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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ermittlung von Abberationen
in Verbindung mit optischen Systemen (wie dem Projektionssystem und/oder
Strahlungssystem), die in einem Lithographie-Projektionsgerät Projektionsgerät eingesetzt werden,
und insbesondere auf das Design, Layout und die Anwendung von Abberationskontrollstrukturen,
die zur Kontrolle der Leistung des optischen Systems bei der Herstellung
von Halbleiter- (und anderen) Bauteilen genutzt werden können, bei
der ein solches Gerät
eingesetzt wird. Ein Lithographie-Projektionsgerät weist im Allgemeinen Folgendes
auf:
- – ein
Strahlungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls;
- – eine
Haltekonstruktion zum Halten einer Musterschablone, die dazu dient,
den Projektionsstrahl entsprechend einem gewünschten Muster zu gestalten;
- – ein
Substrattisch zur Aufnahme eines Substrats; und
- – ein
Projektionssystem zur Projektion des entsprechend einem Muster geführten Strahls
auf den Zielabschnitt des Substrats.
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Der
hier verwendete Begriff „Musterschablone" sollte umfassend
interpretiert werden und bezieht sich auf sämtliche Mittel, die verwendet
werden können,
um einen eingehenden Strahl mit einem gemusterten Querschnitt entsprechend
einem zu versehen, das auf dem Zielabschnitt des Substrats hergestellt werden
soll; der Begriff "Lichtventil" kann in diesem Zusammenhang
ebenfalls verwendet werden. Im Allgemeinen entspricht das genannte
Muster einer speziellen Funktionsschicht in einem Bauteil, die auf
dem Zielabschnitt hergestellt wird, wie beispielsweise ein integrierter
Schaltkreis oder ein anderes Bauteil (siehe unten). Beispiele für solche
Musterschablonen sind:
- – Eine Maske. Das Konzept einer
Maske ist in der Lithographie allgemein bekannt. Es beinhaltet Maskentypen
wie beispielsweise binäre
Masken mit alternierender Phasenänderung
und gedämpfter
Phasenänderung
sowie verschiedene Hybrid-Maskentypen. Die Anordnung einer solchen
Maske im Strahl verursacht eine selektive Übertragung (im Fall einer Übertragungsmaske) oder
Reflexion (im Fall einer Reflexionsmaske) der Strahlung, die auf
die Maske trifft, entsprechend dem Muster auf der Maske. Im Fall
einer Maske handelt es sich bei der Haltekonstruktion im Allgemeinen
um einen Maskentisch, der gewährleistet,
dass die Maske an der gewünschten Position
im eingehenden Strahl gehalten werden kann und dass sie gegebenenfalls
in Bezug auf den Strahl bewegt werden kann.
- – Eine
programmierbare Spiegelanordnung. Ein Beispiel für ein solches Bauteil ist eine
matrix-adressierbare Oberfläche
mit einer viskoelastischen Kontrollschicht und einer reflektierenden Oberfläche. Das
Grundprinzip eines solchen Geräts
besteht darin, dass (beispielsweise) adressierte Bereiche der reflektierenden
Oberfläche einfallendes
Licht als gebeugtes Licht reflektieren, während nicht adressierte Bereiche
einfallendes Licht als ungebeugtes Licht reflektieren. Unter Verwendung
eines geeigneten Filters kann das genannte ungebeugte Licht aus
dem reflektierten Strahl gefiltert werden, wodurch nur das gebeugte Licht
zurückbleibt.
Auf diese Weise erhält
der Strahl ein Muster entsprechend dem adressierten Muster der matrix-adressierten
Oberfläche.
Die erforderliche Adressierung der Matrix kann mit geeigneten elektronischen
Mitteln erfolgen. Weitere Informationen über derartige Spiegelanordnungen
sind beispielsweise in den US-Patenten 8.296.891 und 5.523.193 nachzulesen
werden, die sich als Referenz im Anhang befinden. Im Falle einer
programmierbaren Spiegelanordnung kann die beschriebene Haltekonstruktion
beispielsweise als Rahmen oder als Tisch ausgeführt werden, die entsprechend
den Anforderungen fest montiert oder beweglich sein können.
- – Eine
programmierbare LCD-Anordnung. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion
ist im US-Patent 5.229.872 aufgeführt, das sich als Referenz im
Anhang befindet. Wie oben bereits erwähnt, ist die Haltekonstruktion
in diesem Fall beispielsweise als Rahmen oder Tisch ausgeführt, die
entsprechend den Anforderungen fest montiert oder beweglich sein
können.
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Aus
Gründen
der Vereinfachung kann im folgenden Text an bestimmten Stellen speziell
auf Beispiele mit einer Maske und einem Maskentisch verwiesen werden;
dennoch sollten die in solchen Fällen angesprochenen
allgemeinen Prinzipien im größeren Zusammenhang
der hier genannten Musterschablonen gesehen werden.
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Ein
Lithographie-Projektionsgerät
kann beispielsweise bei der Herstellung integrierter Schaltkreise
(ICs) eingesetzt werden. In einem solchen Fall können die Musterschablonen ein
Schaltkreismuster entsprechend einer einzelnen Schicht des IC erzeugen,
und dieses Muster kann auf einen Zielabschnitt (beispielsweise einschließlich eines
oder mehrerer Chips) auf einem Substrat (Silikon-Wafer) abgebildet werden,
das mit einem strahlungsempfindlichen Material (Abdeckung) beschichtet
ist. Im Allgemeinen enthält
ein einzelner Wafer ein ganzes Netzwerk von angrenzenden Zielabschnitten,
die nacheinander einzeln vom Projektionssystem bestrahlt werden.
Bei dem vorliegenden Gerät
kann durch die Anwendung eines Musters mit einer Maske auf einem
Maskentisch eine Unterscheidung zwischen zwei verschiedenen Maschinentypen
gemacht werden. Bei einem Typ des Lithographie-Projektionsgeräts wird
jeder Zielabschnitt durch die Belichtung des gesamten Maskenmusters
auf dem Zielabschnitt in einem Durchgang bestrahlt. Ein solches
Gerät wird
im Allgemeinen als Waferstepper bezeichnet. In einem alternativen
Gerät – im Allgemeinen
als Step-Scan-Apparat
bezeichnet – wird
jeder Zielabschnitt bestrahlt, indem das Maskenmuster unter dem
Projektionsstrahl in einer vorgegebenen Referenzrichtung (der „Scan-Richtung") schrittweise gescannt
wird, während
der Substrattisch gleichzeitig parallel oder antiparallel zu dieser
Richtung gescannt wird. Im Allgemeinen weist das Projektionssystem
einen Vergrößerungsfaktor
M (allgemein < 1)
auf; die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch gescannt wird,
ist ein Faktor M mal der Geschwindigkeit, mit der der Maskentisch
gescannt wird. Weitere Informationen zu den hier beschriebenen Lithographie-Geräten sind beispielsweise
im US-Patent 6.046.792 nachzulesen, das sich als Referenzdokument
im Anhang befindet.
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Bei
einem Herstellungsprozess mit einem solchen Lithographie-Projektionsgerät wird ein
Muster in einer Maske (oder anderen Musterschablonen) auf einem
Substrat abgebildet, das zumindest teilweise mit einer Schicht strahlungsempfindlichen
Materials (Abdeckung) bedeckt ist. Vor diesem Abtastschritt kann
das Substrat verschiedenen Verfahren, wie z. B. Grundierung, Beschichtung
mit der Abdeckung und einem leichten Brennvorgang unterzogen werden.
Nach der Belichtung kann das Substrat anderen Verfahren unterzogen
werden, wie etwa Belichtungs-Nachbrennen
(PEB), Entwicklung, einem harten Brennvorgang und einer Mes sung/Überprüfung der
abgebildeten Features. Diese Anordnung von Verfahren wird als Grundlage
genutzt, um die individuelle Schicht eines Geräts zu gestalten, beispielsweise
eines integrierten Schaltkreises (IC). Eine derartige Musterschicht
kann anschließend
verschiedenen Verfahren wie Ätzen,
Ionen-Implantation (Doping), Metallisierung, Oxidation, chemisch-mechanisches
Polieren usw. unterzogen werden, um eine individuelle Schicht zu
erhalten. Wenn mehrere Schichten benötigt werden, muss das gesamte
Verfahren oder eine Variante davon für jede neue Schicht wiederholt
werden. Schließlich
befindet sich eine Anordnung von Bauteilen auf dem Substrat (Wafer).
