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HINTERGRUND
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Gebiet
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Die
Beschreibung betrifft ein Feldprojektionssystem für die Photolithographie
und insbesondere ein reflektierendes optisches Reflektionssystem mit
einer Abdeckung für
eine vergrößerte numerische Apertur
und andere verbesserte Eigenschaften.
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Stand der Technik
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Um
die Anzahl der Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren und anderer
Schaltungselemente auf einem integrierten Schaltungschip zu erhöhen, werden
diese Vorrichtungen immer näher beieinander
angeordnet. Dies erfordert, dass jede Vorrichtung kleiner gemacht
wird. Aktuelle Herstellungstechnologien verwenden Laserlicht mit
einer Wellenlänge
von 193 nm zur Photolithographie. Diese werden als Deep Ultraviolet
(DUV) Systeme bezeichnet. Diese Systeme sind in der Lage zuverlässig Merkmale
zu produzieren, die quer ungefähr
100 nm und bestenfalls eventuell 50 nm quer aufweisen. Ein Hinderungsgrund
zur Herstellung noch kleinerer Merkmale ist die Wellenlänge des
verwendeten Lichts. Als ein nächster
Schritt wurde vorgeschlagen, Licht von 4 nm–30 nm zu verwenden, das als
Extreme Ultraviolet (EUV) Licht bezeichnet wird. Abhängig vom
Rest des Systems und den Prozessparametern würde dieses Licht ermöglichen
so kleine Merkmale zu erzeugen, die quer 10 nm bis 20 nm umfassen, also
viel weniger als die aktuellen 50 nm–100 nm.
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Die
geringere Größe der Merkmale
ist ein Ergebnis der verbesserten Auflösung. Die Auflösung eines
Photolithographiesystems ist proportional zur Wellenlänge des
Lichts geteilt durch die numerische Apertur der Projektionsoptik
des Beleuchtungssystems. Als ein Ergebnis kann die Auflösung entweder durch
Verringern der Wellenlänge
des verwendeten Lichtes oder durch Erhöhen der numerischen Apertur (NA)
der Photolithographieprojektionsoptik oder von beidem verbessert
werden.
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Eine
gängige
Wellenlänge
für die
vorgeschlagene EUV-Photolithographie ist 13,5 nm. Alle bekannten
Materialien absorbieren Licht bei dieser Frequenz. Folglich kann
die Projektionsoptik nicht unter Verwendung transparenter Linsen
hergestellt werden. Die vorgeschlagene Projektionsoptik basiert dem
entsprechend auf der Verwendung gekrümmter Spiegel. Für EUV-Licht
reflektieren die besten bisher entwickelten Spiegel jedoch lediglich
ungefähr
70% des auf sie einfallenden Lichts. Die anderen 30% des Lichts
werden durch den Spiegel absorbiert.
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Diese
Spiegel der EUV-Projektionsoptik werden durch Anwenden einer mehrschichtigen
Beschichtung auf ein Siliziumsubstrat hergestellt. Die mehreren
Schichten werden aus bis zu 40 oder mehr sich abwechselnden Schichten
aus entweder Mo und Si oder Mo und Be gebildet. Die mehrfachen Beschichtungen
basieren auf einer periodischen Struktur, um eine reflektierte Wellenfront
zwischen den Beschichtungen aufzubauen. Die Reflektivität der Oberfläche wird
stark durch den Winkel, unter dem Licht auf die Oberfläche auftrifft,
die Temperatur und die Wellenlänge
des Lichtes beeinflusst. Für
Einfallswinkel ist die Reflektivität am höchsten, wenn das Licht direkt
auf den Spiegel auftrifft, d. h. senkrecht zur Spiegeloberfläche. Je
mehr das Licht von der Senkrechten abweicht, umso geringer ist die
Reflektivität des
Spiegels für
dieses Licht. Wenn die Einfallswinkel oberhalb von zwanzig Grad
liegen wird der Anstieg des Verlustes an Licht beträchtlich.
Dadurch wird der mögliche
Aufbau eines optischen Systems stark begrenzt. Projektionsoptikkonstruktionen,
die sich gut für
DUV eignen funktionieren möglicherweise
aufgrund großer
Einfallswinkel überhaupt
nicht für EUV.
