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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine lithographische Projektionsvorrichtung,
mit:
- • einem
Strahlungssystem zum Bereitstellen eines Projektionsstrahls aus
Strahlung;
- • einer
Haltekonstruktion zum Tragen von Musteraufbringungseinrichtungen,
wobei die Musteraufbringungseinrichtungen dazu dienen, den Projektionsstrahl
gemäß einem
gewünschten
Muster zu mustern;
- • einem
Substrattisch zum Halten eines Substrats; und
- • einem
Projektionssystem zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen
Zielbereich des Substrats.
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Der
hier verwendete Begriff „Musteraufbringungseinrichtung" sollte so weit interpretiert
werden, dass er sich auf Einrichtungen bezieht, die dafür verwendet
werden können,
einem eingehenden Strahlungsstrahl einen gemusterten Querschnitt
gemäß einem
Muster aufzuprägen,
das in einem Zielabschnitt des Substrats erzeugt werden soll; der
Begriff „Lichtventil" kann in diesem Kontext
ebenfalls verwendet werden. Im Allgemeinen entspricht dieses Muster
einer besonderen Funktionsschicht in einem im Zielabschnitt erzeugten
Bauelement, wie einer integrierten Schaltung oder einem anderen
Bauelement (siehe unten). Beispiele derartiger Musteraufbringungseinrichtungen
umfassen eine Maske. Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie
allgemein bekannt und umfasst binäre, wechselnde Phasenverschiebungs- und
reduzierte Phasenverschiebungsmaskenarten sowie verschiedene Arten
von Hybridmasken. Die Anordnung einer derartigen Maske in einem
Strahlungsstrahl bewirkt selektive Durchlässigkeit (im Falle einer durchlässigen Maske)
bzw. Reflexion (im Falle einer reflektierenden Maske) der auf die
Maske auftreffenden Strahlung gemäß dem Muster auf der Maske.
Im Falle einer Maske ist die Haltekonstruktion im Allgemeinen ein
Maskentisch, wodurch sichergestellt ist, dass die Maske in einer
gewünschten
Position im eingehenden Strahlungsstrahl gehalten werden kann und
dass sie auf Wunsch relativ zum Strahl bewegt werden kann;
ein
programmierbares Spiegelfeld. Ein Beispiel eines derartigen Bauelements
ist eine matrixadressierbare Oberfläche, die eine viskoelastische
Steuerschicht und eine re flektierende Oberfläche aufweist. Das Grundprinzip
hinter einer derartigen Vorrichtung besteht darin, dass (zum Beispiel)
adressierte Bereiche der reflektierenden Oberfläche auftreffendes Licht als gebeugtes
Licht reflektieren, wohingegen unadressierte Bereiche auftreffendes
Licht als ungebeugtes Licht reflektieren. Wird ein geeigneter Filter
verwendet, kann das besagte ungebeugte Licht aus dem reflektierten
Strahl herausgefiltert werden, wobei nur das gebeugte Licht zurückgelassen
wird; auf diese Weise wird der Strahl gemäß dem Adressierungsmuster der
matrixadressierbaren Oberfläche
gemustert. Die erforderliche Matrixadressierung kann unter Verwendung
geeigneter elektronischer Einrichtungen durchgeführt werden. Weitere Informationen über derartige
Spiegelfelder können
beispielsweise den
US-Patenten
5,296,891 und
US 5,523,193 entnommen
werden. Im Falle eines programmierbaren Spiegelfeldes kann diese
Haltekonstruktion beispielsweise als Rahmen oder Tisch ausgebildet
sein, der auf Wunsch fixiert oder bewegbar sein kann; und ein programmierbares
LCD-Feld. Ein Beispiel für
eine derartige Konstruktion ist im
US-Patent
5,229,872 gegeben. Wie oben kann die Haltekonstruktion
in diesem Falle beispielsweise als Rahmen oder Tisch ausgebildet
sein, der auf Wunsch fixiert oder bewegbar sein kann.
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Zum
Zwecke der Vereinfachung kann sich der Rest dieses Textes an bestimmten
Stellen selbst direkt auf Beispiele beziehen, die eine Maske und
einen Maskentisch mit einschließen;
jedoch sollten die in diesen Fällen
erörterten
allgemeinen Prinzipien im weiteren Kontext der Musteraufbringungseinrichtung gesehen
werden, als vorstehend festgestellt.
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Lithographische
Projektionsvorrichtungen können
beispielsweise für
die Herstellung von integrierten Schaltungen (ICs) verwendet werden.
In so einem Fall kann die Musteraufbringungseinrichtung ein Schaltungsmuster
entsprechend einer einzelnen Schicht der integrierten Schaltung
erzeugen, und dieses Muster kann auf einen Zielabschnitt (der z.
