ist. Der Strahl wird wiederum durch eine Abtastspiegel-Baugruppe 106 zurück in die Abtastlinsen-Baugruppe 101 reflektiert.
• Zur Erzielung einer ausreichenden Beleuchtung der Eintrittspupille der Projektionslinse 108 und damit genauer Abbildungseigenschaften auf dem Wafer 40 ist es vorteilhaft, ungefähr 50 bis 75 Prozent des Durchmessers der Eintrittspupille der Linse 108 zu beleuchten. Beispielsweise beträgt der Durchmesser der Eintrittspupille der Linse 108, wie durch eine (in Fig. 2 schematisch gezeigte) Blende 109 mit einer Öffnung festgelegt, näherungsweise 100 Millimeter. Es ist daher klar, daß einfaches Übertragen der kleinen ersten virtuellen Quelle auf die Linse 108 in der Praxis keine ausreichende Beleuchtung der Eintrittspupille der Linse 108 bewirken wird.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die wirksame, tatsächlich zur Projektionslinse 108 übertragene Abmessung der virtuellen Quelle größenmäßig gegenüber der der ersten, von der Linse 96 erzeugten virtuellen Quelle wesentlich erhöht. Dieses erfolgt mittels der Abtastlinsen-Baugruppe 101 und der Abtastspiegel-Baugruppe 106. Über diese Baugruppen, deren Wirkungsweise nachstehend beschrieben wird, können sowohl die Größe als auch die Form der wirksamen virtuellen Quelle mittels Steuerung durch Signale, die der Baugruppe 106 vom Computer 38 zugeleitet werden, wahlweise variiert werden. Bezeichnenderweise wird während der Durchführung solcher Variationen kein Laserlicht mit 2484 Å im dargestellten Gerät vergeudet. Deshalb wird alles verfügbare Bestrahlungslicht der Oberfläche des Wafers 40 sogar dann zugeführt, wenn Veränderungen in der Größe und Form der Beleuchtung, die zur Eintrittspupille der Projektionslinse 108 übertragen wird, erfolgen.
• Die Fähigkeit, sowohl die Größe als auch die Form des beleuchteten Abschnitts der Eintrittspupille der Projektionslinse 108 zu verändern, kann dadurch bedeutend werden, daß sie zum Beispiel gestattet, die Beleuchtung auf das Optimieren der Auflösung bestimmter kritischer Zeichenbestandteile auf dem Wafer 40 und auf das maximale Ausnutzen aller Nichtlinearitäten in den Eigenschaften der Resistschicht auf dem Wafer 40 abzustellen.
• Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Abtastspiegel- Baugruppe 106 umfaßt einen Spiegel 112 und zwei voneinander unabhängig drehbare Wellen 114 und 116. Die Welle 114 ist parallel zur X-Achse ausgerichtet, wohingegen die Welle 116 senkrecht zur X-Achse orientiert ist. Rückwärts- und Vorwärtsdrehen der Welle 116 läßt den Spiegel 112 rückwärts- und vorwärtsschwenken, wie durch den doppelköpfigen Pfeil 118 angezeigt. Gleichzeitig mit dem Erfolgen des Verschwenkens dreht sich die Welle 114, wie durch Pfeil 120 angezeigt. Mit anderen Worten, wenn der Spiegel unter Ansprechen auf ein Drehen der Welle 116 verschwenkt, wird der verschwenkende Spiegel von der Welle 114 unabhängig gedreht. Infolgedessen kann eine relativ große Fläche A in einer Y-Z-Ebene unmittelbar links von der Linse 100 mit den aufeinanderfolgenden, vom Laser 12 aus Fig. 1 zugeführten Impulsen im wesentlichen gefüllt werden, um eine großflächige virtuelle Quelle zu bilden. Beispielsweise werden einige hundert aufeinanderfolgende Impulse während jedes Intervalls, in dem eine Chipstelle auf dem Wafer 40 bestrahlt wird, vom Laser 12 zugeführt.
• Die Größe der zuvor beschriebenen großflächigen virtuellen Quelle kann durch Variieren des Ausmaßes verändert werden, in dem der Spiegel 112 durch die Welle 116 verschwenkt wird. Zusätzlich kann die Form der virtuellen Quelle dadurch verändert werden, daß die Drehgeschwindigkeit der Welle 114 verändert wird, während der Spiegel 112 verschwenkt wird.
• Von der relativ großflächigen virtuellen Quelle, die links von der Linse 100 gebildet ist (Fig. 2), ausstrahlendes Licht wird von der Übertragungslinse 110 ausgerichtet, um das uf der Strichplatte 84 enthaltene Muster zu beleuchten. Das durch die Strichplatte 84 hindurchlaufende Licht wiederum wird von der Linse 109 auf einer Chipstelle auf der Oberfläche des Wafers 40 abgebildet. Beispielsweise bildet die Linse 109 eine verkleinerte (zum Beispiel 5-zu-1 verkleinerte) Version des Strichplattenmusters auf der Wafer- Oberfläche aus.
• In einem üblichen Bestrahlungssystem wird die herkömmliche Fokusnachführung durch mechanisches Ändern des Abstandes Projektionslinse-Wafer durchgeführt. Üblicherweise erfolgt dies entweder durch Bewegen der optischen Säule des Systems oder durch Bewegen des Wafers. In beiden Fällen ist die Einstellung zeitaufwendig, und sie kann darüber hinaus unerwünschte mechanische Resonanzen im System erzeugen.
• Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Fokusnachführung auf nichtmechanische Weise schnell ausgeführt. Der Fähigkeit dafür liegt die Verwendung von Linsen aus einem einzigen optischen Material zugrunde. Solche Linsen zeigen im Gegensatz zu denen, die wegen chromatischer Abweichungen korrigiert sind, eine näherungsweise lineare Beziehung zwischen Wellenlänge und Brennweite. Daher wird durch elektronisches Ändern der Wellenlänge des Lasers 12 (Fig. 1) die Brennpunktsebene der Projektionslinse 108 (Fig. 2) ebenfalls geändert.
• Die Funktionsweise der Fokusnachführungsanordnung ist wie folgt. Zunächst stellt ein hekömmlicher Fokussensor 111 fest, ob sich der Abstand zwischen der Projektionslinse 108 und der Oberfläche des Wafers 40 gegenüber einem vorbestimmten Wert geändert hat oder nicht. Als Beispiel wird angenommen, daß sich der Abstand auf Grund beispielsweiser einer Verwerfung im Wafer 40 um ein Mikron geändert (verringert) hat. Ein für die Veränderung repräsentatives Signal wird dann über die Leitung 122 zum Computer 38 gesendet. Unter Ansprechen darauf leitet der Computer ein entsprechendes Korrektursignal dem Differentialverstärker 72 (Fig. 1) zu, der in der oben beschriebenen Frequenzsteuerkreis enthalten ist. Vom Verstärker 72 wiederum wird ein Signal an die Abstimmungs- und Linien-Verengungs- Baugruppe 54 angelegt, um die Mittenwellenlänge der von der Baugruppe 54 ausgestrahlten Impulse zu erhöhen. In einem Beispielfall wurde die Mittenwellenlänge um 0,1 Å erhöht. Dieses reichte aus, um die Brennweite der Linse 108 um ein Mikron zu verringern und dadurch die angenommene Ein-Mikron- Verringerung des Linsen-Wafer-Abstandes auszugleichen.

