DE68929187T2

DE68929187T2 - Belichtungsapparat

Info

Publication number: DE68929187T2
Application number: DE68929187T
Authority: DE
Inventors: Mitsuaki Amemiya; Ryuichi Ebinuma; Shinichi Hara; Eigo Kawakami; Hiroshi Kurosawa; Nobutoshi Mizusawa; Makiko Mori; Kunitaka Ozawa; Isamu Shimoda; Shigeru Terashima; Koji Uda; Shunichi Uzawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-01
Also published as: EP0357425B1; DE68927430T2; EP0694817A3; DE68927430D1; EP0357425A3; DE68929187D1; EP0357425A2; EP0694817A2; US5157700A; EP0694817B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maskenmusterübertragungs-Belichtungseinrichtung, die beim Herstellen von Halbleitereinrichtungen verwendet wird, und insbesondere auf eine Belichtungseinrichtung, die eine Synchrotron-Strahlungsquelle als eine Strahlungsquelle verwendet.
Eine Belichtungseinrichtung, die eine bei einer Kreisbahnbewegung von Hochenergieelektronen emittierte Synchrotron-Strahlung verwendet, ist bekannt. Die Synchrotron-Strahlung besitzt in einer horizontalen Ebene, d. h., in einer Ebene einschließlich der Kreisbahn, eine breite und gleichmäßige Intensitätsverteilung. Die in der vertikalen Richtung gemessene Strahlbreite ist jedoch sehr stark begrenzt. Um die Strahlbreite in der vertikalen Richtung auszuweiten, sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Bei einem Verfahren ist ein Spiegel in einem optischen Pfad zwischen der Synchrotron-Strahlungsquelle und dem der Strahlung auszusetzenden Element angeordnet, und der Spiegel wird geschwenkt, um das der Strahlung auszusetzende Element abzutasten (Japanische Offenlegungsschrift, Patentanmeldungen Nr. 45026/1981 und 113065/1986; "Investigation of X-ray exposure using plane scanning mirrors", J. Vac. Sci. Techol. vol. 31, (4) S. 1271, 1983, von M. Bieber, H. U. Sheunemann, H. Betz, A. Heuberger). Bei einem weiteren Beispiel wird die Elektronenbahn im Akkumulationsring der Strahlungsquelle durch Anlegen eines Magnetfelds vertikal geschwenkt ("stationary large area exposure in synchrotron radiation lithography utilizing a new arrangement of magnets applied to the storage ring", Jpn. Appl. Phys., 22; L718 - L720, 1983, H. Tanio, K. Hoh). Ein weiteres Beispiel ist, daß ein fester Spiegel in einem optischen Pfad von der Strahlungsquelle zu dem der Strahlung auszusetzenden Element angeordnet ist, um einen großen Belichtungsbereich mit einer gleichmäßigen Strahlintensität zu bilden (eine Änderung der Strahlintensität beträgt im Bereich von 3 · 3 cm² nicht mehr als ±5%) ("Design of Stationary Toroidal Mirror for Large Area Synchrotron Radiation Exposure", Vorabdruck für die 31. Konferenz für Angewandte Physik, 282, 1984, von Koji Tanino und Ohtori Koichiro, und Japanische Offenlegungsschrift, Patentanmeldung Nr. 84814/1985).
In Bezug auf Fig. 1 ist ein Beispiel einer Belichtungseinrichtung unter Verwendung einer Synchrotron-Strahlung gezeigt. In Fig. 1 bezeichnen Bezugszeichen 1, 5 und 6 einen Synchrotron- Strahl, eine Maske bzw. einen Halbleiterwafer, der der Strahlung auszusetzen ist. Die Einrichtung umfaßt einen stationären oder festen Spiegel 2 zum Ausweiten des Synchrotron-Strahls, eine Belichtungskammer 3, die mit Heliumgas oder dergleichen gefüllt ist, ein Fenster 4 der Belichtungskammer 3, das aus Beryllium gefertigt ist, eine Waferstufe 7, eine Feder 8, einen Waferstufentreiber 9 und einen Rahmen 10. Die Einrichtung umfaßt weiter bewegliche Öffnungsstufen 11 und 12, Tragelemente 13 und 14 für die beweglichen Öffnungsstufen und Treiber 15 und 16 für die beweglichen Öffnungsstufen. Die beweglichen Öffnungsstufen 11 und 12, die Tragelemente 13 und 14 und die Treiber 15 und 16 bilden eine Belichtungssteuereinrichtung. Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Ultra-Hochvakuumkammer, die von der Belichtungskammer 3, die Heliumgas enthält, durch das Fenster 4 isoliert ist.
Beim Betrieb gelangt Licht (Strahlung) 1 durch die Ultra- Hochvakuumkammer 17, wird durch den Spiegel 2 ausgeweitet und wird durch das Fenster 4 gelassen. Die durch eine Verschlußsteuereinrichtung 20 gesteuerte Belichtungssteuereinrichtung begrenzt das Licht 1 und das begrenzte Licht wird über die Maske 5, durch die das Muster der Maske auf den Halbleiterwafer 6 übertragen wird, auf den Halbleiterwafer 6 projiziert.
Bei der Belichtungseinrichtung unter Verwendung der Synchrotron- Strahlungsquelle ist die Intensitätsverteilung des Strahls in der zur Ebene des Akkumulationsrings senkrechten Richtung schmal. Deshalb ist es vorzuziehen, die Intensitätsverteilung in dieser Richtung durch ein Verfahren auszuweiten. Zum Zwecke dieser Ausweitung offenbaren die Japanischen Offenlegungsschriften, Patentanmeldungen Nr. 141135/1986 und 59828/1986, daß die Synchrotron-Strahlung durch einen Einkristall oder ein Beugungsgitter geleitet wird, um den in der vertikalen Ebene gemessenen Divergenzwinkel auszuweiten. Der dadurch gebildete Strahl bringt eine Ungleichmäßigkeit und eine Änderung der spektralen Verteilung in der vertikalen Richtung mit sich, sodaß es noch nicht möglich ist, das Maskenmuster mit einer gleichmäßigen Belichtungsmenge auf den Wafer zu projizieren. Dann offenbart die Japanische Offenlegungsschrift, Patentanmeldung Nr. 104438/1981, daß ein Verschluß unter einer Steuerung getrieben wird, um die Belichtungsmenge auf der Grundlage von Belichtungsstrahlprofilen, die zuvor vorhergesagt werden, über jeden von Belichtungsblitzbereichen zu vergleichmäßigen.
Da jedoch beim Stand der Technik keine praktische sequentielle Arbeitsweise zum Bestimmen des Profils der Synchrotron- Strahlung, die auf die Maske fällt, besteht, sind die Daten zum Bestimmen des Profils nicht genau.
Demgemäß ist es vorzuziehen, eine Belichtungseinrichtung zu bilden, bei der die Belichtungssteuerung auf der Grundlage von Synchrotron-Strahlungsprofildaten, die genau erhalten werden und die ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) besitzen, möglich ist.
Demgemäß wird das Synchrotron-Strahlungsprofil gemessen oder abgetastet, wenn die Intensität der Strahlung von dem Synchrotron- Strahlungsgenerator im wesentlichen am höchsten ist, das heißt, wenn die spezifische Durchlässigkeit der Strahlung durch das Fenster, das in dem Strahlungspfad von dem Synchrotron- Strahlungsgenerator zu einer Maske bei der Belichtungseinrichtung, mit der die Belichtungssteuerung ausgeführt werden kann, angeordnet ist, auf der Grundlage der Strahlungsprofildaten mit dem im wesentlichen höchsten Signal-Rausch-Verhältnis (S/N- Verhältnis).
Mit dem Anstieg der Musterdichte bei integrierten Schaltungen nimmt die Streifenbreite der durch die Belichtung übertragenen Muster ab und die Steuerung der Streifenbreite im Abdecklack wird kritischer. Wie gut bekannt ist, ändert sich die im Abdecklack gebildete Streifenbreite abhängig von einer Änderung bei der Belichtungsmenge stark. Daher ist es wichtig, daß die tatsächliche Belichtungsmenge korrekt auf die gewünschte Menge gesteuert wird. Was das System zum korrekten Steuern der Belichtungsmenge anbelangt, so offenbaren die Japanischen Offenlegungsschriften, Patentanmeldungen Nr. 101839/1982 und 198726/1984, daß die Intensität der Belichtungsstrahlung während des Belichtungsvorgangs durch einen benachbart der Maske angeordneten Detektor erfaßt wird und nach Erreichen der gewünschten Belichtungsmenge ein Verschluß geschlossen wird.
Es ist jedoch schwierig, den Stand der Technik bei der Röntgenstrahlbelichtung bei der Synchrotron-Strahlung (SOR) anzuwenden. Dies gilt, weil bei der herkömmlichen Einrichtung der Bereich, bei dem die Intensität der Belichtungsstrahlung gleichmäßig ist, relativ breit ist, und deshalb ist eine Messung beim Randbereich der Maske im Ergebnis nicht sehr verschieden von der Intensität im Belichtungsbereich. Bei der Synchrotron-Belichtung jedoch ist der Bereich, in dem die Intensität der Synchrotron-Belichtung gleichmäßig ist, schmal, sodaß die Röntgenstrahlintensität bei der Randmeßposition von der des Belichtungsbereichs verschieden ist.
Um dieses Problem zu vermeiden, wird in Betracht gezogen, einen zurückziehbaren Röntgenstrahl-Detektor in den Belichtungsbereich vorzuschieben, wenn der Belichtungsvorgang nicht ausgeführt wird, und dieser die Röntgenstrahlintensität erfaßt. Während der Belichtung jedoch ist der Detektor zurückgezogen, um die Röntgenstrahlen nicht zu blockieren. Wenn sich jedoch die Röntgenstrahlintensität mit der Zeit ändert, wie bei einer Synchrotron- Belichtung, ist es möglich, daß die Röntgenstrahlintensität zur Zeit der Belichtung zu der zur Zeit der Messung verschieden ist, was einen zusätzlichen Fehler zur Folge hat.
Demgemäß ist es vorzuziehen, eine Röntgenstrahl-Belichtungseinrichtung zu bilden, die die Röntgenstrahlintensität bei hoher Genauigkeit bestimmen kann, selbst wenn die Synchrotron- Belichtung verwendet wird.
Nachdem das Elektron in den Synchrotron-Ring injiziert ist, um die Synchrotron-Strahlung zu erzeugen, wird demgemäß die Intensität von Röntgenstrahlen gemessen und die Röntgenstrahlintensität während des Belichtungsvorgangs wird auf der Grundlage der Messung und einer Dämpfungskurve der injizierten Elektronen bestimmt.
Die Röntgenstrahlintensität bei diesem System während eines Belichtungsvorgangs für einen Belichtungsblitz kann aus einer oder mehr Röntgenstrahlmessungen nach der Bahnelektroneninjektion und aus der Dämpfungskurve des Bahnelektronenbetrags korrekt vorhergesagt werden.
Bei der Röntgenstrahl-Belichtungseinrichtung werden weiter die Röntgenstrahl- oder Lichtintensitäten innerhalb des Belichtungsbereichs und außerhalb des Belichtungsbereichs nach der Elektroneninjektion in den Synchrotron-Ring gleichzeitig gemessen, und danach wird auf der Grundlage einer Ausgabe der Meßeinrichtung, die außerhalb des Belichtungsbereichs angeordnet ist, die Belichtungssteuerung ausgeführt.
Bei der Röntgenstrahl-Belichtungseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird die gewünschte Belichtungsmenge durch Steuern der Belichtungsperiode bereitgestellt. Die folgenden Verfahren werden als Lösungsmöglichkeiten angesehen:
(1) Die Belichtungsperiode wird auf der Grundlage der Empfindlichkeit des empfindlichen Schutzlacks, der auf dem Wafer aufge bracht ist, hinsichtlich der Röntgenstrahlen bestimmt und die Röntgenbestrahlungsstärke wird empirisch bestimmt: und
(2) Wie in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 198726/1985 offenbart, ist ein Röntgenstrahl-Detektor bei einer geeigneten Position bei dem Röntgenbestrahlungsbereich angeordnet, wodurch die Änderung der Röntgenbestrahlungsstärke in Abhängigkeit von der Zeit erfaßt wird, und auf der Grundlage der Erfassung wird die Belichtungsperiode gesteuert.
Bei diesen Verfahren ist jedoch die Belichtungsperiode über den gesamten Belichtungsbereich auf der Waferoberfläche gleichmäßig und wenn deshalb zum Beispiel die Strahlungsquelle eine Synchrotron-Strahlungsquelle ist, ergibt sich eine Ungleichmäßigkeit bei dem Belichtungsbereich des Wafers und zusätzlich ist deren Korrektur nicht möglich.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Belichtungseinrichtung zu bilden, bei der der Belichtungsvorgang unter einer gleichmäßigen Belichtungsmenge über den gesamten Wafer ausgeführt werden kann, selbst wenn die Synchrotron- Strahlung oder dergleichen verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung ist in Patentanspruch 1 definiert.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Belichtungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Öffnungseinrichtung (Verschluß), die zwischen der Strahlungsquelle und dem zu belichtenden Element angeordnet und in einer die Bestrahlungsrichtung kreuzenden Richtung beweglich ist, eine Steuereinrichtung (Steuern des Öffnens und Schließens des Verschlusses) zum Steuern einer Bewegung der Öffnungseinrichtung, um auf dem zu belichtenden Element eine gleichmäßige Strahlungsintensitätsverteilung zu erzeugen, einen Strahlungssensor zum Messen der Belichtungsmenge durch die Strahlen, und eine Rückkopplungseinrichtung zum Führen des Messungsergebnisses zu der Steuereinrichtung. Dadurch wird die Be lichtungsmenge über den gesamten Belichtungsbereich gleichmäßig, selbst wenn die Strahlungsquelle eine Synchrotron-Strahlungsquelle ist.
Bei einem Bestrahlungsstärke-Meßsystem für Licht unter Verwendung eines Halbleiters wird, wenn eine hohe Messungsgenauigkeit erforderlich ist, benachbart zu der Lichtquelle ein Zerhacker (Chopper) verwendet, um das Licht pulsweise zu sperren, damit der Dunkelstrom, der von dem Standpunkt der Messungskorrektheit ein Problem ist, korrigiert wird. Das zerhackte Licht wird durch einen Bestrahlungsstärkesensor empfangen. Die Dunkelstromkomponente, die dem Halbleitersensor eigen ist, wird durch Messen der Wechselstromkomponente der Bestrahlungsstärke-Sensorausgabe korrigiert. Was jedoch die Bestrahlungsstärkemessung bei der Belichtungseinrichtung unter Verwendung von Licht mit veränderlicher Wellenlänge angeht, so gilt, selbst wenn der Halbleitersensor verwendet wird, daß die Änderung bei dem Dunkelstrom sehr gering ist, und daher ist es praktisch nicht notwendig, sie zu korrigieren, und es reicht aus, falls die Gleichstromkomponente gemessen wird.
