DE102008064504B4

DE102008064504B4 - Projektionsbelichtungsverfahren und Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie

Info

Publication number: DE102008064504B4
Application number: DE102008064504A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Zimmermann; Heiko Dr. Feldmann; Tilmann Dr. Heil; Paul Gräupner; Ulrich Dr. Gebhardt
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2028-12-23
Also published as: JP2010147482A; US20100157266A1; DE102008064504A1; US7800732B2; TW201028799A; JP5094836B2; TWI353490B

Abstract

Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines im Bereich einer Bildfläche eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske mit folgenden Schritten:
Belichten des Substrats mit dem Bild des Musters in einem effektiven Bildfeld des Projektionsobjektivs während eines Belichtungszeitintervalls;
Verändern einer relativen Positionierung zwischen einer Oberfläche des Substrats und einer Fokusfläche des Projektionsobjektivs während des Belichtungszeitintervalls derart, dass Bildpunkte im effektiven Bildfeld während des Belichtungszeitintervalls mit unterschiedlichen Fokuslagen des Bildes der Maske belichtet werden;
aktive Kompensation mindestens eines Teils von mindestens einem durch die Änderung der Fokuslagen induzierten Abbildungsfehler während des Belichtungszeitintervalls.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines im Bereich einer Bildfläche eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrates mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Projektionsbelichtungsanlage.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithografische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen, z. B. ein Linienmuster einer Schicht (layer) eines Halbleiterbauelementes. Eine Maske wird in eine Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch die Maske und das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster der Maske auf das zu belichtende Substrat abbildet, das normalerweise eine strahlungsempfindliche Schicht (Fotoresist, Fotolack) trägt.
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, das Bild eines Musters einer Maske auf das Substrat zu übertragen. Bei einer Variante wird das gesamte Muster im effektiven Objektfeld des Projektionsobjektivs platziert und in einer sich über ein Belichtungszeitintervall erstreckenden Belichtung auf das Substrat abgebildet, wobei sich die Maske und das Substrat während des Belichtungszeitintervalls nicht bewegen. Entsprechende Projektionsbelichtungsanlagen werden im allgemeinen als Wafer-Stepper bezeichnet. Bei alternativen Systemen werden zeitlich aufeinander folgend unterschiedliche Bereiche des zu übertragenden Musters auf das Substrat übertragen. Hierzu wird während eines Beleuchtungszeitintervalls eine Scan-Operation durchgeführt, bei der die Maske in der Objektfläche relativ zum effektiven Objektfeld des Projektionsobjektivs bewegt wird, während das Substrat synchron mit der Bewegung der Maske im Bereich der Bildfläche relativ zum effektiven Bildfeld des Projektionsobjektivs bewegt wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Maske in ihrer Scanrichtung ist mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats in seiner Scanrichtung über das Vergrößerungsverhältnis β des Projektionsobjektivs verknüpft, welches bei Reduktionsobjektiven kleiner als 1 ist. Projektionsbelichtungsanlagen, die für solche Scan-Operationen eingerichtet sind, werden im allgemeinen als Wafer-Scanner bezeichnet.
Damit beim Belichtungsprozess ein möglichst vorlagengetreues Abbild des Musters auf das Substrat übertragen wird, sollte die Substratoberfläche während des Belichtungszeitintervalls im bildseitigen Fokusbereich des Projektionsobjektivs liegen. Insbesondere sollte die Substratoberfläche im Bereich der Schärfentiefe (depth of focus, DOF) des Projektionsobjektivs liegen, die proportional zur Rayleigheinheit RU liegt, die als RU = λ/NA² definiert ist, wobei λ die Arbeitswellenlänge der Projektionsbelichtungsanlage und NA die bildseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs ist. Die Lithographie im tiefen Ultraviolett-(DUV)-Bereich bei λ = 193 nm erfordert beispielsweise Projektionsobjektive mit bildseitigen numerischen Aperturen von 0,75 oder größer, um Strukturelemente mit typischen Größen von 0,2 μm oder weniger zu erzeugen. In diesem NA-Bereich beträgt die Schärfentiefe typischerweise einige Zehntel Mikrometer. Im Allgemeinen wird die Schärfentiefe geringer, je höher das Auflösungsvermögen des Projektionsobjektivs ist.
Für manche Anwendungen werden Lithographie-Prozesse mit relativ großer Schärfentiefe benötigt. Große Schärfentiefen sind beispielsweise bei der Herstellung von strukturierten Halbleiterbauelementen für Logik-Anwendungen gewünscht, um z. B. SRAM-Zellen, Random Contact Holes oder Contact Holes Through Pitch zu erzeugen. Große Schärfentiefen können auch bei sogenannten Double Patterning-Verfahren vorteilhaft sein. Beim Double Patterning-Verfahren (oder double-exposure-Verfahren) wird ein Substrat, beispielsweise ein Halbleiterwafer, zweimal hintereinander belichtet und der Fotoresist danach weiterverarbeitet. In einem ersten Belichtungsprozess wird eine normale Struktur mit geeigneter Strukturbreite projiziert. Für einen zweiten Belichtungsprozess wird eine zweite Maske verwendet, die eine andere Maskenstruktur hat. Insbesondere können die Strukturen der zweiten Maske um eine halbe Periode gegenüber den Strukturen der ersten Maske verschoben sein. Im allgemeinen Fall können insbesondere bei komplexeren Strukturen die Unterschiede zwischen den Layouts der beiden Masken groß sein. Durch Double Patterning kann eine Verkleinerung der erzielbaren Strukturgrößen an Substrat erreicht werden.
Eine Möglichkeit zur Vergrößerung der effektiven Schärfentiefe ist das sogenannte „Focus Drilling”. Beim Focus Drilling wird die relative Positionierung der Oberfläche des Substrats zur Fokusfläche des Projektionsobjektivs während des Belichtungszeitintervalls derart verändert, dass Bildpunkte im effektiven Bildfeld während des Belichtungszeitintervalls mit unterschiedlichen Fokuslagen des Bildes der Maske belichtet werden.
Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die für die Abbildung genutzte Arbeitswellenlänge der Lichtquelle verändert wird, so dass sich an der Bildseite des Projektionsobjektivs unterschiedliche Fokuslagen ergeben. Es ist auch möglich, ein Projektionsobjektiv zu verwenden, welches ein oder mehrere verstellbare optische Elemente enthält, so dass die Brennweite des Projektionsobjektivs für das Focus Drilling verändert werden kann. Das Focus Drilling kann dann durch Modulierung der Brennweite des Projektionsobjektivs während des Belichtungszeitintervalls erreicht werden. Diese Möglichkeiten des Focus Drillings können bei Wafer-Steppern und bei Wafer-Scannern benutzt werden.