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Die
numerische Apertur (NA) eines Photolithographiescanners ist teilweise
durch die Anzahl der Spiegel in der Projektionsoptik begrenzt. Ein
System mit sechs Spiegeln kann eine NA von 0,25 und ein System mit
acht Spiegeln eine NA von 0,4 aufweisen. Jedoch sind bei einer EUV-Beleuchtung
die besten bekannten Spiegel lediglich teilweise reflektierend. Dementsprechend
kann die Lichtmenge, die durch das Spiegelsystem gelangt, bei einem
System mit acht Spiegeln verglichen mit einem System mit sechs Spiegeln
auf die Hälfte
reduziert werden. Mehr Spiegel erfordern entweder längere Belichtungszeiten oder
eine hellere Lichtquelle. Längere
Belichtungszeiten können
die Zeit, die zur Herstellung einer mikroelektronischen Vorrichtung
benötigt
wird, beträchtlich
beeinflussen. Eine hellere Lichtquelle hat bei EUV Licht aufgrund
der durch die Absorption des Lichts verursachten extremen Hitze
und der zerstörerischen
Einwirkung des Lichts selbst andere Schwierigkeiten. Im Ergebnis
wurde eine System mit acht Spiegeln als unpraktisch betrachtet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
aus der unten angegebenen detaillierten Beschreibung und anhand
der begleitenden Zeichnungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung
umfassender verstanden werden. Die Zeichnungen sollten jedoch nicht
als beschränkend angesehen
werden, sondern dienen lediglich der Erläuterung und dem Verständnis.
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1A zeigt
einen Strahlverlaufsdiagramm in der x-z-Ebene eines beispielhaften
reflektierenden optischen Projektionssystems für die Photolithographie gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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1B zeigt
ein Strahlverlaufsdiagramm in der x-y-Ebene des beispielhaften reflektierenden
optischen Projektionssystems aus 1A;
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2 zeigt
eine Ansicht entlang der optischen Achse des optischen Projektionssystems
aus 1A, die zwei Abdeckungen zeigt;
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3 ist
ein Diagramm einer Verzerrungs- und Aberrationsanalyse des optischen
Projektionssystems aus 1A;
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4 ist
eine Tabelle, die eine Prescription für das optische Projektionssystem
aus 1A angibt;
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5 ist
eine Tabelle, die Spezifizierungsdaten für das optische Projektionssystem
aus 1A angibt;
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6 ist
eine Tabelle, die mittlere Einfallswinkel für das optische Projektionssystem
aus 1A angibt;
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7 ist
eine Tabelle, die eine Wellenfrontanalyse für das optische Projektionssystem
aus 1A angibt;
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8A zeigt
ein Strahlverlaufsdiagramm in der x-z-Ebene eines zweiten beispielhaften
reflektierenden optischen Projektionssystems für die Photolithographie gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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8B zeigt
ein Strahlverlaufsdiagram in der x-y-Ebene des beispielhaften reflektierenden
optischen Projektionssystems aus 8A;
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9 zeigt
eine Ansicht entlang der optischen Achse des optischen Projektionssystems
aus 8A, die zwei Abdeckungen zeigt;
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10 ist
ein Diagramm einer Verzerrungs- und Aberrationsanalyse des optischen
Projektionssystems aus 8A;
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11 ist
eine Tabelle, die eine Prescription für das optische Projektionssystem
aus 8A angibt;
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12 ist
eine Tabelle, die Spezifizierungsdaten für das optische Projektionssystem
aus 8A angibt;
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13 ist
eine Tabelle, die mittlere Einfallswinkel für das optische Projektionssystem
aus 8A angibt;
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14 ist
eine Tabelle, die eine Wellenfrontanalyse für das optische Projektionssystem
aus 1 angibt;
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15 zeigt
ein Strahlverlaufsdiagramm in der x-z-Ebene eines dritten beispielhaften
reflektierenden optischen Projektionssystems für die Photolithographie gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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16 zeigt
eine Ansicht entlang der optischen Achse des optischen Projektionssystems
aus 15, die zwei Abdeckungen zeigt;
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17 ist
eine Tabelle, die mittlere Einfallswinkel für das optische Projektionssystem
aus 15 angibt; und
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18 ist
ein beispielhafter Stepper zur EUV-Photolithographie, der zur Verwendung
mit Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ein
optisches Projektionssystem mit acht Spiegeln für EUV-Licht wird beschrieben,
das eine NA von 0,5 erreichen kann. Dadurch wird die Auflösung verglichen
mit anderen Systemen mit sechs oder acht Spiegeln verdoppelt. Die
höhere
NA führt zu
einem beträchtlich
höheren Étendue
(gesammeltes Licht) für
das System, wobei das in den beiden zusätzlichen Spiegeln durch Absorption
verlorene Licht kompensiert wird. Eine Abdeckung in dem System mit
acht Spiegeln wird ebenfalls beschrieben, um zur Beibehaltung kleiner
Einfallswinkel im ganzen System beizutragen. Eine ringförmige Sammeloptik kann
verwendet werden, um durch die Abdeckung verlorenes Licht zu kompensieren.
