DE69132160T2

DE69132160T2 - Lithographie mit ringförmigen Bildfeld

Info

Publication number: DE69132160T2
Application number: DE1991632160
Authority: DE
Inventors: Tanya E. Jewell; Kevin Thompson
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2011-10-03
Also published as: EP0523303B1; JP2004006908A; EP0523303A1; DE69132160D1; JP2002324755A; JPH0536588A

Description

Allgemeiner Stand der Technik

1. Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft die Ringfeldprojektionsstrukturierung, die bei der Herstellung von Bauelementen, z. B. integrierten Schaltungen, unter Verwendung von Submikrometer-Entwurfsmaßen zweckmäßig verwendet wird, sowie Vorrichtungen mit solchem Entwurf, die zu einer solchen Herstellung dienen. Die Verwendung von Reflexionsoptik erleichtert den Betrieb im Röntgenspektrum - insbesondere bei "langen" Wellenlängen von kleiner oder gleich 30 nm (300 Å) bis herab zu Einheiten von nm (einigen zehn Å). Vielfältige Entwurfsmerkmale haben besondere Konsequenzen. Die Durchsatzkapazität bei einer solchen Herstellung ergibt sich aus einem Linsenentwurf, der eine wesentliche Breite sowie eine wesentliche Länge grader Linien des Abtastringfeldschlitzes ermöglicht - Faktoren, die auch zu der Möglichkeit führen, anderweitig gewünschte LSI- Chips mit großen Abmessungen in einer einzigen Abtastsequenz zu strukturieren. Die Herstellung von höchstintegrierten Bauelementen - elektronisch oder optisch oder hybtid - die auf Entwurfsmaße von 0,25 um und weniger aufgebaut werden, wird in Betracht gezogen.