Diese Bauteile werden dann mit Hilfe von Techniken wie Dicen oder
Sägen voneinander
getrennt, wodurch die einzelnen Bauteile auf einem Träger befestigt
oder an Pins usw. angeschlossen werden können. Weitere Informationen
zu solchen Prozessen sind beispielsweise in dem Buch „Microchip
Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", Dritte Ausgabe,
von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4
zu finden.
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Aus
Gründen
der Vereinfachung wird das Projektionssystem im Folgenden als „Linse" bezeichnet. Dieser
Begriff sollte jedoch umfassend interpretiert werden, da er zahlreiche
Arten von Projektionssystemen umfasst, wie etwa refraktive Optiken,
Reflexionsoptiken und Katadioptriken. Das Strahlungssystem kann
auch Komponenten umfassen, die gemäß diesen Designtypen zur Ermittlung,
Formung oder Kontrolle des Projektionsstrahls dienen. Solche Komponenten
können
im Folgenden als Sammelbegriff oder einzeln ebenfalls als „Linse" bezeichnet werden.
Zudem kann das Lithographie-Gerät
zwei oder mehrere Substrattische enthalten (und/oder zwei oder mehrere
Maskentische). Bei solchen „mehrstufigen" Bauteilen können die
zusätzlichen
Tische parallel genutzt werden, oder es können vorbereitende Schritte
an einem oder mehreren Tischen ausgeführt werden, während ein
oder mehrere Tische zur Belichtung eingesetzt werden. Zweistufige Lithographie-Geräte werden
beispielsweise in den US-Patenten 5.969.441 und WO 98/40791 beschrieben,
die sich im Anhang als Referenz befinden.
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Zum
gegenwärtigen
Status der IC-Herstellung sind Lithographie-Prozesse erforderlich,
die zur Musterherstellung Linienbreiten von etwa der Hälfte der
Belichtungs-Wellenlänge
bieten. Zur Erzeugung von 150 nm-Bauteilen wird normalerweise der
KrF Excimer-Laser (DUV; 248 nm) als bevorzugte Belichtungsquelle
gewählt.
Aktuelle Forschungen und Entwicklungen haben weiterhin bewiesen,
dass KrF Excimer-Laser
auch zur Erzeugung von 130 nm Bauteilen eingesetzt werden können. Dies
wurde unter anderem durch die Anwendung von Optimierungstechniken
zur Mehrfachauflösung
(RET) erreicht, wie beispielsweise gedämpfte Phasenverschiebungsmasken
(attPSM) und achsenverschobene Belichtung (OAI) in Kombination mit
der OPC-Technik (Optical Proximity Correction – Optische Proximity-Korrektur). Mögliche Alternativen
zu den oben beschriebenen Technologien bestehen in der Nutzung einer
kürzeren
Belichtungswellenlänge,
z. B. ein ArF Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm, oder in der
Verwendung einer Linse mit einer äußerst hohen numerischen Apertur
(NA), z. B. NA = 0,8 oder mehr. Dennoch sind diese beiden Alternativen
mit hohen Investitionen in neue Geräte verbunden und es ist im Allgemeinen
wünschenswert,
solche Ausgaben zurückzustellen,
wenn dies überhaupt
möglich
ist. Infolgedessen möchten
Hersteller von integrierten Bauteilen im Allgemeinen die bestehenden
DUV-Systeme bestmöglich
ausnutzen, bevor sie zu einem Nachfolgemodell wechseln.
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Ungeachtet
des im Herstellungsprozess eingesetzten Excimer-Lasers setzt die
Herstellung von Bauteilen mit kritischen Abmessungen von 150 nm oder
darunter voraus, dass die im Herstellungsprozess verwendete fast
beugungsfreie Linse praktisch frei von Abberationen ist. Bekanntermaßen können Abberationen
verschiedene Ursachen haben, wie beispielsweise eine fehlerhafte
Linse oder ein veralteter Laser, der einen Strahl aussendet, der
nicht dem gewünschten
Wert entspricht. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Leistung der
Linse vor der Installation zu überprüfen (z.
B. durch eine Eignungsprüfung
der Linse) und die Leistung der Linse anschließend während der Nutzung zu überwachen
(z. B. in einem IC-Herstellungsprozess).
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Während des
Herstellungsprozesses der Linse kann die Leistung der Linse mit
einem Interferometer komplett getestet werden. Üblicherweise wird die Linse
zuerst im Werk geprüft
und anschließend
während
der ersten Installation vor Ort. Eine übliche Vorgehensweise bei der
Linsenprüfung
besteht im Druck von Wafern und der anschließenden Messung der Maße für die Mindestmerkmalbreite oder
die Struktur breite (Critical Dimension – CD). Während dieses Qualifizierungsprozesses
werden sowohl die „vertikalen" als auch die „horizontalen" Merkmale gemessen
(beispielsweise Merkmale, die sich in zwei senkrechte Richtungen
auf der Substratebene ausbreiten, z. B. entlang der X- und Y-Achse). In
einigen Fällen
wird auch die CD von 45-Grad-Merkmalen gemessen. Für die Überprüfung der
Linsenleistung wird eine hinreichende Anzahl von CD-Messungen über das
gesamte Belichtungsfeld hinweg benötigt. Die Ergebnisse der CD-Messungen werden
dann analysiert, um festzustellen, ob die Leistung der Linse akzeptabel
ist oder nicht.
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Obwohl
die CD-Messmethode eine Methode zur Leistungsüberprüfung der Linse bietet, handelt
es sich dabei um keine leichte Aufgabe, die CD-Daten mit der „Signatur" der Linsenabberation
in Beziehung zu setzen. Dementsprechend gab es Bemühungen, eine
direkte Beobachtung der Linsenabberationen durchzuführen. In
dem Artikel von Toh et al. mit dem Titel „Identifying and Monitoring
of Lens Abberations in Projection Printing" in SPIE, Nr. 772, Seiten 202–209 (1987)
werden beispielsweise Methoden zur Messung der Auswirkungen relativ
großer
Linsenabberationen von etwa 0,2λ beschrieben,
wobei λ die
Wellenlänge
der Belichtung darstellt. Für
die heutigen Optiken nahe der Beugungsbegrenzung bewegt sich jede
Linsenabberation im Bereich von 0,05λ oder darunter. Bei 130 nm-Merkmalen
entspricht eine Linsenabberation von 0,05λ einem Maßfehler von 12,4 nm, wenn eine
KrF-Belichtungsquelle eingesetzt wird. Ist also das Merkmal CD-Budget
(z. B. Fehlertoleranz) bei ±10%
der Breite des Zielmerkmals angesiedelt, verbraucht ein 12,4 nm-Fehler
fast das gesamte CD-Budget.
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In
dem Artikel von Gortych et al. mit dem Titel „Effect of Higher-Order Abberations
on the Process Window" in
SPIE, Nr. 1463, Seiten 368–381
(1991) wurde nachgewiesen, dass Linsenabberationen höherer Ordnung
die lithographischen Prozessfenster beeinträchtigen können. Leider lassen sich Linsenabberationen
höherer
Ordnung nur schwer ausräumen,
nachdem das fotolithographische System montiert ist. In dem Artikel
von Brunner mit dem Titel „Impact
of Lens Abberation on Optical Lithography" in INTERFACE 1996 Proceedings, Seiten
1–27 (1996) wurde
eine Simulation genutzt, um die negativen Auswirkungen von Merkmalen
nahe der Wellenlänge aufgrund
von Linsenabberationen erster Ordnung nachzuweisen. Es war insbesondere
möglich,
Koma-Abberationen zu beobachten, indem untersucht wurde, wie die
Kontaktmerkmale abgebildet wurden, wenn eine gedämpfte PSM eingesetzt wurde.
Es ist auch bekannt, dass Linsenabberationen durch eine benutzerdefinierte
achsenverschobene Belichtung ausgeglichen werden können. Andere
haben versucht, direkte Messungen verschiedener Linsenabberationen
vorzunehmen, um eine bessere CD-Kontrolle zu erzielen.
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In
dem Artikel von Farrar et al. mit dem Titel „Measurement of Lens Abberations
Using an In-Situ Interferometer Reticle", Advanced Reticle Symposium, San Jose,
Kalifornien (Juni 1999) wird über
den Einsatz eines Interferometer-Retikels vor Ort zur direkten Messung
der Linsenabberation berichtet. Farrar zufolge war es möglich, Linsenabberationen
auf bis zu 37 Zernike-Polynome abzuleiten. Obwohl Farrar behauptet,
dass die Methode akkurat und wiederholbar sei, beinhaltet sie hunderte
oder tausende Messungen der Passgenauigkeit (z. B. die Messung der
Verschiebung in Bezug auf die beabsichtigte Position des Merkmals).