Bei Wafer-Scannern ist es auch möglich, ein Focus Drilling dadurch zu erreichen, dass das Substrat während des Belichtungszeitintervalls relativ zum Projektionsobjektiv in einer Kipprichtung um eine Kippachse derart gekippt ist, dass die Substratnormale um einen endlichen Kippwinkel gegenüber der optischen Achse des Projektionsobjektivs im Bereich der Bildebene geneigt ist. Zusammen mit einer parallel zur Kipprichtung verlaufenden Scanbewegung des Substrats führt das an jedem Bildpunkt zur Überlagerung einer Vielzahl von Luftbildern bei verschiedenen Fokus-Positionen, wodurch effektiv die Schärfentiefe des Prozesses vergrößert wird. Zwar geht die auf diese Weise erreichte Vergrößerung der Schärfentiefe in der Regel mit einer gewissen Kontrastverminderung einher, insgesamt kann sich jedoch ein günstigeres Prozessfenster und damit ein Mehrwert für den Anwender ergeben.
In den Druckschriften US 6,586,160 B2 , US 6,641,981 B1 , US 5,883,700 A und US 4,937,619 A werden jeweils Projektionsbelichtungsverfahren und entsprechende Projektionsbelichtungsanlagen offenbart, bei denen ein strahlungsempfindliches Substrat mit einem Bild eines im Bereich der Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske belichtet wird, wobei die relative Positionierung zwischen der Oberfläche des Substrats und der Fokusfläche der Projektionsobjektivs während eines Belichtungszeitintervalls verändert wird, so dass Bildpunkte im effektiven Bildfeld während des Belichtungszeitintervalls mit unterschiedlichen Fokuslagen des Bildes der Maske belichtet werden. Bei den Projektionsbelichtungsverfahren und Projektionsbelichtungsanlagen der US 6,586,160 B2 und US 6,641,981 B1 erfolgt dabei die Positionsänderung durch Neigen eines unter einem Belichtungsfeld hindurch bewegten Substrats. Bei dem Projektionsbelichtungsverfahren der Projektionsbelichtungsanlage von US 5,883,700 A wird ein nicht-geneigtes Substrat in Richtung der optischen Achse des Projektionsobjektivs verschoben. Bei dem Projektionsbelichtungsverfahren und der Projektionsbelichtungsanlage der US 4,937,619 A wird ein nicht-geneigtes Substrat mit Beleuchtungslicht variabler Wellenlänge belichtet, wobei sich durch die chromatische Abberation des Projektionsobjektivs die Lage der Fokusfläche relativ zur Substratoberfläche mit der Wellenlänge ändert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Projektionsbelichtungsverfahren mit Focus Drilling bereitzustellen, welches eine gegenüber herkömmlichen Verfahren verbesserte Abbildungsqualität ermöglicht. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Projektionsbelichtungsverfahrens geeignete Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Projektionsbelichtungsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei dem Verfahren wird das Substrat während eines Belichtungszeitintervalles mit dem Bild des Musters in einem effektiven Bildfeld des Projektionsobjektivs belichtet. Dieses effektive Bildfeld ist optisch konjugiert zum effektiven Objektfeld des Projektionsobjektivs, in welchem sich das Muster oder ein Teil des Musters befindet. Während des Belichtungszeitintervalls wird die relative Positionierung zwischen der als Lichteintrittsfläche dienenden Oberfläche des Substrats und der Fokusfläche des Projektionsobjektivs derart verändert, dass die Bildpunkte im effektiven Bildfeld während des Belichtungszeitintervalls mit unterschiedlichen Fokuslagen des Bildes der Maske belichtet werden. Es findet also ein Fokus Drilling statt. Durch eine aktive Kompensation mindestens eines Teils mindestens eines durch die Änderung der Fokuslagen induzierten Abbildungsfehlers während des Belichtungszeitintervalls kann die Qualität der Abbildung verbessert werden.
Die Erfinder haben erkannt, dass es beispielsweise aufgrund von Telezentriefehlern aus dem Beleuchtungssystem und/oder aus dem Projektionsobjektiv unerwünschte Nebeneffekte geben kann, die zwar die Abbildungsqualität eines Belichtungsprozesses im Normalbetrieb im Bereich des besten Fokus nicht stören, die aber bei großen Defokus-Einstellungen einen nicht zu vernachlässigenden nachteiligen Einfluss auf die Abbildungsqualität haben können. Die aktive Kompensation mindestens eines Teiles der durch die Änderung der Fokuslagen induzierten Abbildungsfehler führt dazu, dass sich die Abbildungsfehler im Vergleich zu Systemen ohne eine solche aktive Kompensation weniger stark auf das erzeugte Produkt auswirken, dessen Qualität somit verbessert werden kann.
Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass ein Fokus Drilling in vielen Fällen verzeichnungsartige Fehler verursacht, die das Fehlerbudget dominieren können. Daher ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die aktive Kompensation eine mit der Veränderung der Relativpositionierung koordinierte Veränderung von Verzeichnungsfehlern des Projektionsobjektivs während des Beleuchtungszeitintervalls umfasst.
Negative Einflüsse des Fokus Drilling auf das Abbildungsverhalten der Projektionsbelichtungsanlage können bei Wafer-Scannern oder bei Wafer-Steppern auftreten. Besonders störend können sie bei Scanner-Systemen sein, bei denen während des Beleuchtungszeitintervalls eine Scan-Operation durchgeführt wird, bei der die Maske in der Objektfläche relativ zu einem effektiven Objektfeld und das Substrat im Bereich der Bildfläche relativ zum effektiven Bildfeld des Projektionsobjektivs synchron in jeweilige Scanrichtungen bewegt werden.
Bei Scanner-Systemen kann Focus Drilling ohne Veränderungen am Projektionsobjektiv und/oder an der Lichtquelle dadurch erreicht werden, dass das Substrat während des Belichtungszeitintervalls relativ zum Projektionsobjektiv in einer Kipprichtung um eine Kippachse derart gekippt ist, dass eine Substratnormale um einen endlichen Kippwinkel gegen eine optische Achse des Projektionsobjektivs im Bereich der Bildebene geneigt ist. Die Kipprichtung entspricht dabei der Scanrichtung des Substrats, die Kippachse steht senkrecht dazu. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Veränderung der Verzeichnungsparameter des Projektionsobjektivs eine Änderung der Verzeichnung parallel zur Kipprichtung umfasst. Wenn der Verzeichnungsfehler einen Verlauf senkrecht zur Kipprichtung hat, so kann die Veränderung der Verzeichnungsparameter einen Verlauf eines Verzeichnungsfehlers senkrecht zur Kipprichtung beinhalten, um eine Vergleichmäßigung des Fehlers in dieser Richtung zu erzeugen. Hierbei kann insbesondere ein quadratischer Verlauf der Funktion in eine Richtung parallel zur Kippachse erzeugt werden.
