DE69904881T2 - Projection exposure apparatus - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lithografievorrichtung, die umfasst:The present invention relates to a lithography apparatus comprising:
eine Strahlungssystem mit einer Strahlungsquelle und einem Belichtungssystem zum Liefern eines Projektionsstrahls;a radiation system having a radiation source and an exposure system for providing a projection beam;
einen ersten beweglichen Objekttisch mit einem Maskenhalter zum Halten einer Maske;a first movable stage with a mask holder for holding a mask;
einen zweiten beweglichen Objekttisch mit einem Substrathalter zum Halten eines Substrats; unda second movable stage with a substrate holder for holding a substrate; and
ein Projektionssystem zum Abbilden eines beleuchteten Abschnitts der Maske auf einen Zielabschnitt des Substrats.a projection system for imaging an illuminated portion of the mask onto a target portion of the substrate.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine solche Vorrichtung, bei welcher ein bildtragender elektromagnetischer Strahl verwendet wird, um einen Elektronenstrahl zu erzeugen, welcher eine strahlungsempfindliche Schicht eines Substrats belichtet.The invention particularly relates to such a device in which an image-bearing electromagnetic beam is used to generate an electron beam which exposes a radiation-sensitive layer of a substrate.
Der Einfachheit halber wird das Projektionssystem im Folgenden als "Linse" bezeichnet; jedoch soll dieser Begriff breit verstanden werden und unterschiedliche Typen von Projektionssystemen umfassen, einschließlich Brechungsoptiken, Reflektionsoptiken, katadioptrischen Systemen und Ladungsträgeroptiken, um einige Beispiele zu nennen. Das Belichtungssystem kann auch Elemente umfassen, die nach irgend einem diese Prinzipien funktionieren, um den Projektionsstrahl auszurichten, zu formen oder zu steuern, und solche Elemente können auch, gemeinsam oder einzeln, als "Linse" bezeichnet werden. Außerdem können der erste und die zweite Objekttisch jeweils als der "Maskentisch" und der "Substrattisch" bezeichnet werden. Außerdem kann die Lithografievorrichtung von eine Art sein, die zwei oder mehr Masken und/oder zwei oder mehr Substrattische umfasst. In solchen "mehrstufigen" Vorrichtungen können die zusätzlichen Tische parallel verwendet werden, oder in einer oder mehreren Stufen können vorbereitende Schritte ausgeführt werden, während eine oder mehrere andere Stufen für die Belichtung verwendet werden. Zwillingsstufenlithografievorrichtungen werden z. B. in den internationalen Patentanmeldungen WO 98/28665 und WO 98/40791 beschrieben.For simplicity, the projection system will be referred to as a "lens" hereinafter; however, this term is intended to be broadly understood and to include different types of projection systems, including refractive optics, reflective optics, catadioptric systems, and charge carrier optics, to name a few examples. The exposure system may also include elements that operate according to any of these principles to align, shape, or control the projection beam, and such elements may also be referred to, collectively or individually, as a "lens." In addition, the first and second object stages may be referred to as the "mask stage" and the "substrate stage," respectively. In addition, the lithography device may be of a type that includes two or more masks and/or two or more substrate stages. In such "multi-stage" devices, the additional stages may be used in parallel, or in one or more stages, preparatory steps may be performed while one or more other stages are used for exposure. Twin stage lithography devices are described, for example, in international patent applications WO 98/28665 and WO 98/40791.
Lithografieprojektionsvorrichtungen können z. B. beim Herstellen integrierter Schaltkreise (ICs) verwendet werden. In einem solchen Fall kann die Maske (Retikel) ein Schaltmuster umfassen, dass einer einzelnen Schicht des ICs entspricht, und dieses Muster kann auf einen Zielbereich (Rohchip) auf einem Substrat (Siliziumwafer) abgebildet werden, welches mit einer Schicht fotosensitiven Materials (Resist) beschichtet ist. Im Allgemeinen wird eine einzelne Wafer ein ganzes Netzwerk benachbarter Rohchips umfassen, die nacheinander mittels des Retikels belichtet werden, einer nach dem anderen. Bei einem Typ einer lithografischen Projektionsvorrichtung wird jeder Rohchip durch Abbilden des gesamten Retikelmusters auf den Rohchip in einem Arbeitsgang belichtet; eine solche Vorrichtung wird in Allgemeinen als Waferstepper bezeichnet. Bei einer alternativen Vorrichtung - die im Allgemeinen als Step-and-scan-Vorrichtung bezeichnet wird - wird jeder Rohchip durch fortschreitendes Abtasten des Retikelmusters unter dem Projektionsstrahl in einer Referenzrichtung (der "Abtast" - Richtung) belichtet, während synchron dazu der Wafertisch parallel oder antiparallel zu dieser Richtung abgetastet wird. Da das Projektionssystem im Allgemeinen einen Vergrößerungsfaktor M (im Allgemeinen < 1) haben wird, wird die Geschwindigkeit v, mit welcher der Wafertisch abgetastet wird, Faktor M mal der sein, mit welcher der Retikeltisch abgetastet wird. Weitere Informationen bezüglich Lithografievorrichtungen der hier beschriebenen Art können in der internationalen Patentanmeldung WO 97/33205 nachgelesen werden.Lithography projection devices can be used, for example, in the manufacture of integrated circuits (ICs). In such a case, the mask (reticle) can project a circuit pattern corresponding to a single layer of the IC, and this pattern can be imaged onto a target area (die) on a substrate (silicon wafer) coated with a layer of photosensitive material (resist). Generally, a single wafer will comprise an entire network of adjacent dies which are successively exposed by the reticle, one after the other. In one type of lithographic projection apparatus, each die is exposed by imaging the entire reticle pattern onto the die in one operation; such an apparatus is generally referred to as a wafer stepper. In an alternative apparatus - generally referred to as a step-and-scan apparatus - each die is exposed by progressively scanning the reticle pattern under the projection beam in a reference direction (the "scan" direction) while synchronously scanning the wafer stage parallel or antiparallel to that direction. Since the projection system will generally have a magnification factor M (generally < 1), the speed v at which the wafer table is scanned will be a factor of M times that at which the reticle table is scanned. Further information regarding lithography devices of the type described here can be found in the international patent application WO 97/33205.
