DE102008029970A1

DE102008029970A1 - Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie sowie Verfahren zum Überwachen einer lateralen Abbildungsstabilität

Info

Publication number: DE102008029970A1
Application number: DE102008029970A
Authority: DE
Inventors: Matthias Manger; Armin Dr. Schöch; Ulrich Dr. Müller
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-12-31
Also published as: US9235142B2; US20160266501A1; US9720328B2; JP2011525711A; US20110157571A1; JP5481475B2; WO2009156111A1; US20180039184A1

Abstract

Eine Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie umfasst eine Projektionsoptik (12) zum Abbilden von Maskenstrukturen in eine Substratebene (16), ein Eingangsbeugungselement (28), welches dazu konfiguriert ist, eingestrahlte Messstrahlung (21) in mindestens zwei auf die Projektionsoptik (12) gerichtete Prüfteilstrahlen (30) unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung umzuwandeln, ein Detektionsbeugungselement (34; 28), welches im Strahlengang der Prüfteilstrahlen (30) nach Durchlaufen der Projektionsoptik (12) angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, aus den Prüfteilstrahlen (30) einen Detektionsstrahl (36) zu erzeugen, der eine Mischung von Strahlungsanteilen beider Prüfteilstrahlen (30) aufweist, einem im Strahlengang des Detektionsstrahls (36) angeordneten Photodetektor (38)nsität des Detektionsstrahls (36) zeitaufgelöst zu erfassen, sowie eine Auswerteeinheit, welche dazu konfiguriert ist, aus der erfassten Strahlungsintensität die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik (12) zu ermitteln.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie. Derartige Projektionsbelichtungsanlagen weisen üblicherweise eine Maskenhalteeinrichtung in Gestalt eines Maskentisches oder einer sogenannten „Retikel-Stage” zum Halten einer Maske bzw. eines sogenannten „Retikels” mit darauf angeordneten Maskenstrukturen auf. Weiterhin umfasst eine derartige Projektionsbelichtungsanlage üblicherweise eine Substrathalteeinrichtung in Gestalt einer sogenannten „Wafer-Stage” zum Halten eines Substrats in Gestalt eines Wafers sowie eine Projektionsoptik zum Abbilden der Maskenstrukturen auf das Substrat.
Bei herkömmlichen Projektionsbelichtungsanlagen leidet die Qualität des Bildes oftmals unter einer Verschmierung. Driftet die Bildlage während der Belichtung eines Feldes auf dem Wafer, so wird das latente Bild im Photolack verschmiert. Das wirkt sich auf Überlagerungsfehler bzw. sogenannte „Overlay”-Fehler in den gedruckten Strukturen aus. Diese Verschmierungsprobleme treten in besonderem Ausmaß bei EUV-Projektionsbelichtungsanlagen auf. EUV-Projektionsbelichtungsanlagen belichten Strukturen mit Licht einer Wellenlänge im extrem ultravioletten Wellenlängenbereich, z. B. bei einer Wellenlänge von 13,5 nm. In der Roadmap der Halbleiterindustrie spielt die optische Lithographie im EUV eine Schlüsselrolle. Als optische Komponenten kommen hierbei lediglich Spiegel in Frage. Bei Spiegeloptiken führt eine Änderung der Spiegelposition und/oder der Spiegelkippstellung in erster Näherung zu einer Verschiebung des Bildes. Die Anforderungen an die mechanische Stabilität der optischen Komponenten sind im Vergleich zu refraktiven Systemen deutlich verschärft.
Bei konventionellen Projektionsbelichtungsanlagen wird die Feldlage im Verlauf der Belichtung eines Wafers mehrfach mit geeigneten Justage- bzw. sogenannten „Alignment”-Sensoren kontrolliert und entsprechende Korrekturmaßnahmen eingeleitet. Dazu wird der eigentliche Belichtungsvorgang des Photolacks unterbrochen. Zwischen den Kontrollmessungen vertraut man auf die Kurzzeitstabilität des Projektionssystems. Konventionelle Systeme weisen eine im Vergleich mit EUV-Systemen relativ hohe Kurzzeit-Stabilität auf. Die Stabilitätsanforderungen für die Bildlage bei Fortschreibung des konventionellen Konzepts der Bildlagenkontrolle führt zu einer Anhebung der mechanischen Stabilitätsanforderung in der Bildlage von 1 nm bei konventionellen Systemen auf 0,2 nm bei EUV-Systemen über den Zeitraum von 5 Minuten. Ein Hauptfehlerbeitrag bei der Stabilität der Spiegelpositionen ist die thermische Ausdehnung der mechanischen Grundstruktur des Objektivs. Um die geforderten hohen Anforderungen an die Bildstabilität zu erreichen, wird gegenwärtig der Weg beschritten, Materialien mit extrem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten für die Struktur des Projektionsobjektivs zu verwenden. Derartige Materialien sind jedoch extrem kostenintensiv, empfindlich und schwer zu bearbeiten.
Zugrundeliegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Probleme zu lösen und insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, bei der eine Verschmierung des latenten Bildes im Photolack weitgehend verhindert wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß gelöst werden mit einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie welche umfasst: eine Projektionsoptik zum Abbilden von Maskenstrukturen in eine Substratebene, sowie eine Messeinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik mit einer Auflösung von besser als 0,5 nm bei einer Messgeschwindigkeit von mindestens 10 Hz zu bestimmen.
Die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik gibt in diesem Zusammenhang an, in welchem Maße die laterale Lage des Bildes von mittels der Projektionsoptik in die Substratebene abgebildeten Maskenstrukturen im Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage über die Zeit stabil bleibt. Unter der lateralen Lage des Bildes wird dessen Lage in der Substratebene verstanden. Dabei bezieht sich die mittels der Messeinrichtung ermittelte laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik auf die lediglich durch die Projektionsoptik im Belichtungsbetrieb verursachte laterale Verschiebung des Bildes der Maskenstrukturen.
Die Ermittlung der lateralen Abbildungsstabilität ist jedoch unabhängig vom Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage und kann auch in Belichtungspausen bestimmt werden. Die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik definiert damit die Fähigkeit der Projektionsoptik, Maskenstrukturen in die Substratebene stabil hinsichtlich der lateralen Verschiebung des Bildes der Maskenstrukturen abzubilden. Mit anderen Worten kann die Messeinrichtung auch als sogenannter „Line of sight”-Sensor bezeichnet werden, mit dem die Stabilität der „Sichtlinie” einer Messstrahlung durch die Projektionsoptik bestimmt wird.
