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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von integrierten Schaltungen
und insbesondere die Musterung von Fotolackschichten.
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Bei
der Herstellung von integrierten Bauelementen werden isolierende,
halbleitende und leitende Schichten auf einem Substrat oder einem
Wafer gebildet. Die Schichten sind gemustert, um Strukturen und
Leerräume
(features and spaces) zu schaffen, die die Bauelemente wie Transistoren,
Kapazitäten
und Widerstände
bilden. Diese Bauelemente werden anschließend miteinander Verbunden,
um eine gewünschte
elektrische Funktion zu erzielen.
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Die
Musterung der unterschiedlichen Bauelementschichten erfolgt mit
Lithografie. Lithografie bezeichnet den Prozess des Projizierens
eines Bildes von einer Maske auf die Oberfläche des Wafers. Das Bild beleuchtet
eine Fotolackschicht, die auf der Oberfläche des Wafers ausgebildet
ist, und belichtet sie dabei mit dem gewünschten Muster.
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Die
Belichtungsdosis, die verwendet wird, um die Fotolackschicht zu
belichten, ist ausreichend, um diese zu entwickeln. Die Belichtungsdosis
ist definiert als die Strahlungsenergie pro Flächeneinheit in mJ/cm2. Je nachdem ob positiver oder negativer
Fotolack verwendet wird, werden die belichteten oder unbelichteten
Bereiche der Fotolackschicht entfernt. Die nicht durch den Fotolack
geschützten
Bereiche werden anschließend
zum Beispiel geätzt,
um Strukturen und Leerräume
auf dem Wafer zu bilden.
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Die
Abmessungen der Strukturen und Leerräume sind abhängig von
der Fähigkeit
des Auflösens
des lithografischen Systems. Die minimale Einrichtungsgröße (F),
die von einer gegebenen Generation von lithografischen Systemen
erreicht wird, wird als lithografische Grundregel bezeichnet. Die kritische
Abmessung (CD) ist als die kleinste aufgelöste Strukturgröße definiert.
Dies schließt
zum Beispiel Leitungsbreiten, Abstände und Kontaktbreiten ein.
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Bei
der herkömmlichen
Lithografie kommen Abweichungen der kritischen Abmessung CD vor. Derartige
Abweichungen werden beispielsweise durch Abweichungen beim Einkoppeln
der Belichtungsstrahlung auf den Fotolack verursacht. Das Einkoppeln
bezeichnet die Belichtungsenergiemenge, die durch das fotoaktive
Material im Fotolack absorbiert wird. Diese Abweichungen werden
typischerweise durch unterschiedliche optische Eigenschaften verursacht
wie: Ungleichmäßigkeit
der Filmaufbringung auf dem Wafer; Abweichungen der dielektrischen
Dicke von Wafer zu Wafer; Abweichungen der Fotolackdicke; und Abweichungen
der Fotolack-Anwendung (Weichbacktemperaturen etc.).
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Ein
Verfahren zur Dosierungsregelung ist aus dem IBM Technical Disclosure
Bulletin, Vol. 34, No. 12 (Mai 1992), S. 111–112 bekannt.
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Mit
kontinuierlich abnehmenden Abmessungen wird die Fähigkeit,
die kritische Abmessung CD zu regeln, in erhöhtem Maß entscheidend. Insbesondere
können
Abweichungen beim Einkoppeln der Belichtungsquelle auf den Fotolack
dazu führen,
dass Abweichungen der kritischen Abmessung CD bestimmte Toleranzen überschreiten,
wodurch der Herstellungsertrag nachteilig beeinflusst wird.
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Um
dem durch die unmäßigen Abweichungen
der kritischen Abmessung CD verursachten nachteiligen Einfluss zu
begegnen, wird eine Antireflexbeschichtung (ARC) verwendet. Typischerweise wird
die Dicke der ARC durch einen zeitaufwändigen Optimierungsprozess
bestimmt. Obwohl eine ARC bei der Verbesserung der Regelung der
kritischen Abmessung CD wirksam war, ist ih re Verwendung teuer und
erfordert zusätzliche
Verarbeitungsschritte.