In einer Lithografievorrichtung ist die Größe der Merkmale, die auf die Wafer abgebildet werden können, durch die Wellenlänge der Projektionsstrahlung begrenzt. Um integrierte Schaltkreise einer hohen Baugruppendichte und folglich hohe Arbeitsgeschwindigkeiten zu erzeugen, ist es wünschenswert, kleine Merkmale abbilden zu können. Während die meisten gegenwärtigen Lithografieprojektionsvorrichtungen ultraviolettes Licht verwenden, das durch Quecksilberlampen oder Excimerlaser erzeugt wird, ist auch vorgeschlagen worden, Strahlen höherer Frequenz (Energie) als eine Belichtungsstrahlung in einem lithografischen Apparat zu verwenden, z. B. Röntgenstrahlen oder EUV, oder auch Teilchenstrahlen, z. B. Elektronen oder Ionen. Jedoch haben Elektronen- und Ionenstrahlprojektionslithografievorrichtungen, die vorgeschlagen wurden, einen begrenzten Durchsatz, weil der gesamte Strahlstrom begrenzt sein muß, um stochastische (zufällige) Streueffekte zu begrenzen. Diese Effekte sind proportional zur Feldfläche oder der (Feldfläche)3/&sub4;, und in einem bekannten System ist der Strahlstrom effektiv auf 35 uA begrenzt.In a lithography apparatus, the size of the features that can be imaged on the wafers is limited by the wavelength of the projection radiation. In order to produce integrated circuits of high assembly density and consequently high operating speeds, it is desirable to be able to image small features. While most current lithography projection apparatus use ultraviolet light generated by mercury lamps or excimer lasers, it has also been proposed to use higher frequency (energy) rays as exposure radiation in a lithographic apparatus, e.g. X-rays or EUV, or even particle beams, e.g. electrons or ions. However, electron and ion beam projection lithography apparatuses that have been proposed have limited throughput because the total beam current must be limited in order to limit stochastic (random) scattering effects. These effects are proportional to the field area or (field area)3/4, and in one known system the beam current is effectively limited to 35 uA.
In den bekannten Elektronenstrahlprojektionslithografievorrichtungen ist die Größe des Belichtungsfeldes weiterhin durch die notwendige Maskenstruktur und Systemaberrationen (z. B. Feldkrümmung und Verzerrung), die nicht durch Elektronenoptik korrigiert werden können, begrenzt. Die zwei bekannten Verfahren zum korrigieren von Aberrationen in elektronenoptischen Systemen verwenden Folienlinsen oder Linienladungen oder Ströme entlang der Achse des Systems. In bekannten Lithografievorrichtungen rufen Folienlinsen ein inakzeptables Streuen und eine Strahlabschwächung hervor, während der verwendete Elektronenstrahl zu nahe an der Achse ist, um das Bereitstellen eine Linienladung oder eines Linienstroms zu erlauben.In the known electron beam projection lithography devices, the size of the exposure field is further limited by the necessary mask structure and system aberrations (e.g. The application is limited by aberrations (e.g., field curvature and distortion) that cannot be corrected by electron optics. The two known methods for correcting aberrations in electron optics systems use foil lenses or line charges or currents along the axis of the system. In known lithography devices, foil lenses cause unacceptable scattering and beam attenuation, while the electron beam used is too close to the axis to allow the provision of a line charge or current.