B. einen oder mehrere Dies enthält)
auf einem Substrat (Silizium-Wafer),
das mit einer Schicht aus strahlungssensitivem Material (Resist) überzogen
worden ist, abgebildet werden. Im Allgemeinen enthält ein einzelner
Wafer ein gan zes Netzwerk benachbarter Zielabschnitte, die sukzessive
einer nach dem anderen durch das Projektionssystem bestrahlt werden. Bei
den momentan üblichen
Vorrichtungen, bei denen die Musteraufbringung über eine Maske auf einem Maskentisch
erfolgt, kann zwischen zwei unterschiedlichen Maschinentypen unterschieden
werden. Bei einer Art von lithographischer Projektionsvorrichtung
wird jeder Zielabschnitt bestrahlt, indem das gesamte Maskenmuster
in einem Schritt auf den Zielabschnitt aufgebracht wird; eine derartige
Vorrichtung wird im Allgemeinen als Wafer-Stepper bezeichnet. Bei
einer anderen Vorrichtung – die
im Allgemeinen als Step-and-Scan-Vorrichtung bezeichnet wird – wird jeder
Zielabschnitt bestrahlt, indem das Maskenmuster unter dem Projektionsstrahl
in einer vorbestimmten Referenzrichtung (der „abtastenden" Richtung) fortschreitend
abgetastet wird, während
der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser Richtung
synchron abgetastet wird; da das Projektionssystem im Allgemeinen
einen Vergrößerungsfaktor
M (im Allgemeinen < 1)
aufweist, ist die Geschwindigkeit V, bei welcher der Substrattisch
abgetastet wird, um einen Faktor M mal so groß wie diejenige, bei welcher
der Maskentisch abgetastet wird. Weitere Informationen hinsichtlich
lithographischer Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben sind, können beispielsweise
der
US 6,046,792 entnommen
werden.
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Bei
einem Herstellungsverfahren unter Verwendung einer lithographischen
Projektionsvorrichtung wird ein Muster (z. B. in einer Maske) auf
ein Substrat abgebildet, das zumindest teilweise von einer Schicht
aus strahlungssensitivem Material (Resist) bedeckt ist. Vor diesem
Abbildungsschritt kann das Substrat mehreren Verfahrensschritten
unterzogen werden, wie z. B. Grundieren, Schutzlackbeschichtung
und ein Softbake. Nach der Belichtung kann das Substrat weiteren
Verfahrensschritten ausgesetzt werden, wie z. B. Post-Exposurebake
(PEB), Entwicklung, Hardbake und Messen/Inspizieren der abgebildeten
Strukturen. Diese Folge von Verfahrensschritten wird als Basis verwendet,
um eine individuelle Schicht eines Bauelements, z. B. einer integrierten
Schaltung, mit einem Muster zu versehen. Eine derart gemusterte
Schicht kann dann mehreren Verfahrensschritten wie z. B. Ätzen, Ionenimplantation
(Doping), Metallisierung, Oxydation, chemo-mechanisches Polieren
etc. ausgesetzt werden, die alle dazu dienen, eine individuelle
Schicht fertig zu stellen. Sind mehrere Schichten erforderlich,
muss die gesamte Prozedur, oder eine Variante davon, für jede neue
Schicht wiederholt werden. Schließlich befindet sich eine Gruppe
von Bauelementen auf dem Substrat (Wafer). Diese Bauelemente werden
dann durch ein Verfahren wie z. B. Teilen (Dicing) oder Sägen voneinander
getrennt, wonach die einzelnen Elemente auf einen Träger montiert,
an Pins angeschlossen werden können,
etc.. Weitere Informationen hinsichtlich derartiger Verfahrensschritte
können zum
Beispiel dem Buch „Microchip
Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", 3. Ausgabe, von
Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4
entnommen werden.
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Der
Einfachheit halber kann das Projektionssystem im Folgenden als „Linse" bezeichnet werden; jedoch
sollte dieser Begriff so weit interpretiert werden, dass er verschiedene
Arten von Projektionssystemen umfasst, die beispielsweise brechende
Optiken, reflektierende Optiken, und katadioptrische Systeme enthalten.
Das Strahlungssystem kann auch Komponenten umfassen, die gemäß jeder
dieser Konstruktionstypen zum Leiten, Formen oder Steuern des Projektionsstrahls
aus Strahlung arbeiten, und derartige Komponenten können nachstehend auch
zusammen oder einzeln als eine „Linse" bezeichnet werden. Darüber hinaus
kann die lithographische Vorrichtung der Art sein, dass sie zwei
oder mehr Substrattische (und/oder zwei oder mehr Maskentische)
aufweist. Bei derartigen „mehrstufigen" Geräten können die
zusätzlichen
Tische parallel verwendet werden, oder es können an einem oder an mehreren
Tischen vorbereitende Schritte durchgeführt werden, während ein
oder mehrere weitere Tische für
Belichtungen verwendet werden. Zweistufige lithographische Vorrichtungen
sind beispielsweise in der
US
5,969,441 und der
WO
98/40791 beschrieben.
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Bei
lithographischen Projektionsvorrichtungen ist es im Allgemeinen
erwünscht,
verschiedene Aspekte des Projektionsstrahls zu untersuchen, wie eine
Dosis (d. h. die gesamte Strahlungsenergie pro Flächeneinheit,
die während
einer Belichtung zugeführt
wird), eine Position der Brennebene, Gleichförmigkeit des Strahls, Strahlungs verteilung
in einer Pupillenebene des Projektionssystems, u. dgl. mehr. Darüber hinaus
kann es erwünscht
sein, Abweichungen des durch das Projektionssystem eingeführten Projektionsstrahls
zu bestimmen, wobei diese Abweichungen als Aberrationen bezeichnet
werden. Beispiele derartiger Aberrationen sind Feldkrümmung, Koma,
Astigmatismus, sphärische
Aberration, Verzerrungen dritter und fünfter Ordnung, u. dgl. Um die vorstehend
erwähnten
Strahlaspekte und Aberrationen bestimmen zu können, kann ein Strahlungssensor
zum Erfassen von Strahlung in der lithographischen Projektionsvorrichtung
verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit Strahlung, deren Wellenlängen kürzer sind als 50 Nanometer
(nm). Ein Beispiel einer derartigen Strahlung ist extrem ultraviolett
(EUV), mit Wellenlängen, die
gewöhnlich
im Bereich von 10 bis 15 nm liegen. Ein Hauptproblem lithographischer
Vorrichtungen, die derartige Strahlung verwenden, liegt in der im
Allgemeinen starken Absorption dieser Strahlung durch Festmaterialien,
Flüssigkeiten
und Gase, wobei die Intensität
des Projektionsstrahls vollkommen herabgesetzt werden kann. Folglich
kann ein Strahlungssensor, der diese Strahlung erfassen kann, ein
derartiges stark absorbierendes Material im Strahlenweg nicht teilweise
oder vollständig
enthalten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass existierende
Strahlungssensoren zum Erfassen von Strahlung mit Wellenlängen, die
kürzer
sind als 50 nm, wie Photovervielfacherröhren, Gaskammern u. dgl. – die gewöhnlich in
Synchrotronen verwendet werden – Dimensionen
aufweisen, die für
eine Verwendung in einer lithographischen Projektionsvorrichtung
viel zu groß sind. Derartige
existierende Sensoren können
ferner zu viel Wärme
abgeben, was möglicherweise
zu unerwünschten
Temperaturänderungen
des Sensors und/oder seiner Umgebung (z. B. das Substrat, ein interferometrischer
Spiegelblock, der Teil des Substrattisches ist, u. dgl.) führen kann.