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Aus
der obigen Diskussion ergibt sich ein Bedarf, die Regelung der kritischen
Abmessung CD zu verbessern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zum Übertragen
eines Maskenmusters auf eine Fotolackschicht vorgestellt. Das Verfahren
umfasst die Schritte des Anordnens einer Maske über der Fotolackschicht mit
einer optischen Projektionslinse dazwischen. Eine Lichtenergiequelle
wird über
der Maske angeordnet. Von der Quelle durch die Maske tretende Lichtenergie
wird als einfallendes Licht nach Passieren durch die Linse auf den
Fotolack gerichtet. Die Stromversorgung der Lichtenergiequelle wird
gemäß einer
Messung der Lichtenergie, die in Richtung des einfallenden Lichts
reflektiert wird, gesteuert, wie in Anspruch 1 definiert.
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Mit
einem derartigen Verfahren wird die Größe der Apertur in der Fotolackschicht
gemäß der Lichtenergiemenge
geregelt, die tatsächlich
in der Fotolackschicht absorbiert wird im Gegensatz zu A-priori-bestimmten
statistischen Eigenschaften des Prozesses, die verwendet werden,
um eine feste Belichtungszeit für
den Prozess festzulegen.
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Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zum Übertragen
einer Maske auf eine Fotolackschicht vorgesehen. Das Verfahren umfasst
das Anordnen der Fotolackschicht auf der Oberfläche einer Struktur. Eine Maske
wird über
der Fotolackschicht mit einer optischen Linse dazwischen angeordnet.
Eine Lichtenergiequelle wird über
der Maske angeordnet und durch belichtete Abschnitte der Maske als
einfallendes Licht auf die Fotolackschicht gerichtet. Die Menge
an einfallender Lichtenergie, die reflektiert wird, und die Menge
an einfallender Lichtenergie auf der Fotolackschicht werden gemessen.
Wie in An spruch 1 definiert, wird die Leistung der Lichtquelle entsprechend
der gemessenen Lichtenergien geregelt. Insbesondere wird die Stromversorgung
der Lichtquelle beendet, wenn die gemessenen Lichtenergien ein Anzeichen
dafür liefern,
dass die von der Fotolackschicht absorbierte Lichtmenge einen vorbestimmten
Grenzwert erreicht hat. Der vorbestimmte Grenzwert wird entsprechend
der Größe der Apertur ausgewählt, die
in der Fotolackschicht gebildet werden soll.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Diese
und andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden leichter
sichtbar, wenn man sie zusammen mit der folgenden detaillierten
Beschreibung und den folgenden Zeichnungen betrachtet, in denen:
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1 eine
diagrammartige Skizze eines konventionellen li thografischen Systems
ist, das zum Übertragen
eines Musters von einer Maske auf eine Fotolackschicht verwendet
wird;
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2 eine
diagrammartige Skizze eine erfindungsgemäßen lithografischen Systems
ist;
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3 eine
schematische Zeichnung eines vergrößerten Ausschnitts des in 2 dargestellten lithografischen
Systems ist;
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4 eine
grafische Darstellung von Simulationsergebnissen der reflektierten
Lichtintensität
als einer Funktion der Belichtungszeit für verschiedene Siliziumdioxid-Dielektrikums-Dicken
auf dem Substrat zeigt;
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5 eine
schematische Zeichnung eines vergrößerten Ausschnitts einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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6 eine
Steuereinheit entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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7 Kurven
sind, die das Verhältnis
zwischen der wie oben beschriebenen berechneten absorbierten Energie
als Funktion der Belichtungszeit für dielektrische Schichten als
Siliziumdioxid mit verschiedenen Dicken darstellt; und
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8 Kurven
sind, die das Verhältnis
der minimalen Belichtungsdosis als Funktion der dielektrischen Schichtdicke
aus Siliziumdioxid mit und ohne erfindungsgemäßer Endpunktdetektion zeigen.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, betrifft eine
verbesserte Regelung der kritischen Abmessung CD in der Lithografie.
Die verbesserte Regelung der kritischen Abmessung CD wird durch
Regelung der Belichtungsdosis des Fotolacks erreicht. Um die Erörterung
der Erfindung zu erleichtern, wird eine Beschreibung eines herkömmlichen Lithografiesystems
vorgelegt.