Eine hybride optische/Elektronenstrahllithografievorrichtung wurde in US 5,156,942 und US 5,294,801 vorgeschlagen. In dieser Vorrichtung wurde einen ultravioletter (UV) Strahl verwendet um eine Maske auszuleuchten, und ein Bild der Maske wird auf eine fotoemissive Platte projiziert. Die fotoemissive Platte wird hierbei zur Emission von Elektronen in einem Muster, das dem der Maske entspricht, angeregt. Die Fotoelektronen werden beschleunigt und auf die Substratwafer projiziert, um die Resistschicht darauf zu belichten.A hybrid optical/electron beam lithography apparatus was proposed in US 5,156,942 and US 5,294,801. In this apparatus, an ultraviolet (UV) beam was used to illuminate a mask, and an image of the mask was projected onto a photoemissive plate. The photoemissive plate was thereby excited to emit electrons in a pattern corresponding to that of the mask. The photoelectrons were accelerated and projected onto the substrate wafers to expose the resist layer thereon.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lithografieprojektionsvorrichtung zum Abbilden eines Maskenmusters einer Maske auf ein Substrat mit einer strahlungsempfindlichen Schicht bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst:According to the present invention, there is provided a lithography projection apparatus for imaging a mask pattern of a mask onto a substrate having a radiation-sensitive layer, the apparatus comprising:
ein Strahlungssystem mit einer Strahlungsquelle und einem Belichtungssystem zum Erzeugen eines Belichtungsstrahls;a radiation system having a radiation source and an exposure system for generating an exposure beam;
einem ersten beweglichen Objekttisch mit einem Maskenhalter zum Halten einer Maske;a first movable stage with a mask holder for holding a mask;
einem zweiten beweglichen Objekttisch mit einem Substrathalter zum Halten eines Substrats;a second movable stage having a substrate holder for holding a substrate;
ein Projektionssystem zum Abbilden bestrahlter Abschnitte der Maske auf Zielabschnitte des Substrats, wobei das Projektionssystem umfasst:a projection system for imaging irradiated portions of the mask onto target portions of the substrate, the projection system comprising:
eine Fotokathode;a photocathode;
eine erste Projektionseinrichtung zum Projizieren eines elektromagnetischen Strahlenbildes der Maske auf die Fotokathode, um die Emission von Fotoelektronen in einem Muster zu erlauben, das dem der Maske entspricht; unda first projection device for projecting an electromagnetic ray image of the mask onto the photocathode to allow the emission of photoelectrons in a pattern corresponding to that of the mask; and
eine zweite Projektionseinrichtung zum Projizieren der Fotoelektronen auf eine Substrat;a second projection device for projecting the photoelectrons onto a substrate;
dadurch gekennzeichnet, dass:characterized in that:
die Fotokathode gekrümmt ist, um Aberrationen zu kompensieren.the photocathode is curved to compensate for aberrations.
Die vorliegende Erfindung kann daher eine hybride optische/Elektronenstrahllithografievorrichtung bereitstellen, die einen höheren Durchsatz als konventionelle Elektronenstrahlvorrichtungen hat. Sie kann außerdem ein größeres Feld aufweisen, während Feldaberrationen bekannter Hybridvorrichtungen reduziert werden.The present invention can therefore provide a hybrid optical/electron beam lithography device that has a higher throughput than conventional electron beam devices. It can also have a larger field while reducing field aberrations of known hybrid devices.
Das Wort "gekrümmt", wie es in Bezug auf die Fotokathode verwendet wird, soll darauf Hinweisen, dass sie nicht planar, d. h. konkav und/oder konvex bezüglich der "optischen Achse" des Projektionssystems ist.The word "curved" as used in reference to the photocathode is intended to indicate that it is non-planar, i.e. concave and/or convex with respect to the "optical axis" of the projection system.
Bevorzugt hat die Fotokathode die Form einer teilsphärischen Oberfläche.Preferably, the photocathode has the shape of a partially spherical surface.
Gemäß der vorliegende Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen eine Vorrichtung bereitgestellt, dass die Schritte umfasst:According to the present invention, there is also provided a method for manufacturing a device comprising the steps:
Bereitstellen eines Substrats, das wenigstens teilweise mit einer Schicht eines energiesensitiven Materials beschichtet ist;Providing a substrate at least partially coated with a layer of an energy-sensitive material;
Bereitstellen einer Maske mit einem Muster;Providing a mask with a pattern;
Verwenden eines Strahls zum Projizieren wenigstens eines Teils des Maskenmusters auf eine Zielfläche der Schicht energiesensitiven Materials;using a beam to project at least a portion of the mask pattern onto a target surface of the layer of energy sensitive material;
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass der Schritt des Projizierens die folgende Schritte umfasst;that the step of projecting comprises the following steps;
Bestrahlen des Maskenmusters mit einem Strahl elektromagnetisches Strahlung, um einen bildtragenden elektromagnetischen Strahl zu bilden, der das Bild wenigstens eines Teils des Maskenmusters trägt;irradiating the mask pattern with a beam of electromagnetic radiation to form an image-bearing electromagnetic beam carrying the image of at least a portion of the mask pattern;
ein Richten des bildtragenden elektromagnetischen Strahls auf eine Fotokathodenplatte mit einer gekrümmten Oberfläche, so das Fotoelektronen erzeugt werden; unddirecting the image-bearing electromagnetic beam onto a photocathode plate having a curved surface so that photoelectrons are generated; and
ein Richten der Fotoelektronen auf die Zielfläche des Substrats.directing the photoelectrons onto the target surface of the substrate.
