WO2005098543A1 - Verfahren zur strukturierung eines substrats durch mehrfachbeleuchtung - Google Patents

Abstract

1. Verfahren zur Strukturierung eines Substrats durch Mehrfachbelichtung. 2.1. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strukturierung eines Substrats unter Verwendung von Belichtungsvorgängen eines einstellbaren optischen Systems, wobei zur Erzeugung eines Strukturbildes auf dem Substrat eine Mehrfachbelichtung verwendet wird. 2.2. Erfindungsgemäß wird für wenigstens eine der mehreren Belichtungen die Abbildungsqualität des optischen Systems durch einen jeweiligen Vermessungsschritt ermittelt und abhängig davon wenigstens ein die Abbildungsqualität beeinflussender Parameter des optischen Systems eingestellt. 2.3. Verwendung z.B. zur Strukturierung von Halbleiterwafern in Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen.

Description

Beschreibung Verfahren zur Strukturierunq eines Substrats durch Mehrfachbelichtunq

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strukturierung eines Substrats unter Verwendung von Belichtungsvorgängen eines einstellbaren optischen Systems, wobei zur Erzeugung eines jeweiligen Strukturbildes auf dem Substrat einen Mehrfachbelichtung verwendet wird.

Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2004 020 983.9 und der US-Patentanmeldung Nr. 60/560.623 beansprucht, deren Inhalt hiermit zur Vermeidung unnötiger Textwiederholungen in vollem Umfang durch Verweis hierin aufgenommen wird.

Verfahren zur Strukturierung eines Substrats unter Verwen düng von Belichtungsvorgängen sind verschiedentlich bekannt und werden beispielsweise zur Waferstrukturierung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen unter Verwendung einer Mikrolithographie-Projektions- belichtungsanlage eingesetzt. Solche Anlagen umfassen typischerweise ein Beleuchtungssystem und ein nachgeschaltetes Projektionsobjektiv. Am Beleuchtungssystem können unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen, wie konventionelle Beleuchtung mit variablem K-ohärenzgrad, Ringfeldbeleuchtung, Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtung etc., vorge- nommen werden, die auch als Beleuchtungssettings bezeichnet werden. Die vom Beleuchtungssystem zur Verfügung gestellte Strahlung beleuchtet möglichst homogen ein Beleuchtungsfeld, in das eine Retikel- /Maskenstruktur eingebracht werden kann, vorzugsweise in einer Objektebene des Projektionsobjektivs, um von diesem auf eine licht- empfindliche Schicht abgebildet zu werden und dort ein der Maskenstruktur entsprechendes Strukturbild zu erzeugen. Es ist dabei z.B. aus der Offenlegungsschrift US 2004/0059444 A1 zur Waferstrukturierung durch eine Mikrolithographie-Projektionsbelich- tungsanlage bekannt, Abbildungsfehler des optischen Systems durch einen jeweiligen Vermessungsschritt mit einem Wellenfrontvermes- sungsverfahren zu ermitteln und abhängig davon wenigstens einen aberrationsbeeinflussender Parameter des optischen Systems einzustellen.

Für die Strukturbelichtung der lichtempfindlichen Schicht ist häufig das Belichtungsintensitätsprofil in der Tiefenrichtung und der lateralen Richtung der Schicht von wesentlicher Bedeutung. Dieses hängt von den Belichtungsparametern ab. Ein wesentlicher Einflussfaktor ist der nominelle Öffnungswinkel der auf die lichtempfindliche Schicht auftreffenden Strahlung, der primär durch die numerische Apertur des Abbildungssys- tems bestimmt ist, die z.B. durch eine variable Aperturblende am Beleuchtungssystem und/oder am Projektionsobjektiv einer Mikrolithogra- phie-Projektionsbelichtungsanlage eingestellt werden kann. Weitere Einflussfaktoren sind das Beleuchtungssetting und die Aberrationen des Abbildungssystems. Beispielsweise hat bei der Strukturbelichtung einer Photoresistschicht auf einem Wafer das Belichtungsintensitätsprofil einen großen Einfluss auf das erzielbare Profil der belichteten und entwickelten Resistschicht. Dabei sind meist möglichst steile Resistflanken gewünscht, was ein möglichst gleichmäßiges Durchbelichten der Resistschicht in Tiefenrichtung bei möglichst gleichbleibender durchbelich- teter Schichtbreite der Strukturelemente bedingt.