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1A zeigt
ein Strahlverlaufsdiagramm eines Beispiels eines reflektierenden
optischen Projektionssystems in der x-z-Ebene. 1B zeigt
dasselbe System in der x-y-Ebene. Dieses System ist für eine EUV-Photolithographie-Projektionsoptik
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung geeignet. Eine Prescription für jeden der Spiegel hinsichtlich
der Radien, asphärischen
Preskription und der axialen Trennung der Spiegel des Systems der 1A und 1B ist
in 4 gezeigt. Die mittleren Einfallswinkel des auf
jeden Spiegel treffenden Lichts sind in 6 angegeben
und eine Wellenfrontanalyse des Spiegelsystems wird in 7 angegeben.
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Das
reflektierende optische System aus 1A und 1B hat
einen Aufbau eines abgedeckten Systems mit acht Spiegeln, mit dem
eine numerische Apertur von 0,50 mit einer Ringfeldbreite zwischen
1–2 mm
erreicht werden kann. Die Maske befindet sich ganz außen links
im Diagramm und der Wafer befindet sich ganz rechts. Die Lichtquelle
und die Sammeloptik zur Beleuchtung der Maske sind nicht gezeigt.
Von den acht Spiegeln haben die Spiegel M7 und M8 eine geringe Abdeckung
in der Form einer Öffnung
in der Oberfläche
des Spiegels.
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Die
Maske kann eine rechteckige Abbildungsoberfläche aufweisen, die ungefähr 6 Zoll
(150 mm) auf jeder Seite misst. Das projizierte Abbildungsfeld kann
dann ungefähr
1 mm × 20
mm (scan × kreuz-scan)
umfassen, wobei es sich um ein wünschenswertes
Feld für
einen Schrittscanner handelt.
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Herkömmlicherweise
wird die Auflösung
eines optischen Lithographiesystems durch die kohärente Näherung der
Rayleigh-Gleichung angegeben, R = k1 λ/NAwelche
die Auflösung
R als Funktion der kleinsten auflösbaren Halb-Schrittweite (eine
Hälfte
der minimalen Linie plus dem minimalen Abstand) in Abhängigkeit
von der einheitslosen Rayleigh-Konstanten k1, der Wellenlänge des
Lichtes λ und
der numerischen Apertur des Belichtungssystems NA ausdrückt. Der
k1-Wert wird als ein Maß der
Qualität
des lithographischen Prozesses basierend auf chemischen und anderen
Aspekten der lithographischen Bearbeitung verwendet. Unter der Annahme
eines k1 Faktors von 0,5 wird mit diesem Aufbau eine minimale Auflösung erreicht,
die gegeben ist durch k1 λ/NA als
0,5 × 13,5
nm/0,5 = 13,5 nm. Spezielle Drucktechniken und alternierende Belichtungsschemata
können ermöglichen,
dass dies auf unter 10 nm erhöht wird.
Dies ist nahe an der Funktionsgrenze für Silizium-Halbleiter-Materialien.
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In
den Projektionssystemen aus 1A und 1B von
lang-konjugiert zu kurz-konjugiert, ist der erste Spiegel konkav,
der zweite Spiegel konvex, der dritte Spiegel konkav, der vierte
Spiegel konkav, der fünfte
Spiegel konvex, der sechste Spiegel konkav, der siebte Spiegel konvex
und der achte Spiegel konkav. Bezeichnet man einen konkaven Spiegel
mit „P” (positiver
optischer Brechungsindex) und einen konvexen Spiegel mit einem „N” (negativer
optischer Brechungsindex) kann die Konfiguration der ersten Ausführungsform
als „PNPPNPNP” beschrieben werden.
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Die
Spiegel M1 und M2 wirken als eine erste Abbildungsgruppe G1 zusammen.
Die Gruppe G1 bildet ein Zwischenbild I1 der Maske hinter dem Spiegel
M2. Die Spiegel M3, M4, M5 und M6 bilden eine weitere Abbildungsgruppe
G2 zur Bildung eines zweiten Zwischenbildes I2 des ersten Zwischenbildes
zwischen M6 und M7. Dieses Zwischenbild wird durch die dritte Abbildungsgruppe
G3, die aus den Spiegeln M7 und M8 besteht, auf den Wafer weitergeleitet.
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Die
Gruppe G3 leitet das zweite Zwischenbild I2, das durch die Gruppe
G2 gebildet wird, mit der richtigen Reduzierung, wobei es sich beispielsweise
um eine vierfache Reduzierung handelt, zum Wafer weiter. Das zweite
Zwischenbild I2 befindet sich grob auf halber Strecke zwischen den
Spiegeln M6 und M7. Dieser weit von beiden Spiegeln entfernte Ort
trägt dazu
bei, den Einfallswinkel des Hauptstrahls zu reduzieren und liefert
einen größeren Abstand
oder Raum zwischen den Spiegeln. Ähnlich befindet sich das erste
Zwischenbild I1 grob auf halber Strecke zwischen den Spiegeln M2
und M3 und liefert ähnliche
Vorteile.
