DE102004019346A1 - Screen for an irradiating device for projecting a pattern into a photo-sensitive layer comprises a substrate having a surface containing a reflecting element and a control unit for adjusting the reflection properties of the element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Blende für einen Belichtungsapparat zur Projektion eines Musters in eine photoempfindliche Schicht, die in einer Bildebene des Belichtungsapparates eingebracht ist, sowie ein Verfahren zum Steuern der Blende bei einer Belichtung zur Durchführung einer Belichtung der photoempfindlichen Schicht in dem Belichtungsapparat. Die Erfindung betrifft insbesondere auch die Belichtung eines mit einer photoempfindlichen Schicht bedeckten Halbleitersubstrats zur Herstellung integrierter Schaltungen.The The invention relates to a diaphragm for an exposure apparatus for projecting a pattern into a photosensitive one Layer introduced in an image plane of the exposure apparatus and a method of controlling the aperture in an exposure to carry out an exposure of the photosensitive layer in the exposure apparatus. The In particular, the invention also relates to the exposure of one with a Photosensitive layer-covered semiconductor substrate for the production integrated circuits.
Zur Strukturierung einzelner Ebenen einer integrierten Schaltung werden in der Halbleiterfertigung Belichtungsapparate eingesetzt. Mit ihnen werden jeweils Photomasken bestrahlt, auf denen das auf das Halbleitersubstrat zu übertragende Muster gebildet ist. Das Halbleitersubstrat ist üblicherweise mit einer photoempfindlichen Schicht bedeckt, die im Bereich der in dem Muster gebildeten Öffnungen belichtet wird und im Bereich der in dem Muster auf der Maske gebildeten opaken Flächen unbelichtet bleibt. Die photoempfindliche Schicht wird anschließend entwickelt und dabei in Abhängigkeit von der Belichtung entfernt. Die in der nun entwickelten Schicht gebildeten Öffnungen werden in eine unterliegende Schicht beispielsweise in einem Ätzvorgang übertragen. Die auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Schicht- oder Lackmasken können auch zur lokalen Implantation, chemischen Umwandlung der Oberfläche etc. genutzt werden.to Structuring individual levels of an integrated circuit used in semiconductor manufacturing exposure equipment. With you In each case photomasks are irradiated, on which on the semiconductor substrate to be transferred Pattern is formed. The semiconductor substrate is usually provided with a photosensitive Layer covered in the region of the openings formed in the pattern is exposed and formed in the area of in the pattern on the mask opaque surfaces remains unexposed. The photosensitive layer is then developed and in dependence removed from the exposure. The in the now developed layer formed openings are transferred to an underlying layer, for example, in an etching process. The layer or resist masks formed on the semiconductor substrate can also for local implantation, chemical transformation of the surface etc. be used.
Der Aufbau eines solchen Belichtungsapparates kann grundsätzlich unterteilt werden in: eine Strahlungsquelle, eine Illuminatoroptik, die Photomaske, eine Projektionsoptik und die Bildebene, welche das Halbleitersubstrat aufnimmt. Dabei wird das von der Strahlungsquelle erzeugte Licht monochromatisiert und in Richtung auf die Illuminatoroptik gebündelt. Die Strahlungsquelle ist in der Regel innerhalb eines Ellipsoidalspiegels angeordnet.Of the Structure of such an exposure apparatus can basically be divided are in: a radiation source, an illuminator optics, the photomask, a projection optics and the image plane which the semiconductor substrate receives. At this time, the light generated by the radiation source becomes monochromatized and bundled in the direction of the illuminator optics. The Radiation source is usually within an ellipsoidal mirror arranged.
Die Illuminatoroptik umfasst eine Anzahl von Kondenserlinsen, Umlenkspiegeln und Blenden, die den Strahlengang in dem Belichtungsapparat definieren. Zur Homogenisierung der Lichtverteilung über das Bildfeld ist darin oftmals auch eine sogenannte Fly-Eye-Lens, eine facettenartige Linse mit einer Vielzahl von fokussierenden Linsenelementen, vorgesehen.The Illuminator optics include a number of Kondenserlinsen, deflecting mirrors and apertures defining the beam path in the exposure apparatus. To homogenize the light distribution over the image field is in it often a so-called fly-eye lens, a faceted lens with a plurality of focusing lens elements, provided.
