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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, sowie eine Beleuchtungseinrichtung einer
mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie
wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise
integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess
wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine
Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das
Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske
(= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein
mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes
und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat
(z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf
die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Die
ständig
wachsende Prozessgeschwindigkeit in der Mikrolithographie führt dazu,
dass auch die zur Belichtung des Wafers pro Zeiteinheit erforderlichen
Lichtintensitäten
weiter zunehmen. Dabei führt
der Umstand, dass die im Projektionsobjektiv eingesetzten optischen
Elemente wie z. B. Linsen nur eine begrenzte Lichtdurchlässigkeit
aufweisen und somit ein gewisser Lichtanteil im Volumenmaterial sowie
in Beschichtungen (z. B. AR-Schichten) absorbiert wird, zu einer
Linsenerwärmung
(sogenanntes „Lens Heating”), welche
wiederum infolge der mit der Temperaturerhöhung einhergehenden Änderung
der Brechzahl in unerwünschter
Weise zu Wellenfront-Deformationen und somit zu einer Beeinträchtigung
des Abbildungsergebnisses führt.
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Neben
dem Versuch einer Minimierung der Lichtabsorption im Projektionsobjektiv
beinhalten bekannte Ansätze
zur Überwindung
dieser Probleme insbesondere den Einsatz von Manipulatoren, um die durch
die Linsenerwärmung
verursachten Wellenfront-Aberrationen
zu kompensieren. Der Einsatz derartiger Manipulatoren erhöht jedoch
zum einen den konstruktiven Aufwand und bringt zum anderen auch
weitere Fehlerquellen (begrenzte Lebensdauer, Generierung von Streulicht
etc.) mit sich.
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Weitere
Probleme resultieren daraus, dass bei Durchführung des Lithographieprozesses
nahe der Auflösungsgrenze
Beleuchtungssettings (d. h. Intensitätsverteilungen in der Pupillenebene)
eingesetzt werden, bei denen nur vergleichsweise kleine Bereiche
(sogenannte Beleuchtungspole) am Rande des ausleuchtbaren Bereiches
der Pupillenebene ausgeleuchtet werden. Typische Beispiele sind
in 7 schematisch dargestellt, wobei 7a ein
Dipol-Beleuchtungssetting 300 mit horizontal bzw. in x-Richtung
gegenüberliegenden
Beleuchtungspolen 301 und 302 (sog. Dipol-X-Beleuchtungssetting), 7b ein
Dipol-Beleuchtungssetting 350 mit vertikal bzw. in y-Richtung
gegenüberliegenden
Beleuchtungspolen 351 und 352 (sog. Dipol-Y-Beleuchtungssetting)
und 6c ein Quadrupol-Beleuchtungssetting 400 mit
vier einander paarweise gegenüberliegenden
Beleuchtungspolen 401–404 zeigt.
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Die
in derartigen Beleuchtungssettings, insbesondere in Dipol-Beleuchtungssettings,
auftretenden Wellenfront-Aberrationen sind – im Gegensatz zu rotationssymmetrischen
Abbildungsfehlern – mittels
der genannten Manipulatoren aufgrund der geringeren Symmetrie nicht
oder nur mit erheblichem Aufwand korrigierbar. Dies hat zur Folge,
dass sich bei Verwendung der genannten Manipulatoren mitunter ein
akzeptables Restfehlerniveau (z. B. Wellenfront-Aberrationen von
weniger als 1 Nanometer) nur schwierig oder gar nicht erreichen
lässt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage
bereitzustellen, welches auch bei Vorliegen unerwünschter
zeitlich variierender Effekte (wie z. B. Linsenerwärmung) eine
Verbesserung des Abbildungsergebnisses im Lithographieprozess bei verhältnismäßig geringem
konstruktivem Aufwand ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
1 gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv
aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine in einer Objektebene des
Projektionsobjektivs angeordnete, abzubildende Strukturen aufweisende
Maske beleuchtet, ist dadurch gekennzeichnet, dass während des
Betreibens der Projektionsbelichtungsanlage ein in der Beleuchtungseinrichtung
eingestelltes Beleuchtungssetting derart dynamisch verändert wird,
dass eine durch zeitlich variierende Effekte verursachte Abhängigkeit der
Strukturbreite von der Umgebung der abzubildenden Strukturen durch
die Veränderung
des Beleuchtungssettings reduziert wird.
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Im
Unterschied zu bekannten Kompensationsverfahren unter Einsatz von
speziellen Manipulatoren wird gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht etwa der Ansatz verfolgt, die durch zeitlich variierende Effekte
wie insbesondere Linsenerwärmung
verursachten Wellenfront-Aberrationen selbst signifikant zu verringern.