Bei der Belichtungseinrichtung unter Verwendung der Hochenergiestrahlung, wie etwa Röntgenstrahlen, gilt jedoch, wenn der Halbleitersensor zum Zwecke einer Messung der Bestrahlungsstärke verwendet wird, daß die Temperatur des Halbleitersensor selbst durch die Bestrahlung mit der Belichtungsstrahlung ansteigt, wodurch sich der Dunkelstrom ändert, was zur Folge hat, daß die korrekte Bestrahlungsstärke nicht erhalten wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist in einer grafischen Darstellung eine Beziehung zwischen dem Sensorausgabestrom und der Zeit gezeigt, wenn der Halbleitersensor Röntgenstrahlen mit einer konstanten Intensität ausgesetzt ist. Wie aus dieser Figur zu verstehen, gilt, selbst wenn die Röntgenstrahlintensität sich nicht ändert, daß der Dunkelstrom auf Grund des Temperaturanstiegs des Sensors ansteigt, und daher ist die Ausgabe des Sensors, wie wenn sich die Röntgenstrahlintensität ändert.
Um dies zu vermeiden, wäre es möglich, das vorstehend beschriebene Verfahren zu verwenden, bei dem der Dunkelstrom korrigiert wird, was jedoch eine Ausstattung des Sensors mit einem Zerhacker (Chopper) erfordert. Dies ergibt den Nachteil, daß eine erhöhte Anzahl an Treibern erforderlich ist.
Demgemäß ist es vorzuziehen, eine Belichtungseinrichtung zu bilden, bei der der Dunkelstrom des Halbleitererzeugnisses korrigiert werden kann, und daher kann die Bestrahlungsstärke der Belichtungsstrahlung unter hoher Genauigkeit ohne eine Notwendigkeit einer zusätzlichen Treibervorrichtung gemessen werden.
Demgemäß ist eine Belichtungseinrichtung gebildet, bei der ein Halbleitersensor zum Messen der Bestrahlungsstärke in Bezug auf die Strahlungsquelle hinter dem Belichtungsverschluß angeordnet ist; bei einer Messung wird der Belichtungsverschluß geöffnet und geschlossen, und eine Ausgabe des Sensors wird in Synchronisation mit dem Öffnen und Schließen des Verschlusses erzeugt; und die Ausgabe wird signal-verarbeitet, um die Bestrahlungsstärke der Belichtungsstrahlung zu berechnen.
Daher kann die hohe Messungsgenauigkeit ohne die Notwendigkeit zum Erhöhen der Anzahl von Treiberteilen bei der Belichtungseinrichtung erreicht werden.
Wie in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 276223/1986 offenbart, ist es bekannt, daß bei einer Belichtungseinrichtung, bei der das Licht von einer Lichtquelle durch einen Spiegel reflektiert und dann auf eine Maske projiziert wird, der Spiegel in Schwingungen versetzt wird, um die Belichtungsmenge innerhalb des Belichtungswinkels bei der Maske auf einen gegebenen oder konstanten Betrag zu steuern.
In diesem Fall ist es notwendig, ein Treibprofil zum Steuern der Schwingung des Spiegels zu bestimmen. Das Treibprofil muß unter Berücksichtigung einer Intensitätsverteilung des auf dem Spiegel einfallenden Lichts, einer Intensitätsänderung des aufgrund einer Änderung bei dem Einfallswinkel auftretenden Lichts, der Änderung bei der Spektralverteilung oder dergleichen erzeugt werden. Wenn die Lichtquelle beispielsweise eine Synchrotron- Strahlungsquelle ist, wird die Intensität der Strahlung über eine Periode von zumindest mehreren Stunden gedämpft und daher müssen für jeweilige Blitzbelichtungen verschiedene Treibprofile erzeugt werden, die mit der Dämpfung übereinstimmen. Dies ist für die Steuereinrichtung zum Steuern der Belichtungseinrichtung eine schwere Last.
Demgemäß bildet die vorliegende Erfindung eine Belichtungseinrichtung, bei der das Treibprofil gemäß der Strahlungsintensitäts-Kenngrößenänderung der Strahlungsquelle mit der Zeit ausgeglichen wird, um die Gleichmäßigkeit einer Belichtungsmenge auf der Belichtungsoberfläche sicherzustellen, ohne die Steuereinrichtung zu sehr zu belasten.
In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine absolute Intensität der durch die Strahlungsquelle erzeugten Strahlung gemessen, und gemäß der Änderung der erfaßten Intensität wird die Zeitachse des Treibprofils proportional gedehnt oder zusammengezogen, um somit die Notwendigkeit für das Verfahren zum Erzeugen eines neuen Treibprofils für jede Änderung bei der Intensität der Strahlung durch die Strahlungsquelle zu beseitigen. Daher ist die Steuereinrichtung nicht so stark belastet. Genauer gesagt, die Belichtungseinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält: eine Belichtungsstrahlungsquelle; eine Stufe zum Halten eines zu belichtenden Elements; eine optische Steuereinrichtung zum Steuern der von der Strahlungsquelle zu dem zu belichtenden Element projizierten Strahlung; eine optische Messungseinrichtung zum Messen der Intensität der durch die Belichtungsstrahlungsquelle erzeugten Strahlung oder der Bestrahlungsstärke auf der zu belichtenden Oberfläche; eine Treibprofil-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen des Treibprofils der optischen Steuereinrichtung, wobei die Profil-Bestimmungseinrichtung mit der optischen Steuereinrich tung und optischen Meßeinrichtung gekoppelt ist, und eine gleichmäßige Belichtungsmenge auf der zu belichtenden Oberfläche unter Berücksichtigung der Bestrahlungsstärke auf der zu belichtenden Oberfläche als eine Funktion einer Position der zu belichtenden Oberfläche und den Strahlungsintensitätskenngrößen der Strahlungsquelle erzeugt; und eine Treibprofil-Ausgleichseinrichtung zum Dehnen und Zusammenziehen der Zeitachse des Treibprofils gemäß einer Änderung der Strahlungsintensitätskenngrößen der Strahlungsquelle.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Belichtungsstrahlungsquelle eine Synchrotron-Strahlungsquelle und die optische Steuereinrichtung enthält eine bewegliche Öffnung. Bei einer zur vorliegenden Erfindung alternativen Einrichtung ist die Belichtungsstrahlungsquelle ein Synchrotron und die optische Steuereinrichtung enthält einen Aktor zum Treiben eines Spiegels in Form von Schwingungen.
In Fig. 3 ist eine bewegliche Öffnung in einem vergrößerten Maßstab, der bei der Einrichtung von Fig. 1 verwendet wird, gezeigt. Bei dieser Figur sind Öffnungsbegrenzungselemente 11 und 12 in einer y-Richtung verschiebbar, und ein Öffnungsbegrenzungselement 20 ist in einer x-Richtung verschiebbar, und sie bilden die bewegliche Öffnung. Genauer gesagt, die Randoberflächen 18 und 19 definieren die Öffnung. Innerhalb des Sichtwinkels 21 gelangt die Synchrotron-Strahlung durch die begrenzte Öffnung in der z-Richtung. Wie in Fig. 4 gezeigt, falls die Strahlintensität bei der Öffnungsposition ebenfalls in der y-Richtung gleichmäßig konstant ist, wird die Randoberfläche 18 des Öffnungsbegrenzungselements bei einer konstanten Geschwindigkeit, die durch (y&sub2; - y&sub1;) /ΔT bestimmt ist, gemäß der Betriebskurve (1) in Fig. 5 während der Zeitperiode ΔT ab dem Zeitpunkt T1, bei dem die Öffnungsbegrenzungselemente 11 und 12 in Kontakt sind, um die Öffnung zu schließen, in der y-Richtung bewegt. Danach wird sie bei der in Fig. 3 angezeigten Position angehalten. Dann wird die Randoberfläche 19 des Öffnungsbegrenzungselements gemäß der Betriebslinie (2) in der +y-Richtung bei einer konstanten Geschwindigkeit, die durch (y&sub2; - y&sub1;)/ΔT bestimmt ist, während der Periode ΔT ab dem Zeitpunkt (T1 + ΔT) bewegt. Dann wird sie mit dem Öffnungsbegrenzungselement 11, das vorgerückt und angehalten wurde, in Kontakt gebracht. Somit ist die Belichtungsmenge in dem Sichtwinkel 21 konstant, sodaß der Wafer gleichmäßig belichtet wird.
Falls die Stärke des Strahls bei der Position der Öffnung konstant ist, ist die Belichtungsmenge des Sichtwinkels 21 konstant und das zu belichtende Element wird gleichmäßig belichtet. Tatsächlich ist sie jedoch nicht konstant und zusätzlich wird die Strahlungsintensität aufgrund von Zusammenstößen der Elektronen zur Innenwand des Akkumulationsrings oder mit Gasmolekülen mit der Zeit gedämpft. Aus diesem Grund ist die Belichtungsmenge innerhalb des Sichtwinkels gleichmäßig, und daher besteht ein Problem darin, daß das Muster der Maske auf dem Wafer bei hoher Auflösung nicht gleichmäßig ausgeführt ist.
Demgemäß bildet die vorliegende Erfindung eine Belichtungseinrichtung, bei der die Belichtungsmenge innerhalb des Sichtwinkels gleichmäßig gemacht wird, um somit die gleichmäßige Belichtung sicherzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Treibgeschwindigkeit eines beweglichen Elements einer Belichtungssteuereinrichtung zum Vergleichmäßigen der Belichtungsmenge des zu belichtenden Elements in Übereinstimmung mit den Dämpfungs-Charakteristiken in Abhängigkeit von der Zeit der Bestrahlungsintensität bezüglich des zu belichtenden Elements bestimmt, und das bewegliche Element der Belichtungseinrichtung oder die Stufe, die das zu belichtende Element trägt, wird unter der so bestimmten Geschwindigkeit getrieben.
Genauer gesagt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Belichtungseinrichtung gebildet, mit einer Bestrahlungsquelle, einer Stufe zum Halten eines zu bestrahlenden Elements, einer Belichtungssteuereinrichtung einschließlich einem beweglichen Element zum ausgewählten Begrenzen des Lichts von der Bestrahlungsquelle zu dem zu bestrahlenden Element, einer Einrichtung zum Bestimmen der Treibgeschwindigkeit gemäß den Dämpfungs-Charakteristiken (in Abhängigkeit von der Zeit) der Bestrahlungsintensität bezüglich des zu bestrahlenden Elements, um eine konstante Belichtungsmenge zu erzeugen, und mit einer Treibeinrichtung zum Treiben des beweglichen Elements der Belichtungssteuereinrichtung oder der Stufe unter einer so bestimmten Geschwindigkeit. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Belichtungssteuereinrichtung eine bewegliche Öffnungsstop-Vorrichtung.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Belichtungseinrichtung;
Fig. 2 eine grafische Darstellung eines Sensorausgabestroms in Abhängigkeit von der Zeit, wenn der Sensor Röntgenstrahlen mit einer konstanten Intensität ausgesetzt wird;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Verschlusses der Einrichtung von Fig. 1;
Fig. 4 eine grafische Darstellung mit einem Beispiel einer Strahlintensitätsverteilung;
Fig. 5 ein Verschlußtreibprofil der Einrichtung von Fig. 1;
Fig. 6 eine allgemeine Anordnung der Belichtungseinrichtung;
Fig. 7 einen der Hauptteile der in Fig. 6 gezeigten Belichtungseinrichtung;
Fig. 8 eine grafische Darstellung, die eine Änderung der Intensität einer Synchrotron-Strahlung in Abhängigkeit von der Zeit veranschaulicht;
Fig. 9 ein Flußdiagramm mit Vorgängen der in Fig. 6 gezeigten Belichtungseinrichtung;
Fig. 10 eine allgemeine Anordnung einer weiteren Röntgenstrahl- Belichtungseinrichtung;
Fig. 11 eine graphische Darstellung mit einer Änderung bei einer Röntgenstrahlintensität I in Abhängigkeit von der Zeit t;
Fig. 12 ein Flußdiagramm zum Veranschaulichen von Vorgängen der Einrichtung von Fig. 10;
Fig. 13 eine grafische Darstellung mit einer Änderung der Röntgenstrahlintensität I in Abhängigkeit von der Zeit t;
Fig. 14 eine Schnittansicht mit dem Aufbau des Belichtungssystemteils einer Belichtungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines Bestrahlungssystems unter Verwendung einer Synchrotron-Strahlung;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht einer beweglichen Öffnung, die bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 14 verwendet wird;
Fig. 17 eine Veranschaulichung einer Bewegung der beweglichen Öffnung;
Fig. 18 eine grafische Darstellung mit einem Beispiel einer Bestrahlungsintensitätsverteilung;
Fig. 19 eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen einer Bewegung der beweglichen Öffnung;
Fig. 20 eine grafische Darstellung mit einer Belichtungszeitverteilung bei dem Beispiel von Fig. 19;
Fig. 21 eine grafische Darstellung mit der Belichtungsmengenverteilung bei dem Beispiel von Fig. 19;
Fig. 22 eine schematische Ansicht mit den Treib- und Steuerabschnitten für eine Stufe, einen Verschluß und dergleichen;
Fig. 23 eine grafische Darstellung mit einem Beispiel einer Sensorausgabe zum Messen der Bestrahlungsstärke der Belichtungsstrahlung;
Fig. 24 eine allgemeine Anordnung einer Röntgenstrahl- Belichtungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 25 eine grafische Darstellung eines Sensorausgabestroms in Abhängigkeit von der Zeit bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 24;
Fig. 26 eine allgemeine Anordnung einer Röntgenstrahl- Belichtungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 24 mit einer Abwandlung unter Verwendung eines Hilfsverschlusses;
Fig. 27 eine Belichtungseinrichtung, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 28 eine grafische Darstellung mit einer Bestrahlungsstärke-Verteilung in der Richtung der y-Achse auf der zu bestrahlenden Oberfläche auf einer optischen Achse der Synchrotron- Strahlung;