Der den Strahlengang in der Illuminatoroptik durchlaufende Lichtstrahl fällt nach dem Passieren einer letzten Kondenserlinse als paralleles Strahlenbündel auf die Photomaske und wird dort an den darauf das Muster bildenden Strukturen in verschiedene Ordnungen gebeugt. Der Ablenkwinkel der die verschiedenen Beugungsordnungen repräsentierenden Teilstrahlen hängt von der Dichte der Strukturen auf der Maske ab.Of the the beam path in the illuminator optics continuous light beam falls behind passing a last condenser lens as a parallel beam the photomask, where it will form the pattern on it Structures bent in different orders. The deflection angle of the different diffraction orders representing partial beams depends on the density of the structures on the mask.
Die Teilstrahlen durchlaufen nun weiter die Projektionsoptik, die ein kontrastreiches und hochaufgelöstes Abbild des Musters in der Bildebene erzeugt, in welcher die photoempfindliche Schicht des Halbleitersubstrats positioniert ist. In der Projektionsoptik ist eine Aperturblende vorgesehen, mit welcher die Numerische Apertur eingestellt und somit die Auflösung variiert werden kann.The Sub-beams now go through further the projection optics, the one high-contrast and high-resolution Image of the pattern generated in the image plane, in which the photosensitive Layer of the semiconductor substrate is positioned. In the projection optics an aperture stop is provided with which the numerical aperture adjusted and thus the resolution can be varied.
Aus
der Druckschrift
Eine
Optimierung des Abbildungsverhaltens wird erreicht, indem bestimmte
Ausformungen der Blende bereitgestellt und in den Belichtungsapparat eingesetzt
werden. Bekannt ist z.B. eine Dipolblende, die zwei runde Öffnungen
vorsieht, die symmetrisch in einem Abstand von der optischen Achse
angeordnet sind. In der genannten Druckschrift
Auf das Muster der Photomaske fallen dann unter unterschiedlichen, schrägen Winkeln zwei Teilstrahlen ein. Der schräge Einfall bietet den Vorteil, dass bei geringer Numerischer Apertur die 0-te und die +1-te Beugungsordnung zum Luftbild, das in der Bildebene der Projektionsoptik entsteht, beitragen, während die –1-te Beugungsordnung durch einen hohen Ablenkwinkel in der Aperturblende ausgefiltert wird. Dies führt zu einem schärferen Intensitätskontrast.On the pattern of the photomask then fall at different oblique angles two partial beams. The weird idea offers the advantage that at low numerical aperture the 0th and the + 1th diffraction order to the aerial image, that in the image plane the projection optics arise contribute, while the -1-th diffraction order through a high deflection angle in the aperture diaphragm is filtered out. this leads to to a sharper Intensity contrast.
Auf diese Weise lassen sich verschiedene Blendentypen realisieren, die jede für sich ein bestimmtes Abbildungsverhalten in Abhängigkeit von dem auf der Photomaske gebildeten Muster erzielen sollen. Bei der Dipol- oder der gleichfalls bekannten Quadrupolbeuchtung sind z.B. die Winkel, mit denen die Öffnungen innerhalb der Blenden- bzw. Fourier-Ebene angeordnet sind, mit den entsprechenden Winkeln von Strukturen, z.B. Orientierungen von Linien-Spalten-Mustern, auf der Maske abgestimmt. So können in durch das Muster vorgegebenen Vorzugsrichtungen erhöhte Auflösungen erzielt werden.On In this way, different types of aperture can be realized, the each for a certain imaging behavior as a function of that on the photomask should achieve formed patterns. At the dipole or the same known quadrupole illumination are e.g. the angles with which the openings are arranged within the diaphragm or Fourier plane, with the corresponding angles of structures, e.g. Orientations of line-column patterns, matched on the mask. So can achieved in the preferred directions given by the pattern increased resolutions become.