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Vielmehr
liegt der Erfindung das Konzept zugrunde, die durch besagte Wellenfront-Aberrationen verursachten
negativen Auswirkungen auf den Abbildungsprozess bzw. die Lithographieparameter,
z. B. insbesondere eine unerwünschte
Abhängigkeit
der Linienbreite von der Gitterperiode der abzubildenden Strukturen,
durch gezielte Variation bzw. „Nachführung” des Beleuchtungssettings
zu reduzieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird durch die Veränderung
des Beleuchtungssettings eine durch zeitlich variierende Effekte
verursachte Abhängigkeit
der Linienbreite von der Gitterperiode der abzubildenden Strukturen
reduziert. Dabei dient die Variation der Linienbreite von eindimensionalen
Liniengittern lediglich als Anwendungsbeispiel, ohne dass die Erfindung
hierauf beschränkt
wäre. Die
Erfindung ist insbesondere nicht auf eindimensionale Liniengitter
beschränkt,
sondern auf beliebig komplexe zweidimensionale Strukturen anwendbar.
Die „Gitterperiode” wird auch
als Gitterkonstante oder „pitch” bezeichnet,
und die Abhängigkeit
der Linienbreite von dieser Gitterperiode wird auch als „Linienbreitenfehler” oder „CD-Fehler” bezeichnet.
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Erfindungsgemäß kann insbesondere
eine bereits in der Beleuchtungseinrichtung vorhandene Flexibilität hinsichtlich
der Erzeugung unterschiedlicher Beleuchtungssettings, z. B. in Form
einer Mikrospiegelanordnung (auch als MMA = ”micro mirror array” bezeichnet)
oder eines Zoom-Axikon-Moduls, dazu benutzt werden, das Beleuchtungssetting
dynamisch während
des Betreibens der Projektionsbelichtungsanlage gezielt in solcher
Weise zu verändern, dass
im Hinblick auf die im erwärmten
Zustand des Projektionsobjektivs verursachten Aberrationen das Beleuchtungssetting
derart eingestellt bzw. „nachgeführt” wird,
dass resultierende unerwünschte Änderungen
der Lithographieparameter, insbesondere Variationen der Linienbreite
in Abhängigkeit
von der Gitterperiode der abzubildenden Strukturen, reduziert bzw.
minimiert werden.
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Mit
anderen Worten beinhaltet die Erfindung eine dynamisch während des
Lithographieprozesses vorgenommene, gezielte Abkehr von der für den ungestörten (d.
h. im Wesentlichen keine Wellenfront-Aberrationen erzeugenden) Zustand
des Projektionsobjektivs eingestellten Intensitätsverteilung in der Pupillenebene
dahingehend, dass den durch zeitlich variierende Effekte wie z.
B. Linsenerwärmung
verursachten Aberrationen und deren Auswirkungen auf die Lithographieparameter
durch eine gezielte Anpassung bzw. eine dynamische „Nachführung” des Beleuchtungssettings
Rechnung getragen wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat dabei insbesondere den Vorteil, dass keine zusätzliche, aufwendige
Manipulatorik erforderlich ist, sondern in der Beleuchtungseinrichtung
gegebenenfalls bereits vorhandene Freiheitsgrade, z. B. infolge
des Einsatzes ei ner Mikrospiegelanordnung (MMA), eines Zoom-Axikon-Moduls
etc., genutzt werden können, um
die auf vergleichsweise kurzer Zeitskala (z. B. im Minuten-Bereich)
wirksam werdenden Auswirkungen zeitlich variierender Effekte wie
insbesondere Linsenerwärmung
auf die Lithographieparameter (wie z. B. die Linienbreite) dynamisch
zu kompensieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
zumindest teilweise mittels Änderung
der Einstellung eines Zoom-Axikon-Moduls erfolgen. Hierdurch wird
ausgenutzt, dass in Situationen, bei denen das Beleuchtungssetting
ein Dipol- oder Quadrupol-Setting mit beispielsweise ringabschnittsförmigen Beleuchtungspolen (wie
in 7a–c
gezeigt) ist, eine geeignete Variation dieser Beleuchtungssettings
insbesondere eine Änderung
der Ringbreite (d. h. Änderung
des Innen- und/oder Außenradius
der Beleuchtungspole) beinhalten kann, was mittels eines Zoom-Axikon-Moduls in
einfacher Weise realisiert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
erfolgt die Änderung
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
zumindest teilweise mittels einer Spiegelanordnung, welche eine
Vielzahl unabhängig
voneinander verstellbarer Spiegelelemente umfasst. Eine solche Ausgestaltung