Als solches ist Farrars Methode zwar exakt und wiederholbar, aufgrund
der umfassenden Messungen ist sie jedoch sicherlich sehr zeitaufwändig und
aus diesem Grund in einer produktionsorientierten Umgebung nicht
anwendbar. Zudem ist absehbar, dass winzige Linsenabberationen mit der
Zeit aus verschiedenen Gründen
abweichen können
(beispielsweise als Folge der regelmäßigen präventiven Wartung eines Systems).
Folglich ist Farrars Methode, für
die beträchtliche
Messungen und Berechnungen erforderlich sind, unpraktisch, da es
kritisch ist, die Linsenleistung auf regelmäßiger zu überwachen. Dementsprechend
besteht ein Bedarf, die Linsenabberation direkt an den gedruckten
Produktwafern überwachen
zu können.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, schlugen Dirksen et al. (siehe beispielsweise
PCT-Patentanmeldung
WO 00/31592) eine Methode zur direkten Kontrolle der Linsenabberation
an gedruckten Wafern vor. Dirksens Methode zufolge umfasst die Linsenkontrollfunktion
einfache kreisförmige
Merkmale auf dem Retikel. Das kreisförmige Merkmal ist genau genommen
ein chromfreies Merkmal, das in das glasartige Substrat des Retikels
geätzt
wurde. Die Ätztiefe beträgt üblicherweise λ/2 und der
Durchmesser beträgt
rund (λ/NA),
wobei NA die numerische Apertur der Projektionslinse ist. Dirksen
zufolge hat sich die Methode als effektiv erwiesen. Zudem ist die Struktur einfach
und klein genug, um gut im gesamten Belichtungsfeld angeordnet zu
werden.
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Dennoch
gibt es immer noch einige Probleme bezüglich der Anwendung von Dirksens
Linsenabberationskontrollfunktion. Zunächst muss die Tiefe des Linsenkontrollmerkmals
auf der Maske auf ungefähr
die Hälfte
der Wellenlänge
eingeätzt
werden. Bei einer Maske für
spezielle Zwecke ist es kein Problem, einen zusätzlichen (oder speziellen)
Schritt im Maskenherstellungsprozess zuzuweisen, um ein solches
Merkmal herzustellen. Der zur Herstellung von Retikeltypen, wie
z. B. binäre
Chromretikel oder attPSM, erforderliche zusätzliche Prozess zur Maskenherstellung
für die
Erstellung einer solchen Kontrollfunktion ist jedoch sehr zeit-
und kostenintensiv. Für
alternierende PSM (altPSM) oder chromfreie PSM (CLM) wäre ebenfalls
ein solcher zusätzlicher Prozess
der Maskenherstellung erforderlich. Außerdem ist bei der Dirksen-Kontrollfunktion
eine spezielle Ätzzeit
erforderlich, da im Gegensatz zur π-Phase eine andere Ätztiefe
im Quarzsubstrat benötigt
wird, zudem muss die Ätzung
separat vorgenommen werden.
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Ein
zweites Problem bei Dirksens-Linsenkontrollfunktion besteht darin,
dass sie äußerst anfällig für Phasenfehler
ist, die aus dem Quarzätzungsprozess
während
der Maskenformung resultieren können.
Insbesondere bei einem schweren Phasenfehler (siehe 1(a)–1(f), in denen S ein Quarzmaskensubstrat bezeichnet),
verursacht der Quarzätzungsprozess
ein schräges
Kantenprofil auf der Maske, wie in 1(a) dargestellt
ist. In einem solchen Fall verliert die Dirksen-Linsenkontrollfunktion
die gesamte Empfindlichkeit zur Anzeige möglicher Linsenabberationen.
Wenn auf der Maske jedoch kein Phasenfehler auftritt, wie in 1(d) dargestellt, ist die Dirksen-Kontrollfunktion
ein effektives Mittel zur Erkennung von Linsenabberationen. 1(b) und 1(e) zeigen
einen Querschnitt des gedruckten Abdeckmusters, das sich aus der „schrägen" Struktur der Dirksen-Kontrollfunktion
in 1(a), bzw. aus der „idealen" Struktur der Dirksen-Kontrollfunktion
in 1(d) ergibt.
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Es
wird angemerkt, dass die zur Herstellung der in 1(b) und 1(e) dargestellten
Abdeckprofile eingesetzten Druckbedingungen wie folgt lauteten:
0,68NA mit 0,8 partieller Kohärenz
bei +0,1 μm Defokussierung
unter Verwendung einer Shipley UV6-Abdeckung mit einer Stärke von
0,4 μm auf
einem organischen BARC (AR2) auf einem Polysilikon-Wafer. In die
Simulation wurde ein +0,025λ Koma
für beide
X & Y (Z7 und
Z8 Zernik-Polynome) einbezogen.
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Bei
genauerer Betrachtung der durch die Strukturen der Dirksen-Kontrollfunktion
gebildeten ringförmigen
Abdeckmuster (wie beispielsweise in 1(c) und 1(f) dargestellt) wird deutlich, dass der innere
Ring des gedruckten Abdeckmusters im Vergleich zu dem von der Struktur
des äußeren Rings geformten
steilen Profil ein schwammiges Abdeckprofil aufweist. Der Grund
für diese
Abweichung liegt darin, dass das Abdeckmuster des äußeren Rings von
der Phasenänderung
in der Maske geformt wird, während
das Abdeckmuster des inneren Rings ohne eine solche Phasenänderung
gebildet wird. Insbesondere wird das Abdeckmuster des inneren Rings durch
die Dämpfung
der Belichtunsgwellenlänge
gebildet, die durch die Mitte des Dirksen-Kontrollfunktionsmusters
geleitet wird. Mit anderen Worten werden die beiden Abdeckprofile
(d. h. der innere und der äußere Ring)
durch zwei von Natur aus unterschiedliche Neigungen der jeweiligen
Raumbilder gebildet. Der Unterschied bei den Abdeckprofilen kann
zur fehlerhaften Registrierungsmessungen führen, was wiederum eine Fehlinterpretation
der untersuchten Linsenabberation zur Folge haben kann.
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Es
wird erläutert,
dass es möglich
ist, wie in 1(e) und 1(f) dargestellt,
mit der Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion ein leichtes Koma
zu beobachten. Insbesondere ist die Ringbreite auf der linken Seite
anders als diejenige auf der rechten Seite. Des Weiteren wird erklärt, dass
es schwierig ist, dieses Koma in der „schrägen" Dirksen-Kontrollfunktion wie in 1(b) und 1(c) dargestellt
zu beobachten.
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Dementsprechend
besteht angesichts der oben genannten Probleme weiterhin Bedarf
an einer Linsenkontrollfunktion, mit der eine Ermittlung von Linsenabberationen
möglich
ist, die aber nicht sofort von leichten Fehlern beim Maskenherstellungsprozess
beeinträchtigt
wird. Es ist zudem wünschenswert,
dass die Linsenkontrollfunktionsstrukturen klein genug sind, so
dass sie an verschiedenen Stellen innerhalb oder neben der Chipherstellung
zur Linsenkontrolle vor Ort angeordnet werden können. Außerdem ist es wünschenswert,
dass die Linsenkontrollfunktion realisiert werden kann, ohne dass
dazu zusätzliche
Schritte im Maskenherstellungsprozess erforderlich sind.
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Um
die oben genannten Anforderungen zu erfüllen, ist es Gegenstand der
vorliegenden Erfindung, eine Linsenkontrollfunktion zu bieten, die
in der Lage ist, Linsenabberationen zu erfassen. Ein weiterer Gegenstand
der Erfindung ist es, dass die genannte Linsenkontrollfunktion eine
Abberationsstrukturanalyse mit ausreichend geringer Größe enthält, damit
die Kontrollfunktion für
eine Produktionskontrolle vor Ort genutzt werden kann. Darüber hinaus
ist es Gegenstand der Erfindung, dass für die Herstellung der genannten
Kontrollfunktion keine zusätzlichen
Verarbeitungsschritte erforderlich sind, beispielsweise während der
Maskenformung, und dass die Funktionalität der Linsenkontrollfunktion
durch geringe Fehler bei der Herstellung, beispielsweise im Maskenformungsprozess,
nicht wesentlich beeinträchtigt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Linsenabberationskontrollfunktion
zur Erkennung von Linsenabberationen. Die Kontrollfunktion weist
eine Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen
auf (die beispielsweise auf einer Maske angeordnet sind). Die Vielzahl
von nicht lösbaren Merkmalen
ist so angeordnet, dass ein vorbestimmtes Testmuster auf das Substrat
projiziert wird und das Testmuster dann verwendet wird, um Linsenabberationen
zu erfassen. Die Größe der Kontrollfunktion
ist so ausgelegt, dass sie in das Objektfeld des Lithographiegeräts in Verbindung
mit einem Gerätemuster
passt, das einem Bauteil (z. B. einem integrierten Schaltkreis)
entspricht, das auf dem Substrat gebildet werden soll; die Kontrollfunktion
ist beispielsweise klein genug, dass sie auf eine Maske mit einem
IC-Muster passt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Methode zur Erfassung
von Abberationen in Verbindung mit einem optischen System (Strahlungssystem
und/oder Projektionslinse), das in einem optischen Lithographie-System
verwendet wird, wie es im einleitenden Abschnitt beschrieben wurde.