Fig. 29 ein Treibprofil für den bei der Einrichtung von Fig. 27 verwendeten Verschluß;
Fig. 30 und 31 Treibprofile, bei denen die Zeitachse in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gedehnt oder zusammengezogen wird;
Fig. 32 eine grafische Darstellung mit der Intensitätsänderung der Synchrotron-Strahlungsquelle;
Fig. 33 eine allgemeine Anordnung einer Belichtungseinrichtung als Alternative zu der vorliegenden Erfindung;
Fig. 34 und 35 Treibprofile für den Spiegel, bei dem die Zeitachse in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gedehnt oder zusammengezogen wird;
Fig. 36 einen Systemaufbau einer Einrichtung, die bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 27 anwendbar ist;
Fig. 37 eine Aktortreibtabelle bei der Einrichtung von Fig. 36;
Fig. 38 eine allgemeine Anordnung einer Belichtungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 39 eine Verschlußtreibkurve gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 38;
Fig. 40 eine allgemeine Anordnung einer Einrichtung als Alternative zu der vorliegenden Erfindung;
Fig. 41 eine perspektivische Ansicht eines Verschlusses;
Fig. 42 eine allgemeine Anordnung gemäß einer weiteren Alternative zu der vorliegenden Erfindung;
Fig. 43 eine allgemeine Anordnung einer Belichtungseinrichtung gemäß einer weiteren Alternative zu der vorliegenden Erfindung;
Fig. 44 eine Position eines Detektors innerhalb einer Belichtungseinrichtung;
Fig. 45 eine Intensitätsverteilung in der vertikalen Richtung einer Synchrotron-Strahlung;
Fig. 46 ein Flußdiagramm des Vorgangs zum Steuern der Belichtungsmenge unter Verwendung einer kumulativen Belichtungsmenge;
Fig. 47 eine Belichtungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Vielzahl von Belichtungseinrichtungen für einen Synchrotron-Ring bereitgestellt sind.
Es wird nun auf Fig. 6 verwiesen. Es ist ein Beispiel einer Belichtungseinrichtung gezeigt, das innerhalb der vorliegenden Erfindung nicht enthalten ist. Bei dieser Figur bezeichnen Bezugszeichen 101 und 102 einen Linearbeschleuniger bzw. einen Akkumulationsring. Der Linearbeschleuniger 101 dient zum Injizieren von Elektronen in den Ring 102. Der Linearbeschleuniger 101 und der Ring 102 sind mit einer Steuereinrichtung 106 zum Steuern des Synchrotron-Systems über eine Steuerleitung 107 verbunden, sodaß eine Synchrotron-Strahlung-Erzeugungseinrichtung gebildet wird. Da die Steuereinrichtung 106 über eine Verbindungsleitung 108 mit einer Belichtungseinrichtung 109 verbunden ist, wird der Elektroneninjektionszeitpunkt durch den Linearbeschleuniger 101 zur Belichtungseinrichtung 109 übertragen, sodaß die Belichtungseinrichtung 109 in Übereinstimmung mit einer Ausgabe des Synchrotrons synchron betrieben werden kann. Die von dem Akkumulationsring 102 erzeugte Synchrotron-Strahlung 110 wird durch einen Röntgenstrahl-Reflexionsspiegel 103 im Divergenzwinkel in einer Y-Richtung (vertikalen Richtung) in eine ausgeweitete Strahlung 104 ausgeweitet, die über ein Durchlaßfenster 105 in die Belichtungseinrichtung eingeführt wird. Das Fenster 105 ist beständig gegen eine Druckdifferenz zwischen der Synchrotron- Seite und der Belichtungseinrichtungs-Seite, und ist aus Beryllium oder dergleichen hergestellt.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines Inneren der Belichtungseinrichtung 109 aus Fig. 6, wenn von der positiven Seite der y- Achse aus betrachtet. Die Belichtungseinrichtung 109 ist mit einem Gehäuse oder einem Rahmen 121 versehen. An dem Rahmen sind ein Verschluß 111 und eine Verschlußsteuereinheit 112 montiert, um die Synchrotron-Strahlungsmenge 104, die auf die Maske 114 und einen Wafer 113 fällt, zu steuern. An eine Stufe 119 zum Tragen des Wafers 113 ist ein Röntgenstrahl-Detektor 118 zum Messen der Intensität des einfallenden Röntgenstrahls montiert, sodaß die Röntgenstrahlintensität durch die Maske 114 bei irgendeiner Position in einem Belichtungsblitzbereich durch Bewegung der Stufe erfaßt wird.
Ein Laserinterferometer 115, seine optische Achse 116, ein Spiegel 117 auf der Stufe 119 und eine Führung 120 bilden ein Steuersystem zum Positionieren der Stufe 119 in einer X-Y-Ebene mit hoher Genauigkeit.
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung mit einer Änderung der Strahlungsintensität der durch den Synchrotron-Strahlungsgenerator erzeugten Strahlung in Abhängigkeit von der Zeit. Wenn der Linearbeschleuniger 101 einmal Elektronen in den Ring 102 injiziert, nimmt die Intensität der Synchrotron-Strahlung logarithmisch mit der Zeit ab. Die Intervallperiode der Elektroneninjektionen ist abhängig von den einzelnen Synchrotron-Ringen verschieden, aber sie beträgt allgemein mehrere Stunden. Der schraffierte Abschnitt in einer graphischen Darstellung gibt die Zeitperiode an, in der das Profil (Bestrahlungsstärke-Verteilung) der Synchrotron-Strahlungsintensität, die auf die Belichtungseinrichtung 109 fällt, gemessen wird. Wie zu verstehen ist, wird die Intensitätsmessung durchgeführt, wenn die Intensität der einfallenden Synchrotron-Strahlung im wesentlichen am höch sten ist, wodurch die Daten im wesentlichen das höchste Signal/Rausch(S/N)-Verhältnis besitzen. Selbst wenn im Falle der Synchrotron-Strahlung der absolute Pegel abnimmt, wie in Fig. 8 gezeigt, ändert sich das Profil selbst für jede Elektroneninjektion nicht.
Der Meßschritt wird zu der Zeit ausgeführt, wenn das das Fenster 105 bedeckende Material ausgewechselt wird. Wenn das Material Beryllium ist, wird es bei einem normalen Belichtungsvorgang der Belichtungseinrichtung 109 mehr und mehr verunreinigt, was eine Verringerung der spezifischen Durchlässigkeit zur Folge hat. Daher wird das Profil unter der Annahme, daß die Verunreinigung gleichmäßig über den gesamten Bereich des Durchlaßfensters 105 erfolgt, gespeichert.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm mit den Verfahrensschritten im Betrieb. Bei einem Schritt 141 wird die Belichtungseinrichtung 109 gestartet. Bei einem Schritt 142 wird unterschieden, ob das Fenstermaterial 105 ausgewechselt wird oder nicht. Falls es ausgewechselt wird, wird mit der Elektroneninjektion in den Ring 102 gewartet (Schritt 145). Nach der Injektion erfaßt der Röntgenstrahl-Detektor 118 das Profil (Schritt 146). Die Messung wird für jede von mehreren Positionen, die innerhalb des Belichtungsbereichs vorbestimmt sind, durchgeführt, während die den Röntgenstrahl-Detektor 118 tragende Stufe 119 in der X-Y-Ebene, genauer entlang der Y-Achse, bewegt wird. Auf der Grundlage der Daten von der Profilmessung wird eine Verschlußsteuertabelle erzeugt (Schritt 147). Falls das das Fenster 105 bedeckende Material nicht ausgewechselt wird, wird bei einem Schritt 143 unterschieden, ob die Elektroneninjektion in den Ring 102 ausgeführt wird oder nicht. Falls es unmittelbar nach der Elektroneninjektion ist, geht der Ablauf zu einem Schritt 146, bei dem der Röntgenstrahl-Detektor 118 eine Messung ausführt, um eine Bestrahlungsstärke-Verteilung zu bestimmen. Falls die Elektroneninjektion nicht ausgeführt wird, wird der normale Belichtungsvorgang ausgeführt (Schritt 144). Wenn sich das Profil für die jeweiligen Elektroneninjektionen nicht stark ändert, ist es selbst unmittelbar nach der Elektroneninjektion in ähnlicher Weise wie im Falle keiner Elektroneninjektion möglich, zum normalen Belichtungsvorgang (Schritt 144) weiterzugehen.
Wie beschrieben, wird in Übereinstimmung mit diesem Beispiel die Bestrahlungsstärke-Verteilung der Synchrotron-Strahlung neben der Maske 114 oder dem Wafer 113 auf der Grundlage der Messung unmittelbar nach der Elektroneninjektion in den Ring 102, nachdem das Material des Fensters 105 ausgetauscht ist, bestimmt, wodurch die Profildaten mit einem hohen Signal/Rausch(S/N)- Verhältnis erhalten werden können.
Fig. 10 ist eine allgemeine Anordnung einer Röntgenstrahl- Belichtungseinrichtung in Übereinstimmung mit einem weiteren Beispiel, das innerhalb der vorliegenden Erfindung nicht enthalten ist, wobei ein fester Spiegel verwendet wird. Bei dieser Figur bezeichnet Bezugszeichen 201 einen Synchrotron-Ring. Die Einrichtung umfaßt einen Röntgenstrahl-Spiegel 203, ein aus Beryllium (Be) oder dergleichen hergestelltes Röntgenstrahl- Durchlaßfenster, einen beweglichen Röntgenstrahl-Detektor 206 und einen Verschluß 207. Bezugszeichen 208 und 209 bezeichnen eine Röntgenstrahl-Maske und einen mit einem Abdecklack, der empfindlich für die Synchrotron-Strahlung ist, überzogenen Wafer. Die Synchrotron-Strahlung 202 wird durch den Röntgenstrahl- Spiegel 203 in eine ausgeweitete Strahlung (Röntgenstrahlung) 204 überführt. Die Einrichtung umfaßt weiter einen Elektroneninjektor 210, einen Signalprozessor 211, einen Röntgenstrahl- Detektortreiber 212, einen Verschlußtreiber 213, eine Röntgenstrahl-Detektorsteuereinrichtung 214, eine Verschlußsteuereinrichtung 215 und eine Zentraleinheit (CPU) 216. Allgemein wird ein Belichtungsvorgang unter Verwendung einer Synchrotron- Strahlung gestartet, nachdem Niedrigenergieelektronen durch den Injektor 210 in den Synchrotron-Ring 201 injiziert und diese bis zu einem vorbestimmten Energiepegel beschleunigt sind. Die Anzahl von injizierten Elektronen verringert sich jedoch allmählich aufgrund der Kollision mit in der Bahn im Synchrotron-Ring 201 verbliebenen Gasmolekülen oder dergleichen, was zur Folge hat, daß die Intensität der Strahlung abnimmt. Wenn daher die Anzahl von Bahnelektronen oder die Intensität der ausgesendeten Röntgenstrahlen unter einen vorbestimmten Wert fällt, werden die Elektronen angehalten und der Belichtungsvorgang wird unterbrochen. Danach werden die Elektronen nochmals injiziert und dann wird der Belichtungsvorgang fortgesetzt.
In Bezug auf Fig. 12 wird der Betrieb der Röntgenstrahl- Belichtungseinrichtung aus Fig. 10 beschrieben. Wenn der Verschluß 207 geschlossen ist (gebrochene Linie in Fig. 10), werden die Elektronen durch den Injektor 210 in den Synchrotron- Ring 201 injiziert und bei einem Schritt 221 beschleunigt. Bei einem Schritt 222 befiehlt die Zentraleinheit (CPU) 216 eine Belichtungsintensitätsmessung, um die Röntgenstrahlintensität zu erfassen. Bei diesem Erfassungsverfahren wird der Röntgenstrahl- Detektor 206 über die Röntgenstrahl-Detektorsteuereinrichtung 214 durch den Röntgenstrahl-Detektortreiber 212 in den Belichtungsbereich vorgeschoben (gebrochene Linien in Fig. 10), wodurch die Röntgenstrahlintensität erfaßt wird. Die erfaßte Röntgenstrahlintensität wird über den Signalprozessor 211 zur Zentraleinheit (CPU) 216 übertragen und der Röntgenstrahl-Detektor 206 wird aus dem Belichtungsbereich zurückgezogen.
Bei einem Schritt 223 berechnet die Zentraleinheit (CPU) 216 auf der Grundlage der erfaßten Röntgenstrahlintensität eine Röntgenstrahlintensität Ie während der Belichtung. Bei einem Schritt 224 wird die Belichtungszeit T aus der eingestellten Belichtungsmenge D und dem berechneten Pegel berechnet und eingestellt. Gleichzeitig wird der Ausrichtungsvorgang zwischen der Röntgenstrahl-Maske 208 und dem Wafer 209 ausgeführt. Die Belichtungszeit T kann durch
T = D/Ie
berechnet werden, falls die Dämpfung der Röntgenstrahlintensität während der Belichtung gering ist. Danach, bei einem Schritt 225, befiehlt die Zentraleinheit (CPU) 216 der Verschlußsteuer einrichtung 215, einen Belichtungsvorgang zu starten, ansprechend darauf der Verschlußtreiber 213 den Verschluß 207 öffnet, um die Belichtung zu starten. Wenn die Belichtungsperiode T nach dem Start der Belichtung abläuft, wird der Verschluß 207 geschlossen. Bei einem Schritt 225 wird unterschieden, ob die Intensitätserfassung ausgeführt wird oder nicht. Falls zutreffend, geht der Ablauf zu einem Schritt 222, und falls nicht zutreffend, geht der Ablauf zu einem Schritt 223.
Die Röntgenstrahlintensität le während der Belichtung wird unter Berücksichtigung der Dämpfung der Intensität in der folgenden Weise bestimmt.
Fig. 11 ist eine graphische Darstellung mit der Änderung der Röntgenstrahlintensität I in Abhängigkeit von der Zeit t. Entlang der Abszisse ist die Zeit t und entlang der Ordinate eine Röntgenstrahlintensität I aufgetragen. Es wird angenommen, daß die Röntgenstrahlintensität zum Zeitpunkt tm erfaßt und der Belichtungsvorgang zum Zeitpunkt te gestartet wird. Die Röntgenstrahlintensität I(te) während der Belichtung wird in Übereinstimmung mit der Intensität I(tm) während der Erfassung durch die folgende Gleichung korrigiert:
I (te) = I (tm) exp (-(te-tm)/τ); (1)
wobei τ eine sogenannte Elektronenstrahllebensdauer ist und unter Verwendung des Vakuumgrads der Einrichtung und des Touschek- Effekts oder dergleichen oder durch Messung berechnet werden kann. "Accelerator Science", Band 12, Nr. 2, Seite 95, stellt fest, daß τ gegeben ist durch:
τ = 1 · 10&supmin;²&sup7; · (1/p) * (1/σT); (2)