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Der
rückseitige
Arbeitsabstand ist gering (ungefähr
1–2 mm),
jedoch ausreichend für
gängige Immersionsstepper,
die unter ähnlichen
Bedingungen arbeiten. Dies wird teilweise durch das Verhältnis von
Höhe zu
Breite des Spiegels M7 von 20:1 erreicht. Der Hauptstrahlwinkel
an der Maske liegt im Bereich von ungefähr acht Grad, wodurch die Horizontal-Vertikal-Schräge aufgrund
von Abschattungseffekten beeinflusst wird. Dies kann jedoch einfach durch
eine Masken-Schrägstellung
kompensiert werden.
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2 zeigt
eine Ansicht entlang der optischen Achse 30 des optischen
Projektionssystems aus 1, die zwei
Abdeckungen zeigt. Der obere Spalt 32 bildet die Abdeckung
in M8. Da die Oberfläche
von M8 in der Nähe
eines virtuellen Bildes von M6 liegt, kann das gesamte Bild durch
die kleine Abdeckung in M8 hindurchgehen. Ähnlich, da sich der untere
Spalt 34 in M7 in der Nähe
des tatsächlichen Bildes
von M8 auf dem Wafer befindet, kann ein kleiner Spalt das gesamte
Bild hindurch lassen. Bei dem vorliegenden Beispiel sind die Spalte
ungefähr
1–2 mm
breit und 26 mm quer. Licht tritt durch die Öffnung 32 im Spiegel
M7 auf seifern Weg vom Spiegel M8 zum Wafer hindurch. Licht tritt
durch die Öffnung 34 im
Spiegel M8 auf seinem Weg vom Spiegel M6 zum Spiegel M7 hindurch.
Die Abdeckungen sind so klein, dass es unwahrscheinlich ist, dass
sie eine wesentliche Auswirkung auf die teilweise kohärente bildliche Darstellung
haben.
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Pupillenebenen-Abdeckungen
können
die Abbildung beeinflussen. Eine kleine Projektionslinse mit lediglich
einer 10%-igen Abdeckung in der Fläche (31,6% in linearen Abmessungen)
kann gebeugte Ordnungen von Licht abblocken, die ansonsten durch
die Mitte der Pupille hindurchgehen würden. Dadurch kann die Qualität des Bildes
ernsthaft verschlechtert werden. Um diese Abblockung der gebeugten
Ordnungen zu beseitigen, können
die gebeugten Ordnungen mit von der Achse entfernten Winkeln gerichtet
werden, wie in den Zeichnungen gezeigt ist.
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Um
den Lichtverlust bei einer derartigen zentralen Abdeckung zu reduzieren,
kann ein ringförmiges
Beleuchtungsmuster verglichen mit einem scheibenförmigen Beleuchtungsmuster,
verwendet werden. Ein derartiges Muster kann einen zentralen grob kreisförmigen verdunkelten
Teil aufweisen, der von einem hellen grob ringförmigen Teil umgeben ist. Der helle
Teil umfasst einen inneren kreisförmigen Umkreis am äußeren Umfang
des dunklen Teils und einen äußeren kreisförmigen Umfang
im Abbildungsfeld des optischen Projektionssystems. Dadurch kann
die Lichtintensität
außerhalb
der Abdeckungen erhöht
werden, verringert durch die Abdeckung, und im Ergebnis wird der
Kontrast des resultierenden Bildes auf dem Wafer erhöht. Das
ringförmige
Beleuchtungsmuster kann durch die Sammeloptik erzeugt werden (siehe
z. B. 117, 18).
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Ein
ringförmiges
Beleuchtungsmuster oder ein Off-Axis-Beleuchtungsmuster oder optisches Sammelsystem
kann mit der Projektionsoptik aus 1A und 1B und
mit der aus den 8A und 8B ebenfalls
kombiniert werden. Das Beleuchtungsmuster kompensiert zumindest
teilweise die oben beschriebene Abdeckung in diesen Systemen.
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3 zeigt
eine Verzerrungs- und Aberrationsanalyse, die nach einer Strahlverlaufoptimierung durchgeführt wurde,
die einen gut korrigierten Aufbau zeigt. Der maximale Bereich der
Verzerrung über
das gesamte Bildfeld beträgt
nicht mehr als ungefähr
0,45 nm. Die Änderungen
der Verschiebung sind gleichmäßig und
graduell. Reduzierungsverhältnisse
im Bereich von 4:1 bis 5:1 sind möglich. Diese geringe Verzerrung
liegt gut innerhalb der für
die Photolithographie mit EUV-Licht erforderlichen Bereiche.