2. Stand der Technik

Die Saga der Hochintegration vom Beginn bis zur heutigen Zeit ist wohlbekannt. Die Entwicklung des derzeitigen 1-2-Megabit-Chips, der auf Entwurfsmaße von 1 um oder etwas darunter aufgebaut wird, stellt nicht · das ultimative Produkt dar. Die lithographische Auflösung hat eine wesentliche Rolle gespielt und wird dies auch weiterhin tun. Die Herstellung modernster Bauelemente hängt von der Verwendung von Wellenlängen im nahen Ultraviolettbereich von 365 nm (z. B. mit λ = 3650 Å ab). Die intensiven Entwicklungsbemühungen basieren auf Bauelementen der nächsten Generation, die kürzere Wellenlängen - oder "Tief-UV", 248 nm (z. B. mit λ = 2480 Å) verwenden. Noch kleinere Entwurfsmaße werden wahrscheinlich die Verwendung kürzerer Wellenlängen vorschreiben, und es wird erwartet, daß die zur Strukturierung verwendete elektromagnetische Strahlung notwendigerweise im Röntgenspektrum liegen wird.
Die F & E-Aktivität bezüglich der Röntgenherstellung von Bauelementen der zukünftigen Generation hat sich auf Röntgenwellenlängen von λ = (10-15 Å) 1,0 bis 1,5 nm konzentriert. Betrachtungen bezüglich der Eigenschaften von Materialien - schlechte Reflexion, Durchlässigkeit/Absorption - werden alle als eine nützliche Optik ausschließend betrachtet. Als Folge haben sich diese Röntgenbemühungen zum großen Teil auf den "Proximitätsdruck" gerichtet - d. h. effektiv Kontaktdruck mit geringfügiger Trennung zum Schutz leicht zu beschädigender Masken - ein Ansatz, der notwendigerweise auf ein Objekt/Bild-Größenverhältnis von 1 : 1 begrenzt ist.
Trotz der obigen Probleme unterstützen einige Betrachtungen die Fortsetzung paralleler Bemühungen, die sich an die Projektions-Röntgenlithographie wenden. Die Bemühungen finden zum großen Teil aufgrund der Hoffnung auf eine. Verkleinerung von Objekt zu Bild statt. Die Herstellung von 1 : 1-Masken, insbesondere bei oder unterhalb von Entwurfsmaßen von 0,25 um, führt zu Problemen, während vergrößerte Masken mit hoher Integrität, die sich für Verkleinerungssysteme eignen, mit derzeitiger Technologie hergestellt werden können. Außerdem können bei der Projektion dicke, robuste Reflexionsmasken verwendet werden, die bei dem Proximitätsdruck ausgeschlossen sind.
Frühe Bemühungen um die Projektionsröntgenlithographie verwendeten das Schwarzschildsystem mit zwei sphärischen Spiegeln. (Siehe "Soft x-ray Reduction Lithography Using Multilayer Mirrors" von Kinoshita et al. J. Vac. Sci. Technol., Band B6, S. 1648 (1989) und "Soft X-ray Projection Lithography Using an X-ray Reduction Camera" von Hawryluk und Seppala, J. Vac. Sci. Technol., Band B6, S. 2161 (1988).) Es bestehen drei primäre Faktoren, die die Verwendung eines Schwarzschildentwurfs für die praktische Lithographie einschränken - Feldkrümmung, Schwierigkeiten bei der Erzielung der Telezentrizität und Verschlechterung aufgrund von Mittenverdeckung.
Vielversprechende Arbeiten betreffen die Verwendung von Ringfeldabtastsystemen. Alle optischen Ringfeldformen basieren auf einer radialen Abhängigkeit der Aberration und verwenden die Technik des Ausgleichs von Aberrationen niedriger Ordnung (d. h. dritte Ordnung) mit Aberrationen höherer Ordnung zur Erzeugung schmaler kreisringförmiger Bereiche der Korrektur in Entfernung von der optischen Achse des Systems (Bereiche mit konstantem Radius, die in bezug auf die Achse drehungssymmetrisch sind). Die Form des korrigierten Bereichs ist als Folge kein gerader Streifen, sondern ein gebogener Streifen. Die Streifenbreite ist eine Funktion des kleinsten zu druckenden Strukturelements, wobei ein zunehmender Restastigmatismus bei Distanzen, die größer oder kleiner als der Entwurfsradius sind, bei größerer Auflösung eine größere Rolle spielt.
Eine relevante, auf diesem Prinzip basierende Vorrichtung, die aber zur Verwendung bei größeren Wellenlängen bestimmt ist, ist das Offner-1 : 1- Ringfeldsystem, das von der Perkin-Elmer Corporation vertrieben wird. Eine nützliche Beschreibung findet sich in der Beschreibung des U. S. Patents 3,748,015, ausgegeben am 24.7.1973. Es ist ein verzerrungsfreies telezentrisches System, das bei einer Vergrößerung von eins verwendet wird. Aufgrund der Symmetrie dieses Systems (es wird hier auf den Umstand verwiesen, daß das optische System und die Strahlwege vom Objekt zur Blende identisch mit denen von der Blende zum Bild sind - die "Blende" bedeutet den Überkreuzungspunkt von Hauptstrahlen oder die Position in dem System, an der im allgemeinen die Apertur angeordnet wird) werden Koma und Verzerrung intrinsisch korrigiert. Der Ausgleich des Astigmatismus niedriger und hoher Ordnung liefert einen schmalen kreisförmigen Bereich der Korrektur. Ein wesentlicher Vorteil des Offner-1 : 1-Systems besteht darin, daß die Ringfeldkorrektur mit sphärischen Spiegeln erzielt wird. Nachteile dieses Systems bestehen darin, daß es keine Verkleinerung aufweist und der Durchsatz durch die geringe Ringbreite begrenzt wird, die der Schmalheit der korrigierten Zone entspricht.
Wie bereits erwähnt, ist eine Hauptmotivation für die Röntgenprojektionslithographie die Schwierigkeit der 1 : 1-Maskenherstellung, die sowohl beim Proximitätsdruck als auch in dem Offner-Ringfeldsystem erforderlich ist. Relevante Beschreibungen von Systemen, die ausschließlich reflektive Drei-Element- Objektive verwenden, findet man in dem U. S. Patent 4,240,707, ausgegeben am 23.12.1980, und in dem U. S. Patent 4,733,955, ausgegeben am 29.3.1988. Beide dieser Entwürfe basieren auf Konfigurationen, die einen negativen (konkaven) Spiegel umfassen, der zwischen zwei positiven (konvexen) angeordnet ist, und beide sind für den sichtbaren/IR-Teil des Spektrums entworfen. Diese Systeme eignen sich gut für die Abbildung ferner Objekte (bei unendlich) über entweder zweidimensionale Sichtfelder oder Sichtfelder mit hohem Seitenverhältnis (gerade Schlitze). Keines dieser Systeme ist jedoch telezentrisch im Bildraum oder in bezug auf Bildverzerrung korrigiert. Ein weiterer Nachteil von Drei-Spiegel-Entwürfen für den vorliegenden Zweck besteht darin, daß sowohl Objekt als auch Bild auf derselben Seite des Systems angeordnet sind. Das Ergebnis ist eine starke Beschränkung der Waferbewegung zur Vermeidung einer Behinderung des optischen Systems.
Eine weitere relevante Beschreibung findet man in dem US. Patent 4,747,678, ausgegeben am 31.5.1988. Sie beschreibt ein optisches 4 : 1-Verkleinerungssystem für die Tief-UV-Lithographie, das eine Kombination eines Vier-Spiegel-Reflexionssystems und Dreiergruppen von Brechungslinsensystemen verwendet. Dies ist ein Ringfeldsystem; es ist telezentrisch und weist eine geringe Verzerrung auf. Das prinzipielle Konzept bei diesem Entwurf besteht darin, daß die Brechungslinsen in der Verkleinerungskonfiguration die Verwendung sphärischer Spiegel ermöglichen. Dieses System erzielt eine Auflösung von 0,5 um bei einer Wellenlänge von 250 nm (2500 Å), eignet sich aber aufgrund einer wesentlichen Absorption durch die Brechungslinsen nicht für den weichen Röntgenwellenlängenbereich, was wiederum zu einer Konzentration auf Reflexionslinsen führt.
Trotz der naturgemäßen Vorteile des 1 : 1- Ringfeldansatzes, der in der Abtastbetriebsart verwendet wird, besteht wenig Zuversicht, daß er eine wertvolle Rolle bei der LSI-Herstellung spielen wird. Neben dem 1 : 1-Maskenherstellungsproblem wird allgemein angenommen, daß der Durchsatz eines solchen Abtastsystems naturgemäß aufgrund der extremen, an die Minimierung von Aberrationen über die Breite des Ringfelds hinweg gestellten Anforderungen klein ist. Der sich ergebende schmale Ringformschlitz führt zu einem sehr geringen Durchsatz.
Bei einer Verkleinerungsform eines Ringfeldsystems werden Koma und Verzerrung nicht mehr durch die Symmetrie der Konfiguration gelöscht. Als Folge sind zur Steuerung dieser Aberrationen neben der sphärischen Aberration, Astigmatismus und Feldkrümmung weitere Entwurfsvariablen erforderlich. Bei dem in dem U. S. Patent 4,747,678 beschriebenen Entwurf nehmen die Variablen die Form zusätzlicher Brechungslinsen an. Für die Röntgenentwürfe liegen die zusätzlichen Variablen in der Form aspherischer Abweichungen jedes Spiegels von einer Kugel vor. Aspherische Koeffizienten für die Korrektur der Aberration der dritten Ordnung (die häufig konische Konstanten genannt werden) und für die Korrektur höherer Ordnung sind ein sehr effektives Mittel zur Steuerung von Aberrationen, und jeder Koeffizient kann im allgemeinen eine Ordnung eines Aberrationsterms steuern oder korrigieren. Die Verwendung asphärischer Spiegel wird zur Zeit als für Projektionsröntgensysteme unerläßlich angesehen.
Ausschließlich aus sphärischen Spiegeln bestehende Entwürfe, die vom Standpunkt der Aberrationskorrektur aus gesehen vielversprechend sind, wurden entwickelt, aber diese Systeme verwenden bis zu zehn Spiegel. Eine schlechte Reflexion von weichen Röntgenstrahlen bei fast normalem Einfall - 60% für verfügbare mehrschichtige Spiegel - liegt erheblich unter dem Reflexionsvermögen von optischen oder UV-Wellenlängen (in der Regel 98% und mehr), und dies schränkt eine Anzahl von Spiegeln, die in dem Projektionssystem verwendet werden kann, stark ein.
Andere Schwierigkeiten spielen vielleicht eine noch größere Rolle. Die Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge von (10-15 Å) 1,0 bis 1,5 nm, die beim Proximitätsdruck verwendet wird, liegt außerhalb des Bereichs zur Zeit verfügbarer Röntgenoptik, wie oben besprochen.
Dies hat zu der Betrachtung von Strahlung mit längerer Wellenlänge geführt - im Bereich mit einer Mitte um etwa 13 nm (130 Å), z. B. im Bereich von 10 bis 15 nm (100-150 Å). Obwohl geeignete Materialien mit etwas größeren Brechungsindexwerten bei solchen längeren Wellenlängen verfügbar sind, ist die Beschränkung des Durchsatzes aufgrund der Schlitzbreite W - eine Beschränkung, die nicht mit der Strahlungswellenlänge, sondern mit Bauelemente-Entwurfsmaßen zusammenhängt, weiter ein Problem. (Siehe Wood et al. Proc. of 33rd Int. Symp. on Electron, Ion, and Photon Beams, "Short Wavelength Annular-field Optical Systems for Imaging Tenth Micron Features", (1989).)
Verfügbare Brechungsindizes bei 10 nm (~100 Å) sind zwar immer noch relativ klein, reichen jedoch aus, um die Herstellung mehrschichtiger Reflexionsoptik ("verteilte Bragg-Reflektoren") zu ermöglichen. Zu einem Reflexionsvermögen von -45% führende DBR-Reflexionsoptik zur Verwendung mit Strahlung mit (140 Å) 14 nm wurde aufgebaut und zur Gewinnung von Strukturelementgrößen von einem Zehntel um verwendet.
Siehe Bjorkholm et al. "Reduction Imaging at 14 nm Using Multilayer Coated Optics: Printing of Features Smaller than 0,1 um", J. Vac. Sci. Technol., B8 (6) (Nov./Dez. 1990). Bei diesem Ansatz wird die Bereitstellung einer (Nichtabtast-)Vollelementverkleinerungsprojektion durch die Feldkrümung stark eingeschränkt. Obwohl die benötigte Auflösung erreichbar ist, ist die Feldgröße sehr klein, z. B. 25 um · 50 um für eine Strukturelementgröße von 0,1 um. Obwohl dies für die Verwendung bei der Ringfeldabtastung anpaßbar ist, gilt dieselbe Feldgrenze und führt zu einer Schlitzbreite W in der Größenordnung einiger weniger um (Mikrometer) (entsprechend einer Schlitzlänge L der gewünschten mehreren mm).