In diesem Zusammenhang weist die Methode die folgenden Schritte
auf:
- – Das
gewünschte
Muster weist die Kontrollfunktion mit einer Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen
auf, wobei diese Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen so angeordnet
ist, dass ein zuvor bestimmtes Testmuster gebildet wird, wenn es
auf das Substrat projiziert wird;
- – Die
Kontrollfunktion wird durch das Projektionssystem auf das Substrat
projiziert;
- – Die
Position des beschriebenen und zuvor festgelegten Testmusters und
die Position der Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen in der Kontrollfunktion
werden analysiert, um festzustellen, ob eine Abberation vorliegt.
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Zusätzlich zu
der beschriebenen Kontrollfunktion kann das beschriebene Muster
ein Bauteilmuster aufweisen, das der integrierten Bauteilschicht,
die auf dem beschriebenen Substrat gebildet werden soll, entspricht.
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Wie
im Folgenden beschrieben deutet eine Verschiebung von der erwarteten
Position eine vorhandene Abberation an, wenn sich die Position des vorbestimmten
Testmusters von der erwarteten Position unterscheidet, die von der
Position der Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen bestimmt wird.
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Wie
im Folgenden ausführlicher
beschrieben bietet die vorliegende Erfindung bedeutende Vorteile gegenüber der
bisherigen Technik. Am wichtigsten ist dabei, dass die vorliegende
Erfindung eine Linsenkontrollfunktion enthält, die in der Lage ist, die
kleinsten Linsenabberationen zu erfassen. Zudem kann die Kontrollfunktion
an einer ausreichenden Anzahl an Positionen zur Überwachung des gesamten Belichtungsfelds
angeordnet werden, da die Gesamtgröße der Linsenkontrollfunktion
klein genug ist.
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Wird
die Kontrollfunktion auf einer Maske angeordnet, ist diese im Wesentlichen
unanfällig
gegen Fehler beim Maskenformungsprozess, in dem auch die Kontrollfunktion
gebildet wird. In einem solchen Fall eignet sich die Linsenkontrollfunktion
der vorliegenden Erfindung für
Kontrollen vor Ort, da die Linsenkontrollfunktion mit Hilfe des
gleichen Maskenformungsprozesses wie die Produktionsmaske geformt werden
kann. Daher sind keine zusätzlichen
Schritte beim Maskenformungsprozess erforderlich. Ein weiterer Vorteil
liegt darin, dass die Effektivität
der Linsenkontrollfunktion relativ unempfindlich sowohl gegen „schräge" Phasenkanten als
auch gegen „Rundformungs"-Effekte ist, die
im Allgemeinen in Maskenherstellungsprozesses auftreten.
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Zusätzliche
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann aus den folgenden
schematischen Zeichnungen und den dazu gehörenden ausführlichen Beschreibungen der
Ausführungsbeispiele
der Erfindung ersichtlich, wobei:
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1(a) eine Draufsicht sowie ein Querschnitt einer „schrägen" Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion
ist;
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1(b) ein Querschnitt des gedruckten Abdeckmusters
darstellt, das aufgrund der „schrägen" Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion
in 1(a) entsteht;
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1(c) eine Draufsicht des Abdeckmusters in 1(b) darstellt;
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1(d) eine Draufsicht und einen Querschnitt einer „idealen" Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion
darstellt;
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1(e) ein Querschnitt des gedruckten Abdeckmusters
ist, das durch die „ideale" Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion
in 1(d) entsteht;
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1(f) eine Draufsicht des Abdeckmusters in 1(e) ist;
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2(a) stellt eine Draufsicht und einen Querschnitt
einer Dirksen-Kontrollfunktion
dar, die so modifiziert ist, dass sie eine „ringähnliche" Struktur bildet;
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2(b) ist ein eindimensionaler Querschnitt des
Raumbilds der „ringähnlichen" Struktur der Kontrollfunktion
aus 2(a);
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2(c) ist ein Querschnitt des gedruckten Abdeckmusters,
das durch die „ringähnliche" Kontrollfunktion
in 2(a) entsteht;
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3(a) stellt ein Beispiel für eine Linsenabberationskontrollfunktion
gemäß der vorliegenden Erfindung
dar;
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3(b)–3(g) stellen Beispielausführungen der in 3(a) dargestellten Linsenabberationskontrollfunktion
und deren Druckleistung dar;
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4(a) stellt das Objektphasenspektrum der Dirksen-Kontrollfunktion
in 1 dar;
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4(b) stellt das Objektphasenspektrum der „ringähnlichen" Kontrollstruktur
in 2 dar;
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4(c) stellt das Objektphasenspektrum der Linsenabberationskontrollfunktion
in 3(a) dar;
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4(d) ist eine eindimensionale Querschnittsansicht
des flüchtigen
Bilds der Dirksen-Kontrollfunktion in 1;
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4(e) ist eine eindimensionale Querschnittsansicht
des flüchtigen
Bilds der „ringähnlichen" Kontrollfunktion
in 2;
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4(f) ist ein eindimensionaler Querschnitt des
Raumbilds der Linsenabberationskontrollfunktion in 3(a);
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5(a)–5(c) stellt die tatsächliche Druckleistung der Linsenabberationskontrollfunktion in 3(a) dar;
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6(a) ist eine Draufsicht sowie ein Querschnitt
der Linsenabberationskontrollfunktion in 3(a),
bei der der Maskenformungsprozess dazu führt, dass die nicht lösbaren Merkmale
schräge
Kanten haben;
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6(b) stellt das Objektphasenspektrum der Linsenabberationskontrollfunktion
in 6(a) dar;
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6(c) ist ein zweidimensionales Raumbild der Linsenabberationskontrollfunktion
in 6(a), wie es auf die Projektionslinse
projiziert wird;
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6(d) ist eine Draufsicht auf das ursprüngliche
Abdeckmuster in (a), das mit der auf einen
Wafer gedruckten Linsenabberationskontrollfunktion überlappt;
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6(e) ist ein Querschnitt der Linsenabberationskontrollfunktion,
die der Kontrollfunktion in 6(a) entspricht.
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7(a)–7(d) beweist die Möglichkeit, die Linsenabberationskontrollfunktion
der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer 6% attPSM oder einer
binären
Chrommaske zu verwenden;
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8(a)–8(h) veranschaulicht die Fähigkeit der Linsenabberationskontrollfunktion
der vorliegenden Erfindung, Linsenabberationen zu erfassen;
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9 stellt
ein Lithographie-Projektionsgerät
dar, das sich zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung eignet.
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In
den Zeichnungen werden ähnliche
Merkmale mit ähnlichen
Referenzsymbolen gekennzeichnet.
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Die
folgende ausführliche
Beschreibung der Linsenabberationskontrollfunktion der vorliegenden Erfindung
bezieht sich auf die Kontrollfunktion an sich sowie auf eine Methode
zur Bildung der Kontrollfunktion. Es wird darauf hingewiesen, dass
die folgende Beschreibung dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung
dient, wie die Kontrollfunktion genutzt werden kann, um ringförmige Strukturen
auf einer Maske zu bilden. Außerdem
wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
solche ringförmigen
Strukturen beschränkt
ist; andere Formen sind natürlich
auch möglich.
Darüber
hinaus müssen
die genannten Strukturen nicht auf einer Maske gebildet werden;
sie können
beispielsweise auch mit anderen Musterschablonen erzeugt werden.