ist insbesondere vorteilhaft, wenn andere als die vorstehend beschriebenen
Variationen, also insbesondere beliebige Variationen oder „Freiform-Variationen” des Beleuchtungssettings
vorgenommen werden sollen, welche mittels eines Zoom-Axikon-Moduls
nicht ohne Weiteres realisierbar sind.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfassen die zeitlich variierenden Effekte eine lichtinduzierte Erwärmung von
optischen Elementen des Projektionsobjektivs.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfassen die zeitlich variierenden Effekte eine lichtinduzierte
Degradation von optischen Elementen des Projektionsobjektivs.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird durch die Veränderung
des Beleuchtungssettings über
einen vorbestimmten Bereich der Gitterperiode bzw. über eine
vorbestimmte Auswahl von abzubildenden Strukturen ein maximaler
Linienbreitenfehler um wenigstens 10%, insbesondere um wenigstens
30%, weiter insbesondere um wenigstens 50%, und weiter insbesondere
um wenigstens 70% reduziert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
führen
die zeitlich variierenden Effekte zu Wellenfront-Aberrationen, wobei die maximale Wellenfront-Aberration wenigstens
30 nm, insbesondere wenigstens 40 nm, weiter insbesondere wenigstens
50 nm beträgt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist das in der Beleuchtungseinrichtung eingestellte Beleuchtungssetting
wenigstens zwei voneinander räumlich getrennte
Beleuchtungspole auf. Insbesondere kann es sich um ein Dipol-Beleuchtungssetting
oder um ein Quadrupol-Beleuchtungssetting handeln. Bei derartigen
Beleuchtungssettings ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft,
da die Vermeidung der vorstehend erläuterten, mit herkömmlichen
Manipulatoren verbundenen Nachteile dann besonders zum Tragen kommt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
füllt das
in der Beleuchtungseinrichtung eingestellte Beleuchtungssetting
weniger als 20%, insbesondere weniger als 10% der Fläche der
Beleuchtungspupille aus.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
eine Änderung
der Größe dieser
Beleuchtungspole.
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Gemäß weiteren
Ausführungsformen
ist das in der Beleuchtungseinrichtung eingestellte Beleuchtungssetting
eine Freiform-Beleuchtungsverteilung oder eine pixellierte Beleuchtungsverteilung
bzw. eine Beleuchtungsverteilung, welche eine Vielzahl adressierbarer
Segmente aufweist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
ein Variieren der Intensität
in jedem einzelnen Pixel bzw. adressierbaren Segment der Beleuchtungseinrichtung.
Die gemäß der Erfindung
durchgeführten Änderungen
können auch
derart beschaffen sein, dass die Intensität in jedem adressierbaren Segment
der Beleuchtungsverteilung z. B. in Graustufen Va riiert wird, auch
wenn z. B. das ursprünglich
eingestellte Beleuchtungssetting (Ausgangssetting) in Form von Beleuchtungspolen beschrieben
werden kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weisen die Beleuchtungspole jeweils einen konstanten Innenradius
und einen konstanten Außenradius
auf, wobei das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
die Änderung
wenigstens eines der folgenden Parameter umfasst: Innenradius der
Beleuchtungspole, Außenradius
der Beleuchtungspole, Polwinkel der Beleuchtungspole.
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Gemäß einer
Ausführungsform
erfolgt das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
im Wesentlichen verlustlos, was von Vorteil ist im Vergleich zu
Systemen, in denen die Variation der Beleuchtungsverteilung über zusätzliche
optische Elemente in der Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung
erfolgt. Insbesondere kann nach Verändern des Beleuchtungssettings die
Gesamtintensität
des zu dem jeweiligen Beleuchtungssetting beitragenden Lichtes wenigstens
80%, insbesondere wenigstens 90%, weiter insbesondere wenigstens
95% der Intensität
des Lichtes bei Eintritt in die Beleuchtungseinrichtung betragen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
erfolgt die Veränderung
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
auf einer Zeitskala von nicht mehr als 60 Sekunden, insbesondere
auf einer Zeitskala von nicht mehr als 30 Sekunden.