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In 1 ist
eine vereinfachte Darstellung eines herkömmlichen Projektionsbelichtungssystems wie
zum Beispiel eines Steppers zur Herstellung von integrierten Bauelementen
dargestellt. Solche Systeme werden zum Beispiel bei Pol et al. "Excimer Laser-based
Lithography: a Deep Ultraviolet Wafer Stepper", SPIE vol. 633, Band 6 (1986) und Unger
et al. "Design und
Performance of a Production-worthy Excimer Laser-Based Stepper", SPIE vol. 1674, (1992) beschrieben,
die beide hierin unter Bezugnahme auf sämtliche Zwecke mit einbezogen
sind. Das Projektionsbelichtungssystem weist eine Belichtungsquelle 110 auf.
Strom für
die Belichtungsquelle wird von der Stromversorgung 18 zur
Verfügung
gestellt. Das Projektionsbelichtungssystem umfasst ebenfalls eine
Strahlzuführungs untereinheit 20,
eine Beleuchtungseinrichtung 24, einen Maskenrahmen 13 zum
Halten einer Maske 12, eine Projektionslinse 26 und
ein Gestell 30 zum Anbringen eines Substrats 14 wie
zum Beispiel eines Halbleiterwafers.
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In
Betrieb sendet die Belichtungsquelle 16 Strahlung durch
die Strahlzuführungsuntereinheit 20. Typischerweise
umfasst die Strahlzuführungsuntereinheit
verschiedene Spiegel und/oder Reflektionselemente wie Linsen, um
die Strahlung in die Beleuchtungseinrichtung zu lenken. Die Beleuchtungseinrichtung 24 empfängt die
Strahlung und bearbeitet deren Energie räumlich, um eine optimale Ausleuchtung
der Maske 12 zu liefern. Die Maske umfasst Bereiche, die
für die
Strahlung durchlässig
und undurchlässig
sind. Diese Bereiche bilden ein Muster, das zum Beispiel den Schaltungsstrukturen
entspricht. Die Projektionslinse 26 projiziert anschließend das Bild
der Maske auf eine Schicht von Fotolack, die einen Wafer 14 bedeckt,
der auf dem Gestell 30 angebracht ist. Wo das Bild der
Maske durch die Projektionslinse verkleinert wird, wird die Maske
als ein Retikel bezeichnet. Typischerweise umfasst die Projektionslinse
eine Ansammlung von Linsen. Das Gestell umfasst eine Präzisionsverschiebungs-
und Rotationssteuerung durch einen Rechner (nicht dargestellt) zur
genauen Musterausrichtung.
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In
einem Stepper wird das Bild der Maske auf einen Waferausschnitt
projiziert, um den Fotolack darauf zu belichten. Der Waferausschnitt,
der belichtet wird, wird als Bildfeld bezeichnet. Wenn eine vorbestimmte
Belichtungsdosis auf ein Bildfeld geleitet wurde, verschiebt oder
schreitet das Gestell den Wafer weiter, um ein nachfolgendes Bildfeld
zu belichten.
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Wie
vorher beschrieben haben herkömmliche
Lithografiesysteme Schwierigkeiten, Abweichungen der kritischen
Abmessung CD zu regeln. In einigen Fällen überschreiten die Abweichungen
der kritischen Abmessung CD bestimmte Toleranzen, was die Erträge nachteilig
beeinflusst.
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Mit
Bezugnahme auf 2 ist ein erfindungsgemäßes lithografisches
System dargestellt. Das lithografische System, das Abtast- oder
Stufentechniken (Scanner oder Stepper) anwendet, sorgt für eine verbesserte
Regelung der kritischen Abmessung CD. Das lithografische System 210 weist
eine Belichtungsquelle 216 auf. Die Belichtungsquelle kann
zum Beispiel eine Ultraviolettquelle (UV) wie eine Quecksilberdampflampe
oder eine Deep-Ultraviolet-(DUV)-Quelle wie zum Beispiel ein Excimer
Laser sein. Andere Belichtungsquellen zum Belichten des Fotolacks
sind ebenfalls brauchbar. Die Belichtungsquelle 216 wird über eine
Stromversorgung 218 mit Strom versorgt. Licht von der Belichtungsquelle 216 wird
auf die Maske 212 gelenkt. Der Anschauung halber wird das
Licht auf die Maske über
die Srahlzuführungseinheit 220 und
die Beleuchtungseinrichtung 224 gelenkt.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die Strahlzuführungseinheit
einen Verschluss. Der Verschluss, der mechanisch sein kann, steuert
den Lichtweg von der Belichtungsquelle auf die Maske. Der Verschluss wird
gezielt geöffnet
oder geschlossen entsprechend einem Steuersignal auf Leitung 211 von
einer Steuereinheit 210.
