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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung für einen Lichtstrahl einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Ermittlung der Form und/oder Lage eines Lichtstrahls, insbesondere eines EUV-Lichtstrahls in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, sowie ein Verfahren zur Ausrichtung eines Lichtstrahls einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage relativ zu einem Beleuchtungssystem einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
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STAND DER TECHNIK
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Zur Positionsvermessung eines EUV-Strahls in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage werden nach dem Stand der Technik Vier-Quadranten-Halbleiterdioden eingesetzt.
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Obwohl diese Sensoren gute Ergebnisse hinsichtlich einer Ortsauflösung der Positionsbestimmung ermöglichen, weisen diese Sensoren den Nachteil auf, dass sie bei hohen Strahlungsintensitäten und/oder Umgebungen, bei denen eine hohe Schmutz-Belastung (DEPRIS) vorliegt, fehleranfällig sind bzw. eine geringe Lebensdauer aufweisen sowie aufgrund deren geringer zeitlicher Trägheit ein die Messdaten mittelndes Glied wie beispielsweise eine Auswerteeinheit zwingend notwendig ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zur Positionsvermessung für einen Lichtstrahl einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage sowie ein entsprechendes Verfahren zur Ermittlung der Form und/oder Lage eines Lichtstrahls in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitzustellen, die eine längere Lebensdauer und eine geringer Fehleranfälligkeit der Messeinrichtung, insbesondere bei einer hohen Strahlungsbelastung und in einer Umgebung mit einer hohen Schmutzbelastung, wie beispielsweise in der Nähe einer EUV-Plasmaquelle oder im Zwischenfokus eines EUV-Beleuchtungssystems ermöglichen. Gleichzeitig soll die entsprechende Vorrichtung und das Verfahren jedoch eine ausreichend gute Bestimmung der Form und/oder Lage des Lichtstrahls ermöglichen sowie einfach aufgebaut und bedienbar sein. Eine solche Positionsvermessung bzw. das entsprechende Verfahren kann zur Ausrichtung eines Lichtstrahls einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage relativ zu einem Beleuchtungssystem einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage verwendet werden.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren nach Anspruch 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Form und/oder Lage des Lichtstrahls einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage indirekt über die Bestimmung der Temperatur an mindestens zwei, insbesondere mehreren Stellen im Bezug zum Lichtstrahl ermittelt wird, wobei die dort ermittelte Temperatur mit der Strahlungsleistung und somit auch mit der Form und/oder Position des Lichtstrahls korreliert. Entsprechend kann über einen Vergleich der Temperaturmesswerte mit simulierten und/oder gemessenen Referenzwerten die Form und/oder Lage des Lichtstrahls bestimmt werden. Dazu ist es erforderlich, dass die Temperatursensoren von der Lichtstrahlung zumindest teilweise bzw. geringfügig beaufschlagt werden, so dass durch die auftreffende Strahlungsenergie Wärme erzeugt wird, welche durch die Temperatursensoren gemessen wird. Allerdings ist es nicht erforderlich, dass die Temperatursensoren selbst von dem entsprechenden Licht beaufschlagt werden, sondern es können Strahlauffangelemente vorgesehen sein, welche mit den Temperatursensoren thermisch leitend verbunden sind, so dass die bei den Strahlauffangelementen auftreffende Strahlungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird und dann von den Temperatursensoren gemessen wird.
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Folglich ist es auch nicht erforderlich, dass die Strahlauffangelemente und/oder Temperatursensoren im zentralen Kernbereich des Lichtstrahls angeordnet sind, sondern es reicht aus, wenn die Temperatursensoren und/oder Strahlauffangelemente im Randbereich des Lichtstrahls angeordnet sind und der zentrale Bereich des Lichtstrahls ungehindert die Positionsmesseinrichtung passieren kann. Allerdings können die Temperatursensoren und/oder Strahlauffangelemente auch im Kernbereich des Lichtstrahls angeordnet werden. In Abhängigkeit von den optischen Möglichkeiten und den Erfordernissen zur Bestimmung der Form und/oder Lage des Lichtstrahls können die Temperatursensoren und/oder Auffangelemente in jeder geeigneten Art und Weise in Bezug zum Lichtstrahl angeordnet werden.