Claims (10)

1. Strahlungssystem mit einer Quelle einer Strahlung mit schmaler Bandbreite in einem ersten Teil des Systems, einer Einrichtung zum Halten eines Objektes, das von der Strahlung bestrahlt werden soll, in einem zweiten Teil des Systems und mit einer Einrichtung zum Richten wenigstens eines Anteils der Strahlung vom ersten Teil zum Objekt im zweiten Teil, wobei der erste und der zweite Teil in einem Abstand voneinander angeordnet und relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linsen-Baugruppe (101, 108, 110) aus geschmolzenem Siliciumdioxid bzw. Quarzglas im Strahlungsweg angeordnet ist, und daß die Richteinrichtung Erfassungsmittel (24), die auf Abweichungen der Strahlung von einem erwünschten Weg im zweiten Teil ansprechen, und Strahlungseinstellmittel (30, 32) (20, 22) aufweisen, die auf die Erfassungsmittel ansprechen und dazu dienen, den Strahlungsweg zu ändern, um die Ausrichtung zu dem erwünschten Weg sogar während einer Relativbewegung der zwei Teile zu halten.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Halteeinrichtung einen Tisch (16) mit Schrittantrieb aufweist.

3. System nach Anspruch 1, bei dem die Quelle einen Laser (12) aufweist.

4. System nach Anspruch 3, bei dem der Laser Strahlung im fernen UV-Bereich ausstrahlen kann.

5. System nach Anspruch 4, bei dem der Laser ein Excimerlaser oder ein KrF-Excimerlaser ist.

6. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Richteinrichtung eine Projektionslinse (108) aufweist, die mit der Quelle und dem Objekt in optischer Verbindung stehen kann.

7. System nach Anspruch 1, bei dem die Richteinrichtung einen Spiegel (20 oder 22) aufweist, der mit der Quelle und dem Objekt in optischer Verbindung stehen kann, und bei dem die Ausrichtmittel Orientierungseinrichtungen (30 oder 32) enthalten, um den Spiegel unter Ansprechen auf eine Abweichung von der erwünschten Ausrichtung relativ zur Quelle zu drehen.

8. Verfahren zum Bestrahlen eines Objektes, mit den Schritten des Bereitstellens einer Quelle einer Strahlung mit schmaler Bandbreite in einem ersten Teil des Systems, des Befestigens des Objektes an einer Einrichtung in einem zweiten Teil des Systems sowie des Richtens wenigstens eines Anteils der Strahlung vom ersten Teil zum Objekt im zweiten Teil, wobei der erste und der zweite Teil in einem Abstand voneinander angeordnet und relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linsen-Baugruppe (101, 106, 108, 110) aus geschmolzenem Siliciumdioxid bzw. Quarzglas im Strahlungsweg angeordnet ist, und daß der Schritt des Richtens das Erfassen von Abweichungen der Strahlung von einem erwünschten Weg im zweiten Teil und das Einstellen der Strahlung als ein Ergebnis der Erfassung beinhaltet, um den Strahlungsweg zu ändern und die Ausrichtung zu dem erwünschten Weg sogar während einer Relativbewegung der zwei Teile zu halten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Strahlung von einem Laser erhaltene Strahlung im fernen UV-Bereich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Schritt des Richtens durch Richten der Strahlung zu einem Spiegel im ersten Teil und Drehen des Spiegels unter Ansprechen auf eine Abweichung vom erwünschten Weg ausgeführt wird.