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Die
Maske 12, die in einer Ausführungsform ein Retikel ist,
weist ein Muster auf, das Bereiche umfasst, die durchlässig und
undurchlässig
für Licht
von der Belichtungsquelle sind. Die lichtdurchlässigen Bereiche werden nachstehend
als Aperturen bezeichnet. Das Maskenmuster entspricht zum Beispiel den
Schaltungsstrukturen, die auf dem Wafer gebildet werden sollen.
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Ein
Abbild der Maske wird durch das Licht gebildet, das durch die Maske 12 tritt.
Dieses Bild wird anschließend
auf die Oberfläche
eines Wafers 215 projiziert, der auf einem Gestellt 214 angebracht ist,
mittels eines optischen Systems 26, das beispielsweise
eine Projektionslinse ist. Typischerweise weist der Wafer Halbleiterstrukturen
auf, die mit einer Fotolackschicht überzogen sind. Wie dargestellt weist
das optische System 26 eine Vielzahl von Linsen auf. Die
Fotolackschicht wird durch das Maskenabbild belichtet. Nach der
Belichtung werden entweder die belichteten Abschnitte oder die unbelichteten
Abschnitte wegentwickelt, je nach dem, ob positiver oder negativer
Fotolack verwendet wird.
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In
dem lithografischen System ist ein Detektor 230 vorgesehen.
Der Detektor nimmt die von dem Fotolack innerhalb eine Bildfelds
absorbierte Energiemenge auf. Die absorbierte Energie wird bestimmt durch
die Differenz zwischen der Energie, die auf die Oberfläche des
Wafers eingebracht wird (einfallende Energie) und der Energie, die
von der Oberfläche
des Wafers reflektiert wird (reflektierte Energie), wie in Anspruch
1 definiert. Zur Erklärung
ist der Detektor im optischen Pfad der Lichtenergie wie zum Beispiel in
der Nähe
der Apertur des optischen Systems 226 angeordnet. Da ein
Anteil des auf die Waferoberfläche
einfallenden Lichtes zurück
in Richtung der Projektionslinse reflektiert wird, ermöglicht dies
vorteilhafterweise dem Detektor, sowohl die einfallende Energie
als auch die reflektierte Energie aufzunehmen.
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Die
Signale der durch den Detektor einfallenden und reflektierten Energie
werden in die Steuereinheit 210 eingegeben. Die Differenz
dieser beiden Energien steht für
die durch den Fotolack absorbierte Energie. Die Steuereinheit empfängt auch
eine externe Eingabe 209, die ein Steuersignalgrenzwert
ist. Der Steuersignalgrenzwert wird typischerweise gleich ungefähr der benötigten Belichtungsdosis
(minimale Belichtungsdosis; dose-to-clear) für den Fotolack eingestellt.
Die erforderliche Belichtungsdosis ist abhängig von der Art des verwendeten
Fotolacks. Typischerweise wird die notwendige Belichtungsdosis, obwohl
sie durch den Fotolackhersteller angegeben wird, durch Experimentieren
optimiert. Sobald die durch den Foto lack absorbierte Energie den
Grenzwert oder die notwendige Belichtungsdosis überschreitet, wird die Bestrahlung
des Bildfeldes beendet. In einer Ausführungsform wird die Strahlung durch
Schließen
des Verschlusses in optischen Strahlzuführungseinheit beendet. Dadurch
wird wirksam verhindert, dass Strahlung den Fotolack auf dem Wafer
erreicht. Das lithografische System geht anschließend einen
Schritt weiter zum nächsten
Bildfeld, um den Fotolack darin zu belichten. 3 zeigt den
Detektor 230 in größerem Detail.
