Способ и устройство для литографии с помощью излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра - RU2359303C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к фотолитографии с помощью излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра, в частности для изготовления интегральных схем.

Для осуществления фотолитографии объекта, который в дальнейшем должен стать интегральной схемой, выбранные зоны объекта, предварительно покрытые светочувствительной смолой, подвергают воздействию излучения в видимой области или в ультрафиолетовой области спектра. Этим излучением облучают указанные зоны и таким образом формируют в объекте локальные рельефные рисунки.

Как правило, рисунок получают тем более тонким, чем короче длина волны излучения. В документе ЕР-1222842 предложен источник излучения в далекой (вакуумной) ультрафиолетовой области спектра (в дальнейшем называемой ВУФ-областью) и его использование для фотолитографии. Длина волны излучения составляет примерно от 8 нанометров до 25 нанометров, что позволяет получить толщину рисунка, как правило, менее ста нанометров. Источником излучения является плазма, образующаяся в месте взаимодействия лазерного пучка с «туманом», состоящим из капелек ксенона и/или воды микронного размера. Лазерный источник может быть выполнен в виде наносекундного лазера типа Nd:YAG. Он возбуждает поток частиц, выходящий из сопла и образующий, таким образом, вышеуказанный туман из мельчайших капель.

Кроме того, из публикации WO 0232197 известно получение излучения в далекой ультрафиолетовой области в результате возбуждения струи жидкости из ксенона.

Более поздние разработки, указанные в публикации FR-2814599, описывают ВУФ-излучение, получаемое в результате взаимодействия между несколькими лазерными пучками и потоком частиц ксенона в виде тумана. В частности, лазерные источники выполнены для «обстрела» практически одной и той же области струи и практически в одно и то же время. Таким образом, понятно, что, объединяя несколько лазерных источников, одновременно облучающих струю из частиц, повышают пиковую мощность излучения, создаваемого плазмой. Частота лазерного «обстрела» составляет примерно от одного до нескольких десятков килогерц. В данном случае под выражением «практически одновременно» следует понимать то, что за каждый период «обстрела», например, каждые 0,1 мс, определенное число элементарных световых импульсов, каждый из которых генерируется элементарным лазером, группируется в совокупность одновременных и/или наложенных друг на друга во времени импульсов, называемых сложными импульсами. В случае необходимости, такое наложение может представлять собой две группы импульсов для двух соответствующих моментов: первая группа для начала возбуждения плазмы и вторая группа для усиления этого возбуждения, при этом смещение по времени между этими двумя группами намного меньше, чем период между «выстрелами». Вместе с тем, следует заметить, что смещением элементарных импульсов в пространстве и времени должно адаптировать подачу энергии для улучшения теплового баланса в зависимости от потребности по мере генерации плазмы во времени. Описанное устройство совсем не предназначено для тонкого регулирования выделяемой световой мощности.

После публикации документа FR-2814599 ожидания промышленников, использующих способ нанесения рисунка ВУФ-излучением, претерпели значительную эволюцию. В настоящее время, следуя примеру голландского консорциума ASML, они выдвигают следующие пожелания:

- практически непрерывный процесс при скорости перемещения облучаемой полупроводниковой пластины (или "подложки") 400 мм/с;

- частота повторения импульсов излучения в далекой ультрафиолетовой области - 10 кГц;

- в каждой точке облучаемой поверхности совокупная доза облучения в ВУФ-области 5 мДж/см², обеспечиваемая последовательностью из 50 импульсов;

- эта величина получаемой дозы должна иметь погрешность менее 0,1% от заданного значения.

Даже последнее упомянутое требование несет в себе технологический вызов и не имеет аналогов среди известных технических решений. Действительно, некоторые явления, связанные с генерированием плазмы при помощи лазерного обстрела мишени, в частности, когда последняя представляет собой скопление частиц ксенона, еще мало изучены или, по крайней мере, характеризуются многочисленными погрешностями. Положение струи частиц и лазерных пучков может меняться со временем, в частности, из-за значительных перепадов температуры в рабочей камере. Сама струя подвержена тоже неизбежным флуктуациям.

В документе US 4804978 описан способ регулирования величины дозы облучения для применения в фотолитографии при помощи ослабляющих фильтров, установленных на колесе с автоматическим приводом. Однако это решение не обеспечивает работу с высокой частотой, так как лазерные выстрелы прерываются при установке фильтра. Кроме того, непрерывное перемещение объекта, на который наносится рисунок, относительно источника излучения несовместимо с этим способом, который, наоборот, требует полной неподвижности до получения полной дозы облучения. Наконец, наличие конечного числа фильтров, соответствующих дискретным значениям ослабления, не позволяет получить точную полную дозу облучения.

В документе US 6034978 описан другой тип регулирования стабильности источника излучения между двумя импульсами для обеспечения стабильности дозы облучения. В частности, предусмотрено регулирование температуры газообразной среды, являющейся источником излучения, для регулирования стабильности излучения по интенсивности. Однако это решение не может быть перенесено на устройство, описанное в FR-2814599, так как источником энергии является не плазма, как в FR-2814599, а газовый лазер. Такую систему регулирования излучения путем охлаждения газового лазера управляемой циркуляцией воды трудно применить для устройства с потоком частиц в виде тумана, как в FR-2814599. С одной стороны, такой способ не может учитывать флуктуации коэффициента преобразования энергии лазера в энергию ВУФ-излучения, что делает невозможным его применение для генерирования ВУФ-излучения путем когерентного светового воздействия на плазмообразующую мишень. С другой стороны, при современном уровне техники не представляется возможным, чтобы такой лазер мог выдавать достаточную импульсную энергию и с высокой частотой, как того добивается консорциум ASML.