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Aufgrund
der oben beschriebenen Beobachtungen in Bezug auf die Dirksen-Kontrollfunktion dachte
der Erfinder der vorliegenden Erfindung zunächst, dass das Abdeckprofil
des inneren Rings der Dirksen-Kontrollfunktion verbessert werden
könnte, indem
die Kontrollfunktion so modifiziert wird, dass er eine ringähnliche
Struktur aufweist. Mit anderen Worten könnte das schwächere/unreine
Abdeckprofil des inneren Rings der Dirksen-Kontrollfunktion korrigiert werden,
indem eine Phasenänderung
in der Mitte der Struktur erzeugt wird. Im Gegensatz zu den ursprünglichen
Gedanken fand der Erfinder der vorliegenden Erfindung jedoch heraus,
dass die Erzeugung einer Phasenänderung
in der Mitte der Dirksen-Struktur nicht zu dem entsprechenden Abdeckprofil
mit ringähnlicher
Struktur führte.
Außerdem
war das erzeugte Abdeckprofil für
die Kontrolle der Linsenabberation prinzipiell unbrauchbar.
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2(a)–2(c) zeigt die modifizierte Dirksen-Kontrollfunktion
zur Bildung einer ringähnlichen
Struktur. Insbesondere 2(a) stellt
eine Draufsicht sowie einen Querschnitt der modifizierten Dirksen-Struktur
zur Bildung einer ringähnlichen Struktur
dar. 2(b) ist ein eindimensionales Raumbild
der ringähnlichen
Struktur in 2(a) (in der I für Intensität steht)
als Querschnitt. 2(c) ist ein Querschnitt der
gedruckten Abdeckung der ringähnlichen
Struktur in 2(a). Wie aus den 2(a)–2(c) hervorgeht, erzeugt die ringähnliche
Struktur (2(a)) kein ringförmiges Abdeckprofil.
Dies liegt an der Tatsache, dass das Raumbild der Kontrollfunktion
keinen ausreichenden Kontrast zur Ausgestaltung einer „ringähnlichen" Abdeckstruktur aufweist.
Daher eignet sich die Struktur in 2(a) praktisch
nicht zur Kontrolle von Linsenabberationen. Es wird darauf hingewiesen,
dass oben genannte Struktur nur so lange genau ist, wie sich der
Durchmesser der Kontrollfunktion in einem Bereich von λ/NA befindet.
Bei einem größeren Durchmesser würde die
ringähnliche
Ausführung
in 2(a) wahrscheinlich ein ringähnliches
Abdeckmuster ausdrucken. Wenn der Durchmesser jedoch größer wird
als λ/NA,
verringert sich die Effektivität
der Linsenabberationskontrolle erheblich.
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In
Anbetracht der vorgenannten Ausführungen
besteht eines der primären
Ziele der vorliegenden Erfindung in einer Linsenabberationskontrollfunktion
mit Strukturen, die einen effektiven Durchmesser in einem Bereich
von λ/NA
aufweisen, und die ein Raumbild mit einer Log-Neigung erzeugen, die
steil genug ist, um ausreichend empfindlich zur Erfassung von minimalen
Linsenaberrationen zu sein.
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3(a) ist ein Beispiel für eine Linsenabberationskontrollstruktur
10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie dargestellt ist die Linsenabberationsstruktur
10, die
als Octad Raster-Ring (OHR) bezeichnet wird, eine Unterrasterstruktur,
die eine Vielzahl von Unterraster-Merkmalen
12 aufweist.
Eine detaillierte Beschreibung der Bildung von Unterrasterstrukturen
ist beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 980 542 enthalten.
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In
dem in 3(a) dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Gesamtform der Unterrasterstruktur 10 kreisförmig, während sämtliche
Merkmale 12 eine quadratische Form aufweisen. Es wird darauf hingewiesen,
dass die Abberationskontrollstruktur 10 der vorliegenden
Erfindung nicht auf diese Formen beschränkt ist. Die Gesamtform der
Unterrasterstruktur 10 muss nicht kreisförmig sein
und die Form der Merkmale 12 muss nicht quadratisch sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass die quadratisch geformten Unterrastermerkmale 12 aufgrund
des Maskenherstellungsprozesses an den Ecken wahrscheinlich abgerundet
sind.
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Gemäß 3(a) stellen sich die Größe der einzelnen Merkmale 12 und
die Abstände
zwischen den Merkmalen 12 wie folgt dar. In einem Ausführungsbeispiel
beträgt
die Größe SL jeder
Seite der quadratischen Merkmale rund 0,3 (λ/NA) oder weniger. Es wird darauf
hingewiesen, dass die Mindestgröße der Unterrastermerkmale 12 durch
das Maskenherstellungsraster eingeschränkt wird. Beim derzeitigen
Herstellungsprozess für
Produktionsmasken liegt die Auflösungsgrenze
in einem Bereich von ungefähr
200 nm auf einer 4X-Maske. Auf einer 1X-Waferskala entspricht dies
50 nm. Bei der Verwendung eines 0,68NA Steppers mit einer KrF-Belichtungsquelle
beispielsweise kann die Größe jedes
quadratischen Merkmals 12 etwa 100 nm–120 nm pro Seite betragen.
Um einen ausreichenden Rastereffekt zu bewahren, ist es wünschenswert,
dass der Abstand ES zwischen jedem quadratischen Merkmal 12 unter 0,15
(λ/NA) beträgt. Alternativ
sollte der Abstand zwischen jedem Merkmal 12 weniger als
die Hälfte
der Seitenmaße
des quadratischen Merkmals 12 betragen. Es wird darauf
hingewiesen, dass sich die oben genannten Abstandsanforderungen,
wie in 3(a) dargestellt, auf den Abstand
zwischen angrenzenden Merkmalen 12 beziehen. Zudem wird
darauf hingewiesen, dass der versetzte Abstand in der X- und Y-Richtung (bzw. XST
und YST, wie in 3(a) dargestellt, vorzugsweise
der gleiche ist. Anders ausgedrückt
sollte der Bereich eines Merkmals 12, der entweder in der
X-Richtung oder
in der Y-Richtung mit einem angrenzenden Merkmal überlappt,
möglichst gleich
sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt
der bevorzugte versetzte Abstand in einem Bereich von ungefähr 1/4 bis
3/4 der Unterraster-Elementgröße. Schließlich, wiederum
in Bezug auf 3(a) wird darauf hingewiesen,
dass der Abstand EES zwischen den Innenkanten der zwei gegenüberliegenden
Merkmale mit dem größten Abstand
entlang der X-Richtung (d. h. Merkmale 12a, 12b)
oder der Y-Richtung
(d. h. Merkmale 12c, 12d) liegt und vorzugsweise
(λ/NA) entspricht.
Alle Abmessungen sind in der 1X Waferskala angegeben.
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In
dem in 3(a) dargestellten Ausführungsbeispiel
der Linsenabberationskontrollfunktion verwendet die Unterrasterstruktur 10 der
vorliegenden Erfindung acht quadratische Merkmale 12, die
in einem ringähnlichen
Format angeordnet sind. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die vorliegende
Erfindung auf diese Weise einzuschränken. Es ist natürlich möglich, eine
Unterrasterstruktur zu erzeugen, die keine ringähnliche Form aufweist. Es ist
ebenso möglich,
eine Unterrasterstruktur mit einer Vielzahl von Unterrastermerkmalen
zu bilden, deren Anzahl von acht abweicht. Außerdem können auch Merkmale in einer
anderen als quadratischen Form verwendet werden.
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Obwohl
die linienähnlichen
Strukturen (z. B. ein Paar paralleler Linien) verschiedene Formen
von Linsenabberation zeigen können
(z. B. Koma), ist es insbe sondere wünschenswert, eine „ringähnliche" Struktur zu bilden,
um andere Formen der Linsenabberation und deren jeweilige Ausrichtung
zu erfassen. Da jedes Merkmal 12 ein Unterraster aufweist, spielt
die jeweilige Form keine Rolle. Die Größe des Merkmals 12 und
der Rasterabstand sind wesentlich wichtiger. Die 3(b), 3(c) und 3(d) sind Beispiele verschiedener Konfigurationen
und Formen von Unterrastermerkmalen 12, die zur Bildung von
Kontrollstrukturen verwendet werden können. Die 3(e), 3(f) und 3(g) stellen die tatsächliche Druckleistung der in
den 3(b), 3(c) bzw. 3(d) abgebildeten Kontrollstruktur dar. Alle Belichtungen
wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, nämlich 0,68NA mit ringförmiger Beleuchtung
(0,6 inneres Sigma und 0,8 äußeres Sigma,
wobei Sigma (σ)
der so genannte Kohärenzfaktor
ist). Zusätzlich
wurde bei jedem Beispiel eine Menge von 0,05λ X- und Y-Koma gezielt eingeführt. Bei allen drei Beispielen
ist die Koma-Linsenabberation in den in den 3(e), 3(f) und 3(g) dargestellten
gedruckten Mustern deutlich zu beobachten.