Die Strahlung aus der Belichtungsquelle bildet ein Abbild einer Maske 312,
die ein Muster aufweist, das mittels des optischen Systems 326 auf
einen Wafer 314, der auf einem Gestell angebracht ist,
projiziert wird. Die Maske weist zum Beispiel Öffnungen auf, die die Ausbreitung
der Strahlung von der Belichtungsquelle zulassen, wobei der Wafer
mit dem Maskenmuster beleuchtet wird. Der Wafer umfasst zum Beispiel Schaltstrukturen,
die in und/oder auf einem Substrat 332 gebildet sind. Diese
Schaltstrukturen werden gezielt durch eine Metallschicht 334 miteinander
verbunden, die durch eine nichtleitende Zwischenschicht 318 getrennt
ist, um die gewünschten
elektrischen Funktionen herzustellen. Eine nichtleitende Schicht 336 wie
zum Beispiel Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid wird typischerweise
auf der Metallschicht 334 aufgebracht. Auf der nichtleitenden
Schicht ist die Fotolackschicht 315 aufgebracht. Selbstverständlich können zusätzlich Strukturschichten
auf dem Wafer beinhaltet sein oder dargestellte Schichten auf dem
Wafer fehlen.
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Die
Strahlungsenergie, die die Maskenöffnungen passiert, wird durch
das optische System 326 auf den oberen Oberflächenanteil 340 der
Fotolackschicht 315 gelenkt, die unter der Maske 312 angeordnet
ist (d. h. von ihr erfasst wird). Der Bereich, der belichtet wird,
wird als Bildfeld bezeichnet. Die durch das fotoaktive Material
in der Fotolackschicht 315 absorbierte Strahlungsenergiemenge
wirkt auf die Öffnungen,
die darauf gebildet werden sollen.
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Die
gewünschte
Belichtungsdosis ist in etwa gleich der von dem Fotolack absorbierten
Energiemenge, die zu Öffnungen
mit den gewünschten
Abmessungen oder kritischen Abmessungen CD führt. Die gewünschte Belichtungsdosis
wird als die minimale Belichtungsdosis bezeichnet. Sobald die Höhe der durch
die Fotolackschicht 315 absorbierten Energie die minimale
Belichtungsdosis überschreitet,
tun dies auch die kritischen Abmessungen CDs der Öffnungen,
die sich darin nach der Entwicklung bilden. Dieser Zustand wird
als Überbelichtung
bezeichnet. Unterbelichtung, die die Situation darstellt, wo die durch
die Fotolackschicht absorbierte Energiehöhe weniger als die minimale
Belichtungsdosis beträgt, hat
kleinere kritische Abmessungen CD in den Öffnungen der Fotolackschicht
zur Folge. Wie zuvor erläutert
wird die minimale Belichtungsdosis durch Experimentieren optimiert.
Obwohl die Erfindung bisher mit Bezug auf die Verwendung von positivem
Fotolack beschrieben wurde, ist negativer Fotolack ebenfalls verwendbar.
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Wie
dargestellt ist der Detektor 230 in der Nähe der Apertur
des optischen Systems 226 angeordnet. Der Detektor 230 wird
dazu verwendet, die durch die Fotolackschicht 314 absorbierte
Energie zu bestimmen. Wie zuvor erwähnt wird die durch den Fotolack
absorbierte Energie durch die Differenz zwischen der einfallenden
und der reflektierten Energie bestimmt.
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In
einer Ausführungsform
weist der Detektor 230 einen Spiegel mit reflektierenden
Oberflächen 331 und 332 auf.
Der Spiegel ist hinreichend klein, um die Beleuchtung oder das Bildfeld
nicht zu beeinflussen oder zu verzerren. In einer Ausführungsform ist
der Spiegel kleiner oder gleich ungefähr 10 % der Apertur des optischen
Systems 326, wüschenswerterweise
zwischen 1 und 10 %, noch wünschenswerterweise
ungefähr
1 bis 5 %, noch wünschenswerterweise
ungefähr
1 bis 2 %, sogar noch wünschenswerterweise
ungefähr
1 % und am wünschenswertesten
kleiner oder gleich ungefähr
1 %. Je kleiner der Spiegel, desto weniger verzerrt er das Beleuchtungsfeld.
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Sobald
Strahlungsenergie durch das optische System tritt, um den Wafer
zu beleuchten, kommt ein Anteil davon mit der Oberfläche 331 des Spiegels
in Kontakt und wird in Richtung des Sensors 352 reflektiert.
Die durch den Sensor aufgenommene Energie zeigt die Energiemenge
an, die den Wafer beleuchtet. Der Sensor wandelt die aufgenommene Energie
in ein elektrisches Signal 351 um. Der Sensor umfasst zum
Beispiel eine Fotodiode. Andere Strahlungssensoren sind ebenfalls
verwendbar. Das durch den Sensor erzeugte elektrische Signal variiert entsprechend
des Werts der detektierten Energie und entspricht oder wird verwendet,
um die einfallende Energie zu detektieren.