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Die
gemäß der Erfindung
erfolgende Anpassung des Beleuchtungssettings an veränderte Aberrationsverhältnisse
kann insbesondere unter Anwendung einer Rückführungsregelung (Rückkopplungsregelung
oder -schleife, „feedback
loop”)
erfolgen. Hierzu werden die Aberrationen gemessen und die Messergebnisse
werden in die Anlage zurückgeführt, welche
hieraus eine Änderung
des Beleuchtungssettings generiert. Hierbei kann ein vorgegebener,
beispielsweise über
Simulationen oder Messungen ermittelter Zusammenhang zwischen den
Aberrationen und dem optimalen Beleuchtungssetting verwendet werden.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Ver fahren
durchzuführen.
Zu Vorteilen und bevorzugten Ausgestaltungen wird auf die vorstehenden
Ausführungen
in Zusammenhang mit dem Verfahren verwiesen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben
einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, welche
eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist,
wobei die Beleuchtungseinrichtung eine in einer Objektebene des
Projektionsobjektivs angeordnete, abzubildende Strukturen aufweisende
Maske beleuchtet, mit einer Messeinrichtung zur Messung von durch
zeitlich variierende Effekte verursachten Aberrationen während des
Betriebs der Beleuchtungseinrichtung, und einer Rückführungsregelungseinheit,
welche auf Basis der durch die Messeinrichtung durchgeführten Messung
eine Anpassung des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten
Beleuchtungssettings veranlasst.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Datenspeichermedium,
auf welchem ein Programm gespeichert ist, welches dazu geeignet
ist, in einer Vorrichtung zum Betreiben einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung
und ein Projektionsobjektiv aufweist, folgende Schritte durchzuführen: Messung von
beim Betreiben der Projektionsbelichtungsanlage erzeugten, durch
zeitlich variierende Effekte verursachten Aberrationen, und Anpassung
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
auf Basis dieser Messung mittels einer Rückführungsregelung.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage;
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2 eine
Darstellung zur Erläuterung
des Aufbaus einer in einem Ausführungsbeispiel
in der Beleuchtungseinrichtung von 1 eingesetzten Spiegelanordnung;
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3 den
typischen Verlauf einer Wellenfront, welche Aberrationen aufgrund
von Linsenerwärmung
aufweist;
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4a–b
ein beispielhaftes, in der Beleuchtungseinrichtung eingestelltes
Beleuchtungssetting vor (4a) bzw.
nach (4b) Durchführung der erfindungsgemäßen Kompensation;
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5–6 Diagramme, in welchen für unterschiedliche
Quadrupol-Beleuchtungssettings (5a–b und 6a–b) die
Abhängigkeit
der Linienbreite (= CD) von der Gitterperiode der abzubildenden
Strukturen sowie der CD-Fehler mit bzw. ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Kompensation, sowie
die jeweils hervorgerufenen Aberrationen aufgrund von Linsenerwärmung (6c)
aufgetragen sind; und
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7a–c typische
in einer Beleuchtungseinrichtung eingestellte Beleuchtungssettings.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Weiteren wird zunächst
unter Bezugnahme auf 1 ein prinzipieller Aufbau einer
mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung 10 sowie
einem Projektionsobjektiv 20 erläutert. Die Beleuchtungseinrichtung 10 dient
zur Beleuchtung einer Struktur tragenden Maske (Retikel) 30 mit
Licht von einer Lichtquelleneinheit 1, welche beispielsweise
einen ArF-Excimerlaser für
eine Arbeitswellenlänge
von 193 nm sowie eine ein paralleles Lichtbündel erzeugende Strahlformungsoptik
umfasst. Die Lichtquelleneinheit 1 kann z. B. auch einen
F2-Laser für eine Arbeitswellenlänge von
157 nm aufweisen. Generell sind die Beleuchtungseinrichtung 10 sowie
das Projektionsobjektiv 20 bevorzugt für eine Arbeitswellenlänge von weniger
als 250 nm, weiter insbesondere weniger als 200 nm, ausgelegt. Die
Erfindung ist weiter insbesondere auch in Verbindung mit Wellenlängen im EUV-Bereich,
d. h. bei Wellenlängen
kleiner als 15 nm, z. B. von etwa 13 nm oder etwa 7 nm, realisierbar.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 10 weist in dem dargestellten Aufbau
eine optische Einheit 11 auf, die im gezeigten Beispiel
u. a. eine Spiegelanordnung 200 sowie einen Umlenkspiegel 12 umfasst.
