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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine lithographische Projektionsvorrichtung,
mit:
- – einem
Strahlungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls aus
Strahlung;
- – einer
Haltekonstruktion zum Halten von Musteraufbringungseinrichtungen,
wobei die Musteraufbringungseinrichtungen dazu dienen, den Projektionsstrahl
gemäß einem
gewünschten
Muster zu mustern;
- – einem
Substrattisch zum Halten eines Substrats;
- – einem
Projektionssystem zum Projizieren des gemusterten Strahls auf einen
Zielabschnitt des Substrats;
- – einem
Ausrichtsystem zum Erfassen der Ausrichtung zwischen einer auf dem
Substrat vorgesehenen Referenzmarke und einer Ausrichtmarke, wobei
das Ausrichtsystem ein optisches System zum Beleuchten der Ausrichtmarke
mittels eines Ausrichtstrahls aufweist.
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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 Strahl aus Strahlung einen gemusterten Querschnitt
gemäß einem
Muster aufzuprägen,
das in einem Zielabschnitt des Substrats erzeugt werden soll; der
Begriff „Lichtventil" kann in diesem Zusammenhang
ebenfalls verwendet werden. Im Allgemeinen entspricht das besagte
Muster einer bestimmten Funktionsschicht in einem im Zielabschnitt
erzeugten Bauelement, wie einer integrierten Schaltung oder einem anderen
Bauelement (siehe unten). Beispiele einer derartigen Musteraufbringungseinrichtung
umfassen:
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– Eine Maske.
Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie gut bekannt und
umfasst binäre, wechselnde
Phasenverschiebungs- und reduzierte Phasenverschiebungsmaskenarten
sowie verschiedene Arten von Hybridmasken. Die Anordnung einer derartigen
Maske im Strahlungsstrahl bewirkt selektive Lichtdurchlässigkeit
(im Falle einer lichtdurchlässigen
Maske) bzw. Reflexion (im Falle einer reflektierenden Maske) der
auf die Maske auftreffenden Strahlung gemäß dem Muster auf der Maske.
Im Fall einer Maske ist die Haltekonstruktion im allgemeinen ein
Maskentisch, der gewährleistet,
dass die Maske in einer gewünschten
Position im eingehenden Strahl aus Strahlung gehalten werden kann
und dass sie, sofern erwünscht,
bezogen auf den Strahl bewegt werden kann.
- – Ein programmierbares
Spiegelfeld. Ein Beispiel für
ein derartiges Element ist eine matrixadressierbare Oberfläche, die
eine viskoelastische Steuerschicht und eine reflektierende Oberfläche aufweist.
Das Grundprinzip hinter einer derartigen Vorrichtung ist, 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. Eine alternative Ausführungsform
eines programmierbaren Spiegelfeldes verwendet eine Matrixanordnung
kleiner Spiegel, von denen jeder individuell um eine Achse geneigt
werden kann, indem ein passendes lokales elektrisches Feld angelegt wird
bzw. indem piezoelektrische Betätigungseinrichtungen
verwendet werden. Nochmals, die Spiegel sind so matrixadressierbar,
dass adressierte Spiegel einen eingehenden Strahlungsstrahl in einer
anderen Richtung zu unadressierten Spiegeln reflektieren; auf diese
Weise wird der reflektierte Strahl gemäß dem Adressiermuster der matrixadressierbaren
Spiegel gemustert. Die erforderliche Matrixadressierung kann unter
Verwendung geeigneter elektronischer Einrichtungen durchgeführt werden.
Bei beiden vorstehend beschriebenen Situationen können die
Musteraufbringungseinrichtungen ein oder mehrere programmierbare
Spiegelfelder aufweisen. Weitere Informationen über derartige Spiegelfelder
können
beispielsweise den US-Patenten 5,296,891 und US 5,523,193 und den PCT-Patentanmeldungen
WO 98/38597 und WO 98/33096 entnommen werden. Im Fall eines programmierbaren
Spiegelfeldes kann die Haltekonstruktion beispielsweise als Rahmen
oder Tisch gebildet sein, der nach Wunsch fixiert oder beweglich
sein kann.