Die aktive Kompensation wenigstens eines Teils von Abbildungsfehlern, die durch Änderung der Fokuslagen während eines Belichtungszeitintervalls induziert werden, können vorteilhafterweise durch eine gezielte Veränderung der Abbildungseigenschaften des Projektionsobjektivs während des Belichtungszeitintervalls erreicht werden. Ein entsprechend konfiguriertes Kompensationssystem kann dementsprechend mindestens einen Manipulator zur Manipulation mindestens eines optischen Elementes des Projektionsobjektivs sowie eine Manipulator-Steuereinheit zum Steuern des Manipulators umfassen, wobei die Manipulator-Steuereinheit und der Manipulator so konfiguriert sind, dass eine aktive Kompensation mindestens eines Teils von mindestens einem durch die Änderung der Fokuslage induzierten Abbildungsfehler während des Belichtungszeitintervalls erzielt wird.
Ein Manipulator kann so ausgebildet sein, dass er eine Starrkörperbewegung mindestens eines optischen Elementes relativ zu anderen optischen Elementen bewirkt, beispielsweise eine Verlagerung in Richtung der optischen Achse (z-Manipulator), eine Verlagerung senkrecht zur optischen Achse (x/y-Manipulator) und/oder eine Verkippung. Bei der Manipulation können auch gezielte Deformationen ausgewählter optischer Elemente beteiligt sein, z. B. eine Deformation eines Spiegels, einer Linse oder einer transparenten Planplatte.
Die Steuersignale zur Ansteuerung eines Manipulators können auf Basis von vordefinierten Werten erzeugt werden, die in einem Speicher des Kompensationssystems nach Art einer look-up-table gespeichert sind. Es ist auch möglich, die für die Bewegungen eines Manipulators erforderlichen Steuersignale von Fall zu Fall zu berechnen, z. B. auf Basis von Messwerten. Die Eingangswerte für die Ermittlung von Steuersignalen für die Ansteuerung eines Manipulators können z. B. aus Informationen über das Ausmaß der Kippung gewonnen werden oder mit Hilfe von Sensoren, die Verzeichnungsfehler, Wellenfrontfehler und/oder andere für die Charakterisierung der Abbildungsqualität geeignete Eigenschaften erfassen.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage, deren Komponenten zur Durchführung des Verfahrens konfiguriert bzw. eingerichtet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung somit eine Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines im Bereich einer Bildfläche eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske mit: einer primären Strahlungsquelle zur Abgabe von Primärstrahlung; einem Beleuchtungssystem zum Empfang der Primärstrahlung und zur Erzeugung einer auf die Maske gerichteten Beleuchtungsstrahlung; einem Projektionsobjektiv zur Erzeugung eines Bildes des Musters im Bereich der Bildfläche des Projektionsobjektivs; Einrichtungen zum Verändern einer relativen Positionierung zwischen einer Oberfläche des Substrats und einer Fokusfläche des Projektionsobjektivs während eines Belichtungszeitintervalls derart, dass Bildpunkte im effektiven Bildfeld während des Belichtungszeitintervalls mit unterschiedlichen Fokuslagen des Bildes der Maske belichtet werden; und einem Kompensationssystem zur aktiven Kompensation mindestens eines Teils von mindestens einem durch die Änderung der Fokuslagen induzierten Abbildungsfehler während des Belichtungszeitintervalls.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungsformen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematische den Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
2 zeigt schematisch das Focus Drilling mit einem in Scanrichtung bewegten, gekippten Substrat in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
3 zeigt schematisch einen Verlauf des Beleuchtungs-Telezentrie-Restfehlers über das vom Beleuchtungssystem beleuchtete effektive Objektfeld an der Maske;
4 zeigt schematisch den Defokus-Verlauf beim Focus Drilling im effektiven Bildfeld IF;
5 zeigt schematisch die Ortsabhängigkeit des induzierten Overlay-Fehlers im effektiven Bildfeld IF;
6 zeigt schematisch gemittelte Overlay-Fehler, die sich durch Scannen in y-Richtung aus den in 5 gezeigten Fehlern ergeben;
7 zeigt in 7A ein abgebildetes Muster ohne Overlay-Fehler und in 7B, wie sich der in 6 schematisch dargestellte Overlay-Fehler bei einem abzubildenden Muster auswirkt; und
8 zeigt schematisch die Abwesenheit von Bildverschiebungen im Scan-Betrieb nach Kompensation durch einen mit Hilfe eines Z3-Manipulators eingeführten, von der x-Position abhängigen Wellenfrontfehler.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 ist ein Beispiel einer Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage WSC gezeigt, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen einsetzbar ist und zur Erzielung von Auflösungen bis zu Bruchteilen von Mikrometern mit Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung aus dem tiefen Ultraviolettbereich (DUV) arbeitet. Als primäre Lichtquelle LS dient ein ArF-Excimer-Laser mit einer Arbeitswellenlänge λ von ca. 193 nm. Andere UV-Laserlichtquellen, beispielsweise F₂-Laser mit 157 nm Arbeitswellenlänge oder ArF-Excimer-Laser mit 248 nm Arbeitswellenlänge sind ebenfalls möglich.
Bei Projektionsbelichtungsanlagen mit ausschließlich reflektiven Teilsystemen können auch Strahlungsquellen verwendet werden, die im extremen Ultraviolettbereich (EUV) abstrahlen.
Ein der Lichtquelle LS nachgeschaltetes Beleuchtungssystem ILL erzeugt in seiner Austrittsfläche ES ein großes, scharf begrenztes und im Wesentlichen homogen ausgeleuchtetes Beleuchtungsfeld, das an die Telezentrieerfordernisse des im Lichtweg dahinter angeordneten Projektionsobjektivs PO angepasst ist. Das Beleuchtungssystem ILL hat Einrichtungen zur Einstellung unterschiedlicher Beleuchtungsmodi (Beleuchtungs-Settings) und kann beispielsweise zwischen konventioneller on-axis-Beleuchtung mit unterschiedlichem Kohärenzgrad σ und außeraxialer Beleuchtung (off-axis illumination) umgeschaltet werden, wobei die außeraxialen Beleuchtungsmodi beispielsweise eine annulare Beleuchtung oder eine Dipolbeleuchtung oder eine Quadrupolbeleuchtung oder eine andere multipolare Beleuchtung umfassen. Der Aufbau geeigneter Beleuchtungssysteme ist an sich bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Die Patentanmeldung US 2007/0165202 A1 (entsprechend WO 2005/026843 A2 ) zeigt Beispiele für Beleuchtungssysteme, die im Rahmen verschiedener Ausführungsformen genutzt werden können.