Es ist bekannt, zur Erzeugung des Strukturbildes in der lichtempfindlichen Schicht mehrere Belichtungen mit unterschiedlichen Maskenstrukturen bei verschiedenen numerischen Aperturen und/oder Beleuch- tungseinstellungen oder mit lateral verschobenen Maskenstrukturen durchzuführen, wie zur optischen Proximity-Korrektur oder zur Steigerung der Strukturauflösung, siehe z.B. die Zeitschriftenaufsätze M. Fritze et al., „Limits of Strong Phase Shift Patterning for Device Research", Proceedings of SPIE, Band 5040, Seite 327 und T. Ebihara et al., „Bey- ond kι=0.25 lithography: 70nm L7S pattering using KrF Scanners", Proceedings of SPIE, Bd. 5256, S. 985. Ein scannendes Doppelbelich- tungsverfahren ist in der Offenlegungsschrift US 2002/0014600 A1 beschrieben.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, das mit relativ geringem Aufwand eine hohe Qualität eines Strukturbildes auf dem Substrat erlaubt, wie ein gleichmäßiges Durchbelichten einer lichtempfindlichen Schicht in der Tiefe, und in bestimmten Fällen die zur Erzeugung des Strukturbildes nötigen Belichtungsschritte reduziert.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Erzeugung eines jeweiligen Strukturbildes auf dem Substrat eine Mehrfachbelichtung verwendet, wobei für wenigstens eine, z.B. für wenigstens zwei bzw. bei Bedarf für alle der mehreren Belich- tungen die Abbildungsqualität des optischen Systems durch einen Ver- rnessungsschritt ermittelt und abhängig davon wenigstens ein die Abbildungsqualität beeinflussender Parameter des optischen Systems eingestellt wird. Dies erlaubt beispielsweise eine Strukturbelichtung durch Mehrfachbelichtung bei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen und Blendeneinstellungen mit optimierten Aberrationen. Die Ermittlung der Abbildungsqualität im Vermessungsschritt umfasst dabei sowohl den Fall, dass der oder die hierfür maßgeblichen Parameter jeweils aktuell erfasst werden, als auch den Fall, dass die Abbildungsqualität aufgrund der Messresultate des Vermessungsschrittes für die durchzuführende Belichtung vorhergesagt wird. Zur Strukturbelichtung wird z.B. eine vorgegebene Struktur, welche von einer mit Belichtungsstrahlung bestrahlten Retikel-/Maskenstruktur gebildet sein kann, auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet. Die Abbildung der Struktur wird z.B. bei einer Mikrolithographie-Projektionsbe- lichtungsanlage von deren Projektionsobjektiv bewirkt, wobei am vorgeschalteten Beleuchtungssystem Beleuchtungseinstellungen vorgenommen werden können, um die Belichtungsstrahlung an die abzubildende Struktur anzupassen. Durch die Mehrfachbelichtung, bei der mindestens zwei, häufig alle Belichtungsvorgänge bei unterschiedlichen Parametern, wie unterschiedlichen numerischen Aperturen und/oder Beleuchtungssettings mit optimierten Aberrationen durchgeführt werden, kann die Qualität des Strukturbildes verbessert werden. So kann z.B. eine strukturierte Vorbelichtung der lichtempfindlichen Schicht bei erhöhter Tiefenschärfe vorgenommen werden. Je nach Bedarf können für die verschie- denen Belichtungen unterschiedliche Maskenstrukturen oder die gleiche Maskenstruktur verwendet werden. Zusätzlich können auch die Energiedosis und weitere Belichtungsparameter bei den verschiedenen Belichtungen variiert werden. Insgesamt ist somit durch das Verfahren eine große Bandbreite von Belichtungseinstellungen möglich.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Vermessungsschritt für wenigstens eine der Belichtungen direkt vor der Belichtung durchgeführt. Dadurch wird das Aberrationsverhalten des optischen Abbildungssystems unmittelbar vor der Belichtung eingestellt, so dass auch spontan auftretende Einflüsse bei der Aberrationsoptimierung berücksichtigt werden.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Vermessungsschritt für wenigstens eine der Belichtungen vorab vor der ersten Belichtung durchgeführt und die zugehörigen Einstellungen des wenigstens einen aberrationsbeeinflussenden Parameters werden abgespeichert und zur Durchführung der Belichtung abgerufen. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist eine schnelle, aberrationsoptimierte Mehrfachbelichtung der lichtempfindlichen Schicht möglich, da die betreffenden Belichtungen nicht von Vermessungsschritten unterbrochen werden.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Einstellen des wenigstens einen aberrationsbeeinflussenden Parameters ein Einstellen einer oder mehrerer einstellbarer optischer Elemente, wie Linsen, und/oder einer Eingangsschnittweite des optischen Abbildungssystems. Einstellbare Linsen z.B. in Objektiven können von außen, z.B. durch Manipulatoren, in ihren Abbildungseigenschaften mit entsprechenden Auswirkungen auf die Aberrationen des Abbildungssystems beeinflusst werden. Ebenso kann die sogenannte Eingangsschnittweite, d.h. die Position einer abzubildenden Retikel-/Maskenstruktur in der zum Strahlengang parallelen (z-)Richtung zur Aberrationsoptimierung verstellt werden. Bei Änderung der Eingangsschnittweite wird der Fokus, d.h. die Bildebenenposition in z-Richtung, entsprechend nachgestellt.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens werden der oder die Vermessungsschritte mit einem Verfahren durchgeführt, das auf Punktbeugung- sinterferometrie, Scherinterferometrie, Fizeau-Interferometrie, Twyman- Green-Interferometrie oder Shack-Hartmann-Interferometrie basiert. Die genannten Verfahren stellen typische, zur interferometrischen Vermessung von Wellenfronten verwendete Verfahren dar.