- – Ein
programmierbares LCD-Feld. Ein Beispiel für eine derartige Konstruktion
ist im US-Patent 5,229,872 gegeben. Wie vorstehend gesagt, kann die
Haltekonstruktion in diesem Fall beispielsweise als Rahmen oder
Tisch gebildet sein, der nach Wunsch fixiert oder beweglich sein
kann.
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Aus
Gründen
der Vereinfachung kann sich der Rest dieses Textes an bestimmten
Stellen speziell auf Beispiele beziehen, die eine Maske und einen Maskentisch
verwenden; die in diesen Fällen
erörterten
allgemeinen Prinzipien sollten jedoch im weiteren Kontext der Musteraufbringungseinrichtung
gesehen werden, wie er vorstehend festgelegt worden ist.
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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 (Schutzlack) überzogen worden
ist, abgebildet werden. Im allgemeinen enthält ein einzelner Wafer ein
ganzes Netzwerk benachbarter Zielabschnitte, die sukzessive einer
nach dem anderen durch das Projektionssystem bestrahlt werden. Bei
den allgemein 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 Herstellungsprozess, bei dem eine lithographische Projektionsvorrichtung
eingesetzt wird, wird ein Muster (z.B. in einer Maske) auf ein Substrat
abgebildet, das zumindest teilweise von einer Schicht aus strahlungsempfindlichem
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 Elemente 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 Prartical 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 ver schiedene
Arten von Projektionssystemen umfasst, die beispielsweise lichtbrechende Optiken,
reflektierende Optiken, und katadioptrische Systeme umfassen. 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. Ferner kann die
lithographische Vorrichtung derart 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, bzw. 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 zum Beispiel in der
US 5,969,441 und
in der WO 98/40791 beschrieben.
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Bei
der Herstellung eines Bauteils unter Verwendung des lithographischen
Prozesses ist es im allgemeinen erforderlich, eine große Anzahl
von Belichtungen auf einem einzelnen Substrat durchzuführen, um
die vielen Schichten zu erzeugen, die für die Bildung eines Bauteils
erforderlich sind. Bei diesem Prozess ist es wesentlich, dass die
aufeinanderfolgenden Belichtungen relativ zu den vorher durchgeführten Belichtungen
korrekt positioniert werden. Abweichungen von der korrekten Ausrichtung
zwischen den Schichten werden als Überlagerungsfehler bezeichnet.
Zur Vermeidung von Überlagerungsfehlern muss
das Substrat vor einer Belichtung in der lithographischen Vorrichtung
korrekt ausgerichtet werden. Es sind zwei Ausrichtwerkzeugtypen
bekannt. Bei einem bekannten TTL-Typus (through-the-lens) einer
Ausrichtvorrichtung werden auf dem Substrat in Form von Gittern
vorhandene Ausrichtmarkierungen mittels Laser-Licht beleuchtet.
Das gebeugte Licht wird von der Projektionslinse der lithographischen Vorrichtung
gesammelt und, gewöhnlich
in Form von Phasengittern, auf entsprechende Ausrichtmarken geführt, die
sich auf der Maske befinden. Ein Detektor ist hinter der Maskenmarke
angeordnet, und die Intensität
der die Maskenmarke durchlaufenden Strahlung wird überwacht,
während
der Wafer unter der Projektionslinse abgetastet wird. Ein Maximalwert
der Ausgabe des Detektors zeigt die korrekt ausgerichtete Position
an. Die korrekte ausgerichtete Position schafft effektiv eine Null-Referenz
für ein
interferometrisches Verschiebungsmessgerät, das für die Steuerung der nachfolgenden
Bewegung des Gestells verwendet wird. Bei einem bekannten Typus
einer außeraxialen
Ausrichtvorrichtung wird ein Ausrichtwerkzeug bei einer Messstation
zum Messen des Positionsverhältnisses
zwischen einer Vielzahl von auf dem Substrat angeordneten Ausrichtmarken und
einer oder mehreren fest am Substratgestell befestigten Referenzmarke
verwendet. Wenn das das Substrat haltende Substratgestell zur Belichtungsstation
geführt
wird, wird die am Substratgestell fest angeordnete Referenzmarke
zu einer Marke in der Maske ausgerichtet und dadurch kann das Positionsverhältnis zwischen
dem Maskenbild und dem Substrat abgeleitet werden.