Kurz gefaßt hat der Anreiz des Ringfeldprojektionsdruckens z. B. für 0,25 um und darunter aufgrund von Betrachtungen wie zum Beispiel Maskensicherheit und Möglichkeit der Objekt-zu-Bild- Verkleinerung noch keine machbare Verarbeitung ergeben. Die sehr hohen Kamera-/Quellenkosten aufgrund von Durchsatzbeschränkungen werden als dafür verantwortlich betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder ein Prozeß nach Anspruch 7 bereitgestellt.
Vom Verarbeitungsstandpunkt aus gesehen ist der Kern der Erfindung die Beobachtung von Ringfeldprojektionseigenschaften, um zu einem gesteigerten Durchsatz von Bauelementen bei der Herstellung zu führen, während die diesem Ansatz zugeordnete Exzellenz beibehalten wird. Ein Hauptaspekt der Erfindung betrifft die Erreichbarkeit von Schlitzabmessungen, die sowohl eine Bildbreite während einer einzigen Abtastung als auch einen großen Abtastbereich ermöglichen. Eine besonders tiefgründige Beobachtung ist in dem Umstand begründet, daß bestimmte Hauptaberrationen im Hinblick auf die Abhängigkeit vom Radius von der optischen Mitte entgegengesetzte Steigung aufweisen. Dies gestattet wiederum den Entwurf einer Optik, die zu einer wesentlichen Löschung der Aberrationen führt, wodurch eine vergrößerte Schlitzbreite W und gleichzeitig eine Schlitzlänge L von mindestens gleich einer Einzelstruktur-Gesamtabmessung ermöglicht wird.
Die Aktivität in der Röntgen-Ringaeldherstellung wurde durch die erwarteten Kosten behindert. Die Extrapolation von Betrachtungen, die in der oben beschriebenen Arbeit implizit sind, führt zu einem sehr geringen Bauelementdurchsatz - führt zu einer ineffektiven Verwendung einer großen Investition in Geräte. Nützliche Produktionsraten für den Ansatz der Perkin-Elmer-Vorrichtung sind zu einem großen Teil auf annehmbare Abtastraten zurückzuführen, die wiederum Folge einer großen Schlitzbreite (typischerweise ~2 mm) sind. Die erforderlichen Aberrationsgrenzen über die Schlitzbreite hinweg (auf beiden Seiten des eingeschlossenen Bogens konstanter radialer Distanz, auf dem der Entwurf basiert) werden für kleinere Entwurfsmaße einschränkend. Als grobe Annäherung führt eine Verkleinerung von Entwurfsmaßen von 1,0 um auf die zur Zeit in Betracht gezogenen 0,1 um zu einer benötigten gleichzeitigen Verkleinerung der Breite (bis auf ~0,1 mm oder 100 um). In anderen Arbeiten wird nahegelegt, daß sogar noch schmälere Schlitze benötigt werden. Die praktische Schwierigkeit der Beleuchtung der sich ergebenden Schlitze mit hohem Seitenverhältnis ist für relativ kostspielige Röntgenquellen von besonderer Bedeutung. Da die Schlitzbreite für eine gegebene Aberration mit zunehmendem Radius verkleinert werden muß, um eine Aberrationssteuerung aufrechtzuerhalten, führen praktische Betrachtungen außerdem zu einer Begrenzung des Radius. Eine Verminderung des Radius vermindert jedoch auch die verfügbare geradlinige Abmessung des Schlitzbogens. Die Folgen sind problematisch - die sich ergebende Verkleinerung des Abtastbereichs vergrößert den Grundaufwand (die zur Neupositionierung der Vorrichtung zwischen Abtastungen erforderliche Zeit) - zulässige Abtastlängen können bis auf weniger als die gewünschten Bildstrukturbreiten verringert werden, so daß ein äußerst hoher Grad der Präzision an den Schlitzanstoßkanten erforderlich wird.
Synchrotronquellen, die effektiv kollimiert werden, können mit relativer Leichtigkeit zur Beleuchtung kleiner Abtastbreite W verwendet werden (was möglicherweise·durch eine Saumbildung aufgrund von Nahkohärenz begrenzt wird - ein Effekt, der manchmal eine gezielte Modifikation zur Verkleinerung der Koherenz nahelegt). Im allgemeinen ist eine kleine Quellenfläche, wie zum Beispiel bei Lambertschen und kollimierten Quellen, wünschenswert. Die Leistung aus Quellen mit größerer Fläche, z. B. Plasmaquellen (sowohl Schnürplasmas als auch elektronengepumpte Plasmas) kann nicht so effizient wie die aus einer kleinen Quelle gesammelt werden und erfordert relativ kostspielige, präzise entworfene Kondensoren, wodurch sowohl die anfänglichen Kosten der Vorrichtung als auch die Verarbeitungskosten vergrößert werden (die letzteren in dem Ausmaß, in dem die Kondenserherstellung unvollkommen ist).
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung wendet sich an Vorrichtungen mit einem Entwurf, der sich besonders für hohen Durchsatz eignet. Dieser Aspekt der Erfindung richtet sich auf eine ausschließlich reflektive, Verkleinerungs-, Ringfeldprojektionsvorrichtung, die sich für die Verwendung im Wellenlängenbereich von etwa 30 bis 4 nm (300 Å bis 40 Å) eignet (im sogenannten "langen" oder "weichen" Röntgenspektrum). Obwohl Prozesse hier eine größere Klasse von Geräteentwürfen ausnutzen, ist die beanspruchte Vorrichtung beispielhaft. Entwürfe der Erfindung liefern einen Durchsatz, von dem angenommen wird, daß er für die kommerzielle Herstellung realistisch ist, während die Vorteile im Hinblick auf Auflösung und Freiheit von sich ergebenden Aberrationen, die bisher bekannten Vorrichtungen mit niedrigem Durchsatz zugeordnet waren, beibehalten werden.
Genauer gesagt ermöglichen erfindungsgemäße Vorrichtungen die Abtastung von gebogenem schlitzförmigen Bildfeld, das früheren Entwürfen zugeordnet ist. Schlitzabmessungen, die mit Auflösungs-/Aberrationsanforderungen vereinbar sind, können von einer Länge sein, um eine Strukturabmessung ohne Notwendigkeit des Aneinanderfügens und von einer Breite, um eine effektive Verwendung der Röntgenquelle zu ermöglichen. Entwurfsoptionen sind u. a. eine wesentliche radiale Distanz von der optischen Achse zur Ermöglichung einer großen Schlitzlänge (L) - einer Länge, die ausreicht, um eine Strukturierung größerer Chips in einer einzigen Abtastung zu ermöglichen. Für eine bevorzugte Ausführungsform bedeutet diese Entwurfsflexibilität eine Schlitzlänge (L) entsprechend der Strukturbreite und eine wesentliche Schlitzbreite (W), wodurch eine effektive Verwendung vielfältiger Röntgenquellen gestattet wird, um so zu einem hohen Durchsatz zu führen. Eine große Schlitzbreite mildert außerdem Entwurfsanforderungen zur Bereitstellung einer gleichförmigen Beleuchtung über den gesamten Schlitz.
In der vorliegenden Erfindung wird ein reflektierendes dreifaches asphärisches Spiegelsystem zur Verwendung als Verkleinerungsprojektionssystem in einer unverdeckten Ringfeldform konfiguriert. (Die Vermeidung einer Mittenverdeckung ermöglicht einen maximalen Kontrast über den gesamten räumlichen Frequenzbereich hinweg - d. h. über den gesamten Bereich der Linienbeabstandung von Bildbedeutung). Die grundlegenden konischen Konstanten für die Spiegel werden für jeden Spiegel so gewählt, daß sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus und Verzerrung korrigiert oder ausgeglichen werden. Die Spiegelradien werden für jeden Spiegel so gewählt, daß sie zusammen mit den konischen Konstanten wirken, um eine optimale Korrektur bereitzustellen und um eine unverdeckte Ringfeldform aufrechtzuerhalten, die im Bildraum telezentrisch ist. Asphärische Abweichungen hoher Ordnung werden außerdem zur Bereitstellung einer optimalen beugungsbegrenzten Leistung verwendet. Bevorzugte Konfiguration im Entwurfsraum weisen einen der drei Spiegel als Basiskugel auf (d. h. eine konische Konstante von Null), mit geringer asphärischer Abweichung sechster und achter Ordnung. (Die Terminologie in bezug auf die verschiedenen Formen von Aberrationen - Koma, Astigmatismus, Verzerrung - ist gemäß der herkömmlichen Verwendung. Siehe W. T. Welford, "Aberrations of the Symmetrical Optical System", Academic Press (1974)).
Erfindungsgemäße Systeme verwenden einen vierten Spiegel (in Prototypsystemen einen Knickungsspiegel - mit verschwindender oder endlicher Lichtleistung) zwischen dem zweiten und dritten Spiegel des reflektierenden Tripels. Dieser vierte Spiegel dient vier wichtigen Zwecken: (1) Zum Knicken des Systems - um den Wafer auf der anderen Seite der Optik zu plazieren, was eine Bewegungsflexibilität ohne Hindernis gestattet; (2) zur Bereitstellung zusätzlicher Entwurfsflexibilität in der Optik zur Überwindung anderer Beschränkungen des Tripels; (3) zur Vergrößerung des Abstands zwischen der Optik unci dem Wafer und (4) zur Bereitstellung einer zugänglichen Blende in dem System. Die vergrößerte Schlitzbreite wird zu einem wesentlichen Teil diesem Entwurf zugeschrieben. Diesem Spiegel wird eine asphärische Abweichung hinzugefügt, die flach oder gekrümmt ist, um eine zusätzliche Korrektur von Aberrationen bereitzustellen, was zu einem System führt, dessen verwendbares Feld nur durch Verzerrung begrenzt werden kann. Die Abbildungsleistung im Hinblick auf Auflösung (unter Vernachlässigung der Verzerrung) für diese Entwurfsform wird durch die Restfeldkrümmung begrenzt, die sich aus dem Ausgleich ihrer dritten und fünften Ordnung ergibt. Bei einer bevorzugten Konfiguration ist der Verkapselungsspiegel sphärisch.
Obige Beschreibung wird wahrscheinlich direkt zumindest bei anfänglichen Entwürfen in kommerziellen Vorrichtungen implementiert. Tatsächlich gelten dargelegte Einzelheiten zu einem großen Teil in historischem Sinne, da die meisten anwendbaren bisherigen Arbeiten die Form des Tripels annahmen, das durch einen planaren Knickungsspiegel modifiziert wird. Dies ist zwar historisch korrekt, es ist jedoch offensichtlich, daß bestimmte Funktionen des vierten Elements einem Bestandteil/Bestandteilen des Tripels zugewiesen werden können. Ein optisch äquivalentes System kann auf der Verwendung eines Knickungsspiegels basieren, der möglicherweise sphärisch ist und keine asphärischen Terme enthält - ein System, bei dem die Korrektur durch geeignete asphärische Korrektur der anderen Elemente erfolgt.
In diesem Sinne wird zwar erwartet, daß bei den meisten kommerziellen Vorrichtungen ein Knickungsspiegel verwendet wird, es kann jedoch ein einfaches Tripelsystem entworfen werden, um das vergrößerte W der Erfindung zu ergeben. Es ist vorstellbar, daß der Vorteil verringerter Absorptionsverluste die Zweckmäßigkeit des Knickungsspiegels ausgleichen könnte.
Es ist zweckmäßig, die Attribute des erfindungsgemäßen Systems im Hinblick auf zulässige Merkmale sowohl vom Entwurfs- als auch vom Betriebsstandpunkt aus gesehen darzulegen. Bei der Auflistung solcher Merkmale sollte beachtet werden, daß es Umstände gibt, unter denen Wirtschaftlichkeits- oder andere Bedingungen das Weglassen eines oder mehrerer nahelegen kann.
- Abstand auf der Rückseite
- Strahlabstand an den Spiegeln
- Unverdeckt
- Koaxial (alle Spiegelmitten der Krümmung und Mitten von ringförmigen Objekten und Bildfeldern besitzen eine gemeinsame Achse, wodurch die Systemmontage und Ausrichtung vereinfacht wird)
- Nur konische Abweichungen plus Abweichungen 6ter und 8ter Ordnung (verringert asphärische Spiegelsteigung und dadurch die Herstellungskomplexität)
- Asphärische Abweichungen sind gering
- Die Verkleinerung im nutzbaren Feld (zur Aufrechterhaltung des Verschmierungswerts erforderlich) aufgrund der hier beobachteten radialabhängigen und Kreuzabtastverzerrungen wird verringert oder sogar durch Verwendung der Verzerrungskorrekturen der Erfindungen vermieden
- Einer und manchmal zwei der vier Spiegel sind Basiskugeln
- Zugänglicher Aperturstopp (Knickungsspiegel)