wobei p ein Vakuumgrad und σT ein Querschnittsbereich eines Zusammenstoßes ist.
Die Gleichung zur Korrektur kann von Gleichung (1) verschieden sein. Wenn beispielsweise (te-tm)/τ genügend kleiner als Eins ist, ist die Korrekturgleichung, die die Taylor-Entwicklung bis zur ersten Ordnung berücksichtigt, wie folgt:
I (te) = I (tm) [1- (te-tm)/τ]; (3}
Als ein weiteres Beispiel ist die folgende Gleichung unter Verwendung der Halbwertszeit th der Bahnelektronen möglich:
I (te) = I (tm) (1/2)te-tm/th; (4)
Falls zum Beispiel unter den Bedingungen, daß die Lebensdauer der Elektronen im Synchrotron-Ring 3600 s und die Target- Bestrahlung 50 mJ/cm² beträgt, die Röntgenstrahlintensität von 150 mW/cm² bei 30 s erfaßt wird, wird die Röntgenstrahlintensität Ie bei den jeweiligen Belichtungszeiten und die Belichtungsperiode t unter Verwendung von Gleichung (1), wie in Tabelle 1 gegeben, berechnet, wobei die spezifische Durchlässigkeit der Maske als 50% angenommen wird. Tabelle 1
Da sich die Röntgenstrahlintensität abhängig von der Menge injizierter Elektronen und der Beschleunigungsspannung ändert, können die Röntgenstrahlintensitäten für die Belichtungsvorgänge durch die Gleichung (1) oder einer weiteren bis zur Wieder- Injektion bestimmt werden, falls die Röntgenstrahlintensität nach der Elektroneninjektion einmal erfaßt wird. Falls die Erfassungen in regelmäßigen Zeitintervallen ausgeführt werden, zum Beispiel unmittelbar vor den jeweiligen Belichtungsvorgängen, kann die Röntgenstrahlintensität während der Belichtung genauer bestimmt werden. Falls die Anzahl von Belichtungsvorgängen zu erhöhen ist, ist es möglich, den Erfassungsvorgang während des Wafer-Wechselvorgangs auszuführen.
Mit Bezug auf Fig. 13 wird die Beschreibung gegeben, um die Elektronenlebensdauer τ auf der Grundlage der Intensitätserfassung zur Zeit einer vorangehenden Elektroneninjektion zu bestimmen. Fig. 13 zeigt die Änderungen bei der Röntgenstrahlintensität I in Abhängigkeit von der Zeit t, wenn die Elektroneninjektion mehrere Male ausgeführt wird.
Die Elektronen werden zum Zeitpunkt t1 injiziert und die Elektronen werden zum Zeitpunkt tc blockiert, wodurch der Bahnstrom zu Null wird. Die Röntgenstrahlintensität wird zu den Zeitpunkten t1 und t2 gemessen und die erfaßten Intensitäten sind I (t1) und I(t2). Die Elektronenlebensdauer τ wird wie folgt ausgedrückt:
τ = (t&sub2;-t&sub1;)/[ln I(t&sub2;)/I(t&sub2;)]; (5)
Es ist verständlich, daß die Elektronenlebensdauer bestimmt wird, falls die Röntgenstrahlintensität für eine Elektroneninjektion zweimal erfaßt ist. Um jedoch die Genauigkeit der Bestimmung der Elektronenlebensdauer τ zu erhöhen, ist es vorzuziehen, daß in regelmäßigen Intervallen drei oder mehr Erfassungen für eine Elektroneninjektion ausgeführt werden, und die Elektronenlebensdauer wird als ein Durchschnitt oder unter Verwendung einer Annäherung nach der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. Anstelle der Erfassungen in regelmäßigen Intervallen ist es möglich, die Intensität in derartigen Intervallen zu erfassen, daß sich die Röntgenstrahlintensität um ein vorbestimmtes Maß von den vorigen Daten abschwächt, und dann wird die Elektronenlebensdauer τ mit einer kleinen Anzahl von Erfassungen korrekt bestimmt. Nimmt man beispielsweise an, daß die auf der Grundlage der vorigen Daten bestimmte Elektronenlebensdauer τ ist und die Erfassung nach jeder Dämpfung um 5% ausgeführt wird, so liegen die Erfassungszeitpunkte bei 0,051 τ, 0,105 τ, 0,16 τ und 0,22 τ.
Bei der Bestimmung der Elektronenlebensdauer τ können nicht nur die Daten von der unmittelbar vorangehenden Injektion, sondern auch weiter vorangehende Daten verwendet werden. Falls zwei oder mehr Erfassungsvorgänge für die laufende Injektion bereits ausgeführt sind, sind die Daten verwendbar. In diesem Fall können die Daten abhängig von der Differenz bei den Erfassungszeitpunkten verschieden gewichtet werden.
Wenn der Vakuumgrad während der Intensitätserfassung für die Bestimmung der Elektronenlebensdauer τ von dem während dem Belichtungsvorgang verschieden ist, kann die Elektronenlebensdauer τ unter Verwendung der Gleichung (2) korrigiert werden. Die Elektronenlebensdauer τe wird beispielsweise durch
τe = (Pm * τm) /Pe
ausgedrückt, wobei Pm und τm ein Vakuumgrad bzw. die Elektronenlebensdauer während der Erfassung sind und Pe der Vakuumgrad während der Belichtung ist.
Unter Verwendung der Elektronenlebensdauer τ und der erfaßten Intensität nach der laufenden Injektion kann die Röntgenstrahlintensität während der Belichtungsperiode τe auf der Grundlage der Gleichung (1) bestimmt werden.
In Übereinstimmung mit der Röntgenstrahl-Belichtungseinrichtung gemäß diesem Beispiel, wie vorstehend beschrieben, wird die Röntgenstrahlintensität während des Belichtungsvorgangs aus der Röntgenstrahlintensität, die nach der Injektion der Bahnelektronen erfaßt wird, und der Dämpfungskurve der Röntgenstrahlintensität vorhergesagt. Wenn daher die Röntgenstrahlintensität während der Belichtung nicht immer gemessen werden kann, und wenn der Röntgenstrahl-Detektor während des belichtungsfreien Vorgangs in den Belichtungsbereich vorgeschoben wird, um die Röntgenstrahlintensität zu erfassen, können die Röntgenstrahlintensitäten während des Belichtungsvorgangs noch mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Zusätzlich kann die Differenz zwischen der erfaßten Intensität und der Intensität während des Belichtungsvorgangs verringert werden, wenn die Dämpfung der Strahlung groß ist, oder wenn das Zeitintervall zwischen der Röntgenstrahlintensitäts-Erfassung und dem Belichtungsvorgang groß ist.
Fig. 14 zeigt ein Belichtungssystem einer Belichtungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Vorliegenden Erfindung, bei dem Bezugszeichen 311 und 312 ein Wafer bzw. eine Maske sind. Die Maske 312 ist parallel zu dem Wafer 311 mit einem Abstand von etwa 40 Mikrometer in einer z-Richtung angeordnet. Die Einrichtung umfaßt eine Maskenstufe 310 zum Tragen der Maske 312, und eine Waferbewegungsstufe 313 zum Tragen und Bewegen des Wafers 311 entlang einer X-Y-Ebene. Die Belichtungseinrichtung dieses Ausführungsbeispiels ist eine sogenannte Schrittbelichtungseinrichtung, bei der der Belichtungsbereich durch die Waferbewegungsstufe 313 nacheinander abgeschritten wird, um durch eine Bewegung der Waferstufe 313 alle Belichtungsbereiche zu belichten.
Die Einrichtung umfaßt einen Sensor 314, der auf der Waferbewegungsstufe 313 montiert ist und Intensitäten der Bestrahlung, die bei einem gegebenen Punkt bei dem Belichtungsbereich auf dem Wafer 311 einfällt, erfassen kann. Eine bewegliche Öffnungsstop- Vorrichtung 315 mit einer Öffnung und ein Hilfsverschluß 316 bilden einen Belichtungsverschluß. Ein Berylliumdünnfilm 317 definiert eine Grenze zwischen einer Maskenseitenkammer, die beispielsweise druckverringertes Helium He enthält, und einer Strahlungsquellenseite, die sich in einem Ultra-Hochvakuum befindet. Ein strahlungsemittierender Punkt in einem Synchrotron- Ring (Röntgenstrahlquelle) ist mit Bezugszeichen 318 bezeichnet. Die Synchrotron-Strahlung erzeugt eine Strahlung mit einer Intensitätsverteilung, die in einer Richtung parallel zu der Ebene einer Elektronenstrahlbahn gleichmäßig und in der vertikalen Richtung symmetrisch ist. Ein zylindrischer Spiegel 319 mit konvexer Oberfläche dient dazu, wie in Fig. 15 schematisch gezeigt, die Synchrotron-Strahlung in der Richtung (y-Achsen- Richtung) mit der Intensitätsverteilung zu dehnen, um den erforderlichen Belichtungsbereich bei der Position der Maske 312 und des Wafers 311 bei der Belichtungseinrichtung zu bestrahlen. Im allgemeinen gilt, wo ein zylindrischer Spiegel mit einer Reflexionsoberfläche mit einer einzelnen Krümmung verwendet wird, ist die Bestrahlungsstärke-Intensitätsverteilung eindimensional mit einer Spitze bei dem Belichtungsbereich.
Fig. 18 zeigt ein Beispiel einer berechneten Bestrahlungsstärke-Verteilung, die unter Berücksichtigung der Abhängigkeit von der Empfindlichkeitswellenlänge des auf dem Wafer 311 aufgebrachten Abdecklacks gewichtet ist.
Fig. 16 zeigt den Belichtungsverschluß mit der beweglichen Öffnungsstop-Vorrichtung. Ein Band 315 besitzt eine Öffnung und ist zum Beispiel aus einer dünnen Platte aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die dünne Platte besitzt eine derartige Dicke, die ausreicht, um die Röntgenstrahlen von der Strahlungsquelle abblocken zu können.
Das Band 315 wird um Rollen 321 und 322 gespannt. Durch Drehen der Rollen durch einen Antriebsmotor 323 dient die Öffnung 324 des Bandes 315 als die bewegliche Öffnung. Die Bewegungsrichtung der Öffnung 324 ist die gleiche wie die Richtung, in der die Strahlung von dem Spiegel 319 eine Intensitätsungleichmäßigkeit besitzt. Das Band 315 besitzt zwei Öffnungen 324 und 328. Die Öffnung 324 dient als die bewegliche Öffnung zum lokalen Steuern der Belichtungszeit bei dem Belichtungsbereich, und die Bewegungsgeschwindigkeit der Vorderkante 326 und der Hinterkante 327 wird in der Weise gesteuert, die nachfolgend beschrieben wird, wenn sich die Öffnung 324 durch den Belichtungsbereich bewegt. Die Öffnung 328 wird so erzeugt, um die Bestrahlung nicht zu blockieren, wenn die Öffnung 324 ihre Funktion ausführt.
Ein Photosensor 329 dient zum Erfassen der Position der Öffnung 324, um den Zeitpunkt, zu dem die Öffnung 324 den Belichtungsbereich durchquert, zu bestimmen. Das Band bewegt sich in die durch einen Pfeil 320 angezeigte Richtung.
Fig. 17 zeigt ein Beispiel eines Profils einer Bewegung der Vorderkante 326 und der Hinterkante 327 der Öffnung 324, das heißt, der beweglichen Öffnung. In Fig. 17 bezeichnet die Abszisse die Zeit und die Ordinate bezeichnet die Position der beweglichen Öffnung in der Bewegungsrichtung, das heißt, die Richtung (y-Achsen-Richtung), in der die Bestrahlung die Intensitätsungleichmäßigkeit besitzt. Der Belichtungsbereich ist durch Lo gezeigt. Bei diesem Beispiel wird das Band 315 derart gesteuert, daß die Bewegungsgeschwindigkeiten der Vorderkante 326 und der 1-Unterkante 327 bei dem Belichtungsbereich Lo unabhängig geändert werden.
Fig. 19 zeigt einen Teil der grafischen Darstellung von Fig. 17, bei der die Abszisse eine Position darstellt und die Ordinate die Zeit darstellt. Bei diesem Beispiel eines Vorgangs bewegen sich sowohl die Vorderkante 326 als auch die 1-Unterkante 327 innerhalb des Belichtungsbereichs mit einer konstanten Beschleunigung. Bei irgendeinem Punkt in dem Belichtungsbereich ist die Differenz zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Vorderkante 326 dort vorbeikommt, und dem Zeitpunkt, zu dem die 1-Unterkante 327 dort vorbeikommt, die Belichtungsperiode bei diesem Punkt.
Fig. 20 zeigt Belichtungsperioden bei verschiedenen Punkten bei dem Belichtungsbereich entsprechend Fig. 19.
Fig. 21 zeigt das Produkt aus der in Fig. 18 gezeigten Intensität und der in Fig. 20 gezeigten Belichtungsperiode, und daher zeigt es bei diesem Ausführungsbeispiel die Belichtungsmenge bei dem Belichtungsbereich. Es ist verständlich, daß selbst wenn die Strahlungsquelle, die die Strahlung mit der in Fig. 18 gezeigten Intensität erzeugt, verwendet wird, die vergleichmäßigte Belichtungsmenge durch die bewegliche Öffnung, die bei diesem Ausführungsbeispiel geschwindigkeits-gesteuert ist, erreicht wird, wie in Fig. 21 gezeigt.
Nachfolgend wird die Erfassung der Belichtungs-Bestrahlungsstärke und der Belichtungsmenge bei der Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.
Fig. 22 zeigt ein Treib- und Steuersystem für die Stufe und den Verschluß oder dergleichen. Das System umfaßt einen Signalprozessor 301 zum Verarbeiten und Übertragen einer Ausgabe des Sensors 314 zu einer Öffnungssteuereinrichtung 306, einen Treiber 302 für die Stufe 313, eine Stufensteuereinrichtung 303, einen Treiber 304 für den Hilfsverschluß 106, einen Treiber 305 für die Öffnung 315 und eine Steuereinrichtung 306 für den Hilfsverschluß und die Öffnung.
Für die Erfassung der Belichtungs-Bestrahlungsstärke und der Belichtungsmenge wird die Stufe 313 bewegt, um den Bestrahlungsstärke-Meßsensor 314 auf einen gewünschten Punkt bei dem Belichtungsbereich zu setzen, und die bewegliche Öffnung 315 wird bewegt, wie in Verbindung mit Fig. 17 bis 21 beschrieben, wodurch die Röntgenstrahlen auf den Sensor 314 projiziert werden.
Fig. 23 zeigt die Erfassungsergebnisse durch den Sensor 314, wobei die Ordinate eine Ausgabe bei einem bestimmten Punkt bei dem Mehrfacherfassungspunkt ist, und die Abszisse die Belichtungsperiode auf der Grundlage einer unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit des verwendeten Abdecklacks und der Target- Bestrahlungsstärke bestimmten Bezugsgeschwindigkeit angibt. Der Bereich des schraffierten Abschnitts bezeichnet die kumulative Belichtungsmenge. Der Signalprozessor 301 vergleicht die Menge mit der voreingestellten Target-Belichtungsmenge (Fig. 21) und entscheidet, ob die Belichtungsmenge richtig ist oder nicht.