Herkömmlich verwendete Blenden sind als Plättchen realisiert, in denen Öffnungen vorgesehen sind, die Licht einer gewünschten Intensitätsverteilung in der Fourier-Ebene passieren lassen. Geringe Variationen sind möglich, wenn einzelne Teile der Plättchen beweglich zueinander eingerichtet sind, so dass die Größe und Form der jeweiligen Öffnung angepasst werden kann. Solche Lösungen sind jedoch sehr umständlich und können Ursachen weiterer Störungen wie z.B. Kontamination aufgrund reibender Teile in den Belichtungsapparaten darstellen.Conventionally used Apertures are as platelets realized in which openings are provided, the light of a desired intensity distribution let happen in the Fourier plane. Small variations are possible, if individual parts of the platelets movable to each other, so that the size and shape the respective opening can be adjusted. Such solutions However, they are very complicated and can Causes of further disturbances such as. Contamination due to rubbing parts in the exposure apparatus represent.
Eine geeignete Blende wird für ein vorgegebenes Muster, das mittels einer Photomaske auf ein Halbleitersubstrat zu übertragen ist, ausgewählt, indem beispielsweise eine numerische Simulation der optischen Projektion ausgeführt wird. Bei einer solchen Simulation werden für jede Einstellung von opti schen Parametern (Fokus, Dosis, Numerische Apertur, Vergrößerung, Linsenabstände, etc.) in dem Strahlengang Lichtbeiträge von einzelnen Flächen in der Fourier-Ebene zu dem in der Bildebene entstehenden Luftbild bestimmt. Durch eine Optimierung des Luftbildes unter Variation der Lichtbeiträge einzelner Flächen erhält man eine „optimale Verteilungsfunktion" von Lichtbeiträgen in der Fourier-Ebene.A suitable aperture is for a predetermined pattern, which by means of a photomask on a semiconductor substrate transferred to is, selected, by, for example, a numerical simulation of the optical projection accomplished becomes. In such a simulation of each setting of optical rule Parameters (focus, dose, numerical aperture, magnification, Lens distances, etc.) in the beam path light contributions of individual areas in the Fourier plane determined to the aerial image resulting in the image plane. By optimizing the aerial image while varying the light contributions of individual surfaces receives one an "optimal Distribution function "from light contributions in the Fourier plane.
Es ist das Ziel, mit einer derart bestimmten optimalen Verteilungsfunktion möglichst nahe an ein kommerziell erhältliches Blendenplättchen mit Öffnungen heranzukommen. Das heißt, die Auswahl der in ein Belichtungsapparat in der Illuminatoroptik verwendbaren Blenden ist beschränkt und geht infolge dessen als einschränkende Nebenbedingung in die Simulation ein. Es können somit nicht immer die optimalen Einstellungen für ein abzubildendes Muster gefunden werden im Vergleich zu dem, was theoretisch unter einer freien Wahl der Blendenöffnungen möglich wäre.It is the goal with such an optimal distribution function preferably close to a commercially available one shade plate with openings get hold. This means, the selection of an illuminator in the illuminator optics usable aperture is limited and as a result it enters the simulation as a limiting constraint one. It can thus not always the optimal settings for a pattern to be imaged found be compared to what is theoretically under a free choice the apertures would be possible.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Flexibilität bei der Auswahl von Blenden für die Übertragung eines Musters von einer Maske in eine photoempfindliche Schicht zu erhöhen. Es ist vor allem eine Aufgabe der Erfindung, die Qualität der Abbildung zu verbessern und die Auflösung zu erhöhen. Es ist weiter eine Aufgabe der Erfindung, die Handhabung der Umstellung von Blenden für nachfolgend zu belichtende Photomasken zu vereinfachen und so den Durchsatz zu erhöhen.It is therefore the object of the invention, the flexibility in the Selection of apertures for the transfer a pattern of a mask in a photosensitive layer to increase. It is above all an object of the invention, the quality of the figure to improve and the resolution to increase. It is another object of the invention, the handling of the conversion of apertures for to simplify to be exposed photomasks and so the Increase throughput.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Blende für einen Belichtungsapparat zur Projektion eines Musters in eine photoempfindliche Schicht, die in einer Bildebene des Belichtungsapparates eingebracht ist, umfassend:
- – ein Substrat mit einer Oberfläche für die Reflexion eines einfallenden Lichtstrahls, in welcher wenigstens ein Element angeordnet ist, das eine Reflektionseigenschaft aufweist, die über eine elektrische Verbindung mit dem Element von außen veränderbar ist,
- – eine Steuereinheit zum Einstellen der Reflexionseigenschaft des Elementes von außen, wobei die Steuereinheit mit dem Element in der Oberfläche des Substrates der Blende elektrisch verbunden ist.