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Sobald
die Strahlungsenergie mit der Waferoberfläche in Berührung kommt, wird ein Teil
der einfallenden Lichtenergie zurück in Richtung des Detektors 230 reflektiert
an verschiedenen Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Materialien.
Zum Beispiel wird die Energie reflektiert von: der Schnittstelle Luft–Fotolackschicht 360;
der Schnittstelle Fotolackschicht–nichtleitende Schicht 362;
der Schnittstelle nichtleitende Schicht–Metallschicht 364;
der Schnittstelle Metallschicht–nichtleitende
Schicht 365; und der Schnittstelle nichtleitende Schicht–Substrat 366. Ein
Teil der einfallenden Energie wird hin zum Detektor zurück reflektiert
und kommt mit der Oberfläche 231 in
Berührung.
Die Oberfläche 231 lenkt
die reflektierte Energie in Richtung des Sensors 358, der zum
Beispiel ähnlich
wie der Sensor 352 ist. Die durch den Sensor 358 aufgenommene
Energie wird dazu verwendet, die vom Wafer reflektierte Energie zu
bestimmen oder entspricht ihr.
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Alternativ
weist der Detektor 230 ein Prisma mit einer teilweise reflektierenden
Oberfläche
auf. Sobald Energie aus der Belichtungsquelle durch das Prisma tritt,
wird ein Teil davon in Richtung des Sensors 352 reflektiert.
Der Sensor 352 erzeugt ein Ausgangssignal, das dazu verwendet
wird, die einfallende Energie zu bestimmen. Sobald die Energie die Wafero berfläche berührt, wird
ein Teil der einfallenden Lichtenergie in Richtung des Detektors 230 an verschiedenen
Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Materialien zurück reflektiert.
Ein Teil der reflektierten Energie wird in Richtung des Sensors 358 gelenkt,
der ein Signal erzeugt, das dazu verwendet wird, die vom Wafer reflektierte
Energie zu bestimmen.
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Das
Prisma ist beispielsweise ein Strahlenteiler mit 50 % Reflektivität, woraus
sich ergibt, dass die Hälfte
der Energie hindurchtritt zur Waferoberfläche und die Hälfte der
Energie reflektiert und durch den Sensor 352 aufgenommen
wird. Folglich ist die Energiemenge, die durch den Sensor 352 aufgenommen
wird, gleich ungefähr
der auf dem Wafer einfallenden Energiemenge. Der Strahlenteiler
reflektiert auch ungefähr
50 % der reflektierten Energie hin zum Sensor 358. Da dies
lediglich für
die Hälfte
der reflektieren Energie steht, wird sie mit 2 multipliziert, um mit
der reflektieren Energie übereinzustimmen.
Prismen mit anderen Reflektivitäten
sind ebenfalls verwendbar. Bei der Verwendung von Prismen mit anderen
Reflektivitäten
werden die durch die Sensoren erzeugten Signale jedoch angepasst,
um exakt den einfallenden und reflektierten Energien zu entsprechen.
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Durch
Bleichen des Fotolacks ändert
sich die Reflektivität
des Wafers während
der Belichtung.
4 zeigt Simulationen für diese
Veränderung
unter Verwendung unterschiedlicher "Einkopplungs-" Zustände (d. h. unterschiedliche
Dicken einer nichtleitenden Schicht aus Siliziumdioxid, die unter
der Fotolackschicht angeordnet ist). Wie man sieht steigt die Reflektivität des Wafers
mit der Belichtungszeit. Um diese Veränderung der Reflektivität auszugleichen,
wird die reflektierte Intensität
während
der Belichtung über
der Zeit integriert, wodurch sich folgende Gleichung zur Bestimmung
der durch die Fotolackschicht absorbierten Energie ergibt:
wobei:
- Eabsorbiert =
- Energie, die von der
Fotolackschicht 15 absorbiert wird;
- Ieinfallend =
- einfallende Lichtintensität, die durch den
ersten Lichtsensor 352 gemessen wird;
- Ireflektiert =
- reflektierte Lichtintensität, die durch den
zweiten Lichtsensor 358 gemessen wird; und
- T =
- nach dem Beginn der
Belichtung verstrichene Zeit.