Die Erfassung und Entscheidung werden bei beliebigen N Punkten bei dem Belichtungsbereich ausgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden entlang der y-Achsenrichtung Zehnpunkt-Erfassungen durchgeführt, das heißt, die Richtung, in der die Bestrahlungsstärke nicht gleichmäßig ist. Falls die richtigen Belichtungsmengen bei allen Punkten erhalten werden, wird die Belichtung des Wafers durchgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die richtige Belichtungsmenge als ein Bereich der Target- Belichtungsmenge von ± 3% definiert, unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit des auf dem Wafer aufgetragenen Abdecklacks oder dergleichen. Falls die Erfassung zeigt, daß es einen oder mehrere unrichtige Punkte gibt, kehrt der Vorgang zu der beweglichen Öffnungssteuereinrichtung 306 zurück, um die Geschwindigkeit der beweglichen Öffnung abzuwandeln, bis die richtige Belichtungsmenge bei allen Punkten bei dem Belichtungsbereich erzeugt werden kann.
Wie vorangehend beschrieben, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die kumulative Belichtungsmenge erfaßt und das Ergebnis wird zu der Verschlußsteuereinrichtung zurückgeführt, und daher kann bei dem Belichtungsbereich zu allen Zeiten eine richtige Belichtungsmenge erzeugt werden.
Fig. 24 zeigt eine Röntgenstrahl-Belichtungseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Bezugszeichen 406 und 408 eine Röntgenstrahl-Belichtungsmaske bzw. einen Wafer bezeichnen. Die Einrichtung umfaßt einen Verschluß 401, der mit einer Öffnung 402 ausgestattet ist, einen Röntgenstrahlsensor 403, eine Öffnung 404 zum Definieren des bei einer Öffnung 406 vorgesehenen Belichtungsbereichs, eine Waferstufe 407, eine Verschlußsteuereinrichtung 409, einen Verschlußtreiber 410, einen Waferstufentreiber 411 und einen Signalprozessor 412 zum Lesen einer Ausgabe von dem Sensor. Der Signalprozessor 412 enthält einen Verstärker, einen Filter und eine Gleichrichtschaltung und weiteres.
Wenn die Bestrahlungsstärke der Röntgenstrahlen erfaßt ist, wird die Stufe 407 in Richtung nach außerhalb der Öffnung 405 der Öffnungsstop-Vorrichtung 404 bewegt, sodaß der Wafer 408 auf der Waferstufe 407 keinen Röntgenstrahlen ausgesetzt ist. Nachfolgend wird der Verschluß 401 nach links und rechts versetzt, um den Sensor 403 impulsweise den Röntgenstrahlen auszusetzen.
Dadurch wird von dem Sensor 403 impulsweise ein Strom erzeugt. Der Signalprozessor 412 liest die Sensorausgabe in zeitlich abgestimmter Beziehung bei einem Öffnen und Schließen des Verschlusses 401, sodaß die Ausgabe, wenn der Verschluß 401 geöffnet ist, und die Ausgabe, wenn der Verschluß geschlossen ist, abwechselnd gelesen werden. Aus der Differenz dazwischen kann eine Wechselstromkomponente des Impulsstromes erhalten werden, wodurch eine korrekte Röntgenstrahlintensität bestimmt werden kann, wobei die Dunkelstromänderung entfernt ist.
Angesichts der Tatsache, daß der Verschluß 401 für den Belichtungsvorgang vorgesehen ist, ist ein Beispiel einer Erfassung, bei dem die Hochgeschwindigkeits-Wechselbewegung schwierig ist. Der Aufbau ist der gleiche wie in Fig. 24 gezeigt.
Fig. 25 zeigt bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel einen Sensorausgabestrom in Abhängigkeit von der Zeit. Bei dieser Figur wird der Verschluß 401 zu den Zeiten T1 und T3 geöffnet und zu Zeiten T2 und T4 geschlossen.
Bei dem Bestrahlungsstärke-Bestimmungsvorgang bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Ausgabestrom des Sensors 403 unmittelbar vor dem Öffnen des Verschlusses 401 zur Zeit T1 erfaßt, und die Erfassung wird als 11 gespeichert.
Dann wird der Verschluß 401 zur Zeit T1 geöffnet und unmittelbar wird der Ausgabestrom des Sensors 403 gelesen und als 12 gespeichert. Die Differenz zwischen dem Ausgabestrom 12 und dem Ausgabestrom 11 ergibt eine Ausgabestromkomponente entsprechend der Röntgenstrahlintensität. In dieser Weise kann die korrekte Röntgenstrahlintensität erhalten werden.
Um die Erfassungsgenauigkeit bei diesem Ausführungsbeispiel weiter zu verbessern, wird der Sensorausgabestrom 13 zur Zeit T2 nochmals erfaßt, wenn der Verschluß 401 geöffnet wird, und wird gespeichert. Danach wird der Verschluß 401 unmittelbar geschlossen, und unmittelbar danach wird der Sensorausgabestrom 14 erfaßt. Die Differenz zwischen dem Ausgabestrom 13 und dem Ausgabestrom 14 ergibt in ähnlicher Weise eine korrekte Ausgabestromkomponente entsprechend der Röntgenstrahlintensität.
In Fig. 25 ist die Differenz bei dem Ausgabestrom des Sensors 403 vor und nach der Öffnungs- und Schließzeit des Verschlußes 401, T1, T2, T3 und T4, und daraus wird ein Durchschnitt bestimmt, sodaß die Erfassungsgenauigkeit weiter verbessert wird.
Fig. 26 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von Fig. 24. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die den Belichtungsbereich definierende Öffnung 404 aus dem Ausführungsbeispiel von Fig. 24 durch einen Hilfsverschluß ersetzt. In Fig. 26 dient der Hilfsverschluß 431 zum Begrenzen der Belichtung und zum Steuern der Belichtung/Nicht-Belichtung. Der Hilfsverschluß 431 wird durch einen Treiber 432 getrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem von Fig. 24 in weiterer Hinsicht, und deshalb wird auf eine genaue Beschreibung verzichtet. Den Elementen mit den entsprechenden Funktionen sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 24 zugewiesen.
Wenn die Bestrahlungsstärke zu erfassen ist, wird der Hilfsverschluß 431 geschlossen, um ein Belichten des Wafers 408 mit den Röntgenstrahlen zu verhindern. Das Bestrahlungsstärke-Erfassungssystem ist ähnlich dem vom Ausführungsbeispiel von Fig. 24.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Erfassungsfehler aufgrund des Dunkelstroms des Halbleitersensors unter Verwendung des Belichtungsverschlußes korrigiert werden, und daher kann die Belichtungs-Bestrahlungsstärke unter hoher Genauigkeit bestimmt werden, ohne die Vorrichtung bei der Einrichtung zu vergrößern.
Fig. 27 zeigt eine Belichtungseinrichtung, auf die ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, wobei Bezugszeichen 501 und 502 einen Wafer bzw. eine Maske bezeichnen, wobei die Maske parallel zum Wafer 501 in einem Abstand von ungefähr 40 um in einer z-Richtung angeordnet ist. Die Einrichtung umfaßt eine Maskenstufe 500 zum Tragen der Maske 502 und einen Waferbewegungs-Zwischenraum 503 zum Tragen und Bewegen des Wafers 501. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Belichtungseinrichtung eine sogenannte Schrittbelichtungseinrichtung, bei der die Belichtungsbereiche aufeinanderfolgend abgeschritten werden, um alle Belichtungsbereiche des Wafers zu belichten. Die Einrichtung umfaßt weiter einen Sensor 504, der auf der Waferbewegungsstufe 503 montiert ist, um die Intensität der Strahlung, die bei einem gegebenen Punkt im Belichtungsbereich auf den Wafer 501 fällt, zu erfassen. Eine bewegliche Öffnungsstop-Vorrichtung 505 besitzt eine Öffnung, um zusammen mit einem Hilfsverschluß 506 einen Belichtungsverschluß zu bilden. Bezugszeichen 507 bezeichnet einen Dünnfilm aus Beryllium. Der Zwischenraum zwischen dem Dünnfilm 507 und der Maske 502 enthält druckverringertes Helium und der Zwischenraum zwischen der Maske 502 und der Strahlungsquelle ist ein Ultra-Hochvakuum-Zwischenraum. Ein Strahlungsemissionspunkt des Synchrotron-Rings, der eine Röntgenstrahlquelle ist, ist durch ein Bezugszeichen 508 bezeichnet.
Die Intensität der Synchrotron-Strahlung ist gleichmäßig in einer Richtung, die parallel zu einer Ebene einschließlich der Bahn des Elektronenstrahls liegt, aber die Intensität ist in der vertikalen Richtung nicht gleichmäßig, und ist symmetrisch. Ein konvex-zylindrischer Spiegel 509 dient zum Ausweiten der Synchrotron-Strahlung in der Richtung, in der die Strahlung die Intensitätsverteilung besitzt (y-Achsen-Richtung), sodaß die Strahlung auf den Belichtungsbereich, der bei der Position der Maske 502 und des Wafers 501 bei der Belichtungseinrichtung sein muß, fallen kann. Wenn ein zylindrischer Spiegel mit einer Brechungsoberfläche aus einer einzelnen Krümmung verwendet wird, besitzt die Bestrahlungsstärke allgemein eine eindimensionale Verteilung mit einer Spitze im Belichtungsbereich.
Fig. 28 zeigt ein Beispiel einer berechneten Bestrahlungsstärke-Verteilung, die unter Berücksichtigung der Abhängigkeit der Empfindlichkeit des auf dem Wafer 501 aufgebrachten Abdecklacks von der Wellenlänge gewichtet ist.
Fig. 29 zeigt schematisch das Äußere des Belichtungsverschlusses 505 und ein Treibprofil. Ein Band 521 ist zwischen den Trommeln 528 und 529 gespannt und ist beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt, und die Dicke ist ausreichend, um die Röntgenstrahlen abzublocken. Die Öffnung 524 ist durch eine Vorderkante 526 und eine Hinterkante 527 definiert. Die Zeitperiode zwischen dem Durchlauf der Vorderkante 526 im Sichtwinkel (Belichtungsstart) und dem Durchlauf der Hinterkante 527 im Sichtwinkel (Belichtungsende) ist die Belichtungszeitperiode. Beim Band 521 ist eine weitere Öffnung gebildet, um die Belichtung durch die Öffnung 524 im Sichtwinkel nicht zu blockieren. Beim Treibprofil des Verschlusses 505 (in der graphischen Darstellung von Fig. 29) entspricht der Bereich zwischen Y1 bis YN dem zu belichtenden Sichtwinkel. Bei diesem Abschnitt ist ein Bereich mit einem kleinen Abschnitt ΔY, der durch die Vorderkante 526 und die Hinterkante 527 definiert ist, eine Belichtungsmenge bei einem Punkt im Sichtwinkel. Die Belichtungsmenge bei jedem derartigen Punkt kann durch Bewegen der beweglichen Öffnung 524 in einem Treibprofil eindimensional gesteuert werden. Bei diesem Beispiel wird das Treibprofil so ausgewählt, daß die Bestrahlungsstärke- Verteilung von Fig. 28 gleichmäßig gemacht wird. Die Intensitätsdämpfung der durch die Synchrotron-Strahlungsquelle erzeugten Strahlung ist vom Zeitpunkt einer Elektroneninjektion vom Linearbeschleuniger an logarithmisch, wie in Fig. 32 gezeigt. Daher ist es vorzuziehen, daß das Treibprofil des Belichtungsverschlusses für jeden der Belichtungsvorgänge auf der Grundlage der Intensitätserfassung von der Strahlungsquelle geändert wird, sodaß die gewünschte Belichtungsmenge für jeden der Belichtungsblitzbereiche zur Verfügung gestellt werden kann.
Um den Korrekturvorgang zu erleichtern, kann die Intensität der Sychrotron-Strahlung durch einen Detektor 504 (Fig. 27) bei diesem Ausführungsbeispiel erfaßt werden. Ansprechend auf die erfaßte Intensität wird das Treibprofil in der Richtung der Zeitachse gedehnt oder zusammengezogen, um somit die gewünschte Belichtungsmenge zur Verfügung zu stellen.
Die Fig. 30 und 31 zeigen ein Beispiel. Fig. 31 zeigt ein gedehntes Treibprofil, das durch Dehnen des Treibprofils von Fig. 29 lediglich in der Richtung der Zeitachse (Abszisse) gebildet wird. Dies ist anwendbar, wenn die Intensität der Synchrotron-Strahlung durch die Strahlungsquelle niedrig ist. Fig. 31 zeigt den entgegengesetzten Fall.
Fig. 36 zeigt einen Systemaufbau zum Ausführen der vorstehenden Funktion. Das System umfaßt Antriebsmotoren 541 und 542 zum Treiben des Hilfsverschlusses 506 und des Hauptverschlusses 505 aus Fig. 27. Die Motoren 541 und 542 sind Impulsmotoren oder Gleichstrommotoren, die durch Motortreiber 543 bzw. 544 getrieben werden. Impulsgeneratoren 547 und 548 führen Impulse zu den Motortreibern 543 bzw. 544 und ansprechend auf jeden der Impulse wird der Motor 541 oder 542 genau um einen vorbestimmten Winkel gedreht. Die Impulsgeneratoren 547 und 548 sind mit einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) gebildet, der beispielsweise eine in Fig. 37 gezeigte Tabelle speichert. Die Inhalte der Tabelle entsprechen den von den Impulsgeneratoren 547 und 548 erzeugten Impulsintervallen. Eine untergeordnete Zentraleinheit (CPU) 550 steuert über eine lokale Vielfach(Bus)-Leitung 556 den Hauptverschluß 505, den Hilfsverschluß 506 und die Impulsgeneratoren 547 und 548.
Ein Signal vom Sensor 504 für die Bestrahlungsstärke-Erfassung, der auf der in Fig. 28 gezeigten Stufe 507 montiert ist, wird durch eine Detektorsignal-Verarbeitungseinheit 550 in ein Digitalsignal umgewandelt.
Die Stufe 503 wird durch einen Antriebsmotor, der durch einen Motortreiber 545 getrieben wird, getrieben und die Positionierung der Stufe 503 wird durch einen Motortreiber 546 ausgeführt. Eine Stufenaktor-Steuereinheit 551 steuert die Position der Stufe 50·3. Bezugszeichen 552 und 553 bezeichnen ein Laserinterferometer bzw. eine Steuereinheit für eine Abstandsmessung. Diese Elemente sind zum korrekten Messen der Position des von der Waferstufe 503 getragenen Wafers 501 wirksam. Die Stufen- Steuereinheit 551 und die Steuereinheit 553 für das Abstandsmeßsystem werden durch die untergeordnete Zentraleinheit (CPU) 554 gesteuert. Eine Detektorsignal-Verarbeitungseinheit 550 und die untergeordnete Zentraleinheit (CPU) 554 für die Stufenseite sind mit einer gemeinsamen Vielfachleitung (Bus) 557 verbunden und daher kann die Bestrahlungsstärke der Belichtungsstrahlung an irgendeinem Punkt im Belichtungsbereich gleichzeitig wirksam werden und das Erfassungsergebnis kann für die jeweiligen Punkte im Belichtungsbereich durch die Anweisungen von der Hauptsteuereinheit 559 im Speicher 558 gespeichert werden.