В заключение следует сказать, что, насколько известно авторам изобретения, в предшествующем уровне техники ни в одном техническом решении не предлагается другого способа или устройства для фотолитографии при помощи ВУФ-излучения, которые были бы эффективными в непрерывном режиме, то есть в которых частота импульсов ВУФ-излучения не снижалась бы из-за других процессов, кроме перемещения объекта, и, с другой стороны, которое обеспечивало бы обычный разброс значений величины получаемой дозы облучения порядка 0,1% или меньше. Задачей настоящего изобретения является устранение этого пробела путем создания способа фотолитографии при помощи излучения в далекой ультрафиолетовой области, который, с одной стороны, является эффективным в режиме непрерывной работы, то есть в котором частота следования импульсов ВУФ-излучения не замедляется никакими другими этапами процесса, кроме перемещения объекта, и, с другой стороны, который обеспечивает погрешность величины получаемой дозы облучения порядка 0,1% или меньше.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства для осуществления такого способа.

В этой связи объектом настоящего изобретения является способ фотолитографии при помощи излучения в далекой ультрафиолетовой области, в котором объект, имеющий перпендикулярную к направлению излучения плоскую поверхность, содержащую светочувствительную зону, выполненную с возможностью перемещения в направлении, поперечном к излучению, получает заранее определенное количество N последовательных импульсов излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра (согласно спецификациям ASML: N=50) в каждой точке перемещающейся светочувствительной зоны, подвергающейся воздействию излучения. Объект облучают через облучающее окно определенной ширины, которое остается практически неподвижным по отношению к излучению.

Импульсы излучения получают при попадании на мишень, способную генерировать плазму, по меньшей мере, с одной линией испускания в далекой ультрафиолетовой области спектра, по меньшей мере, двух пучков когерентного светового излучения, выходящих из импульсных лазерных источников, которые в дальнейшем будут называться просто «лазерами». Чтобы число этих лазеров оставалось приемлемым, несмотря на значения мгновенной мощности и энергии, необходимые для получения излучения плазмы в ВУФ-области, эти лазеры, априори одинаковой мощности, имеют повышенную пиковую мощность порядка нескольких сот киловатт. Они излучают импульсы с энергией несколько десятков мДж, а их средняя мощность составляет порядка нескольких сот ватт.

В дальнейшем будем называть «квантом» количество световой энергии, генерируемое при каждом выстреле таких идентичных лазеров, характеризующихся, насколько это возможно, одинаковой длительностью «выстрела» (например, порядка 50 наносекунд) и одинаковой пиковой мощностью этих «выстрелов» (составляющей, в зависимости от выбранного варианта, от нескольких сот киловатт до более чем одного мегаватта).

Кроме того, согласно изобретению эта пиковая мощность должна оставаться ниже пороговой величины P_s, которая на первом этапе обеспечивает зажигание плазмы, а затем на втором этапе - испускание этой плазмой излучения, по меньшей мере, на одной линии в дальней ультрафиолетовой области спектра. Ниже этого порогового значения P_s зажигание плазмы может произойти, но плазма при этом не излучает в далекой ультрафиолетовой области.

Эти лазерные пучки, когда они попадают в одну и ту же область указанной мишени, генерируют плазму, имеющую, по меньшей мере, одну линию испускания в далекой ультрафиолетовой области спектра. Поперечное перемещение объекта с облучаемой зоной осуществляют таким образом, чтобы между двумя последовательными импульсами ВУФ-излучения, его величина составляла 1/N долю ширины облучающего окна в направлении этого перемещения.

Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретением применяется для любого способа фотолитографии, в котором:

- предназначенный для нанесения рисунка объект содержит плоскую поверхность, расположенную перпендикулярно по отношению к световому излучению и содержащую светочувствительную зону, при этом объект может перемещаться поперечно относительно этого излучения;

- излучение, предназначенное для фотолитографии, содержит, по меньшей мере, одну линию в далекой ультрафиолетовой области спектра, и состоит из N последовательных импульсов, поверхностную энергию которых измеряют за облучающим окном;

- эти импульсы излучения получают при попадании на соответствующую мишень, по меньшей мере, двух лазерных пучков, выходящих из импульсных лазерных источников, выбранных из множества, при этом каждый из них при каждом срабатывании излучает квант энергии заданной длительности, при этом указанные лазеры сфокусированы на одно и то же место мишени.

Под «соответствующей мишенью» понимают мишень, способную создавать плазму, имеющую, по меньшей мере, одну линию испускания в далекой ультрафиолетовой области спектра. Под «множеством лазерных источников» понимают количество, достаточное для создания излучения, необходимого для получения одной фотолитографии за N текущих импульсов.

Этот способ характеризуется тем, что содержит следующие повторяющиеся этапы, при этом в рамках одного n-го повтора:

а) интегрируют поверхностную энергию ВУФ-излучения, прошедшего через облучающее окно за N-1 последних импульсов;

б) в течение временного интервала, разделяющего два последовательных импульса излучения, перемещают светочувствительный объект на расстояние, равное 1/N-ой доле ширины облучающего окна вдоль оси этого перемещения;

в) вычитают интегральную величину, полученную на этапе а), из количества энергии, необходимого для процесса фотолитографии;

г) определяют количество энергии, которое остается получить для достижения этого необходимого количества энергии;

д) вычисляют число квантов в импульсе, которые осталось генерировать для n-го импульса;

е) определяют соответствующее число лазерных источников, затем выбирают лазерные источники в количестве, равном целой части этого числа;

ж) синхронно включают лазеры, выбранные на этапе е) и повторяют этапы от а) до ж) для следующей текущей точки.

Чаще всего число лазерных источников, вычисляемое на этапе е), является дробным, и дробная часть этого числа соответствует количеству энергии величиной меньше чем один квант.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, если число лазерных источников, вычисляемое на этапе е), является дробным, то энергия величиной менее энергии одного кванта, соответствующая этой дробной части числа лазеров, поступает от лазерного источника, способного выдать квант энергии, общий для остальных лазерных источников, и лазер включается с задержкой, меньшей длительности Δt кванта, относительно момента синхронного включения других лазерных источников, которые дают целую часть количества квантов того же текущего импульса.