Ein erfindungsgemäß weitergebildetes Verfahren wird zur Photoresistbe- lichtung auf einem Wafer unter Verwendung einer Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage als einstellbarem optischem Abbildungssystem durchgeführt.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet die Mehrfachbelichtung wenigstens zwei Belichtungsvorgänge mit unterschiedlichen Settings, wozu je nach Bedarf einer oder mehrere der Parameter Feldgröße, Feldposition, Polarisationsgrad, Polarisationsrichtung der Beleuchtungsstrahlung, Beleuchtungsrichtung bzw. Kohärenz der Beleuchtungsstrahlung, numerische Apertur des optischen Systems, wie eines Projektionsobjektivs, und Wellenlänge der abbildenden Strahlung geändert werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen zwei Belichtungsvorgängen der Mehrfachbelichtung eine Teilstrukturierung des Substrates durchgeführt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können je nach Anwendungsfall durch den Vermessungsschritt ein oder mehrere der folgenden, für die Abbildungsqualität indikativen Parameter ermittelt, d.h. aktuell gemessen und/oder vorhergesagt, werden: Aberrationen des optischen Sys- tems, wie eines Projektionsobjektivs, wobei zur Vermessung der Aberrationen insbesondere auch polarisierte Strahlung verwendet werden kann, Variation der Beleuchtungsintensität über das genutzte Abbildungsfeld, Variation der Beleuchtungsintensität über die eingestellten Beleuchtungsrichtungen, Variation des Polarisationsgrades der Beleuch- tung über das genutzte Abbildungsfeld, Variation der Polarisationsrichtung der Beleuchtung über das genutzte Abbildungsfeld, Variation des Polarisationsgrades der Beleuchtung über die eingestellten Beleuchtungsrichtungen hinweg, Variation der Polarisationsrichtung der Beleuchtung über die eingestellten Beleuchtungsrichtungen hinweg, Positi- onstreue der Abbildung, beste Einstellebene der Abbildung, Wellenlänge der abbildenden Strahlung und Anteil von Falsch- bzw. Streulicht an der abbildenden Strahlung.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung umfasst die Einstellung des wenigstens einen, die Abbildungsqualität beeinflussenden Parameter das Einstellen mindestens eines Transmissionsfilterelementes in mindestens einer Feld- und/oder Pupillenebene und/oder das Einstellen mindestens eines polarisationsbeeinflussenden Filterelementes in mindestens einer Feld- und/oder Pupillenebene.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet das Einstellen des oder der die Abbildungsqualität beeinflussenden Parameter eine Optimierung der Abbildungsqualität im genutzten Abbildungsfeld mit Hilfe der Position des Abbildungsfeldes im insgesamt nutzbaren Abbildungsbereich und/oder mit Hilfe der Größe des Abbildungsfeldes, wobei im Fall eines scannenden Belichtungsverfahrens die Größe des Abbil- dungsfeldes entlang der Scanrichtung eingeschränkt werden kann, eine Optimierung der Abbildungsqualität durch eine Positionierung des zu belichtenden Substrates senkrecht und/oder parallel zur optischen Achse des Systems und/oder eine Optimierung der Abbildungsqualität durch Austausch optisch wirksamer Elemente des Systems.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Projektionsteils einer einstellbaren Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer integrierten Vorrichtung zur Wellenfrontvermessung,

Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Strukturbelichtung einer lichtempfindlichen Schicht mit der Belichtungsanlage von Fig. 1 ,

Fig. 3a und 3b eine schematische Seitenansicht eines Strahlengangs durch eine z.B. mit der Belichtungsanlage gemäß Fig. 1 belichtete, lichtempfindliche Schicht bzw. ein Diagramm eines zugehörigen Wellenfrontaberrationsverlaufs bei einer ersten, niedrigen einge- stellten numerischen Apertur des Abbildungssystems ohne Aberrationsoptimierung, Fig. 4a und 4b Ansichten entsprechend Fig. 3a bzw. 3b mit Aberrationsoptimierung und

Fig. 5a und 5b Ansichten entsprechend Fig. 3a bzw. 3b für eine zwei- te, höhere eingestellte Apertur.

Das erfindungsgemäße Mehrfachbelichtungsverfahren eignet sich zur Strukturbelichtung einer lichtempfindlichen Schicht unter Verwendung eines beliebigen, einstellbaren optischen Abbildungssystems, wofür in Fig. 1 als Beispiel eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Waferbelichtung mit einem als Projektionsteil dienenden Projektionsobjektiv 20 üblicher Bauart schematisch gezeigt ist. Dem Projektionsobjektiv 20 ist ein Beleuchtungssystem üblicher Bauart vorgeschaltet, von dem in Fig. 1 stellvertretend nur eine Feldlinse 1 gezeigt ist und das eine Beleuchtungsstrahlung bereitstellt, die sowohl für Belichtungsvorgänge als auch für Wellenfrontvermessungsvorgänge benutzt wird. Drei Linsen 4, 7, 11 des Projektionsobjektivs 20 sind stellvertretend für eine Vielzahl abbildungsaktiver optischer Komponenten desselben gezeigt. Mit zugeordneten Linsen-Manipulatoren 5, 8, 12 kann die Positionierung der Linsen 4, 7, 11 beeinflusst werden, z.B. um das Aberrationsverhalten des Projektionsobjektivs 20 zu verbessern. Eine Aperturblende 9 ist im Projektionsobjektiv 20 zur Anpassung von dessen eingangssei- tiger numerischer Apertur an eine eingestellte, ausgangsseitige numerische Apertur des Beleuchtungssystems 1 vorgesehen.

Für die Durchführung von Wellenfrontvermessungen des Projektionsobjektivs 20 ist in die Belichtungsanlage eine Wellenfrontvermessungsvor- richtung vom Typ eines Mehrkanal-Scherinterferometers integriert. Diese umfasst, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Messstruktureinheit 2, die objekt- seitig in oder nahe einer Objektebene 16 des Projektionsobjektivs 20 positioniert wird, sowie ein Beugungsgitter 13, das bildseitig in oder nahe einer Bildebene 17 des Projektionsobjektivs 20 positioniert wird. Die Messstruktureinheit 2 weist eine Mehrzahl von Messstrukturen 3 zur Erzeugung einer Mehrzahl von Wellenfronten auf, so dass eine gleichzeitige Wellenfrontvermessung an einer Mehrzahl von Bereichen des Feldes des Objektivs 20 durchgeführt werden kann. Ein vom Beugungsgitter 13 erzeugtes Interferenzmuster wird mit einer nachge- ordneten Detektoreinheit 14, z.B. einer CCD-Kamera, detektiert. Die Messstruktureinheit 2, das Beugungsgitter 13 und die Detektoreinheit 14 sind so gestaltet, dass sie in den Strahlengang des Projektionsobjektivs 20 im Austausch gegen im Belichtungsbetrieb verwendete Einheiten, wie Retikel bzw. Retikelhalter und Wafer bzw. Waferhalter, ein- und ausgebracht werden können oder in diese integriert sind. Hierdurch wird eine Wellenfrontvermessung des Projektionsobjektivs 20 in-situ, d.h. im Einbauzustand in der Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ermöglicht.