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Die
bekannten Ausrichtwerkzeuge und -verfahren arbeiten bei der Herstellung
von Halbleiterbauteilen, wo der vertikale Unterschied zwischen Schichten
nicht zu groß ist,
in entsprechender Weise. Jedoch können die bekannten Ausrichtwerkzeuge und – verfahren
keine Ausrichtungen bei Ausrichtmarken mit großen vertikalen Abständen durchführen, so
dass es für
die Ausrichtung folgender Prozessschichten auf Nullmarken, die in
das blanke Substrat eingeätzt
sind, erforderlich gewesen ist, eine Reihe von Ausrichtungen zwischen
Ausrichtmarken bei vertikalen Zwischenpositionen durchzuführen. Dies
hat den Nachteil, dass sich im Laufe der Durchführung mehrerer Ausrichtschritte
Messfehler ansammeln können.
Weitere Probleme entstehen bei der Herstellung von Mikroelektromechanischen
Systemen (MEMS) und Mikro-Opto-Elektromechanischen
Systemen (MOEMS), bei denen Schichtdicken erheblich größer sind,
als bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen. Bei großen Schichtdicken,
wie sie bei der Herstellung von MEMS und MOEMS auftreten, kann eine
Ausrichtung zwischen vertikal getrennten Ausrichtmarken, die Zwischenmarkierungen verwenden,
nicht durchgeführt
werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausrichtverfahren
in einer lithographischen Vorrichtung zu schaffen, die ein Ausrichtwerkzeug aufweist,
das eine Ausrichtung zwischen Marken mit großem vertikalen Abstand durchführen kann.
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Dies
kann erreicht werden, indem das optische System so angepasst ist,
dass es den Ausrichtstrahl so führt,
dass er im wesentlichen senkrecht zum Substrat auf die Ausrichtmarke
fällt.
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Indem
sichergestellt ist, dass der Ausrichtstrahl senkrecht auf die Ausrichtmarke
fällt,
kann eine korrekte Ablesung der Ausrichtung bei jeder beliebigen
vertikalen Position erreicht werden, wodurch eine direkte Ausrichtung
zwischen Marken in Schichten mit großem vertikalen Abstand möglich ist,
der z.B. größer als
10μm ist.