Die angegebene Auflösung der Messung der Abbildungsstabilität von besser als 0,5 nm bezieht sich auf die Auflösung, mit der die Bildstabilität in der Substratebene mittels der erfindungsgemäßen Messeinrichtung gemessen werden kann. Durch die Messung der Abbildungsstabilität mit der angegebenen Auflösung mit einer Messgeschwindigkeit von mindestens 10 Hz können Veränderungen der lateralen Lage des Bildes von Maskenstrukturen im Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage mit einer hohen örtlichen sowie zeitlichen Auflösung gemessen werden. Dies ermöglicht es, während der Abbildung der Maskenstrukturen die laterale Lage der Abbildung in Echtzeit zu korrigieren. Dazu ist vorteilhafterweise die Messeinrichtung mit einer Steuerelektronik des Belichtungsbetriebs der Projektionsbelichtungsanlage verbunden. Damit kann die laterale Lage des Bildes der Maskenstrukturen während des Belichtungsvorganges in hohem Masse stabil gehalten werden und somit eine Verschmierung des latenten Bildes im Photolack weitgehend verhindert werden.
In einer Ausführungsform nach der Erfindung ist die Auflösung der Messeinrichtung besser als 0,1 nm und insbesondere besser als 30 pm. Die Messgeschwindigkeit beträgt mindestens 50 Hz, insbesondere mindestens 500 Hz, vorteilhafterweise mindestens 2 kHz.
Weiterhin kann die vorgenannte Aufgabe gemäß der Erfindung mit einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie gelöst werden, welche umfasst: eine Projektionsoptik zum Abbilden von Maskenstrukturen in eine Substratebene, ein Eingangsbeugungselement, welches dazu konfiguriert ist, eingestrahlte Messstrahlung in mindestens zwei auf die Projektionsoptik gerichtete Prüfteilstrahlen unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung umzuwandeln, sowie ein Detektionsbeugungselement, welches im Strahlengang der Prüfteilstrahlen nach deren Durchlaufen der Projektionsoptik angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, aus den Prüfteilstrahlen einen Detektionsstrahl zu erzeugen, der eine Mischung von Strahlungsanteilen beider Prüfteilstrahlen aufweist. Weiterhin umfasst die Projektionsbelichtungsanlage einen im Strahlengang des Detektionsstrahls angeordneten Photodetektor, welcher dazu konfiguriert ist, die Strahlungsintensität des Detektionsstrahls zeitaufgelöst zu erfassen, sowie eine Auswerteeinheit, welche dazu konfiguriert ist, aus der erfassten Strahlungsintensität die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik zu ermitteln.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Überwachen einer lateralen Abbildungsstabilität einer Projektionsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, bei dem Messstrahlung auf ein Eingangsbeugungselement derart eingestrahlt wird, dass die Messstrahlung in mindestens zwei Prüfteilstrahlen unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung umgewandelt wird, welche daraufhin die Projektionsoptik durchlaufen, die Prüfteilstrahlen nach dem Durchlaufen der Projektionsoptik auf ein Detektionsbeugungselement treffen und dabei durch Beugung ein Detektionsstrahl erzeugt wird, der eine Mischung von Strahlungsanteilen beider Prüfteilstrahlen aufweist. Weiterhin wird die Strahlungsintensität des Detektionsstrahls mittels eines Photodetektors zeitaufgelöst erfasst und daraus die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik ermittelt.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß die Projektionsoptik mit Prüfteilstrahlen auf unterschiedlichen Pfaden durchstrahlt. Das Detektionsbeugungselement wandelt die Prüfteilstrahlen nach deren Durchtritt durch die Projektionsoptik in mindestens einen Detektionsstrahl um, der Strahlungsanteile beider Prüfteilstrahlen aufweist. Der Detektionsstrahl wird dann auf einen Photodetektor eingestrahlt, welche die gesamte Strahlungsintensität der Detektionsteilstrahls zeitaufgelöst erfasst. Aus der erfassten Strahlungsintensität wird die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik ermittelt. Damit können Veränderungen in der lateralen Abbildungseigenschaft der Projektionsoptik mit hoher Genauigkeit in Echtzeit verfolgt werden.
Die Intensität auf dem Photodetektor ist bezüglich einer Lateralverschiebung der Beugungselemente, d. h. einer Verschiebung des Eingangsbeugungselements und/oder des Detektionsbeugungselements quer zum Strahlengang der Messstrahlung, periodisch. Die Detektorintensität ist entsprechend auch bezüglich einer Lateralverschiebung der Prüfteilstrahlen auf dem Detektionsbeugungselement, oder mit anderen Worten einer Lateralverschiebung des „Bildes”, periodisch. Das Signal des Photodetektors ist also nur bis auf die Periodizität eindeutig. Die Periodizität der Beugungselemente wird daher vorteilhafterweise deutlich größer konfiguriert als der angestrebte Messbereich. Beispielsweise werden Gitterperioden von mehreren 100 nm bis mehreren μm bei einem angestrebten Messbereich von etwa 10 nm verwendet.
Mit diesem Messverfahren bzw. einer derart konfigurierten Projektionsbelichtungsanlage ist es möglich, die laterale Abbildungsstabilität einer Projektionsoptik mit der oben genannten Auflösung bei der genannten Messgeschwindigkeit zu messen. Damit kann, wie vorstehend erläutert, die laterale Lage des Bildes der Maskenstrukturen während des Belichtungsvorganges in hohem Masse stabil gehalten werden.