In einem Herstellungsverfahren mit einer lithografischen Produktionseinrichtung gemäß der Erfindung wird eine Muster einer Maske auf eine Substrat abgebildet, das wenigstens teilweise mit einer Schicht energiesensitiven Materials (Resists) beschichtet ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat mehrere Arbeitsschritten unterzogen werden, z. B. Grundieren, Resistbeschichten und Softbaking. Nach dem Belichten kann das Substrat anderen Arbeitsschritten unterworfen werden, z. B. Post-Exposure-Baking (PEB), Entwickeln, Hardbaking und das Messen/Überprüfen der abgebildeten Merkmale. Diese Gruppe von Arbeitsschritten wird als Grundlage zum Gestalten einer einzelnen Schicht der Baugruppe verwendet, z. B. eines ICs. Eine so gestaltete Schicht kann dann verschiedenen Arbeitsschritten wie Ätzen, Ionenimplantieren (Dotieren), Metallisieren, Oxidieren, chemomechanisches Polieren usw. unterzogen werden, wobei all dies dazu dient, eine einzelne Schicht aufzuarbeiten. Wenn mehrere Schichten benötigt werden, muß die gesamte Prozedur, oder einer Abwandlung davon, für jede Schicht wiederholt werden. Schließlich wird einer Anordnung von Baugruppen auf dem Substrat (Wafer) vorliegen. Dieser Baugruppen werden dann durch ein Verfahren wie Plättchenschneiden oder Sägen von einander getrennt, und anschließend können die einzelnen Baugruppen auf einen Träger aufgebracht werden mit Pins verbunden werden usw. Weitere Informationen bezüglich solche Vorgänge können z. B. aus dem Buch "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", dritte Auflage, von Peter von Zant, McGraw Hill Publisching Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4 entnommen werden.In a manufacturing process with a lithographic production device according to the invention, a pattern of a mask is imaged onto a substrate which is at least partially coated with a layer of energy-sensitive material (resist). Before this imaging step, the substrate can be subjected to several steps, e.g. priming, resist coating and soft baking. After exposure, the substrate can be subjected to other steps, e.g. post-exposure baking (PEB), developing, Hardbaking and measuring/inspecting the imaged features. This group of operations is used as a basis for designing a single layer of the assembly, e.g. an IC. A layer designed in this way can then be subjected to various operations such as etching, ion implantation (doping), metallization, oxidation, chemi-mechanical polishing, etc., all of which serve to refurbish a single layer. If multiple layers are required, the entire procedure, or a variation thereof, must be repeated for each layer. Eventually an array of assemblies will be present on the substrate (wafer). These assemblies are then separated from one another by a process such as dicing or sawing, and subsequently the individual assemblies can be mounted on a carrier, connected to pins, etc. Further information regarding such operations can be found e.g. in the documentation of the respective assemblies. The information can be found in the book "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", third edition, by Peter von Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4.
Obwohl in diesem Text speziell auf die Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei der Herstellung ICs Bezug genommen wird, soll explizit deutlich gemacht werden, das ein solche Vorrichtung viele mögliche Anwendung hat. Zum Beispiel kann sie verwendet werden, um integrierte optische Systeme, Führungs und Detektionsmuster für magnetische Domänenspeicher, Flüßigkristallanzeigen, Dünnfilmmagnetköpfe, usw. herzustellen. Der Fachmann wird erkennen, das im Kontext solcher alternativer Anwendung die Begriffe "Retikel", "Wafer" oder "Rohchip" in diesem Text durch die allgemeineren Bezeichnungen "Maske", "Substrat" und "Zielbereich" ersetzt zu denken sind.Although this text specifically refers to the use of the device according to the invention in the manufacture of ICs, it is intended to be made explicitly clear that such a device has many possible applications. For example, it can be used to produce integrated optical systems, guidance and detection patterns for magnetic domain memories, liquid crystal displays, thin film magnetic heads, etc. Those skilled in the art will recognize that in the context of such alternative applications, the terms "reticle", "wafer" or "die" in this text are to be thought of as being replaced by the more general terms "mask", "substrate" and "target area".
Der vorliegende Erfindung wird unten in Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungen und die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, wobei:The present invention is described below with reference to exemplary embodiments and the accompanying schematic drawings, in which:
Fig. 1 eine lithografische Projektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung darstellt;Fig. 1 illustrates a lithographic projection apparatus according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2 ein Schema das Projektionssystems der ersten Ausführung der Erfindung ist; undFig. 2 is a diagram of the projection system of the first embodiment of the invention; and
Fig. 3 Elektronenspuren in einem Pseudomonopolmagnetfeld zeigt.Fig. 3 shows electron tracks in a pseudomonopole magnetic field.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile mit gleichem Bezeichnungen versehen.In the different figures, identical parts are labeled the same.
Fig. 1 zeigt schematisch eine lithografie Projektionsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst:Fig. 1 shows schematically a lithography projection device according to the invention. The device comprises:
- ein Strahlungssystem LA, Ex, IN, CO zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls PB (z. B. UV Strahlung);- a radiation system LA, Ex, IN, CO for providing a projection beam PB (e.g. UV radiation);
- einen ersten Objekttisch (Maskentisch) MT mit einem Maskenhalter zum Halten einer Maske MA (z. B. eines Retikela), der mit einer Positionierungseinrichtung zum genau Positionieren der Maske bezüglich des Gegenstands PL verbunden ist;- a first object table (mask table) MT with a mask holder for holding a mask MA (e.g. a reticle), which is connected to a positioning device for precisely positioning the mask with respect to the object PL;
- einen zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT mit einem Substrathalter zum Halten eines Substrats W (z. B. eine resistbeschichtete Siliziumwafer) verbunden mit einer zweiten Positionierungseinrichtung zum genauen Positionierung des Substrats bezüglich des Merkmals PL;- a second object table (substrate table) WT with a substrate holder for holding a substrate W (e.g. a resist-coated silicon wafer) connected to a second positioning device for precisely positioning the substrate with respect to the feature PL;
- einem Projektionssystem ("Linse") PL zum Abbilden eines beleuchteten Abschnitts der Maske MA auf einen Zielabschnitt C (Rohchip) des Substrats W.- a projection system ("lens") PL for imaging an illuminated section of the mask MA onto a target section C (die) of the substrate W.
Wie hier dargestellt umfasst die gesamte Vorrichtung transmissive Komponenten; jedoch kann sie alternativ auch ein oder mehrere reflektive Komponenten umfassen.As shown here, the entire device comprises transmissive components; however, it may alternatively comprise one or more reflective components.