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt schematisch die Hauptelemente einer beispielhaften Röntgenlithographievorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 und 3 zeigen schematisch in Seiten- bzw. Draufsicht die relevanten Teile eines beispielhaften erfindungsgemäßen Projektionssystems von Maske zu Bildebene; Außerachsenteile der ursprünglichen drehungssymmetrischen Spiegel sind gezeigt.
Fig. 4 zeigt die Bildfeldform und -größe eines beispielhaften erfindungsgemäßen Projektionssystems.

Ausführliche Beschreibung

Allgemeine Systemeigenschaften

Obwohl Systeme mit vier Spiegeln im Hinblick auf Zweckmäßigkeit sowohl des Entwurfs als auch des Betriebs bevorzugt werden, sind optische Zielsetzungen in bezug auf den Abtastbereich/Durchsatz in Systemen mit drei Spiegeln (Tripelsysteme) erzielbar. Asphärika die für die Nullung des Astigmatismus ausreichen und mit anderweitiger Aberrationsverminderung vereinbar sind, sind in dem Tripel zulässig. Von einem generischen Standpunkt aus gesehen können innovative Fortschritte auf dieser Basis besprochen werden.
Wahlmöglichkeiten beim Entwurf hängen im wesentlichen von der Bestimmung ab, ob ein Zwischenbild besteht (ob eine Neuabbildung erfolgt) und ob der anfängliche Spiegel (der am nächsten bei dem Objekt liegende) positiv (konkav) oder negativ (konvex) ist. Im allgemeinen besteht ein Leistungsdefizit, das der Neuabbildung zugeordnet ist, da die Erreichung einer hohen Auflösung (die für Bauelemente hier in Betracht gezogen wird) schwierig gemacht wird. Da die Neuabbildung für die in Betracht gezogene Bauelementeherstellung nicht erforderlich ist, wurde die Neuabbildung nicht berücksichtigt.
Bei Systemen mit großem Format wird häufig ein negativer erster Spiegel verwendet, um das effektive Sichtfeld zu verkleinern, das den folgenden Spiegeln zugeführt wird. Diese Entwurfsoption wurde verfolgt, es hat sich jedoch herausgestellt, daß die telezentrische Anforderung bei der unverdeckten Konfiguration nicht erfüllt werden konnte. Als Folge hängen bevorzugte Systeme der Erfindung von einem positiven ersten Spiegel ab. Die Telezentrizität, eine gewünschte Eigenschaft von hier besprochenen Systemen/Prozessen beschreibt den normalen Einfall von bildgebenden Strahlen in bezug auf die Fokalebene (z. B. in bezug auf den Wafer). Es ist von großem Wert, eine geringfügige Bewegung des Wafers zu einer außerhalb der Fokalebene liegenden Position zu gestatten, ohne eine Bildverschlechterung aufgrund einer Bildverschiebung (die bei einem nichtsenkrechten Einfallswinkel entsteht) und/oder einer Veränderung der Bildvergrößerung für Hauptstrahlen, die nicht parallel sind, zu verursachen.
Die obigen Informationen wurden in einen Computer eingegeben, der ein Linsenentwurfsprogramm verwendet, um die in den Beispielen beschriebenen Entwurfsinformationen zu ergeben - z. B. die der Tabellen I-IV. Das konkrete verwendete Programm war "Code V"TM der Optical Research Associates (ORA), obwohl vielfältige Programme mit ähnlichen Eigenschaften verfügbar sind und verwendet werden können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele

Bei einer funktionierenden Ausführungsform umfaßt das Projektionssystem von Objektebene zu Bildebene einen ersten konkaven, einen zweiten konvexen, einen dritten konkaven und einen vierten konkaven Spiegel. Zur Gewinnung äußerst geringer Verzerrungen (-10 nm) über dem Ringfeld müssen mindestens zwei dieser Spiegel asphärisch sein. Die absoluten Radiuswerte der vier Spiegel betragen, wiederum von Objekt zu Bild und als Teil der Brennweite des Systems ausgedrückt, 0,56, 0,22, 4,57 und 0,38, jeweils innerhalb von ±5%. Äquivalent haben die Radien der vier Spiegel in derselben Reihenfolge ein Verhältnis von 1,00, 0,397, 8,165 und 0,688, jeweils bis auf ±5%. Die axiale Trennung der Spiegel als Teil der Brennweite des Systems betragen 0,191 (erster konkaver zu zweitem konvexen), 0,165 (zweiter konvexer zu drittem konkaven), 0,197 (dritter konkaver zu viertem konkaven) und 0,286 (vierter konkaver Spiegel zum Bild), jeweils innerhalb von ±10%. Die numerische Apertur des Systems am Bild beträgt 0,1 und kann verkleinert werden, wenn keine hohe Auflösung von 0,08 um benötigt wird. Die numerische Apertur kann ohne wesentliche Verluste bei der Bildqualität (weiterhin beugungsbegrenzte Leistung) bis auf ~0,14 vergrößert werden, wenn die Anforderung an die Bildverzerrung gemildert wird.
Bei bevorzugten Ausführungsformen hat das nutzbare Bildfeld (auf der Grundlage der Abbildungsleistung und unter Vernachlässigung der Verzerrung) die Form eines Bogens mit zwei Abmessungen R und W, wobei R der Radius des Bogens und W die Breite des Bogens ist Ksiehe Fig. 4) (R > W) und W > 1 mm. Dieses System ist kompakt, wobei der Leerraum auf der Rückseite (der für die Systemimplementierung in einer Vakuumumgebung notwendig ist) mindestens 5 cm (2 Zoll) beträgt. Da der Astigmatismus über eine große Ringbreite hinweg korrigiert wird, wird die verwendbare Ringbreite für Röntgenlithographieanwendung für die in Betracht gezogenen Entwurfsmaße durch die Verzerrung begrenzt. Dies ist von besonderer Bedeutung bei Entwurfsmaßen von 0,1 um und weniger, bei denen nur wenig Konkurrenz durch Verwendung von Strukturierungsstrahlung im UV- Spektrum erwartet wird. Andere Betrachtungen, z. B. Ertrag, könnten sehr wohl auch zu einer kommerziellen Anpassung auf größere Entwurfsmaße - für Entwurfsmaße von sogar 0,3 um - führen.
Abtastsysteme stellen naturgemäß strenge Anforderungen an die Konstanz der Umkehrung der Vergrößerung jedes Punkts auf der Maske auf seinen entsprechenden Punkt auf dem Wafer. Die Umkehrung der Vergrößerung für einen bestimmten Punkt auf der Maske wird durch eine Kombination der paraxialen Umkehrung der Vergrößerung des optischen Systems und der Verzerrung bestimmt. Im Hinblick auf das Ringfeldabtastsystem verläuft ein einzelner Punkt. auf der Maske entlang einem Linienweg in dem gebogenen beleuchteten Feld des optischen Systems, während er auf einen einzigen Punkt auf dem Wafer abgebildet wird. Die genaue Position dieses optisch projizierten Punkts auf dem Wafer schwankt, wenn die örtliche Umkehrung der Vergrößerung entlang dieses Abtastweges schwankt, was zu einer Bildverschmierung führt. Die Schwankung der durch die örtliche Umkehrung der Vergrößerung verursachten Bildverschmierung ist häufig der steuernde Faktor bei der Schärfe. Entlang der Abtastrichtung kann eine konstante oder lineare Schwankung der örtlichen Verzerrung (und deshalb der örtlichen Umkehrung der Vergrößerung) durch Feineinstellung der Wafer- Abtastrate auf einen etwas von dem paraxialen Wert für das Verkleinerungsverhältnis verschiedenen Wert ausgeglichen werden. In der Kreuzabtastrichtung ist diese Technik jedoch für Strukturelemente, die azimutal von der Mitte des beleuchteten gebogenen Rings entfernt liegen, ineffektiv. Jede Veränderung der örtlichen Vergrößerung aufgrund der Verzerrungsschwankung radial über den Ring hinweg verursacht eine Kreuzabtastbildverschmierung, die nicht ausgeglichen werden kann.
Die obige Beobachtung wurde durch Verwendung eines Modells verifiziert, bei dem das Objekt (die Maske) zusammen mit dem Bild (dem Wafer) dezentriert wurde - die Dezentrierung des Bildes erfolgte in dem Abstand gleich dem Produkt des Verkleinerungsverhältnisses und der Objektverschiebung. Die Modellierung beinhaltete eine Menge von sieben Objektpunkten mit Zuwächsen von 10º entlang des oberen Teils des Ringschlitzes. Die x- und y-Fangwerte des Hauptstrahls am Bild für eine Menge von fünf Abtastpositionen sind in Tabelle A gezeigt. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Abtastung in der y- Richtung eine 11-nm-Bildverschmierung in der x-Richtung an den Kanten der Bogenlänge ±30 Grad des Schlitzes erzeugt. Tabelle A AUSWERTUNG ABTASTUNGSABBILDUNG Y-FANGWERT ALS FUNKTION DER RINGBREITE AUSSEN- ZU INNENRAND (MM) X-FANGWERT ALS FUNKTION DER RINGBREITE AUSSEN- ZU INNENRAND (MM)
Bei bekannten Ringfeldsystemen würden die Ringbreiten in der Regel durch Astigmatismus begrenzt, bevor sie durch Verzerrung begrenzt werden, obwohl bei diesen Verzerrungswerten (d. h. 10 nm) nur wenig geforscht wurde. Die Auflösung über diesem Bildfeld beträgt 0,08 um.
Die folgende Tabelle, Tabelle B, beschreibt Leistungsdaten im Hinblick auf die Auflösung über die Feldbreite des Schlitzes hinweg. Sie zeigt den 84%- Kreis-Energiebeugungsfleckdurchmesser und den Efektivwert-Wellenfrontfehler bei einer Wellenlänge von 13 nm. Tabelle B
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Bildverkleinerung mindestens 2 : 1, W mindestens 0,5, R mindestens 31,25 mm und die Auflösung über dem ringförmigen Bildfeld ist größer als 0,1 um. Wenn keine solche Auflösung erforderlich ist, kann sie verringert werden (z. B. auf einen Wert im Bereich von 0,2 um-0,5 um), indem einfach die Apertur in dem System verkleinert wird, um eine Vergrößerung der Ringbreite und folglich einen vergrößerten Durchsatz zu gestatten. Der Aperturstopp liegt bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Nähe des Tertiärspiegels.