Während des tatsächlichen Belichtungsvorgangs (während des Vorgangs zum Übertragen des Musters der Maske 502 auf den Wafer 501) wird eine Verschlußtreibtabelle (Fig. 37) zum Bereitstellen der gewünschten Belichtungsverteilung aus den im Speicher 558 gespeicherten Inhalten erzeugt und die Tabellendaten werden zum Schreib-Lese-Speicher (RAM) der Impulsgeneratoren 547 und 548 geführt und diese treiben die verbundenen Motoren. Unmittelbar vor der Blitzbelichtung wird die Bestrahlungsstärke durch den Sensor 504 erfaßt, und falls die Strahlungsintensität der Strahlungsquelle im Vergleich zur vorangehenden Blitzbelichtung abnimmt, wird beispielsweise die Treibtabelle von Fig. 37 durch die Hauptsteuereinheit 559 mathematisch korrigiert. Das Treibprofil 29 wird durch Ändern der Impulsintervalle der Impulsgeneratoren 547 und 548 abgewandelt, um die gewünschte richtige Belichtungsmengenverteilung bereitzustellen. Die zuerst erzeugte Treibtabelle wird als eine Quellentabelle zusammen mit den Daten der Bestrahlungsstärke der Belichtungsstrahlung gespeichert, wenn die Daten erhalten sind.
Fig. 33 zeigt den Aufbau einer Belichtungseinrichtung, die nicht innerhalb der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Da diese Einrichtung ähnlich der von Fig. 27 ist, sind den Elementen mit den entsprechenden Funktionen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 27 zugewiesen und deren Beschreibung wird aus Gründen der Einfachheit weggelassen. Die Belichtungseinrichtung von Fig. 27 verwendet eine bewegliche Öffnung 505, um die Belichtungsmenge zu begrenzen, aber bei der Einrichtung von Fig. 33 wird der Spiegel 509 geschwenkt, um die Belichtungsmenge zu steuern. Der Spiegel 509 weitet die Synchrotron-Strahlung in der Richtung der Y-Achse aus, um einen Teil der Maske 502 und einen Teil des Wafers 501 zu bestrahlen. Der Spiegel 509 wird durch einen Aktormechanismus 531 geschwenkt. Der Aktormechanismus 531 schwenkt den Spiegel 509 in der y-Richtung und in der Wx- Richtung (x-Achsen-Drehrichtung). Dadurch wird die reflektierte Strahlung in der y-Richtung abgelenkt und daher wird der gesamte Bereich der Maske 502 durch die Belichtungsstrahlung bestrahlt. Die spektrale Verteilung und die Intensität der abgelenkten Strahlung sind jedoch abhängig vom Einfallswinkel der Synchrotron-Strahlung von der Strahlungsquelle verschieden und daher ist die Belichtungsmengenverteilung nicht gleichmäßig, falls die Abtastung bei konstanter Geschwindigkeit in der Y-Richtung durchgeführt wird. Um dieses Problem zu vermeiden, wird ein Spiegelschwenkprofil, wie in Fig. 34 gezeigt, erzeugt, und in Übereinstimmung mit diesem Profil wird der Spiegel 509 geschwenkt, um die Ungleichmäßigkeit der Belichtung zu vermeiden. Wenn sich die Strahlungsquellenintensität in ähnlicher Weise wie im Falle von Fig. 27 ändert, wird das Profil in der Richtung der Zeitachse gedehnt oder zusammengezogen, wie in Fig. 35 gezeigt, um eine gewünschte Belichtungsmenge bereitzustellen. In Fig. 35 wird ein Anstieg der Intensität der Strahlung durch die Strahlungsquelle durch Zusammenziehen der Zeitachse des Profils ausgeglichen, um somit eine gewünschte Belichtungsmenge zu bilden.
Die Systemanordnung von Fig. 33 ist ähnlich der von Fig. 10. In Fig. 36 jedoch sind die mechanischen Aufbauten der Aktoren 541 und 542 und die Motortreiber 543 und 544 abgewandelt, um den Spiegel 509 von Fig. 33 zu schwenken. Demgemäß wird die Notwendigkeit zum Erzeugen des Treibprofils zum Treiben der Belichtungsmengen-Steuereinrichtung der Belichtungseinrichtung für jeden der Belichtungsblitze vermieden und durch einfaches Dehnen und Zusammenziehen der Zeitachse des einmal erzeugten Profils kann die richtige Belichtungsverteilung ansprechend auf die Intensitätsänderung der Strahlung durch die Strahlungsquelle zu jedem Zeitpunkt schnell gebildet werden. Daher wurde das Berechnungsverfahren zum wiederholten Erzeugen des Profils stark vereinfacht.
Fig. 38 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Bei dieser Figur sind den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. I die Elemente mit den entsprechenden Funktionen zugeordnet und die genaue Beschreibung dieser Elemente wird zur Einfachheit weggelassen.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stufe 7 mit einem Röntgenstrahl-Detektor 622 ausgestattet. Vor dem Belichtungsvorgang wird die Waferstufe 7 in der y-Richtung bewegt, um die Änderung der Strahlintensität der Synchrotron-Strahlung in Abhängigkeit von der Zeit zu erfassen. Die Intensität der Synchrotron-Strahlung nimmt mit der Zeit ab. Die Änderung der Strahlintensität I in Abhängigkeit von der Zeit wird wie folgt ausgedrückt:
I = Ioe-t/τ;
wobei Io eine anfängliche Strahlintensität ist.
Der Detektor 622 erfaßt die Strahlintensität der Synchrotron- Strahlung für eine erforderliche Zeitperiode und die Verschlußsteuereinrichtung bestimmt eine Zeitkonstante τ (im allgemeinen als "Elektronenlebensdauer" bezeichnet) der Dämpfung unter Verwendung einer Annäherung nach der Methode der kleinsten Quadrate. Die Zeitkonstante z der Dämpfung kann diejenige sein, die zuvor bestimmt wurde. Falls die Dämpfungs-Charakteristiken auf diese Weise bestimmt werden, kann die Strahlintensität der Synchrotron-Strahlung zu jedem Zeitpunkt berechnet werden.
Falls beispielsweise angenommen wird, daß die Zeitkonstante der Strahldämpfung 7600 s beträgt, und daß die Strahlintensität I laut Berechnung zum Zeitpunkt T1 1 mW/cm² beträgt, und daß die notwendige Belichtungsmenge Q 120 mJ/cm² beträgt, so beträgt die richtige Belichtungsperiode
I T1 T2 e-t/τdt = Q
Das Ergebnis ist Q = 121 s. Die Berechnung wird durch die Verschlußsteuereinrichtung 20 durchgeführt. Wie in Fig. 39 gezeigt, wird das Öffnungsbegrenzungs- oder -bestimmungselement 11 der beweglichen Öffnungsstop-Vorrichtung 1 für 121 s vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T2 bei einer Geschwindigkeit von (Y2- Y1)/121 in der +Y-Richtung durch den Treiber 15 getrieben und danach wird es angehalten.
In Fig. 39 zeigt (1) eine Beziehung zwischen einer Position einer Randoberfläche 18 (Fig. 3) des Öffnungsbegrenzungselements 11 der beweglichen Öffnung und der Zeit. Das Öffnungsbegrenzungselement 12 der beweglichen Öffnungsstop-Vorrichtung wird ab dem Zeitpunkt T2 durch den Treiber 16 in der +Y-Richtung bewegt. Was die Treibgeschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt anbetrifft, so berechnet die Verschlußsteuereinrichtung die Treibgeschwindigkeit der Randoberfläche 19, um durch die folgende Gleichung innerhalb des Sichtwinkels 21 eine gleichmäßige Belichtungsmenge bereitzustellen:
TI T2+Y/v e-t/τ dt = -t2 t e-t/τ dt,
Dabei ist Y eine Position der Randoberfläche 19 (Fig. 3) des Öffnungsbegrenzungselements 12 der beweglichen Öffnungsstop- Vorrichtung zum Zeitpunkt t.
Die Geschwindigkeit v, mit der sich das Begrenzungselement 11 der beweglichen Öffnungsstop-Vorrichtung in der +Y-Richtung bewegt, beträgt:
v = (Y2-Y1)/(T2-T1);
Das Begrenzungselement 12 der beweglichen Öffnungsstop- Vorrichtung wird ab dem Zeitpunkt T2 mit der folgenden Geschwindigkeit bewegt:
v * e-t/τ = / (e t/t + I e-T2/τ);
wobei τ eine Zeitkonstante der Strahldämpfung ist.
Diese Bewegung findet in der +Y-Richtung statt, und wenn sie die Position Y2 erreicht, wird ein Öffnungsbegrenzungselement 12 angehalten. In Fig. 39 zeigt (2) eine Beziehung zwischen einer Position der Randoberfläche 19 des Öffnungsbegrenzungselements 12 der beweglichen Öffnung und der Zeit.
Durch Treiben der beweglichen Öffnungsstop-Vorrichtung in dieser Weise beträgt die Belichtungsmenge innerhalb des Sichtwinkels 21 im wesentlichen gleichmäßig 120 mJ/cm², sodaß das Maskenmuster mit hoher Auflösung auf den Wafer übertragen werden kann.
Fig. 40 zeigt eine Einrichtung, die nicht innerhalb der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Bei dieser Figur sind den entsprechenden Elementen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 38 zugeordnet und eine genaue Beschreibung dieser Elemente wird zur Einfachheit weggelassen. Ein Spiegel 623 ist in der Ultra- Hochvakuum-Umgebung 17 angeordnet. Der Spiegel 602 wird durch die Tragestange 623 zur Drehung um die Achse 624 getragen. Eine Treibstange 625 ist mit dem Spiegel 602 verbunden. Die Treibstange 625 wird durch einen Treiber 626 getrieben. Der Treiber 626 wird gesteuert durch eine Spiegelsteuereinrichtung 620, die die Treibstange 625 zum Schwenken des Spiegels 602 treibt, um die Maske 5 und den Wafer 6 mit der durch den Spiegel 602 reflektierten Synchrotron-Strahlung abtastend zu bestrahlen.
In ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 38 wird die Änderung der Strahlintensität der Synchrotron-Strahlung durch den Röntgenstrahl-Detektor 622, der auf der Waferstufe 7 montiert ist, erfaßt, während die Waferstufe 7 vor dem Belichtungsvorgang bewegt wird. Die Strahlintensität I wird wie folgt angenähert:
I = Io e-t/τ;
wobei Io die anfängliche Intensität und die Zeitkonstante x durch eine Annäherung nach der Methode der kleinsten Quadrate durch die Spiegelsteuereinrichtung 620 bestimmt ist. Dadurch kann die Strahlintensität der Synchrotron-Strahlung zu jedem Zeitpunkt berechnet werden. Fig. 41 ist eine vergrößerte Ansicht des Verschlusses 627. Der Strahl ist durch einen schraffierten Abschnitt angezeigt. Die Synchrotron-Strahlung besitzt in der zum Strahl senkrechten Richtung, d. h., in der z-y-Ebene, eine Gauß- Verteilung. Die Standardabweichung beträgt beispielsweise im Sichtwinkel 21 ungefähr einen Millimeter. Es wird angenommen, daß die Strahlintensität zum Zeitpunkt T1 bei Beginn der Belichtung 100 mW/cm² und die erforderliche Belichtungsmenge Q 100 mJ/cm² beträgt. Falls die Strahlintensität nicht abnähme, würde es ausreichen, falls der Strahl in der z-Richtung im Sichtwinkel 21 bei der Geschwindigkeit von 2,5 mm/s schweifen würde. Da jedoch die Strahlintensität abnimmt, wird die Strahlschweifgeschwindigkeit v durch die Steuereinrichtung vorzugsweise berechnet, um dies auszugleichen. Die Schweifgeschwindigkeit v des Strahls im Sichtwinkel 21 wird aus der folgenden Gleichung erhalten:
v = v&sub0;e-t/t;
wobei v&sub0; die Schweifgeschwindigkeit zum Zeitpunkt T1 des Belichtungsvorgangsstarts ist.
Wenn der Strahl bei dieser ausgeglichenen Geschwindigkeit geschweift wird, beträgt die Belichtungsmenge innerhalb des Sichtwinkels 21 im wesentlichen gleichmäßig 100 mJ/cm².
Fig. 42 zeigt eine weitere Einrichtung, die innerhalb der vorliegenden Erfindung nicht enthalten ist. Bei dem Beispiel aus Fig. 40 wird die Drehgeschwindigkeit des Spiegels 602 geändert, um die Dämpfung der Strahlintensität der Synchrotron-Strahlung in Abhängigkeit von der Zeit auszugleichen. Beim vorliegenden Beispiel jedoch ist der Verschluß 627 während des Belichtungsvorgangs befestigt, wohingegen die Bewegungsgeschwindigkeit der Stufe 7 während der Belichtung für einen Sichtwinkel geändert wird, um die Strahlintensitätsdämpfung auszugleichen und eine konstante Belichtungsmenge bereitzustellen. Die Treibgeschwindigkeit der Stufe 7 wird so bestimmt, daß die relative Positionsbeziehung zwischen dem Strahl und dem Sichtwinkel 21 die gleiche ist wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 40. Genauer gesagt, die Stufe 7 wird bei einer Geschwindigkeit v, die durch die Stufensteuereinrichtung 621 wie folgt berechnet wird, in der -Y-Richtung getrieben:
v = v&sub0; e-t/τ;
Wenn die Stufe 7 bei dieser Geschwindigkeit getrieben wird, beträgt die Belichtungsmenge im Sichtwinkel 21 im wesentlichen gleichmäßig 100 mJ/cm².
Wie vorangehend beschrieben, ist in Übereinstimmung mit diesem Beispiel die kumulative Belichtungsmenge im Sichtwinkel im wesentlichen frei von einer Änderung aufgrund der Dämpfung der Strahlintensität mit der Zeit, sodaß die Auflösung der Belichtungseinrichtung verbessert werden kann.
Fig. 43 zeigt eine Röntgenstrahl-Belichtungseinrichtung gemäß einem weiteren Beispiel, das innerhalb der vorliegenden Erfindung nicht enthalten ist, wobei ein befestigter Spiegel verwendet wird. In Fig. 43 bezeichnen Bezugszeichen 701, 708 und 709 einen Synchrotron-Ring, eine Röntgenstrahl-Maske bzw. einen Wafer, der mit einem empfindlichen Abdecklack überzogen ist. Die Einrichtung umfaßt einen Röntgenstrahlspiegel 703, ein Röntgenstrahl-Durchlaßfenster, das mit einem Berylliumfilm oder dergleichen bedeckt ist, einen beweglichen Röntgenstrahl-Detektor 706, einen Verschluß 707 und eine Röntgenstrahl-Maske 708. Bezugszeichen 702 und 704 bezeichnen Röntgenstrahlen vor bzw. nach einer Dehnung durch den Röntgenstrahlspiegel 703. Die Einrichtung umfaßt weiter einen Elektroneninjektor 710, einen Signalprozessor 711, einen Röntgenstrahl-Detektortreiber 712, einen Verschlußtreiber 713, eine Röntgenstrahl-Detektorsteuereinrichtung 714, eine Verschlußsteuereinrichtung 715, eine Zentraleinheit (CPU) 716, einen Licht- oder Röntgenstrahlintensitätsdetektor 717, einen Signalprozessor 718 und einen Übertragungspfad 719. Bei diesem Beispiel wird die Belichtungsstrahlung immer durch den Detektor 717 überwacht.