Das Eingangsbeugungselement und/oder das Detektionsbeugungselement kann jeweils als Gitterstruktur ausgeführt werden. Bei Ausführung als Gitterstruktur ist es vorteilhaft, wenn das Messverfahren zweimal durchgeführt wird, wobei die Orientierung der Gitterstrukturen bei der zweiten Messung um 90° verdreht wird, um die laterale Abbildungsstabilität zweidimensional in der Substratebene bestimmen zu können. Alternativ kann das Eingangsbeugungselement und/oder das Detektionsbeugunselement auch jeweils als Hologrammstruktur ausgeführt sein. Eine derartige Hologrammstrukur kann derart konfiguriert sein, dass die damit erzeugten gebeugten Strahlen die laterale Abbildungsstabilitätsmessung in beiden Dimensionen der Substratebene erlauben. Der Photodetektor dient als Intensitätssensor und kann beispielsweise als Photodiode ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind das Eingangsbeugungselement maskenseitig bzw. objektseitig und das Detektionsbeugungselement substratseitig bzw. bildseitig bezüglich der Projektionsoptik angeordnet. Damit sind in dieser Ausführungsform das Eingangsbeugungselement und das Detektionsbeugungselement als zwei getrennte Beugungselemente ausgeführt. Durch die vorgenannte Anordnung der Beugungselemente durchläuft die Messstrahlung die Projektionsoptik in der gleichen Richtung wie die Belichtungsstrahlung im Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage. In einer weiteren Ausführungsform ist das Eingangsbeugungselement substratseitig und das Dektionsbeugungselement maskenseitig angeordnet und damit der Strahlengang invertiert.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist weiterhin ein Beleuchtungsbeugungselement vorgesehen, welches im Strahlengang der Messstrahlung vor dem Eingangsbeugungselement angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, die Messstrahlung in mindestens zwei Messtrahlungsteilstrahlen unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung umzuwandeln. Insbesondere wird die Messstrahlung in drei Messstrahlungsteilstrahlen umgewandelt, die durch die –1., 0. und +1. Beugungsordnung des Beleuchtungsbeugungselements gebildet werden. Durch die Aufspaltung der Messstrahlung vor dessen Auftreffen auf das Eingangsbeugungselement kann mittels des Eingangsbeugungselements eine größere Anzahl von Prüfteilstrahlen erzeugt werden. Das Beleuchtungsbeugungselement kann wie das Eingangsbeugungselement und das Detektionsbeugungselement beispielsweise als Gitterstruktur oder als Hologrammstruktur ausgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist weiterhin ein abbildendes optisches Element vorgesehen, welches zwischen dem Beleuchtungsbeugungselement und dem Eingangsbeugungselement angeordnet ist, um die Messstrahlungsteilstrahlen auf das Eingangsbeugungselement zu lenken. Damit wird ermöglicht, dass die Messstrahlungsteilstrahlen alle auf einen gemeinsamen Punkt des Eingangsbeugungselements gerichtet werden und damit die nachfolgend erzeugten Prüfteilstrahlen alle den gleichen Ursprung haben.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind das Beleuchtungsbeugungselement und das Eingangsbeugungselement derart konfiguriert, dass jeder der mindestens zwei vom Beleuchtungsbeugungselement ausgehenden Messstrahlungsteilstrahlen durch Beugung am Eingangsbeugungselement in mindestens zwei Beugungseinzelstrahlen umgewandelt wird, wobei mindestens einer der durch Beugung eines ersten der Messstrahlungsteilstrahlen erzeugten Beugungseinzelstrahlen mit einem der durch Beugung des zweiten der Messstrahlungsteilstrahlen erzeugten Beugungseinzelstrahlen derart überlagert ist, dass die überlagerten Beugungseinzelstrahlen gemeinsam einen der Prüfteilstrahlen bilden. Die jeweiligen Beugungseinzelstrahlen der einzelnen Messstrahlungsteilstrahlen werden insbesondere durch Beugung des jeweiligen Messstrahlungsteilstrahls am Eingangsbeugungselement in mindestens zwei der die –1., 0. und +1. Ordnung umfassenden Beugungsordnungen erzeugt. Durch die Überlagerung kann die Intensität und Phasenlage des genannten Prüfteilstrahls so eingestellt werden, dass die Auswertung des Detektionsteilstrahls bzw. mehrerer erfasster Detektionsteilstrahlen optimiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das Detektionsbeugungselement derart konfiguriert, dass aus den Prüfteilstrahlen neben dem ersten Detektionsstrahl mindestens ein zweiter und ein dritter Detektionsstrahl erzeugt werden, wobei der zweite Detektionsstrahl mindestens einen Strahlungsanteil eines ersten der beiden Prüfteilstrahlen und der dritte Detektionsstrahl mindestens einen Strahlungsanteil des zweiten der beiden Prüfteilstrahlen aufweist, und wobei die Projektionsbelichtungsanlage mindestens zwei weitere Photodetektoren zum Erfassen der jeweiligen Strahlungsintensität des zweiten Detektionsstrahls sowie des dritten Detektionsstrahls aufweist. Die Intensitätsmessung der weiteren Detektionsstrahlen, die auch als Detektionsteilstrahlen bezeichnet werden können, ermöglicht eine Normierung der gemessenen Intensität des ersten Detektionsstrahls. Wie bereits vorstehend erläutert, ist das Signal des ersten Photodetektors nur bis auf die Periodizität eindeutig. Mittels der weiteren Detektionsstrahlen wird die Interpolation innerhalb der Periode erleichtert. Die Signale der einzelnen Photodetektoren sind nach wie vor bzgl. Translation der Gitter bzw. der lateralen Position der Prüfteilstrahlen auf dem Detektionsbeugungselement periodisch, aber jeweils um einen Bruchteil der Periode des Detektionsbeugungselements zueinander versetzt. Die Beugungselemente können auch so konfiguriert werden, dass die Detektorsignale bei Lateralverschiebung unterschiedliche Form (z. B. Oberwellen) haben.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist weiterhin eine Belichtungsstrahlungsquelle zum Erzeugen von Strahlung zur Abbildung der Maskenstrukturen in die Substratebene sowie eine von der Belichtungsstrahlungsquelle unabhängige Messstrahlungsquelle zum Erzeugen, der Mess strahlung vorgesehen. Insbesondere liegt die Wellenlänge der Messstrahlungsquelle im infraroten, sichtbaren oder nahen UV-Bereich, während die Wellenlänge der Belichtungsstrahlungsquelle z. B. im EUV-Wellenlängenbereich liegen kann.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage einen Belichtungsstrahlengang zur Abbildung der Maskenstrukturen in die Substratebene sowie einen Einkoppelspiegel zum maskenseitigen Einkoppeln der Messstrahlung in den Belichtungsstrahlengang auf.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Projektionsbelichtungsanlage einen Belichtungsstrahlengang zur Abbildung der Maskenstrukturen in die Substratebene sowie einen Auskoppelspiegel zum Auskoppeln der Prüfteilstrahlen aus dem Belichtungsstrahlengang auf. Bei substratseitiger Anordnung des mindestens einen Photodetektors ist der Auskoppelspiegel vorteilhafterweise ebenfalls substratseitig angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden das Eingangsbeugungselement und das Detektionsbeugungselement von demselben Beugungselement gebildet und die Projektionsbelichtungsanlage weist einen Retroreflektor auf, mit dem die Prüfteilstrahlen nach dem Durchlaufen der Projektionsoptik in sich selbst zurückreflektiert werden, so dass die Prüfteilstrahlen die Projektionsoptik abermals durchlaufen und daraufhin auf das Detektionsbeugungselement treffen. Damit wird die Projektionsoptik im doppelten Durchtritt von der Messstrahlung geprüft. Der doppelte Durchtritt ermöglicht eine Steigerung der Auflösung der Stabilitätsmessung. Weiterhin wird nur auf einer Seite der Projektionsoptik Bauraum für die Messtechnik benötigt. Damit wird durch die Messeinrichtung auf der anderen Seite keine bauliche Veränderung der