In Lichtausbreitungsrichtung nach der optischen Einheit 11 befindet
sich im Strahlengang eine Lichtmischeinrichtung (nicht dargestellt),
welche z. B. in für
sich bekannter Weise eine zur Erzielung einer Lichtmischung geeignete
Anordnung aus mikrooptischen Elementen aufweisen kann, sowie eine
Linsengruppe 14, hinter der sich eine Feldebene mit einem
Retikel-Maskierungssystem (REMA) befindet, welches durch ein in
Lichtausbreitungsrichtung nachfolgendes REMA-Objektiv 15 auf
die Struktur tragende, in einer weiteren Feldebene angeordnete Maske
(Retikel) 30 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten
Bereich auf dem Retikel begrenzt. Die Struktur tragende Maske 30 wird
mit dem Projektionsobjektiv 20 auf ein mit einer lichtempfindlichen
Schicht versehenes Substrat 40 bzw. einen Wafer abgebildet.
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Die
Beleuchtungseinrichtung weist zur Variation des Beleuchtungssettings
die anhand von 2 näher erläuterte Spiegelanordnung 200 auf.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer solchen
Spiegelanordnung beschränkt.
In alternativen Ausführungsformen
kann anstatt einer Spiegelanordnung zur Variation des Beleuchtungssettings
beispielsweise ein Zoom-Axikon-Modul, ggf. in Verbindung mit einem
austauschbaren diffraktiven optischen Element (DOE), welches als
sogenanntes pupillendefinierendes Element (PDE = „pupil
defining element”)
typischerweise in Lichtausbreitungsrichtung stromaufwärts des
Zoom-Axikon-Modul angeordnet ist, vorhanden sein.
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2 zeigt
zur Erläuterung
von Aufbau und Funktion der gemäß 1 in
der Beleuchtungseinrichtung 10 eingesetzten Spiegelanordnung 200 einen
beispielhaften Aufbau eines Teilbereichs der Beleuchtungseinrichtung 10,
der im Strahlengang eines Laserstrahls 210 aufeinanderfolgend
einen Umlenkspiegel 211, ein refraktives optisches Element
(ROE) 212, eine (lediglich beispielhaft eingezeichnete)
Linse 213, eine Mikrolinsenanordnung 214, die
Spiegelanordnung 200, einen Diffusor 215, eine
Linse 216 sowie die Pupillenebene PP umfasst.
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Die
Spiegelanordnung 200 umfasst eine Vielzahl von Mikrospiegeln 200a, 200b, 200c,
..., welche zur Veränderung
einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung 200 reflektierten
Lichtes unabhängig
voneinander verstellbar sind, wobei gemäß 1 eine Ansteuerungseinheit 205 zur
Ansteuerung dieser Verstellung (z. B. über geeignete Aktuatoren) vorgesehen
ist. Die Mikrolinsenanordnung 214 weist eine Vielzahl von
Mikrolinsen zur gezielten Fokussierung auf diese Mikrospiegel sowie
zur Verringerung oder Vermeidung einer Ausleuchtung von „toter
Fläche” auf. Die
Mikrospiegel 200a, 200b, 200c, ... können jeweils
individuell (z. B. in einem Winkelbereich von –5° bis +5°) verkippt werden.
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Durch
eine geeignete Verkippungsanordnung der Mikrospiegel 200a, 200b, 200c,
... in der Spiegelanordnung 200 kann in der Pupillenebene
PP eine gewünschte
Lichtverteilung, z. B. ein Dipol-Beleuchtungssetting 300 gemäß 7a,b oder ein Quadrupol-Beleuchtungssetting 400 gemäß 7c, ausgebildet
bzw. variiert werden, indem das zuvor homogenisierte und kollimierte
Laserlicht je nach gewünschtem
Beleuchtungssetting durch die Mikrospiegel 200a, 200b, 200c,
... jeweils in die entsprechende Richtung gelenkt wird.
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Des
Weiteren wird die Spiegelanordnung 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel
dazu verwendet, das Beleuchtungssetting in gezielter Weise während des
Mikrolithographie-Prozesses
dynamisch zu verändern,
wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 3–7 näher
erläutert
wird.
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3 zeigt
den typischen Verlauf einer Wellenfront (aufgetragen in Einheiten
von 1/1000 der Wellenlänge),
welche Aberrationen aufgrund des eingangs erläuterten Effek tes der Linsenerwärmung aufweist.
Hierbei wurde gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ein Quadrupol-Beleuchtungssetting (vgl. 7c) zugrundegelegt.
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Die
aus 3 ersichtliche Wellenfront-Aberration ist beschreibbar
durch den Term – 0.05 λ Z17 + 0.05 λ Z28 (wobei
Z17 und Z28 die entsprechenden Zernike-Koeffizienten bei der bekannten
Entwicklung der Wellenfront in die sogenannten Zernike-Polgnome
darstellen).