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Die 4(a)–4(f) stellen einen Vergleich der Objektspektren
und den Raumbildern der Dirksen-Kontrollfunktion (1),
der ringähnlichen Kontrollstruktur
(2) und der OHR-Kontrollstruktur der
vorliegenden Erfindung (3(a))
dar. In den Abbildungen steht P für die Phase und I für die Intensität. Insbesondere
in 4(a) zeigt sich, dass das Phasenobjektspektrum
der Dirksen-Kontrollfunktion innerhalb der ±NA-Grenzen (numerische Apertur) nicht
symmetrisch ist. Aus 4(b) ist
ersichtlich, dass die ringähnliche
Kontrollfunktion ein symmetrisches Phasenspektrum aufweist, der
gesamte Phasenbereich jedoch verdichtet ist. Wie bereits oben beschrieben
und in 4(e) dargestellt, zeigt die „ringähnliche" Kontrollstruktur
einen unzureichenden Kontrast des Raumbilds, und ist daher nicht
für den Druck
eines ringähnlichen
Abdeckmusters geeignet.
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In 4(c) ist dargestellt, dass die OHR-Kontrollfunktion 10 innerhalb
der ±NA-Grenzen ein
symmetrisches Phasenspektrum aufweist, während ein voller Phasenbereich
von 0 bis 360 Grad besteht. Das der OHR-Kontrollfunktion 10 entsprechende
Raumbild (wie in 4(f) dargestellt) ähnelt dem Raumbild
der Dirksen-Kontrollfunktion
(wie in 4(d) dargestellt), wenn die
beiden Bilder mit den Druckgrenzwerten von ≈ 0,3 bis 0,35 Intensitätsgrad verglichen
werden. Obwohl es nicht leicht ersichtlich ist, sind die Log-Neigungen
für innere
und äußere Raumbilder
bei den Intensitätsgrenzwerten
der OHR-Kontrollstruktur 10 ausgeglichener. Dies wird sowohl
in 4(d) als auch in 4(f) mit einem Pfeilpaar dargestellt.
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Die 5(a)–5(c) versanschaulichen die tatsächliche
Druckleistung der in 3(a) dargestellten
OHR-Linsenkontrollstruktur 10. Die Druckbedingungen zur
Erstellung der 5(a)–5(c) waren
die gleichen, wie die oben für 1(a)–1(f) beschriebenen Bedingungen. 5(a) stellt ein zweidimensionales Raumbild der
OHR-Kontrollstruktur 10 dar,
wie es auf die Projektionslinse (I gibt die Intensität an) projiziert
wird. 5(b) stellt eine Draufsicht
auf die ursprünglichen
Abdeckmuster dar (d. h. Merkmale 12), die mit der daraus
resultierenden OHR-Kontrollstruktur (d. h. die als Folge des Duckprozesses
gebildete OHR-Kontrollstruktur) überlappen.
Wie in den 5(a)–5(c) dargestellt,
können
mit der Kontrollfunktion selbst geringste Koma-Abberationen erfasst
werden.
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Die
in der Simulation verwendete Koma-Abberation (0,025λ sowohl für Z7 als
auch für
Z8) kann im 2D-Raumbild in 5(a) sowie
in 5(b) beobachtet werden. In Bezug
auf 5(b) wird die Abberation durch
eine Verschiebung des inneren Rings 14 der gedruckten OHR-Struktur
nach rechts oben angezeigt. 5(c) ist
ein Querschnitt der gedruckten OHR-Struktur, in der dargestellt
wird, dass der innere Bereich 16 auf der linken Seite der
gedruckten OHR-Struktur (des vorliegenden Querschnitts) mehr in
Richtung Mitte verschoben ist als der entsprechende innere Bereich 17 auf
der rechten Seite der gedruckten OHR-Struktur. Jede der vorhergehenden Verschiebungen/Abweichungen
der Position der OHR-Struktur deutet auf eine vorhandene Linsenabberation
hin. Wenn keine Linsenabberation vorliegt, hätte der innere Ring 14 in 5(b) den gleichen Abstand zu allen quadratischen
Merkmalen 12, die verwendet werden, um die OHR-Kontrollstruktur 10 zu bilden.
Zusätzlich
würden
beide Abdeckmuster 16, 17 in 5(c) den gleichen Abstand zum Mittelpunkt aufweisen.
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Es
wird erläutert,
dass die OHR-Kontrollfunktion, die in der Ritzlinie oder innerhalb
des Chips gedruckt wird, dass er die Schaltkreiswirkung nicht beeinträchtigt,
beim Einsatz so dimensioniert wird, dass er die tatsächliche
Linsenabberation im entsprechenden Belichtungsfeld überwacht.
Die Linsenaberration wird dann dazu ver wendet, die erforderlichen
Korrekturmaßnahmen
zu berechnen, die nötig
sind, um den CD-Fehler zu minimieren. Die Korrekturmaßnahmen können beispielsweise
vollzogen werden, indem das Maskenmuster variiert wird oder indem
das Belichtungsmittel gedreht wird. Wie hier beschrieben, kann das
Ausmaß der
Linsenabberation bestimmt werden, indem die relative Ringweite oder
die relative Positionsverschiebung des inneren Ringkranzes in Bezug auf
eine bekannte Referenzstruktur gemessen wird, die für Linsenabberationen
nicht empfindlich ist. Eine andere mögliche Methode besteht darin,
ein SEM-Foto des gedruckten OHR-Musters zu machen und es mit anderen
OHR-Mustern zu vergleichen, die bekannte Linsenabberationen aufweisen.
Mit einer statistischen Analyse ist es möglich, die Größenordnung
und den Typ der Linsenabberation mit zuverlässiger Wiederholbarkeit zu
bestimmen.
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Ein
wichtiger Punkt in Bezug auf die OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass sich die Leistung der Kontrollfunktion
infolge eines mangelhaften Maskenherstellungsprozesses nicht verschlechtert.
Insbesondere verliert die OHR-Kontrollfunktion nicht ihre Empfindlichkeit zur
Erfassung von Linsenabberationen, wenn die Quarzätzung zu schrägen Phasenkanten
auf der Maske führt. 6(a) stellt eine Draufsicht sowie einen Querschnitt
der in der Maske gebildeten OHR-Kontrollstruktur 10 dar
(S steht für
das Maskensubstrat), in der der Maskenherstellungsprozess zu quadratischen
Merkmalen 12 mit schrägen
Kanten führt.
Die schrägen
Kanten sind eine Folge eines mangelhaften Quarzätzungsprozesses während der Maskenbildung.
In 6(b) zeigt sich jedoch, dass die
schrägen
Quarzphasen-Kantenmuster auf der Maske keinen signifikanten Einfluss
auf das Objektphasenspektrum haben. Das gesamte Objektphasenspektrum
wird nur leicht verdichtet (auf rund 350 Grad). Eine solche Verdichtung
kann zu einem leichten Rückgang
der Empfindlichkeit der Kontrollfunktion zur Erkennung von Linsenabberationen
führen. Wichtiger
bei einer derart extrem schrägen
Phasenkante ist jedoch, wie in 6(c)–6(e) dargestellt, dass die gedruckten Abdeckprofile
nur wenig beeinflusst werden. Im Vergleich zur Dirksen-Kontrollfunktion
bietet die OHR-Kontrollfunktion
der vorliegenden Erfindung also eine deutlich flexiblere Kontrollfunktion.
Es wird erläutert,
dass die Druckbedingungen zur Herstellung der 6(c)–6(e) die gleichen sind, wie oben in Bezug auf 1(a)–1(f) beschrieben.
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Wie
oben bereits erwähnt,
ist es wünschenswert,
die Linsenabberationskontrollfunktion der vorliegenden Erfindung
zur Kontrolle während
des Produktionsdruckprozesses vor Ort zu verwenden. Um dieses Ziel
zu erreichen, ist es erforderlich, dass die beiden folgenden Anforderungen
erfüllt
werden:
- (1) Die Linsenabberationskontrollfunktion
muss ohne zusätzliche
Schritte mit dem gleichen Maskenherstellungsprozess erstellt werden;
und
- (2) Die Struktur der Linsenabberationskontrollstruktur muss
einsatzfähig
und effektiv sein, wenn sie unter den gleichen Belichtungsbedingungen gedruckt
wird, wie dies für
den Druck der Produktionsmuster beabsichtigt ist.