Действительно, в этом случае импульс, дающий дробную часть кванта, продолжается еще и после выключения лазеров, выбранных на вышеуказанном этапе е) и предназначенных для обеспечения целой части числа лазеров. В этом случае он является единственным, поэтому общая мгновенная мощность становится меньше порогового значения P_s, которое обеспечивает излучение плазмы, по меньшей мере, на одной линии в далекой ультрафиолетовой области спектра. Таким образом, эта часть энергетического кванта после выключения первых лазеров текущего импульса ничего не добавляет к ВУФ-излучению. По сути дела это аналогично получению дробного кванта, но только при помощи лазера, идентичного лазерам, генерирующим один квант. Этот же лазер может во время другого текущего импульса генерировать целый квант. Это позволяет также добиться гибкости и более высокой точности регулирования лазерной мощности.

Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, если число лазерных источников, рассчитанное на этапе е), является дробным, то величина энергии менее одного кванта, соответствующая дробной части указанного числа лазеров, выдается несколькими лазерными источниками, которые могут выдать такой же квант энергии, что и другие лазерные источники, и из которых:

- первый включают с задержкой (1-k₁)Δt, где 01<1, после момента включения синхронных лазеров, представляющих целую часть числа лазеров;

- второй включают с задержкой (1-k₂)Δt, где k₁2<1, после момента включения синхронных лазеров, представляющих целую часть числа лазеров;

- и так далее, q^-й лазер включают с задержкой (1-k_q)Δt, где 0q<1, после момента включения синхронных лазеров, представляющих целую часть числа лазеров; и

- кроме того, сумма этих задержек меньше длительности одного кванта Δt.

Предпочтительно коэффициент k выбирают пропорциональным дробной части числа лазеров.

Согласно третьему предпочтительному варианту осуществления изобретения, если число лазерных источников, рассчитанное на этапе е), является дробным, то величина энергии менее одного кванта, соответствующая дробной части числа лазеров, выдается лазерным источником, который может выдавать энергию величиной менее одного кванта, и включается он с задержкой, меньшей длительности Δt одного кванта, по отношению к моменту синхронного включения других лазерных источников, обеспечивающих целую часть квантового числа текущего импульса.

Согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления изобретения, если число лазерных источников, рассчитанное на этапе е), является дробным, то величина энергии менее одного кванта, соответствующая дробной части числа лазеров, выдается несколькими лазерными источниками, которые способны выдать количество энергии менее одного кванта и из которых:

- первый включают с задержкой (1-k₁)Δt, где 01<1, после момента синхронного включения лазеров, представляющих целую часть числа лазеров;

- второй включают с задержкой (1-k₂)Δt, где k₁2<1, после момента синхронного включения лазеров, представляющих целую часть числа лазеров;

- и так далее, q^-й лазер включают с задержкой (1-k_q)Δt, где 0q<1, после момента синхронного включения лазеров, представляющих целую часть числа лазеров; и

- кроме того, сумма этих задержек меньше длительности одного кванта Δt. Объектом настоящего изобретения является также устройство, предназначенное для осуществления способа согласно изобретению. Такое устройство для фотолитографии с помощью излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра содержит:

- источник излучения в далекой ультрафиолетовой области, содержащий, по меньшей мере, два лазерных пучка, выходящих из импульсных лазерных источников, каждый из которых излучает квант энергии заданной длительности во время одного выстрела лазера и которые могут возбуждать одну и ту же область мишени с излучающей плазмой, имеющей, по меньшей мере, одну линию излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра;

- облучающее окно определенной ширины, находящееся между источником излучения и объектом и выполненное неподвижным по отношению к источнику излучения;

- средство для поперечного перемещения объекта, на котором выполняется фотолитография, относительно окна, причем объект имеет плоскую поверхность, перпендикулярную к излучению и содержащую светочувствительную зону, при этом указанное перемещение определяют таким образом, чтобы между двумя последовательными импульсами излучения в далекой ультрафиолетовой области поперечное перемещение объекта относительно облучающего окна составляло 1/N-ую долю от ширины этого окна по направлению перемещения и чтобы на одну и ту же полосу в указанной зоне объекта попадало заданное число N последовательных импульсов излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит:

- средства измерения пиковой мощности излучения, прошедшего через облучающее окно;

- средства вычисления следующих параметров для n^-го текущего импульса:

* суммарной измеренной энергии ВУФ-излучения N-1 последних импульсов, то есть интеграла пиковой мощности облучения в течение полной продолжительности N-1 последних импульсов;

* количества оставшейся энергии, которую должен обеспечить следующий n^-ый импульс, путем сравнения указанной суммарной энергии с заранее определенной общей величиной энергии, необходимой для осуществления фотолитографии;

* числа квантов энергии, которые должны обеспечить лазерные источники для получения указанного количества энергии n^-го импульса с учетом того, что световые лазерные импульсы с мгновенной мощностью, меньшей пороговой мощности, не обеспечивают генерирование ВУФ-излучения;

- средства для выбора и управления синхронизацией выбранного числа лазеров в зависимости от расчетного числа квантов.

Средства для перемещения объекта, на котором выполняется литография, относительно излучения выполняют активными с целью дальнейшего перемещения объекта на шаг, эквивалентный указанной 1/N-ой доле ширины окна.

Согласно первому варианту, в котором дробная часть числа лазеров представлена квантом энергии, испускаемым с задержкой относительно синхронного включения предыдущих лазеров, изобретение дополнительно содержит средства формирования таких задержек в зависимости от значения дробной части числа этих лазеров с целью генерирования текущего n^-го импульса.

Согласно предпочтительному варианту осуществления указанная мишень представляет собой струю из микроскопических капель ксенонового тумана. В варианте эта мишень может быть жидкой ксеноновой струей, описанной в вышеупомянутой публикации WO 0232197.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в комбинации с предыдущим вариантом, лазеры представляют собой твердотельные импульсные лазеры, работающие в режиме осциллятора и накачиваемые диодами, работающими в непрерывном режиме.