- A substrate having a surface for reflection of an incident light beam, in which at least one element is arranged, which has a reflection property, which is changeable from outside via an electrical connection to the element,
- - A control unit for adjusting the reflection property of the element from the outside, wherein the control unit is electrically connected to the element in the surface of the substrate of the diaphragm.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch einen Belichtungsapparat mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und durch ein Verfahren zum Steuern der Blende in dem Belichtungsapparat mit den Merkmalen des Anspruchs 12.The Task is further solved by an exposure apparatus having the features of claim 6 and a method of controlling the aperture in the exposure apparatus with the features of claim 12.
Die Auswahl herkömmlich erhältlicher Blendenplättchen mit transparenten Öffnungen stellt grundsätzlich immer nur einen Kompromiss zwischen dem Aufwand, eine neue, noch besser zur simulierten Verteilungsfunktion passendere Blende anzufordern und herzustellen, und dem hinzunehmenden Verlust and Qualität der Abbildung dar.The Selection conventional available shade plate with transparent openings basically only a compromise between the effort, a new, yet better request the simulated distribution function more suitable aperture and manufacture, and the loss and quality of the picture represents.
Die Erfindung sieht hingegen vor, ein Substrat in den Strahlengang zu bringen, dessen Reflexionseigenschaften mittels einer Steuereinheit lokal unterschiedlich eingestellt werden können. Das Substrat weist Elemente auf, die jeweils unabhängig voneinander steuerbar sind. Gesteuert werden können deren Reflexionseigenschaften in bezug auf die Richtung des Strahlengangs, insbesondere deren Reflexionsgrad.The In contrast, the invention provides for a substrate in the beam path bring its reflection properties by means of a control unit can be set locally differently. The substrate has elements on, each independently are controllable from each other. Can be controlled their reflection properties with respect to the direction of the beam path, in particular its reflectance.
Im Unterschied zu den herkömmlichen Blendenplättchen, bei denen Flächen mit einer gewünschten hohen Intensitätsverteilung in der Fourier-Ebene durch transparente Öffnungen repräsen tiert werden, werden bei der Erfindung diese Flächen durch Einstellen eines hohen Reflexionsgrades bei den betreffenden Elementen gebildet. Es handelt sich demnach bei der erfindungsgemäßen Blende primär um ein reflektierendes Substrat, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass aktuell nicht reflektierende Elemente das einfallende Licht – anstatt es zu absorbieren – einfach transmittieren lassen.in the Difference to the conventional ones Shade plate, where surfaces with a desired high intensity distribution represented in the Fourier plane through transparent openings be in the invention, these surfaces by adjusting a high reflectance formed at the respective elements. It is therefore at the aperture according to the invention primarily to a reflective substrate, which is not excluded that current non-reflective elements the incident light - instead to absorb it - easy can be transmitted.