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Die
EP-A-0 987601 offenbart
eine lithographische Belichtungsvorrichtung, die Röntgenstrahlung
verwendet. Der photoelektrische Effekt bewirkt, das Elektronen von
verschiedenen reflektierenden Flächen
bei der Anwendung emittiert werden. Von der Erde zu den Komponenten,
die die reflektierenden Flächen
bereitstellen, fließende Ströme werden gemessen,
um die Strahlintensität
an mehreren Punkten in der Vorrichtung zu berechnen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lithographische
Projektionsvorrichtung zu schaffen, bei der ein Strahlungssensor
passend angeordnet ist, wobei der Strahlungssensor Strahlung erfassen
kann, deren Wellenlänge
kürzer
ist als 50 nm.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine lithographische Projektionsvorrichtung geschaffen worden,
wie sie in den anhängenden
Ansprüchen
definiert ist.
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Ein
derartiger Strahlungssensor ermöglicht die
Erfassung von Strahlung unter 50 nm. Diese freien Elektronen können sehr
gut direkt oder indirekt gemessen werden.
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Das
strahlungssensitive Material wandelt diese Strahlung einer Wellenlänge λ1 in
Elektronen um, die von dem strahlungssensitiven Material freigesetzt
sind. Die freien Elektronen können
indirekt gemessen werden, indem ein Kompensationsstrom zum strahlungssensitiven
Material gemessen wird, oder direkt, indem die freien Elektronen
eingesammelt werden und ihr induzierter elektrischer Strom gemessen
wird. Ein Kollektor kann für
beide Verfahren verwendet werden, der an irgendeine Quelle elektrischen
Potentials angeschlossen wird, die den Kollektor hinsichtlich des
strahlungssensitiven Materials positiv lädt. Bei dieser Ausführungsform
kann das strahlungssensitive Material in wenigstens einer der Musteraufbringungseinrichtungen
enthalten sein, wobei ein Reflektor in dem Projektionssystem und
ein Reflektor in dem Strahlungssystem vorhanden ist, um den Projektionsstrahl
entlang seines Wegs zum Substrat hin zu überwachen, oder zur Überwachung von
Kontamination.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Bauelements geschaffen worden, wie es im anhängenden Anspruch
12 definiert ist.
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Obwohl
in diesem Text speziell auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bei der Herstellung von integrierten Schaltungen hingewiesen werden
kann, sollte eindeutig klar sein, dass eine derartige Vorrichtung
viele weitere Anwendungsmöglichkeiten
hat. Sie kann zum Beispiel bei der Herstellung von integrierten
optischen Systemen, Leit- und Erfassungsmustern für Magnetblasenspeicher,
Flüssigkristall-Anzeigetafeln,
Dünnschicht-Magnetköpfen und
dergleichen verwendet werden. Der Fachmann wird erkennen, dass im
Kontext mit derartigen alternativen Anwendungsmöglichkeiten jede Benutzung
der Begriffe „Reticle", „Wafer" oder „Die" in diesem Text jeweils
durch die allgemeineren Begriffe „Maske", „Substrat" und „Zielabschnitt" bzw. „Zielbereich" ersetzt worden sind.
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Im
vorliegenden Dokument werden die Begriffe „Strahlung" und „Strahl" verwendet, um alle Arten elektromagnetischer
Strahlung einschließlich
ultravioletter Strahlung (z. B. mit einer Wellenlänge von 365,
248, 193, 157 bzw. 126 nm) und extrem ultraviolette (EUV) Strahlung
(z. B. mit einer Wellenlänge im
Bereich von 5–20
nm) sowie Elektronen mit einzuschließen.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun rein beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden schematischen
Zeichnungen beschrieben, wobei entsprechende Bezugszeichen entsprechende
Teile anzeigen und wobei:
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1 eine
exemplarische lithographische Projektionsvorrichtung schematisch
zeigt;
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2 ein
Projektionssystem reflektierender Art der Vorrichtung von 1 schematisch
zeigt;
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3A einen
Strahlungssensor gemäß einem
ersten Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
schematisch zeigt;
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3B eine
Variation des Sensors von 3A schematisch
zeigt;
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4 einen
Strahlungssensor gemäß einem zweiten
Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, schematisch
zeigt;
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5 eine
Variation des zweiten Beispiels schematisch zeigt;
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6, 7 und 8 verschiedene
Implementationen der Variation des zweiten Beispiels schematisch
zeigen;
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9 einen
Strahlungssensor gemäß einem dritten
Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, schematisch zeigt; und
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10 einen
Strahlungssensor gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung schematisch zeigt.