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Die
OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung erfüllt beide
Anforderungen. Die 7(a)–7(d) belegen
die Fähigkeit
der OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung zum Einsatz
auf einer 6% attPSM oder einer binären Chrommaske. Es wird erläutert, dass
die zur Herstellung von der 7(a)–7(d) genutzten Druckbedingungen die gleichen sind,
wie oben in Bezug auf 1(a)–1(f) beschrieben.
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Insbesondere 7(a) stellt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster
dar, die auf einer 6% attPSM gebildet wurden und mit der daraus
resultierenden gedruckten OHR-Kontrollfunktion überlappen. 7(b) ist ein Querschnitt der gedruckten OHR-Kontrollfunktion,
die sich aus den Abdeckmustern in 7(a) ergibt. 7(c) ist eine Draufsicht auf die Abdeckmuster,
die auf einer binären
Chrommaske gebildet wurden und mit der daraus resultierenden gedruckten
OHR-Kontrollfunktion überlappen. 7(d) ist ein Querschnitt der gedruckten OHR-Kontrollfunktion,
die aus den Abdeckmustern in 7(c) entsteht.
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Wie
aus den 7(a)–7(d) hervorgeht, erkennt
sowohl die unter Verwendung einer 6% attPSM gebildete OHR-Kontrollstruktur
als auch die mit der binären
Chrommaske gebildete OHR-Kontrollstruktur kleinste Linsenabberationen
(z. B. 0,025λ). So
wird beispielsweise der innere Ring 14 der daraus resultierenden
OHR-Kontrollstruktur
in beiden 7(a) und 7(c) nach
oben rechts auf ähnliche Weise
verschoben, wie in der in 5(b) dargestellten
OHR-Kontrollstruktur, wodurch die in dieser Simulation enthaltene
0,025λ-Linsenabberation
effektiv erfasst wird.
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Es
wird erläutert,
damit gewährleistet
ist, dass die gleichen Belichtungsgrade mit den damit verbundenen
Produktmustern verwendet werden können, dass die Maße der quadratischen
OHR-Elemente 12 sowohl für die 6% attPSM- als auch für die binäre Chrommaskenanwendung
in der Größe auf ≈ 0,35 (λ/NA) angepasst
wurden. Die anderen OHR-Designparameter wurden nicht geändert. Jedoch
scheint es aufgrund des leicht größeren quadratischen Elements
erforderlich zu sein, dass der Abstand zwischen jedem quadratischen
Element neu eingestellt wird, um den Rastereffekt auf bestmögliche Weise
zu optimieren.
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Wie
oben erläutert
ist die OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung sehr vielseitig.
Neben der in Verbindung mit den 5, 6 und 7 dargestellten
Erfassung von Koma-Abberationen kann die OHR-Kontrollfunktion auch
zahlreiche andere Arten von Linsenabberationen erkennen. Die 8(a)–8(h) zeigen die Möglichkeit der OHR-Kontrollfunktion,
Linsenabberationen zu erfassen. Es wird erläutert, dass die zur Herstellung
der 8(a)–8(h) angewandten
Druckbedingungen die gleichen waren, wie oben in Bezug auf 1(a)–1(f) beschrieben, mit Ausnahme der Einstellungen
für die
Linsenabberation, alle wiesen eine Defokussierung von +0,1 μm auf.
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8(a) stellt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster
dar, die zur Bildung der OHR-Kontrollstruktur verwendet wurden und
die mit der daraus resultierenden OHR-Kontrollstruktur überlappen, die mit einer beugungsbegrenzten
Linse gedruckt wurde. 8(e) stellt
die Wellenfront an der Projektionslinsenpupille dar, die der OHR-Kontrollfunktion
in 8(a) entspricht. Wie gezeigt,
deutet die gedruckte OHR-Kontrollstruktur
darauf hin, dass die Linse im Wesentlichen frei von Abberationen
ist, da sich der innere Ring 14 und der äußere Ring 15 jeweils
an der erwarteten Position befinden.
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8(b) zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster
der Linsenabberationskontrollstruktur, die mit einer Linsenabberation
von 0,05λ mit
einem 45 Grad-Astigmatismus
gedruckt wurde und die mit der daraus resultierenden OHR-Kontrollstruktur überlappt. 8(f) zeigt die Wellenfront an der Projektionslinsenpupille,
die der OHR-Kontrollstruktur in 8(b) entspricht.
Wie dargestellt, macht die gedruckte OHR-Kontrollstruktur die Linsenabberation an
der Verlängerung
des inneren Rings 14 um die 45 Grad-Achse deutlich.
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8(c) zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster
der Linsenabberationskontrollstruktur, die mit einer Linsenabberation
von 0,05λ des
X- und Y-Komas (Z7 und Z8) gedruckt wurde und die mit der daraus
resultierenden OHR-Kontrollstruktur überlappt. 8(g) zeigt die Wellenfront an der Projektionslinsenpupille,
die der OHR-Kontrollstruktur in 8(c) entspricht.
Wie dargestellt, macht die gedruckte OHR-Kontrollstruktur die Linsenabberation deutlich,
indem der innere Ring 14 und der äußere Ring 15 sowohl
nach oben als auch nach rechts verschoben werden.
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8(d) zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster
der Linsenabberationskontrollstruktur, die mit einer Linsenabberation
von 0,05λ der
X- und Y-Neigung (Z2 und Z3) gedruckt wurde und die mit der daraus
resultierenden OHR-Kontrollstruktur überlappt. 8(h) zeigt die Wellenfront an der Projektionslinsenpupille,
die der OHR-Kontrollstruktur in 8(d) entspricht.
Wie dargestellt, macht die gedruckte OHR-Kontrollstruktur die Linsenabberation deutlich,
indem der innere Ring 14 und der äußere Ring 15 sowohl
nach unten als auch nach links verschoben werden.
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Dementsprechend
ist es möglich,
auch wenn die tatsächlichen
Linsenabberationen sehr kompliziert und unmerklich sein können, durch
die kombinierte Verwendung der OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden
Erfindung und Messgeräten
auf dem neuesten Stand der Technik die eigentlichen Gründe von Linsenabberationen
zu analysieren. Es wird erläutert, dass
die oben in Zusammenhang mit den 8(a)–8(h) festgestellten Linsenabberationen auch offensichtlich
sind, wenn man, wie in den 8(f)–8(h) dargestellt, die auf die Projektionslinsenpupille
projizierten Wellenfronten betrachtet.
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9 stellt
schematisch ein Lithographie-Projektionsgerät dar, das sich für die vorliegende
Erfindung eignet. Dieses Gerät
weist die folgenden Bestandteile auf:
Ein Strahlungssystem
Ex, IL, das einen strahlenden Projektionsstrahl PB (z. B. UV oder
EUV-Strahlung) aussendet. In diesem besonderen Fall enthält das Strahlungssystem
auch eine Strahlungsquelle LA;
Ein erster Objekttisch (Maskentisch)
MT mit einer Maskenhaltekonstruktion zum Halten einer Maske MA (z.
B. ein Retikel), der an das erste Positionierungsmittel angeschlossen
ist, um die Maske in Bezug auf das Element PL zu positionieren;
Ein
zweiter Objekttisch (Substrattisch) WT mit einer Substrathaltekonstruktion
zum Halten eines Substrats (z. B. ein mit Abdecklack beschichteter
Silikonwafer), der an das zweite Positionierungsmittel angeschlossen
ist, um das Substrat in Bezug auf das Element PL zu positionieren;
Ein
Projektionssystem („Linse") PL (z. B. eine
refraktive, katadioptrische oder katoptrische optische Anordnung)
zur Abbildung eines bestrahlten Bereichs der Maske MA auf einem
Zielabschnitt C (z. B. mit einem oder mehreren Chips) des Substrats
W.
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Das
hier dargestellte Gerät
ist durchlässig
(d. h. es weist eine durchlässige
Maske auf). Es kann jedoch im Allgemeinen auch ein reflektierendes
Gerät (mit
einer reflektierenden Maske) sein. Alternativ kann das Gerät eine andere
Mustervorrichtung aufweisen, wie beispielsweise eine programmierbare Spiegelanordnung
vom oben beschriebenen Typ.