Ausführliche Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt schematisch eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung für die Halbleiterröntgenlithographie. Die Vorrichtung umfaßt eine Strahlungsquelle 11 (beispielsweise eine Synchrotron- oder Laserplasmaquelle), die einen Röntgenstrahl 12, in der Regel einen polychromatischen Strahl, emittiert. Das optionale Filtersystem 13 dient zur Verschmälerung der spektralen Breite des Strahls 12, so daß sich ein im wesentlichen monochromatischer Strahl 12' ergibt. Dieser Strahl wird dann in den Kondensor 18 eingeführt, der einen Strahl 12" emittiert, der eine solche Konfiguration aufweist, daß der erforderliche Teil der Maske 14 gleichförmig beleuchtet wird. Der austretende strukturierte Strahl wird in das optische System 10 eingeführt, das ein Bild der Maske 14, die auf der Maskenstufe 15 angebracht gezeigt ist, auf den Wafer 16 projiziert, der wiederum auf der Stufe 17 angebracht ist. Das Element 18, ein x-y-Scanner, tastet die Maske 14 und den Wafer 16 in einer solchen Richtung und mit einer solchen Relativgeschwindigkeit ab, daß die gewünschte Verkleinerung von Maske zu Bild ermöglicht wird. Da das erfindungsgemäße Projektionssystem wie nachfolgend besprochen ein ausschließlich reflektierendes System ist, ist die Verwendung eines Filtersystems nicht immer notwendig. Die beste Auflösung wird im allgemeinen jedoch dann erzielt, wenn längere Wellenlängen aus dem Strahl entfernt werden. Durch Anpassen der spektralen Breite der einfallenden Strahlung an die Reflexionsbandbreite der Spiegel in dem Projektionssystem wird außerdem die Stabilität des Systems in der Regel verbessert, da die Spiegel nicht die Last unerwünschter Strahlung tragen müssen.
Fig. 2 und 3 zeigen eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die in der Entwicklung verwendet wird, von der in dem Beispiel berichtet wird. Die beiden Figuren sind 90º-Ansichten derselben Vorrichtung. Diese Vorrichtung, die im Betrieb abgebildet ist, besteht aus einer Röntgenquelle 20, die einen Strahl 21 erzeugt, der wiederum über die Schlitzbreite W 23 eine Maske 22 beleuchtet (die der Maske 14 von Fig. 1 entspricht). Die Figuren sind vereinfachte schematische Darstellungen, so daß zum Beispiel der als aus der Quelle 20 austretend gezeigte Röntgenstrahl im gewöhnlichen Fall die Folge eines Kondensors zwischen der Quelle 20 und der Maske 22 (nicht gezeigt) ist. Der reflektierte Strahl 24, der als divergierend gezeigt ist, wird durch den konkaven Spiegel 25 reflektiert, um so den konvexen Spiegel 26 mit dem nun konvergierenden Strahl 27 zu beleuchten. Die Reflexion von dem konvexen Spiegel 26 führt zu dem Strahl 2ß, der den Knickungsspiegel 29 beleuchtet, der in dem gezeigten Fall konkav ist, um zu einer Beleuchtung des konkaven Spiegels 30 durch den nun divergierenden Strahl 31 zu führen. Die Krümmung und Position des Spiegels 30 ist dergestalt, daß sich eine reflektierte Strahlung ergibt, die im Bildraum telezentrisch ist. Die Beleuchtung des Wafers 32 durch den Strahl 33 ist als konvergierend gezeigt, um so eine solche Bildverkleinerung im Bezug auf die Maske 22 darzustellen, die bereitgestellt wird. Zu Lehrzwecken sind vollständige Koaxialstrukturen, von denen die Spiegel 25, 26 und 30 ein Teil sind, mit gestrichelten Teilen 25a, 26a und 30 gezeigt, wodurch diese Strukturen abgeschlossen werden - wobei alles als relativ zu der Achse 34 koaxial gezeigt ist. Der Knickungsspiegel 29 ist als mittig in bezug auf die Achse 34 angeordnet gezeigt - eine Anordnung, die tatsächlich in dem Beispiel verwendet wurde. Das ringförmige Objekt und die Bildfelder sind koaxial in bezug auf die Achse 34 und ihre Ebenen (d. h.. die Objekt-/Bildebenen, die die gebogenen Felder enthalten) sind senkrecht zu der Achse 34.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung von Fig. 2 im rechten Winkel zu der Darstellung der früheren Figur gesehen. Die Quelle 20 beleuchtet wieder die Maske 22, wobei diesmal die Abbildungsstrahlung 23a eine Hauptabmessung hat, die für die Beleuchtung des Schlitzes ausreicht - um den Schlitz in seiner Hauptabmessung, der Länge L, gleichförmig zu beleuchten. Der Rest ist wie in Fig. 2 gezeigt: Der Strahl 24 wird durch den Spiegel 25 reflektiert, um den Spiegel 26 im Strahl 27 zu beleuchten, was zu einer Beleuchtung des Knickungsspiegels 29 durch den Strahl 28 führt. Dies führt wiederum zu dem Strahl 31, der den Spiegel 30 beleuchtet, um fokussiertes Bild auf dem Wafer 32 mittels des Strahls 33 zu erzeugen.
Im Betrieb wird der aus verschiedenen Punkten auf der Maske 22 austretende Lichtstrahl 24 in einem konvergierenden Muster durch den Hauptspiegel 25, einem konkaven asphärischen, auf den Sekundärspiegel 26, einem konvexen asphärischen, reflektiert. Die durch den Sekundärspiegel 26 empfangene Strahlung 27 wird als Strahlung 28 auf die konkave Oberfläche des Tertiärspiegels 29 reflektiert. Bei der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform ist der Tertiärspiegel ein quasi flacher schwacher asphärischer, könnte als Option jedoch auch sphärisch sein. Der Tertiärspiegel 29 befindet sich am Aperturstopp des Systems - an der Position, an der sich Hauptstrahlen kreuzen, und dient zum Knicken, d. h. zum Verschieben des Bildes auf die andere Seite der Optik. Wie andere der optischen Elemente ist er in bezug auf die optische Achse 34 zentriert. Die Leistung, die diesem Spiegel hinzugefügt wird, ist erforderlich, um den notwendigen Leerraum auf der Rückseite für die Projektionslithographieanwendung bereitzustellen. Von dem Tertiärspiegel aus wird die Strahlung in einem divergierenden Muster auf den Quaternärspiegel, einem konkaven asphärischen, reflektiert. Die Krümmung und Position dieses Spiegels werden so gewählt, daß die von ihm reflektierte Strahlung im Bildraum telezentrisch ist. Wie gezeigt, ist das erfindungsgemäße Belichtungssystem drehungssymmetrisch in der Apertur, und das ringförmige Objekt und die Bildfelder und sowohl die Objekt als auch die Bildebene sind senkrecht zu der optischen Achse 34. Außerdem handelt es sich um ein ausschließlich reflektierendes, Verkleinerungs-, unverdecktes System mit endlicher Konjugation, das zur Bildung eines flachen, bogenförmigen Röntgenbilds auf einer flachen Maske ausgelegt ist. Das Bild kann beugungsbegrenzt werden, mit hoher Auflösung über dem Bildfeld. Das Bildfeld hat die Form eines Bogens mit Abmessungen W und L, wobei W die Bogenbreite und L die Bogenlänge ist. Die Bogenlänge L hängt von dem Ringradius R ab und kann wie in Fig. 4 gezeigt definiert werden.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Schlitzes 40 mit den Abmessungen W 41 und der Länge L 42 abgebildet als Teil des Ringfelds 43, das durch die radiale Abmessung R 44, definiert wird, die die Distanz von der optischen Achse 45 und der Mitte 46 des Schlitzes 40 überspannt. Beispielsweise beträgt W etwa 0,5 mm und R etwa 31,25 mm, wodurch L etwa gleich 31,25 mm wird. Es sind aber auch rechteckige, quadratische oder andere Außerachsenfeldformen möglich und werden in Betracht gezogen. Es können sowohl konische als auch allgemein asphärische Spiegelgeometrien in verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden, die durch die Erfindung ermöglicht werden. Die Erfindung liefert außerdem ein optisches System, das verschiedene Niveaus der Bildqualität, in der Regel im Bereich von 0,5 um bis 0,05 um, und eine Verzerrungskorrektur von 1 um bis 0,001 um erreichen kann.
In erfindungsgemäßen Projektionssystemen können die Spiegelparameter ohne weiteres so gewählt werden, daß sie zusammenwirken, um einen hohen Grad der Korrektur von sphärischer Aberration, Koma und Petzval- Krümmung zu ergeben. Merkmale dieses Entwurfs sind u. a.: Eine zugängliche Blende (am Tertiärspiegel oder in seiner Nähe); geringe Verzerrung, z. B. mit einem Ergebnis von weniger als 11 nm Bildverschmierung in der Kreuzabtastrichtung; ein telezentrischer Bildraum (der Nicht-Telezentrizitätsfehler beträgt weniger als 5 nm pro 1 um Entfokussierung), d. h. normiert pro Mikrometer Verschiebung der Bildebene von der Fokalebene; und ein großer Leerraum auf der Rückseite, z. B. mehr als 2 Zoll, durch das Hinzufügen einer Verkapselungsfaltung und die Verwendung der Leistung des hinzugefügten Spiegels zur Steuerung des Verkapselungsfreiraums.
Die Auflösung über dem Bildfeld ist bei den erfindungsgemäßen Systemen in der Regel besser als 0,2 um. Bei einem beispielhaften System gemäß der Erfindung beträgt die Auflösung 0,08 um über einem Ringfeld von 0,5 mm Breite und 31,25 mm seines Radius.
Tabelle B zeigt berechnete Leistungsdaten für die zur Zeit bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Projektionssystems für eine Wellenlänge von 13 nm. Insbesondere zeigt Tabelle B den 84%- Kreis-Energiebeugungsfleckdurchmesser und den Effektivwert-Wellenfrontfehler für verschiedene Feldpunkte über die Ringbreite von 0,5 mm hinweg.
Die Tabellen I-III enthalten Aufbaudaten und andere relevante Informationen für das beispielhafte, zur Zeit bevorzugte Projektionssystem von Fig. 2 und 3. Dieses System ist ein telezentrisches 4 : 1-, 0,5-mm- Ringfeldsystem mit 0,1 NA. Die Bezugswellenlänge ist 13 nm.
Tabelle I zeigt Spiegelradien und -abstände und beschreibt zusammen mit den Tabellen II-III die Vorrichtung des Beispiels. Die Größen werden in Fachleuten auf dem Gebiet des optischen Entwurfs geläufigen Größen dargelegt, die zum Beispiel in dem ORA Code V Reference Manual, Version 7.20 (Dezember 1988), Optical Research Associates, Pasadena, Kalifornien beschrieben werden.
Zu technischen Begriffen gehören: "INF" (das eine Fläche einer Peripherieoberfläche eines Kreises mit unendlichem Radius beschreibt); "Dicke" ist der in der Technik geläufige Ausdruck für die Distanz von Oberfläche zu Oberfläche, so daß z. B. 571,7951 die Distanz in mm von der Objektoberfläche zu dem ersten Spiegel ist. Tabelle I - Herstellungsdaten Tabelle II - Asphärische Konstanten
Tabelle III gibt Daten der ersten Ordnung bezüglich des beispielshaften Systems. Tabelle III - Systemeigenschaften
Die vorangehende Beschreibung unter "Beispiel", einschließlich der Tabellen A, B und I-III betreffen eine tatsächlich funkttonierender Ausführungsform der Erfindung. Obwohl diese Fakten nur der Vollständigkeit halber miteingeschlossen werden, werden dadurch den erfindungsgemäßen Lehren, die ordnungsgemäß in den Ansprüchen beschrieben werden, keine Grenzen gesetzt.