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1 zeigt
schematisch eine lithographische Projektionsvorrichtung. Die Vorrichtung
umfasst:
- • ein
Strahlungssystem Ex, IL zum Bereitstellen eines aus Strahlung (z.
B. EUV-Strahlung)
bestehenden Projektionsstrahls PB. In diesem besonderen Fall umfasst
das Strahlungssystem auch eine Strahlungsquelle LA;
- • einen
ersten Objekttisch (Maskentisch) MT, der mit einem Maskenhalter
zum Halten einer Maske MA (z. B. Reticle) versehen ist und mit einer
ersten Positionierungseinrichtung PM zur genauen Positionierung
der Maske im Hinblick auf den Gegenstand PL verbunden ist;
- • einen
zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT, der mit einem Substrathalter
zum Halten eines Substrats W (z. B. ein mit einem Resist beschichteter
Silizium-Wafer)
versehen ist und mit einer zweiten Positionierungseinrichtung PW
zur genauen Positionierung des Substrats im Hinblick auf den Gegenstand
PL verbunden ist;
- • ein
Projektionssystem („Linse") PL (z. B. eine Spiegelgruppe)
zum Abbilden eines bestrahlten Bereichs der Maske MA auf einen Zielbereich
C (der z. B. einen oder mehrere Dies enthält) des Substrats W. 2 zeigt
ein Projektionssystem reflektierender Art, das vier Reflektoren
R1, R2, R3, R4 enthält,
jedoch alternativ eine andere Anzahl von Reflektoren (z. B. sechs
oder acht Reflektoren) enthalten kann.
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Wie
hier gezeigt, ist die Vorrichtung reflektierender Art (d. h. sie
hat eine reflektierende Maske). Jedoch kann sie im Allgemeinen beispielsweise
auch durchlässiger
Art sein (mit einer durchlässigen
Maske). Alternativ kann die Vorrichtung eine andere Art von Musteraufbringungseinrichtung
verwenden, wie ein programmierbares Spiegelfeld einer Art wie vorstehend
bezeichnet.
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Die
Quelle LA (z. B. eine durch Laser produzierte Plasma- oder eine
Abführquelle)
erzeugt einen Strahl aus Strahlung. Dieser Strahl wird in ein Beleuchtungssystem
(Illuminator) IL eingeführt,
entweder direkt oder nachdem er Konditionierungseinrichtungen durchlaufen
hat, wie z. B. einen Strahlexpander Ex. Der Illuminator IL kann
Anpassungseinrichtungen AM zum Einstellen des äußeren und/oder inneren radialen
Umfangs (gewöhnlich
jeweils als σ-außen und σ-innen bezeichnet)
der Intensitätsverteilung
im Strahl umfassen. Darüber
hinaus umfasst er im Allgemeinen verschiedene weitere Komponenten,
wie einen Integrator IN und einen Kondensor CO. Auf diese Weise
weist der auf die Maske MA auftreffende Strahl PB in seinem Querschnitt
eine gewünschte
Gleichförmigkeit
und Intensitätsverteilung auf.
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Hinsichtlich 1 ist
festzustellen, dass die Quelle LA innerhalb des Gehäuses der
lithographischen Projektionsvorrichtung angeordnet sein kann (wie
es oft der Fall ist, wenn die Quelle LA beispielsweise eine Quecksilberlampe
ist), dass sie jedoch auch entfernt von der lithographischen Projektionsvorrichtung
angeordnet sein kann, wobei der Strahlungsstrahl, den sie erzeugt,
in die Vorrichtung geführt
wird (z. B. mit Hilfe geeigneter Leitspiegel); dieses letztgenannte
Szenario ist oft der Fall, wenn die Quelle LA ein Excimerlaser ist.
Die vorliegende Erfindung und die Ansprüche umfassen beide dieser Szenarien.
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Der
Strahl PB trifft danach auf die Maske MA auf, die auf einem Maskentisch
MT gehalten wird. Nachdem er selektiv von der Maske MA reflektiert worden
ist, läuft
der Strahl PB durch die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt
C des Substrats W fokussiert. Mit Hilfe der zweiten Positionierungseinrichtung
PW (und interferometrischen Messeinrichtung IF) kann der Substrattisch
WT genau bewegt werden, zum Beispiel um unterschiedliche Zielabschnitte
C im Weg des Strahls PB zu positionieren. Auf gleiche Weise kann
die erste Positionierungseinrichtung PM zur genauen Positionierung
der Maske MA im Hinblick auf den Weg des Strahls PB verwendet werden,
zum Beispiel nachdem die Maske MA mechanisch aus einer Maskenbibliothek
geholt worden ist, oder während
einer Abtastung. Im Allgemeinen wird die Bewegung der Objekttische
MT, WT mit Hilfe eines langhubigen Moduls (Grobpositionierung) und
eines kurzhubigen Moduls (Feinpositionierung) durchgeführt, die
in 1 nicht explizit gezeigt sind. Jedoch kann im
Falle eines Wafer-Steppers (im Gegensatz zu einer Step-and-Scan-Vorrichtung)
der Maskentisch MT nur an ein kurzhubiges Betätigungselement angeschlossen
werden oder kann fixiert sein.
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Die
gezeigte Vorrichtung kann in zwei verschiedenen Betriebsarten eingesetzt
werden:
- 1) Im Step-Modus wird der Maskentisch
MT im wesentlichen stationär
gehalten, und ein ganzes Maskenbild wird in einem Schritt (d. h.
einem einzelnen „Flash") auf einen Zielabschnitt
C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in x- und/oder y-Richtung
verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt C durch den Strahl
PB bestrahlt werden kann; und
- 2) Im Scan-Modus geschieht im wesentlichen das Gleiche, mit
der Ausnahme, dass ein bestimmter Zielabschnitt C nicht in einem
einzigen „Flash" belichtet wird.