Gemäß einer Ausgestaltung sind die Elemente in der Oberfläche des Substrates der Blende matrixförmig angeordnet, wobei es lediglich darauf ankommt, dass einzelne Elemente aufgrund ihrer Koordinatenposition durch die Steuereinheit ansteuerbar sind. So kann etwa eine gewünschte Intensitätsverteilung, die in einer Simulation durch Optimierung bestimmt wurde, in eine Karte der Reflexionseigenschaften über der Elementmatrix umgewandelt werden. Auf diese Weise lassen sich ohne großen Aufwand beliebige Reflexionsmuster in der Oberfläche des Substrates bilden. Die softwaremäßige Aufgabe der Umrechnung aus dem Simulationsergebnis und der hardwaremäßigen Ansteuerung der Elemente in dem Substrat können getrennt von zwei Teilvorrichtungen der Steuereinheit oder gemeinsam erledigt werden.According to one Embodiment, the elements are arranged in the form of a matrix in the surface of the substrate of the diaphragm, it is only important that individual elements due their coordinate position can be controlled by the control unit. Such as a desired Intensity distribution, which was determined in a simulation by optimization, in one Map of reflection properties over the element matrix converted become. In this way, any reflection pattern can be easily created in the surface of the Form substrates. The software task of the Conversion from the simulation result and the hardware control of the elements in the substrate separated from two sub-devices of the control unit or in common be done.
Limitiert wird die Übereinstimmung von optimierten Simulationsergebnis, d.h. der gewünschten Intensitätsverteilung, und der von der Steuereinheit einstellbaren Reflexionskarte durch das Kontrastverhältnis und die durch die maximale Elementdichte begrenzte Auflösung.limited becomes the match optimized simulation result, i. the desired intensity distribution, and adjustable by the control unit reflection card the contrast ratio and the resolution limited by the maximum element density.
Von der Firma Sony wurde in völlig anderem Zusammenhang, nämlich im Bereich der Videoanwendungen, eine Technologie vorgeschlagen, die eine Anzeigevorrichtung mit einem Kontrastverhältnis von 3000 : 1 (hell/reflektierend : dunkel/absorbie rend) und einem Pixelabstand von 0.35 μm aufweist (Pressemitteilung Sony: „Sony Develops Silicon Crystal Display Technology for Full HD Video Applications", datiert vom 27.02.2003, im Internet am 21.03.2004 einsehbar unter http://www.lcdprojectorbulbs.com/lcdprojectorbulbspressrelease.asp_Q_prid_E_57).From The company Sony was completely in other context, namely in the field of video applications, a technology proposed a display device with a contrast ratio of 3000: 1 (light / reflective: dark / absorb) and one pixel pitch of 0.35 μm (Sony press release: "Sony Develops Silicon Crystal Display Technology for Full HD Video Applications ", dated 27.02.2003, on the Internet on 21.03.2004 available at http://www.lcdprojectorbulbs.com/lcdprojectorbulbspressrelease.asp_Q_prid_E_57).
Bei dieser Technologie handelt es sich um eine Siliziumkristall-Reflektionsanzeigevorrichtung. Es wird dabei eine anorganische Justierschicht anstatt eines organischen Polyimidfilms, wie er etwa in LCD-Anzeigevorrichtungen eingesetzt wird, verwendet. LCD-Anzeigevorrichtungen degradieren bei hochenergetischer Strahlung, welches bei den Siliziumkristall-Reflektionsanzeigevorrichtungen nicht der Fall ist. Es wurde von den Erfindern herausgefunden, dass sich die Technologie insofern auch für den Einsatz in Belichtungsapparaten bei der Halbleiterherstellung eignet.at This technology is a silicon crystal reflection display device. It is an inorganic Justierschicht instead of an organic Polyimide film, such as used in LCD display devices is used. LCD displays degrade at high energy Radiation, which in the silicon crystal reflection display devices not the case. It has been found by the inventors that the technology is also suitable for use in exposure apparatuses in semiconductor manufacturing.