Некоторые типы лазеров работают более эффективно, когда их заряженный генерирующий стержень полностью разряжают перед следующей фазой накачки. Для выполнения этого условия, согласно одному из вариантов, можно предусмотреть такую систему управления лазерами в соответствии с настоящим изобретением, чтобы кванты энергии, не требующиеся для текущего импульса, можно было получить отдельно, вне этого импульса, и таким образом, чтобы они не превышали порога Ps.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схематичный вид устройства для осуществления способа фотолитографии в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2а - график изменения коэффициента излучения источника ВУФ-излучения в зависимости от числа лазерных источников, включенных одновременно;

фиг.2b - график изменения излучательной способности источника ВУФ-излучения в зависимости от энергии лазерных выстрелов;

фиг.3а - диаграмма включения лазеров в зависимости от времени, для формирования импульсов ВУФ-излучения с регулируемыми значениями энергии;

фиг.3b - диаграмма формирования импульса ВУФ-излучения с регулируемой энергией, за которым следует появление избыточных квантов энергии, мгновенная мощность которых остается ниже порогового значения P_s;

фиг.4 - схематичный вид части блока управления для генерирования лазерных выстрелов;

фиг.5 - схема этапов способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.6a-6d - схематичный вид последовательных положений облучающего окна во время облучения объекта OBJ.

Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением рассматриваются в применении к фотолитографии интегральных схем.

На поверхности площадью в несколько мм² и толщиной в несколько микрон изготавливают схему, которая может состоять из нескольких тысяч компонентов. Исходным материалом является кремниевая пластина (или "wafer" - подложка) диаметром около десяти сантиметров. Этот диск подвергают нескольким видам химической обработки (нанесение тонких слоев покрытия, легирование и т.д.). В результате на одной пластине можно выполнить несколько интегральных схем. Одним из ключевых видов обработки при изготовлении интегральных схем является фотолитография.

На фиг.1 показана пластина OBJ, на которую воздействуют ВУФ-излучением 23 (излучение в далекой ультрафиолетовой области спектра) для обработки пластины методом фотолитографии. В частности, объект OBJ, предназначенный для фотолитографии, содержит плоскую поверхность, перпендикулярную излучению 23 и содержащую светочувствительную зону, покрытую светочувствительной смолой RP, которая может перемещаться (стрелка 41) в направлении, поперечном к излучению 23.

Для подготовки этой фазы кремниевую пластину предварительно нагревают до температуры более 1000°С. Поверхность пластины окисляется с образованием тонкого изолирующего слоя оксида кремния. После этого на зону, которая должна быть светочувствительной, наносят светочувствительную смолу RP, локально закрывающую поверхность пластины OBJ. Затем кремниевую пластину OBJ подвергают воздействию излучения 23 предпочтительно с использованием трафарета (на фиг.1 не показан), воспроизводящего требуемый фотолитографический рисунок. В процессе изготовления интегральных схем этот этап называют «экспонированием». От длины волны этого излучения зависит точность фотолитографии и, следовательно, размер интегральной схемы. В настоящее время применяют длины волн в видимой области или в ультрафиолетовой области спектра. Для получения толщины фотолитографического рисунка в 40 нм недавно был разработан источник ВУФ-излучения с длиной волны 13,5 нм и с предпочтительной частотой повторения 10 кГц. ВУФ-излучение получают путем взаимодействия между импульсными лазерными пучками Nd:YAG, предпочтительно в количестве 10 пучков, излучающими со средней частотой повтора 10 кГц в инфракрасной области (твердотельные лазеры), с непрерывной ксеноновой струей. Получают горячую плазму, испускающую излучение с длиной волны 13,5 нм.

На фиг.1 показаны лазерные источники 10-19, способные возбуждать циркулирующую в рабочей камере 20 струю 21 из частиц. Предпочтительно эта струя 21 из частиц представляет собой направленно движущийся "тумана" из микроскопических капель ксенона. В частности, лазеры 10-19 могут производить выстрелы, сфокусированные на одну область струи 21.

Активные лазеры, каждый из которых воздействует на частицы струи, возбуждает эти частицы, создавая плазму, причем энергия излучения в каждом лазерном выстреле равна одному кванту. Если общая суммарная энергия квантов превышает пороговое значение P_s (соответствующее порогу генерирования ВУФ-излучения), то возбуждается рабочая плазма и появляется линия испускания в далекой ультрафиолетовой области в течение времени, примерно соответствующего времени лазерного импульса с энергией, превышающей порог P_s. На фиг.1 стрелки ВУФ обозначают в данном случае такой импульс излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра. Он распространяется в пределах широкого телесного угла, и не показанное на фиг.1 оптическое коллекторное устройство собирает это излучение и направляет его на объект, на котором должен быть выполнен рисунок.

На фиг.2а в качестве примера схематически показан коэффициент излучения источника ВУФ-излучения (в процентном выражении) в зависимости от числа активных лазерных источников, которые одновременно обстреливают струю частиц. В описанном примере для инициирования плазмы достаточно четырех лазерных источников. На фиг.2b показан более подробный график излучательной способности (в условных единицах) в зависимости от энергии, обеспечиваемой лазерными выстрелами, из которого понятно, что для разогрева плазмы в описанном примере при воздействии на струю из частиц необходимо примерно 2,5·10¹¹ Вт/см².

Как показано на фиг.1, с пульта управления 30 подается сигнал управления на каждый лазерный источник 10-19 для формирования импульса ВУФ-излучения в данный момент или его отмены. В предпочтительном варианте осуществляют управление временными сдвигами лазерных выстрелов, которые необходимы для формирования импульса в данный момент, в частности, с целью корректировки энергии этого импульса. На фиг.3а очень схематично показаны излучаемые импульсы I₁, I₂, I₃ в зависимости от числа активных лазерных источников и от момента лазерных выстрелов. В описанном примере все лазерные источники являются идентичными или, по крайней мере, излучают для создания плазмы одинаковое количество энергии во время лазерного выстрела. Поэтому эту энергию назвали «квантом». Каждый лазерный источник в данном случае генерирует излучение одинаковой продолжительности Δt (обычно порядка 40 наносекунд для твердотельного лазера Nd:YAG) и с одинаковой пиковой мощностью. Вместе с тем, можно предусмотреть альтернативное решение, в котором выбирают лазерные источники, способные производить выстрелы с разными значениями пиковой мощности и/или разной продолжительности Δt, чтобы еще лучше корректировать энергию излучаемых импульсов. В этом случае кванты энергии, обеспечиваемые лазерными источниками, могут отличаться для разных лазерных источников.