Projektionsbelichtunganlage notwendig. Als Retroreflektor kann z. B. ein Littrow-Beugungsgitter, ein sphärischer Spiegel oder ein Prisma in Gestalt eines sogenannten „corner cubes” verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Projektionsoptik mit Spiegeln gebildet und einzelne Bereiche der Oberflächen der Spiegel, die bei der Messung der lateralen Abbildungsstabilitat von den Prüfteilstrahlen bestrahlt werden, sind mit einer auf die Wellenlänge der Messstrahlung ausgelegten reflektierenden Beschichtung versehen. Damit wird der Intensitätsverlust der Prüfteilstrahlen in der Projektionsoptik verringert und somit die Qualität des Messsignals verbessert. Die Querschnitte oder sogenannten „Footprints” der Messstrahlung auf den Oberflächen der Spiegeln können, insbesondere teilweise, außerhalb der „Footprints” der Belichtungsstrahlung liegen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage dazu konfiguriert, die Maskenstrukturen mit Licht im extrem ultravioletten (EUV) und/oder höherfrequenten Wellenlängenbereich in die Substratebene abzubilden. Licht im EUV-Wellenlängenbereich kann beispielsweise eine Wellenlänge von 13,5 nm aufweisen. In einer erfindungsgemäßen Variante sind die einzelnen Spiegel der Projektionsoptik mit einer Beschichtung versehen, die sowohl bei der EUV-Wellenlänge als auch bei der Wellenlänge der Messstrahlung gut reflektieren.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen und Varianten der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Die sich daraus ergebenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen von der Offenbarung der Erfindung ausdrücklich umfasst sein. Weiterhin beziehen sich die bezüglich der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage vorstehend aufgeführten Vorteile damit auch auf die entsprechenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematisierte Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage mit einer Projektionsoptik sowie einer Messeinrichtung zum Bestimmen einer lateralen Abbildungsstabilität der Projektionsoptik,
2 eine Veranschaulichung eines Messstrahlengangs in der Projektionsbelichtungsanlage gemäß 1,
3 den maskenseitigen Abschnitt der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage in einer weiteren erfindungsgemäßen Variante,
4 den maskenseitigen Abschnitt der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage in einer weiteren erfindungsgemäßen Variante,
5 den substratseitigen Abschnitt der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage in einer weiteren erfindungsgemäßen Variante,
6 den substratseitigen Abschnitt der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage in einer weiteren erfindungsgemäßen Variante,
7 eine schematisierte Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage mit einem Retroreflektor,
8 die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 7 in einer weiteren Variante gemäß der Erfindung,
9 eine Veranschaulichtung der Funktionsweise des Retroreflektors gemäß der 7 und 8, sowie
10 die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 7 in einer weiteren Variante gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
1 veranschaulicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 10 für die Mikrolithographie, z. B. in Gestalt einer als sogenannter „Scanner” ausgeführten EUV-Projektionsbelichtungsanlage. Die Projektionsbelichtungsanlage 10 ist dazu konfiguriert, Maskenstrukturen auf einer in 1 nicht zeichnerisch dargestellten Maske mittels einer Projektionsoptik 12 auf ein in einer Substratebene 16 angeordnetes Substrat in Gestalt eines sogenannten „Wafers” abzubilden. Dazu umfasst die Projektionsbelichtungsanlage 10 einen Maskenverschiebetisch in Gestalt einer sogenannten „Reticle-Stage” sowie einen Substratverschiebetisch in Gestalt einer sogenannten „Waverstage”.
Dazu umfasst die Projektionsbelichtungsanlage 10 eine z. B. in 3 gezeigte Belichtungsstrahlungsquelle 46, beispielsweise in Gestalt einer EUV-Strahlungsquelle zur Erzeugung von extrem ultravioletter Belichtungsstrahlung 48 mit einer Wellenlänge von 13,5 nm, sowie eine Beleuchtungsoptik 52 zur Beleuchtung der Maske mit der Belichtungsstrahlung 48.
Die Projektionsoptik 12 umfasst mehrere optische Elemente. In dem Fall, in dem die Projektionsbelichtungsanlage 10 mit Belichtungsstrahlung 48 im EUV-Wellenlängenbereich betrieben wird, ist die Projektionsoptik 12 katoptrisch ausgelegt und umfasst ausschließlich reflektive optische Elemente in Gestalt von Spiegeln.
Die Projektionsbelichtungsanlage 10 umfasst weiterhin eine Messeinrichtung 18 zum Bestimmen der lateralen Abbildungsstabilität der Projektionsoptik 12. Die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik 12 gibt, wie bereits vorstehend erläutert, in diesem Zusammenhang an, in welchem Masse die laterale Lage des Bildes von mittels der Projektionsoptik 12 aus der Maskenebene 14 in die Substratebene 16 abgebildeten Strukturen im Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage 12 zeitlich stabil bleibt. Die laterale Abbildungsstabilität definiert daher die Fähigkeit der Projektionsoptik 12, Maskenstrukturen in die Substratebene 16 stabil hinsichtlich der lateralen Verschiebung des Bildes der Maskenstrukturen in der Substratebene 16 abzubilden.
Mit anderen Worten bestimmt die Messeinrichtung 18 eine laterale Verschiebung des Bildes der Projektionsbelichtungsanlage 10, die aufgrund von Aberrationen in der Projektionsoptik 12 erfolgt. Im Sinne eines Wellenfrontfehlers wird eine Verkippung der Wellenfront detektiert. Dazu wird ein Messstrahlengang bereitgestellt, der entweder zeitweise den Belichtungs- oder Abbildungsstrahlengang ersetzt, in den Abbildungsstrahlengang ein- bzw. ausgekoppelt wird oder einen vom Belichtungsstrahlengang nicht verwendeten Teil der Projektionsoptik 12 abtastet, dessen Eigenschaften für die gesamte Projektionsoptik 12 repräsentativ sind.
Die Messeinrichtung 18 umfasst eine Messstrahlungsquelle 20 zur Erzeugung von Messstrahlung 21. Die Messstrahlung 21 kann elektromagnetische Strahlung im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Wellenlängenbereich, z. B. mit einer Wellenlänge von 1064 nm, 780 nm, 632 nm, 532 nm, 365 nm, 248 nm oder 193 nm umfassen. In dem Fall, in dem die Projektionsbelichtungsanlage 10 als EUV- Belichtungsanlage konfiguriert ist, sind in einer erfindungsgemäßen Variante die einzelnen Spiegel der Projektionsoptik 12 mit einer Beschichtung versehen, die sowohl bei der EUV-Wellenlänge als auch bei der Wellenlänge der Messstrahlung 21 gut reflektieren.
In einer Variante nach der Erfindung kann die Messstrahlung 21 die gleiche Wellenlänge aufweisen wie die Belichtungsstrahlung zur Abbildung der Maskenstrukturen. In diesem Fall kann die Messstrahlungsquelle 20 mit der Belichtungsstrahlungsquelle 46 übereinstimmen.
Weiterhin umfasst die Messeinrichtung 18 gemäß 1 einen Kollimator 22, ein optionales Beleuchtungsbeugungselement in Gestalt eines Beleuchtungsbeugungsgitters 24, ein optionales abbildendes optisches Element 26 sowie ein Eingangsbeugungselement in Gestalt eines Eingangsbeugungsgitters 28. Der Kollimator 22 fokussiert die Messstrahlung 21 auf das Beleuchtungsbeugungsgitter 24, von dem die Messstrahlung 21 durch Beugung in drei Messtrahlungsteilstrahlen 25 unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung umgewandelt wird. Die einzelnen Messstrahlungsteilstrahlen 25 werden durch die in die 0., –1. und +1 Beugungsordnung gebeugte Strahlung gebildet. Daraufhin treffen die Messstrahlungsteilstrahlen 25 auf das in der Maskenebene 14 angeordnete Eingangsbeugungsgitter 28. Von diesem wird die Strahlung der einzelnen Messstrahlungsteilstrahlen 25 abermals gebeugt, wodurch fünf sogenannte Prüfteilstrahlen 30 gebildet werden.