Diejenigen optischen Komponenten, die das Licht des Lasers LS empfangen und aus dem Licht Beleuchtungsstrahlung formen, die auf das Retikel M gerichtet ist, gehören zum Beleuchtungssystem ILL der Projektionsbelichtungsanlage.
Hinter dem Beleuchtungssystem ist eine Einrichtung RS zum Halten und Manipulieren der Maske M (Retikel) so angeordnet, dass das am Retikel angeordnete Muster in der Objektebene OS des Projektionsobjektives PO liegt, welche mit der Austrittsebene ES des Beleuchtungssystems zusammenfällt und hier auch als Retikelebene OS bezeichnet wird. Die Maske ist in dieser Ebene zum Scannerbetrieb in einer Scan-Richtung (y-Richtung) senkrecht zur optischen Achse OA (z-Richtung) mit Hilfe eines Scanantriebs bewegbar.
Hinter der Retikelebene OS folgt das Projektionsobjektiv PO, das als Reduktionsobjektiv wirkt und ein Bild des an der Maske M angeordneten Musters in reduziertem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 1:4 (|β| = 0.25) oder 1:5 (|β| = 0.20), auf ein mit einer Fotoresistschicht bzw. Fotolackschicht belegtes Substrat W abbildet, dessen lichtempfindliche Substratoberfläche SS im Bereich der Bildebene IS des Projektionsobjektivs PO liegt. Es sind refraktive, katadioptrische oder katoptrische (z. B. für EUV) Projektionsobjektive möglich. Andere Reduktionsmaßstäbe, beispielsweise stärkere Verkleinerungen bis 1:20 oder 1:200, sind möglich.
Das zu belichtende Substrat, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Halbleiterwafer W handelt, wird durch eine Einrichtung WS gehalten, die einen Scannerantrieb umfasst, um den Wafer synchron mit dem Retikel M senkrecht zur optischen Achse OA in einer Scanrichtung (y-Richtung) zu bewegen. Je nach Auslegung des Projektionsobjektivs PO (z. B. refraktiv, katadioptrisch oder katoptrisch, ohne Zwischenbild oder mit Zwischenbild, gefaltet oder ungefaltet) können diese Bewegungen von Maske und Substrat zueinander parallel oder gegenparallel erfolgen. Die Einrichtung WS, die auch als „Waferstage” bezeichnet wird, sowie die Einrichtung RS, die auch als „Retikelstage” bezeichnet wird, sind Bestandteil einer Scannereinrichtung, die über eine Scan-Steuereinrichtung gesteuert wird, welche bei der Ausführungsform in die zentrale Steuereinrichtung CU der Projektionsbelichtungsanlage integriert ist.
Wie in der Einsatzfigur zu 1 schematisch gezeigt, erzeugt das Beleuchtungssystem ILL in seiner Austrittsebene, in welcher sich bei Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage das Muster das Maske befindet, ein scharf begrenztes, rechteckförmiges Beleuchtungsfeld, dessen Form und Größe die Form und Größe des effektiven Objektfeldes OF des Projektionsobjektivs bestimmt, welches bei der Projektionsbelichtung genutzt wird. Das schlitzförmige Beleuchtungsfeld kann bei anderen Ausführungsformen auch gekrümmt sein. Das effektive Objektfeld enthält all diejenigen Objektfeldpunkte der Objektfläche, die im gegebenen Prozess auf das Substrat abgebildet werden sollen. Das effektive Objektfeld hat eine Länge A* parallel zur Scanrichtung und eine Breite B* > A* in einer cross-scan-Richtung senkrecht zur Scanrichtung. Das effektive Objektfeld ist im Beispielsfall komplett außerhalb der optischen Achse des Projektionsobjektivs mit Abstand zu diesem angeordnet (off-axis field). Die Objektfeldpunkte des effektiven Objektfeldes werden bei der Abbildung in das zum effektiven Objektfeld optisch konjugierte effektive Bildfeld abgebildet, das gegenüber dem effektiven Objektfeld um den Abbildungsmaßstab des Projektionsobjektivs verkleinert ist, jedoch die gleiche Rechteckform mit gleichem Aspektverhältnis A/B = A*/B* wie das effektive Objektfeld hat.
Das Projektionsobjektiv PO kann eine Vielzahl von schematisch angedeuteten Linsen (typische Anzahl von Linsen sind häufig mehr als 10 oder mehr als 15 Linsen) und gegebenenfalls andere transparente oder reflektive optische Komponenten haben. Das Projektionsobjektiv kann ein rein refraktives (dioptrisches) Projektionsobjektiv sein. Das Projektionsobjektiv kann zusätzlich auch mindestens einen gekrümmten Spiegel, insbesondere mindestens einen Konkavspiegel enthalten, so dass ein katadioptrisches Projektionsobjektiv vorliegt. Reine Spiegelsysteme (katoptrische Systeme) sind ebenfalls möglich.
Die Projektionsbelichtungsanlage ist dafür eingerichtet, die relative Positionierung zwischen der Oberfläche SS des Substrats und dem Fokusbereich des Projektionsobjektivs PO während eines Belichtungszeitintervalls derart zu ändern, dass Bildpunkte im effektiven Bildfeld IF während des Belichtungszeitintervalls mit unterschiedlichen Fokuslagen des Bildes der Maske belichtet werden. Dadurch kann mit Hilfe der Technik des Focus Drilling ein Lithographie-Prozess mit einer effektiven Schärfentiefe durchgeführt werden, die größer ist als die nominelle Schärfentiefe des Projektionsobjektivs, welche proportional zur Rayleigheinheit RU = λ/NA² ist.
Je größer die bildseitige numerische Apertur NA des Projektionsobjektivs ist, desto kleiner ist die Schärfentiefe, so dass der Bedarf für ein Focus Drilling in der Regel hauptsächlich bei hochaperturigen Projektionsobjektiven vorliegt, beispielsweise mit NA ≥ 0.8 oder NA ≥ 0.9. Insbesondere kann das Focus Drilling bei der Verwendung von Immersionssystemen nützlich sein, bei denen bildseitige numerische Aperturen NA > 1 möglich sind, beispielsweise NA ≥ 1.1 oder NA ≥ 1.2 oder NA ≥ 1.3 oder NA ≥ 1.4. Typische Schärfentiefen bei Anwendungen mit Focus Drilling liegen häufig im Bereich zwischen 50 nm und 200 nm. Mit derartigen hochaperturigen Projektionssystemen können je nach Wellenlänge und Prozessparametern typische Strukturgrößen von deutlich unterhalb 100 nm erzielt werden, beispielsweise mit Strukturgrößen von 80 nm oder weniger, oder 65 nm oder weniger, oder 45 nm oder weniger, oder 32 nm oder weniger, oder 22 nm oder weniger.