Fig. 2 veranschaulicht in einem Flussdiagramm eine mit der Belichtungsanlage von Fig. 1 ausführbare Verfahrensrealisierung zur Belichtung z.B. einer Photoresistschicht auf einem Halbleiterwafer mitteis Mehrfachbelichtung bei unterschiedlichen Belichtungsparametern und jeweili- gen Wellenfrontvermessungsvorgängen zwischen den einzelnen Belichtungen zur Aberrationsoptimierung. I n einem Einstellschritt 101 wird dazu eine erste Beleuchtungseinstellung am Beleuchtungssystem vorgenommen und eine ausgangsseitige numerische Apertur (NA) des Beleuchtungssystems auf einen niedrigen Wert von z.B. NA=0,5 ein- gestellt. Die eingangsseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs 20 wird durch Einstellen seiner Aperturblende 9 an die numerische Apertur des Beleuchtungssystems angepasst.

In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 102 werden die Vermes- sungskomponenten in den Strahlengang des Projektionsobjektivs 20 eingebracht, insbesondere die Messstruktureinheit 2, das Beugungsgitter 13 und die Detektoreinheit 14. Dann wird in einem nächsten Schritt 103 eine Wellenfrontvermessung durchgeführt und das Aberrationsverhalten des Projektionsobjektivs bestimmt. Hierzu wird, wie durch den in Fig. 1 gezeigten Strahlengang angedeutet, eine von der jeweiligen Messstruktur 3 bzw. dem jeweiligen Feldbereich in der Objektebene 16 erzeugte Wellenfront ausgestrahlt, die das Projektionsobjektiv 20 durchläuft und an einem korrespondierenden Punkt des in der Bildebene 17 positionierten Beugungsgitters 13 konvergiert. Ein dadurch erzeugtes Interferenzmuster wird von der nachfolgenden Detektoreinheit 14 detektiert. Gemäß der Technik der lateralen Scherinterferometrie wer- den Messstruktureinheit 2 und Beugungsgitter 13 relativ zueinander lateral entlang einer Periodizitätsrichtung des Beugungsgitters 13 schrittweise verschoben, wobei jeweils das zugehörige Interferenzmuster detektiert wird. Aus den Interferenzmustern lässt sich der Wellenfront- gradient ermitteln, aus dem die Wellenfront mit einer gewünschten Orts- auflösung rekonstruiert werden kann, welche das Aberrationsverhalten des Projektionsobjektivs 20 z.B. in einer Pupillenebene beschreibt.

Anstelle einer lateralen Scherinterferometrietechnik sind auch andere Wellenfront- Vermessungsverfahren geeignet, um das Aberrationsverhal- ten des Projektionsobjektivs 20 zu bestimmen, z.B. Punktbeugungsinter- feromethe, Fizeau-Interferometrie, Twyman-Green-Interferometrie oder Shack-Hartmann-Interferometrie.

Das ermittelte Aberrationsverhalten des Projektionsobjektivs 20 wird dann durch entsprechende Verstellung der einstellbaren Linsen 4, 7, 1 1 über die Linsen-Manipulatoren 5, 8, 12 in gewünschter Weise korrigiert bzw. optimiert. Alternativ oder zusätzlich kann zum gleichen Zweck auch die Eingangsschnittweite des Projektionsobjektivs 20 eingestellt werden, wobei gleichzeitig die Fokusposition in z-Richtung, d.h. in der zur opti- sehen Achse bzw. zum Strahlengang parallelen Richtung, so eingestellt wird, dass das Projektionsobjektiv 20 weiterhin auf die Bildebene fokus- siert bleibt. Die Wirkung der Optimierung des Aberrationsverhaltens beim oben beschriebenen Verfahrensschritt 103 auf die Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht ist in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht. Fig. 3a zeigt eine schematische Seitenansicht eines nicht aberrationsoptimierten Strahlverlaufs 40a beim Durchtritt durch eine lichtempfindliche Schicht 30 für den Fall einer eingestellten, niedrigen numerischen Apertur von z.B. NA=0,5. Fig. 4a zeigt einen aberrationsoptimierten Strahlverlauf 40b bei identischer numerischer Apertur. Eine beim nicht optimierten Strahl- verlauf 40a gemessene Aberrationskurve 50a ist schematisch in Fig. 3b ortsabhängig aufgetragen. Eine entsprechende, nach Durchführung der Aberrationskorrektur erhaltene Aberrationskurve 5Ob ist in Fig. 4b mit gleichem Maßstab wie bei Fig. 3b dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die nicht korrigierte Aberrationskurve 50a um eine Nulllinie 51 , bei der keine Aberrationen vorhanden sind, wesentlich stärker schwankt als die korrigierte Aberrationskurve 51 b. Die Wellenfront ist im gezeigten Beispiel insbesondere bezüglich sphärischer Zernike-Koeffizienten bzw. auf minimalen rms-Wert optimiert. Natürlich kann das Aberrationsverhalten des Projektionsobjektivs 20 je nach Bedarf auch bezüglich anderer Aberrationsbeiträge bzw. Zernike-Koeffizienten korrigiert werden.