Indem sichergestellt ist, dass der Einfallswinkel des Ausrichtstrahls <0,5 mrad beträgt, kann
zum Beispiel eine Ausrichtung über vertikale
Abstände
bis zu 300–500 μm erreicht
werden. Mit zusätzlichen
linearen oder quadratischen Korrekturen oder einem Einfallswinkel
des Ausrichtstrahls von <0,25
mrad kann eine Ausrichtung über vertikale
Abstände
bis zu 700 μm
oder sogar 1 mm erreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ausrichten erster
und zweiter Ausrichtmarken, die jeweils auf ersten und zweiten Schichten
in einem auf einem Substrat gebildeten Bauelement vorgesehen sind,
wobei die ersten und zweiten Schichten einen großen Abstand in senkrechter Richtung
zu dem Substrat aufweisen, und wobei die zweite Schicht nach der
ersten Schicht gebildet worden ist, wobei das Verfahren folgende
Schritte umfasst:
Tiefätzen
von Schichten des Bauelements, welche die erste Schicht bedecken,
um die erste Ausrichtmarke freizulegen;
Durchführen einer
Ausrichtung der ersten Ausrichtmarke unter Verwendung eines Ausrichtsystems,
das die erste Ausrichtmarke mit einem Ausrichtstrahl beleuchtet,
der im wesentlichen senkrecht zu dem Substrat verläuft;
Durchführen einer
Ausrichtung der zweiten Ausrichtmarke unter Verwendung des Ausrichtsystems.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Bauelements geschaffen worden, das folgende Schritte umfasst:
- – Bereitstellen
eines Substrats, das zumindest teilweise mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichem
Material bedeckt ist;
- – Bereitstellen
eines Projektionsstrahls aus Strahlung unter Verwendung eines Strahlungssystems;
- – Verwenden
von Musteraufbringungseinrichtungen, um den Projektionsstrahl in
seinem Querschnitt mit einem Muster zu versehen;
- – Projizieren
des gemusterten Strahls aus Strahlung auf einen Zielabschnitt der
Schicht aus strahlungsempfindlichem Material,
wobei vor
dem Schritt des Projizierens ein Ausrichtprozess gemäß dem vorstehend
beschriebenen Verfahren durchgeführt
wird.
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Obwohl
in diesem Text speziell auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bei der Herstellung von integrierten Schaltungen hingewiesen worden
sein mag, sollte 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, Mikroelektromechanischen
Systemen (MEMS) und Mikro-Opto-Elektromechanischen Systemen (MOEMS),
Genchips und dergleichen verwendet werden. Der Fachmann wird erkennen,
dass im Kontext mit derartigen alternativen Anwendungsmöglichkeiten
jede Benutzung der Begriffe „Retikel", „Wafer" oder „Die" in diesem Text jeweils
durch die allgemeineren Begriffe „Maske", „Substrat" und „Zielabschnitt" ersetzt worden sind.
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Im
vorliegenden Dokument werden die Begriffe „Strahlung" und „Strahl" verwendet, um alle Arten elektromagnetischer
Strahlung, einschließlich
ultravioletter (UV) Strahlung (z.B. mit einer Wellenlänge von
365, 248, 193, 157 bzw. 126 nm) und EUV (extrem ultraviolette Strahlung
z.B. mit einer Wellenlänge
zwischen 5–20nm)
sowie Teilchenstrahlen wie z.B. Ionenstrahlen oder Elektronenstrahlen
mit einzuschließen.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung rein beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden schematischen
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
lithographische Projektionsvorrichtung ist, die bei der Erfindung
verwendet werden kann;
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2 ein
vereinfachtes Diagramm des Ausrichtsystems ist, das in der lithographischen
Projektionsvorrichtung von 1 enthalten
ist;
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3 drei
Stufen im Ausrichtprozess darstellt;
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4 den
Ursprung von Telezentrizitätsfehlern
in einem nicht-telezentrischen Ausrichtwerkzeug darstellt;
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5 höhere und
ausgesparte Ausrichtmarken darstellt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ausgerichtet sind; und
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6 den
Effekt von Telezentrizitätsfehlern in
einem nicht-telezentrischen Ausrichtwerkzeug darstellt.
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In
den Figuren zeigen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Teile
an.