Die Einrichtung WS zum Halten und Bewegen des Substrats W hat eine integrierte Kippeinrichtung, um das Substrat vor der Belichtung in einer parallel zur Scanrichtung verlaufenden Kipprichtung um eine senkrecht dazu (in x-Richtung) verlaufende Kippachse derart zu kippen, dass die Substratnormale SN um einen endlichen Kippwinkel TW gegen die optische Achse OA des Projektionsobjektivs im Bereich der Bildebene IS geneigt ist. Typische Kippwinkel können z. B. in Bereich von 0.01 mrad bis 0.2 mrad liegen. Diese Verkippung in y-Richtung (Substratnormale liegt in einer y-z-Ebene) erzeugt zusammen mit der parallel zur y-Richtung verlaufenden Scanbewegung eine Überlagung einer Vielzahl von Luftbildern bei verschiedenen Fokus-Positionen, was hier als Focus Drilling bezeichnet wird.
Das Projektionsobjektiv PO enthält mindestens einen Manipulator MAN zur Manipulation mindestens eines manipulierbaren optischen Elementes OE des Projektionsobjektivs sowie eine an die zentrale Steuereinrichtung CU angeschlossene oder in diese integrierte Manipulator-Steuereinheit MCU zur Steuerung des Manipulators. Mit Hilfe des Manipulators ist es möglich, über eine Einwirkung auf ein oder mehrere manipulierbare optische Elemente die Abbildungsfähigkeit des Projektionsobjektives durch Veränderung der vom Projektionsobjektiv erzeugten Wellenfrontfehler gezielt zu verändern. Im Beispielsfall ist der Manipulator so aufgebaut, dass über den Manipulator gezielt Komponenten des Verzeichnungsfehlers parallel zur Scanrichtung, d. h. parallel zur y-Richtung, verändert werden können.
Anhand der 3 bis 7 wird nun ein Problem erläutert, welches z. B. beim Focus Drilling in einem Wafer-Scanner mit gekipptem Substrat auftreten kann. Beleuchtungssysteme und Projektionsobjektive für Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen sind, wie alle realen optischen Systeme, nicht völlig frei von Restfehlern, sondern derart korrigiert, dass die relevanten Fehler unterhalb anwendungsspezifischer Grenzwerte bleiben. Im Beispielsfall hat das Beleuchtungssystem u. a. einen Telezentrie-Restfehler. 3 zeigt ein Beispiel für einen Verlauf des Beleuchtungs-Telezentrie-Restfehlers über das vom Beleuchtungssystem beleuchtete effektive Objektfeld OF an der Maske. Die Pfeile geben die Richtung des Telezentriefehlers und die Länge der Pfeile das Ausmaß (bzw. den Betrag) des Telezentriefehlers für eine Anzahl ausgewählter Feldpunkte an. Es ist erkennbar, dass ein Rest-Telezentriefehler in y-Richtung vorliegt. In der Mitte des Feldes (Feldmitte FC) verschwindet der Telezentrie-Restfehler, in y-Richtung ergibt sich ein antisymmetrischer Verlauf mit entgegengesetzten Vorzeichen des Telezentriefehlers bei positiven bzw. bei negativen y-Positionen bezogen auf die Feldmitte. In der senkrecht zur y-Richtung (Scanrichtung) verlaufenden cross-scan-Richtung (x-Richtung) ergibt sich etwa ein quadratischer Verlauf, wobei das Ausmaß des Telezentriefehlers zu den Feldrändern in x-Richtung etwa gemäß einer parabolischen Funktion zunimmt.
4 zeigt schematisch den Defokus-Verlauf beim Focus Drilling im effektiven Bildfeld IF. Das Focus Drilling erzeugt einen linearen Defokus-Verlauf mit großen Defokus-Beträgen entlang der Scanrichtung (y-Richtung) über das beleuchtete Feld am Wafer. Das Ausmaß der Variation des Defokus wird bei dem Beispielssystem durch die Größe des Kippwinkels TW und die Länge A* des effektiven Objektfeldes bestimmt. In der Regel ist der Defokus am Anfang und am Ende der Scanbewegung betragsmäßig am größten, wobei der Defokus jedoch unterschiedliche Vorzeichen hat.
Der durch das Beleuchtungssystem in die Abbildung eingeführte Telezentriefehler führt in Verbindung mit der Änderung der Fokuslage während des Scannens zu einem Overlay-Fehler (image placement error), der im Wesentlichen proportional mit dem Ausmaß des Defokus und mit dem Ausmaß des Telezentrie-Fehlers skaliert. In 5 ist schematisch die Ortsabhängigkeit des Overlay-Fehlers im effektiven Bildfeld IF gezeigt, wobei die Pfeile Richtung und Betrag des Overlay-Fehlers repräsentieren. Im Beispielsfall ergeben sich Bildverschiebungen in die positive y-Richtung sowohl für positive, als auch für negative y-Positionen (bezogen auf die Feldmitte). Im Bereich der Feldmitte (um y = 0) ergibt sich keine Verschiebung. In x-Richtung ergibt sich der vom Verlauf des Telezentriefehlers herrührende quadratische Verlauf des Ausmaßes der Verschiebung.
Die Scan-Operation, d. h. das Scannen in der y-Richtung, führt zur Mittelung der in 5 gezeigten Effekte für alle y-Positionen. Als Resultat ergibt sich ein in 6 schematisch dargestellter gemittelter Overlay-Fehler, der innerhalb des Scan-Feldes in y-Richtung konstant ist und der hier bezüglich der x-Achse einen quadratischen Verlauf hat, also zu beiden Seiten der Mitte nach außen hin parabolisch zunimmt.
7 zeigt schematisch, wie sich der in 6 schematisch dargestellte Overlay-Fehler bei einem abzubildenden Muster auswirkt. Hierzu zeigt 7A ein Beispiel für abgebildete Strukturen auf einem Substrat in einem idealen System ohne Overlay-Fehler. Die dunklen Quadrate können beispielsweise Kontaktlöcher repräsentieren. Tritt aufgrund des Telezentrie-Restfehlers in Verbindung mit dem Focus Drilling ein Overlay-Fehler auf, so kann die Struktur etwa wie in 7B gezeigt aussehen, mit einem von der Position in x-Richtung abhängigen Overlay-Fehler in y-Richtung. Mit anderen Worten, das Ausmaß des Overlay-Fehlers ist bei und nahe der in x-Richtung gesehenen Feldmitte verschwindend gering, während der Overlay-Fehler zu einer Relativverschiebung der abgebildeten Struktur relativ zu den idealen Positionen in y-Richtung führt, wobei das Ausmaß der Verschiebung in x-Richtung einen etwa quadratischen Verlauf hat.