Stattdessen ist der Maskentisch MT in einer vorgegebenen Richtung
(der sogenannten „Abtastrichtung", z. B.. der y-Richtung)
mit einer Geschwindigkeit v bewegbar, um zu veranlassen, dass der
Projektionsstrahl PB ein Maskenbild abtastet; gleichzeitig wird
der Substrattisch WT simultan in die gleiche oder entgegengesetzte
Richtung mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M die Vergrößerung der
Linse PL ist (gewöhnlich
ist M = ¼ oder
1/5). Auf diese Weise kann ein relativ großer Zielabschnitt C belichtet werden,
ohne dass hinsichtlich der Auflösung Kompromisse
eingegangen werden müssen.
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Um
in der Lage sein zu können,
beispielsweise die Intensität
bzw. Dosis auf Substratlevel bestimmen zu können, kann ein Strahlungssensor
an einer geeigneten Stelle angeordnet sein, z. B. in der Nähe des Substrats.
Ein Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, eines derartigen
Strahlungssensors ist in 3A gezeigt.
Dieser Sensor umfasst eine strahlungssensitive Schicht 1 und
Erfassungseinrichtungen. Wenn EUV-Strahlung einer Wellenlänge λ1 auf die
strahlungssensitive Schicht 1 auftrifft, kann diese Strahlung
entweder in sekundäre
elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge λ2 oder
in Gitterschwingungen der Schicht umgewandelt werden.
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Um
die Fähigkeit,
Sekundärstrahlung
aussenden zu können
zu verbessern wird ein ziemlich komplexes Material verwendet, wobei
das Material im Allgemeinen ein Wirtgitter (z. B. Kalziumsulfid (CaS),
Zinksulfid (ZnS) oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG)) und wenigstens
ein Ion wie Ce3+, Ag+,
Al3+ etc. umfasst. Derartige Ionen sind
im Allgemeinen im Wirtgitter in relativ kleinen Mengen verteilt.
Ein Beispiel einer Notation eines derartigen Materials ist CaS:Ce,
wobei CaS das Wirtgitter ist, in dem Ce3+-Ionen
verteilt sind. Materialien, die zur Verwendung in der Schicht 1 geeignet
sind, können
aus der Gruppe ausgewählt
werden, die aus CaS:Ce, YAG:Ce und ZnS:Ag, Al besteht. Die Dicke
einer derartigen Schicht ist vorzugsweise geringer als 1 μm. Derartige Schichten
können
EUV-Strahlung in Sekundärstrahlung
mit einer Wellenlänge
von λ2 umwandeln, die sich von der Wellenlänge des
auftreffenden Strahls unterscheidet; im Allgemeinen liegt λ2 im
Bereich sichtbaren Lichts oder im Bereich ultravioletten Lichts.
Diese Sekundärstrahlung
tritt von der Schicht 1 in alle Richtungen aus.
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Im
Allgemeinen kann sich die Schicht 1 auf einer Schicht 3 befinden – die dazu
dient, Schicht 1 zu tragen – und umfasst ein Material
(z. B. Quarz oder CaF2), durch das Strahlung
einer Wellenlänge λ2 hindurchgeht,
wodurch sichergestellt ist, dass Schicht 1 so angeordnet
ist, dass sie EUV-Strahlung aus dem Projektionsstrahl empfangen
kann. Zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung wird danach von der
Erfassungseinrichtung eingesammelt, die auf diese Strahlung reagiert.
Ein Beispiel einer derartigen Erfassungseinrichtung umfasst Sammeloptiken 5 und
eine Siliziumdiode 7, die an eine geeignete elektronische
Schaltung 9 angeschlossen ist. Die Sammeloptiken 5 können eine
oder mehrere Linsen umfassen, die austretende Sekundärstrahlung
zur Diode 7 leiten können.
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Der
Strahlungssensor kann auch als (Teil eines) Bildsensor(s) eingesetzt
werden, mit dem es möglich
ist, ein Muster im Projektionsstrahl aus EUV-Strahlung zu erfassen,
um in der Lage sein zu können,
beispielsweise eine Referenzposition auf der Maske (die ein Referenzmuster
erzeugt) auf den Substrattisch, der den Bildsensor trägt, auszurichten. Eine
derartige Ausrichtung kann nanometergenau durchgeführt werden.
Darüber
hinaus kann (ein Muster in dem) der Projektionsstrahl aus EUV-Strahlung zur Analyse
unterschiedlicher Aspekte verwendet werden, wie eine Brennebenenposition
des Projektionssystems, Gleichförmigkeit
des Strahls, Strahlungsverteilung in der Pupillenebene des Projektionssystems
u. dgl. mehr. Derartige Aspekte können zum Beispiel unter Verwendung
eines Transmissions-Bildsensors (TIS) festgelegt werden. Ein Beispiel eines
derartigen TIS ist im
US-Patent
4,540,277 beschrieben. Es können auch Abweichungen des
durch das Projektionssystem eingeführten Projektionsstrahls durch
diesen Strahlungssensor festgelegt werden, wobei diese Abweichungen
als Aberrationen bezeichnet werden. Beispiele derartiger Aberrationen
sind Feldkrümmung,
Koma, Astigmatismus, sphärische
Aberration, Verzerrungen dritter und fünfter Ordnung u. dgl. mehr.
Weitere Informationen über Messungen
dieser Aberrationen können
der
EP 1128217 und der
US 2002/0008869 entnommen
werden.