Nachfolgend wird die Beschreibung hinsichtlich der Position, bei der der Detektor 717 angeordnet ist, und den Kenngrößen des Detektors 717 gegeben. Seine Position kann dabei überall sein, soweit er die Belichtungsröntgenstrahlen nicht blockiert. Der Detektor ist jedoch abhängig von einem Winkel Θ des Synchrotron- Rings (Synchrotron-Ring) 701 von der Elektronenbahnebene verschieden. Dies gilt, weil die Intensität der bei einer Position, die zwischen ihr und der Bahnebene den Winkel Θ bildet, empfangenen Synchrotron-Strahlung abhängig von der Wellenlänge verschieden ist. Fig. 45 zeigt zum Beispiel die Θ-Abhängigkeit der Synchrotron-Strahlungsintensität von dem Parameter der Wellenlänge, wenn die Beschleunigungsspannung 600 mv beträgt und der Bahnradius 2 m ist. Diese Abszisse bezeichnet den Winkel Θ von der Bahnebene und die Ordinate bezeichnet die Synchrotron-Strahlungsintensität pro Einheitsstrom, pro Einheitswellenlänge und pro Einheitsfestwinkel. Wie aus Fig. 45 zu verstehen, ist die Intensität der kurzen Wellenlängenkomponente geringer als die der langen Wellenlängenkomponente, vorausgesetzt, der Festwinkel beträgt nicht mehr als 2 mrad. Wenn daher der Detektor 17 im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Bahnebene angeordnet werden kann, ist ein für den Röntgenstrahlbereich oder den sichtbaren Bereich empfindlicher Detektor verwendbar. Der Röntgenstrahl-Detektor kann zum Beispiel in der Form eines Halbleiterdetektors ausgeführt sein. Oder er kann in der Form zum Erfassen von Photoelektronen aus einem Metalldraht, der in dem Strahlungspfad gestreckt ist, ausgeführt sein. In dem Bereich des Winkels Θ jedoch, der nicht geringer als 2 bis 3 mrad ist, ist die Intensität der kurzen Wellenlängenkomponente niedriger als die der langen Wellenlängenkomponente. Daher ist der Detektor in diesem Fall vorzugsweise in der Form einer Photodiode oder dergleichen ausgeführt, wobei er eine Empfindlichkeit für den sichtbaren Bereich aufweist.
Wenn zum Beispiel der Detektor 717 in der Bahnebene angeordnet ist, kann er in der Nähe des Röntgenstrahlspiegels 703 angeordnet sein, wie in Fig. 44 gezeigt. Wie in Fig. 43 gezeigt, kann er bei einer Position A hinter dem Röntgenstrahlspiegel 703 angeordnet werden.
Allgemein gilt, die Belichtung durch die Synchrotron-Strahlung wird gestartet, nachdem die Elektronen niedriger Energie durch den Injektor 710 in den Synchrotron-Ring 701 injiziert werden, und sie werden bis zu einem vorbestimmten Energiepegel beschleunigt. Die Anzahl von injizierten Elektronen jedoch nimmt durch Kollision mit Gasmolekülen oder dergleichen, die in der Bahn bei dem Synchrotron-Ring 701 verbleiben, ab. Dadurch wird die Intensität der Strahlung gedämpft. Daher werden die Elektronen blockiert und der Belichtungsvorgang wird unterbrochen, wenn die Anzahl von Bahnelektronen oder die Intensität der abgestrahlten Röntgenstrahlen bis zu einem vorbestimmten Pegel fällt. Danach werden die Elektronen erneut injiziert und die Belichtung wird gestartet.
Die Funktion der Röntgenstrahl-Belichtungseinrichtung von Fig. 43 wird beschrieben. Während der Verschluß 707 geschlossen gehalten wird (gebrochene Linien in Fig. 43), werden die Elektronen durch einen Injektor 710 in den Synchrotron-Ring 701 injiziert. Danach erzeugt die Zentraleinheit (CPU) 716 einen Intensitätserfassungsbefehl, sodaß die Röntgenstrahlintensität erfaßt wird. Bei diesem Erfassungsvorgang wird der Röntgenstrahl- Detektor 706 über die Röntgenstrahl-Detektorsteuereinrichtung 714 durch den Röntgenstrahl-Detektortreiber 712 in den Belichtungsbereich (gebrochene Linien in Fig. 43) vorgerückt, sodaß die Röntgenstrahlintensität in dem Belichtungsbereich erfaßt wird. In ähnlicher Weise erfaßt der Detektor 717 die Intensität des abgegebenen Strahls und die Ausgabe des Detektors 717 wird über den Signalprozessor 718 zu der Zentraleinheit 716 geführt. Die Ausgabe des Röntgenstrahl-Detektors 706 und des Detektors 717 sind Ix bzw. Ipo. Die erfaßte Strahlungsintensität wird über den Signalprozessor 711 zu der Zentraleinheit (CPU) 716 geführt und der Röntgenstrahl-Detektor 706 wird aus dem Belichtungsbereich zurückgezogen.
Unmittelbar vor dem Start des Belichtungsvorgangs erfaßt der Detektor 717 erneut die Strahlungsintensität Ip(t) und die Zentraleinheit (CPU) 716 berechnet die Röntgenstrahlintensität Ie(t) während der Belichtung auf der Grundlage der erfaßten Strahlungsintensität. Dann wird die Belichtungsperiode T aus der Target-Belichtungsmenge D berechnet und gleichzeitig werden eine Röntgenstrahl-Maske 708 und der Wafer 709 ausgerichtet. Die Belichtungsperiode T wird, wenn die Röntgenstrahlintensitätsdämpfung gering ist, durch die folgende Gleichung berechnet:
T = D/ (Ie * α);
wobei α eine spezifische Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen der Röntgenstrahl-Maske 708 ist. Nachfolgend erzeugt die Zentralein heit (CPU) 716 einen Belichtungsbefehl und führt ihn zu der Verschlußsteuereinrichtung 715, wodurch der Verschlußtreiber 713 den Verschluß 707 öffnet, um die Belichtung zu starten. Nach dem Start des Belichtungsvorgangs wird der Verschluß 707 geschlossen, wenn die Zeitperiode T abläuft.
Nachfolgend wird das Bestimmungsverfahren der Belichtungsperiode T beschrieben. Wie in Fig. 45 gezeigt, ist die Intensität der Synchrotron-Strahlung abhängig von der Wellenlänge und dem Winkel Θ von der Bahnebene verschieden, aber sie ist proportional zu dem Bahnstrom, falls die Erfassungsposition konstant ist, solange wie die Beschleunigungsspannung und die Elektronenbahn sich nicht ändern. Unter Verwendung der Ausgabe Ip(t) des Detektors 717 zur Zeit t und der Intensitäten Ix und Ipo, die durch die gleichzeitige Erfassung nach der Elektroneninjektion erfaßt werden, wird die Röntgenstrahlintensität Ie durch die folgende Gleichung bestimmt:
Ie = (Ip (t) Ix/Ipo) * Ix (7)
Es wird beispielsweise angenommen, daß die Target-Belichtungsmenge 50 mJ/cm² ist und daß die Ausgaben des Röntgenstrahlintensitätsdetektors 706 und des Detektors 717 durch die gleichzeitige Erfassung nach der Elektroneninjektion 150 mW/cm² und 1 (bel. Einheit) betragen. Die Ausgabe des Detektors 717 ist in einer beliebigen Einheit gegeben. Als nächstes beträgt die Ausgabe des Detektors 717 zur Belichtungszeit te 0,5 (beliebige Einheit). Dann wird die Röntgenstrahlintensität Ie durch die Gleichung (7) wie folgt bestimmt:
Ie = 0,5 · 150/1 = 75 mW/cm²;
Falls die spezifische Durchlässigkeit α der Maske 0,5 ist, ist die Belichtungsperiode T aus Gleichung (1) wie folgt:
T = 4 s;
Bei dem vorangehenden Verfahren wird die Röntgenstrahlintensitätsdämpfung während der Belichtung als vernachlässigbar klein angesehen.
Bei diesem Beispiel ist die Zeit t, wenn der Detektor 717 die Intensität Ip(t) erfaßt, vorzugsweise unmittelbar vor dem Start des Belichtungsvorgangs, das heißt, unmittelbar vor dem Start des Verschlußes 707 für die Belichtungssteuerung.
Nachfolgend wird der Fall, bei dem die Röntgenstrahlintensitätsdämpfung während der Belichtung nicht vernachlässigbar ist, beschrieben. Bei diesem Beispiel wird die Röntgenstrahlintensität durch den Detektor 717 in Echtzeit erfaßt und die Belichtungsmenge kann durch eine kumulative Belichtungsmenge De(t) gesteuert werden.
Nach der Elektroneninjektion beispielsweise erfaßt der Röntgenstrahlintensitätsdetektor 706 und der Detektor 717 die Intensitäten Ix und Ipo. Die Ausgabe Ip(t) des Detektors 717 wird in regelmäßigen Intervallen Δt ab dem Zeitpunkt t&sub1;, welcher die Zeit ist, zu der der Verschluß 707 geöffnet wird, gelesen, und die Zentraleinheit (CPU) 716 bestimmt (Ix/Ipo)Ip(t)Δt und berechnet die kumulative Belichtungsmenge
Dp(t) (= (Ix/Ipo)Ip(t)Δt).
Wenn die kumulative Belichtungsmenge Dp(t) die Target-Belichtungsmenge De erreicht, wird der Verschluß 707 geschlossen.
Der Vorgang wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 46 beschrieben. Die Zentraleinheit (CPU) 716, die den Belichtungsvorgang steuert, initialisiert in Schritt 721 die peripherischen Teile und danach startet der normale Vorgang. Der Belichtungsstartbefehl wird über einen Übertragungspfad 719 zugeführt und wird durch Einstellen von einem von Oberflächenanforderungs-Fehlerkennzeichen (flags), die in Schritt 723 gesetzt werden, übertragen. Die Zentraleinheit (CPU) 716 überprüft in Schritt 722 immer, ob das Dienstanforderungs-Fehlerkennzeichen gesetzt ist oder nicht. Falls eines der Fehlerkennzeichen (flags) gesetzt ist, wird in Schritt 723 entschieden, welcher Dienst angefordert wird, und das Verfahren wird auf der Grundlage des Fehlerkennzeichens (flag) gestartet. Falls das Fehlerkennzeichen (flag) einen Start einer Initialverarbeitung (Belichtungsstart) anfordert, wird die vorangehende kumulative Belichtungsmenge Σ(Ix/Ipo)Ip(t) gelöscht und eine Unterbrechungszeit gestartet. Der Verschluß wird geöffnet und ein Verfahrensbeendigungsanforderungs-Fehlerkennzeichen wird gesetzt und das laufende Fehlerkennzeichen (Initialverarbeitungsanforderungs-Fehlerkennzeichen) wird in Schritt 724 zurückgesetzt. Der aktivierte Zeitgeber (Timer) unterbricht die Zentraleinheit (CPU) 716 in regelmäßigen Intervallen (Δt) und die Zentraleinheit (CPU) 716 führt die Unterbrechungsroutine aus, um die Ausgabe Ip(t) des Lichts oder des Röntgenstrahl-Detektors 717 zu lesen, und der gelesene Wert wird in Schritten 725 und 726 zu Σ(Ix/Ipo)Ip(t) addiert.
Wenn das Verfahrensbeendigungsanforderungs-Fehlerkennzeichen gesetzt ist, geht die Zentraleinheit (CPU) in den Verfahrensbeendigungsablauf. Bei diesem Ablauf wird in Schritt 727 entschieden, ob Z(Ix/Ipo)Ip(t) (kumulative Belichtungsmenge) die Target- Belichtungsmenge De erreicht oder nicht. Falls nicht, kehrt der Ablauf zurück und falls ja, wird der Unterbrechungszeitgeber deaktiviert. Der Verschluß 707 wird in Schritt 728 geschlossen und das laufende Fehlerkennzeichen (Verfahrensbeendigungsanforderungs-Fehlerkennzeichen) wird zurückgesetzt. Somit wird der Belichtungsvorgang beendet.
Wenn eine Vielzahl von Röntgenstrahl-Belichtungseinrichtungen mit einem einzelnen Synchrotron-Ring 701 gekoppelt wird, ist der Detektor 717 nicht notwendigerweise für jede der Röntgenstrahl- Belichtungseinrichtungen vorgesehen. Wie in Fig. 47 gezeigt, wenn zum Beispiel der Detektor 717 lediglich für die Belichtungseinrichtung a vorgesehen ist und wenn die Belichtungseinrichtungen b bis h lediglich mit jeweiligen Röntgenstrahl- Detektoren 706 zum Erfassen der Röntgenstrahlintensität bei den jeweiligen Belichtungsbereichen ausgestattet sind, werden die Röntgenstrahl-Detektoren 706 in die Belichtungsbereiche bei den jeweiligen Belichtungseinrichtungen a bis h vorgerückt und gleichzeitig mit der Erfassung der Röntgenstrahlintensität Ix wird die Ausgabe Ipo des Detektors 717 bei der Einrichtung a erhalten. Die Ausgabe Ipo des Detektors 717 wird über den Übertragungspfad 731 zu jeder der Belichtungseinrichtungen a bis h übertragen. Danach wird die Belichtungsintensität Ie von jeder der Einrichtungen a bis h aus Gleichung (7) auf der Grundlage der Ausgabe Ip(t) des Detektors 717, die über den Übertragungspfad 731 zugeführt wird, während der Belichtung erhalten, wobei die Ausgabe Ipo und die Ausgabe Ix bei jeder der Einrichtungen a bis h gemessen werden. Eine Einrichtung, mit der der Detektor 717 gebildet ist, ist nicht notwendigerweise eine der Belichtungseinrichtungen.
Gemäß diesem Beispiel können die folgenden vorteilhaften Wirkungen gewonnen werden:
(1) Falls die Röntgenstrahlintensität nach der Elektroneninjektion einmal erfaßt wird, kann die Röntgenstrahlintensitätsdämpfung danach ausgeglichen werden, und daher ist die Erfassung wirksam und sehr genau.
(2) Die Röntgenstrahlintensität kann in Echtzeit erhalten werden, und daher kann auf eine steile Änderung der Röntgenstrahlintensität geantwortet werden.
(3) Wenn der Detektor in der Form eines Lichtintensitätsdetektors ist, wird er durch die Röntgenstrahlen nicht verschlechtert, und daher ist die genaue Erfassung für eine lange Zeitperiode möglich.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die hierin offenbarten Aufbauten beschrieben wurde, ist sie auf die dargelegten Einzelheiten nicht beschränkt und mit dieser Anmeldung ist beabsichtigt, daß sie derartige Abwandlungen oder Änderungen, die innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Patentansprüche fallen, abdeckt.