Bei der Projektionsbelichtungsanlage werden diese Overlay-Fehler aktiv kompensiert, so dass sie nicht oder nur in einem wesentlich geringeren Ausmaß auftreten. Das hierfür vorgesehene Kompensationssystem erlaubt eine Verschiebung der abgebildeten Strukturen über eine Einstellung bestimmter Wellenfrontfehler des Projektionsobjektivs mit Hilfe mindestens eines Manipulators MAN, der auf mindestens ein optisches Element des Projektionsobjektivs derart einwirkt, dass eine Veränderung eines Wellenfrontfehlers erzeugt wird, welche die Verschiebung der Struktur teilweise oder vollständig kompensiert. Im dargestellten Beispiel wird die Verschiebung der abgebildeten Strukturen in y-Richtung durch Einstellen eines Zernike-Z3-Wellenfrontfehlers kompensiert. Speziell wird der in x-Richtung quadratische Overlay-Verlauf durch Einstellung eines quadratischen Wellenverlaufs eines Z3-Wellenfrontfehlers kompensiert. Der Manipulator MAN ist entsprechend dafür eingerichtet und positioniert, um solche Z3-Wellenfrontfehler zu erzeugen bzw. deren Betrag gezielt zu verändern.
Bekanntlich können Wellenfrontaberrationen, die im optischen System verursacht werden und/oder durch externe Einflüsse induziert werden, als Linearkombinationen von Polynomen beschrieben werden. Im Bereich der Optik gibt es unterschiedliche Polynombeschreibungen für Aberrationen, beispielsweise die Seidel-Polynome oder die Zernike-Polynome. In dieser Anmeldung werden Zernike-Polynome verwendet, um Wellenfronten zu repräsentieren, die wiederum bestimmte Abbildungsfehler von optischen Systemen beschreiben. Durch Zernike-Polynome können beispielsweise Aberrationen wie Defokus, Astigmatismus, Verzeichnung, Koma, sphärische Aberration etc. bis zu höheren Ordnungen beschrieben werden. Eine Aberration kann als Linearkombination einer ausgewählten Anzahl von Zernike-Polynomen dargestellt werden. Zernike-Polynome bilden einen Satz von kompletten orthogonalen Polynomen, die auf einem Einheitskreis definiert sind. In der Regel werden Polarkoordinaten verwendet, beispielsweise ρ für den normierten Radius und θ für den Azimutwinkel (Winkel in Umfangsrichtung). Eine Wellenfrontaberration W(ρ, θ) kann in Zernike-Polynome expandiert werden als Summe von Produkten von Zernike-Termen und entsprechenden Gewichtsfaktoren (siehe z. B. see e. g. Handbook of Optical Systems: Vol. 2, Physical Image Formation, ed. H Gross, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Kapitel 20.2, (2005)).). In einer Zernike-Darstellung haben die Zernike-Polynome Z1, Z2, Z3 usw. bestimmte Bedeutungen, die entsprechende Beiträge zu einer Gesamtaberration repräsentieren. Beispielsweise entspricht Z1 = 1 einem konstanten Term (Zylinderterm), Z2 = ρ cosθ entspricht einer Verzeichnung in x-Richtung, Z3 = ρ sinθ entspricht einer Verzeichnung in y-Richtung, Z4 = 2ρ² – 1 entspricht dem parabolischen Teil eines Defokus, Z5 = ρ² cos2θ entspricht einem Astigmatismus dritter Ordnung usw.
Zernike-Polynome können auch dazu verwendet werden, Abweichungen einer optischen Oberfläche, beispielsweise einer Linsenoberfläche oder Spiegeloberfläche, von einer Normfläche zu beschreiben, beispielsweise von einer sphärischen Normfläche.
Für den Beispielsfall einer Verzeichnung in y-Richtung ist zu beachten, dass der Zusammenhang zwischen dem Z3-Betrag und der Bildverschiebung in y-Richtung linear ist. Der lineare Zusammenhang ergibt sich aus der Gleichung: Δy = Z3 * λ/NA, wobei Δy die Bildverschiebung in y-Richtung, λ die Wellenlänge, NA die bildseitige numerische Apertur des Projektionsobjektivs und Z3 der Koeffizient des Zernike-Polynoms Z3 ist. Hierbei wird die Definition des Zernike-Polynoms Z3 in Fringe-Normierung verwendet, nämlich Z3 = ρ sinθ mit den Pupillenkoordinaten ρ und θ. Dieser Zusammenhang gilt unabhängig von der verwendeten Beleuchtungsverteilung und auch unabhängig vom abzubildenden Muster.
Für Aberrationen höherer Ordnungen, die ebenfalls Bildverschiebungen bewirken, beispielsweise Z8, Z15, Z24 etc., ist der Zusammenhang zwischen Zernike-Koeffizient und Bildverschiebung ebenfalls linear, jedoch hängt der Proportionalitätsfaktor von der Beleuchtungsverteilung und vom abzubildenden Muster ab. Der Zusammenhang wird daher in der Regel durch Simulation bestimmt. Für die praktische Anwendung bedeutet dies unter anderem, dass durch Hinzunahme höherer Zernike-Ordnungen, beispielsweise Z8, Z15, Z24 etc. in die Manipulation eines oder mehrerer optischer Elemente im Projektionsobjektiv auch etwaige strukturabhängige Overlay-Fehler kompensiert werden können.
Diese Zusammenhänge werden bei der beschriebenen Ausführungsform wie folgt genutzt. Wie beschrieben, ist die Projektionsbelichtungsanlage für einen Scan-Betrieb mit gekipptem Substrat eingerichtet, um auf diese Weise ein Focus Drilling zu erzielen. An der Steuereinheit CU kann hierzu der gewünschte Kippwinkel für das Substrat oder eine damit im Zusammenhang stehende Größe vorgegeben werden, beispielsweise der gewünschte Fokus-Scanbereich. Aus diesen Angaben wird die benötigte Größe des Wellenfrontfehlers berechnet, der die aufgrund des Focus Drillings zu erwartenden Verzeichnungsfehler kompensieren würde. Der benötigte Wellenfrontfehler soll im Wesentlichen eine entgegengesetzt gleiche Bildverschiebung erzeugen wie das Focus Drilling. Entsprechende Werte können in der Steuerung beispielsweise in Form einer Look-up-Tabelle hinterlegt sein. Auf Basis dieser Angabe werden Steuersignale für einen oder mehrere Manipulatoren ermittelt, die danach entsprechend angesteuert werden, um im Beispielsfall die Feldverläufe in x-Richtung von 1-zähligen Wellenfrontfehlern in der y-Richtung (Z3 sowie höhere Ordnungen Z8, Z15, Z24, etc.) zu erzeugen.