Wie in 2 veranschaulicht, werden die Prüfteilstrahlen 30 jeweils aus mehreren Beugungseinzelstrahlen 31 gebildet. So umfasst der mit „0” bezeichnete Prüfteilstrahl 30 die folgenden drei Beugungseinzelstrahlen 31: (+1, –1), (–1, +1) und (0, 0). Dabei bezeichnet die erste Zahl in der jeweils einen Prüfteilstrahl 30 kennzeichnenden Klammer die Beugungsordnung des zugehörigen Messstrahlungsteilstrahls 25 und die zweite Zahl die Beugungsordnung bei Beugung dieses Messstrahlungsteilstrahls 25 am Eingangsbeugungsgitter 28 zur Erzeugung des jeweiligen Beugungseinzelstrahls 31. Der mit „+1” bezeichnete Prüfteilstrahl 30 umfasst die folgenden Beugungseinzelstrahlen 31: (+1, 0) und (0, +1). Weiterhin kann auch etwa der Beugungseinzelstrahl (–1, +2) zur Bildung dieses Prüfteilstrahls 30 beitragen.
Für die grundsätzliche Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens ist entscheidend, dass mindestens zwei Prüfteilstrahlen 30 unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung die Projektionsoptik 12 durchlaufen. Die Prüfteilstrahlen 30 treffen nach dem Durchlaufen der Projektionsoptik 12 auf ein Detektionsbeugungselement in Gestalt eines Detektionsbeugungsgitters 34, an dem die Prüfteilstrahlen 30 durch Beugung in die mit „–3” bis „+3” bezeichneten Detektionsteilstrahlen 36 umgewandelt werden.
Die Detektionsteilstrahlen 36 sind analog zu den Prüfteilstrahlen 30 aus Beugungseinzelstrahlen 37 gebildet. So umfasst beispielsweise der mit „–2” bezeichnete Detektionsteilstrahl 36 die folgenden drei Beugungseinzelstrahlen 37: (–1, –1, 0), (0, –1, –1) und (–1, 0, –1). Dabei bezeichnet die erste Zahl in der jeweils einen Detektionsteilstrahl 36 kennzeichnenden Klammer die Beugungsordnung des zugehörigen Messstrahlungsteilstrahls 25, die zweite Zahl die Beugungsordnung des zugehörigen Prüfteilstrahls 30 und die dritte Zahl die Beugungsordnung des durch Beugung dieses Prüfteilstrahls 30 am Detektionsbeugungsgitter 34 erzeugten Beugungseinzelstrahls 37. Weiterhin können auch etwa die Beugungseinzelstrahlen (–1, –2, +1), (–1, +1, –2), etc. zur Bildung des mit „–2” bezeichneten Prüfteilstrahls 30 beitragen.
Die Messeinrichtung 18 umfasst weiterhin für jeden der Detektionsteilstrahlen 36 einen Photodetektor in Gestalt einer Photodiode 38. Die Photodioden 38 zeichnen den zeitlichen Verlauf der jeweilgen Intensität der einzelnen Detektionsteilstrahlen 36 auf. Die von den Photodioden 38 aufgezeichneten Intensitätssignale korrelieren mit der Lateralverschiebung des Beleuchtungsbeugungsgitters 24, der Lateralverschiebung des Eingangsbeugungsgitters 28, der Lateralverschiebung des Detektionsbeugungsgitters 34 sowie der lateralen Bildverschiebung in der Substratebene 16, die durch den Wellenfrontkipp 32 der Projektionsoptik 12 hervorgerufen wird.
Hält man das Beleuchtungsbeugungsgitter 24, das Eingangbeugungsgitter 28 sowie das Detektionsbeugungsgitter 34 hinreichend fest, so lässt sich aus den aufgezeichneten Intensitätssignalen die auf die Projektionsoptik 12 zurückgehende laterale Bildverschiebung und damit die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik 12 messen.
Dies erfolgt durch Auslesen der Intensitätssignale aus den Photodioden 38 mittels einer Ausleseeinheit 40 sowie einer entsprechenden Auswertung der Intensitätssignale mittels einer Auswerteeinheit 42. Um die laterale Abbildungsstabilität bestimmen zu können, muss die Intensität mindestens eines ersten Detektionsteilstrahls 36 ausgelesen werden, welcher eine Mischung von Strahlungsanteilen mindestens zweier Prüfteilstrahlen 30 aufweist. Dies ist beispielsweise für den mit „–1” gekennzeichneten Detektionsteilstrahl 36 der Fall, der auf mindestens zwei Prüfteilstrahlen 30 zurückgehende Beugungseinzelstrahlen 37 aufweist, zum Beispiel: (–1, –1, +1) und (–1, +1, –1).
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird weiterhin die jeweilige Intensität mindestens zweier weiterer Detektionsteilstrahlen 36 aufgezeichnet, wobei einer dieser Detektionsteilstrahlen 36 mindestens einen Strahlungsanteil eines ersten der vorgenannten zwei Prüfteilstrahlen 30 und der andere Detektionsteilstrahl 30 mindestens einen Strahlungsanteil des zweiten der vorgenannten Prüfteilstrahlen 30 umfasst. Damit kann eine Normierung der gemessenen Intensität des ersten Detektionsteilstrahls 36 erfolgen. Wie bereits vorstehend erläutert, sind die Signale der Photodetektoren 38 nur bis auf die Gitterperiode eindeutig. Mittels der weiteren Detektionsstrahlen wird die Interpolation innerhalb der Gittereriode erleichtert. Die Signale der einzelnen Photodetektoren 38 sind nach wie vor bzgl. Translation der Gitter bzw. der lateralen Position der Prüfteilstrahlen 30 auf dem Detektionsbeugungsgitter 34 periodisch, aber jeweils um einen Bruchteil der Periode des Detektionsbeugungsgitters 34 zueinander versetzt.
Die Auslegung der Gitter 24, 28 und 34 hinsichtlich Gitterperiode, Gitterform, Blazewinkel, Phasenhub und Position im Strahlengang erfolgt so, dass Photodiodensignale entstehen, welche elektronisch weiterverarbeitet werden können. Mit elektronischer Auswertung der Photodiodensignale wird eine Messgenauigkeit erreicht, die um mindestens drei bis vier Größenordnungen besser ist als die Gitterperiode des Detektionsbeugungsgitters 34. Das Messsignal steht immer zur Verfügung, solange die Messstrahlungsquelle 20 in Betrieb ist. Es ist nicht gebunden an eine Bewegung im Abbildungssystem, wie z. B. eine Scan-Bewegung der Wafer-Stage oder an die Bereitstellung von Belichtungsstrahlung 48 durch die Belichtungsstrahlungsquelle 46 der Projektionsbelichtungsanlage 10.