Insbesondere ist das mit dieser Technologie erzielbare Kontrastverhältnis und die Auflösung kompatibel mit den Anforderungen an eine Blende im Belichtungsapparat.Especially is the contrast ratio achievable with this technology and the resolution compatible with the requirements for a shutter in the exposure apparatus.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.Especially advantageous embodiments are the dependent claims remove.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:The Invention will now be described with reference to an embodiment with the aid of a Drawing closer explained become. Show:
In
Die
Die
in
Ein
Lichtstrahl
In
Vorzugsweise
ist das Substrat eine Siliziumkristall-Reflektionsanzeigevorrichtung (Silicon
Crystal Reflective Device, Abkürzung:
SXRD). Die Elemente
Die
Steuereinheit
In
der Steuereinheit
Die
Elemente
Eine
Strahlungsquelle erzeugt einen Lichtstrahl
Der
Lichtstrahl passiert eine erste Kondenserlinse
Nach
dem in
Durch
die Bildung eines annularen Reflexionsmusters müssen weitere Massnahmen im
gezeigten Strahlengang getroffen werden, etwa die Einbeziehung eines
aufweitenden oder aufspaltenden Beugungsgitters. Der Übersichtlichkeit
halber sind diese in
Durch
eine Projektionsoptik
Eine
Steuereinheit
Es wird somit ein aufwendiger Blendenwechsel vermieden und es kann ein sehr genau an die gewünschte Intensitätsverteilung in der Fourier-Ebene angepasster Blendentyp softwaregesteuert eingestellt werden, ohne dass dabei Kompromisse einzugehen sind.It Thus, a complex aperture change is avoided and it can a very exact to the desired intensity distribution adjusted in the Fourier plane type of aperture software controlled without compromise.
- 11
- Blendecover
- 22
- Belichtungsapparatexposure apparatus
- 11–1411-14
- konventionelle Blendenconventional dazzle
- 21–2721-27
- Öffnungen in konventionellen Blendenopenings in conventional apertures
- 31–3431-34
- Blendenplättchen (starr)Aperture plate (rigid)
- 4040
- Substrat (SXRD)substratum (SXRD)
- 4141
- Element (aktuell absorbierend)element (currently absorbing)
- 4242
- Element (aktuell reflektierend)element (currently reflective)
- 4444
- Oberfläche des SubstratesSurface of the substrate
- 4646
- Steuerleitungcontrol line
- 4848
- Steuereinheit (Blende)control unit (Cover)
- 5050
- Fourier-Ebene (zu Ebene mit Muster auf der Maske)Fourier plane (to level with pattern on the mask)
- 5151
- reflektierende Flächenreflective surfaces
- 61,6261.62
- absorbierende Flächenabsorbing surfaces
- 7070
- Strahlungsquelleradiation source
- 72–9472-94
- IlluminatoroptikIlluminatoroptik
- 9191
- Intensitätsverteilung, optimiert in SimulationIntensity distribution, optimized in simulation
- 9696
- Photomaskephotomask
- 9898
- Muster auf Photomasketemplate on photomask
- 100,101100,101
- Lichtstrahlray of light
- 112112
- Projektionsoptikprojection optics
- 114114
- Aperturblende in Projektionsoptikaperture in projection optics
- 116116
- Halbleitersubstrat mit photoempfindlicher SchichtSemiconductor substrate with photosensitive layer
- 118118
- Substrathalterungsubstrate holder
- 120120
- Ladevorrichtungloader
- 122122
- Steuereinheit (Belichtungsapparat)control unit (Exposure apparatus)
- 124124
- Bibliothek optimierter VerteilungenLibrary optimized distributions
- 126126
- numerische Simulationnumerical simulation
- 128128
- SpeicherStorage
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Title |
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Pressemitteilung Sony: "Sony Develops Silicon Crystal Display Technology For Full H.D Video Applications", 27. Feb. 2003, Internet-Adresse http://www.lcdprojectorbulbs.com/lcdprojectorbulbs -pressrelease.asp-Q_prid_E_57 |
Pressemitteilung Sony: "Sony Develops Silicon Crystal Display Technology For Full H.D Video Applications", 27. Feb. 2003, Internet-Adresse http://www.lcdprojectorbulbs.com/lcdprojectorbulbs-pressrelease.asp-Q_prid_E_57 * |
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