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In 5 wird
die Erfindung dargestellt. Wie gezeigt sind die Integratoren 553 und 559 dazu
vorgesehen, die durch die Sensoren 352 bzw. 358 erzeugten
Signale zu integrieren. Folglich steht das durch den Integrator 559 erzeugte
Signal 670 für
die über
die Zeit integrierte reflektierte Energie und das Signal 554 für die über die
Zeit integrierte einfallende Energie. Die Signale 554 und 570 werden
anschließend
in die Steuereinrichtung 210 eingegeben (siehe 2),
die die Differenz zwischen den Signalen nimmt, um die durch den
Fotolack absorbierte Energie zu erhalten.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist eine beispielhafte Steuereinrichtung 210 detaillierter
dargestellt. Wie gezeigt empfängt
die Steuereinrichtung die Signale 554 und 570 der
integrierten einfallenden und integrierten reflektierten Energie.
Diese Signale werden in einen Differenzverstärker 670 eingegeben, der
ein Ausgangssignal 673 liefert, das für die durch die Fotolackschicht 15 absorbierte
Energie (Eabsorbiert) steht. Das Signal 673 wird
in den Vergleicher 622 gespeist zusammen mit einem Grenzwertsignal 675.
In einer Ausführungsform
ist das Grenzwertsignal gleich etwa der erforderlichen Belich tungsdosis.
Sobald die Höhe
des Signals 673 gleich ungefähr der Höhe des Grenzwertsignals entspricht,
erzeugt der Vergleicher 622 ein aktives Signal 640.
Das aktive Signal 640 stellt das Signal des Belichtungsendpunktes dar,
das dazu verwendet wird, die Strahlungszufuhr auf das Bild zu beenden.
In einer Ausführungsform wird
das Signal 640 dazu verwendet, einen Verschluss zum Beispiel
in der optischen Strahlzuführungseinheit
zu steuern. Sobald das Signal 640 aktiv ist, wird der Verschluss
geschlossen, um zu verhindern das Strahlung den Wafer erreicht.
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Damit
wird erfindungsgemäß die Belichtung jedes
Bildfeld zeitlich durch die von dem Fotolack in dem Feld absorbierten
Energiemenge bestimmt. Durch die zeitliche Bestimmung des Bildfelds
entsprechend der absorbierten Energie oder der erforderlichen Belichtungsdosis
wird die Regelung der kritischen Abmessung CD erheblich verbessert.
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Es
wurde eine Simulation der von den nichtleitenden Schichten absorbierten
Belichtungsstrahlungsenergiemenge mit über der Zeit variierenden Dicken
durchgeführt.
Die Ergebnisse dieser Simulation sind in 7 grafisch
dargestellt. Durch Auswahl einer beliebigen Belichtungsgrenze (mJ/cm2), die die erforderliche Belichtungsdosis
der Fotolackschicht darstellt, erkennt man, dass mit ansteigender
Dicke der nichtleitenden Schicht auch die Zeit ansteigt, die man
braucht, um die erforderliche Belichtungsdosis zu erzielen. Folglich
wird unter Verwendung der erforderlichen Belichtungsdosis als Endpunktregelung
die Belichtung jedes Bildfelds beendet, sobald die absorbierte Energie
den Energiegrenzwert übersteigt.
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Es
wurde eine Simulation der Änderung
der minimalen Belichtungsdosis für
unterschiedliche Oxiddicken durchgeführt. Die Ergebnisse dieser
Simulation sind in 8 grafisch dargestellt. Die
Linie 810 stellt die Ergebnisse mit einer erfindungsgemäßen Endpunktbelichtungsregelung
dar und die Linie 820 steht für die Ergebnisse ohne Endpunktbelichtung.
Wie dargestellt ist die Abweichung der Dosis ohne Endpunktdetektion >= ungefähr +/– 25%, während die
Abweichung mit Endpunktdetektion <=
+/- 4% ist. Folglich ist die Dosisregelung unter Verwendung von
Endpunktbelichtungsdetektion erheblich besser. In der Tat ist eine
derartige Dosisregelung vergleichbar oder besser als die, die mit
einer organischen Antireflexbeschichtung (ARC) erzielt wird.
Berechnen der Differenz von
und Beenden der Belichtung zum Zeitpunkt T gemäß der bestimmten Differenz.