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Eine
schematische Darstellung eines derartigen Bildsensors ist in 3B gezeigt.
Er umfasst einen Strahlungssensor wie vorstehend beschrieben mit
einer Metallschicht 6 (z. B. eine Chromschicht) oben drauf,
in die ein bestimmtes Muster (z. B. ein gitterartiger Satz von Leitungen)
eingeätzt
ist. Um die strahlungssensitive Schicht 1 beispielsweise
vor den Verfahrensschritten zu schützen, durch die das besagte
Muster auf die Metallschicht aufgebracht wird (z. B. durch Plasmaätzen), ist
eine Schutzschicht 8 vorgesehen. Diese Schutzschicht 8 ist
angrenzend an die strahlungssensitive Schicht 1 an ihrer
Strahlung aufnehmenden Seite angeordnet und ihre Dicke ist so gewählt, dass
sie nur eine geringe Menge auftreffender Strahlung absorbiert, wodurch
genügend Transmission
zur genauen Erfassung von EUV-Strahlung gewährleistet ist. Die Dicke einer
derartigen Schicht 8 kann in der Größenordnung von 20 nm liegen.
Die Schutzschicht 8 kann aus der Gruppe ausgewählt sein,
die beispielsweise diamantartiges Karbon (C), Bornitrid (BN), Siliziumnitrid
(Si3N4), Siliziumkarbid
(SiC), B, Ru und Rh und Zusammensetzungen und Legierungen davon
umfasst. Danach wird die gemusterte Metallschicht 6 an
der Strahlung aufnehmenden Seite vorgesehen und angrenzend an die
Schutzschicht 8 angeordnet.
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Bei
einem zweiten Beispiel der Erfindung, das nicht Teil der Erfindung
ist, welches das gleiche wie das erste Beispiel sein kann, mit Ausnahme
des nachstehend Beschriebenen, wandelt der Strahlungssensor die
auftreffende EUV-Strahlung in Sekundärelektronen um, die vom Strahlungssensor
freigesetzt worden sind. Die Sekundärelektronen können durch
unterschiedliche Verfahren erzeugt werden.
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Bei
einem ersten Verfahren trifft Strahlung mit einer bestimmten Energie
auf eine strahlungssensitive Schicht auf. Ein Teil dieser Energie
kann zur Ionisierung eines Atoms oder Ions in der strahlungssensitiven
Schicht verwendet werden. Die verbleibende Energie – die Energiedifferenz
zwischen der Energie der auftreffenden Strahlung und der Ionisationsenergie
des Atoms bzw. Ions (auch als die Bindungsenergie eines Elektrons
bezeichnet) – wird
zumindest teilweise in kinetische Energie umgewandelt, die es dem
Elektron ermöglicht,
das Ion bzw. Atom zu verlassen, und die Elektronen können schließlich die
strahlungssensitive Schicht verlassen. Diese Elektronen werden Photoelektronen
genannt. Bei einem weiteren Verfahren können Elektronen durch den sogenannten
Auger-Effekt erzeugt werden. Ein freies Photoelektron kann eine
Lücke bei
irgend einem niedrigen Energieniveau zurücklassen. Danach kann ein zweites
Elektron von einem höheren
Energiezustand zu diesem niedrigeren Energieniveau innerhalb eines
Atoms oder Ions relaxen, und die Relaxationsenergie kann zu einem
dritten Elektron oder Auger-Elektron übertragen werden. Wenn diese
Relaxationsenergie größer ist
als die Bindungsenergie des dritten Elektrons, weist sie eine gewisse
kinetische Energie auf und ist in der Lage, das Ion oder Atom zu
verlassen und ist schließlich
in der Lage, die strahlungssensitive Schicht zu verlassen. Weitere
Elektronen können
freigesetzt sein durch die Photoelektronen, Auger-Elektronen und
weitere Verfahren, die durch einfallende Strahlung wie Plasmonzerfall
induziert sind.
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Elektronen,
die durch die vorgenannten Verfahren erzeugt worden sind, treten
wahllos aus der strahlungssensitiven Schicht aus. Da ein Atom oder Ion
ein oder mehrere Elektronen umfasst, die unterschiedliche Bindungsenergien
aufweisen, treten Elektronen aus der Schicht in einer großen Auswahl an
kinetischen Energien aus.
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Der
Strahlungssensor des zweiten Beispiels, das in 4 gezeigt
ist, umfasst eine strahlungssensitive Schicht 11 und eine
Sensoreinrichtung 12. Die strahlungssensitive Schicht 11 kann
auftreffende EUV-Strahlung in Elektronen umwandeln, ein Verfahren,
das vorstehend genannt ist. Die Schicht 11 kann beispielsweise
ein Metall umfassen.
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Die
Sensoreinrichtung 12 – die
so angeordnet ist, dass sie in der Lage ist, wenigstens einen Teil der
erzeugten Elektronen zu empfangen – umfasst einen elektrischen
Leiter 13, wie eine leitende Platte, und eine Strommesseinrichtung 15,
die mit Masse (Potential) 17 verbunden ist. Sobald Elektronen – unabhängig von
ihrer kinetischen Energie – auf
den Leiter 13 auftreffen, wird ein elektrischer Strom induziert, der
durch die Strommesseinrichtung 15 gemessen werden kann.
Dieser Strom ist ein Maß der
Anzahl eingehender Elektronen, was wiederum ein Maß der Intensität (Energiedosis)
der auftreffenden EUV-Strahlung ist.
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Wenn
Elektronen die strahlungssensitive Schicht 11 verlassen,
würde diese
Schicht 11 positiv geladen. Eine derartig positiv geladene
Schicht würde
die negativ geladenen Elektronen, die freigesetzt sind, anziehen.