Das Strahlungssystem umfasst eine Quelle LA (z. B. eine Hg-Lampe oder einer Excimerlaser) welche einen Strahl erzeugt. Dieser Strahl passiert verschiedene optische Komponenten, - z. B. die Strahlformungsoptik Ex, einen Integrator IN und einen Kondensator CO - so dass der resultierende Strahl PB im Wesentlichen im gesamten Querschnitt parallel und von einheitliche Intensität ist.The radiation system comprises a source LA (e.g. a Hg lamp or an excimer laser) which generates a beam. This beam passes through various optical components - e.g. the beam shaping optics Ex, an integrator IN and a capacitor CO - so that the resulting beam PB is essentially parallel and of uniform intensity throughout its cross-section.
Der Strahl PB trifft anschließend auf die Maske MA, welche in einem Maskenhalter auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem er die Maske MA passiert hat, passiert der Strahl die Linse PL, welche den Strahl PB auf die Zielfläche C des Substrats W fokusiert. Mit Hilfe eines interferometrischen Verschiebungs- und Messmittels IF kann der Substrattisch WT genau bewegt werden, um z. B. verschiedene Zielbereiche C in den Strahlengang des Strahls PB zu bringen. Auf ähnliche Weise kann das erste Positioniermittel verwendet werden, um die Position der Maske MA bezüglich des Strahlengangs des Strahls PB genau zu positionieren, z. B. nach dem mechanischen Aufrinden der Maske MA aus einer Maskenbibliothek. Im Allgemeinen wird die Bewegung der Objekttische MT und WT mit Hilfe eines Langschrittmo duls (grobe Positionierung) und eines Kurzschrittmoduls (feine Positionierung) realisiert, welche in Fig. 1 nicht expliziert dargestellt sind.The beam PB then strikes the mask MA, which is held in a mask holder on a mask table MT. After passing the mask MA, the beam passes the lens PL, which focuses the beam PB on the target area C of the substrate W. With the aid of an interferometric displacement and measuring means IF, the substrate table WT can be moved precisely, e.g. to bring different target areas C into the beam path of the beam PB. In a similar way, the first positioning means can be used to precisely position the position of the mask MA with respect to the beam path of the beam PB, e.g. after mechanically scanning the mask MA from a mask library. In general, the movement of the object tables MT and WT is controlled with the aid of a long-step motion sensor. module (coarse positioning) and a short-step module (fine positioning), which are not explicitly shown in Fig. 1.
Die dargestellte Vorrichtung kann in zwei verschiedenen Betriebsarten verwendet werden:The device shown can be used in two different operating modes:
- im Schrittmodus wird der Maskentisch MT im Allgemeinen stationär gehalten, und ein vollständiges Maskenmuster wird in einem Schritt (d. h. einem einzigen "Blitz") auf den Zielbereich C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in die x- und/oder y-Richtung verschoben, so dass verschiedener Zielbereiche C mit dem Strahl PB beleuchtet werden können;- in step mode, the mask table MT is generally held stationary, and a complete mask pattern is projected onto the target area C in one step (i.e. a single "flash"). The substrate table WT is then translated in the x and/or y directions so that different target areas C can be illuminated with the beam PB;
- im Abtastmodus geschieht im Wesentlichen das Gleiche, außer, dass ein gegebener Zielbereich C nicht in einem einzigen "Blitz" belichtet wird. Statt dessen ist der Maskentisch MT in eine gegebene Richtung (die sogenannte "Abtastrichtung", z. B. die x-Richtung) mit der Geschwindigkeit v beweglich, so dass der Projektionsstrahl PB veranlasst wird, ein Maskenmuster abzutasten; gleichzeitig wird der Substrattisch W simultan in die gleiche oder in gegengesetzte Richtung bewegt und zwar mit eine Geschwindigkeit V = Mv, wobei M die Vergrößerung der Linse PL ist (typische Weise ist M = ¹/&sub4; oder 1/5). Auf diese Weise kann ein relativ großer Zielbereich C belichtet werden, ohne Kompromisse bei der Auflösung machen zu müssen.- in scanning mode, essentially the same thing happens, except that a given target area C is not exposed in a single "flash". Instead, the mask table MT is movable in a given direction (the so-called "scanning direction", e.g. the x-direction) at speed v, so that the projection beam PB is caused to scan a mask pattern; at the same time, the substrate table W is simultaneously moved in the same or opposite direction at a speed V = Mv, where M is the magnification of the lens PL (typically M = ¹/₼ or 1/5). In this way, a relatively large target area C can be exposed without compromising resolution.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Projektionssystems PL aus Fig. 1. In diesem System wird eine Retikel 1 durch eine Lichtquelle (z. B. ultraviolettes Licht der Wellenlänge 248 nm) und ein Belichtungssystem LA, Ex, IN, CO beleuchtet. Licht, das die transmissiven Bereiche das Retikels 1 passiert hat, wird in einen bildtragenden Strahl 2 durch das optische System 3 gesammelt und auf eine Fotokathode 4 projiziert.Fig. 2 is a schematic representation of the projection system PL of Fig. 1. In this system, a reticle 1 is illuminated by a light source (e.g. ultraviolet light of wavelength 248 nm) and an exposure system LA, Ex, IN, CO. Light that has passed through the transmissive areas of the reticle 1 is collected into an image-bearing beam 2 by the optical system 3 and projected onto a photocathode 4.