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Ausführungsform 1
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1 ist
eine schematische Darstellung einer lithographischen Projektionsvorrichtung,
die für die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden kann. Die Vorrichtung umfasst:
- • ein Strahlungssystem
Ex, IL zum Bereitstellen eines aus Strahlung (z.B. UV-Strahlung) bestehenden
Projektionsstrahls PB, der in diesem speziellen Fall auch eine Strahlungsquelle
LA umfasst;
- • einen
ersten Objekttisch (Maskentisch) MT, der einen Maskenhalter zum
Halten einer Maske MA (z.B. eines Retikels) aufweist und mit ersten
Positionie rungsmitteln zur genauen Positionierung der Maske im Hinblick
auf den Gegenstand PL verbunden ist;
- • einen
zweiten Objekttisch (Substrattisch) WT, der einen Substrathalter
zum Halten eines Substrats W (z.B. ein mit einer Schutzschicht beschichteten
Silizium-Wafer) aufweist und mit zweiten Positionierungsmitteln
zur genauen Positionierung des Substrats im Hinblick auf den Gegenstand
PL verbunden ist;
- • ein
Projektionssystem („Linse") PL (z.B. ein brechendes
Linsensystem) zum Abbilden eines bestrahlten Bereichs der Maske
MA auf einen Zielabschnitt C (der z.B. einen oder mehrere Dies aufweist)
des Substrats W.
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Wie
hier gezeigt, ist die Vorrichtung lichtdurchlässiger Art (d.h. sie weist
eine durchlässige Maske
auf). Im allgemeinen kann sie jedoch zum Beispiel auch reflektierender
Art sein (mit einer reflektierenden Maske). Alternativ kann die
Vorrichtung eine weitere Art von Musteraufbringungseinrichtung aufweisen,
z.B. ein programmierbares Spiegelfeld der vorstehend genannten Art.
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Die
Quelle LA (z.B. eine Halogenlampe) erzeugt einen Strahl aus Strahlung.
Dieser Strahl wird zu einem Beleuchtungssystem IL (Illuminator)
geführt,
entweder direkt oder nachdem er Konditionierungseinrichtungen wie
zum Beispiel einen Strahlexpander Ex durchlaufen hat. Der Illuminator
IL kann Anpassungsmittel AM zum Anpassen der äußeren und/oder inneren radialen
Erstreckung (jeweils mit σ-innen
und σ-außen bezeichnet)
der Intensitätsverteilung
im Strahl umfassen. Darüber
hinaus umfasst er im allgemeinen verschiedene andere Komponenten
wie z.B. einen Integrator IN und einem Kondensor CO. Auf diese Weise
erhält
der auf die Maske MA auftreffende Strahl PB in seinem Querschnitt
eine gewünschte
Gleichmäßigkeit
und Intensitätsverteilung.
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Mit
Bezug auf 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), sie kann sich jedoch auch entfernt von der
lithographischen Projektionsvorrichtung befinden, wobei der durch
sie erzeugte Strahlungsstrahl in die Vorrichtung geleitet wird (z.B.
mit Hilfe geeigneter Leitungsspiegel); dieses letztgenannte Szenario
ist oft gegeben, wenn die Quelle LA ein Excimer-Laser ist. Die vorliegende
Erfindung und ihre Ansprüche
beinhalten beide Szenarien.
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Danach
tritt der Strahl PB in die Maske MA ein, die in einem Maskenhalter
auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem er die Maske MA durchquert
hat, 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
(und interferometrischen Messmittels 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 verwendet werden, um die Maske
MA im Hinblick auf den Weg des Strahls PB genau zu positionieren,
zum Beispiel nachdem die Maske MA mechanisch von 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 dargestellt sind. Allerdings kann im Falle eines Wafer-Steppers (im
Gegensatz zu einer Step-and-scan-Vorrichtung) der Maskentisch MT
nur mit einem kurzhubigen Betätigungselement
verbunden werden, oder er kann fixiert sein.
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Die
gezeigte Vorrichtung kann auf zwei unterschiedliche Arten 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.
- 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 ν 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 = Mν 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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Eine
vereinfachte schematische Darstellung des Ausrichtsystems 10 und
der Form der Substratausrichtmarke Px ist in 2 gezeigt.