Elektronen könnten
schließlich
nicht in der Lage sein, die Schicht 11 zu verlassen und könnten folglich
die Sensoreinrichtung 12 nicht erreichen. Daher muss das
Laden der strahlungssensitiven Schicht 11 elektrisch kompensiert
werden, z. B. durch Verbinden der Schicht 11 mit Masse
(Potential) oder durch negatives Vorspannen der strahlungssensitiven
Schicht 11. Zusätzlich
kann der Leiter 13 positiv geladen (bzw. vorgespannt) werden,
so dass er Elektronen, die von der strahlungssensitiven Schicht freigesetzt
worden sind, selektiv anziehen und beschleunigen kann.
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Mit
einem derartigen Strahlungssensor ist es möglich, beispielsweise die Dosis
oder Intensität
auf Substratlevel festzulegen, wenn der Sensor in der Nähe des Substrats
angeordnet ist. Das Festlegen von Dosis oder Intensität ist nicht
auf den Substratlevel begrenzt, sondern kann auch bei anderen Positionen
in der lithographischen Projektionsvorrichtung festgelegt werden.
Es kann auch die Strahlintensität festgelegt
werden, die auf ein Element, wie ein Reflektor R1, R2, R3, R4 des
Projektionssystems PL, ein Reflektor im Illuminator, die Maske MA
oder das Substrat W (oder jede andere Oberfläche, auf die Strahlung auftrifft),
auftrifft. 5 zeigt einen Querschnitt eines
derartigen Elements E, auf dessen Oberfläche ES ein Strahl einer Strahlung
BR auftrifft. Der Strahl einer Strahlung BR bewirkt, dass Elektronen
e von der Oberfläche
des Elements E freigesetzt werden.
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Ein
Gitter M befindet sich oberhalb der Oberfläche ES des Elements E. Eine
Spannungsquelle VS ist an das Gitter M angeschlossen und legt an
das Gitter eine vorab festgelegte positive Spannung an. Als Ergebnis
werden die freien Elektronen e vom Gitter M angezogen und gesammelt.
Um Raumladungseffekte überwinden
zu können,
kann eine ziemlich hohe positive Spannung (hinsichtlich der bestrahlten Oberfläche) erforderlich
sein, die an das Gitter angelegt wird. Eine negative Spannung kann
an die bestrahlte Oberfläche
ES angelegt werden. Vorteilhafterweise sind die freien Elektronen
einer elektrischen Feldstärke
einer Größenordnung
von 50 V/cm oder noch größer ausgesetzt,
um Raumladungseffekte aufgrund freier Elektronen überwinden
zu können. Bei
einem mit niedriger Intensität
auftreffendem Strahl kann eine geringere Feldstärke ausreichend sein. Die Strommesseinrichtung 15 misst
den elektrischen Strom aufgrund von Elektronen, die vom Gitter aufgefangen
worden sind.
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6 zeigt
das Gitter M in der Perspektive. In diesem Fall besteht das Gitter
aus einer Vielzahl paralleler Drähte
Mw. Die Dicke d3 von jedem der Drähte ist im Wesentlichen kleiner
als der Abstand d1 zwischen benachbarten Drähten. Dies gewährleistet, dass
das Gitter den Strahl aus Strahlung nicht unscharf macht. Darüber hinaus
ist der Abstand d1 zwischen benachbarten Drähten kleiner als der Abstand d2 der
Drähte
von der Oberfläche
ES des Elements E. Dies gewährleistet,
dass das elektrische Feld von den Drähten zur Oberfläche annähernd gleichmäßig ist.
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Ein
geeigneter Größenbereich
für die
Drähte Mw
ist eine Dicke d3 von 2 μm
bis zu 10 μm.
Die Drähte
bestehen gewöhnlich
aus einem Leiter wie Wolfram, Molybdän, Kupfer oder Zirkonium. Ein
besonderer Vorteil von Zirkonium besteht darin, dass es für EUV relativ
transparent ist. Der Abstand d1 zwischen den Drähten und der Abstand d2 der
Drähte von
der Oberfläche
ES können
beide gewöhnlich
in der Größenordnung
von 1 cm liegen.
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Die 7 und 8 zeigen
das Gitter in Benutzung mit einem gekrümmten Element E. In 7 ist
das Gitter M so gekrümmt,
dass es der Krümmung des
Elements E annähernd
folgt. In 8 ist das Gitter M im Wesentlichen
plan. Auch wenn in der vorstehenden Beschreibung das Gitter so beschrieben
worden ist, dass es aus einer Vielzahl paralleler Drähte besteht,
ist festzustellen, dass vorteilhafterweise verschiedene Muster verwendet
werden können.
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Es
können
auch andere Arten von Leitern 13, M verwendet werden. Eine
weitere Option bestünde darin,
einen im Wesentlichen ringförmigen
Leiter zu verwenden, der den auftreffenden Strahl abgrenzen kann,
so dass er nicht blockiert ist, und der ferner im Wesentlichen parallel
zu der bestrahlten Oberfläche sein
kann. Ein derartiger Leiter ist ein ringförmiger Leiter 13.