Так, на фиг.3а каждый квант Q энергии, излучаемый лазерным источником, показан квадратом с перекрещенными диагоналями. Для выдачи импульса I₁ с максимальной энергией все десять лазерных источников активируются одновременно в момент t₁. Плазма, реагирующая на возбуждающее действие лазерных выстрелов, излучает импульс I₁ в ВУФ-области, энергия которого достигает максимума практически в момент t₁+Δt. Для излучения импульса I₂ с энергией, меньшей чем I₁, в представленном примере используют только семь лазерных источников. Таким образом, понятно, что энергия импульса излучения плазмы в ВУФ-области пропорциональна совокупности квантов Q, то есть числу лазерных источников, включенных одновременно. В предпочтительном варианте осуществления для излучения импульса I₁, энергия которого не соответствует целому числу квантов Q, осуществляют временной сдвиг выстрелов одного или нескольких лазерных источников. Так, в примере, показанном на фиг.3а, для излучения третьего импульса I₃ седьмой лазерный источник активируют в момент t₇₃, который смещен относительно момента t₃ включения других лазеров на временной интервал, меньший чем Δt. Так, квант, обозначенный на фиг.3а позицией 7, излучается с задержкой относительно других соседних нижних квантов на долю от длительности Δt. В представленном примере левая часть кванта 7 (участвующего вместе с другими квантами в излучении), равная практически половине кванта, поступающего в плазму, участвует в генерации импульса излучения плазмы, тогда как правая часть «доставляет» половину кванта, и этой энергии недостаточно для поддержания возбуждения плазмы, и, следовательно, она не вносит вклад в энергию ВУФ-излучения. Период повтора импульсов I₁, I₂, I₃ составляет порядка 0,1 миллисекунды. Понятно, что обычное значение длительности Δt лазерного выстрела, порядка нескольких десятков наносекунд, гораздо меньше периода импульсов ВУФ-излучения. Таким образом, даже если подают команду на временную задержку включения лазерных выстрелов одного «залпа», то в целом эти выстрелы происходят повторно в практически повторяющиеся моменты, определяющие период повтора импульсов ВУФ-излучения. Таким образом, смещение во времени выстрелов в одном и том же залпе нисколько не нарушает частоту излучения импульсов.

На фиг.3а исключительно в порядке иллюстрации показана совокупность двух квантов в один момент выстрела t_N. Для упрощения рассуждения предположим, что мгновенная мощность кванта немного ниже половины порогового значения P_s. Таким образом, как показано на фиг.3a, совокупной энергии в момент t_N недостаточно для возбуждения плазмы в этот момент t_N. В действительности для того, чтобы достичь порога P_s, потребуется от одного до двух квантов.

Следует указать, что в описанном варианте осуществления лазерные источники должны производить повторные выстрелы для выделения энергии, накопленной в генерирующем лазерном стержне. Так, как показано на фиг.3b, десять лазеров 10-19 могут производить обстрелы с временным смещением между выстрелами, получая энергию, немного превышающую необходимое пороговое значение энергии (соответствующее на фиг.3b числу квантов Q более четырех, но на практике соответствующее значению, чуть большему мгновенной мощности одного кванта) для возбуждения плазмы и генерирования импульса именно в далекой ультрафиолетовой области в момент t_i. Предпочтительно, такой вариант можно применять для выполнения обстрела всеми лазерами, не дожидаясь, когда импульс I₁ достигнет максимальной энергии. Так, выстрелы, смещенные относительно момента t_i, не участвуют в полезной энергии источника. Для выстрелов, произведенных после этого момента t_i, временное смещение может быть менее точным. Действительно, для получения плазмы и излучения энергии в требуемом спектральном диапазоне (в ВУФ-области) необходимо достичь вышеуказанного порогового значения возбуждения. Таким образом, предпочтительно выбирать такие лазеры, чтобы энергия только одного лазера не могла создавать плазму или создавала плазму, которая не излучает в требуемом спектральном диапазоне.

В частности, как видно из фиг.3b, можно регулировать, насколько это необходимо, энергетическое участие лазерных выстрелов в излучении ВУФ-импульса. В частности, можно дать команду на постепенное смещение во времени выстрелов 5 и 6 для генерирования импульса, при этом сумма смещений остается меньше длительности Δt выстрелов.

Так, выстрел 5 происходит в момент (1-k₁)Δt (при 01<1) после момента t₁₁ активации предыдущих лазеров, а выстрел 6 происходит в момент (1-k₂)Δt (при k₁2<1) после момента t₁₁ активации предыдущих выстрелов. Таким образом, осуществляют вариант для генерирования «дробного кванта» (количество энергии, вводимое в плазму, меньше одного кванта и соответствует, таким образом, «дробной части числа лазеров», при этом:

- первый лазерный источник включают с задержкой (1-k₁)Δt (где 01<1) после момента синхронного включения лазеров, представляющих целую часть числа лазеров;

- второй лазерный источник включают с задержкой (1-k₂)Δt (где k₁2<1) после момента синхронного включения лазеров, представляющих целую часть числа лазеров;

- и так далее: q^-й лазерный источник включают с задержкой (1-k_q)Δt (где 0q<1) после момента синхронного включения лазеров, представляющих целую часть числа лазеров, как схематично показано на фиг.3b.

Вместе с тем сумма этих задержек остается меньше длительности одного кванта Δt.

Этот вариант осуществления может быть предусмотрен для случая, когда лазеры излучают одинаковые кванты, или для случая, когда разные лазеры излучают различные кванты, отличающиеся, например, по пиковой мощности, как было указано выше.