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In 4 wurde
die Prescription im Code V®-Format (von Optical Research
Associates of Pasadena, Kalifornien) aufgelistet. Die verspiegelten Oberflächen sind
als OBJ:1-8 in derselben Reihenfolge wie M1–M8 in den Figuren nummeriert.
Hinter der Oberflächennummer
befinden sich zwei zusätzliche Einträge, die
den Krümmungsradius
(R) und den Abstand von Scheitel zu Scheitel zwischen den optischen
Oberflächen
auflisten. Der ASP-Eintrag hinter jeder Oberfläche bezeichnet eine rotationssymmetrische
konische Oberfläche
mit Deformationen höherer
Polynomordnung. Das asphärische
Profil ist einheitlich durch seine Werte K, A, B, C, D, E, F, G,
H und J festgelegt.
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Spezifikationsdaten
werden in 5 bereitgestellt. Die numerische
Apertur am Objekt (NAO) beträgt
0,125 rad. Diese Spezifikation bestimmt die Winkeldivergenz der
Abbildungsbündel
an der Maske. Die Bezeichnung YOB definiert die Ausdehnung des Ringfeldes
in der Abtastrichtung.
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6 zeigt
mittlere Einfallswinkel. Die Einfallswinkel des Abbildungsbündels sind
im Verhältnis zum „Hauptstrahl” quantifiziert.
Der Hauptstrahl von einem gegebenen Feldpunkt ist der Strahl, der
von diesem Feldpunkt ausgeht und durch die Mitte der Aperturblende
hindurchgeht. In guter Näherung
lässt sich
der mittlere Einfallswinkel jedes Spiegels durch den Einfallswinkel
des Hauptstrahls abschätzen,
der vom Feldpunkt ausgeht, der im Zentrum des Ringfeldes liegt.
Präziser
gesagt liegt dieser Feldpunkt in der tangentialen Ebene des Projektionssystems
am Mittelpunkt des radialen Extremums des gebogenen Feldes.
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Wie
oben erwähnt,
werden bei bisher entwickelten Spiegeln für EUV-Licht mehrlagige Beschichtungen
verwendet. Jedoch nimmt die Reflektivität der Beschichtungen schneller
ab, wenn der Einfallswinkel zunimmt. Mit anderen Worten hat jede
zusätzliche Zunahme
des Einfallswinkels einen stärkeren
Effekt. Das bedeutet, dass Projektiossysteme durch die reflektierenden
Mehrlagenbeschichtungen induzierten Phasenfehlern eher unterliegen,
wenn der mittlere Einfallswinkel größer ist. Daher sollte für beste
Ergebnisse mit Mehrlagenbeschichtungen der mittlere Einfallswinkel
an den Spiegeln des lithographischen Projektionssystems minimiert
werden. Winkel von zwölf
Grad und weniger sind günstig.
Winkel über zwanzig
Grad sind sehr ungünstig.
Darüberhinaus sollte
die Winkelabweichung der abbildenden Bündel an jedem Punkt auf dem
Spiegel ebenfalls minimiert werden, um sowohl Phasen als auch Amplitudenfehler
zu reduzieren, die auf das abbildende Bündel durch die reflektierenden
Mehrlagenbeschichtungen übertragen
werden. 6 zeigt mittlere Einfallswinkel,
die mit einer Ausnahme deutlich unter zehn Grad liegen. Selbst in
dem Ausnahmefall weist M5 einen mittleren Einfallswinkel von deutlich
unter zwanzig Grad auf.
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7 zeigt
eine Wellenfrontanalyse des optischen Systems, in dem die zusammengesetzte RMS
(Root Mean Square) Position für
das System als etwa 0,03 bestimmt ist. Dies liegt auch innerhalb der
Erfordernisse für
die Photolithographie.
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Die 8A und 8B zeigen
ein Strahlverlaufsdiagramm einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 8A zeigt
das System in der x-z-Ebene. 8B zeigt
das System in der x-y-Ebene. Eine Prescription für jeden der Spiegel dieses
Systems hinsichtlich der Radien, asphärischen Prescription und der
axialen Trennung ist in 10 wiedergegeben.
Die mittleren Einfallswinkel des auf jeden Spiegel auftreffenden
Lichts sind in 13 angegeben und eine Wellenfrontanalyse
des Spiegelsystems ist in 14 angegeben.
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Das
reflektierende optische System aus 8A und 8B ist
ebenfalls ein abgedeckter Acht-Spiegelsystemaufbau,
mit dem eine numerische Apertur von 0,50 mit einer Ringfeldbreite
zwischen 1–2
mm erreicht werden kann. Die Maske befindet sich ganz links im Diagramm
und der Wafer befindet sich ganz rechts. Die Lichtquelle und die
Sammeloptik zur Beleuchtung der Maske sind wiederum nicht gezeigt.