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4a zeigt das Beleuchtungssetting vor der
erfindungsgemäßen Korrektur,
und 4b zeigt das Beleuchtungssetting
nach der erfindungsgemäßen Korrektur,
welche zur Kompensation von durch die Wellenfront-Deformation von 3 verursachten Abbildungsfehlern
(insbesondere einer unerwünschten
Veränderung
der Linienbreite) dynamisch im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage
vorgenommenen wird. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist der Unterschied
der Beleuchtungssettings in der Darstellung von 4a,
b nicht augenfällig,
da beim Übergang
von 4a zu 4b die
Größe der Beleuchtungspole
derart verändert
wurde, dass der Außenradius
der ausgeleuchteten Bereiche der Pupillenebene von 0.94 auf 0.95
vergrößert und
der Innenradius von 0.78 auf 0.74 (jeweils in Sigma-Werten) verkleinert
wurde, sowie dass das Beleuchtungssetting in 4b Intensitätswerte
größer Null
bei einem Radius von etwa 0.5 (in Sigma-Werten) aufweist.
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Die
Erfindung ist nicht auf eine Variation von Innen- und/oder Außenradius
der Beleuchtungspole beschränkt.
Gemäß einer
weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann auch der Polwinkel
der Beleuchtungspole (d. h. der durch die jeweiligen Polränder in
azimutaler Richtung bezogen auf die Pupillenmitte jeweils aufgespannte
Winkel) variiert werden. Des Weiteren kann je nach der durchzuführenden
Korrektur des Beleuchtungssettings auch jede andere geeignete, unter
Umständen
von einer konstanten Variation von Innen- und/oder Außenradius oder
Variation des Polwinkels der Beleuchtungspole abweichende Änderung
der Form der Beleuchtungspole („Freiform-Variation”) erfolgen. Es kann auch die Intensität in jedem
einzelnen Pixel (bzw. adressierbaren Segment) der Beleuchtungseinrichtung
geändert werden.
Die Änderung
der Intensität
kann in Graustufen erfolgen.
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Die
Auswirkung der erfindungsgemäß vorgenommenen
Veränderung
bzw. dynamischen „Nachführung” des Beleuchtungssettings
ist in 5a–b dargestellt. 5a zeigt
die Abhängigkeit
der Linienbreite (CD = „critical
dimension”)
von der Gitterperiode der abzubildenden Strukturen (= „pitch”) in Einheiten
von Nanometern (nm) (sogenannte „OPC-Kurve”).
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Hierbei
wurde ein Quadrupol-Beleuchtungssetting (vgl. 7c)
in Verbindung mit einem Muster aus vertikalen und horizontalen Linien
(Linienbreite 65 nm) und NA = 0.93 zugrundegelegt.
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In 5a stellt
Kurve „A” eine Referenzkurve (ohne
Berücksichtigung
von Linsenerwärmung)
dar, bei welcher die Linienbreite – wie erwünscht und durch Optimierung
des Maskendesigns eingestellt – im
Wesentlichen konstant über
der Gitterperiode ist. Kurve „B” in 5a entspricht
einem ohne die erfindungsgemäße Korrektur
erhaltenen Verlauf der Linienbreite infolge der während des
Lithographieprozesses stattfindenden Linsenerwärmung. Deutlich erkennbar ist
eine signifikante Abnahme der Linienbreite mit zunehmender Gitterperiode
bzw. wachsender Isolation der abzubildenden Strukturen. Dabei ergibt
sich über
den dargestellten Bereich der Gitterperiode von ca. 130 nm bis ca.
500 nm ein PV-Wert (PV = „Peak
to Value”)
von etwa 2.8 nm. Der maximale Linienbreitenfehler (CD-Fehler), entsprechend
der maximalen Abweichung von Kurve „A”, ergibt sich ebenfalls zu
2.8 nm, wie in der Auftragung von 5b gezeigt.
Kurve „C” in 5a zeigt
den Verlauf der Linienbreite in Abhängigkeit von der Gitterperiode
als Ergebnis der erfindungsgemäßen Kompensation
bzw. Optimierung. Ein Vergleich der aus den Kurven „C” und „B” jeweils
ablesbaren, maximalen CD-Fehler zeigt, dass infolge der erfindungsgemäßen Nachoptimierung
der Beleuchtungserteilung für
das Ausführungsbeispiel
eine Reduzierung des maximalen CD-Fehlers um etwa 71% erreicht werden
konnte. Des Weiteren zeigen 5a und 5b,
dass die erfindungsgemäß „optimierte” Kurve
(„C” in 5a) im
Wesentlichen zentriert in Bezug auf die Referenzkurve („A” in 5a)
verläuft,
d. h. die maximale Abweichung bzw. der CD-Fehler beträgt mit 0.8
nm etwa die Hälfte
des PV-Wertes von 1.6 nm.