Указывается, что моментом лазерного выстрела можно управлять с точностью, превышающей несколько наносекунд. Так, при длительности выстрела порядка 40 наносекунд можно управлять, по меньшей мере, десятком временных смещений для выполнения одного лазерного выстрела. Таким образом, при современном уровне техники можно получать доли кванта, равные порядка одной десятой кванта.

В данном случае управляют включением:

- по меньшей мере, первого лазерного выстрела в заранее определенный момент t₁₁ (четыре лазерных выстрела в примере, показанном на фиг.3b); и

- одного или нескольких последовательных лазерных выстрелов в соответствующие моменты t₁₅, t₁₆, выбранные для корректировки энергии импульса, излучаемого в далекой ультрафиолетовой области спектра, при этом указанные соответствующие моменты распределены в промежутке времени, меньшем длительности выстрелов Δt.

Поскольку энергия импульса, излучаемого плазмой, в целом зависит от суммарной пиковой мощности лазерных выстрелов, то, таким образом, можно изменять энергию, излучаемую плазмой, смещая во времени лазерные выстрелы. Предпочтительно энергию, излучаемую источником, можно изменять очень быстро и, таким образом, можно независимо управлять энергией каждого светового импульса для источника, работающего с частотой повторения, которая может достигать нескольких десятков кГц. Преимуществом этого решения является также то, что оно не нарушает теплового баланса источника и не приводит к нарушению регулирования источника в целом. Действительно, источник немедленно возвращается в свое исходное состояние независимо от числа одновременно произведенных лазерных выстрелов. Так, например, источник может работать на 80% от своей максимальной энергии, а на следующем выстреле может работать на 100% своей максимальной энергии. В описанном примере средняя частота лазерных выстрелов и, следовательно, частота F излучаемых импульсов составляет порядка 10 кГц.

Другим преимуществом применения временных смещений лазерных выстрелов является то, что такими смещениями можно легко управлять. Предпочтительно включение каждого лазера осуществляют с использованием акустооптического модулятора. Как показано на фиг.4, управление акустооптическими модуляторами МОА1-МОА10, каждый из которых связан с лазерным источником 10-19, осуществляют при помощи радиочастотного источника энергии AL (работающего, например, с частотой 24 МГц и с мощностью, например 100 Вт). Частота 24 МГц, в частности, значительно больше частоты выстрелов 10 кГц (по меньшей мере, в тысячу раз). Активацию импульса лазеров Nd:YAG осуществляют путем быстрого уменьшения потери энергии в лазерном резонаторе за счет применения такого акустооптического модулятора. Импульсный генератор GI направляет данные о моментах выстрелов t₁₁-t₂₀ каждого лазерного источника на указанный радиочастотный источник энергии AL, который включает выстрелы в заданные моменты t₁₁-t₂₀ для генерации импульса в момент времени t₁. Понятно, что эти моменты t₁₁-t₂₀ вводятся с пульта управления 30, показанного на фиг.1.

Как показано на фиг.1, излучение, выходящее из рабочей камеры 21, попадает на фокусирующий коллиматор 22 в виде пучка 23, облучающего пластину OBJ в ВУФ-области, через облучающее окно 40, которое в дальнейшем для краткости будем называть просто «окном». По сути, этот пучок образован последовательностью импульсов I₁-I_N. Предпочтительно осуществляют перемещение (стрелка 41) пластины OBJ относительно окна 40 и пучка 23. Предпочтительно это перемещение 41 происходит с шагом р, который зависит от ширины L окна 40 (взятой в направлении перемещения 41). В частности, ширина L и шаг р перемещения связаны между собой соотношением L=N·p, где N является заранее определенным числом операций облучения одной и той же области пластины OBJ ВУФ-излучением. Кроме того, скорость V относительного перемещения 41 является такой, что прохождение шага р происходит за время, соответствующее периоду Т повтора ВУФ-импульсов. Так, скорость V определяется соотношением V=p·F, где F - частота импульсов в ВУФ-области. Каждая область, ширина которой соответствует шагу р и на которую через окно 40 действует излучение, облучается N раз, где N является вышеуказанным заранее определенным числом. В предпочтительном варианте осуществления это число N равно 50.

В варианте, который требуется разработчикам интегральных схем, предложенный способ осуществляется следующим образом. Источник ВУФ-излучения испускает импульсное излучение, как правило, частотой 10 кГц, как было указано выше, что соответствует одному импульсу в каждые 0,1 мс. После этого излучение концентрируют в одном направлении (стрелка 23 на фиг.1), затем направляют через окно 40 на трафарет (не показан) наносимой интегральной схемы. Этот трафарет воспроизводится на кремниевой пластине OBJ с увеличением 0,25 таким образом, чтобы размер рисунка в окне на кремнии был 26 мм×2 мм. В зависимости от скорости перемещения трафарета и окна 40 каждая полоса на кремниевой пластине шириной, соответствующей шагу р перемещения окна, получает определенную величину энергии. Эту общую величину энергии W_tot, например, устанавливают в размере 5 мДж/см². Для получения этой величины энергии при помощи источника, например, имеющего параметры 115 Вт и 10 кГц, каждая облучаемая полоса должна получить энергию в виде 50 импульсов. Следовательно, ширина окна 40 на уровне кремниевой пластины соответствует 50-кратному шагу р перемещения пластины между двумя последовательными импульсами.

Поскольку кремниевая пластина OBJ непрерывно перемещается относительно источника ВУФ-излучения и окна 40, то получают полное воспроизведение рисунка. Это перемещение, рассматриваемое как непрерывное в рамках процесса, может быть реализовано в равной степени как пошаговым двигателем, так и двигателем непрерывного действия. В этом последнем случае, поскольку импульсы ВУФ-излучения являются короткими, перемещения объекта могут считаться практически ничтожными за время одного импульса ВУФ-излучения. Величина энергии, необходимая для облучения, в описанном примере соответствует 50 импульсам в ВУФ-области. Обычная погрешность в распределении величины энергии должна быть меньше 1%. В силу многочисленных погрешностей, связанных с источником ВУФ-излучения, обеспечить точность величины энергии от выстрела к выстрелу в 1% очень сложно. Для осуществления контроля за получаемой величиной энергии в этом случае необходимо наличие автоматической следящей системы в виде закрытого контура, которая должна обеспечить контроль энергии при большем допуске в плане помех от выстрела к выстрелу. В данном случае «помехами от выстрела к выстрелу» называют неконтролируемые колебания энергии излучаемых импульсов.