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Ferner
kann, indem der photoelektrische Strom, wie vorstehend dargestellt,
unter Verwendung der Erfassungseinrichtung 15 überwacht
wird, auch der EUV-Projektionsstrahl
durch das System hindurch überwacht
werden, während
er von der Quelle zum Substrat verläuft. Eine gemessene Änderung
im photoelektrischen Strom bei irgendeinem Element, der nicht mit
Messungen an anderen Stellen im System übereinstimmt, zeigt irgendeine
lokale Änderung im
System an. Eine derartige lokale Änderung kann eine Kontaminierung
eines Reflektors (der die Maske enthält) sein. Auf dem Reflektor
vorhandene Kontaminierung hat einen Einfluss auf den photo elektrischen
Strom, da sie im Allgemeinen eine unterschiedliche Arbeitsfunktion
auf Elektronen darstellt, die versuchen, aus dem Reflektor zu entkommen. Die
Strahlung gemäß dem zweiten
Beispiel kann somit auch zur Überwachung
von Kontamination verwendet werden.
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Bei
einem dritten Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, welches
das gleiche wie das erste oder zweite Beispiel sein kann, mit Ausnahme
des nachstehend Beschriebenen, wandelt der Strahlungssensor auch
die auftreffende EUV-Strahlung in Sekundärelektronen um. Ein Strahlungssensor
gemäß dem dritten
Beispiel ist in 9 gezeigt und umfasst eine strahlungssensitive
Schicht 21, z. B. ein Metall, und eine Sensoreinrichtung 23,
die mit Masse (Potential) 25 verbunden ist. Die strahlungssensitive
Schicht 21 kann gemäß Verfahren ähnlich denen
bei dem zweiten Beispiel beschriebenen Elektronen erzeugen. Die dadurch
erzeugten und freigesetzten Elektronen würden eine positiv geladene
Schicht 21 erzeugen, die, nachdem sie mit Masse 25 verbunden
worden ist, elektrisch kompensiert ist, um eine neutrale Schicht 21 hervorzubringen.
Der resultierende elektrische Strom kann von der Sensoreinrichtung 23 gemessen werden,
wobei der Strom ein Maß der
Intensität
der auftreffenden EUV-Strahlung ist.
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Das
dritte Beispiel erlaubt auch das Messen einer Intensität bzw. Dosis
unter Verwendung eines Elements wie einen Reflektor im Projektionssystem PL
bzw. Illuminator IL oder der Maske als Erfassungselement. Im Falle
von Spiegeln mit streifendem Einfall sind die Reaktionszeiten relativ
kurz, da sie im Allgemeinen aus einem Metall bestehen, das einen geringen
elektrischen Widerstand aufweist. Spiegel mit senkrechtem Einfall
umfassen im Allgemeinen einen Mehrfachstapel, der auf die Wellenlänge der
zu reflektierenden Strahlung abgestimmt ist. Der Mehrfachstapel
kann abwechselnde Schichten aus einem Metall und einem Halbleitermaterial
enthalten, wie einen Stapel aus abwechselnden Molybdän-(Mo) und Silizium-(Si)Schichten.
Der Gesamtwiderstand des Spiegels ist im Allgemeinen groß, da er
durch den speziellen Kontaktwiderstand zwischen dem Metall und dem
Halbleiter festgelegt ist. Dieser Widerstand kann erheblich reduziert
werden, indem die Halbleiterschicht gedopt wird. Der kleinere Widerstand
erzielt eine bessere Gleichförmigkeit
zwischen auftreffender Intensität
und gemessenem Strom und schnellere Reaktionszeiten.
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Wie
bei dem vorherigen Beispiel können auch
in diesem Fall die Reflektoren als ein Projektionsstrahl oder zur Überwachung
der Kontamination verwendet werden. Die Beispiele 2 und 3 können auch
zu einem einzigen Beispiel kombiniert werden. Ferner kann das Beispiel
3 einen Sammelleiter 13 für freie Elektronen aufweisen,
der freie Photoelektronen anzieht und einsammelt, wie bei dem zweiten
Beispiel erörtert,
jedoch ohne Messen des elektrischen Stroms eingesammelter Photoelektronen.
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Ausführungsform
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung, die in 10 gezeigt ist und das gleiche
wie das zweite Beispiel sein kann, mit Ausnahme des nachstehend Beschriebenen,
ist ein Strahlungssensor mit einer Gruppe von Leitungen 31.
Jede Leitung 31 umfasst strahlungssensitives Material zum
Erzeugen und Freigeben von Elektronen, was zu positiv geladenen Leitungen
führen
würde.
Indem jede Leitung mit Masse (Potential) 35 verbunden wird,
kann der zum Kompensieren der Ladung in jeder einzelnen Leitung
erforderliche Strom von der Sensoreinrichtung 33 separat
gemessen werden. Auf diese Weise ist es möglich, zwischen der Dosis eingehender
Strahlung in jeder Leitung zu unterscheiden, wodurch es möglich wird,
beispielsweise die Gleichförmigkeit
des Projektionsstrahls festzulegen.
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Wenn
die Leitungen 31 aus irgendeinem Halbleitermaterial bestehen,
können
sie auch Teil einer elektrischen Schaltung sein, die den elektrischen Widerstand
jeder einzelnen Leitung misst. Auftreffende Strahlung ändert den
Widertand jeder Leitung. Der gemessene Widerstand ist daher ein
Maß für die Menge
der auftreffenden Strahlung.
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Der
Strahlungssensor gemäß dieser
Ausführungsform
kann auch als ein Bildsensor konfiguriert sein, wie er im zweiten
Beispiel genannt ist. Ferner kann auch ein zweidimensionales Feld
individueller Elemente vorgesehen sein, die jeweils an Sensoreinrichtungen
angeschlossen sind, um ihre individuellen Ströme messen zu können.
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Obwohl
eine spezielle Ausführungsform
der Erfindung vorstehend beschrieben worden ist, ist festzustellen,
dass die Erfindung anders als beschrieben angewendet werden kann.
Die Beschreibung soll die Erfindung, die durch die Ansprüche definiert
ist, nicht eingrenzen.