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6a–b zeigt
ein weiteres Beispiel, bei dem ebenfalls ein Quadrupol-Beleuchtungssetting (vgl. 7c)
in Verbindung mit einem Muster aus vertikalen und horizontalen Linien
(Linienbreite 45 nm) und NA = 1.35 in Verbindung mit polarisierter
Beleuchtung zugrundegelegt wurde. Im Wege der erfindungsgemäßen Nachoptimierung
der Beleuchtungsverteilung in einem Quadrupol-Beleuchtungssetting wird
hier eine Reduzierung des CD-Fehlers um 56% erzielt. Dabei ergibt
sich vor der erfindungsgemäßen Optimierung
der Beleuchtungsverteilung über
den dargestellten Bereich der Gitterperiode ein PV-Wert von etwa
1.8 nm und ein maximaler Linienbreitenfehler (CD-Fehler) von ebenfalls
1.8 nm, während
nach der erfindungsgemäßen Optimierung
PV-Wert und CD-Fehler
jeweils 0.8 nm betragen. Die Wellenfront-Aberration, welche in diesem
Ausführungsbeispiel
durch die Linsenerwärmung
hervorgerufen wird, ist in 6c dargestellt.
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Wenn
die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde,
erschließen sich
für den
Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen,
z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen.
Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige
Variationen und alternative Ausführungsformen
von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite
der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und
deren Äquivalente
beschränkt
ist.
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Die
folgenden Sätze
beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung. Hierbei handelt es sich nicht um Ansprüche im Einklang
mit der Entscheidung J15/88 der juristischen Beschwerdekammer.
- 1. Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen
Projektionsbelichtungsanlage, welche eine Beleuchtungseinrichtung
(10) und ein Projektionsobjektiv (20) aufweist,
wobei die Beleuchtungseinrichtung (10) eine in einer Objektebene des
Projektionsobjektivs (20) angeordnete, abzubildende Strukturen
aufweisende Maske (30) beleuchtet,
dadurch gekennzeichnet,
dass
während
des Betreibens der Projektionsbelichtungsanlage ein in der Beleuchtungseinrichtung (10)
eingestelltes Beleuchtungssetting derart dynamisch verändert wird,
dass eine durch zeitlich variierende Effekte verursachte Abhängigkeit
der Strukturbreite von der Umgebung der abzubildenden Strukturen
durch die Veränderung
des Beleuchtungssettings reduziert wird.
- 2. Verfahren nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch
die Veränderung
des Beleuchtungssettings eine durch zeitlich variierende Effekte
verursachte Abhängigkeit
der Linienbreite von der Gitterperiode der abzubildenden Strukturen
reduziert wird.
- 3. Verfahren nach Satz 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die zeitlich variierenden Effekte eine lichtinduzierte Erwärmung von
optischen Elementen des Projektionsobjektivs (20) umfassen.
- 4. Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die zeitlich variierenden Effekte eine lichtinduzierte Degradation
von optischen Elementen des Projektionsobjektivs (20) umfassen.
- 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Veränderung
des Beleuchtungssettings über
einen vorbestimmten Bereich der Gitterperiode bzw. über eine
vorbestimmte Auswahl von abzubildenden Strukturen ein maximaler
Linienbreitenfehler um wenigstens 10%, insbesondere um wenigstens
30%, weiter insbesondere um wenigstens 50%, und weiter insbesondere
um wenigstens 70% reduziert wird.
- 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet,
dass die zeitlich variierenden Effekte zu Wellenfront-Aberrationen führen, wobei
die maximale Wellenfront-Aberration wenigstens 30 nm, insbesondere
wenigstens 40 nm, weiter insbesondere wenigstens 50 nm beträgt.
- 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet,
dass das in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellte
Beleuchtungssetting wenigstens zwei voneinander räumlich getrennte
Beleuchtungspole (301, 302, 401, 402, 403, 404)
aufweist.
- 8. Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellte
Beleuchtungssetting ein Dipol- Beleuchtungssetting
(300, 350) ist.
- 9. Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellte
Beleuchtungssetting ein Quadrupol-Beleuchtungssetting (400) ist.
- 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch
gekennzeichnet, dass das in der Beleuchtungseinrichtung (10)
eingestellte Beleuchtungssetting weniger als 20%, insbesondere weniger
als 10% der Fläche
der Beleuchtungspupille ausfüllt.