Das Ausrichtsystem 10 umfasst einen 633nm Laser, dessen
Licht durch die Projektionslinse auf das Substrat projiziert wird,
um die Substratausrichtmarke Px zu beleuchten. Wie in der Vergrößerung gezeigt,
besteht die Substratausrichtmarke Px aus vier Gittern. Zwei weisen
ein 16μm
Raster und zwei ein 17,6μm
Raster auf, wobei eins von jedem Typus mit jeder Stufenkoordinatenachse
(X,Y) ausgerichtet ist. Das Projektionssystem PL sammelt das von
der Substratausrichtmarke Px reflektierte Licht 1. Ordnung und fokussiert es
auf eine Komplementärmarke
Mx ähnlicher
Struktur auf der Maske. Es ist offensichtlich, dass es mehrere Substrat-
und Maskenmarken gibt, die durch eine Ziffer bezeichnet werden können, die
das x in Px und Mx ersetzt. Das Interferenzsignal, das durch das von
den Substratmarken Px, welche die Maskenmarken Mx stören, reflektierte
Licht 1. Ordnung erzeugt worden ist, erzeugt ein Interferenzsignal,
das gefiltert und danach in Erfassungszweigen 13, 14 erfasst wird.
Das Projektionssystem PL weist einen Spezialfilter 12 auf,
mit dem nur gebeugte Strahlen 1. Ordnung ausgewählt werden.
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Bei
einem Ausrichtverfahren, das dieses Ausrichtsystem verwendet, wird
das Substrat auf dem Substrattisch platziert und durchläuft eine
mechanische und optische Vor-Ausrichtung auf einer Vor-Ausrichtungseinheit,
die für
die vorliegende Erfindung nicht relevant ist und daher hier nicht
näher beschrieben
wird. Die Vor-Ausrichtung bewirkt nur eine Grobausrichtung und daher
muss eine Feinausrichtung ebenfalls durchgeführt werden, wobei das Vorgehen
hierfür
in 3 gezeigt ist. 3 zeigt
die die Ausrichtmarken M1 und M2 tragende Maske MA, das die Ausrichtmarken
W1 und W2 tragende Substrat W sowie den die Ausrichtmarke F1 (die
manchmal als Bezugsmarke bezeichnet wird) tragenden Substrattisch
WT. Zunächst
wird das interferometrische Verschiebungsmesssystem IF auf Null
gesetzt, indem die Bezugsmarke F1 auf die Maskenmarken M1, M2 in
der Maske ausgerichtet wird. Dann wird ein ganzer Ausrichtvorgang
durchgeführt,
indem die Substratmarke W1 auf die Maskenmarken M1 und M2 und die
Substratmarke W2 auf die Maskenmarke M1 ausgerichtet wird. Die beiden
ersten Schritte ermöglichen
die Bestimmung der Maskenrotation und der Linsenvergrößerung.
Substrat und Maske werden dann vollständig ausgerichtet, indem die
Substratmarke W1 auf die Maskenmarke M1, die Substratmarke W2 auf
die Maskenmarke M1 und dann die Substratmarke W1 auf die Maskenmarke
M1 und die Substratmarke W1 auf die Maskenmarke M2 ausgerichtet
wird. Nach diesen Ausrichtungen wird das Substrat belichtet, ohne
dass weitere Ausrichtungen erforderlich sind.
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Um
die Durchführung
genauer Ausrichtungen bei im wesentlichen unterschiedlichen Z-Positionen
ermöglichen
zu können,
ist der das Projektionssystem PL verlassende Ausrichtstrahl so angeordnet,
dass er telezentrisch ist. Was passiert, wenn diese Anforderung
nicht erfüllt
wird, ist in 4 dargestellt, wo zu sehen ist,
dass dann, wenn der Ausrichtstrahl AB zum Boden der Linse an seinem
Austritt aus dem Projektionssystem PL nicht orthogonal ist und folglich
einen Winkel φ senkrecht
zum Substrat bildet, ein Positionsfehler beim Ausrichten zu einer tief
ausgenommenen Substratmarke Px, die z.B. im Substrat W unter einem
Graben in einer folgenden Prozessschicht L vorgesehen ist, auftritt.