Die Auswirkung der Aberrationskorrektur wird auch beim Vergleich des nicht aberrationskorrigierten Strahlverlaufs 40a zürn korrigierten Strahlverlauf 40b deutlich. Bei ersterem befindet sich die Stelle des minimalen Strahlquerschnitts vor, bei letzterem im Inneren der lichtempfindlichen Schicht 30. Dadurch ist die Beleuchtungsintensität des korrigierten Strahlverlaufs 40b auf einen kleineren Teilbereich der Schicht 30 konzentriert als im unkorrigierten Fall. Dies ermöglicht ein gleichmäßigeres Durchbelichten der Schicht 30 in Tiefenrichtung und dadurch z.B. im Fall einer Resistschicht die Erzielung steilerer Flanken des nach dem Entwickeln stehenbleibenden Resistmaterials. Nach der Optimierung des Aberrationsverhaltens werden in einem nächsten Verfahrensschritt 104 von Fig. 2 die Maskeneinheit 2, das Beugungsgitter 13 und die Detektoreinheit 14 gegen eine abzubildende Struktur (Belichtungsmaske bzw. RetikelVMaskenstruktur) und ein Sub- strat mit lichtempfindlicher Schicht (Photoresist auf Wafer) ausgetauscht, um eine nachfolgende Belichtung vorzubereiten. In einem darauf folgenden Schritt 105 wird die erstmalige Belichtung der lichtempfindlichen Schicht vorgenommen, indem die Maskenstruktur mit dem Projektionsobjektiv 20 auf den Photolack abgebildet wird. Danach wird in einem Verfahrensschritt 106 geprüft, ob eine zur Erzeugung einer gewünschten Qualität des Strukturbildes auf dem Photolack notwendige, typischerweise vor der Durchführung des Verfahrens vorab festgelegte Anzahl von Belichtungen erreicht ist.

Ist dies der Fall, wird das Verfahren beendet. Andernfalls werden die Schritte 101 bis 105 so lange wiederholt, bis die notwendige Anzahl von Belichtungen erreicht ist. Bei der Wiederholung des Verfahrensschritts 101 werden ein neues Beleuchtungssetting und/oder eine neue numerische Apertur eingestellt und bei Wiederholung des Schritts 102 vor dem Einbringen der Messkomponenten zuerst das Retikel und der Wafer aus dem Strahlengang entfernt. Je nach Anwendungsfall werden die wiederholten Belichtungsschritte mit unterschiedlichen oder der gleichen Maskenstruktur durchgeführt.

Eine zweite Belichtung kann beispielsweise mit zur ersten Belichtung veränderter numerischer Apertur durchgeführt werden, z.B. mit einer maximalen numerischen Apertur von 0,8. Ein entsprechender Strahlverlauf 40c mit im Vergleich zu den Fig. 3a und 4a deutlich vergrößertem Öffnungswinkel ist in Fig. 5a gezeigt. Eine dem aberrationsoptimierten Strahlverlauf von Fig. 5a zugeordnete Aberrationskurve 5Oc ist in Fig. 5b dargestellt. Es kann alternativ gewünscht sein, den vorliegenden oder einen der anderen Belichtungsschritte mit nicht optimiertem Strahlverlauf durchzuführen. Auch braucht die Folge der Belichtungsschritte nicht unbedingt von kleineren zu größeren numerischen Aperturen stattfinden. So kann der Belichtungsschritt mit NA= 0,8 z.B. zur Erzeugung einer breiten Vorbelichtung auch vor dem Belichtungsschritt mit NA= 0,5 statt- finden.

Bei der Mehrfachbelichtung mit verschiedenen numerischen Aperturen können, wie erwähnt, in an sich bekannter Weise mehrere verschiedene Retikel-/Maskenstrukturen verwendet werden, z.B. um eine optische Proximity-Korrektur zu erreichen. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei einer ersten Belichtung mit kleiner numerischer Apertur eine strukturierte Vorbelichtung des Substrats bzw. Resists bei erhöhter Tiefenschärfe erreicht wird, bevor eine zweite Belichtung mit höherer numerischer Apertur und geringerer Tiefenschärfe durchgeführt wird, so dass ein gleich- mäßiges Durchbelichten der Resistschicht in Tiefenrichtung erreicht werden kann. Die Anzahl der für das Erzeugen eines gewünschten Strukturbildes notwendigen Belichtungen und/oder die Anzahl verschiedener Masken können durch die Optimierung des Aberrationsverhaltens des Projektionsobjektivs bei einem Teil oder allen Belichtungen mit dem oben beschriebenen Verfahren gegebenenfalls verringert werden.