Das optische System 3 ist der Einfachheit halber als einzelne Linse dargestellt, wird aber in der Praxis mehrere Linsen und/oder andere Komponenten umfassen, wie dies zum Fokusieren, verkleinern (wenn gewünscht) und korrigieren der Aberrationen notwendig ist.The optical system 3 is shown as a single lens for simplicity, but in practice will comprise several lenses and/or other components as necessary for focusing, reducing (if desired) and correcting aberrations.
Die Fotokathode 4 umfasst eine teilsphärische Fläche (z. B. aus Glas oder Quarz), welche z. B. mit Gold, Galliumarsenid oder Karbid beschichtet ist. Die hier spezielle verwendete Beschichtung bestimmt die Arbeitsfunktion und Effizienz der Fotokathode 4. Die verwende te(n) Beschichtung(en) kann/können daher gemäß der Wellenlänge des Belichtungslichts, das in Strahl 2 verwendet wird, variieren.The photocathode 4 comprises a partially spherical surface (e.g. made of glass or quartz) which is coated with gold, gallium arsenide or carbide, for example. The special coating used here determines the working function and efficiency of the photocathode 4. The used The coating(s) may therefore vary according to the wavelength of the exposure light used in Beam 2.
Fotoelektronen 5 werden von der Fotokathode 4 in einem Muster ausgesandt, das zu dem Bild, das darauf projiziert wird, korrespondiert, und werden dann durch die Beschleunigungsplatte 6 auf ungefähr 100 keV beschleunigt und auf die Wafer 8 durch das elektronenoptische System 7 projiziert. (Im Falle eines Pseudomonopolfelds (wie unten diskutiert) kann eine Beschleunigungsspannung von schon 2 kV ausreichen.) Wiederum ist das elektronenoptisches System 7 als eine einzelne Linse dargestellt, aber, wie weiter unten diskutiert, wird es in der Praxis geeignete elektrische und/oder magnetische Feldgeneratoren umfassen. Das elektronenoptische System 7 kann das Bild, das durch den Fotoelektronenstrahl 5 getragen wird, beim Projizieren auf die Wafer 8 auch verkleinern (z. B. mit der Vergrößerung ¹/&sub4;).Photoelectrons 5 are emitted from the photocathode 4 in a pattern corresponding to the image projected thereon and are then accelerated by the acceleration plate 6 to approximately 100 keV and projected onto the wafers 8 by the electron-optical system 7. (In the case of a pseudo-monopole field (as discussed below), an acceleration voltage as low as 2 kV may be sufficient.) Again, the electron-optical system 7 is shown as a single lens, but, as discussed below, in practice it will comprise suitable electric and/or magnetic field generators. The electron-optical system 7 may also reduce the image carried by the photoelectron beam 5 (e.g., to a magnification of ¹/4) when projecting it onto the wafers 8.
Die Krümmung der Fotokathode 4 ist so berechnet, dass sie die Krümmung des Feldes des elektronenoptischen Systems korrigiert. Andere Verzerrungen können mit Hilfe des lichtoptischen Systems vor der Fotokathode 4 korrigiert werden.The curvature of the photocathode 4 is calculated to correct the curvature of the field of the electron-optical system. Other distortions can be corrected using the light-optical system in front of the photocathode 4.
Wenn ein Foton der Lichtquelle die Fotokathode trifft, wird ein Elektron in eine zufällige Richtung ausgesandt. Die ausgesandten Elektronen werden durch das elektrischer Feld, das von der Beschleunigerplatte 6 erzeugt wird, beschleunigt und folgen einem Parabelpfad, wobei sie sich den Feldlinien asymptotisch nähern. Wenn die Pfade der Elektronen, die das Beschleunigungsfeld verlassen, rückwärts extrapoliert werden, erscheint es so, als seien die Elektronen von einer virtuellen Quelle hinter der Fotokathode gekommen.When a photon from the light source hits the photocathode, an electron is emitted in a random direction. The emitted electrons are accelerated by the electric field generated by the accelerator plate 6 and follow a parabolic path, asymptotically approaching the field lines. If the paths of the electrons leaving the accelerating field are extrapolated backwards, it appears as if the electrons came from a virtual source behind the photocathode.
Berechnungen zeigen, dass die Unschärfe bei der Wafer, die durch die zufälligen Emissionswinkel der Fotoelektronen hervorgerufen werden, vernachlässigbar sein werden, wenn für Elektronen mit einer Energiebreite von 1 eV der Halböffnungswinkel bei einer Beschleunigungsenergie von 10 keV auf 80 mrad und bei 100 keV auf 800 mrad beschränkt wird. In beiden Fällen wird ein Beschleunigungsspalt von 10 mm angenommen. In der Praxis ist eine Energiebreite von 0,2 eV in gesamten System zu erwarten, so dass der Effekt der zufälligen Emissionswinkel vernachlässigt werden kann.Calculations show that the blurring of the wafer caused by the random emission angles of the photoelectrons will be negligible if the half-opening angle is limited to 80 mrad for an acceleration energy of 10 keV and to 800 mrad for 100 keV electrons with an energy width of 1 eV. In both cases, an acceleration gap of 10 mm is assumed. In practice, an energy width of 0.2 eV is expected in the entire system, so that the effect of the random emission angles can be neglected.