В описанном примере лазерные источники предпочтительно выбирают таким образом, чтобы при W_MAX, соответствующей максимальной энергии импульса I₁, получаемой за десять одновременных лазерных выстрелов, общая величина энергии

W_tot, которую получает каждая облучаемая область, была W_tot=40 W_MAX. учитывая при этом, что эта общая величина W_tot должна быть достигнута за 50 импульсов. Понятно, что регулирование энергии излучаемых импульсов на основе временного смещения лазерных выстрелов позволяет, в частности, увеличить отклонение для системы «помех от выстрела к выстрелу», обеспечивая при этом стабильность величины энергии источника.

Далее следует описание этого регулирования, предпочтительно основанного на использовании автоматической следящей системы с закрытым контуром.

Прежде чем попасть на кремниевую пластину OBJ часть излучения 23 в ВУФ-области отводится без ослабления к датчику 31, измеряющему поверхностное освещение, обеспечиваемое текущим импульсом. Речь может идти о фотодиоде или о CCD-камере. Предпочтительно время реагирования такого датчика 31 является достаточно коротким, чтобы успеть произвести измерения при частоте, по меньшей мере, равной 10 кГц. После этого результат измерения передастся на компьютерный блок, содержащий пульт управления 30 (автоматическая следящая система показана стрелкой 32 на фиг.1). Для упрощения фиг.1 датчик 31 показан между источником ВУФ-излучения и окном 40. На практике датчик 31 чаще устанавливают после окна 40 на пути излучения 23 (практически на пластинке OBJ) таким образом, чтобы максимально точно могло быть произведено измерение пиковой мощности ВУФ-излучения, реально получаемого пластиной.

Компьютерный блок 33, показанный на фиг.4, выполняет несколько функций. Он имеет классическую материальную архитектуру. Речь может идти о микроконтроллере, содержащем запоминающее устройство, процессор, таймер и другие компоненты, или о микропроцессоре, содержащем основную плату «вход/выход» и позволяющем выполнять разные функции. Учитывая очень жесткое требование по времени, касающееся измерения пиковой мощности ВУФ-излучения каждые 0,1 мс, расчет командного сигнала, его подача и получение информации должны осуществляться в режиме реального времени. Следовательно, программирование и исполнение команд, связанных с моментами выстрелов t₁₀-t₂₀, должно осуществляться в режиме реального времени. Процессор SI, входящий в компьютерный блок 33, относится в последнему поколению и может выполнять все эти функции с частотой, превышающей частоту излучаемых ВУФ-импульсов. В частности, для выполнения таких расчетов датчик 31 (быстрого измерения) и компьютерный блок 33 могут работать одновременно в течение периода, меньшего периода повторения импульсов ВУФ-излучения.

Далее со ссылкой на фиг.5 следует описание последовательных этапов регулирования в виде замкнутого контура.

После излучения одного или нескольких импульсов в направлении пластинки OBJ на этапе 51 рассчитывают «состояние облученных полос», то есть соответствующие величины энергии, полученные на данный момент времени зоной облучения ВУФ-излучением, с учетом измерения пиковой мощности последнего импульса ВУФ-излучения (измеренной на этапе 57). Таким образом, строят вектор «состояние», содержащий 50 составляющих для состояния 50 только что облученных полос. При каждом выстреле составляющая, связанная с только что облучаемой полосой, выходит из вектора, тогда как в него входит новая составляющая, связанная с полосой, которая будет облучаться впервые. Такое смещение осуществляют для того, чтобы учитывать перемещение облучаемой зоны пластины OBJ, которая переместилась за время между двумя выстрелами.

На этапе 52 на основании величины энергии, связанной с будущей выходящей полосой, рассчитывают энергию, которую надо подать на эту только что облученную полосу во время следующего импульса ВУФ-излучения, чтобы обеспечить необходимую величину энергии W_tot. Затем эту энергию ВУФ-импульса переводят в кванты энергии, обеспечиваемые лазерными источниками, с учетом коэффициента преобразования энергии лазерных выстрелов в энергию ВУФ-излучения. Энергию будущего импульса уточняют, смещая во времени моменты включения лазерных выстрелов, как было описано выше. На этапе 53 определяют соответствующие моменты будущих выстрелов. Совмещая по времени только часть квантов энергии, излучаемых при лазерных выстрелах, можно добиться очень тонкой дискретизации управления энергией ВУФ-излучения, которую необходимо сообщить будущему импульсу. На этапе 54 включают лазерные выстрелы в моменты, рассчитанные на этапе 53, что позволяет на этапе 55 генерировать импульс ВУФ-излучения выбранной энергии. Способ продолжается измерением на этапе 57 действительной пиковой мощности ВУФ-излучения, произведенного на этапе 55, и осуществлением на этапе 56 перемещения на шаг р пластины относительно окна и источника ВУФ-излучения. Таким образом, на фиг.5 слева показаны этапы вычисления, осуществляемые компьютерным блоком 33.

Таким образом, в данном варианте осуществления собственно регулирование предпочтительно осуществляют для последнего импульса, подаваемого на текущую полосу облучаемой зоны пластины OBJ.