Das erzielbare Ergebnis ist in 8 schematisch dargestellt. Analog zu 7 zeigt diese Abbildung die Bildverschiebung im Scan-Betrieb nach Kompensation durch den von der x-Position abhängigen Wellenfrontfehler. Die Abwesenheit von Pfeilen, welche die Richtung und die Größe der Bildverschiebung angeben, soll andeuten, dass die Kompensation für die gesamte Breite des Bildfeldes wirksam ist. Eine Projektionsbelichtung mit eingeschalteter Kompensation würden dementsprechend abgebildete Strukturen ohne Overlay-Fehler erzeugen, wie sie beispielhaft in 7A dargestellt sind.
Eine Quantifizierung erzielbarer Aberrationskorrekturen wird im Folgenden anhand eines katadioptrischen Projektionsobjektivs beschrieben, das in der Patentanmeldung US 2008/0174858 A1 der Anmelderin in 3 gezeigt und im Zusammenhang mit dieser Figur im Detail beschrieben ist. Die diesbezügliche Offenbarung dieses Dokumentes wird durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht. Bei einer Simulation wurde dieses Projektionsobjektiv in einem Verfahren mit Focus Drilling betrieben, das durch Kippung eines Substrats in Verbindung mit einer Scan-Bewegung des Substrats erzeugt wurde. Die Parameter der Focus Drilling-Simulation waren so gewählt, dass sich ein Verlauf des Overlay-Fehlers über das Feld, ähnlich wie in 5 gezeigt, ergab, der durch den Mittlungseffekt bei der Scan-Operation zu einem gemittelten Overlay-Fehler entsprechend 6 führte, der an den Rändern in x-Richtung ein Maximalwert von 10 nm und in der Feldmitte einen Wert von 0 hatte.
Zur Kompensation wurde eine Gruppe von Manipulatoren aktiviert, um die Linsen 1, 4, 7, 13, 14, 16 und 20 (gesehen in Durchstrahlungsrichtung von der Objektebene zur Bildebene) parallel zur optischen Achse, d. h. in z-Richtung, zu verschieben und auch zu verkippen. Auf diese Weise konnte die ursprüngliche Störung etwa um einen Faktor 20 von dem Maximalwert 10 nm auf einen Maximalwert von ca. 0,5 nm reduziert werden.
Bei einer weiteren Simulation wurde eine andere Gruppe von Manipulatoren aktiviert, um die Linsen 7, 9, 10 und 14 parallel zur optischen Achse zu verschieben und gleichzeitig zu kippen. Zusätzlich wurden die Linsen 1 und 6 zweiwellig deformiert. Hierdurch konnte der Fehler noch weitergehend reduziert werden, und zwar von ursprünglich 10 nm auf ca. 0,08 nm.
Diese Beispiele zeigen anschaulich das große Potential des Verfahrens zur Kompensation zumindest eines Teils von Abbildungsfehlern, die durch Änderung der Fokuslagen während eines Belichtungszeitintervalls, d. h. beim Focus Drilling, entstehen können.
Wichtige Aspekte der Erfindung wurden hier beispielhaft anhand eines Wafer-Scanners erläutert, bei dem Focus Drilling durch eine Verkippung des zu belichtenden Substrats herbeigeführt wird, welche in Kombination mit der Scan-Bewegung zu den verzeichnisartigen Abbildungsfehlern führt, die einen Overlay-Fehler bewirken. Die Erfindung ist nicht auf derartige Systeme beschränkt. Ein Focus Drilling ist auch durch Ändern der Brennweite eines Projektionsobjektivs mit Hilfe verstellbarer optischer Elemente (Manipulatoren) möglich. Hier können die beschriebenen verzeichnungsartigen Abbildungsfehler auftreten, wenn die zeitliche Modulierung einer Defokussierung nicht völlig synchron mit der Scan-Bewegung erfolgt. Bei Abweichungen von der Synchronizität kann sich am belichteten Substrat ein vom Wert 0 verschiedener gemittelter Defokus ergeben, und eventuelle Telezentriefehler aus den Beleuchtungssystemen und/oder Projektionsobjektiven können sich in Overlay-Fehler für die abgebildeten Strukturen übersetzen. Eine Kompensation wäre analog der beschriebenen Ausführungsbeispiele durch Einstellen eines vorgebbaren Aberrationsprofiles möglich, wobei das Aberrationsprofil beispielsweise im Wesentlichen einem Z3 mit einem Feldverlauf entsprechen könnte, der dem Feldverlauf eines eventuellen Telezentriefehlers entspricht, wobei auch das zur Kompensation eingebrachte Aberrationsprofil zeitlich moduliert. Bei Wafer-Steppern, bei denen keine Scan-Bewegung des Substrats stattfindet, können sich aufgrund von Brennweiten-Modulierungen während eines Belichtungszeitintervalls verzeichnungsartige Abbildungsfehler ergeben, wenn die zeitliche Modulierung nicht mit dem Belichtungsintervall synchronisiert ist. In diesem Fall könnte ein mittlerer Defokus ungleich 0 resultieren, der in analoger Weise, wie bereits beschrieben, kompensiert werden kann.
Ein Focus Drilling kann bei Wafer-Steppern und Wafer-Scannern auch durch Ändern der Wellenlänge innerhalb des Belichtungszeitintervalls erreicht werden. Wird hierbei statisch nur die Bandbreite der Primärstrahlung geändert, ergeben sich in der Regel keine zu kompensierenden Effekte. Wenn jedoch das Focus Drilling über Verändern der Wellenlänge selbst, gegebenenfalls ohne Verändern der Bandbreite erfolgt, so führt eine zeitliche Modulation der Wellenlänge zu einer zeitlichen Modulierung des Defokus und es können prinzipiell die gleichen Effekte wie beim Focus Drilling über Ändern der Brennweite auftreten, die entsprechend kompensiert werden können.