Verarbeitungsbetrachtungen

Die ausführliche Beschreibung erfolgte bisher zu einem großen Teil im Hinblick auf Vorrichtungen, obwohl auch Verarbeitungsimplikationen nicht ignoriert wurden. Die Flexibilität bei den Schlitzabmessungen ist offensichtlich von beträchtlichem Wert. Eine vergrößerte Schlitzbreite, über die hinweg die relevante Aberration verringert wird, ermöglicht einen Durchsatzvorteil für hergestellte Submikrometerbauelemente. Wie erwähnt, bedeutet dies wiederum möglicherweise eine vergrößerte Schlitzlänge zur Ermöglichung einer zweckmäßigen Herstellung größerer Chips und zur Verringerung des Grundaufwands. Der gezeigte Entwurf von Vorrichtungen erfolgte etwas einschränkend. Die nunmehr festgestellte Möglichkeit der Verringerung der Aberration über eine größere Breite hinweg kann zu weiteren Entwurfsansätzen führen - Ansätzen, die außerhalb der vorgestellten Kategorie liegen. Die Aktivität in dieser Richtung wird durch die inneren Verarbeitungsvorteile hervorgerufen.
Die lithographische Röntgenstrukturierung - zu gewissem Ausmaß insbesondere mit weichem Röntgen - stellt naturgemäße Vorteile für den in Betracht gezogenen Bereich von Entwurfsmaßen von 0,25 um und darunter dar. Eine interessante laufende Entwicklung in bezug auf ein hochauflösendes Resist hat die folgende Form angenommen: erstens von mehrschichtigen Resists (bei denen nur die oberste Schicht belichtet und entwickelt wird, woraufhin ihre Struktur auf das darunterliegende Material übertragen wird) und; zweitens von Oberflächenaktivierungsresist - das selbst anfänglich in Form einer "oberflächennahen" Aktivierung und schließlich von echter Oberflächenaktivierung vorliegt. Bei der oberflächennahen Aktivierung werden die Bedingungen/Materialien für eine Resistdurchdringung von bildformender Strahlung auf den oberen Bereich gewählt - einem Bereich von vielleicht 200 oder 300 nm (2000 oder 3000 Å) Dicke. Bei der echten Oberflächenaktivierung, einem neu entstandenen Gebiet, wird durch eine Dicke von nur einer oder einigen wenigen Monoschichten auf der freien Oberfläche hindurch aktiviert.
Die oberflächennahe und echte Oberflächenaktivierung haben bisher eine Aktivität erfordert, die auf die gezielte Vergrößerung der Undurchlässigkeit gerichtet ist, um die Durchdringung der Strukturierungsstrahlung einzuschränken. Der weiche Röntgenbereich, an den sich die vorliegende Beschreibung im wesentlichen wendet, eignet sich naturgemäß für diese Ansätze. Zum Beispiel hat die bei vielen obigen Betrachtungen behandelte Strahlung mit 13 nm (130 Å) bei den meisten realen Materialien eine naturgemäß beschränkte Durchdringungstiefe. Anderweitig geeignete organische Resistmaterialien werden nur bis zu einer Tiefe in der Größenordnung einiger weniger hundert nm (tausend Å) durchdrungen. Andere Resistmaterialien, die schwerere Elemente enthalten, verringern die Durchdringungstiefe weiter.
Vorteile der Oberflächen- und oberflächennahen Aktivierung - Vorteile, die gezielte Bemühungen zur Steigerung der Undurchlässigkeit in den UV-Wellenlängen hervorgerufen haben - Vorteile mit besonderer Bedeutung für in Betracht gezogene kleine Entwurfsmaße - führen alle zu einer zuverlässigen Erreichung einer hohen Auflösung. Eine Tiefe von nur einigen wenigen hundert nm (tausend Å) ermöglichen eine größere Flexibilität für die Röntgenverarbeitung, bei der die Fokaltiefe möglicherweise 1 um oder weniger beträgt. Übertragungsverfahren, durch die das bei der Oberflächenaktivierung behandelte Bild auf das darunterliegende Material übertragen wird, sind für die nahezu senkrechte Strukturierung - der anisotropischen Übertragung zur Minimierung der Unterätzung - vielversprechend.
Obwohl die Vorrichtung/Verarbeitung der Erfindung kürzere Wellenlängen, z. B. bis auf 5,5 nm (55 Å) herab in Betracht zieht, kann die bedeutendste kommerzielle Verwendung tatsächlich die Verwendung der in Betracht gezogenen längeren Wellenlängen nach sich ziehen. Die anfängliche Verwendung wird erwartungsgemäß Aufmerksamkeit auf sich lenken durch die Ermöglichung von Resistschichten aus einem einzigen Material mit gleichförmiger Zusammensetzung mit der benötigten Dicke von ~1 um. Die Verwendung von Strahlung mit 5,5 nm (55 Å), die durch die Gesamtheit einer Resistschicht dringen kann (wahrscheinlich im Dickenbereich von 0,5- 1,5 um) ermöglicht Resist/Entwicklung auf die herkömmliche kommerzielle Weise mit wohlbekannten Wirtschaftlichkeitsfolgen (Verringerung der erforderlichen Verarbeitungsschritte, höhere erwartete Erträge usw.). Es ist jedoch wahrscheinlich, daß die oben dargelegte Betrachtung zu einer Betonung der Oberflächenaktivierung führen wird. Eine ausführliche Besprechung dieser Sachverhalte findet man in Proceedings of SPIE, Band 1343, (1990), "Resist Schemes For Soft X-ray Lithography" (vorgelegt auf dem Symposium an XUV Lithography, San Diego, Kalifornien, 9.- 12.7.1990).
Der erfindungsgemäße Fortschritt hat die größte Bedeutung bei der Ermöglichung eines wirtschaftlich realistischen Herstellungsdurchsatzes zur Konkurrenz mit dem alternativer Ansätze oder zu deren Übersteigung. Erfindungsgemäße Prozesse, die verfügbare Röntgenquellen verwenden, ermöglichen eine Strukturbelichtung mit einer Rate von 1 cm² pro Sekunde und darüber. Dies ist äquivalent zu dem Beschreiben eines Wafers mit 152 mm (sechs Zoll) in drei Minuten. Unter Annahme eines Grundaufwands von einer Minute (für Wafertransport und -ausrichtung) führt dies zu einem Durchsatz von 15 Wafern mit 152 mm (sechs Zoll) Durchmesser pro Stunde. Eine Belichtung mit einer Rate von 0,5 cm²/s mit derselben Grundaufwandzeit führt zu einem Durchsatz von 8 Wafern pro Stunde - ein immer noch annehmbarer Durchsatz.
Bisherige Arbeiten legen eine Resistempfindlichkeit im Bereich von 5-10 mJ/cm² (Millijoule/Quadratzentimeter) als Kompromiß zwischen Durchsatz und Auflösung nahe. Resists mit größerer Empfindlichkeit, z. B. 1 mJ/cm² oder darunter können aufgrund statistischer Schwankungen der Anzahl von absorbierten Röntgenphotonen eine verschlechterte Auflösung erleiden.
Wenn ein Quadratzentimeter pro Sekunde belichtet werden soll, ist es notwendig, 10 mW der Röntgenleistung an den Wafer abzugeben. Projektionssysteme wie die beschriebenen, die vier Spiegel und eine Reflexionsmaske enthalten, führen zu einer Durchlässigkeitseffizienz von Quelle zu Bild von etwa 7,8% auf der Grundlage der Annahme, daß jede Oberfläche ein Reflexionsvermögen von etwa 60% bei senkrechtem Einfall aufweist. Dies bedeutet eine Leistungsanforderung von etwa 130 mW Einfall auf die Maske. Die verwendbare Strahlungsbandbreite ist zu einem großen Teil eine Funktion der Bandbreite des Reflexionsvermögens des Kondensors und der Spiegel. Bragg-Spiegel und Kondensorentwürfe, die bisher untersucht wurden, basieren auf einer Bandbreite von 5% um einen Mittenwellenlängenwert von 13 nm (130 Å)(eine geeignete Wellenlänge zur Verwendung mit mehrschichtigen Molybdän-Silizium-DBR-Beschichtungen). Eine solche Strahlung ist aus einem Ablenkmagneten eines großen Synchrotrons erhältlich (der National Synchrotron Light Source Vacuum Ultraviolet Ring in den Brookhaven Laboratories erzeugt 0,25 mW bei einer Bandbreite von 1%/Millibogenmaß/100 mA).
Wenn die Kondensoroptik 50% dieser Leistung in dem 100-Millibogenmaß-Divergenzwinkel sammeln kann, wenn der Speicherring 300 mA Strom führt, fallen 170 mW Leistung innerhalb von 5% der Wellenlängenbandbreite mit der Mitte um 13 nm (130 Å) auf die Maske ein, UAL mehr als die erforderlichen 130 mW für die Maskenbeleuchtung zu ergeben.
Weitere Einzelheiten findet man in "Soft X-ray Projection Lithography" von D. L. White et al. Solid State Technology (Juli 1991).