Dieser Fehler ist proportional zu sin(φ) und der Tiefe der Ausrichtmarke
Px. Folglich ist der Beleuchtungsteil des Ausrichtsystems so angeordnet,
dass er auf die Ausrichtmarke Px senkrecht auftrifft, unabhängig von
der Z-Position des Ausrichtgitters Px. Dies kann erreicht werden,
indem der Beleuchtungsteil des Ausrichtsystems vom Substrat aus
gesehen telezentrisch gemacht wird. Der Beleuchtungsteil des Ausrichtsystems
kann durch Einführen
von einer oder mehreren ebenen Platten in den Weg des Ausrichtstrahls
telezentrisch gemacht wird. Dicke, Keilwinkel und Ausrichtung der
ebenen Platten(n) werden so lange eingestellt, bis der gewünschte Einfallswinkel
erreicht wird. Vorzugsweise werden zwei ebene Platten verwendet,
eine zum Ausrichten des Einfallswinkels und eine weitere für den X-,
Y-Offset des Ausrichtsystems. Auf diese Weise kann der Einfallswinkel
des Ausrichtstrahls so eingestellt werden, dass er unter 0,5 mrad
oder 0,25 mrad liegt.
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Wie
in 5 gezeigt, werden nach Bildung der Prozessschichten)
L oben auf dem Substrat W Gräben
geätzt,
um die in das Substrat W eingeätzten Null-Schichtmarken
P0,1 und P0,2 freizulegen. Diese und die auf der nten Prozessschicht
vorgesehene Marke Pn,1 können
dann durch das Ausrichtwerkzeug der Erfindung ausgerichtet werden.
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Um
ferner den Einfallswinkel des Ausrichtstrahls wie vorstehend beschrieben
minimieren zu können,
kann die Arbeit des Ausrichtsystems weiter verbessert werden, indem
eine Software-Korrektur basierend auf empirischen Kalibrierungsdaten
verwendet wird. Wie in 6 gezeigt, führt ein Einfallswinkel Δφ zu einer
gemessenen Position eines Offsets einer vertieften Marke PM von
deren Rahmenposition um die Größe Δx,Δy. Mit Hilfe
eines Kalibrierungssubstrats werden die Offsets für eine Vielzahl unterschiedlicher
vertikaler (Z) Positionen gemessen. Mit diesen Daten werden dann
die Koeffizienten eines Modells bestimmt: Ein einfaches, lineares
Modell kann folgende Form aufweisen: Δx = az +
b Δy
= cz + b.
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Größere Genauigkeit
kann mit Hilfe eines quadratischen Modells der folgenden Form erzielt werden Δx
= az2 + cz + b Δy = dz2 + ez + b.
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Wenn
die Positionsmarke der Art ist, dass sie zwei Gitter unterschiedlicher
Periode für
jede Richtung X und Y aufweist, kann es auch erforderlich sein,
den Effekt von Vergrößerungsänderungen
mit der Vertikalposition im Ausrichtsystem auf dem sichtbaren Abstand
der beiden Gitter in Betracht zu ziehen. Dies kann erreicht werden,
indem ein Modell folgender Form verwendet wird: Δshift – x = f·Z·shift – x Δshift – y = g·Z·shift – y,wobei
f und g maschinen- oder maschinenart-abhängige Konstanten sind.
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Wenn
die Koeffizienten für
eine bestimmte Maschine bestimmt worden sind, werden die Ausrichtergebnisse
mit Hilfe der für
jede Ausrichtung auf der Basis der Vertikalposition des Markers
berechneten Δx, Δy-Werte korrigiert.
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Auch
wenn vorstehend spezielle Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind, ist offensichtlich, dass
die Erfindung anders als beschrieben eingesetzt werden kann. Die
Erfindung soll durch die Beschreibung nicht eingegrenzt werden.