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Bei dem Lichtstrahl handelt es sich vorzugsweise um Licht im Wellenlängenspektrum des extrem ultra-violetten Spektrums (EUV), d. h. beispielsweise für die Mikrolithographie um Licht mit einer Wellenlänge von 13,5 nm. Allerdings ist die Erfindung nicht auf entsprechende Lichtstrahlen beschränkt, sondern es können auch Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängenbereichen entsprechend vermessen werden. Entsprechend wird bei der vorliegenden Beschreibung unter Licht jede elektromagnetische Welle mit einem für die Mikrolithographie geeignetem Wellenlängenspektrum verstanden. In gleicher Weise werden Begriffe aus der Optik, wie z. B. Projektionsobjektiv etc. in gleicher Weise für alle hier angesprochenen elektromagnetischen Wellen verwendet.
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Zur Durchführung des Abgleichs zwischen den gemessenen Temperaturdaten und den entsprechenden Referenzwerten weist die Positionsmesseinrichtung eine entsprechende Auswerteeinheit auf, die vorzugsweise eine entsprechend programmtechnisch ausgerüstete Datenverarbeitungsanlage umfasst, in der der Abgleich mit entsprechenden Referenzwerten erfolgen kann.
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Der Abgleich kann hierbei in der Weise erfolgen, dass Abweichungen der gemessenen Messdaten von simulierten und/oder gemessenen Referenzdaten und/oder die Übereinstimmung mit simulierten und/oder gemessenen Referenzdaten ermittelt wird.
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Hierbei bedarf es im Gegensatz zu als Sensoren eingesetzten Fotodioden keiner sich an die eigentlichen Messungen anschließenden, zeitlichen Mittelung des Messergebnisse, um eine zeitliche Drift der Position des Lichtstrahls festzustellen, da bei einer schnellen Bewegung des Lichtstrahls die intrinsische Trägheit der Temperatursensoren hinreichend mittelnd wirkt.
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Durch die Geometrie und thermische Masse (u. a. Materialauswahl und Volumen) des Strahlauffangelementes, sowie insbesondere durch dessen geometrische (Steglänge und Querschnitt) definierende Ankopplung an die Wärmesenke kann das intrinsische (oder bauartbedingte) Ansprechverhalten und die Trägheit des Sensors festgelegt werden.
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Zur Ermittlung der Referenzdaten können entsprechende Referenzmessungen durchgeführt werden, bei denen sowohl für einen ideal geformten und optimal platzierten Lichtstrahl die entsprechenden Werte erfasst werden, als auch für Lichtstrahlen, die durch bestimmte Einflüsse Abweichungen von der idealen, optimalen Form und/oder Lage aufweisen.
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Zusätzlich und/oder alternativ können Referenzwerte auch durch Berechnungen ermittelt werden, beispielsweise durch Berechnung der erwarteten Strahlungsenergieverteilung in einem Lichtstrahl, welche durch die optischen Gegebenheiten der Projektionsbelichtungsanlage ermittelbar ist. Aus der Kenntnis der Absorption der Lichtstrahlung durch die Temperatursensoren und/oder Strahlauffangelemente und die dadurch bedingte Erzeugung von Wärme und die dadurch wiederum bedingte Temperatureinstellung im Temperatursensor kann auf die Form und/oder Lage des Lichtstrahls zurückgeschlossen werden.
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Um hier die Möglichkeit zu besitzen, dass ausreichend Strahlungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird, können die bereits angesprochenen Strahlauffangelemente vorgesehen werden, die eine entsprechend größere Fläche aufweisen können, als Temperatursensoren, die üblicherweise durch Thermoelemente oder Widerstandstemperaturmessgeräte gebildet sein können.
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Insbesondere kann ein entsprechendes Strahlauffangelement als eine Metallplatte, insbesondere Kupferplatte ausgebildet sein, die eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, so dass eine gute Temperaturerfassung durch den Temperatursensor, der mit dem Strahlauffangelement thermisch leitend verbunden ist, ermöglicht wird. Neben Kupfer oder anderen Metallen können auch andere gut Wärme leitenden Stoffe für das Strahlauffangelement verwendet werden.