Von den acht Spiegeln haben die Spiegel M7 und M8 eine kleine Abdeckung
in der Form einer Öffnung
durch die Oberfläche
des Spiegels.
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Das
System aus 8A und 8B zeigt auch
eine numerische Apertur von 0,5 und eine minimale Auflösung von
13,5 nm. Jedoch ist mit kleineren Einfallswinkeln und geringerer
Verzerrung die Leistungsfähigkeit
sogar höher
als die aus 1A und 1B.
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Im
Projektionssystem aus 8A und 8B ist
von lang konjugiert zu kurz konjugiert der erste Spiegel konkav,
der zweite konkav, der dritte konvex, der vierte konkav, der fünfte konvex,
der sechste konkav, der siebente konvex, und der achte konkav. Bezeichnet
man einen konkaven Spiegel mit einem „P” (positive optische Brechungszahl)
und einen konvexen Spiegel mit einem „N” (negative optische Brechungszahl),
kann die Konfiguration der ersten Ausführungsform beschrieben werden
als „PPNPNPNP”.
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Wie
bei den Beispielen aus 1A und 1B, wirken
die Spiegel M1 und M2 zusammen als eine erste Abbildungsgruppe G1.
Gruppe G1 bildet ein Zwischenbild I1 der Maske hinter dem Spiegel M2.
Die Spiegel M3, M4, M5 und M6 bilden eine weitere Abbildungsgruppe
G2, um ein zweites Zwischenbild der Maske I2 zwischen M6 und M7
zu bilden. Dieses Zwischenbild wird durch die dritte Abbildungsgruppe
G3, die aus den Spiegeln M7 und M8 besteht, auf den Wafer weitergeleitet.
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Das
erste und das zweite Zwischenbild I1, I2 befinden sich grob auf
halber Strecke zwischen den Spiegeln. Die nächsten Spiegel sind M2 und
M3 bzw. M6 und M7. Der Abstand von beiden Spiegeln trägt dazu
bei, den Einfallswinkel des Hauptstrahls zu reduzieren und liefert
einen erhöhten
Abstand.
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9 zeigt
eine Ansicht entlang der optischen Achse 40 des optischen
Projektionssystems der 8A und 8B, die
die Abdeckungen in M7 und M8 zeigt. Der obere Spalt 42 ist
die Abdeckung in M8, die in der Nähe des zweiten Zwischenbildes
I2 des Systems angeordnet ist. Der untere Spalt 44 in M7
befindet sich in der Nähe
des Wafers, wobei ein kleiner Spalt in der Lage ist, das gesamte
Bild hindurch zulassen. Beim vorliegenden Beispiel sind die Spalte
wiederum ungefähr
1–2 mm
breit und 26 mm quer. Licht tritt durch die Öffnung 32 im Spiegel
M7 auf seinem Weg vom Spiegel M8 zum Wafer hindurch. Das Licht tritt
durch die Öffnung 34 im
Spiegel M8 auf seinem Weg vom Spiegel M6 zu M7 hindurch. Die Abdeckungen
sind so klein, dass es unwahrscheinlich ist, dass sie eine materielle
Auswirkung auf teilweise kohärente
Bilder haben.
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10 zeigt
eine Verzerrungs- und Aberrationsanalyse, die nach einer Strahlabbildungsoptimierung
durchgeführt
wurde. 10 zeigt sogar weniger Verzerrung
als das Beispiel der 1A und 1B. Der
maximale Bereich der Verzerrung über
das gesamte Bildfeld beträgt
weniger als 0,2 nm.
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11 zeigt
eine beispielhafte Prescription, die im Code V®-Format
aufgelistet ist. Das Format und die Struktur ist dieselbe wie für 4.
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12 zeigt
Spezifikationsdaten im selben Format wie 5.
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13 zeigt
mittlere Einfallswinkel in derselben Weise wie für 6. In 12 betragen
die mittleren Einfallswinkel mit zwei Ausnahmen nicht mehr als 7,5
Grad. Die beiden Ausnahmen M3 und M5 sind immer noch gut unter zwanzig
Grad. Der größte Einfallswinkel
ist immer noch beträchtlich
geringer als der größte Einfallswinkel
für das
Beispiel der 1A und 1B. Das
System aus den 8A und 8B kann
daher erwartungsgemäß einen
geringeren Lichtverlust und eine genauere Abbildung haben als das
der 1A und 1B.
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14 zeigt
eine Wellenfrontanalyse des optischen Systems, bei dem die zusammengesetzte RMS
(Root Mean Square) Position für
das System als etwa 0,018 bestimmt wurde. Dies ist immer noch geringer
als für
die 1A und 1B.