Das Eingangsbeugungsgitter 28 und das Detektionsbeugungsgitter 34 müssen nicht, wie in 1 gezeigt, exakt in der Maskenebene 14 bzw. der Substratebene 16 angeordnet sein. Die Gitter 28 und 34 müssen auch nicht exakt konjugiert zueinander sein. Ein Defokus kann nützlich sein zur Optimierung der Signale der Photodioden 38. In einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Messstrahlengang invertiert, d. h. das Eingangsbeugungsgitter 28 ist substratseitig und das Detektionsbeugungsgitter 34 ist zusammen mit den Photodioden 38 substratseitig angeordnet.
Die Auswerteeinheit 42 setzt die ermittelte laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik 42 in ein Steuersignal um, welches an die Steuerungselektronik der Projektionsbelichtungsanlage 10 weitergegeben wird. Die Steuerungselektronik korrigiert aufgrund dieses Steuersignals die laterale Lage des Bildes während des Belichtungsvorganges in Echtzeit, sodass die laterale Lage der auf das Substrat abgebildeten Maskenstrukturen in hohem Masse stabil bleibt.
Mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 18 ist es insbesondere möglich, die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik 12 mit einer Auflösung von besser als 30 pm bei einer Messgeschwindigkeit von mindestens 2 kHz zu bestimmen. Damit kann die laterale Lage des Bildes der Maskenstrukturen mit einer sehr hohen Wiederholungsrate und Genauigkeit während der Belichtung korrigiert werden.
3 zeigt den maskenseitigen Abschnitt der Projektionsbelichtungsanlage 10 gemäß 1 in einer ersten erfindungsgemäßen Variante. Gemäß dieser Variante wird die Messstrahlung 21 in Gestalt der Prüfteilstrahlen 30 mittels eines Einkoppelspiegels 44 in einen Belichtungsstrahlengang 50 der Projektionsbelichtungsanlage 10 eingekoppelt. Der Belichtungsstrahlengang 50 führt die mittels der Belichtungsstrahlungsquelle 46 erzeugte Belichtungsstrahlung 48. Die Belichtungsstrahlung 48 wird im Belichtungsbetrieb der Projektionsbelichtungsanlage 10 mittels einer Beleuchtungsoptik 52 auf eine in der Maskenebene 14 angeordnete Produktmaske zur Abbildung von darauf angeordneten Maskenstrukturen in die Substratebene 16 eingestrahlt. Die Einkopplung der Messstrahlung 21 in den Belichtungsstrahlengang 50 mittels des Einkoppelspiegels 44 erfolgt in der in 3 dargestellten Variante an einer Stelle zwischen der Maskenebene 14 und der Projektionsoptik 12 derart, dass der Belichtungsstrahlengang 50 nicht gestört wird. Die Gitter 24 und 26 sind wie die Messtrahlungsquelle 20 ausserhalb des Belichtungsstrahlengangs 50 angeordnet.
4 zeigt eine weitere Variante des maskenseitigen Abschnitts der Projektionsbelichtungsanlage 10. Hier wird die Messstrahlung 21 nach ihrem Durchtritt durch den Kollimator 22 an einer im Strahlengang der Belichtungsstrahlung 48 vor der Maskenebene 14 angeordneten Stelle in den Belichtungsstrahlengang 50 eingekoppelt. Auch hier erfolgt die Einkopplung der Meßstrahlung 21 in den Belichtungsstrahlengang 50 derart, dass der Belichtungsstrahlengang 50 nicht gestört wird. Die Gitter 24 und 28 sind hier im Belichtungsstrahlengang 50 angeordnet, wobei das dazwischen angeordnete abbildende optische Element 126 Teil der Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage 10 ist.
5 zeigt den substratseitigen Abschnitt der Projektionsbelichtungsanlage 10 in einer weiteren Variante gemäß der Erfindung. In dieser Variante ist dem Detektionsbeugungsgitter 34 ein Zusatzgitter 54 zur kohärenten Superposition der Prüfteilstrahlen 30 nachgeordnet. Maskenseitig kann dann das Beleuchtungsbeugungsgitter 24 entfallen. In diesem Fall durchlaufen lediglich drei Prüfteilstrahlen 30 die Projektionsoptik 12. Am Detektionsbeugungsgitter 34 erfolgt analog der anhand 2 veranschaulichten Methodik eine Aufspaltung der drei Prüfteilstrahlen 30 in fünf Detektionsteilstrahlen 36 und am Zusatzgitter in sieben aufbereitete Detektionsteilstrahlen 56.
6 zeigt eine weitere Variante der Gestaltung des substratseitigen Abschnitts der Projektionsbelichtungsanlage 10. Gemäß dieser Variante wird die Messstrahlung 21 in Gestalt der Prüfteilstrahlen 30 mittels eines Auskoppelspiegels 58 aus dem Belichtungsstrahlengang 50 der Projektionsbelichtungsanlage 10 vor der Substratebene 16 ausgekoppelt. Dies ermöglicht die Integration der Messeinrichtung 18 in die Projektionsbelichtungsanlage 10 ohne bauliche Beeinträchtigungen im Bereich des Substrattisches bzw. der sogenannten „Waferstage”.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage 10, bei der die Prüfteilstrahlen 30 die Projektionsoptik 12 im doppelten Durchtritt durchlaufen. Dazu ist in der Substratebene 16 ein Retroreflektor 60 angeordnet, mit dem die Prüfteilstrahlen 30 nach deren Durchlaufen der Projektionsoptik 12, nachfolgend als einlaufende Prüfteilstrahlen 30a bezeichnet, in sich selbst zurückreflektiert werden. Damit durchlaufen die Prüfteilstrahlen 30 die Projektionsoptik 12 als rücklaufende Prüfteilstrahlen 30b die Projektionsoptik 12 den gleichen Weg wie die einlaufenden Prüfteilstrahlen 30a. In einer weiteren Variante der Ausführungsform gemäß 7 ist analog zur Variante gemäß 6 substratseitig ein Aus- bzw. Einkoppelspiegel zum Auskoppeln der einlaufenden Prüfteilstrahlen 30a aus dem Belichtungsstrahlengang der Projektionsbelichtungsanlage bzw. zum Einkoppeln der rücklaufenden Prüfteilstrahlen 30b in den Belichtungsstrahlengang angeordnet. Der Retroreflektor 60 ist in dieser Variante ähnlich wie das Detektions beugungsgitter 34 gemäß 6 seitlich vom Belichtungsstrahlengang angeordnet.
Die Messstrahlung 21 wird mittels eines teildurchlässigen Einkoppelspiegels 144 in den Belichtungsstrahlengang eingekoppelt. Die aus den rücklaufenden Prüfteilstrahlen 30b erzeugten Detektionsteilstrahlen 36 werden teilweise vom Einkoppelspiegel 144 transmittiert, sodass diese von den Photodioden 38 erfasst werden können. Das Eingangsbeugungsgitter 28 dient in umgekehrtem Durchtritt auch als Detektionsbeugungsgitter.