На фиг.6a-6d в заштрихованном виде показана светочувствительная зона, создаваемая путем нанесения пленки из светочувствительной смолы RP на поверхность пластины OBJ. На фиг.6а показано положение окна 40 в момент начала процесса облучения. При этом окно 40 перемещают на шаг р, который соответствует ширине L окна, разделенной на число N импульсов, облучаемых одну и ту же полосу зоны пластины, новое положение соответствует положению окна, показанному на фиг.6b. При конфигурации, показанной на фиг.6b, направляют первый ВУФ-импульс. Во время этого первого излучаемого импульса измеряют пиковое значение мощности ВУФ-излучения, затем его интегрируют по продолжительности импульса, в то время как окно 40 продолжает перемещаться относительно пластины OBJ на шаг р в соответствии со способом регулирования, описанном со ссылкой на фиг.5. В предпочтительном варианте осуществления и в конфигурации, промежуточной между фиг.6b и 6с, в которой облучаемая зона пластины OBJ, находящаяся под облучающей щелью, является более узкой, чем окно, определяют энергию излучаемого импульса путем вычитания из энергии W_tot, необходимой для облучения текущей светочувствительной поверхности, суммы значений энергии, измеренных за n предыдущих последовательных импульсов, затем путем деления результата этого вычитания на N-n (где N=50 в описанном примере, а n, разумеется, меньше N). Понятно, что число n повышают после каждого измерения пиковой мощности ВУФ-излучения на один излученный импульс, затем вычисляют интеграл, дающий значение действительно полученной энергии. Для корректировки энергии излучаемых импульсов предпочтительно применяют лазерные выстрелы, показанные на фиг.3b, с последовательным временным смещением выстрелов 5, 6, которые остаются меньше длительности Δt выстрелов.

Если облучаемая зона объекта, находящаяся под облучающим окном, шире, чем ширина окна (конфигурация, показанная на фиг. 6с), то определяют точное значение энергии, которую остается ввести, чтобы участок (или «полоса», как было обозначено выше) облучаемой зоны, получившей последнее облучение, получил общее количество энергии, необходимое для нанесения на него рисунка.

В качестве иллюстрации на фиг.6с показано положение окна 40, при котором оно обеспечивает полное облучение светочувствительной области пластины OBJ. Полоса Z1, облученная первой на фиг.6b, теперь получает свой последний (пятидесятый) импульс, регулируемый согласно описанному выше способу, тогда как непосредственно смежная с ней полоса Z2 (справа на фиг.6с) получает свой 49-й импульс. Когда окно 40 перемещается еще на один шаг р, то теперь как раз эта непосредственно смежная полоса Z2 получает свой пятидесятый импульс с энергией, регулируемой в зависимости от величины энергии, полученной ею перед этим, чтобы достичь вышеуказанной общей величины энергии, обозначаемой W_tot. Таким образом, в целом понятно, что первый из N импульсов (в данном случае N=50), который должна получить n^-ая текущая полоса во время облучения, по сути соответствует n^-ому импульсу, полученному с начала процесса фотолитографии.

Как показано на фиг.6d, процесс облучения продолжают до самого края светочувствительной области (справа на фиг.6d).

Таким образом, начало процесса облучения можно вкратце представить следующим образом:

а0) предназначенный для нанесения рисунка светочувствительный объект помещают за окном таким образом, чтобы облучался только участок облучаемой зоны шириной, равной 1/N-ой доле ширины окна;

а1) выбирают, по меньшей мере, часть лазерных источников для возбуждения мишени, генерирующей плазму, и для активации текущего импульса в направлении облучаемой зоны;

а2) измеряют пиковую мощность текущего импульса излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра, действительно полученного облучаемой зоной объекта, и вычисляют ее интеграл по длительности импульса;

а3) объект перемещают относительно окна на шаг, равный 1/N-ой доли ширины окна;

а4) этапы а1)-а3) повторяют, пока облучаемая зона объекта, находящаяся под окном, остается более узкой, чем окно, направляя импульсы энергии, определенные путем вычитания из энергии W_tot, необходимой для нанесения рисунка на объект, суммарной величины энергии, измеренной за время n последовательных проходов на этапе а2), и затем деления результата вычитания на N-n, где n - целое число, меньшее заранее определенного числа N импульсов;

а5) когда облучаемая зона объекта, находящаяся за окном, становится равной ширине окна, определяют точное оставшееся значение энергии, необходимое для того, чтобы участок облучаемой зоны, получивший свой последний импульс, получил общее количество энергии W_tot, необходимое для нанесения рисунка.

В целом проведенные испытания показали, что использование автоматической следящей системы вышеописанного типа обеспечивает стабильность величины энергии с обычной погрешностью 0,1% при «помехах от выстрела к выстрелу», достигающих 4%, если применяют описанное тонкое регулирование временных смещений лазерных выстрелов.

Реферат

Способ фотолитографии при помощи излучения в далекой ультрафиолетовой области спектра предназначен для нанесения рисунка на объект (OBJ) и содержит плоскую поверхность, расположенную перпендикулярно излучению и содержащую светочувствительную зону (PR). Объект может перемещаться поперечно относительно этого излучения. Излучение, предназначенное для фотолитографии, содержит, по меньшей мере, одну линию в далекой ультрафиолетовой области спектра, и состоит из N последовательных текущих импульсов, для которых измеряют поверхностную энергию ВУФ-излучения, прошедшего через облучающее окно. Импульсы ВУФ-излучения получают путем возбуждения соответствующей мишени, по меньшей мере, двумя лазерными пучками, выходящими из импульсных лазерных источников, выбранных из множества. Каждый из лазерных источников при каждом включении излучает лазерный импульс с энергией величиной (Q) с заданной длительностью (Δt), при этом лазерные источники сфокусированы на одно и то же место мишени. Способ включает следующие повторяющиеся этапы, в рамках одного n-го повтора: а) интегрирование поверхностной энергии ВУФ-излучения, прошедшего через облучающее окно за n-1 последних импульсов; б) в течение временного интервала, разделяющего два последовательных импульса ВУФ-излучения, поступательное перемещение светочувствительного объекта на расстояние, равное 1/N-ой доле ширины (L) облучающего окна вдоль оси этого перемещения; в) вычитание интеграла, полученного на этапе а), из количества энергии (Wtot), необходимого для процесса фотолитографии; г) определение количества энергии, которое остается генерировать для получения этого количества эн�

Формула