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15 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 15 zeigt
das System in der x-z-Ebene. Das reflektierende optische System aus 15 ist
ebenfalls ein abgedeckter Acht-Spiegelsystemaufbau, mit dem eine
numerische Apertur von 0,50 mit einer Ringfeldbreite zwischen 1–2 mm erreicht
werden kann. Die Maske befindet sich ganz links im Diagramm und
der Wafer befindet sich ganz rechts. Die Lichtquelle und die Sammeloptik
zur Beleuchtung der Maske sind wiederum nicht gezeigt. Von den acht
Spiegeln weisen wiederum die Spiegel M7 und M8 eine kleine Abdeckung
in der Form einer Öffnung
durch die Oberfläche
des Spiegels auf.
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Im
Projektionssystem aus 15 von lang konjugiert zu kurz
konjugiert ist der erste Spiegel konkav, der zweite konkav, der
dritte konvex, der vierte konkav, der fünfte konvex, der sechste konkav,
der siebte konvex und der achte konkav. Bezeichnet man einen konkaven
Spiegel mit einem „P” (positive
optische Brechzahl) und einen konvexen Spiegel mit einem „N” (ne gative
optische Brechzahl) kann die Konfiguration in der dritten Ausführungsform
beschrieben werden als „PPNPNPNP”.
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Wiederum
arbeiten die Spiegel M1 und M2 zusammen als eine erste Abbildungsgruppe
G1. Die Gruppe G1 bildet ein Zwischenbild I1 der Maske hinter dem
Spiegel M2. Die Spiegel M3, M4, M5 und M6 bilden zusammen eine weitere
Abbildungsgruppe G2, um ein zweites Zwischenbild der Maske I2 zwischen
M6 und M7 zu bilden. Das Zwischenbild wird durch die dritte Abbildungsgruppe
G3, die aus den Spiegeln M7 und M8 besteht, auf die Maske weitergeleitet.
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16 zeigt
eine Ansicht der Abdeckungen ähnlich
zu 2 und 9. Wiederum befinden sich die
Abdeckungen in M7 und M8. Der obere Spalt 52 mit Bezug
zur optischen Achse 50 bildet die Abdeckung in M8, positioniert
in der Nähe
des zweiten Zwischenbildes I2 des Systems. Der untere Spalt 54 in
M7 befindet sich in der Nähe
des Wafers. Bei dem vorliegenden Beispiel haben die Spalte ungefähr dieselbe
Größe und Form
wie in 2 und 9.
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17 zeigt
mittlere Einfallswinkel in derselben Weise wie für 6 und 13.
Die mittleren Einfallswinkel sind alle unter 20 Grad, wobei alle
außer
einem Einfallswinkel unter 10 Grad liegen.
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Das
System kann ansonsten so charakterisiert werden, dass es umfasst:
einen RMS-feldzusammengesetzten
Wellenfrontfehler von 30,3 ml, eine Gesamtverzerrung von weniger
als 0,3 nm, eine Feldkrümmung
von weniger als 1,0 nm ohne Astigmatismus oder FC, einen Hauptstrahlwinkel
an der Maske von 7,75 Grad und eine Telezentrizität am Wafer
von weniger als 1,0 mrad. Diese Eigenschaften sind ziemlich ähnlich bei
allen drei beschriebenen Ausführungsformen.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung werden 8 Spiegel verwendet, im Vergleich zu den 6
Spiegeln, die bei einigen früheren
Konstruktionen üblich
waren. Bei EUV-Wellenlängen
mit einer Absorption von 30%, bewirken die 2 zusätzlichen Spiegel dass eine
beträchtliche
Menge an zusätzlichem
Licht absorbiert wird. Jedoch werden bei den oben beschriebenen
Konstruktionen die 2 zusätzlichen
Spiegel für
eine signifikante Reduzierung bei den Einfallswinkeln und einen
signifikanten Anstieg der numerischen Apertur NA und des Étendue verwendet.
Als ein Ergebnis wird die Transmission vom Licht durch das Projektionsoptiksystem
tatsächlich
erhöht.
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Übliche momentane
Projektionsoptikkonstruktionen liefern eine NA von 0,25 mit einem
2 mm × 26
mm Abtastfeld unter Verwendung von 6 Spiegeln. Dies ist mit einer
NA von 0,5 mit einer 1,5 mm × 20
mm Scannstufe und 8 Spiegeln zu vergleichen. Das Étendue
kann durch Eopt = W × h × n × σ2 × NA2 bestimmt werden. Bei einem σ von 0,5
für das
System mit 6 Spiegeln und 0,6 für
das System mit 8 Spiegeln beträgt
das Étendue
2,55 für
das System mit 6 Spiegeln verglichen mit 8,48 für Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung.