10 veranschaulicht unter (a) den sich von der Messstrahlungsquelle 20 bis zum Retroreflektor 60 erstreckenden Strahlengang der auf den Retroreflektor 60 zulaufenden Messstrahlung 21 und unter (b) den sich von dem Retroreflektor 60 bis zu den Detektoren 38 erstreckenden Strahlengang der zurücklaufenden Messtrahlung 21. Dabei ist eine Variante gezeigt, die mit der minimalen Anzahl von Prüfteilstrahlen 30, nämlich zwei Prüfteilstrahlen auskommt.
Der Retroreflektor 60 ist in Gestalt eines Littrowgitters ausgeführt, das maßstabskorrigiert die halbe Periode wie das objektseitige Beugungsgitter 28 aufweist. Ausserdem sind lediglich drei Detektoren 38 zum Aufzeichnen der Intensitäten der Detektionsteilstrahlen 36 vorgesehen. Diese Variante kann zum Einsatz kommen, wenn für den Strahlengang der Messeinrichtung 18 nur sehr wenig Raum zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere bei EUV-Systemen der Fall.
Die Reflektivititäten von zur Reflexion der EUV-Strahlung auf den Spiegeln der Projektionsoptik 12 aufgebrachten Mehrfachschichten bzw. sogenannten „Multilager”-Schichten sind für die Wellenlänge der Messstrahlung 21 mit etwa 0,6 so gering, dass nach doppeltem Durchtritt der Messstrahlung 21 durch ein 4-Spiegelsystem nur sehr geringe Intensität zurückkommmt. Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst, indem mit der minimalen Anzahl von Prüfteilstrahlen 30 gearbeitet wird. Die Querschnitte oder sogenannten „Footprints” der Teilstrahlen auf den Spiegeln sind dann relativ klein und werden mit einer auf die Wellenlänge der Messstrahlung 21 optimierten reflektierenden Beschichtung 70 versehen.
Die Reflektion in der Substratebene 16 erfolgt nicht mit einem Planspiegel, da sonst der Sensor wirkungslos wäre. Der Retroreflektor 60 stellt sicher, dass sich der Wellenfront-Kipp zweimal auf den Bildversatz auswirkt und sich nicht heraushebt wie bei einer einfachen Spiegelung. Der Retroreflektor 60 kann, wie bereits vorstehend aufgeführt und z. B. in 7 dargestellt, als Littrow-Beugungsgitter ausgebildet sein. Alternativ kann ein sphärischer Spiegel in Katzenaugenstellung oder ein Retroreflektor auf Prismenbasis in Gestalt eines sogenannten „Corner Cubes” eingesetzt werden.
Ein Littrow-Beugungsgitter kann direkt auf den Wafer geschrieben sein, wie in der Variante gemäß 8 veranschaulicht. Diese Variante unterscheidet sich von der Variante gemäß 7 darin, dass zwischen dem Einkoppelspiegel 144 und Beugungsgitter 28 eine Beleuchtungsoptik 52 für die Belichtungsstrahlung angeordnet ist. Das Beugungsgitter 28 ist an einem Randbereich einer Produktmaske 62 angeordnet.
9 veranschaulicht die Wirkungsweise des Retroreflektors 60 gemäß 7 in Gestalt eines Littrow-Gitters. Dazu ist in 9 unter (a) ein Transmissionsgitter 60a und unter (b) ein Reflektionsgitter 60b gezeigt. Bei einem Littrow-Gitter sind Gitterperiode, Wellenlänge und Beugungsordnung korreliert. Entsprechend der Beugungsformel bei nicht-senkrechtem Einfall
ergibt sich der Zusammenhang zwischen dem Winkel α des eingehenden Strahls 66 zur Gitternormalen und dem Winkel β des in erster Ordnung gebeugten ausgehenden Strahls 68 zur Gitternormalen mit der Wellenlänge λ, der Gitterperiode p_B und der Beugungsordnung m. Bei einem unter (b) gezeigten Reflektionsgitter sind die ausgehenden Strahlen 68 nach oben geklappt. Damit kann man hier für sämtliche eingehenden Prüfteilstrahlen 30a erreichen, dass der jeweilige gebeugte Strahl 30b exakt in den entsprechenden einfallenden Strahl 30a zurückgeht.
Dazu muss erfüllt sein: α = β, d. h. sinα = sinβ, (2)wobei
Wenn das Winkelspektrum dem Beugungsmuster an einem objekt- bzw. maskenseitigen Gitter 28 mit einer Gitterperiode p_O bei senkrechtem Einfall entspricht:
so folgt, dass das reflektierende Littrowgitter 60 die halbe Periode wie das äquivalente objektseitige Gitter haben muss:
Dann ist automatisch für sämtliche Ordnung die Retroreflektion des Strahlengangs gewährleistet.
In der Ausführungsform gemäß 7 wird das objektseitige Gitter 28 mit dem Mess-Strahlengang zweimal durchlaufen, wodurch die Messgenauigkeit erhöht werden kann. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass ein- und ausfallende Strahlen in der Maskenebene 14 leicht gegeneinander versetzt sind. Dies kann durch Defokus und Verkippung des Littrowgitters 16 oder Verwendung eines Prismen- oder Spiegel-Retroreflektors geschehen. Dann kann das Gitter 28 für die einlaufende Messstrahlung 21 und die rücklaufenden Prüfteilstrahlen 30b unterschiedlich geschrieben werden.
Die in den 1 bis 10 gezeigten Beugungselemente 24, 28, 24 und 54 können anstatt als Gitter auch als Hologrammstrukturen ausgeführt sein.

10: Projektionsbelichtungsanlage
12: Projektionsoptik
14: Maskenebene
16: Substratebene
18: Messeinrichtung
20: Messstrahlungsquelle
21: Messstrahlung
22: Kollimator
24: Beleuchtungsbeugungsgitter
25: Messtrahlungsteilstrahlen
26: abbildendes optisches Element
28: Eingangsbeugungsgitter
30: Prüfteilstrahl
30a: einlaufender Prüfteilstrahl
30b: rücklaufender Prüfteilstrahl
31: Beugungseinzelstrahl
32: Wellenfrontkipp
34: Detektionsbeugungsgitter
36: Detektionsteilstrahl
37: Beugungseinzelstrahl
38: Photodiode
40: Ausleseeinheit
42: Auswerteeinheit
44: Einkoppelspiegel
46: Belichtungsstrahlungsquelle
48: Belichtungsstrahlung
50: Belichtungsstrahlengang
52: Beleuchtungsoptik
54: Zusatzgitter
56: aufbereiteter Detektionsteilstrahl
58: Auskoppelspiegel
60: Retroreflektor
60a: Transmissionsgitter
60b: Reflexionsgitter
62: Maske
64: Substrat
66: eingehender Strahl
68: ausgehender Strahl
70: reflektierende Beschichtung
126: abbildendes optisches Element
144: teildurchlässiger Einkoppelspiegel

Claims

Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie mit: einer Projektionsoptik (12) zum Abbilden von Maskenstrukturen in eine Substratebene (16), sowie einer Messeinrichtung (18), welche dazu konfiguriert ist, eine laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik (12) mit einer Auflösung von besser als 0,5 nm bei einer Messgeschwindigkeit von mindestens 10 Hz zu bestimmen.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, bei der die Auflösung der Messeinrichtung (18) besser als 0,1 nm, insbesondere besser als 30 pm, ist und/oder die Messgeschwindigkeit mindestens 50 Hz, insbesondere mindestens 2 kHz, beträgt.