In der vorliegende Ausführung der Erfindung hatte der Beschleuniger die Form eine Platte mit einem zentralen Loch zum Passieren der Elektronen. Um Aberrationen zu vermindern kann es notwendig sein, einen Beschleunigungsgitter statt der Beschleunigerplatte mit einem Loch zu verwenden. Ein solches Gitter würde jedoch Schatten auf das Substrat (Wafer) werfen. Eine Alternative wäre das verwenden eines "Rosts" der aus Drähten besteht, die sich nur in eine Richtung erstrecken. In diesem Fall lässt sich der Effekt eines Schattens vermeiden, indem die Maske und das Substrat relativ zu dem Rost in einer Richtung senkrecht zu den Drähten des Rosts abgetastet werden. Die Schatten, die von dem Rost geworfen werden, werden sich dann über das Substrat bewegen und eine vernachlässigbare Erniedrigung der Dosis über das gesamter Feld der Folge haben, statt lokale Hindernisse darzustellen.In the present embodiment of the invention, the accelerator had the form of a plate with a central hole for the electrons to pass through. To reduce aberrations it may be necessary to use an accelerator grid instead of the accelerator plate with a hole. Such a grid would, however, cast shadows on the substrate (wafer). An alternative would be to use a "grid" consisting of wires extending in only one direction. In this case, the effect of a shadow can be avoided by scanning the mask and substrate relative to the grid in a direction perpendicular to the wires of the grid. The shadows cast by the grid will then move across the substrate and have a negligible reduction in dose over the entire field of the sequence, rather than representing local obstructions.
Der Fotoelektronenstrom, der von dem einfallenden Lichtstrahl 2 erzeugt wird, hängt von der Quanteneffizienz der Umwandlung einer Wellenlänge gemäß der folgenden Formel ab: The photoelectron current generated by the incident light beam 2 depends on the quantum efficiency of wavelength conversion according to the following formula:
wobei S(λ) die Einheit mA/Watt hat und der Elektronenstrahl geteilt durch die einfallende Lichtleistung ist, Y(λ) die Quanteneffizienz in % ist und λ die Wellenlänge in nm ist. Für eine Wellenlänge von 248 nm kann die Quanteneffizienz sogar 20% betragen, so dass einer einfallende Lichtleistung von 150 mW pro cm² einen Strahlstrom von 60 uA/mm² erzeugt. Dies ist ein ausreichender Strom um einen vernünftigen Durchsatz zu erreichen, selbst wenn die Quanteneffizienz auf 2% reduziert ist.where S(λ) is in units of mA/Watt and is the electron beam divided by the incident light power, Y(λ) is the quantum efficiency in % and λ is the wavelength in nm. For a wavelength of 248 nm, the quantum efficiency can be as high as 20%, so that an incident light power of 150 mW per cm² produces a beam current of 60 uA/mm². This is sufficient current to achieve a reasonable throughput even if the quantum efficiency is reduced to 2%.
Die vorliegende Erfindung kann in einem konventionellen elektronenoptischen System mit einem telezentrischen System zweier Linsen verwendet werden. In diesem Fall ist die Fotokathode in der vorderen Brennebene der ersten Linse angeordnet. Die hintere Brennebene der ersten Linse fällt mit der vorderen Brennebene der zweiten Linse zusammen. Das Substrat (Wafer) ist dann bei der hinteren Brennebene der zweiten Linse angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die Vergrößerung M = f2/f1, wobei f1 und f2 jeweils die Brennweiten der ersten und zweiten Linse sind. Es ist auch möglich die meisten Aberrationen dadurch auszulöschen, das man den Linsen die gleiche Form und Anregung (Amperwindungen in der Linse) gibt, aber die geometrischen Dimensionen gemäß M skaliert. Die wichtigste Aberration, die bleibt, ist die Feldkrümmung, welche durch die gekrümmte Fotokathode der Erfindung korrigiert werden kann. Eine bereits existierende Fotolithografievorrichtung hat aufgrund der Feldkrümmung und einer chromatischen Aberration eine 23,5 nm Unschärfe bei der Wafer. Dies kann mit der Erfindung im Wesentlichen eliminiert werden, so dass die Feldfläche der Wafer vervierfacht werden kann und der maximale Strom um ein Faktor von typischerweise 2,5 bis 4 vergrößert werden kann. Dies ist eine wesentliche Vergrößerung des Durchsatzes.The present invention can be used in a conventional electron optical system with a telecentric system of two lenses. In this case the photocathode is arranged in the front focal plane of the first lens. The back focal plane of the first lens coincides with the front focal plane of the second lens. The substrate (wafer) is then arranged at the back focal plane of the second lens. In this arrangement the magnification M = f2/f1, where f1 and f2 are the focal lengths of the first and second lenses respectively. It is also possible to cancel most aberrations by giving the lenses the same shape and excitation (ampere-turns in the lens) but scaling the geometric dimensions according to M. The most important aberration that remains is the field curvature, which can be corrected by the curved photocathode of the invention. An existing photolithography device has Due to field curvature and chromatic aberration, there is a 23.5 nm blur in the wafer. This can be essentially eliminated with the invention, so that the field area of the wafer can be quadrupled and the maximum current can be increased by a factor of typically 2.5 to 4. This is a significant increase in throughput.