Claims

1. Belichtungseinrichtung zum Belichten eines Substrats (311, 312; 501, 502) mit einer Synchrotron-Strahlung, die von einer Synchrotron-Strahlungsquelle (318; 508) erzeugt wird, mit:

einer Stufe (313, 503) zum Halten des Substrates;

einem beweglichen Verschluß (315; 505) zum Belichten eines vorbestimmten Bereichs eines Substrates, das auf der Stufe (313, 503) gehalten wird, durch die Synchrotron-Strahlung, wobei der bewegliche Verschluß eine Vorderkante (326; 526), die zum Starten der Belichtung wirksam ist, und eine Hinterkante (327; 527), die zum Anhalten der Belichtung wirksam ist, besitzt;

einem gekrümmten Spiegel (319; 509) zum Reflektieren von Strahlung von der Synchrotron-Strahlungsquelle zu dem beweglichen Verschluß hin;

einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Intensität der Synchrotron-Strahlung;

einer Bestimmungseinrichtung (301; 559) zum Bestimmen eines Treibprofils der Vorderkannte und der Hinterkante in Abhängigkeit von der durch die Erfassungseinrichtung erfaßten Intensität, um eine vorbestimmte Belichtungsmenge des Substrats zu erzeugen; und mit

einer Treibeinrichtung (305; 543, 544, 555) zum Treiben des beweglichen Verschlusses in Übereinstimmung mit dem durch die Bestimmungseinrichtung bestimmten Treibprofil.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

der bewegliche Verschluß ein Bandelement enthält, das mit einer Öffnung (324; 524) versehen ist, die die Vorderkante und die Hinterkante besitzt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bestimmungseinrichtung die Bewegungen der Vorderkante und der Hinterkante unabhängig voneinander bestimmt.

4. Verfahren zum Verwenden der Belichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei einer Synchrotron-Strahlungsquelle (31,8; 50,8), mit den Schritten:

Anordnen des Spiegels (319; 509) in einem Strahlungspfad zwischen der Synchrotron-Strahlungsquelle (318; 508) und einem zu belichtenden Substrat (311; 312; 501, 502);

Bestimmen des Treibprofils der Vorder- und Hinterkanten des beweglichen Verschlusses; und

Treiben des beweglichen Verschlusses in Übereinstimmung mit dem bestimmten Treibprofil.

5. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, mit den Schritten:

Bilden eines Halbleiterwafers (311, 501), der mit einem Abdecklack überzogen ist, der für Synchrotron-Strahlung empfindlich ist;

Belichten des Wafers über eine Maske durch Synchrotron-Strahlung unter Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3;

Entwickeln des belichteten Abdecklacks;

Erzeugen eines gemusterten Aufbaus unter Verwendung des entwickelten Abdecklacks als eine Maske und Entfernen des Abdecklacks; und

Vervollständigen einer Erzeugung der Halbleitereinrichtung.