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Obwohl die Anordnung der Temperatursensoren und/oder Strahlauffangelemente im Bezug auf den Lichtstrahl prinzipiell beliebig ist, kann eine symmetrische Anordnung hinsichtlich der Vereinfachung der Auswertung der ermittelten Messwerte vorteilhaft sein. Beispielsweise können vier Temperatursensoren bzw. Temperatursensoren mit Strahlauffangelementen punktsymmetrisch zur optischen Achse des Lichtstrahls angeordnet werden.
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Durch die symmetrische Anordnung der Temperatursensoren und/oder Strahlauffangelemente können auch Schaltungsanordnungen realisiert werden, in welchen zumindest ein Teil der Temperatursensoren zur Erzeugung eines relativen Messsignals zusammengeschaltet sind, so dass die Auswertung noch weiter vereinfacht wird. So kann beispielsweise durch eine entsprechende Reihenschaltung von Thermoelementen eine Differenztemperatur gebildet werden, so dass beispielsweise bei punktsymmetrisch gegenüberliegenden Thermoelementen die entsprechende punktsymmetrische Ausbildung des Lichtstrahls durch die Spannungsdifferenzmessung bzw. Temperaturdifferenzmessung in einfacher Weise ermittelt werden kann. Auch andere geeignete Schaltungsanordnungen sind für die Temperatursensoren denkbar.
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Die obige Positionsmesseinrichtung und das entsprechende Verfahren eignet sich insbesondere zur Ausrichtung eines Lichtstrahls einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage relativ zu einem Beleuchtungssystem einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnungen zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
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1 eine Darstellung eines EUV-Projektionsbelichtungssystems;
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2 eine Darstellung einer möglichen Anordnung der Temperatursensoren im Schnitt quer zur optischen Achse durch den Lichtstrahl; und in
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3 eine weitere Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung in einer zweiten Art der Anordnung der Temperatursensoren.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 zeigt eine rein schematische Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer Einheit 2, die eine Lichtquelle und eine Strahlformungseinheit umfasst. Der von der Lichtquelle und der Strahlformungseinheit bereitgestellte Lichtstrahl 10 wird in einem Beleuchtungssystem 3 aufbereitet, um ein Retikel 4 zu beleuchten, welches die durch die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage abzubildenden Strukturen aufweist. Die Strukturen des Retikels 4 werden bei der Reflektion des Lichtstrahls am Retikel 4 über das nachfolgende Projektionsobjektiv 6 auf den Waver 5 abgebildet. Das in diesem Projektionsbelichtungssystem verwendete Licht hat eine Wellenlänge im Bereich des extrem ultra-violetten Spektrums (EUV) und kann insbesondere eine Wellenlänge von 13,5 nm aufweisen.
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2 zeigt den Lichtstrahl 10 in einer Ebene quer zu seiner Ausbreitungsrichtung. Um die Form und/oder Lage des Lichtstrahls 10 bestimmen zu können, sind an einer oder mehreren Stellen in der Projektionsbelichtungsanlage 1, welche in 2 nicht dargestellt ist, Temperatursensoren T1 bis T8 angeordnet, die beispielsweise als eine Einheit zur Bestimmung der Form und/oder Lage des Lichtstrahls beispielsweise in einer Ebene quer zur optischen Achse angeordnet sein können. Die entsprechende Ebene in der Projektionsbelichtungsanlage kann beliebig gewählt werden. Jedoch ist bei einer beliebigen Wahl der Anordnung der Temperatursensoren unter Umständen der Lichtstrahl auf Grund der optischen Gegebenheiten komplex geformt, so dass sich Positionen anbieten, bei denen der Lichtstrahl eine symmetrische Form aufweist. Dies ist beispielsweise in der Nähe eines Zwischenfokus eines EUV-Beleuchtungssystems 3 gegeben.