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Die
8-Spiegelsysteme der vorliegenden Erfindung bieten dementsprechend
einen 3,33-fachen Anstieg beim Étendue über momentane EUV-Projektionssysteme
mit 6 Spiegeln. Andererseits ist der Durchfluss aufgrund der beiden
zusätzlichen
Reflektionen um einen Faktor von 0,49 (0,7 × 0,7) verringert. Mit anderen
Worten ist die durch 8 Spiegel übertragene
Lichtmenge verglichen mit 6 Spiegeln um die Hälfte reduziert.
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Die
Transmission ist jedoch dennoch um einen Faktor von 1,63 (63%) erhöht. Der
Anstieg beim Étendue
(Produkt aus Fläche
und Raumwinkel) übersteigt
die durch das Hinzufügen
von 2 zusätzlichen Reflektionen
induzierten Verluste um jeweils 70%. Der Anstieg bei der Transmission
kann rasch durch Multiplizieren des Anstiegs des Étendue
mit dem Reflektionsverlust bestimmt werden (3,33 × 0,49 = 1,63).
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18 zeigt
eine herkömmliche
Architektur für
eine Halbleiterfabrikationsmaschine, in diesem Fall eine optische
Lithographiemaschine, die verwendet werden kann, um eine Maske zu
halten und einen Wafer zu belichten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung. Der Stepper kann in einer abgedichteten Vakuumkammer
(nicht gezeigt) eingeschlossen sein, in der der Druck, die Temperatur
und die Umgebung präzise
gesteuert werden können. Der
Stepper umfasst ein Beleuchtungssystem, das eine Lichtquelle 121,
wie beispielsweise einen Excimerlaser oder eine Xenongasentladungskammer, und
ein optisches Sammelsystem 117 umfasst, um das Licht auf
den Wafer zu fokussieren. Eine Retikel-Scannstufe (nicht gezeigt)
trägt eine
Maske 109. Das Licht von der Lampe wird auf die Maske übertragen
und das durch die Maske übertragene
Licht wird weiter durch ein optisches Projektionssystem 113, wie
beispielsweise eines der oben beschriebenen optischen Systeme mit
beispielsweise einer vierfachen Reduktion des Maskenmusters auf
den Wafer 115 fokussiert.
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Der
Stepper aus 18 ist ein Beispiel einer Fabrikationsvorrichtung,
die von Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung profitieren kann. Ausführungsformen der Erfindung
können
auch auf viele andere photolithographische Systeme angewandt werden.
Der Stepper ist schematisch gezeigt. Die relativen Positionen der
verschiedenen Komponenten können
geändert
werden.
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Es
kann eine weniger komplexe oder eine komplexere Spiegelkonfiguration,
Spiegelbeschichtung, Abdeckung oder optisches Design, als die hier gezeigten
und beschriebenen, verwendet werden. Ausführungsformen der Erfindung
können
auf verschiedene reflektierende Materialien und Konstruktionen angewandt
werden. Optische Elemente können zum
System für
eine Vielzahl unterschiedlicher Gründe hinzugefügt werden.
Daher können
die Konfigurationen von einer Implementierung zu einer anderen abhängig von
zahlreichen Faktoren, wie beispielsweise Kostenbeschränkungen,
Leistungserfordernissen, technologischen Verbesserungen und anderen Umstanden
variieren. Ausführungsformen
der Erfindung können
auch auf andere Arten von Photolithographiesystemen angewandt werden,
bei welchen andere Materialien und Vorrichtungen als die hier gezeigten
und beschriebenen verwendet werden.
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Bei
der oben angegebenen Beschreibung wurden zahlreiche spezielle Einzelheiten
dargelegt. Jedoch ist verständlich,
dass Ausführungsformen
der Erfindung ohne diese speziellen Einzelheiten praktiziert werden
können.
Beispielsweise können
gut bekannte äquivalente
optische Elemente und Materialien anstelle der hier beschriebenen
substituiert werden. In anderen Beispielen wurden gut bekannte optische
Elemente, Strukturen und Techniken nicht in Einzelheiten gezeigt,
um eine Verschleierung des Verständnisses
dieser Beschreibung zu verhindern.
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Während die
Ausführungsformen
der Erfindung in Form mehrerer Beispiele beschrieben wurden, ist
für den
Fachmann erkennbar, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern innerhalb der Idee und des Umfangs der beigefügten Ansprüche mit
Modifizierungen und Abwandlungen praktiziert werden kann. Die Beschreibung
ist somit als veranschaulichend und nicht als beschränkend anzusehen.
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Zusammenfassung
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Ein
reflektierendes optisches System für einen Photolithographiescannerfeldprojektor
wird beschrieben. In einem Beispiel umfasst das optische Projektionssystem
zumindest acht reflektierende Oberflächen zum Abbilden einer Reflektion
einer Photolithographiemaske auf einen Wafer und hat das System
eine numerische Apertur von zumindest 0,5.