Alternativ zum oben beschriebenen Verfahrensbeispiel ist auch eine Verfahrensvariante möglich, bei der vor der ersten Belichtung die Vermessungsschritte für die betreffenden Belichtungen vorab durch- geführt und die davon abhängig ermittelten Einstellungen am verwendeten Abbildungssystem zur Erzeugung eines optimierten Aberrationsverhaltens abgespeichert werden, um diese Einstellungen bei Durchführen der betreffenden Belichtung abzurufen, so dass eine schnelle, aberrationsoptimierte Mehrfachbelichtung durchgeführt werden kann. In vereinfachten Ausführungsformen der Erfindung wird der Vermessungsschritt nicht für alle der mehreren Belichtungen durchgeführt, sondern nur für einen Teil derselben, im Extremfall nur für eine der Belichtungen. In den oben beschriebenen und weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen können zur Optimierung der Abbildungsqualität insbesondere ein oder mehrere der Parameter Feldgröße, Polarisation und Wellenlänge zwischen mindestens zwei Belichtungsvorgängen der Mehrfachbelichtung geändert werden. So können durch Abblenden und/oder U mpositionieren des effektiv wirksamen Feldbereichs, d.h. durch Ändern der Feldgröße und/oder der Feldposition, Feldbereiche ausgeblendet werden, für die unerwünschte, nicht ausreichend korri- gierbare Aberrationen ermittelt worden sind. Zudem kann auf diese Weise der Einfluss von Streulicht auf den Belichtungsprozess korrigiert bzw. beeinflusst werden. Durch eine Änderung des Polarisationsgrades und/oder der Polarisationsrichtung der abbildenden Strahlung kann zusätzlichen Bildfehlern und Transmissionsänderungen im Sinne eines Uniformity-Verlustes entgegengewirkt werden. Durch Verändern der Wellenlänge und insbesondere der Bandbreite der abbildenden Strahlung kann in manchen Fällen eine Erhöhung der Tiefenschärfe erzielt werden, soweit damit eventuell einhergehende Kontrastminderungen akzeptabel sind. Begleitend kann es zweckmäßig sein, die Feldgröße einzuschränken, um Farbquerfehler, d.h. CHV-Anteile, zu minimieren.