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In 3 ist der Spezialfall eines rotationssymmetrischen Lichtstrahls 100 gezeigt, während in der 2 der Lichtstrahl 10 eine ovale Form aufweist, welche entsprechend Hauptachsen x und y definiert. Zu diesem im Querschnitt ovalen Lichtstrahl 10 sind die Temperatursensoren T1 und T2 bezüglich der Hauptachse y symmetrisch und die Temperatursensoren T3 und T4 bezüglich der Hauptachse x symmetrisch angeordnet. Durch die symmetrische Anordnung der Temperatursensoren T1 bis T4 bei einem symmetrischen Strahlquerschnitt kann in sehr einfacher Weise eine Abweichung des Strahlquerschnitts von der gewünschten oder erwarteten symmetrischen Form ermittelt werden, da die unterschiedliche Strahlenbelastung der Temperatursensoren und damit auch die unterschiedliche Erwärmung der Temperatursensoren T1 bis T4 eine Abweichung des Strahlquerschnitts von der Symmetrie anzeigt. Damit kann beispielsweise durch einen Vergleich der Temperaturen die von den Temperatursensoren T1 und T2 bzw. den Temperatursensoren T3 und T4 gemessen werden, eine Abweichung des Strahlquerschnitts von der Symmetrie bezüglich der Hauptachsen x bzw. y ermittelt werden. Dies lässt sich bereits durch einfache Reihenschaltungen von Temperatursensoren bildenden Thermoelementen mit einer entsprechenden Differenzschaltung der Thermospannungen realisieren.
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Insbesondere können auch mehrere Temperatursensoren T7, T8 auf einer Linie 14 über den Strahlquerschnitt angeordnet sein, um die erwartete Strahlungsenergieverteilung über den Strahlquerschnitt bestimmen zu können.
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Darüber hinaus ist es jedoch auch denkbar, die Temperatursensoren T1 bis T8 in einer beliebigen Art und Weise im Bereich des Lichtstrahls anzuordnen, da durch eine Berechnung der Strahlungsenergieverteilung über den Querschnitt des Lichtstrahls und/oder entlang der optischen Achse die zu erwartende Temperaturbelastung der Temperatursensoren T1 bis T8 bestimmbar ist und aus den Abweichungen auf entsprechende Störungen oder Abänderungen des Lichtstrahls geschlossen werden kann.
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Um die Temperaturmessung der Temperatursensoren zu verbessern, können diese mit Strahlauffangelementen 11, 12 beispielsweise in Form von Metallplatten, insbesondere Kupferplatten verbunden sein, so dass über die größere Fläche der Strahlauffangelemente mehr Strahlungsenergie aufgenommen werden kann und so die Temperaturbestimmung verbessert werden kann.
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So ist beispielsweise der Temperatursensor T2 mittig an der Auffangplatte 11 angeordnet, um die von der Auffangplatte 11 aufgefangen Lichtstrahlungsleistung, die entsprechend in Wärme umgesetzt worden ist, zu ermitteln. Neben einem einzigen Temperatursensor wie beim Temperatursensor T2 auf der Auffangplatte 11 können auch mehrere Temperatursensoren wie die Temperatursensoren T4, T5 und T6 auf der Auffangplatte 12 angeordnet sein. Hierbei können die Temperatursensoren wiederum symmetrisch zur Form der Auffangplatte angeordnet sein oder in einer beliebigen Art und Weise darauf verteilt sein.