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Die
Quelle LA (z. B. eine Hg-Lampe, ein Excimer-Laser oder eine Plasmaquelle)
erzeugt einen Leuchtstrahl. Dieser Strahl wird in ein Beleuchtungssystem
(Beleuchter) IL eingeführt,
entweder direkt oder nachdem er verschiedene Aufbereitungsmittel durchquert
hat, wie beispielsweise eine Strahlerweiterung Ex. Der Beleuchter
IL kann Justierungsmittel AM aufweisen, um die äußere und/oder innere radiale
Ausdehnung (allgemein bezeichnet als σ-außen bzw. σ-innen) der Intensitätsverteilung
im Lichtstrahl einzustellen. Zusätzlich
weist es im Allgemeinen verschiedene andere Komponenten auf, wie
beispielsweise einen Integrator IN und einen Kondensor CO. Auf diese
Weise weist der Lichtstrahl PB, der auf die Maske MA trifft, die
gewünschte
Uniformität
und Intensitätsverteilung
in seinem Querschnitt auf.
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Der
Lichtstrahl PB durchdringt danach die Maske MA, die auf einem Maskentisch
MT gehalten wird. Nachdem die die Maske MA durchquert wurde, passiert
der Strahl PB die Linse PL, die den Lichtstrahl PB auf den Zielabschnitt
C auf dem Substrat W lenkt. Mit Hilfe des zweiten Positionierungsmittels (und
eines interferometrischen Messgeräts IF) kann der Substrattisch
WT exakt bewegt werden, z. B. um verschiedene Zielabschnitte C im
Strahlengang PB auszurichten. Auf ähnliche Weise kann das erste
Positionierungsmittel verwendet werden, um die Maske MA in Bezug auf
den Lichtstrahl PB genau auszurichten, z. B. nach der mechanischen
Auswahl der Maske MA aus einer Maskenbibliothek oder während eines
Scanvorgangs. Im Allgemeinen wird eine Bewegung der Objekttische
MT, WT mit Hilfe eines langhubigen Moduls (Grobpositionierung) und
eines kurzhubigen Moduls (Feinpositionierung) realisiert, was jedoch
in 9 nicht explizit dargestellt ist. Im Fall eines
Wafersteppers (im Gegensatz zu einem Step-Scan-Gerät) kann
der Maskentisch MT jedoch an ein kurzhubiges Stellglied angeschlossen
oder fest angebracht werden.
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Das
dargestellte Gerät
kann in zwei verschiedenen Modi genutzt werden:
- – Im Modus „Step" wird der Maskentisch
MT im Wesentlichen stationär
gehalten. Ein vollständiges
Maskenbild wird in einem Vorgang (d. h. mit einem einzigen „Blitz") auf einen Zielabschnitt
C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in die x- und/oder y-Richtung
verschoben, so dass mit dem Lichtstrahl PB ein anderer Zielabschnitt
C bestrahlt werden kann.
- – Im
Modus „Scan" wird im Wesentlichen
das gleiche Szenario angewendet, außer dass ein bestimmter Zielabschnitt
C nicht mit einem einzelnen „Blitz" belichtet wird.
Stattdessen kann der Maskentisch MT in eine vorgegebene Richtung (die
so genannte „Scan-Richtung", z. B. in die y-Richtung)
mit einer Geschwindigkeit u bewegt werden, so dass der Projektionsstrahl
PB ein Maskenbild scannt. Gleichzeitig wird der Substrattisch WT
simultan in die gleiche oder die entgegengesetzte Richtung mit einer
Geschwindigkeit von V = Mv bewegt, wobei M für die Vergrößerung der Linse PL steht (normalerweise
gilt: M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise kann ein relativ großer Zielabschnitt
C belichtet werden, ohne dass dabei die Auflösung beeinträchtigt wird.
-
Die
vorliegende Erfindung kann beispielsweise zur Untersuchung von Abberationen
im Beleuchter IL und/oder im Projektionssystem PL des oben beschriebenen
Apparats eingesetzt werden.
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Wie
oben erwähnt,
sind Variationen des Ausführungsbeispiels
der OHR-Kontrollfunktion
der vorliegenden Erfindung möglich.
Während
die beschriebene OHR-Kontrollstruktur beispielsweise die Form eines
Rings aufweist, können
natürlich
auch andere Formen zum Einsatz kommen. Außerdem können die individuellen Merkmale
zur Bildung der OHR-Kontrollstruktur in einer anderen Form als einem
Quadrat gebildet werden.
-
Außerdem kann
die OHR-Kontrollfunktion bei allen Maskentypen, wie etwa binäres Chrom,
attPSM, alternierende PSM und chromfreie PSM, verwendet werden.
Da das OHR-Design darauf hinweist, dass eine solche Struktur und
die Abstände zwischen
den Merkmalen sehr empfindlich auf Linsenabberationen reagieren,
können
die Maße
des OHR-Designs als Referenz für
die „verbotene" Designregeln bei
der Auslegung von integrierten Schaltkreisen verwendet werden. Als
solches können
die Schaltkreismerkmale weniger empfindlich für kleinste Linsenabberationen
werden. Dies kann beim Speicherschaltkreis- und Library-Schaltkreisdesign äußerst wichtig
sein, woraus sich eine erweitete/verbesserte CD-Erkennung ergibt.
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Wie
oben beschrieben, bietet die OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden
Erfindung gegenüber den
aktuellen Modellen bedeutende Vorteile. Am wichtigsten ist dabei,
dass die vorliegende Erfindung ein Linsenkontrollgerät bietet,
das kleinste Linsenabberationen erfasst und das praktisch unempfindlich gegen
Mängel
beim Maskenbildungsprozess ist, der zur Bildung der Kontrollfunktion
genutzt wird.
-
Daneben
ist die Linsenabberationskontrollfunktion der vorliegenden Erfindung
für eine
Erfassung vor Ort geeignet, da das Linsenkontrollgerät gebildet
werden kann, indem der gleiche Maskenformungsprozess genutzt werden
kann, der auch zur Herstellung der Produktionsmaske benötigt wird.
Aus diesem Grund sind keine zusätzlichen
Schritte für den
Maskenbildungsprozess erforderlich. Zudem ist die Gesamtgröße der Linsenkontrollstruktur
klein genug, so dass die Struktur an genügend Positionen angebracht
werden kann, um auf diese Weise das gesamte Belichtungsfeld zu überwachen.
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Ein
weiterer Vorteil liegt darin, dass die tatsächliche Form und Größe der Merkmale
nicht besonders kritisch sind, da die Linsenabberationskontrollstruktur
der vorliegenden Erfindung Unterrastermerkmale verwendet, weshalb
die Linsenabberationskontrollfunktion bei der Erfassung von Abberationen
in aktuellen Anwendungen außerordentlich
effektiv ist.
-
Zum
Schluss wird noch erläutert,
dass sich ein solches Gerät
auch für
viele andere Anwendungen eignet, obwohl in der vorangegangenen Beschreibung
spezifi sche Verweise auf die Verwendung des Lithographie-Projektionsgeräts bei der
Herstellung integrierter Schaltkreise gemacht wurden. Beispielsweise
kann das Gerät
auch bei der Herstellung von integrierten optischen Systemen, Leitungs-
und Erkennungsmustern für
magnetische Domainspeicher, LCD-Schalttafeln, Dünnschicht-Magnetköpfe usw. verwendet werden.
Der erfahrene Fachmann wird feststellen, dass im Zusammenhang mit
solchen alternativen Anwendungen die in diesem Text verwendeten
Begriffe „Retikel" oder „Wafer" eher durch die allgemeineren
Begriffe „Maske" oder „Substrat" ersetzt werden sollten.
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Im
vorliegenden Dokument werden die Begriffe „Strahlung" und „Strahl" verwendet, um alle Arten elektromagnetischer
Strahlung einschließlich
ultravioletter Strahlung (z. B. mit einer Wellenlänge von 365,
248, 193, 157 oder 126 nm) und EUV (extrem-ultraviolette Strahlung,
z. B. mit einer Wellenlänge
im Bereich von 5–20
nm) zu bezeichnen.
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Obwohl
bestimmte spezielle Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dargestellt wurden, wird darauf hingewiesen,
dass die vorliegende Erfindung in anderen speziellen Formen ausgeführt werden
kann, ohne vom Geist oder den wesentlichen Merkmalen abzuweichen.
Die vorliegenden Ausführungsbeispiele
sind daher in allen Aspekten als Erläuterungen und nicht als Einschränkungen
zu betrachten. Der Umfang der Erfindung wird vorrangig anhand der
anhängenden
Ansprüche
und nicht durch die vorangehende Beschreibung beschrieben. Alle Änderungen,
die die Bedeutung und den Bereich der Gleichwertigkeit der Ansprüche betreffen,
sollten daher mit einbezogen werden.