Zwischen zwei Belichtungsvorgängen der Mehrfachbelichtung kann bei Bedarf auch eine Teilstrukturierung des belichteten Substrates vorgenommen werden. So wird z.B. bei einem Doppelbelichtungsverfahren nach der sogenannten Split-Pitch-Technik eine Steigerung des Auflösungsvermögens erreicht, indem nach einer ersten Belichtung der Re- sist entwickelt und eine erste Struktur in das darunter liegende Substrat übertragen werden, anschließend das Substrat neu mit Resist beschichtet und nochmals belichtet wird, um dann eine zweite Strukturinformation in die gleiche Schicht des Substrates zu übertragen. Allgemein sind gemäß der Erfindung insbesondere auch die Parameter Uniformity, Elliptizität, Polarisation, Fokus, Overlay und Streulicht messbar und/oder beeinflussbar. Die Uniformity ist ein Maß für die gleichmäßige Ausleuchtung des zur Abbildung genutzten Bereiches. Die Elliptizi- tat gibt das Maß an gleichmäßiger Ausleuchtung der Beleuchtungspupille an. Polarisationsgrad und Polarisationsrichtung und deren Variation über das genutzte Abbildungsfeld hinweg wirken sich bekanntermaßen ebenfalls auf die Abbildungsqualität aus. Der Fokus gibt die Lage der besten Einstellebene entlang der optischen Achse des benutzten opti- sehen Systems an. Der Overlay-Parameter gibt die Positioniergenauigkeit an, die sowohl zwischen unterschiedlichen Settings als auch unterschiedlichen, zu belichtenden Strukturen variieren kann. Nicht zur Abbildung beitragendes Streulicht kann zum einen Kontrastverluste verursachen, zum anderen aber auch Variationen der Strukturbreϊte über das genutzte Feld hinweg.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Strukturierung eines Substrats unter Verwendung von Belichtungsvorgängen eines einstellbaren optischen Systems (20), wobei - zur Erzeugung eines Strukturbildes auf dem Substrat eine Mehrfachbelichtung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass - für wenigstens eine der mehreren Belichtungen die Abbildungsqualität des optischen Systems durch einen jeweiligen Vermessungsschritt ermittelt und abhängig davon wenigstens ein die Abbildungsqualität beeinflussender Parameter des optischen Systems eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vermessungsschritt für wenigstens eine der Belichtungen direkt vor der Belichtung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vermessungsschritt für wenigstens eine der Belichtungen vorab vor der ersten Belichtung durchgeführt wird und die zugehörigen Einstellungen des wenigstens einen die Abbildungsqualität beeinflussenden Parameters abrufbar abgespeichert und bei Durchführen der betreffenden Belichtung abgerufen werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des wenigstens einen die Abbildungsqualität aberrationsbeeinflussenden Parameters ein Einstellen einer oder mehrerer einstellbarer optischer Elemente (4, 7, 11 ) und/oder einer Eingangsschnittweite des Systems umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Vermessungsschritt mit einem Verfahren durchgeführt wird, das auf Punktbeugungsinterferometrie, Scherinterferometrie, Fizeau-Interferometrie, Twyman-Green-Inter- ferometrie oder Shack-Hartmann-Interferometrie basiert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Strukturbelichtung einer Photoresistschicht auf einem Halbleiterwafer unter Verwendung einer ikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage als einstellbarem optischem Abbildungssystem durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des wenigstens einen die Abbildungsqualität beeinflussenden Parameters ein Einstellen mindestens eines veränderbaren Parameters aus einer Gruppe, welche die Parameter Polarisationsgrad einer zur Belichtung benutzten Beleuchtung, Polarisationsrichtung der Beleuchtung, numerische Apertur wenigstens einer Komponente des optischen Systems, Beleuchtungsrichtung und Wellenlänge der abbildenden Strahlung umfasst, nach mindestens einem Belichtungsvorgang der Mehrfachbelichtung beinhaltet.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei Belichtungsvorgängen der Mehrfachbelichtung eine Teilstrukturierung des Substrates durchgeführt wird.

J. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Vermessungsschritt ein oder mehrere, für die Abbildungsqualität des optischen Systems indikative Parameter einer Parametergruppe ermittelt werden, welche die Parame- ter Aberrationen wenigstens einer optischen Komponente des optischen Systems, Variation der Beleuchtungsintensität über ein genutztes Abbildungsfeld hinweg, Variation der Beleuchtungsintensität über eingestellte Beleuchtungsrichtungen hinweg, Variation eines Be- leuchtungspolarisationsgrades über das genutzte Abbildungsfeld hinweg, Variation der Beleuchtungspolarisationsrichtung über das genutzte Abbildungsfeld hinweg, Variation des Beleuchtungspolarisa- tionsgrades über die eingestellten Beleuchtungsrichtungen hinweg, Variation der Beleuchtungspolarisationsrichtung über die eingestellten Beleuchtungsrichtungen hinweg, Positionstreue der Abbildung, beste Einstellebene der Abbildung, Wellenlänge der abbildenden Strahlung und Streulichtanteil an der abbildenden Strahlung umfasst.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Aberrationen polarisierte Strahlung verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des wenigstens einen die Abbildungsqualität beeinflussenden Parameters ein Einstellen mindestens eines Transmissionsfilterelementes in mindestens einer Feld- und/oder Pupillenebene und/oder ein Einstellen mindestens eines po- larisationsbeeinflussenden Filterelementes in mindestens einer Feld- und/oder Pupillenebene des optischen Systems umfasst.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des wenigstens einen die Abbildungsqualität beeinflussenden Parameters eine Optimierung der Abbildungsqualität im genutzten Abbildungsfeld mit Hilfe der Position des Abbildungsfeldes im nutzbaren Abbildungsbereich und/oder der Größe des Abbildungsfeldes und/oder eine Optimierung der Abbildungsqualität durch eine Positionierung des zu belichtenden Substrates senkrecht und/oder parallel zur optischen Achse und/oder eine Optimierung der Abbildungsqualität durch Austausch eines oder mehrerer optisch wirksamer Elemente des optischen Systems umfasst.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierung der Abbildungsqualität unter Verwendung der Größe des Abbildungsfeldes eine Beschränkung der Größe des Abbildungsfeldes entlang einer Scanrichtung eines scannend belichtenden optischen Systems umfasst.