Claims

Projektionsbelichtungsverfahren zur Belichtung eines im Bereich einer Bildfläche eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske mit folgenden Schritten: Belichten des Substrats mit dem Bild des Musters in einem effektiven Bildfeld des Projektionsobjektivs während eines Belichtungszeitintervalls; Verändern einer relativen Positionierung zwischen einer Oberfläche des Substrats und einer Fokusfläche des Projektionsobjektivs während des Belichtungszeitintervalls derart, dass Bildpunkte im effektiven Bildfeld während des Belichtungszeitintervalls mit unterschiedlichen Fokuslagen des Bildes der Maske belichtet werden; aktive Kompensation mindestens eines Teils von mindestens einem durch die Änderung der Fokuslagen induzierten Abbildungsfehler während des Belichtungszeitintervalls.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1, worin die aktive Kompensation eine mit der Veränderung der Relativpositionierung koordinierte Veränderung von Verzeichnungsfehlern des Projektionsobjektivs während des Belichtungszeitintervalls umfasst.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin während des Belichtungszeitintervalls eine Scan-Operation durchgeführt wird, bei der die Maske in der Objektfläche relativ zu einem effektiven Objektfeld und das Substrat im Bereich der Bildfläche relativ zum effektiven Bildfeld des Projektionsobjektivs synchron in jeweilige Scanrichtungen bewegt werden.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 3, worin das Substrat während des Belichtungszeitintervalls relativ zum Projektionsobjektiv in einer parallel zur Scanrichtung des Substrats verlaufenden Kipprichtung um eine Kippachse derart gekippt ist, dass eine Substratnormale um einen endlichen Kippwinkel gegen eine optische Achse des Projektionsobjektivs im Bereich der Bildebene geneigt ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 4, worin eine Veränderung der Verzeichnungsparameter des Projektionsobjektivs eine Änderung der Verzeichnung parallel zur Scanrichtung des Substrats umfasst.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, worin durch die Veränderung der Verzeichnungsparameter des Projektionsobjektivs ein Verlauf eines Verzeichnungsfehlers senkrecht zur Scanrichtung des Substrats erzeugt wird.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 6, worin der Verlauf eine quadratische Verlaufsfunktion in einer Richtung senkrecht zur Scanrichtung hat.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die aktive Kompensation eine Starrkörperbewegung mindestens eines optischen Elementes relativ zu anderen optischen Elementen des Projektionsobjektivs umfasst.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 8, worin die Starrkörperbewegung eine Verlagerung in Richtung der optischen Achse, eine Verlagerung senkrecht zur optischen Achse und/oder eine Verkippung ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die aktive Kompensation eine Deformation mindestens eines optischen Elementes umfasst.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin Steuersignale zur Ansteuerung eines Manipulators des Projektionsobjektivs auf Basis von vordefinierten Werten erzeugt werden, die in einem Speicher eines Kompensationssystems in einer look-up-Tabelle gespeichert sind.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin Steuersignale zur Ansteuerung eines Manipulators des Projektionsobjektivs auf Basis von Messwerten mindestens eines die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs überwachenden Sensors berechnet werden.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, worin Steuersignale zur Ansteuerung eines Manipulators des Projektionsobjektivs auf Basis von Informationen über das Ausmaß der Kippung des Substrats ermittelt werden.
Projektionsbelichtungsanlage zur Belichtung eines im Bereich einer Bildfläche eines Projektionsobjektivs angeordneten, strahlungsempfindlichen Substrats mit mindestens einem Bild eines im Bereich einer Objektfläche des Projektionsobjektivs angeordneten Musters einer Maske mit: einer primären Strahlungsquelle (LS) zur Abgabe von Primärstrahlung; einem Beleuchtungssystem (ILL) zum Empfang der Primärstrahlung und zur Erzeugung einer auf die Maske (M) gerichteten Beleuchtungsstrahlung; einem Projektionsobjektiv (PO) zur Erzeugung eines Bildes des Musters im Bereich der Bildfläche (IS) des Projektionsobjektivs; Einrichtungen zum Verändern einer relativen Positionierung zwischen einer Oberfläche des Substrats und einer Fokusfläche des Projektionsobjektivs während eines Belichtungszeitintervalls derart, dass Bildpunkte im effektiven Bildfeld (IF) während des Belichtungszeitintervalls mit unterschiedlichen Fokuslagen des Bildes der Maske belichtet werden; und einem Kompensationssystem (MCU, MAN) zur aktiven Kompensation mindestens eines Teils von mindestens einem durch die Änderung der Fokuslagen induzierten Abbildungsfehler während des Belichtungszeitintervalls.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 14, worin das Kompensationssystem mindestens einen Manipulator (MAN) zur Manipulation mindestens eines optischen Elementes (OE) des Projektionsobjektivs sowie eine Manipulator-Steuereinheit (MCU) zum Steuern des Manipulators umfasst, wobei die Manipulator-Steuereinheit und der Manipulator so konfiguriert sind, dass eine aktive Kompensation mindestens eines Teils von mindestens einem durch die Änderung der Fokuslage induzierten Abbildungsfehler während des Belichtungszeitintervalls erzielbar ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 15, worin mindestens ein Manipulator (MAN) als Manipulator zur Veränderung von Verzeichnungsfehlern des Projektionsobjektivs während des Belichtungszeitintervalls konfiguriert ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 14, 15 oder 16, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Durchführung einer Scan-Operation, bei der die Maske in der Objektfläche relativ zu einem effektiven Objektfeld und das Substrat im Bereich der Bildfläche relativ zum effektiven Bildfeld des Projektionsobjektivs synchron in jeweilige Scanrichtungen bewegt werden.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 17, worin weiterhin eine Kippeinrichtung zum Verkippen des Substrats relativ zum Projektionsobjektiv in einer Kipprichtung um eine Kippachse derart vorgesehen ist, dass während des Belichtungszeitintervalls eine Substratnormale um einen endlichen Kippwinkel gegen eine optische Achse des Projektionsobjektivs im Bereich der Bildebene geneigt ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, 17 oder 18, worin der Manipulator (MAN) derart ausgelegt ist, dass eine Veränderung der Verzeichnungsparameter des Projektionsobjektivs (PO) eine Änderung der Verzeichnung parallel zur Scanrichtung des Substrats umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 19, worin durch die Veränderung der Verzeichnungsparameter des Projektionsobjektivs ein Verlauf eines Verzeichnungsfehlers senkrecht zur Scanrichtung des Substrats erzeugbar ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 20, worin der Verlauf eine quadratische Verlaufsfunktion in eine Richtung senkrecht zur Scanrichtung hat.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 21, worin ein Manipulator so ausgebildet ist, dass er eine Starrkörperbewegung mindestens eines optischen Elementes relativ zu anderen optischen Elementen des Projektionsobjektivs bewirkt.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 22, worin die Starrkörperbewegung eine Verlagerung in Richtung der optischen Achse, eine Verlagerung senkrecht zur optischen Achse und/oder eine Verkippung ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 23, worin ein Manipulator für eine definierte Deformation eines optischen Elements ausgelegt ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 24, worin Steuersignale zur Ansteuerung eines Manipulators auf Basis von vordefinierten Werten erzeugt werden, die in einem Speicher des Kompensationssystems nach Art einer look-up-Tabelle gespeichert sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 25, worin mindestens ein Sensor zur Erfassung von Verzeichnungsfehlern, Wellenfrontfehlern und/oder anderen für die Abbildungsqualität des Projektionsobjektivs charakteristischen Eigenschaften vorgesehen ist und die Manipulator-Steuereinheit (MCU) Ansteuersignale zur Ansteuerung mindestens eines Manipulators aus Signalen des Sensors erzeugt.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 17 bis 20, worin eine Einrichtung zur Erfassung von Informationen über das Ausmaß der Kippung des Substrats vorgesehen ist und die Manipulator-Steuereinheit (MCU) Ansteuersignale zur Ansteuerung mindestens eines Manipulators aus Signalen des Sensors erzeugt.