- 11. Verfahren nach einem der Sätze 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Beleuchtungspole (301, 302, 351, 352, 401, 402, 403, 404)
jeweils einen konstanten Innenradius und einen konstanten Außenradius
aufweisen, wobei das Verändern des
in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellten Beleuchtungssettings
die Änderung
wenigstens eines der folgenden Parameter umfasst: Innenradius der
Beleuchtungspole, Außenradius der
Beleuchtungspole, Polwinkel der Beleuchtungspole.
- 12. Verfahren nach einem der Sätze 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellten Beleuchtungssettings
eine Änderung
der Größe dieser
Beleuchtungspole (301, 302, 351, 352, 401, 402, 403, 404)
umfasst.
- 13. Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellte
Beleuchtungssetting eine Freiform-Beleuchtungsverteilung ist.
- 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch
gekennzeichnet, dass das in der Beleuchtungseinrichtung (10)
eingestellte Beleuchtungssetting eine Vielzahl von jeweils einzeln
bzw. unabhängig
voneinander adressierbaren Segmenten aufweist.
- 15. Verfahren nach Satz 14, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellten Beleuchtungssettings
ein Variieren der Intensität
in jedem einzelnen adressierbaren Segment der Beleuchtungseinrichtung
umfasst.
- 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellten Beleuchtungssettings
im Wesentlichen verlustlos erfolgt.
- 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellten Beleuchtungssettings
derart erfolgt, dass nach Verändern
des Beleuchtungssettings die Gesamtintensität des zu dem jeweiligen Beleuchtungssetting
beitragenden Lichtes wenigstens 80%, insbesondere wenigstens 90%,
weiter insbesondere wenigstens 95% der Intensität des Lichtes bei Eintritt
in die Beleuchtungseinrichtung (10) beträgt.
- 18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch
gekennzeichnet, dass diese Veränderung
des Beleuchtungssettings auf einer Zeitskala von nicht mehr als
60 Sekunden, insbesondere auf einer Zeitskala von nicht mehr als
30 Sekunden erfolgt.
- 19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung (10) eingestellten Beleuchtungssettings
zumindest teilweise mittels einer Spiegelanordnung (200)
erfolgt, welche eine Vielzahl unabhängig voneinander verstellbarer
Spiegelelemente (200a, 200b, 200c, ...)
umfasst.
- 20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verändern
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
zumindest teilweise mittels Änderung
der Einstellung eines Zoom-Axikon-Moduls erfolgt.
- 21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Sätze, dadurch
gekennzeichnet, dass die Veränderung
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
unter Durchführung einer
Rückführungsregelung
erfolgt.
- 22. Verfahren nach Satz 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei
dieser Rückführungsregelung eine
Messung von Aberrationen vorgenommen wird, wobei auf Basis dieser
Messung eine Anpassung des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten
Beleuchtungssettings erfolgt.
- 23. Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
wobei die Projektionsbelichtungsanlage eine Beleuchtungseinrichtung
(10) und ein Projektionsobjektiv (20) aufweist,
und wobei die Beleuchtungseinrichtung (10) dazu ausgelegt
ist, ein Verfahren nach einem der Sätze 1 bis 22 auszuführen.
- 24. Vorrichtung zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
welche eine Beleuchtungseinrichtung (10) und ein Projektionsobjektiv
(20) aufweist, wobei die Beleuchtungseinrichtung (10)
eine in einer Objektebene des Projektionsobjektivs (20)
angeordnete, abzubildende Strukturen aufweisende Maske (30) beleuchtet,
mit:
• einer
Messeinrichtung zur Messung von durch zeitlich variierende Effekte
verursachten Aberrationen während
des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung; und
• einer Rückführungsregelungseinheit,
welche auf Basis der durch die Messeinrichtung durchgeführten Messung
eine Anpassung des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten
Beleuchtungssettings veranlasst.
- 25. Computerlesbares Datenspeichermedium, auf welchem ein Programm
gespeichert ist, welches dazu geeignet ist, in einer Vorrichtung
zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage,
welche eine Beleuchtungseinrichtung (10) und ein Projektionsobjektiv (20)
aufweist, folgende Schritte durchzuführen:
a) Messung von beim
Betreiben der Projektionsbelichtungsanlage erzeugten, durch zeitlich
variierende Effekte verursachten Aberrationen; und
b) Anpassung
des in der Beleuchtungseinrichtung eingestellten Beleuchtungssettings
auf Basis dieser Messung mittels einer Rückführungsregelung.