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit: – einer Projektionsoptik (12) zum Abbilden von Maskenstrukturen in eine Substratebene (16), – einem Eingangsbeugungselement (28), welches dazu konfiguriert ist, eingestrahlte Messstrahlung (21) in mindestens zwei auf die Projektionsoptik (12) gerichtete Prüfteilstrahlen (30) unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung umzuwandeln, – einem Detektionsbeugungselement (34; 28), welches im Strahlengang der Prüfteilstrahlen (30) nach deren Durchlaufen der Projektionsoptik (12) angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, aus den Prüfteilstrahlen (30) einen Detektionsstrahl (36) zu erzeugen, der eine Mischung von Strahlungsanteilen beider Prüfteilstrahlen (30) aufweist, – einem im Strahlengang des Detektionsstrahls (36) angeordneten Photodetektor (38), welcher dazu konfiguriert ist, die Strahlungsintensität des Detektionsstrahls (36) zeitaufgelöst zu erfassen, sowie einer Auswerteeinheit (42), welche dazu konfiguriert ist, aus der erfassten Strahlungsintensität die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik (12) zu ermitteln.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3, bei der das Eingangsbeugungselement (28) maskenseitig und das Detektionsbeugungselement (34; 28) substratseitig bezüglich der Projektionsoptik (12) angeordnet sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, welche weiterhin ein Beleuchtungsbeugungselement (24) aufweist, welches im Strahlengang der Messstrahlung (21) vor dem Eingangsbeugungselement (28) angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, die Messstrahlung (21) in mindestens zwei Messstrahlungsteilstrahlen (25) unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung umzuwandeln.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5, welche weiterhin ein abbildendes optisches Element (26) aufweist, welches zwischen dem Beleuchtungsbeugungselement (24) und dem Eingangsbeugungselement (26) angeordnet ist, um die Messstrahlungsteilstrahlen (25) auf das Eingangsbeugungselement (28) zu lenken.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, bei der das Beleuchtungsbeugungselement (24) und das Eingangsbeugungselement (26) derart konfiguriert sind, dass jeder der mindestens zwei vom Beleuchtungsbeugungselement (24) ausgehenden Messstrahlungsteilstrahlen (25) durch Beugung am Eingangsbeugungselement (28) in mindestens zwei Beugungseinzelstrahlen (31) umgewandelt wird, wobei mindestens einer der durch Beugung eines ersten der Messstrahlungsteilstrahlen (25) erzeugten Beugungseinzelstrahlen (31) mit einem der durch Beugung des zweiten der Messstrahlungsteilstrahlen (25) erzeugten Beugungseinzelstrahlen derart überlagert ist, dass die überlagerten Beugungseinzelstrahlen (31) gemeinsam einen der Prüfteilstrahlen (30) bilden.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der das Detektionsbeugungselement (34) derart konfiguriert ist, dass aus den Prüfteilstrahlen (30) neben dem ersten Detektionsstrahl (36) mindestens ein zweiter (36) und ein dritter Detektionsstrahl (36) erzeugt werden, wobei der zweite Detektionsstrahl (36) mindestens einen Strahlungsanteil eines ersten der beiden Prüfteilstrahlen (30) und der dritte Detektionsstrahl (36) mindestens einen Strahlungsanteil des zweiten der beiden Prüfteilstrahlen (30) aufweist, und wobei die Projektionsbelichtungsanlage (10) mindestens zwei weitere Photodetektoren (38) zum Erfassen der jeweiligen Strahlungsintensität des zweiten Detektionsstrahls (36) sowie des dritten Detektionsstrahls (36) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, welche weiterhin eine Belichtungsstrahlungsquelle (46) zum Erzeugen von Strahlung zur Abbildung der Maskenstrukturen in die Substratebene (16) sowie eine von der Belichtungsstrahlungsquelle (46) unabhängige Messstrahlungsquelle zum Erzeugen der Messstrahlung (21) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 9, die einen Belichtungsstrahlengang (50) zur Abbildung der Maskenstrukturen in die Substratebene sowie einen Einkoppelspiegel (44) zum maskenseitigen Einkoppeln der Messstrahlung (21) in den Belichtungsstrahlengang (50) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 10, die einen Belichtungsstrahlengang (50) zur Abbildung der Maskenstrukturen in die Substratebene (16) sowie einen Auskoppelspiegel (58) zum Auskoppeln der Prüfteilstrahlen (30) aus dem Belichtungsstrahlengang (50) aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 11, bei der das Eingangsbeugungselement (28) und das Detektionsbeugungselement von demselben Beugungselement (28) gebildet werden und die Projektionsbelichtungsanlage einen Retroreflektor (60) aufweist, mit dem die Prüfteilstrahlen (30) nach dem Durchlaufen der Projektionsoptik (12) in sich selbst zurück reflektiert werden, so dass die Prüfteilstrahlen (30) die Projektionsoptik (12) abermals durchlaufen und daraufhin auf das Detektionsbeugungselement (34) treffen.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 12, bei der die Projektionsoptik (12) mit Spiegeln gebildet ist und einzelne Bereiche der Oberflächen der Spiegel, die bei der Messung der lateralen Abbildungsstabilitat von den Prüfteilstrahlen (30) bestrahlt werden, mit einer auf die Wellenlänge der Messstrahlung (21) ausgelegten reflektierenden Beschichtung (70) versehen sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, welche zumindest ein Merkmal gemäß einem der Ansprüche 3 bis 13 aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche dazu konfiguriert ist, die Maskenstrukturen mit Licht im EUV- und/oder höherfrequenten Wellenlängenbereich in die Substratebene (16) abzubilden.
Verfahren zum Überwachen einer lateralen Abbildungsstabilität einer Projektionsoptik (12) einer Projektionsbelichtungsanlage (10) für die Mikrolithographie, bei dem: – Messstrahlung (21) auf ein Eingangsbeugungselement derart eingestrahlt wird, dass die Messstrahlung (21) in mindestens zwei Prüfteilstrahlen (30) unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung umgewandelt wird, welche daraufhin die Projektionsoptik (12) durchlaufen, – die Prüfteilstrahlen (30) nach dem Durchlaufen der Projektionsoptik (12) auf ein Detektionsbeugungselement (34; 28) treffen und dabei durch Beugung ein Detektionsstrahl (36) erzeugt wird, der eine Mischung von Strahlungsanteilen beider Prüfteilstrahlen (30) aufweist, sowie – die Strahlungsintensität des Detektionsstrahls (36) mittels eines Photodetektors (38) zeitaufgelöst erfasst wird und daraus die laterale Abbildungsstabilität der Projektionsoptik (12) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, welches mittels der Projektionsbelichtungsanlage (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 durchgeführt wird.