Claims

1. Abtast-Ringfeldverkleinerungsprojektionsvorrichtung (10) zur lithographischen Strukturierung durch Abtasten eines im wesentlichen in einem gebogenen Schlitz (40) enthaltenen Bildbereichs während der Bauelementeherstellung zur Gewinnung von Bauelementen, die mit einem Entwurfsmaß von maximal 0,4 um hergestellt werden, zur Verwendung mit Röntgenstrahlung (12") im Wellenlängenbereich von 30 nm bis 4 nm (300-40 Å), wobei die Optik der Vorrichtung gänzlich Reflexionsoptik ist und verteilte Bragg-Reflektoren umfaßt, wobei die Optik in der Richtung von Objekt zu Bild ein Tripel aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten optischen Spiegelelement (z. B. 25, 26 bzw. 30) enthält, wobei der Schlitz einen Bereich enthält, der in einem solchen Radius von der optischen Achse liegt, daß eine effektive Verwendung einer Röntgenstrahlungsquelle zur Erzielung einer Gesamtaberration ermöglicht wird, die klein genug ist, um eine Strukturierung mit dem genannten Entwurfsmaß zu ermöglichen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein viertes optisches Spiegelelement (29) zwischen dem zweiten und dem dritten optischen Element enthält und daß das vierte optische Element nicht planar ist, wobei das vierte optische Element den folgenden vier Zwecken dient: (1) Bereitstellen einer zugänglichen Blende; (2) Plazierung des Bildes auf der dem Objekt entgegengesetzten Seite der Optik; (3) Bereitstellung eines gewünschten Arbeitsraums zur Ermöglichung einer zweckmäßigen Herstellung des Bauelements bei einer Positionierung mit einer Oberfläche, die der des Bildes entspricht; und (4) Verkleinern der radialen Abhängigkeit des Bereichs, wodurch ein Bereich mit größerer Abmessung in der Abtastrichtung bereitgestellt wird, als für das Tripel zulässig ist, wodurch die Vorrichtung den gewünschten Arbeitsraum und die angegebene Aberrationsfreiheit in dem Bild bereitstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der optischen Elemente eins bis vier eine asphärische Reflexionsfläche umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bildbereich gebogen ist und dem gebogenen Schlitz entspricht, und wobei die Abmessung des Bildes in der Abtastrichtung mindestens 0,5 mm beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das vierte optische Element konkav ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberflächen der optischen Elemente in der Reihenfolge von Objektebene zu Bildebene konkav, konvex bzw. konkav sind, und wobei die Absolutwerte der Radien der optischen Elemente von Objekt zu Bild gesehen als ein Teil der Brennweite des Systems ausgedrückt bis auf jeweils ±5% 0,56, 0,22, 4,57 bzw. 0,38 betragen; die axiale Trennung optischer Element ebenfalls so gesehen und als ein Teil der Brennweite des Systems ausgedrückt 0,191, 0,165, 0,197 beträgt, und wobei die Trennung des Bildes von dem vierten optischen Element entlang dessen Achse gemessen 0,286 beträgt, wobei all diese Trennungswerte innerhalb von ±10% liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Optikpositionierung dergestalt ist, daß eine Telezentrizität im Bildbereich resultiert, wobei der Bildbereich im wesentlichen flach ist, und wobei die Verzerrungskorrektur dergestalt ist, daß eine Restverzerrung während des Abtastens zu einer Bildverschmierung von höchstens 20. nm führt.

7. Verfahren zur Bauelementeherstellung, wobei die Herstellung mindestens einen lithographischen Strukturierungsschritt mit anschließender weiterer Verarbeitung, einschließlich Entwicklung, umfaßt, wobei der lithographische Strukturierungsschritt eine Vorrichtung nach Anspruch 1 verwendet, wodurch der Herstellungsdurchsatz während dieses Strukturierungsschritts mit Ausnahme des Grundaufwands bei der Strukturierung für ein Resist mit einer Empfindlichkeit von 10 mJ/cm² in bezug auf den im wesentlichen aktinischen Teil solche Strahlung bei einer Rate von mindestens 0,5 cm²/s, oder für Resist mit anderer Empfindlichkeit bei einer äquivalenten Rate liegt, wobei sich die Rate linear umgekehrt mit der Resistempfindlichkeit ändert, und wobei dieser Durchsatz auf einer aktinischen Beleuchtungsleistung von 10 mW beruht und dieser Durchsatz einen Grundaufwand, der sich ungefähr linear mit der Änderung dieser Leitung ändert, nicht enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Abtast- Ringfeldverkleinerungsprojektionsvorrichtung eine Vorrichtung nach Anspruch 1 ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Mitte des aktinischen teils des Spektrums bei einer Wellenlänge im Bereich von 30-4 nm liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Eindringung der Strahlung in das Resist auf eine Tiefe beschränkt wird, die kleiner als die Resistdicke ist.

11. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das resist in Strahlungsrichtung gesehen mindestens zwei Schichten verschiedener Zusammensetzung umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die erste der mindestens zwei Schichten eine freie Oberfläche definiert und die weitere Verarbeitung das Entwickeln der ersten Schicht mit anschließender Übertragung der Struktur auf die andere Schicht umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Resist ein dreistufiges Resist ist.

14. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Strukturieren durch die Strahlung die Resisteinfallsoberfläche so modifiziert, daß die Oberfläche in bezug auf die Suszeptibilität während der nachfolgenden Strukturübertragung aktiviert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Dicke des während der Aktivierung modifizierten Resists maximal einige wenige monomolekulare Schichten beträgt.