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Die Temperatursensoren T1 bis T8 sind über entsprechende Verbindungsleitungen 15 mit der Auswerteeinheit 13 verbunden, die eine entsprechende Anzahl von Messwerteingängen umfasst. Die Auswerteeinheit 13 empfängt die Messwerte von den Temperatursensoren T1 bis T8 und vergleicht diese mit gemessenen und/oder durch Simulation berechneten Referenzwerten. Hierbei kann in der Auswerteeinheit auf eine zeitliche Mittelung der Messergebnisse verzichtet werden, falls nur die zeitliche Drift der Position des Lichtstrahl ermittelt werden soll, da die intrinsische Trägheit der Temperatursensoren T1 bis T8 in einem solchen Fall hinreichend ist. Eine Mischform mit der Verwertung von sowohl gemessenen Referenzwerten als auch berechneten Daten aus den zu erwartenden Lichtstrahlungsleistungen ist ebenfalls möglich.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung, bei der in einer Ebene quer zur optischen Achse 101 symmetrisch zum rotationssymmetrischen Strahlquerschnitt des Lichtstrahls 100 vier Strahlauffangplatten 110, 120, 130 und 140 angeordnet sind. Mittig auf diesen Strahlauffangplatten 110 bis 140 ist jeweils ein Thermoelement 111, 121, 131 und 141 als entsprechender Temperatursensor angeordnet. Die Thermoelemente 111, 121, 131 und 141 geben jeweils eine Thermospannung in Abhängigkeit der Temperatur der Strahlauffangplatten 110, 120, 130 und 140 aus. Diese können durch entsprechende Messgeräte 112, 122, 132 und 142 ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können die Thermoelemente 111, 121, 131 und 141 in einer oder mehreren entsprechenden Schaltungsanordnungen 150 zusammengeschlossen sein, die aus den Thermospannungen Spannungsdifferenzen oder dergleichen generieren, so dass relative Messwerte erzeugt werden können. So können beispielsweise die punktsymmetrisch zur optischen Achse 101 angeordneten Thermoelemente 111 und 141 über eine Differenzschaltung miteinander verbunden werden (nicht gezeigt), so dass unmittelbar durch den relativen Messwert angezeigt wird, ob in dieser Richtung der Strahl 100 entsprechend punktsymmetrisch ist. Ist keine Differenz zu messen, also ist das relative Messsignal gleich 0, so liegt Punktsymmetrie vor, während bei einer festgestellten Differenz die Punktsymmetrie des Strahlquerschnitts 100 bezüglich der optischen Achse nicht gegeben ist. Durch die Anordnung der vier Thermoelemente 111, 121, 131 und 141 bzw. der Strahlauffangplatten 110, 120, 130 und 140 in den vier Quadranten, die durch die durch die optische Achse 101 verlaufenden Achsen 102 und 103 definiert sind, kann die Abweichung der Form und/oder Lage des Lichtstrahls 100 in den jeweiligen Quadranten festgestellt werden.
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Die Thermoelemente 111, 121, 131, 141 bzw. die eine oder mehreren Schaltungsanordnungen 150 sind wieder über eine oder mehrere entsprechende Signalleitungen 170 mit einer Auswerteinheit 160 verbunden, die die übermittelten Messdaten entsprechend auswertet und die Bestimmung der Form und/oder Lage des Lichtstrahls 100 ermöglicht.
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Wie sich aus der 3 ergibt, können die Strahlauffangplatten 110, 120, 130, 140 so im Bezug zum Lichtstrahl 100 angeordnet werden, dass diese nur zum Teil mit nennenswerter Lichtleistung beaufschlagt werden, so dass der zentrale Bereich des Lichtstrahls die Positionsmesseinrichtung ungehindert passieren kann.
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Neben den beschriebenen Thermoelementen 111, 121, 131 und 141 ist auch die Verwendung anderer Temperaturfühler möglich, wie beispielsweise sogenannter PT100-Sensoren, welche auf der Widerstandsänderung des Metalls Platin unter Temperatureinfluss beruhen. Aber auch andere Widerstandsthermometer können entsprechend eingesetzt werden.
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Bei der Verwendung von Thermoelementen sind sämtliche geeigneten Thermopaare möglich, wie beispielsweise Kupfer/Nickel, Eisen-Kupfer/Nickel, Nickel-Chrom/Nickel oder Platin-Platin/Rhodium-Thermoelemente.
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Mit der entsprechenden Positionsmesseinrichtung ist eine Ortsauflösung der Temperaturdifferenzen und damit eine entsprechende Bestimmung der Form und/oder Lage des Lichtstrahls im Mikrometerbereich möglich, insbesondere mit einer Ortsauflösung von unter 100 μm.
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Mit einer diesen Ausführungsbeispielen entsprechenden Positionsmesseinrichtung bzw. einem entsprechenden Verfahren kann die Ausrichtung eines Lichtstrahls einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage relativ zu einem Beleuchtungssystem einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit den oben beschriebenen Vorteilen vorgenommen werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen und/oder andere Kombinationen der vorgestellten Merkmale möglich sind, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Die vorliegende Erfindung umfasst insbesondere sämtliche Kombinationen aller einzeln vorgestellten Merkmale.