Die gekrümmte Fotokathode der Erfindung ermöglicht eine alternative Ausführung der vorliegende Erfindung bei der das Elektronenbild auf das Substrat (Wafer) mittels eines Pseudomonopolmagnetfeldes verkleinert wird. Ein magnetischer Monopol würde ein magnetisches Feld erzeugen, in dem die Feldlinien gerade sind und von einen Punkt kommen, d. h. ein magnetisches Feld in einer Form, die ähnlich dem elektrischen Feld einer Punkteladung ist. Während magnetische Monopole nicht bekannt sind, ist es möglich ein magnetisches Feld zu erzeugen, das ein Monopolfeld auf einem Volumen annähert, das groß genug ist, den Elektronenstrahl aufzunehmen und zu verkleinern.The curved photocathode of the invention enables an alternative embodiment of the present invention in which the electron image on the substrate (wafer) is reduced by means of a pseudomonopole magnetic field. A magnetic monopole would produce a magnetic field in which the field lines are straight and come from a point, i.e. a magnetic field in a form similar to the electric field of a point charge. While magnetic monopoles are not known, it is possible to produce a magnetic field that approximates a monopole field in a volume large enough to accommodate and reduce the electron beam.
Wegen der Symmetrie des Pseudomonopolfelds kann jede Feldlinie als eine Achse betrachtet werden. In einem ausreichend starken, rotationssymetrischen Feld wird ein Elektron immer zu der Achse zurückkehren, von der es ausgegangen ist. In einem Pseudomonopolfeld werden die Elektronen daher an die Feldlinie gebunden sein, die sie bei ihre ersten Gyration kreuzen. Fig. 3 illustriert diesen Effekt, indem sie Elektronenspuren von unterschiedlichen Anfangs- (Emissions-) Winkeln darstellt, die an verschiedene Feldlinien gebunden sind. In Fig. 3 stellt die horizontale Achse den Abstand entlang der optischen Achse und dem Projektionssystem dar, und die vertikale Achse zeigt den Abstand von der optischen Achse, beides in willkürlichen Einheiten.Because of the symmetry of the pseudomonopole field, each field line can be considered as an axis. In a sufficiently strong, rotationally symmetric field, an electron will always return to the axis from which it started. In a pseudomonopole field, the electrons will therefore be bound to the field line they cross in their first gyration. Fig. 3 illustrates this effect by showing electron tracks from different initial (emission) angles bound to different field lines. In Fig. 3, the horizontal axis represents the distance along the optical axis and the projection system, and the vertical axis shows the distance from the optical axis, both in arbitrary units.
Das Pseudomonopolfeld kann daher so angeordnet sein, dass die Elektronen zu der Wafer mit der notwendigen Verkleinerung und ohne eine Zunahme des sphärischen oder chromatischen Aberration bei jedem Kreuzen geführt werden. Das Fehlen eines einzelnen globalen Kreuzungspunktes, wie er bei konventionellen Verkleinerungssystemen vorhanden ist, bedeutet, dass der Strahlstrom nicht durch stochastische Effekte aufgrund der Raumladung am Kreuzungspunkt begrenzt ist. Dies erlaubt daher eine weitere Vergrößerung des gesamten Strahlstromes um wenigstens eine Größenordnung im Vergleich zu konventionellen Systemen. So kann z. B. eine 3 · 3 mm² Emissionsfläche in neun 1 · 1 mm² Unterfelder unterteilt werden. Das Pseudomonopolfeld versieht jedes Unterfeld mit seiner eigenen Verkleinerungslinse, So kann einen neun mal so hoher Strom verwendet werden, ohne die stochastische Unschärfe zu Vergrößern. Das Monopolfeld kann z. B. wie in US 5,268,579 (Bleeker) beschrieben und mit der darin offenbarten Vorrichtung erzeugt werden.The pseudomonopole field can therefore be arranged so that the electrons are guided to the wafer with the necessary reduction and without an increase in spherical or chromatic aberration at each crossing. The absence of a single global crossing point, as is present in conventional reduction systems, means that the beam current is not limited by stochastic effects due to the space charge at the crossing point. This therefore allows a further increase in the total beam current by at least an order of magnitude compared to conventional systems. For example, a 3 x 3 mm² emission area can be divided into nine 1 x 1 mm² subfields. The pseudomonopole field provides each subfield with its own Reduction lens, so that a current nine times higher can be used without increasing the stochastic blur. The monopole field can be generated, for example, as described in US 5,268,579 (Bleeker) and with the device disclosed therein.
Ein weitere Vorteil des Systems der vorliegende Erfindung liegt darin, dass es die Verwendung von Linienladungen oder Linienströmungen erlaubt, wenn magnetische Linsen verwendet werden, um Aberrationen in der Elektronenoptik zu korrigieren. Wenn in Ausführungen der Erfindung der Teil der Fotokathode, der beleuchtet wird, außerhalb der Achse liegt, dann wird auch der relevante Elektronenstrahl außerhalb der Achse liegen, wodurch Raum für die Linienladung oder den Linienstrom bereitgestellt wird.A further advantage of the system of the present invention is that it allows the use of line charges or line currents when magnetic lenses are used to correct aberrations in the electron optics. In embodiments of the invention, if the portion of the photocathode that is illuminated is off-axis, then the relevant electron beam will also be off-axis, thus providing space for the line charge or line current.
Während wir oben eine spezifische Ausführung der Erfindung beschrieben haben, muß klar sein, dass die Erfindung auch anders als beschrieben ausgeführt werden kann. Die Beschreibung ist nicht dazu vorgesehen, die Erfindung, die durch den Umfang der beigefügten Ansprüche definiert ist, zu beschränken.While we have described above a specific embodiment of the invention, it is to be understood that the invention may be practiced otherwise than as described. The description is not intended to limit the invention, which is defined by the scope of the appended claims.
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